JP3721838B2 - 回生電力制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気自動車において運動エネルギーをバッテリに充電させる回生電力制御装置の構成に関し、とくに坂道での発進において運転者にとって違和感のない操作ができるようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車を登坂で発進すると、ブレーキを放してから、アクセルを踏むまでの間に駆動力（クリープ）より重力の降坂方向分力のほうが大きい場合、降坂方向に加速度が生じて車両が後退する。この現象をロールバックという。また下り坂で後退しようとする場合の降坂方向の前進をロールフォワードという。この両者とも車両が希望する方向と反対方向に動くということである。
【０００３】
図５は、電気自動車を坂道登坂で発進するときの加速度、速度、変位を示す図である。
ここで、ｔ＝０をブレーキペダルを放した時刻、ｔ＝ｔ１をアクセルペダルを踏んだ時刻とする。
０≦ｔ≦ｔ１の間には、車両に働く力としては図６のようにモータが発生するクリープ力Ｆと重力Ｍｇだけになる。重力Ｍｇの斜面方向の分力Ｍｇｓｉｎθがクリープ力Ｆより大きい場合は、合力が図５の（ａ）の実線で示すように負方向にある。このとき車速は（ｂ）のように、変位は（ｃ）のように、それそれ降坂方向に変化し増加する。
【０００４】
時刻ｔ１でアクセルペダルを踏むと、モータが発生する駆動力が増大し図７のように、駆動力Ｆが重力Ｍｇの斜面方向分力Ｍｇｓｉｎθより大きくなる。図５の（ａ）で示すように、合力が正方向に転じる。
車速は（ｂ）のように、減速し始める。車両は（ｃ）のように後退し続ける。減速によってｔ２で車速が０になった時点で、車両が前進方向に転じ、速度が増加しながら、坂道を登り始める。
【０００５】
車速が負の方向にある０＜ｔ≦ｔ２の間、モータの駆動力は（ａ）の点線に示すように正の方向にあるので、モータの発電原理によって回生電力が生じバッテリが充電される。正の駆動力に対し車速が負の領域はいわゆるロールバック領域である。
これを電気自動車を制御するトルクカーブ図で説明すると、以下のようになる。
【０００６】
図８はトルクカーブ図である。右側は力行領域の制御パターンで、左側は回生領域の制御パターンである。ｔ＝０でブレーキを放すと、モータにクリープ力を発生しつつも、モータ回転数は後退方向に増大する。そして時刻ｔ＝ｔ１でアクセルを踏むと、所定の制御パターンにしたがってモータトルクが増加し、重力の斜面方向の分力より大きくなると、後退を停止し、車速が前進方向に変化する。時刻ｔ＝ｔ２になってから、車両速度とモータトルクは同じ正の方向になる。ｔ２までの回生領域では、モータは回生発電し、モータ回転数とトルクを積算した分の回生電力が生成され、バッテリに充電される。
【０００７】
一方、電気自動車では、バッテリの劣化を招く過充電を防止するため、バッテリの充電について制限が設けられている。回生電力が生じたとき、バッテリが満充電付近の状態では、回生電力の制限を行っている。また満充電のバッテリに対しては回生発電を行わないようにしてある。
このため、バッテリが満充電付近または満充電など回生電力が制限される車両状態では、モータの回生トルクの発生が少なくあるいはゼロになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この結果、満充電の電気自動車を坂道で発進する場合は、ロールバックまたはロールフォワード状態になると、アクセルを踏んでも、車両が降坂方向に下がり続け、最終的に運転者がフットブレーキを操作して停止させることになり、アクセルを踏んだときの挙動としては大きな違和感を生じるという問題がある。
本発明は、上記の問題点に鑑み、満充電の状態でも、登坂道での車両発進を円滑に行え、違和感を覚えずに車両発進ができるようにした回生電力制御装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１記載の発明は、駆動用のモータとバッテリを備える電気自動車において、バッテリ電圧が所定の回生制限開始電圧を超えた場合またはバッテリの充電深度が所定の回生制限開始充電深度を超えた場合、バッテリ電圧または充電深度が上昇するにしたがって回生電力を低減させ、所定の充電停止電圧または充電停止充電深度でゼロとする走行時の制御パターンで前記モータを回生発電させて前記バッテリを充電させることが可能な制御手段と、前記電気自動車がロールバックまたはロールフォワード状態になったことを検出する車両状態検出手段と、前記電気自動車がロールバックまたはロールフォワード状態になった場合、走行時の制御パターンに対して、前記バッテリの満充電側における回生電力を多く発生する第２制御パターンを設定する回生電力設定手段とを有するものとした。
【００１０】
請求項２記載の発明は前記第２の制御パターンが、前記バッテリが過充電となる領域で前記回生電力を発生させるものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は前記車両状態検出手段が、車速検出センサを備え、該車速センサーの検出値によって前記電気自動車の走行方向を判断し、シフトレバーの操作位置とにより、前記電気自動車がロールバックまたはロールフォワード状態になったことを検出するものとした。
【００１２】
請求項４記載の発明は前記回生電力設定手段が、前記第２の制御パターンとして、前記走行時の制御パターンよりも、回生電力の発生を制限する回生制限開始電圧または回生制限開始充電深度を高く設定するものとした。
【００１３】
請求項５記載の発明は前記回生電力設定手段が、前記第２の制御パターンとして、前記走行時の制御パターンよりも、回生発電を停止する充電停止電圧または充電停止充電深度を高く設定するものとした。
【００１４】
請求項６記載の発明は前記制御手段が、前記バッテリの端子電圧が回生制限開始電圧または充電停止電圧になった情報を前記回生電力設定手段にフィードバックするようにし、前記回生電力設定手段は、前記第２の制御パターンとして、所定の設定値で回生電力を設定し、フィードバックされる情報を受けるたびに所定の幅で前記設定値を段階的に減少するものとした。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、電気自動車がロールバックまたはロールフォワード状態になった場合、回生電力設定手段は、走行時の制御パターンに対してバッテリの満充電側における回生電力を多く発生する第２の制御パターンを設定する。これによって制御手段は、より多くの回生電力を発生することができ、駆動力を発生または発生した駆動力を維持することができ、車両がロールバックまたはロールフォワード状態から直接に発進することができる。この結果アクセルを踏んだ直後にフットブレーキを踏むという操作を回避でき、違和感のない操作で車両発進ができる。
【００１６】
請求項２記載の発明では、バッテリが過充電となる領域でも、回生電力を発生できるにしたため、上記請求項１の発明の効果は、回生電力を制限する領域だけでなく、満充電など回生発電を停止する領域でも得ることができる。
満充電状態で車両を登坂道発進する頻度が少ないことと、回生電力の発生時間が短いため、バッテリに与える損傷が少なく、別個に放電抵抗を設けるより構成が簡単で、コストの増加を伴わない効果が得られる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、車速センサーの検出値によって判断された電気自動車の走行方向とシフトレバーの操作位置とによって、電気自動車がロールバックまたはロールフォワード状態になったかを判断するから、車両にある信号を利用するだけで済み、他の装置を設けるなどのコスト増加を伴わない効果がある。
【００１８】
請求項４記載の発明では、第２の制御パターンは、走行時の制御パターンより、回生電力の発生を制限する回生制限開始電圧または回生制限開始充電深度が高く設定されて構成するので、判定値の修正を行うだけで、発生する回生電力を持ち上げることができ回生トルクを多く発生することができる。これにより回生電力が制限領域に入ってもロールバックまたはロールフォワード状態から車両発進することができる。
【００１９】
請求項５記載の発明では、第２の制御パターンは、走行時の制御パターンより、回生発電を停止する充電停止電圧または充電停止充電深度が高く設定され構成するので、上記請求項４と同じく、判定値を修正するだけで、回生電力を持ち上げることができるとともに、回生発電を停止する領域でも、回生電力の発生が可能になる。これにより満充電状態の車両をロールバックまたはロールフォワード状態から直接に発進することができる。
【００２０】
請求項６記載の発明では、制御手段は、バッテリの端子電圧に基づいて、回生電力の制限あるいは停止を制御する。バッテリの端子電圧が回生発電を停止する電圧になったと判定した場合は、その情報を回生電力設定手段にフィードバックする。回生電力設定手段では、所定の設定値で回生電力を設定し、以後フィードバックされる情報を受けるたびに所定の幅で設定値を減少する。これによって、回生電力が制限あるいは停止となるたび、バッテリにおける電圧降下が低くなり、バッテリの開放電圧が、回生発電の制限あるいは停止を判定する電圧まで、走行時の制御パターンにしたがって回生電力を発生しつづけられる。走行時の制御パターンに用いられる判定値をそのまま利用できる効果が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は実施例の構成を示すブロック図である。
電気自動車を駆動するモータ２とバッテリ３が制御部１に接続される。制御部１にはシフトレバー位置検出部４、アクセル踏み量検出部５が接続されている。車両状態検出部６にはシフトレバー位置検出部４と車速センサ７が接続される。回生電力設定部８には車両状態検出部６と制御部１が接続されている。
【００２２】
制御部１はモータ２を正、負の方向に変速制御することができる。モータ２を駆動するとき、シフトレバー位置検出部４の検出値に応じて、モータの駆動速度を設定するとともに、アクセル踏み量検出部５の検出値に応じて加速度を決定する。シフトレバー位置検出部４でシフトレバーがリバース位置では、モータを反転駆動させて車両をバックさせる。モータの制御パターンとしては例えば図８に示す制御パターンが用いられる。
【００２３】
制御部１にはバッテリ電圧を検出する電圧センサが備えられ、バッテリ電圧が所定電圧以下では、モータの制御パターンで決定されたトルクをそのままモータ制御に用いる。所定電圧を超えた場合は、モータトルクを減少して回生電力を制限する。
【００２４】
図２は回生電力を制限する走行時の制御パターンである。設定された回生制限開始電圧までは、モータの制御パターンにしたがって、シフトレバー位置とアクセル踏み量で決められるモータトルク分の回生電力を発生する。これを設定上限値として、回生制限開始電圧と充電停止電圧の間は、バッテリ電圧の上昇にしたがって、回生電力を制限してゼロに至る。
【００２５】
車両状態検出部６から車両がロールバックまたはロールフォワード状態になったことを検出した場合、第２の制御パターンとして、点線で示すように、充電停止電圧を大きく設定し直し、回生制限開始電圧から、充電停止電圧の間は、バッテリ電圧の上昇にしたがって回生電力を制限してゼロに至る。これによって回生制限開始後の回生電力が走行時の制御パターンより持ち上がり、モータトルクを大きく発生することができる。
【００２６】
車両がロールバックまたはロールフォワード状態になったことを車両状態検出部６が検出する。これにはまず車速センサ７の検出値によって、車両が前進するかバックするかの判断を行う。その判断結果とシフトレバー位置検出部で検出したシフトレバー位置と比較して、車両がロールバックまたはロールフォワード状態になったことを検出する。
【００２７】
すなわち、シフトレバー位置が「Ｄ」、「１ｓｔ」、「２ｎｄ」のときはいずれも車両を前進させる意図を示すもので、このとき車両が反対方向に移動することは、車両がロールバック状態にあるということになる。
またシフトレバー位置が「Ｒ」の場合は、車両を後退させる意図を示すもので、このとき車両が前進方向に移動することは、車両がロールフォワード状態にあるということになる。
【００２８】
制御部１は、まず車両状態検出部６の検出結果によって、ロールバックまたはロールフォワード状態になったことを検出したかによって適用する制御パターンを選択する。通常の走行状態は、走行時の制御パターンを用いて回生電力の制限を行う。
【００２９】
ロールバックまたはロールフォワードが検出された場合は、回生電力が制限されると回生トルクが不足となるので制御部１がより多くの回生電力を発生する第２の制御パターンを選択して、モータ２を制御する。これによって車両に発生するモータトルクが大きくなり、車両がロールバックまたはロールフォワード状態から発進することが可能になる。アクセルを踏んだ後にブレーキを踏まなければならないなどの操作が不要になる。
ここで、一時的にバッテリは過充電になることがあるが、満充電での坂道発進は、頻度として少なく、また時間も短いので、バッテリの劣化に殆ど影響を与えない。
【００３０】
次に、実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、バッテリの端子電圧で、回生電力の制限を決定する制御パターンを用いたが、このほか、例えば充電深度（ＳＯＣ）を検出し、充電深度によって、回生電力の制限を決定して、モータ２を制御することもできる。
【００３１】
図３は、充電深度で回生電力を制限するために用いる制御パターンを示す図である。
走行時の制御パターンは実線で示し、設定された回生制限開始充電深度までは、シフトレバー位置とアクセル踏む量で決定されるモータトルク分の回生電力を設定上限値として発生する。回生制限開始と充電停止を判断する充電深度の間では、充電深度の増加に従って回生電力の発生を制限してゼロに至るようになっている。
【００３２】
ロールバックまたはロールフォワード状態に適用される第２の制御パターンは、点線で示し、回生制限開始、充電停止を判断する充電深度を走行時の制御パターンより大きく設定する。これによって走行時の制御パターンで回生電力が制限された場合、制御パターンを切替えることで、より大きな回生電力を発生することができ、モータトルクが大きくなることで、上記実施例と同様に車両をロールバックまたはロールフォワード状態から直接に発進することができる。
【００３３】
次に、第２の変形例について説明する。
この変形例では、制御部１でバッテリ３の端子電圧が回生制限開始電圧または充電停止電圧になったことを検出した場合、その情報を回生電力設定部８にフィードバックをするようになっている。回生電力設定部８は第２の制御パターンとして、設定上限値より小さい設定値で回生電力を設定し、以後制御部１から情報がフィードバックされるたびに所定幅で設定値を段階的に減少する。
【００３４】
図４は制御時のバッテリの端子電圧と、回生電力の変化を示す図である。なお図においては、端子電圧が回生制限開始電圧になった場合を例として示し、充電停止電圧になった場合については回生制限開始電圧を充電停止電圧に置き換えればよい。
設定上限値でバッテリ２が充電されバッテリの端子電圧がｔ０で回生制限開始電圧になった場合は、回生電力設定部８は設定上限値より小さい設定値で回生電力を設定する。これによってバッテリの端子電圧が下がり、端子電圧が再び回生制限開始電圧になるまでは、設定値で回生電力を発生する。
【００３５】
端子電圧が再び回生制限開始電圧になると、所定の幅で設定値を減少し回生電力の発生を制限する。このように回生電力を段階的に減少することによって、回生電力の制限開始がバッテリの端子電圧でなく、開放電圧が回生制限開始電圧になってから行う。ここでの設定値の減少幅を回生制限開始後の制限より小さく設定することができるから、回生電力が制限領域で絞られるより、大きく発生することができる。モータトルクも大きくなる。
【００３６】
また回生制限電圧が充電停止電圧に置き換えられる場合も、端子電圧で充電停止となった後も、バッテリの開放電圧が充電停止電圧になるまで引き続き回生電力を発生することができる。
これによって、走行時の制御パターンで決められた判定値を設定し直すことなく、大きな回生電力を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】走行時の制御パターンと第２の制御パターンを示す図である。
【図３】変形例における制御パターンを示す図である。
【図４】変形例における制御パターンを示す図である。
【図５】坂道発進時の加速度、速度、変位の変化を示す図である。
【図６】ブレーキを放したときの説明図である。
【図７】アクセルペダルを踏んだときの説明図である。
【図８】トルクカーブを示す図である。
【符号の説明】
１ 制御部（制御手段）
２ モータ
３ バッテリ
４ シフトレバー位置検出部
５ アクセル踏み量検出部
６ 車両状態検出部（車両状態検出手段）
７ 車速センサ（車速検出センサ）

Claims (6)

1. 駆動用のモータとバッテリを備える電気自動車において、
   バッテリ電圧が所定の回生制限開始電圧を超えた場合またはバッテリの充電深度が所定の回生制限開始充電深度を超えた場合、バッテリ電圧または充電深度が上昇するにしたがって回生電力を低減させ、所定の充電停止電圧または充電停止充電深度でゼロとする走行時の制御パターンで前記モータを回生発電させて前記バッテリを充電させることが可能な制御手段と、
   前記電気自動車がロールバックまたはロールフォワード状態になったことを検出する車両状態検出手段と、
   前記電気自動車がロールバックまたはロールフォワード状態になった場合、前記走行時の制御パターンに対して、前記バッテリの満充電側における回生電力を多く発生する第２制御パターンを設定する回生電力設定手段とを有することを特徴とする回生電力制御装置。
2. 前記第２の制御パターンは、前記バッテリが過充電となる領域で前記回生電力を発生させるものであることを特徴とする請求項１記載の回生電力制御装置。
3. 前記車両状態検出手段は、車速検出センサを備え、該車速センサーの検出値によって前記電気自動車の走行方向を判断し、シフトレバーの操作位置とにより、前記電気自動車がロールバックまたはロールフォワード状態になったことを検出することを特徴とする請求項１記載の回生電力制御装置。
4. 前記回生電力設定手段は、前記第２の制御パターンとして、前記走行時の制御パターンよりも、回生電力の発生を制限する回生制限開始電圧または回生制限開始充電深度を高く設定することを特徴とする請求項１または２記載の回生電力制御装置。
5. 前記回生電力設定手段は、前記第２の制御パターンとして、前記走行時の制御パターンよりも、回生発電を停止する充電停止電圧または充電停止充電深度を高く設定することを特徴とする請求項１、２または４記載の回生電力制御装置。
6. 前記制御手段は、前記バッテリの端子電圧が回生制限開始電圧または充電停止電圧になった情報を前記回生電力設定手段にフィードバックするようにし、前記回生電力設定手段は、前記第２の制御パターンとして、所定の設定値で回生電力を設定し、フィードバックされる情報を受けるたびに所定の幅で前記設定値を段階的に減少することを特徴とする請求項１記載の回生電力制御装置。

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