JP7070294B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

特許文献１には、モータとバッテリを搭載したハイブリッド車両について、モータで発電した電力をバッテリに充電する際、通電に伴う発熱に対してモータ、インバータ、バッテリなどの構成部品を保護するために、過熱保護制御を実施し、モータの冷却水の温度に応じてバッテリへの充電電力の大きさを切り替えることが開示されている。

特開２０１７－０３０６６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成は、外部電源からの供給電力を車載のバッテリに充電する場合を考慮したものではなかった。外部電源として、直流電力を供給する充電スタンドによって車載のバッテリを急速充電する場合には、充電電流の電流値が大きな値となるため、充電中に通電される部品に対して過熱保護制御を実施する必要がある。

また、上述したようなモータとバッテリを搭載した車両では、充電中に通電していない部品については過熱保護制御を実施する必要はないと考えられる。外部電源からの電力を車載のバッテリに充電する際は、必ずしも車両が停車中とは限らず、車両が走行中であっても外部電源からの電力を受け取りバッテリへ充電可能となる場合が考えられる。そのため、外部電源を用いる充電に対して過熱保護制御を実施する場合、車両状態に応じて、充電中に通電していない部品を適切に切り分けることが望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、過熱保護制御の対象となる通電中の部品を車両状態に応じて適切に保護することができる車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、走行用のモータに供給するための電力を蓄えるバッテリと、バッテリを充電する際に電流が流れる部品に対して過熱保護制御を実施する制御部と、を備え、外部電源からの電力をバッテリに充電することが可能な車両の制御装置であって、制御部は、外部電源からの電力をバッテリに充電する充電モード時に車両が走行中の場合には、過熱保護制御の対象を、充電モード時にのみに通電される第１部品群と、車両が走行中のみに通電される第２部品群と、充電モード時および走行中に通電される第３部品群とに設定し、充電モード時に車両が停車中の場合には、過熱保護制御の対象を第１部品群と第３部品群とに設定し、充電モードではない時に記車両が走行中の場合には、過熱保護制御の対象を第２部品群と第３部品群とに設定し、充電モードではない時に車両が停車中の場合には、過熱保護制御を行わないことを特徴とする。

また、外部電源と接続する充電口と、バッテリとモータとの間に設けられたインバータと、インバータとバッテリとの間に設けられた第１リレー部と、充電口とバッテリとの間に設けられた第２リレー部と、をさらに備え、第１部品群は、充電口と、第２リレー部と、を含み、第２部品群は、モータと、インバータと、を含み、第３部品群は、第１リレー部を含んでもよい。

この構成によれば、充電モードに加えて車両が走行中であるか停車中であるかを判断して、過熱保護の対象となる部品群を適切に設定することができる。

また、第３部品群は、第１リレー部とバッテリとの間に設けられた電流センサをさらに含み、過熱保護制御は、電流センサにより検出した電流値を用いて算出した評価値が所定値以上の場合にバッテリへの電力の入力および出力を制限する制御であり、評価値は、電流値が大きい値であるほど大きな値となってもよい。

この構成によれば、電流値を用いて算出した評価値に基づいてバッテリの入力および出力を制限する過熱保護制御を実施することができる。これにより、充電時と放電時とで適切に設定された部品群を対象にして過熱保護制御を実施できる。

また、第１リレー部は、充電モード中または車両が走行中に、バッテリとモータとの間を導通可能に接続し、充電口は、第１リレー部とインバータとの間に設けられた接続点に、第２リレー部を介して接続されており、第２リレー部は、充電モード中に、充電口とバッテリとの間を導通可能に接続し、充電モードではない時には充電口とバッテリとの間を導通不能に切断してもよい。

この構成によれば、各リレー部は導通可能に接続した状態では保護対象となるため、充電モード時と車両状態とに応じて、電流が流れている部品であり過熱保護が必要な部品群を適切に設定することができる。

本発明によれば、外部電源からの充電を行う充電モード時と、車両が走行中であるか否かを判断して、過熱保護の対象となる部品群を切り替えることができる。これにより、車両状態に応じて過熱保護制御の対象となる部品群を適切に設定することができる。

図１は、実施形態の車両を模式的に示す図である。 図２は、保護対象部品群の設定制御フローを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における車両の制御装置について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は、実施形態の車両を模式的に示す図である。車両１は、電池パック２、インバータ３、モータ４、ＥＣＵ５、充電口６、車輪７を備える。この車両１はモータ４を走行用の動力源とする電動車両であり、モータ４へ供給するための電力を蓄える電池パック２を搭載している。電池パック２の電力がインバータ３を介してモータ４の供給されることによってモータ４は駆動する。また、図１に示す車両１は前輪駆動車であり、モータ４から出力された動力は四つの車輪７のうち前輪のみに伝達される。さらに、車両１は充電口６を介して外部電源（図示せず）から供給される電力を電池パック２に充電することができるように構成されている。

電池パック２は、組電池２１と、電流センサ２２と、第１リレー部２３と、第２リレー部２４と、第１接続点２５と、第２接続点２６と、を含んで構成されている。この電池パック２は複数の構成部品により構成されたユニットである。車両１には一つのユニットとしての電池パック２が搭載されていることになる。

組電池２１は、複数の電池セル２１ａを有するバッテリである。この組電池２１はモータ４に供給するための電力を蓄電することが可能な二次電池により構成される。モータ４を駆動する際、組電池２１から出力された電力がインバータ３を介してモータ４に供給される。また、組電池２１には、充電口６を介して外部電源から供給される電力を蓄えることも、回生ブレーキによりモータ４で発電した電力を蓄えることも可能である。

電流センサ２２は、組電池２１を出入りする電流を検出するセンサである。図１に示すように、電流センサ２２は組電池２１と第１リレー部２３との間に設けられている。電流センサ２２によって、充電時には組電池２１の正極へ流入する電流（充電電流）の電流値を検出し、放電時には組電池２１の正極から出力される電流（放電電流）の電流値を検出することができる。また、電流センサ２２により検出された電流値は電流センサ２２からＥＣＵ５に出力される。

第１リレー部２３は、組電池２１とインバータ３との間に設けられた二つのスイッチング素子により構成されており、組電池２１の正極側に設けられた正極側スイッチング素子と、組電池２１の負極側に設けられた負極側スイッチング素子とを含む。そして、外部電源からの充電時（充電モード時）には第１リレー部２３が充電口６と組電池２１との間を導通可能に接続する。また、組電池２１の電力をモータ４に供給する放電時（走行中）にも第１リレー部２３は組電池２１とモータ４との間を導通可能に接続する。

第２リレー部２４は、充電口６と組電池２１との間に設けられた二つのスイッチング素子により構成されており、充電口６の正極端子側に設けられた正極端子側スイッチング素子と、充電口６の負極端子側に設けられた負極端子側スイッチング素子とを含む。そして、外部電源からの充電時（充電モード時）には第２リレー部２４は充電口６と組電池２１との間を導通可能に接続する。充電モードではない時には第２リレー部２４は充電口６と組電池２１との間を導通不能に切断する。また、第２リレー部２４と組電池２１との間には、正極側の第１接続点２５と負極側の第２接続点２６とが設けられている。

第１接続点２５および第２接続点２６は、第１リレー部２３とインバータ３との間に設けられた接続点であり、充電口６を組電池２１に電気的に繋ぐための接続点である。第１接続点２５は、充電口６の正極端子を組電池２１の正極側に接続する接続点である。第２接続点２６は、充電口６の負極端子を組電池２１の負極側に接続する接続点である。

充電口６は、正極端子および負極端子を有し、充電スタンドなどの外部電源と接続される接続部である。例えば、外部電源が直流電力を出力するＤＣ充電スタンド（急速充電スタンド）である場合、ＤＣ充電スタンドに設けられた充電プラグが充電口６に接続される。この場合の充電口６はＤＣインレット（急速充電インレット）である。また、充電口６は車両１が走行中に外部電源と接続される機能を有する。例えば、充電口６にアームを接続する。そして、車両１が走行中に、車両１の外部に設けられた送電部材にこのアームを接触させることによって、外部の送電部材からの電力がアームを介して充電口６に入力される。この充電口６に入力された電力を組電池２１に蓄えることが可能である。なお、後述する充電モードは、充電口６を介して外部電源から供給された電力を充電するモードである。

インバータ３は、組電池２１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ４へ供給する電力変換装置である。インバータ３にはモータ４の各相に対応する複数のスイッチング素子が設けられている。このインバータ３を構成する複数のスイッチング素子はＥＣＵ５によるスイッチング制御によってオンとオフとが切り替えられる。つまり、インバータ３はＥＣＵ５によって制御される。

モータ４は、車両１の走行中、電池パック２に蓄電された電力を消費して駆動する。このモータ４は三相交流電動機により構成されている。車両１ではモータ４と車輪７との間に変速機やデファレンシャル装置（いずれも図示せず）が設けられてもよい。また、モータ４はモータ機能と発電機能とを発揮することが可能である。モータ４が回生ブレーキとして機能して、モータ４で発電した電力を電池パック２に充電することも可能である。

ＥＣＵ５は、ＣＰＵと、各種プログラム等のデータが格納された記憶部と、モータ４を駆動制御するための各種の演算を行う演算処理部と、各種の制御を実施する制御部と、を備える電子制御装置によって構成されている。例えば、演算処理部における演算の結果、インバータ３を制御するための指令信号がＥＣＵ５からインバータ３に出力される。この指令信号にはインバータ３を構成する複数のスイッチング素子のうち、スイッチング動作の制御対象となるスイッチング素子を切り替えるための切替指令が含まれる。

また、ＥＣＵ５は、外部電源から供給される電力を組電池２１に充電する充電モードを実施するように構成されている。ＥＣＵ５は、充電モード中、充電口６と組電池２１との間が導通可能になるように第１リレー部２３および第２リレー部２４を制御する。ここで説明する充電モードは、充電口６を介して外部電源からの供給電力を電池パック２内の組電池２１に蓄電する状態のことをいう。

さらに、ＥＣＵ５は、外部電源からの電力を組電池２１に充電中（充電モード時）に、充電電流が流れる構成部品を保護するための過熱保護制御を実施する。

過熱保護制御は、通電された部品の過熱を防ぐために、電流センサ２２により検出した電流値に基づいて所定の評価値を算出し、評価値が所定値以上である場合には、組電池２１への電力の入力（充電電力Ｗｉｎ）および出力（放電電力Ｗｏｕｔ）を制限する制御である。評価値は、予め定められた演算式によって算出される値である。この演算式は、電流センサ２２によって検出された電流値が大きいほど、算出される評価値が大きな値となるように組まれている。ＥＣＵ５は演算式を用いて評価値を算出する。つまり、充電モード中にＥＣＵ５による過熱保護制御が実施されると、組電池２１に入力される電力が制限されるため、組電池２１に流れ込む充電電流が小さくなる。充電電流が小さいことにより、充電電流が通電される構成部品の温度上昇を抑制することができる。

例えば、車両１が停車中に、直流電力を供給する急速充電スタンドに充電口６を接続して組電池２１への急速充電を行う場合、通電される部品には大電流が流れることになる。そのため、充電モード時の通電に伴う部品の発熱を抑制するためにＥＣＵ５は過熱保護制御を実施する。この急速充電による充電電流の電流値が大きくなる。加えて、車両１の航続距離を延ばすためには充電可能容量を増やす必要があるため、組電池２１を増やして電池パック２が大型化することが考えられる。この場合、大容量の電池パック２を充電完了するまでの充電時間は中容量の電池パック２での充電時間よりも長くなる。急速充電を行う場合、充電電流が大きいことに加え、航続距離の拡大に伴い充電時間が長時間化するため、適切な過熱保護を実施することが望まれる。そこで、実施形態のＥＣＵ５では、車両状態に応じて過熱保護対象となる部品群を切り分けて、部品群ごとの過熱保護制御を実施することができるように構成されている。

過熱保護制御の対象となる部品として、車両１を構成する部品を三つの群に分けることができる。第１部品群Ａとしては、充電モード時のみに使用される部品（充電単独部品）である。第２部品群Ｂとしては、車両１が走行中のみに使用される部品（走行単独部品）である。第３部品群Ｃとしては、充電時と走行中の両方に使用される部品（共通部品）である。

第１部品群Ａは、充電モード時のみに電流（充電電流）が流れる部品により構成され、充電口６と、第２リレー部２４とを含む。組電池２１の電力によってモータ４を駆動する場合には、第２リレー部２４が開いているため、第１部品群Ａには放電電流が流れない。この第１部品群Ａには電流センサが設けられていない。

第２部品群Ｂには、走行中のみに電流（放電電流）が流れる部品により構成され、インバータ３と、モータ４とを含む。外部電源からの電力を組電池２１に充電する場合（充電モード時）には、インバータ３の各スイッチング素子が開いているため、第２部品群Ｂには充電電流が流れない。この第２部品群には電流センサが設けられていない。

第３部品群Ｃには、充電モード時でも走行中でも通電される部品により構成され、電流センサ２２と、第１リレー部２３とを含む。充電モード時には、第１リレー部２３および第２リレー部２４が閉じているため、第３部品群Ｃに充電電流が流れる。加えて、車両１の走行中には、第２リレー部２４は開くものの第１リレー部２３が閉じているため、第３部品群Ｃには放電電流が流れる。

さらに、ＥＣＵ５は、車両１が充電モードであることに加えて、車両１が走行中であるか停車中であるかを判断して、通電される部品を保護対象として適切に設定するように構成されている。その設定制御の一例と図２に示す。

図２は、保護対象部品群の設定制御フローを示すフローチャートである。図２に示す制御はＥＣＵ５によって実施される。

まず、ＥＣＵ５は充電モード中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１ではモード判別によって充電モードであるか否かを判定できる。例えば、充電モード中であることを示すフラグがオンになっているか否かを判定する。また、ＥＣＵ５は電池パック２を流れる電流の向きが充電方向であるか否かを判定してもよい。あるいは、ＥＣＵ５は充電口６に充電スタンドの充電プラグが接続されているか否かを判定してもよい。

充電モード中であることによりステップＳ１で肯定的に判定された場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５は車両１が走行中であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２では車両モードが判断される。車両モードが走行モードである場合にはステップＳ２で肯定的に判定される。なお、ステップＳ２では図示しない車速センサにより車輪７が回転していることを検出した場合には車両１が走行中であると判定してもよい。

車両１が走行中であることによりステップＳ２で肯定的に判定された場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５は過熱保護の対象となる部品を、充電単独部品である第１部品群Ａと、走行単独部品である第２部品群Ｂと、共通部品である第３部品群Ｃとに設定する（ステップＳ３）。ステップＳ２で肯定的に判定された場合とは、充電モード時に車両１が走行中の場合であるため、第１部品群Ａ、第２部品群Ｂ、第３部品群Ｃが保護対象となる。そして、ステップＳ３で保護対象を設定すると、この保護対象に対してＥＣＵ５が過熱保護制御を実施する（ステップＳ７）。ステップＳ７を実施すると、この制御ルーチンは終了する。

車両１が停車中であることによりステップＳ２で否定的に判定された場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、ＥＣＵ５は過熱保護の対象となる部品を、充電単独部品である第１部品群Ａと、共通部品である第３部品群Ｃとに設定する（ステップＳ４）。ステップＳ２で否定的に判定された場合とは、車両１が停車した状態で外部電源からの充電を行っている場合であるため、第１および第３部品群Ａ，Ｃが保護対象となる。そして、ステップＳ４で保護対象を設定すると、制御ルーチンはステップＳ４からステップＳ７に進み、この保護対象に対してＥＣＵ５が過熱保護制御を実施する。

充電モード中ではないことによりステップＳ１で否定的に判定された場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、ＥＣＵ５は車両１が走行中であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５では上述したステップＳ２と同様の処理を実施する。

車両１が走行中であることによりステップＳ５で肯定的に判定された場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５は過熱保護の対象となる部品を、走行単独部品である第２部品群Ｂと、共通部品である第３部品群Ｃとに設定する（ステップＳ６）。ステップＳ５で肯定的に判定された場合とは、充電モードではないときに車両１が走行している状態であるため、第２および第３部品群Ｂ，Ｃが保護対象となる。そして、ステップＳ６で保護対象を設定すると、制御ルーチンはステップＳ６からステップＳ７に進み、この保護対象に対してＥＣＵ５が過熱保護制御を実施する。

車両１が停車中であることによりステップＳ５で否定的に判定された場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、構成部品を保護せずに（ステップＳ８）、この制御ルーチンは終了する。ステップＳ５で否定的に判定された場合とは、充電モードではないときに車両１が停車している状態となる。このステップＳ８に進んだ場合、ＥＣＵ５は過熱保護制御を実施しない。

以上説明した通り、実施形態によれば、車両１が充電モードであるか否かに加えて車両１が走行中であるか否かを判断することによって、走行中に外部電源からの電力を充電する場合も考慮して、過熱保護が必要となる対象部品群を適切に切り替えることができる。これにより、車両状態に応じて過熱保護が必要な部品群を適切に選択でき、車両１の構成部品を保護することができる。

また、ＥＣＵ５では、車両モードで車両状態を判断するように構成されているため、部品群ごとの電流センサが不要となる。要するに、三つの部品群Ａ，Ｂ，Ｃのうち、共通部品である第３部品群Ｃのみに電流センサ２２が設けられていればよい。これにより、電流センサの数を削減することも可能である。

なお、上述した車両１では、充電口６にアームを接続して、走行中に外部電源からの電力を組電池２１に充電する構成について説明したが、外部電源からの受電方法はこれに限定されない。例えば、そのアームを接続するための第２充電口（図示せず）を充電口６とは別に設けてもよい。この場合、第２充電口と組電池２１との間には第３リレー部（図示せず）が設けられている。そして、充電モード時に車両１が走行中の場合には、第２充電口と第３リレー部とが保護対象に含まれるものの、充電口６と第２リレー部２４とが保護対象から除かれてもよい。

１ 車両
２ 電池パック
３ インバータ
４ モータ
５ ＥＣＵ
６ 充電口
２１ 組電池
２２ 電流センサ
２３ 第１リレー部
２４ 第２リレー部
２５ 第１接続点
２６ 第２接続点
Ａ 第１部品群
Ｂ 第２部品群
Ｃ 第３部品群

Claims (4)

1. 走行用のモータに供給するための電力を蓄えるバッテリと、
   前記バッテリを充電する際に電流が流れる部品に対して過熱保護制御を実施する制御部と、
   を備え、
   外部電源からの電力を前記バッテリに充電することが可能な車両の制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記外部電源からの電力を前記バッテリに充電する充電モード時に前記車両が走行中の場合には、前記過熱保護制御の対象を、前記充電モード時にのみに通電される第１部品群と、前記車両が走行中のみに通電される第２部品群と、前記充電モード時および前記走行中に通電される第３部品群とに設定し、
   前記充電モード時に前記車両が停車中の場合には、前記過熱保護制御の対象を前記第１部品群と前記第３部品群とに設定し、
   前記充電モードではない時に前記車両が走行中の場合には、前記過熱保護制御の対象を前記第２部品群と前記第３部品群とに設定し、
   前記充電モードではない時に前記車両が停車中の場合には、前記過熱保護制御を行わない
   ことを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記外部電源と接続する充電口と、
   前記バッテリと前記モータとの間に設けられたインバータと、
   前記インバータと前記バッテリとの間に設けられた第１リレー部と、
   前記充電口と前記バッテリとの間に設けられた第２リレー部と、をさらに備え、
   前記第１部品群は、前記充電口と、前記第２リレー部と、を含み、
   前記第２部品群は、前記モータと、前記インバータと、を含み、
   前記第３部品群は、前記第１リレー部を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記第３部品群は、前記第１リレー部と前記バッテリとの間に設けられた電流センサをさらに含み、
   前記過熱保護制御は、前記電流センサにより検出した電流値を用いて算出した評価値が所定値以上の場合に前記バッテリへの電力の入力および出力を制限する制御であり、
   前記評価値は、前記電流値が大きい値であるほど大きな値となる
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記第１リレー部は、充電モード中または前記車両が走行中に、前記バッテリと前記モータとの間を導通可能に接続し、
   前記充電口は、前記第１リレー部と前記インバータとの間に設けられた接続点に、前記第２リレー部を介して接続されており、
   前記第２リレー部は、充電モード中に、前記充電口と前記バッテリとの間を導通可能に接続し、充電モードではない時には前記充電口と前記バッテリとの間を導通不能に切断する
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の車両の制御装置。

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