JP5653534B2 - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、バッテリを電源とし、インバータを介して駆動されるモータを備えた電動車両を制御する電動車両の制御装置に係り、特に、バッテリの過充電を防止する電動車両の制御装置に関するものである。

近年、ＣＯ２排出量の低減のために、モータとエンジンを搭載したハイブリッド電動車両、あるいはモータだけで駆動を行う電気自動車などが増加している。これらモータを搭載した電動車両では、モータの他に、モータを駆動するためのインバータ、電源となるバッテリなどを備えている。

これらの電動車両では、航続距離を延ばす目的や、発電によるエンジンの燃料消費量の増加を抑える目的で、回生発電を行いバッテリの充電を行っている。回生発電では、従来であればブレーキで発生する熱として消費されるエネルギーを電気エネルギーとして取り出しており、この発電にかかるコスト、あるいは燃料はゼロである。従って、回生発電電力をできる限りバッテリに蓄電することが望ましい。

一方で、電動車両に搭載されるバッテリは、過電流での充電や過充電を行うと寿命が短くなるという性質を持つものが多く、充電を行う場合は過充電などからバッテリを保護するための処理が必要である。

このような課題に対し、特許第３７５１７３６号公報（特許文献１）に開示された技術では、バッテリの残容量（ＳＯＣ：State of Charge）（以降では、蓄電量ともいう。）を検出する残容量検出手段を備え、回生発電を行う制動モードの際に、バッテリの残容量が満充電に近い場合は回生発電を停止し、逆相制動への切り替えを行っている。回生発電では、モータで発電した電力がバッテリに充電されるのに対し、逆相制動は力行運転となるため、バッテリ電力の消費を行うので、バッテリを過充電にすることはない。このようにして、特許文献１に開示された技術では、バッテリの回生発電による過充電を防止している。

また、特開２００３−１６４００２公報（特許文献２）に開示された技術では、バッテリの残容量を検出する残容量検出手段を備え、バッテリが充電不可と判断された場合（例えば、バッテリの残容量が満充電に近い場合）は、モータの入力端子を短絡し、３相短絡を行っている。３相短絡を行うことにより、モータで発電した電力はモータ内部で消費され、バッテリへの充電が行われることは無く、バッテリが過充電となることはない。このようにすることでバッテリの回生発電による過充電を防止している。

更に、特開平９−４７０５５公報（特許文献３）に開示された技術では、同期発電機の弱め界磁制御時、即ち、バッテリの電圧に比べてモータの発生する誘起電圧が大きい場合に３相短絡を行なって過充電を防止している。このように、バッテリの電圧に比べてモータの発生する誘起電圧が大きい場合では、発電する電流量をインバータで制御することができないため、３相短絡を行って過充電を防止している。

特許第３７５１７３６号公報 特開２００３−１６４００２公報 特開平９−４７０５５公報

ところで、モータでは、回転数が高くなると、それに比例してモータの発電電圧（誘起電圧）も高くなる。モータを力行駆動する場合はこの誘起電圧よりも大きい電圧をインバータで加える必要があるが、インバータで印加可能な電圧は、バッテリの電圧で制限されるため、力行駆動可能なモータ回転数には制限がある。

一方で、モータで駆動を行う電動車両では、モータを高回転まで力行駆動する必要があり、弱め磁束制御や昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータで対応を行っている。弱め磁束制御では、通電位相を変化させることによりモータの誘起電圧を小さくすることで、モータを高回転まで力行駆動ができるように制御するものであり、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、バッテリの電圧を昇圧することによりモータを高回転まで力行駆動するものである。これらによりモータが高回転で駆動中に、弱め磁束制御またはバッテリ電圧の昇圧を停止した場合、バッテリの起電圧(バッテリの開放端電圧と同等)に対してモータの誘起電圧が高い状態になる。

前記のように、モータの回転数が高くなり発電電圧がバッテリの起電圧よりも大きくなると、モータで発電した電力がインバータの転流ダイオードを通ってバッテリに充電される。このように、モータの発電電圧がバッテリの起電圧よりも大きくなる領域では、インバータは全波整流回路と同等に動作し、インバータのスイッチングによるモータの力行、回生駆動ができない。（力行、回生駆動しようとしてもバッテリへの充電が実施される。）
以上のように、インバータが全波整流回路として動作し、力行、回生駆動が行えない状態では、前記特許文献１に開示された技術のように、逆転制動を実施してもモータからバッテリへの充電を停止することができず、バッテリが過充電となってしまうという課題がある。

図１２は、モータの入力端子を短絡（３相モータであれば３つの入力端子を短絡）し、３相短絡を行った場合のモータ回転数と制動トルクの関係を示す図である。この図１２に示すように、３相短絡時の制動トルクは、ある回転数以上からはモータ回転数に反比例して制動トルクが小さくなることが知られている。

例えば、モータと駆動輪が１つの減速機で接続された電動車両に前記特許文献２に開示された技術を適用した場合、特許文献２に開示された技術では、バッテリが充電できない状態の場合は、モータの回転数によらず３相短絡を行っているため、３相短絡によりモータ回転数が低下すると、モータ回転数の低下に伴い、急激にモータの制動トルクが大きくなってしまう。このことにより、運転者はモータ回転数の低下と共にブレーキペダル踏み込み量を小さくする必要があり、結果的に運転者に不快感を与えるという課題がある。

更に、前記特許文献３に開示された技術を電動車両の制御装置に適用した場合、バッテリの電圧に比べてモータの誘起電圧が大きい状態で３相短絡を行うため、バッテリの残容量が低く、過充電に対して余裕がある場合でもバッテリへの充電を停止してしまい、回生電力を利用することができないという課題がある。

この発明は、このような状況を鑑みて考えられたものであり、モータ回転数が高く、モータの誘起電圧がバッテリの電圧より大きい場合でもバッテリの過充電を防止すると共に、運転者に不快感を与えることのない電動車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

この課題を解決するために、この発明に係る電動車両の制御装置は、車輪に駆動力を伝えるモータと、該モータを駆動するインバータと、該インバータに電力を供給するバッテリと、を備えた電動車両を制御する電動車両の制御装置であって、前記バッテリの蓄電量を推定するバッテリ蓄電量推定手段と、前記バッテリと前記インバータとの接続をオン、オフする接続装置と、前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、を備え、前記バッテリ蓄電量推定手段で推定される蓄電量が所定量以上となった状態で、前記モータの回転数が所定回転数以上となった場合に、前記インバータの出力端子を短絡し、所定時間が経過した後に前記接続装置をオフするものである。

この発明に係る電動車両の制御装置によれば、モータが高回転になりモータの発電する電圧がバッテリの電圧以上となった場合でも、バッテリの過充電を防止することが可能となり、バッテリの寿命を短くすることのない電動車両の制御装置を提供することが可能となる。
この発明の前記以外の目的、特徴、観点および効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の実施の形態１に係る電動車両の制御装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電動車両の制御装置の動作を説明するフローチャートである。 バッテリ温度とモータの第１の所定回転数との関係を示すマップである。 モータのステータ温度とロータ温度との関係を示すマップである。 ロータ温度が低い場合の制御装置を含む電動車両の動作を説明するタイムチャートである。 ロータ温度が高い場合の制御装置を含む電動車両の動作を説明するタイムチャートである。 この発明の実施の形態２に係る電動車両の制御装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る電動車両の制御装置に用いられる充電電流推定手段のブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る電動車両の制御装置に用いられる充電電流上限設定手段のブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る電動車両の制御装置の動作を説明するフローチャートである。 制御装置を含む電動車両の動作を説明するタイムチャートである。 ３相短絡を行った場合のモータ回転数と制動トルクとの関係を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電動車両の制御装置の構成を示す図である。図１において、制御装置１０１は、例えば図示しないアクセルペダルの踏み込み量や、ブレーキストロークなどの情報からモータの駆動トルクを計算し、その駆動トルクで駆動できるようにインバータ１０２を駆動する。バッテリ１０３は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４、インバータ１０２に電力を供給し、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、バッテリ１０３の電圧を昇圧してインバータ１０２に電力を供給する。バッテリ１０３と昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４との間にはコンタクタ、あるいはリレー装置などで構成される接続装置（以降、コンタクタという。）１０５が設けられており、コンタクタ１０５をオフすることによりバッテリ１０３と昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４、インバータ１０２を切り離す構成となっている。

インバータ１０２は、６つのスイッチング素子、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などから構成されており、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の出力である直流電力を３相の交流電力に変換する。

符号１０６はモータを示し、このモータ１０６の出力軸はファイナルギア（図示せず）に噛み合わされて車輪に駆動力を伝える。

次に、制御装置１０１の構成について説明する。制御装置１０１は、マイクロコンピュータ１０７、インバータ制御手段１０８、モータ回転数検出手段１０９、バッテリ蓄電量推定手段１１０、コンタクタ操作手段１１１、バッテリ温度計測手段１１２、ロータ温度推定手段１１３を備えている。

マイクロコンピュータ１０７は、図示しないアクセルペダルやブレーキストロークなどの情報からモータ１０６の駆動するトルクを決定し、インバータ制御手段１０８に指示する。インバータ制御手段１０８は、マイクロコンピュータ１０７から指示されたモータトルクに追従するようにインバータ１０２のスイッチング素子の動作を決定する。

モータ回転数検出手段１０９は、例えばレゾルバなどの角度センサで得られた角度情報を微分してモータ１０６の回転数を計算する。

バッテリ蓄電量推定手段１１０は、バッテリ１０３の蓄電量を推定する。このバッテリ蓄電量推定手段１１０は、コンタクタ１０５をオフにした状態でバッテリ１０３の開放端電圧（ＯＣＶ）を計測し、蓄電量の初期値を設定しておき、その後、バッテリ１０３に入出力される電流値を積算することで蓄電量を検出する。

コンタクタ操作手段１１１は、マイクロコンピュータ１０７からコンタクタ１０５のオフ指示がある場合は、コンタクタ１０５をオフする。

バッテリ温度計測手段１１２は、バッテリ１０３の温度を計測する。このバッテリ温度は、例えばセル毎にサーミスタなどの温度センサを備えており、その温度センサの最大値を取ったものなどとする。

ロータ温度推定手段１１３は、モータ１０６のロータ温度を推定する。このロータ温度推定手段１１３では、例えばモータ１０６のステータコイル内にサーミスタなどの温度センサを備えておき、その温度センサの値からマップを使って推定しても良いし、温度センサの値にフィルタ処理をして推定してもよい。

なお、前記においては、モータ回転数検出手段１０９、インバータ制御手段１０８、バッテリ蓄電量推定手段１１０、コンタクタ操作手段１１１、バッテリ温度計測手段１１２、ロータ温度推定手段１１３をマイクロコンピュータ１０７と区分して図示しているが、これらはマイクロコンピュータ１０７の内部処理として実施することができる。

実施の形態１に係る電動車両の制御装置は前記のように構成されており、次に、その動作を説明する。図２は、実施の形態１に係る電動車両の制御装置の動作を説明するフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、マイクロコンピュータ１０７で実施され、例えば１０ｍｓなどの一定周期で実施される。

まず、ステップ２０１では、バッテリ蓄電量推定手段１１０で推定したバッテリ１０３の蓄電量が所定蓄電量以上であるか判定を行う。バッテリ１０３の蓄電量が所定蓄電量以上であった場合はステップ２０２へ進み、それ以外はステップ２１２へ進む。この判定で使用する蓄電量は、過充電に至る少し手前の蓄電量であり、例えば８０％程度とする。この判定には、例えば７５％程度の第２の所定蓄電量を１つ持ち、ヒステリシスを付加した判定とすることが望ましい。

ステップ２０２では、バッテリ温度計測手段１１２で検出したバッテリ温度からモータ１０６の第１の所定回転数と第２の所定回転数を決定する。ここでは、図３に示すバッテリ温度とモータ１０６の第１の所定回転数との関係を表したマップから第１の所定回転数を計算する。第２の所定回転数は、第１の所定回転数から所定値を減算した値とする。減算する所定値は、後述する３相短絡の判定がオン、オフを繰り返さないようにヒステリシスを持った判定となるように設定する。モータ１０６の第１の所定回転数と第２の所定回転数が決定すると、ステップ２０３に進む。

ステップ２０３では、コンタクタ１０５がオンであり、かつ３相短絡を実施していない状態か確認を行う。３相短絡を実施しておらず、かつ、コンタクタがオンの場合はステップ２０４へ進み、それ以外はステップ２０６に進む。

ステップ２０４では、モータ１０６の回転数が第１の所定回転数以上になっているか判定を行う。この判定が真の場合、即ちモータ１０６の回転数が第１の所定回転数以上の場合にはステップ２０５に進み、判定が偽である場合はステップ２１３へ進む。

ステップ２０５では、マイクロコンピュータ１０７は通常制御である運転者の運転操作状況に応じたトルク指示を停止し、３相短絡を実施するようにインバータ制御手段１０８に指示を行う。インバータ制御手段１０８では、インバータ１０２の３つの出力端子が短絡されるようにスイッチング素子をオン・オフする。そして、ステップ２０５の処理が終了すると、ＥＮＤへ進む。

このように、モータ１０６が第１の所定回転数以上の場合のみ３相短絡を行うことで、制動トルクが大きくなる低回転で３相短絡を行わないため、運転者に不快感を与えることのない電動モータの制御装置が提供可能である。

次に、ステップ２１３では、力行駆動の許可と回生発電の禁止を行う。この状態では、アクセルペダルが踏み込まれて加速、定常走行中は運転者の要求通りに力行駆動を行い、アクセルペダルが開放されて車体が減速している状態ではインバータ１０２のすべてのスイッチング素子をオフし、モータ１０６による発電を行わない。そして、ステップ２１３の処理が終了すると、ＥＮＤへ進む。

ステップ２０６では、モータ１０６の回転数が第２の所定回転数より大きいか判定を行う。この判定が真、即ちモータ１０６の回転数が第２の所定回転数より大きい場合で、インバータ１０２が全波整流回路として動作する領域であると判断された場合はステップ２０８へ進み、それ以外はステップ２０７へ進む。

ステップ２０７では、３相短絡を停止する指示を実施する。さらに、ステップ２１３と同様に力行駆動の許可と回生発電の禁止を行う。また、コンタクタ１０５がオフである場合はコンタクタ１０５をオンする。そして、ステップ２０７が終了した場合はＥＮＤへ進む。

ステップ２０８では、ロータ温度推定手段１１３で推定されたロータ温度が所定温度であるか確認を行う。ロータ温度が所定温度以上である場合は、ステップ２０９へ進み、それ以外の場合はＥＮＤへ進む。この判定で使用する所定温度は、３相短絡を実施した場合にロータに使用されている永久磁石が不可逆減磁しない温度に設定する。

ステップ２０９では、３相短絡を実施してからのディレイ時間が所定時間を越えたかどうか判定する。ディレイ時間が所定時間以上となっていた場合はステップ２１０へ進み、それ以外はＥＮＤへ進む。この所定時間は、インバータ１０２からバッテリ１０３に電流が流れている状態で３相短絡を実施した場合に、流れている電流がゼロになるまでの時間を設定する。

ステップ２１０では、コンタクタ制御手段１１１にオフ指示を行い、コンタクタ１０５をオフし、ステップ２１１へ進む。ステップ２１１は、実施していた３相短絡を停止し、ＥＮＤへ進む。

このように、３相短絡を実施した後では、インバータ１０２からバッテリ１０３に流れ込む電流はゼロになるので、コンタクタオフ時のサージを発生させずにコンタクタ１０５をオフすることが可能となる。

また、モータ１０６のロータ温度が高い状態ではコンタクタ１０５をオフし、バッテリ１０３をインバータ１０２から切り離すことで、バッテリ１０３の過充電を防止しつつモータ１０６の減磁を防止することが可能となる。

ステップ２１２では、３相短絡を実施している場合は３相短絡を停止し、運転者の操作に応じたモータトルクが出力できるように、マイクロコンピュータ１０７がインバータ制御手段１０８に指示する。また、コンタクタ１０５がオフとなっている場合はコンタクタ１０５をオンする。３相短絡を実施していない場合、即ち運転者の操作に応じたトルク指示を行っている場合はＥＮＤへ進む。

図３は、バッテリ温度とモータ１０６の第１の所定回転数との関係を示すマップで、この図では、バッテリ温度とモータ１０６の第１の所定回転数が一次関数の関係となっているが、必ずしも一次関数である必要はなく、バッテリ１０３がこれ以上充電すると過充電になってしまう状態での起電圧（バッテリ端子を開放したときの端子間電圧、即ち、開放端電圧）とモータ１０６の誘起電圧から決定する。

バッテリ１０３が、過充電となる起電圧は、バッテリ温度に応じて変化することが知られており、バッテリ温度が低い場合に高い電圧で充電を実施するとバッテリ１０３が劣化する特性がある。そのため、各バッテリ温度において、モータ１０６の誘起電圧がバッテリ１０３の過充電になる起電圧以上になるモータ１０６の回転数をプロットすることで図３のマップは計算される。このように、事前にマップを計算しておき、バッテリ温度から第１の所定回転数を計算する方法をとっても良いが、オンラインで計算を行ってもよい。以上のように、バッテリ温度によって第１の所定回転数を変更することで、バッテリの温度が変化しても確実に過充電を防止することのできる電動車両の制御装置を提供することができる。

図４は、モータ１０６のステータ温度とロータ温度の関係を示すマップである。この図では、ステータ温度とロータ温度の関係が一次関数の関係になっているが、必ずしもこの関係になっている必要はない。事前にモータ単体で駆動を行い、そのときのロータ温度とステータ温度の関係からこのマップを作成する。

図５は、ロータ温度が低い場合の制御装置１０１を含む電動車両の動作を説明するタイムチャートである。
図５において、Ａは電動車両の車速を示すチャートである。本実施の形態による電動車両では、モータ１０６は固定変速比のファイナルギアを介して車輪と接続しているため、モータ１０６の回転速度と車速は１対１の波形となる。

Ｂはモータ１０６の回転数を示すチャートで、Ｃはインバータ１０２の母線電圧を示すチャートである。インバータ１０２の母線電圧は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の動作状態に応じて電圧が変動する。

Ｄはバッテリ電流を示すチャートである。バッテリ電流は、バッテリ１０３と昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の間に流れる電流を示すもので、バッテリ１０３から放電される場合をプラス、バッテリ１０３に充電される場合はマイナスで表している。

Ｅはモータ電流実効値を示すチャートで、インバータ１０２からモータ１０６へ通電する３相交流波形の実効値を示すものである。

Ｆはバッテリ１０３の蓄電量を示すチャートで、バッテリ蓄電量推定手段１１０で計算される。

Ｇはコンタクタ１０５の状態を示すチャートで、このチャートでは常にオンとなっており、バッテリ１０３と昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は接続された状態となっている。

この図において、時間ｔ０からｔ１は昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４でバッテリ１０３の電圧を昇圧してモータ１０６を高回転駆動している区間である。このとき、バッテリ１０３から電力を持出、力行駆動を行っている。

時間ｔ１のタイミングでは、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４が昇圧動作を停止している。このタイミングでは、モータ１０６は高回転で駆動しており、モータ１０６の誘起電圧はバッテリ１０３の起電圧よりも大きくなっている。

時間ｔ１からｔ２は、モータ１０６の誘起電圧がバッテリ１０３の起電圧よりも大きい区間である。この区間では、インバータ１０２が全波整流回路として動作し、バッテリ１０３に充電を行っている。バッテリ１０３の蓄電量は、充電を行われることにより高くなる。

時間ｔ２では、バッテリ１０３の蓄電量が所定蓄電量（例えば８０％）に達し、インバータ１０２で３相短絡を実施する。３相短絡を実施するには、ＬＯＷ側のＩＧＢＴをオンし、ＨＩ側のＩＧＢＴをオフすればよい。

時間ｔ２からｔ３の区間では、インバータ１０２は３相短絡されている。３相短絡されている状態では、インバータ１０２の母線電圧Ｃはバッテリ１０３の起電圧と一致する。また、バッテリ電流Ｄはゼロとなり、バッテリ１０３へ充電されない。

このように、モータ１０６の回転数が高く、その誘起電圧がバッテリ１０３の起電圧を超える領域で、３相短絡を実施することによりバッテリ１０３への充電を停止することが可能であり、ついてはバッテリ１０３の過充電を防止することが可能である。

時間ｔ３では、モータ回転数Ｂが第２の所定回転数よりも小さくなるため、３相短絡を停止する。このように、第１の所定回転数と第２の所定回転数を設定することで、３相短絡の実施／停止が頻繁に発生しない電動車両の制御装置が提供できる。

時間ｔ３以降はアクセルペダル、ブレーキストロークなどの運転者の操作に応じたモータ１０６の駆動を行う。

図６は、ロータ温度が高い場合の制御装置１０１を含む電動車両の動作を説明するタイムチャートである。
図６において、ＨからＮは、それぞれ図５のＡからＧに対応する。Ｐはロータ温度であり、ロータ温度推定手段１１３で推定された値となる。図６のタイムチャートでは、ロータ温度Ｐは所定温度よりも高い温度になっている。

この図において、時間ｔ２までは図５と同様の動作を行い、時間ｔ３では、時間ｔ２で３相短絡を実施してからのディレイ時間が所定時間を越えたため、コンタクタ操作手段１１１によりコンタクタ１０５をオフしている。

本実施の形態では、バッテリ１０３に昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４、インバータ１０２のみが接続されているが、車両の電気機器のために降圧ＤＣ／ＤＣコンバータなどで電力を供給する場合は、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータもオフすることが望ましい。

時間ｔ４では３相短絡を停止している。時間ｔ４からｔ５では、コンタクタ１０５はオフされており、バッテリ１０３と昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は切り離されている。そのため、インバータ母線電圧Ｊはゼロとなっている。また、３相短絡が停止されているため、この区間ではモータ電流実効値もゼロとなる。

このように、３相短絡を実施してバッテリ電流Ｋをゼロにした後にコンタクタ１０５をオフすることでコンタクタ１０５をオフした際のサージによるバッテリ劣化を防止することができる。また、ロータ温度Ｐが高温の状態で、コンタクタ１０５をオフし、３相短絡を停止することで、モータ１０６の減磁を防止しつつバッテリ１０３の過充電を防止することができる電動車両の制御装置の提供が可能である。

時間ｔ５以降では、図５のｔ３以降と同様に、運転者の操作に応じたモータ１０６の駆動を行う。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る電動車両の制御装置について説明する。図７は、実施の形態２に係る電動車両の制御装置の構成を示す図である。この図において、図１と同一もしくは相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

図７において、制御装置７０１は、実施の形態１で説明した制御装置１０１とほぼ同様に構成され、マイクロコンピュータ７０２、インバータ制御手段１０８、モータ回転数検出手段１０９、バッテリ蓄電量推定手段１１０、コンタクタ操作手段１１１、バッテリ温度計測手段１１２、ロータ温度推定手段１１３を備えている。しかし、マイクロコンピュータ７０２は、実施の形態１のマイクロコンピュータ１０７と異なり、充電電流推定手段７０３と充電電流上限設定手段７０４を備えている。

前記充電電流推定手段７０３は、バッテリ蓄電量推定手段１１０で推定された蓄電量と、モータ回転数検出手段１０９で検出されたモータ回転数から、バッテリ１０３に充電される電流値を推定する。また、充電電流上限設定手段７０４は、バッテリ温度計測手段１１２で計測されたバッテリ１０３の温度とバッテリ１０３の蓄電量から充電電流の上限値を設定する。

図８は、充電電流推定手段７０３のブロック図である。充電電流推定手段７０３は、誘起電圧演算手段８０１、インピーダンス演算手段８０２、バッテリ起電圧演算手段８０３、および充電電流演算手段８０４を備えている。

誘起電圧演算手段８０１は、モータ１０６の回転数から誘起電圧を演算する。永久磁石同期モータでは、誘起電圧は、（モータの回転数）×（永久磁石磁束）で計算できるため、ここではその計算を行う。また、永久磁石磁束はロータの温度によって変化するため、ロータ温度推定手段１１３の値に応じて補正を行っても良い。

インピーダンス演算手段８０２は、インバータ１０２、モータ１０６、バッテリ１０３のインピーダンスを演算する。インバータ１０２、モータ１０６、バッテリ１０３のインピーダンスを決める要因としては、インバータ１０２では通電経路の抵抗があり、モータ１０６ではコイルの抵抗成分とインダクタンス成分がある。また、バッテリ１０３ではバッテリ１０３の内部抵抗がある。

このような要因から、インピーダンス演算手段８０２では、バッテリ１０３の内部抵抗Ｒ１、インバータ１０２の通電経路の抵抗Ｒ２、モータ１０６のコイル抵抗Ｒ３、モータ１０６のコイルインダクタンスＬ、モータ１０６の回転数Ｗとし、インピーダンスＲｚを次式で計算する。
Ｒｚ＝√[（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）²＋（ＷＬ）]²
ここで、バッテリ１０３の内部抵抗Ｒ１は、例えば、次の（１）から（４）のステップで求めることができる。
（１） バッテリ１０３の蓄電量からバッテリ１０３の起電圧を計算する。
（２） インバータ１０２に電流が流れた場合の電流量とバッテリ１０３の端子電圧を計測する。
（３） （１）で計算した起電圧と（２）で得たバッテリ１０３の端子電圧との差から電圧降下量を計算する。
（４） （２）で得たバッテリ１０３の電流量と（３）で計算した電圧降下量とからオームの法則により内部抵抗を計算する。（内部抵抗）＝（電圧降下量）／（電流値）

バッテリ起電圧演算手段８０３は、バッテリ１０３の蓄電量からバッテリ１０３の起電圧を計算する。バッテリ１０３の起電圧は、バッテリ１０３の特性により異なるため、事前にバッテリ１０３の蓄電量と起電圧の関係を計測してマップを作成し、制御実施時にはマップからバッテリ１０３の起電圧を演算する。

充電電流演算手段８０４は、誘起電圧演算手段８０１で演算した誘起電圧Ｖ１と、インピーダンス演算手段８０２で演算したインピーダンスＲｚと、バッテリ起電圧演算手段８０３で計算したバッテリ起電圧Ｖ２とから次式により充電電流を計算し、推定値として出力する。
（充電電流）＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒｚ

図９は、充電電流上限設定手段７０４のブロック図である。充電電流上限設定手段７０４は、バッテリ１０３の蓄電量から決まる充電電流上限値を計算する第１の上限値計算手段９０１、バッテリ温度から決まる充電電流上限値を計算する第２の上限値計算手段９０２、および最小値演算手段９０３から構成される。

第１の上限値計算手段９０１、第２の上限値計算手段９０２は、共に、例えばバッテリ１０３の特性を事前に計測して作成したマップを利用して充電電流上限値を計算する。また、最小値演算手段９０３は、第１の上限値計算手段９０１が計算した充電電流上限値と第２の上限値計算手段９０２が計算した充電電流上限値の小さい側、即ち制限として厳しい側を出力する。

なお、本実施の形態では、充電電流上限設定手段７０４として、バッテリ１０３の蓄電量とバッテリ温度からそれぞれ制限値を計算し、厳しい制限を出力する方式を取っているが、例えばバッテリ１０３の蓄電量とバッテリ温度の２入力のマップを使用して計算してもよい。

実施の形態２に係る電動車両の制御装置は前記のように構成されており、次に、その動作を説明する。図１０は、実施の形態２に係る電動車両の制御装置の動作を説明するフローチャートである。

まず、ステップ１００１において、充電電流上限設定手段７０４で充電電流の上限値を演算し、ステップ１００２において、充電電流推定手段７０３で充電電流を推定する。

ステップ１００３においては、推定した充電電流が上限値以上かどうか判定を行う。この判定が真、即ち充電電流が上限値以上である場合はステップ１００４に進み、判定が偽である場合はステップ１００５へ進む。

ステップ１００４においては、バッテリ１０３への充電電流が過電流になる可能性があるため、３相短絡を実施する。ステップ１００５では、バッテリ１０３への充電電流が過電流にならないので３相短絡を行わず、回生発電を許可する。

図１１は、制御装置７０１を含む電動車両の動作を説明するタイムチャートである。
図１１において、Ｑは車速を示すチャートで、Ｒはモータ１０６の回転数を示すチャートである。また、Ｓはインバータ１０２の母線電圧を示すチャートで、バッテリ１０３の電圧を、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により昇圧することで、インバータ１０２の母線電圧はバッテリ１０３の電圧に対して大きくなる。なお、1点鎖線はモータ１０６の誘起電圧を、破線はバッテリ１０３の起電圧を示したものである。

Ｔはバッテリ１０３の電流を示すチャートである。バッテリ１０３の電流は、バッテリ１０３と昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の間に流れる電流を示したもので、バッテリ１０３から放電される場合をプラス、バッテリ１０３に充電される場合はマイナスで表している。

Ｕは充電電流推定手段７０３で推定した充電電流値と、充電電流上限設定手段７０４で演算した充電電流上限値を示すチャートで、Ｖは３相短絡の実施状態を示すチャートである。

この図において、時間ｔ０からｔ１はモータ１０６で加速中であり、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４でバッテリ１０３の電圧を昇圧することによりインバータ１０２の母線電圧をバッテリ１０３の起電圧に対して大きくしている。またこのとき、バッテリ１０３の電流Ｔはバッテリ１０３から放電中となっており、３相短絡は実施していない。

時間ｔ１では、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４が動作を停止し、インバータ１０２の母線電圧Ｓがバッテリ１０３の起電圧とほぼ同じ値となる。このように昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を停止することで、インバータ１０２の母線電圧はモータ１０６の誘起電圧に比べて小さくなる。また、充電電流推定値は、このタイミングで充電方向に値が大きくなり、バッテリ１０３の状態から設定された充電電流上限値よりも大きくなる。即ち、時間ｔ１では、バッテリ１０３が過大な電流で充電されると判断され、３相短絡を実施する。

時間ｔ１からｔ２では、インバータ１０２は３相短絡を実施中であるため、バッテリ１０３電流Ｔはゼロとなる。また、この区間では、３相短絡により制動力が発生するため、車速Ｑ、モータ回転数Ｒ、モータ誘起電圧が低下する。

時間ｔ２では、充電電流推定値が充電電流上限値を下回るポイントであり、時間ｔ２で３相短絡を停止する。時間ｔ２以降では３相短絡を停止しているため、バッテリ１０３への充電が行われる。

このように、充電電流上限値と充電電流推定値とを演算し、充電電流推定値が充電電流上限値よりも大きくなる場合に限定して３相短絡を実施することで、バッテリ１０３に対して過大な電流で充電される場合だけ充電を停止することが可能となり、過電流充電によるバッテリ１０３の劣化を防止しつつ、回生電力のバッテリ１０３への充電を行うことが可能となる。

前記各実施の形態においては、電動車両として、モータだけで駆動を行う電気自動車を例に挙げて説明したが、エンジンとモータで駆動を行うハイブリッド自動車であっても同様の効果を得ることが可能である。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。

Claims (5)

1. 車輪に駆動力を伝えるモータと、該モータを駆動するインバータと、該インバータに電力を供給するバッテリと、を備えた電動車両を制御する電動車両の制御装置であって、
   前記バッテリの蓄電量を推定するバッテリ蓄電量推定手段と、
   前記バッテリと前記インバータとの接続をオン、オフする接続装置と、
   前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、を備え、
   前記バッテリ蓄電量推定手段で推定される蓄電量が所定量以上となった状態で、前記モータの回転数が所定回転数以上となった場合に、前記インバータの出力端子を短絡し、所定時間が経過した後に前記接続装置をオフすることを特徴とする電動車両の制御装置。
2. 前記バッテリの温度を計測するバッテリ温度計測手段を備え、
   前記所定回転数を前記バッテリの温度に応じて変更することを特徴とする請求項１に記載の電動車両の制御装置。
3. 前記モータの回転数と前記バッテリの蓄電量から前記バッテリに充電される電流値を推定する充電電流推定手段と、
   前記バッテリの温度を計測するバッテリ温度計測手段と、
   前記バッテリの蓄電量と前記バッテリの温度から前記バッテリに充電する電流の上限値を設定する充電電流上限設定手段と、を備え、
   前記充電電流推定手段で推定された充電電流の値が、前記充電電流上限設定手段で設定された上限値より大きい場合に、前記インバータの出力端子を短絡することを特徴とする請求項１に記載の電動車両の制御装置。
4. 前記所定回転数は前記バッテリの温度に応じて変更することを特徴とする請求項３に記載の電動車両の制御装置。
5. 前記モータのロータ温度を推定するロータ温度推定手段を備え、
   前記ロータ温度が所定温度以上の場合に前記接続装置をオフすることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の電動車両の制御装置。

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