JP6700607B2 - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行用モータ（電動機）と、走行用モータに電力を供給するバッテリと、が搭載された電動車両を制御する制御装置に関する。

従来、走行用モータを動力源として走行する電動車両においては、走行用モータで駆動される駆動輪にスリップが生じた際、走行用モータから出力させる出力トルクを適宜低下させることでスリップを抑制している。

例えば、電動車両にスリップが生じた際、電動車両のスリップ率に応じて、走行用モータから出力させる出力トルクを低下（トルクダウン）させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−４０９６８号公報

ところで、駆動輪にスリップが発生すると走行用モータの回転が上がるため、走行用モータに比較的大きな電流が流れる。一方、走行用モータに電力を供給するバッテリでは、それに伴い電圧が一時的に大きく低下する。例えば、バッテリが劣化している場合や、バッテリの温度が低い場合等のようにバッテリの内部抵抗が比較的高い状態では、特に、バッテリの電圧が低下し易い。なおバッテリは、複数個の電池セルで構成されており、駆動輪にスリップが発生すると、バッテリを構成する各電池セルの電圧（セル電圧）が大きく低下することになる。

そして、このように駆動輪のスリップに伴い、セル電圧が極度に低下してしまうと、バッテリ（電池セル）の劣化を招く虞があり、さらには、バッテリ（電池セル）の損傷を招く虞もある。バッテリ（電池セル）は、一般的に入出力電圧の使用可能範囲が限られており、例えば、セル電圧が使用可能範囲の下限（下限電圧）を超えて低下してしまうと、バッテリの劣化等を招く虞がある。

またスリップに伴うセル電圧の低下は、駆動輪のスリップ時に上述のように走行用モータの出力トルクを低下させることで、ある程度抑えることはできる。しかしながら、駆動輪のスリップ量が比較的多い場合などは、セル電圧の低下を十分に抑制することができない虞がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、セル電圧の低下に起因するバッテリの劣化等を抑制することができる電動車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一つの態様は、走行用モータと、該走行用モータに電力を供給するバッテリと、を有する電動車両を制御する制御装置であって、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出手段と、アクセルペダルの開度に応じて前記走行用モータの出力トルクを制御するモータ制御手段と、前記走行用モータで駆動される車輪にスリップが発生しているか否かを判定するスリップ判定手段と、前記スリップ判定手段によりスリップが発生したと判定された際、さらに前記バッテリの電圧が判定閾値以下まで低下したか否かを判定する電圧判定手段と、を備え、前記モータ制御手段は、前記スリップ判定手段によってスリップが発生したと判定されると、前記アクセルペダルの開度に拘わらず前記走行用モータの出力トルクを第１の低下率で低下させ、さらに、前記電圧判定手段により前記バッテリの電圧が前記判定閾値以下まで低下したと判定されると、前記出力トルクの低下率を前記第１の低下率よりも大きい第２の低下率に変更することを特徴とする電動車両の制御装置にある。

ここで、制御装置は、前記バッテリの劣化状態を判定する劣化状態判定手段を備え、前記モータ制御手段は、前記バッテリの劣化度合いが進んでいるほど、前記第２の低下率を増加させることが好ましい。

また制御装置は、前記バッテリの温度を検出する温度検出手段を備え、前記モータ制御手段は、前記バッテリの温度が低いほど前記第２の低下率を増加させることが好ましい。

また制御装置は、前記バッテリの劣化状態を判定する劣化状態判定手段を備え、前記電圧判定手段は、前記バッテリの劣化度合いが進んでいるほど、前記判定閾値を大きい値に設定することが好ましい。

また制御装置は、前記バッテリの温度を検出する温度検出手段を備え、前記電圧判定手段は、前記温度検出手段の検出された前記バッテリの温度が低いほど、前記判定閾値を大きい値に設定することが好ましい。

かかる本発明によれば、駆動輪のスリップが発生した際に、各電池セル（セル電圧）が極度に低下するのを抑制することができ、このセル電圧の低下に起因するバッテリ（電池セル）の劣化や損傷を抑制することができる。

本発明に係る制御装置を備える電動車両の概略構成を示す図である。 電動車両に搭載されるバッテリの一例を示す概略図である。 本発明に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る制御装置によるトルク制御の一例のフローチャートである。 本発明に係るトルク制御におけるアクセル開度、出力トルク、セル電圧の各変化を対比して示す図である。 本発明に係るトルク制御におけるアクセル開度、出力トルク、セル電圧の各変化の他の例を対比して示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態に係る電動車両の全体構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る電動車両１は、電気自動車（ＥＶ）であり、充電可能な二次電池であるバッテリ２と、このバッテリ２からの電力供給により作動する電動機である走行用モータ３と、を備えている。走行用モータ３は、例えば、自動変速機４を介して駆動輪（本実施形態では、前輪）５に連結されている。

ここで、バッテリ２は、図２に示すように、複数個の電池セル６を備える複数の電池セルユニット７で構成されており、各電池セル６は、図示は省略するがバスバー等によって直列に接続されている。これら複数の電池セルユニット７は収容ケース８内に収容され、収容ケース８は蓋部材９によって塞がれている。

また電動車両１は、電動車両１に搭載された各種装置を総括的に制御する制御部（ＥＣＵ）１０を備えている。制御部１０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備え、電動車両１に設けられた各種センサからの信号に基づいて電動車両１の運転状態を把握し、それに基づいて各種装置を総括的に制御する。

制御部１０は、図３に示すように、電動車両１に設けられた各種センサ、例えば、アクセルペダル３１のストロークを検出するアクセルペダルストロークセンサ（アクセル開度検出手段）３２、ブレーキペダル３３のストロークを検出するブレーキペダルストロークセンサ３４、電動車両１の駆動輪（前輪）５の回転速度（車輪速）を検出する車輪速センサ（車輪速検出手段）３５と、走行用モータ３の回転数を検出する回転数検出センサ３７、バッテリ２の電圧（全体電圧及びセル電圧）を検出するバッテリ電圧センサ（バッテリ電圧検出手段）３８、バッテリ２の温度を検出するバッテリ温度センサ（バッテリ温度検出手段）３９等からの信号に基づいて電動車両１の走行状態を的確に把握し、それに基づいて走行用モータ３を含む電動車両１の各種装置を総合的に制御する。なお上記の各種センサ類は、既存のものを採用すればよい。

本実施形態に係る制御装置は、この制御部１０と、例えば、アクセルペダルストロークセンサ３２、バッテリ電圧センサ３８、バッテリ温度センサ３９等の各種センサ類とで構成され、電動車両１の駆動輪５にスリップが生じた際、走行用モータ３から出力させる出力トルクを適宜制御する。これにより、バッテリ２を構成する各電池セル６の過度の電圧低下が抑えられるため、バッテリ２（電池セル６）の劣化や損傷の発生を抑制することができる。

詳しくは、制御部１０は、モータ制御部（モータ制御手段）１１と、スリップ判定部（スリップ判定手段）１２と、電圧判定部（電圧判定手段）１３と、劣化状態判定部（劣化状態判定手段）１４と、を備えている。

モータ制御部１１は、上記のような各センサ類による検出結果に基づいて、例えば、アクセルペダル３１の開度の他、駆動輪５の回転速度（車輪速）や、走行用モータ３の回転数等に基づいて、走行用モータ３に要求される要求トルクを演算する。そしてモータ制御部１１は、走行用モータ３の実際の出力トルクがこの要求トルクに一致する（又は近づく）ように、走行用モータ３を適宜制御する。すなわちモータ制御部１１は、バッテリ２から走行用モータ３に供給する電力を調整することで、走行用モータ３の出力トルクを要求トルクに一致させるように制御する。

スリップ判定部１２は、走行用モータ３によって駆動される駆動輪（前輪）５にスリップが発生しているか否かを判定する。本実施形態では、スリップ判定部１２は、バッテリ電圧センサ３８により検出される各電池セル６のセル電圧に基づいて、所定のスリップが発生しているか否かを判定している。具体的には、スリップ判定部１２は、アクセルペダル３１の開度が急増したことを条件として、バッテリ２を構成する何れかの電池セル６の電圧（セル電圧）が、予め設定された第１の閾値以下まで低下した場合に、駆動輪５のスリップが発生していると判定する。

なお通常走行時でも、走行用モータ３の出力トルクの増加に応じて電池セル６の電圧は低下するが、第１の閾値まで低下することはない。言い換えれば、第１の閾値は、通常走行時に走行用モータ３の出力トルクが増加した場合でも、セル電圧が達しない程度の低い値に設定されている。

また駆動輪５にスリップが発生したか否かの判定手法は、特に限定されず、必ずしもセル電圧に基づいて判定しなくてもよい。例えば、走行用モータに接続されたコンデンサ（図示なし）の電圧を検出し、このコンデンサ電圧が所定の閾値以下である場合に、駆動輪５のスリップが発生していると判定するようにしてもよい。さらに駆動輪５にスリップが発生したか否かの判定は、例えば、駆動輪（前輪）５と従動輪（後輪）との回転数差、アクセルペダル３１の開度の変化率、走行用モータ３の回転数の変化率などに基づいて判定することもできる。

モータ制御部１１は、通常走行時は、上述のようにアクセルペダル３１の開度等に応じて走行用モータ３の出力トルクを適宜制御しているが、上述のようにスリップ判定部１２によって駆動輪５のスリップが発生していると判定されると、その際は、アクセルペダル３１の開度に拘わらず走行用モータ３の出力トルクを予め設定された第１の低下率で低下させる制御を行う。すなわちモータ制御部１１は、スリップ判定部１２によって駆動輪５のスリップが発生していると判定されると、走行用モータ３の出力トルクを所定の勾配で低下させる制御を行う。なお第１の低下率は、電動車両１のドライバビリティを損なわない程度に小さい値に設定されている。

これにより、電動車両１のドライバビリティの悪化を抑えつつ、駆動輪５に生じているスリップを抑制することができる。さらに、バッテリ２の電圧（セル電圧）が、使用可能範囲の下限（下限電圧）以下まで低下するのを抑制でき、バッテリ２の劣化や損傷の発生を抑えることができる。

電圧判定部１３は、スリップ判定部１２によって駆動輪５のスリップが発生していると判定された場合に、さらにセル電圧が、判定閾値である第２の閾値以下まで低下したか否かを判定する。なお第２の閾値は、上記第１の閾値以下で且つ電池セル６の使用可能範囲の下限（下限電圧）よりも大きい値に設定されている。

そしてモータ制御部１１は、電圧判定部１３によってセル電圧が上記第２の閾値以下まで低下したと判定された場合、走行用モータ３の出力トルクの低下率を第１の低下率よりも大きい第２の低下率に変更する。すなわちモータ制御部１１は、走行用モータ３の出力トルクの勾配を大きく変更する（勾配を急激にする）。

これによりセル電圧が使用可能範囲の下限を超えて低下するのを抑制できる。したがって、セル電圧の低下に伴うバッテリ２の劣化や損傷をより確実に抑制することができる。

上述のように走行用モータ３の出力トルクを第１の低下率で低下させることで、セル電圧の低下をある程度抑制することはできるが、駆動輪５のスリップ量が比較的多い場合等には、セル電圧の低下を十分に抑制することができない虞がある。

しかしながら、本実施形態では、セル電圧が第２の閾値（＜第１の閾値）以下まで低下した際に、出力トルクの低下率を第１の低下率から第２の低下率に変更するようにしたので、例えば、低μ路で駆動輪５のスリップ量が比較的多い場合でも、セル電圧の低下を十分に抑制することができる。すなわちセル電圧を使用可能範囲の下限（下限電圧）以下に低下させることなく復帰させることができる。したがって、バッテリ２の劣化や損傷をより確実に抑制することができる。

このような本実施形態に係る制御装置によるトルク制御について、図４及び図５に基づいてさらに説明する。
図４のフローチャートに示すように、電動車両１の走行中に、ステップＳ１で、セル電圧が第１の閾値以下であるか否かが判定され、セル電圧が第１の閾値以下であると判定されると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、次いでステップＳ２で走行用モータ３の出力トルクを第１の低下率で低下させる。その後、ステップＳ３でセル電圧が第２の閾値（＜第１の閾値）以下であるか否かが判定され、セル電圧が第２の閾値以下であると判定されると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、出力トルクの低下率を第１の低下率から第２の低下率に変更する。すなわち出力トルクを、第１の低下率よりも大きい第２の低下率で低下させる（ステップＳ４）。

その後、ステップＳ５で、セル電圧が第２の閾値以上である第３の閾値よりも高いか否かを判定する。なお本実施形態では、第３の閾値＝第１の閾値としている。ここで、セル電圧が第３の閾値よりも低い場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、走行用モータ３の出力トルクを第２の低下率で低下させる制御を継続する。一方、セル電圧が第３の閾値よりも高い場合には（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、セル電圧は上昇していると判断し、出力トルクを低下させる制御を終了して通常の出力トルクの制御に戻る。

またステップＳ３において、セル電圧が第２の閾値よりも大きい場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ５に進み、セル電圧が第３の閾値よりも高いか否かを判定する。そして、セル電圧が第３の閾値よりも低い場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、走行用モータ３の出力トルクを第１の低下率で低下させる制御を継続する。一方、セル電圧が第３の閾値よりも高い場合には（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、出力トルクを低下させる制御を終了して通常の出力トルクの制御に戻る。

例えば、図５に示すように、時刻ｔ１でアクセル開度が急増すると、それに伴い走行用モータ３の出力トルクが急増する。また出力トルクの急増に伴いバッテリ２の電圧（セル電圧）が低下する。そして時刻ｔ２でセル電圧が第１の閾値Ｖ１以下になると、走行用モータ３の出力トルクを第１の低下率で低下させる（時刻ｔ２−ｔ３）。その後、時刻ｔ３でセル電圧が第２の閾値Ｖ２以下になると、走行用モータ３の出力トルクの低下率を第１の低下率から第２の低下率に変更する。その後、セル電圧が回復して第３の閾値Ｖ３よりも高くなると、出力トルクを低下させる制御を終了し、通常の出力トルクの制御に戻る。例えば、この例では、時刻ｔ４で出力トルクが零となるまで低下すると、出力トルクが零の状態を維持し、時刻ｔ５でセル電圧が第３の閾値Ｖ３よりも高くなると、出力トルクを低下させる制御を終了し、通常の出力トルクの制御に戻る。

また図中点線で示すように、時刻ｔ２で走行用モータ３の出力トルクを第１の低下率で低下させ始めた後、出力トルクが第２の閾値Ｖ２以下まで低下することなく回復し、時刻ｔ６で第３の閾値Ｖ３（本実施形態では、第１の閾値と同値）以上になると、出力トルクを低下させる制御を終了し、通常の出力トルクの制御に戻る。

以上説明したように、本実施形態に係る電動車両の制御装置によれば、駆動輪５のスリップが発生した際に、各電池セル６の電圧（セル電圧）が使用可能範囲の下限電圧Ｖｍを超えて過度に低下するのを抑制でき、このセル電圧の低下に起因するバッテリ２（電池セル６）の劣化や損傷を抑制することができる。

なお本実施形態では、第２の閾値を第１の閾値よりも小さい値に設定した例を説明したが、第２の閾値は第１の閾値と一致していてもよい。この場合には、図６に示すように、時刻ｔ２でセル電圧が第２の閾値Ｖ２（＝第１の閾値Ｖ１）以下になると、走行用モータ３の出力トルクを第２の低下率で低下させる（時刻ｔ２−ｔ４）。その後、時刻ｔ４で出力トルクが零となるまで低下すると、出力トルクが零の状態を維持し、時刻ｔ５でセル電圧が第３の閾値Ｖ３よりも高くなると、出力トルクを低下させる制御を終了し、通常の出力トルクの制御に戻る。

また本実施形態では、電圧判定部１３が、バッテリ電圧センサ３８の検出結果に基づいて、セル電圧が第２の閾値以下まで低下したか否かを判定するようにしたが、この判定は、他のパラメータに基づいて行うようにしてもよい。駆動輪５のスリップが発生してセル電圧が低下する際には、車輪速が急激に上昇する。このため、この車輪速からセル電圧が第２の閾値以下まで低下したか否かを判定（推定）することもできる。すなわち車輪速が判定閾値となる第１の車輪速を超えて上昇した場合に、セル電圧が第２の閾値以下に低下したと判定（推定）するようにしてもよい。またセル電圧が第２の閾値以下まで低下したか否かの判定は、例えば、スリップ判定にも用いることができるアクセル開度の変化率、走行用モータの回転数の変化率に基づいて行うようにしてもよい。

また出力トルクの判定閾値である第２の閾値は、バッテリ２の特性等を考慮して予め設定されていてもよいが、本実施形態では、電圧判定部１３が、劣化状態判定部１４の判定結果に基づいて設定するようにしている。

劣化状態判定部１４は、バッテリの劣化状態（ＳＯＨ：State Of Health）を、バッテリ２の現在の満充電容量（Ａｈ）とバッテリ２の初期の満充電容量（Ａｈ）とに基づいて演算し（下記式（１）参照）、演算したＳＯＨの値に応じてバッテリ２の劣化状態を判定する。すなわち劣化状態判定部１４は、このＳＯＨの値が小さいほど、バッテリ２の劣化が進んでいると判定する。なおこのＳＯＨは、バッテリ２の充電時に適宜演算され、その結果が記憶されている。

ＳＯＨ＝（現在の満充電容量／初期の満充電容量）×１００ （１）

そして電圧判定部１３は、劣化状態判定部１４によって判定されるバッテリ２の劣化度合いが進んでいるほど（ＳＯＨの値が小さいほど）、第２の閾値を上記範囲内（第１の閾値以下で且つ電池セル６の使用可能範囲の下限（下限電圧）よりも大きい）でより大きい値に設定する。さらに本実施形態では、電圧判定部１３は、バッテリ温度センサ３９の検出結果に基づき、バッテリ２の温度が低いほど第２の閾値を上記範囲内でより大きい値に設定する。

バッテリ２の劣化が進んでいるほど、またバッテリ２の温度が低いほど、スリップ発生時にセル電圧は大きく低下する傾向にある。つまり、バッテリ２の劣化が進んでいるほど、またバッテリ２の温度が低いほど、セル電圧が使用可能範囲（例えば、２Ｖ〜４Ｖの範囲）の下限値（下限電圧）を超えて低下してしまう可能性が高まる。

そこで、バッテリ２の劣化が進んでいるほど、またバッテリ２の温度が低いほど、第２の閾値を上記範囲内でより大きい値に設定するようにした。これにより、スリップの発生後のより早い段階で、走行用モータ３の出力トルクの低下率が第１の低下率から第２の低下率に変更される。したがって、セル電圧が使用可能範囲の下限値を超えて低下するのを、より確実に抑制することができる。

一方で、バッテリ２の劣化が進んでいない状態、またバッテリ２の温度が比較的高い場合には、第２の閾値はより低い値に設定される。このため、走行用モータ３の出力トルクを低下させる際、第１の低下率の期間が長くなるため、ドライバビリティをより良好に維持することができる。

このように本実施形態では、電圧判定部１３は、劣化状態判定部１４によって判定されるバッテリ２の劣化度合いや、バッテリ２の温度に基づいて、第２の閾値を設定するようにしたが、さらに、電動車両１が走行している場所の外気温や天候等の情報に基づいて、第２の閾値を設定するようにしてもよい。

また、上述した劣化状態判定部１４の判定結果、外気温や天候等の情報にに基づいて、モータ制御部１１が、出力トルクの上記第２の低下率を適宜変更するようにしてもよい。例えば、バッテリ２の劣化度合いが進んでいるほど、出力トルクの第２の低下率をより増加（大きく）させ、バッテリ電圧をより早期に復活させるようにしてもよい。さらにモータ制御部１１は、第２の低下率の場合と同様に、バッテリ２の劣化度合いが進んでいるほど、出力トルクの第1の低下率をより増加させるようにしてもよい。第１の低下率は、第２の低下率と共に変更するのが好ましいが、第１の低下率のみを変更してもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態では、電動車両の一例として、走行用モータを備える電気自動車（ＥＶ）を例示して本発明を説明したが、勿論、本発明は、各種の電動車両に適用可能である。本発明は、例えば、走行用モータと共にエンジン（内燃機関）を駆動装置として備えるハイブリッド車両等にも適用することができるものである。

１ 電動車両
２ バッテリ
３ 走行用モータ
４ 自動変速機
５ 駆動輪
６ 電池セル
７ 電池セルユニット
８ 収容ケース
９ 蓋部材
１０ 制御部
１１ モータ制御部（モータ制御手段）
１２ スリップ判定部（スリップ判定手段）
１３ 電圧判定部（電圧判定手段）
１４ 劣化状態判定部（劣化状態判定手段）
３１ アクセルペダル
３２ アクセルペダルストロークセンサ（アクセル開度検出手段）
３３ ブレーキペダル
３４ ブレーキペダルストロークセンサ
３７ 回転数検出センサ
３８ バッテリ電圧センサ（バッテリ電圧検出手段）
３９ バッテリ温度センサ（バッテリ温度検出手段）

Claims (5)

1. 走行用モータと、該走行用モータに電力を供給するバッテリと、を有する電動車両を制御する制御装置であって、
   アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出手段と、
   アクセルペダルの開度に応じて前記走行用モータの出力トルクを制御するモータ制御手段と、
   前記走行用モータで駆動される車輪にスリップが発生しているか否かを判定するスリップ判定手段と、
   前記スリップ判定手段によりスリップが発生したと判定された際、さらに前記バッテリの電圧が判定閾値以下まで低下したか否かを判定する電圧判定手段と、を備え、
   前記モータ制御手段は、
   前記スリップ判定手段によってスリップが発生したと判定されると、前記アクセルペダルの開度に拘わらず前記走行用モータの出力トルクを第１の低下率で低下させ、
   さらに、前記電圧判定手段により前記バッテリの電圧が前記判定閾値以下まで低下したと判定されると、前記出力トルクの低下率を前記第１の低下率よりも大きい第２の低下率に変更する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
   前記バッテリの劣化状態を判定する劣化状態判定手段を備え、
   前記モータ制御手段は、前記バッテリの劣化度合いが進んでいるほど、前記第２の低下率を増加させる
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動車両の制御装置において、
   前記バッテリの温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記モータ制御手段は、前記バッテリの温度が低いほど、前記第２の低下率を増加させる
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の電動車両の制御装置において、
   前記バッテリの劣化状態を判定する劣化状態判定手段を備え、
   前記電圧判定手段は、前記バッテリの劣化度合いが進んでいるほど、前記判定閾値を大きい値に設定する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
5. 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において、
   前記バッテリの温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記電圧判定手段は、前記温度検出手段の検出された前記バッテリの温度が低いほど、前記判定閾値を大きい値に設定する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。