JP2022158519A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動モータの回生運転の制限により車速が急激に変化することを抑制できる、制御装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両の車速が第１車速以上であるときには、電池のＳＯＣが上限値よりも低い値に設定された制限開始値以上に上昇すると、駆動モータの回生運転が制限される。具体的には、電池のＳＯＣが制限開始値未満である間は、回生トルクの目標値がハイブリッド車両の減速度の目標に応じた値に設定され、駆動モータの回生運転は制限されない。電池のＳＯＣが制限開始値から上限値までの範囲に含まれる領域では、ＳＯＣが上昇するにつれて、回生トルクの目標値が小さい値に設定される。これにより、電池のＳＯＣが制限開始値に達してから上限値に達するまでは、ＳＯＣが上昇するにつれて、駆動モータの回生運転により発生する回生トルクが小さくなるよう、駆動モータの回生運転が制限される。【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両（ＨＶ：Hybrid Vehicle）などの電動車両に用いられる制御装置に関する。

ハイブリッド車両や電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）などの電動車両には、走行用の動力を発生する駆動モータと、駆動モータで使用される電力を蓄える電池（バッテリ）とが搭載されている。

電動車両の加速時には、電池の出力で駆動モータが力行運転されて、駆動モータの動力が駆動輪に伝達される。一方、電動車両の減速時には、駆動モータが回生運転されることにより、駆動輪から駆動モータに伝達される動力が電力に変換され、その電力が電池に充電される。また、駆動モータが走行駆動系に対して抵抗となる負の回生トルクを出力し、その回生トルクが制動力として走行駆動系に作用する。

ところが、電池には、使用範囲が電池の充電容量に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（State Of Charge）の範囲として設けられており、駆動モータの回生運転中に電池のＳＯＣが使用範囲の上限に達すると、それ以上の電池の充電が行われないように、駆動モータの回生運転が停止される。これに伴い、駆動モータが回生運転により出力する回生トルクが急速に低下し、ハイブリッド車両の車速（減速度）が急激に変化する。

特許第５９８３８８５号公報

本発明の目的は、駆動モータの回生運転の制限により車速が急激に変化することを抑制できる、制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る制御装置は、力行運転により走行駆動系に伝達される動力を発生し、回生運転により走行駆動系の動力で発電する駆動モータと、駆動モータの力行運転に使用する電力を蓄える駆動用バッテリとを搭載した電動車両に用いられる制御装置であって、電動車両の減速時に、駆動モータを回生運転させ、駆動モータが回生運転により出力する電力を電池に充電させ、駆動モータの回生運転時に、電池の充電状態を表す充電状態値が電池への充電が禁止される上限値よりも低い制限開始値以上に上昇した場合、制限開始値から上限値までの範囲で充電状態値が上昇するにつれて、駆動モータが回生運転により出力する回生トルクが小さくなるように、駆動モータの回生運転を制限する。

この構成によれば、電動車両の減速時には、駆動モータが回生運転される。その回生運転により、走行駆動系の動力が電力に変換され、走行駆動系に対して抵抗となる負の回生トルクが駆動モータから出力される。駆動モータが出力する電力は、電池に充電される。そのため、電池の充電状態を表す充電状態値が上昇する。充電状態値が電池への充電が禁止される上限値よりも低い制限開始値以上に上昇した場合、駆動モータの回生運転が制限されることにより、充電状態値が制限開始値から上限値に向けてさらに上昇するにつれて、駆動モータから走行駆動系に付与される回生トルクが小さくなる。これにより、駆動モータの回生運転の制限による回生トルクの急速な低下を抑制でき、電動車両の車速が急激に変化（電動車両の減速度が急激に低下）することを抑制できる。その結果、電動車両の車速の急激な変化を抑制できながら、できる限りの回生エネルギ（回生電力、回生トルク）を取得することができる。

電動車両の車速が大きいほど、充電状態値の上昇量に対する回生トルクの低下量の比が小さくなるように、駆動モータの回生運転を制限してもよい。

言い換えれば、電動車両の車速が大きいほど長い時間をかけて、回生トルクが０まで減少するように、駆動モータの回生運転を制限してもよい。

これにより、電動車両の車速が大きいほど、回生トルクを緩やかに低下させることができる。

電動車両の車速が所定値以下であるときには、制限開始値を上限値に設定し、充電状態値が上限値に上昇したことに応じて、駆動モータの回生運転を停止してもよい。

電動車両の車速が低いときには、回生トルクの低下による車速の変化が小さいので、充電状態値が上限値に上昇するまで、駆動モータの回生運転を制限しないことにより、車速の急激な変化を生じることなく、より多くの回生エネルギを取得することができる。

本発明によれば、駆動モータの回生運転の制限により車速が急激に変化することを抑制できる。

本発明の一実施形態に係る制御装置が適用されたハイブリッド車両の要部の構成を示すブロック図である。 ハイブリッド車両の車速が第１車速以上であるときの電池のＳＯＣと回生トルクの目標値との関係を示す図である。 ハイブリッド車両の車速が第２車速以下であるときの電池のＳＯＣと回生トルクの目標値との関係を示す図である。 ハイブリッド車両の車速が第１車速と第２車速との間であるときの電池のＳＯＣと回生トルクの目標値との関係を示す図である。

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。

＜ハイブリッド車両の要部構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置が適用されたハイブリッド車両１の要部の構成を示すブロック図である。

ハイブリッド車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載した車両である。ハイブリッド車両１には、エンジン２、発電モータ（ＭＧ１）３および駆動モータ（ＭＧ２）４が搭載されている。

エンジン２は、たとえば、３気筒４ストロークのレシプロエンジンである。エンジン２には、燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどが設けられている。

発電モータ３および駆動モータ４は、たとえば、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）からなる。

発電モータ３は、エンジン２の動力により発電を行う発電モータとして、たとえば、その回転軸がエンジン２のクランクシャフトと一体に回転するように設けられることにより、エンジン２に直結されている。

駆動モータ４は、ハイブリッド車両１の走行用の動力を発生する駆動モータとして、その回転軸がハイブリッド車両１の走行駆動系に連結される。走行駆動系には、たとえば、デファレンシャルギヤ５が含まれており、デファレンシャルギヤ５のリングギヤ６には、駆動モータ４の回転軸に一体に回転するように設けられた駆動モータギヤ７が噛合している。駆動モータ４が発生する動力は、駆動モータギヤ７からデファレンシャルギヤ５のリングギヤ６に伝達され、デファレンシャルギヤ５から左右のドライブシャフト８を介して、左右の駆動輪９に伝達される。これにより、駆動輪９が回転し、ハイブリッド車両１が前進走行または後進走行する。

また、ハイブリッド車両１には、電池（ＢＡＴ）１１およびＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１２が搭載されている。

電池１１は、複数の二次電池を組み合わせた組電池である。二次電池は、たとえば、リチウムイオン電池である。電池１１は、たとえば、約２００～１５０Ｖ（ボルト）の直流電力を出力する。

ＰＣＵ１２は、発電モータ３および駆動モータ４の駆動を制御するためのユニットであり、インバータ１３，１４、コンバータ（ＣＯＮＶ）１５およびＭＧＥＣＵ１６を備えている。

インバータ（ＩＮＶ１）１３は、発電モータ３を駆動する三相電圧形インバータであり、２個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の直列回路をＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応して設け、それらの直列回路をプラス配線とマイナス配線との間に互いに並列に接続した構成を有している。インバータ１３は、発電モータ３の力行運転時に、直流電力を交流電力に変換して、交流電力を発電モータ３に供給する。また、インバータ１３は、発電モータ３の回生運転（発電運転）時に、発電モータ３で発生する交流電力を直流電力に変換する。

インバータ（ＩＮＶ２）１４は、駆動モータ４を駆動する三相電圧形インバータであり、インバータ１３と同様に、２個のＩＧＢＴの直列回路をＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応して設け、それらの直列回路をプラス配線とマイナス配線との間に互いに並列に接続した構成を有している。インバータ１４は、駆動モータ４の力行運転時に、直流電力を交流電力に変換して、交流電力を駆動モータ４に供給する。また、インバータ１４は、駆動モータ４の回生運転（発電運転）時に、駆動モータ４で発生する交流電力を直流電力に変換する。

コンバータ１５は、発電モータ３および駆動モータ４の力行運転時に、電池１１から出力される直流電力を昇圧してインバータ１３，１４に供給する。また、発電モータ３および駆動モータ４の回生運転時には、インバータ１３，１４から出力される直流電力を降圧して電池１１に供給する。

ハイブリッド車両１には、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が搭載されており、ＭＧＥＣＵ１６は、複数のＥＣＵのうちの１つである。各ＥＣＵは、マイコン（マイクロコントローラ）を備えており、マイコンには、たとえば、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

複数のＥＣＵには、ＶＣＵ（Vehicle Control Unit：車両制御ユニット）１７が含まれている。ＶＣＵ１７は、ハイブリッド車両１の全体を統括的に制御するユニットである。ＶＣＵ１７には、ハイブリッド車両１の車速を検出する車速センサ２１が接続されている。車速センサ２１は、ハイブリッド車両１の走行に伴って回転する回転体の回転に同期したパルス信号を検出信号として出力し、ＶＣＵ１７では、車速センサ２１の検出信号から、その検出信号（パルス信号）の周波数が求められて、その周波数が車速に換算される。

発電モータ３および駆動モータ４の制御では、ＶＣＵ１７からＭＧＥＣＵ１６にモータ制御指令が送信され、ＭＧＥＣＵ１６により、そのモータ制御指令に従って、インバータ１３，１４およびコンバータ１５の動作が制御される。

ハイブリッド車両１では、エンジン２の始動時には、電池１１から発電モータ３に電力が供給されて、発電モータ３が力行運転されることにより、エンジン２が発電モータ３によりモータリング（クランキング）される。モータリングによりエンジン２の回転数がファイアリングに必要な回転数まで上昇した状態で、エンジン２の点火プラグがスパークされると、エンジン２がファイアリングする。

ハイブリッド車両１の走行時には、駆動モータ４が力行運転されて、駆動モータ４が動力を発生する。エンジン２が停止し、発電モータ３による発電が行われない状態で、電池１１の出力で駆動モータ４が駆動されることにより、ハイブリッド車両１は、電気自動車としてＥＶ（Electric Vehicle）走行する。また、エンジン２が運転状態（ファイアリング）にされて、発電モータ３が発電運転（回生運転）されながら、発電モータ３の出力（発電電力）と電池１１の出力とを合わせた電力で駆動モータ４が駆動されることにより、ハイブリッド車両１は、ＨＶ走行する。

ハイブリッド車両１の減速時には、駆動モータ４が回生運転されて、駆動輪から駆動モータ４に伝達される動力が交流電力に変換される。このとき、駆動モータ４が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗がハイブリッド車両１を制動する制動力（回生制動力）として作用する。このときにも、駆動モータ４の発電電力が電池１１に供給されることにより、電池１１が充電される。

＜回生制限処理＞
駆動モータ４の回生運転時には、ＶＣＵ１７により、駆動モータ４が発生する回生トルクの目標値が設定される。そして、その回生トルクの目標値に応じたモータ制御指令がＶＣＵ１７からＭＧＥＣＵ１６に送信され、ＭＧＥＣＵ１６により、そのモータ制御指令に従って、インバータ１４の動作が制御される。

図２は、ハイブリッド車両１の車速が第１車速以上であるときの電池１１のＳＯＣと回生トルクの目標値との関係を示す図である。

駆動モータ４の回生運転時には、駆動モータ４の発生電力が電池１１に充電されるので、電池１１の充電容量に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（State Of Charge）が増加する。電池１１には、電池１１の保護のため、使用範囲がＳＯＣの範囲として設定されており、ＳＯＣが使用範囲の上限値に達すると、電池１１への充電が禁止される。駆動モータ４の回生運転中に、回生トルクが制限されることなく、電池１１のＳＯＣが使用範囲の上限に達した場合、駆動モータ４の回生運転が停止されて、回生トルクが０まで急速に低下する。車速が大きいときに、回生トルクが０まで急速に低下すると、ハイブリッド車両１の減速度が急激に変化し、ドライバビリティが悪化するおそれがある。

そのため、ハイブリッド車両１の車速が第１車速（たとえば、５０ｋｍ／ｈ）以上であるときには、電池１１のＳＯＣが上限値よりも低い値に設定された制限開始値以上に上昇すると、駆動モータ４の回生運転が制限される。具体的には、電池１１のＳＯＣが制限開始値未満である間は、回生トルクの目標値がハイブリッド車両１の減速度の目標に応じた値に設定され、駆動モータ４の回生運転は制限されない。電池１１のＳＯＣが制限開始値から上限値までの範囲に含まれる領域では、ＳＯＣが上昇するにつれて、回生トルクの目標値が小さい値に設定される。

これにより、電池１１のＳＯＣが制限開始値に達してから上限値に達するまでは、ＳＯＣが上昇するにつれて、駆動モータ４の回生運転により発生する回生トルクが小さくなり、駆動モータ４の回生運転の制限による回生トルクの急速な低下を抑制することができる。その結果、ハイブリッド車両１の車速が急激に変化（ハイブリッド車両１の減速度が急激に低下）することを抑制でき、ドライバビリティおよび安全性を確保できながら、できる限りの回生エネルギ（回生電力、回生トルク）を取得することができる。

図３は、ハイブリッド車両１の車速が第２車速以下であるときの電池１１のＳＯＣと回生トルクの目標値との関係を示す図である。

ハイブリッド車両１の車速が第１車速よりも低い第２車速（たとえば、３０ｋｍ／ｈ）以下であるときには、制限開始値が設定されず、言い換えれば、制限開始値が上限値に設定される。そのため、電池１１のＳＯＣが上限値に上昇するまで、回生トルクの目標値がハイブリッド車両１の減速度の目標に応じた値に設定され、駆動モータ４の回生運転は制限されない。そして、電池１１のＳＯＣが上限値まで上昇すると、回生トルクの目標値が０に設定されて、駆動モータ４の回生運転が停止される。

ハイブリッド車両１の車速が低いときには、回生トルクの低下による車速の変化が小さいので、電池１１のＳＯＣが上限値に上昇するまで、駆動モータ４の回生運転を制限しないことにより、車速の急激な変化を生じることなく、より多くの回生エネルギを取得することができる。

図４は、ハイブリッド車両１の車速が第１車速と第２車速との間であるときの電池１１のＳＯＣと回生トルクの目標値との関係を示す図である。

ハイブリッド車両１の車速が第１車速と第２車速との間であるときには、車速が大きいほど、制限開始値が低い値に設定される。これにより、電池１１のＳＯＣが制限開始値から上限値までの範囲に含まれる領域において、車速が大きいほど、電池１１のＳＯＣの上昇量に対する回生トルクの低下量の比が小さくなるように、駆動モータ４の回生トルクの目標値が設定される。言い換えれば、電池１１のＳＯＣが制限開始値から上限値までの範囲に含まれる領域において、車速が大きいほど長い時間をかけて、回生トルクが０まで減少するように、駆動モータ４の回生トルクの目標値が設定される。

ハイブリッド車両１の車速が第１車速と第２車速との間であるときには、車速が大きいほど、回生トルクを緩やかに低下させることができる。その結果、ドライバビリティおよび安全性を確保することができる。

＜変形例＞
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、図２および図４では、電池１１のＳＯＣが制限開始値から上限値までの範囲に含まれる領域において、ＳＯＣの増減に対して回生トルクの目標値が線形に変化する例が示されているが、ＳＯＣの増加に対して回生トルクの目標値が単調に減少する関係であれば、ＳＯＣの増減に対して回生トルクの目標値が非線形に変化してもよい。

また、発電モータ３は、エンジン２と直結されていなくてもよく、発電モータ３の回転軸とエンジン２のクランクシャフトとがギヤを介して連結されていてもよい。

また、前述の実施形態では、電動車両の一例として、シリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両１を取り上げたが、電動車両は、シリーズ方式以外の方式のハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両であってもよいし、モータを走行用の駆動源として搭載した電動車両であれば、エンジンを搭載していない電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）であってもよい。

その他、前述の構成には、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：ハイブリッド車両（電動車両）
４：駆動モータ
１１：電池
１７：ＶＣＵ（制御装置）

Claims (3)

1. 力行運転により走行駆動系に伝達される動力を発生し、回生運転により前記走行駆動系の動力で発電する駆動モータと、前記駆動モータの力行運転に使用する電力を蓄える駆動用バッテリとを搭載した電動車両に用いられる制御装置であって、
   前記電動車両の減速時に、前記駆動モータを回生運転させ、
   前記駆動モータが回生運転により出力する電力を前記電池に充電させ、
   前記駆動モータの回生運転時に、前記電池の充電状態を表す充電状態値が前記電池への充電が禁止される上限値よりも低い制限開始値以上に上昇した場合、前記制限開始値から前記上限値までの範囲で前記充電状態値が上昇するにつれて、前記駆動モータが回生運転により出力する回生トルクが小さくなるように、前記駆動モータの回生運転を制限する、制御装置。
2. 前記電動車両の車速が大きいほど、前記充電状態値の上昇量に対する前記回生トルクの低下量の比が小さくなるように、前記駆動モータの回生運転を制限する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記電動車両の車速が所定値以下であるときには、前記制限開始値を前記上限値に設定し、前記充電状態値が前記上限値に上昇したことに応じて、前記駆動モータの回生運転を停止する、請求項１または２に記載の制御装置。

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