JP7505305B2

JP7505305B2 - 車両の駆動制御装置

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Publication number: JP7505305B2
Application number: JP2020119759A
Authority: JP
Inventors: 雅大水野; 憲彦生駒; 喬紀杉本; 壮佑南部
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2024-06-25
Anticipated expiration: 2040-07-13
Also published as: JP2022016812A

Description

本発明は、バッテリの電力でモータを駆動する車両の駆動制御装置に関する。

従来、バッテリの電力でモータを駆動して走行するハイブリッド自動車や電気自動車において、バッテリがその時点で出力可能な電力（電池上限電力）を算出し、実際にバッテリから出力される電力が電池上限電力を超えないようにモータを制御する技術が知られている。電池上限電力は、バッテリの残容量（SOC）やバッテリ温度に基づいて算出される（特許文献１，２参照）。

特開2020-054026号公報特開2017-011940号公報

バッテリを管理する電子制御装置とモータを制御する電子制御装置とが別設されている場合、電池上限電力が前者の電子制御装置で算出され、その情報が後者の電子制御装置に伝達される。一方、例えば通信回路の不具合により、電池上限電力の情報が後者の電子制御装置に届かないことがある。この場合、適切な電池上限電力がわからないままモータが駆動され、バッテリが過放電するおそれがある。また、通信回路の不具合だけでなく、前者の電子制御装置の不具合やセンサ類の故障が生じた場合にも、同様の課題が生じる。センサ類の故障に起因する課題は、前者の電子制御装置と後者の電子制御装置とが別設されていない場合にも発生しうる。

本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、簡素な構成でバッテリの過放電を抑制できるようにした車両の駆動制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

開示の車両の駆動制御装置は、車両に搭載されるモータまたはインバータとバッテリとを接続する直流回路において前記モータまたは前記インバータに対して並列に接続されるコンデンサと、前記コンデンサの電圧であるコンデンサ電圧を検出する電圧センサと、前記バッテリの出力の上限値である電池上限電力を前記コンデンサ電圧に基づいて設定し、前記バッテリの実際の出力が前記電池上限電力を超えないように前記モータまたは前記インバータを制御する制御装置と、前記バッテリの最大出力を算出するバッテリ管理装置とを備える。前記制御装置は、前記最大出力に基づいて前記電池上限電力を設定する機能と、前記最大出力の情報を取得できない場合に前記コンデンサ電圧に基づいて前記電池上限電力を設定する機能とを併せ持つ。前記制御装置は、前記コンデンサ電圧と前記電池上限電力との関係が規定されたマップを有する。前記マップにおいて、前記コンデンサ電圧が第一所定値以上である場合に前記電池上限電力が所定値に制限され、前記コンデンサ電圧が前記第一所定値未満である場合に前記コンデンサ電圧が低いほど前記電池上限電力が線形に減少する関係が規定される。前記制御装置は、前記最大出力の値を記憶するとともに、前記最大出力の値が前記所定値未満の状態で前記最大出力の情報を取得できなくなった場合に直近の前記最大出力の値を前記電池上限電力として設定する。

開示の車両の駆動制御装置によれば、簡素な構成でバッテリの過放電を抑制できる。

実施例としての駆動制御装置が適用された車両の構成を示す模式図である。図１に示すモータを駆動するための回路を示す回路図である。図２に示す車両ECUが記憶する特性を示すグラフである。図２に示す車両ECUでの演算内容を例示するブロック図である。図２に示す車両ECUによる制御手順を例示するフローチャートである。 (A)～(E)は図２に示す車両ECUによる制御作用を説明するためのグラフであり、(A)はBMUとの通信状態の経時変化、(B)はアクセル開度の経時変化、(C)は車速の経時変化、(D)はコンデンサ電圧の経時変化、(E)は電池上限電力の経時変化を表す。図２に示す車両ECUによる制御手順を例示するフローチャートである。図２に示す車両ECUによる制御手順を例示するフローチャートである。

［１．構成］
図１は、実施例としての駆動制御装置が適用された車両１０の構成を示す模式図である。この車両１０は、駆動源として機能するモータ７（電動機）とエンジン８（内燃機関）とを搭載したハイブリッド自動車である。図１に示すモータ７は、前輪を駆動するフロントモータである。同様のモータ７は、後輪側にも設けられうる。また、車両１０の任意の位置には、モータ７を駆動するための電力を貯留するバッテリ１が設けられる。モータ７は、バッテリ１の電力で車両１０を走行させる機能と、車両の慣性を利用した発電により電力を回生する機能とを兼ね備えた交流電動発電機である。

バッテリ１は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池である。このバッテリ１には、外部充電設備による充電（外部充電）や、モータ７の回生電力による充電や、エンジン８で駆動される図示しない発電機による充電などが可能である。バッテリ１の近傍（または内部）には、バッテリ１の電圧（例えばセル電圧や開放電圧など）を検出するバッテリ電圧センサ２と、バッテリ１の温度（例えばセル温度やケース内温度など）を検出するバッテリ温度センサ３と、バッテリ１の充放電に係る電流値を検出するバッテリ電流センサ３０とが設けられる。

図２は、図１に示すモータ７を駆動するための直流回路９を示す回路図である。バッテリ１の電力は、直流回路９を介してインバータ４に入力され、インバータ４の内部で交流電力に変換された後にモータ７に供給される。インバータ４は、直流回路９の電力（直流電力）とモータ７が介装される交流回路の電力（交流電力）とを相互に変換する電圧制御型の電力変換装置である。インバータ４には、複数のスイッチング素子を含む三相ブリッジ回路が内蔵される。各スイッチング素子の接続状態を断続的に切り替えることで、モータ７を駆動するための交流電力が生成される。スイッチング素子には、IGBTやパワーMOSFETなどの半導体素子が用いられる。

コンデンサ５は、インバータ４に供給される電力を平滑化するための電子部品である。図２に示すコンデンサ５は直流回路９において、インバータ４に対して並列に接続される。なお、モータ７が直流モータである場合には、図２中のインバータ４の位置にモータ７が配置されることになる。したがってこの場合、コンデンサ５はモータ７に対して並列に接続される。コンデンサ５の近傍には、コンデンサ５に蓄えられた電圧（コンデンサ電圧）を検出する電圧センサ６が設けられる。バッテリ１の放電時におけるコンデンサ電圧は、バッテリ１の開放電圧にほぼ一致する。

図２に示すように、バッテリ電圧センサ２，バッテリ温度センサ３，バッテリ電流センサ３０はBMU１１（バッテリ管理装置，Battery Management Unit）に接続される。また、インバータ４，電圧センサ６，モータ７はMCU１２（モータ制御装置，Motor Control Unit）に接続される。さらに、BMU１１，MCU１２は、車載通信網を介して車両ECU１３（制御装置）と通信可能に設けられる。車両ECU１３は、BMU１１，MCU１２を統括管理する役割を担う。

BMU１１，MCU１２，車両ECU１３の各々は、車両１０に搭載される電子制御装置（ECU，Electronic Control Unit）であり、プロセッサとメモリとを搭載した電子デバイスである。プロセッサとは、例えばCPU（Central Processing Unit），MPU（Micro Processing Unit）などのマイクロプロセッサであり、メモリとは、例えばROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory），不揮発メモリなどである。BMU１１，MCU１２，車両ECU１３の各々で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録，保存されており、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開されて、プロセッサによって実行される。

BMU１１は、バッテリ１の監視を担当する電子制御装置である。ここでは、バッテリ１の電圧や電流，温度，残容量（SOC），劣化度などに応じて、その時点でバッテリ１が出力しうる最大の電力である最大出力[kW]が算出される。ここで算出された最大出力の情報は、車両ECU１３に伝達される。MCU１２は、モータ７，インバータ４の作動状態を制御する電子制御装置である。ここでは、電圧センサ６で検出されたコンデンサ電圧の情報が取得され、車両ECU１３へと伝達される。また、車両ECU１３で算出される電池上限電力の情報を受けて、バッテリ１の実際の出力が電池上限電力を超えないようにインバータ４及びモータ７の作動状態が制御される。

車両ECU１３は、バッテリ１の出力の上限値である電池上限電力をコンデンサ電圧に基づいて設定し、その情報をMCU１２へ伝達する機能を持つ。また、車両ECU１３は、電池上限電力を設定するための特性が規定されたマップ１４を記憶している。このマップ１４には、コンデンサ電圧と電池上限電力との関係が規定されている。図３は、マップ１４に規定される関係を例示するグラフである。このマップ１４では、コンデンサ電圧が第一所定値V₁以上である場合に、電池上限電力が所定値P₁に制限されるようになっている。また、コンデンサ電圧が第一所定値V₁未満である場合には、コンデンサ電圧が低いほど電池上限電力が線形に減少している。コンデンサ電圧が第一所定値V₁よりも小さい第二所定値V₂未満である場合には、電池上限電力が０に制限されている。

本実施例の車両ECU１３は、常にコンデンサ電圧を参照して電池上限電力を設定するのではなく、以下の少なくともいずれかの条件が成立する場合に限って、コンデンサ電圧に基づく電池上限電力の設定を行う。以下の条件がいずれも不成立である場合には、BMU１１で算出された最大出力に基づいて電池上限電力の設定を行う。
・条件１．BMU１１で算出された最大出力の情報が取得できない場合
・条件２．BMU１１との通信が途絶えている場合
なお、条件１には、BMU１１における最大出力の算出が停止している状態（BMU１１の不具合）やバッテリ電圧センサ２が故障している状態，バッテリ温度センサ３が故障している状態などが含まれる。また、条件２には、車載ネットワークの不具合やBMU１１の送信不良などが発生している状態が含まれる。

図４は、車両ECU１３での演算内容を例示するブロック図である。電圧センサ６で検出されたコンデンサ電圧の情報は、ローパスフィルタ１５（LPF）を介してマップ１４に入力される。ローパスフィルタ１５は、コンデンサ電圧に対応する信号から高周波成分（ノイズ）を除去したものをマップ１４に出力する。マップ１４は、コンデンサ電圧に対応する第一電池上限電力を出力する。第一電池上限電力の情報は勾配制限器１６に入力され、その変化勾配（単位時間あたりの変化量）が急変しない範囲内に制限された後、最小値選択器１９に入力される。

BMU１１で算出された最大出力の情報は、減算器２１の正値側に入力される。一方、減算器２１の負値側には、予め設定された余裕値（例えば数[kW]の値）が入力される。最大出力から余裕値を減じた値は第二勾配制限器２２に入力され、その変化勾配（単位時間あたりの変化量）が急変しない範囲内に制限された後、上下限制限器２３に入力される。上下限制限器２３は、入力された値を所定の上限値から下限値までの範囲内に制限した上で、その値を最小値選択器１９と選択器２０とに伝達する。ここで、上下限制限器２３から出力される値のことを第二電池上限電力と呼ぶ。最小値選択器１９は、第一電池上限電力と第二電池上限電力とのうち、値が小さい一方を選択して選択器２０に出力する。

図４中の「制限判定」とは、選択器２０での選択結果を決定するためのフラグであって、条件１，２の少なくともいずれかが成立している場合にONになり、条件１，２がともに不成立である場合にOFFになる特性を持つ。選択器２０は、制限判定がONである場合に、最小値選択器１９の出力を選択する。つまり、条件１，２のいずれかが成立していれば、コンデンサ電圧に由来する第一電池上限電力が最終的な電池上下電力となる。また、制限判定がOFFである場合、つまり、条件１，２が不成立である状況下では、コンデンサ電圧に由来する第一電池上限電力が選択されず、第二電池上限電力が最終的な電池上下電力となる。このように、条件１，２が不成立であれば、コンデンサ電圧が参照されないようになっている。

［２．フローチャート］
図５は、車両ECU１３での制御手順を例示するフローチャートである。このフローチャートに示す制御は、例えば図４に示すような制御構成を持たない車両ECU１３においても適用可能である。ステップＡ１では、各種情報が車両ECU１３に入力される。ステップＡ２では、BMU１１との通信が途絶しているか否かが判定される。この条件が成立する場合にはステップＡ３に進み、コンデンサ電圧に基づいて電池上限電力が算出される。電池上限電力の値は、例えば図３に示すような特性に基づいて算出される。その後のステップＡ４では、電池上限電力に基づいてモータ７やインバータ４が制御される。例えば、バッテリ１の実際の出力が電池上限電力を超えないように、インバータ４から出力されるモータ７の駆動電力が制御される。

ステップＡ２の条件が不成立の場合にはステップＡ５に進み、車両ECU１３がBMU１１から最大出力の情報を取得したか否かが判定される。この条件が不成立の場合にはステップＡ３に進み、通信途絶時と同様の処理が実施される。一方、ステップＡ５の上限が成立する場合にはステップＡ６に進み、最大出力に基づいて電池上限電力が算出される。その後のステップＡ４では、電池上限電力に基づいてモータ７やインバータ４が制御される。

図７は、図５に示すフローチャートの変形例である。このフローでは、BMU１１から伝達された最大出力の値をメモリや記憶装置に保持するためのステップＢ１が、図５のステップＡ１とステップＡ２との間に追加されている。最大出力の値は、少なくとも過去一回分の値（前回値）が保持される。また、ステップＡ２のYESルート及びステップＡ５のNoルートの後には、最大出力の保持値が所定値P₁以上であるか否かを判定するステップＢ２が追加されている。この条件が成立する場合にはステップＡ３に進み、成立しない場合にはステップＡ６に進む。

したがって、ステップＡ６では、最大出力の情報が取得されている間は、最新の最大出力の値に基づいて電池上限電力が算出される。一方、最大出力の情報を取得できなくなったときに、直近の最大出力の値（保持値）が所定値P₁未満だった場合には、その保持値に基づいて電池上限電力が算出され、例えば直近の最大出力の値がそのまま電池上限電力として設定される。また、最大出力の情報を取得できなくなったときに、直近の最大出力の値（保持値）が所定値P₁以上だった場合には、コンデンサ電圧に基づいて電池上限電力が算出される。

図８は、図７に示すフローチャートの変形例である。このフローでは、図５に示すフローと同様に、ステップＡ２のYESルート及びステップＡ５のNoルートの後にステップＡ３が実施され、その後にステップＣ１が実施される。ステップＣ１では、ステップＢ１で保持された最大出力の保持値がステップＡ３で算出された電池上限電力以上であるか否かが判定される。ステップＣ１の条件が成立しない場合にはステップＡ６に進み、保持値に基づいて電池上限電力が算出される。また、ステップＣ１の条件が成立する場合にはステップＡ４に進み、ステップＡ３で算出された電池上限電力に基づいてモータ７やインバータ４が制御される。したがって、保持値が所定値P₁未満である場合であっても、コンデンサ電圧から算出された電池上限電力が所定値P₁を下回ったときには、そのコンデンサ電圧から算出された電池上限電力に基づいてモータ７やインバータ４が制御される。

［３．作用］
図６(A)～(E)は、車両ECU１３による制御作用を説明するためのグラフである。時刻t₁にBMU１１との通信状態が途絶えると、その時点のコンデンサ電圧に基づいて電池上限電力が設定される。これにより、図６(E)に示すように、電池上限電力の値が時刻t₁に減少する。また、時刻t₂にアクセルペダルが踏み込まれるとモータ７が駆動され、車両１０が走行を開始する。一方、コンデンサ電圧は図６(D)に示すように、時刻t₂にやや遅れて時刻t₃から徐々に減少する。

その後、時刻t₄にコンデンサ電圧が第一所定値V₁未満になると、図６(E)に示すように、電池上限電力がさらに抑制される。これにより、モータ７の出力が減少し、車速の伸び（加速度）が小さくなる。時刻t₅にアクセルペダルが踏み戻されると、モータ７が惰性回転状態となり、あるいは回生発電が実施される。このとき、コンデンサ電圧は速やかに回復し、そのコンデンサ電圧に応じて電池上限電力が設定される。

［４．効果］
（１）上記の実施例では、コンデンサ電圧に基づいて電池上限電力が設定され、バッテリ１の実際の出力が電池上限電力を超えないようにインバータ４（ひいてはモータ７）が制御される。このように、コンデンサ５の電圧に応じて電池上限電力を設定することで、バッテリ１の状態を把握できない状況であってもバッテリ１の実際の出力に制限をかけることができる。したがって、簡素な構成でバッテリ１の過放電を抑制できる。

（２）上記の車両ECU１３（制御装置）は、コンデンサ電圧が低いほど電池上限電力を減少させる制御を実施する。バッテリ１の放電時におけるコンデンサ電圧は、バッテリ１の開放電圧にほぼ一致する。したがって、コンデンサ電圧の低下に応じて電池上限電力を減少させることで、バッテリ１の電圧低下の状態を電池上限電力に精度よく反映させることができ、適切にバッテリ１の過放電を防ぐことができる。

（３）上記の実施例には、バッテリ１の最大出力を算出するBMU１１（バッテリ管理装置）が設けられる。また、車両ECU１３（制御装置）は、最大出力に基づいて電池上限電力を設定する機能と、最大出力の情報を取得できない場合にコンデンサ電圧に基づいて電池上限電力を設定する機能とを併せ持つ。このような制御構成により、BMU１１との通信状態の良否にかかわらず、精度よく電池上限電力を設定することができ、適切にバッテリ１の過放電を防ぐことができる。

（４）上記の実施例には、BMU１１（バッテリ管理装置）とは別体に設けられ、電圧センサ６で検出されたコンデンサ電圧を監視するMCU１２（モータ制御装置）が設けられる。コンデンサ電圧の監視をBMU１１とは別体のMCU１２で実施することで、BMU１１の不調時であっても精度よくコンデンサ電圧を把握することができる。したがって、適切な電池上限電力を設定することができ、バッテリ１の過放電を防ぐことができる。

（５）上記の車両ECU１３（制御装置）は、コンデンサ電圧と電池上限電力との関係が規定されたマップ１４を有している。マップ１４を用いることで、コンデンサ電圧に対応する電池上限電力の値を迅速かつ容易に設定することができる。したがって、バッテリ１やモータ７，インバータ４の制御性を向上させることができる。また、マップ１４に規定される関係を変更することで、電池上限電力の制限の強さを容易に変更することができ、設計変更や仕様変更に対して的確に対応する制御を実現しやすくできる。

（６）上記のマップ１４では、図３に示すように、コンデンサ電圧が第一所定値V₁以上である場合に電池上限電力が所定値P₁に制限されている。また、コンデンサ電圧が第一所定値V₁未満である場合には、コンデンサ電圧が低いほど電池上限電力が線形に減少する関係が規定されている。このように、コンデンサ電圧が第一所定値V₁未満の状態ではコンデンサ電圧が低いほど電池上限電力を減少させることで、バッテリ１の電圧低下の状態を電池上限電力に精度よく反映させることができ、適切にバッテリ１の過放電を防ぐことができる。一方、コンデンサ電圧が第一所定値V₁以上の状態では、電池上限電力を所定値P₁に固定することで、過度な制限を防止することができ、車両１０の走行性能を維持することができる。

（７）上記のマップ１４では、図３に示すように、コンデンサ電圧が第一所定値V₁よりも小さい第二所定値V₂未満である場合に電池上限電力が０に制限される関係が規定されている。このように、コンデンサ電圧が第二所定値V₂未満の状態では、電池上限電力を０にすることでバッテリ１のそれ以上の放電を停止させることができる。したがって、バッテリ１の過放電を確実に防止することができる。

（８）図７に示すように、最大出力の値が所定値P₁未満の状態で最大出力の情報を取得できなくなった場合には、直近の最大出力の値を電池上限電力として設定してもよい。このような制御により、例えば最大出力の情報が取得されなくなった時点でコンデンサ電圧が十分に低下していなかったとしても、直近の最大出力に基づいてバッテリ１の出力を制限することができる。したがって、簡素な構成でバッテリ１の過放電を抑制できる。

（９）図８に示すように、直近の最大出力の保持値がコンデンサ電圧に基づいて算出される電池上限電力未満である場合に、直近の最大出力を電池上限電力として設定してもよい。言い換えれば、直近の最大出力の保持値がコンデンサ電圧に基づいて算出される電池上限電力以上である場合には、保持値を参照することなく、コンデンサ電圧に基づいて算出される電池上限電力に基づいてモータ７やインバータ４を制御してもよい。

つまり、直近の最大出力に基づく制御の実施中にもコンデンサ電圧に基づく電池上限電力を算出しておき、その値が保持値を下回るまでの間は直近の最大出力の値を使用するとともに、その値が保持値を下回ったらコンデンサ電圧に基づく電池上限電力を使用してもよい。この場合、最終的に得られる電池上限電力は、コンデンサ電圧から求めた電池上限電力と保持値とのいずれか小さい一方となる。このような制御により、例えば最大出力の情報が取得されなくなった時点でコンデンサ電圧が比較的高く、かつ、その後にコンデンサ電圧が低下したような場合に、バッテリ１の出力を適切に制限することができる。したがって、簡素な構成でバッテリ１の過放電を抑制できる。

［５．変形例］
上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、必要に応じて取捨選択でき、あるいは適宜組み合わせることができる。例えば、上述の実施例ではインバータ４を用いて交流型のモータ７を制御する駆動制御装置が記載されているが、直流型のモータ７を用いて同様の制御を実施することも可能である。この場合、直流式のモータ７は、図２中のインバータ４の位置に介装される。コンデンサ電圧に基づいて設定される電池上限電力を超えないようにモータ７を制御することで、上述の実施例と同様の作用・効果を獲得できる。

１バッテリ
２バッテリ電圧センサ
３バッテリ温度センサ
４インバータ
５コンデンサ
６電圧センサ
７モータ
８エンジン
９直流回路
１０車両
１１ BMU（バッテリ管理装置）
１２ MCU（制御装置，モータ制御装置）
１３車両ECU（制御装置）
１４マップ
１５ローパスフィルタ
１６勾配制限器
１９最小値選択器
２０選択器
２１減算器
２２第二勾配制限器
２３上下限制限器
３０バッテリ電流センサ

Claims

車両に搭載されるモータまたはインバータとバッテリとを接続する直流回路において前記モータまたは前記インバータに対して並列に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサの電圧であるコンデンサ電圧を検出する電圧センサと、
前記バッテリの出力の上限値である電池上限電力を前記コンデンサ電圧に基づいて設定し、前記バッテリの実際の出力が前記電池上限電力を超えないように前記モータまたは前記インバータを制御する制御装置と、
前記バッテリの最大出力を算出するバッテリ管理装置とを備え、
前記制御装置は、前記最大出力に基づいて前記電池上限電力を設定する機能と、前記最大出力の情報を取得できない場合に前記コンデンサ電圧に基づいて前記電池上限電力を設定する機能とを併せ持ち、
前記制御装置が、前記コンデンサ電圧と前記電池上限電力との関係が規定されたマップを有し、
前記マップにおいて、前記コンデンサ電圧が第一所定値以上である場合に前記電池上限電力が所定値に制限され、前記コンデンサ電圧が前記第一所定値未満である場合に前記コンデンサ電圧が低いほど前記電池上限電力が線形に減少する関係が規定され、
前記制御装置は、前記最大出力の値を記憶するとともに、前記最大出力の値が前記所定値未満の状態で前記最大出力の情報を取得できなくなった場合に直近の前記最大出力の値を前記電池上限電力として設定する
ことを特徴とする、車両の駆動制御装置。
前記マップにおいて、前記コンデンサ電圧が前記第一所定値よりも小さい第二所定値未満である場合に前記電池上限電力が０に制限される関係が規定されている
ことを特徴とする、請求項１記載の車両の駆動制御装置。
前記制御装置は、直近の前記最大出力が、前記コンデンサ電圧に基づいて算出される前記電池上限電力未満である場合に、直近の前記最大出力を前記電池上限電力として設定する
ことを特徴とする、請求項１または２記載の車両の駆動制御装置。