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JP6453629B2 - 車両の制御装置及び車両の制御方法 - Google Patents

車両の制御装置及び車両の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、車両の制御装置及び車両の制御方法に関する。
近時では、内燃機関を用いた自動車に代わり、電動車(電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)など)が利用されるようになってきている。これらの電動車の性能に対して、バッテリの充電状態が影響することが知られている。よりバッテリを効率的に使用するために、車両の駆動時にはモータを動力源として使用し、制動時にはモータを発電機として利用し、回生エネルギをバッテリに蓄える仕組みが知られている。
バッテリを充電する際には、バッテリへの過充電を避けることが望ましい。例えば、下記の特許文献1には、バッテリ(二次電池)が満充電の状態にあるか又は今後満充電になることが予想されるときは、車両の惰力走行による運動エネルギにより電動モータで発電してその電力をバッテリに充電する一方、バッテリの電力を熱電素子に供給して電動モータを冷却することが記載されている。
また、下記の特許文献2には、バッテリの充電量が所定値以上の時、発電電動機に接続された熱電変換素子が、発電電動機の回生電力を使用して発電電動機を冷却することが記載されている。
特開2011−205760号公報 特開2009−022069号公報
バッテリを用いる電動車では、回生制御等によりバッテリの残存容量を最適に確保する必要がある。しかし、バッテリの残存容量(SOC)が高い場合に回生電力をバッテリが受け取ると過充電となり、バッテリの性能劣化につながるため、バッテリの残存容量が高い場合には回生に制限をかける必要がある。
また、駆動用に使用するモータ、インバータ等の機器では、駆動時又は回生時に発生する損失は熱となり、機器の温度を上昇させている。これらの機器の温度が適用範囲を超えると性能劣化や故障につながるため、温度に応じて出力制限をかける必要がある。その一方、機器の温度調節には、バッテリの電力を消費するため、温度調整のためにバッテリの電力を使用すると車両の駆動のために消費する電力容量に影響を与えてしまい、車両の駆動のための出力を低下させてしまう。
また、低温環境で車両を駐車した後、始動する際には機器を正常に動作させるために暖気が必要であるが、熱源を搭載していない電動車両はヒーター等を用いてモータ、インバータ等の機器を暖気する必要がある。
以上のように、車両駆動のための出力を確保するためには、バッテリの残存容量を最適に制御するとともに、モータ・インバータ等の機器の温度を最適に制御する必要が生じていた。
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、バッテリが満充電の状態にあるか又は今後満充電になることが予想されるときは、回生による電力をバッテリに充電するとともにバッテリの電力を用いてモータを冷却している。このため、モータ、インバータ等の機器が回生制御により発熱する問題がある。そして、これらの機器の温度が適用範囲を超えると、上述したようにモータの出力制限をかける必要が生じ、車両を駆動するための出力が低下する問題が生じる。
また、特許文献2に記載された技術では、発電電動機の回生電力を使用して発電電動機を冷却しているため、バッテリの残存容量が高い場合に、残存容量を低下させることはできない。このため、バッテリの残存容量を最適に制御することは困難である。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、バッテリの残存容量を最適に制御するとともに、モータ、インバータ等の機器の温度を最適に制御することが可能な、新規かつ改良された車両の制御装置及び車両の制御方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、バッテリに充電された電力により車両を駆動するとともに、車両制動時に前記バッテリに回生電力を供給するモータと、前記バッテリの残存容量を取得する残存容量取得部と、車両を駆動するための機器の温度を取得する温度取得部と、前記残存容量が所定値以上の場合に、前記モータによる車両の駆動又は前記モータによる前記バッテリへの回生電力の供給を中止させるモータ制御部と、前記残存容量が所定値以上の場合に、前記温度取得部が取得した前記機器の温度に基づいて、前記バッテリの電力を用いて前記機器の温度を制御する温度制御部と、を備え、前記温度制御部は、前記温度取得部が取得した前記機器の温度と前記機器の目標温度との差分に応じて前記機器の温度を制御し、前記機器の温度の制御のために使用可能な前記バッテリの電力に前記差分を乗算して得られる値に基づいて設定される電力を用いて前記機器の温度を制御する車両の制御装置が提供される。
また、前記温度制御部は、前記機器の温度を上昇させる暖房装置又は前記機器の温度を低下させる冷房装置を制御することで前記機器の温度を制御するものであっても良い。
また、前記残存容量が低下するほど、前記機器の温度の制御のために使用可能な前記バッテリの電力が低下するものであっても良い。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、充電された電力をモータに供給して車両を駆動するとともに、車両制動時に前記モータから回生電力が供給されるバッテリに関し、当該バッテリの残存容量を検出するステップと、車両を駆動するための機器の温度を検出するステップと、前記残存容量が所定値以上の場合に、前記モータによる車両の駆動又は前記モータによる前記バッテリへの回生電力の供給を中止させるステップと、前記残存容量が所定値以上の場合に、検出した前記機器の温度に基づいて、前記バッテリの電力を用いて前記機器の温度を制御するステップと、を備え、前記機器の温度を制御するステップにおいて、検出した前記機器の温度と前記機器の目標温度との差分に応じて前記機器の温度を制御し、前記機器の温度の制御のために使用可能な前記バッテリの電力に前記差分を乗算して得られる値に基づいて設定される電力を用いて前記機器の温度を制御する車両の制御方法が提供される。
以上説明したように本発明によれば、バッテリの残存容量を最適に制御するとともに、モータ、インバータ等の機器の温度を最適に制御することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る車両1000の構成を示す模式図である。 バッテリに充電された電力のうち、冷暖房装置による温度調整に使用可能な電力を説明するための特性図である。 バッテリに充電された電力のうち、冷暖房装置による温度調整に使用可能な電力を説明するための特性図である。 本実施形態における処理の手順を示すフローチャートである。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係る車両1000の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る車両1000を示す模式図である。図1に示すように、車両1000は、前輪100,102、後輪104,106、後輪104,106を駆動するモータ110,112、インバータ120,122、バッテリ130、バッテリコントロールユニット(BCU)132、温度センサ140,142,144,146,148、コンデンサ150、電動ファン152、電動ポンプ154、エバポレーター156、切換バルブ160,162、ヒーター164、冷媒通路166、制御装置(ECU)200を有して構成されている。
本実施形態に係る車両1000は、後輪104,106のそれぞれを駆動するためにモータ110,112が設けられている。このため、後輪104,106毎に駆動トルクを制御することができる。後輪104,106は、制御装置200の指令に基づき、後輪104,106に対応するインバータ120,122が制御されることで、駆動トルクが制御される。各インバータ120,122には、駆動力源であるバッテリ130から電力が供給される。
バッテリコントロールユニット132は、バッテリ130の残存容量(SOC:State of Charge)を検出する。すなわち、バッテリコントロールユニット132は、バッテリの残存容量SOCを検出する残存容量検出部として機能する。
また、コンデンサ150、電動ファン152、電動ポンプ154、エバポレーター156、切換バルブ160,162、ヒーター164、冷媒通路166によって冷暖房装置(エアコンディショナー)300が構成されている。
冷暖房装置300が冷房を行う場合、切換バルブ160,162が開かれ、電動ポンプ154がオンとされる。そして、電動ポンプ154の駆動により冷媒通路166内の圧縮された冷媒(エアコンガス)がコンデンサ150に送られる。冷媒は、コンデンサ150において電動ファン152の駆動によって発生する気流によって冷却され、液化された状態でエバポレーター156内へ送られて、エバポレーター156内で気化する。そして、気化した冷媒はエバポレーター156の周囲の熱を奪い、これによってエバポレーター156が冷却される。冷却されたエバポレーター156には電動ファン152からの送風が当たり、冷風が発生する。発生した冷風は図1の矢印A1方向に流れる。エバポレーター156を出た冷媒は電動ポンプ154によって再びコンデンサ150へ送られる。
また、冷暖房装置300が暖房を行う場合、電動ファン152がオンとされ、ヒーター164がオンとされる。そして、電動ファン152の駆動によって発生する気流がヒーター164に当たり、温風が発生する。発生した温風は図1の矢印A1方向に流れる。
前述したように、モータ110,112、インバータ120,122は、駆動時または回生時に熱を発生させる。そして、これらの機器の温度が適用範囲を超えると、性能劣化や故障に繋がる。このため、車両1000は、各機器の温度を検出する温度センサ140,142,144,146,148を備えている。温度センサ140,142はモータ110,112の温度をそれぞれ検出し、温度センサ144,146はインバータ120,122の温度をそれぞれ検出する。また、温度センサ148は、バッテリ130の温度を検出する。
制御装置200は、車両1000の全体を制御する。本実施形態において、制御装置200は、モータ110,112、インバータ120,122を制御し、また冷暖房装置300も制御する。また、制御装置200は、バッテリコントロールユニット132が検出したバッテリ130の残存容量SOCを取得し、各温度センサ140,142,144,146,148が検出した各機器の温度を取得する。このため、制御装置200は、モータ制御部202、温度制御部204、残存容量取得部206、温度取得部208を有している。残存容量取得部206は、バッテリコントロールユニット132が検出したバッテリ130の残存容量SOCを取得する。モータ制御部202は、残存容量取得部206が取得した残存容量SOCに応じてモータ110,112の駆動・回生を制御する。温度取得部208は、各温度センサ140,142,144,146,148が検出した各機器の温度を取得する。温度制御部204は、温度取得部208が取得した各機器の温度に基づいて、バッテリ130の電力を用いて冷暖房装置300を制御する。
上述したように、冷暖房装置300は、電動ファン152の駆動により冷却風または温風を図1中の矢印A1方向へ送風する。冷却風または温風が通過する領域にモータ110,112、インバータ120,122等の熱を発生させる機器が配置されている。冷暖房装置300は、温度制御部204によって制御され、モータ110,112、インバータ120,122等の熱を発生させる機器に冷却風または温風を当てることで、これらの機器の温度を調整することができ、温度を最適に保つことができる。
本実施形態では、残存容量取得部206が取得した残存容量SOCが所定値以上の場合に、温度制御部204が冷暖房装置300を駆動する。この際、バッテリ130の電力を使って冷暖房装置300の駆動が行われる。また、残存容量取得部206が取得した残存容量SOCが所定値以上の場合、モータ制御部202は、モータ110,112、インバータ120,122による駆動・回生を中止させる。
このように、本実施形態では、バッテリ130の残存容量SOCが高い状態になった場合には、モータ110,112、インバータ120,122による駆動・回生を行わずに、モータ110,112、インバータ120,122の温度に基づいてモータ110,112、インバータ120,122の温度調整を積極的に実施する。従って、モータ110,112、インバータ120,122を適温に設定することができる。これにより、モータ110,112、インバータ120,122の温度が適用範囲を超えることがないため、モータ110,112、インバータ120,122の出力制限をする必要がなくなり、出力を増大させることが可能となる。
また、温度調整の際にはバッテリ130の電力により電動ファン152、ヒーター164が駆動されるため、バッテリ130の残存容量SOCを低下させることができる。これにより、バッテリ130の残存容量SOCが高い状態でバッテリ130が回生電力を受け取ってしまうことを確実に回避できる。従って、回生を行ってもバッテリ130が過充電されることがないため、回生に制限をかけることなく回生電力をバッテリ130が受け取ることが可能となる。
以上により、モータ110,112、インバータ120,122の加熱を適温に保つことで出力制限をかける必要がなくなるとともに、回生による過充電を確実に抑止することが可能となる。
図2及び図3は、バッテリ130に充電された電力のうち、冷暖房装置300による温度調整に使用可能な電力を説明するための特性図である。図2及び図3において、上段に示す特性は要求動力に対する出力を示している。図2及び図3の上段の特性に示すように、残存容量SOC(横軸)が所定値a1[%]〜a3[%]の範囲内であれば、要求電力に対して100%の出力を発揮することができる。
一方、図2及び図3において、下段に示す特性は、バッテリ130に充電された電力のうち、冷暖房装置300による温度調整に使用可能な電力Paを示している。図2の例では、残存容量SOCが高いほど使用可能電力Paは大きな値とされている。具体的には、残存容量SOCがa2[%]〜a3[%]の場合、使用可能電力Paは最も大きい値Pa2となる。また、残存容量SOCがa1〜a2[%]の場合、使用可能電力Paは値Pa1となる。これにより、残存容量SOCが高い場合は冷暖房装置300による温度調整を積極的に行うことができる。従って、機器の温度上昇を抑えることができるため、機器の温度が適用範囲を超えることがなく、機器に出力制限がかかることを確実に抑止できる。また、温度調整の際には冷暖房装置300がバッテリ130の電力を消費するため、バッテリ130の残存容量SOCを低下させることができ、回生時の過充電を確実に抑止できる。
また、図3に示す例では、残存容量SOCがa1[%]〜a3[%]の間で、温度調整に使用可能な使用可能電力Paを残存容量SOCに比例する値としている。図3に示す例においても、残存容量SOCが高いほど使用可能電力Paが増大するため、温度が適用範囲を超えることによる出力制限を抑えるとともに、回生時の過充電を確実に抑止することが可能である。
図2及び図3において、残存容量SOCがa3[%]以上の場合は、冷暖房装置300を駆動して残存容量SOCを低下させる処理が行われる。また、同時にモータ110,112、インバータ120,122による駆動・回生を中止する。モータ110,112、インバータ120,122の駆動を中止することにより、更なる熱が発生することがなく、モータ110,112、インバータ120,122の温度調整を精度良く行うことができる。また、モータ110,112、インバータ120,122による回生を中止することにより、残存容量SOCがa3[%]以上の状態で回生が行われてしまうことを確実に回避でき、バッテリ130の過充電を確実に抑止できる。その後、残存容量SOCがa3よりも低下すると、モータ110,112、インバータ120,122による駆動・回生を許可する。
また、車両1000の始動時などにおいては、モータ110,112、インバータ120,122の温度が低いため、バッテリ130の残存容量SOCを使って冷暖房装置300を駆動し、モータ110,112、インバータ120,122の暖機を行う。これにより、残存容量SOCを低下させることができ、回生による過充電を抑止できるとともに、暖機による出力の増加を図ることができる。
ここで、冷暖房装置300によって温度調整される機器の目標温度Ttと実際の機器温度Tとの差分(制御温度)ΔTが大きいほど、冷暖房装置300が必要とする電力は大きくなる。従って、冷暖房装置300の出力電力Ptは、機器目標温度Ttと機器温度Tとの差分ΔTに使用可能電力Paを乗算して得られる値に比例する値となる。すなわち、冷暖房装置300の出力電力Ptは、以下の式より算出される。
Pt∝ΔT×Pa
上述したように、使用可能電力Paは、バッテリ130の残存容量SOCに応じて図2及び図3のマップから算出される。従って、冷暖房装置300の出力電力Ptは、温度差ΔTとバッテリ130の残存容量SOCによって決定されることになる。
次に、図4のフローチャートに基づいて、本実施形態における処理の手順について説明する。先ず、ステップS10では、バッテリコントロールユニット132によりバッテリ130の状態(残存容量SOC)を検出する。次のステップS12では、残存容量SOCが所定のしきい値a3[%]よりも大きいか否か、または残存容量SOCが所定のしきい値a1[%]よりも小さいか否かを判定する。そして、残存容量SOCが所定のしきい値a3[%]よりも大きい場合、または残存容量SOCが所定のしきい値a1[%]よりも小さい場合は、ステップS14へ進み、モータ110,112の駆動又はモータ110,112による回生を中止する。
また、ステップS12で、残存容量SOCが所定のしきい値a3[%]以下であり、且つ残存容量SOCが所定のしきい値a1[%]以上の場合は、ステップS16へ進む。ステップS16では、モータ110,112の駆動又はモータ110,112による回生を指示(許可)する。
ステップS14,S16の後はステップS18へ進む。ステップS18では、温度センサ140,142によりモータ110,112の温度をそれぞれ検出し、温度センサ144,146によりインバータ120,122の温度をそれぞれ検出する。
次のステップS20では、機器目標温度Ttと機器温度Tとの差分ΔTを算出する。ここで、機器目標温度Ttは、一例としてモータ110,112又はインバータ120,122の目標温度である。機器目標温度Ttは、予め設定された目標温度であって、各機器が最適に動作する温度である。また、機器温度Tは、一例として、温度センサ140,142,144,146によって検出されたモータ110,112、インバータ120,122の温度である。
すなわち、ΔTは以下の式から算出される。
ΔT=Tt−T
そして、ステップS20では、ΔT<0であるか否かを判定する。
ステップS20でΔT<0の場合はステップS22へ進む。ステップS22では、ΔT<0であるため、機器目標温度Ttよりも機器温度Tの方が高くなっている。このため、冷暖房装置300の冷却回路をオン(ON)とする。
ステップS22の後はステップS24へ進む。ステップS24では、電動ファン152をオン(ON)する。これにより、図1中の矢印A1方向に空気の流れが生じる。次のステップS26では切換バルブ160,162を開(OPEN)とし、次のステップS28では電動ポンプ154をオン(ON)とする。これにより、冷媒通路166に冷媒が流れ、コンデンサ150及びエバポレーター156で熱交換が行われることにより、冷却風が図1の矢印A1方向に流れる。冷却風によってモータ110,112、インバータ120,122が冷却されるため、モータ110,112、インバータ120,122を機器目標温度Ttに調整することが可能となる。
ステップS28の後はステップS30へ進む。ステップS30では、バッテリ130の残存容量SOCが冷却風を送風したことによる使用電力の分だけ減少する。ステップS30の後は処理を終了する。
また、ステップS20でΔT≧0の場合はステップS32へ進む。ステップS32では、ΔT≧0であるため、機器目標温度Ttよりも機器温度Tの方が低くなっている。このため、冷暖房装置300の暖房回路をオン(ON)とする。
ステップS32の後はステップS34へ進む。ステップS34では、電動ファン152をオン(ON)する。これにより、図1中の矢印A1方向に空気の流れが生じる。次のステップS36では、ヒーター164をオン(ON)とする。これにより、ヒーター164の熱による温風が図1の矢印A1方向に流れる。温風によってモータ110,112、インバータ120,122が加熱されるため、モータ110,112、インバータ120,122を機器目標温度Ttに調整することが可能となる。
ステップS36の後はステップS38へ進む。ステップS38では、バッテリ130の残存容量SOCが温風を送風したことによる使用電力の分だけ減少する。ステップS38の後は処理を終了する。
以上説明したように本実施形態によれば、バッテリ130の残存容量SOCが高い状態になった場合には、モータ110,112、インバータ120,122による駆動・回生を行わずに、モータ110,112、インバータ120,122の温度に基づいてモータ110,112、インバータ120,122の温度調整を積極的に実施するようにした。これにより、モータ110,112、インバータ120,122の温度が適用範囲を超えないようにモータ110,112、インバータ120,122の出力制限をする必要がなくなるため、出力を増大させることが可能となる。
また、温度調整の際にはバッテリ130の電力により冷暖房装置300の電動ファン152、ヒーター164が駆動されるため、バッテリ130の残存容量SOCを低下させることができる。これにより、回生を行ってもバッテリ130が過充電されることがないため、回生に制限をかけることなく回生電力をバッテリ130が受け取ることが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1000 車両
110,112 モータ
132 バッテリコントロールユニット
140,142,144,146,148 温度センサ
200 制御装置(ECU)
202 モータ制御部
204 温度制御部
206 残存容量取得部
208 温度取得部
300 冷暖房装置

Claims (4)

  1. バッテリに充電された電力により車両を駆動するとともに、車両制動時に前記バッテリに回生電力を供給するモータと、
    前記バッテリの残存容量を取得する残存容量取得部と、
    車両を駆動するための機器の温度を取得する温度取得部と、
    前記残存容量が所定値以上の場合に、前記モータによる車両の駆動又は前記モータによる前記バッテリへの回生電力の供給を中止させるモータ制御部と、
    前記残存容量が所定値以上の場合に、前記温度取得部が取得した前記機器の温度に基づいて、前記バッテリの電力を用いて前記機器の温度を制御する温度制御部と、
    を備え
    前記温度制御部は、前記温度取得部が取得した前記機器の温度と前記機器の目標温度との差分に応じて前記機器の温度を制御し、前記機器の温度の制御のために使用可能な前記バッテリの電力に前記差分を乗算して得られる値に基づいて設定される電力を用いて前記機器の温度を制御することを特徴とする、車両の制御装置。
  2. 前記残存容量が低下するほど、前記機器の温度の制御のために使用可能な前記バッテリの電力が低下することを特徴とする、請求項1に記載の車両の制御装置。
  3. 前記温度制御部は、前記機器の温度を上昇させる暖房装置又は前記機器の温度を低下させる冷房装置を制御することで前記機器の温度を制御することを特徴とする、請求項1又は2に記載の車両の制御装置。
  4. 充電された電力をモータに供給して車両を駆動するとともに、車両制動時に前記モータから回生電力が供給されるバッテリに関し、当該バッテリの残存容量を検出するステップと、
    車両を駆動するための機器の温度を検出するステップと、
    前記残存容量が所定値以上の場合に、前記モータによる車両の駆動又は前記モータによる前記バッテリへの回生電力の供給を中止させるステップと、
    前記残存容量が所定値以上の場合に、検出した前記機器の温度に基づいて、前記バッテリの電力を用いて前記機器の温度を制御するステップと、
    を備え、
    前記機器の温度を制御するステップにおいて、検出した前記機器の温度と前記機器の目標温度との差分に応じて前記機器の温度を制御し、前記機器の温度の制御のために使用可能な前記バッテリの電力に前記差分を乗算して得られる値に基づいて設定される電力を用いて前記機器の温度を制御することを特徴とする、車両の制御方法。
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