CN102658780B - 电动车辆中的输出控制装置 - Google Patents

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Abstract

电动车辆中的输出控制装置。在电动车辆中，能够防止冷启动时电池的劣化，并且在电池温度上升的情况下，进行使电动机的输出变化平滑的映射图切换。输出控制装置具有：电池，其向电动机提供电力；车速传感器；温度传感器，其检测电池的温度；控制部，其基于根据车速设定了输出至电动机的输出值的映射图，控制从电池提供给电动机的电力量，映射图具有当电池的温度在预定以上时使用的通常映射图和当电池的温度小于预定时使用的冷映射图，其中，控制部在电动机启动时且电池的温度小于预定时，使用冷映射图进行电池的放电控制，并且在之后的行驶中，在电池的温度为预定以上时，等待车速接近于零之后进行从冷映射图到通常映射图的切换。

Description

电动车辆中的输出控制装置
技术领域
本发明涉及电动摩托车等具有电动机的电动车辆中的输出控制装置，特别是涉及用于结合在寒冷地区使用的电池的温度特性而控制电动机的输出的输出控制装置。
背景技术
电动车辆安装有用于旋转驱动车轴的电动机以及对该电动机进行供电的电池。在将电动机作为驱动源的电动车辆中，由具有映射图(通常映射图(normal map))的控制部基于该映射图进行电动机的输出控制，其中，所述映射图将车速和把手开度等作为参数控制从电池到电动机的放电量。
关于电动车辆，在考虑到外部气温在0℃以下的寒冷地区的使用时，电池的温度处于较低的状态，在该状态下使用通常映射图进行电动机的输出控制时，由于电池的放电能力有限，因此，有可能由于过放电等情况的发生而引起电池的早期消耗。
另一方面，专利文献1中记载了如下的结构：在电动车辆中，具有温度检测单元和充放电电力控制单元，由此来检测电池的温度，在低温时与平时相比限制放电能力并在低温环境下抑制大电流的流动，防止电池的端子电压的降低，其中，所述温度检测单元用于检测电池的温度，该充放电电力控制单元用于控制放电电力，以使所检测出的温度在预定温度以下时，不超过根据温度而变化的放电电力上限值。
【专利文献1】日本专利第3929387号公报
在利用映射图进行电动机的输出控制的情况下，考虑在电池的温度处于低温时，通过相对于通常映射图而使用冷映射图(cold map)来限制放电能力。
此时，电动车辆在低温时启动后，随着基于冷映射图的输出控制的行驶中电池放电的进行，电池的温度上升，但是，由于上升后使用不限制放电能力的通常映射图具有对进行输出调整的把手的把手开度的较快响应等，因此是优选。
但是，在行驶中进行从冷映射图到通常映射图的切换的情况下，有时驾驶者会对电动机的输出变化感到不协调。例如，在行驶中进行从冷映射图到通常映射图的切换的情况下，可以设想的是，虽然是相同的把手开度，但是车辆的驱动力突然上升后会产生不协调的行驶感觉。
即，存在以下课题：在电动机的输出控制中，仅通过电池温度来切换映射图而使电动机输出改变并不恰当。
此外，构成电池的Li离子电池在低温时或者劣化时内部阻抗上升，因此，在希望获得新品常温下的输出电流时，会产生许可的下限电压以上的电压从而发生放电停止。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种电动车辆中的输出控制装置，其在电动车辆中，防止冷启动时电池的劣化，并且能够在电池温度上升的情况下，进行使行驶中的电动机的输出变化平滑的映射图切换。
为了实现上述目的，本发明的第一方面所涉及的发明的第一特征在于，一种电动车辆中的输出控制装置，所述输出控制装置具有：电池(36)，其向作为车辆的驱动源的电动机(23)提供电力；车速传感器(91)，其检测车辆的速度(车速)；温度传感器(92)，其检测所述电池(36)的温度；控制部(71)，其基于根据所述车速设定了输出至所述电动机(23)的输出值的映射图，控制从所述电池(36)提供给所述电动机(23)的电力量，所述映射图具有当所述电池的温度在预定温度以上时使用的通常映射图和当所述电池的温度低于预定温度时使用的冷映射图，其中，
所述控制部(71)在所述电动机(23)启动时且所述电池(36)的温度低于预定温度时，使用所述冷映射图进行电池(36)的放电控制，并且在之后的行驶中，在所述电池(36)的温度为预定温度以上时，等待车速接近于零之后进行从冷映射图到通常映射图的切换。
本发明的第二方面所涉及的发明的第二特征在于，在第一方面的发明的电动车辆中的输出控制装置中，所述电池(36)由多个电池单元构成，所述控制部(71)进行映射图切换用的电池(36)温度由所述多个电池单元中温度最低的电池单元来代表。
本发明的第三方面所涉及的发明的第三特征在于，在第一方面的电动车辆的输出控制装置中，所述通常映射图具有多种放电特性，并根据电池的状态进行转移。
本发明的第四方面所涉及的发明的第四特征在于，在第三方面的电动车辆的输出控制装置中，所述通常映射图具有空映射图，该空映射图具有比所述冷映射图更低的放电特性，在转移到所述空映射图的情况下，之后不进行向其他映射图的转移。
根据本发明的第一特征，由于根据冷映射图控制从电池(36)提供给电动机(23)的电力量，因此，能够抑制冷启动(行驶时)中的电池(36)的劣化，并且在基于冷映射图的控制时，在电池(36)的温度达到预定以上时，不切换为通常映射图，而是直接进行基于冷映射图的控制，因此，在冷启动下的行驶中通过切换映射图，能够防止行驶感觉的降低。
并且，由于等待车速接近于零后进行从冷映射图到通常映射图的切换，因此，能够防止在冷启动下行驶中的映射图切换，能够进行使电动机的输出变化变得平滑的映射图切换。
根据本发明的第二特征，通过用构成电池(36)的多个电池单元中温度最低的电池单元来表示映射图切换用的电池(36)的温度，能够与温度最低的电池单元对应地改变放电特性，并能够防止作为电池(36)的整个模块的劣化。
根据本发明的第三特征，通过准备多个映射图并具有多种放电特性，能够实现适应驾驶状况的细微控制而防止电池的劣化。
根据本发明的第四特征，即便在电池(36)容量接近零的情况下，也能够通过具有空映射图而确保预先设定的最低移动距离(例如100米)。
附图说明
图1是安装有本发明的一个实施方式的输出控制装置的电动二轮车的外观的说明图。
图2是示出本发明的一个实施方式的输出控制装置的结构的框图。
图3是示出在输出控制装置中切换的多个映射图的驱动力相对于车速的特性的表的图。
图4是示出在输出控制装置中进行映射图的切换的步骤的流程图。
标号说明
23：电动机；36：主电池；71：控制部；91：车速传感器；91：温度传感器。
具体实施方式
参照附图说明本发明的电动二轮车的输出控制装置的实施方式的一例。
图1是示出安装有本发明的输出控制装置的电动车辆的一例的左侧面图。电动车辆1是具有踏板(step floor)的踏板型二轮车，各组成部分直接或者通过其他部件间接地安装在车架F上。
在图1中，车架F由以下部分构成：作为前部分的前管26；下车架(down frame)27，其前端与前管26结合且后端向下方延伸；一对底车架(under frame)28，其与下车架27的下部连接，分别在车体宽度方向向左右分支而延伸靠近车体后方；后车架29，其从底车架28延伸到车体上后方。前管26旋转自如地支撑转向轴20。转向轴20的上部与车把25连接，下部与用于支撑前轮WF的前轮叉24连接。
通过在车把25的各前端安装把手，使安装在车把25的右侧位置的把手构成为能够朝向电动车辆的前方转动，从而构成为能够根据把手角度调整电动机23的输出。
前管26的前部与由管构成的前支撑件50结合，该前支撑件50的前端部安装有头灯51，在头灯51的上方设置有通过支架57支撑的前载物架19。
车架F的、底车架28与后车架29的中间区域接合有朝向车体后方延伸的枢轴板30，该枢轴板30上设置有朝车体宽度方向延伸的枢轴32，通过该枢轴32，摆动臂22被上下自由摇动地支撑。在摆动臂22上设置有作为车辆驱动源的电动电动机23，电动机23的输出被传递到后轮车轴21，驱动支撑在后轮车轴21上的后轮WR。另外，包括后轮车轴21的外壳与后车架29通过后悬架33连接。枢轴板30的下方延长部分可转动地安装有在停车中支撑车体的侧支架31，摆动臂22的下面安装有主支架34。
在电池箱37中内置了多个电池单元的高电压(例如，72伏特额定)的主电池36安装在底车架28上。主电池36的前部经由连接管65与将作为电池冷却风的空气导入电池箱37内的导管64连接，在导管64的上方经由连接管66设置有空气过滤器68。空气过滤器68设置成与前管26大致相同的高度。
导管69与电池箱37的后部连接，该导管69的后部与作为送风单元的冷却风扇70连接。冷却风扇70沿着从底车架28向斜上方延伸的后车架29配置。冷却风扇70优选为多叶片式风扇(sirocco fan)，其构成为能反转旋转方向，使得能够通过导管64以及连接管65、66和导管69使发送到电池箱37内的空气的流动方向反转。
在后车架29上设置有用电侧连接器78，该用电侧连接器78可与连接到从对主电池36进行充电的外部充电器延伸出的充电电缆的供电侧连接器结合。在后车架29上还设置有后载物架59以及尾灯52。
在左右一对后车架29之间设置有储物箱38，在从该储物箱38向下部突出的储物箱底部38a收纳有利用主电池36进行充电的低电压(例如，12V额定)的副电池40。储物箱38上设置有兼作储物箱38的盖的驾驶座39。
车架F通过合成树脂制的车体盖覆盖。车体盖具有手柄盖56、前盖42、挡风罩(leg shield)43、踏板44、前侧盖45、底盖46、座下前部盖47、侧盖48以及后盖49。
前盖42从前方覆盖前管26和前支撑件50等。挡风罩43与前盖42相连，被配置成位于坐在驾驶座39上的驾驶者的脚部的前方，从驾驶座39侧覆盖前管26、导管64和连接管66。踏板44与挡风罩43的下部相连，前侧盖45与踏板44相连。踏板44从上方覆盖电池箱37，前侧盖45从车体左右侧覆盖底车架28和电池箱37。
底盖46架设在左右的前侧盖45的下缘之间。座下前部盖47从踏板44的后端立起以从前方覆盖储物箱38。左右一对侧盖48与所述座下前部盖47的两端相连以从左右覆盖储物箱38。后盖49从上方覆盖后轮WR而与侧盖48相连。
图2是示出包含本发明的输出控制装置的电动车辆的电气***的框图。
控制部71包含用于驱动电动机23的电力驱动单元(PDU)以及控制单元(ECU)构成，经由熔丝72以及第1继电器开关73与主电池36的正极侧端子连接。由第2继电器开关74和电阻76构成的串联电路与第1继电器开关73并联连接。主电池36和副电池40能够由充电器75通过从外部电源PS提供的电力进行充电。充电器75具有供电侧连接器77，能够与设置于车辆的用电侧连接器78连接。用电侧连接器78与DC-DC转换器79连接。
此外，用于检测电动车辆的车速的车速传感器91与控制部71连接，并基于根据车速设定了驱动力的多个映射图，控制从主电池36向电动机23提供的电力量。关于基于控制部71具有的多个映射图进行的输出控制将在后面进行说明。
DC-DC转换器79具有：场效应晶体管(FET)80，其***到与用电侧连接器78连接的一对线缆L1、L2中一方的线缆L1；以及电压下降电路81，其与线缆L1、L2连接，用于使来自充电器76的电压下降到低电压(例如，12V)。为了通过高电压的充电电流对主电池36进行充电，线缆L1、L2经由由第2继电器开关74(预充电接触器)以及电阻76构成的串联电路与第1继电器开关73(主接触器)的并联电路，与主电池36连接。电压下降电路81的输出侧与副电池40连接。主电池36由具有多个电池单元的模块结构构成，在主电池36的各电池单元的附近位置分别配置有用于检测各电池单元的温度的温度传感器92。
副电池40经由主开关82与内置于控制部71的ECU连接，从副电池40供给控制用电力。副电池40也经由主开关82与电池管理单元(BMU)83连接，BMU 83具有指示第1继电器开关73和第2继电器开关74的接通和断开的功能。用于检测各电池单元的温度的温度传感器92也分别与BMU 83连接。此外，控制部71与BMU 83连接，与通过BMU 83得到的主电池36相关的信息被输出到控制部71侧。
动作时，在接通主开关82的情况下，BMU 83接通第2继电器开关74而使电流从主电池36经由第2继电器开关74、电阻76和熔丝72流到控制部71的PDU，然后，接通第1继电器开关73。这样，在接通第2继电器开关74后再接通第1继电器开关73的原因是为了防止流入设置于控制部71的PDU的电容的突入电流流至第1继电器开关73。
另外，第1继电器开关73、第2继电器开关74和BMU 83能够收纳于主电池36和电池箱37中。
接下来说明通过控制部71向电动机23提供的电力量的控制。
控制部71基于如图3所示的按照车速设定了驱动力的多个映射图，控制从主电池36提供给电动机23的电力量。多个映射图由通常行驶时使用的通常映射图和具有适合在寒冷地区启动的特性的冷映射图(1.8KW映射图)构成。
各映射图将横轴设为车速(km/h)，将纵轴设为后轮驱动力(N)，示出进行电动机23的输出调整的把手的把手角度全开时的输出极限，在把手角度全开时，进行从主电池36提供给电动机23的电力的控制，从而得到与横轴的车速对应的纵轴的后轮驱动力(N)。
在把手角度不是全开的情况下，例如，通过与映射图中的车速对应的后轮驱动力的最高值(全开时)与0之间的后轮驱动力，从主电池36向电动机23提供赋予与把手角度大致成正比的后轮驱动力值的电力量。
通常映射图用于通常行驶的情况，具有驱动特性不同的三种映射图(3.6KW映射图、2.7KW映射图、2.0KW映射图)，从而能够与电池的残余量(劣化状态、温度)对应地进行控制。在这种情况下的“3.6KW映射图”等的数值被设定为比电池的放电量的最大值低的值。
3.6KW映射图是在主电池36的充电量为满充的情况下使用的映射图，2.7KW映射图用于充电量稍微变少的情况，2.0KW映射图用于进一步变少的情况。
此外，在行驶中，在发生了电池的残余量降低等的情况下，通过适当地切换映射图使驱动特性偏移，防止过放电的发生。
冷映射图(1.8KW映射图)是用于电池温度低的情况下的映射图，通过使其具有比通常映射图(2.0KW映射图)更低的放电特性而设定适于寒冷地区的电动机23的启动的特性。
另外，也可以根据电池的劣化状态适当地进行3.6KW映射图、2.7KW映射图、2.0KW映射图和1.8KW映射图之间的切换。
此外，通常映射图具有在主电池36的电池容量少的情况下使用的空映射图。该空映射图具有比冷映射图更低的放电特性。即，空映射图具有能够使用至电池容量完全没有而输出停止之前的特性，例如，具有能够移动100米～200米左右的驱动特性，使得车辆不会停在道路中央。
参照图4的流程图说明电动机启动时的控制部71进行的输出控制。
当接通车辆的主开关而进行电动机启动时(步骤101)，BMU 83通过温度传感器92检测主电池36的各电池单元的温度，判断电池单元内的最低电池温度是否小于预定值(例如，小于0℃)(步骤102)。通过将构成主电池36的多个电池单元中温度最低的电池单元作为判断基准，能够与温度最低的电池单元对应地改变放电特性，防止相对于主电池36整个模块的劣化。
在电池温度在预定值以上的情况下，选择作为通常映射图的3.6KW映射图(步骤103)，利用3.6KW映射图的驱动特性，控制后轮驱动力而进行电动机驱动。
在电池温度小于预定值的情况下(步骤102)，选择作为冷映射图的1.8KW映射图(步骤104)，利用1.8KW映射图的驱动特性，通过提供取得后轮驱动力的电力的控制，进行电动机驱动。这是由于低温时(0℃)电池的输出特性降低，在如平时那样地输出的情况下会发生过放电等的情况的原因。
在车辆的行驶开始且车速接近“0”的情况下(步骤105)，判断电池温度是否上升并达到预定值以上(例如，3℃以上)(步骤106)。车速接近“0”的情况是指例如成为车辆停止、车速在3km以下的几乎停止的状态的情况。
在电池温度未达到预定值以上(例如，3℃以上)的情况下，继续进行基于冷映射图(1.8kw映射图)的驱动特性的控制。
在电池温度达到预定值以上(例如，3℃以上)的情况下，通过车速传感器91判断为车速接近“0”时，进行从冷映射图(1.8kw映射图)到通常映射图(3.6kw映射图)的切换(步骤107)，并进行基于3.6kw映射图的驱动特性的控制。
通过上述控制部71的输出控制，在使用冷映射图启动电动机23并且在行驶中主电池36的温度达到预定以上的情况下，不切换到通常映射图而直接进行基于冷映射图的控制，因此，在冷启动下的行驶中切换映射图，由此能够防止行驶感觉的降低。
此外，由于从冷映射图转移到通常映射图是以车速接近“0”为条件，因此，即使在利用冷映射图的行驶中需要切换映射图的情况下，也能够防止冷启动下行驶中的映射图切换，由于从冷映射图到通常映射图的切换是在等待车速接近“0”后进行，因此能够进行电动机的输出变化平滑的映射图切换。
在上述的控制例中，虽然设定为在判断为车速接近“0”的情况下进行从冷映射图到通常映射图的切换，但是也可以是，始终检测电动机23的转速，在转速为预定转速(例如，空转转速)以下的情况下，进行从冷映射图到通常映射图的切换。此时，即使车速到达某种程度，如果电动机23的转速变低，也可能进行切换。
接下着，对基于通常映射图的行驶中的映射图的切换转移进行说明。
如上所述，通常映射图有3.6KW映射图、2.7KW映射图、2.0KW映射图、1.8KW映射图以及空映射图。在车辆行驶中，监视主电池36的各电池单元的电压，在最小电压的电池单元的电压在预定电压(例如，1.95V)以下的情况下，通过依次切换到与低输出对应的映射图，根据主电池36的状态进行映射图的转移。在3.6KW映射图、2.7KW映射图、2.0KW映射图、1.8KW映射图之间，进行向低输出侧的切换，同时以预定电压为基准进行向高输出侧的切换的映射图恢复。
通过进行上述控制，在使用通常映射图的输出控制中，通过准备多个映射图并通过多个放电特性进行输出控制，能够进行适合驾驶状况的精细控制，能够高效地防止主电池36的劣化。
此外，在通常映射图(2.0KW映射图)或者冷映射图的使用中主电池36中的最小电池单元的电压低于1.9V时，切换到空映射图，一旦转移到空映射图，即便电池的状态变化，也不恢复为其他映射图。这是为了防止在通过恢复到其他映射图而输出高电压的情况下，尽管存在电池残余量，由于放电量变大而产生车辆停止。
通过进行空映射图下的控制，即使在主电池36的电池容量接近于零的情况下，也能够通过提供电力来进行电动机23的驱动，以确保预先设定的最低移动距离(例如100米～200米)。

Claims (2)

1.一种电动车辆中的输出控制装置，所述输出控制装置具有：
电池(36)，其向作为车辆的驱动源的电动机(23)提供电力；车速传感器(91)，其检测车辆的速度，即车速；温度传感器(92)，其检测所述电池(36)的温度；控制部(71)，其基于根据所述车速设定了输出至所述电动机(23)的输出值的映射图，控制从所述电池(36)提供给所述电动机(23)的电力量，所述映射图具有当所述电池的温度在预定温度以上时使用的通常映射图和当所述电池的温度低于预定温度时使用的冷映射图，其中，
所述控制部(71)在所述电动机(23)启动时且所述电池(36)的温度低于预定温度时，使用所述冷映射图进行电池(36)的放电控制，并且在之后的行驶中，在所述电池(36)的温度为预定温度以上时，等待车速接近于零之后进行从冷映射图到通常映射图的切换，
所述通常映射图具有多种放电特性，并根据电池(36)的状态进行转移，
所述通常映射图具有空映射图，该空映射图具有比所述冷映射图更低的放电特性，在转移到所述空映射图的情况下，之后不进行向其他映射图的转移。
2.根据权利要求1所述的电动车辆中的输出控制装置，其中，
所述电池(36)由多个电池单元构成，所述控制部(71)进行映射图切换用的电池温度由所述多个电池单元中温度最低的电池单元来代表。
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