JP3360499B2 - 電気車両の回生制動制御装置及び方法 - Google Patents

電気車両の回生制動制御装置及び方法

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JP3360499B2
JP3360499B2 JP22782595A JP22782595A JP3360499B2 JP 3360499 B2 JP3360499 B2 JP 3360499B2 JP 22782595 A JP22782595 A JP 22782595A JP 22782595 A JP22782595 A JP 22782595A JP 3360499 B2 JP3360499 B2 JP 3360499B2
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regenerative
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車両に搭載さ
れる回生制動制御装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】鉛電池、NiMH電池等の二次電池を充
電するに当たっては、過充電を避けねばならない。仮に
顕著な過充電状態にいたると、この種の電池の内部では
電解液の分解によりガスが発生する。このガス発生は、
電池の寿命の短縮を招く。他方、電気自動車等、モータ
にて推進力を発生させる電気車両では、制御方法の一つ
として、車両走行用のモータにて回収した制動エネルギ
にて電池を充電する回生制動が用いられる。特開平5−
161215号公報に開示されている装置では、電池の
充電深度(DOD)又は充電状態(SOC)及び温度に
応じて回生制動力(トルク)の上限値を制限することに
より、回生制動に伴う電池の過充電を好適に防止してい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
5−161215号公報では、電池のDODやSOCに
応じ一律に回生制動力の上限値を制限しているため、実
際にはまだ充電の余地があるにもかかわらず過充電防止
のための回生制動力制限が施されることがあり、従って
車両のエネルギ効率を改善する上で回生制動を十分に利
用しているとはいえないという不具合があった。本発明
は、このような問題点を解決することを課題としてなさ
れたものであり、過充電防止のための回生制動力制限に
新たな要素を導入することにより、回生制動に伴う電池
の過充電を好適に防止すると同時に回生制動を車両のエ
ネルギ効率の改善に最大限利用可能にすることを目的と
する。本発明は、また、電池の特性の経時変化及びばら
つきにも対処可能にすることを目的とする。本発明は、
さらに、回生制動力を含めた合計の制動力を要求制動力
を目標として正確に制御可能にすることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の第1の構成は、充放電可能な電池及
び電池の放電出力により駆動されるモータを備えた電気
車両に搭載され、要求制動力に応じて逐次決定される制
御目標に従い、モータにて発生する回生制動力を制御す
る回生制動制御装置において、電池の状態(例えばSO
Cや温度)及びモータの回転数を検出する手段と、電池
の状態に基づき充電電力上限値を決定する手段と、回生
制動力の制御目標の上限を、充電電力上限値及びモータ
の回転数に基づき制限する手段と、を備えることを特徴
とする。このように、本構成においては、電池の状態に
従い充電電力上限値が決定され、回生制動力と共に充電
電力を左右する要素であるモータの回転数と、充電電力
上限値と、に基づき、回生制動力の制御目標が上限制限
される。従って、特開平5−161215号公報のよう
にモータの回転数にかかわらず一律に回生制動力を制限
する構成と異なり、車両のエネルギ効率の改善に回生制
動を最大限に利用可能になる。無論、回生制動に伴う電
池の過充電も好適に防止される。
【0005】1の構成は更に、電池の電圧を検出する
手段と、電池の電圧が所定の最大許容値を上回った場合
に回生制動力の制御目標を低減する手段と、を備えるこ
とを特徴とする。従って、充電電力上限値及びモータの
回転数に基づき回生制動力の制御目標の上限を制限した
にもかかわらず電池の特性の経時変化やばらつきに起因
して電池の電圧が所定の最大許容値を上回ってしまった
場合にも、本構成においては、回生制動力の制御目標の
低減により、電池の過充電が好適に防止される。
【0006】本発明の第の構成は、第1の構成におい
て、要求制動力から回生制動力の制御目標を減じた値を
流体圧制動力の制御目標に設定する手段と、上記電気車
両の駆動輪に作用する流体圧制動力をその制御目標に従
い増減制御する手段(例えば駆動輪に作用する流体圧を
増やすバルブと減らすバルブ)と、を備えることを特徴
とする。本構成においては、従って、要求制動力が回生
制動力の制御目標の上限値を上回る分や、第の構成に
おける制御目標の低減の結果生じた回生制動力の低減分
が、流体圧制動力で補われる。この結果、回生制動力及
び流体圧制動力を含めた合計の制動力が、回生制動力の
制限乃至変動にもかかわらず、要求制動力を目標として
正確に制御される。
【0007】本発明の第の構成は、充放電可能な電池
及び電池の放電出力により駆動されるモータを備えた電
気車両にて実行される回生制動制御方法において、電池
の状態及びモータの回転数を検出するステップと、電池
の状態に基づき充電電力上限値を決定するステップと、
充電電力上限値及びモータの回転数に基づきその上限を
制限しながら、回生制動力の制御目標を要求制動力に応
じて逐次決定するステップと、モータにて発生する回生
制動力をその制御目標に従い制御するステップと、電
の電圧を検出するステップと、電池の電圧が所定の最大
許容値を上回った場合に回生制動力の制御目標を低減す
るステップと、を有することを特徴とする。本発明の第
の構成は、第3の構成において、要求制動力から回生
制動力の制御目標を減じた値を流体圧制動力の制御目標
に設定するステップと、上記電気車両の駆動輪に作用す
る流体圧制動力をその制御目標に従い増減制御するステ
ップと、を有することを特徴とする。これらの構成によ
れば、それぞれ第1又はの構成に適する回生制動制
御方法が実現される。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。
【0009】図1には、本発明の一実施形態に係る電気
自動車のシステム構成が示されている。このシステムで
は三相交流モータを車両走行用のモータ16として使用
しており、モータ16はインバータ17を介して供給さ
れる電池18の放電出力により駆動される。モータEC
U(電子制御ユニット)19は、アクセルペダルの踏込
量やシフト位置に応じて力行トルクの制御目標を決定す
る一方でモータ16の回転数wmを検出し、決定した力
行トルク目標値及び検出したモータ回転数wmに基づき
モータ電流の制御目標を求め、求めたモータ電流目標値
に従いインバータ17による電力変換動作を制御する。
これにより、アクセルペダルの踏込量等に応じた力行ト
ルクがモータ16から出力される。上述の手順を実行す
るに際しては、モータECU19は、電池ECU20に
より検出される電池18のSOC、温度、電圧等を参照
し、必要に応じ力行トルク目標値を補正する。
【0010】図1に示される車両は、制動手段として油
圧制動(より一般には非圧縮性流体による流体圧制動)
及び回生制動を搭載している。まず、油圧制動に係る油
圧配管は、マスタシリンダ1からフロント側の増圧バル
ブ5を経てフロント側のホイールシリンダ3に、またリ
ア側の増圧バルブ6を経てリア側のホイールシリンダ4
に、それぞれ至っている。マスタシリンダ1は、車両操
縦者によるブレーキペダルの踏込量に応じた油圧を発生
させる。また、増圧バルブ5及び6は、回生ECU21
からの指令に応じ開閉する。後述する減圧バルブ7を閉
じている状態で増圧バルブ5を開くと、マスタシリンダ
1からホイールシリンダ3に制動油が導入されるため、
マスタシリンダ1における油圧上昇に応じてホイールシ
リンダ3の油圧も上昇する(増圧)。逆に、減圧バルブ
7を閉じている状態で増圧バルブ5を閉じれば、マスタ
シリンダ1からホイールシリンダ3への制動油の導入が
遮断されるため、マスタシリンダ1における油圧上昇に
かかわらずホイールシリンダ3の油圧は保持される。増
圧バルブ6も、同様に動作する。ホイールシリンダ3及
び4は、それぞれ前輪又は後輪に油圧による制動トルク
(以下油圧トルクと呼ぶ)を作用させる。なお、この図
では前輪駆動車の例を示しているが、本発明は後輪駆動
車や四輪駆動車にも適用できる。
【0011】油圧制動に係る油圧配管は、さらに、ホイ
ールシリンダ3又は4からフロント側又はリア側の減圧
バルブ7又は8を介してリザーバタンク13に至り、さ
らにリザーバタンク13から油圧ポンプ12、チェック
バルブ11及び切り替え弁15を経てフルードタンク1
4又はマスタシリンダ1に至っている。減圧バルブ7及
び8は、回生ECU21からの指令に応じ開閉する。増
圧バルブ5を閉じかつ減圧バルブ7を開くと、ホイール
シリンダ3からリザーバタンク13に制動油が排出され
るため、マスタシリンダ1における油圧の発生如何にか
かわらず、ホイールシリンダ3の油圧が下がる(減
圧)。油圧ポンプ12は、リザーバタンク13内に貯留
されている制動油を、回生ECU21からの指令に応じ
切り替え弁15側に送給する。切り替え弁15は、油圧
ポンプ12から送給される制動油をフルードタンク14
に排出するのかそれともマスタシリンダ1に導入するの
かを、回生ECU21からの指令に応じ切り替える。チ
ェックバルブ11は、切り替え弁15側から油圧ポンプ
12側に制動油が導入されるのを防いでいる。
【0012】回生ECU21は、マスタシリンダ1にお
ける油圧を圧力センサ2により、ホイールシリンダ3に
おける油圧を圧力センサ9により、ホイールシリンダ4
における油圧を圧力センサ10により、それぞれ検出す
る。回生ECU21は、検出結果を利用して、回生によ
る制動トルク(以下回生トルクと呼ぶ)の目標値及び油
圧トルクの目標値を決定し、決定した回生トルク目標値
をモータECU19に与えて回生制動を行わせる一方
で、決定した油圧トルク目標値に従い増圧バルブ5及び
6並びに減圧バルブ7及び8を制御する。回生ECU2
1は、また、油圧ポンプ12や切り替え弁15を適宜制
御することにより、マスタシリンダ1のボトミング(制
動油の不足)を防ぐ。
【0013】図2には、回生ECU21の動作の流れが
示されている。回生ECU21は、動作開始直後にまず
内部パラメタの設定等の初期化処理を実行した上で(1
00)、ブレーキペダルが踏まれているか否かを判定す
る(101)。この判定は、圧力センサ2により検出さ
れる油圧が所定値を超えているか否かの判定として、実
現できる。無論、ブレーキペダルに付設されているブレ
ーキスイッチ(図示せず)がオンしたことを以て、ブレ
ーキペダルが踏まれたと判定してもよい。ブレーキペダ
ルが踏まれていないときには、回生ECU21は回生ト
ルク目標値Treg及び油圧トルク目標値Thydを共
に0に設定し(102)、その上で、設定した回生トル
ク目標値TregをモータECU19に与え(10
3)、同時に、設定した油圧トルク目標値Thydに従
いバルブ5〜8を駆動する(104)。回生ECU21
は、その際、必要に応じ油圧ポンプ12や切り替え弁1
5を駆動する。車両操縦者によりキースイッチがオフさ
れると(105)、回生ECU21は所定の終了処理を
実行し(106)、動作を終了する。キースイッチがオ
フされるまでは、回生ECU21はステップ101以降
の動作を繰り返す。
【0014】ブレーキペダルが踏まれると、回生ECU
21は、電池ECU20にて検出される電池18のSO
C及び温度にて、内蔵するPbattテーブルを参照す
ることにより、充電上限パワーPbattを決定する
(107)。回生ECU21は、決定した充電上限パワ
ーPbattとモータ16のパワー定格Pmotに基づ
き次の式
【数1】Pmin=Min(Pbatt,Pmot)
(但しMinは最小値関数) の演算を実行することによりパワー制約値Pminを求
め、さらに、モータECU19により検出されたモータ
回転数wmに基づき次の式
【数2】Tmax=Pmin/wm の演算を実行することにより回生トルク上限値Tmax
を決定する(108)。回生ECU21は、圧力センサ
2により検出されるマスタシリンダ1の油圧Pmcに油
圧・トルク変換係数Kを乗ずることにより要求制動トル
クK・Pmcを求め、求めた要求制動トルクK・Pmc
と決定した回生トルク上限値Tmaxに基づき次の式
【数3】Treg=Min(K・Pmc,Tmax) の演算を実行することにより回生トルク目標値Treg
を決定する(109)。回生ECU21は、電池ECU
20にて検出される電池18の電圧が所定の最大許容電
圧を超えた場合に、前者から後者を減じた値ΔVをトル
クに換算し、換算により得られた値ΔTに基づき次の式
【数4】Treg=Treg−ΔT の演算を実行することにより回生トルク目標値Treg
を補正する(110)。回生ECU21は、次の式
【数5】Thyd=K・Pmc−Treg の演算を実行することにより、油圧トルク目標値Thy
dを求める(111)。回生ECU21の動作は、この
後ステップ103に移行する。
【0015】図3〜図7には、この実施形態の動作原理
及び利点が示されている。本実施形態で着目しているの
は、過充電を避けるためには、電池18の電圧が最大
許容電圧を超えないようにすればよいこと、できるだ
け多くの制動エネルギをモータ16から電池18へ回生
するためには、回生トルクをできるだけ大きくする必要
があること、電池18の瞬時充電電力と電圧との間に
相関があること、電池18の瞬時充電電力がモータ回
転数wmと回生トルクの関数であること、従ってでき
るだけ多くの制動エネルギを回生しながら過充電を避け
るためには、電池18の電圧が最大許容電圧を超えない
範囲でできる限り高い電圧となるよう、回生トルクを制
御すればよいこと、である。
【0016】まず、電池18の電圧は充電電流の変化に
対し一次遅れ応答特性(又はこれに類似する特性)に従
い応答する(図3参照)。従って、電池18の電圧は充
電電流変化から例えば5秒程度の時間が経過した時点で
安定し、電池18の充電電流と電圧の積として与えられ
る電池18の瞬時充電電力もその時点で安定する。電池
18の過充電を防止するためには、安定後の電圧が最大
許容電圧を超えないよう、ひいては安定後の瞬時充電電
力が最大許容電圧相当の瞬時充電電力(すなわち前述の
充電上限パワーPbatt)を超えないようにすればよ
い。電池18の瞬時充電電力は、他方で、モータ16の
出力トルク(この場合は回生トルク)とモータ回転数w
mとの積でも定まる(図4参照)。従って、電池18の
過充電を防止する際、電池18のSOC等に応じ最大許
容電圧相当の充電上限パワーPbattを定めた上で、
この充電上限パワーPbatt及びモータ回転数wmに
基づき回生トルク目標値Tregを決定するようにすれ
ば、電池18の過充電を防止できる範囲内でさらに回生
トルクを最大の値とすることができ、ひいては最大のエ
ネルギを電池18に回生できる。図5に示されるPba
ttテーブルは、最大許容電圧相当の充電上限パワーP
battを定めるべくステップ107にて使用可能なテ
ーブルの一例である。このテーブルでは、電池18のS
OC及び温度を充電上限パワーPbattと対応付けて
いる。通常の二次電池では、SOCの上昇又は温度の低
下に伴い充電の余地がなくなるため、図3に示されるテ
ーブルは、SOCの上昇に伴い充電上限パワーPbat
tが減少し、かつ温度の上昇に伴い増大するよう、設計
されている。なお、SOCに代え電池18の電解液比重
等の量を用いてもよい。
【0017】図6及び図7には、制動の進行に伴う油圧
・回生間の制動力配分の変化が示されている。ここで
は、モータ16として、モータ回転数wmが高い領域で
は回生トルクの上限値がモータ定格Pmotにより制約
され、モータ回転数wmが低い領域では回生トルクの上
限値がモータ最大回生トルクにより制約され、モータ回
転数wmが極めて低い領域では回生トルク出力が禁止さ
れたトルク回転数特性を有するモータを想定している。
【0018】図6に示されるようにモータ16が高速回
転している状態でブレーキペダルが踏み込まれると、要
求制動トルクK・Pmcが回生トルク上限値Tmaxに
至るまでは、Treg=K・Pmc、Thyd=0とな
り、要求制動トルクK・Pmcが回生のみにより賄われ
る。この状態では、回生ECU21は増圧バルブ5及び
減圧バルブ7を閉じる。その後要求制動トルクK・Pm
cが回生トルク上限値Tmaxを上回ると、Treg=
Tmin、Thyd=K・Pmc−Tminとなり、要
求制動トルクK・Pmcの一部が油圧により賄われ始め
る。この状態では、K・Pmc−Tminが増加してい
る間は回生ECU21は増圧バルブ5を開き減圧バルブ
7を閉じる。逆に、K・Pmc−Tminが減少してい
る間は回生ECU21は増圧バルブ5及び減圧バルブ7
を開く。モータ回転数wmの低下に伴い要求制動トルク
K・Pmcが回生トルク上限値Tmaxを下回ると、再
びTreg=K・Pmc、Thyd=0となる。その
後、モータ回転数wmが極めて低い領域に至ると、Tr
eg=0、Thyd=K・Pmcとなり、要求制動トル
クK・Pmcが油圧のみにより賄われる。このような制
動の経過から明らかなように、本実施形態においては、
ホイールシリンダ3の油圧を減圧することが可能である
ため、回生トルク上限値Tmaxに従い回生トルク目標
値Tregを制限しているにもかかわらず、油圧・回生
合計の制動トルクを常に要求制動トルクK・Pmcに一
致させることができる。また、ホイールシリンダ3の油
圧を減圧するのに応じホイールシリンダ4の油圧を減圧
することが可能であるため、前後輪間の制動力配分を常
に良好な値とすることができる。
【0019】また、図7に示されるように、特性のばら
つきや経時変化に起因して、電池18の電圧が一時的に
最大許容電圧を超えた場合、前述のステップ110の動
作により、回生トルクにこれを補償するフィードバック
が施される。従って、電池18の電圧が最大許容電圧を
超える状況が長く続くことはない。すなわち、電池18
の特性のばらつきや経時変化にかかわらず常に過充電を
防止できる。また、ステップ110による電圧フィード
バックは、回生トルク上限値Tmaxに従い回生トルク
目標値Tregを制限した上で実行しているから、前述
のΔVは小さな値であり、従ってステップ110による
電圧フィードバックのゲインは小さくすることができ
る。これにより、電圧フィードバックに係る制御系を安
定化することができる。さらに、電圧フィードバックに
より回生トルクが変動するが、これを補うよう油圧トル
クが変動するから、常に要求制動トルクK・Pmcを実
現することができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1及び
の構成によれば、電池の状態に従い充電電力上限値
を決定し、回生制動力と共に充電電力を左右する要素で
あるモータの回転数と、充電電力上限値と、に基づき、
回生制動力の制御目標を上限制限するようにしたため、
回生制動に伴う電池の過充電を好適に防止しながら、車
両のエネルギ効率の改善に回生制動を最大限に利用する
ことが可能になる。
【0021】本発明の第及び第の構成によれば、電
池の電圧が所定の最大許容値を上回った場合に回生制動
力の制御目標を低減するようにしたため、充電電力上限
値及びモータの回転数に基づき回生制動力の制御目標の
上限を制限したにもかかわらず電池の特性の経時変化や
ばらつきに起因して電池の電圧が所定の最大許容値を上
回ってしまった場合にも、電池の過充電を好適に防止で
きる。
【0022】本発明の第及び第の構成によれば、要
求制動力から回生制動力の制御目標を減じた値に従い、
液体圧制動力を増減制御するようにしたため、要求制動
力が回生制動力の制御目標の上限値を上回る分や、第
の構成における制御目標の低減の結果生じた回生制動力
の低減分を、流体圧制動力で補うことができ、回生制動
力及び流体圧制動力を含めた合計の制動力を、回生制動
力の制限乃至変動にもかかわらず、要求制動力を目標と
して正確に制御できる。
【0023】
【補遺】本発明は、次のような構成としても把握するこ
とができる。
【0024】本発明の第の構成は、第又は第の構
成において、流体圧制動力の制御目標が増大したとき、
目標制動力に相当する流体圧を発生させる液体圧発生部
材(例えばマスタシリンダ)から上記電気車両の駆動輪
に流体圧を作用させる流体圧作用部材(例えばホイール
シリンダ)へと例えば増圧バルブにより制動用非圧縮性
流体を導入し、流体圧制動力の制御目標が減少したと
き、流体圧作用部材から所定のタンク部材(例えばリザ
ーバタンク)へと例えば減圧バルブにより制動用非圧縮
性流体を排出し、流体圧発生部材が制動用非圧縮性流体
の導入を要求しているとき、流体圧作用部材から排出さ
れた後タンク部材に貯溜されている制動用圧縮性流体を
例えばポンプにより流体圧発生部材に導入することを特
徴とする。本構成によれば、制動用非圧縮性流体を有効
利用でき、また、流体圧発生部材における制動用非圧縮
性流体のボトミングを好適に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る電気自動車の構成
を示すブロック図である。
【図2】 回生ECU2の動作の流れを示すフローチャ
ートである。
【図3】 電池の充電電流及び電圧の変化を示すタイミ
ングチャートである。
【図4】 回生トルク上限値を示すトルク回転数特性図
である。
【図5】 Pbattテーブルを示す概念図である。
【図6】 制動の進行に伴う油圧・回生制動力配分の変
化を、トルク回転数特性と共に示す図である。
【図7】 制動の進行に伴う油圧・回生制動力配分の変
化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 マスタシリンダ、2,9,10 圧力センサ、3,
4 ホイールシリンダ、5,6 増圧バルブ、7,8
減圧バルブ、12 油圧ポンプ、13 リザーバタン
ク、14 フルードタンク、15 切り替え弁、16
モータ、17 インバータ、18 電池、19 モータ
ECU(電子制御ユニット)、20 電池ECU、21
回生ECU、Pbatt 充電上限パワー、Tmax
回生トルク上限値、Treg 回生トルク目標値、T
hyd 油圧トルク目標値。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60L 7/10 B60L 11/18 G05D 17/00 H02P 3/18 101

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充放電可能な電池及び電池の放電出力に
    より駆動されるモータを備えた電気車両に搭載され、要
    求制動力に応じて逐次決定される制御目標に従い、モー
    タにて発生する回生制動力を制御する回生制動制御装置
    において、 電池の状態及びモータの回転数を検出する手段と、 電池の状態に基づき充電電力上限値を決定する手段と、 回生制動力の制御目標の上限を、充電電力上限値及びモ
    ータの回転数に基づき制限する手段と、 池の電圧を検出する手段と、 電池の電圧が所定の最大許容値を上回った場合に回生制
    動力の制御目標を低減する手段と、 を備えることを特徴とする回生制動制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の回生制動制御装置におい
    て、 要求制動力から回生制動力の制御目標を減じた値を流体
    圧制動力の制御目標に設定する手段と、 上記電気車両の駆動輪に作用する流体圧制動力をその制
    御目標に従い増減制御する手段と、 を備えることを特徴とする回生制動制御装置。
  3. 【請求項3】 充放電可能な電池及び電池の放電出力に
    より駆動されるモータを備えた電気車両にて実行される
    回生制動制御方法において、 電池の状態及びモータの回転数を検出するステップと、 電池の状態に基づき充電電力上限値を決定するステップ
    と、 充電電力上限値及びモータの回転数に基づきその上限を
    制限しながら、回生制動力の制御目標を要求制動力に応
    じて逐次決定するステップと、 モータにて発生する回生制動力をその制御目標に従い制
    御するステップと、 池の電圧を検出するステップと、 電池の電圧が所定の最大許容値を上回った場合に回生制
    動力の制御目標を低減するステップと、 を有することを特徴とする回生制動制御方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の回生制動制御方法におい
    て、 要求制動力から回生制動力の制御目標を減じた値を流体
    圧制動力の制御目標に設定するステップと、 上記電気車両の駆動輪に作用する流体圧制動力をその制
    御目標に従い増減制御するステップと、 を有することを特徴とする回生制動制御方法
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