JP2013094000A - 電力回生システム - Google Patents

Abstract

【課題】高圧バッテリ、低圧バッテリおよび発電機を含む電気回路が適切に設計されることにより、車両の燃費の向上を図ることができる、電力回生システムを提供する。
【解決手段】車両１の制動時には、モータジェネレータ２により、後輪４Ｌ，４Ｒの動力が電力に回生されるとともに、オルタネータ９Ｌ，９Ｒにより、前輪８Ｌ，８Ｒの動力が電力に回生される。オルタネータ９Ｌ，９Ｒには、前輪８Ｌ，８Ｒの回転がその回転速度を高めて伝達される。オルタネータ９Ｌ，９Ｒに供給される界磁電流は、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの発電電圧が高圧バッテリ２７の定格電圧以下かつ低圧バッテリ２５の定格電圧以上となるように制御される。高圧バッテリ２７と低圧バッテリ２５およびオルタネータ９Ｌ，９Ｒとの間には、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が介在されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッドカーなどの車両に備えられる電力回生システムに関する。

電気自動車やハイブリッドカーには、走行用モータおよび発電機として機能するモータジェネレータが備えられている。

車両の加速時には、モータジェネレータが走行用モータとして機能し、バッテリから供給される電力でモータジェネレータが駆動されて、モータジェネレータの出力が車両の駆動輪に伝達される。

車両の制動時には、モータジェネレータが発電機として機能し、駆動輪からモータジェネレータに伝達される動力が電力に回生されて、その電力でバッテリが充電される。これにより、駆動輪の運動エネルギーが無駄に消費されることを防止でき、燃費の向上を図ることができる。

しかしながら、車両の制動時に、従動輪の運動エネルギーが無駄に消費されている。すなわち、車両の制動時の従動輪の運動エネルギーは、サービスブレーキ（フットブレーキ）により、熱エネルギー（摩擦熱）に変換され、電力に回生されていない。

たとえば、エンジンを駆動源とする前輪駆動車において、駆動輪に連結されるドライブシャフトに前輪側ジェネレータを設けるとともに、左右の後輪を連結する後輪シャフトに後輪側ジェネレータを設けて、前輪側ジェネレータおよび後輪側ジェネレータの発電電力でバッテリを充電する構成が提案されている。この構成では、車両の制動時に、従動輪である後輪の運動エネルギーが無駄にならず、燃費のさらなる向上を図ることができる。

特開２００４−２１０２０５号公報 特開２００２−１７６７０４号公報

ところが、電気自動車やハイブリッドカーには、バッテリとして、モータジェネレータの駆動に必要な電力を蓄えておくための高圧バッテリおよびその他の電気負荷の駆動に必要な電力を蓄えておくための低圧バッテリが備えられている。そのため、前述の提案に係る構成を電気自動車やハイブリッドカーに適用する場合には、高圧バッテリ、低圧バッテリおよび従動輪の動力を電力に回生するためのジェネレータを含む電気回路の適切な設計が必要となる。

本発明の目的は、高圧バッテリ、低圧バッテリおよび発電機を含む電気回路が適切に設計されることにより、車両の燃費の向上を図ることができる、電力回生システムを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る電力回生システムは、前輪および後輪の一方をモータジェネレータからの駆動力が伝達される駆動輪とし、その他方を駆動力が伝達されない従動輪とする車両に備えられ、前記車両の制動時に運動エネルギーを電力に回生する電力回生システムであって、前記モータジェネレータに供給される電力が蓄積される高圧バッテリと、前記高圧バッテリよりも定格電圧が低い低圧バッテリと、前記従動輪の回転が回転速度を高めて伝達され、前記従動輪の動力を電力に回生する発電機と、前記高圧バッテリと前記低圧バッテリおよび前記発電機との間に介在された双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記車両の制動時に、前記発電機の発電電圧が前記高圧バッテリの定格電圧以下かつ前記低圧バッテリの定格電圧以上となるように、前記発電機に供給される界磁電流を制御する発電制御手段とを含む。

車両の加速時には、高圧バッテリからモータジェネレータに電力が供給されて、モータジェネレータから出力される駆動力が駆動輪に伝達される。駆動輪は、車両の前輪および後輪の一方である。前輪および後輪の他方は、駆動力が伝達されず、車両の走行に伴って回転する従動輪である。従動輪に関連して、発電機が設けられている。車両の制動時には、モータジェネレータにより、駆動輪の動力が電力に回生されるとともに、発電機により、従動輪の動力が電力に回生される。

発電機には、従動輪の回転がその回転速度を高めて伝達される。これにより、発電機の発電効率を向上させることができる。

発電機に供給される界磁電流は、発電機の発電電圧が高圧バッテリの定格電圧以下かつ低圧バッテリの定格電圧以上となるように制御される。そして、高圧バッテリと低圧バッテリおよび発電機との間には、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータが介在されている。

高圧バッテリと発電機との間に双方向ＤＣ−ＤＣコンバータが介在されているので、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにより、発電機の発電電圧（直流電圧）を高圧バッテリの定格電圧に昇圧し、その定格電圧で高圧バッテリを充電することができる。その結果、従動輪の運動エネルギーが無駄にならず、燃費の向上を図ることができる。

また、高圧バッテリと低圧バッテリとの間に双方向ＤＣ−ＤＣコンバータが介在されているので、高圧バッテリから出力される直流電圧を低圧バッテリの定格電圧に降圧し、その定格電圧で低圧バッテリを充電することができる。

このように、発電機の発電電圧で高圧バッテリを充電することができ、かつ、高圧バッテリの出力電圧で低圧バッテリを充電することができるので、高圧バッテリ、低圧バッテリおよび発電機を含む電気回路は適切に設計されていると言える。

従動輪は、車両の前輪であることが好ましい。

車両の制動時には、前輪に相対的に大きい荷重がかかる前荷重となる。従動輪の動力が電力に回生される構成において、従動輪が前輪であれば、車両の制動時に、前輪に回生制動トルクを付与することができる。そのため、モータジェネレータに供給されるモータ電流を増加させて、後輪に付与される回生制動トルクを増大させても、前輪および後輪に作用する制動トルク（サービスブレーキの制動トルクおよび回生制動トルク）の比率を適切な比率（たとえば、７：３）に保つことができる。その結果、車両を良好に制動させることができながら、モータジェネレータおよび発電機から大きな電力を発生させることができる。

また、低圧バッテリと発電機との間に、発電機から低圧バッテリに供給される電圧を降圧するための降圧コンバータが介在されていることが好ましい。

降圧コンバータにより、発電機の発電電圧（直流電圧）を低圧バッテリの定格電圧に降圧し、その定格電圧で低圧バッテリを充電することができる。よって、発電機から出力される電力を高圧バッテリおよび低圧バッテリに分散して供給することができる。

本発明によれば、高圧バッテリ、低圧バッテリおよび発電機を含む電気回路が適切に設計されているので、車両の燃費の向上を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力回生システムが備えられた車両の要部の構成を図解的に示す図である。 図２は、前輪と発電機との連結部分の図解的な断面図である。 図３は、車両の非制動時におけるオルタネータ、高圧バッテリおよび低圧バッテリ間での電力の流れを示す図である。 図４は、車両の制動時におけるオルタネータ、高圧バッテリおよび低圧バッテリ間での電力の流れを示す図である。 図５は、車両ＥＣＵによって実行される制動時制御ルーチンの流れを示すフローチャート（その１）である。 図６は、車両ＥＣＵによって実行される制動時制御ルーチンの流れを示すフローチャート（その２）である。 図７は、回生ＥＣＵによって実行されるオルタネータ制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。 図８は、本発明の他の実施形態に係る前輪駆動方式の電気自動車の要部の構成を図解的に示す図である。 図９は、本発明のさらに他の実施形態に係る後輪駆動方式のハイブリッドカーの要部の構成を図解的に示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力回生システムが備えられた車両の要部の構成を図解的に示す図である。

車両１は、モータジェネレータ２を駆動源とする電気自動車である。モータジェネレータ２の回転軸は、ギヤボックス３内に収容された複数のギヤ（図示せず）からなるギヤ列を介して、車両１の左右の後輪４Ｌ，４Ｒを連結する後輪シャフト５に固定されたギヤ６と連結されている。これにより、モータジェネレータ２の回転軸は、後輪シャフト５の回転速度の約５〜１０倍の回転速度で回転する。

モータジェネレータ２には、インバータおよびコンバータを含むモータジェネレータ駆動回路７が接続されている。

また、車両１の左右の前輪８Ｌ，８Ｒに関連して、それぞれオルタネータ９Ｌ，９Ｒが設けられている。

図２は、前輪と発電機との連結部分の図解的な断面図である。

図２には、右前輪８Ｒおよびオルタネータ９Ｒの連結部分の構成が示されている。以下では、右前輪８Ｒとオルタネータ９Ｒとの連結部分の構成を取り上げて説明する。左前輪８Ｌとオルタネータ９Ｌとの連結部分の構成は、右前輪８Ｒとオルタネータ９Ｒとの連結部分の構成と左右対称をなしている。

車両１の右前部には、右前輪８Ｒ（ホイール）が取り付けられるハブ１１が設けられている。ハブ１１は、略円板状をなしている。ハブ１１の中心から車幅方向の内側に向けて、前輪シャフト１２が延びている。前輪シャフト１２は、ハブキャリア１３に回転可能に保持されている。これにより、ハブ１１は、前輪シャフト１２を支点に回転可能に設けられている。

オルタネータ９Ｒとハブ１１Ｒとの間には、ギヤボックス１４が設けられている。ギヤボックス１４内には、複数のギヤ１５からなるギヤ列が収容されている。前輪シャフト１２の先端部は、ギヤボックス１４内に挿入されて、ギヤ列の一端をなすギヤ１５の中心に挿通されている。ギヤ列の他端をなすギヤ１５の中心には、回転軸１６の一端部が挿通されている。回転軸１６の他端部は、クラッチ１７を介して、オルタネータ９Ｒの回転軸１８の先端部に連結されている。

クラッチ１７のオンにより、ギヤボックス１４から延びる回転軸１６とオルタネータ９Ｒの回転軸１８とが接続される。これにより、オルタネータ９Ｒの回転軸１８は、回転軸１６、ギヤボックス１４内のギヤ列、前輪シャフト１２およびハブ１１を介して右前輪８Ｒに接続される。この状態で、右前輪８Ｒの回転は、オルタネータ９Ｒの回転軸１８に伝達され、回転軸１８は、右前輪８Ｒの回転速度の約１０〜２０倍の回転速度で回転する。

また、車両１には、図１に示されるように、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が設けられている。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の低圧側は、オルタネータ９Ｌ，９Ｒおよびアースと接続されている。オルタネータ９Ｌ，９Ｒと双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１とを電気的に接続するプラス配線２２は、一端が双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１に接続され、途中部で２本に分岐して、２つの他端がそれぞれオルタネータ９Ｌ，９Ｒのプラス端子に接続されている。一方、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の高圧側は、プラス配線２３およびマイナス配線２４を介して、モータジェネレータ駆動回路７と接続されている。

オルタネータ９Ｌ，９Ｒと双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１とを接続するプラス配線２２には、車両１に備えられている補機やヘッドライトなどの電気負荷に供給される電力を蓄えるための低圧バッテリ２５のプラス端子が電気的に接続されている。低圧バッテリ２５のマイナス端子は、アースに接続されている。低圧バッテリ２５の定格電圧は、約１２Ｖである。

プラス配線２２と低圧バッテリ２５のプラス端子との間には、降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６が介裝されている。降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、プラス配線２２から供給される直流電圧を低圧バッテリ２５の定格電圧に降圧する。低圧バッテリ２５は、降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６で降圧された直流電圧によって充電される。

モータジェネレータ駆動回路７と双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１とを接続するプラス配線２３およびマイナス配線２４には、それぞれ高圧バッテリ２７のプラス端子およびマイナス端子が電気的に接続されている。高圧バッテリ２７は、モータジェネレータ２に供給される電力を蓄えるために設けられており、その定格電圧は、約２００〜３５０Ｖである。

そして、車両１には、各部の制御のために、車両ＥＣＵ３１、回生ＥＣＵ３２、モータＥＣＵ３３、ブレーキＥＣＵ３４およびバッテリＥＣＵ３５が備えられている。車両ＥＣＵ３１、回生ＥＣＵ３２、モータＥＣＵ３３、ブレーキＥＣＵ３４およびバッテリＥＣＵ３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを含む。

車両ＥＣＵ３１は、車両１の全体を制御する。車両ＥＣＵ３１には、シフトレバーの位置を検出するシフトセンサ、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ、ブレーキペダルの操作量Ｂｒｋを検出するブレーキセンサおよび車速Ｖを検出する車速センサなどの各種センサの検出信号が入力される。車両ＥＣＵ３１は、その各種センサから入力される検出信号に基づいて、車両１の各部の制御に必要な指令を回生ＥＣＵ３２、モータＥＣＵ３３、ブレーキＥＣＵ３４およびバッテリＥＣＵ３５に与える。

回生ＥＣＵ３２には、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの温度Ｔｇｌ，Ｔｇｒを検出する温度センサおよびオルタネータ９Ｌ，９Ｒから出力される電流値Ｉｇｆｌ，Ｉｇｆｒを検出する電流センサの検出信号が入力される。回生ＥＣＵ３２は、車両ＥＣＵ３１から与えられる指令（後述の前輪回生目標トルクＴｇｆ^＊）および温度センサから入力される検出信号に基づいて、オルタネータ９Ｌ，９Ｒ、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１および降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６を制御する。

モータＥＣＵ３３は、車両ＥＣＵ３１から与えられる指令（たとえば、回生時は後述の後輪回生目標トルクＴｇｒ^＊）に基づいて、モータジェネレータ駆動回路７を制御し、モータジェネレータ２に供給される電力を制御する。

ブレーキＥＣＵ３４は、車両ＥＣＵ３１から与えられる指令（後述の前輪ブレーキ目標トルクＴｂｆ^＊および後輪ブレーキ目標トルクＴｂｒ^＊）に基づいて、ブレーキアクチュエータ３６を制御する。ブレーキアクチュエータ３６の制御により、前輪ブレーキ３７Ｌ，３７Ｒから前輪８Ｌ，８Ｒに制動トルクが作用するとともに、後輪ブレーキ３８Ｌ，３８Ｒから後輪４Ｌ，４Ｒに制動トルクが作用する。

バッテリＥＣＵ３５は、高圧バッテリ２７の充放電量を監視しており、車両ＥＣＵ３１から与えられる指令に基づいて、高圧バッテリ２７に充電可能な電力量Ｐｉｎを車両ＥＣＵ３１に送信する。

図３は、車両の非制動時におけるオルタネータ、高圧バッテリおよび低圧バッテリ間での電力の流れを示す図である。

車両１の非制動時には、回生ＥＣＵ３２により、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１および降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６が制御される。この制御により、高圧バッテリ２７から出力される直流電圧が双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１および降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６で降圧されて、低圧バッテリ２５の定格電圧に低下した直流電圧が低圧バッテリ２５に供給される。

図４は、車両の制動時におけるオルタネータ、高圧バッテリおよび低圧バッテリ間での電力の流れを示す図である。

車両１の制動時には、ブレーキＥＣＵ３３により、ブレーキアクチュエータ３６が制御される。この制御により、前輪ブレーキ３７Ｌ，３７Ｒから前輪８Ｌ，８Ｒに制動トルクが与えられるとともに、後輪ブレーキ３８Ｌ，３８Ｒから後輪４Ｌ，４Ｒに制動トルクが与えられる。

それと並行して、回生ＥＣＵ３２により、オルタネータ９Ｌ，９Ｒ、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１および降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６が制御される。この制御により、オルタネータ９Ｌ，９Ｒに界磁電流が供給され、オルタネータ９Ｌ，９Ｒにおいて、前輪８Ｌ，８Ｒの回転が電力に回生される。オルタネータ９Ｌ，９Ｒから出力される電力は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１で昇圧されて、高圧バッテリ２７に供給されるとともに、降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６で降圧されて、低圧バッテリ２５に供給される。これにより、高圧バッテリ２７および低圧バッテリ２５が充電される。

図５，６は、車両ＥＣＵによって実行される制動時制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。

車両の制動時には、車両ＥＣＵ３１により、図５，６に示される制動時制御ルーチンが実行される。

ブレーキペダルが操作されると（踏まれると）、まず、ブレーキセンサおよび車速センサの検出信号が参照されて、ブレーキペダル操作量Ｂｒｋおよび車速Ｖが取得される。また、ブレーキＥＣＵ３４から車両ＥＣＵ３１に、前後輪ブレーキトルク配分比Ｒｔが入力される。さらに、バッテリＥＣＵ３５から車両ＥＣＵ３１に、バッテリ充電可能電力Ｐｉｎが入力される（ステップＳ１）。

次いで、ブレーキペダル操作量Ｂｒｋおよび車速Ｖに応じた要求制動トルクＴ^＊が算出される（ステップＳ２）。

つづいて、要求制動トルクＴ^＊に前後輪ブレーキトルク配分比Ｒｔが乗算されることにより、前輪８Ｌ，８Ｒの制動に必要なトルクである前輪制動トルクＴｆ^＊が算出される。また、１から前後輪ブレーキトルク配分比Ｒｔを減算した値が要求制動トルクＴ^＊に乗算されることにより、後輪４Ｌ，４Ｒの制動に必要なトルクである後輪制動トルクＴｒ^＊が算出される（ステップＳ３）。

その後、車速Ｖが予め定める閾値Ｖｒｅｆよりも大きいか否かが調べられる（ステップＳ４）。

車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆよりも大きい場合には（ステップＳ４のＹＥＳ）、前輪制動トルクＴｆ^＊に前輪８Ｌ，８Ｒの回転角速度ωｆおよびオルタネータ９Ｌ，９Ｒの損失ηｆが乗算されることにより、仮回生目標電力Ｐｆ^＊が算出される。また、後輪制動トルクＴｒ^＊に後輪４Ｌ，４Ｒの回転角速度ωｒおよびモータジェネレータ２の損失ηｒが乗算されることにより、仮回生目標電力Ｐｒ^＊が算出される（ステップＳ５）。

次いで、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの回生可能電力（ガード値）Ｐｆｍａｘおよびモータジェネレータ２の回生可能電力（ガード値）Ｐｒｍａｘが予め作成されたマップから読み出される（ステップＳ６）。

そして、仮回生目標電力Ｐｆ^＊と回生可能電力Ｐｆｍａｘとが比較されて、仮回生目標電力Ｐｆ^＊および回生可能電力Ｐｆｍａｘのうちの小さい方の値がオルタネータ９Ｌ，９Ｒで回生されるべき電力である回生目標電力Ｐｇｆ^＊に決定される。また、仮回生目標電力Ｐｒ^＊と回生可能電力Ｐｒｍａｘとが比較されて、仮回生目標電力Ｐｒ^＊および回生可能電力Ｐｒｍａｘのうちの小さい方の値がモータジェネレータ２で回生されるべき電力であるの回生目標電力Ｐｇｒ^＊に決定される（ステップＳ７）。

その後、オルタネータ９Ｌ，９Ｒでの回生目標電力Ｐｇｆ^＊とモータジェネレータ２での回生目標電力Ｐｇｒ^＊との加算値Ｐｇｆ^＊＋Ｐｇｒ^＊がバッテリ充電可能電力Ｐｉｎよりも小さいか否かが判断される（図６のステップＳ８）。

加算値Ｐｇｆ^＊＋Ｐｇｒ^＊がバッテリ充電可能電力Ｐｉｎよりも小さい場合には（ステップＳ８のＹＥＳ）、回生目標電力Ｐｇｆ^＊が回転角速度ωｆおよび損失ηｆの乗算値ωｆ×ηｆで除されることにより、オルタネータ９Ｌ，９Ｒから前輪８Ｌ，８Ｒに作用すべきトルクである前輪回生目標トルクＴｇｆ^＊が算出される。また、回生目標電力Ｐｒｇ^＊が回転角速度ωｒおよび損失ηｒの乗算値ωｒ×ηｒで除されることにより、モータジェネレータ２から後輪４Ｌ，４Ｒに作用すべきトルクである後輪回生目標トルクＴｇｒ^＊が算出される（ステップＳ９）。

一方、加算値Ｐｇｆ^＊＋Ｐｇｒ^＊がバッテリ充電可能電力Ｐｉｎ以上である場合には（ステップＳ８のＮＯ）、バッテリ充電可能電力Ｐｉｎに応じた分配係数ｋが予め作成された回生分配効率マップから読み出される（ステップＳ１０）。

そして、バッテリ充電可能電力Ｐｉｎと分配係数ｋの乗算値Ｐｉｎ×ｋが回転角速度ωｆおよび損失ηｆの乗算値ωｆ×ηｆで除されることにより、オルタネータ９Ｌ，９Ｒから前輪８Ｌ，８Ｒに作用すべきトルクである前輪回生目標トルクＴｇｆ^＊が算出される。また、１から分配係数ｋを減算して得られる値とバッテリ充電可能電力Ｐｉｎとの乗算値Ｐｉｎ×（１−ｋ）が回転角速度ωｆおよび損失ηｆの乗算値ωｆ×ηｆで除されることにより、モータジェネレータ２から後輪４Ｌ，４Ｒに作用すべきトルクである後輪回生目標トルクＴｇｒ^＊が算出される（ステップＳ１１）。

こうして、前輪回生目標トルクＴｇｆ^＊および後輪回生目標トルクＴｇｒ^＊が算出されると、前輪制動トルクＴｆ^＊から前輪回生目標トルクＴｇｆ^＊が減算されることにより、前輪ブレーキ３７Ｌ，３７Ｒから前輪８Ｌ，８Ｒに作用すべき制動トルクである前輪ブレーキ目標トルクＴｂｆ^＊が算出される。また、後輪制動トルクＴｒ^＊から後輪回生目標トルクＴｇｒ^＊が減算されることにより、後輪ブレーキ３８Ｌ，３８Ｒから後輪４Ｌ，４Ｒに作用すべき後輪ブレーキ目標トルクＴｂｒ^＊が算出される（ステップＳ１２）。

また、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ以下である場合には（図５のステップＳ４のＮＯ）、前輪回生目標トルクＴｇｆ^＊および後輪回生目標トルクＴｇｒ^＊が０に設定される（ステップＳ１３）。また、前輪ブレーキ目標トルクＴｂｆ^＊および後輪ブレーキ目標トルクＴｂｒ^＊がそれぞれ前輪制動トルクＴｆ^＊および後輪制動トルクＴｒ^＊に設定される（ステップＳ１４）。

そして、車両ＥＣＵ３１から回生ＥＣＵ３２に、前輪回生目標トルクＴｇｆ^＊が送信される。また、車両ＥＣＵ３１からモータＥＣＵ３３に、後輪回生目標トルクＴｇｒ^＊が送信される。さらに、車両ＥＣＵ３１からブレーキＥＣＵ３４に、前輪ブレーキ目標トルクＴｂｆ^＊および後輪ブレーキ目標トルクＴｂｒ^＊が送信される（図６のステップＳ１５）。

図７は、回生ＥＣＵによって実行されるオルタネータ制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。

車両ＥＣＵ３１から回生ＥＣＵ３２に前輪回生目標トルクＴｇｆ^＊が入力されると、回生ＥＣＵ３２により、図７に示されるオルタネータ制御ルーチンが実行される。

オルタネータ制御ルーチンでは、まず、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの目標発電電圧Ｖｇが設定される（ステップＳ２１）。目標発電電圧Ｖｇは、高圧バッテリ２７の定格電圧以下かつ低圧バッテリ２５の定格電圧以上の範囲内で設定される。

次に、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの出力電流指令値Ｉｇｆｌ^＊，Ｉｇｆｒ^＊が算出される（ステップＳ２２）。すなわち、前輪回生目標トルクＴｇｆ^＊の１／２の値に前輪８Ｌ，８Ｒの回転角速度ωｆおよびオルタネータ９Ｌ，９Ｒの損失ηｆが乗算され、その乗算値（Ｔｇｆ^＊×１／２）×ωｆ×ηｆが目標発電電圧Ｖｇで徐されることにより、出力電流指令値Ｉｇｆｌ^＊，Ｉｇｆｒ^＊が算出される。

つづいて、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの回転角速度ωｇ、出力電流指令値Ｉｇｆｌ^＊，Ｉｇｆｒ^＊およびオルタネータ温度Ｔｇｌ，Ｔｇｒに基づいて、オルタネータ９Ｌ，９Ｒに供給されるべき界磁電流値（目標界磁電流値）Ｉｆｌ，Ｉｆｒが算出される（ステップＳ２３）。

回転角速度ωｇは、前輪８Ｌ，８Ｒの回転角速度ωｆがギヤボックス１４内に収容されているギヤ列による変速比（１／２０〜１／１０）で除されることにより算出される。

その後、出力電流指令値Ｉｇｆｌ^＊とオルタネータ９Ｌから実際に出力されている電流値Ｉｇｆｌとの偏差に基づいてＰＩ（Proportional-Integral：比例積分）制御演算が行われる。そして、目標界磁電流値ＩｆｌとそのＰＩ制御演算値とが加算されて、界磁電流指令値Ｉｆｌ^＊が設定される。また、出力電流指令値Ｉｇｆｒ^＊とオルタネータ９Ｒから実際に出力されている電流値Ｉｇｆｒとの偏差に基づいてＰＩ制御演算が行われる。そして、目標界磁電流値ＩｆｒとそのＰＩ制御演算値とが加算されて、界磁電流指令値Ｉｆｒ^＊が設定される（ステップＳ２４）。

こうして、界磁電流指令値Ｉｆｌ^＊，Ｉｆｒ^＊が設定されると、界磁電流指令値Ｉｆｌ^＊，Ｉｆｒ^＊に応じた界磁電流がそれぞれオルタネータ９Ｌ，９Ｒに供給される（ステップＳ２５）。その結果、オルタネータ９Ｌ，９Ｒから目標発電電圧Ｖｇが出力されるとともに、オルタネータ９Ｌ，９Ｒから前輪８Ｌ，８Ｒに前輪回生目標トルクＴｇｆ^＊のトルクが作用する。

以上のように、車両１の加速時には、高圧バッテリ２７からモータジェネレータ２に電力が供給されて、モータジェネレータ２から出力される駆動力が後輪４Ｌ，４Ｒに伝達される。前輪８Ｌ，８Ｒに関連して、オルタネータ９Ｌ，９Ｒが設けられている。車両１の制動時には、モータジェネレータ２により、後輪４Ｌ，４Ｒの動力が電力に回生されるとともに、オルタネータ９Ｌ，９Ｒにより、前輪８Ｌ，８Ｒの動力が電力に回生される。

オルタネータ９Ｌ，９Ｒには、前輪８Ｌ，８Ｒの回転がその回転速度を高めて伝達される。これにより、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの発電効率を向上させることができる。

オルタネータ９Ｌ，９Ｒに供給される界磁電流は、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの発電電圧が高圧バッテリ２７の定格電圧以下かつ低圧バッテリ２５の定格電圧以上となるように制御される。そして、高圧バッテリ２７と低圧バッテリ２５およびオルタネータ９Ｌ，９Ｒとの間には、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が介在されている。

高圧バッテリ２７とオルタネータ９Ｌ，９Ｒとの間に双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が介在されているので、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１により、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの発電電圧（直流電圧）を高圧バッテリ２７の定格電圧に昇圧し、その定格電圧で高圧バッテリ２７を充電することができる。その結果、前輪８Ｌ，８Ｒの運動エネルギーが無駄にならず、燃費の向上を図ることができる。

また、高圧バッテリ２７と低圧バッテリ２５との間に双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が介在されているので、高圧バッテリ２７から出力される直流電圧を低圧バッテリ２５の定格電圧に降圧し、その定格電圧で低圧バッテリ２５を充電することができる。

このように、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの発電電圧で高圧バッテリ２７を充電することができ、かつ、高圧バッテリ２７の出力電圧で低圧バッテリ２５を充電することができるので、高圧バッテリ２７、低圧バッテリ２５およびオルタネータ９Ｌ，９Ｒを含む電気回路は適切に設計されていると言える。

車両１の制動時には、前輪８Ｌ，８Ｒに相対的に大きい荷重がかかる前荷重となる。車両１の制動時に、オルタネータ９Ｌ，９Ｒから前輪８Ｌ，８Ｒに回生制動トルクを作用させることができるので、モータジェネレータ２に供給される界磁電流を増加させて、後輪４Ｌ，４Ｒに作用する回生制動トルクを増大させても、前輪８Ｌ，８Ｒおよび後輪４Ｌ，４Ｒに付与される制動トルクの比率を適切な比率（たとえば、７：３）に保つことができる。その結果、車両１を良好に制動させることができながら、モータジェネレータ２およびオルタネータ９Ｌ，９Ｒから大きな電力を発生させることができる。

また、低圧バッテリ２５とオルタネータ９Ｌ，９Ｒとの間に、オルタネータ９Ｌ，９Ｒから低圧バッテリ２５に供給される電圧を降圧するための降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６が介在されている。

降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６により、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの発電電圧を（直流電圧）を低圧バッテリ２５の定格電圧に降圧し、その定格電圧で低圧バッテリ２５を充電することができる。よって、オルタネータ９Ｌ，９Ｒから出力される電力を高圧バッテリ２７および低圧バッテリ２５に分散して供給することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前輪シャフト１２とオルタネータ９Ｌ，９Ｒの回転軸１８とがギヤ列を介して連結される構成を取り上げたが、これに限らず、前輪シャフト１２とオルタネータ９Ｌ，９Ｒの回転軸１８とは、ベルトおよびプーリを介して連結されてもよい。

また、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの引きずり損失が十分に小さい場合は、クラッチ１７を削除してもよい。

また、降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６に代えて、半導体スイッチを用いてもよい。オルタネータ９Ｌ，９Ｒの発電電圧を低圧バッテリ２５の定格電圧に制御する場合、または、オルタネータ９Ｌ，９Ｒの発電電圧を双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１で低圧バッテリ２５の定格電圧に降圧する場合に、半導体スイッチをオンにして、低圧バッテリ２５を充電することができる。

本発明に係る電力回生システムは、後輪４Ｌ，４Ｒを駆動輪とする車両１に限らず、図８に示されるように、前輪８Ｌ，８Ｒを駆動輪とする車両８１に備えられてもよい。この場合、前輪８Ｌ，８Ｒが前輪シャフト８２で連結されて、モータジェネレータ２の回転軸は、ギヤボックス８３に収容されたギヤ列を介して、前輪シャフト８２に固定されたギヤ８４と連結される。また、オルタネータ８５が設けられて、後輪４Ｌ，４Ｒが後輪シャフト８６で連結されて、オルタネータ８５の回転軸は、クラッチ８７およびギヤボックス８８に収容されたギヤ列を介して、後輪シャフト８６に連結される。クラッチ８７は、図１に示されるクラッチ１７と同じ機能を有する。

また、本発明に係る電力回生システムは、モータジェネレータ２を駆動源とする車両１（電気自動車）に限らず、図９に示されるように、エンジン９１およびモータジェネレータ９２を駆動源とする車両９３（ハイブリッドカー）に備えられてもよい。エンジン９１およびモータジェネレータ９２の出力は、たとえば、変速機９３を介して、後輪４Ｌ，４Ｒを連結する後輪シャフト９４に伝達される。車両９３には、マイクロコンピュータを含む構成のエンジンＥＣＵ９５が備えられており、エンジン９１は、エンジンＥＣＵ９５により、車両ＥＣＵ３１からエンジンＥＣＵ９５に与えられる指令に基づいて制御される。

なお、図８，９において、図１に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、その同一の参照符号が付された部分についての説明を省略する。

さらにまた、本発明に係る電力回生システムは、前輪駆動方式のハイブリッドカーに適用されてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 車両
２ モータジェネレータ
４Ｌ 後輪
４Ｒ 後輪
８Ｌ 前輪
８Ｒ 前輪
９Ｌ オルタネータ（発電機）
９Ｒ オルタネータ（発電機）
２１ 双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ
２５ 低圧バッテリ
２６ 降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ（降圧コンバータ）
２７ 高圧バッテリ
３１ 車両ＥＣＵ（発電制御手段）
３２ 回生ＥＣＵ（発電制御手段）

Claims (3)

1. 前輪および後輪の一方をモータジェネレータからの駆動力が伝達される駆動輪とし、その他方を駆動力が伝達されない従動輪とする車両に備えられ、前記車両の制動時に運動エネルギーを電力に回生する電力回生システムであって、
   前記モータジェネレータに供給される電力が蓄積される高圧バッテリと、
   前記高圧バッテリよりも定格電圧が低い低圧バッテリと、
   前記従動輪の回転が回転速度を高めて伝達され、前記従動輪の動力を電力に回生する発電機と、
   前記高圧バッテリと前記低圧バッテリおよび前記発電機との間に介在された双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記車両の制動時に、前記発電機の発電電圧が前記高圧バッテリの定格電圧以下かつ前記低圧バッテリの定格電圧以上となるように、前記発電機に供給される界磁電流を制御する発電制御手段とを含む、電力回生システム。
2. 前記従動輪は、前記車両の前記前輪である、請求項１に記載の電力回生システム。
3. 前記低圧バッテリと前記発電機との間に介在され、前記発電機から前記低圧バッテリに供給される電圧を降圧するための降圧コンバータをさらに含む、請求項１または２に記載の電力回生システム。

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