JP2016208729A - 車両の制御装置および車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回生電力が充電されるバッテリを備える車両において、車両の走行状況に応じて適切に充電電力を制限する。【解決手段】ＥＣＵ３００は、電流センサ２５４の検出値ＩＢに応じて、バッテリ２５４への入力電流の制限目標値Ｉｔａｇを算出する。ＥＣＵ３００は、検出値ＩＢが制限目標値Ｉｔａｇを上回った場合に、制限目標値Ｉｔａｇにてバッテリ２５０が充電された場合のバッテリ２５０の電圧値Ｖｔａｇを算出し、制限目標値Ｉｔａｇおよび電圧値Ｖｔａｇから、バッテリ２５０への充電電力のベース電力Ｗｉｎｂを算出し、差分値（Ｉｔａｇ−ＩＢ）が大きいほど、または、車速減少量ΔＶと、検出値ＩＢが制限目標値Ｉｔａｇを上回ったときの充電電力ＰＢとのうちの少なくとも一方が大きいほど、回生制動時における充電電力許可値Ｗｉｎの単位時間当たりの変化量である回生制限レートＰを高く設定する。【選択図】図９

Description

本発明は、車両の制御装置および車両の制御方法に関し、より特定的には、回生電力を充電可能に構成されたバッテリを備える車両の制御装置および車両の制御方法に関する。

ハイブリッド車または電気自動車等に搭載されたバッテリについて、過大な充電電力からバッテリを保護するための充電制御が提案されている。たとえばリチウムイオン二次電池をバッテリとして採用する場合において、過大な電流がバッテリに入力すると、電解液中のリチウムイオンがリチウム金属として負極に析出する現象が知られている。たとえば国際公開第２０１０／００５０７９号（特許文献１）によれば、リチウム金属の析出を生じさせない入力電流の最大値として、入力電流の許容値（特許文献１では許容入力電流値）Ｉｌｉｍを設定することが開示されている（たとえば特許文献１の段落［００２２］参照）。

国際公開第２０１０／００５０７９号

バッテリを保護するためには、電流センサにより検出される入力電流ＩＢの絶対値が許容値Ｉｌｉｍを上回らないように、入力電流ＩＢのフィードバック制御を実行することが望ましい。しかしながら、一般にフィードバック制御では遅延時間が生じるので、入力電流ＩＢが許容値Ｉｌｉｍに到達してから入力電流ＩＢを制限していたのでは、入力電流ＩＢの絶対値が許容値Ｉｌｉｍを上回ってバッテリを適切に保護できない可能性がある。そのため、フィードバック制御の遅延時間を考慮して、許容値Ｉｌｉｍに対して所定量のマージンが確保された制限目標値Ｉｔａｇが算出される（たとえば特許文献１の段落［００３０］参照）。

特許文献１によれば、入力電流ＩＢ制限目標値Ｉｔａｇとの差分値、および係数Ｋｐを用いて、Ｋｐ×∫（Ｉｔａｇ−ＩＢ）ｄｔが算出される。下記式（Ａ）に示すように、充電電力の上限値の基準となるベース電力Ｗｉｎｂからこの項を減算することにより、充電電力許可値Ｗｉｎが設定される（特許文献１の段落［００５３］参照）。

Ｗｉｎ＝Ｗｉｎｂ−Ｋｐ×∫（Ｉｔａｇ−ＩＢ）ｄｔ ・・・（Ａ）
しかしながら、特許文献１には、係数Ｋｐについてフィードバックゲインとしか記載されておらず、それゆえ上記の項を設定するための詳細な構成については開示されていない（特許文献１の段落［００５５］参照）。したがって、係数Ｋｐを最適化することができる余地がある。

より具体的に説明すると、ハイブリッド車または電気自動車等の回生制動時には、車両の走行状況に応じた回生電力がモータジェネレータにて発電され、バッテリに充電される。充電電力許可値Ｗｉｎの絶対値が過度に小さく設定されると、充電電力が厳しく制限される結果、十分な回生電力を回収できない可能性がある。逆に、充電電力許可値Ｗｉｎの絶対値が過度に大きく設定されると、バッテリに過大な電力が充電されてしまう可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回生電力を充電可能に構成されたバッテリを備える車両において、車両の走行状況に応じて適切に充電電力を制限する技術を提供することである。

本発明のある局面に従う車両の制御装置において、車両は、回生制動により回生電力を発生させる回転電機と、回転電機からの回生電力を充電可能に構成されたバッテリと、バッテリの入出力電流を検出する電流センサとを備える。制御装置は、バッテリへの充電電力が許可値を下回るようにバッテリを充電する充電制御において、電流センサの検出値に応じて、バッテリへの入力電流の制限目標値を算出する。制御装置は、検出値が制限目標値を上回った場合に、制限目標値にてバッテリが充電された場合のバッテリの電圧値を算出し、制限目標値および電圧値から、バッテリへの充電電力の許可基準値を算出し、制限目標値と検出値との差分値が大きいほど、または、車速と、検出値が制限目標値を上回ったときの充電電力とのうちの少なくとも一方が大きいほど、回生制動時における許可値の単位時間当たりの変化量である回生制限レートを高く設定する。

本発明の他の局面に従う車両の制御方法において、車両は、回生制動により回生電力を発生させる回転電機と、回転電機からの回生電力を充電可能に構成されたバッテリと、バッテリの入出力電流を検出する電流センサとを備える。制御方法は、バッテリへの充電電力が許可値を下回るようにバッテリを充電する充電制御において、電流センサの検出値に応じて、バッテリへの入力電流の制限目標値を算出するステップと、検出値が制限目標値を上回った場合に、制限目標値にてバッテリが充電された場合のバッテリの電圧値を算出するステップと、制限目標値および電圧値から、バッテリへの充電電力の許可基準値を算出するステップと、制限目標値と検出値との差分値が大きいほど、または、車速と、検出値が制限目標値を上回ったときの充電電力とのうちの少なくとも一方が大きいほど、回生制動時における許可値の単位時間当たりの変化量である回生制限レートを高く設定するステップとを含む。

好ましくは、制御装置は、検出値が制限目標値を上回ったときの充電電力と車速とに基づいて係数を算出し、係数と差分値との乗算値を回生制限レートとして算出し、許可基準値と乗算値とに基づいて、許可値を算出する。

上記構成および方法によれば、充電電力および車速に基づいて係数が設定される。このため、係数と差分値との乗算値である回生制限レート（回生制動時の充電電力許可値の単位時間当たりの変化量）を、車両の走行状況に応じて設定することができる。たとえば回生制限レートを相対的に高く設定すれば、入力電流が制御目標値を上回った場合に入力電流が速やかに減少するので、バッテリを保護することができる。また、回生制限レートを車両の走行状況に応じた適切な値に設定すれば、制限目標値を比較的大きな値に設定することができるため、検出値が制限目標値を上回りにくくなる。したがって、検出値が制限目標値を上回る頻度を減らす（あるいは検出値が制限目標値を上回る期間を短くする）ことができるので、より大きな回生電力をバッテリに回収することができる。

好ましくは、制御装置は、車両の減速時に検出値が制限目標値を上回った場合に、検出値が制限目標値を下回る場合と比べて、回転電機による回生制動力を低減させることによって車両の減速度が低下するときに、上記係数を、減速度の単位時間当たりの低下量が所定値を下回るように設定する。

車両の減速時に検出値が制限目標値を上回った場合、制御装置は、検出値が制限目標値を下回る場合と比べて、過大な回生電力からバッテリを保護するために回転電機による回生制動力を低減させる。回生制動力を低減させ過ぎると、車両の減速度が大きく変化することになるので、ユーザに違和感を与える可能性がある。上記構成によれば、適切な係数の設定により、減速度の単位時間当たりの低下量が所定値を下回るように抑制されるので、違和感の発生を防止することができる。

本発明によれば、回生電力を充電可能に構成されたバッテリを備える車両において、車両の走行状況に応じて適切に充電電力を制限することができる。

本実施の形態に係る制御装置を搭載した車両の構成を概略的に示すブロック図である。 制動制御を説明するための概念図である。 制動制御を説明するためのフローチャートである。 回生制動力の減少に伴う違和感の検証結果の一例を示すタイムチャートである。 比較例における回生制限を説明するためのタイムチャートである。 係数Ｋｐの車速減少量依存性の一例を示す図である。 係数Ｋｐの充電電力依存性の一例を示す図である。 本実施の形態における回生制限を説明するためのタイムチャートである。 本実施の形態における回生制限を説明するためのフローチャートである。

以下、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、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

以下に示す実施の形態においては、本発明に係る制御装置を搭載した車両の一例として、ハイブリッド車を用いて説明する。しかし、本発明が適用可能な車両はバッテリを搭載していればハイブリッド車に限定されるものではなく、エンジンを搭載しない電気自動車または燃料電池車であってもよい。

＜車両構成＞
図１は、本実施の形態に係る電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３００を搭載した車両１の構成を概略的に示すブロック図である。図１を参照して、車両１は、エンジン１００と、第１モータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）１０と、動力分割機構３０と、第２ＭＧ２０と、駆動輪３５０と、制動装置５０と、ブレーキ液圧回路６０と、ブレーキペダル７０と、電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２００と、バッテリ２５０と、ＥＣＵ３００とを備える。

エンジン１００は、燃料を燃焼させて動力を出力する公知の内燃機関であって、たとえばガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。第１ＭＧ１０および第２ＭＧ２０の各々は、たとえば三相交流回転電機であって、ＰＣＵ２００を介してバッテリ２５０と接続される。

ＰＣＵ２００は、図示しないインバータおよびコンバータを含んで構成される。ＰＣＵ２００は、ＥＣＵ３００からの制御信号に従って、第１ＭＧ１０および第２ＭＧ２０とバッテリ２５０との間での双方向の電力変換を実行する。ＥＣＵ３００は、第１ＭＧ１０からの出力トルク（ＭＧ１トルク）Ｔｍ１を第１ＭＧ１０へのトルク指令値（ＭＧ１トルク指令値）Ｔｍ１＊に一致させるようにＰＣＵ２００を制御する。また、ＥＣＵ３００は、第２ＭＧ２０からの出力トルク（ＭＧ２トルク）Ｔｍ２を第２ＭＧ２０へのトルク指令値（ＭＧ２トルク指令値）Ｔｍ２＊に一致させるようにＰＣＵ２００を制御する。

車両１の回生制動時には、駆動輪３５０によって第２ＭＧ２０が駆動されるので、第２ＭＧ２０は発電機として作動する。これにより、第２ＭＧ２０は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして機能する。第２ＭＧ２０により発電された回生電力は、ＰＣＵ２００を経由してバッテリ２５０に充電される。

動力分割機構３０は、たとえば遊星歯車機構を含んで構成され、クランクシャフト１１０、第１ＭＧ１０の回転軸（図示せず）、およびプロペラシャフト３６０の三要素を機械的に連結する。動力分割機構３０は、上記三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の２つの要素間での動力の伝達を可能とする。プロペラシャフト３６０に出力された動力は、デファレンシャルギヤ３７０およびドライブシャフト３８０を介して駆動輪３５０へと伝達される。

プロペラシャフト３６０には車速センサ３６２が設けられている。車速センサ３６２は、プロペラシャフト３６０の回転速度（駆動軸回転速度）Ｎｐを検出して、その検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。ＥＣＵ３００は、車速センサ３６２からの信号に基づいて車速Ｖを算出する。

制動装置５０は、ブレーキキャリパ５２と、ブレーキディスク５４とを含む。ブレーキキャリパ５２は、いずれも図示しないが、ホイールシリンダと、ブレーキパッドとを含む。ブレーキ液圧回路６０からブレーキキャリパ５２に液圧が供給されることによって、ホイールシリンダが作動する。作動したホイールシリンダがブレーキパッドをブレーキディスク５４に押し付けることによって、ブレーキディスク５４の回転が制限される。これにより、制動装置５０は、ブレーキ液圧回路６０からの供給液圧Ｐｗｃに応じた液圧制動力を発生する。

ブレーキ液圧回路６０は、液圧センサ６２と、ブレーキペダル操作量検出部６４とを含む。液圧センサ６２は、ブレーキ液圧回路６０から制動装置５０への供給液圧Ｐｗｃを検出する。ブレーキペダル操作量検出部６４は、ブレーキペダル７０の踏み込み量ＢＰを検出する。各センサは、その検出値をＥＣＵ３００に出力する。

バッテリ２５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばニッケル水素電池もしくはリチウムイオン電池等の二次電池、または電気二重層キャパシタ等のキャパシタを含んで構成される。本実施の形態では、バッテリ２５０がリチウムイオン二次電池を含んで構成される例について説明する。

バッテリ２５０には、電圧センサ２５２と、電流センサ２５４と、温度センサ２５６とが設けられている。電圧センサ２５２は、バッテリ２５０の電圧ＶＢを検出する。電流センサ２５４は、バッテリ２５０に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサ２５６は、バッテリ２５０の温度ＴＢを検出する。各センサは、その検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。ＥＣＵ３００は、バッテリ２５０の電圧ＶＢ、入出力電流ＩＢおよび温度ＴＢに基づいて、バッテリ２５０の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出する。ＳＯＣの算出手法については公知の手法を適用できるため、詳細な説明は繰り返さない。

ＥＣＵ３００は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、および入出力ポートを含むマイクロコンピュータを含んで構成される。ＥＣＵ３００の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

ＥＣＵ３００は車両１の走行制御（制動制御を含む）を実行する。また、ＥＣＵ３００はバッテリ２５０の充放電制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ３００は、バッテリ２５０の温度ＴＢおよびＳＯＣに基づいて、バッテリ２５０への充電電力の制限値を示す充電電力許可値Ｗｉｎ、および、バッテリ２５０からの放電電力の制限値を示す放電電力許可値Ｗｏｕｔを設定する。

なお、以下では、バッテリ２５０の入出力電流ＩＢについて、バッテリ２５０の充電時には正値（ＩＢ＞０）で示し、放電時には負値（ＩＢ＜０）で示す。バッテリ２５０の充放電電力ＰＢ（＝ＶＢ×ＩＢ）についても、バッテリ２５０の充電時には正値（ＰＢ＞０）で示し、放電時には負値（ＰＢ＜０）で示す。このため、充電電力許可値Ｗｉｎは０または正値である（Ｗｉｎ≧０）。ＥＣＵ３００は、バッテリ２５０への充電電力ＰＢが充電電力許可値Ｗｉｎを上回らないように充電電力ＰＢを制限する。

＜回生制動力および液圧制動力＞
車両１では、ユーザによるブレーキペダル７０の操作に基づく車両全体での要求制動力（トータル制動力）を、第２ＭＧ２０による回生制動力と、制動装置５０による液圧制動力とで分担して出力する制動制御が実行される。

図２は、制動制御を説明するための概念図である。曲線Ｗ１０は、ユーザによるブレーキペダル７０の操作に基づくトータル制動力を示す。曲線Ｗ２０は、第２ＭＧ２０によって発生する回生制動力を示す。図２を参照して、回生制動力と液圧制動力との和によってトータル制動力が確保される。なお、車両１はハイブリッド車両であるため、液圧制動力と回生制動力に加えて、いわゆるエンジンブレーキによる機関制動力も発生する。したがって、厳密には機関制動力も考慮に入れた上で回生制動力および液圧制動力が決定される。ただし、以下では本発明の理解が容易になるように、機関制動力＝０として説明する。

図３は、制動制御を説明するためのフローチャートである。図３および後述する図９に示すフローチャートによる制御は、所定の条件成立時あるいは所定の制御周期毎にＥＣＵ３００によってメインルーチンから呼び出されて実行される。なお、各ステップ（以下、Ｓと略す）は、基本的にはＥＣＵ３００によるソフトウェア処理によって実現されるが、ハードウェア処理によって実現されてもよい。

図１および図３を参照して、Ｓ１０において、ＥＣＵ３００は、車両１の車両状態に関する情報を各センサから受ける。車両状態に関する情報は、たとえば車速Ｖと、ブレーキペダル７０の踏み込み量ＢＰと、いずれも図示しないセンサからのエンジン回転速度と、第１ＭＧ１０および第２ＭＧ２０の回転速度とを含む。

Ｓ２０において、ＥＣＵ３００は、車両１の車両状態に基づいて、車両全体での要求制動トルクＴｒ＊を設定する。要求制動トルクＴｒ＊は、図２にて説明したトータル制動力に対応し、たとえば車速Ｖおよびブレーキペダル７０の踏み込み量ＢＰに基づいて算出される。

Ｓ３０において、ＥＣＵ３００は、バッテリ２５０の充電電力許可値Ｗｉｎを設定する。充電電力許可値Ｗｉｎの設定については図５〜図９にて詳細に説明する。

Ｓ４０において、ＥＣＵ３００は、図２にて説明した制動制御に従って、要求制動トルクＴｒ＊のうち回生制動トルクの分担量を決定する。この分担量に基づいて、ＭＧ２トルク指令値Ｔｍ２＊が設定される。上述のように、バッテリ２５０への充電電力ＰＢがＳ３０にて設定された充電電力許可値Ｗｉｎを上回らないように充電電力ＰＢを制限する必要があるので、ＰＢ＜Ｗｉｎとなる範囲内に限定した上で、ＭＧトルク指令値Ｔｍ２＊が設定される。

Ｓ５０において、ＥＣＵ３００は、要求制動トルクＴｒ＊およびＭＧ２トルク指令値Ｔｍ２＊に基づいて、液圧ブレーキトルク指令値ＴＢ＊を設定する（ＴＢ＊＝Ｔｒ＊−Ｔｍ２＊）。

Ｓ６０において、ＥＣＵ３００は、液圧ブレーキトルク指令値ＴＢ＊に基づいて、制動装置５０に供給する目標液圧を算出する。さらに、ＥＣＵ３００は、液圧センサ６２によって検出される供給液圧Ｐｗｃが目標液圧に一致するようにブレーキ液圧回路６０を制御する。

＜回生制動力の減少に伴う違和感＞
以上のように制動制御が実現される場合において、車両１が減速している間にトータル制動力が変更される場合があり得る。たとえば減速中に第２ＭＧ２０による回生制動力が減少すると、トータル制動力が減少し得る。そうすると、減速中に減速度が低下する（減速が弱まる）ことになるため、ユーザに違和感を与えてしまう可能性がある。本発明者らは様々な減速度の変化をユーザに体感させて検証した。

図４は、回生制動力の減少に伴う違和感の検証結果の一例を示すタイムチャートである。図４において、横軸は経過時間を表し、縦軸は減速度を表す。図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、時刻ｔａまでは減速度はＧａ（＜０）にて一定である。時刻ｔａにおいてトータル制動力の減少が始まるため、減速度が低下する。その後、減速度は低下して、時刻ｔａから１秒経過後の時刻ｔｂにてＧｂに到達する。減速度の単位時間当たりの低下量（以下、減速度の低下量と略す）をΔＧ（＝Ｇａ−Ｇｂ）で表す。

検証の結果、図４（Ａ）に示すように、減速度の低下量ΔＧが０．４ｇ未満の場合には、回生制動力の減少に伴う違和感は生じにくいことが分かった。ｇは、地球上での重力加速度であって、ｇ＝９．８ｍ／ｓ^２である。一方、図４（Ｂ）に示すように、減速度の低下量ΔＧが０．４ｇ以上の場合、ユーザに違和感を与えてしまう可能性が高いことが分かった。

このように、車両１の減速途中に回生制動力が減少する場合、減速度の低下量ΔＧが所定値未満（図４に示す例では０．４ｇ未満）になるようにトータル制動力を制御することが好ましい。ただし、「０．４ｇ」との値は、検証結果の一例に過ぎず適宜変更され得る。

＜回生制限＞
リチウムイオン二次電池では、入力電流が過大な場合に、電解液中のリチウム金属が負極表面に析出することが知られている。負極表面へのリチウム金属の析出は、車両の減速中に発電された回生電力によっても生じ得る。そのため、本実施の形態では、回生電力によるリチウム金属の析出を抑制するために、充電電力許可値Ｗｉｎを変化させることによって回生電力を制限する回生制限が実行される。以下では、本実施の形態における回生制限の理解を容易にするため、まず、比較例における回生制限について説明する。

図５は、比較例における回生制限を説明するためのタイムチャートである。図５において、横軸は経過時間を示す。縦軸は、上から順に電流および電力を示す。なお、比較例に係る車両の構成は、図１に示す車両１の構成と同等である。

図５を参照して、時刻ｔ１１においてバッテリ２５０の充電が開始され、入力電流ＩＢが増加する。各時刻ｔにおいて、電流センサ２５４により検出された入力電流ＩＢ（ｔ）のフィードバック制御が行なわれることによって、入力電流の許容値Ｉｌｉｍ（ｔ）が設定される。許容値Ｉｌｉｍ（ｔ）は、バッテリ２５０の負極にリチウム金属が析出し得る電位まで負極の電位が低下しないように設定される最大電圧である。

リチウム金属の析出を抑制するためには、入力電流ＩＢが許容値Ｉｌｉｍを上回らないようにフィードバック制御を行なうことも考えられる。しかし、一般にフィードバック制御には遅延時間が生じるため、そのような制御では一時的に入力電流ＩＢが許容値Ｉｌｉｍを上回ってしまう可能性がある。そのため、フィードバック制御の遅延時間を考慮して、許容値Ｉｌｉｍから制限目標値が算出される。比較例では、各時刻ｔにおいて、許容値Ｉｌｉｍ（ｔ）に所定量のマージンＩｍｇを加算することによって制限目標値Ｉｔａｇ０（ｔ）が算出される。

時刻ｔ１１以降、充電が継続され、入力電流ＩＢは次第に増加する一方で、許容値Ｉｌｉｍは減少する。これに伴い、制限目標値Ｉｔａｇ０も減少する。その結果、入力電流ＩＢと制限目標値Ｉｔａｇ０との差分値が充電開始前の差分値と比べて小さくなる。

時刻ｔ１２において、入力電流ＩＢが制限目標値Ｉｔａｇを上回ると（ＩＢ≧Ｉｔａｇ、回生制限が開始される。より具体的には、バッテリ２５０の充電電力許可値（比較例ではＷｉｎ０で表す）は一定のレートで減少する。本明細書では、このレート（単位時間当たりの変化量）を「回生制限レート」とも称する。充電電力許可値Ｗｉｎ０を減少させると、バッテリ２５０への充電電力ＰＢを減少させることになるので、入力電流ＩＢが減少する。

時刻ｔ１３において、入力電流ＩＢが再び制限目標値Ｉｔａｇ０を下回る（ＩＢ＜Ｉｔａｇ０）。そうすると、回生制限が終了されるため、充電電力許可値Ｗｉｎ０は通常値（時刻ｔ１以前と同等の値）へと復帰する。

以上のような回生制限において、バッテリ２５０への充電電力ＰＢの減少は、回生制動力を減少させることによって実現される（図３のＳ４０参照）。回生制動力の減少量は、回生制限レートに応じて定まる。回生制限レートを高く設定するほど、より速やかに回生制動力が減少する。回生制動力を減少させた場合には、その減少分だけ液圧制動力を増加させることによって、必要なトータル制動力を確保すること望ましい（図３のＳ５０参照）。しかしながら、液圧の応答にはある程度の時間を要する。そのため、回生制限レートを過度に高く設定して回生制動力を急激に減少させると、液圧制動力の増加が追従できない可能性がある。その結果、トータル制動力が減少して、図４（Ｂ）にて説明したように減速度の低下量ΔＧが０．４ｇ以上になると、ユーザに違和感を与えてしまうおそれがある。

反対に、上述のような違和感の発生を抑制するために、液圧の応答性に合わせて回生制限レートを一律に低く設定することも考えられる。回生制限レートを低く設定するほど、入力電流ＩＢの時間変化は緩やかになる。そのため、入力電流ＩＢが許容値Ｉｌｉｍに到達することを確実に回避する観点から、より大きなマージン電流Ｉｍｇを設定する必要が生じる。しかし、マージン電流Ｉｍｇを大きく設定し過ぎると、入力電流ＩＢが制限目標値Ｉｔａｇ０に到達し易くなるので、回生制限が頻繁に行なわれることになる。したがって、回生発電によってバッテリ２５０に回収されるエネルギーが小さくなってしまう可能性がある。

そこで、本実施の形態によれば、回生制限実行時（入力電流ＩＢが制限目標値Ｉｔａｇを上回った時）において、回生制限レートＰを車両１の走行状況に応じて変更する構成を採用する。より具体的には、差分値（Ｉｔａｇ−ＩＢ）が大きいほど、または、車速減少量ΔＶと、検出値ＩＢが制限目標値Ｉｔａｇを上回ったときの充電電力ＰＢとのうちの少なくとも一方が大きいほど、回生制限レートＰは高く設定される。以下、本実施の形態における回生制限レートＰの設定手法について詳細に説明する。

＜回生制限レートの設定＞
まず、入力電流ＩＢの許容値Ｉｌｉｍが算出される。時刻ｔにおける許容値Ｉｌｉｍ（ｔ）は、たとえば下記式（１），（２）に示すように、電流センサ２５４により検出された入力電流ＩＢ（ｔ）、所定の関数ｆ、時刻（ｔ−１）における許容値Ｉｌｉｍ（ｔ−１）、および許容値の初期値Ｉｌｉｍ（０）を用いて算出することができる。

Ｉｌｉｍ（ｔ）＝Ｉｌｉｍ（ｔ−１）−ｆ（ＩＢ（ｔ））×ｄｔ−α ・・・（１）
α＝｛Ｉｌｉｍ（０）−Ｉｌｉｍ（ｔ−１）｝／Ｉｌｉｍ（０）×ｄｔ ・・・（２）
許容値Ｉｌｉｍ（ｔ）を用いて入力電流の制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）が算出される。制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）は、たとえば許容値Ｉｌｉｍ（ｔ）に所定の係数βを乗算することにより算出することができる（式（３）参照）。なお、以下に示す各変数については、読みやすさを向上させるため、時刻ｔにおける値であることを示す「（ｔ）」の記載は省略する。

Ｉｔａｇ＝Ｉｌｉｍ×β ・・・（３）
次に、バッテリ２５０の内部抵抗Ｒが算出される。そして、バッテリ２５０の電圧ＶＢ、入力電流ＩＢ、および内部抵抗Ｒに基づいて、バッテリ２５０の開放端電圧Ｖｏｃｖが算出される（式（４）参照）。

Ｖｏｃｖ＝ＶＢ＋ＩＢ×Ｒ ・・・（４）
式（３）および式（４）より、制限目標値Ｉｔａｇにて充電が行なわれると仮定した場合の電圧Ｖｔａｇが算出される（式（５）参照）。

Ｖｔａｇ＝Ｖｏｃｖ−Ｉｔａｇ×Ｒ ・・・（５）
回生制限が実行されるのは入力電流ＩＢが制限目標値Ｉｔａｇに到達したか、わずかに上回った場合であるため、入力電流ＩＢは制限目標値Ｉｔａｇにほぼ等しいと近似可能である。したがって、回生制限の実行時の充電電力ＰＢは下記式（６）のように表される。この電力をベース電力（許可基準値）Ｗｉｎｂと称する。

ＰＢ＝ＶＢ×ＩＢ≒Ｖｔａｇ×Ｉｔａｇ＝Ｗｉｎｂ ・・・（６）
充電電力許可値Ｗｉｎ［単位：Ｗ］は、ベース電力Ｗｉｎｂから回生制限レートＰ［単位：Ｗ／ｓｅｃ］の積分値を減算することにより算出される（式（７）参照）。

Ｗｉｎ＝Ｗｉｎｂ−∫Ｐｄｔ ・・・（７）
式（７）において、回生制限レートＰは、入力電流ＩＢ（検出値）と制限目標値Ｉｔａｇとの差分値に、係数Ｋｐを乗算することにより算出される（式（８）参照）。

Ｐ＝Ｋｐ×（Ｉｔａｇ−ＩＢ） ・・・（８）
上記式（８）とは別の観点から、回生制限レートＰは、下記式（９）に示すように、車両１の減速に伴うプロペラシャフト３６０の角速度変化量Δωｐ［単位：ｒａｄ／ｓｅｃ］と、プロペラシャフト３６０のトルク変化量ΔＴｐ［単位：Ｎ・ｍ／ｓｅｃ］との積としても表すことができる。

Ｐ＝Δωｐ×ΔＴｐ ・・・（９）
角速度変化量Δωｐは、駆動軸回転速度の変化量ΔＮｐ［単位：ｒｐｍ］を用いて、下記式（１０）のように表される。

Δωｐ＝２π／６０×ΔＮｐ ・・・（１０）
一方、トルク変化量ΔＴｐは、下記式（１１）のように表される。式（１１）において、ΔＦは、車両１の駆動力の変化量［単位：Ｎ］を表す。Ｍは、車両１の質量［単位：ｋｇ］を表す。ΔＧは、車両１の減速度の低下量［単位：ｍ／ｓ^２］を表す。ｒは、駆動輪３５０の半径［単位：ｍ］を表す。ｃは、デファレンシャルギヤ３７０のギヤ比（デフ比）を表す。

ΔＴｐ＝ΔＦ×ｒ／ｃ＝Ｍｒ／ｃ×ΔＧ ・・・（１１）
式（１０）および式（１１）を式（９）に代入し、さらに定数部分（車両１の仕様値として一定の部分等）をγで置換すると、回生制限レートＰは下記式（１２）のように表される。

Ｐ＝２π／６０×ΔＮｐ×Ｍｒ／ｃ×ΔＧ＝γ×ΔＮｐ×ΔＧ ・・・（１２）
このように、回生制限レートＰは、式（８）および式（１２）の２通りで表される。式（８）の右辺と式（１２）の最右辺とは互いに等しい（式（１３）参照）。

Ｋｐ×（Ｉｔａｇ−ＩＢ）＝γ×ΔＮｐ×ΔＧ ・・（１３）
式（６）を式（１３）に代入し、減速度の変化量ΔＧについて解くと、下記式（１４）が得られる。

ΔＧ＝Ｋｐ×（Ｗｉｎｂ／Ｖｔａｇ−ＩＢ）／（γ×ΔＮｐ） ・・・（１４）
式（１４）に示すように、減速度の変化量ΔＧは、係数Ｋｐ、ベース電力Ｗｉｎ（≒回生制限開始時の充電電力ＰＢ）、および駆動軸回転速度の変化量ΔＮｐに応じて定まる。駆動軸回転速度の変化量ΔＮｐは車速減少量ΔＶに比例するので、減速度の変化量ΔＧは、係数Ｋｐ、回生制限開始時の充電電力ＰＢ、および車速減少量Δに応じて定まることになる。そのため、本実施の形態では、係数Ｋｐは、回生制限実行時の減速度の低下量ΔＧが０．４ｇ未満になるように充電電力ＰＢおよび車速減少量ΔＶに応じて設定される。これにより、違和感の発生を防止することができる。

図６は、係数Ｋｐの車速減少量ΔＶ依存性の一例を示す図である。図６において、横軸は車速減少量ΔＶを表し、縦軸は係数Ｋｐを表す。図６に示すように、車速減少量ΔＶが大きくなるに従って係数Ｋｐは大きく設定される。

車速減少量ΔＶが大きいほど回生電力は大きくなるので、その回生電力からバッテリ２５０を保護するために係数Ｋｐを大きく設定することにより、回生制限レートＰを相対的に大きくすることができる。反対に、車速減少量ΔＶが比較的小さい場合には回生電力も小さいので。係数Ｋｐを小さく設定して回生制限レートＰを相対的に小さくすることができる。

図７は、係数Ｋｐの充電電力ＰＢ依存性の一例を示す図である。図７において、横軸は回生制限開始時の充電電力ＰＢ（≒ベース電力Ｗｎｂ）を表し、縦軸は係数Ｋｐを表す。図７を参照して、充電電力ＰＢが大きくなるに従って係数Ｋｐは大きく設定される。

回生制限開始時の充電電力ＰＢが大きいほど、充電電力ＰＢと充電電力許可値Ｗｉｎとの差が小さくなる。そのため、バッテリ保護の観点からバッテリ２５０に充電可能な電力が小さくなる。したがって、本実施の形態では、充電電力ＰＢが大きいほど係数Ｋｐを大きく設定することにより、回生制限レートＰを相対的に大きくする。なお、図６および図７では係数Ｋｐが直線的に増加する例を示すが、増加の仕方は特に限定されない。係数Ｋｐは、たとえば曲線的あるいはステップ的に増加してもよい。

図８は、本実施の形態における回生制限を説明するためのタイムチャートである。図８を参照して、比較例（図５参照）と対比するために、入力電流ＩＢの挙動が本実施の形態と比較例とで等しい場合について説明する。本実施の形態における制限目標値をＩｔａｇ（破線参照）で示し、比較例における制限目標値をＩｔａｇ０（一点鎖線参照）で示す。また、本実施の形態における充電電力許可値をＷｉｎ（実線参照）で示し、比較例における充電電力許可値をＷｉｎ０（一点鎖線参照）で示す。

比較例では回生制限レートが一定値であると説明した。一方、本実施の形態では、車両１の走行状況（具体的には車速減少量ΔＶおよび充電電力ＰＢ）に基づいて、比較例と比べて回生制限レートが大きく設定される場合について説明する。

制限目標値Ｉｔａｇが小さく、それゆえに制限目標値Ｉｔａｇと許容値Ｉｌｉｍとの差が小さい場合であっても、回生制限レートＰが十分に大きいと、入力電流ＩＢが許容値Ｉｌｉｍに到達することを防止可能である。したがって、本実施の形態によれば、比較例と比べて、制限目標値を小さく設定することができる。よって、本実施の形態における回生制限の開始時刻ｔ２２は、比較例における回生制限の開始時刻ｔ１２よりも遅い。つまり、本実施の形態では、比較例と比べて回生制限の実行期間が短くなる。これにより、より大きな回生電力をバッテリ２５０に回収することができる。

図９は、本実施の形態における回生制限を説明するためのフローチャートである。図９を参照して、Ｓ１１０において、ＥＣＵ３００は、バッテリ２５０の内部抵抗Ｒを算出する。内部抵抗の算出手法については公知の手法を適用できるため、詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ１２０において、ＥＣＵ３００は、入力電流の許容値Ｉｌｉｍを算出する。具体的には、ＥＣＵ３００は、許容値の初期値Ｉｌｉｍ（０）から、充電継続による許容値の減少量、放電継続または放置による許容値の回復量を制御周期毎に加算する（式（１），（２）参照）。これにより、時刻ｔにおけるＩｌｉｍ（ｔ）を逐次求めることができる。

Ｓ１３０において、ＥＣＵ３００は、入力電流の許容値Ｉｌｉｍから制限目標値Ｉｔａｇを算出する。式（３）にて説明したように、制限目標値Ｉｔａｇは、許容値Ｉｌｉｍに係数βを乗算することにより算出される。なお、係数βとしては、たとえばバッテリ２５０の充放電による劣化、またはバッテリ２５０の経時劣化を考慮した値を用いることができる。

式（３）においては、電流センサ２５４の検出誤差を考慮して、オフセット成分Ｉｏｆｆの補正項を追加してもよい（下記式（３Ａ）参照）。オフセット成分Ｉｏｆｆは、フィードバック制御の遅延時間を考慮して設定されるマージン電流Ｉｍｇ（図５参照）とは異なる。

Ｉｔａｇ＝Ｉｌｉｍ×β−Ｉｏｆｆ ・・・（３Ａ）
なお、充電時にはバッテリ２５０から発せられた熱が電流センサ２５４に到達し得る。電流センサ２５４は温度特性を有するため、熱の影響で検出誤差が大きくなる可能性がある。その検出誤差を補正するために、バッテリ２５０の温度ＴＢに加えて、電流センサ２５４の温度を考慮することが望ましい。バッテリ２５０の発熱量はＳＯＣに依存するので、電流センサ２５４の検出誤差は、バッテリ２５０のＳＯＣに依存する。したがって、オフセット成分Ｉｏｆｆは、電流センサ２５４の検出誤差に加えて、バッテリ２５０の温度ＴＢおよびＳＯＣに基づいて設定してもよい。

Ｓ１４０において、ＥＣＵ３００は、バッテリ２５０の開放端電圧Ｖｏｃｖを算出し、その算出結果を用いて電圧Ｖｔａｇを算出する（式（４），（５））。

Ｓ１５０において、ＥＣＵ３００は、制限目標値Ｉｔａｇと電圧Ｖｔａｇとに基づいて、バッテリ２５０のベース電力Ｗｉｎｂを算出する（式（６）参照）。

Ｓ１６０において、ＥＣＵ３００は、電流センサ２５４により検出される入力電流ＩＢが制限目標値Ｉｔａｇ以上であるか否かを判定する。入力電流ＩＢが制限目標値Ｉｔａｇ未満の場合（Ｓ１６０においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、回生制限は実行しなくてよいとして処理をＳ２２０に進める。Ｓ２２０において、ＥＣＵ３００は、充電電力許可値Ｗｉｎとしてベース電力Ｗｉｎｂを設定する。

一方、入力電流ＩＢが制限目標値Ｉｔａｇ以上の場合（Ｓ１６０においてＹＥＳ）、入力電流ＩＢが許容値Ｉｌｉｍに到達する可能性があるので、ＥＣＵ３００は処理をＳ１７０に進めて回生制限を実行する。

Ｓ１７０において、ＥＣＵ３００は、車速センサ３６２からの駆動軸回転速度のΔＮｐに基づいて、車速減少量ΔＶを算出する。

Ｓ１８０において、ＥＣＵ３００は、バッテリ２５０の充電電力ＰＢ（＝ＩＢ×ＶＢ）を算出する。この処理の時点においては、入力電流ＩＢは制限目標値Ｉｔａｇにほぼ等しく、電圧ＶＢも電圧Ｖｔａｇにほぼ等しい。したがって、充電電力ＰＢはベース電力Ｗｉｎｂ（＝Ｉｔａｇ×Ｖｔａｇ）に等しいと近似することができる。

Ｓ１９０において、ＥＣＵ３００は係数Ｋｐを算出する。たとえば、ＥＣＵ３００のメモリ（図示せず）には、車速減少量ΔＶと充電電力ＰＢ（ベース電力Ｗｉｎｂ）と係数Ｋｐとの対応関係を示すマップが格納されている。ＥＣＵ３００は、このマップを参照することにより、車速減少量ΔＶおよび充電電力ＰＢから係数Ｋｐを算出する。なお、マップに代えて演算式または関数を用いてもよい。

Ｓ２００において、ＥＣＵ３００は、ＥＣＵ３００は、入力電流の制限目標値Ｉｔａｇと電流センサ２５４の検出値ＩＢとの差分値（Ｉｔａｇ−ＩＢ）に係数Ｋｐを乗算して、回生制限レートＰを算出する（式（８）参照）。

Ｓ２１０において、ＥＣＵ３００はベース電力Ｗｉｎｂから回生制限レートＰの積分値を減算することにより、充電電力許可値Ｗｉｎを算出する（式（７）参照）。

以上のように、本実施の形態によれば、係数Ｋｐが車速減少量ΔＶおよび充電電力ＰＢ（ベース電力Ｗｉｎｂ）に基づいて算出される。これにより、車両１の走行状況に応じた回生制限レートＰを設定することができる。具体的には、差分値（Ｉｔａｇ−ＩＢ）が大きいほど、または、車速減少量ΔＶと、検出値ＩＢが制限目標値Ｉｔａｇを上回ったときの充電電力ＰＢとのうちの少なくとも一方が大きいほど、回生制限レートＰは高く設定される。そのため、比較例のようにマージン電流Ｉｍｇを設定する構成と比べて、入力電流の制限目標値Ｉｔａｇを小さく設定しても入力電流ＩＢが許可値Ｉｌｉｍに到達するのを防止することができるとともに、より大きな回生電力をバッテリ２５０に回収することができる。また、上記のように係数Ｋｐを算出することにより、回生制限に伴う減速度の低下量ΔＧが一定値未満に抑制されるので、違和感の発生を防止することができる。

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。

１ 車両、１０ 第１モータジェネレータ（ＭＧ）、２０ 第２ＭＧ、３０ 動力分割機構、５０ 制動装置、５２ ブレーキキャリパ、５４ ブレーキディスク、６０ ブレーキ液圧回路、６２ 液圧センサ、６４ ブレーキペダル操作量検出部、７０ ブレーキペダル、８０ ブレーキ液圧回路、８２ 液圧センサ、８４ ブレーキペダル操作量検出部、１００ エンジン、２００ 電力制御装置（ＰＣＵ）、２５０ バッテリ、２５２ 電圧センサ、２５４ 電流センサ、２５６ 温度センサ、３５０ 駆動輪、３６０ プロペラシャフト、３６２ 車速センサ、３７０ デファレンシャルギヤ、３８０ ドライブシャフト。

Claims (4)

1. 回生制動により回生電力を発生させる回転電機と、前記回転電機からの回生電力を充電可能に構成されたバッテリと、前記バッテリの入出力電流を検出する電流センサとを備える車両の制御装置であって、
   前記バッテリへの充電電力が許可値を下回るように前記バッテリを充電する充電制御において、
   前記電流センサの検出値に応じて、前記バッテリへの入力電流の制限目標値を算出し、
   前記検出値が前記制限目標値を上回った場合に、
   前記制限目標値にて前記バッテリが充電された場合の前記バッテリの電圧値を算出し、
   前記制限目標値および前記電圧値から、前記バッテリへの充電電力の許可基準値を算出し、
   前記制限目標値と前記検出値との差分値が大きいほど、または、車速と、前記検出値が前記制限目標値を上回ったときの充電電力とのうちの少なくとも一方が大きいほど、前記回生制動時における前記許可値の単位時間当たりの変化量である回生制限レートを高く設定する、車両の制御装置。
2. 前記制御装置は、
   前記検出値が前記制限目標値を上回ったときの充電電力と前記車速とに基づいて係数を算出し、
   前記係数と前記差分値との乗算値を前記回生制限レートとして算出し、
   前記許可基準値と前記乗算値とに基づいて、前記許可値を算出する、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記制御装置は、前記車両の減速時に前記検出値が前記制限目標値を上回った場合に、前記検出値が前記制限目標値を下回る場合と比べて、前記回転電機による回生制動力を低減させることによって前記車両の減速度が低下するときに、前記係数を、前記減速度の単位時間当たりの低下量が所定値を下回るように設定する、請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 回生制動により回生電力を発生させる回転電機と、前記回転電機からの回生電力を充電可能に構成されたバッテリと、前記バッテリの入出力電流を検出する電流センサとを備える車両の制御方法であって、
   前記バッテリへの充電電力が許可値を下回るように前記バッテリを充電する充電制御において、
   前記電流センサの検出値に応じて、前記バッテリへの入力電流の制限目標値を算出するステップと、
   前記検出値が前記制限目標値を上回った場合に、
   前記制限目標値にて前記バッテリが充電された場合の前記バッテリの電圧値を算出するステップと、
   前記制限目標値および前記電圧値から、前記バッテリへの充電電力の許可基準値を算出するステップと、
   前記制限目標値と前記検出値との差分値が大きいほど、または、車速と、前記検出値が前記制限目標値を上回ったときの充電電力とのうちの少なくとも一方が大きいほど、前記回生制動時における前記許可値の単位時間当たりの変化量である回生制限レートを高く設定するステップとを含む、車両の制御方法。

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