JPS6377302A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は電気自動車の制御装置、特に電解液循環型電池
をエネルギ源とする電気自動車において、電池を中心と
するモータや充電器などの各構成装置の動作制御を行う
電気自動車の制御回路に関する。

［従来の技術］ 電気自動車はバッテリをエネルギ源としており、エネル
ギ事情や大気汚染対策などの理由からその開発が最近強
く要望されている。特に、エネルギ源としてのバッテリ
には電力容量、持続性などの性能やコストの低いことが
要請されており、近年ではエネルギ密度が高く、低コス
トにて得られる電解液循環型の亜鉛−臭素電池が多く用
いられ、この亜鉛−臭素電池及びこの電池に関連する技
術の改良がなされている。

このような亜鉛−臭素電池の制御はその電池の状態に応
じて電解液を循環させ、かつ反応槽への錯体化合物の供
給をバルブの開閉により調整することによって行い、バ
ッテリ状態に応じた必要最小限のバッテリメンテナンス
が行われている。

また、この電池（バッテリ）制御と共に、バッテリの充
電制御やバッテリの電力により車両を駆動する車両駆動
制御等が行われており、充電制御の場合はバッテリ自体
の状態に応じて必要な電力を供給制御する。そして、車
両駆動制御の場合は車両の速度に応じてバッテリから電
力供給制御を行っており、この車両駆動制御にて電動機
（モータ）の円滑な速度制御が行われている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前述したようなバッテリを中心とする充
電器やモータの制御は別個に独立して行われており、こ
れらの制御が必要最小限の各装置状態の信号によって制
御されているため、各装置相互間での連携的な制御を行
うことができず、これら車両状態に応じた柔軟かつ適切
な制御を行うことができないという問題があった。

また、このような問題を解決するために各装置に関連す
る他の装置の情報を各制御装置に入力し、相互間の効率
の良い制御を行わせようとすると、各装置を制御するた
めの情報をそれぞれの制御部に備えなければならず、無
駄が多く、装置も大型化して不都合となる。

従って、従来のように各装置における必要最低限の制御
では、全体的な車両状態に応じた効率の良い制御ができ
ず、特に電気自動車のエネルギ源であるバッテリやこの
バッテリに関連する装置の有効な制御を行うことができ
ないという問題があった。

更に、バッテリが故障し、出力される電力が減少した場
合、例えば亜鉛−臭素電池の放電効率を調整するため反
応槽内への錯体化合物の供給を制御しているバルブが、
本来開状態で化合物を供給すべきときに閉状態のまま故
障し電池から出力される電力が著しく減少した場合には
、従来はその故障の検出及び故障に対応した駆動制御な
どは行った例がなく、その故障状態のままで得られる電
池出力電力の範囲での走行を行っていた。

従って、運転者がバッテリの故障に気付かず運転を行っ
ていると、目的地に到達する前に突然車両が停止すると
いうような事態が生ずるという問題があった。

発明の目的 本発明は前記従来の問題点に鑑みなされたものであり、
その目的は、バッテリ、充電器、駆動系。

インバータ主回路、これらに関連する装置などの車両構
成装置の平常時及びバッテリ故障時の車両状態に柔軟に
対応して適切かつ効率の良い制御を行うことのできる電
気自動車の制御装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明に係る制御装置は、
電気自動車のエネルギ源であるバッテリを制御するため
のバッテリメンテナンス情報と、車両を駆動する駆動系
及び前記バッテリから駆動系に電力を供給するインバー
タ主回路を制御するための車両駆動情報と、商用電源か
らバッテリに充電する充電器を制御するための充電情報
と、各種装置のフェイル制御を行うためのフェイル情報
と、バッテリの正規の電圧値情報と、を記憶する記憶手
段と、 この記憶手段の情報に基づいて車両を構成する前記バッ
テリ、駆動系、インバータ主回路、充電器及びこれらに
関連する装置について車両状態に応じた連携的なトータ
ル制御をする制御回路と、を備えるとともに、前記制御
回路は、前記記憶されたバッテリの正規の電圧値情報か
ら読み出されたバッテリの正規の電圧値とバッテリに設
けられたバッテリ電圧検出回路により検出した実際のバ
ッテリの検出電圧値とを比較してバッテリ故障を検出し
、この検出結果に基づき駆動系の出力制御を行うことを
特徴としている。

［作用コ 以上の構成によれば、第３図に示されるように、制御装
置に入力された各種情報に基づき車両駆動制御Ａ、充電
制御Ｂ、バッテリメンテナンスＣ。

バッテリオフ時メンテナンスＤ及びフェイル制御Ｅの５
種類の制御が行われることになり、車両駆動情報人は車
両走行に関する電動機（モータ）の制御であり、充電制
御Ｂは動力源であるバッテリを充電するための制御を行
い、バッテリメンテナンスＣは前記バッテリを所定の状
態に保持するためのメンテナンスを行い、バッテリオフ
時メンテナンスＤは電気自動車の電源オフ信号が入力さ
れた時に残留電荷を放電してバッテリの性能を維持する
メンテナンスを行い、そしてフェイル制御Ｅは前記各装
置（以下コンポーネントという）の車両状態で故障が発
生した時に各コンポーネントを安全な状態に維持する制
御を行う。

そして、前記制御状態はフェイル制御Ｅを除いて、車両
の運動状態を指令する信号ＫＥＹ、メインバッチリに充
電を指令する信号ＣＨＧ、／＜ッテリをマニュアルでメ
ンテナンスするため指令する信号Ｍ及び車両の温度を中
断を指令する信号ＫＥＹにより遷移し、フェイル制御Ｅ
はそれぞれの制御状態からフェイル信号によって遷移す
る。

このようにして、各制御が連携的に行われ、無駄のない
電気自動車のトータル制御が達成される。

更に、本発明の特徴的作用はバッテリの故障、例えば放
電効率を調整するためのバルブなどの故障を、バッテリ
電圧の異常変化から検出し、この故障に対応して駆動モ
ータの出力トルクを低下させ駆動系の制御を行う。これ
により、バッテリの故障時にバッテリの電力消費を軽減
し、故障したバッテリによって走行可能な距離を延ばす
ことが可能となる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には本発明に係る電気自動車の制御装置を説明す
るための制御状態が示され、第２図にはメインバッテリ
の構成及びその制御状態が示されている。

第１図において、電気自動車の動力源である電気エネル
ギを蓄積するメインバッテリ１０には、インバータ主回
路１２を介して電気自動車の駆動系であるモータ／減速
機１４が接続されており、メインバッテリ１０からの直
流電力は、インバータ主回路１２にて交流電力に変換さ
れた後にモータ／減速機１４に供給される。

そして、メインバッテリ１０には、電源オフ時のメイン
バッテリ１０内に残留する不要な電荷を放電するための
ショートレジスタ１６と、商用電源からの電力をメイン
バッテリ１０に供給して充電するためのチャージャ１８
と、駆動系装置以外の１２Ｖ系負荷２４を作動させる補
機バッテリ２２に電力を変換（電圧変換）して供給する
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０とが接続されている。

本発明において特徴的なことは、前記電気自動車を構成
する各コンポーネントをトータル制御することであり、
これは、ＥＣＵ　（電子制御装置）などから成る制御回
路２６にて行われており、この制御回路２６は各部の連
携的なトータル制御を行うためにインバータ主回路１２
を制御するインバータコントローラ２８とインバータ主
回路１２以外の各コンポーネントを制御する電気自動車
（ＥＶ）コントローラ３０から構成される制御回路と、
このトータル制御のために必要な各情報部ち、バッテリ
メンテナンス情報、車両駆動情報、充電情報、フェイル
情報、そして更にバッテリの正規の電圧情報を記憶する
記憶部３１とから構成されている。なお、各コンポーネ
ントを含む車両全体の車両状態を表示する表示部３２が
設けられ、またこの表示部３２を見ながら運転者などが
各種制御のための操作を行う各種スイッチ３４が設けら
れている。

前記制御回路２６は、例えばメインバッテリ１０に関し
ては、メインバッテリ１０用の補機系装置の制御、イン
バータ主回路１２に関しては、大電力出力のためのシー
ケンス制御及びモータ／減速機１４の出力制御、チャー
ジャ１８に関しては、メインバッテリ１０への充電量の
制御、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に関しては、補機バッ
テリ２２への充電のオンオフ制御などを行っており、そ
の状態は表示部３２に表示される。

第２図に示された第１図の実施例におけるメインバッテ
リ１０は亜鉛−臭素（Ｚｎ　−Ｂｒ　２）電池を用いて
おり、この場合にはバッテリ液をバッテリケース内で（
反応槽に対して）循環させる必要がある。従って、メイ
ンバッテリ１０には、バッテリ液を循環する動力源とな
るポンプ３６と、このポンプ３６の駆動電源である補機
バッテリ２２（第１図）と、メインバッテリ１０とを切
り換えるリレー３８と、メインバッテリ１０からポンプ
３６に電源を供給する時にバッテリ電圧を所定電圧まで
降圧させるポンプ用のＤＣ／ＤＣコンバータ４０（反応
槽端子１０ａ、１０ｂに接続される）と、バッテリ液中
にバッテリ使用時（放電時）に放電効率を調整するため
の臭素錯体化合物の供給制御を行うオイルバルブ４２と
、バッテリ１０内の反応槽へのバッテリ液循環方向を切
り換えるための４ウエイバルブ４４とが設けられている
。

また、メインバッテリ１０には、バッテリ液の圧力を検
出する圧力センサ４６やバッテリ液量を検出する液レベ
ルセンサ４８が設けられており、また前述したショート
レジスタ１６にはこれのオンオフのスイッチ動作を行う
コンタクタ５０が設けられている。なお、図中５２は安
全プラグ、５４はメインヒユーズである温度センサ５６
は、常にメインバッテリ内の例えばバッテリ液の温度を
検出している。

更に、本発明の特徴的構成要素であるバッテリ電圧検出
回路１１はメインバッテリ１０の出力端子１０Ａ及びＩ
ＯＢに並列に接続されメインバッテリ１０の実際の電圧
を検出している。

そして、前述したメインバッテリ１０を構成する各コン
ポーネントやコンタクタ５０及び安全プラグ５２は、Ｅ
ｖコントローラ３０にて制御されている。

本発明は以上の構成からなり、第４図に基づいてその作
用を説明する。

まず、制御回路２６に電源が投入されると、ステップ１
００にてイニシャライズが行われ、ここでは周辺ＩＣの
初期化と各変数の初期値の設定が行われる。

ステップ１０１では、プログラム演算時間の管理を行う
ウオッチドツク機能と空き時間を利用した制御回路２６
と表示部３２用コンソールとの通信が行われる。

次いで、ステップ１０２では、上記１０１の動作の時間
の管理を行っており、実際の演算時間Ｔが設定時間Ｔｒ
により大きいか否かの判断を行う。

そして、ＴくＴｒである時（“Ｎ”）にはステップ１０
１に戻り、Ｔ≧Ｔｒである時（“ｙ”　＞にはステップ
１０３に移行する。

ステップ１０３では、電気自動車を構成する各コンポー
ネントからの情報を入力しており、この入力信号はＡ／
Ｄ　（アナログデジタル変換器）やＰＩＡ（インターフ
ェース素子）からの信号であり、各コンポーネントの状
態を情報として制御装置２６内に取り入れる。

次いで、ステップ１０４では全体的な車両状態を判別し
ており、ステップ１０３にて入力された情報に基づいて
５種類の制御状態のいずれに遷移すべきかを判別する。

従って、この判別信号により車両状態に応じた各制御ス
テップ１０５から１０９のいずれかに移行することとな
り、移行した後は各制御ステップにて所定の制御を行う
と共に必要な演算を実行する。

そして、ステップ１１０では各制御ステップから出力さ
れる車両情報や演算結果から故障の判断、すなわちフェ
イルチェックを行い、故障時には所定のデータ変換を行
いステップ１１１に移行する。

このステップ１１１では、上記演算結果をＤ／Ａ変換器
及びＰＩＡに出力しており、これらの装置によって前記
演算データを各コンポーネントに出力した後にステップ
１０１に戻ることになる。

以上のステップから構成されるループは電源がオフにな
るまで繰り返されることになり、このループを繰り返す
ことにより各制御ステップへの遷移が達成され、電気自
動車をトータル制御することが可能となる。

この各制御ステップへの遷移は、実際には第３図に示さ
れるような制御となっており、車両の運動状態を指令す
る信号ＫＥＹによって、充電制御Ｂ、／＜ッテリメンテ
ナンスＣ及びバッテリオフ時メンテナンスＤから車両駆
動制御Ａに遷移する一方、車両の運動を中断する指令信
号ＫＥＹによって、車両駆動制御人からバッテリオフ時
メンテナンスＤに遷移する。

また、メインバッテリ１０に充電を指令する信号ＣＨＧ
によって、車両駆動制御Ａ、バッテリメンテナンスＣ及
びバッテリオフ時メンテンスＤから充電制御Ｂに遷移し
、バッテリをマニュアルでメンテナンスする指令信号Ｍ
によって、車両駆動制御人、充電制御Ｂ及びバッテリオ
フ時メンテナンスＤからバッテリメンテナンスＣに遷移
する。

そして、前記フェイルチェック（第４図のステップ１１
０）に基づ（ＦＡＩＬ信号によって、車両駆動制御人、
充電制御Ｂ、バッテリメンテナンスＣ及びバッテリオフ
時メンテナンスＤからフェイル制御Ｅに遷移する。

このようにして、各コンポーネントにおける制御はそれ
ぞれ独立して行われることなく、全体的な車両状態に応
じて適切かつ効率の良い制御が行われる。

次に、本発明の他の特徴的な作用であるバッテリのオイ
ルバルブ４２の故障の検出及び故障検出後のモータ／減
速器１４の制御方法について説明する。この制御は、第
４図のフローチャートのステップ１１０のフェイルチェ
ックにおいて行われている。

第５図は、オイルバルブ４２が正常に動作している場合
の複製図の一例を示しており、図中横軸にバッテリ電流
（正側は；放電時、負側は；充電時）、縦軸にバッテリ
電圧をとっており、パラメータＳ　ＯＣ（ｓｔａｔｅ　
ｏｒ　ｃｈａｇｅ）はバッテリの各充電状態を示してい
る。

第６図はオイルバルブ４２の故障判別方法とそれに対す
るモータ／減速器１４の制御方法を示すフローチャート
であり、図においてＶ　　は実際ｉｔ のバッテリ電圧、■　　は、ＳＯＣ及びバッテリａｐ 電流に応じて第５図の特性マツプから読み出したその時
の正規のバッテリ電圧、ｋはバッテリ電圧許容誤差すな
わち、実際のバッテリ電圧Ｖ　　とｂａｔ 正規のバッテリ、電−圧Ｖ　　に差が生じた場合にバｌ
１ａｐ ッテリ故障でないと見做せる範囲の最高の偏差である。

Ｔ　　はＥＶコントローラ３０からインバｒｅｆ’ 一タコントローラ２８に指令するモータの出力トルク指
令値、ｔ　　は現在のモータ出力トルク演ｅｆ 算結果でありａ及びｂは係数を表している。

まず、ステップ２００において、正規のバッテリ電圧Ｖ
　　を読み出す。この読出は、制御装置ａｐ ２６の記憶部３１に入力された第５図の特性マツプ、５
ＯＣ１更にバッテリ電流などのバッテリの正規の電圧値
情報に基づき読み出されるものである。

次にステップ２０１において、実際のバッテリ電圧Ｖ　
　と正規のバッテリ電圧Ｖ　　を比較し、ｂａｔ　　　
　　　　　　　　　　ｍａｐ■　　が許容誤差分ｋを考
慮したＶ　　の範囲内ａｔｍａｐ にあるか否かを判断する。すなわち、Ｖ　　　−ｋａｐ ≦Ｖ　　かつＶ　　≦Ｖ　　　＋にであればバッチｂａ
ｔ　　　　ｂａｔ　　　ｗａｐ りは正常と判断され正規の制御に移行する。そしテ式（
１）Ｖ　　　＜Ｖ　　　−ｋまたは、（ｔｔ）ｖｂａｔ
ｂａｔ　　　ｍａｐ ＞ＶＢｐ＋にであればオイルバルブ４２の故障と判断し
ステップ２０２に移行する。ここでインジケータランプ
の情報をセットし、運転者に視覚的に知覚させる。これ
はバッテリ内の電画量を制御するオイルバルブ４２が故
障するとその結果としてバッテリ電圧が異常に変化する
という現象を利用したものである。

インジケータランプが点灯した後、さらにステップ２０
３にて式Ｔｒｆ３ｆ−ａ−ｔ　　に基づきトｅｆ ルク指令値Ｔ　　を演算する。ここで係数ａは、ｒｅｆ
’ ステップ２０１の条件式（１）であるか又は式（１１）
であるかに応じて変化させる。すなわち、式（１）の場
合には式（ｉｌｌ）　ａ−１／１＋ｂ　（Ｖ　　　−に
口ａｐ −Ｖ　　　）にてａを求め、式（１１）に該当する場合
ａｔ には式（１ｖ）ａ−１／１＋ｂ　（Ｖ　　　−Ｖ　　　
−ｋ）ｂａｔ　　　ｍａｐ にてａを求めトルク指令値Ｔ　　を演算する。

ｒｅｆ’ これによりＶ　　とＶ　　との偏差に比例したｂａｔ　
　　ｍａｐ トルク指令値Ｔ　　を決定することができる。

ｒｅｆ’ 以上の制御はインジケータランプでオイルバルブ４２の
異常を視覚的に知らせるとともにモータ出力トルクを低
下させ運転者に故障発生を体感させ、更にバッテリの電
力消費を押えて故障したバッテリによる走行可能距離を
極力延ばすことができる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、１つの制御装置
に各コンポーネントの情報を入力して車両全体の連携的
なトータル制御を行うようにしたので、種々の車両状態
に柔軟に対応して適切かつ効率の良い天気自動車の制御
を行うことができ、各コンポーネント毎に行っていた従
来の制御に比較して極めて効率の良い制御が可能となる
。

また、トータル制御により各コンポーネント毎の制御を
行っていた従来に比べて電気自動車の制御装置を簡略化
でき、極めてコンパクトなものにすることができる。

また実際のバッテリ電圧の正規のバッテリ電圧に対する
異常な偏差を検出することにより、バッテリ故障の発生
を迅速に発見し、車両駆動モータの出力トルクを低下さ
せることにより車両の駆動系を制御し、バッテリ電力の
消費を押え故障発生後の走行距離を極力延ばすことがで
きる。

これにより、バッテリ故障後の無駄な電力消費をなくシ
、最寄りのサービスステーション等への車両の移動が可
能となる。

また出力トルクの低下によりバッテリの故障を体感した
運転者はバッテリの故障に対する適切な処置をとること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明及び他の発明に係る電気自動車の各構成
装置とその制御状態を示す説明図、第２図はメインバッ
テリにおけるＥＶコントローラの制御状態を示す説明図
、 第３図はトータル制御における各制御間の遷移状態を示
す説明図、 第４図は本発明に係る制御装置の作用を示すフローチャ
ート図、 第５図は正常状態におけるバッテリ電圧の特性図、 第６図はバッテリの故障に対応した出力制御を示すフロ
ーチャート図である。 １０　・・・　メインバッテリ １１　・・・　バッテリ電圧検出回路 １２　・・・　インバータ主回路 １４　・・・　モータ／減速機 １６　・・・　ショートレジスタ １８　・・・　チャージャ（充電器） ２６　・・・　制御回路としてのＥＣＵ２８　・・・　
インバータコントローラ３０　・・・　ＥＶコントロー
ラ ５６　・・・　温度センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気自動車のエネルギ源であるバッテリを制御す
   るためのバッテリメンテナンス情報と、車両を駆動する
   駆動系及び前記バッテリから駆動系に電力を供給するイ
   ンバータ主回路を制御するための車両駆動情報と、商用
   電源からバッテリに充電する充電器を制御するための充
   電情報と、各種装置のフェイル制御を行うためのフェイ
   ル情報と、バッテリの正規の電圧値情報と、を記憶する
   記憶手段と、 この記憶手段の情報に基づいて車両を構成する前記バッ
   テリ、駆動系、インバータ主回路、充電器及びこれらに
   関連する装置について車両状態に応じた連携的なトータ
   ル制御をする制御回路と、を備えるとともに、前記制御
   回路は、前記記憶されたバッテリの正規の電圧値情報か
   ら読み出されたバッテリの正規の電圧値とバッテリに設
   けられたバッテリ電圧検出回路により検出した実際のバ
   ッテリ電圧値とを比較してバッテリ故障を検出し、この
   検出結果に基づき駆動系の出力制御を行うことを特徴と
   する電気自動車の制御装置。