JP3542179B2 - 電動車両のバッテリ充電装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、バッテリで駆動されるモータに接続された駆動輪を回生制動力で制動することにより、前記モータが発電する電力で前記バッテリを充電する電動車両のバッテリ充電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、バッテリをエネルギー源とする電気モータにより走行する車両において、駆動輪を回生制動することにより前記モータが発電した電力でバッテリを充電し、一充電あたりの車両の走行可能距離の延長を図ったものが知られている。
【0003】
かかる電動車両において、バッテリの劣化時に回生制動力を制限するものが特開平5−284607号公報により公知であり、また温度によるバッテリの被充電能力の変化に応じて回生制動力を変化させるものが特開平5−161215号公報により公知である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バッテリの温度が高い時に大きな回生制動力を発生させると、バッテリが過剰な電力で充電されて劣化してしまう問題がある。
【0005】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、バッテリ温度が高いときに回生制動によってバッテリが劣化するのを防止することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明は、バッテリで駆動されるモータに接続された駆動輪を回生制動力で制動することにより、前記モータが発電する電力で前記バッテリを充電する電動車両のバッテリ充電装置において、バッテリの残容量を検出するバッテリ残容量計と、バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサと、回生制動力の最大値を回生制動力制限値に基づいて抑制する制御手段とを備え、前記制御手段は、バッテリ残容量計で検出したバッテリの残容量から算出したバッテリの放電深度が所定値以下のときに減少する基準制限値を算出するとともに、バッテリ温度センサで検出したバッテリの温度が所定値以上のときに減少する温度係数を算出し、これら基準制限値および温度係数を乗算して前記回生制動力制限値を算出することを特徴とする。
【0007】
また請求項2に記載された発明は、請求項1の構成に加えて、前記制御手段が、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサの出力信号と、モータの回転数を検出するモータ回転数センサの出力信号とに基づいて前記回生制動力を演算することを特徴とする。
【0008】
また請求項3に記載された発明は、請求項1の構成に加えて、前記制御手段が、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキペダル踏力センサの出力信号に基づいて回生制動力および油圧制動力を演算し、前記演算した回生制動力に基づいて駆動輪を回生制動するとともに前記演算した油圧制動力に基づいて駆動輪を油圧制動することを特徴とする。
【0009】
【作用】
請求項1の構成によれば、バッテリの放電深度が低いときに回生制動力の最大値が抑制されるので、バッテリの放電深度が低いときに回生制動を行ってバッテリを充電しても、該バッテリの過充電を防止することができる。またバッテリの温度が高いときに回生制動力の最大値が抑制されるので、バッテリの温度が高いときに回生制動を行ってバッテリを充電しても、該バッテリが過剰な充電電力で劣化する虞がない。
【0010】
請求項2の構成によれば、アクセルペダルの操作量とモータの回転数とに基づいて回生制動力を演算し、その回生制動力に基づいて駆動輪を制動することにより、内燃機関を走行用動力源とする車両のエンジンブレーキに相当する制動力を電動車両に発生させることができる。
【0011】
請求項3の構成によれば、ブレーキペダルの操作量に基づいて回生制動力および油圧制動力を演算し、その回生制動力および油圧制動力に基づいて駆動輪を制動することにより、回生制動によるエネルギー回収と油圧制動による高い制動応答性とを両立させることができる。
【0012】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【0013】
図1〜図9は本発明の一実施例を示すもので、図1はその制動装置を備えた電動車両の全体構成図、図2は制御系のブロック図、図3はメインルーチンのフローチャート、図4は図3のステップS300のサブルーチンのフローチャート、図5は図4のステップS301のサブルーチンのフローチャート、図6は基準制限値TLMB0および温度係数K1 を求めるマップを示す図、図7は回生制動力制限値TLMN を求めるマップを示す図、図8はモータトルクを求めるマップを示す図、図9は後輪の回生制動力および油圧制動力の配分特性を示すグラフである。
【0014】
図1に示すように、この電動車両は従動輪としての一対の前輪Wfと駆動輪としての一対の後輪Wrを備えた4輪車であって、後輪Wrはバッテリ1をエネルギー源とする電気モータ2に前進4段のトランスミッション3およびデフ4を介して接続される。バッテリ1とモータ2との間にはPDU(パワードライブユニット)5が介装され、バッテリ1によるモータ2の駆動を制御するとともに、回生制動に伴ってモータ2が発電する電力によるバッテリ1の充電を制御する。前記PDU5はモータ制御ECU(電子制御ユニット)6に接続され、このモータ制御ECU6はブレーキECU(電子制御ユニット)7に接続される。
【0015】
ブレーキペダル8により作動するマスタシリンダ9は、油圧ポンプ10により蓄圧されるアキュムレータ11に接続されたモジュレータ12を介して、各前輪Wfのブレーキシリンダ13f,13fと各後輪Wrのブレーキシリンダ13r,13rとに接続される。モジュレータ12は前輪用の2チャンネルのABS(アンチロックブレーキシステム)制御バルブ14fと後輪用の1チャンネルのABS制御バルブ14rとを有し、前輪Wfおよび後輪Wrにロック傾向が生じた場合に、それらのブレーキシリンダ13f,13f,13r,13rに伝達されるブレーキ油圧を減圧する。
【0016】
マスタシリンダ9とモジュレータ12とを接続する油路には、後輪Wrのブレーキシリンダ13r,13rに伝達されるブレーキ油圧を制御する差圧バルブ16が介装される。
【0017】
前記差圧バルブ16は、スプリング17で閉弁方向に付勢された弁体18と、前記スプリング17のセット荷重を調整するリニアソレノイド19とを備えるもので、マスタシリンダ9が発生するブレーキ油圧がスプリング17のセット荷重に抗して弁体18を開弁させるまで、後輪Wrのブレーキシリンダ13r,13rに対するブレーキ油圧の伝達を規制する。尚、差圧バルブ16の前後間には、マスタシリンダ9からモジュレータ12への油圧の伝達を規制し、モジュレータ12からマスタシリンダ9への油圧の伝達を許容する一方向弁15が介装される。また、マスタシリンダ9から前輪Wfのブレーキシリンダ13f,13fに連なる油路には前記差圧バルブ16は介装されない。
【0018】
図2を併せて参照すると明らかなように、前記ブレーキECU7には、バッテリ1に設けたバッテリ残容量計20およびバッテリ温度センサ21と、モータ2の回転数を検出するモータ回転数センサ22と、前輪Wfおよび後輪Wrに設けられた車輪速センサ23…と、前記ブレーキペダル8に設けられたブレーキペダル踏力センサ24と、アクセルペダル28に設けられたアクセル開度センサ25ととが接続されるとともに、それらの出力信号に基づいて制御される前記油圧ポンプ10と、前記差圧バルブ16と、前記ABS制御バルブ14f,14rとが接続される。
【0019】
また、前記ブレーキECU7からの回生制動指令を受けて作動するモータ制御ECU6には、バッテリ1およびモータ2を制御する前記PDU5と、前記トランスミッション3とが接続される。
【0020】
次に、前述の構成を備えた制動装置の作用を、図3に示すメインルーチンのフローチャートに基づいて説明する。
【0021】
先ずステップS100において、ブレーキECU7およびモータ制御ECU6の記憶装置に各種プログラムやデータが記憶され、制動装置が作動可能な状態に初期設定される。続くステップS200では、前記バッテリ残容量計20、バッテリ温度センサ21、モータ回転数センサ22、車輪速センサ23…、ブレーキペダル踏力センサ24およびアクセル開度センサ25の出力信号がブレーキECU7に読み込まれる(図2参照)。
【0022】
ステップS300では、各瞬間において発生可能な回生制動力の制限値が前記各種センサの出力信号に基づいて演算される。この回生制動力限界は、バッテリ1の状態やモータ2の状態によって決定されるものであり、以下その詳細をステップS3のサブルーチンに基づいて詳述する。
【0023】
図4の回生制動力制限値演算ルーチンに示すように、先ずステップS301でバッテリ1の状態による回生制動力の制限値TLMB が演算され、更にステップS302でモータ2の回転数による回生制動力の制限値TLMN (モータ2が発生し得る最大回生制動力に相当)が演算される。前記制限値TLMB と制限値TLMN との大小はステップS303で比較され、制限値TLMB が制限値TLMN よりも大きい場合には、ステップS304で小さい方の制限値TLMN が回生制動力制限値TLMとして選択され、制限値TLMB が制限値TLMN 以下である場合には、ステップS305で小さい方の制限値TLMB が回生制動力制限値TLMとして選択される。すなわち、その時の回生制動力制限値TLMは、バッテリ1の状態による制限値TLMB とモータ2の回転数による制限値TLMN との何れか小さい方によって決定される。
【0024】
次に、前記図4のステップS301(バッテリ状態による制限値演算)のサブルーチンを、図5に基づいて説明する。
【0025】
ステップS311でブレーキペダル8が踏まれて回生制動が開始されたことがブレーキペダル踏力センサ24の出力信号によって検出された場合、あるいはアクセルペダル28が戻されて回生制動が開始されたことがアクセル開度センサ25の出力信号によって検出された場合、ステップS312でバッテリ残容量計20の出力信号に基づいてバッテリ1の放電深度(DOD)が演算される。
【0026】
続くステップS313で基準制限値TLMB0が演算される。基準制限値TLMB0は前記DODの大きさに基づいて図6(A)のマップから検索されるもので、DODが例えば20%以下の領域(すなわちバッテリ1の残容量が大きい状態)では前記基準制限値TLMB0が減少するように設定されており、これにより回生制動によるバッテリ1の過充電防止を図っている。
【0027】
続くステップS314で温度係数K1 が演算される。温度係数K1 はバッテリ温度センサ21で検出したバッテリ1の温度に基づいて図6(B)のマップから検索されるもので、バッテリ1の温度が例えば50℃よりも大きい領域において1から漸減し、且つバッテリ1の温度が例えば0℃よりも小さい領域において1から漸減するように設定されている。これにより、バッテリ1の温度が高いときおよび低いときに回生制動によるバッテリ1の充電を規制し、高温時に過剰な電力でバッテリ1を充電することにより発生するバッテリ1の劣化の防止と、バッテリ1の被充電能力が低下する低温時に過剰な電力でバッテリ1を充電することにより発生する充電効率の低下の防止とを図っている。
【0028】
続くステップS315で、前記基準制限値TLMB0に前記温度係数K1 を乗算することにより、回生制動力制限値TLMB が演算される。
【0029】
したがって、前記回生制動力制限値TLMB はバッテリ1のDODが所定値以下になった場合、バッテリ1の温度が所定値以上になった場合、バッテリ1の温度が所定値以下になった場合に減少し、回生制動によるバッテリ1の劣化を防止する。
【0030】
図7は図4のフローチャートのステップS302に対応するもので、モータ回転数センサ22の出力信号NM による回生制動力制限値TLMN の変化を示すものである。同図から明らかなように、モータ1の回転数NM の増加に伴ってリニアに増加した制限値TLMN はやがて略一定になり、その後急激に減少する。
【0031】
図3のフローチャートのステップS400では、エンジンブレーキ相当の回生制動力が演算される。内燃機関を走行用動力源とする車両では、アクセルペダルの踏力を解除するとエンジンブレーキが作動するが、本実施例の如くモータ2を走行用動力源とする車両では、前記エンジンブレーキに相当する制動力を回生制動により後輪Wrに作用させることにより、内燃機関を持つ通常の車両と同様の制動フィーリングが与えられる。
【0032】
図8のグラフから明らかなように、アクセル開度センサ25により検出されたアクセル開度およびモータ回転数センサ22により検出されたモータ回転数に基づいてモータ2のトルクが検索される。すなわち、前記トルクがアクセル開度およびモータ回転数により規定される平面よりも上の領域にあればモータ2は駆動力を発生し、前記平面よりも下の領域にあればモータ2は回生制動力を発生する。そして前記回生制動力が、内燃機関を走行用動力源とするエンジンブレーキに相当する制動力として作用する。
【0033】
図3のフローチャートのステップS500では、ドライバーがブレーキペダル8を踏んで制動操作を行った場合に、発生させるべき回生制動力と油圧制動力との比率が演算される。
【0034】
図9のグラフから明らかなように、ブレーキペダル踏力センサ24で検出したブレーキペダル8の踏力の増加に応じて、要求される後輪Wrのトータル制動力(回生制動力と油圧制動力との総和)はリニアに増加するが、ブレーキペダル8の踏み始めの領域では先ず回生制動力のみが発生し、ブレーキペダル8の踏力の増加に応じて回生制動力が前記回生制動力制限値TLM(回生制動力制限値TLMB および回生制動力制限値TLMN の何れか小さい方)に達すると、回生制動力は回生制動力制限値TLMに保持されたまま不足分の制動力が油圧制動力により補われる。このように、ブレーキペダル8を踏んだ場合に回生制動を油圧制動に優先して行うことにより、車両の運動エネルギーを有効に回収してバッテリ1の充電に供することができる。
【0035】
尚、ブレーキペダル8を踏んだ場合に、前輪Wfが油圧制動されることは勿論である。
【0036】
続くステップS600では、回生制動力と油圧制動力とを所定の比率で配分すべく、回生制動と油圧制動とが以下のようにして実行される。
【0037】
すなわち、ブレーキペダル8の踏力が低い初期制動時には、マスタシリンダ9が発生したブレーキ油圧は前記差圧バルブ16に阻止されてモジュレータ12に伝達されず、後輪Wrの油圧制動は行われない。その間、後輪Wrにはブレーキペダル8の踏力に応じた回生制動力およびアクセル開度に応じた回生制動が作用する。ブレーキペダル8の踏力の増加によって後輪Wrの回生制動力が回生制動力制限値TLMに達すると、マスタシリンダ9が発生したブレーキ油圧によって差圧バルブ16が開弁し、ブレーキ油圧が後輪Wrのブレーキシリンダ13r,13rに伝達されて油圧制動力が作用し始める。そして、それ以後は後輪Wrに一定量の回生制動力と可変量の油圧制動力とが作用することになる(図9参照)。差圧バルブ16が開弁するタイミングは、リニアソレノイド19によってスプリング17のセット荷重を変更することにより行われる。
【0038】
一方、前輪Wfのブレーキシリンダ13f,13fには初期制動時からマスタシリンダ9が発生したブレーキ油圧が伝達され、前輪Wfは油圧により制動される。
【0039】
而して、ブレーキペダル8またはアクセルペダル28の操作に基づく回生制動時にモータ2が発電した電力でバッテリ1を充電する際に、バッテリ1の温度に応じて回生制動力制限値TLMB を変化させているので、高温時に過剰な電力でバッテリ1を充電して該バッテリ1の劣化を引き起こす虞がない。
【0040】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0041】
例えば、実施例では前輪Wfが従動輪であり後輪Wrが駆動輪である車両を例示したが、本発明は前輪Wfが駆動輪であり後輪Wrが従動輪である車両や、前輪Wfおよび後輪Wrが共に駆動輪である車両に対しても適用可能である。
【0042】
【発明の効果】
以上のように請求項1に記載された発明によれば、バッテリ残容量計で検出したバッテリの残容量から算出したバッテリの放電深度が所定値以下のときに減少する基準制限値を算出するとともに、バッテリ温度センサで検出したバッテリの温度が所定値以上のときに減少する温度係数を算出し、これら基準制限値および温度係数を乗算して回生制動力制限値を算出するので、バッテリの放電深度が低いときに回生制動力制限値を低く設定してバッテリの過充電を防止し、またバッテリ温度が高いときに回生制動力制限値を低く設定して過剰な充電電力によるバッテリの劣化を防止することができる。
【0043】
また請求項2に記載された発明によれば、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサの出力信号と、モータの回転数を検出するモータ回転数センサの出力信号とに基づいて回生制動力を演算しているので、内燃機関を走行用動力源とする車両のエンジンブレーキに相当する制動力を電動車両に発生させ、制動フィーリングを向上させることができる。
【0044】
また請求項3に記載された発明によれば、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキペダル踏力センサの出力信号に基づいて回生制動力および油圧制動力を演算し、前記演算した回生制動力に基づいて駆動輪を回生制動するともに前記演算した油圧制動力に基づいて駆動輪を油圧制動することにより、回生制動によるエネルギー回収と油圧制動による高い制動応答性とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による制動装置を備えた電動車両の全体構成図
【図2】制御系のブロック図
【図3】メインルーチンのフローチャート
【図4】図3のステップS300のサブルーチンのフローチャート
【図5】図4のステップS301のサブルーチンのフローチャート
【図6】基準制限値TLMB0および温度係数K1 を求めるマップを示す図
【図7】回生制動力制限値TLMN を求めるマップを示す図
【図8】モータトルクを求めるマップを示す図
【図9】後輪の回生制動力および油圧制動力の配分特性を示すグラフ
【符号の説明】
1 バッテリ
2 モータ
5 PDU(制御手段)
6 モータ制御ECU(制御手段)
7 ブレーキECU(制御手段)
8 ブレーキペダル
20 バッテリ残容量計
21 バッテリ温度センサ
22 モータ回転数センサ
24 ブレーキペダル踏力センサ
25 アクセル開度センサ
28 アクセルペダル
K 1 温度係数
T LMB 回生制動力制限値
T LMB0 基準制限値
Wr 後輪(駆動輪)
Claims (3)
- バッテリ(1)で駆動されるモータ(2)に接続された駆動輪(Wr)を回生制動力で制動することにより、前記モータ(2)が発電する電力で前記バッテリ(1)を充電する電動車両のバッテリ充電装置において、
バッテリ(1)の残容量を検出するバッテリ残容量計(20)と、バッテリ(1)の温度を検出するバッテリ温度センサ(21)と、回生制動力の最大値を回生制動力制限値(T LMB )に基づいて抑制する制御手段(5,6,7)とを備え、
前記制御手段(5,6,7)は、バッテリ残容量計(20)で検出したバッテリ(1)の残容量から算出したバッテリ(1)の放電深度が所定値以下のときに減少する基準制限値(T LMB0 )を算出するとともに、バッテリ温度センサ(21)で検出したバッテリ(1)の温度が所定値以上のときに減少する温度係数(K 1 )を算出し、これら基準制限値(T LMB0 )および温度係数(K 1 )を乗算して前記回生制動力制限値(T LMB )を算出することを特徴とする、電動車両のバッテリ充電装置。 - 前記制御手段(5,6,7)が、アクセルペダル(28)の操作量を検出するアクセル開度センサ(25)の出力信号と、モータ(2)の回転数を検出するモータ回転数センサ(22)の出力信号とに基づいて前記回生制動力を演算することを特徴とする、請求項1記載の電動車両のバッテリ充電装置。
- 前記制御手段(5,6,7)が、ブレーキペダル(8)の操作量を検出するブレーキペダル踏力センサ(24)の出力信号に基づいて回生制動力および油圧制動力を演算し、前記演算した回生制動力に基づいて駆動輪(Wr)を回生制動するとともに前記演算した油圧制動力に基づいて駆動輪(Wr)を油圧制動することを特徴とする、請求項1記載の電動車両のバッテリ充電装置。
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