JP2008167600A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両に搭載された電動発電機について出力制限が必要となるような高温状態の発生を予防するための回生発電制御を簡易な制御構成により実現する。
【解決手段】判定部２５０は、電流積算部２４０により算出された現時点から所定時間遡及した一定時間内でのモータジェネレータの通過電流に基づく電流積算値Ｉｍｉｎｔと基準値Ｉｒとを比較し、Ｉｍｉｎｔ≧Ｉｒのときに高電流フラグＦｈｃをオンする。制動協調制御部１５０は、運転者のブレーキ踏力ＢＫ等に基づき車両全体で必要とされるトータル制動パワーＰｔを算出するとともに、油圧ブレーキおよびモータジェネレータによる回生ブレーキ間での分担を制御する。制動パワー配分部１７０は、同一のブレーキ操作に対して、高電流フラグＦｈｃのオン時に設定される回生制動パワーＰｍｇ♯が、高電流フラグＦｈｃのオフ時に設定される回生制動パワーＰｍｇよりも小さくなるように回生制動を制限する。
【選択図】図５

Description

この発明は、電動車両に関し、より特定的には、車両駆動力の発生および回生制動時の回生発電を行なうモータジェネレータを搭載した電動車両に関する。

近年環境に配慮した自動車としてハイブリッド車両が注目されている。ハイブリッド車両は、従来のエンジンに加え車両駆動用電動機によって車両走行パワーを発生することが可能な自動車である。特に、車両の回生制動時に回生発電によりエネルギ回収するように、車両用電動機としては電動機および発電機の機能を併せ持つモータジェネレータ（電動発電機）が一般に採用される。

電動車両の回生制御について、２００３−４７１０３号公報（以下、特許文献１）には、降坂時等に発生する回生電流によりバッテリが過充電となって劣化する現象を防止するための回生過充電抑制制御装置が開示されている。この回生過充電抑制制御装置では、バッテリから消費される電流およびバッテリへ流入する電流の積算に基づき、回生電流による過充電を回避するように充電電気量を制限する。

また、電動車両では、車両駆動力を発生する力行時および回生制動力を発生させる回生時における電動発電機によるトルク出力に伴い、電動発電機の温度（以下、モータ温度とも称する）が主にコイル巻線での発熱により上昇する。モータ温度が上昇すると、電流量すなわち出力トルクの制限が必要となるため、電動発電機により発生できる車両駆動力が制限されることとなる。

このような現象を回避するために、特開２００２−３６９５７８号公報（以下、特許文献２）には、ハイブリッド車両に搭載された電動モータの過熱状態を温度センサを用いることなく簡易に防止することが可能な制御装置が開示されている。特許文献１による制御装置によれば、電動モータのトルク指令値に基づきファジー推論等により電動モータの推定温度変化量を求めて、この推定温度変化量の積分により累積温度変化量をさらに求め、この累積温度変化量が所定値を超えたときに電動モータの出力が制限される。
特開２００３−４７１０３号公報 特開２００２−３６９５７８号公報

しかしながら、特許文献２による制御装置では、トルク指令値から温度変化量を推定するために制御が複雑化する。また、出力制限により電動発電機を過高温から保護できる反面、出力制限のために電動発電機の出力（力行）トルクが制限されて動力性能が不十分となる状態を回避するような予防的な制御を行なうことはできない。

この結果、比較的勾配が緩い下り坂が連続する場合や、降坂走行および登坂走行が交互に連続する山岳路走行時において、回生発電のための回生トルク出力によってモータ温度が上昇し、降坂走行後の登坂走行や平坦路走行時に電動発電機の出力（力行）トルクが制限されて、車両の動力性能を十分に発揮できなくなる可能性がある。

また、特許文献１による回生過充電抑制制御装置では、バッテリの過充電を回避することはできるものの、上述のような電動発電機の温度上昇防止に着目した制御構成については何ら言及されていない。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、電車車両に搭載された電動発電機について出力制限が必要となるような高温状態の発生を予防するための回生発電制御を簡易な制御構成により実現することである。

この発明による電動車両は、電動発電機と、電力変換装置と、電流検出器と、少なくとも運転者によるブレーキ操作に応じて、回生制動動作時における電動発電機のトルク指令値を生成するための回生制御部とを備える。電動発電機は、車輪との間で回転力を相互に伝達可能に構成される。電力変換装置は、電動発電機がトルク指令値に従ったトルクを出力するように、充電可能な電源および電動発電機の間で双方向の電力変換を行なう。電流検出器は、前記電動発電機の通過電流を検出する。回生制御部は、電流検出器の検出値に基づき現時点から所定の一定時間遡及した期間内における電動発電機の通過電流の積算値を逐次求める電流積算部と、電流積算部による積算値が、所定の基準値以上である第１の状態および、基準値未満である第２の状態のいずれであるかを判定する判定部とを含む。さらに、回生制御部は、判定部による判定結果に基づき、同一のブレーキ操作に対応する第１および第２の状態のそれぞれでの回生制動動作時のトルク指令値について、第１の状態時には第２の状態時よりもトルク指令値の絶対値が小さくなるように制限する。

上記電動車両によれば、現時点までの一定時間内での電流積算値が基準値以上となったときには、回生発電による電動発電機の発熱を抑制することができる。この結果、電流検出器による電流検出値に基づく積算処理という比較的簡易な制御構成により、電動発電機の出力（力行トルク）制限により動力性能を十分に発揮できなくなるような高温状態の発生を効果的に予防できる。特に、予防的な回生電力制限により電動発電機の大きな温度上昇を回避できるので、冷却構造の簡略化による電動発電機体格の小型化、あるいは、温度上昇時の走行性能確保のための車両全体のローギヤ化を回避したハイギヤ化による高速走行時の燃費向上を図ることができ、電動発電機に関連した仕様設計を効率的にすることについても可能となる。

好ましくは、回生制御部は、制動協調制御部と、回生トルク設定部とを含む。制動協調制御部は、電動車両の状態およびブレーキ操作に応じて、車両全体での要求制動パワーを算出するとともに該要求制動パワーのうちの電動発電機が分担する回生制動パワーを設定する。回生トルク設定部は、制動強調制御部によって設定された回生制動パワーに従って回生制動動作時のトルク指令値を生成する。そして、制動協調制御部は、判定部による判定結果に基づき、同一のブレーキ操作に対応して設定される回生制動パワーを、第１の状態時には第２の状態時よりも低く制限する。

また好ましくは、回生制御部は、電源の充電状態に応じて電源の充電要求電力を設定する充電制御部をさらに含む。制動協調制御部は、充電要求電力以下の範囲内で回生制動パワーを設定し、充電制御部は、判定部による判定結果に基づき、同一の充電状態に対応して設定される充電要求電力を、第１の状態時には第２の状態時よりも低く制限する。

このような構成とすることにより、制動協調制御あるいは充電要求制御の調整によって、一定時間内での電流積算値が基準値以上となったときに回生発電を制限することにより出力制限に至るような電動発電機の温度上昇を効果的に予防できる。

あるいは好ましくは、回生制御部は、第２の状態時に対する第１の状態時における回生制動動作時のトルク指令値の制限度合を電動発電機の通過電流積算値に応じて設定する。

このような構成とすることにより、現時点までの一定時間での電流積算値に基づき電動
発電機の温度上昇度合を簡易に評価して、電動発電機による回生発電を適切な度合により制限することができる。この結果、可能な範囲内で回生発電によるエネルギ回収を図った上で、電動発電機の温度上昇を防止することが可能となる。

さらに好ましくは、電動車両は、電動発電機の温度を取得する温度取得手段をさらに備え、判定部は、電流積算値の基準値を電動発電機の温度に応じて可変に設定する。

このような構成とすることにより、出力制限に至るような電動発電機の温度上昇をさらに効果的に予防できるとともに、温度に余裕がある場合には積極的に回生発電によるエネルギ回収を図ることができる。

また、さらに好ましくは、電流積算部は、電動発電機の各相電流の２乗値の積算によって出力トルクの積算値を求める。

このような構成とすることにより、電動発電機の電流積算値と温度上昇との相関を高めることができる。

この発明による電動車両によれば、電車車両に搭載された電動発電機について出力制限が必要となるような高温状態の発生を予防するための回生発電制御を簡易な制御構成により実現できる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では図中における同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に従う電動車両の車両駆動用電動機に関連する概略構成図である。

図１を参照して、本発明の実施の形態に従う電動車両１００は、直流電圧発生部１０♯と、平滑コンデンサＣ０と、インバータ２０と、代表的にはＥＣＵ（Electronic Control
Unit）により構成される制御回路５０および制御装置８０と、モータジェネレータＭＧと、駆動軸６２と、駆動軸６２の回転に伴って回転駆動される車輪６５とを含む。駆動軸６２は、一般的には図示しない減速機等の変速機構を介して、モータジェネレータＭＧの出力軸との間で回転力を相互に伝達可能に構成される。また、車輪６５には、制動機構、代表的には油圧供給により機械的に制動力を発揮する油圧ブレーキ９０が設けられる。このような制動機構は、一般的には各車輪に設けられる。

モータジェネレータＭＧは、ハイブリッド自動車または電気自動車等の電動車両に搭載されて、力行時に車輪の駆動トルクを発生するとともに、回生時には、駆動輪６５の回転方向と反対方向の回生トルクを発生することにより、電気的な制動力（回生制動力）の発生による回生発電を行なう。すなわち、モータジェネレータＭＧは、電動機および発電機への機能を併せ持つ車両駆動用の「電動発電機」として構成される。ハイブリッド自動車では、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成された、別のモータジェネレータがさらに設けられてもよい。なお、電動車両１００がハイブリッド自動車である場合には、エンジン（図示せず）の出力によっても駆動軸６２を回転可能なように車両駆動系が構成される。

直流電圧発生部１０♯は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コン
デンサＣ１と、昇降圧コンバータ１２とを含む。直流電源Ｂとしては、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池、あるいは、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を適用可能である。直流電源Ｂが出力する直流電圧Ｖｂは、電圧センサ１０によって検知される。電圧センサ１０は、検出した直流電圧Ｖｂを制御回路５０へ出力する。

システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極端子および電源ライン６の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源Ｂの負極端子および接地ライン５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御回路５０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御回路５０からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、制御回路５０からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。平滑コンデンサＣ１は、電源ライン６および接地ライン５の間に接続される。

昇降圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とを含む。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン７および接地ライン５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。

本発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。

リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電源ライン６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電源ライン７および接地ライン５の間に接続される。

インバータ２０は、電源ライン７および接地ライン５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム２２と、Ｖ相アーム２４と、Ｗ相アーム２６とから成る。各相アームは、電源ライン７および接地ライン５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム２２は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム２４は、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム２６は、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６から成る。また、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対して、逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオン・オフは、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６によって制御される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧの各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧは、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相コイル巻線の一端が中性点Ｎに共通接続されて構成される。さらに、各相コイル巻線の他端は、各相アーム２２，２４，２６のスイッチング素子の中間点と接続されている。

昇降圧コンバータ１２は、昇圧動作時には、直流電源Ｂから供給された直流電圧Ｖｂを昇圧した直流電圧ＶＨ（インバータ２０への入力電圧に相当）をインバータ２０へ供給する。より具体的には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比（オン期間比率）が設定され、昇圧比は、デューティ比に応じたものとなる。

また、昇降圧コンバータ１２は、降圧動作時には、平滑コンデンサＣ０を介してインバータ２０から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。より具体的には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティ比に応じたものとなる。

平滑コンデンサＣ０は、昇降圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２０へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧（すなわち、インバータ入力電圧）を検出し、その検出値ＶＨを制御回路５０へ出力する。

インバータ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値が正（Ｔｑｃｏｍ＞０）の場合には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作により、平滑コンデンサＣ０から供給される直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧを駆動する。また、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値が零の場合（Ｔｑｃｏｍ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるようにモータジェネレータＭＧを駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧは、トルク指令値Ｔｑｃｏｍによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。

さらに、電動車両１００の回生制動時には、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍは負に設定される（Ｔｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ２０は、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング動作により、モータジェネレータＭＧが発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）を平滑コンデンサＣ０を介して昇降圧コンバータ１２へ供給する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車の運転者によるフットブレーキ（ブレーキペダル）操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

ホールセンサ等により構成される電流センサ２７は、モータジェネレータＭＧに流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流を制御回路５０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２７は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。あるいは、信頼性向上のために各相に電流センサ２７を配置してもよい。電流センサ２７は、本発明での「電流検出器」に対応する。このように、制御回路５０は、各時点において、モータジェネレータＭＧの各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを取得することができる。

回転角センサ（レゾルバ）２８は、モータジェネレータＭＧの図示しない回転子の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御回路５０へ送出する。制御回路５０では、回転角θに基づきモータジェネレータＭＧの回転数Ｎｍｔ（回転角速度ω）を算出することができる。

さらに、モータジェネレータＭＧには、温度センサ２９がさらに設けられる。一般に、温度センサ２９は、温度上昇による絶縁被覆の破壊等が懸念されるコイル巻線部位の温度を測定して、少なくとも制御装置８０へ出力するように設けられる。以下では、温度センサ２９により測定された温度をモータ温度Ｔｍｇと称する。

制御装置８０には、直流電源（バッテリ）Ｂの充電状態や入出力電力制限を示すバッテリ情報や、各種車両センサ信号（たとえば、車速や路面状況等の車両状態を示すセンサ検出値や、車両内の各種機器の動作状態を示すセンサ検出値）が入力される。代表的には、運転者によって操作されるブレーキペダル７０には踏力センサ７５が設けられ、踏力センサ７５は、運転者によるブレーキ操作を示すブレーキ踏力ＢＫを検知して、制御装置８０へ伝達する。

Ｇセンサ等で構成される勾配センサ９５からは、電動車両１００の走行路の勾配ＧＲを示す信号が制御装置８０へ入力される。あるいは、制御装置８０は、ナビゲーションシステム９８から地図上の各点（現在地および進行方向）の標高データを受けることにより、走行路の勾配を検知または予測することも可能である。

制御装置８０は、車両状態および運転者によるアクセル／ブレーキ操作等に基づき、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび回生指示信号ＲＧＥを発生する。なお、制御装置８０は、直流電源Ｂに関する、満充電時を１００％とした充電率（ＳＯＣ：State of Charge）や充電制限を示す入力可能電力Ｐｉｎ、放電制限を示す出力可能電力Ｐｏｕｔ等の情報に基づき、直流電源Ｂの過充電あるいは過放電が発生しない範囲内で、トルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび回生指示信号ＲＧＥを生成する。

電動機制御用の制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）５０は、制御装置８０から入力されたトルク指令値Ｔｑｃｏｍ、電圧センサ１０によって検出されたバッテリ電圧Ｖｂ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＨおよび電流センサ２７からのモータ電流ＭＣＲＴ、回転角センサ２８からの回転角θに基づいて、モータジェネレータＭＧがトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、昇降圧コンバータ１２およびインバータ２０の動作を制御するスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６を生成する。すなわち、制御装置８０は、制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）５０の上位ＥＣＵに相当する。なお、図１の例では、制御回路５０および制御装置８０を別個のＥＣＵで構成したが、両者の機能を単一のＥＣＵに一体化する構成とすることも可能である。

このように、図１に示した構成では、昇降圧コンバータ１２、インバータ２０および制御回路５０により、モータジェネレータＭＧがトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ったトルク（正トルク、負トルクまたは零トルク）を出力するように、直流電源ＢおよびモータジェネレータＭＧ間での双方向の電力変換を行なう「電力変換装置（ＰＣＵ）」が構成される。

昇降圧コンバータ１２の昇圧動作時には、制御回路５０は、モータジェネレータＭＧの運転状態に応じてシステム電圧ＶＨの指令値を算出し、この指令値および電圧センサ１３によるシステム電圧ＶＨの検出値に基づいて、出力電圧ＶＨが電圧指令値となるようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

また、制御回路５０は、電動車両１００が回生制動モードに入ったことを示す制御信号ＲＧＥを制御装置８０から受けると、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに従った回生トルクの出力によりモータジェネレータＭＧで発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６を生成してインバータ２０へ出力する。これにより、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧからの回生電力を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御回路５０は、制御信号ＲＧＥに応答して、インバータ２０から供給された直流電圧を必要に応じて直流電源Ｂの充電電圧に降圧するように、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、昇降圧コンバータ１２へ出力する。このようにして、モータジェネ
レータＭＧからの回生電力は、直流電源Ｂの充電に用いられる。

さらに、制御回路５０は、電動車両１００の駆動システム起動／停止時に、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。

図２は、本発明の実施の形態に従う電動車両における回生制動時におけるモータジェネレータＭＧの回生トルク設定を説明する概略ブロック図である。

図２を参照して、ハイブリッド車両の回生制動時に回生トルクのトルク指令値を設定する回生制御部１１０は、制動協調制御部１５０と、充電制御部２００とを有する。

充電制御部２００は、バッテリ情報（ＳＯＣ，Ｐｉｎ等）に基づき、直流電源Ｂによる受入電力を示す充電要求電力Ｐｃｈを設定する。制動協調制御部１５０は、運転者のブレーキ踏力ＢＫに基づき車両全体で必要とされるトータル制動力（パワー）を算出するとともに、このトータル制動力の出力についての油圧ブレーキ９０およびモータジェネレータＭＧの間での分担を制御する。

ここで、図３および図４により、電動車両１００がハイブリッド車両である場合における制動協調制御の例について説明する。

図３に示すように、電動車両（ハイブリッド車両）１００では、油圧ブレーキ９０によって発生される機械的制動力と、モータジェネレータＭＧによる回生トルクにより発生される電気的制動力（回生制動力）との組合せにより、トータル制動力が協調的に確保される。これにより、減速時の車両エネルギを回収した直流電源Ｂの充電電力の発生および制動力の確保が車両運転性を損なわないように設定される。

図４には、ハイブリッド車両における各車速領域での油圧制動および回生制動の協調制御例の例が示される。図４（ａ）〜（ｄ）に共通に示されるように、基本的には、車両全体で要求されるトータル制動パワーＰｔは、ブレーキ踏力ＢＫの増加に従って比例的に増加する。

図４（ａ），（ｂ）に示したエンジン駆動を伴う高速時および低・中速時には、エンジンブレーキによる制動パワーＰｅｇ、モータジェネレータＭＧによる回生制動パワーＰｍｇおよび油圧ブレーキによって発生される油圧制動パワーＰｏｌの和によって、トータル制動パワーＰｔが確保される。具体的には、エンジンブレーキによる制動パワーＰｅｇが一定的に確保された上で、回生制動パワーＰｍｇは、ブレーキ踏力の増加に応じて所定レベルまで増加される。そして、エンジンブレーキおよび回生制動によるトータル制動パワーの不足分については、油圧ブレーキ９０によって確保される。

また、図４（ｃ）に示したエンジン停止の低・中速時には、図４（ｂ）と同様に回生制動パワーＰｍｇを設定するとともに、回生制動によるトータル制動パワーの不足分については、油圧ブレーキ９０によって確保される。さらに、図４（ｄ）に示した、モータジェネレータＭＧのみにより車両駆動力が発生される極低速時には、基本的には、回生制動のみによりトータル制動パワーが確保される。

なお、図４（ａ）〜（ｄ）では、ブレーキ踏力＝０のとき回生制動パワーＰｍｇ＝０としているが、アクセルペダルのオフに伴い、ブレーキ踏力＝０であってもエンジンブレーキ的に所定量の回生制動パワーを発生させて、車両を減速あるいは加速を中止させることとしてもよい。

再び、図２を参照して、回生制御部１１０は、回生制動時のモータジェネレータＭＧによる回生発電（回生制動）を適切に制御するように回生トルクの指令値Ｔｑｃｏｍ（一般的には負値）を設定する。特に、制動協調制御部１５０は、回生制動に伴う回生電力を充電制御部２００によって設定された充電要求電力Ｐｃｈ以下の範囲内に制限して、モータジェネレータＭＧによる制動パワー（回生制動パワー）の分担を決定する。回生制御部１１０は、この回生制動パワーの出力に必要な回生トルクに従い、回生制動時におけるトルク指令値Ｔｑｃｏｍを設定する。トルク指令値Ｔｑｃｏｍは制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）５０へ伝達され、ＭＧ−ＥＣＵ５０は、図１で説明したような制御構成に従い、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに従った回生トルクをモータジェネレータＭＧが発生するように、コンバータ１２およびインバータ２０のスイッチング動作を制御する。

さらに、回生制御部１１０は、トータル制動パワーが電動車両１００全体で確保されるように、トータル制動パワーと回生制動パワーとの差分に相当する、油圧ブレーキ９０に要求する油圧制動パワーを油圧制御部１２０へ指示する。油圧制御部１２０は、要求された油圧制動パワーを油圧ブレーキ９０が発生するように、各油圧ブレーキ９０への供給油圧を制御する。そして各油圧ブレーキ９０は、油圧制御部１２０に設定された油圧に従った制動力を出力する。なお、各車輪に設けられた油圧ブレーキ９０の制動力は減速時における車両走行性が快適に維持されるように適宜独立に制御され得る。

図５は、この発明の実施の形態による回生制動部の構成をさらに詳細に説明するブロック図である。図５に示される各ブロックは、制御装置８０によりソフトウェアあるいはハードウェア的に実現される。

図５を参照して、回生制御部１１０は、制動協調制御部１５０と、充電制御部２００と、電流積算部２４０と、判定部２５０と、回生トルク設定部２６０とを含む。

電流積算部２４０は、モータジェネレータＭＧの通過電流の積算に基づき、現時点から所定の一定時間（たとえば５〜１０分間程度）遡及した一定時間内における電流積算値Ｉｍｉｎｔを算出する。たとえば、各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｖの２乗値の和である、Ｉｍ＝ｉｕ²＋ｉｖ²＋ｉｖ²を所定周期毎に求めて、かつ積算することによって電流積算値Ｉｍｉｎｔが得られる。これにより、モータジェネレータＭＧのコイル巻線における電流通過によるジュール発熱量と、電流積算値Ｉｍｉｎｔとの相関を高めることができる。なお、演算の簡易化を優先する場合には、各相電流の絶対値の和（Ｉｍ＝｜ｉｕ｜＋｜ｉｖ｜＋｜ｉｗ｜）を積算して電流積算値Ｉｍｉｎｔを求めてもよい。

さらに、電流積算部２４０は、積算期間を時間経過に応じて逐次移動させていくことによって、現時点を起点として一定時間遡及して積算値が得られるように電流積算値Ｉｍｉｎｔを逐次更新する。

判定部２５０は、上記一定時間内での電流積算値Ｉｍｉｎｔが所定の基準値Ｉｒ以上、および基準値Ｉｒ未満のいずれであるかを判定し、電流積算値Ｉｍｉｎｔ≧Ｉｒのときには高電流フラグＦｈｃをオンし、それ以外のときには、高電流フラグＦｈｃをオフする。基準値Ｉｒは、一定時間内でのモータ温度上昇の推定量に対応させて予め定められる。なお、基準値Ｉｒについては、温度センサ２９により測定されたモータ温度Ｔｍｇに応じて可変に設定、具体的には、モータ温度Ｔｍｇの上昇に応じて基準値Ｉｒが低下するように設定してもよい。

充電制御部２００は、バッテリ情報（ＳＯＣ，Ｐｉｎ）に応じて、直流電源Ｂの受入れ可能な充電電力に応じて充電要求電力Ｐｃｈを設定する。なお、直流電源Ｂが十分に充電
され、あるいは高温状態となって、充電が禁止される場合にはＰｃｈ＝０に設定される。

制動協調制御部１５０は、必要制動パワー算出部１６０と、制動パワー分配部１７０とを含む。必要制動パワー算出部１６０は、ブレーキ踏力ＢＫおよび車速等を示す各種センサ出力に基づき、電動車両１００全体で必要とされるトータル制動パワーＰｔを算出する。制動パワー分配部１７０は、たとえば、図４に例示した車速に応じた協調制御方式に従い、充電制御部２００によって設定された充電要求電力Ｐｃｈ以下の範囲内で回生制動パワーＰｍｇを設定するとともに、残りの制動パワー（Ｐｔ−Ｐｍｇ−Ｐｅｇ）に従い油圧制動パワーＰｏｌを設定する。図２に示したように、油圧制御部１２０により油圧制動パワーＰｏｌに従って各油圧ブレーキ９０への供給油圧が制御される。

この際に、制動パワー分配部１７０は、高電流フラグＦｈｃのオン時（高電流通過後）には、通常時（高電流フラグＦｈｃのオフ時）と比較して回生制動パワーを制限する。すなわち、同一のトータル制動パワーＰｔおよび車両状況（車速等）に対して、高電流通過後に設定される回生制動パワーＰｍｇ♯は、通常時に設定される回生制動パワーＰｍｇよりも低い値とされる（すなわち、Ｐｍｇ♯＜Ｐｍｇ）。

なお、充電制御部２００により、直流電源Ｂの同様の状態（同一のＳＯＣまたはＰｉｎ）に対応して、高電流通過後（高電流フラグＦｈｃのオン時）に設定される充電要求電力Ｐｃｈ♯を、通常時（高電流フラグＦｈｃのオフ時）における充電要求電力Ｐｃｈと比較して低い値に設定するように（すなわち、Ｐｃｈ♯＜Ｐｃｈ）構成すれば、制動パワー分配部１７０によりＰｍｇ♯＝Ｐｃｈ♯に設定できる。このようにしても、高電流通過後に設定される回生制動パワーＰｍｇ♯を、通常時に設定される回生制動パワーＰｍｇよりも低い値（Ｐｍｇ♯＜Ｐｍｇ）に制限することができる。

回生トルク設定部２６０は、制動パワー分配部１７０により設定された回生制動パワーＰｍｇまたはＰｍｇ♯に従い、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍを設定する。これにより、回生制動パワーＰｍｇまたはＰｍｇ♯に見合った回生制動力が得られるようにモータジェネレータＭＧの回生トルクが発生される。すなわち、通常時には回生制動パワーＰｍｇ♯に従って回生トルクが設定される一方で、高電流通過後には回生制動パワーＰｍｇに従って回生トルクＴｑｃｏｍが設定される。

なお、高電流フラグＦｈｃのオン時には回生トルクの発生を禁止するように、すなわち回生制動パワーＰｍｇ♯＝０となるように設定すれば、高電流通過後における回生制動によるモータジェネレータＭＧのさらなる温度上昇を確実に抑制できる。

あるいは、図６に示すように、電流積算値Ｉｍｉｎｔに基づき、回生制動パワーの制限度合（Ｐｍｇ−Ｐｍｇ♯の制限量、あるいは、（Ｐｍｇ−Ｐｍｇ♯）／Ｐｍｇで示される制限率）、すなわち高電流通過後での回生トルクの制限度合を可変に設定してもよい。

図７は、本発明の実施の形態に従う電動車両におけるモータジェネレータＭＧの回生トルク設定の手順を説明するフローチャートである。図７に示した制御処理手順は、たとえば制御装置（ＥＣＵ）８０に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することにより実現できる。

図７を参照して、制御装置８０は、ステップＳ１００により、ブレーキ踏力、車両状況等より電動車両１００全体で必要とされるトータル制動パワーＰｔを算出する。すなわちステップＳ１００での処理は、図５における必要制動パワー算出部１６０の機能に相当する。

さらに制御装置８０は、ステップＳ１１０により、現時点までの一定時間内での電流積算値Ｉｍｉｎｔを取得する。すなわちステップＳ１１０での処理は、図５における電流積算部２４０の機能に相当する。

そして、制御装置８０は、ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で求めた電流積算値Ｉｍｉｎｔが基準値Ｉｒ以上であるかどうかを判定する。すなわち、ステップＳ１２０での処理は、図５に示した判定部２５０の機能に相当する。上述のように、基準値Ｉｒについては、モータ温度Ｔｍｇの上昇に伴い相対的に低く設定することにより、モータジェネレータＭＧの出力制限に至るような温度上昇をさらに効果的に予防できる。

制御装置８０は、電流積算値Ｉｍｉｎｔが基準値Ｉｒ未満の場合（Ｓ１２０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１４０によりバッテリ情報等に応じて通常時の充電要求電力Ｐｃｈを設定し、さらに、ステップＳ１６０により車速、充電要求電力Ｐｃｈ等に応じて、トータル制動パワーＰｔのうちの、モータジェネレータＭＧによる分担分である回生制動パワーＰｍｇを設定する。このとき、回生制動パワーＰｍｇは、Ｐｍｇ≦Ｐｃｈの範囲内で設定される。そして制御装置８０は、ステップＳ１８０により、ステップＳ１６０で設定された回生制動パワーＰｍｇに従ってトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（すなわち回生トルク指令）を設定する。

一方、電流積算値Ｉｍｉｎｔが基準値Ｉｒ以上の場合（ステップＳ１２０のＹＥＳ判定時）には、制御装置８０は、ステップＳ２００により、バッテリ情報等に応じて高電流通過後の充電要求電力Ｐｃｈ♯を設定する。すなわち、同一のバッテリ状態に対応して、ステップＳ２００により設定される充電要求電力Ｐｃｈ♯は、ステップＳ１４０により設定される充電要求電力Ｐｃｈよりも低くなる（Ｐｃｈ♯＜Ｐｃｈ）。

さらに、制御装置８０は、ステップＳ２２０により、車速、充電要求電力等に応じて高電流通過後における回生制動パワーＰｍｇ♯を設定する。すなわち、同一条件下で設定される回生制動パワーは、ステップＳ２２０により設定される回生制動パワーＰｍｇ♯の方が、ステップＳ１６０により設定される回生制動パワーＰｍｇよりも低くなる（Ｐｍｇ♯＜Ｐｍｇ）。

ここで、図６で説明したように、充電要求電力および回生制動パワーの制限度合（制限量あるいは制限率）は、電流積算値Ｉｍｉｎｔに応じて可変設定される。あるいは、回生トルクの発生を禁止して確実にモータ温度の上昇を回避するために、Ｐｃｈ♯＝０と設定してもよい。

さらに、制御装置８０は、ステップＳ２４０により、ステップＳ２２０で設定された回生制動パワーＰｍｇ♯に従いトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（回生トルク指令）を設定する。

すなわち、ステップＳ１４０およびＳ２００による処理は図５に示した充電制御部２００の機能に相当し、ステップＳ１６０およびステップＳ２２０による処理は図５に示す制動パワー分配部１７０の機能に相当し、ステップＳ１８０およびＳ２４０による処理は図５に示した回生トルク設定部２６０の機能に相当する。なお、ステップＳ２００による充電要求電力の制限（Ｐｃｈに代えてＰｃｈ♯を設定）については非実行としても、ステップＳ２００により高電流通過後における回生制動パワーを制限（Ｐｍｇに代えてＰｍｇ♯を設定）することが可能である。

図８および図９には、本発明の実施の形態に従う電動車両におけるトルク指令値設定例を示す波形図が示される。

図８を参照して、登坂走行−平坦路走行−降坂走行が交互に順次実行される走行パターンＲＰＴに従って、トルク指令値Ｔｑｃｏｍが適時設定される。図８の例では、説明を簡略化するために、平坦路走行時におけるモータジェネレータＭＧのトルク指令値＝０であり、かつ、モータジェネレータＭＧの通過電流は０であるものとする。

トルク指令値Ｔｑｃｏｍは、車両駆動力を発生するために登坂走行時には正方向に上昇する。これに伴う力行トルクの発生によりモータジェネレータＭＧのコイル巻線を電流が通過してモータ温度Ｔｍｇが上昇する。また、通常の降坂走行時には、ブレーキ操作に応じて回生制動力発生のための回生トルクを出力するように負方向にトルク指令値Ｔｑｃｏｍが増大する。これに伴う回生トルクの発生により、モータジェネレータＭＧのコイル巻線を電流が通過してモータ温度Ｔｍｇが上昇する。降坂走行が終了すると、再びトルク指令値Ｔｑｃｏｍ＝０に設定される。

登坂走行時および降坂走行時には、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ≠０に設定されて一定時間内の電流積算値が上昇する。ここで、回生制動が行なわれる降坂走行後に、さらに登坂走行のためにトルク出力（正方向）が要求される場面を想定すると、降坂走行中のモータ温度上昇により、このような場面でモータ温度Ｔｍｇがトルク制限の必要な領域に達すると力行トルクを十分に発生することができなくなって、モータジェネレータＭＧによる車両駆動力の確保が困難となる可能性がある。このような状況が発生すると、ハイブリッド自動車では低効率の領域でのエンジン駆動が必要となって燃費が悪化する他、電気自動車では車両駆動力の確保が困難となる。

したがって、本発明の実施の形態による電動車両では、電流積算値Ｉｍｉｎｔが基準値Ｉｒ以上となると、回生制動時におけるトルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯は、運転者によるブレーキ操作に対して通常時よりも回生トルクの絶対値が小さくなるように制限される。この結果、通常時と同様のトルク指令値Ｔｑｃｏｍを設定する場合と比較して、降坂走行等のブレーキ操作期間におけるモータ温度Ｔｍｇ♯の上昇を抑制できる。これにより、降坂走行等のブレーキ操作期間での回生発電によるモータ温度上昇を防止でき、その後の走行において、モータジェネレータＭＧの出力制限により車両駆動力の確保が困難となるような状況が発生することを予防できる。

また、図９に示すように、一旦電流積算値Ｉｍｉｎｔが基準値Ｉｒ以上となって、回生制動時における回生トルクが制限（Ｔｑｃｏｍ♯）された後、低トルク出力状態が継続すると、電流積算値Ｉｍｉｎｔが低下することにより高電流フラグＦｈｃがオフされて、再び回生トルクの発生が可能となる。これにより、出力制限が懸念されるような温度上昇の可能性が低い場合には、回生発電によるエネルギ回収を図ることができる。

このように本発明の実施の形態による電動車両では、モータジェネレータＭＧの電流積算処理という比較的簡易な制御構成により、一定時間内の電流積算値Ｉｍｉｎｔが基準値Ｉｒ以上となった高電流通過後には回生トルクの出力を制限あるいは禁止（Ｔｑｃｏｍ♯＝０）することができる。これにより、モータジェネレータＭＧの出力（力行トルク）が制限されるような高温状態の発生を効果的に予防して、モータジェネレータＭＧの出力確保により十分な動力性能を発揮することが可能となる。

さらに、電流積算値Ｉｍｉｎｔの基準値Ｉｒをモータ温度Ｔｍｇに応じて可変に設定することにより、出力制限に至るようなモータジェネレータＭＧの温度上昇をさらに効果的に予防できるとともに、温度に余裕がある場合には積極的に回生発電によるエネルギ回収を図ることができる。

また、回生トルク制限時の制限度合を電流積算値Ｉｍｉｎｔに応じて設定することによ
り、高電流通過後における回生発電を適切な度合で制限することができる。この結果、可能な範囲内で回生発電によるエネルギ回収を図った上で、モータジェネレータＭＧの出力制限に至るような温度上昇を防止することができる。

特に、予防的な回生電力制限によりモータジェネレータＭＧの大きな温度上昇を回避できるので、モータジェネレータＭＧの温度上昇抑制のための仕様を緩和することも可能である。この結果、モータジェネレータＭＧの冷却構造の簡略化による体格の小型化を図ることが可能となり、さらには、温度上昇下での走行性能確保のための車両全体のローギヤ化を回避できるので、ハイギヤ化によって高速走行時の燃費向上を図ることも可能となる。このように、本発明の実施の形態による電動車両ではモータジェネレータＭＧに関連した仕様設計を効率的なものとすることが可能となる。

なお、本発明の適用はハイブリッド車両および電気自動車のみに限定されるものではなく、力行トルクの発生により車両駆動力を発生し、かつ回生トルクの発生により回生発電を実行するように構成された電動発電機（モータジェネレータ）を搭載した電動車両であれば、本発明を共通に適用することが可能である点について、確認的に記載しておく。

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従う電動車両の車両駆動用電動機に関連する概略構成図である。 本発明の実施の形態に従う電動車両における回生制動時におけるモータジェネレータの回生トルク設定を説明する概略ブロック図である。 本発明の実施の形態に従う電動車両の一例であるハイブリッド車両における制動協調制御の例を示す概念図である。 ハイブリッド車両における各車速での油圧制動および回生制動の協調制御例の例を示す概念図である。 図２に示した回生制動部の構成をさらに詳細に説明するブロック図である。 電流積算値に対する回生トルクの制限度合の設定例を説明する概念図である。 本発明の実施の形態に従う電動車両におけるモータジェネレータの回生トルク設定の手順を示すフローチャートである。ブレーキ踏力に対する回生トルクの制限度合の設定例を説明する概念図である。 本発明の実施の形態に従う電動車両におけるトルク指令値設定例を示す第１の波形図である。 本発明の実施の形態に従う電動車両におけるトルク指令値設定例を示す第２の波形図である。

符号の説明

５ 接地ライン、６，７ 電源ライン、１０，１３ 電圧センサ、１０♯ 直流電圧発生部、１２ コンバータ、２０ インバータ、２２，２４，２６ 各相アーム、２７ 電流センサ、２８ 回転角センサ、２９ 温度センサ、５０ 制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）、６２ 駆動軸、６５ 車輪（駆動輪）、７０ ブレーキペダル、７５ 踏力センサ、８０
制御装置（上位ＥＣＵ）、９０ 油圧ブレーキ、９５ 勾配センサ、９８ ナビゲーションシステム、１００ 電動車両、１１０ 回生制御部、１２０ 油圧制御部、１５０ 制動協調制御部、１６０ 必要制動パワー算出部、１７０ 制動パワー分配部、２００
充電制御部、２４０ 電流積算部、２５０ 判定部、２６０ 回生トルク設定部、Ｂ 直流電源、ＢＫ ブレーキ踏力、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６ 逆並列ダイオード、Ｆｈｃ 高電流フラグ、ＧＲ 勾配、Ｌ１ リアクトル、ＭＣＲＴ モータ電流、ＭＧ モータジェネレータ、Ｎ 中性点、Ｐｃｈ 充電要求電力、Ｐｅｇ制動パワー、Ｐｉｎ 入力（充電）可能電力、Ｐｍｇ 回生制動パワー、Ｐｏｌ 油圧制動パワー、Ｐｔ トータル制動パワー、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６ 電力用半導体スイッチング素子、ＲＧＥ 回生指示信号、ＲＰＴ 走行パターン、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６ スイッチング制御信号、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｔｍｇ モータ温度、Ｔｑｃｏｍ トルク指令値、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ 各相電流（モータジェネレータ）、Ｉｍｉｎｔ 電流積算値、Ｉｒ 基準値（電流積算値）、Ｖｂ，ＶＨ 直流電圧、θ 回転角。

Claims (6)

1. 車輪との間で回転力を相互に伝達可能に構成された電動発電機と、
   前記電動発電機がトルク指令値に従ったトルクを出力するように、充電可能な電源および前記電動発電機の間で双方向の電力変換を行なうための電力変換装置と、
   前記電動発電機の通過電流を検出する電流検出器と、
   少なくとも運転者によるブレーキ操作に応じて、回生制動動作時における前記電動発電機のトルク指令値を生成するための回生制御部とを備え、
   前記回生制御部は、
   前記電流検出器の検出値に基づき、現時点から所定の一定時間遡及した期間内における前記電動発電機の通過電流の積算値を逐次求める電流積算部と、
   前記電流積算部による積算値が基準値以上である第１の状態および、前記基準値未満である第２の状態のいずれであるかを判定する判定部とを含み、
   前記回生制御部は、前記判定部による判定結果に基づき、同一の前記ブレーキ操作に対応する前記第１および前記第２の状態のそれぞれでの前記回生制動動作時のトルク指令値について、前記第１の状態時には前記第２の状態時よりも前記トルク指令値の絶対値が小さくなるように制限する、電動車両。
2. 前記回生制御部は、
   前記電動車両の状態および前記ブレーキ操作に応じて、車両全体での要求制動パワーを算出するとともに該要求制動パワーのうちの前記電動発電機が分担する回生制動パワーを設定する制動協調制御部と、
   前記制動強調制御部によって設定された前記回生制動パワーに従って前記回生制動動作時のトルク指令値を生成する回生トルク設定部とをさらに含み、
   前記制動協調制御部は、前記判定部による判定結果に基づき、同一の前記ブレーキ操作に対応して設定される前記回生制動パワーを、前記第１の状態時には前記第２の状態時よりも低く制限する、請求項１記載の電動車両。
3. 前記回生制御部は、前記電源の充電状態に応じて前記電源の充電要求電力を設定する充電制御部をさらに含み、
   前記制動協調制御部は、前記充電要求電力以下の範囲内で前記回生制動パワーを設定し、
   前記充電制御部は、前記判定部による判定結果に基づき、同一の前記充電状態に対応して設定される前記充電要求電力を、前記第１の状態時には前記第２の状態時よりも低く制限する、請求項２記載の電動車両。
4. 前記回生制御部は、前記第２の状態時に対する前記第１の状態時における前記回生制動動作時のトルク指令値の制限度合を前記通過電流の積算値に応じて設定する、請求項１記載の電動車両。
5. 前記電動発電機の温度を取得する温度取得手段をさらに備え、
   前記判定部は、前記基準値を前記電動発電機の温度に応じて可変に設定する、請求項１から４のいずれか１項に記載の電動車両。
6. 電流積算部は、前記電動発電機の各相電流の２乗値の積算によって前記出力トルクの積算値を求める、請求項１から５のいずれか１項に記載の電動車両。

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