JP2014517666A - 車両の電気制動を管理する装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、電気的制動動力を管理する装置(1)に関し、この装置は、連続バス(10)を有し、この連続バスは、車両の電気トラクション機械(21)に接続可能な接続電極(12)を含み、この電気トラクション機械は、制動モードにおいて電気的制動動力を連続バスで送り出すインバータ(20)と関連しており、連続バスは、電力貯蔵バッテリ(30)に接続可能な接続電極(13)を更に含み、電気的制動動力管理装置は、接続点(11)のところで連続バスに接続された散逸枝路(1D)を有し、この枝路は、散逸抵抗器(1D2)と直列に接続された電子散逸スイッチ(1D1)を含み、電気的制動動力管理装置は、連続バス上に設けられていて、連続バスの接続点(11)とバッテリに接続された接続電極(13)との間に配置された電流コレクタ(15)と、コントローラ(18)とを更に有する。この装置は、散逸枝路(1D)が連続バス(10)に接続されている接続点と連続バスのバッテリに接続された接続電極との間に設けられた電子充電スイッチ(1C1)を更に含み、このスイッチは、電気機械に接続された接続電極からバッテリに接続された接続電極への連続バス上の電流の流れを制御する。コントローラは、バッテリ(30)の充電により吸収できる電力、散逸抵抗器(1D2)により散逸させることができる電力及び連続バスで送られる電力を計算し、連続バス(10)により送られる電力が、バッテリ(30)の充電及び散逸抵抗器(1D2)における散逸によって吸収できる電力の合計よりも大きい場合、コントローラ(18)は、電子充電スイッチ(1C1)を開離する。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
本発明は、道路車両に関する。本発明は、特に、電気トラクションを搭載した道路車両の制動システムに関する。特に、本発明は、電気的制動動力の管理に関する。
電気車両は、車両を動かすのに必要な電気エネルギーがバッテリ内に蓄えられる車両及び電気エネルギーが少なくとも一部について発電機を駆動するヒートエンジン(熱機関)又は燃料電池によって車外で作られる車両を含む。電気車両では、車両の制動が従来型摩擦機械式制動システムによって行われる場合であっても、電気車両の価値のうちの1つは、電気の形態で回生し、そして制動中に生じるエネルギーの一部分を蓄えるこれらの能力に由来していることが知られている。
具体的に説明すると、電気機械は可逆性なので、電気機械をモータとして使用することができ、そして車両の制動段階中、発電機としても使用でき、この場合、電気機械は、機械的制動エネルギーを電気エネルギーに変換し、車両は、好ましくは車両の使用に必要なエネルギーを節約するためにかかる電気エネルギーを蓄え、そして必然的に電気エネルギーを蓄えることが可能ではなく又はそれ以上可能ではない場合に電気エネルギーを散逸又は消費させることによって電気エネルギーを吸収しなければならない。この作動モードは、事実、電気機械を作動させることにより得られる電気エネルギーが最終的に少なくとも部分的に熱の形で散逸又は消費される場合であっても「電気制動」又は「回生制動」と呼ばれる場合が多い。
先行技術の一例として、米国特許出願公開第2003/0088343号明細書を引用することが可能であり、この米国特許出願公開明細書は、内燃エンジン及び車両の駆動のための補助手段として介在する電気機械を搭載したハイブリッド自動車用の電気トラクションチェーンを記載している。電気機械自体はバッテリによって電力供給される。特に、電気制動の観点では、国際公開第2008/000636号パンフレットを引用することが可能であり、この国際公開パンフレットは、特に電子回生モジュールにプログラムされた電気エネルギー管理方式を思い起こさせる電気制動モードを記載しており、電子回生モジュールは、一群のスーパーキャパシタを再充電すると共に/或いは電気散逸抵抗器でエネルギーを散逸させるよう制動エネルギーを分配する。この国際公開パンフレットは、電気エネルギーを貯蔵する手段、この場合、スーパーキャパシタの能力が制限される場合があり、しかも、この能力が許容する制動レベルを超えると、電気トラクション機械により生じる電力を次に散逸手段に差し向けなければならないということを追加記載している。純粋に電気的な制動の高度の信頼性に達するために冗長性の構築に集中したこの国際公開パンフレットは、電気エネルギーを貯蔵する手段を再充電する管理方式については詳細を与えていない。
本発明の目的は、発電機モードで作動している電気機械により生じる電気エネルギーの散逸又は消費によって強力な電気制動を提供する、最適であり且つ電気エネルギー貯蔵手段の充電状態とは無関係な手段を提案する一方で、更に好ましくは、電気エネルギーを貯蔵する手段の最適再充電を提供する手段を提案することにある。
本発明は、連続バスを有する電気的制動動力を管理する装置であって、連続バスは、
・車両の電気トラクション機械に接続可能な電極を含み、電気トラクション機械は、インバータと関連しており、インバータは、制動モードにおいて、連続バスに電気的制動動力を送り出し、
・電気エネルギーを貯蔵するバッテリに接続可能な電極を含み、上記装置は、
・接続点のところで連続バスに接続された散逸枝路を有し、この枝路は、散逸抵抗器を含み、
・連続バスへの散逸枝路の接続点と連続バスのバッテリに接続可能な電極との間に、電子充電スイッチを有し、
・連続バス上に設けられていて、連続バスの接続点とバッテリに接続可能な電極との間に配置された電流センサを有し、
・コントローラを有し、このコントローラは、
・連続バス上の電圧“U”の測定値、
・「バッテリ再充電電流限度」に関する情報項目、
・連続バス上の電流センサにより送り出された連続バス上の電流の測定値を受け取り、
・コントローラは、連続バス上の電圧“U”及び「バッテリ再充電電流限度」に関する情報項目に基づいて、バッテリの充電が吸収することができる電力を計算し、コントローラは、散逸抵抗器の値及び連続バス上の電圧“U”に基づいて、散逸抵抗器が散逸又は消費することができる電力を計算し、コントローラは、電流センサにより送られた連続バス上の電流の測定値及び連続バス上の電圧“U”に基づいて、連続バスに送られる電力を計算し、連続バスに送られる電力が、バッテリの充電及び散逸抵抗器における散逸又は消費が吸収することができる電力の合計よりも大きい場合、コントローラは、電子充電スイッチを開離することを特徴とする電気的制動動力管理装置を提案する。
・車両の電気トラクション機械に接続可能な電極を含み、電気トラクション機械は、インバータと関連しており、インバータは、制動モードにおいて、連続バスに電気的制動動力を送り出し、
・電気エネルギーを貯蔵するバッテリに接続可能な電極を含み、上記装置は、
・接続点のところで連続バスに接続された散逸枝路を有し、この枝路は、散逸抵抗器を含み、
・連続バスへの散逸枝路の接続点と連続バスのバッテリに接続可能な電極との間に、電子充電スイッチを有し、
・連続バス上に設けられていて、連続バスの接続点とバッテリに接続可能な電極との間に配置された電流センサを有し、
・コントローラを有し、このコントローラは、
・連続バス上の電圧“U”の測定値、
・「バッテリ再充電電流限度」に関する情報項目、
・連続バス上の電流センサにより送り出された連続バス上の電流の測定値を受け取り、
・コントローラは、連続バス上の電圧“U”及び「バッテリ再充電電流限度」に関する情報項目に基づいて、バッテリの充電が吸収することができる電力を計算し、コントローラは、散逸抵抗器の値及び連続バス上の電圧“U”に基づいて、散逸抵抗器が散逸又は消費することができる電力を計算し、コントローラは、電流センサにより送られた連続バス上の電流の測定値及び連続バス上の電圧“U”に基づいて、連続バスに送られる電力を計算し、連続バスに送られる電力が、バッテリの充電及び散逸抵抗器における散逸又は消費が吸収することができる電力の合計よりも大きい場合、コントローラは、電子充電スイッチを開離することを特徴とする電気的制動動力管理装置を提案する。
本発明は又、車両の電気的制動モードを管理する方法であって、車両は、車両の電気トラクション機械を有し、電気機械を電気エネルギーの貯蔵のためのバッテリに接続すると共に電気エネルギーの散逸又は消費のための抵抗器に接続する電気回路を有し、電気的制動動力がバッテリ再充電電力と電気エネルギー散逸抵抗器中の散逸又は消費電力の合計よりも大きい場合、バッテリを切り離して電気機械を散逸抵抗器に接続している電気回路の電圧を上昇させることができるようにすることを特徴とする電気的制動モードの管理方法に及ぶ。
以下の説明により、図1によって本発明の観点の全てを明確に理解することができる。
図1は、一方において車両の電気トラクション機械21に給電するインバータ20に接続されると共に他方において電気エネルギーを貯蔵するバッテリ30に接続された電気的制動動力を管理する装置1を示している。車両4の全体的中央管理ユニットは、車両の全体的監視を行うと共に以下において説明する電気的制動動力管理装置1と通信する。バッテリ30は、バッテリ管理システム31を有している。電気的制動動力管理装置1は、連続バス10を有し、その正のライン10+及び負のライン10−が見える。電気的制動動力管理装置1は、インバータ20に接続可能な第1の電極12及びバッテリ30に接続可能な第2の電極13を有する。電気的制動動力管理装置1は、散逸枝路1Dを有し、この散逸枝路1Dは、その接続点11のところで電気トラクション機械21に給電するインバータ20と並列に連続バス10に接続されている。この散逸枝路1Dは、電子散逸スイッチ1D1を有し、この電子散逸スイッチは、散逸抵抗器1D2に直列接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)型のトランジスタから成る。また、IGBT型のトランジスタの構成と関連したダイオード1D3が見え、及び電子散逸スイッチ1D1を開離したときに、散逸抵抗器1D2中に流れている電流を打ち消すことができるダイオード1D4が見える。これは、回路が誘導性なので特に有用である。注目されるように、電子散逸スイッチ1D1は、別形式の半導体、例えば、MOS(金属酸化物半導体)型のトランジスタであっても良く、選択は、実際の構成上の細部に応じて当業者により行われる。
電気的制動動力管理装置1は、連続バス10への散逸枝路1Dの接続点11と連続バスのバッテリに接続可能な第2の電極13との間に配置された電子充電スイッチ1C1を有する。この電子充電スイッチは、有利には、電子散逸スイッチ1D1について上述したようにトランジスタである。電子充電スイッチ1C1は、第1の接続電極12からバッテリに接続可能な第2の電極13までの連続バス10上の電流の流れを制御する。「電流の流れを制御する」という表現は、電流を以下に説明するように調節することを意味する。
電気的制動動力管理装置1は、連続バス10上に設けられていて、電子充電スイッチ1C1と第2の接続電極13との間に配置された電流センサ15を有する。実際には、好ましくは、電流センサ15は、電子充電スイッチ1C1の上流側に連続バス10に接続された他の消費要素が存在し又は存在する場合があるのでバッテリ30にできるだけ近く位置しなければならず、電流センサ15は、充電時と再充電時の両方についてバッテリ電流をモニタする。
電気的制動動力管理装置1は、電子充電スイッチ1C1と並列に設けられていて、第2の接続電極13から第1の接続電極12までの連続バス10上の電流の流れを許容するダイオード1C2を更に有する。キャパシタ16,17が電子充電スイッチ1C1及び電子散逸スイッチ1D1を閉成し又は開離するときに連続バス10上の電圧を平滑化するために電子充電スイッチ1C1の各側で連続バス10に接続されている。
コントローラ18が電気的制動動力管理装置1を駆動する。理解できるように、コントローラは、バッテリ管理システム31からCAN(登録商標)バス180を経て「バッテリ再充電電流限度」の設定値がIc_recharge_maxである制動動力の管理に有用な種々の情報項目、ライン150を経て電流センサ15によって送り出された連続バス10上の電流の測定値、ライン160を経て電子充電スイッチ1C1と第2の接続電極13との間の連続バス10上の電圧“U”の測定値、ライン170を経て電子充電スイッチ1C1と第1の接続電極12との間の連続バス10上の電圧の測定値、及びCAN(登録商標)バス181を経て車両4の全体的中央管理ユニットから来た種々の情報項目を受け取る。制動トルクは、車両4の全体的中央管理ユニットにより管理され、この全体的中央管理ユニットは、車両の運転手の要望に応じて、CAN(登録商標)バス180を経てトルク設定値をインバータ20に送る。インバータ20は、連続バス10上の最大許容電流(この最大許容電流は、コントローラ18によって定められる)の限度まで、このトルクを生じさせるよう電気機械21を制御する。最後に、コントローラ18は、適当な電気信号を散逸制御ライン110及び充電制御ライン120によりそれぞれ送ることによって電子散逸スイッチ1D1及び電子充電スイッチ1C1を駆動する。このように、コントローラ18は、駆動チェーンを作動させてこれを正確な場所に差し向ける電力の流れを管理する。
次に、電気的制動動力管理装置1の作動について説明する。
連続バス10により送られる電力が、電子充電スイッチ1C1を閉成したときにバッテリ30の充電及び散逸抵抗器1D2における散逸又は消費が吸収することができる電力の合計よりも大きいという前提で説明を始める。この場合、或いは、バッテリ30の充電が全体的である場合、電気的制動動力管理装置1は、「最大散逸モード」、即ち、電子充電スイッチ1C1が永続的に開離され、電子散逸スイッチ1D1が永続的に閉成された(100%のデューディサイクル)作動に入る。バッテリ30の充電による電気エネルギー回生は生じない。連続バス10の電圧“U”は、増大することになり、そして散逸抵抗器1D2中の散逸電力を、連続バス10に電気エネルギーを送る1つ又は複数の電気トラクション機械21により生じる電力と釣り合わせるよう安定化されることになる。1つ又は複数の電気トラクション機械21により生じる電力が増大した場合、バスの電圧は、増大し、又この逆の関係が成り立つ。
1つ又は複数の電気トラクション機械21により生じる電力がバッテリ30及び散逸抵抗器1D2に吸収することができる電力を下回ると言っていいほど十分に減少するという別の前提を考察する。この場合、電気的制動動力管理装置1は、最大充電モードで動作する。電子充電スイッチ1C1は、閉成され、コントローラ18により作動される従動方式は、電子散逸スイッチ1D1のデューティサイクルを調整して充電電流をバッテリ管理システム31により許容される最大値に従動させる。
電気化学的バッテリの最適再充電は、電気化学的バッテリの技術に応じて、値Ic_recharge_maxの限度内で一定の電流によって実施されるのが良い。例えば、リチウムポリマーバッテリ又はリチウムイオンバッテリは、相当大きいが、依然として放電電流よりも小さい充電電流を受け取る。Ic_recharge_maxの設定値として(即ち、バッテリ再充電電流限度の設定値)をどのように定めるかは、用いられる電気アキュムレータ技術、場合によっては他のパラメータ、例えば温度、充電状態、本発明とは関連しない全てのことで決まる。バッテリ再充電電流限度は、本発明が賢明に利用するパラメータである。
好ましくは、コントローラ18は、バッテリ再充電電流限度と連続バス上の電流の差を評価する比較器を有し、このコントローラは、連続バス上の電流がバッテリ再充電電流限度よりも小さい限り、電子再充電スイッチを閉成状態のままにすると共に連続バス上の電流がバッテリ再充電電流限度以上である場合、バッテリ再充電電流限度に等しいバッテリ充電電流を維持するサイクルに従って電子散逸スイッチを駆動するよう電子散逸スイッチを駆動するユニットを有する。
かくして、散逸電力の駆動、即ち、バッテリ30を充電するために用いることができない電気機械21によって得られる電力の部分は、電子散逸スイッチ1D1の開閉の適当なデューティサイクルによって実施され、電子散逸スイッチ1D1が開いている時間は、最大バッテリ充電電流設定値と電流センサ15による電流の測定値の差に応じて変化する。慣例によれば、「最大充電モード」は、電子充電スイッチ1C1が永続的に閉成される電気的制動動力管理装置1の作動に関する用語である。
最大充電モードでは、連続バス10により送られる(駆動機械21のインバータ20によって)電力は、必然的に、電子散逸スイッチ1D1を閉成したときにバッテリ30及び散逸抵抗器1D2が吸収することができる電力よりも低い。この作動モードでは、散逸抵抗器1D2の端子に印加される電圧は、バッテリの電圧に等しい(半導体中の電圧降下及び電気ライン中の電圧降下を無視するものとする)。従動方式は、電子散逸スイッチ1D1のデューティサイクルを制御してバッテリ充電電流30が電池の許容する充電電流の最大値の状態にあるようにする。駆動機械21により生じる電力が増大すればするほど、或いは、バッテリ30の充電電力が減少すればするほど、電子散逸スイッチ1D1のデューティサイクルがそれだけ一層増大してバッテリに差し向けられる電力が減少する。
最大充電の特徴を示す既定の電圧値に達すると、バッテリ30の電圧を一定に保つことによって最終の充電段階への移行が行われる。この段階では、充電電流をモニタし、充電電流は、次第に減少する。この電流が所与の値(例えば、Ic_recharge_max/20)を下回った場合、バッテリは、完全充電状態にあると考えられる。
バッテリ30それ自体のところでは、その充電の管理は、バッテリ管理システム31によって制御される。バッテリの電圧、その温度等に応じて、最大再充電電流Ic_recharge_maxを定めるのは、このバッテリ管理システム31である。この最大再充電電流Ic_recharge_maxは、CAN(登録商標)バス180により送られる設定値である。電気的制動動力管理装置1は、この電流を越えないよう作動する。具体的に説明すると、バッテリの既定の電圧に達しない第1段階では、バッテリ管理システム31は、CAN(登録商標)バス180により、Ic_recharge_maxとしてバッテリ製造業者により与えられた限度を与える。第2段階では、バッテリの既定電圧に達すると、バッテリ管理システム31は、この既定の電圧に達することができるようにする再充電電流Ic_rechargeを計算してこれをCAN(登録商標)バス180により送る。バッテリ30が次第に充電されると、この電流Ic_rechargeは減少する。
好ましくは、最大のエネルギーがバッテリ30中に貯蔵される必要があり、この場合、これが達成されると、有利には、最大の電気的制動エネルギーが散逸抵抗器1D2内で散逸され、その目的は、摩擦による機械的制動への依存を最小限に抑え(又は、摩耗状態をなくし)、かくしてブレーキパッド及びブレーキディスクの摩耗を減少させることにある。
実際には、コントローラ18は、最適制御を目的として、考えられる最大の散逸電力及び実際の散逸電力並びに考えられる最大の充電電力及び実際の充電電力をリアルタイムで計算する手段を有する。電子散逸スイッチ1D1を永続的に閉成した場合、最大再充電モードから最大散逸モードへの移行が生じる。コントローラ18は、バッテリをその時点で存在する状況において技術的に考えられる最大レベルまで再充電するよう散逸を調節する。
結論として、上記から理解されるように、本発明によれば、電気的制動動力がバッテリ再充電電力と電気エネルギー散逸抵抗器中の散逸電力の合計よりも大きい場合、バッテリを切り離して電気機械を散逸抵抗器に接続している電気回路の電圧を上昇させることができるようにする方法が提案されている。さらに、好ましくは、本発明により提案されている方法によれば、散逸抵抗器を通る散逸電流をバッテリ充電電流とバッテリに許容できる最大充電電流の差に従動させる。
Claims (7)
- 連続バス(10)を有する電気的制動動力を管理する装置(1)であって、前記連続バスは、
・車両の電気トラクション機械(21)に接続可能な電極(12)を含み、前記電気トラクション機械は、インバータ(20)と関連しており、前記インバータは、制動モードにおいて、前記連続バスに電気的制動動力を送り出し、
・電気エネルギーを貯蔵するバッテリ(30)に接続可能な電極(13)を含み、前記装置は、
・接続点(11)のところで前記連続バスに接続された散逸枝路(1D)を有し、該枝路は、散逸抵抗器(1D2)を含み、
・前記連続バス(10)への前記散逸枝路(1D)の前記接続点(11)と前記連続バスのバッテリに接続可能な前記電極(13)との間に、電子充電スイッチ(1C1)を有し、
・前記連続バス上に設けられていて、前記連続バスの前記接続点(11)とバッテリに接続可能な前記電極(13)との間に配置された電流センサ(15)を有し、
・コントローラ(18)を有し、該コントローラは、
・前記連続バス(10)上の電圧“U”の測定値、
・「バッテリ再充電電流限度」に関する情報項目、
・前記連続バス上の前記電流センサ(15)により送り出された前記連続バス上の電流の測定値を受け取り、
・前記コントローラ(18)は、前記連続バス(10)上の前記電圧“U”及び「バッテリ再充電電流限度」に関する情報項目に基づいて、前記バッテリ(30)の充電が吸収することができる電力を計算し、前記コントローラは、前記散逸抵抗器の値及び前記連続バス(10)上の前記電圧“U”に基づいて、前記散逸抵抗器(1D2)が散逸することができる電力を計算し、前記コントローラは、前記電流センサ(15)により送られた前記連続バス上の前記電流の測定値及び前記連続バス(10)上の前記電圧“U”に基づいて、前記連続バス(10)に送られる電力を計算し、前記連続バス(10)に送られる前記電力が、前記バッテリ(30)の充電及び前記散逸抵抗器(1D2)における散逸が吸収することができる電力の合計よりも大きい場合、前記コントローラ(18)は、前記電子充電スイッチ(1C1)を開離する、電気的制動動力管理装置。 - 前記散逸枝路(1D)は、前記散逸抵抗器(1D2)に直列接続された電子散逸スイッチ(1D1)を有する、請求項1記載の電気的制動動力管理装置。
- 前記電子散逸スイッチは、トランジスタである、請求項2記載の電気的制動動力管理装置。
- 前記電気的制動動力管理装置は、前記電子充電スイッチと並列に設けられていて、バッテリに接続可能な前記電極から電気機械に接続可能な前記電極への前記連続バス上の前記電流の流れを許容にするダイオードを更に有する、請求項1記載の電気的制動動力管理装置。
- 前記電子充電スイッチは、トランジスタである、請求項1記載の電気的制動動力管理装置。
- 車両の電気的制動モードを管理する方法であって、前記車両は、前記車両の電気トラクション機械を有し、前記電気機械を電気エネルギーの貯蔵のためのバッテリに接続すると共に電気エネルギーの散逸のための抵抗器に接続する電気回路を有し、
前記電気的制動動力がバッテリ再充電電力と前記電気エネルギー散逸抵抗器中の散逸電力の合計よりも大きい場合、前記バッテリを切り離して前記電気機械を前記散逸抵抗器に接続している前記電気回路の電圧を上昇させることができるようにする、電気的制動モードの管理方法。 - 前記散逸抵抗器を通る散逸電流をバッテリ充電電流と前記バッテリに許容できる最大充電電流の差に従動させる、請求項6記載の電気的制動モードの管理方法。
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