JP2013027064A - 電動車両の回生制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池電圧が上限付近まで高まっている際に回生制動中の回生電流、回生トルクの大きな変動を抑制する電動車両の回生制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ装置の電池電圧が上限電圧に到達したとき、モータジェネレータの回生発電を制御する電動車両の回生制御装置において、バッテリ装置の電池電圧を監視し（Ｓ１）、電池電圧に基づき、マップからバッテリ装置に流す回生電流を算出し（Ｓ２）、算出した回生電流を越えないように回生トルクを制御する（Ｓ３）。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動車両の回生制御装置に関する。

電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）等の電動車両は、複数の蓄電池（二次電池；以降、電池と呼ぶ。）を有するバッテリ装置と、バッテリ装置からの電力の供給により回転するモータとを有しており、モータを動力源として駆動輪を駆動している。このような電動車両においては、制動時に、モータの回生トルクで駆動輪の制動を行うと共に、駆動輪のトルクを利用してモータで発電し、発電した電力を電池に充電することにより、電力の回生を行っている。

特開２００５−０３３９８１号公報

上述した電動車両において、回生の際には、電池の過充電を防ぐため、電池電圧の上限電圧を上回らないように、回生電流を制御している。例えば、図８に示すように、制動時には、モータにより電池に流れる回生電流が生成されるが、電池電圧の上限電圧Ｖｕに到達するまでは、流すことができる最大の回生電流を用いて、回生が行われる。そして、制動が断続的に続いていくと、電池電圧も上昇していくことになり、電池電圧が上限電圧Ｖｕに到達する時間ｔにおいて、回生電流を減少させることになる。なお、図８においては、１つのパルスが１回の制動を示しており、パルスの幅は、図を簡単にするため、全て同じ幅としている。

バッテリ装置に使用される電池には、入力特性（充電特性）が比較的良い電池があるが、減少させる回生電流は、このような特性の電池では比較的大きくなる。このような電池は、入力特性が良いため、満充電付近においても、回生電流の受入性が入力初期と変わらず、１回の制動時における電池電圧の上昇が大きい。そのため、電池電圧の上限電圧Ｖｕを越えないように回生発電を制御する際には、図８に示すように、電池電圧が上限電圧Ｖｕに到達する時間ｔにおいて、回生発電量を一気に大きく減少させることとなり、減少させる回生電流が大きくなる。

回生制動中に回生電流を絞ると、電流減少に応じて回生トルクも減少し（回生トルクの抜け）、その結果、トルク抜けによる制動力の減少に繋がる。そして、回生制動中に減少される回生電流が大きい場合には、回生トルク、即ち、制動力も大きく減少するため、回生制動中に運転者がフットブレーキ操作をしている際には、トルク抜けによるブレーキフィーリングの違和感となり、運転者からすると、ブレーキペダルを一定の力で踏んでいたにもかかわらず、ブレーキ力が低下したと感じることになる。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、電池電圧が上限付近まで高まっている際に回生制動中の回生電流、回生トルクの大きな変動を抑制する電動車両の回生制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る電動車両の回生制御装置は、
電動車両の駆動輪を制動して回生発電を行うモータジェネレータと、
前記モータジェネレータで発電した回生電力が供給されるバッテリと、
前記バッテリの電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記バッテリの電圧値に応じて、前記モータジェネレータの回生発電を制御する制御手段と、を備えた電動車両の回生制御装置において、
前記制御手段は、前記電圧値が大きくなるに従って前記モータジェネレータの回生電流を小さくすることを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る電動車両の回生制御装置は、
上記第１の発明に記載の電動車両の回生制御装置において、
前記制御手段は、前記回生発電を複数回行うことで一連の回生制御を実施し、前記複数回のうちの各回の前記回生発電における前記回生電流の減少率を一定にすることを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る電動車両の回生制御装置は、
上記第２の発明に記載の電動車両の回生制御装置において、
前記制御手段は、前記回生電流を前回の終了時の発電量と前記前回の次の回の開始時の発電量とを同じにすることを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る電動車両の回生制御装置は、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載の電動車両の回生制御装置において、
前記バッテリの温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記バッテリの温度が高くなるに従って前記回生電流を大きくすることを特徴とする。

本発明によれば、バッテリの電圧が高くなるにつれて回生電流が減少されるので、バッテリの上限電圧を越えないように回生制動力を徐々に減少させることができる。従って、回生発電によりバッテリ電圧が上限電圧を越えてしまうことによる回生発電制御の禁止を回避することができ、回生発電制御禁止によるトルク抜けを回避できる。よって、運転者に違和感のない回生トルクを与えることができ、その結果、回生制動している際にトルクが突然抜けるというブレーキフィーリングの違和感を解消することもできる。

本発明に係る電動車両の回生制御装置を示す概略構成図である。 図１に示した電動車両の回生制御装置における制御の一例（実施例１）を説明するフローチャートである。 図２に示した制御で用いるマップである。 図２に示した制御による電池電圧、回生電流及び回生トルクの変化の一例を示すタイムチャートである。 図２に示した制御による電池電圧、回生電流及び回生トルクの変化の他の一例を示すタイムチャートである。 図１に示した電動車両の回生制御装置における制御の他の一例（実施例２）を説明するフローチャートである。 図６に示した制御で用いるマップである。 従来の回生制御による電池電圧、回生電流及び回生トルクの変化を示すタイムチャートである。

以下、図１〜図７を参照して、本発明に係る電動車両の回生制御装置の実施形態を説明する。なお、本発明に係る電動車両の回生制御装置は、電気自動車を例に取って説明を行うが、電気自動車に限らず、ハイブリッド車等の電動車両にも適用可能である。

（実施例１）
図１は、本実施例の電動車両の回生制御装置を示す概略構成図であり、図２は、図１に示した電動車両の回生制御装置における制御を説明するフローチャートであり、図３は、図２に示した制御で用いるマップであり、図４、図５は、図２に示した制御による電池電圧、回生電流及び回生トルクの変化を示すタイムチャートである。

本実施例において、車両１０は電気自動車である。車両１０は、左右の前輪１１Ｌ、１１Ｒ、左右の後輪１２Ｌ、１２Ｒを有しており、前輪１１Ｌ、１１Ｒには各々ブレーキ装置１３Ｌ、１３Ｒが設けられ、後輪１２Ｌ、１２Ｒにも各々ブレーキ装置１４Ｌ、１４Ｒが設けられている。

本実施例において、車両１０は後輪駆動であり、後輪１２Ｌ、１２Ｒがギアボックス１５を介して、モータ（モータジェネレータ）１６と機械的に接続されており、モータ１６を回転させることにより、後輪１２Ｌ、１２Ｒが駆動される。このモータ１６は、発電機としても機能するものである。なお、図１中の“Ｆｒ”は、車両前方を示し、ここでは、後輪駆動の構成を例示しているが、前輪駆動の構成でもよく、四輪駆動の構成でもよい。

モータ１６は、直流−交流変換を行うインバータ１７、電源ケーブル２０を介して、バッテリ装置（バッテリ）１８と電気的に接続されており、バッテリ装置１８からの電力は、インバータ１７、電源ケーブル２０を介して、モータ１６に供給される。このインバータ１７には、モータトルクを指示するＥＣＵ（Electronics Control Unit；制御手段）１９が接続されている。又、バッテリ装置１８は、複数の電池を有しており、その電池温度、回生電流、電池電圧等をＥＣＵ１９へ出力している。

ＥＣＵ１９は、ハードウェアとして、演算を行うＣＰＵ（マイクロコンピュータ）と、制御プログラムの格納領域となるＲＯＭ（リードオンリメモリ）と、制御プログラムの作動領域となるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）と、種々の信号の入出力を行うＩ／Ｏインターフェイス等から構成されており、ソフトウェアとして、所定の制御を行う制御プログラムを有している。

そして、ＥＣＵ１９は、例えば、車両１０を走行させる場合には、車速やアクセルペダル（図示省略）の開度等に応じて、インバータ１７に適切な走行トルクを指示し、指示された走行トルクを出力するように、バッテリ装置１８から供給された電力を用いて、モータ１６を回転して、後輪１２Ｌ、１２Ｒを駆動している。

一方、車両１０の制動時には、ＥＣＵ１９は、ブレーキペダル（図示省略）の踏込量等に応じて、ブレーキ装置１３Ｌ、１３Ｒ、１４Ｌ、１４Ｒを制御して、前輪１１Ｌ、１１Ｒ、後輪１２Ｌ、１２Ｒを制動しているが、モータ１６の回生トルクも利用して、後輪１２Ｌ、１２Ｒを制動している。このとき、駆動輪である後輪１２Ｌ、１２Ｒのトルクを利用して、モータ１６で発電し、発電した電力（回生電力）を、インバータ１７、電源ケーブル２０を介して、バッテリ装置１８に供給しており、これにより、回生発電を行うことになる。なお、回生トルクは、ブレーキペダルの踏込量に応じたもの（ブレーキペダル回生）に加えて、エンジン車におけるエンジンブレーキに相当するもの(エンジンブレーキ回生)の２種類がある。

そして、本実施例の電動車両の回生制御装置においても、バッテリ装置１８の電池電圧が上限電圧に到達したとき、モータ１６の回生トルクを制限して、バッテリ装置１８に流す回生電流を制限するが、ＥＣＵ１９は、回生電流が制限された際の回生制動中の回生トルクの大きな変動を抑制するため、バッテリ装置１８の状態（電池電圧）を監視し、その電池電圧に応じた回生電流を求め、当該回生電流を越えないように、モータ１６の回生トルクを制御している。このような制御について、図１と共に、図２のフローチャート、図３のマップ、図４、図５のタイムチャートを参照して説明する。なお、図４、５においては、１つのパルスが１回の制動を示しており、パルスの幅は、図を簡単にするため、全て同じ幅としている。又、比較のため、従来の回生電流と回生トルクのタイムチャートを点線で図示している。

まず、バッテリ装置１８から出力される電池電圧を監視する（ステップＳ１）。電池電圧については、例えば、バッテリ装置１８内に、バッテリ装置１８の電池電圧を測定する監視ユニット（電圧検出手段）を設け、この監視ユニットからＥＣＵ１９へ電池電圧を出力することで、バッテリ装置１８の電池電圧を監視している。又、バッテリ装置１８の電池電圧を、ＥＣＵ１９（電圧検出手段）により直接監視してもよい。

図３に示す電池電圧に対する回生電流のマップから、出力された電池電圧に対する回生電流を算出する（ステップＳ２）。算出した回生電流は、当該条件下において流すことができる最大の電流値（上限値）を意味する。なお、図３に示すマップにおいて、電池電圧に対する回生電流は、電池電圧が所定値未満の場合（例えば、上限電圧の半分より小さい場合）は略一定の大きさであるが、所定値以上となると、電池電圧が大きくなるにしたがって、回生電流を小さくしている。これは、電池電圧が所定値未満の場合（上限電圧の半分より小さい場合）には、バッテリ装置１８に十分な充電電力を供給したとしても、バッテリ装置１８の上限電圧に到達することはないので、できる限りの回生電力を供給した方が、バッテリ装置１８の充電を効率よく行えるからである。従って、電池電圧が所定値未満の場合には、電池電圧が大きくなるにしたがって、回生電流を小さくすることを禁止してもよい。

そして、算出した回生電流を越えないように、モータ１６の回生トルクをインバータ１７へ指示する（ステップＳ３）。つまり、バッテリ装置１８の電池電圧に応じ、電池電圧が所定値以上であれば、電池電圧が大きくなるにしたがって、回生電流を小さくしている。このような制御を行うと、図４、図５に示すように、回生が行われる度に電池電圧は上昇していくが、電池電圧が所定値以上であれば、電池電圧の上昇に応じて、回生電流が絞られて、減少していく。そのため、電池電圧が上限電圧Ｖｕに到達する時間ｔにおいては、既に回生電流が減少している状態であるので、従来のように回生電流を一気に大きく減少させる必要はない。その結果、電池電圧が上限電圧Ｖｕを上回らないように、回生電流を制御でき、又、電池電圧が上限付近まで高まっている際の回生電流の変化及び回生トルクの変化が少なくなるので、ブレーキフィーリングの違和感を解消することができる。

ここで、図４においては、１回の制動中（１回の回生発電中）においても、電池電圧の上昇に応じて回生電流を小さくしているので、１回の制動（１回の回生発電）を示す１つのパルスにおいても、回生電流が減少していく。この場合、長い下り坂を走行しているときに電池電圧が上限電圧Ｖｕに到達しても、その際の回生電流の変化及び回生トルクの変化が少なくなるので、ブレーキフィーリングの違和感を解消可能である。図４においても、図３に示したマップを用い、変化した電池電圧に基づいて回生電流を算出し、電池電圧の変化に応じて回生電流を変化させればよい。

又、回生発電を複数回行うことで一連の回生制御を実施すると共に、複数回の回生発電における各回の回生発電の回生電流の減少率を一定にしてもよい。更に、回生電流は、前回の終了時の回生電流とその次の回の開始時の回生電流とを同じにしてもよい。このような制御を行うと、回生電流は、一定の減少率で絞られることとなるので、１制動中におけるブレーキフィーリングの違和感も解消することができる。更に、連続回行われる回生制動において、前回制動時の終了の際の回生電流と、その次の回の開始の際の回生電流を同一とすることでも、運転者の違和感を緩和することができる。

一方、図５においては、制動開始時に、図３に示したマップを用い、バッテリ装置１８の電池電圧に基づいて回生電流を算出し、１回の制動中（１回の回生発電中）において、回生電流は算出した回生電流のまま一定としている。又、回生発電を複数回行うことで一連の回生制御を実施すると共に、複数回の回生発電における各回の回生発電の回生電流を一定にしてもよい。この場合、１回の回生発電中において回生電流は一定であるが、電池電圧が所定値以上であれば、回生による電池電圧の上昇に応じて、回生電流が絞られて、減少していくので、電池電圧が上限電圧Ｖｕに到達する時間ｔにおいては、既に回生電流が減少している状態であり、その際の回生電流の変化及び回生トルクの変化が少なくなるので、ブレーキフィーリングの違和感を解消可能である。

（実施例２）
図６は、本実施例における制御を説明するフローチャートであり、図７は、図６に示した制御で用いるマップである。なお、本実施例の電動車両の回生制御装置は、実施例１（図１）に示した電動車両の回生制御装置と同じ構成でよいので、ここでは、その重複する説明は省略する。

本実施例の電動車両の回生制御装置においても、バッテリ装置１８の電池電圧が上限電圧に到達したとき、モータ１６の回生トルクを制限して、バッテリ装置１８に流す回生電流を制限するが、ＥＣＵ１９は、回生電流が制限された際の回生制動中の回生トルクの大きな変動を抑制するため、バッテリ装置１８の状態（電池電圧及び電池温度）を監視し、その電池電圧及び電池温度に応じた回生電流を求め、当該回生電流を越えないように、モータ１６の回生トルクを制御している。このような制御について、図１と共に、図６のフローチャート、図７のマップを参照して説明する。

まず、バッテリ装置１８から出力される電池電圧、電池温度を監視する（ステップＳ１１）。電池温度については、例えば、前述した監視ユニット（温度検出手段）により、各電池の温度を監視している。又、バッテリ装置１８の電池温度を、ＥＣＵ１９（温度検出手段）により直接監視してもよい。このとき、電池温度は、バッテリ装置１８内の全電池の中で最低の温度となる電池温度が望ましい。

図７に示す電池電圧及び電池温度に対する回生電流の３Ｄマップから、出力された電池電圧及び電池温度に対する回生電流を算出する（ステップＳ１２）。算出した回生電流は、当該条件下において流すことができる最大の電流値（上限値）を意味する。なお、図７に示す３Ｄマップにおいて、電池電圧に対する回生電流は、電池電圧が所定値未満の場合（例えば、上限電圧の半分より小さい場合）は略一定の大きさであるが、所定値以上となると、電池電圧が大きくなるにしたがって、回生電流を小さくしており、又、電池温度に対する回生電流は、電池温度が低いと回生電流も低くしているが、電池温度が高くなるにしたがって、回生電流も大きくしている。

そして、算出した回生電流を越えないように、モータ１６の回生トルクをインバータ１７へ指示する（ステップＳ１３）。つまり、バッテリ装置１８の電池電圧、電池温度に応じて、回生電流を変更しており、電池電圧が所定値以上であれば、電池電圧が大きくなるにしたがって、回生電流を小さくし、電池温度が高くなるにしたがって、回生電流も大きくしている。これにより、電池温度にも対応して最適な回生電流を発生させることができる。又、回生電流を算出するために、電池温度も考慮することで、好適な充電が可能になると共に電池の劣化を抑制することもできる。このような制御を行うと、図４、図５で示したように、回生が行われる度に電池電圧は上昇していくが、電池電圧が所定値以上であれば、電池電圧の上昇に応じて、回生電流が絞られて、減少していく。そのため、電池電圧が上限電圧Ｖｕに到達する時間ｔにおいては、既に回生電流が減少している状態であるので、従来のように回生電流を一気に大きく減少させる必要はない。その結果、電池電圧が上限電圧Ｖｕを上回らないように、回生電流を制御でき、又、電池電圧が上限付近まで高まっている際の回生電流の変化及び回生トルクの変化が少なくなるので、ブレーキフィーリングの違和感を解消することができる。

本発明に係る電動車両の回生制御装置は、電気自動車に好適なものであるが、電気自動車に限らず、ハイブリッド車等の電動車両にも適用可能である。

１０ 車両
１６ モータ（モータジェネレータ）
１８ バッテリ装置（バッテリ）
１９ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 電動車両の駆動輪を制動して回生発電を行うモータジェネレータと、
   前記モータジェネレータで発電した回生電力が供給されるバッテリと、
   前記バッテリの電圧値を検出する電圧検出手段と、
   前記バッテリの電圧値に応じて、前記モータジェネレータの回生発電を制御する制御手段と、を備えた電動車両の回生制御装置において、
   前記制御手段は、前記電圧値が大きくなるに従って前記モータジェネレータの回生電流を小さくすることを特徴とする電動車両の回生制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の回生制御装置において、
   前記制御手段は、前記回生発電を複数回行うことで一連の回生制御を実施し、前記複数回のうちの各回の前記回生発電における前記回生電流の減少率を一定にすることを特徴とする電動車両の回生制御装置。
3. 請求項２に記載の電動車両の回生制御装置において、
   前記制御手段は、前記回生電流を前回の終了時の発電量と前記前回の次の回の開始時の発電量とを同じにすることを特徴とすることを特徴とする電動車両の回生制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電動車両の回生制御装置において、
   前記バッテリの温度を検出する温度検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記バッテリの温度が高くなるに従って前記回生電流を大きくすることを特徴とする電動車両の回生制御装置。

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