JP2000013914A - 蓄電器を備えた車両の電力制限装置 - Google Patents
蓄電器を備えた車両の電力制限装置Info
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Abstract
ることのできる電力制限装置を提供する。 【解決手段】 蓄電器から出力する電力によって走行の
ための駆動力を発生し、また走行していることによる運
動エネルギを制動時に電力に変換して前記蓄電器に蓄え
る蓄電器を備えた車両の電力制限装置であって、前記蓄
電器に接続されたモータもしくは発電機の回転数および
要求トルクに応じて電力を算出する手段(ステップ2)
と、その算出された電力が前記蓄電器における限界値を
超えている場合にその限界値および前記回転数に基づい
て、少なくとも前記モータもしくは発電機でのエネルギ
損失を補い得るモータもしくは発電機のトルクを算出す
る手段(ステップ4,5)と、前記モータもしくは発電
機におけるトルクをその算出されたトルクに制限する手
段(ステップ6)とを備えている。
Description
イブリッドカーなどの蓄電器(バッテリー)を動力源と
して備えている車両の電力を制限する装置に関するもの
である。
ドカーは、バッテリーからモータ(電動機)に電力を供
給し、そのモータが出力するトルクによって車輪を回転
させて走行する。また一方、減速時には車両の有する運
動エネルギによって発電機を駆動することによって発電
をおこない、これをバッテリーに蓄える回生をおこなっ
ている。そのバッテリーとしては各種のタイプのものが
開発されているが、いずれのタイプのものも放電と充電
との電力に制限があり、その制限を越えて放電もしくは
充電すると耐用寿命が短くなるなどの問題を生じる。
報に記載された装置では、バッテリーの電流および電圧
に基づいて出力制限係数をマップから求め、その係数を
バッテリーの最大出力に掛け算することにより出力電力
制限値を求めている。また回生時にも同様に、バッテリ
ーの電流および電圧に基づいて回生電力制限係数をマッ
プから求め、その係数を回生電力最大値に掛け算するこ
とにより回生電力制限値を求めている。そしてこれらの
電力制限値とモータ回転数ならびに目標トルクとに基づ
いて駆動力指令値を定めている。
バッテリーのSOC(充電状態)および温度に基づいて
充電上限パワーを決定し、その充電上限パワーとモータ
(発電機)のパワー定格とからパワー制約値を求め、さ
らにそのパワー制約値とモータ回転数とから回生トルク
上限値を定めている。
電気自動車やハイブリッドカーなどにおいては、バッテ
リーとモータもしくは発電機との間にインバータが介在
されている。したがってバッテリーが出力する電力とモ
ータで発生する動力との間、あるいは発電機に入力され
る回生動力とバッテリーに入力される電力との間には、
インバータやモータあるいは発電機における損失分の動
力差が不可避的に生じる。
いずれの装置も、電力の制限値とモータ回転数とに基づ
いてモータ(発電機)トルクを定めていて、インバータ
やモータ(発電機)での損失を考慮していないので、回
生時に充電電力を不必要に制限してしまい、制動エネル
ギ回収率が低下する不都合があった。すなわち上記のよ
うにして求められたモータトルクに設定して得られる回
生エネルギのうちの幾分かはモータやインバータの損失
として消費されてしまい、バッテリーに充電されないの
で、その分、回生効率が低下する。
とモータ回転数とに基づいて求められたモータトルクと
なるように制御すると、バッテリーからはそのモータト
ルクに応じた電力に加えて、モータやインバータでの損
失に応じた電力が出力されるから、結局、過放電状態が
生じ、バッテリーの耐用寿命が低下する可能性があっ
た。
損失は、モータなどの動作状態に応じて変化するので、
上記従来の装置では、損失の大きい動作領域での回生効
率が低下し、また出力時にはバッテリーに対する過負荷
状態が生じる可能性があった。
であり、回生効率を向上させ、また過充電やそれに起因
するバッテリーの耐用寿命の低下などを防止することの
できる電力制限装置を提供することを目的とするもので
ある。
は、上記目的を達成するために、蓄電器から出力する電
力によって走行のための駆動力を発生し、また走行して
いることによる運動エネルギを制動時に電力に変換して
前記蓄電器に蓄える蓄電器を備えた車両の電力制限装置
において、前記蓄電器に接続されたモータもしくは発電
機の回転数および要求トルクに応じて電力を算出する手
段と、その算出された電力が前記蓄電器における限界値
を超えている場合にその限界値および前記回転数に基づ
いて、少なくとも前記モータもしくは発電機でのエネル
ギ損失を補い得るモータもしくは発電機のトルクを算出
する手段と、前記モータもしくは発電機のトルクをその
算出されたトルクに制限する手段とを備えていることを
特徴とするものである。
ら出力する電力によりモータを駆動して車両が走行し、
また、車両の走行に伴う運動エネルギによって発電機が
駆動されて発電がおこなわれ、蓄電器に電力が蓄えられ
る。このようにして蓄電器から出力され、あるいは入力
される電力は、モータあるいは発電機の回転数およびト
ルクによって決まる。そこで蓄電器に対して入出力され
る電力が、モータもしくは発電機の回転数とトルクとに
よって求められ、その電力が蓄電器の限界値を超えてい
れば、その限界値に制限される。その制限をおこなうた
めに、この発明の装置では、限界値と回転数とに基づ
き、かつ少なくともモータもしくは発電機でのエネルギ
損失を補い得るトルクを求める。その算出されたトルク
でモータもしくは発電機を駆動すると、蓄電器から出力
される電力は、モータで発生する動力とモータやインバ
ータでの損失とを含めた値であって限界値以下の値とな
る。また、蓄電器に入力する場合、発電機で発生する電
力は、発電機やインバータでの損失と蓄電器に入力され
る電力となり、蓄電器に入力される電力が限界値とな
る。すなわちこの発明の装置では、蓄電器から出力する
場合、モータのトルクを少なくともモータでの損失に応
じて低下させるので、過放電が防止され、また蓄電器に
入力する場合、発電機での発電量を少なくとも発電機で
の損失に応じて増大させるので、過不足なく充電するこ
とができる。
体的に説明する。図2は、この発明が対象とする一例で
ある電気自動車の駆動系統を模式的に示しており、動力
源としてのモータ・ジェネレータ1の出力軸2がプロペ
ラシャフトなどの所定の伝動機構を介して駆動輪3に連
結されている。この駆動輪3を含む全ての車輪に付設さ
れたブレーキ(図示せず)が、ブレーキ操作やその他の
制御状態に応じた信号に基づいて電気的に制御されるよ
うに構成されている。
型のものであって、このモータ・ジェネレータ1には交
流・直流の変換と電力の制御のためのインバータ4を介
してバッテリー(蓄電器)5が接続されている。
4を制御するための電子制御装置(モータECU)6が
設けられている。このモータECU6は、いわゆるマイ
クロコンピュータを主体に構成されたものであり、アク
セルペダル(図示せず)の踏み込み量(アクセル開度)
や車速などに基づいてモータ要求トルクやバッテリー5
での充電状態(SOC)に基づくジェネレータ要求トル
クに従ってモータ・ジェネレータ1を制御するように構
成されている。
電子制御装置(バッテリーECU)7が設けられてい
る。このバッテリーECU7もいわゆるマイクロコンピ
ュータを主体にして構成されたものであり、バッテリー
5のSOCを監視し、その結果に応じた信号を出力する
ように構成されている。
きるように構成されており、その制御のための電子制御
装置(ブレーキECU)8が設けられている。このブレ
ーキECU8もマイクロコンピュータを主体とするもの
であり、制動操作に基づく信号や回生要求信号などによ
ってブレーキによる制動トルクを制御するように構成さ
れている。
タ通信可能に接続されている。そして、バッテリーEC
U7からモータECU6には充電状態や電流、電圧など
に関するデータが送信されており、またブレーキECU
8とモータECU6との間では、回生要求値や回生実行
値などが送受信されている。
は、アクセルペダルを踏み込むなどのことによる出力要
求があった場合、その要求に適合するトルクが発生する
ようにモータ・ジェネレータ1を制御する。これは、モ
ータECU6が入力信号に基づいて演算をおこない、そ
の結果に応じてモータ・ジェネレータ1およびインバー
タ4を制御することにより実行される。またブレーキ操
作された場合、車両の有する運動エネルギを電気エネル
ギに変換するために回生制御が実行される。すなわちブ
レーキによって制動をおこなう一方、モータ・ジェネレ
ータ1を駆動輪3側から入力されるトルクによって駆動
して発電をおこない、その電力をインバータ4を介して
バッテリー5に充電する。この制御は、ブレーキECU
8の回生要求値に対するモータECU6からの回生実行
信号に基づいてブレーキECU8がブレーキによる制動
力を制御することによって実行される。
力および回生によるバッテリー5に対する入力をおこな
う場合、バッテリー5の状態に応じて入出力値に制限が
あるので、以下のようにして電力の制限がおこなわれ
る。図1はその制御例を示しており、先ず、モータ・ジ
ェネレータ1での要求トルクTm を入力する(ステップ
1)。この要求トルクTm は、モータ・ジェネレータ1
で駆動力を発生させて力行する場合には、その時点の車
速およびアクセル開度などに基づいて求められる。ま
た、回生の場合には、例えば車速およびブレーキ力に基
づいて求めることができる。
電力Pb が演算される(ステップ2)。すなわち Pb =Nm ・Tm +Pmlos が計算される。ここで、Nm はモータ・ジェネレータ1
の回転数、Pmlosはモータ・ジェネレータ1での電力損
失である。この電力損失Pmlosは、モータ・ジェネレー
タ1の回転数Nm とその時点のトルクTm とに基づいて
定まり、例えば予め試験をしてマップ値として求めてお
くことができる。また、バッテリー電力Pb の算出手段
としては、バッテリーECU7などで検出した値を使用
する手段を採用してもよい。なお、この電力損失には、
インバータ4での損失を含ませてもよい。
が制限値を超えているか否かが判断される(ステップ
3)。この制限値は、出力する場合には放電上限値Pbm
axであり、また回生の場合には充電上限値Pbminであ
り、これらは、バッテリー5の温度およびSOCなどに
よって定めることができる。ステップ2で求めたバッテ
リー電力Pb が制限値を超えていない場合には、ステッ
プ1で入力されたモータトルクでモータ・ジェネレータ
1を動作させる。すなわちそのトルクとなるように電力
を出力し、または回生をおこなう。
ー電力Pb が上限値Pbmax,Pbminを超えていた場合に
は、それぞれの上限値Pbmax,Pbminでのモータ最大ト
ルクTmlimを求める(ステップ4,5)。すなわちバッ
テリー電力Pb が放電上限値Pbmaxを超えていれば(P
b >Pbmax)、バッテリー出力上限でのモータ最大トル
クTmlimを求める(ステップ4)。あるいはバッテリー
電力Pb がバッテリー入力上限値Pbminを超えていれば
(Pb<Pbmin)、バッテリー入力上限での最大トルク
Tmlimを求める(ステップ5)。これらの最大トルクT
mlimは、モータ電力が上限値Pbmax,Pbminでかつモー
タ・ジェネレータ1のその時点の回転数Nm の状態での
トルクであり、モータ・ジェネレータ1での損失を加味
して求められる。
モータ・ジェネレータ1の回転数Nm とモータ電力Pm
とをパラメータとしたモータトルクTm の二次元マップ
を作成しておく。その例を図3に示してある。これらモ
ータ回転数Nm 、モータ電力Pm 、モータトルクTm は
実測値であり、したがってモータ・ジェネレータ1で生
じる損失が含まれた値である。またモータ・ジェネレー
タ1での損失は、回転数やトルクなどの動作点が異なれ
ば、異なる値となるが、ステップ4もしくはステップ5
では、その時点の回転数Nm で上限値Pbmax,Pbminと
なるモータトルクTmlimを求めるから、実際の運転点で
のモータ損失を加味したものとなる。
プ5で求められた最大トルクTmlimにモータトルクTm
を制限する(ステップ6)。そしてモータ・ジェネレー
タ1の出力軸2でのトルクがこのステップ6で設定した
トルクとなるように制御する。具体的には、力行の場合
には、モータ・ジェネレータ1の出力軸トルクがステッ
プ6で設定されたトルクとなるように電力を制御する。
したがってバッテリー5から出力される電力は放電上限
値となるが、その電力のうちの幾分かは、モータ・ジェ
ネレータ1での損失として消費されるので、実際にモー
タ・ジェネレータ1の出力軸2に現れる動力はその損失
分、少なくなる。言い換えれば、上記の制御によれば、
モータ最大トルクがモータ・ジェネレータ1での損失分
だけ小さく算定されるので、ステップ6で設定されたモ
ータトルクに基づいて制御を実行しても、バッテリー5
からその放電上限値を超えて放電することがなく、その
耐用寿命が低下することを未然に防止することができ
る。
クを制御してモータ・ジェネレータ1の出力軸2のトル
クをステップ6で定められたトルクに設定する。そのト
ルクはモータ損失を含んだ値であるから、出力軸におけ
る計算の上では、バッテリー5の充電上限値を超えた電
力を発電することになるが、実際にモータ・ジェネレー
タ1から出力される電力は、モータ損失分、少なくなっ
て充電上限値にほぼ一致する。その結果、充電上限値を
下回ることなく回生および充電をおこなうことができ、
回生効率が向上する。
の発明の装置は、モータもしくは発電機での損失を考慮
して出力時もしくは回生時のモータトルクを決定してモ
ータもしくは発電機の制御を実行する。したがってその
損失を制御に取り込む方法は、上述の例で示した方法に
限られないのであり、以下に述べるようにしてもよい。
とモータ電力Pm とによって定まるから、対象とする駆
動系統について実際の運転によるモータ回転数Nm およ
びモータ電力Pm ごとのモータ損失Pmlosを測定し、マ
ップとして用意する。図4はそのマップの例を示してい
る。こうして求められるモータ損失Pmlosを考慮したモ
ータトルクTm は、 Tm =(Pm +Pmlos)/Nm である。したがって力行の際のモータ電力Pm がバッテ
リー最大出力電力Pbmaxであれば、制限されたモータト
ルクTmlimは、 Tmlim=(Pbmax−Pmlos)/Nm として求められ、また回生の際のモータ電力Pm がバッ
テリー最大入力電力Pbminであれば、制限されたモータ
トルクTmlimは、 Tmlim=(Pbmin−Pmlos)/Nm として求めることができる。なお、これらの演算は、上
述したステップ4もしくはステップ5でおこなえばよ
い。
も、実際のモータ・ジェネレータ1の運転点での損失を
見込んでモータトルク(モータ電力)を制限するから、
過放電や過充電を防止することができる。
は、モータ損失を加えてバッテリー電力Pb を求めてお
り、その値が上限値を超えた場合にモータトルクあるい
はモータ電力を制限する。したがってその点ではモータ
損失を考慮した制御となっているので、バッテリー電力
Pb が上限値を超えた場合には、そのバッテリー電力P
b と上限値との差およびその時点のモータ回転数Nm と
に基づいて超過しているトルクを算出し、その算出され
た超過モータトルクを、その時点の実際のモータトルク
から減じてこれをモータトルクの上限値としてもよい。
その場合、得られたモータトルクでの運転点におけるモ
ータ損失が、ステップ2で考慮したモータ損失とは異な
ることになるので、その点で若干制御精度が低下し、過
放電傾向もしくは過充電傾向が生じる可能性がある。
説明すると、ステップ2がこの発明における要求トルク
に応じて電力を算出する手段に相当し、またステップ4
もしくはステップ5がこの発明におけるトルクを算出す
る手段に相当し、さらにステップ6がこの発明における
トルクを制限する手段に相当する。
のみを動力源とした電気自動車を例に採って説明した
が、この発明は上記の例に限定されないのであって、モ
ータとジェネレータとを個別に備えた電気自動車やモー
タ・ジェネレータおよび内燃機関を動力源として備えた
ハイブリッド車、モータおよびジェネレータならびに内
燃機関を備えたハイブリッド車など、要は、電力による
力行と電力を回収する回生とを可能な車両を対象とする
制御装置に適用することができる。また、この発明にお
けるモータやジェネレータは、交流型のもの以外に、直
流型のものであってもよい。
よれば、蓄電器に入力もしくは出力される電力を制限す
るべくトルクを制御するにあたり、限界値と回転数とに
基づき、かつ少なくともモータもしくは発電機でのエネ
ルギ損失を補い得るトルクを求め、その算出されたトル
クでモータもしくは発電機を駆動することにより、蓄電
器から出力される電力が、モータで発生する動力とモー
タでの損失とを含めた値であって限界値以下の値とな
る。また、蓄電器に入力する場合、発電機で発生する電
力が、発電機での損失と蓄電器に入力される電力とな
り、蓄電器に入力される電力が限界値となる。すなわち
この発明の装置では、蓄電器から出力する場合、モータ
のトルクを少なくともモータでの損失に応じて低下させ
るので、過放電が防止され、また蓄電器に入力する場
合、発電機での発電量を少なくとも発電機での損失に応
じて増大させるので、過不足なく充電することができ、
その結果、回生効率やバッテリーの耐用寿命を向上させ
ることができる。
を説明するためのフローチャートである。
を模式的に示す図である。
とモータトルクとのマップの一例を示す図である。
損失のマップの一例を示す図である。
バッテリー、 6…モータECU、 7…バッテリーE
CU、 8…ブレーキECU。
Claims (1)
- 【請求項1】 蓄電器から出力する電力によって走行の
ための駆動力を発生し、また走行していることによる運
動エネルギを電力に変換して前記蓄電器に蓄える蓄電器
を備えた車両の電力制限装置において、 前記蓄電器に接続されたモータもしくは発電機の回転数
および要求トルクに応じて電力を算出する手段と、 その算出された電力が前記蓄電器における限界値を超え
ている場合にその限界値および前記回転数に基づいて、
少なくとも前記モータもしくは発電機でのエネルギ損失
を補い得るモータもしくは発電機のトルクを算出する手
段と、 前記モータもしくは発電機におけるトルクをその算出さ
れたトルクに制限する手段とを備えていることを特徴と
する蓄電器を備えた車両の電力制限装置。
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