JP3582153B2

JP3582153B2 - 電気自動車の走行用モータ制御装置

Info

Publication number: JP3582153B2
Application number: JP15362395A
Authority: JP
Inventors: 敏彦武田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JPH099411A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電気自動車の走行用モータ制御装置に関し、特にバッテリからの過度な電流出力、あるいはバッテリへの過度な電流入力を未然に防止できる走行用モータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車においてはバッテリの残存容量等を表示することにより乗員に走行可能限界を知らせているが、実際の走行では急激なアクセル踏み込みによってバッテリから走行用モータへ過度な電流供給が要求されることがある。この場合、バッテリの放電がある程度進んでいると、要求された電流に対してバッテリ電圧が急速に放電終止電圧まで低下して、バッテリからの電流取り出しが不可能になり、走行不能に陥ることがある。
【０００３】
そこで、例えば特開平５−３２８５３１号公報では、バッテリ出力電圧を検出してバッテリの充電状態を凡そ予想し、このバッテリ出力電圧が所定値を下回った時には、バッテリからモータへの電流供給指令値に制限を加えることにより放電終止電圧への低下を防止して、走行不能を未然に回避するものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バッテリ出力電圧は、バッテリ満充電からの総出力電流量や、単位時間当たりのバッテリからの出力電流量、あるいは雰囲気温度等の多くの要因によって変動する。特にＮｉ−ＭＨバッテリでは、残存容量に対する出力電圧の変化が小さいため顕著である。また、車両発進時等のバッテリからの大電流の持ち出しがあると、バッテリの出力電圧が急激に低下するため、バッテリ出力電圧に基づいてモータへの電流供給指令値を制限する前記公報に記載の装置では、バッテリ残存容量が、放電終止電圧に至るまでに未だ十分な余裕がある場合にも往々にして電流供給が制限されて、車両の加速性能が損なわれるという問題がある。
【０００５】
なお、バッテリからの単位時間当たりの電流出力（放電）が、バッテリの種類や容量等で決定される能力より過大になると、バッテリの放電特性が恒久的に劣化してしまうことが知られている。
本発明はこのような課題を解決するもので、バッテリから走行用モータへの電流供給を適正に行い、加速性能を大きく損なうことなく走行不能となる事態を未然に回避できるとともに、バッテリの恒久的劣化をも避けることが可能な電気自動車の走行用モータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、給電線（３Ａ、３Ｂ）によりバッテリ（１）と接続された走行用の交流モータ（２）を制御する電気自動車の走行用モータ制御装置において、運転操作手段（５１、５２）の操作に応じて前記給電線に流す電流量を指令する電流指令手段（７１）と、前記給電線中に設けられて直流−交流の変換を行うとともに前記電流指令手段からの指令に従って交流側給電線（３Ｂ）の電流を制御するインバータ手段（６）と、直流側給電線の線間電圧を検出する第１の電圧検出手段（８）と、前記交流側給電線の線間電圧を検出する第２の電圧検出手段（９Ａ）と、前記交流側給電線を流れる電流を検出する電流検出手段（９Ｂ）と、前記交流モータの回転数を検出する回転数検出手段（１０）と、前記第１の電圧検出手段と第２の電圧検出手段で検出された各電圧、前記電流検出手段で検出された電流、および前記回転数検出手段で検出された回転数から、前記インバータ手段の変換効率を考慮して前記直流側給電線を流れる電流を算出し、算出された電流が所定値を越えた時に前記電流指令手段からの指令電流量を制限する電流制限手段（３０８、３０９、３１０、３１１）とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電気自動車の走行用モータ制御装置において、前記電流制限手段は、前記算出された電流が前記所定値を越えた程度に応じて決定される、１より小さい指令制限係数を前記電流指令手段からの指令電流量に乗じることにより当該指令電流量を制限するものであることを特徴とする。
【００１０】
なお、上記各手段のカッコ内の符号は、後述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１４】
【発明の作用効果】請求項１に記載の発明によれば、交流モータを駆動する際の給電線電流が正確に算出され、これに基づいて指令電流量が制限されて給電線電流の急増が抑えられる。本請求項に記載の発明は、従来の走行用モータ制御装置に設置されている直流側および交流側の各電圧検出センサと、交流側の電流検出センサとを利用して簡易かつ安価に実現される。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を図に示す実施例について説明する。
（第１実施例）
図１において、バッテリ１には直流側給電線３Ａが接続され、バッテリ１の直流電源が上記給電線３Ａによりインバータ６へ供給されて、ここで交流電源に変換され、交流側給電線３Ｂを経て走行用モータ２へ供給される。
【００１６】
上記直流側給電線３Ａには電流検出センサ３Ａが設けられ、その出力信号がモータ制御装置７の入力処理回路７２を経てＣＰＵ７１へ入力している。また、運転者のアクセルペダル操作量を検出するアクセル開度センサ５１と、シフトノブを操作したシフト位置を検出するシフトポジションセンサ５２からの出力信号もそれぞれ入力処理回路７２を経てＣＰＵ７１へ入力している。
【００１７】
ＣＰＵ７１は後述の処理手順により走行用モータ２への指令電流量を決定して、出力処理回路７３を経て上記インバータ６へ出力する。インバータ６は指令電流量に基づいて走行用モータ２への供給電流を制御する。
すなわち、ＣＰＵ７１は、アクセル開度センサ５１により検出した運転者のアクセル操作量やシフトポジションセンサ５２により検出した運転者が決定したシフト位置等により、当該電気自動車を駆動するのに必要な走行用モータ２の要求出力トルクを決定し、この要求出力トルクを実現するように走行用モータ２への入力電流指令値を決定する。そして、この入力電流指令値を後述の手順で適宜制限して出力処理回路７３を介してインバータ６へ出力する。
【００１８】
上記ＣＰＵ７１の処理手順を図２のフローチャートにより以下に説明する。最初にステップ１０１でバッテリ１の出力電流を検出し、この検出値をＩＢにストアする。ステップ１０２では、出力電流ＩＢが、バッテリ１の放電特性が劣化しない、バッテリの種類や残存容量等で予め決められた上限値Ｋ４を越えていない場合は、上記アクセル開度センサ５１等の検出結果に基づき決定された、走行用モータ２の要求出力トルクを満足する入力電流指令値を指令電流量Ｉとして（ステップ１０５）そのままインバータ６（図１）へ出力し、当該処理を終了する。
【００１９】
上記ステップ１０２において、出力電流ＩＢが上限値Ｋ４を越えた場合は、ステップ１０３で、バッテリ１の出力電流がＫ４よりどの程度越えたかで、図３に示す関係で予めマップ等に記憶した指令制限係数α６を決定する。
ステップ１０４では、ステップ１０３で決定した指令制限係数α６を、上記アクセル開度センサ等の検出結果に基づき決定された、走行用モータの要求出力トルクを満足する入力電流指令値に乗じて指令電流量Ｉとし、これをインバータへ出力する。上記指令制限係数α６は、図３に示すように、上限値Ｋ４を越えると１より小さい値となるから、走行用モータ２への入力電流は制限される。
【００２０】
以上の処理による効果を図４を参照しつつ以下に説明する。
電気自動車のバッテリ１の出力電流は、主に走行用モータ２で消費される。そのため、車両発進時には急激にバッテリ１から電流が出力される。特に走行用モータ２がインダクションモータの場合、始動時には定常時に比べ同一のトルク出力でも数倍から数十倍の電流が消費される。
【００２１】
したがって、車両発進時には、他の補機類で消費される電流を含めて、バッテリ１が単位時間当たりに出力可能な電流を越えることがあり、これにより、放電特性の恒久的劣化を生じる。また、バッテリ１の残存容量が比較的小さくなっていると、バッテリ電圧が放電終止電圧まで急激に低下することがある（図４の破線）。
【００２２】
ここにおいて既述のＣＰＵ７１の処理により、バッテリ１の出力電流が予め設定された上限値Ｋ４を越えた場合には、走行用モータ２の入力電流（バッテリ出力電流）を制限する（図４の線ｙ）ことで、バッテリ１の劣化を回避するとともに、その出力電圧が放電終止電圧まで低下して放電不能となることを防止する（図４の線ｘ）。
【００２３】
さらに、入力電流が制限されることにより走行用モータ２の出力トルクは滑らかに変化させられるから、運転者に違和感がない車両加速を確保することができる。
本実施例によれば、従来のバッテリ電圧に基づいて走行用モータ２への電流供給を制限するのに比べて、バッテリの残存容量、放電特性、放電履歴あるいはバッテリ間のバラツキ等によって影響されることなく常に適正なモータ電流の制限を行うことができる。したがって、従来のように走行用モータ２に対して過度な電流制限を行って車両の加速性能を大きく損なうという問題は生じない。
【００２４】
なお、本実施例では走行用モータとして交流モータを使用したが、直流モータを使用することもできる。
また、図３に示した指令制限係数α６は一例であり、バッテリ出力電流がＫ４より大きい時にα６＜１となるように最適に決定されれば、この限りでない。
（第２実施例）
図２は本発明の第２の実施例を示す装置のブロック構成図で、第１実施例と同一機器には同一符号を付してある。本実施例では第１実施例の電流検出センサに代えて、直流側給電線の線間電圧（バッテリ電圧）を検出する電圧検出センサ８を設けている。なお、電圧検出センサ８は、走行用モータ制御装置に一般的に設けられているものであり、本発明を実施するために特に設置する必要はない。
【００２５】
上記電圧検出センサ８の出力信号は、モータ制御装置７の入力処理回路７２を経てＣＰＵ７１に入力している。
ＣＰＵ７１における処理手順を図６のフローチャートにより以下に説明する。ステップ２０１で、検出されたバッテリ出力電圧をＶＢ（ｎ）に記憶する。ステップ２０２では、先回記憶したバッテリ出力電圧ＶＢ（ｎ−１）と今回のバッテリ出力電圧ＶＢ（ｎ）との差をとり、バッテリ出力電圧の変化量ΔＶＢとして記憶する。
【００２６】
ステップ２０３では、上記変化量ΔＶＢが、バッテリ１の放電特性が劣化しない、バッテリの種類や残存容量等で予め決められた上限値Ｋ７を越えていないか判定し、越えていない場合には、アクセル開度センサ等の検出結果に基づき決定された、走行用モータの要求出力トルクを満足する入力電流指令値を指令電流量Ｉとして（ステップ２０５）そのままインバータ６（図５）へ出力し、当該処理を終了する。
【００２７】
上記ステップ２０３で、バッテリ電圧変化量ΔＶＢが上記上限値Ｋ７を越ている場合には、この電圧変化量ΔＶＢが上限値Ｋ７よりどの程度越えたかで、図７に示す関係で予めマップ等に記憶した指令制限係数α９を決定する。
次に、ステップ２０４では、上記指令制限係数α９を入力電流指令値に乗じて指令電流量Ｉとし、これをインバータ６へ出力する。指令制限係数α９は、図５に示すように、上限値Ｋ７を越えると１より小さい値となるから、走行用モータ２への入力電流は制限される。
【００２８】
以上の処理によって、本実施例においても第１実施例と同様の効果がある。すなわち、本実施例では、バッテリの過渡的な出力電流の変化を、この出力電流の変化と電極劣化をする前の、バッテリの種類や残存容量で決定されるバッテリの内部抵抗との積で表されるバッテリ電圧の変化量で推定して、このバッテリ電圧変化量が予め設定された上限値を越えた場合に、走行用モータの入力電流制限を行っている。
【００２９】
これにより、バッテリの出力電流を制限し、放電特性の恒久的劣化を防止するとともに、例えば図８に示すように、車両発進時の電圧の急降下（図の破線）を防止して、バッテリ電圧を適正に維持し（図の実線）、車両が走行不能に陥ることを未然に回避できる。
本実施例では、従来より設けられている電圧検出センサを利用することができるから、ソフトウエアにおける演算は要するものの、装置全体を簡易かつ安価に実現できる。
【００３０】
また、図７に示した指令制限係数α９は一例であり、バッテリの出力電圧変化量がＫ７より大きい時にα９＜１となるように最適に設定されれば、この限りでない。
（第３実施例）
図９には本発明の第３実施例における装置のブロック構成図を示す。本実施例では、第２実施例の電圧検出センサに加えて、交流側給電線３Ｂの電流（モータ電流）および線間電圧（モータ電圧）を検出する電流検出センサ９Ｂおよび電圧検出センサ９Ａを設けるとともに、走行用モータ２にモータ回転検出センサ１０を設けている。これら電圧検出センサ９Ａ、電流検出センサ９Ｂ、およびモータ回転検出センサ１０の出力信号は入力処理回路７２を経てＣＰＵ７１へ入力している。
【００３１】
なお、上記電圧検出センサ９Ａ、電流検出センサ９Ｂ、およびモータ回転検出センサ１０は従来の走行用モータ制御装置においても、モータ回転制御の必要のために通常設けられているものである。
ＣＰＵ７１における処理手順を図１０のフローチャートにより以下に説明する。
【００３２】
ステップ３０１で、走行用モータ２のモータ電流を検出してＩＭにストアするとともに、ステップ３０２では、モータ電圧を検出してＶＭにストアする。さらに、ステップ３０３でモータ回転数を検出してＮＥにストアする。ステップ３０４では、上記モータ電流ＩＭとモータ電圧ＶＭの位相差ψを検出し、続いて、位相差ψ、モータ電流ＩＭ、およびモータ電圧ＶＭを用いて走行用モータ２への入力電力ＰＭを算出する（ステップ３０５）。
【００３３】
次に、ステップ３０６ではバッテリ電圧を検出してＶＢにストアする。ステップ３０７では、モータ回転数ＮＥとモータ入力電力Ｐをパラメータとして、マップに予め記憶された図１１に示すインバータの変換効率ηを決定する。ステップ３０８では、上記入力電力ＰＭ、バッテリ電圧ＶＢ、および変換効率ηとでバッテリ１の出力電流ＩＢを算出する。
【００３４】
ステップ３０９では、算出されたバッテリ出力電流ＩＢが、バッテリ１の放電特性が劣化しない、バッテリの種類や残存容量等で予め決められた上限値Ｋ１０を越えていないか判定する。越えていない場合にはステップ３１２へ進み、アクセル開度センサ等の検出結果に基づき決定された、走行用モータ２の要求出力トルクを満足する入力電流指令値を指令電流量Ｉとして、そのままインバータ６（図９）へ出力し、当該処理を終了する。
【００３５】
上記ステップ３０９において、バッテリ出力電流ＩＢが上限値Ｋ１０を越えた場合には、ステップ３１０において、バッテリ出力電流ＩＢが上限値Ｋ１０よりどの程度越えたかで、図１２に示す関係で予めマップ等に記憶された指令制限係数α１２を決定する。
ステップ３１１では、ステップ３１０で決定した指令制限係数α１２を、上記入力電流指令値に乗じて指令電流量Ｉとし、これをインバータ６へ出力する。上記指令制限係数α１２は、図１２に示すように、上限値Ｋ４を越えると１より小さい値となるから、走行用モータへの入力電流は制限される。
【００３６】
本実施例ではバッテリ電流を算出しているから、第２実施例に比べて電流制限をより精度良く行うことができるとともに、電圧検出センサ８、９Ａおよび電流検出センサ９Ｂは、従来より設けられているものを使用できるから、第１実施例に比して簡易かつ安価に実現できる。
なお、図１１に示すインバータ１４の変換効率ηは実際には、バッテリの出力電圧によっても変化するので、バッテリ出力電圧毎に異なる変換効率マップを持つようにしても良い。
【００３７】
また、ＣＰＵ７１で算出される指令電流量Ｉと、電流検出センサ９Ｂで検出されたモータ電流との偏差にＰＩ制御の演算を施して、モータ電圧指令値としてインバータ６へ与える場合には、電圧検出センサ９Ａを省いて上記モータ電圧指令値をモータ電圧ＶＭとして使用することができる。
図１０では、ステップ３０５で走行用モータの入力電力ＰＭを算出し、ステップ３０６でバッテリ電圧ＶＢを検出しているが、逆にバッテリ電圧ＶＢの検出を先に行い、走行用モータへの入力電力ＰＭの算出を後で行っても良い。
【００３８】
また、図１２に示した指令制限係数α１２は一例であり、バッテリ出力電流がＫ１０より大きい時にα１２＜１となるように最適に設定されれば、この限りでない。
なお、上記各実施例では、運転者のアクセル操作量等に応じて決定されるモータ入力電流指令値に、バッテリ出力電流に応じて決定される指令制限係数を乗じることにより、インバータに与える指令電流量を小さくして走行用モータへの入力電流を制限したが、これに代えて、バッテリ出力電流に応じて走行用モータの出力トルク指令値を制限しても良い。
【００３９】
また、運転者のアクセル操作量の単位時間当たりの変化量を、バッテリの出力電流に応じて制限することにより、走行用モータの入力電流の制限を行っても良い。
また、走行モータの入力電流制限の代わり、もしくは併用して、エアコンデショナ（Ａ／Ｃ）の一時停止等の、バッテリから補機への出力電流の供給停止を行ってもよい。
【００４０】
さらに、上記各実施例では、走行用モータが力行制御される時について説明したが、バッテリが満充電に近い場合の回生制御時についても本発明は適用可能であり、回生制御時において、バッテリへの入力電流が予め設定された値以上になった時には回生電流量を制限することにより、バッテリの過充電を防止することができる。
【００４１】
上記各実施例の各フローチャートにおけるステップは、それぞれ、機能実行手段としてハードロジック構成により実現するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る、走行用モータ制御装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る、ＣＰＵの処理フローチャートである。
【図３】本発明の第１実施例に係る、バッテリ出力電流に応じた指令制限係数の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施例に係る、バッテリ出力電圧および出力電流の経時変化を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施例に係る、走行用モータ制御装置のブロック構成図である。
【図６】本発明の第２実施例に係る、ＣＰＵの処理フローチャートである。
【図７】本発明の第２実施例に係る、バッテリ出力電圧変化量に応じた指令制限係数の変化を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施例に係る、バッテリ出力電圧の経時変化を示すグラフである。
【図９】本発明の第３実施例に係る、走行用モータ制御装置のブロック構成図である。
【図１０】本発明の第３実施例に係る、ＣＰＵの処理フローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施例に係る、インバータ変換効率のモータ入力電力とモータ回転数に対する依存性を示すグラフである。
【図１２】本発明の第３実施例に係る、バッテリ出力電流に応じた指令制限係数の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…バッテリ、２…走行用モータ、３Ａ、３Ｂ…給電線、４…電流検出センサ、５１…アクセル開度センサ、５２…シフトポジションセンサ、６…インバータ、７１…ＣＰＵ、８…電圧検出センサ、９Ａ…電圧検出センサ、９Ｂ…電流検出センサ、１０…モータ回転検出センサ。

Claims

給電線によりバッテリと接続された走行用の交流モータを制御する電気自動車の走行用モータ制御装置において、
運転操作手段の操作に応じて前記給電線に流す電流量を指令する電流指令手段と、
前記給電線中に設けられて直流−交流の変換を行うとともに前記電流指令手段からの指令に従って交流側給電線の電流を制御するインバータ手段と、
直流側給電線の線間電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
前記交流側給電線の線間電圧を検出する第２の電圧検出手段と、
前記交流側給電線を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記交流モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記第１の電圧検出手段と第２の電圧検出手段で検出された各電圧、前記電流検出手段で検出された電流、および前記回転数検出手段で検出された回転数から、前記インバータ手段の変換効率を考慮して前記直流側給電線を流れる電流を算出し、算出された電流が所定値を越えた時に前記電流指令手段からの指令電流量を制限する電流制限手段とを備えたことを特徴とする電気自動車の走行用モータ制御装置。
前記電流制限手段は、前記算出された電流が前記所定値を越えた程度に応じて決定される、１より小さい指令制限係数を前記電流指令手段からの指令電流量に乗じることにより当該指令電流量を制限するものであることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の走行用モータ制御装置。