JP2010104094A - 電動車両およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置を搭載した電動車両において、車両の駆動状態が急変等した場合に、装置蓄電装置の過充電を抑制する。
【解決手段】ＥＣＵ３０において、回転電機に対するトルク指令値に施すフィルター処理の時定数を、蓄電装置１６の入出力電力指令値と充電電力上限値に応じて可変とし、電動車両１００の駆動状態が急変等して、蓄電装置１６の入出力電力指令値が充電電力上限値を超過する場合に、フィルター処理の時定数を通常より短い値に設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、蓄電装置を備える電動車両およびその電力制御に関し、特に、蓄電装置の充電電力超過を抑制するための制御方法に関する。

電動車両は、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、当該蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する。電動車両は、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などを含む。

これらの電動車両では、駆動力を与える電動機の制御においては、トルク変動を滑らかにするために、電動機に電力を供給する電力変換装置（インバータ）に与えるトルク指令値に、時間軸方向の変化を平滑化するフィルター処理を施している。

特開平１０−１６４７０４号公報（特許文献１）では、アクセル開度およびモータ回転数から予めデータテーブルに設定されたトルク指令値と、実際に駆動装置に出力している（フィルター処理後の）トルク指令値およびモータ回転数とから、フィルター処理の時定数を設定し、出力トルクの脈動を抑制する方法が提案されている。

また、特開２００６−９４６９１号公報（特許文献２）では、バッテリに入出力される電力と、モータに入出力される計算上の想定電力との偏差に対して行なう「なまし処理」（フィルター処理）について、駆動輪の急峻な速度変化を検出したときに、通常より小さな値の時定数を使用して電力偏差に「なまし処理」を施し、「なまし処理」後の偏差に基づいて蓄電装置の入出力許容制限値を設定する方法により、蓄電装置の過大な充放電を抑制する技術が開示されている。
特開平１０−１６４７０４号公報 特開２００６−９４６９１号公報

蓄電装置を備える電動車両においては、蓄電装置を保護しつつ電動機を適切に制御することが必要とされている。そして、駆動力を与える電動機の制御においては、通常運転時では瞬間的なトルク変動や、センサ，制御装置の分解能に起因する脈動などを滑らかにして、運転時の乗員に与える違和感を抑制するとともに、駆動状態の急激な変化が発生した場合には、その変化に対応して迅速にトルク指令を変化させ、電力変換装置への制御指令遅れによる蓄電装置の過充電を抑制する必要がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蓄電装置を搭載した電動車両において、車両の駆動状態が急変した場合に、蓄電装置の過充電を抑制することである。

本発明の電動車両は、回転電機を搭載した電動車両であって、蓄電装置を含む直流電源部と、回転電機がトルク指令値に従って動作するように、回転電機と蓄電装置との間で双方向の電力変換を制御するように構成された電力変換装置とを備えている。そして、電動車両の状態および蓄電装置の充電状態に基づいて、トルク指令値を生成するように構成されたトルク生成部と、上記トルク指令値の時間軸方向の変化を平滑化させるように構成されたフィルター処理部と、回転電機の動作状態に基づいて、蓄電装置の入出力電力を検出するように構成された電力検出部と、電力検出部によって検出された入出力電力検出値が蓄電装置の充電電力上限値を超過したか否かに基づいて、平滑化の時定数を可変に設定するように構成された時定数設定部とを備えている。また、本発明の電動車両の制御方法は、回転電機と、蓄電装置を含む直流電源部と、回転電機がトルク指令値に従って動作するように、回転電機と蓄電装置との間で双方向の電力変換を制御するように構成された電力変換装置とを備えた電動車両において、電動車両の状態および蓄電装置の充電状態に基づいて、トルク指令値を生成するステップと、トルク指令値の時間軸方向の変化を平滑化させるステップと、回転電機の動作状態に基づいて、蓄電装置の入出力電力を検出するステップと、入出力電力を検出するステップにより検出された入出力電力検出値が蓄電装置の充電電力上限値を超過したか否かに基づいて、平滑化の時定数を可変に設定するステップとを備えている。

このような構成とすることで、蓄電装置の入出力電力検出値が蓄電装置の充電電力上限値を超過したか否かによって、トルク指令値に施すフィルター処理の時定数を設定することができる。そして、切替前後の時定数の値を適切に設定することにより、通常の運転時には回転電機の回転速度の検出分解能等に起因するトルク指令値の脈動を抑制しつつ、回転電機の回転数が急変等した場合には、その急変に応じて蓄電装置の過充電を抑制することが可能となる。

好ましくは、時定数設定部は、入出力電力検出値が充電電力上限値以下のときには、第１の時定数を設定し、入出力電力検出値が充電電力上限値を超過するときには、第１の時定数より短い第２の時定数を設定する。また、電動車両の制御方法は、時定数を設定するステップにおいて、入出力電力検出値が充電電力上限値以下のときには、第１の時定数を設定し、入出力電力検出値が充電電力上限値を超過するときには、第１の時定数より短い第２の時定数を設定する。

このような構成とすることで、車両の駆動状態が急変等して入出力電力検出値が充電電力上限値を超過する状況となった場合には、トルク指令値に対して施すフィルター処理のフィルター時定数を短くすることで、状況を反映したトルク指令値を速やかに実効せしめることにより、蓄電装置の過充電を抑制することが可能となる。

また、好ましくは、時定数設定部は、入出力電力検出値が充電電力上限値を超過するときであっても、トルク指令値が、回転電機の発電電力を増加するような指令値であるときには、第１の時定数を設定する。また、電動車両の制御方法は、時定数を設定するステップにおいて、入出力電力検出値が充電電力上限値を超過するときであっても、トルク指令値が、回転電機の発電電力を増加するような指令値であるときには、第１の時定数を設定する。

このような構成とすることで、制御装置内での伝送遅れや演算遅れなどにより、回転電機へのトルク指令値変更が遅れてしまい、入出力電力検出値が蓄電装置の充電電力上限値を超過するときにさらに発電電力が増加するようなトルク指令値となる場合には、長い時定数である第１の時定数を選択することで発電電力の急激な増加を防止し、蓄電装置の過充電を抑制することができる。

あるいは好ましくは、電動車両は、主として発電機として動作する第１の回転電機と、駆動輪の回転と同期して回転し、駆動輪に動力を加えるための第２の回転電機とを搭載した電動車両であって、蓄電装置を含む直流電源部と、第１および第２の回転電機がトルク指令値に従って動作するように、第１および第２の回転電機と蓄電装置との間で双方向の電力変換を制御するように構成された電力変換装置とを備えている。そして、電動車両の状態および蓄電装置の充電状態に基づいて、第１および第２の回転電機のトルク指令値を生成するように構成されたトルク生成部と、トルク指令値の時間軸方向の変化を平滑化させるように構成されたフィルター処理部と、第１および第２の回転電機の動作状態に基づいて、蓄電装置の入出力電力を検出するように構成された電力検出部と、電力検出部によって検出された入出力電力検出値が蓄電装置の充電電力上限値を超過したか否かに基づいて、平滑化の時定数を可変に設定するように構成された時定数設定部とをさらに備えている。そして、時定数設定部は、第１の回転電機のトルク指令値に対して行う平滑化において、入出力電力検出値が充電電力上限値以下のときには第１の時定数を設定し、入出力電力検出値が充電電力上限値を超過するときには第１の時定数より短い第２の時定数を設定する。また、電動車両の制御方法は、主として発電機として動作する第１の回転電機と、電動車両の駆動輪の回転と同期して回転し、駆動輪に動力を加えるための第２の回転電機と、蓄電装置を含む直流電源部と、第１および第２の回転電機がトルク指令値に従って動作するように、第１および第２の回転電機と蓄電装置との間で双方向の電力変換を制御するように構成された電力変換装置とを備えた電動車両において、電動車両の状態および蓄電装置の充電状態に基づいて、トルク指令値を生成するステップと、トルク指令値の時間軸方向の変化を平滑化させるステップと、第１および前記第２の回転電機の動作状態に基づいて、蓄電装置の入出力電力を検出するステップと、入出力電力を検出するステップにより検出された入出力電力検出値が蓄電装置の充電電力上限値を超過したか否かに基づいて、平滑化の時定数を可変に設定するステップとを備えている。そして、上記時定数を設定するステップは、第１の回転電機のトルク指令値に対して行う平滑化において、入出力電力検出値が充電電力上限値以下のときには、第１の時定数を設定し、入出力電力検出値が充電電力上限値を超過するときには、第１の時定数より短い第２の時定数を設定する。

このような構成とすることで、車両の駆動状態が急変等して入出力電力検出値が充電電力上限値を超過する状況となった場合には、発電機として動作する第１の回転電機のトルク指令値に対して施すフィルター処理のフィルター時定数を短くすることで、第１の回転電機の発電電力を、状況を反映したトルク指令値を速やかに実効せしめることにより、蓄電装置の過充電を抑制することが可能となる。

また好ましくは、時定数設定部は、入出力電力検出値が充電電力上限値を超過するときであっても、第１の回転電機のトルク指令値が、第１の回転電機の発電電力を増加するような指令値であるときには、第１の時定数を設定する。また、電動車両の制御方法は、時定数を設定するステップは、入出力電力検出値が充電電力上限値を超過するときであっても、第１の回転電機のトルク指令値が、第１の回転電機の発電電力を増加するような指令値であるときには、第１の時定数を設定する。

このような構成とすることで、制御装置内での伝送遅れや演算遅れなどにより、回転電機へのトルク指令値変更が遅れてしまい、入出力電力検出値が蓄電装置の充電電力上限値を超過するときに、さらに第１の回転電機の発電電力が増加するようなトルク指令値となる場合には、長い時定数である第１の時定数を選択することで発電電力の急激な増加を防止し、蓄電装置の過充電を抑制することができる。

本発明によれば、蓄電装置を搭載した電動車両において、車両の駆動状態が急変した場合に、蓄電装置の過充電を抑制することができる。

以下において、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態に従う、電動車両１００の全体ブロック図である。なお、電動車両１００は、充電可能な蓄電装置からの電力によって走行可能であれば、その構成は特に限定されるものではない。電動車両１００には、たとえばハイブリッド自動車，電気自動車および燃料電池自動車などが含まれる。

図１を参照して、電動車両１００は、車両の駆動に必要な直流電源を出力する直流電源部１０と、直流電源部１０から主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬを介して接続され、車両に駆動力を与える駆動力発生部２０と、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬ間に接続された電圧センサ１８およびコンデンサＣと、電動車両１００を制御する制御装置（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」とも称する。）３０とを備える。

直流電源部１０は、駆動に必要な直流電源を蓄積する蓄電装置１６と、コンバータ１７と、電流センサ１１と、電圧センサ１２とを含む。なお、直流電源部１０は蓄電可能な直流電源であれば、上記のような構成に限定されない。

蓄電装置１６は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１６は、たとえば、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの二次電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子により構成される。

コンバータ１７は、蓄電装置１６から正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１を介して接続され、さらに駆動力発生部２０と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬを介して接続される。そして、ＥＣＵ３０からの駆動信号ＰＷＣ１に基づいて、蓄電装置１６と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。

電流センサ１１は、蓄電装置１６とコンバータ１７との間を接続する正極線ＰＬ１に挿入接続され、蓄電装置１６に入出力される電流Ｉｂ１を検出してＥＣＵ３０に検出値を出力する。なお、電流センサ１１は蓄電装置１６から出力される電流（放電電流）を正値として検出し、蓄電装置に入力される電流（充電電流）を負値として検出する。図１では、電流センサ１１は正極線ＰＬ１の電流を検出する場合が示されているが、電流センサ１１は負極線ＮＬ１の電流を検出してもよい。

電圧センサ１２は、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１間に接続され、蓄電装置１６の電圧Ｖｂ１を検出して、その検出値をＥＣＵ３０に出力する。

駆動力発生部２０は、インバータ２１−１，２１−２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構２２と、駆動軸２４と、電流センサ２６−１，２６−２と、回転角センサ２７−１，２７−２とを備える。

インバータ２１−１，２１−２は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに互いに並列して接続される。そして、インバータ２１−１，２１−２は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから供給される駆動電力（直流電力）を交流電力に変換してそれぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ出力する。また、インバータ２１−１，２１−２は、それぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が発電する交流電力を直流電力に変換して回生電力として主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ出力する。

すなわち、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれインバータ２１−１，２１−２から供給される交流電力を受けて回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、外部から回転力を受けて交流電力を発生する。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータとＹ結線された三相コイルを有するステータとを備える三相交流回転電機から成る。そして、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構２２と連結され、動力分割機構２２にさらに連結される駆動軸２４を介して回転駆動力が車輪（図示せず）へ伝達される。

なお、この電動車両１００がハイブリッド車両の場合には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構２２または駆動軸２４を介してエンジン（図示せず）にも連結される。そして、ＥＣＵ３０によって、エンジンの発生する駆動力とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御が実行される。なお、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。

電流センサ２６−１は、インバータ２１−１とモータジェネレータＭＧ１間の各相の電流値を検出し、ＥＣＵ３０に出力する。電流センサ２６−２も同様に、インバータ２１−２とモータジェネレータＭＧ２間の各相の電流値を検出し、ＥＣＵ３０に出力する。なお、電流センサ２６−１，２６−２は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のすべての相の電流を検出しなくても、それぞれ３相のうちの２相を検出すれば足りる。

回転角センサ２７−１，２７−２は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，２を検出し、ＥＣＵ３０に出力する。ＥＣＵ３０では、回転角θ１，２に基づき、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数ＭＲＮ１，２および角速度ω１，２を算出できる。回転角センサとしては、たとえばレゾルバなどが用いられる。なお、回転角センサ２７−１，２７−２については、回転角θ１，２をＥＣＵ３０にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略することもできる。

コンデンサＣは、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に接続され、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに含まれる電力変動成分を低減する。電圧センサ１８は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間の電圧Ｖｈを検出し、その検出値をＥＣＵ３０へ出力する。

ＥＣＵ３０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサおよび電力変換装置との信号の入出力を行なうとともに、電動車両１００の駆動制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、少なくとも一部を専用のハードウエア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

ＥＣＵ３０は、電流センサ１１からの電流Ｉｂ１の検出値と電圧センサ１２からの電圧Ｖｂ１の検出値とに基づいて蓄電装置１６の充電状態（以下「ＳＯＣ（State of Charge）」とも称する。）を示す状態量を算出する。また、ＥＣＵ３０は、蓄電装置１６の放電電力の上限を示す放電電力上限値および蓄電装置１６の充電電力の上限を示す充電電力上限値を算出する。

また、ＥＣＵ３０は、車両の走行状況やアクセル開度、蓄電装置１６のＳＯＣなどに基づいて、駆動力発生部２０に対する入出力電力およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対するトルク指令値を生成する。そして、ＥＣＵ３０は、その生成されたトルク指令値に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動するための駆動信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成された駆動信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれインバータ２１−１，２１−２へ出力し制御を行なう。

また、ＥＣＵ３０は、上記の入出力電力に基づいて、コンバータ１７をそれぞれ駆動するための駆動信号ＰＷＣ１を生成し、その生成された駆動信号ＰＷＣ１をコンバータ１７へ出力し制御を行なう。

なお、ＥＣＵ３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動するための駆動信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成する際に用いるトルク指令値については、モータ回転速度の検出分解能等に起因して発生するトルク指令値の脈動や、瞬間的なトルク変動による影響を抑制するために、トルク指令値にフィルター処理を施し、トルク指令値の時間軸方向の変化の平滑化を行うことが一般的である。

車両がスリップ状態からグリップしたときのように、駆動状態が急変するときには、車両の駆動輪および車両を駆動するモータジェネレータＭＧ２の回転速度は低下し、モータジェネレータＭＧ２の消費電力は減少する。この際には、ＥＣＵ３０は、全体での電力バランスを制御するために、モータジェネレータＭＧ２の消費電力の減少に対応して、モータジェネレータＭＧ１の発電電力が減少するように、モータジェネレータＭＧ１に対するトルク指令値を変更する。しかしながら、このトルク指令値に施すフィルター処理により、モータジェネレータＭＧ１に対するトルク指令値の変更が遅れてしまうため、モータジェネレータＭＧ１での発電電力の減少が遅れてしまう。その結果、蓄電装置１６に充電される電力が増加し、充電電力上限値を超過してしまう可能性がある。このため、ＥＣＵ３０は、後述するように車両の駆動状態の急変発生等により蓄電装置１６の充電電力がその上限値を超過する場合においては、当該フィルター処理の時定数を変更し、トルク指令値を速やかに変化させるフィルター時定数変更制御を実行する。

次に、図２および図３を用いて、フィルター時定数変更制御の概要を説明する。なお、図中において放電電力を正値とし充電電力を負値として示す。また、以下では、モータジェネレータＭＧ１はエンジン出力を用いて発電可能な発電機として機能させ、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪を駆動する電動機として機能させるものとする。

本実施の形態である、フィルター時定数変更制御を適用したときの入出力電力の例を図３に示す。比較例として、フィルター時定数変更制御を適用しない場合の入出力電力の例を図２に示す。

まず図２を参照して、グリップ前においては、モータジェネレータＭＧ２はモータジェネレータＭＧ１によって発電される電力と、蓄電装置１６から出力される電力により駆動される（図２上段）。

グリップ直後は、モータジェネレータＭＧ２の回転数ＭＲＮ２が急激に減少するため、モータジェネレータＭＧ２の消費電力も急減する。このとき、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値が長い時定数でフィルター処理されるため、モータジェネレータＭＧ１の発電される電力は緩やかに減少する。そのため、モータジェネレータＭＧ１で発電される電力がモータジェネレータＭＧ２で消費される電力を上回り、余剰の発電電力が蓄電装置１６に充電される（図２中段）。

グリップ直後は、まだ蓄電装置１６の充電電力Ｐｂは充電電力上限値Ｗｉｎ１以下となっていたとしても、時間Δｔ経過後においても、まだモータジェネレータＭＧ１の発電電力が、長い時定数によるフィルター処理のため減少途中である。そのため、モータジェネレータＭＧ２の消費電力を差し引いた電力が継続して蓄電装置１６に蓄積し続け、その結果、蓄電装置１６の充電電力Ｐｂが充電電力上限値Ｗｉｎ１を超過してしまう可能性がある（図２下段）。

一方、図３は本実施の形態によるフィルター時定数変更制御を適用した場合の例を示す。図３を参照して、グリップ前およびグリップ直後については、図２の説明と同様である（図３上段，中段）。

時間Δｔ経過後において、ＥＣＵ３０は、蓄電装置１６の充電電力Ｐｂが充電電力上限値Ｗｉｎ１を超過すると判断し、ＥＣＵ３０はフィルター時定数を短く設定してモータジェネレータＭＧ１へのトルク指令値ＴＲ１のフィルター処理を行う。その結果、モータジェネレータＭＧ１の発電電力が急速に減少し、モータジェネレータＭＧ１の発電電力からモータジュネレータＭＧ２で消費される電力を差し引いた、蓄電装置１６に蓄積される余剰の充電電力もそれに伴って減少する。その結果、蓄電装置１６の充電電力Ｐｂの増加が抑制され、充電電力Ｐｂが充電電力上限値Ｗｉｎ１を超過するのを抑制することができる（図３下段）。

次に、本実施の形態による、ＥＣＵ３０によって実行されるトルク指令出力制御に関する制御構成を、図４の機能ブロック図を参照しながら説明する。

図４を参照して、ＥＣＵ３０は、蓄電装置状態検出部４００と、トルク生成部４１０と、電力検出部４２０と、時定数設定部４３０と、フィルター処理部４４０と、インバータ制御部４５０とを含む。この各機能ブロックはＥＣＵ３０内のＣＰＵ（図示しない）に予め格納されたプログラムの実行によって実現される。あるいは、各機能ブロックに対応する機能を実現するように実装された電子回路（ハードウェア）によって各機能ブロックのを構成するようにしてもよい。

蓄電装置状態検出部４００は、電流センサ１１からの電流Ｉｂ１の検出値と、電圧センサ１２からの電圧Ｖｂ１の検出値とに基づいて、蓄電装置１６の状態量ＳＯＣ１を算出し、トルク生成部４１０に出力する。また、蓄電装置状態検出部４００は、蓄電装置１６の充放電電力上限値Ｗｉｎ１およびＷｏｕｔ１を算出し、トルク生成部４１０および時定数設定部４３０に出力する。

トルク生成部４１０は、いずれも図示しないセンサより入力されるアクセル開度信号ＡＣＣおよび車速信号ＶＳと、蓄電装置状態検出部４００から入力される蓄電装置１６の状態量ＳＯＣ１とに基づいて、車両要求パワーを算出する。トルク生成部４１０は、この車両要求パワーから、蓄電装置１６の充放電電力が充放電電力上限値Ｗｉｎ１，Ｗｏｕｔ１以下となる範囲内に限定して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれのトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２を生成する。すなわち、生成されたトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２が、現在の車両の状態における電力バランスを反映したものとなっている。

電力検出部４２０は、電流センサ２６−１，２６−２からモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の電流値ＭＣＲＴ１，２と、インバータ制御部４５０で算出されるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各相に印加される電圧指令Ｖｍｇ１，２とに基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれの入出力電力を検出する。そして、電力検出部４２０は、これらの入出力電力検出値を加算することによって駆動力発生部２０に対する蓄電装置１６からの入出力電力検出値ＰＲを算出する。

なお、上記の入出力電力の検出手法は一例であって、上記の構成には限定されない。たとえば、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各相に印加される電圧については、それぞれの電圧を検出する電圧センサ（図示しない）を別個に設け、その検出値を用いて算出してもよい。また、別個に設けられた電力計（図示しない）によって直接電力を測定してもよい。

時定数設定部４３０は、蓄電装置状態検出部４００から入力される蓄電装置１６の充電電力上限値Ｗｉｎ１と上記の入出力電力検出値ＰＲとを比較し、後述するフィルター処理部４４０で使用するフィルター時定数Ｔを設定する。具体的には、時定数設定部４３０は、入出力電力検出値ＰＲが充電電力上限値Ｗｉｎ１以下の場合（ＰＲ≦Ｗｉｎ１）は、長い時定数であるＴ１を設定し、入出力電力検出値ＰＲが充電電力上限値Ｗｉｎ１を超過する場合（ＰＲ＞Ｗｉｎ１）は、短い時定数Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）を設定する。ただし、入出力電力検出値ＰＲが充電電力上限値Ｗｉｎ１を超過する場合であっても、モータジェネレータＭＧ１へのトルク指令値ＴＲ１が発電電力を増加するような指令である場合は、短い時定数を選択すると、発電電力が急激に増加し蓄電装置の充電電力上限値Ｗｉｎ１を超過してしまう可能性がある。そのため、時定数設定部４３０は、このような場合には、入出力電力検出値ＰＲが充電電力上限値Ｗｉｎ１を超過する場合であっても、過充電を抑制するように、長い時定数であるＴ１を設定する。

なお、この時定数は上記のような２種類の場合に限定されず、その他の状態量に応じて可変としたり、入出力電力検出値ＰＲと充電電力上限値Ｗｉｎ１に応じて、さらに多くの時定数を設定するようにしてもよい。

フィルター処理部４４０は、トルク生成部４１０で生成されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２に対し、トルク変動を滑らかにするために、時間軸方向に平滑化するフィルター処理を施し、フィルター処理後の最終トルク指令値ＴＲＦ１，ＴＲＦ２を生成する。このとき、フィルターの時定数は、上記の時定数設定部４３０で設定された時定数Ｔを使用する。このフィルター処理には、たとえば１次ローパスフィルターなどを用いることができる。

インバータ制御部４５０は、フィルター処理されたトルク指令値ＴＲＦ１，ＴＲＦ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２と、電圧Ｖｈおよびロータ角度θ１，θ２とに基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各相電圧指令Ｖｍｇ１，２を生成する。そして、インバータ制御部４５０は、その生成された各相電圧指令と図示されない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいて、駆動信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を設定し、それぞれインバータ２１−１，２１−２へ出力する。

図５は、図４に示した本実施の形態の、トルク指令出力制御の制御処理手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ３０に予め格納されたプログラムを、一定時間（たとえば１０ｍｓ）ごとまたは所定条件成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図５を参照して、ＥＣＵ３０は、まずステップ（以下、ステップをＳと略す。）５００にて、アクセル開度信号ＡＣＣ、車速信号ＶＳと、蓄電装置１６の状態量ＳＯＣ１および充放電電力上限値Ｗｉｎ１，Ｗｏｕｔ１に基づいてモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク目標値ＴＲ１，ＴＲ２を生成する。そして、ＥＣＵ３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の電流値ＭＣＲＴ１，２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各相に印加される電圧指令Ｖｍｇ１，２とに基づいて、駆動力発生部２０の入出力電力検出値ＰＲ（すなわち蓄電装置の入出力電力）を算出する（Ｓ５１０）。

次に、ＥＣＵ３０は、Ｓ５２０において、上記入出力電力検出値ＰＲと蓄電装置１６の充電電力上限値Ｗｉｎ１とを比較し、充電電力が上限値を超過しているか否かを判定する。ここで、入出力電力検出値ＰＲが充電電力上限値Ｗｉｎ１以下である場合（Ｓ５２０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３０は、フィルター時定数として長い時定数であるＴ１を設定する（Ｓ５３０）。そして、ＥＣＵ３０は、この時定数を用いてトルク指令値にフィルター処理を施し、最終的なトルク指令値ＴＲＦ１，ＴＲＦ２を算出する（Ｓ５４０）。

その後、Ｓ５５０にて、ＥＣＵ３０はトルク指令値ＴＲＦ１，ＴＲＦ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２と、電圧Ｖｈと、ロータの回転角θ１，θ２およびキャリア波に基づいて駆動信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を設定し、インバータ２１−１，２１−２を制御する。

一方、Ｓ５２０にて、入出力電力検出値ＰＲが充電電力上限値Ｗｉｎ１を超過する場合（Ｓ５２０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３０は、次に発電機として動作するモータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１が発電電力を低下させる方向であるか否かを判定する（Ｓ５６０）。

ここで、トルク指令値ＴＲ１が発電電力を低下させる方向である場合（Ｓ５６０にてＹＥＳ）は、モータジェネレータＭＧ２での消費電力が減少していることを示している。この場合、モータジェネレータＭＧ１の発電電力を早期に減少させないと、発電電力がモータジェネレータＭＧ２の消費電力を上回ってしまい、余剰の発電電力により蓄電装置１６がさらに充電されることになる。そのため、ＥＣＵ３０は、Ｓ５７０にて、トルク変動に対する応答性を向上させるために、フィルター時定数を短い時定数Ｔ２に設定する。そして、ＥＣＵ３０は、この時定数Ｔ２を用いてトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２にフィルター処理を施し（Ｓ５４０）、インバータ制御指令を算出して出力する（Ｓ５５０）。

一方、トルク指令値ＴＲ１が発電電力を増加させる方向である場合（Ｓ５６０にてＮＯ）は、モータジェネレータＭＧ２での消費電力が増加している場合、もしくはさらに蓄電装置１６に対して充電するような場合を示している。この場合、フィルター時定数を短く設定してしまうと、モータジェネレータＭＧ１での発電電力が急激に増加し、蓄電装置１６が過充電になってしまう可能性がある。そのため、Ｓ５３０に処理が移され、発電電力の急激な増加を防止するように、ＥＣＵ３０は、フィルター時定数として長い時定数であるＴ１を設定する。その後、ＥＣＵ３０は、当該時定数を用いてトルク指令値にフィルター処理を施し（Ｓ５４０）、インバータ制御指令を出力する（Ｓ５５０）。

このように、図５に示すフローチャートに従った制御処理をＥＣＵ３０が実行することによって、図４に示したのと同様の本実施の形態による制御が実現できる。

次に、図６および図７を用いて、上記のフィルター時定数変更制御を適用したときの、グリップ発生前後の蓄電装置１６の充電電力の推移を示す。図７はフィルター時定数変更制御を適用した場合の充電電力の推移を示し、図６は比較例としてフィルター時定数変更制御を適用しない場合の充電電力の推移をそれぞれ示す。

図６を参照して、時刻ｔ１にてグリップが発生すると、モータとして駆動されるモータジェネレータＭＧ２の回転数ＭＲＮ２は急激に低下する。これに伴って、モータジェネレータＭＧ２の消費電力は減少し、蓄電装置１６から出力される放電電力も減少する。

ＥＣＵ３０は、上記の駆動変化に伴う電力バランスに対応して、発電機として駆動されるモータジェネレータＭＧ１の駆動トルクＴＲ１を急速に低下させようとするが、トルク変動を平滑化するために長い時定数のフィルター処理が行われるため、モータジェネレータＭＧ１に対する駆動トルクＴＲ１は緩やかに変化する。これにより、モータジェネレータＭＧ１の発電電力も緩やか減少する。

そのため、モータジェネレータＭＧ１による発電電力がモータジェネレータＭＧ２の消費電力を上回り、余剰の発電電力が蓄電装置１６の充電電力となって駆動力発生部２０から蓄電装置１６に流れ込むことになる。そして、モータジェネレータＭＧ１による発電電力がモータジェネレータＭＧ２の消費電力と等しくなるまで、この余剰電力が継続して蓄積されていき、蓄電装置１６の充電電力Ｐｂが増加し続ける。

そして、図中の時刻ｔ２において、蓄電装置１６の充電電力上限値Ｗｉｎ１を超過し過充電状態となる。

次に、図７を参照して、図中の時刻ｔ１１においてグリップが発生すると、図６の場合と同様にモータジェネレータＭＧ２の回転数ＭＲＮ２が急激に低下する。これに伴って、同様にモータジェネレータＭＧ２の消費電力は減少するが、図６同様にモータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１はフィルター処理のため緩やかに変化するため、次第に蓄電装置１６の充電電力Ｐｂが増加する。

ところが、時刻ｔ１２において、ＥＣＵ３０は、充電電力Ｐｂが蓄電装置１６の充電電力上限値Ｗｉｎ１を超過すると判断し、時定数を短く設定してトルク指令値ＴＲ１のフィルター処理を行なう。これによって、モータジェネレータＭＧ２の回転数ＭＲＮ２の急減に応答して、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１も急速に低下し発電電力が減少する。その結果、モータジェネレータＭＧ１により発電される余剰電力が少なくなり、蓄電装置１６の過充電を抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態による電動車両および電動車両の制御方法によれば、蓄電装置１６の入出力電力検出値ＰＲが充電電力上限値Ｗｉｎ１を超過した場合に、出力トルク指令値ＴＲ１，２に施すフィルター処理の時定数を、通常より短い値に変更するフィルター時定数変更制御を適用することで、車両の駆動状態が急変した場合に、その急変に迅速に対応して出力トルク指令値ＴＲ１，２の変更が可能となり、蓄電装置の過充電を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、直流電源部１０が１つの蓄電装置を含む場合について説明したが、複数の蓄電装置を含む場合であってもよい。この場合、複数の蓄電装置の充放電電力上限値ＷｉｎおよびＷｏｕｔのそれぞれの総和を、上記蓄電装置１６の充放電電力上限値Ｗｉｎ１およびＷｏｕｔ１として取り扱うことにより、上記のフィルター時定数変更制御を適用することができる。また、モータジェネレータについても、３つ以上を含むものとしてもよい。

なお、時定数Ｔ１および時定数Ｔ２が、それぞれ本発明の「第１の時定数」および「第２の時定数」に対応する。また、インバータ２１−１，２１−２は、本発明の「電力変換装置」に対応する。

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。

本実施の形態に従う、電動車両の全体ブロック図である。 本実施の形態の、フィルター時定数変更制御の概要を説明する第１の図である。 本実施の形態の、フィルター時定数変更制御の概要を説明する第２の図である。 本実施の形態による、トルク指令出力制御に関する制御構成図を示す機能ブロックである。 本実施の形態による、トルク指令出力制御の制御処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態における、トルク指令出力制御を適用しない場合の、グリップ発生前後の蓄電装置の充電電力の推移の例である。 本実施の形態における、トルク指令出力制御を適用した場合の、グリップ発生前後の蓄電装置の充電電力の推移の例である。

符号の説明

１０ 直流電源部、１６ 蓄電装置、１７ コンバータ、１１，２６−１，２６−２ 電流センサ、１２，１８ 電圧センサ、２０ 駆動力発生部、２１−１，２１−２ インバータ、２２ 動力分割機構、２４ 駆動軸、２７−１，２７−２ 回転角センサ、３０ ＥＣＵ、１００ 電動車両、４００ 蓄電装置状態検出部、４１０ トルク生成部、４２０ 電力検出部、４３０ 時定数設定部、４４０ フィルター処理部、４５０ インバータ制御部、ＡＣＣ アクセル開度信号、Ｃ コンデンサ、Ｉｂ１ 電流、ＭＣＲＴ１，２ モータ電流、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＭＮＬ 主負母線、ＭＰＬ 主正母線、ＭＲＮ１，２ モータ回転数、ＮＬ１ 負極線、Ｐｂ 充電電力、ＰＬ１ 正極線、ＰＲ 入出力電力検出値、ＰＷＣ１ コンバータ駆動信号、ＰＷＩ１，ＰＷＩ２ インバータ駆動信号、ＳＯＣ１ 状態量、Ｔ，Ｔ１，Ｔ２ フィルター時定数、ＴＲ１，ＴＲ２ トルク指令値、ＴＲＦ１，ＴＲＦ２ トルク指令値（最終値）、Ｖｂ１，Ｖｈ 電圧、Ｖｍｇ１，２ 各相電圧指令、ＶＳ 車速信号、Ｗｉｎ１，Ｗｏｕｔ１ 充放電電力上限値、θ１，２ 回転角、ω１，２ 角速度。

Claims (10)

1. 回転電機を搭載した電動車両であって、
   蓄電装置を含む直流電源部と、
   前記回転電機がトルク指令値に従って動作するように、前記回転電機と前記蓄電装置との間で双方向の電力変換を制御するように構成された電力変換装置と、
   前記電動車両の状態および前記蓄電装置の充電状態に基づいて、前記トルク指令値を生成するように構成されたトルク生成部と、
   前記トルク指令値の時間軸方向の変化を平滑化させるように構成されたフィルター処理部と、
   前記回転電機の動作状態に基づいて、前記蓄電装置の入出力電力を検出するように構成された電力検出部と、
   前記電力検出部によって検出された入出力電力検出値が前記蓄電装置の充電電力上限値を超過したか否かに基づいて、前記平滑化の時定数を可変に設定するように構成された時定数設定部とを備える、電動車両。
2. 前記時定数設定部は、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値以下のときには、第１の時定数を設定し、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値を超過するときには、前記第１の時定数より短い第２の時定数を設定する、請求項１に記載の電動車両。
3. 前記時定数設定部は、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値を超過するときであっても、前記トルク指令値が、前記回転電機の発電電力を増加するような指令値であるときには、前記第１の時定数を設定する、請求項２に記載の電動車両。
4. 主として発電機として動作する第１の回転電機と、駆動輪の回転と同期して回転し、前記駆動輪に動力を加えるための第２の回転電機とを搭載した電動車両であって、
   蓄電装置を含む直流電源部と、
   前記第１および前記第２の回転電機がトルク指令値に従って動作するように、前記第１および前記第２の回転電機と前記蓄電装置との間で双方向の電力変換を制御するように構成された電力変換装置と、
   前記電動車両の状態および前記蓄電装置の充電状態に基づいて、前記第１および前記第２の回転電機の前記トルク指令値を生成するように構成されたトルク生成部と、
   前記トルク指令値の時間軸方向の変化を平滑化させるように構成されたフィルター処理部と、
   前記第１および前記第２の回転電機の動作状態に基づいて、前記蓄電装置の入出力電力を検出するように構成された電力検出部と、
   前記電力検出部によって検出された入出力電力検出値が前記蓄電装置の充電電力上限値を超過したか否かに基づいて、前記平滑化の時定数を可変に設定するように構成された時定数設定部とを備え、
   前記時定数設定部は、前記第１の回転電機の前記トルク指令値に対して行う前記平滑化において、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値以下のときには第１の時定数を設定し、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値を超過するときには前記第１の時定数より短い第２の時定数を設定する、電動車両。
5. 前記時定数設定部は、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値を超過するときであっても、前記第１の回転電機の前記トルク指令値が、前記第１の回転電機の発電電力を増加するような指令値であるときには、前記第１の時定数を設定する、請求項４に記載の電動車両。
6. 電動車両の制御方法であって、
   前記電動車両は、
   回転電機と、
   蓄電装置を含む直流電源部と、
   前記回転電機がトルク指令値に従って動作するように、前記回転電機と前記蓄電装置との間で双方向の電力変換を制御するように構成された電力変換装置とを備え、
   前記制御方法は、
   前記電動車両の状態および前記蓄電装置の充電状態に基づいて、前記トルク指令値を生成するステップと、
   前記トルク指令値の時間軸方向の変化を平滑化させるステップと、
   前記回転電機の動作状態に基づいて、前記蓄電装置の入出力電力を検出するステップと、
   前記検出するステップにより検出された入出力電力検出値が前記蓄電装置の充電電力上限値を超過したか否かに基づいて、前記平滑化の時定数を可変に設定するステップとを備える、電動車両の制御方法。
7. 前記設定するステップは、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値以下のときには、第１の時定数を設定し、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値を超過するときには、前記第１の時定数より短い第２の時定数を設定する、請求項６に記載の電動車両の制御方法。
8. 前記設定するステップは、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値を超過するときであっても、前記トルク指令値が、前記回転電機の発電電力を増加するような指令値であるときには、前記第１の時定数を設定する、請求項７に記載の電動車両の制御方法。
9. 電動車両の制御方法であって、
   前記電動車両は、
   主として発電機として動作する第１の回転電機と、
   前記電動車両の駆動輪の回転と同期して回転し、前記駆動輪に動力を加えるための第２の回転電機と、
   蓄電装置を含む直流電源部と、
   前記第１および前記第２の回転電機がトルク指令値に従って動作するように、前記第１および前記第２の回転電機と前記蓄電装置との間で双方向の電力変換を制御するように構成された電力変換装置とを備え、
   前記制御方法は、
   前記電動車両の状態および前記蓄電装置の充電状態に基づいて、前記トルク指令値を生成するステップと、
   前記トルク指令値の時間軸方向の変化を平滑化させるステップと、
   前記第１および前記第２の回転電機の動作状態に基づいて、前記蓄電装置の入出力電力を検出するステップと、
   前記検出するステップにより検出された入出力電力検出値が前記蓄電装置の充電電力上限値を超過したか否かに基づいて、前記平滑化の時定数を可変に設定するステップとを備え、
   前記設定するステップは、前記第１の回転電機の前記トルク指令値に対して行う前記平滑化において、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値以下のときには、第１の時定数を設定し、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値を超過するときには、前記第１の時定数より短い第２の時定数を設定する、電動車両の制御方法。
10. 前記設定するステップは、前記入出力電力検出値が前記充電電力上限値を超過するときであっても、第１の回転電機の前記トルク指令値が、第１の回転電機の発電電力を増加するような指令値であるときには、前記第１の時定数を設定する、請求項９に記載の電動車両の制御方法。

Images