JP2014222988A - 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、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Ｈを予測する（S6）。この予測発熱量Ｈが上限許容値Ｈlmtを超える場合には（S8がＹes）、降坂路の走行中において発熱量Ｈを上限許容値Ｈlmtに抑制可能な目標出力を算出し（S18）、その目標出力に基づきモータの出力を制御する（S22）。
【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、モータを回生制御しながら降坂路を走行したときにバッテリの充電に起因して発生する発熱量を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発熱量が予め設定された上限許容値を超えるか否かを判定する発熱量判定手段と、発熱量判定手段により予測発熱量が上限許容値を超えると判定されたときに、降坂路の走行中においてバッテリの発熱量を上限許容値または上限値の直前に抑制可能なモータの出力を算出し、モータの出力を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、発熱量判定手段により予測発熱量が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、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予測される。この予測発熱量が上限許容値を超える場合には、降坂路の走行中において発熱量を上限許容値またはその直前に抑制可能な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、モータ出力制御手段が、実際のバッテリの充電電流を目標出力に対応する電流に保つようにモータの出力をフィードバック制御することが好ましい。
実際のバッテリの充電電流が目標出力に対応する電流に保たれるため、発熱量に基づきバッテリの充電電流が制限される事態を確実に防止することができる。

また別の態様として、目標出力設定手段により設定されたモータの目標出力に基づきモータの出力を制御したときに、降坂路での走行が終了する以前にバッテリの充電率が制御範囲の上限に達するか否かを判定する充電率判定手段と、充電率判定手段により降坂路での走行の終了以前に充電率が制御範囲の上限に達すると判定されたときに、降坂路での走行が終了した時点で充電率が制御範囲の上限に達するように、目標出力を減少補正する目標出力補正手段とを備えることが好ましい。
バッテリを満充電とした上で、回生制御時のモータ出力が低下することにより、バッテリの発熱量をより抑制して劣化や破損を一層防止できる。しかも、回生制御時のモータなどの負担も軽減されるため、システム全体の劣化を防止することができる。

また別の態様として、モータに対しクラッチを介して走行用動力源としてエンジンを連結し、クラッチの接続によりエンジンの駆動力を駆動輪に伝達可能に構成され、モータを回生制御する降坂路での走行中にクラッチを切断する一方、充電率判定手段の判定に基づき目標出力補正手段により目標出力が減少補正されるときには、補正後のモータ出力を低下させることなくクラッチを接続可能な場合に限って、クラッチを接続するクラッチ制御手段を備えることが好ましい。
降坂路での走行中にクラッチを接続すると、車両の駆動輪側からの逆駆動によりエンジンがモータリング運転される。このため、エンジンの燃料カットが可能となり、結果としてエンジンのアイドル運転に要する燃料消費を節減することができる。

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。

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一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（回生走行時）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。

ここで、本発明者は、上式(1)において発熱量Ｈに対し電流Ｉが二乗で影響している点に着目した。モータ３の回生制御中に得られる発電量は、回生制御中にモータ３に流れる（バッテリ１１に充電される）電流Ｉの大きさに依存する。例えば回生制御の開始当初にモータ３の最大出力相当の電流Ｉに制御したとしても、二乗で影響する電流Ｉによって発熱量Ｈは僅かな期間で上限許容値を超えるため、この期間中にそれほど多くの発電量は得られない。
そして、その直後には発熱量Ｈに基づく制限によって電流Ｉが抑制されるため、最大出力相当の電流Ｉによるメリットよりも、発熱量Ｈに基づく制限によるデメリットの方が大となる。結果として、このようにモータ３の回生制御中に電流Ｉが制限を受けて増減する場合には、限られた降坂路での走行中に発電量を確保する上で不利になることが判る。

これに対して、モータ３の回生制御中にバッテリ１１の発熱量Ｈを上限許容値またはその直前（上限許容値よりも若干低い値）に抑制し続けた場合、回生トルクの最大値は上記した場合よりも若干低下するものの、電流Ｉが発熱量Ｈに基づく制限を受けなくなる。このため回生制御中に略一定の回生トルクを保つことができ、全体として確保できる発電量が増加する。以上の知見の下に、本実施形態では降坂路でのモータ３の回生制御を実施しており、その制御内容を以下に第１実施形態として説明する。

［第１実施形態］
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を上限許容値またはその直前に抑制するためには、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し（降坂路情報取得手段）、続くステップＳ４で自車が降坂路に到達したか否かを判定する。自車の前方に降坂路が存在しない場合、或いは降坂路が存在しても未だ自車が到達していない場合には、Ｎo（否定）の判定を下して一旦ルーチンを終了する。

ステップＳ４でＹes（肯定）の判定を下すと、ステップＳ６以降の処理により、降坂路の走行中にバッテリ１１の発熱量Ｈを上限許容値またはその直前に抑制可能なモータ３の出力を算出する。以下に述べるように、本実施形態では発熱量Ｈを上限許容値に抑制可能なモータ出力を算出しているが、これに限ることはなく、発熱量Ｈを上限許容値の直前に抑制可能なモータ出力を算出してもよい。また、このモータ出力の算出処理は、必ずしも降坂路への到達時に実行する必要はなく、到達以前のより早いタイミングで実行してもよい。

ステップＳ６では予測発熱量Ｈを算出し（発熱量予測手段）、続くステップＳ８で予測発熱量Ｈが上限許容値Ｈlmtを超えているか否かを判定する（発熱量判定手段）。予測発熱量Ｈとは、降坂路の走行中にモータ３を最大出力、もしくは推定される要求トルクで回生制御した場合に、降坂路の走行を終了した時点までに発生する発熱量である。ここで推定される要求トルクとは、予測される勾配において、車両１の速度、重量、走行抵抗などを加味して、車両１の速度を一定に保つために必要な回生トルクを意味する。
ステップＳ８の判定がＮoの場合には、ステップＳ１０に移行して通常通りにエンジンＥＣＵ２２に指令を出力してモータ３を最大出力、もしくは推定される要求トルクで回生制御させ、その後にルーチンを終了する。

また、ステップＳ８の判定がＹesの場合には、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では上式(1)に基づき現在のバッテリ１１の発熱量Ｈを算出した上で、その発熱量Ｈと上限許容値Ｈlmtとの差ΔＨを算出する。続くステップＳ１４では、降坂路の走行時間Ｔ、換言すると降坂路においてモータ３を回生制御可能な期間を算出する。

その後、ステップＳ１６で差ΔＨ及び走行時間Ｔに基づき、次式(2)に従ってモータ３を回生制御する際の電流Ｉを算出する。

さらにステップＳ１８で、電流Ｉにバッテリ１１の電圧Ｖを乗算した上で、モータ、インバータの機械―電気効率を考慮して回生制御時のモータ出力（目標出力）を算出する（目標出力設定手段）。バッテリ電圧はＳＯＣの増減に応じて変動するため、ＳＯＣの制御範囲の中心値に相当する電圧（例えば制御範囲が３０〜７０％の場合には５０％に相当する電圧）を暫定的なバッテリ電圧と見なしてモータ出力の算出処理に適用する。

その後、ステップＳ２０で実際のバッテリ１１の充電電流をモニタし、続くステップＳ２２でモニタしている実バッテリ電流を上式(2)から求めた電流Ｉに保つように、インバータＥＣＵ２３にモータ出力をフィードバック制御させる（モータ出力制御手段）。当該処理は、回生制御中のＳＯＣの増減に応じた実バッテリ電流の変動を抑制することを目的としたものである。

即ち、モータ３の回生制御は暫定的なバッテリ電圧から求められたモータ出力に基づき開始されるが、回生制御中にＳＯＣの増減に応じてバッテリ電圧が変動すれば、モータ出力も所期の値から変動してしまう。例えば通常の車両走行を目的としたモータ制御では、車両１の走行状態などに応じて要求されるモータ出力を達成する必要がある。そこで、モータ制御側では所期のモータ出力を維持するようにＳＯＣの増減に対応して実バッテリ電流を増減する制御が行われている。

しかし本実施形態のモータ３の回生制御では、回生制御中にバッテリ１１の発熱量Ｈを上限許容値Ｈlmtに抑制することを優先している。上式(2)から求めた電流Ｉから実バッテリ電流が逸脱することは、バッテリ１１の発熱量Ｈを上限許容値Ｈlmtに抑制できないことを意味するためである。このような事態を防止すべくステップＳ２０，２２の処理を実行しており、これによりモータ３の回生制御中において発熱量Ｈは上限許容値Ｈlmt近傍まで増加し、その後に飽和して上限許容値Ｈlmt近傍に保たれ続ける。
その後、車両ＥＣＵ１３はステップＳ２４で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Ｓ２０，２２の処理を繰り返す。降坂路の終了によりステップＳ２４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。本実施形態では降坂路の走行中にクラッチ４が切断状態に保持され、これによりエンジン２はモータ３側から切り離されてアイドル運転を継続している。
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が、このようにモータ３側からエンジン２が切り離されているため、エンジン２とは無関係に作動するリターダなどにより要求トルクの不足分が補われる。

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Ｈlmt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。

これに対して本実施形態のように、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Ｈlmtに抑制し続けた場合、特許文献１の場合に比較して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はより高い値まで増加する。
なお、以上は要求トルクがモータ３の最大出力よりも大きい場合であるが、逆の場合も同様であり、バッテリ１１の発熱量Ｈを上限許容値Ｈlmtに抑制することにより発電量を増加させることができる。
よって、本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、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、例えばある程度急な降坂路が十分な長さで連続する場合などには、降坂路の途中でバッテリ１１のＳＯＣが制御範囲の上限に到達してバッテリ１１は満充電となる。この時点で第１実施形態ではモータ３の回生制御が中止され、その後の要求トルクは全て制動装置により達成されて車速Ｖの増加が抑制され続ける。従って、このような状況では必ずしもモータ出力を上式(2)から求めた電流Ｉに対応する値に制御する必要はなく、より低いモータ出力に制御しても降坂路の走行終了の時点でバッテリ１１を満充電にできる。
一方で、回生制御時のモータ出力を抑制することは、発熱量Ｈの抑制によりバッテリ１１の劣化や破損の防止につながるだけでなく、モータ３などを含めたシステム全体の劣化防止に大きく貢献する。そこで、第１実施形態で述べたモータ３の回生制御を実行した上で、降坂路の終了以前にバッテリ１１が満充電になる状況ではモータ出力をさらに抑制することが望ましく、その制御内容を以下に第２実施形態として説明する。

［第２実施形態］
第１実施形態に対する本実施形態の相違点は車両ＥＣＵ１３の処理にあり、具体的には図２のフローチャートをベースとして新たな処理を追加した点にある。そこで、第１実施形態と共通する構成の箇所は同一番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。
図４は第２実施形態の車両ＥＣＵ１３が降坂路の走行中に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実施形態と同じく、ステップＳ２で降坂路情報を取得し、ステップＳ４で降坂路に到達したと判定すると、ステップＳ６で予測発熱量Ｈを算出する。ステップＳ８で予測発熱量Ｈが上限許容値Ｈlmtを超えていると判定したときには、ステップＳ１２〜１８で差ΔＨ、走行時間Ｔ、モータ３の回生制御時の電流Ｉ、回生制御時のモータ出力を順次算出する。

その後、ステップＳ２６に移行してモータ出力及び降坂路の走行時間Ｔに基づき予測ＳＯＣを算出する。予測ＳＯＣとは、降坂路でモータ出力をステップＳ１８で求めた値に制御した場合に、降坂路の走行を終了した時点までに到達するバッテリ１１のＳＯＣである。無論、ＳＯＣは降坂路での走行開始時の値を起点として増加し始めるため、現在のＳＯＣを考慮して算出処理が行われる。
続くステップＳ２８では予測ＳＯＣが制御範囲の上限ＳＯＣlmtを超えているか否かを判定する（充電率判定手段）。ステップＳ２８の判定がＮoの場合、即ち、降坂路での走行が終了した時点でもバッテリ１１のＳＯＣが制御範囲の上限ＳＯＣimtに到達しない場合には、第１実施形態と同じく、ステップＳ２４で降坂路での走行が終了するまで、ステップＳ２０の実バッテリ電流のモニタ、及びステップＳ２２のモータ出力のフィードバック制御を継続する。

また、ステップＳ２８の判定がＹesの場合、即ち、降坂路での走行が終了する以前にバッテリ１１のＳＯＣが制御範囲の上限ＳＯＣimtに到達する場合には、ステップＳ３０でモータ出力の補正処理を実行する（目標出力補正手段）。この補正処理は、ＳＯＣが制御範囲の上限ＳＯＣimtに達するタイミングを、降坂路での走行終了のタイミングまで遅延させて一致させることを目的としており、そのためにモータ出力を減少方向に補正している。

その後、ステップＳ３２でクラッチ４の強制接続を実行可能であるか否かを判定する。クラッチ４が強制接続されると駆動輪９側からの逆駆動によりエンジン２がモータリング運転されるため、燃料カットを実行してエンジン２のアイドル運転に要する燃料消費を節減できる。但し、エンジン２をモータリング運転させる駆動負荷は駆動輪９に対し制動力として作用するため、エンジン２の駆動負荷とモータ３の回生トルクとの和が要求トルクを上回る場合には、ステップＳ３０で補正したモータ出力を低下させる必要が生じる。このことは、降坂路の走行終了の時点でバッテリ１１を満充電できないことを意味する。
よって、そのような事態を防止すべくステップＳ３２では、ステップＳ３０で補正した後のモータ出力を低下させることなくクラッチ４の強制接続できるか否かを判定しているのである。

ステップＳ３２の判定がＮoのときには、上記ステップＳ２０に移行して第１実施形態と同様の処理を実行する。また、ステップＳ３２の判定がＹesのときには、ステップＳ３４でクラッチ４の強制接続を実行し（クラッチ制御手段）、その後にステップＳ３６でエンジンＥＣＵ２２にエンジン２の燃料カット指令を出力してステップＳ２０に移行する。

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５のタイムチャートに基づき説明する。同図では、第１実施形態による制御を太い実線で示し、本実施形態による制御を太い破線で示している。
例えば降坂路としては、ある程度急な勾配が十分な長さで連続するものが想定されており、図３の場合に比較して降坂路での走行終了の時点までにモータ３の回生制御でより多くの発電量が得られる。このため、第１実施形態の制御では、バッテリ１１の発熱量Ｈを上限許容値Ｈlmtに抑制可能なモータ出力で回生制御することにより、降坂路の途中でバッテリ１１が満充電となって回生制御が中止される。

これに対して本実施形態によれば、図４のステップＳ３０の処理による補正後のより低いモータ出力で回生制御が実行され、この回生制御が降坂路での走行が終了するまで継続されてバッテリ１１が満充電となる。そして、回生制御時のモータ出力が低下することにより、第１実施形態に比較してバッテリ１１の発熱量Ｈがより抑制されると共に、回生制御時のモータ３などの負担も軽減される。よって、バッテリ１１の劣化や破損を一層防止できるばかりでなく、モータ３などを含めたシステム全体の劣化を防止することができる。
一方、ステップＳ３２の判定に基づきクラッチ４が強制接続された場合には、駆動輪９側からの逆駆動によりエンジン２をモータリング運転させることができる。このため、降坂路の走行中にステップＳ３４の処理によりエンジン２の燃料カットを継続可能となり、結果としてエンジン２のアイドル運転に要する燃料消費を節減することができる。

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、今回は降坂路におけるバッテリ充電のモータ回生制御について言及したが、バッテリ容量によっては、登坂路におけるバッテリ放電のモータ力行制御に適用、もしくは両者を組み合せてもよい。

２ エンジン
３ モータ
４ クラッチ
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、発熱量判定手段、目標出力設定手段、
充電率判定手段、目標出力補正手段、クラッチ制御手段）
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）

Claims (4)

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、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上記バッテリの充電に起因して発生する発熱量を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発熱量が予め設定された上限許容値を超えるか否かを判定する発熱量判定手段と、
   上記発熱量判定手段により上記予測発熱量が上限許容値を超えると判定されたときに、上記降坂路の走行中において上記バッテリの発熱量を上限許容値または該上限値の直前に抑制可能な上記モータの出力を算出し、該モータの出力を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、上記発熱量判定手段により上記予測発熱量が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. 上記モータ出力制御手段は、実際のバッテリの充電電流を上記目標出力に対応する電流に保つように上記モータの出力をフィードバック制御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設定された上記モータの目標出力に基づき上記モータの出力を制御したときに、上記降坂路での走行が終了する以前に上記バッテリの充電率が制御範囲の上限に達するか否かを判定する充電率判定手段と、
   上記充電率判定手段により上記降坂路での走行の終了以前に上記充電率が制御範囲の上限に達すると判定されたときに、該降坂路での走行が終了した時点で上記充電率が制御範囲の上限に達するように、上記目標出力を減少補正する目標出力補正手段と
   を備えた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. 上記モータに対しクラッチを介して走行用動力源としてエンジンを連結し、該クラッチの接続により上記エンジンの駆動力を上記駆動輪に伝達可能に構成され、
   上記モータを回生制御する上記降坂路での走行中に上記クラッチを切断する一方、上記充電率判定手段の判定に基づき上記目標出力補正手段により上記目標出力が減少補正されるときには、該補正後のモータ出力を低下させることなく上記クラッチを接続可能な場合に限って、上記クラッチを接続するクラッチ制御手段を備えた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。

Images