JP2017158371A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電走行用モータの絶縁破壊を抑制することができ、且つ電動車両の走行性能の低下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。【解決手段】昇圧コンバータ１６により走行用モータ１２に印加する電圧を予め設定された閾値電圧Ｖ１以上に昇圧させる昇圧制御を実行する電圧制御手段１１１と、所定条件下で電圧制御手段１１１によって昇圧制御が実行されている時間である特定昇圧時間Ｔｃを計測する計測手段１１２と、を有し、電圧制御手段１１１は、特定昇圧時間Ｔｃの合計である累積昇圧時間Ｔ（ｎ）が予め設定された閾値時間Ｔ１を超えると昇圧制御の実行を中止し、走行用モータ１２に印加する電圧を閾値電圧Ｖ１以下まで低下させる電圧抑制制御を実行する構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、走行用モータと、走行用モータに電力を供給する走行用バッテリと、を備える電動車両を制御する制御装置に関し、より詳細には、走行用モータに印加する電圧の高さを制御する技術に関する。

近年、走行用モータで駆動輪を駆動させる電気自動車（ＥＶ）や、走行用モータとエンジンとを組み合わせて車両の駆動力を得るようにしたハイブリッド自動車等の電動車両が開発され、実用化が進んでいる。

また電動車両に搭載される走行用モータは、例えば、車両の軽量化やコスト低減を目的として、小型化が図られている。このように走行用モータを小型化した場合、所望走行特性を得るために、走行用モータの回転数は高くなる傾向にある。

このように走行用モータの回転数を高くするために、走行用バッテリからの電力を昇圧コンバータにより昇圧させて走行用モータに供給するようにした電動車両が提案されている。ただし、例えば、走行場所の標高が高い等の所定条件下において電圧を大きく昇圧させると、走行用モータを構成する絶縁紙や絶縁板等が劣化し易くなってしまう。つまり、このような状態を繰り返すことで、走行用モータが劣化して絶縁破壊が生じ易くなってしまう虞がある。

このような問題に対し、走行用モータに電圧を印加する際、走行用バッテリの電圧を昇圧させる程度を適宜調整することで、走行用モータの絶縁破壊を抑制するようにしたものがある。例えば、電動車両が位置する標高を検出し、標高が高いほど走行用モータに印加する電圧を制限するようしたものがある（特許文献１参照）。

特開２０１４−５０１７４号公報

ここで、例えば、電動車両が位置する標高が比較的高い等の所定条件下で、走行用モータに比較的高い電圧を印加する高圧制御を実行した場合でも、その実行時間の合計である累積作動時間が所定時間に達するまでは、走行用モータでの絶縁破壊が発生する可能性は低い。

このため特許文献１に記載の発明のように、電動車両が位置する標高が高いほど、走行用モータに印加する電圧を制限すると、走行用モータに印加する電圧を必要以上に制限してしまい、電動車両の走行性能を低下させてしまう虞がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、走行用モータの絶縁破壊を抑制することができ、且つ電動車両の走行性能の低下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第１の態様は、走行用モータと、前記走行用モータに電力を供給する走行用バッテリと、前記走行用モータに印加する電圧を昇圧する昇圧コンバータと、を有する電動車両を制御する制御装置であって、前記昇圧コンバータにより前記走行用モータに印加する電圧を予め設定された閾値電圧以上に昇圧させる昇圧制御を実行する電圧制御手段と、所定条件下で前記電圧制御手段によって前記昇圧制御が実行されている時間である特定昇圧時間を計測する計測手段と、を有し、前記電圧制御手段は、前記特定昇圧時間の合計である累積昇圧時間が予め設定された閾値時間を超えると前記昇圧制御の実行を中止し、前記走行用モータに印加する電圧を前記閾値電圧以下まで低下させる電圧抑制制御を実行することを特徴とする電動車両の制御装置にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様の電動車両の制御装置において、前記電動車両の位置の標高を検出する標高検出手段を有し、前記所定条件とは、前記電動車両の位置の標高が閾値高さよりも高い状態であることを特徴とする電動車両の制御装置にある。

本発明の第３の態様は、第２の態様の電動車両の制御装置において、前記標高検出手段は、前記電動車両の位置の気圧に基づいて当該電動車両の位置の標高を推定することを特徴とする電動車両の制御装置にある。

本発明の第４の態様は、第２又は３の態様の電動車両の制御装置において、前記閾値電圧による前記特定昇圧時間を基準とし、前記計測手段によって計測された所定電圧による前記特定昇圧時間を補正する第１の補正手段を備え、前記第１の補正手段は、前記所定電圧が高いほど前記特定昇圧時間が長くなるように補正することを特徴とする電動車両の制御装置にある。

本発明の第５の態様は、第２から４の何れか一つの態様の電動車両の制御装置において、前記閾値高さでの前記特定昇圧時間を基準とし、前記計測手段によって計測された所定標高での前記特定昇圧時間を補正する第２の補正手段を備え、前記第２の補正手段は、前記所定標高が高いほど前記特定昇圧時間が長くなるように補正することを特徴とする電動車両の制御装置にある。

かかる本発明に係る電動車両の制御装置によれば、走行用モータの絶縁破壊を抑制することができ、且つ電動車両の走行性能の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置を備える電動車両の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る制御電圧と累積昇圧時間との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る走行用モータに印加する電圧の制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る電動車両１０は、いわゆる電気自動車（ＥＶ）であり、二次電池である走行用バッテリ１１と、この走行用バッテリ１１から供給される電力により作動する走行用モータ（電動機）１２と、を備えている。走行用モータ１２は、トランスミッション１３及び車軸１４を介して駆動輪（本実施形態では、前輪）１５に連結されている。

走行用モータ１２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧手段）１６及びインバータ１７を介して走行用バッテリ１１が接続されている。そして、電動車両１０の走行状態に応じて、例えば、運転者のアクセルペダル操作等に応じて、走行用バッテリ１１からＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧コンバータ）１６及びインバータ１７を介して所定の電力が走行用モータ１２に供給される。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、走行用モータ１２に印加される電圧を上昇（昇圧）させる。より詳しくは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、走行用モータ１２、走行用バッテリ１１及びインバータ１７を含む駆動電圧系に印加される電圧を昇圧させる。これにより、走行用モータ１２の出力を向上させることができる。

そして詳しくは後述するが、本発明は、このように走行用モータ１２に印加する電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１６により昇圧させる際の制御技術に特徴がある。

電動車両１０は、電動車両１０の統合制御を行う制御装置１００を備え、上述のように走行用モータ１２に印加する電圧を昇圧させる制御も、この制御装置１００によって行われる。制御装置１００は、走行用モータ１２に印加する電圧を昇圧する昇圧制御を行う昇圧制御部１１０を有する。この昇圧制御部１１０は、本実施形態では、電圧制御手段１１１と、計測手段１１２とを有する。

電圧制御手段１１１は、電動車両１０の走行状態等に基づいて、走行用モータ１２に印加する電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１６によって必要に応じて昇圧させる昇圧制御を実行する。詳しくは後述するが、電圧制御手段１１１は、走行用モータ１２や走行用バッテリ１１等の劣化状態を判定し、劣化していないと判定した場合に昇圧制御を実行し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６により走行用モータ１２に印加する電圧を適宜昇圧させる。この昇圧制御では、具体的には、走行用モータ１２に印加する制御電圧（目標電圧）を、最大で、予め設定された閾値電圧Ｖ１よりも高い電圧Ｖｈまで昇圧させる。なお電圧Ｖｈの大きさは、走行用モータ１２の運転状態等に基づいて適宜決定すればよい。

計測手段１１２は、所定条件下で電圧制御手段１１１による昇圧制御が実行されている時間である特定昇圧時間Ｔｃを計測する。本実施形態では、計測手段１１２は、電動車両１０の現在位置の標高Ｈｒが所定の閾値高さＨ１よりも高いという条件下で電圧制御手段１１１が昇圧制御を実行する時間（特定昇圧時間）Ｔｃを計測する。

所定条件下での昇圧制御が間欠的に実行される場合、計測手段１１２は、間欠的に実行される各期間（特定昇圧時間）Ｔｃの長さをそれぞれ計測する。そして計測手段１１２は、それぞれ計測された特定昇圧時間Ｔｃの合計である累積昇圧時間Ｔ（ｎ）を算出する。なお、この累積昇圧時間Ｔ（ｎ）は、走行用モータ１２が新品の状態からの累積時間である。

また電動車両１０の現在位置の標高Ｈｒが閾値高さＨ１よりも高いか否かの判断方法は、特に限定されるものではない。例えば、電動車両１０が気圧を検出する気圧センサ（図示なし）を備えている場合には、この気圧センサによる検出結果に基づいて電動車両１０の現在位置の標高を推定している（標高検出手段）。また電動車両１０がナビゲーション装置（図示なし）を備えている場合には、ナビゲーション装置がＧＰＳから受信する位置情報に基づいて、現在位置の標高の情報を取得することもできる。

そして、電圧制御手段１１１は、計測手段１１２によって算出された累積昇圧時間Ｔ（ｎ）が予め設定された閾値時間Ｔ１を超えると、上記昇圧制御の実行を中止し、走行用モータ１２に印加する電圧を閾値電圧Ｖ１以下まで低下させる電圧抑制制御を実行する。すなわち走行用モータ１２の制御電圧Ｖａの最大値が閾値電圧Ｖ１よりも低い電圧となるようにする。なお閾値電圧Ｖ１は、走行用モータ１２等が備える絶縁材（絶縁紙や絶縁板）の特性を考慮して適宜設定されればよい。

この電圧制御手段１１１は、言い換えれば、計測手段１１２の計測結果に基づいて走行用モータ１２や走行用バッテリ１１等の劣化状態を判定している。本実施形態では、昇圧制御の実行により走行用モータ１２に印加される電圧（制御電圧Ｖａ）を閾値電圧Ｖ１とした場合を基準として、走行用モータ１２等の劣化状態を判定している。

例えば、図２に示す標高が閾値高さＨｂでの制御電圧Ｖａと累積昇圧時間Ｔ（ｎ）との関係に基づいて、走行用モータ１２等が劣化状態であるか否かを判定している。図２は制御電圧Ｖａを閾値電圧Ｖ１としたときの例であり、電圧制御手段１１１は、累積昇圧時間Ｔ（ｎ）が閾値時間Ｔ１に達するまでは、走行用モータ１２等は劣化状態ではないと判定する。そして電圧制御手段１１１は上記昇圧制御を継続する。一方、累積昇圧時間Ｔ（ｎ）が閾値時間Ｔ１を超えると、電圧制御手段１１１は、走行用モータ１２等が劣化状態にあると判定する。そして電圧制御手段１１１は、上記昇圧制御を中止して、走行用モータ１２に印加する電圧を閾値電圧Ｖ１以下まで低下させる電圧抑制制御を実行する。

このような本実施形態の制御装置によれば、走行用モータ１２等がある程度劣化するまでは、標高が高い状況下であっても昇圧制御を実行することができる。したがって電動車両１０の走行性能の低下を抑制することができる。また累積昇圧時間Ｔ（ｎ）が閾値時間Ｔ１に達した時点で、走行用モータ１２等が劣化状態にあると判定し、電圧抑制制御を実行するようにしているため、走行用モータ１２等における絶縁破壊を適切に抑制することができる。

ところで、走行用モータ１２等の劣化状態の判定基準となる閾値時間Ｔ１は、制御電圧Ｖａの大きさによって異なる。このため、制御電圧Ｖａを変化させた場合、閾値時間の大きさも変化させる必要があるが、本実施形態では、制御電圧Ｖａの大きさに拘わらず、閾値電圧Ｖ１に対応する閾値時間Ｔ１を基準とした劣化状態の判定を可能としている。

詳しくは、昇圧制御部１１０は、第１の補正手段１１４をさらに有する。この第１の補正手段１１４は、閾値電圧Ｖ１での特定昇圧時間Ｔｃを基準とし、計測手段１１２によって計測された所定電圧での特定昇圧時間Ｔｃを補正する。すなわち第１の補正手段１１４は、閾値電圧Ｖ１での特定昇圧時間Ｔｃを基準とし、昇圧制御時の制御電圧Ｖａが高いほど特定昇圧時間Ｔｃが長くなるように補正する。

本実施形態では、昇圧制御部１１０は、下記表１に示すように制御電圧Ｖａと補正係数ａとの関係を規定するマップを備えており、第１の補正手段１１４は、このマップを参照して補正係数ａを設定する。そして後述するように、この補正係数ａに基づいて特定昇圧時間Ｔｃを適宜補正する。表１に示す例では、閾値電圧Ｖ１を基準として補正係数を０とし、電圧が１００（Ｖ）上昇する毎に、補正係数が０．１ずつ増加するように設定されている。

また走行用モータ１２等の劣化状態の判定基準となる閾値時間Ｔ１は、電動車両１０の現在位置の標高Ｈｒによっても変化する。ただし本実施形態では、現在位置の標高Ｈｒに拘わらず、予め設定された閾値高さＨｂでの特定昇圧時間Ｔｃを基準として劣化状態の判定を行っている。詳しくは、昇圧制御部１１０は、第２の補正手段１１５をさらに有する。この第２の補正手段１１５は、閾値高さＨｂでの特定昇圧時間Ｔｃを基準として、計測手段１１２によって計測された所定標高での特定昇圧時間Ｔｃを補正する。すなわち第２の補正手段１１５は、閾値高さＨｂでの特定昇圧時間Ｔｃを基準とし、昇圧制御時の標高Ｈｒが高いほど特定昇圧時間Ｔｃが長くなるように補正する。

本実施形態では、昇圧制御部１１０は、下記表２に示すように標高Ｈｒと補正係数ｂとの関係を規定するマップを備えており、第２の補正手段１１５は、このマップを参照して補正係数ｂを設定する。そして後述するように、この補正係数ｂに基づいて特定昇圧時間Ｔｃを適宜補正する。表２に示す例では、基準高さＨ１（例えば、標高２５００ｍ程度）を基準として補正係数は０とし、そこから標高が５００ｍ増加する毎に、補正係数が０．１ずつ増加するように設定されている。

このように制御電圧Ｖａの大きさに拘わらず、特定昇圧時間Ｔｃを、閾値電圧Ｖ１に対応するように補正することで、走行用モータ１２等の劣化状態の判定を比較的容易に行うことができるようになる。

次に、図３のフローチャートを参照して、本発明に係る走行用モータに印加する電圧の制御の一例について説明する。

図３に示すように、まずステップＳ１で累積昇圧時間Ｔ（ｎ）が閾値時間Ｔ１よりも短いか否かを判定する。ここで、累積昇圧時間Ｔ（ｎ）が閾値時間Ｔ１よりも短い場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２に進み、走行用モータ１２に印加する電圧を昇圧させる昇圧制御を実行（継続）する。次いでステップＳ３で電動車両１０の現在位置の標高Ｈｒが閾値高さＨ１よりも高いか否かを判定する。言い換えれば、電動車両１０の現在位置の気圧が閾値気圧よりも低いか否かを判定する。ここで、標高Ｈｒが閾値高さＨ１よりも高い（気圧が閾値気圧よりも低い）場合には（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、次いで、走行用モータ１２に印加される制御電圧（目標電圧）Ｖａが閾値電圧Ｖ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ここで、制御電圧Ｖａが閾値電圧Ｖ１以上である場合には（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、特定昇圧時間Ｔｃが一旦終了したか否かを判定する。すなわち標高Ｈｒが所定値以下になったか、或いは制御電圧Ｖａが閾値電圧Ｖ１未満となったかを判定する。

ここで特定昇圧時間Ｔｃが一旦終了すると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ステップＳ６に進み、ステップＳ５で終了した特定昇圧時間Ｔｃにおける特定昇圧時間Ｔｃを補正した補正時間Ｚを算出する。すなわち上述した第１の補正手段１１４により設定される補正係数ａと、第２の補正手段１１５により設定される補正係数ｂとに基づいて、下記式（１）から補正時間Ｚを算出する。
Ｚ＝Ｔｃ×（１＋ａ＋ｂ） （１）

次いで、ステップＳ７では、この補正時間Ｚに基づいて、今回の昇圧制御の実行を含めた累積昇圧時間Ｔ（ｎ＋１）を算出する。具体的には、下記式（２）に基づいて、前回までの累積昇圧時間Ｔ（ｎ）に補正時間Ｚを加算することで、今回までの累積時間Ｔ（ｎ＋１）を算出する。その後ステップＳ１に戻る。
Ｔ（ｎ＋１）＝Ｔ（ｎ）＋Ｚ・・・（２）

なおステップＳ３で標高Ｈｒが閾値高さＨ１以下である場合（ステップＳ３：Ｎｏ）及びステップＳ４で制御電圧Ｖａが閾値電圧Ｖ１未満である場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、特定昇圧時間Ｔｃは計測されないため、ステップＳ６及びステップＳ７の計算を行うことなく、ステップＳ１に戻る。

またステップＳ１で累積昇圧時間Ｔ（ｎ）が閾値時間Ｔ１以上である場合、つまり走行用モータ１２等が劣化状態である場合には、ステップＳ８に進み、電動車両１０の現在位置の標高Ｈｒが閾値高さＨ１よりも高いか否かを判定する。すなわち電動車両１０の現在位置の気圧が閾値気圧よりも低いか否かを判定する。標高Ｈｒが閾値高さＨ１よりも高い（気圧が閾値気圧よりも低い）場合には（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、ステップＳ９に進み、上述したように、走行用モータ１２に印加する電圧を抑制する電圧抑制制御を実行する。なお標高Ｈｒが閾値高さＨ１以下である（気圧が閾値気圧以上である）場合には（ステップＳ８：Ｎｏ）、昇圧制御を維持したままステップＳ１に戻る。

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、所定条件として、電動車両の現在位置の標高が閾値高さよりも高い状況を例示したが、所定条件は、これに限定されるものではない。所定条件としては、例えば、走行用モータや走行用バッテリを含む駆動電圧系の温度が、所定温度（例えば、８０℃）以上である場合や、駆動電圧系の使用時間が所定時間を超えた場合等が挙げられる。このような場合にも、電圧抑制制御を適宜実行することで、走行用モータ等における絶縁破壊をより確実に抑制することができる。

また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、走行用モータを備える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。

１０ 電動車両
１１ 走行用バッテリ
１２ 走行用モータ
１３ トランスミッション
１４ 車軸
１５ 駆動輪
１６ ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧コンバータ）
１７ インバータ
１００ 制御装置
１１０ 昇圧制御部
１１１ 電圧制御手段
１１２ 計測手段
１１４ 第１の補正手段
１１５ 第２の補正手段

Claims (5)

1. 走行用モータと、前記走行用モータに電力を供給する走行用バッテリと、前記走行用モータに印加する電圧を昇圧する昇圧コンバータと、を有する電動車両を制御する制御装置であって、
   前記昇圧コンバータにより前記走行用モータに印加する電圧を予め設定された閾値電圧以上に昇圧させる昇圧制御を実行する電圧制御手段と、
   所定条件下で前記電圧制御手段によって前記昇圧制御が実行されている時間である特定昇圧時間を計測する計測手段と、を有し、
   前記電圧制御手段は、前記特定昇圧時間の合計である累積昇圧時間が予め設定された閾値時間を超えると前記昇圧制御の実行を中止し、前記走行用モータに印加する電圧を前記閾値電圧以下まで低下させる電圧抑制制御を実行する
   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、
   前記電動車両の位置の標高を検出する標高検出手段を有し、
   前記所定条件とは、前記電動車両の位置の標高が閾値高さよりも高い状態である
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
3. 請求項２に記載の電動車両の制御装置において、
   前記標高検出手段は、前記電動車両の位置の気圧に基づいて当該電動車両の位置の標高を推定する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
4. 請求項２又は３に記載の電動車両の制御装置において、
   前記閾値電圧による前記特定昇圧時間を基準とし、前記計測手段によって計測された所定電圧による前記特定昇圧時間を補正する第１の補正手段を備え、
   前記第１の補正手段は、前記所定電圧が高いほど前記特定昇圧時間が長くなるように補正する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
5. 請求項２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、
   前記閾値高さでの前記特定昇圧時間を基準とし、前記計測手段によって計測された所定標高での前記特定昇圧時間を補正する第２の補正手段を備え、
   前記第２の補正手段は、前記所定標高が高いほど前記特定昇圧時間が長くなるように補正する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
   

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