JP2014222989A - 電気自動車の回生制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】降坂路などの走行時において過剰な充電に起因するバッテリの劣化や破損を防止した上で、車両の運動エネルギまたは位置エネルギを効率よく電力に変換してバッテリを充電でき、もって車両全体のエネルギ効率を向上できる電気自動車の回生制御装置を提供する。【解決手段】車両の前方に存在する降坂路の情報を取得し（S2）、取得した降坂路の情報に基づき、複数の判定時間Ｔlim(n)におけるバッテリの発熱量Ｈ(n)をそれぞれ予測し（S10）、何れかの発熱量Ｈ(n)が対応する上限許容値Ｈlim(n)を超えるときには（S12がＮo）、超えると判定された各上限許容値Ｈlim(n)に対応する電流Ｉoptの中から最小値を選出し(S20,22)、選出した電流Ｉoptから求めた目標出力Ｐdemに基づきモータ出力を制御する（S24）。【選択図】図２

Description

本発明は電気自動車の回生制御装置に係り、詳しくは降坂路の走行中にモータを回生制御して発電された電力をバッテリに充電する回生制御装置に関する。

従来からの走行用動力源としてエンジンを搭載したエンジン車両の効率を改善するために、エンジンに加えて走行用動力源としてモータを搭載したハイブリッド電気自動車、或いはエンジンに代えてモータを搭載した電気自動車など（以下、電気自動車と総称する）が実用化されている。
このような電気自動車では、モータを回生制御することにより発電機として作動可能なため、例えば降坂路での走行時などでは、駆動輪側からの逆駆動によりモータに発電させて発電電力をバッテリに充電している。これにより車両の運動エネルギまたは位置エネルギを電力として回収でき、その後のモータによる走行時にバッテリからの放電電力を利用している。

ところで、この種の電気自動車にはリチウム二次電池などがバッテリとして搭載されるが、その充放電時の電流には熱的な制限がある。即ち、限界を超えた充放電電流はバッテリの温度上昇に費やされ、結果としてバッテリが過熱して劣化や破損の要因になる。そこで、例えば特許文献１の技術では、バッテリの充放電時の電流Ｉ、及び判定時間ｔに基づき、次式(1)から発熱量Ｈを算出し、その発熱量Ｈが予め設定された上限許容値を超えた時点で充放電電流を制限する対策を講じている。
Ｈ＝Ｉ²ｔ……(1)

特開２００９−８１９５８号公報

特許文献１に記載されたバッテリの保護対策は、上記のように電気自動車を回生走行させる場合にも実施される。しかしながら、例えば急勾配且つ長い降坂路では、モータの回生制御によるバッテリへの充電が大電流で且つ長時間に亘って行われることになる。よって、上式(1)から算出される発熱量Ｈが急激に増加して早期に段階でバッテリの上限許容値を超え、モータの回生制御が中止されたり或いは充電電流の抑制により回生制御が制限されたりしてしまう。

従って、例えばバッテリのＳＯＣ（充電率：State Of Charge）を制御範囲の上限まで増加（以下、バッテリの満充電という）できるほどの急勾配且つ長い降坂路であっても、その際にバッテリを満充電にできない。この状況は、降坂路によって得られるはずの車両の運動エネルギまたは位置エネルギを電力として有効利用できないことを意味し、従来から抜本的な対策が要望されていた。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、降坂路などの走行時において過剰な充電に起因するバッテリの劣化や破損を防止した上で、車両の運動エネルギまたは位置エネルギを効率よく電力に変換してバッテリを充電でき、もって車両全体のエネルギ効率を向上することができる電気自動車の回生制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、走行用動力源として装備されたモータの駆動力を駆動輪に伝達して走行すると共に、降坂路の走行中には駆動輪側からの逆駆動によりモータを回生制御して回生電力をバッテリに充電する電気自動車において、車両の前方に存在する降坂路の情報を取得する降坂路情報取得手段と、降坂路情報取得手段により取得された降坂路の情報に基づき、実現可能な最大出力でモータを回生制御しながら降坂路を走行したときに、予め設定された複数の判定時間におけるバッテリの充電に起因して発生する発熱量をそれぞれ予測する発熱量予測手段と、発熱量予測手段により予測された各判定時間毎の予測発熱量が、各判定時間に対応して予め設定された上限許容値を超えるか否かをそれぞれ判定する第１の発熱量判定手段と、第１の発熱量判定手段により何れかの予測発熱量が対応する上限許容値を超えると判定されたときに、超えると判定された各上限許容値に対応するバッテリの充電電流をそれぞれ算出して最小値を選出し、最小値の充電電流に基づきモータの出力を算出して目標出力として設定する目標出力設定手段と、車両が降坂路に到達して降坂路を走行するとき、第１の発熱量判定手段により何れかの予測発熱量が対応する上限許容値を超えると判定されている場合には、目標出力設定手段により設定された目標出力に基づきモータの出力を制御するモータ出力制御手段とを備えたことを特徴とする。

車両の前方に存在する降坂路の情報に基づき、実現可能な最大出力でモータを回生制御しながら降坂路を走行したときのバッテリの発熱量が複数の判定時間毎に予測される。これらの予測発熱量の何れかが対応する上限許容値を超える場合には、超えると判定された上限許容値に対応するバッテリの充電電流がそれぞれ算出され、最小値として選出された充電電流から算出した目標出力に基づきモータの出力が制御される。このため、バッテリの充電電流が発熱量に基づく制限を受けなくなり、モータの回生制御中に略一定の回生トルクが保たれ、全体として確保できる発電量を増加させることができる。

その他の態様として、目標出力設定手段が、第１の発熱量判定手段により全ての予測発熱量が対応する上限許容値を超えないと判定されたときに、各予測発熱量に対応するバッテリの充電電流をそれぞれ算出して最大値を選出し、最大値の充電電流に基づきモータの出力を算出して目標出力として設定することが好ましい。

全ての予測発熱量が対応する上限許容値を超えない場合には、各発熱量に対応する充電電流がそれぞれ算出され、最大値として選出された充電電流から算出した目標出力に基づきモータの出力が制御される。この場合、何れの制限条件でも発熱量は上限許容値を超えないと予測されるため、最大値の充電電流に基づくモータの制御により可能な限り大きな発電量を確保することができる。

また別の態様として、目標出力設定手段により、何れかの予測発熱量が対応する上限許容値を超えるとして最小値の充電電流から算出したモータ出力が目標出力として設定されたときに、最小値の充電電流が選出された上限許容値と対応する判定時間の前半で目標出力を増加側に補正し、判定時間の後半で目標出力を減少側に補正し、増加側及び減少側の補正を判定時間毎に繰り返す目標出力補正手段を備え、モータ出力制御手段が、目標出力補正手段により補正された後の目標出力に基づきモータの出力を制御することが好ましい。

判定時間の途中で降坂路での走行が終了した場合、判定時間の後半に比して前半にモータ出力が高められることにより、降坂路の終了時点でバッテリのＳＯＣを一層増加できる。よって、発熱量の制限条件に基づき電流の制限を回避した上で、より多くの発電量を確保することができる。

また別の態様として、車両が降坂路に到達した時点のバッテリの発熱量を判定する第２の発熱量判定手段を備え、目標出力補正手段が、第２の発熱量判定手段により判定されたバッテリの発熱量が予め設定された発熱量判定値を超えるときには、判定時間内において目標出力を増加側の所定値から減少側の所定値まで略一定の変化率で変化させるように補正し、第２の発熱量判定手段により判定された発熱量が発熱量判定値以下のときには、目標出力を判定時間の前半で増加側の略一定値に補正し、判定時間の後半で減少側の略一定値に補正することが好ましい。

降坂路への到達時点の発熱量が発熱量判定値を超えるときには、増加側の所定値から減少側の所定値まで略一定の変化率で変化するように目標出力が補正される。発熱量が増加し難くなるため、充電電流の制限を回避しながら発電量を増加できる。また、降坂路への到達時点の発熱量が発熱量判定値以下のときには、目標出力が判定時間の前半で増加側の略一定値に補正され、判定時間の後半で減少側の略一定値に補正される。未だ発熱量が低いため発熱量が増加しても上限許容値を超えることはなく、より多くの発電量を確保できる。

また別の態様として、降坂路情報取得手段が、降坂路の情報と共に該降坂路の直後の路面情報を取得し、降坂路情報取得手段により取得された降坂路の直後の路面情報に基づき、降坂路の直後の走行に要求されるモータ出力を予測するモータ出力予測手段を備え、目標出力補正手段が、モータ出力予測手段により予測されたモータ出力が大きいほど、目標出力の増加側及び減少側の補正量を縮小することが好ましい。

予測したモータ出力が大きいほど目標出力の補正量が縮小されるため、降坂路の走行終了の時点での発熱量が抑制される。従って、たとえ降坂路の直後に登坂路でモータを力行制御することによりバッテリの発熱量が増加した場合であっても、発熱量が上限許容値を超える事態を回避できる。このため、放電電流の制限による力行制御の中断を未然に防止でき、もって車両のドライバビリティを向上することができる。

本発明によれば、降坂路などの走行時において過剰な充電に起因するバッテリの劣化や破損を防止した上で、車両の運動エネルギまたは位置エネルギを効率よく電力に変換してバッテリを充電でき、もって車両全体のエネルギ効率を向上することができる。

実施形態の回生制御装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。 第１実施形態の車両ＥＣＵが実行するモータ回生制御ルーチンを示すフローチャートである。 第１実施形態におけるモータ回生制御の実行状況を示すタイムチャートである。 第２実施形態におけるモータ回生制御の実行状況を示すタイムチャートである。 第２実施形態における回生制御中のモータ出力の変動状況を示すタイムチャートである。 第２実施形態の別例における回生制御中のモータ出力の変動状況を示すタイムチャートである。

［第１実施形態］
以下、本発明をハイブリッド型トラックの回生制御装置に具体化した第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態の回生制御装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。
ハイブリッド型トラック１はいわゆるパラレル型ハイブリッド車両として構成されており、以下の説明では、車両と称する場合もある。車両１には走行用動力源としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）２、及び例えば永久磁石式同期電動機のように発電機としても作動可能なモータ３が搭載されている。エンジン１の出力軸にはクラッチ４が連結され、クラッチ４にはモータ３の回転軸を介して自動変速機５の入力側が連結されている。自動変速機５の出力側にはプロペラシャフト６を介して差動装置７が連結され、差動装置７には駆動軸８を介して左右の駆動輪９が連結されている。

自動変速機５は一般的な手動変速機をベースとしてクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を自動化したものであり、本実施形態では、前進６速後退１速の変速段を有している。当然ながら、変速機５の構成はこれに限るものではなく任意に変更可能であり、例えば手動式変速機として具体化してもよいし、２系統の動力伝達系を備えたいわゆるデュアルクラッチ式自動変速機として具体化してもよい。

モータ３にはインバータ１０を介してバッテリ１１が接続されている。バッテリ１１に蓄えられた直流電力はインバータ１０により交流電力に変換されてモータ３に供給され（力行制御）、モータ３が発生した駆動力は自動変速機５で変速された後に駆動輪９に伝達されて車両１を走行させる。また、例えば車両１の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪９側からの逆駆動によりモータ３が発電機として作動する（回生制御）。モータ３が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪９側に伝達されると共に、モータ３が発電した交流電力がインバータ１０で直流電力に変換されてバッテリ１１に充電される。

このようなモータ３が発生する駆動力は上記クラッチ４の断接状態に関わらず駆動輪９側に伝達され、これに対してエンジン２が発生する駆動力はクラッチ４の接続時に限って駆動輪９側に伝達される。従って、クラッチ４の切断時には、上記のようにモータ３が発生する正側または負側の駆動力が駆動輪９側に伝達されて車両１が走行する。また、クラッチ４の接続時には、エンジン２及びモータ３の駆動力が駆動輪９側に伝達されたり、或いはエンジン２の駆動力のみが駆動輪側に伝達されたりして車両１が走行する。

車両ＥＣＵ１３は車両全体を統合制御するための制御回路である。そのために車両ＥＣＵ１３には、アクセルペダル１４の操作量θaccを検出するアクセルセンサ１５、ブレーキペダル１６の踏込操作を検出するブレーキスイッチ１７、車両１の速度Ｖを検出する車速センサ１８、エンジン２の回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ１９、及びモータ３の回転速度Ｎtを検出するモータ回転速度センサ２０などの各種センサ・スイッチ類が接続されている。
また、車両ＥＣＵ１３には、図示はしないがクラッチ４を断接操作するアクチュエータ、及び自動変速機５を変速操作するアクチュエータなどが接続されると共に、エンジン制御用のエンジンＥＣＵ２２、インバータ制御用のインバータＥＣＵ２３、及びバッテリ１１を管理するバッテリＥＣＵ２４が接続されている。

車両ＥＣＵ１３は、運転者によるアクセル操作量θaccなどに基づき車両１を走行させるために必要な要求トルクを算出し、その要求トルクやバッテリ１１のＳＯＣなどに基づき車両１の走行モードを選択する。本実施形態では走行モードとして、エンジン２の駆動力のみを用いるＥ/Ｇモード、モータ３の駆動力のみを用いるＥＶモード、及びエンジン２及びモータ３の駆動力を共に用いるＨＥＶモードが設定されており、その何れかの走行モードを車両ＥＣＵ１３が選択するようになっている。

車両ＥＣＵ１３は選択した走行モードに基づき、要求トルクをエンジン２やモータ３が出力すべきトルク指令値に換算する。例えばＨＥＶモードでは要求トルクをエンジン２側及びモータ３側に配分した上で、その時点の変速段に基づきエンジン２及びモータ３のトルク指令値を算出する。また、Ｅ/Ｇモードでは要求トルクを変速段に基づきエンジン２へのトルク指令値に換算し、ＥＶモードでは要求トルクを変速段に基づきモータ３へのトルク指令値に換算する。

そして、車両ＥＣＵ１３は選択した走行モードを実行すべく、ＥＶモードでは上記クラッチ４を切断し、Ｅ/Ｇモード及びＨＥＶモードではクラッチ４を接続した上で、エンジンＥＣＵ２２及びインバータＥＣＵ２３にトルク指令値を適宜出力する。また、車両１の走行中において車両ＥＣＵ１３は、アクセル操作量θaccや車速Ｖなどに基づき図示しないシフトマップから目標変速段を算出し、この目標変速段を達成すべく、アクチュエータによりクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を実行する。

一方、エンジンＥＣＵ２２は、車両ＥＣＵ１３から入力された走行モード及びトルク指令値を達成するように噴射量制御や噴射時期制御を実行する。例えばＥ/ＧモードやＨＥＶモードでは、正側のトルク指令値に対してエンジン２に駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してエンジンブレーキを発生させる。また、ＥＶモードの場合には、燃料噴射の中止によりエンジン２を停止保持する、またはアイドル運転状態とする。

また、インバータＥＣＵ２３は、車両ＥＣＵ１３から入力された走行モード及びトルク指令値を達成するように、インバータ１０を駆動制御する。例えばＥＶモードやＨＥＶモードでは、正側のトルク指令値に対してモータ３を力行制御して正側の駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してはモータ３を回生制御して負側の駆動力を発生させる。また、Ｅ/Ｇモードの場合には、モータ３の駆動力を０に制御する。
また、バッテリＥＣＵ２４は、バッテリ１１の温度、バッテリ１１の電圧、インバータ１０とバッテリ１１との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１１のＳＯＣを算出し、このＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ１３に出力する。

ところで、上記のように降坂路での車両１の回生走行時にはモータ３により発電された電力をバッテリ１１に充電しているが、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、バッテリ１１への充電電流は熱的な制限を受ける。このため上式(1)に基づき発熱量Ｈが所定の上限許容値を超えた時点で、たとえ降坂路が連続していたとしてもモータ３の回生制御を中止或いは制限せざるを得ない。結果として、バッテリ１１を十分に充電できないという問題がある。

一方、降坂路の勾配や長さなどに応じてモータ３の回生制御によるバッテリ１１の充電状態は異なり、それに応じて発熱量Ｈの増加状況が相違する。よって、発熱量Ｈの増加状況に関わらず、常に適切にバッテリ１１の充電電流を抑制して劣化や破損を防止する必要がある。そこで、予め複数の制限条件毎に判定時間及び上限許容値を設定し、それらの制限条件に基づきそれぞれ発熱量Ｈを判定する対策が講じられている。即ち、この場合には、各制限条件の判定時間毎に上式(1)から発熱量Ｈを算出し、それらの発熱量Ｈの何れか一つでも上限許容値を超えると、充電電流Ｉを抑制してモータ３の回生制御を中止或いは制限している。

上記した問題点を鑑みて本発明者は、モータ３の回生制御中にバッテリ１１の発熱量Ｈを上限許容値に抑制し続けると、電流Ｉが発熱量Ｈに基づく制限を受けなくなることに着目した。即ち、電流Ｉが発熱量Ｈの制限を受けなくなれば、回生制御中に略一定の回生トルクを保つことができるため、全体として確保できる発電量を増加可能となる。但し、上記のよう発熱量Ｈに基づく制限条件が複数設定されている場合には、何れの制限条件の上限許容値に発熱量Ｈを抑制すべきかを見極める必要があり、以下、この点を含めた降坂路でのモータ３の回生制御を説明する。

上記のようにモータ３の回生制御中にバッテリ１１の発熱量Ｈを上限許容値に抑制するには、降坂路の走行を開始する以前に、この発熱量Ｈに関する要件を満足させることができる最適なモータ出力を導き出す必要がある。そのためには、自車の道路上の前方に存在する降坂路の情報、具体的には降坂路の勾配及び降坂路の長さに関する情報が必要となる。そこで、本実施形態の回生制御装置では、前方に存在する降坂路の情報を取得するために、図１に示すように車両ＥＣＵ１３にナビゲーション装置３１（降坂路情報取得手段）及び通信装置３２（降坂路情報取得手段）が接続されている。

ナビゲーション装置３１は自己の記憶領域に記憶されている地図データ、及びアンテナを介して受信されるＧＰＳ情報やＶＩＣＳ（登録商標）情報などに基づき、車両１の走行中に地図上の自車位置を特定する。通信装置３２は、路側に適宜設置されているデータセンタの路側通信システムとの間で路車間通信を行うと共に、周囲を走行中の他車との間で車々間通信を行う。
通信対象となる情報は多岐にわたり、例えば自車が保有しない地図情報、或いは道路情報（道路のカーブや勾配など）や交通情報（渋滞情報、事故情報、工事情報など）、或いは地域情報（観光スポットの案内など）を路側通信システムや他車から取得したり、逆にこれらの情報を他車に供給したりする。

図２は車両ＥＣＵ１３が実行するモータ回生制御ルーチンを示し、車両ＥＣＵ１３は車両１の走行中に当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
まず、ステップＳ２でナビゲーション装置３１及び通信装置３２を利用して自車の前方に存在する降坂路の情報を取得する（降坂路情報取得手段）。続くステップＳ４ではモータ３を回生制御できる降坂路が存在する場合に、その降坂路で回収し得る最大エネルギＥmaxを算出する。最大エネルギＥmaxは、例えば降坂路の勾配、降坂路の長さ、車両１の重量、車両１が受ける走行抵抗、モータ３の最大出力、バッテリ１１の容量、現在のバッテリ１１のＳＯＣなどの影響を受けるため、これらの各要件に基づき算出される。

続くステップＳ６では、次式(2)に従って上記各要件を前提として回生制御によりモータ３が出力可能な最大出力Ｐmaxを算出する。
Ｐmax＝Ｅmax/Ｔ……(2)
ここに、Ｔは回生制御の継続時間（降坂路の走行時間）であり、降坂路の長さ及び降坂路での車両１の平均車速から算出される。

さらにステップＳ８で、次式(3)に従って降坂路を走行中において最大出力Ｐmaxを達成するために必要なモータ３の平均電流Ｉavを算出する。
Ｉav＝Ｐmax/Ｖav×η……(3)
ここに、Ｖavはバッテリ１１の平均電圧、ηはモータ３の効率である。

その後ステップＳ１０で、次式(4)に従って発熱量Ｈ(n)（n＝1〜3）をそれぞれ算出する（発熱量予測手段）。
Ｈ(n)＝Ｉav²×Ｔlim(n)……(4)
ここに、Ｔlim(n)（n＝1〜3）は判定時間であり、バッテリ１１の発熱量Ｈを抑制するための３種の制限条件として、予め上限許容値Ｈlmi(n)（n＝1〜3）と共に設定されている。

本実施形態では、判定時間Ｔlim(n)としてＴ1，Ｔ2，Ｔ3が定められ、それらの判定時間Ｔlim(n)内にバッテリ１１に発生する発熱量Ｈの上限として上限許容値Ｈlmi(n)が定められている。モータ３の回生制御中において発熱量Ｈは、例えば１sec毎の移動平均により各判定時間Ｔlim(n)内の積算値として逐次算出され、何れかの制限条件に基づく発熱量Ｈが対応する上限許容値Ｈlmi(n)を超える場合には、バッテリ１１への充電電流Ｉの制限により発熱量Ｈの抑制が図られる。
上記ステップＳ１０では、このような判定時間Ｔlim(n)及び平均電流Ｉavに基づき、各判定時間Ｔlim(n)内での発熱量Ｈの予測値として発熱量Ｈ(n)（予測発熱量）が算出される。

続くステップＳ１２では、以上のようにして算出した各発熱量Ｈ(n)を上限許容値Ｈlmi(n)（n＝1〜3）と比較する（第１の発熱量判定手段）。ステップＳ１２で、全ての発熱量Ｈ(n)が対応する上限許容値Ｈlmi(n)を超えないと判定したときには、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では各発熱量Ｈ(n)及び対応する判定時間Ｔlim(n)に基づき、次式(5)に従って各発熱量Ｈ(n)に対応する電流Ｉoptをそれぞれ算出し、続くステップＳ１６で算出した電流Ｉoptの中から最大値を選出する。

さらにステップＳ１８で、次式(6)に従って最大値の電流Ｉopt及びバッテリ１１の平均電圧Ｖavに基づきモータ出力を算出し、このモータ出力を目標出力Ｐdemとして設定する（目標出力設定手段）。
Ｐdem＝Ｉopt×Ｖav/η……(6)
電流Ｉoptは、モータ３の回生制御中に３種の制限条件の下で発熱量Ｈ(n)が発生したときの最大のバッテリ１１の充電電流Ｉとして選出され、その電流Ｉoptにより達成されるモータ出力として目標出力Ｐdemが算出される。即ち、何れの制限条件でもモータ３の回生制御中の発熱量Ｈ(n)は上限許容値Ｈlmi(n)を超えないと予測されるため、可能な限り大きな発電量を確保すべく、各発熱量Ｈ(n)相当の電流Ｉoptから最大値を選出して目標出力Ｐdemとして設定しているのである。

一方、上記ステップＳ１２で、何れかの発熱量Ｈ(n)が対応する上限許容値Ｈlmi(n)を超えるときには、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０では、発熱量Ｈ(n)が上限許容値Ｈlmi(n)を超えている制限条件を選出し、それらの制限条件に適用されている上限許容値Ｈlmi(n)及び対応する判定時間Ｔlim(n)に基づき、下式(7)に従って電流Ｉoptをそれぞれ算出する。
続くステップＳ２２では算出した電流Ｉoptの中から最小値を選出し、その後にステップＳ１８に移行して、最小値の電流Ｉopt及び平均電圧Ｖavからモータ出力を算出して目標出力Ｐdemとして設定する（目標出力設定手段）。

ステップＳ２０，２２の処理では、例えば全ての制限条件で発熱量Ｈ(n)が上限許容値Ｈlmi(n)を超えるときには、各制限条件で算出された電流Ｉoptの中から最も小さい値が選出される。また、１つの制限条件のみで発熱量Ｈ(n)が上限許容値Ｈlmi(n)を超えるときには、その制限条件の電流Ｉoptが選出される。
電流Ｉoptは、モータ３の回生制御中に発熱量Ｈ(n)が上限許容値Ｈlmi(n)を超えると判定された制限条件の中で、発熱量Ｈを上限許容値Ｈlmi(n)に抑制し得る最小のバッテリ１１の充電電流Ｉとして選出される。また、選出された最小値の電流Ｉoptにより達成されるモータ出力として、目標出力Ｐdemが算出される。

即ち、発熱量Ｈ(n)が上限許容値Ｈlmi(n)を超えない制限条件に関しては、発熱量Ｈを抑制する必要はない。しかし、発熱量Ｈ(n)が上限許容値Ｈlmi(n)を超える制限条件に関しては、少なくとも発熱量Ｈを上限許容値Ｈlmi(n)に抑制するために上限許容値Ｈlmi(n)相当値まで電流Ｉoptを制限する必要がある。また、このような発熱量Ｈの抑制を要する制限条件が複数ある場合には、発熱量Ｈの抑制のためにより電流Ｉoptの制限を要する側（電流Ｉoptが小の側）の制限条件を満足する必要があるため、最小値の電流Ｉoptを選出しているのである。

以上のようにして目標出力Ｐdemを設定した後に、車両ＥＣＵ１３はステップＳ１８からステップＳ２２に移行して車両１が降坂路に到達したか否かを判定する。ステップＳ２２の判定がＹesになると、ステップＳ２４で目標出力Ｐdemに基づきモータ３を回生制御する（モータ出力制御手段）。続くステップＳ２６では降坂路が終了したか否かを判定し、Ｎoの判定を下している間はステップＳ２４の処理を繰り返す。降坂路の終了によりステップＳ２６の判定がＹesになると、ルーチンを終了する。

次に、以上の車両ＥＣＵ１３による降坂路でのモータ３の回生制御の実行状況を図３のタイムチャートに基づき説明する。同図では、本実施形態による制御を太い実線で示し、特許文献１による制御を破線で示している。
車両１が降坂路に到達すると、適正な車速Ｖの維持のために細い実線で示すように負側の要求トルクが設定され、その一部がモータ３による回生トルクとして配分され、不足分が車両１に装備されている制動装置により補われる。車両１の制動装置としては、エンジン２の圧縮開放ブレーキ、排気ブレーキ、或いはリターダなどがある。このときクラッチ４の断接状態は何れであってもよく、クラッチ４を切断している場合にはエンジン２をアイドル運転させ、クラッチ４を接続している場合にはエンジン２を燃料カットして駆動輪９側からの逆駆動によりモータリング運転させる。

まず、特許文献１によるモータ３の回生制御状況を説明すると、破線で示すように、回生制御の開始当初はモータ３が最大出力で制御されることにより大きな回生トルクが得られ、それに応じてＳＯＣも比較的に急激に増加する。しかし、上式(1)から算出された発熱量Ｈが上限許容値に接近すると、バッテリ１１への充電電流Ｉを制限するためにハッチングで示すようにモータ３の回生トルクが次第に低下し、それに伴ってＳＯＣの増加が緩慢となる。このため、降坂路の走行終了の時点でもＳＯＣはそれほど増加していないことが判る。

太い実線で示す本実施形態は、ステップＳ１２で何れかの発熱量Ｈ(n)（少なくとも発熱量Ｈ(2)）が上限許容値Ｈlmi(n)を超えると判定された場合を示す。この場合には、ステップＳ２０，２２で最小値として上限許容値Ｈlmi(2)相当の電流Ｉoptが選出され、その電流Ｉoptから求められた目標出力Ｐdemに基づきモータ出力が制御される。従って、モータ３の回生制御中の発熱量Ｈ(2)は上限許容値Ｈlmt(2)近傍まで増加し、その後に飽和して上限許容値Ｈlmt(2)近傍に保たれ続ける。

このとき、他の発熱量Ｈ(1)，Ｈ(3)は上限許容値Ｈlmt(1)，Ｈlmt(3)よりも十分に低いため、これ以上電流Ｉを抑制する必要はない。逆にこれ以上電流Ｉを増加させると、発熱量Ｈ(2)が上限許容値Ｈlmt(2)を超えることから、発熱量Ｈの制限条件に基づき強制的に電流Ｉが制限されてしまう。よって、このときの電流Ｉは、発熱量Ｈの制限条件に基づく制限を受けることがない最大値に保たれることになる。

そして、特許文献１の場合と比較すると、本実施形態の場合には回生制御の開始当初は回生トルクが若干低下するものの、バッテリ１１の充電電流Ｉが発熱量Ｈの制限条件に基づく制限を受けなくなる。結果としてモータ３の回生制御中に略一定の回生トルクが保たれ、全体として確保できる発電量が増加することにより降坂路の終了時点でバッテリ１１のＳＯＣがより高い値まで増加する。また、充電電流Ｉの制限に起因するトルクショックを防止できるため、車両１のドライバビリティが向上する。

一方、ステップＳ１２で全ての発熱量Ｈ(n)が上限許容値Ｈlmi(n)を超えない場合には、ステップＳ１４、１６で各発熱量Ｈ(n)相当の電流Ｉoptから最大値を選出してモータ出力が制御される。制御状況は図示していないが、この場合には発熱量Ｈの制限条件に基づき電流Ｉは制限されないため、最大値の電流Ｉoptに基づきモータ出力を制御しても何ら問題ない。結果として、この場合でも降坂路の走行中に可能な限り大きな発電量が確保される。
よって、本実施形態のハイブリッド型トラック１の回生制御装置によれば、降坂路などの走行時において過剰な充電に起因するバッテリ１１の劣化や破損を防止した上で、車両１の運動エネルギまたは位置エネルギを効率よく電力に変換してバッテリ１１を充電でき、もって車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。

ところで、この第１実施形態では、モータ３の回生制御中に上限許容値Ｈlmi(n)相当或いは発熱量Ｈ(n)相当の電流Ｉoptを保つことにより、発熱量Ｈの制限条件に基づく電流Ｉの制限を回避したが、このように略一定の電流Ｉを維持する必要は必ずしもない。上記のように移動平均により各判定時間Ｔlim(n)内の積算値として発熱量Ｈを逐次算出しているため、これらの積算値が上限許容値Ｈlmi(n)を超えなければ、回生制御中に電流Ｉひいてはモータ出力を変動させた場合であっても、上記制限条件に基づく電流Ｉの強制的な制限を回避できる。

一方で、降坂路の走行が各判定時間Ｔlim(n)の経過と一致するタイミングで終了することは希であり、ほとんどの場合には各判定時間Ｔlim(n)の途中で降坂路の走行が終了する。例えば判定時間Ｔlim(n)＝Ｔ1の場合、降坂路での走行開始（判定時間Ｔlim(n)のカウント開始）からＴ1、Ｔ1×２、Ｔ1×３が経過したそれぞれの時点と一致するタイミングで走行が終了することは希である。ほとんどの場合には、０〜Ｔ1の期間中、Ｔ1〜Ｔ1×２の期間中、Ｔ1×２〜Ｔ1×３の期間中の何れかのタイミングで降坂路の走行が終了する。
以上の点を鑑みると、判定時間Ｔlim(n)の後半に比して判定時間Ｔlim(n)の前半でモータ出力を高めに制御すれば、判定時間Ｔlim(n)の途中で降坂路での走行が終了（モータ３の回生制御が終了）した場合に、より多くの発電量を確保できることが判る。以上の知見の下に、モータ３の回生制御中にモータ出力を変動させた別例を第２実施形態として説明する。

［第２実施形態］
上記のように本実施形態の特徴は回生制御中にモータ出力を変動させることにあり、図１に基づき説明した基本的な構成、図２に基づき説明した車両ＥＣＵ１３の処理に関しては第１実施形態と相違ない。そこで、共通する構成の箇所の説明は省略し、相違点を重点的に述べる。
図４は車両ＥＣＵ１３による降坂路でのモータ３の回生制御の実行状況を示すタイムチャート、図５は回生制御中のモータ出力の変動状況を示すタイムチャートである。なお、図５はモータ出力を発電量として表すため、図４の回生トルクとは上下逆の関係になっているが、両者は同一特性を表している。

図５中に一点鎖線で示すように、第１実施形態では、図２のステップＳ１８で設定された目標出力Ｐdemを達成するようにモータ出力が略一定に制御される、これに対して本実施形態では、太い実線で示すように判定時間Ｔlim(n)の前半で目標出力を増加側に補正し、判定時間Ｔlim(n)の後半で目標出力Ｐdemを減少側に補正し（目標出力補正手段）、補正後の目標出力Ｐdemに基づきモータ出力を制御している（モータ出力制御手段）。
詳しくは、この例では図５のポイントａで降坂路の走行が開始されると、判定時間Ｔlim(n)が経過する間に目標出力Ｐdemが増加側の所定値から減少側の所定値まで略一定の変化率で変化するように、目標出力Ｐdemを補正している。判定時間Ｔlim(n)の経過後も降坂路が連続する場合には、再び判定時間Ｔlim(n)のカウントを開始して同様の補正を繰り返す。

判定時間Ｔlim(n)としては、最小値の電流Ｉoptが選出された制限条件の判定時間Ｔlim(n)を適用し、その判定時間Ｔlim(n)を１周期として上記のように目標出力Ｐdemの補正を行えばよい。
増加側及び減少側の２つの所定値は、補正前の目標出力Ｐdemを中心として同一偏差を有するように設定されている。このため、補正後の目標出力Ｐdemに基づきモータ出力が制御されることにより、最初の判定時間Ｔlim(n)が経過した時点では第１実施形態とほぼ同一の発電量が得られる。この点は、２回目或いは３回目の判定時間Ｔlim(n)が経過した時点でも同様である。

しかし、図５のポイントｂ，ｃで示すように、ほとんどの場合には判定時間Ｔlim(n)の途中で降坂路での走行が終了する。これらの場合には、判定時間Ｔlim(n)の後半に比して前半にモータ出力が高められることにより、図４に示すように、降坂路の終了時点で第１実施形態に比較してバッテリ１１のＳＯＣを一層増加させることができる。この点は、図５中のハッチングの面積を比較しても明らかであり、減少側よりも増加側のハッチングの面積が大であることから、発電量が増加していることが推測できる。
従って、この第２実施形態のハイブリッド型トラックの回生制御装置によれば、発熱量Ｈの制限条件に基づく電流Ｉの制限を回避した上で、より多くの発電量を確保することができる。

なお、目標出力Ｐdemの補正処理は上記第２実施形態に限ることはなく、例えば図６に示すように実施してもよい。この別例では、目標出力を判定時間Ｔlim(n)の前半で増加側の略一定値に補正し、判定時間Ｔlim(n)の後半で減少側の略一定値に補正している（目標出力補正手段）。このような場合でも、第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図５の制御例と図６の制御例とを比較すると、図６の場合には判定時間Ｔlim(n)の前半で高いモータ出力を維持することから、判定時間Ｔlim(n)の途中で降坂路が終了した場合には、図５よりも多くの発電量を確保できる。
しかし、発電量を確保し易いことは、反面では電流Ｉに基づく発熱量Ｈが増加し易いことを意味する。このため、車両１が降坂路に到達した時点で既にある程度まで発熱量Ｈが増加している場合、図６の制御例を開始すると、肝心の降坂路での走行中に発熱量Ｈが上限許容値を超えて電流Ｉが制限され、かえって発電量が減少する可能性がある。また、図６の制御例では、判定時間Ｔlim(n)の開始・終了時点のみならず、判定時間Ｔlim(n)の中間時点でもモータ出力がステップ的に変動するため、トルクショックの問題が発生し易い。

このような利害得失を鑑みると、車両１が降坂路に到達した時点のバッテリ１１の発熱量Ｈを判定し（第２の発熱量判定手段）、判定した発熱量Ｈに基づき双方の制御例を切り換えるようにしてもよい。例えば、降坂路の到達した時点の発熱量Ｈが予め設定された発熱量判定値を超えるときには、図５の制御例を実行する（目標出力補正手段）。この制御例によれば、図６の制御例に比べると降坂路の走行中に発熱量Ｈが増加し難いため、電流Ｉの制限を回避しながら発電量を増加させることができる。

また、降坂路の到達した時点の発熱量Ｈが発熱量判定値以下のときには、図６の制御例を実行する（目標出力補正手段）。未だ発熱量Ｈが低いため、図６の制御例の実行により発熱量Ｈが増加しても降坂路の走行中に上限許容値を超えることはない。そして、電流Ｉの制限を回避しながら図５の制御よりも多くの発電量を確保することができる。

一方、例えば降坂路の走行を終了した直後に登坂路に移行した場合、モータ３は回生制御から直ちに力行制御に切り換えられ、放電電流Ｉの増加に伴ってバッテリ１１の発熱量Ｈが急増する。よって、このような状況が予測されるときには、降坂路の走行を終了した時点でバッテリ１１の発熱量Ｈをある程度抑制しておくことが望ましい。図５，６の何れの制御例でも、目標出力Ｐdemを中心とした増加側及び減少側の補正量Ａを縮小するほど発電量の点では不利になる（モータ出力を略一定とした第１実施形態の発電量に近づく）が、降坂路の走行終了の時点での発熱量Ｈを抑制できる。

そこで、車両１が降坂路に到達する以前に、自車の前方の降坂路の情報と共に降坂路の直後の路面情報も取得し（降坂路情報取得手段）、その路面情報に基づき、降坂路の直後の走行に要求されるモータ出力を予測しておく（モータ出力予測手段）。そして、第２実施形態で述べたように目標出力Ｐdemを増加側及び減少側に補正する際には、予測したモータ出力が大きいほど補正量Ａを縮小する（目標出力補正手段）。
これにより降坂路を走行中に生じるバッテリ１１の発熱量Ｈ、ひいては降坂路の走行終了の時点での発熱量Ｈが抑制される。よって、たとえ降坂路の直後に登坂路でモータ３を力行制御することによりバッテリ１１の発熱量Ｈが増加した場合であっても、発熱量Ｈが上限許容値を超える事態を回避できる。このため、放電電流Ｉの制限による力行制御の中断を未然に防止でき、もって車両１のドライバビリティを向上することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、エンジン２に加えて走行用動力源としてモータ３を搭載したハイブリッド型トラック１に具体化したが、モータ３のみを搭載した電気自動車に具体化してもよいし、バスや乗用車に具体化してもよい。
また上記各実施形態では、ステップＳ２０，２２において各上限許容値Ｈlmi(n)相当の電流Ｉoptから最小値を選出して目標出力Ｐdemを設定することにより、発熱量Ｈ(n)を上限許容値Ｈlmi(n)近傍に保った（図４のＨ(2)とＨlmi(2)の関係）。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば発熱量Ｈ(n)を上限許容値Ｈlmi(n)よりも若干低い値に抑制してもよく、このような場合も本発明に含まれるものとする。

２ エンジン
３ モータ
９ 駆動輪
１１ バッテリ
１３ 車両ＥＣＵ（降坂路情報取得手段、発熱量予測手段、第１の発熱量判定手段、
第２の発熱量判定手段、目標出力設定手段、目標出力補正手段、モータ出力予測手段）
２３ インバータＥＣＵ（モータ出力制御手段）
３１ ナビゲーション装置（降坂路情報取得手段）
３２ 通信装置（降坂路情報取得手段）

以上のようにして目標出力Ｐdemを設定した後に、車両ＥＣＵ１３はステップＳ１８からステップＳ２３に移行して車両１が降坂路に到達したか否かを判定する。ステップＳ２３の判定がＹesになると、ステップＳ２４で目標出力Ｐdemに基づきモータ３を回生制御する（モータ出力制御手段）。続くステップＳ２６では降坂路が終了したか否かを判定し、Ｎoの判定を下している間はステップＳ２４の処理を繰り返す。降坂路の終了によりステップＳ２６の判定がＹesになると、ルーチンを終了する。

Claims (5)

1. 走行用動力源として装備されたモータの駆動力を駆動輪に伝達して走行すると共に、降坂路の走行中には上記駆動輪側からの逆駆動によりモータを回生制御して回生電力をバッテリに充電する電気自動車において、
   車両の前方に存在する降坂路の情報を取得する降坂路情報取得手段と、
   上記降坂路情報取得手段により取得された降坂路の情報に基づき、実現可能な最大出力で上記モータを回生制御しながら上記降坂路を走行したときに、予め設定された複数の判定時間における上記バッテリの充電に起因して発生する発熱量をそれぞれ予測する発熱量予測手段と、
   上記発熱量予測手段により予測された各判定時間毎の予測発熱量が、各判定時間に対応して予め設定された上限許容値を超えるか否かをそれぞれ判定する第１の発熱量判定手段と、
   上記第１の発熱量判定手段により上記何れかの予測発熱量が対応する上限許容値を超えると判定されたときに、該超えると判定された各上限許容値に対応する上記バッテリの充電電流をそれぞれ算出して最小値を選出し、該最小値の充電電流に基づき上記モータの出力を算出して目標出力として設定する目標出力設定手段と、
   上記車両が上記降坂路に到達して該降坂路を走行するとき、上記第１の発熱量判定手段により上記何れかの予測発熱量が対応する上限許容値を超えると判定されている場合には、上記目標出力設定手段により設定された目標出力に基づき上記モータの出力を制御するモータ出力制御手段と
   を備えたことを特徴とする電気自動車の回生制御装置。
2. 上記目標出力設定手段は、上記第１の発熱量判定手段により上記全ての予測発熱量が対応する上限許容値を超えないと判定されたときに、各予測発熱量に対応する上記バッテリの充電電流をそれぞれ算出して最大値を選出し、該最大値の充電電流に基づき上記モータの出力を算出して目標出力として設定することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の回生制御装置。
3. 上記目標出力設定手段により、上記何れかの予測発熱量が対応する上限許容値を超えるとして最小値の充電電流から算出したモータ出力が目標出力として設定されたときに、該最小値の充電電流が選出された上限許容値と対応する判定時間の前半で上記目標出力を増加側に補正し、該判定時間の後半で上記目標出力を減少側に補正し、該増加側及び減少側の補正を判定時間毎に繰り返す目標出力補正手段を備え、
   上記モータ出力制御手段は、上記目標出力補正手段により補正された後の目標出力に基づき上記モータの出力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車の回生制御装置。
4. 上記車両が降坂路に到達した時点の上記バッテリの発熱量を判定する第２の発熱量判定手段を備え、
   上記目標出力補正手段は、上記第２の発熱量判定手段により判定された上記バッテリの発熱量が予め設定された発熱量判定値を超えるときには、上記判定時間内において上記目標出力を増加側の所定値から減少側の所定値まで略一定の変化率で変化させるように補正し、上記第２の発熱量判定手段により判定された発熱量が上記発熱量判定値以下のときには、上記目標出力を上記判定時間の前半で増加側の略一定値に補正し、該判定時間の後半で減少側の略一定値に補正することを特徴とする請求項３に記載の電気自動車の回生制御装置。
5. 上記降坂路情報取得手段は、上記降坂路の情報と共に該降坂路の直後の路面情報を取得し、
   上記降坂路情報取得手段により取得された降坂路の直後の路面情報に基づき、該降坂路の直後の走行に要求されるモータ出力を予測するモータ出力予測手段を備え、
   上記目標出力補正手段は、上記モータ出力予測手段により予測されたモータ出力が大きいほど、上記目標出力の増加側及び減少側の補正量を縮小することを特徴とする請求項３または４に記載の電気自動車の回生制御装置。

Images