JP2011200056A

JP2011200056A - 電動車両の電源装置

Info

Publication number: JP2011200056A
Application number: JP2010065700A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Higa; 光明比嘉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】電動車両を駆動する電動機に蓄電器から電力を供給する電源装置であって、蓄電器の端子電圧を昇圧して電動機の供給する電源装置において、車両の走行状態に応じて昇圧を行う。
【解決手段】路面勾配についてしきい値を設定し、勾配がこのしきい値以上であれば昇圧を実行し、しきい値未満であれば昇圧を抑制または禁止する。また、電動機温度についても同様にしきい値を設定し、温度がしきい値以上で昇圧を実行、未満で抑制または禁止する。これらのしきい値は、シフト位置（通常走行Ｄ、後退走行Ｒ、エンジンブレーキ走行Ｂ、スポーツ走行Ｓ）ごと、および走行モード（パワー、エコ、車両姿勢制御解除、ＥＶ）ごとに設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動車両の電源装置に関し、特に、蓄電器の端子電圧を昇圧する昇圧回路の制御に関する。

二次電池、キャパシタ等の電気を蓄える蓄電器を搭載し、蓄電器から電力が供給される電動機により駆動される電動車両が知られている。電動車両として、原動機として電動機のみを備える車両、および電動機と内燃機関を備える所謂ハイブリッド車が知られている。また、蓄電器から電動機に電力を供給する際、電動機の小型化、高効率化等のために、蓄電器の端子電圧を昇圧する技術が知られている。この昇圧機能を有する、電動車両の電源装置が下記特許文献１に記載されている。

特開２００９−２７８７０５号公報

上記特許文献１においては、アクセルの操作量から運転者の加速意思を判断し、昇圧を行うか否かを決定している。しかし、昇圧を行うか否かの判断を、アクセルの操作量以外の条件に基づいて行う点については開示されていない。

本発明は、アクセルの操作量以外の条件を考慮して昇圧に関する制御を行う電源装置を提供することを目的とする。

本発明の電源装置は、車両を駆動する電動機に電力を供給する電源装置であって、蓄電器と、蓄電器からの電力を、蓄電器の端子電圧より高い電圧に昇圧する昇圧回路と、昇圧された電力により電動機を駆動する駆動回路と、昇圧回路の昇圧動作を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、路面勾配または電動機温度のうち少なくとも一方を取得して、取得した路面勾配または電動機温度に基づき前記昇圧動作の実行、禁止を判断し、この判断に基づき昇圧回路の制御を行う。

本発明によれば、昇圧に関する制御において、アクセル操作量以外の車両の走行状態を表す変数を採用することにより、よりきめ細かい制御が可能となる。

電源装置の概略の回路構成を示す図である。車両の走行状況と昇圧制限のしきい値の関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、電動機１０に電力を供給する電源装置１２の概略の回路構成を示す図である。電動装置１２は、大別して、蓄電器である二次電池１４、昇圧回路１６および電動機の駆動回路としてのインバータ１８を含む。蓄電器は二次電池以外のもの、例えばキャパシタとしてもよい。二次電池１４に並列に平滑コンデンサ２０が配置されている。また、昇圧回路１６の動作を制御する制御装置２２が備えられている。インバータ１８は、昇圧回路１６から供給される直流電力をトランジスタ２４-1〜２４-6を制御することにより三相交流電力に変換し、これにより電動機１０を駆動制御する。また、車両慣性により電動機１０のロータが回転されるとき、トランジスタ２４-1〜２４-6の所定の制御により、電動機１０を発電機として機能させることができる。インバータ１８の制御は、当業者にとってよく知られた技術であるので、ここでは詳細な説明は省略する。

昇圧回路の正母線２６、負母線２８は、各々インバータ１８に電力を供給する主正母線３０、主負母線３２に接続されている。正母線２６と負母線２８の間には、第１スイッチング素子３４および第２スイッチング素子３６が直列に接続されている。具体的には、第１スイッチング素子３４のコレクタが正母線２６に接続され、第２スイッチング素子２６のエミッタが負母線２８に接続されている。本実施形態において、これらの二つのスイッチング素子３４，３６は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を採用している。

二つのスイッチング素子の接続点には、リアクトル３８が接続され、さらにリアクトル３８を介して二次電池１４の正極に接続された正極線４０が接続されている。二次電池１４の負極線４２には、前出の負母線２８が接続される。二つのスイッチング素子３４，３６に対し、それぞれ第１，第２ダイオード４４，４６が逆並列に接続されている。また、正、負母線２６，２８間には、互いに並列にコンデンサ４８と抵抗５０が接続されている。

二つのスイッチング素子３４，３６のオンオフは、制御装置２２からの駆動信号ＰＷＣにより制御される。制御装置２２の駆動信号ＰＷＣは、第１スイッチング素子３４に対する駆動信号ＰＷＣ１と、第２スイッチング素子３６に対する駆動信号ＰＷＣ２を含む。昇圧回路１６は、基本的には、二次電池１４の放電時には、正極線４０、負極線４２からの直流電力を昇圧して主正母線３０、主負母線３２に供給する。また、二次電池１４の充電時には主正母線３０、主負母線３２から受ける直流電力を降圧して二次電池１４に供給する。

昇圧回路１６の昇圧動作は、次のように行われる。基本的動作は、第１スイッチング素子３４をオフ状態として、第２スイッチング素子３６をオンオフ制御して実行される。オンオフのデューティ比を制御することで、昇圧された電圧の値を制御することができる。昇圧動作について、より詳細に記す。第２スイッチング素子３６のオン期間においては、二次電池の放電電流は、正極線４０−リアクトル３８−第１ダイオード４４−正母線２６に流れる。同時に、リアクトル３８から、第２スイッチング素子３６−負母線２８−負極線４２と流れる。この状態で第２スイッチング素子３６をオフ制御すると、リアクトル３８は、流れていた電流を維持しようとする。この結果、それまで第２スイッチング素子３６を流れていた電流が、第１ダイオード４４を介して正母線２６に流れる。この結果、正母線２６に供給される直流電力の平均電圧が二次電池の端子電圧より高くなる。つまり、昇圧される。

なお、上述の第２スイッチング素子３６のみの動作であると、正母線２６の電圧を制御することが難しいので、第２スイッチング素子３６のオフ期間に、第１スイッチング素子３４をオン制御して正母線２６からリアクトル３８−正極線４０へと電流を戻す制御を行う場合がある。二つのスイッチング素子のデューティ比を制御することで、昇圧された電圧の値を制御することができる。

電源装置１２においては、電動機１０が大きな出力を発生する必要がない場合、昇圧された電圧値を低く制御し、または昇圧しないように制御し、必要以上の昇圧を行わずに電力の消費を抑えるようにしている。この昇圧電圧値の抑制は、例えば、全く昇圧を行わない、すなわち第２スイッチング素子３６をオフに維持することにより実行することができる。この場合は、二次電池１４の端子電圧で電動機１０が駆動される。また、前述のように第２スイッチング素子３６に加え第１スイッチング素子３４もオンオフ制御して昇圧電圧値を下げることによっても昇圧電圧値の抑制を行うことができる。具体的には、第２のスイッチング素子３４のオン期間を短縮することで、通常の昇圧電圧値より低い電圧値とすることができる。

昇圧電圧値を抑制している場合、電動機１０の出力が抑制されることになる。大きな出力が必要になっても、昇圧が間に合わず、もたつき感が生じる場合がある。電源装置１２においては、様々な走行状態に応じて、昇圧電圧値の抑制制御を実行するか否かを決定するしきい値を予め定め、運転者にもたつき感などの違和感を感じさせないようにしている。

図２には、走行状態としきい値の関係を示す図である。しきい値は、アクセルペダルの操作量（以下、アクセル操作量と記す。）、路面勾配、電動機温度について定められており、さらにこれらの変数に対し、シフト位置、走行モードごとにしきい値が設定されている。アクセル操作量は、アクセルペダルのストロークを検出するアクセル操作量センサ５２により検出される。アクセル操作量は、例えば、アクセルペダルのフルストロークに対する現在のストローク量の割合として定義でき、しきい値は、この割合（例えば５／８など）で表される。また、路面勾配は、車載された路面勾配センサ５４により検出される。路面勾配に関するしきい値は、路面勾配の角度（例えば１０°）で表される。さらに、電動機温度は、電動機に取り付けられた電動機温度センサ５６により検出される。電動機温度に関するしきい値はその温度（℃）で表される。

シフト位置は、セレクタレバー５８からの、選択された位置を示す信号を取得して認識する。また、走行モードは、走行モードを選択する操作子（ボタン、レバー等）６０からの信号を取得して認識する。走行モードは、例えば、より大きな出力を得られるように制御するパワーモード（パワー）、燃料・電力の消費を抑えるように制御するエコモード（エコ）、また、ハイブリッド車両において、内燃機関は停止して、二次電池の電力のみで走行するＥＶモード（ＥＶ）、また車両姿勢制御を解除した際のモード（ＶＳＣ−０ＦＦ）などがある。各シフト位置、各走行モードについて、前記のアクセル操作量、路面勾配および電動機温度ごとにしきい値が設定される。

アクセルペダルは、運転者が加速を意図しているときに踏み込み操作されるものであるから、アクセル操作量がある程度大きくなれば（アクセルペダルが踏み込まれれば）、電動機１０が発生すべき出力も大きくなる。よって、アクセル操作量が、ある値以上の場合、昇圧電圧値の抑制を解除することが望ましい。しかし、走行状況によって、操作量がどの程度のときに昇圧の抑制を解除するかの適正値は異なってくる。例えば、セレクタレバー５８により選択されたシフト位置が通常走行位置（Ｄ）と、スポーツ走行位置（Ｓ）では、運転者は、スポーツ走行時の方がより大きな出力、より速い応答性を要求すると考えられるので、アクセル操作量がより小さい段階で昇圧の抑制を解除する。したがって、アクセル操作量の通常走行時のしきい値(ａ-1) よりもスポーツ走行時のしきい値(ｄ-1) が小さい値となっている。また、エンジンブレーキ位置（Ｂ）においても、運転者は積極的な加減速を望んでいると考えられるので、アクセル操作量が比較的小さいときに昇圧の抑制を解除する。また、後退走行位置（Ｒ）では、大きな駆動力が必要となる可能性は小さいので、しきい値(ａ-1)は前述のしきい値(ｂ-1)と同じか、または大きい値に設定することができる。

セレクタレバー５８による選択以外にも、他の操作子（ボタン、レバー等）６０による走行モードの選定が実行される。これらのモードにおいても、アクセル操作量の適切なしきい値(ｅ-1,ｆ-1,ｇ-1,ｈ-1）が設定され、このしきい値を超えると昇圧の抑制が解除される。パワーモード、車両姿勢制御解除モードにおいては、アクセル操作量が小さい段階で昇圧の制限を解除する。

路面勾配に関するしきい値は、路面の登り勾配がある角度以上の傾斜となったときに、昇圧の抑制を解除するために設けられる。登りが急であれば、より大きな駆動力を必要とする状況が多くなる可能性があり、このときのもたつき感を低減するために、昇圧の制限を解除するためのしきい値の設定を行う。このしきい値も、前述の各シフト位置、各走行モードごとに設定することができる(ａ-2,ｂ-2,ｃ-2,・・・,ｈ-2)。

電動機温度に関するしきい値は、電動機の温度がある温度以上となったときに、昇圧の抑制を解除するために設けられる。電動機温度が上昇すると、電動機の永久磁石の磁束が減少し、電動機の出力が低下することが知られている。これを補うために、電動機のコイルにより多くの電力を供給する機会が増えると考えられ、これに対応するために昇圧の抑制が解除される。このしきい値も、前述の各シフト位置、各走行モードごとに設定することができる(ａ-3,ｂ-3,ｃ-3,・・・,ｈ-3)。

電源装置１２においては、電動機に対し高出力が要求されない状況においては、昇圧回路１６による昇圧を行わないように、または昇圧の程度を低くして電動機に電力供給を行う。アクセル操作量にしきい値を設定し、アクセル操作量が、このしきい値以上のときに電動機への供給電圧が所定の電圧となるよう昇圧を実行する。逆に、このしきい値以下の場合には、昇圧を行わないか、または上記の所定の電圧未満の電圧に昇圧を制限する。また、走行中の路面の勾配に関するしきい値を設定し、路面勾配がしきい値より大きく（登りがきつく）なったら、昇圧が制限されないようにし、所定の電圧となるように昇圧を実行する。また、電動機の温度に関するしきい値を設定し、電動機の温度がしきい値より高くなった場合、昇圧が制限されないようにし、所定の電圧となるように昇圧を実行する。

これらの、アクセル操作量、路面勾配および電動機温度に関するしきい値は、それぞれシフト位置（Ｄ，Ｒ，Ｂ，Ｓ）および走行モード（パワー、エコ、車両姿勢制御解除、ＥＶ）ごとに設定することができる。

１２電源装置、１４二次電池、１６昇圧回路、２２制御装置、２６正母線、２８負母線、３４第１スイッチング素子、３６第２スイッチング素子、３８リアクトル、４０正極線、４２負極線、５２アクセル操作量センサ、５４路面勾配センサ、５６電動機温度センサ、５８セレクタレバー、６０走行モード操作子。

Claims

車両を駆動する電動機に電力を供給する電源装置であって、
蓄電器と、
蓄電器からの電力を、蓄電器の端子電圧より高い電圧に昇圧する昇圧回路と、
昇圧された電力により電動機を駆動する駆動回路と、
昇圧回路の昇圧動作を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、路面勾配または電動機温度のうち少なくとも一方を取得して、取得した路面勾配または電動機温度に基づき前記昇圧動作の実行、禁止を判断し、この判断に基づき昇圧回路の制御を行う、
電動車両の電源装置。