WO2017002529A1

WO2017002529A1 - 電力変換制御装置、バッテリ制御装置、駆動制御サブシステム

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Publication number: WO2017002529A1
Application number: PCT/JP2016/066530
Authority: WO
Inventors: 和人大山; 宮崎　英樹; 大川　圭一朗; 慎吾西口
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2018-01-01
Also published as: JP6445157B2; JPWO2017002529A1

Abstract

コストアップなしで、車両の走行中に電池の充電状態の検出誤差を補正する。　電力変換制御装置２１０は、高電圧バッテリ４２０の充放電を制御するバッテリ制御装置４１０と接続され、高電圧バッテリ４２０から供給される直流電流を用いて回転電機３０に交流電流を供給する電力変換回路２２０を制御する。電力変換制御装置２１０は、高電圧バッテリ４２０から供給される直流電流の電流値が０または０に向かっているときに、バッテリ制御装置４１０により検出された高電圧バッテリ４２０の充電状態に対する誤差補正の開始を許可するためのＳＯＣ検出誤差補正許可信号を、バッテリ制御装置４１０に送信する。

Description

電力変換制御装置、バッテリ制御装置、駆動制御サブシステム

　本発明は、電力変換制御装置およびバッテリ制御装置と、これらを備えた駆動制御サブシステムに関する。

　従来、ＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）において、負荷（モータ）、インバータ、コンバータ、受電部、主電源、副電源および電源間切り替えスイッチを備えた電池システムが知られている（特許文献１）。この電池システムは、負荷の駆動時間が所定の補正開
始時間に達すると、予め設定された電流値の検査電流で主電源を充放電したときの端子間電圧を測定し、その測定値に基づいて、電流積算で求められた電池の充電状態（ＳＯＣ： State Of Charge）の誤差を補正する。

特開２０１２－２１２５１０号公報

　特許文献１の電池システムでは、検査電流で主電源を充放電したときでも負荷への電力供給状態を維持するために、副電源が必要であり、さらに主電源と副電源を切り替えるための切り替えスイッチも必要である。そのため、システム構成が複雑化してコストアップするという問題がある。

　本発明による電力変換制御装置は、バッテリの充放電を制御するバッテリ制御装置と接続され、前記バッテリから供給される直流電流を用いてモータに交流電流を供給する電力変換回路を制御するものであって、前記直流電流の電流値が０または０に向かっているときに、前記バッテリ制御装置により検出された前記バッテリの充電状態に対する誤差補正の開始を許可するための許可信号を、前記バッテリ制御装置に送信する。本発明によるバッテリ制御装置は、電力変換回路からモータに供給される交流電流を生成するための直流電流を前記電力変換回路に供給するバッテリの充放電を制御するものであって、前記バッテリの充電状態を検出し、前記直流電流の電流値が０または０に向かっているときに、前記バッテリの充電状態に対する誤差補正を行う。本発明による駆動制御サブシステムは、上記の電力変換制御装置とバッテリ制御装置とを備える。

　本発明によれば、コストアップなしで、車両の走行中に電池の充電状態の検出誤差を補正することができる。

本発明の一実施形態に係る電力変換制御装置及びバッテリ制御装置を搭載した電動車両の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る車両駆動システムの構成を示す図である。回転電機及び電力変換装置の詳細を示す図である。バッテリ装置の詳細を示す図である。従来のＣＡＮメッセージの一例を示す図である。従来のＣＡＮメッセージ送受信の一例を示す図である。ＳＯＣ検出誤差補正要求信号のＣＡＮメッセージの一例を示す図である。ＳＯＣ検出誤差補正要求信号のＣＡＮメッセージ送受信の一例を示す図である。ＳＯＣ検出誤差補正許可信号のＣＡＮメッセージの一例を示す図である。ＳＯＣ検出誤差補正許可信号のＣＡＮメッセージ送受信の一例を示す図である。ＣＡＮ通信のＢＵＳラインに加えてローカルＣＡＮ通信ラインを設けた車両駆動システムの構成を示す図である。高電圧バッテリの開放端電圧とＳＯＣの関係を示す図である。ＩＧＮ　ＯＮ後のＳＯＣ検出誤差の時間変化の様子を示す図である。ＩＧＮ　ＯＮ、ＩＧＮ　ＯＦＦ、ＩＧＮ　ＯＮが続けて行われた場合のＳＯＣ検出誤差の時間変化の様子を示す図である。入力電流に対する電流センサの検出誤差の一例を示す図である。ＳＯＣ検出誤差補正後の入力電流に対する電流センサの検出誤差の一例を示す図である。

　以下では、本発明の一実施形態に係る電力変換制御装置、バッテリ制御装置および駆動制御サブシステムについて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換制御装置及びバッテリ制御装置を搭載した電動車両１の構成を示す図である。なお、電動車両１は一般的な構成の電動車両の例である。本実施形態では電動車両１が前輪駆動の例を示すが、後輪駆動または四輪駆動車でも構わない。

　回転電機３０は、ギヤボックス４０を経由して車軸４０Ｒ、４０Ｌと機械的に接続されている。車軸４０Ｒ、４０Ｌは、駆動輪（前輪）１０ＦＲ、１０ＲＬにそれぞれ接続されている。駆動輪１０ＦＲ、１０ＲＬは、ギヤボックス４０及び車軸４０Ｒ、４０Ｌを経由した回転電機３０の出力を駆動力として地面に伝えることで、電動車両を駆動する。従動輪（後輪）１０ＲＲ、１０ＲＬは、車軸７０Ｌ、７０Ｒによりディファレンシャルギヤ６０にそれぞれ接続されている。

　ビークルコントローラ（ＶＣＭ）１００は、電動車両１を統合的に制御するコントローラである。ビークルコントローラ１００は、ＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０により、電力変換制御装置（ＭＣＵ）２１０、バッテリ制御装置（ＢＣＵ）４１０、充電器制御装置５１０およびコンバータ制御装置６１０と接続されている。この接続により、ビークルコントローラ１００、電力変換制御装置２１０、バッテリ制御装置４１０、充電器制御装置５１０およびコンバータ制御装置６１０の間で、互いにＣＡＮメッセージの送受信か可能となっている。

　電力変換制御装置２１０は、電力変換回路２２０と接続されている。電力変換回路２２０は、３相ハーネス９Ｕ、９Ｖ、９Ｗにより回転電機３０と接続されており、これらを介して回転電機３０との間で交流電力をやり取りできるようになっている。また電力変換回路２２０は、ＤＣハーネス９Ｐ、９Ｎにより高電圧バッテリ４２０と接続されており、このＤＣハーネス９Ｐ、９Ｎを介して、高電圧バッテリ４２０との間で直流電力をやり取りできるようになっている。

　ＤＣハーネス９Ｐは、正極リレー９ＰＳ、プリチャージ抵抗９ＰＰＲ及びプリチャージリレー９ＰＰＳを備えている。プリチャージ抵抗９ＰＰＲとプリチャージリレー９ＰＰＳは直列に接続されており、これらは正極リレー９ＰＳと並列に取り付けられている。ＤＣハーネス９Ｐは、正極リレー９ＰＳ及びプリチャージリレー９ＰＰＳの接続状態を切り替えることで、高電圧バッテリ４２０から供給される直流電力の接続及び切断を随時出来るようになっている。ＤＣハーネス９Ｎは、負極リレー９ＮＳを備えている。ＤＣハーネス９Ｎは、負極リレー９ＮＳの接続状態を切り替えることで、高電圧バッテリ４２０から供給される直流電力の接続及び切断を随時出来るようになっている。

　バッテリ制御装置４１０は、高電圧バッテリ４２０と接続されている。高電圧バッテリ４２０は、ハーネス９Ｐ１、９Ｎ１により充電器５００と接続されており、これらを介して充電器５００との間で直流電力のやり取りが出来るようになっている。

　充電器制御装置５１０は、充電器５００と接続されている。充電器５００には、外部電源である充電スタンド８００と接続するためのハーネス９Ｐ３、９Ｎ３と接続されている。充電器５００と充電スタンド８００とがハーネス９Ｐ３、９Ｎ３を介して互いに接続された状態で、充電器制御装置５１０が充電スタンド８００からの電力を制御することで、高電圧バッテリ４２０が充電される。尚、本実施形態では充電の場合を説明するが、充電器５００が給電機能を備える場合には、高電圧バッテリ４２０の電力を外部に供給することも可能である。

　コンバータ制御装置６１０は、ＤＣＤＣコンバータ６００と接続されている。ＤＣＤＣコンバータ６００は、上記のハーネス９Ｐ１、９Ｎ１にそれぞれ接続されたハーネス９Ｐ２、９Ｎ２により高電圧バッテリ４２０と接続されている。これにより、高電圧バッテリ４２０から供給される直流電力をＤＣＤＣコンバータ６００で適宜電圧変換して低電圧バッテリ７００に出力できるようになっている。

　低電圧バッテリ７００は、例えば１２～２４Ｖ程度の出力電圧を有する。低電圧バッテリ７００はＤＣＤＣコンバータ６００と接続されており、適宜ＤＣＤＣコンバータ６００からの直流電力により充電されている。

　図２は、本発明の一実施形態に係る車両駆動システムの構成を示す図である。図２の車両駆動システムは、図１の回転電機３０、ビークルコントローラ１００、充電器５００、充電器制御装置５１０、ＤＣＤＣコンバータ６００、コンバータ制御装置６１０及び低電圧バッテリ７００と、電力変換装置２００及びバッテリ装置４００とを有する。電力変換装置２００は、図１の電力変換制御装置２１０及び電力変換回路２２０と、平滑コンデンサ２００Ｃ及び電流センサ２０Ｃとによって構成される。バッテリ装置４００は、図１のバッテリ制御装置４１０、高電圧バッテリ４２０及びＤＣハーネス９Ｐ、９Ｎによって構成される。なお、電力変換制御装置２１０及びバッテリ制御装置４１０を合わせて、駆動制御サブシステムと呼ぶこともある。

　ドライバーが電動車両１の走行開始スイッチをＯＮ（以下ＩＧＮ　ＯＮ）すると、ビークルコントローラ１００がＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０に起動指令を送信する。電力変換制御装置２１０及びバッテリ制御装置４１０は、ビークルコントローラ１００から送信された起動指令をＢＵＳライン１１０から受信すると、所定の起動シーケンスをそれぞれ開始する。

　バッテリ制御装置４１０が起動シーケンスを開始すると、後述するＳＯＣ検出誤差補正及び初期ＳＯＣ値検出が行われる。続いて、負極リレー９ＮＳがＯＮ（接続）され、その次にプリチャージリレー９ＰＰＳがＯＮ（接続）される。これにより、高電圧バッテリ４２０と電力変換回路２２０との導通が開始され、プリチャージ抵抗９ＰＰＲを通って充電電流が平滑コンデンサ２００Ｃに流れる。その後、平滑コンデンサ２００Ｃの両端電圧がある一定値以上になると、正極リレー９ＰＳがＯＮ（接続）され、プリチャージリレー９ＰＰＳがＯＦＦ（切断）される。この動作は、平滑コンデンサ２００Ｃに過大な突入電流が流れるのを防ぐためである。

　ドライバーが電動車両１の走行開始スイッチをＯＦＦ（以下ＩＧＮ　ＯＦＦ）すると、ビークルコントローラ１００がＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０に終了指令を送信する。電力変換制御装置２１０及びバッテリ制御装置４１０は、ビークルコントローラ１００から送信された終了指令をＢＵＳライン１１０から受信すると、所定の終了シーケンスをそれぞれ開始する。バッテリ制御装置４１０が終了シーケンスを開始すると、負極リレー９ＮＳと正極リレー９ＰＳがそれぞれＯＦＦ（切断）され、高電圧バッテリ４２０は電力変換回路２２０から切り離される。

　図３は、回転電機３０及び電力変換装置２００の詳細を示す図である。

　電力変換回路２２０は、電力変換制御装置２１０の制御により、高電圧バッテリ４２０から供給される直流電流（直流電力）を交流電流（交流電力）に変換して回転電機３０に供給する。また、電力変換回路２２０は、回転電機３０の回転によって生じた交流電力を直流電力に変換することで、高電圧バッテリ４２０を充電することもできる。

　電力変換回路２２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応する３相の上アームスイッチング素子２０ＵＵ、２０ＶＵ、２０ＷＵと、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応する３相の下アームスイッチング素子２０ＵＬ、２０ＶＬ、２０ＷＬとを有する。これらのスイッチング素子は、例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどで構成される。

　電力変換回路２２０と回転電機３０の間には、ハーネス９Ｕ、９Ｖ、９Ｗが設けられている。ハーネス９Ｕは、回転電機３０のＵ相コイル３０Ｕと電力変換回路２２０のＵ相接続端子２０Ｕとの間を電気的に接続している。Ｕ相接続端子２０Ｕは、Ｕ相上アームスイッチング素子２０ＵＵとＵ相下アームスイッチング素子２０ＵＬの間に設けられている。ハーネス９Ｖは、回転電機３０のＶ相コイル３０Ｖと電力変換回路２２０のＶ相接続端子２０Ｖとの間を電気的に接続している。Ｖ相接続端子２０Ｖは、Ｖ相上アームスイッチング素子２０ＶＵとＶ相下アームスイッチング素子２０ＶＬの間に設けられている。ハーネス９Ｗは、回転電機３０のＷ相コイル３０Ｗと電力変換回路２２０のＷ相接続端子２０Ｗとの間を電気的に接続している。Ｗ相接続端子２０Ｗは、Ｗ相上アームスイッチング素子２０ＷＵとＷ相下アームスイッチング素子２０ＷＬの間に設けられている。

　回転電機３０は、ハーネス９Ｕ、９Ｖ、９Ｗを介して電力変換回路２２０から入力された交流電力を用いてロータ（不図示）を回転駆動させることで、電気出力を機械出力に変換する（力行）。また、回転電機３０に外部から機械入力が与えられることでロータが回されると、回転電機３０は発電機として作用し、電気出力が可能となる（回生）。

　磁極位置センサ３０Ｒは、回転電機３０のロータ磁極位置を検出する。磁極位置センサ３０Ｒによって検出されたロータ磁極位置の情報は、電力変換制御装置２１０に出力される。サーミスタ３０Ｔは、回転電機３０のコイル温度を検出する。サーミスタ３０Ｔによって検出されたコイル温度の情報は、電力変換制御装置２１０に出力される。電流センサ２０Ｃは、ハーネス９Ｕ、９Ｖ、９Ｗに取り付けられており、電力変換回路２２０と回転電機３０の間に流れる電流値を検出する。電流センサ２０Ｃによって検出された各相の電流の情報は、電力変換制御装置２１０に出力される。

　回転電機３０が力行する場合は、電力変換制御装置２１０の制御により、ロータの磁極位置に応じて、電力変換回路２２０の６つのスイッチング素子２０ＵＵ、２０ＵＬ、２０ＶＵ、２０ＶＬ、２０ＷＵ、２０ＷＬがそれぞれスイッチング動作を行う。これにより、必要な位相及び振幅の３相交流電力を、回転電機３０のＵ相コイル３０Ｕ、Ｖ相コイル３０Ｖ、Ｗ相コイル３０Ｗにそれぞれ流す。すると回転電機３０は、入力された交流電力を機械出力に変換して出力する。このとき電力変換制御装置２１０は、実際に回転電機３０に流れる電流の検出結果に基づくフィードバック制御を行うことで、目標の電流値による交流電流が回転電機３０に安定して流れるように制御する。

　なお、電力変換制御装置２１０は、サーミスタ３０Ｔにより検出された回転電機３０のコイル温度を監視し、その監視結果に基づく制御を行うこともできる。例えば、コイル温度がある閾値を越えたときには、回転電機３０の焼損を防止するために、回転電機３０に入力される交流電力を所定値以下に制限する。

　図４は、バッテリ装置４００の詳細を示す図である。

　高電圧バッテリ４２０は、ＤＣハーネス９Ｐ、９Ｎを経由して、電力変換装置２００に直流電力を出力したり、電力変換装置２００から直流電力を入力したりする。本実施形態では、バッテリ装置４００内に正極リレー９ＰＳ、負極リレー９ＮＳ、プリチャージリレー９ＰＰＳ及びプリチャージ抵抗９ＰＰＲを格納した例を示したが、高電圧バッテリ４２０の外にこれらが配置される場合もある。ハーネス９Ｐ１、９Ｎ２は高電圧バッテリ４２０と充電器５００及びＤＣＤＣコンバータ６００を電気的に接続している。

　高電圧バッテリ４２０は、ｎ個のバッテリセル４２０（１）～４２０（ｎ）により構成される。ｎは１以上の任意の整数である。なお、本実施形態の高電圧バッテリ４２０では、バッテリセル４２０（１）～４２０（ｎ）の全てを直列に接続してもよいし、並列に接続してもよい。また、直列と並列の組み合わせとしてもよい。高電圧バッテリ４２０には、１個または複数個の温度センサ（図示せず）が取り付けており、この温度センサで検出されたバッテリ温度の情報がバッテリ制御装置４１０に入力される。

　電圧計４００Ｖは、高電圧バッテリ４２０の総電圧を測定する。電圧計４００Ｖは、各バッテリセル４２０（１）～４２０（ｎ）の電圧を検出して加算することで高電圧バッテリ４２０の総電圧を測定してもよいし、単純にバッテリセル４２０（１）の正極と４２０（ｎ）の負極間の電圧を測定することで高電圧バッテリ４２０の総電圧を測定してもよい。電流計４００Ａは、高電圧バッテリ４２０に入出力される電流を測定する。電圧計４００Ｖで検出された高電圧バッテリ４２０の総電圧の情報及び電流計４００Ａで検出された高電圧バッテリ４２０の電流の情報は、バッテリ制御装置４１０に入力される。

　図５は、ビークルコントローラ１００、バッテリ制御装置４１０及び電力変換制御装置２１０の間で送受信される従来のＣＡＮメッセージの一例を示す図である。図５において、各送受信メッセージには識別のためのＩＤが割り振られている。

　例えば、ビークルコントローラ１００は、ある任意の時間間隔で、送信メッセージリストにある目標トルク（ＩＤ：０１０）のメッセージをＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０に送信する。電力変換制御装置２１０のメッセージ受信リストには、目標トルク（ＩＤ：０１０）があるため、電力変換制御装置２１０は、この目標トルクのメッセージを受信する。そして、受信したメッセージで示された目標トルクの値に基づいて、回転電機３０のトルクを制御する。

　また、例えば、バッテリ制御装置４１０は、ある任意の時間間隔で、送信メッセージリストにあるバッテリ状態（ＩＤ：０４０）のメッセージをＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０に送信する。ビークルコントローラ１００のメッセージ受信リストには、バッテリ状態（ＩＤ：０４０）があるため、ビークルコントローラ１００は、このバッテリ状態のメッセージを受信して、電動車両１の制御に活用する。なお、バッテリ状態（ＩＤ：４００）のメッセージには、例えば、バッテリ電力（充電・放電）の情報、バッテリ総電圧の情報、バッテリ電流の情報、バッテリＳＯＣの情報、バッテリ温度の情報などが含まれる。

　図６は、ビークルコントローラ１００、バッテリ制御装置４１０及び電力変換制御装置２１０における従来のＣＡＮメッセージ送受信の一例を示す図である。図５で説明した上記のＣＡＮメッセージの送受信における実際の信号の流れを、図６を参照して以下に説明する。

　ビークルコントローラ１００からは、図５に示した目標トルク（ＩＤ：０１０）のメッセージが、矢印１１０ＡＳのように出力される。この目標トルクのメッセージは、ＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０上を流れて、矢印１１０ＡＲのように電力変換制御装置２１０に入力される。

　また、バッテリ制御装置４１０からは、図５に示したバッテリ状態（ＩＤ：０４０）のメッセージが、矢印４１０ＡＳのように出力される。このバッテリ状態のメッセージは、ＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０上を流れて、矢印４１０ＡＲのようにビークルコントローラ１００に入力される。

　図７は、ビークルコントローラ１００、バッテリ制御装置４１０及び電力変換制御装置２１０の間で送受信されるＳＯＣ検出誤差補正要求信号のＣＡＮメッセージの一例を示す図である。

　電動車両１がＩＧＮ　ＯＮされると、前述のように高電圧バッテリ４２０と電力変換回路２２０との導通が開始され、電力変換制御装置２１０及びバッテリ制御装置４１０において所定の起動シーケンスが開始される。ＩＧＮ　ＯＮから所定時間が経過すると、バッテリ制御装置４１０は、送信メッセージリストにあるＳＯＣ検出誤差補正要求（ＩＤ：０４２）のメッセージをＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０に送信する。ビークルコントローラ１００のメッセージ受信リスト及び電力変換制御装置２１０のメッセージ受信リストには、ＳＯＣ検出誤差補正要求（ＩＤ：０４２）があるため、ビークルコントローラ１００及び電力変換制御装置２１０は、このＳＯＣ検出誤差補正要求のメッセージをそれぞれ受信する。これにより、ビークルコントローラ１００及び電力変換制御装置２１０は、バッテリ制御装置４１０がＳＯＣ検出誤差の補正を要求していることをそれぞれ知ることが出来る。

　図８は、ビークルコントローラ１００、バッテリ制御装置４１０及び電力変換制御装置２１０におけるＳＯＣ検出誤差補正要求信号のＣＡＮメッセージ送受信の一例を示す図である。図７で説明した上記のＣＡＮメッセージの送受信における実際の信号の流れを、図８を参照して以下に説明する。

　バッテリ制御装置４１０からは、図７に示したＳＯＣ検出誤差補正要求（ＩＤ：０４２）のメッセージが、矢印４１０ＢＳのように出力される。このＳＯＣ検出誤差補正要求のメッセージは、ＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０上を流れて、矢印４１０ＢＲ１、４１０ＢＲ２のように電力変換制御装置２１０及びビークルコントローラ１００にそれぞれ入力される。

　以上説明したように、バッテリ制御装置４１０は、高電圧バッテリ４２０と電力変換回路２２０との導通が開始されてから所定時間経過後に、高電圧バッテリ４２０のＳＯＣに対する誤差補正の開始の許可を要求するための要求信号として、ＳＯＣ検出誤差補正要求のメッセージを送信する。このＳＯＣ検出誤差補正要求のメッセージは、電力変換制御装置２１０及びビークルコントローラ１００において受信される。

　図９は、ビークルコントローラ１００、バッテリ制御装置４１０、電力変換制御装置２１０及びコンバータ制御装置６１０の間で送受信されるＳＯＣ検出誤差補正許可信号のＣＡＮメッセージの一例を示す図である。

　電力変換制御装置２１０は、高電圧バッテリ４２０から電力変換回路２２０に供給される直流電流の電流値が０または０に向かっていると判断すると、送信メッセージリストにあるＳＯＣ検出誤差補正許可（ＩＤ：０９０）のメッセージをＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０に送信する。バッテリ制御装置４１０のメッセージ受信リスト及びコンバータ制御装置６１０のメッセージ受信リストには、ＳＯＣ検出誤差補正許可（ＩＤ：０９０）があるため、バッテリ制御装置４１０及びコンバータ制御装置６１０は、このＳＯＣ検出誤差補正許可のメッセージをそれぞれ受信する。これにより、バッテリ制御装置４１０及びコンバータ制御装置６１０は、ＳＯＣの検出誤差の補正が許可されたことをそれぞれ知り、後述するようなＳＯＣ検出誤差の補正動作をそれぞれ開始することが出来る。

　具体的には、電力変換制御装置２１０は、電力変換回路２２０の制御状態が、高電圧バッテリ４２０からの直流電流の電流値を０にするための所定の制御状態（ゼロ電流制御状態）であるか否かを判断することで、直流電流の電流値が０または０に向かっているか否かを判断することができる。このゼロ電流制御状態には、例えば三相短絡の制御状態が含まれる。三相短絡とは、電力変換回路２２０の三相の上アームスイッチング素子２０ＵＵ、２０ＶＵ、２０ＷＵの全て、または三相の下アームスイッチング素子２０ＵＬ、２０ＶＬ、２０ＷＬの全てが同時にＯＮした状態のことである。この三相短絡の制御状態では、電力変換回路２２０と回転電機３０の間で電流が還流する。そのため、高電圧バッテリ４２０と電力変換回路２２０の間では、入出力電流はゼロである。

　また、上記のゼロ電流制御状態には、例えばスイッチング停止の制御状態が含まれる。スイッチング停止とは、電力変換回路２２０の三相の上下アームのスイッチング素子２０ＵＵ、２０ＶＵ、２０ＷＵ、２０ＵＬ、２０ＶＬ、２０ＷＬの全てがスイッチング動作を停止している状態のことである。このスイッチング停止の制御状態では、電力変換回路２２０と回転電機３０の間の電流が遮断される。そのため、高電圧バッテリ４２０と電力変換回路２２０の間では、入出力電流はゼロである。

　なお、スイッチング停止状態であっても、回転電機３０の回転数がある一定値以上になると、回転電機３０が発生する誘起電圧が所定のダイオード導通電圧以上となる。このとき、電力変換装置２００の６つのスイッチング素子２０ＵＵ、２０ＶＵ、２０ＷＵ、２０ＵＬ、２０ＶＬ、２０ＷＬにあるダイオード部分を通って、電力変換回路２２０から高電圧バッテリ４２０側に直流電流が流れることで、高電圧バッテリ４２０が充電される。そのため、こうした状態のときには、電力変換制御装置２１０からＳＯＣ検出誤差補正許可のメッセージを送信しないことが好ましい。具体的には、スイッチング停止状態で回転電機３０がある一定値以上になるような使い方が想定される場合は、スイッチング停止状態であり、かつ回転電機３０の回転数がある一定値以下（すなわち誘起電圧が所定値以下）であるときに、電力変換制御装置２１０がＳＯＣ検出誤差補正許可のメッセージを送信するようにすれば良い。

　なお、上記では、電力変換制御装置２１０が三相短絡やスイッチング停止の制御状態を判断することで、ゼロ電流制御状態を判断してＳＯＣ検出誤差補正許可のメッセージを送信する例を説明した。しかし、ビークルコントローラ１００が送信リストにある三相短絡（ＩＤ：０１５）またはＳＷ停止（ＩＤ：０２０）のメッセージを送信し、これらのメッセージを電力変換制御装置２１０が受信することで、電力変換制御装置２１０がＳＯＣ検出誤差補正許可のメッセージを送信するトリガとしても良い。

　コンバータ制御装置６１０は、ＳＯＣ検出誤差補正許可のメッセージを受信したら、ＤＣＤＣコンバータ６００の動作を停止させる。これにより、ＳＯＣ検出誤差補正の動作中に、ＤＣＤＣコンバータ６００を介して高電圧バッテリ４２０から低電圧バッテリ７００が充電されないようにする。あるいは、ＤＣＤＣコンバータ６００の電圧変換時に高電圧バッテリ４２０からハーネス９Ｐ１、９Ｎ１を通って流れる電流値がある一定値より大きい場合には、ＳＯＣ検出誤差補正の動作中に、ＤＣＤＣコンバータ６００の動作を停止するようにしてもよい。

　図１０は、ビークルコントローラ１００、バッテリ制御装置４１０、電力変換制御装置２１０及びコンバータ制御装置６１０におけるＳＯＣ検出誤差補正許可信号のＣＡＮメッセージ送受信の一例を示す図である。図９で説明した上記のＣＡＮメッセージの送受信における実際の信号の流れを、図１０を参照して以下に説明する。

　電力変換制御装置２１０からは、図９に示したＳＯＣ検出誤差補正許可（ＩＤ：０９０）のメッセージが、矢印２１０ＢＳのように出力される。このＳＯＣ検出誤差補正許可のメッセージは、ＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０上を流れて、矢印２１０ＢＲ１、２１０ＢＲ２のようにバッテリ制御装置４１０及びコンバータ制御装置６１０にそれぞれ入力される。

　以上説明したように、電力変換制御装置２１０は、高電圧バッテリ４２０から電力変換回路２２０に供給される直流電流の電流値が０または０に向かっているときに、高電圧バッテリ４２０のＳＯＣに対する誤差補正の開始を許可するための許可信号として、ＳＯＣ検出誤差補正許可のメッセージを送信する。このＳＯＣ検出誤差補正許可のメッセージは、バッテリ制御装置４１０及びコンバータ制御装置６１０において受信される。

　なお、上記で図５～図１０を参照して説明したように、ＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０には、ビークルコントローラ１００、電力変換制御装置２１０、バッテリ制御装置４１０、充電器制御装置５１０及びコンバータ制御装置６１０から送信されたさまざまな信号が流れされている。そのため、ＢＵＳライン１１０に流れる信号量が過大となった場合には、本発明に係るＳＯＣ検出誤差補正要求（ＩＤ：０４２）やＳＯＣ検出誤差補正許可（ＩＤ：０９０）のメッセージの送受信を円滑に行えないという問題が発生する。そこで、これらのメッセージを送受信するための通信ラインをＢＵＳライン１１０とは別に設けるようにしてもよい。

　図１１は、ＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０に加えてローカルＣＡＮ通信ライン１２０を設けた車両駆動システムの構成を示す図である。図１１に示すローカルＣＡＮ通信ライン１２０は、上記のような問題を鑑みて追加されたものである。すなわち、図１１の車両駆動システムでは、電力変換制御装置２１０、バッテリ制御装置４１０、充電器制御装置５１０、コンバータ制御装置６１０間の信号の送受信を円滑に行うために、ローカルＣＡＮ通信ライン１２０が設けられている。このようにすることで、本発明のＳＯＣ検出誤差補正要求（ＩＤ：０４２）やＳＯＣ検出誤差補正許可（ＩＤ：０９０）の送受信を、必要なときに行えるという効果がある。

　以上説明したように、図１１の車両駆動システムの構成では、電力変換制御装置２１０、バッテリ制御装置４１０、充電器制御装置５１０及びコンバータ制御装置６１０が、ＣＡＮ通信のＢＵＳライン１１０とは異なるローカルＣＡＮ通信ライン１２０を介して互いに接続されている。バッテリ制御装置４１０から電力変換制御装置２１０やビークルコントローラ１００へのＳＯＣ検出誤差補正要求のメッセージや、電力変換制御装置２１０からバッテリ制御装置４１０やコンバータ制御装置６１０へのＳＯＣ検出誤差補正許可のメッセージは、このローカルＣＡＮ通信ライン１２０を介して送信される。

　次に、バッテリ制御装置４１０が行うＳＯＣ検出誤差補正について説明する。図１２は、高電圧バッテリ４２０の開放端電圧とＳＯＣの関係を示す図である。高電圧バッテリ４２０の開放端電圧（Ｖ）とＳＯＣ（％）は、図１２に示すような関係にある。したがって、高電圧バッテリ４２０の開放端電圧（Ｖ）が分かれば、ＳＯＣ（％）を求めることができる。例えば、開放端電圧の値が図１２に示すＯＣＶ１であるとき、ＳＯＣの値は６０％と求められる。

　ここで、図４の電圧計４００Ｖの検出値から、バッテリ制御装置４１０が高電圧バッテリ４２０の開放端電圧を計算する方法を述べる。

　ＯＣＶ＝Ｖｄｃ－Ｒ１・Ｉｄｃ-Ｖｐ　　・・・・式１　
　高電圧バッテリ４２０の開放端電圧（ＯＣＶ）は上記式１で求められる。式１において、Ｖｄｃ（Ｖ）は電圧計４００Ｖの検出値、Ｒ１（Ω）は高電圧バッテリ４２０の内部抵抗値、Ｉｄｃ（Ａ）は電流計４００Ａの検出値（放電の場合は符号がマイナス、充電の場合は符号がプラス）、Ｖｐ（Ｖ）は高電圧バッテリ４２０の分極電圧値をそれぞれ表す。

　上記の内部抵抗値Ｒ１は、高電圧バッテリ４２０の温度や状態によって変化する。分極電圧値Ｖｐも、高電圧バッテリ４２０の温度や状態によって変化する。また、分極電圧値Ｖｐは、Ｉｄｃ＝０となってもすぐにゼロにならず、時間と共に減衰してゼロとなる。このため、様々な温度に対する内部抵抗値Ｒ１や分極電圧値Ｖｐのデータが予め取得されており、マップ化されてバッテリ制御装置４１０内に記憶されている。また、バッテリセル４２０（１）～４２０（ｎ）には、１個以上のサーミスタ（図示せず）が設けられており、各バッテリセルの温度を検出できるようになっている。そのため、電圧計４００Ｖの検出値Ｖｄｃと電流計４００Ａの検出値Ｉｄｃが分かれば、バッテリ制御装置４１０はマップデータを参照して、式１から高電圧バッテリ４２０の開放端電圧を求めることができる。この結果を基に、図１２からＳＯＣ値を求めることができる。

　バッテリ制御装置４１０は、充放電中の高電圧バッテリ４２０のＳＯＣを以下の式２から求めることができる。
　ＳＯＣｎ（％）＝ｋＳＯＣ（ｖ）ｎ＋（１－ｋ）ＳＯＣ（ｉ）ｎ　・・・・式２

　式２において、ＳＯＣ（ｖ）ｎは、式１のＯＣＶから求められるＳＯＣの値を表す。一方、ＳＯＣ（ｉ）ｎは、高電圧バッテリ４２０に流れる入出力電流の積算値から求められるＳＯＣの値を表し、以下の式（３）で求められる。
　ＳＯＣ（ｉ）ｎ＝（∫Ｉｄｃｄｔ）／Ｑ　・・・・式３

　式３において、Ｉｄｃ（Ａ）は式１と同様に、電流計４００Ａの検出値（放電の場合は符号がマイナス、充電の場合は符号がプラス）を表し、Ｑ（Ａｈ）は高電圧バッテリ４２０のバッテリ容量を表す。また、ｋは変数であり、高電圧バッテリ４２０から入出力する電流が大きいほどｋが小さくなり、電流が小さいほどｋが大きくなる。つまり、高電圧バッテリ４２０の入出力電流が大きい時は、式２において入出力電流の積算項を表すＳＯＣ（ｉ）ｎが支配的であり、反対に入出力電流が小さい時は、電圧項を表すＳＯＣ（ｖ）ｎが支配的となる。このように式２では、ＳＯＣの検出精度を上げるために、開放端電圧から求められるＳＯＣの値と、高電圧バッテリ４２０の入出力電流値の積算から求められるＳＯＣの値とを、ｋの値により按分して計算している。

　式３のバッテリ容量Ｑの値は、高電圧バッテリ４２０の寿命(劣化度）等により変化する。そのため、様々な状況に対するバッテリ容量Ｑの値が予め取得されており、マップ化されてバッテリ制御装置４１０内に記憶されている。

　バッテリ制御装置４１０は、ＳＯＣ検出誤差補正を行う際には、高電圧バッテリ４２０の入出力電流を０にすると共に、それまでの入出力電流の積算値を０とする。これにより、上記の式２において、電流の積算値に基づくＳＯＣ（ｉ）ｎの値を０として、そのときの開放端電圧に基づくＳＯＣ（ｖ）ｎの値を初期ＳＯＣの値として求める。このようにして、バッテリ制御装置４１０は、高電圧バッテリ４２０のＳＯＣに対する誤差補正を行うことができる。

　なお、式２に関しては、高電圧バッテリ４２０のＳＯＣの算出方法に対する一般的な考え方を示したに過ぎず、他の算出方法を用いてもよい。たとえば、式２の第二項を変化させた以下の式４を用いて、ｄｔ時間の差分を順次足し合わせていくやり方で高電圧バッテリ４２０のＳＯＣを算出しても構わない。
　ＳＯＣｎ（％）＝ｋＳＯＣ（ｖ）ｎ＋（１－ｋ）｛ＳＯＣ（ｉ）ｎ－１＋（Ｉｄｃ’・ｄｔ）／Ｑ｝　・・・・式４

　図１３は、ＩＧＮ　ＯＮ後のＳＯＣ検出誤差の時間変化の様子を示す図である。図１３において、ｔ０はＩＧＮ　ＯＮの時刻を表す。すなわち、時刻ｔ０はドライバーが電動車両１の始動開始スイッチ（図示しない）をＯＮしたタイミングである。通常は時刻ｔ０のタイミングでＳＯＣ検出誤差補正が行われるため、一旦ＳＯＣ検出誤差は０となる。その後、時間の経過に応じて徐々にＳＯＣ検出誤差は増加する。時刻ｔ０から一定時間ｄｔ１経過した時の時刻ｔ１のタイミングで、バッテリ制御装置４１０がＳＯＣ検出誤差補正要求を送信すると、その後にＳＯＣ検出誤差補正許可を受信したときに、ＳＯＣ検出誤差補正が行われてＳＯＣ検出誤差が０となる。

　図１４は、ＩＧＮ　ＯＮ、ＩＧＮ　ＯＦＦ、ＩＧＮ　ＯＮが続けて行われた場合のＳＯＣ検出誤差の時間変化の様子を示す図である。図１４において、ｔ０は図１３と同様に、ＩＧＮ　ＯＮの時刻、すなわちドライバーが電動車両１の走行開始スイッチ（図示しない）をＯＮしたタイミングである。この場合も図１３と同様に、通常は時刻ｔ０のタイミングでＳＯＣ検出誤差補正が行われるため、一旦ＳＯＣ検出誤差は０となる。その後、時間の経過に応じて徐々にＳＯＣ検出誤差は増加する。

　図１４において、ｔｅはＩＧＮ　ＯＦＦのタイミングを表す。この時刻ｔｅでは、ドライバーの意思によって電動車両１が停止する。その後、時刻ｔｅから時間ｄｔが経過した後の時刻ｔ０’において、ドライバーの意思により電動車両１の走行開始スイッチ（図示しない）が再びＯＮされると、時刻ｔ０のときと同様に、電動車両１はＳＯＣ検出誤差補正を行い、走行を開始する。電動車両１が走行を開始した後は、徐々にＳＯＣ検出誤差が増加する。

　ここで、時刻ｔ０の時点では、その前にドライバーが電動車両１の走行開始スイッチをＯＦＦ（ＩＧＮ　ＯＦＦ）してから十分に時間が経過しており、高電圧バッテリ４２０は分極電圧Ｖｐが十分に減衰してゼロとなった状態にあるとする。この状態でドライバーが電動車両１の走行開始スイッチをＯＮ（ＩＧＮ　ＯＮ）すると、バッテリ制御装置４１０が起動シーケンスを開始し、時刻ｔ０時点での初期ＳＯＣが検出される。

　時刻ｔ０の時点では、高電圧バッテリ４２０の入出力電流の積算値はゼロであるため、式３の値が０となる。そのため、式２の第二項の値も０となり、式２は以下の式２ａのように表される。
　ＳＯＣｎ（％）＝ＳＯＣ（ｖ)ｎ　　・・・・式２ａ

　ここで、時刻ｔ０では式１においてＩｄｃ＝０、Ｖｐ＝０なので、式１は以下の式１ａのように表される。
　ＯＣＶ＝Ｖｄｃ　　・・・・式１ａ

　式１ａにより、電圧計４００Ｖから高電圧バッテリ４２０の電圧値をＶｄｃの値として検出すれば、ＯＣＶの値が求められることが分かる。このＯＣＶの値により、図１２から初期ＳＯＣｎ（％）が求められることで、ＳＯＣ検出誤差補正が行われる。その後、バッテリ制御装置４１０の起動シーケンスが進み、高電圧バッテリ４２０が電力変換回路２２０に接続されて電流が流れ始めると、式２に基づいてＳＯＣ検出が開始される。

　また、時刻ｔｅの時点でドライバーが電動車両１の走行開始スイッチをＯＦＦ（ＩＧＮ　ＯＦＦ）してから時間ｄｔを経過した後に、時刻ｔ０’で再び走行開始スイッチをＯＮ（ＩＧＮ　ＯＮ）した場合に、時間ｄｔがある閾値以上ならば、分極電圧Ｖｐが十分に減衰してゼロとなったと考えられる。この場合、前述の時刻ｔ０の場合と同様に初期ＳＯＣを検出する。

　時間ｄｔがある閾値以下ならば、分極電圧Ｖｐを考慮して、式１は以下の式１ｂのように表される。
　ＯＣＶ＝Ｖｄｃ－Ｖｐ　　・・・・式１ｂ

　式１ｂにより、電圧計４００Ｖから高電圧バッテリ４２０の電圧値をＶｄｃの値として検出すれば、マップ化された分極電圧Ｖｐの値からＯＣＶを計算できることが分かる。このＯＣＶの値により、図１２から初期ＳＯＣｎ（％）が求められることで、ＳＯＣ検出誤差補正が行われる。または、ＩＧＮ　ＯＦＦ時のＳＯＣｎ（％）に初期ＳＯＣを設定したりしても構わない。

　図１５は、入力電流に対する電流センサの検出誤差の一例を示す図である。図１５において、Ｔｅｍｐ１は、一般的な電流センサにおける基準温度（例えば２５℃）での入力（検出）電流に対する検出誤差の絶対値を表す。なお、ここで絶対値としているのは、入力（検出）電流に対して、プラス方向の誤差（真値より大きな値となる）が生じる場合と、マイナス方向の誤差（真値より小さな値となる）が生じる場合とがあるからである。また、入力（検出）電流にプラスとマイナスがあるのは、高電圧バッテリ４２０が放電する方向をマイナス、充電する方向の電流をプラスと定義しているからである。一般的に、図１５で実線により示したＴｅｍｐ１よりも下の範囲内で、電流センサの検出誤差がばらつくことになる。

　また、図１５において、Ｔｅｍｐ_Ｕは、一般的な電流センサの検出誤差の上限を表す。例えば電流センサの温度が基準温度（２５℃）から１２５℃に変化すると、電流センサの検出誤差はＴｅｍｐ_Ｕのように拡大する。このように、一般的な電流センサは温度特性を持っている。図４に示した電流計４００Ａも同様である。すなわち、誤差を持つ電流センサを電流計４００Ａとして使って高電圧バッテリ４２０の入出力電流を検出し、その入出力電流の積算値に基づいてＳＯＣ検出を行うと、時間経過と共にＳＯＣ検出誤差が拡大していく。なお、図１５で注目すべき点は、入力（検出）電流がゼロであっても、検出誤差の絶対値がゼロではないことである。

　図１６は、ＳＯＣ検出誤差補正後の入力電流に対する電流センサの検出誤差の一例を示す図である。図１６において、Ｔｅｍｐ１’は、ＳＯＣ検出誤差補正後の電流計４００Ａにおける入力（検出）電流に対する検出誤差の絶対値を表す。図１６から、入力（検出）電流がゼロであるときに、Ｔｅｍｐ１’の値はゼロとなることが分かる。したがって、高電圧バッテリ４２０からの入出力電流がゼロであることが分かれば、バッテリ制御装置４１０は、図１６に示すように電流計４００Ａの検出値をＴｅｍｐ１からＴｅｍｐ１’へオフセットすることができる。これにより、高電圧バッテリ４２０の実際の入出力電流がゼロであるときには、電流計４００Ａによる入力電流の検出値もゼロとなるように補正することができる。

　ドライバーが電動車両１の走行開始スイッチをＯＮ（ＩＧＮ　ＯＮ）すると、ＤＣハーネス９Ｐ、９Ｎにある負極リレー９ＮＳとプリチャージリレー９ＰＰＳがＯＮ（接続）されることで、高電圧バッテリ４２０と電力変換回路２２０が電気的に接続される。この接続の前であれば、高電圧バッテリ４２０の入出力電流がゼロであるため、バッテリ制御装置４１０においてＳＯＣ検出誤差補正が可能である。

　従来の車両駆動システムでは、上記のように高電圧バッテリ４２０と電力変換回路２２０が電気的に接続された後、バッテリ制御装置４１０は高電圧バッテリ４２０の入出力電流がゼロになるタイミングが分からない。そのため、ドライバーの意思によるＩＧＮ　ＯＦＦ後に再度ＩＧＮ　ＯＮされるまで、ＳＯＣ検出誤差補正を行うことができない。

　一方、本実施形態の車両駆動システムでは、バッテリ制御装置４１０は、電力変換制御装置２１０から送信されるＳＯＣ検出誤差補正許可信号を受信することで、高電圧バッテリ４２０と電力変換回路２２０が電気的に接続された後でも、高電圧バッテリ４２０の入出力電流がゼロになるタイミングを知ることができる。そのため、特にコストアップすることなく、電動車両１の走行中に高電圧バッテリ４２０の充電状態の検出誤差を補正することができる。

　以上説明した実施形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。

　１　電動車両、３０　回転電機、１００　ビークルコントローラ、１１０　ＢＵＳライン、２００　電力変換装置、２１０　電力変換制御装置、２２０　電力変換回路、４００　バッテリ装置、４００Ａ　電流計、４００Ｖ　電圧計、４１０　バッテリ制御装置、４２０　高電圧バッテリ、５００　充電器、５１０　充電器制御装置、６００　ＤＣＤＣコンバータ、６１０　コンバータ制御装置、７００　低電圧バッテリ

Claims

　バッテリの充放電を制御するバッテリ制御装置と接続され、前記バッテリから供給される直流電流を用いてモータに交流電流を供給する電力変換回路を制御する電力変換制御装置であって、
　前記直流電流の電流値が０または０に向かっているときに、前記バッテリ制御装置により検出された前記バッテリの充電状態に対する誤差補正の開始を許可するための許可信号を、前記バッテリ制御装置に送信する電力変換制御装置。
　請求項１に記載の電力変換制御装置において、
　前記電力変換回路の制御状態が前記直流電流の電流値を０にするゼロ電流制御状態であるか否かを判断し、前記ゼロ電流制御状態であると判断した場合に、前記許可信号を送信する電力変換制御装置。
　請求項２に記載の電力変換制御装置において、
　前記電力変換回路は、３相の上下アームのスイッチング素子を有し、
　前記スイッチング素子の全相の上アームまたは下アームがオンとなる３相短絡時、または前記スイッチング素子の全てが停止するスイッチング停止時に、前記電力変換回路の制御状態が前記ゼロ電流制御状態であると判断する電力変換制御装置。
　請求項２または３に記載の電力変換制御装置において、
　前記モータにより駆動される車両の運転者の操作に応じて、前記電力変換回路の制御状態を前記ゼロ電流制御状態に移行する電力変換制御装置。
　請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電力変換制御装置において、
　前記電力変換回路の制御状態が前記ゼロ電流制御状態であると判断し、かつ前記モータの誘起電圧が所定値以下の場合に、前記許可信号を送信する電力変換制御装置。
　電力変換回路からモータに供給される交流電流を生成するための直流電流を前記電力変換回路に供給するバッテリの充放電を制御するバッテリ制御装置であって、
　前記バッテリの充電状態を検出し、
　前記直流電流の電流値が０または０に向かっているときに、前記バッテリの充電状態に対する誤差補正を行うバッテリ制御装置。
　請求項６に記載のバッテリ制御装置において、
　前記バッテリと前記電力変換回路との導通が開始されてから所定時間経過後に、前記バッテリの充電状態に対する誤差補正の開始の許可を要求するための要求信号を送信するバッテリ制御装置。
　請求項６または７に記載のバッテリ制御装置において、
　前記バッテリの電圧に基づく第１の充電状態値と、前記バッテリに流れる電流の積算値に基づく第２の充電状態値とを算出することで、前記バッテリの充電状態を検出し、
　前記積算値を０とすることで前記バッテリの充電状態に対する誤差補正を行うバッテリ制御装置。
　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力変換制御装置と、
　請求項６乃至８のいずれか一項に記載のバッテリ制御装置と、を備えた駆動制御サブシステム。
　請求項９に記載の駆動制御サブシステムにおいて、
　前記電力変換制御装置および前記バッテリ制御装置を統合制御する統合制御装置と、前記電力変換制御装置および前記バッテリ制御装置とが、第１信号線を介して接続されており、
　前記電力変換制御装置と前記バッテリ制御装置とが、前記第１信号線とは異なる第２信号線を介して接続されており、
　前記許可信号は、前記第２信号線を介して前記電力変換制御装置から前記バッテリ制御装置に送信される駆動制御サブシステム。