JP2002095105A

JP2002095105A - 電気自動車の回生制動制御方法および制御装置

Info

Publication number: JP2002095105A
Application number: JP2001220896A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Muto; 信義武藤; Satoru Kaneko; 金子　　悟; Ryozo Masaki; 良三正木; Tsutomu Omae; 力大前
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2002-03-29

Abstract

(57)【要約】【課題】バッテリがエネルギを回収し充満したら電動機
内部の放熱で消費し、消費したらまた回生エネルギをバ
ッテリに回収し、この消費と回収とを切替制御し、所定
の制動力を確保する電気自動車の回生制動制御方法およ
び制御装置を提供する。【解決手段】バッテリ１０が回生エネルギを回収できな
い過充電状態であると、平滑コンデンサ２０の端子電圧
から電圧レベル判定器176が判定した場合、回生／還流
モード選択器120は、エネルギを消費する還流モードに
切り替える。そして、トルク電流絞り込み信号発生器13
6によって、励磁電流成分のみが一次巻線に流れ電動機
５０に駆動トルクを発生させない制御が実行され、電動
機内部などの熱損失となってバッテリ１０のエネルギが
消費される。そして、過充電状態が回避され回収能力が
回復すれば、回生／還流モード選択器120は、回生制動
力が得られる回生モードに切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気自動車の回生制
動制御に係り、特に交流電動機を搭載した電気自動車の
回生制動制御方法および当該方法を用いた制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気自動車の回生制動方法として
は、特開平1−126103号公報に開示されたものがある。
これによれば、制動時において機械的制動より走行用電
動機による回生制動を優先的に掛け、当該回生制動を確
実に働かせ、回生エネルギを有効にバッテリに回収させ
る方法が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、バッテリの状態によっては、バッテリに回生エネ
ルギを回収させることが出来ないので、回生制動力が不
足し、常に一定の制動力が得られなくなる場合がある。

【０００４】例えば、バッテリが過充電の場合このよう
な状態が出現する。この時、バッテリはエネルギを回収
する能力がない状態なので、バッテリに回生エネルギを
回収させようとしてもこれを受け入れてくれない。従っ
て、回生制動時、運悪く過充電状態であれば、所定の回
生制動力が得られない場合が生じることになる。従来技
術は、この点に関し配慮されたものではなかった。

【０００５】本発明の目的は、バッテリの状態によらず
常に所定の回生制動力を確保する電気自動車の回生制動
制御方法および制御装置を提供することにある。

【０００６】また、他の目的は、抵抗器を付加しないで
余剰の回生エネルギを消費することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、バッテリ
と、走行駆動用の電動機と、電動機にバッテリの電力を
変換し供給する電力変換器と、パルス幅変調方式により
電力変換器を制御する走行制御装置とを備え、電動機か
らの回生エネルギをバッテリに蓄電しつつ電動機に制動
力を与える電気自動車の回生制動制御方法において、走
行制御装置により、前記電動機から前記バッテリへの前
記回生エネルギを前記電動機及び前記電力変換器の熱損
として消費するように前記電力変換器の制御を行う消費
モードと、前記回生エネルギを前記バッテリに蓄電する
ように前記電力変換器の制御を行う回生モードと、を前
記バッテリのエネルギ回収能力により切り替え制御を行
うことにより達成される。

【０００８】また、上記目的を達成する電気自動車の制
御装置は、電動機からの回生エネルギをバッテリに蓄電
しつつ電動機に制動力を与える手段を備えるものであっ
て、バッテリのエネルギ回収能力状態を検出する回収能
力検出手段と、回収能力検出手段からのエネルギ回収能
力情報に応じて、前記電動機から前記バッテリへの前記
回生エネルギを前記電動機及び前記電力変換器の熱損と
して消費するように前記電力変換器の制御を行う消費モ
ードと、前記回生エネルギを前記バッテリに蓄電するよ
うに前記電力変換器の制御を行う回生モードと、を前記
バッテリのエネルギ回収能力により切り替え制御するモ
ード切替制御手段とを設けたものである。

【０００９】バッテリの状態を検出し、当該バッテリの
状態に基づいて、電動機による回生エネルギをバッテリ
に回収させる回生モードと、バッテリのエネルギを電動
機やインバータで消費する消費モードとを切替制御し、
バッテリの状態によらず常に所定の回生制動力を確保す
るものである。

【００１０】具体的に説明すれば、バッテリ電圧または
バッテリ充電電流を検出し、バッテリが過充電状態であ
るか、即ち、バッテリにエネルギ回収能力がない状態か
を判定する。また、当該電圧または電流からエネルギ回
収能力があると判定されても、バッテリ温度が許容限界
を越えている場合は、回収能力はないと判定する。

【００１１】回収能力がないと判定した場合は、モード
選択器により消費モードに切り替え、バッテリのエネル
ギを消費する。言うなれば、バッテリに受皿を作るもの
である。過充電状態が回避されるだけのエネルギが消費
されれば、過充電状態を脱することができるのでバッテ
リのエネルギ回収能力が回復する。回復したら回生モー
ドに切り替え、バッテリに回生エネルギを回収する。こ
のように、回生モードと消費モードとを切り替え、回生
制動力を確保するものである。

【００１２】消費モードの一実施例である還流モード
は、トルク電流絞り込み手段によって、電動機に駆動ト
ルクが発生しないように、ベクトル制御電流の励磁電流
成分のみを電動機の一次巻線に流しバッテリのエネルギ
を消費する。即ち、バッテリのエネルギを駆動トルクを
発生させることに利用せず、電動機やインバータの抵抗
で熱損失するものである。

【００１３】一方、消費モードの他の実施例である直流
制動モードは、バッテリのエネルギを消費しながら、一
部制動力も得ることができるものである。このモード
は、電動機の一次巻線に直流電流を流しバッテリのエネ
ルギを消費する。この一次巻線の直流励磁によって固定
された磁界を作り、回転子がこの磁界を切って起電力を
誘起し、回転電機子形発電機とし制動力を得るものであ
る。しかし、当該モードのみで必要な制動力は得られ
ず、前述の還流モードと同様、バッテリのエネルギを専
ら消費することが主たる役目である。

【００１４】以上のように、バッテリの状態に応じて、
バッテリのエネルギを意図して消費し、バッテリのエネ
ルギ回収能力を常に蘇生しながら制動制御を行うので、
効率良く回生制動力を得ることができる。特に、バッテ
リが過充電状態にある場合に効果的な方法である。ま
た、余剰の回生エネルギをバッテリに回収することがで
きるので、従来のようにワット数の大きな抵抗器やスイ
ッチング素子を設ける必要がなくなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は、本発明による一実施例の回生制動制御の制
御ブロック図である。還流モードと言う消費モードを付
加して回生制動制御を行うものである。

【００１６】バッテリ１０の電力は、平滑コンデンサ２
０とインバータ４０を介し、電動機５０のＵ相、Ｖ相、
Ｗ相の１次巻線に供給される。１次巻線に電流センサ３
１、３２、３３がある。電動機５０のトルクは、エンコ
ーダ６０やデファレンシャルギア８０を経て、車輪９０
と９１に伝達される。電動機５０の速度やトルクは、速
度検出器６１、アクセルからの加速指令τAやブレーキ
指令τBに基づいて制御されている。

【００１７】次に動作について説明する。

【００１８】先ず、アクセルペダルが踏み込まれると、
踏込量に応じた加速指令τAがフィルタ110に入力され、
トルク制御系のトルク指令τ*が得られる。そして、ト
ルク指令τ*の時間的変化が正である加速モードの場合
（ｄτ*／ｄｔ≧０の場合）、加速信号が、加速／ブレ
ーキモード判定器115から回生／還流モード選択器120に
出力される。この場合、加速モードであるので、回生制
動は行われない。

【００１９】そしてまた、バッテリ１０の電力がインバ
ータ４０を介して電動機５０に流れ込んでいるため、電
圧レベル判定器176で判定されるバッテリ電圧は、所定
値以下になっている。この結果、絞り込み停止指令が、
回生／還流モード選択器120からトルク電流絞り込み信
号発生器136に出力され、リミッタ137のリッミタ値は、
所定値にホールドされる。

【００２０】尚、バッテリ状態を判定するバッテリ電圧
は、バッテリ１０に並列に接続された平滑コンデンサ２
０の端子電圧で検出する。これは、電圧変動による誤判
定を防止するためである。また、通常の電気自動車は複
数個のバッテリを保有しているので、それらに対し個々
にバッテリ状態を検出しても可である。

【００２１】次に、トルク指令τ*の時間的変化が負の
場合（ｄτ*／ｄｔ＜０の場合）、ブレーキ信号が、加
速／ブレーキモード判定器115から出力される。ブレー
キ信号が出力され、且つ、電圧レベル判定器176で判定
される平滑コンデンサ２０の端子電圧、即ちバッテリ電
圧が所定値以下の場合は、バッテリ１０のエネルギ回収
能力が所定値より大きい時であると判定される。そし
て、回生／還流モード選択器120によって回生モードが
選択され、回生制動が行われる。

【００２２】当該回生モードの場合は、絞り込み停止指
令が、回生／還流モード選択器120からトルク電流絞り
込み信号発生器136に出力され、リミッタ137のリッミタ
値は、所定値にホールドされる。

【００２３】そして、電動機５０に発生するトルクτM
が、トルク指令τ*に追従するように制御される。ここ
で、トルクτMは、電動機５０の一次電流ｉu、ｉv、ｉw
からインバータ角周波数ω1の積分∫ω1ｄｔを積分器17
0で実行し、瞬時位相θ1を使って、トルク分電流Ｉq、
励磁分電流Ｉdを得て、下記（１）〜（６）式から計算
される値である。

【００２４】 τM＝Ｋｔ・φ2・Ｉq （１） φ2＝ｌm・Ｉd／（１＋Ｔ2・ｓ）（２）但し、Ｋｔ＝ｍ・ｐ・ｌm／（ｌm＋ｌ2）（３）Ｔ2＝（ｌm＋ｌ2）／ｒ2 （４）Ｋｔ：比例係数、 φ2：二次磁束、Ｔ2：二次時定数、
ｓ：ラプラス演算子、ｒ2：二次抵抗ｍ：相数、ｐ：極数、ｌm：励磁インダクタンスｌ2：二次漏れインダクタンスＩq＝√2/3・（ｉu・cosθ1＋ｉv・cos（θ1−2π/3）＋ｉw・cos（θ1＋2π/3））（５）Ｉd＝√2/3・（ｉu・sinθ1＋ｉv・sin（θ1−2π/3）＋ｉw・sin（θ1＋2π/3））（６）減算器111にて、トルク演算器130によって得られたトル
クτMとトルク指令τ*との差が取られ、両者が一致する
ようにトルク制御が行われ、トルク制御器135によって
トルク分電流指令Ｉq*が決定される。当該指令Ｉq*はリ
ッミタ137を介して交流電流指令発生器145に入力され
る。前述したようにリッミタ137のリッミタ値はトルク
分電流絞り込み信号発生器136によって制御されてい
る。

【００２５】一方、加速／ブレーキ判定器115からブレ
ーキ信号が出力されても、電圧レベル判定器176で判定
されるバッテリ電圧が所定値を越えている場合は、バッ
テリ１０のエネルギ回収能力が所定値より小さい時であ
ると判定される。この時、バッテリが過充電状態にある
ので、回生制動を行わせることは出来ない。

【００２６】従って、この場合、還流モードに切り替え
る。即ち、回生／還流モード選択器120から絞り込み信
号が出力され、この絞り込み信号によってリミッタ137
の値は絞り込まれ、トルク制御器135の動作は停止す
る。この結果、Ｉq*＝０となるため、交流電流指令発生
器145から得られる交流電流指令信号の振幅値Ｉ1*は、
（７）式より磁束制御器140から出力された励磁分電流
指令Ｉd*によってのみ制御される。

【００２７】（Ｉ1*）²＝（Ｉd*）²＋（Ｉq*）² （７）この操作によって、トルク分電流Ｉqは、零または実質
的に零に相当する微小電流値以下となる。従って、バッ
テリ１０から、励磁分電流Ｉdのみが、一次巻線に流れ
る。この時、電動機に発生するトルクτMは、（８）式
でも表せるので、電動機に駆動トルクは、発生しない。

【００２８】 τM ∝ Ｉd・Ｉq （８）そして、バッテリ１０のエネルギが消費されるので、バ
ッテリ１０の電圧は低下する。

【００２９】そして再び、電圧レベル判定器176が所定
値以下と判定すると、回生／還流モード選択器120は回
生モードを選択する。そして、絞り込み停止指令が出力
され、トルク分電流絞り込み発生器136によってリッミ
タ137のリミッタ絞り込み動作が停止され、トルク制御
器135によるトルク制御が行われる。

【００３０】この場合、トルク指令τ*と発生トルクτM
の偏差は負になるため、すべり周波数演算器150から得
られるすべり角周波数ωsも負になり、回生制動力が得
られる。（９）式で示されるインバータの１次角周波数
ω1の値は、（10）式に示すような負のすべり角周波数
ωsが加えられるため減少し、交流電動機５０の回転速
度が下がる。

【００３１】 ω1＝ωM＋ωs （９） ωs＝（１／Ｔ2）・（Ｉq*／Ｉd*）（10） ωM：回転角速度、Ｔ2：二次時定数この回生モードによって、再び、バッテリ１０が回生エ
ネルギを回収すれば、バッテリ１０の電圧が上昇し、電
圧レベル判定器176によって過充電状態が検出される。
この結果、回生／還流モード選択器120によって再び還
流モードが選択される。そして、トルク分電流絞り込み
信号発生器136によってリミッタ137を絞り込み（Ｉq*＝
０）、励磁分電流のみを流してバッテリのエネルギを消
費し、過充電状態の回避を図ると言う、モード切り替え
制御が実行される。

【００３２】つまり、バッテリが過充電状態に到達する
と還流モードが選択され、このモードによってバッテリ
のエネルギが消費されれば、過充電状態が回避されるの
で回生モードになり、回生制動による制動力が得られる
ことになる。このような操作を繰り返すことによって過
充電状態であっても回生制動力を得るものである。

【００３３】次に、励磁分電流指令Ｉd*について説明す
る。

【００３４】２相／３相電流変換器125によってトルク
分電流Ｉq、励磁分電流Ｉdは、前記の（５）と（６）式
の演算によって得られる。この励磁分電流Ｉdを使っ
て、前述の（２）式より二次磁束φ2を得る。

【００３５】二次磁束指令φ2*は回転角速度ωMに基づ
いて次のように決められる。

【００３６】０≦ ωM≦ωM0 φ2*＝φ0 ωM0≦ ωM φ2*＝φ0・（ωM0／ ωM）（11） Δφ2＝φ2*−φ2 二次磁束偏差Δφ2をＰＩ（比例＋積分）補償すること
によって励磁分電流指令Ｉd*を得る。つまり、磁束制御
器140では二次磁束指令φ2*が二次磁束φ2に一致するよ
うに励磁分電流指令Ｉd*が決定される。このようにして
得られた励磁分電流指令Ｉd*、トルク分電流指令Ｉq*を
基に、一次電流指令ｉu*、ｉv*、ｉw*を得る。

【００３７】ｉu*＝Ｉ1・ｃｏｓ（θ1＋δ）ｉv*＝Ｉ1・ｃｏｓ（θ1＋δ−２π／３）（12）ｉw*＝Ｉ1・ｃｏｓ（θ1＋δ＋２π／３） δ＝ａｒｃｔａｎ（Ｉq*／Ｉd*）（13）各相の一次電流指令は電流制御器１５５に導入され、電
流センサ３１、３２、３３から検出された各相の一次電
流との偏差が取られる。該電流制御器155によって該偏
差を補償するようにＰＭＷ制御のための変調波が３相分
（図示せず）発生され、ＰＷＭ制御器160に入力され
る。該ＰＷＭ制御器160は、三角波搬送波と各相の変調
波とを比較して三相分のＰＷＭ信号を発生し、該ＰＷＭ
信号をＰＷＭインバータ４０の各相アームのゲートに印
加し、交流電動機５０の一次巻線に流れる電流を制御す
る。

【００３８】以上はアクセルの踏み込みを止めて、ｄτ
M*／ｄｔが負になった場合、加速／ブレーキ判定器115
がブレーキモードと判定した場合の処理について説明し
たが、ブレーキペダルが踏み込まれ、ブレーキ指令τB
（＜０）が発生した場合も全く同様な操作が行われる。

【００３９】以下の図２、３および４は、還流モードの
他の実施例を示すものである。

【００４０】図２は、回生／還流モードの切替条件とし
てバッテリの充電電流の大きさを判定する電流レベル判
定器186を設けたものである。図１の場合の電圧レベル
判定器176が電流レベル判定器186に代わったものであ
る。これはバッテリが過充電状態になると、充電電流が
流れなくなる現象を利用して、回生モードと還流モード
の切り替えを行うものである。即ち、加速／ブレーキモ
ード判定器115によってブレーキモードと判定され、電
流レベル判定器186によって所定値以上の充電電流が流
れていると判定された時は、バッテリ１０のエネルギ回
収能力が所定値より大きい時とする。そして、回生モー
ドが選択される。そうでない時は、還流モードが選択さ
れる。これらのモードが選択された後の回生制動制御
は、図１で説明した場合と同様であるので省略する。

【００４１】尚、電気自動車では、バッテリ１０の電圧
を高くするため、複数個のバッテリで構成されるのが通
例である。そして、回生充電によってバッテリ温度が許
容温度以上に上昇し、そのまま回生充電を続けると該バ
ッテリ群は急激に劣化する。従って、バッテリの電圧や
充電電流からは未だ過充電状態でないと判定されるが、
このバッテリ群の温度が許容温度以上であれば、バッテ
リに回生エネルギを回収させるのは危険であるとして、
この場合もバッテリのエネルギ回収能力が所定値より小
さい時と判定する。

【００４２】このバッテリ群の温度は、温度センサ210
で検出する。そして、回生充電を停止すると同時に、回
生モードから還流モードに切り替えバッテリのエネルギ
を消費し、バッテリの回収能力を蘇生する。この方法に
よれば、バッテリを保護すると同時に、且つ回生制動力
を得ることもできる。

【００４３】上記の実施例では、バッテリの電圧や充電
電流や温度の情報を別個に把握し、バッテリの状態を判
定したが、これらの組合せから判定することも可能であ
る。例えば、バッテリ温度をパラメータとして、判定の
所定値を変化させるものである。バッテリ電圧の場合で
あれば、バッテリ温度が高くなれば、電圧レベル判定器
176のバッテリ電圧の判定所定値を低い方に移行させる
ものである。

【００４４】また、電圧レベル判定器176や電流レベル
判定器186などの判定方法において、回生モードから消
費モードへ切り替える場合の判定所定値と消費モードか
ら回生モードへ切り替える場合の判定所定値とは、必ず
しも同値とする必要はない。消費モードから回生モード
へ切り替える場合の判定所定値と逆の場合の判定所定値
との間に、ある程度の幅を持たせることが考えられる。
これは、直ぐに回生モードへ切り替えるのでなく、バッ
テリのエネルギを十分消費した時点、即ちバッテリのエ
ネルギ回収能力が十分蘇生したと判断される時点まで遅
延させ、切り替えるものである。これが、「幅を有する
所定値」を境として切り替える制御に相当するものであ
る。

【００４５】図３は、電動機に駆動トルクを発生させな
いで、バッテリのエネルギを消費する他の実施例の回生
制動制御の制御ブロック図である。図１におけるトルク
電流絞り込み信号発生器136およびリミッタ137が同相Ｐ
ＷＭ指令発生器161およびリミッタ156に代わったもので
ある。電流制御器155の出力側にリミッタ156を設け、同
相ＰＷＭ指令発生器161によってＰＷＭ制御器160に出力
されるリミッタ値を制御するものである。

【００４６】回生／還流モード選択器120によって回生
モードが選択された場合は、同相ＰＷＭ指令発生器161
から、同相ＰＷＭ指令は出力されない。この場合は、電
流制御器155から出力された変調波が、そのままＰＷＭ
制御器160に入力される。そして、回生エネルギをバッ
テリ１０に回収させるトルク制御器135に基づいた回生
制動制御が行われる。

【００４７】還流モードに切り替えられた場合は、同相
ＰＷＭ指令発生器161からリミッタ156へ、同相ＰＷＭ指
令が出力される。そして、変調波の振幅値が零まで絞り
込まれ、各相のＰＷＭ信号は、三角波搬送波と同じ周期
で各相同一位相でインバータのゲートをオン・オフする
繰返し信号となる。

【００４８】このように各相のインバータのゲートに同
一位相のＰＷＭ信号を与えると、ＰＷＭインバータ４０
の線間電圧（出力電圧）は、零または実質的に零に相当
する微小電圧以下になる。そして、電動機の一次巻線を
励磁するエネルギ分のみが供給され、電動機５０に駆動
トルクは発生しない。そして、当該オン・オフ動作によ
ってバッテリのエネルギが消費される。

【００４９】ここで、電動機５０に発生するトルクτM
は、（14）式でも表される。

【００５０】 τM ∝ （Ｖ）²／ｆ（14）Ｖ：線間電圧、ｆ：一次周波数従って、線間電圧が零になれば、電動機５０に駆動トル
クは発生しないことが判る。この操作によって、バッテ
リ１０の過充電状態が回避されると、再び回生モードに
切り替わり回生制動力が得られる。

【００５１】図４は、図３において電圧レベル判定器17
6の代わりに電流レベル判定器186を用いたもので、過充
電状態をバッテリ１０に流れる充電電流から判定するも
のである。回生／還流モードの判定後の処理は図３と同
様であるので説明は省略する。

【００５２】図５は、本発明による他の実施例の回生制
動制御であり、直流制動モードを用いた回生制動制御の
制御ブロック図を示すものである。図１から図４で説明
してきた実施例と、バッテリのエネルギの消費と回収の
切替制御を行う点は同じであるが、付加的にエネルギを
消費しながら制動力が得られる点に違いがある。

【００５３】回生／直流制動モードの切替は、加速／ブ
レーキモード判定器115の出力信号とＰＩ補償器175から
の出力である過充電状態判定信号とから、回生／直流制
動モード選択器121によって行われる。予め所定の値に
決められている基準電圧Ｅb*（バッテリの過充電状態を
判定する電圧）と検出された平滑コンデンサ２０の端子
電圧との電圧差が増幅器175で増幅され、リミッタ180を
介して充電電流指令Ｉb*が得られる。ここで、通常、リ
ミッタ180の値は充電電流の最大値Ｉbmaxに設定されて
いる。この充電電流指令Ｉb*とバッテリ電流Ｉbの偏差
が取られ、増幅器185で増幅され、当該増幅偏差は不感
帯を持つリミッタ195を介して、一次角周波数ω1の最大
値を決定するリミッタ165に作用する。

【００５４】一方、ＰＷＭ制御器160からの出力はサイ
クリックＰＷＭモード発生器200に入力され、ＰＷＭイ
ンバータ４０は当該発生器200からサイクリックに出力
されるＰＷＭ信号に基づいて制御される。次に、この特
徴ある動作について説明する。

【００５５】加速／ブレーキモード判定器115からブレ
ーキ信号が出力され、回生／直流制動モード選択器121
に入力されている場合は、増幅器175から得られた過充
電状態判定信号に基づいて、回生モードまたは直流制動
モードのいずれかが選択される。

【００５６】前述のように過充電状態は、基準電圧Ｅb*
と平滑コンデンサの電圧との偏差から判定される。当該
偏差が大きい時は、増幅器175出力値は飽和してリミッ
タ180のリミッタ値であるＩbmaxの値になっている。こ
のような状態の時は、バッテリ１０は過充電状態でなく
エネルギを回収できる状態であると判定して、回生モー
ドが選択される。

【００５７】そして、回生制動が継続され、平滑コンデ
ンサの電圧が基準電圧Ｅb*の近くまで上昇してくると、
上記の飽和が解除され、増幅器175で定まる充電電流指
令Ｉb*が得られる。当該Ｉb*とバッテリ電流との偏差を
増幅器185で増幅した値は、当初、所定値以下にならな
いので、リミッタ195は一次角周波数ω1のリミッタ値に
等しい値を出力する。このため、リミッタ165の範囲内
で一次角周波数ω1は減少方向に変化する。

【００５８】そして、充電電流指令Ｉb*が減少し、増幅
器185で増幅した値が所定値以下になれば、過充電状態
であると判定され、直流制動モードに切り替えられる。
この結果、回生／直流制動モード選択器121は、直流制
動モードに応じた指令をサイクリックＰＷＭモード発生
器200に出力する。

【００５９】この状態になると、増幅器185の出力値も
減少し、リミッタ195からの出力値は零にホールドされ
る。このためリミッタ165は零に絞り込まれ、一次角周
波数ω1も零になる。そして、交流電流指令発生器145か
ら発生する交流電流指令の位相θ1は、一次角周波数ω1
が零になった時点の位相θ1nに固定され、その位相θ1n
に対応した値を持つ直流電流指令が、該発生器145から
発生する。そして、当該直流電流指令に基づいた直流電
流が流れるように、電流制御器155で変調レベルが決定
される。

【００６０】その変調レベルと三角波搬送波とが比較さ
れ、変調レベルに対応したＰＷＭ信号が出力される。こ
の時、出力されたＰＷＭ信号のモードが、例えば、
（１、０、０）であるとすれば、Ｕ相の正側アームとＶ
およびＷ相の負側アームがオン・オフ動作し、図６
（ａ）に示すような方向で各相の一次巻線に直流電流が
流れる。この直流電流によって一次巻線に直流励磁され
た磁界が発生する。そして、電動機の回転子がこの磁界
を切ることにより起電力を誘起し、回転電機子形発電機
となって制動力を受ける。

【００６１】この場合、Ｕ相の一次巻線にバッテリ電流
Ｉbが流れ、そしてＶおよびＷ相の一次巻線に電流Ｉb／
２が分流して流れる。このため、このような状態で電流
を流し続けると、Ｕ相の一次巻線の温度が電流値の多い
分他の相の巻線に比較して高くなる。即ち、一次巻線の
局部的な過熱によって絶縁劣化が生じる。そこで、一次
巻線の温度が絶縁劣化の限界である基準温度Ｔb*を越え
ないように次の方法を採用する。

【００６２】まず、電動機の巻線温度を温度センサ７０
により検出する。検出された巻線温度はフードバックさ
れ基準温度Ｔb*と比較され、偏差を増幅器205で増幅す
る。増幅偏差が所定値以下にならないように、サイクリ
ックＰＷＭモード発生器200ではＰＷＭモードを、例え
ば、図６に示すように、（ａ）から（ｂ）へ、（ｂ）か
ら（ｃ）へ、（ｃ）から（ａ）へとサイクリックに変化
させる。このようにして、一次巻線の局部的な過熱を防
止する。尚、サイクリックに変化させることにより、電
動機の内部温度が均一となるので電動機の寿命の点でも
有効である。

【００６３】この直流制動モードで、バッテリのエネル
ギを消費させながら制動力を得ることはできる。しか
し、電動機内部の温度は上昇するし、このモードにより
得られる制動力に余り多くを期待することもできない。
従って、この直流制動モードによって、バッテリ１０の
エネルギを消費し過充電状態が回避されたら、再び回生
モードに切り替えて制動制御を行うことが、本モードの
本来の制御である。

【００６４】これまで説明した消費モードは、両方共、
電動機内部、インバータおよび配線などの熱損でバッテ
リのエネルギを消費するものであった。これ以外の方法
として、次の消費モードが考えられる。

【００６５】車両に加速が加わらない程度の微小のトル
ク指令Δτ*を与える。この指令に基づき、バッテリの
エネルギを使って、電動機５０に微小のトルクΔτを発
生させ、（15）式で表される微小のパワーΔＰ（出力エ
ネルギ）を得る。

【００６６】 ΔＰ ∝ Δτ・ωM （15）しかし、パワーΔＰ（出力エネルギ）は、車両のトルク
伝達機構などの機械損失エネルギとして消費される程度
とする。即ち、車両の加速に寄与しない程微小のものと
する。これに依って、この出力エネルギの分、バッテリ
のエネルギを消費するものである。

【００６７】本実施例は、誘導電動機の場合で説明した
が、永久磁石からなる回転子を持つブラシレス同期電動
機などの交流電動機にも適用できる。

【００６８】以上のように、バッテリ１０の状態に応じ
て、回生モードと消費モードとを切り替え制御すること
により、常に必要な制動力を確保することができる。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、バッテリが過充電状態
にあれば電動機内部やインバータの熱損でバッテリのエ
ネルギを消費し、この消費によりバッテリがエネルギを
回収できる状態となれば、回生制動のエネルギをバッテ
リに回収し、この消費と回収とを切替制御し、バッテリ
の状態によらず常に所定の回生制動力を得ることができ
る。そして、電気自動車の安全運転に結び付けることが
できる。

【００７０】また、余剰の回生エネルギをバッテリに回
収することができるので、該エネルギを消費するため
に、平滑コンデンサと並列にワット数の大きな抵抗器や
スイッチング素子を従来のように設ける必要がなく、装
置寸法の小型化や価格の低減も図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の回生制動制御であり、
還流モードを用いた回生制動制御の制御ブロック図を示
すものである。

【図２】還流モードを用いた回生制動制御の他の実施例
である。

【図３】還流モードを用いた回生制動制御のもう一つ他
の実施例である。

【図４】還流モードを用いた回生制動制御の更にもう一
つ他の実施例である。

【図５】本発明による他の実施例の回生制動制御であ
り、直流制動モードを用いた回生制動制御の制御ブロッ
ク図を示すものである。

【図６】電動機の一次巻線に流れる各相の電流方向を示
す図である。

【符号の説明】

１０…バッテリ、２０…平滑コンデサ、３０、３１、３
２、３３…電流センサ、４０…ＰＷＭインバータ、５０
…電動機、６０…エンコーダ、６１…速度検出器、７
０、210…温度センサ、８０…デファレンシャルギア、
９０、９１車輪、110…１次遅れ要素、111、112、113、
116…減算器、114…加算器、115…加速／ブレーキモー
ド判定器、120…回生／還流モード選択器、121…回生／
直流制動モード選択器、125…２相／３相電流変換器、1
30…トルク演算器、135…トルク制御器、136…トルク電
流絞り込み信号発生器、137、156、165、180、195…リ
ミッタ、140…磁束制御器、145…交流電流指令発生器、
150…すべり周波数演算器、155…電流制御器、160…Ｐ
ＷＭ制御器、161…同相ＰＷＭ指令発生器、170…積分
器、175、185、205…増幅器、176…電圧レベル判定器、
186…電流レベル判定器、200…サイクリックＰＷＭモー
ド発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者正木良三茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者大前力茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 5H115 PA08 PA11 PG04 PI16 PO17 PU01 PU09 PV09 PV23 QE10 QI04 QI14 QN06 QN09 RB22 RB26 SE03 SE06 TB01 TI05 TO12 TU16 5H576 AA15 BB02 BB06 CC04 DD04 EE01 EE11 GG02 GG04 HA04 HB01 JJ24 JJ28 LL01 LL23 MM03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バッテリと、走行駆動用の電動機と、前記
電動機に前記バッテリの電力を変換し供給する電力変換
器と、パルス幅変調方式により前記電力変換器を制御す
る走行制御装置とを備え、前記電動機からの回生エネル
ギを前記バッテリに蓄電しつつ前記電動機に制動力を与
える電気自動車の回生制動制御方法において、前記走行制御装置により、前記電動機から前記バッテリ
への前記回生エネルギを前記電動機及び前記電力変換器
の熱損として消費するように前記電力変換器の制御を行
う消費モードと、前記回生エネルギを前記バッテリに蓄
電するように前記電力変換器の制御を行う回生モード
と、を前記バッテリのエネルギ回収能力により切り替え
制御を行うことを特徴とする電気自動車の回生制動制御
方法。
【請求項２】請求項１において、前記消費モードは、直
流電流を前記電動機の一次巻線に流すように、前記走行
制御装置により前記電力変換器をパルス幅変調制御する
ものであることを特徴とする電気自動車の回生制動制御
方法。
【請求項３】請求項１において、前記消費モードは、電
流ベクトル制御方式で制御される前記電動機のトルク分
電流を零にするように、前記走行制御装置により前記電
力変換器をパルス幅変調制御するものであることを特徴
とする電気自動車の回生制動制御方法。
【請求項４】請求項１において、前記消費モードは、前
記電力変換器の線間電圧を零にするように、前記走行制
御装置により前記電力変換器をパルス幅変調制御するも
のであることを特徴とする電気自動車の回生制動制御方
法。
【請求項５】請求項１において、前記切り替え制御は、
前記バッテリに並列に接続された平滑コンデンサの端子
電圧の所定値、または幅を有する所定値を境として切り
替えるものであることを特徴とする電気自動車の回生制
動制御方法。
【請求項６】請求項１において、前記切り替え制御は、
前記回生モード時に前記バッテリに流れ込む蓄電電流の
所定値、または幅を有する所定値を境として切り替える
ものであることを特徴とする電気自動車の回生制動制御
方法。
【請求項７】請求項１において、前記切り替え制御は、
前記バッテリの温度の所定値、または幅を有する所定値
を境として切り替えるものであることを特徴とする電気
自動車の回生制動制御方法。
【請求項８】請求項１において、前記切り替え制御は、
前記バッテリに並列に接続された平滑コンデンサの端子
電圧の所定値または前記回生モード時に前記バッテリに
流れ込む蓄電電流の所定値または前記バッテリの温度の
所定値の少なくとも一つの所定値を境として切り替える
ものであることを特徴とする電気自動車の回生制動制御
方法。
【請求項９】請求項２において、前記電動機の一次巻線
の温度が所定値を越えたら、前記一次巻線に流す前記直
流電流の値を減少させる方向に制御することを特徴とす
る電気自動車の回生制動制御方法。
【請求項１０】電動機からの回生エネルギをバッテリに
蓄電しつつ前記電動機に制動力を与える手段を備える電
気自動車の制御装置において、前記バッテリのエネルギ回収能力状態を検出する回収能
力検出手段と、前記回収能力検出手段からのエネルギ回
収能力情報に応じて、前記電動機から前記バッテリへの
前記回生エネルギを前記電動機及び前記電力変換器の熱
損として消費するように前記電力変換器の制御を行う消
費モードと、前記回生エネルギを前記バッテリに蓄電す
るように前記電力変換器の制御を行う回生モードと、を
前記バッテリのエネルギ回収能力により切り替え制御す
るモード切替制御手段とを設けたことを特徴とする電気
自動車の制御装置。