JP2018074812A - 車両制御装置および充電目標決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力量の回収率を向上させることができる車両制御装置および充電目標決定方法を提供することである。
【解決手段】実施形態の車両制御装置は、蓄電部と、電力変換部と、充電制御部とを持つ。蓄電部は、車両を駆動させるモータに供給する電力を蓄える。電力変換部は、前記蓄電部から供給される電力を三相交流に変換してモータに供給する。充電制御部は、前記車両の減速時に回収可能な回生時最大充電量と、前記車両の減速時に発生する回生時最大充電電力と、前記車両の力行時に発生する力行時放電量と、前記蓄電部の温度とに基づいて、前記蓄電部への充電目標を決定し、決定した前記充電目標に基づいて、前記蓄電部の充電制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、車両制御装置および充電目標決定方法に関する。

従来、バッテリから供給される電力を用いてモータを駆動させ、モータの駆動力により車輪を回転させて走行を行う電気車が知られている。電気車には、鉄道車両や電気自動車等が含まれる。これらの電気車は、減速時に発生する回生エネルギーをバッテリに蓄積させ、力行時にバッテリに蓄えられたエネルギーを利用して走行を行う。バッテリの充電可能電力は、充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）または温度等によって決定される。また、バッテリに蓄えられたエネルギーが不足して走行不能（電欠）になることを避けるために、走行開始時のＳＯＣを高く設定することがあり、充電可能電力に対応させて車両減速時の回生トルクを更に絞り込む必要性があるため、電力量の回収率が十分でない場合があった。

特開２０１０−１８３６６７号公報

本発明が解決しようとする課題は、電力量の回収率を向上させることができる車両制御装置および充電目標決定方法を提供することである。

実施形態の車両制御装置は、蓄電部と、電力変換部と、充電制御部とを持つ。蓄電部は、車両を駆動させるモータに供給する電力を蓄える。電力変換部は、前記蓄電部から供給される電力を三相交流に変換してモータに供給する。充電制御部は、前記車両の減速時に回収可能な回生時最大充電量と、前記車両の減速時に発生する回生時最大充電電力と、前記車両の力行時に発生する力行時放電量と、前記蓄電部の温度とに基づいて、前記蓄電部への充電目標を決定し、決定した前記充電目標に基づいて、前記蓄電部の充電制御を行う。

実施形態の車両制御装置１００を搭載した電気車システム１の概要構成図。 回生時最大充電量、最大回生電力、および力行時放電量の算出の一例を説明するための図。 バッテリ最大充電可能電力マップ２４２の一例を示す図。 充電制御部２３４における充電目標ＳＯＣの決定内容を説明するための図。 充電制御部２３４により決定される内容の一例を示す図。 バッテリＳＯＣ−ＯＣＶマップ２４６の一例を示す図。 バッテリＳＯＣ−Ｒｉマップ２４８の一例を示す図。 時間情報に対応させたパラメータ情報２４４Ａの一例を示す図。

以下、実施形態の車両制御装置および充電目標決定方法を、図面を参照して説明する。

［全体構成］
図１は、実施形態の車両制御装置１００を搭載した電気車システム１の概要構成図である。電気車システム１は、例えば、車両制御装置１００と、モータ１１０とを備える。車両制御装置１００は、モータ１１０を駆動させるための電力を供給する。

車両制御装置１００は、例えば、補機２００と、バッテリ（蓄電部）２１０と、インバータ（電力変換部）２２０と、制御部２３０と、記憶部２４０とを備える。

補機２００は、モータ１１０以外の負荷となる機器であり、電気車システム１の走行に関する制御とは無関係にバッテリ２１０から電力が供給される。補機２００は、例えば、電気車システム１に搭載されたエアコン、照明、通信機器等、電気車（車両）の走行に必要な各種機器が含まれる。

バッテリ２１０は、例えば、電気車が減速または停止する場合に生じる回生エネルギーを蓄える。また、バッテリ２１０は、力行時にインバータ２２０に電力を供給したり、補機２００に電力を供給する。

インバータ２２０は、制御部２３０の制御により、バッテリ２１０から出力された直流電力を、制御部２３０から入力された制御信号（例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号）に基づいて、所望の周波数や電圧等を有する三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に変換し、変換した三相交流をモータ１１０へ出力する。

モータ１１０は、三相交流によってロータを回転させ、駆動力を出力する。モータ１１０の出力する駆動力は、図示しない歯車等の連結機構を介して車輪Ｗに伝達され、伝達された駆動力により車輪Ｗを回転させることで、電気車を走行させる。モータ１１０は、例えば、かご型三相誘導電動機である。車輪Ｗは、線路または地面を介して接地される。

また、電気車システム１は、例えば、操作盤１２０と、表示盤１３０とを備える。操作盤１２０は、例えば電気車の主電源をオン／オフするためのマスタースイッチや、運転手が種々の操作を行うマスターコントローラ等を含む。マスターコントローラは、種々の対応を採用し得るが、例えば前方に押すことによって制動・減速による電気車の回生運転を指示し、後方に引くことによって電気車の加速による力行運転を指示することができる横軸型のマスターコントローラである。マスターコントローラに対してなされた操作量を示す信号、あるいは操作に基づいて決定される制御信号は、制御部２３０に入力される。表示盤１３０は、制御部２３０の指示に基づいて、電気車の速度等を含む各種情報を表示する。

制御部２３０は、例えば、補機２００、バッテリ２１０、およびインバータ２２０を制御する。制御部２３０は、例えば、運転制御部２３２と、充電制御部２３４とを備える。これらの機能部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。これらの各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアで実現されてもよい。

運転制御部２３２は、例えば、操作盤１２０から入力された指示情報により、例えばインバータ２２０に対してモータ１１０のトルク要求を行い、電気車を回生運転させたり、力行運転させる等の制御を行う。運転制御部２３２の一部には、例えば、後述するトルク要求設定部２３３が含まれる。回生運転とは、減速により減少する運動エネルギーをモータ１１０によって回収し、回収した回生エネルギーを電力に変換して、バッテリ２１０に蓄える運転動作である。力行運転とは、バッテリ２１０からの直流電力をインバータ２２０により三相交流に変換してモータ１１０へ出力することで、モータ１１０に駆動力を発生させ、発生した駆動力を車輪Ｗに伝えて電気車を加速させる等の運転動作である。すなわち、回生運転では、回転方向と逆方向にトルクを発生させることで発電を行い、力行運転では、回転方向と同方向にトルクを発生させることで電力を消費する。

充電制御部２３４は、走行開始時におけるバッテリ２１０の充電目標を決定する。充電制御部２３４は、バッテリ２１０のＳＯＣ（充電状態）または温度等が要因となる回生の絞り込みが発生しない充電目標を決定する。また、充電制御部２３４は、決定した充電目標に基づいてバッテリ２１０の充電制御を行う。

例えば、充電制御部２３４は、バッテリ２１０の充電目標を決定するためのパラメータ情報として、回生時最大充電量（Ｅ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）、最大回生電力（Ｐ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）、および力行時放電量（Ｅ＿ｄｉｓ）を算出する。回生時最大充電量（Ｅ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）は、例えば、電気車の減速時に回収可能な充電量のうち、所定期間における回生時の最大充電量である。最大回生電力（Ｐ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）は、例えば、電気車の減速時に発生する回生電力のうち、所定期間における最大の充電電力である。力行時放電量（Ｅ＿ｄｉｓ）は、例えば、電気車の力行時に発生する放電量である。

図２は、回生時最大充電量、最大回生電力、および力行時放電量の算出の一例を説明するための図である。まず、トルク要求設定部２３３は、電気車を走行または停止させるためのトルク要求Ｔｑ＊をリミッタ部３００に出力する。充電制御部２３４は、現時点のバッテリ２１０の充電状態ＳＯＣと、バッテリ２１０の温度検出値とに基づいて、予め記憶部２４０に記憶されたバッテリ最大充電可能電力マップ２４２を参照し、バッテリ最大充電可能電力（Ｐｂａｔ＿ｍａｘ）を導出する。なお、充電制御部２３４は、例えば、バッテリ２１０の周囲に設置された図示しない温度計から、充電を開始する直前等におけるバッテリ２１０の温度を取得する。

図３は、バッテリ最大充電可能電力マップ２４２の一例を示す図である。バッテリ最大充電可能電力マップ２４２は、現時点のバッテリ２１０の温度［℃］およびバッテリＳＯＣ［％］に、バッテリ２１０の最大充電電力（Ｐｂａｔ＿ｍａｘ）が対応付けられている。最大充電電力（Ｐｂａｔ＿ｍａｘ）の値は、充電時には０未満（負）となり、放電時には０以上（正）となる。

図示の例では、バッテリ温度が１０℃間隔で設定され、バッテリＳＯＣが１０％間隔で設定されている。例えば、充電制御部２３４は、バッテリ温度が３０℃であり、且つバッテリＳＯＣが５０％である場合、バッテリ最大充電可能電力マップ２４２により、バッテリ最大充電電力Ｐｂａｔ＿ｍａｘ＿５３が得られる。また、充電制御部２３４は、例えば、バッテリＳＯＣが１５％である場合に、バッテリＳＯＣが１０％と２０％とのデータから線形補間処理を行い、バッテリＳＯＣが１５％である場合のバッテリ最大充電電力（Ｐｂａｔ＿ｍａｘ）を導出してもよい。

ここで、図３のバッテリ最大充電可能電力マップ２４２は、バッテリ２１０の劣化度（ＳＯＨ：State of Health）ごとに設定されてもよい。劣化度は、例えば、バッテリ２１０の劣化時の満充電容量［Ａｈ］を初期の満充電容量［Ａｈ］で除算し、その値に１００を乗算することで導出することができる。充電制御部２３４は、バッテリ２１０の現時点における劣化度に対応したバッテリ最大充電可能電力マップ２４２を設定しておくことで、より適切なバッテリ最大充電電力（Ｐｂａｔ＿ｍａｘ）を導出することができる。

次に、充電制御部２３４は、演算部３０２により、バッテリ最大充電可能電力（Ｐｂａｔ＿ｍａｘ）を補機２００の消費電力（Ｐａｃｃ）で減算させる。また、充電制御部２３４は、演算部３０４により、演算部３０２から入力された値を、モータ１１０およびインバータ２２０の総合効率（ｅｆｆｉ）で除算させる。また、充電制御部２３４は、演算部３０６により、演算部３０４から入力された値を、図示しない角速度センサ等により得られるモータ１１０の角速度（ωｍ）［ｒａｄ／ｓ］で除算させる。上述した演算部３０２から演算部３０６までの演算により、バッテリ最大充電可能電力（Ｐｂａｔ＿ｍａｘ）で制限される回生トルク（Ｔｒ＿ｍａｘ）が算出される。充電制御部２３４は、回生トルク（Ｔｒ＿ｍａｘ）をリミッタ部３００に出力する。

運転制御部２３２は、リミッタ部３００により、トルク要求設定部２３３から要求されたトルク要求（Ｔｑ＊）が、回生トルク（Ｔｒ＿ｍａｘ）からモータ性能で決定される最大力行トルク（Ｔｍ＿ｍａｘ）までの範囲にある場合に、モータトルク指令（Ｔｑ＿ｒｅｆ）を出力させる。モータトルク指令（Ｔｑ＿ｒｅｆ）は、力行時は正（＋）となり、回生時は負（−）となる。運転制御部２３２は、取得したモータトルク指令（Ｔｑ＿ｒｅｆ）をインバータ２２０に出力し、インバータ２２０からの三相交流によってモータ１１０を所定のトルクで駆動させる。

また、トルク要求設定部２３３は、トルク要求（Ｔｑ＊）をリミッタ部３０８に出力する。充電制御部２３４は、リミッタ部３０８により、トルク要求（Ｔｑ＊）が、負の最大回生トルク（−Ｔｍ＿ｍａｘ）から０までの範囲である場合に、そのトルク要求（Ｔｑ＊）の値を、演算部３１０に出力させる。充電制御部２３４は、演算部３１０により、トルク要求（Ｔｑ＊）とモータ角速度（ωｍ）とを乗算させ、乗算させた値を、増幅部３１２に出力させる。ここで、増幅部３１２に入力される値は、負の値であるため、回生（充電）電力の符号が負（−）となる。そこで、充電制御部２３４は、増幅部３１２により、演算部３１０から入力された値を、モータ１１０およびインバータ２２０の負の総合効率（−ｅｆｆｉ）で乗算させることで、充電電力の符号を正にする。

また、充電制御部２３４は、演算部３１４により、増幅部３１２から得られた充電電力を補機２００の消費電力（Ｐａｃｃ）で減算させる。次に、充電制御部２３４は、積算部３１６により、演算部３１４から入力された値を所定時間分積算させることで、回生時最大充電量（Ｅ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）を算出させる。回生時最大充電量（Ｅ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）とは、運転制御部２３２からのトルク要求によって、回生時に充電可能な電力量（ポテンシャル）である。また、充電制御部２３４は、最大値抽出部３１８により、所定時間内に演算部３１４から入力された値のうち、回生時最大充電電力（Ｐ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）を抽出する。

また、充電制御部２３４は、演算部３２０により、図示しない電圧検出センサおよび電流検出センサから検出されたバッテリ２１０の電圧値（バッテリ電圧検出値）および電流値（バッテリ電流検出値）を乗算し、乗算して得られた電力値を、リミッタ部３２２および３２４に出力する。

充電制御部２３４は、リミッタ部３２２により、演算部３２０から入力された電力が０からバッテリ２１０の最大充電可能電力（Ｐｂａｔ＿ｍａｘ）までの範囲内である場合に、積算部３２６に出力する。また、充電制御部２３４は、積算部３２６により、入力された電力を所定時間分積算させて、力行時放電量（Ｅ＿ｄｉｓ）を算出させる。

また、充電制御部２３４は、リミッタ部３２４により、入力された電力が負の最大充電可能電力（−Ｐｂａｔ＿ｍａｘ）から０までの範囲内である判定された場合、その電力を増幅部３２８に出力する。充電制御部２３４は、増幅部３２８により、得られた値を−１で乗算させて正の値にし、その値を積算部３３０に出力する。充電制御部２３４は、積算部３３０により、入力された値を積算して、回生時充電量Ｅ＿ｃｈｇを算出させ、算出させた回生時充電量（Ｅ＿ｃｈｇ）を、回生絞り込み発生検知部３３２に出力する。

充電制御部２３４は、回生絞り込み発生検知部３３２により、回生時最大充電量（Ｅ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）を、バッテリ２１０の充電可能電力の制限により実際に充電できた電力量Ｅ＿ｃｈｇで減算した値（差分値）が、閾値α（例えば、α＝０．１［ｋＷｈ］）より大きく、且つ、モータ角速度（ωｍ）がゼロ（０）であるか否かを判定する。モータ角速度がゼロとは、車速がゼロと同等である。

充電制御部２３４は、回生絞り込み発生検知部３３２により、回生時最大充電量（Ｅ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）から回生時充電量（Ｅ＿ｃｈｇ）を減算した値がαより大きく、且つ、モータ角速度（ωｍ）がゼロである場合、バッテリ要因の回生絞り込み発生検知信号として“１”を出力させる。また、上述の条件を満たさない場合、充電制御部２３４は、バッテリ要因の回生絞り込み発生検知信号として“０”を出力させる。上述の条件を満たさない場合とは、例えば、上述の差分値が閾値以下である場合等である。

充電制御部２３４は、バッテリ要因の回生絞り込み発生検知信号が“１”の場合には、回生時最大充電量（Ｅ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）、回生時最大充電電力（Ｐ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）、および力行時放電量（Ｅ＿ｄｉｓ）をパラメータ情報２４４として記憶部２４０に記憶させる。また、充電制御部２３４は、バッテリ要因の回生絞り込み発生検知信号が“０”の場合にパラメータ情報２４４の更新は行わない。

次に、充電制御部２３４は、記憶部２４０に記憶されたパラメータ情報２４４等を用いて、充電目標ＳＯＣ（ＳＯＣ＿ｓｔａｒｔ）を設定する。

図４は、充電制御部２３４における充電目標ＳＯＣの決定内容を説明するための図である。図５は、充電制御部２３４により決定される内容の一例を示す図である。図５の例において、横軸は、時間ｔ［ｓ］を示し、縦軸は、ＳＯＣ［％］を示している。ＳＯＣ＝０［％］の場合は、バッテリ２１０の完全放電状態であり、ＳＯＣ＝１００［％］の場合は、満充電状態である。また、実線が本実施形態を示し、点線は走行開始時の充電目標ＳＯＣを高く設定した従来の充電目標ＳＯＣ（制御なし）を示す。また、図４の（１）〜（５）で示す値は、図５に示すグラフの（１）〜（５）に示す値に対応している。

充電制御部２３４は、回生時最大充電電力（ｐ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）と、現時点のバッテリ温度検出値とに基づいて、バッテリ最大充電可能電力マップ２４２から回生時最大充電電力を充電可能な回生最大電力充電可能ＳＯＣ＿１を導出する。なお、バッテリ最大充電可能電力マップ２４２がバッテリ２１０の劣化度（ＳＯＨ）ごとに設定されている場合、劣化度に対応したバッテリ最大充電可能電力マップ２４２を用いることで、バッテリ２１０の状態に応じた適切な回生最大電力充電可能ＳＯＣ＿１を導出することができる。

次に、充電制御部２３４は、回生最大電力充電可能ＳＯＣ＿１に基づいて、予め記憶部２４０に記憶されたバッテリＳＯＣ−ＯＣＶマップ２４６を参照し、回生最大電力充電可能ＳＯＣ＿１に対応するバッテリ電圧ＯＣＶ１を導出する。バッテリ電圧ＯＣＶとは、例えば、バッテリ２１０に電流を流していないときのバッテリ電圧である。

図６は、バッテリＳＯＣ−ＯＣＶマップ２４６の一例を示す図である。バッテリＳＯＣ−ＯＣＶマップ２４６は、ＳＯＣ［％］にＯＣＶ［Ｖ］を対応付けたものである。充電制御部２３４は、バッテリＳＯＣ−ＯＣＶマップ２４６を用いて、回生最大電力充電可能ＳＯＣ＿１に対応するＯＣＶ１を導出する。例えば、充電制御部２３４は、回生最大電力充電可能ＳＯＣ＿１が５０［％］である場合、バッテリＳＯＣ−ＯＣＶマップ２４６によりＯＣＶ＝Ｖ＿５［Ｖ］が導出される。また、バッテリＳＯＣ−ＯＣＶマップ２４６の場合、ＳＯＣが１０％間隔で設定されている。そのため、充電制御部２３４は、マップにない他の数値に対するバッテリ電圧ＯＣＶ１を求める場合には、線形補間処理により値を算出する。

また、充電制御部２３４は、導出した回生最大電力充電可能ＳＯＣ＿１に基づいて、予め記憶部２４０に記憶されたバッテリＳＯＣ−Ｒｉマップ２４８を参照し、回生最大電力充電可能ＳＯＣ＿１に対応する現時点のバッテリ２１０の内部抵抗値（Ｒｉ＿ｃｈ）を導出する。

図７は、バッテリＳＯＣ−Ｒｉマップ２４８の一例を示す図である。バッテリＳＯＣ−Ｒｉマップ２４８は、バッテリＳＯＣ−Ｒｉマップ２４８は、現時点のバッテリ温度［℃］の検出値と、バッテリＳＯＣの値とにより回生時のバッテリ２１０の内部抵抗値（Ｒｉ＿ｃｈ）をマップ化したものである。例えば、ＳＯＣ１が３０％で、バッテリ温度が３０℃の場合、内部抵抗値（Ｒｉ＿ｃｈ）は、Ｒｉ＿３３となる。なお、バッテリＳＯＣ−Ｒｉマップ２４８は、バッテリ温度を１０℃間隔で設定され、バッテリＳＯＣも１０％間隔で設定されている。したがって、充電制御部２３４は、その間の数値に関する内部抵抗値（Ｒｉ＿ｃｈ）は、その前後の既存の値から線形補間処理により導出することができる。

次に、充電制御部２３４は、演算部４００により、回生時最大充電量（Ｅ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）を回生充電時間で除算させ、回生時の平均充電電力（Ｐｃｈ＿ａｖｅ）を算出させる。また、充電制御部２３４は、平均充電電流算出部４０２により、演算部４００から入力された回生時の平均充電電力（Ｐｃｈ＿ａｖｅ）と、バッテリ電圧ＯＣＶ１と、内部抵抗値（Ｒｉ＿ｃｈ）とに基づいて平均充電電流（Ｉ＿ｃｈ＿ａｖｅ）を算出させる。平均充電電流（Ｉ＿ｃｈ＿ａｖｅ）は、例えば、「Ｉ＿ｃｈ＿ａｖｅ＝（−ＯＣＶ１＋√（ＯＣＶ１^２−４Ｐｃｈ＿ａｖｅ＊Ｒｉ＿ｃｈ））／２Ｐｃｈ＿ａｖｅ」により算出することができる。

次に、充電制御部２３４は、演算部４０４により、平均充電電流算出部４０２から入力された平均充電電流（Ｉ＿ｃｈ＿ａｖｅ）を、回生充電時間で乗算（積分）させる。また、充電制御部２３４は、増幅部４０６により、演算部４０４から入力された値と、バッテリの定格容量（Ｃ＿ｂａｔ）とを用いて、単位時間あたりの回生時最大ＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）を算出させる。具体的には、増幅部４０６は、演算部４０４から入力された値を定格容量（Ｃ＿ｂａｔ）で除算するとともに、時間基準の値を秒基準の値にするために３６００で除算し、除算した値に１００を乗算して、回生時最大ＳＯＣ変化量（△ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）を算出する。

次に、充電制御部２３４は、演算部４０８により、回生最大電力充電可能ＳＯＣ＿１から回生時最大ＳＯＣ変化量（△ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｍａｘ）を減算させて、回生開始時目標ＳＯＣ＿２を算出させる。次に、充電制御部２３４は、回生開始時目標ＳＯＣ＿２に基づいて、バッテリＳＯＣ−ＯＣＶマップ２４６を参照し、対応するバッテリ電圧ＯＣＶ２を導出する。また、充電制御部２３４は、回生開始時目標ＳＯＣ＿２およびバッテリ温度検出値に基づいて、バッテリＳＯＣ−Ｒｉマップ２４８を参照し、力行放電時のバッテリ２１０の内部抵抗値（Ｒｉ＿ｄｉｓ）を導出する。

次に、充電制御部２３４は、演算部４１０により、力行時放電量（Ｅ＿ｄｉｓ）を、力行放電時間で除算させ、力行時の平均放電電力（Ｐｄｉｓ＿ａｖｅ）を算出させる。また、充電制御部２３４は、平均放電電流算出部４１２により、演算部４１０から入力された力行時の平均放電電力（Ｐｄｉｓ＿ａｖｅ）と、バッテリ電圧ＯＣＶ２と、内部抵抗値（Ｒｉ＿ｄｉｓ）とに基づいて平均放電電流（Ｉ＿ｄｉｓ＿ａｖｅ）を算出させる。平均放電電流（Ｉ＿ｄｉｓ＿ａｖｅ）は、例えば、「Ｉ＿ｄｉｓ＿ａｖｅ＝（−ＯＣＶ２＋√（ＯＣＶ２^２−４Ｐｄｉｓ＿ａｖｅ＊Ｒｉ＿ｄｉｓ））／２Ｐｄｉｓ＿ａｖｅ」により算出することができる。

次に、充電制御部２３４は、演算部４１４により、平均放電電流算出部４１２から入力された平均放電電流（Ｉ＿ｄｉｓ＿ａｖｅ）を力行放電時間で乗算（積分）させる。また、充電制御部２３４は、増幅部４１６により、演算部４１４から入力された値と、バッテリの定格容量（Ｃ＿ｂａｔ）とを用いて、単位時間あたりの力行時ＳＯＣ変化量（ΔＳＯＣ＿ｄｉｓ）を算出させる。具体的には、増幅部４１６は、演算部４１４から入力された値を定格容量（Ｃ＿ｂａｔ）で除算するとともに、時間基準の値を秒基準の値にするために３６００で除算し、除算した値に１００を乗算して、力行時ＳＯＣ変化量（△ＳＯＣ＿ｄｉｓ）を算出する。

次に、充電制御部２３４は、演算部４１８により、回生開始時目標ＳＯＣ＿２と、力行時ＳＯＣ変化量（△ＳＯＣ＿ｄｉｓ）とを加算することで、走行開始時における充電目標ＳＯＣ（ＳＯＣ＿ｓｔａｒｔ）を算出する。これにより、電気車システム１において、電気車が走行不能になる（電欠）リスクを見極め、且つ、回生トルクの絞りこみの発生を抑制し、適切な充電目標ＳＯＣを設定することで、バッテリ要因による回生絞り込みの発生を防止し、電力量の回収率を向上させることができる。また、電気車システム１において、ランニングコストの低減を実現することができる。

記憶部２４０は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＤカード等の不揮発性の記憶媒体と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ等の揮発性の記憶媒体とによって実現される。記憶部２４０は、例えば、バッテリ最大充電可能電力マップ２４２、パラメータ情報２４４、バッテリＳＯＣ−ＯＣＶマップ２４６、およびバッテリＳＯＣ−Ｒｉマップ２４８等の各種情報を記憶する。

なお、上述した電気車システム１は、例えば、鉄道車両や、架線レスＬＲＴ（Light rail transit）、ＥＶ（Electric Vehicle）バス等に適用することができる。なお、電気車システム１は、時間帯や曜日、月日等によって、乗客数の変化等による負荷が変動する。また、気候による空調装置（エアコン、ヒーター等）の稼働状況や、道路の混雑状況等に依存して、エネルギー消費量が変動する。したがって、実施形態では、上述したパラメータ情報２４４を、時間情報に対応づけて記憶部２４０に記憶し、記憶された情報から時間帯や気候等の条件に対応させたパラメータ情報２４４を読み出して、充電目標ＳＯＣを算出してもよい。

図８は、時間情報に対応させたパラメータ情報２４４Ａの一例を示す図である。パラメータ情報２４４Ａには、月ごとに各時間帯における各パラメータ情報（回生時最大充電量、回生時最大充電電力、および力行時放電量）が格納されている。このように、時間情報とともにパラメータ情報２４４Ａを格納することで、充電制御部２３４は、充電目標ＳＯＣを取得する場合に、記憶部２４０に記憶されたパラメータ情報２４４Ａから月および時間帯に応じたパラメータ情報２４４Ａを取得して、より適切な充電目標ＳＯＣを算出することができる。

なお、電気車システム１は、パラメータ情報２４４Ａを、インターネットやＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して接続されるサーバ装置等へ送信し、サーバにより管理させてもよい。この場合、電気車システム１は、サーバ装置からパラメータ情報２４４Ａを受信して、記憶部２４０に記憶し、記憶されたパラメータ情報２４４Ａを用いて適切な充電目標ＳＯＣを算出し、算出した充電目標ＳＯＣに基づく充電制御を行うことができる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、車両制御装置１００は、車両を駆動させるモータに供給する電力を蓄えるバッテリ２１０と、バッテリ２１０から供給される電力を三相交流に変換してモータに供給するインバータ２２０と、車両の減速時に回収可能な回生時最大充電量と、車両の減速時に発生する回生時最大充電電力と、車両の力行時に発生する力行時放電量と、バッテリ２１０の温度とに基づいて、バッテリ２１０への充電目標を決定し、決定した前記充電目標に基づいて、バッテリ２１０の充電制御を行う充電制御部２３４と、を持つことにより、電力消費率の低下を抑制し、電力量の回収率を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…電気車システム、１００…車両制御装置、１１０…モータ、１２０…操作盤、１３０…表示盤、２００…補機、２１０…バッテリ（蓄電部）、２２０…インバータ（電力変換部）、２３０…制御部、２３２…運転制御部、２３３…トルク要求設定部、２３４…充電制御部、２４０…記憶部、Ｗ…車輪

Claims (7)

1. 車両を駆動させるモータに供給する電力を蓄える蓄電部と、
   前記蓄電部から供給される電力を三相交流に変換してモータに供給する電力変換部と、
   前記車両の減速時に回収可能な回生時最大充電量と、前記車両の減速時に発生する回生時最大充電電力と、前記車両の力行時に発生する力行時放電量と、前記蓄電部の温度とに基づいて、前記蓄電部への充電目標を決定し、決定した前記充電目標に基づいて、前記蓄電部の充電制御を行う充電制御部と、
   を備える車両制御装置。
2. 前記充電制御部は、前記回生時最大充電電力と、前記蓄電部の温度とに基づいて、回生時に最大充電可能な充電状態を取得し、前記回生時の最大充電可能な充電状態と、前記回生時最大充電量とに基づいて前記回生時の充電状態の変化量を算出し、前記回生時の最大充電可能な充電状態と、前記回生時の充電状態の変化量と、前記力行時放電量とに基づいて、前記力行時の充電状態の変化量を算出し、前記回生時の最大充電可能な充電状態と、前記回生時の充電状態の変化量と、前記力行時の充電状態の変化量とに基づいて、前記充電目標を決定する、
   請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記充電制御部は、前記蓄電部の劣化度と、前記回生時最大充電電力と、前記蓄電部の温度とに基づいて、前記回生時に最大充電可能な充電状態を導出する、
   請求項２に記載の車両制御装置。
4. 情報を記憶する記憶部を更に備え、
   前記充電制御部は、前記回生時最大充電量と、前記蓄電部の電圧値と電流値との乗算により得られる回生時充電量との差分値が閾値より大きく、且つ前記モータの角速度がゼロである場合に、現時点における前記回生時最大充電量と、前記回生時最大充電電力と、前記力行時放電量とを前記記憶部に記憶させる、
   請求項１から３のうち、いずれか１項に記載の車両制御装置。
5. 前記充電制御部は、前記差分値が閾値以下である場合に、前記記憶部に記憶された前記回生時最大充電量と、前記回生時最大充電電力と、前記力行時放電量とを更新しない、
   請求項４に記載の車両制御装置。
6. 前記充電制御部は、前記回生時最大充電量と、前記回生時最大充電電力と、前記力行時放電量とを、時間情報とともに前記記憶部に記憶させ、前記時間情報に対応する前記回生時最大充電量と、前記回生時最大充電電力と、前記力行時放電量とに基づいて、前記蓄電部の充電制御を行う、
   請求項４または５に記載の車両制御装置。
7. コンピュータが、
   車両を駆動させるモータに供給する電力を蓄電部に蓄え、
   前記蓄電部から供給される電力を三相交流に変換してモータに供給し、
   前記車両の減速時に回収可能な回生時最大充電量と、前記車両の減速時に発生する回生時最大充電電力と、前記車両の力行時に発生する力行時放電量と、前記蓄電部の温度とに基づいて、前記蓄電部への充電目標を決定し、
   決定した前記充電目標に基づいて、前記蓄電部の充電制御を行う、
   充電目標決定方法。

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