JP2006115643A - 負荷駆動回路の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 負荷駆動回路に設けられた複数の電圧検出センサの補正を容易に行なう。
【解決手段】 ＥＣＵは、ＳＭＲがＯＮでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、ＶＬセンサおよびＶＨセンサの零点補正をしてオフセットをなくすステップ（Ｓ１２０）と、ＳＭＲがＯＮであって電気負荷回路の電源がＯＮでないと（Ｓ１００にてＹＥＳかつＳ１１０にてＮＯ）、ＶＢセンサの出力値を用いてＶＬセンサの出力点を補正するステップ（Ｓ１３０）と、補正された零点と出力点とを用いてＶＬセンサの特性マップを作成するステップ（Ｓ１８０）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両に搭載された負荷を駆動する電気回路に関し、特に、その負荷駆動回路に備えられた複数のセンサの検出精度を向上させる技術に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車および電気自動車が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部は既に実用化されている。

このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとによって駆動されるモータを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとによって駆動されるモータを動力源とする自動車である。

このようなハイブリッド車両や電気自動車において、低電圧のバッテリからＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧してモータのインバータに電力を供給する場合がある。この場合に、車両を駆動させるためのモータへの供給電流を低くしてハーネスの軽量化を図るため、また車両を駆動させるために高い駆動力を得るために、駆動用モータの定格電圧は高いことが多い。一方、車両に搭載されるバッテリの電圧を高めるためには、１．２Ｖ程度のバッテリセルを多数直列に接続しなければならない。多数直列に接続してもモータの定格電圧にならない場合、バッテリの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧してインバータを経由させてモータに供給することになる。このように、車両に搭載された電気回路において、バッテリの電圧を昇降圧させる必要があり、このような場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。このような電気回路において、複数の箇所の電圧を検出して、ＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧を制御したり、バッテリ（電源）の電圧を検出したりしている。

特開２０００−３０８３８４号公報（特許文献１）は、電源からモータのコイルに印加される電圧を制御して、モータの運転を制御するモータ制御装置を開示する。このモータ制御装置は、電源電圧を検出するセンサが、モータを使用する環境等の影響によって検出値に誤差を含むことがあり、この誤差は、検出値が真値から正または負の方向にずれるオフセット誤差として生じるので、モータが要求トルクを出力できないことに鑑みてなされたものである。このモータ制御装置は、電源の電圧値を推定する電圧推定手段と、推定された電圧値に基づいて所定の検出用電圧をコイルに印加する検出用電圧印加手段と、検出用電圧に応じてコイルに流れる電流値を検出する電流検出手段と、検出された電圧値と、電流値とに基づいて推定された電圧値の誤差を特定する誤差特定手段と、特定された誤差を反映して、モータの運転状態に応じた所定の電圧をコイルに印加する電圧印加制御手段とを備える。

このモータ制御装置によると、要求トルクに応じてモータに印加すべきトルク電圧を設定し、バッテリの電圧に応じてトルク電圧が印加されるよう、インバータのデューティを制御する。このように構成されたモータ制御装置において、モータの通常運転を開始する前に、一定のデューティでインバータをスイッチングして、モータに電圧を印加する。また、この電圧に応じて流れた電流を検出する。一定のデューティでインバータをスイッチングした場合の電源電圧と電流との関係を予めテーブルとして記憶しておけば、電源電圧の真値を求めることができ、バッテリの電圧センサに生じるオフセット誤差を特定することができる。したがって、バッテリの電圧検出値を補正して、トルク電圧を適切に制御することができる。
特開２０００−３０８３８４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたモータ制御装置では、所定の条件の元で検出された電源電圧と電流との関係を予めテーブルとして記憶しておかなければならない。さらに、この所定の条件とは、一定のデューティでインバータをスイッチングしたものでなければならない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、負荷駆動回路に設けられた複数の電圧検出センサの補正を容易に行なうことができる負荷駆動回路の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、変圧動作を行なうコンバータと、コンバータの入力側に接続されたバッテリと、バッテリとコンバータとの間に設けられた電気負荷回路と、バッテリと電気負荷回路とを接続および非接続のいずれかの状態に切換える継電器とを含む負荷駆動回路を制御する。この制御装置は、バッテリの電圧値を検知するための第１の検知手段と、コンバータの入力側の電圧値を検知するための第２の検知手段と、コンバータの出力側の電圧値を検知するための第３の検知手段と、検知手段の検知誤差を補正するための制御手段とを含む。この制御手段は、継電器によりバッテリと電気負荷回路とが非接続状態であるときに、第２の検知手段および第３の検知手段により検知される電圧値を０に補正するための零点補正手段と、継電器によりバッテリと電気負荷回路とが接続状態であって、かつ、電気負荷回路が作動していない状態であるときに、第１の検知手段および第２の検知手段の中でより信頼性の高い検知手段を用いて、他方の検知手段を補正するための補正手段とを含む。

第１の発明によると、継電器によりバッテリと電気負荷回路とが非接続状態であるときには、バッテリの電力が負荷側（電気負荷回路およびコンバータ）に供給されないので、第２の検知手段および第３の検知手段に検知される真の電圧値は０である。このため、零点補正手段により第２の検知手段および第３の検知手段により検知される電圧値が０に補正されてオフセットがなくなる。継電器によりバッテリと電気負荷回路とが接続状態であって、かつ、電気負荷回路が作動していない状態であるときには、第１の検知手段により検知される電圧値と第２の検知手段により検知される電圧値とは同じである。このときに、たとえば第１の検知手段が第２の検知手段よりも信頼性の高い場合には、第１の検知手段により検知された電圧値を用いて第２の検知手段を補正する。このようにすると、オフセットをなくすることができるとともに、信頼性の高い検知手段に適合させて信頼性を向上させることができる。その結果、負荷駆動回路に設けられた複数の電圧を検出する検知手段の補正を容易に行なうことができる負荷駆動回路の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、継電器によりバッテリと電気負荷回路とが接続状態であって、かつ、電気負荷回路が作動している状態であって、かつ、コンバータが変圧動作を行なっていないときに、第１の検知手段、第２の検知手段および第３の検知手段の中で最も信頼性の高い検知手段を用いて、他の検知手段を補正するための補正手段をさらに含む。

第２の発明によると、継電器によりバッテリと電気負荷回路とが接続状態であって、かつ、電気負荷回路が作動している状態であって、かつ、コンバータが変圧動作を行なっていないときには、第１の検知手段により検知される電圧値と第２の検知手段により検知される電圧値と第３の検知手段により検知される電圧値とは同じである。このときに、たとえば第１の検知手段が第２の検知手段および第３の検知手段よりも信頼性の高い場合には、第１の検知手段により検知された電圧値を用いて第２の検知手段および第３の検知手段を補正する。このようにすると、オフセットをなくすることができるとともに、信頼性の高い検知手段に適合させて信頼性を向上させることができる。その結果、負荷駆動回路に設けられた複数の電圧を検出する検知手段の補正を容易に行なうことができる負荷駆動回路の制御装置を提供することができる。

第３の発明に係る制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、制御手段は、電気負荷回路が作動している状態であるときは、第２の検知手段の補正処理を禁止するための手段をさらに含む。

第３の発明によると、電気負荷回路が作動している状態であるときには、第１の検知手段により検知される電圧値と第２の検知手段により検知される電圧値とは同じではなくなるので、第２の検知手段の補正処理を禁止して、不適切な補正を回避できる。

第４の発明に係る制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、制御手段は、コンバータが変圧動作を行なっているときは、第３の検知手段の補正処理を禁止するための手段をさらに含む。

第４の発明によると、コンバータが変圧動作を行なっているときには、第１の検知手段により検知される電圧値と第３の検知手段により検知される電圧値とは同じではなくなるので、第３の検知手段の補正処理を禁止して、不適切な補正を回避できる。

第５の発明に係る制御装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、第１の検知手段は、バッテリに接続された抵抗の値とバッテリの電流値とに基づいて、バッテリの電圧値を検知するための手段を含む。

第５の発明によると、バッテリに接続された抵抗の値とバッテリの電流値とを用いてバッテリの電圧値を算出して、その電圧値を用いて、他の検知手段を補正することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０００を含む負荷駆動回路の全体回路について説明する。このような負荷駆動回路は、ハイブリッド車両や電気自動車に搭載される。

この負荷駆動回路は、メインバッテリ１００の電圧を昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００で昇圧してインバータを介して車両駆動用モータに電力を供給する回路である。メインバッテリ１００と昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００との間には、システムメインリレー（ＳＭＲ）５００と、補機類から構成される電気負荷回路６００とが接続されている。

メインバッテリ１００は、たとえば、１セルあたりの放電電圧が１．２［Ｖ］のニッケル水素電池が直列に接続された放電電圧２００〜３００［Ｖ］の二次電池である。なお、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００は、この２００〜３００［Ｖ］の電圧を車両駆動用モータの定格電圧である５００〜６００［Ｖ］程度まで昇圧する。また、この昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００は、ＥＣＵ１０００からの制御信号により制御される。

システムメインリレー５００は、メインバッテリ１００と電気負荷回路６００や昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００とを電気的に接続状態か電気的に切断状態のいずれかの状態に切換える継電器（リレー）である。このシステムメインリレー５００は、ＥＣＵ１０００からの制御信号により制御される。たとえば、ＥＣＵ１０００は、車両のイグニッションスイッチの状態に応じてこのシステムメインリレー５００の状態を切換える制御信号を出力する。

電気負荷回路６００を構成する補機類には、その一例として、エアコンディショナ６１０（より詳しくはエアコンディショナ用の電動コンプレッサおよび送風ファン用の電動モータ）と低圧バッテリ６３０（補機類用の放電電圧が１２［Ｖ］程度の鉛蓄電池）を充電するために、メインバッテリ１００の電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ６２０を示す。このＤＣ／ＤＣコンバータ６２０は、メインバッテリ１００の放電電圧である２００〜３００［Ｖ］を低圧バッテリ６３０の充電電圧である１４［Ｖ］程度まで降圧する。これらの補機類も前述のシステムメインリレー５００と同様に、ＥＣＵ１０００からの制御信号によりその作動が制御される。

このような駆動負荷回路には、メインバッテリ１００の電圧を検知するためのＶＢセンサ４１０（第１の電圧検知手段）、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００の入力側の電圧を検知するためのＶＬセンサ４２０（第２の電圧検知手段）、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００の出力側の電圧を検知するためのＶＨセンサ４３０（第３の電圧検知手段）を有する。ＶＢセンサ４１０で検知された電圧値ＶＢ、ＶＬセンサ４２０で検知された電圧値ＶＬ、ＶＨセンサ４３０で検知された電圧値ＶＨは、それぞれＥＣＵ１０００に入力される。

また、駆動負荷回路には、メインバッテリ１００の電流値を検知する電流センサ２００とメインバッテリ１００に接続された抵抗器３００とがさらに設けられている。この抵抗器３００の抵抗値は、ＥＣＵ１０００正確に記憶されている。電流センサ２００で検知された電流値ＩＢは、ＥＣＵ１０００に入力され、記憶されている抵抗値とともに演算に用いられて、メインバッテリ１００の電圧値が算出される。

図２を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１０００で実行されるプログラムの制御構造を説明する。なお、以下の説明においては、ＶＢセンサ４１０の信頼性が最も高いものと想定するが、本発明はこのような想定に限定されない。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ１０００は、システムメインリレー５００がＯＮ状態であるか否かを判断する。システムメインリレー５００への制御信号はＥＣＵ１０００自身が出力しているのでＥＣＵ１０００の内部でシステムメインリレー５００の状態を判断することができる。システムメインリレー５００がＯＮ状態であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１２０へ移される。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ１０００は、補機類から構成される電気負荷回路６００の電源がＯＮ状態であるか否かを判断する。補機類から構成される電気負荷回路６００への制御信号はＥＣＵ１０００自身が出力しているのでＥＣＵ１０００の内部で補機類から構成される電気負荷回路６００の電源の状態を判断することができる。補機類から構成される電気負荷回路６００の電源がＯＮ状態であると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１６０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１３０へ移される。

Ｓ１２０にて、ＥＣＵ１０００は、ＶＬセンサ４２０およびＶＨセンサ４３０の零点（０［Ｖ］の点）補正を行なう。

Ｓ１３０にて、ＥＣＵ１０００は、ＶＢセンサ４１０の出力値を用いて、ＶＬセンサ４２０の出力点を補正する。

Ｓ１４０にて、ＥＣＵ１０００は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００がＯＮ状態（昇圧作動中）であるか否かを判断する。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００への制御信号はＥＣＵ１０００自身が出力しているのでＥＣＵ１０００の内部で昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００の作動状態を判断することができる。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００がＯＮ状態（昇圧作動中）であると（Ｓ１４０にてＹＥＳ）、処理はＳ１７０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１４０にてＮＯ）、処理はＳ１５０へ移される。

Ｓ１５０にて、ＥＣＵ１０００は、ＶＢセンサ４１０の出力値を用いて、ＶＨセンサ４３０の出力点を補正する。その後、処理は終了する。

Ｓ１６０にて、ＥＣＵ１０００は、ＶＬセンサ４２０の出力点を補正処理を禁止する。その後、処理は終了する。Ｓ１７０にて、ＥＣＵ１０００は、ＶＨセンサ４３０の出力点を補正処理を禁止する。その後、処理は終了する。

Ｓ１８０にて、ＥＣＵ１０００は、ＶＬセンサ４２０について、Ｓ１２０にて補正された零点（０［Ｖ］の点）と、Ｓ１３０にて信頼性のより高いＶＢセンサ４１０を用いて補正されたＶＬセンサ４２０の出力点とを用いて、ＶＬセンサ４２０の特性補正式またはマップを作成する。

Ｓ１９０にて、ＥＣＵ１０００は、ＶＨセンサ４３０について、Ｓ１２０にて補正された零点（０［Ｖ］の点）と、Ｓ１５０にて信頼性のより高いＶＢセンサ４１０を用いて補正されたＶＨセンサ４３０の出力点とを用いて、ＶＨセンサ４３０の特性補正式またはマップを作成する。その後、処理は終了する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る制御装置の動作について説明する。

システムメインリレー５００がＯＮ状態でないと（Ｓ１００にてＮＯ）、メインバッテリ１００から電力が供給されないので、ＶＬセンサ４２０およびＶＨセンサ４３０で検知されるべき真の電圧値は必ず０でなければならない。そのため、このような場合に、ＶＬセンサ４２０およびＶＨセンサ４３０の零点（０［Ｖ］の点）補正が行なわれ、オフセットがなくされる。

システムメインリレー５００がＯＮ状態であって（Ｓ１００にてＹＥＳ）かつ補機類から構成される負荷電気回路の電源がＯＮ状態でないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、より信頼性の高いＶＢセンサ４１０の出力値を用いて、ＶＬセンサ４２０の出力点を補正する（Ｓ１３０）。このとき、ＶＢセンサ４１０により検知された電圧値に、ＶＬセンサ４２０により検知された電圧値が一致するように適合される。すなわち、システムメインリレー５００がＯＮ状態であって負荷電気回路の電源がＯＮ状態でないので、ＶＢセンサ４１０およびＶＬセンサ４２０で検知されるべき真の電圧値は必ず同じでなければならない。そのため、このような場合に、ＶＢセンサ４１０を用いてＶＬセンサ４２０の補正が行なわれる。

このように処理が行なわれた後、すなわち、ＶＬセンサ４２０について、零点補正され、ＶＢセンサ４１０を用いて補正が行なわれた後、補正された零点（０［Ｖ］の点）と、補正されたＶＬセンサ４２０の出力点とを用いて、ＶＬセンサ４２０の特性補正式またはマップが作成される（Ｓ１８０）。

システムメインリレー５００がＯＮ状態であって（Ｓ１００にてＹＥＳ）かつ補機類から構成される負荷電気回路の電源がＯＮ状態でなく（Ｓ１１０にてＮＯ）かつ昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００がＯＮ状態でないと（Ｓ１４０にてＮＯ）、より信頼性の高いＶＢセンサ４１０の出力値を用いて、ＶＨセンサ４３０の出力点を補正する（Ｓ１５０）。このとき、ＶＢセンサ４１０により検知された電圧値に、ＶＨセンサ４３０により検知された電圧値が一致するように適合される。すなわち、システムメインリレー５００がＯＮ状態であって負荷電気回路の電源がＯＮ状態でなく昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ７００がＯＮ状態でないので、ＶＢセンサ４１０、ＶＬセンサ４２０およびＶＨセンサ４３０で検知されるべき真の電圧値は必ず同じでなければならない。そのため、このような場合に、ＶＢセンサ４１０を用いてＶＨセンサ４２０の補正が行なわれる。

このように処理が行なわれた後、すなわち、ＶＨセンサ４３０について、零点補正され、ＶＢセンサ４１０を用いて補正が行なわれた後、補正された零点（０［Ｖ］の点）と、補正されたＶＨセンサ４３０の出力点とを用いて、ＶＨセンサ４３０の特性補正式またはマップが作成される（Ｓ１９０）。

図３を参照して、ＶＬセンサ４２０の補正状態を説明する。なお、ＶＨセンサ４３０でっても同じようになる。

図３の一点鎖線で示す特性が零点補正前のオフセットを有する状態である。Ｓ１２０の処理により、二点鎖線で示す特性のようにオフセットがなくされる。すなわち、真の電圧値が０［Ｖ］であるときにはセンサ電圧下限値に一致される。

このようなオフセット誤差補正後に、Ｓ１３０の処理により、ＶＢセンサ４１０の出力値を用いてＶＬセンサ４２０の出力値が補正され、実線で示す特性のように傾きが補正される。

以上のようにして、システムメインリレーがＯＮ状態でないときに零点補正してオフセットをなくしておいて、システムメインリレーがＯＮ状態で補機類の電源がＯＮ状態でないときに、ＶＢセンサの信頼性が高いことを前提として、ＶＢセンサでＶＬセンサを補正する。さらに、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータがＯＮ状態でないときに、ＶＢセンサでＶＨセンサを補正する。このようにすると、負荷駆動回路に設けられた複数の電圧を検出する電圧センサの補正を容易に行なうことができる。

なお、上述した実施の形態においては、ＶＢセンサ４１０により検知されたメインバッテリ１００の電圧値を用いて他の電圧センサを構成したが、ＶＢセンサ４１０の代わりに、電流センサ２００により検知されたバッテリ電流値ＩＢと抵抗器３００の抵抗値とから算出された値をメインバッテリ１００の電圧値ＶＢとしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置を含む負荷駆動回路の全体回路図である。 図１のＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 電圧センサの補正状態を示す図である。

符号の説明

１００ メインバッテリ、２００ 電流センサ、３００ 抵抗器、４１０ ＶＢセンサ、４２０ ＶＬセンサ、４３０ ＶＨセンサ、５００ システムメインリレー（ＳＭＲ）、６００ 電気負荷回路、６１０ エアコンディショナ、６２０ ＤＣ/ＤＣコンバータ、６３０ 低圧バッテリ、７００ 昇圧ＤＣ/ＤＣコンバータ、１０００ ＥＣＵ。

Claims (5)

1. 変圧動作を行なうコンバータと、前記コンバータの入力側に接続されたバッテリと、前記バッテリと前記コンバータとの間に設けられた電気負荷回路と、前記バッテリと前記電気負荷回路とを接続および非接続のいずれかの状態に切換える継電器とを含む負荷駆動回路の制御装置であって、
   前記バッテリの電圧値を検知するための第１の検知手段と、
   前記コンバータの入力側の電圧値を検知するための第２の検知手段と、
   前記コンバータの出力側の電圧値を検知するための第３の検知手段と、
   前記検知手段の検知誤差を補正するための制御手段とを含み、
   前記制御手段は、
   前記継電器により前記バッテリと前記電気負荷回路とが非接続状態であるときに、前記第２の検知手段および前記第３の検知手段により検知される電圧値を０に補正するための零点補正手段と、
   前記継電器により前記バッテリと前記電気負荷回路とが接続状態であって、かつ、前記電気負荷回路が作動していない状態であるときに、前記第１の検知手段および前記第２の検知手段の中でより信頼性の高い検知手段を用いて、他方の検知手段を補正するための補正手段とを含む、負荷駆動回路の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記継電器により前記バッテリと前記電気負荷回路とが接続状態であって、かつ、前記電気負荷回路が作動している状態であって、かつ、前記コンバータが変圧動作を行なっていないときに、前記第１の検知手段、前記第２の検知手段および前記第３の検知手段の中で最も信頼性の高い検知手段を用いて、他の検知手段を補正するための補正手段をさらに含む、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記電気負荷回路が作動している状態であるときは、前記第２の検知手段の補正処理を禁止するための手段をさらに含む、請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記コンバータが変圧動作を行なっているときは、前記第３の検知手段の補正処理を禁止するための手段をさらに含む、請求項１または２に記載の制御装置。
5. 前記第１の検知手段は、前記バッテリに接続された抵抗の値と前記バッテリの電流値とに基づいて、前記バッテリの電圧値を検知するための手段を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の制御装置。

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