JP6825544B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両に関し、詳しくは、複数のセルを直列に接続したバッテリと、バッテリと電力のやりとりが可能な電動機と、を備える電動車両に関する。

従来、この種の電動車両としては、複数の電池セルを直列接続した組電池と、組電池から電力供給を受けるモータと、組電池の各電池セルの状態を監視する制御マイコンと、制御マイコンが正常に動作しているかを監視する監視マイコンと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動車両では、制御マイコンに異常が生じたときには、監視マイコンが組電池の残存容量に基づいて走行可能時間を定め、その走行可能時間が経過するまで組電池による電源供給を継続している。

特開２０１４−１７９０１号公報

しかしながら、上述の電動車両では、制御マイコンに異常が生じているため、制御マイコンによって組電池の各電池セルの状態を正常に監視できないから、減速時などモータを回生制御する状態が重なると、組電池を過充電する場合が生じる。組電池を過充電すると、電池セルに破損などが生じてしまう。

本発明の電動車両は、バッテリの各セルの電圧の検出系に異常が生じているときにバッテリが充電されているか否かを判定することを主目的とする。

本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動車両は、
複数のセルを直列に接続したバッテリと、
前記バッテリと電力のやりとりが可能な電動機と、
前記電動機を駆動制御する制御装置と、
を備える電動車両であって、
前記制御装置は、前記バッテリの各セルのセル電圧を検出するセル電圧検出系に異常が生じているときには、前記電動機の回生制御を禁止し、前記バッテリを構成する全セルのうち少なくとも２以上のセルにより構成されるブロックの電圧と前記バッテリに流れる電池電流とによって得られる前記ブロックの開放電圧に基づいて前記バッテリが充電されているか否かを判定する、
ことを特徴とする。

この本発明の電動車両では、バッテリの各セルのセル電圧を検出するセル電圧検出系に異常が生じているときには、電動機の回生制御を禁止する。そして、バッテリを構成する全セルのうち少なくとも２以上のセルにより構成されるブロックの電圧とバッテリに流れる電池電流とによって得られるブロックの開放電圧に基づいてバッテリが充電されているか否かを判定する。これにより、セル電圧検出系に異常が生じているときでも、バッテリが充電されているか否かを判定することができる。ここで、ブロックは、直列接続された２以上のセルにより構成されており、セルスタック全体としたり、セルスタックの一部としたりしてもよい。

こうした本発明の電動車両において、前記制御装置は、所定時間内に複数回検出された前記ブロックの電圧と電池電流とに基づいて前記ブロックの開放電圧を算出し、前記ブロックの開放電圧が増加しているときに前記バッテリが充電されていると判定するものとしてもよい。ブロックの開放電圧は、ブロックの蓄電割合（残存容量の割合）に連動するから、開放電圧が増加しているときには蓄電割合が増加していることになり、バッテリが充電されていることになる。なお、ブロックの電圧および電池電流に基づく開放電圧の計算は、所定時間内に複数回検出されたブロックの電圧と電池電流とに対して、例えば最小自乗法を適用して電池電流に対するブロックの電圧の直線関係を求め、その切片としてブロックの開放電圧を求めることができる。

また、本発明の電動車両において、前記制御装置は、前記セル電圧検出系に異常が生じているときに前記バッテリが充電されていると判定したときには、車両を停止するものとしてもよい。こうすれば、バッテリの充電（過充電）を抑止し、セルの損傷を抑止することができる。

本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例の電子制御ユニット５０により実行される待避走行可否処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 Ｎ個のブロック電圧Ｖｂと電池電流Ｉｂとを用いてブロックの開放電圧ＯＣＶを求めている様子の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、バッテリ３５と、システムメインリレー３７と、電子制御ユニット５０と、を備える。

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２は、回転子が駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられ、電力ライン３８を介してバッテリ３５に接続されている。このインバータ３４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のそれぞれに並列に接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２個ずつペアで配置されている。また、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のコイル）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。

バッテリ３５は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池のセルを複数直列接続して構成されており、上述したように、電力ライン３８を介してインバータ３４に接続されている。電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとには、システムメインリレー３７やコンデンサ３９が取り付けられている。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４や、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６、入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからの回転位置θｍや、モータ３２の各相の相電流を検出する図示しない電流センサからの相電流を挙げることができる。また、バッテリ３５の端子間に取り付けられた電圧センサ３５ａからのバッテリ３５の電圧ＶＢや、バッテリ３５の出力端子に取り付けられた電流センサ３５ｂからのバッテリ３５の電流Ｉｂ（電池電流Ｉｂ）、バッテリ３５の各セルに接続されたＳＢＭ（サテライト・バッテリ・モジュール）３６ａからの各セルのセル電圧Ｖｃｅｌ、バッテリ３５の所定数（例えば１０個や２０個）からなるセルブロックに取り付けられた電圧センサ３６ｂからのブロック電圧Ｖｂ、コンデンサ３９の端子間に取り付けられた電圧センサ３９ａからのコンデンサ３９（電力ライン３８）の電圧ＶＨ（インバータ入力電圧ＶＨ）も挙げることができる。この他、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。加えて、アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６８からの車速Ｖも挙げることができる。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や、システムメインリレー３７への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、図示しない制御ルーチンにより、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸２６の要求トルクＴｄ＊を設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

次に、実施例の電気自動車２０の動作、特にセル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じたときの動作について説明する。図２は、セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じたときでも待避走行を可能とするために電子制御ユニット５０により実行される待避走行可否処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは所定時間毎に繰り返し実行される。

待避走行許否処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じているか否かを判定する（ステップＳ１００）。セル電圧Ｖｃｅｌの検出系の異常としては、バッテリ３５の各セルからＳＢＭ３６ａへの信号ラインの断線や、ＳＢＭ３６ａと電子制御ユニット５０との通信不良などを挙げることができる。実施例では、図示しない異常診断処理によりセル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じているか否かを診断し、その結果をＲＡＭ５６の所定領域に記憶しておき、ＲＡＭ５６の所定領域に記憶された異常診断結果を読み込むことにより、セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じているか否かを判定するものとした。セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じていないと判定したときには、セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じたときの待避走行は不要であるため、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１００でセル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じていると判定したときには、所定時間内に検出したＮ個のブロック電圧Ｖｂと電池電流Ｉｂとを入力し（ステップＳ１１０）、Ｎ個のブロック電圧Ｖｂと電池電流Ｉｂとに基づいてブロックの開放電圧ＯＣＶを計算する（ステップＳ１２０）。ここで、所定時間は、例えば本ルーチンを繰り返し実行する時間を用いることができる。例えば、所定時間として３０秒を用い、ブロック電圧Ｖｂと電池電流Ｉｂの検出間隔を１００ｍｓｅｃとすると、３００個のブロック電圧Ｖｂと電池電流Ｉｂを得ることができる。実施例では、得られたＮ個のブロック電圧Ｖｂと電池電流Ｉｂとに対して最小自乗法を適用して電池電流Ｉｂに対するブロック電圧Ｖｂの直線を求め、この直線の切片（電圧軸との交点）をブロックの開放電圧ＯＣＶとして計算した。Ｎ個のブロック電圧Ｖｂと電池電流Ｉｂとを用いてブロックの開放電圧ＯＣＶを求めている様子の一例を図３に示す。

続いて、計算したブロックの開放電圧ＯＣＶが前回このルーチンを実行したときに計算したブロックの開放電圧ＯＣＶ（以下、「前回ＯＣＶ」という）より大きいか否かによりブロックの開放電圧ＯＣＶが上昇したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ブロックの開放電圧ＯＣＶが上昇していないときには、モータ３２の回生制御を禁止し（ステップＳ１４０）、待避走行を許可して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。いま、セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じてから最初にこのルーチンが実行されたときを考える。この場合、初めてブロックの開放電圧ＯＣＶが計算されるから、ステップＳ１３０ではブロックの開放電圧ＯＣＶは上昇していないと判定される。このため、モータ３２の回生制御が禁止され、待避走行が許可される。このようにセル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じると、モータ３２の回生制御が禁止されるから、バッテリ３５は充電されることはなく、待避走行によってバッテリ３５からは放電だけが行なわれる。

ステップＳ１３０でブロックの開放電圧ＯＣＶが上昇したと判定したときには、バッテリ３５が充電されていると判定し（ステップＳ１６０）、車両の走行を停止して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。即ち、待避走行を禁止するのである。上述したように、セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じると、モータ３２の回生制御が禁止されるため、バッテリ３５は充電されることはないが、センサ誤差などにより僅かにバッテリ３５が充電される場合が生じる。バッテリ３５の充電はバッテリ３５の過充電を招き、バッテリ３５のセルの損傷などを生じるため、実施例では、これを回避するために待避走行を禁止する。なお、バッテリ３５の充電判定は、ブロックの開放電圧ＯＣＶがブロックの蓄電割合ＳＯＣと連動しており、ブロックの開放電圧ＯＣＶの上昇はブロックの蓄電割合ＳＯＣの増加を意味するから、これによりバッテリ３５が充電されていると判定することに基づいている。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じているときには、所定数（例えば１０個や２０個）のセルからなるセルブロックの電圧Ｖｂ（ブロック電圧Ｖｂ）と電池電流Ｉｂとを所定時間内にＮ個検出し、このＮ個のブロック電圧Ｖｂと電池電流Ｉｂに基づいてブロックの開放電圧ＯＣＶを計算する。そして、ブロックの開放電圧ＯＣＶが上昇しているか否かを判定することによりバッテリ３５が充電されているか否かを判定する。このようにブロック電圧Ｖｂと電池電流Ｉｂを用いることにより、セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じているときでも、バッテリ３５が充電されているか否かを判定することができる。また、ブロックの開放電圧ＯＣＶが上昇していないときには、モータ３２の回生制御を禁止して待避走行を許可し、ブロックの開放電圧ＯＣＶが上昇しているときには、バッテリ３５が充電されていると判定し、車両の走行を停止（待避走行を禁止）する。これにより、セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じているときにも待避走行を行なうことができ、この待避走行中にセンサ誤差などによりバッテリ３５が充電されているときことによって不都合（バッテリ３５の過充電による不都合）が生じるのを抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じているときには、セルブロックの電圧Ｖｂ（ブロック電圧Ｖｂ）と電池電流Ｉｂとを所定時間内にＮ個検出し、これに基づいて得られるブロックの開放電圧ＯＣＶによってバッテリ３５が充電されているか否かを判定するものとした。この場合のセルブロックを構成するセル数は、２以上であればいくつでもよい。従って、電圧センサ３５ａからのバッテリ３５の電圧ＶＢと電池電流Ｉｂとを所定時間内にＮ個検出し、これに基づいて得られるバッテリ３５の開放電圧ＯＣＶによってバッテリ３５が充電されているか否かを判定するものとしてもかまわない。

実施例の電気自動車２０では、セル電圧Ｖｃｅｌの検出系に異常が生じているときには、セルブロックの電圧Ｖｂ（ブロック電圧Ｖｂ）と電池電流Ｉｂとを待避走行許否処理ルーチンの起動間隔時間である所定時間内にＮ個検出するものとしたが、ブロック電圧Ｖｂと電池電流ＩｂとをＮ個検出する時間は、待避走行許否処理ルーチンの起動間隔時間より短い時間でもよい。

実施例では、本発明を電気自動車２０に適用するものとしたが、ハイブリッド自動車に適用するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ３５が「バッテリ」に相当し、モータ３２が「電動機」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動車両の製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３４ インバータ、３５ バッテリ、３５ａ 電圧センサ、３５ｂ 電流センサ、３６ａ ＳＢＭ（サテライト・バッテリ・モジュール）、３６ｂ 電圧センサ、３７ システムメインリレー、３８ 電力ライン、３９ コンデンサ、３９ａ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６ トランジスタ。

Claims (3)

1. 複数のセルを直列に接続したバッテリと、
   前記バッテリと電力のやりとりが可能な電動機と、
   前記電動機を駆動制御する制御装置と、
   を備える電動車両であって、
   前記制御装置は、前記バッテリの各セルのセル電圧を検出するセル電圧検出系に異常が生じているときには、前記電動機の回生制御を禁止し、前記バッテリを構成する全セルのうち少なくとも２つ以上のセルにより構成されるブロックの電圧と前記バッテリに流れる電池電流とによって得られる前記ブロックの開放電圧に基づいて前記バッテリが充電されているか否かを判定する、
   ことを特徴とする電動車両。
2. 請求項１記載の電動車両であって、
   前記制御装置は、所定時間内に複数回検出された前記ブロックの電圧と電池電流とに基づいて前記ブロックの開放電圧を算出し、前記ブロックの開放電圧が増加しているときに前記バッテリが充電されていると判定する、
   電動車両。
3. 請求項１または２記載の電動車両であって、
   前記制御装置は、前記セル電圧検出系に異常が生じているときに前記バッテリが充電されていると判定したときには、車両を停止する、
   電動車両。

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