JP3991942B2 - 車両の回生制御装置および回生制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源装置と、二次電池と、電源装置と二次電池の少なくとも一方から供給された電力で車両を駆動する電動機とを備える車両において電動機の回生電力を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車のエネルギー源として、化石燃料に替わる電気が注目されている。電気によってモータ（電動機）を駆動することにより車両を走らせる。モータは、減速時や降坂時に回生制動されることで、回生電力を発生する。この回生電力は、バッテリ（二次電池）に蓄積される。この構成において、回生電力によるバッテリの過充電を防止するために、回生電力を熱に変換して、その熱を、放熱器を利用して消費させようとした構成が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３１９２０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、放熱器が故障した際の考慮がなされていないことから、その故障時に回生電力を消費できずバッテリに過大な回生電力が供給され、バッテリが劣化する恐れがあった。
【０００５】
この発明は、回生電力を消費するための放熱器に故障が発生した場合にも、二次電池の保護をできるだけ可能とすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
前述した課題の少なくとも一部を解決するための手段として、以下に示す構成をとった。
【００１６】
本発明の車両の回生制御装置は、
車両を駆動する２系統の動力源を備え、
各系統の動力源は、
電源装置と、
二次電池と、
前記電源装置と二次電池の少なくとも一方から供給された電力によって駆動される電動機と、
所定運転時に、前記電動機を回生制動させるように制御して、前記電動機の回生電力を前記二次電池に充電する電動機制御手段と、
前記二次電池の充電可能量からみて前記回生電力に余剰が発生したときに、余剰回生電力を消費する回生電力消費手段と
をそれぞれ有する車両の回生制御装置であって、
前記系統ごとの回生電力消費手段の故障を判定する故障判定手段と、
一方の系統は回生電力消費手段に故障が存在する故障系統であり、他方の系統は該故障が存在しない正常系統であることが検出された場合に、該故障系統において発生した前記余剰回生電力を、前記正常系統の有する回生電力消費手段にて消費させる故障時制御手段と
を備えることを特徴としている。
【００１７】
この構成の車両の回生制御装置によれば、一方の系統の回生電力消費手段に故障が生じても、他方の系統の有する回生電力消費手段を利用して回生電力の消費を図ることができる。このために、余剰回生電力が二次電池にさらに蓄積されることを防止することができることから、二次電池の保護を図ることができる。また、片側の系統の回生電力消費手段に故障が生じても、車両全体の回生電力量、すなわち減速度を低下させることもない。
【００１８】
前記系統ごとの回生電力消費手段は、電力を熱に変換して放熱させる放熱器を備える構成とすることができる。この構成によれば、簡単な構成によって、回生電力の消費を図ることができる。
【００１９】
前記車両の回生制御装置において、前記電源装置は、燃料電池である構成とすることができる。この構成によれば、燃料電池と、この燃料電池を補助する二次電池をエネルギー源とした車両に適用可能である。
【００２２】
この発明の車両の回生制御方法は、
車両を駆動する２系統の動力源を備え、
各系統の動力源は、電源装置と、二次電池と、前記電源装置と二次電池の少なくとも一方から供給された電力によって駆動される電動機と、前記二次電池の充電可能量からみて前記電動機の回生電力に余剰が発生したときに、余剰回生電力を消費する回生電力消費装置とを備える車両の回生制御方法であって、
（ａ）前記系統ごとの回生電力消費装置の故障を判定する行程と、
（ｂ）一方の系統は回生電力消費装置に故障が存在する故障系統であり、他方の系統は該故障が存在しない正常系統であることが検出された場合に、該故障系統において発生した前記余剰回生電力を、前記正常系統の有する回生電力消費装置にて消費させる行程と
を備えることを特徴としている。
【００２３】
この発明の車両の回生制御方法は、上記発明の車両の回生制御装置と同様な作用・効果を有しており、回生電力消費装置に故障が発生した場合にも、二次電池の保護を図ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。図１は、第１実施例の車両の回生制御装置を搭載する電動車両の概略構成図である。この電動車両には、図示するように、主電源としての燃料電池１０と、補助電源としてのバッテリ（二次電池）１２と、これらの電源から供給される直流電気を交流に変えるインバータ２０と、インバータ２０からの交流電気の供給を受けて駆動軸２２に動力を出力するモータ（電動機）２４とが設けられている。バッテリ１２には、コンバータ１４を介して、燃料電池１０とインバータ２０が並列となるように接続されている。モータ２４によって駆動軸２２に出力された動力は、ディファレンシャルギヤ２６を介して各駆動輪２８Ｌ，２８Ｒに伝達される。
【００２５】
燃料電池１０は、水素を含んだ燃料ガスと、酸素を含んだ酸化ガス（例えば、空気）の供給を受けて、水素極と酸素極において電気化学反応を起こし、電力を発生させるもので、ここでは、固体高分子型のものが用いられている。燃料ガスおよび空気の供給は、図示しないバルブによって個別に調整されるが、これらバルブの開度は、制御系である電子制御ユニット３０によって制御される。
【００２６】
バッテリ１２は、例えば、鉛バッテリや、ニッケル−水素バッテリ、ニッケル−カドミウムバッテリ、リチウム電池など種々の二次電池を用いることができる。
【００２７】
コンバータ１４は、バッテリ１２から出力された電圧を昇圧して、インバータ２０に印加する。このとき、コンバータ１４は、電子制御ユニット３０からの制御信号に従って、電圧の昇圧を行なう。実際には、コンバータ１４は、４個のスイッチング素子（例えば、バイポーラ形ＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＢＴ））とリアクタとを主回路素子として構成されており、これらスイッチング素子のスイッチング動作を電子制御ユニット３０からの制御信号によって制御されることにより、印加された直流電圧を所望の直流電圧に昇圧変換している。また、コンバータ１４は、燃料電池１０から入力された直流電圧を調整してバッテリ１２に出力することもでき、このコンバータ１４の機能により、バッテリ１２の充放電が実現される。
【００２８】
インバータ２０は、燃料電池１０やバッテリ１２から供給された電力によってモータ２４を駆動する。具体的には、インバータ２０は、燃料電池１０やバッテリ１２から印加された直流電圧を、３相交流電圧に変換してモータ２４に供給すると共に、このとき、電子制御ユニット３０からの制御信号に従って、モータ２４に供給する３相交流電圧の振幅（実際にはパルス幅）及び周波数を調節することによって、モータ２４で発生するトルクを制御している。
【００２９】
実際には、インバータ２０は、６個のスイッチング素子（例えば、バイポーラ形ＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＢＴ））を主回路素子として構成されており、これらスイッチング素子のスイッチング動作を電子制御ユニット３０からの制御信号によって制御されることにより、印加された直流電圧を所望の振幅及び周波数の三相交流電圧に変換している。モータ２４は、例えば、三相同期モータで構成されており、インバータ２０を介して供給された電力によって駆動されて、駆動軸２２にトルクを発生させる。
【００３０】
インバータ２０は、モータ２４を発電機として、インバータ２０の入力側に電力を返還する回生制御も行なう。この回生制御によってインバータ２０の入力側（コンバータ１４の側）に返還された回生電力は、バッテリ１２に蓄積される。また、インバータ２０の入力側には、放熱器４０が並列に接続されている。回生電力がバッテリ１２への充電可能量を上回ったときに、この放熱器４０で回生電力の余剰分を消費可能としている。
【００３１】
放熱器４０は、内部にヒータ（抵抗器）を備え、外側に冷却フィンを備えた構造をしており、この冷却フィンに外気を直接当てて冷却し、取り去った熱を大気に放出している。放熱器４０には、制御部４２が接続されており、インバータ２０からの回生電力を制御部４２を介して放熱器４０のヒータへ供給している。制御部４２は、電子制御ユニット３０からの指令を受けて、放熱器４０へ供給する電力を制御する。制御部４２は、電力制御素子としてのＩＰＭ（Intelligent Power Module）を少なくとも備える。
【００３２】
上述した燃料電池１０、コンバータ１４，インバータ２０、制御部４２の運転は、電子制御ユニット３０によって制御される。電子制御ユニット３０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭおよび動作の同期をとるためのクロック等を備えるマイクロコンピュータとして構成されている。電子制御ユニット３０は、インバータ２０のスイッチングを制御して、要求動力に応じた三相交流をモータ２４に出力する。要求動力に応じた電力が供給されるよう、燃料電池１０およびコンバータ１４の運転を制御する。
【００３３】
また、電子制御ユニット３０は、インバータ２０の制御によって、減速時や降坂時には、モータ２４を発電機として回生制動させることも行なう（電動機制御）。コンバータ１４および制御部４２を制御することにより、回生制動によって発生した回生電力をバッテリ１２と放熱器４０に振り分けて、バッテリ１２に蓄積させ、また放熱器４０で消費させる（回生電力制御）。なお、上記電動機制御が、特許請求の範囲に記載の電動機制御手段に対応し、回生電力制御が、特許請求の範囲に記載の回生電力制御手段に対応する。また、放熱器４０および制御部４２が、特許請求の範囲に記載の回生電力消費手段（あるいは回生電力消費装置）に対応する。
【００３４】
これらの制御を実現するために、電子制御ユニット３０には、種々のセンサ信号が入力される。これらのセンサとしては、例えば、アクセルペダルセンサ、車速を検出する車速センサ、バッテリ１２の出力電圧を検出する電圧センサ、その出力電流を検出する電流センサ、バッテリ１２の温度を検出する二次電池温度センサ、燃料電池１０の出力電圧を検出する電圧センサ、その出力電流を検出する電流センサ、燃料電池１０の温度を検出する燃料電池温度センサ等が設けられている。なお、図中には、バッテリ１２に関わる電圧センサ５０と電流センサ５２と温度センサ５４を示し、その他は省略した。
【００３５】
また、放熱器４０と制御部４２には、故障診断回路４０ａ，４２ａが設けられている。放熱器４０に設けられた故障診断回路４０ａは、放熱器４０に供給される電流を検出する電流センサや放熱器４０の温度を検出する温度センサ等が内蔵されており、放熱器４０での過電流や過熱といった故障を検知することができる。制御部４２に設けられた故障診断回路４２ａは、制御部４２に使用されたＩＰＭに供給される電流を検出する電流センサやＩＰＭの温度を検出する温度センサ等が内蔵されており、ＩＰＭでの過電流や過熱といった故障を検知することができる。
【００３６】
ＩＰＭの過電流を示す制御部第１故障信号Ｓ２１とＩＰＭの過熱を示す制御部第２故障信号Ｓ２２とは、電子制御ユニット３０に入力される。また、放熱器４０の過電流を示す放熱器第１故障信号Ｓ１１と放熱器４０の過熱を示す放熱器第２故障信号Ｓ１２とは、制御部４２に入力され、制御部４２より電子制御ユニット３０に併せて入力される。なお、放熱器第１故障信号Ｓ１１，放熱器第２故障信号Ｓ１２を、制御部４２を介さないで直接電子制御ユニット３０に入力する構成とすることもできる。
【００３７】
電子制御ユニット３０で実行される上述した回生電力をバッテリ１２と放熱器４０に振り分ける回生電力制御について、以下詳細に説明する。図２は、回生電力制御ルーチンを示すフローチャートである。この回生電力制御ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００３８】
図示するように、処理が開始されると、ＣＰＵは、まず、回生制動時か否かを判定する処理を行なう（ステップＳ１００）。具体的には、このＣＰＵで実行される別ルーチンである電動機制御によってモータ２４を回生制動させる処理が行なわれているか否かからその判定を行なう。ここで、回生制動時でないと判定された場合には、ＣＰＵは、処理を「リターン」に進めて、この制御ルーチンを一旦終了する。
【００３９】
一方、ステップＳ１００で、回生制動時と判定された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ１１０に処理を進めて、バッテリ１２の充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）と、温度センサ５４により検出されるバッテリ１２の温度Ｔｂとを取り込む。ＳＯＣは、電圧センサ５０により検出された電圧値と電流センサ５２により検出された電流値と基づいて算出したものである。このＳＯＣの算出は、過去のＳＯＣの履歴情報も加味して行なうこともできる。
【００４０】
続いて、ＣＰＵは、ステップＳ１１０で取り込んだＳＯＣと温度Ｔｂに基づいてバッテリ充電可能量Ｑｂを演算する（ステップＳ１２０）。バッテリ１２は、そのＳＯＣと温度Ｔｂによって充電可能なバッテリ充電可能量が定まることから、実施例では、予め実験などによりバッテリ１２のＳＯＣと温度Ｔｂとバッテリ充電可能量Ｑｂの関係を求めてマップとして電子制御ユニット３０のＲＯＭに予め記憶しておき、バッテリ１２のＳＯＣと温度Ｔｂが与えられるマップからそのＳＯＣと温度Ｔｂに対応するバッテリ充電可能量Ｑｂを導出するものとした。このバッテリ充電可能量Ｑｂの単位はワットである。
【００４１】
ステップＳ１２０では、バッテリ充電可能量Ｑｂは、バッテリ１２のＳＯＣと温度に基づいて求めていたが、これに替えて、両者（ＳＯＣと温度）と、さらに他の物理量（センサ出力値）とからバッテリ充電可能量Ｑｂを求める構成としてもよい。他の物理量としては、電圧、電流、鉛電池の場合の電解液比重等を用いることができる。
【００４２】
ステップＳ１２０の実行後、ＣＰＵは、別ルーチンで実行された電動機制御によって定まるモータ２４の回生電力Ｑｈが、ステップＳ１１０で算出されたバッテリ充電可能量Ｑｂを上回るか否かを判別する（ステップＳ１３０）。ここで、否定判別、すなわち、回生電力Ｑｈがバッテリ充電可能量Ｑｂ以下であると判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ１４０に処理を進めて、回生電力Ｑｈをバッテリ１２に充電させる。詳細には、制御部４２に対して放熱器４０への通電量をゼロとするよう指令し、コンバータ１４に対して回生電力Ｑｈをバッテリ１２に充電させるよう指令する。その後、「リターン」に抜けてこのルーチンを一旦終了する。
【００４３】
一方、ステップＳ１３０で、回生電力Ｑｈがバッテリ充電可能量Ｑｂを上回ると判別された場合には、ステップＳ１５０に処理を進めて、放熱器４０と制御部４２からなる回生電力消費系の故障を判定する処理を行なう。具体的には、次の通りの各種の判定を行なう。なお、それぞれの判定は、判定結果を、緊急性を要する第１故障モードと、緊急性を要しない第２故障モードとのいずれかに区別して定める。
【００４４】
（１）放熱器４０は故障診断回路４０ａにて故障診断を行ない、例えば電流センサによる過電流を検知した場合、判定結果を「第１故障モード」と定める。過電流が発生した場合には、問題が発生する恐れが生じることから緊急性を要する第１故障モードとした。また例えば、温度センサによる過熱を検知した場合、判定結果を「第２故障モード」と定める。過熱検知が発生した場合は、電子制御ユニット３０が回生電力Ｑｈを減少させる短い間に限定して作動可とする第２故障モードとした。
【００４５】
（２）制御部４２の故障診断回路４２ａでは、例えばＩＰＭの故障診断を行ない、過電流を検知した場合、「第１故障モード」と判定し、過熱を検知した場合は「第２故障モード」と判定する。
【００４６】
ステップＳ１５０で回生電力消費系の故障の判定が行なわれると、次いで、ＣＰＵは、その判定結果が、第１故障モードであるか、第２故障モードであるか、故障なしの状態であるかを判別する処理を行なう（ステップＳ１６０）。故障なしの状態は、第１故障モードでも第２故障モードでもない場合を、故障なしの状態と判別する。
【００４７】
ステップＳ１６０で故障なしの状態であると判別されると、ＣＰＵは、ステップＳ１７０に処理を進めて、前述した回生電力ＱｈからステップＳ１２０で求めたバッテリ充電可能量Ｑｂを減算することにより、余剰回生電力Ｑｒを求める。次いで、ＣＰＵは、バッテリ充電可能量Ｑｂをバッテリ１２に充電させるとともに、余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させる（ステップＳ１８０，Ｓ１９０）。ステップＳ１８０では、詳細には、コンバータ１４に対してバッテリ充電可能量Ｑｂをバッテリ１２に充電させるよう指令する。ステップＳ１９０では、詳細には、制御部４２に対して余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させるよう指令する。その後、「リターン」に抜けてこのルーチンを一旦終了する。
【００４８】
一方、ステップＳ１６０で、第１故障モードであると判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ２００に処理を進めて、制御部４２に対して放熱器４０への通電量をゼロとするよう指令することで、放熱器４０を停止させる。その後、インバータ２０を制御して回生電力Ｑｈを所定量ΔＱ１だけ減少させる（ステップＳ２１０）。
【００４９】
続いて、ＣＰＵは、ステップＳ２１０で減少させた回生電力ＱｈからステップＳ１２０で求めたバッテリ充電可能量Ｑｂを減算することにより、余剰回生電力Ｑｒを求める（ステップＳ２２０）。その後、その余剰回生電力Ｑｒとバッテリ充電可能量Ｑｂとの和である回生電力Ｑｈをバッテリ１２に充電させる処理を行なう（ステップＳ２３０）。詳細には、コンバータ１４に対して回生電力Ｑｈをバッテリ１２に充電させるよう指令する。回生電力Ｑｈがバッテリ充電可能量Ｑｂを上回る場合、前述したステップＳ１７０ないしＳ１９０に説明したように、その上回った部分に相当する余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させるのが普通であるが、これに対して、第１故障モードである場合、ステップＳ２２０により、余剰回生電力Ｑｒを含めた回生電力Ｑｈの全部をバッテリ１２に充電させるようにしている。
【００５０】
ステップＳ２３０の実行後、ＣＰＵは、余剰回生電力Ｑｒが、値０より大きいか否かを判別して（ステップＳ２４０）、ここで肯定判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ２１０に処理を戻して、ステップＳ２１０ないしＳ２４０を繰り返し実行する。一方、ステップＳ２４０で否定判別、すなわち余剰回生電力Ｑｒが値０以下であると判別された場合には、「リターン」に抜けてこのルーチンを一旦終了する。
【００５１】
他方、ステップＳ１６０で、第２故障モードであると判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ２５０に処理を進めて、インバータ２０を制御して回生電力Ｑｈを所定量ΔＱ２だけ減少させる。なお、この所定量ΔＱ２は、ステップＳ２１０の電力減少で用いた所定量ΔＱ１より小さな値である。
【００５２】
次いで、ＣＰＵは、ステップＳ２５０で減少させた回生電力ＱｈからステップＳ１２０で求めたバッテリ充電可能量Ｑｂを減算することにより、余剰回生電力Ｑｒを求める（ステップＳ２６０）。続いて、ＣＰＵは、バッテリ充電可能量Ｑｂをバッテリ１２に充電させるとともに、余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させる（ステップＳ２７０，Ｓ２８０）。ステップＳ２７０では、詳細には、コンバータ１４に対してバッテリ充電可能量Ｑｂをバッテリ１２に充電させるよう指令する。ステップＳ２８０では、詳細には、制御部４２に対して余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させるよう指令する。
【００５３】
その後、ＣＰＵは、余剰回生電力Ｑｒが、値０より大きいか否かを判別して（ステップＳ２９０）、ここで肯定判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ２５０に処理を戻して、ステップＳ２５０ないしＳ２９０を繰り返し実行する。一方、ステップＳ２９０で否定判別、すなわち余剰回生電力Ｑｒが値０以下であると判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ２９５に処理を進めて、制御部４２に対して放熱器４０への通電量をゼロとするよう指令することで、放熱器４０を停止させる。その後、「リターン」に抜けてこのルーチンを一旦終了する。
【００５４】
図３は、回生電力Ｑｈがバッテリ充電可能量Ｑｂを上回る場合に、回生電力消費系が故障なしの状態から第１故障モードに移行したとき、モータ２４の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。図示するように、故障なしの状態の期間においては、回生電力Ｑｈの内のバッテリ充電可能量Ｑｂの分がバッテリ１２に充電され、余剰回生電力Ｑｒの分が放熱器４０で消費される。第１故障モードの故障が発生した期間においては、回生電力Ｑｈが時間経過と共に漸次減少されながら、余剰回生電力Ｑｒを含めた回生電力Ｑｈの全部がバッテリ１２に充電される。回生電力Ｑｈは、バッテリ充電可能量Ｑｂと等しくなるまで減少される。
【００５５】
図４は、回生電力消費系が故障なしの状態から第２故障モードに移行したときに、モータ２４の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。図示するように、故障なしの状態の期間においては、図３に示した内容と同じである。第２故障モードの故障が発生した期間においては、回生電力Ｑｈが時間経過と共に漸次減少されながら、余剰回生電力Ｑｒについては故障なし時と同様に放熱器４０で消費される。回生電力Ｑｈは、バッテリ充電可能量Ｑｂと等しくなるまで減少される。なお、このときの減少速度は、第１故障モード時と較べて（図３参照）緩やかである。第２故障モードは、緊急性を要しない故障であることから、放熱器４０が機能を完全に損なっていない可能性が高いことから、回生電力Ｑｈをより一層徐々に減少させながら、余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０で消費させる。
【００５６】
以上のように構成されたこの第１実施例の車両の回生制御装置によれば、回生電力消費系が故障したとしても、その故障の内容によって、図３で示すように余剰回生電力Ｑｒをバッテリ１２に充電させる場合と、図４で示すように余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させる場合とに分けることができる。余剰回生電力Ｑｒをバッテリ１２に充電させる場合、瞬間的に通常使用範囲以上の電力を充電しなければならないが、上記のように放熱器４０にて消費させるケースもあることから、バッテリ１２への蓄積させるケースを少なくすることができる。このために、バッテリ１２の劣化を抑制することができる。
【００５７】
また、この実施例では、回生電力消費系の故障発生時に、余剰回生電力Ｑｒを徐々に減少させていることから、回生電力の制御が容易となる。
【００５８】
なお、この実施例では、上述したように、バッテリ充電可能量Ｑｂを越えてバッテリ１２への充電がなされるケースがあるために、通常運転時に、バッテリ１２が充電不可状態（すなわち、満充電）とならないようにバッテリ１２の充電量が制御されている。
【００５９】
前記第１実施例の変形例ついて次に説明する。
（１）第１実施例では、電力制御素子であるＩＰＭの故障を検出して故障診断したが、ＩＰＭに換えて、パワーＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタ等のＩＰＭ以外の電力制御素子の故障を検出する構成とすることもできる。
【００６０】
（２）第１実施例では、回生電力消費手段として放熱器４０を備える構成としたが、これに換えて、放熱以外の方法で電力消費を図る構成としてもよい。例えば、機械的な負荷を動作させる構成等とすることができる。また、放熱を採用するにしても、本実施例のようにいわゆる空冷式の構成とするのではなく、水冷によって放熱する構成に換えることもできる。
【００６１】
（３）第１実施例では、第１故障モードを、放熱器４０の過電流、制御部４２のＩＰＭ過電流、第２故障モードを、放熱器４０の過熱、制御部４２のＩＰＭ過熱としたが、各モードはこれらに限定されるものではなく、他の要因の故障を付加したら、上記要因を除いたりすることもできる。
【００６２】
（４）第１実施例では、回生電力Ｑｈからバッテリ充電可能量Ｑｂを減算することにより、余剰回生電力Ｑｒを求めていたが、これは、車両に搭載される補機を回生電力消費用に利用しない構成であるためである。補機としては、例えば、燃料電池１０に燃料ガスや冷却水を供給するポンプ、パワーステアリング用のオイルポンプ、車両の電装機器への電力供給用のアウトレット、バッテリ１２の冷却用コンプレッサ、空調用のコンプレッサ、空調用の電熱ヒータ、ブレーキ用のエアコンプレッサなどがある。これら補機は回生電力消費用としても利用することができ、こうした構成においては、放熱器消費用の余剰回生電力Ｑｒは、モータの回生電力Ｑｈからバッテリ充電可能量Ｑｂと補機のトータルの消費電力を減算することにより求める構成とすることができる。
【００６３】
本発明の第２実施例について次に説明する。図５は、第２実施例の車両の回生制御装置を搭載する電動車両の概略構成図である。この電動車両は、車両を駆動する動力源を左側、右側で独立して２系統備えている。動力源を２系統備えることで、大型車に適用するのが好適である。左側動力源と右側動力源とは同様の構成である。各動力源には、第１実施例と同様に、燃料電池４１０（５１０）、バッテリ４１２（５１２）、コンバータ４１４（５１４）、インバータ４２０（５２０）、モータ４２４（５２４）、放熱器４４０（５４０）、放熱器用の制御部４４２（５４２）が備えられている。本実施例では、左側動力源と右側動力源の出力特性、容量は同一とした。また、左側動力源と右側動力源は、共通の電子制御ユニット４３０にて制御される。
【００６４】
モータ４２４の回転軸４２４ａ、モータ５２４の回転軸５２４ａは、それぞれギヤボックス５５０内のギヤ５５２、５５４に接続されている。ギヤ５５２、５５４は駆動ギヤ５５６と噛合する平歯車である。駆動ギヤ５５６は、駆動軸４２２が結合されている。各モータ４２４、５２４の動力は、ギヤボックス５５０の各ギヤを介して駆動軸４２２に出力され、ディファレンシャルギヤ４２６を介して各車輪４２８Ｌ、４２８Ｒに伝達される。
【００６５】
電子制御ユニット４３０は、左側動力源と右側動力源をそれぞれ独立して制御している。すなわち、左側動力源と右側動力源で個別に、燃料電池４１０（５１０）、コンバータ４１４（５１４），インバータ４２０（５２０）、制御部４４２（５４２）を制御することにより、車両の力行制御および回生制御を行なっている。この回生制御時においては、余剰回生電力が発生した場合に、該当する動力源が有する放熱器４４０（５４０）で余剰回生電力の消費を図っている。なお、余剰回生電力は、第１実施例と同様に、モータ４２４（５２４）の回生電力からバッテリ４１２（５１２）の充電可能を減算することにより求めている。なお、余剰回生電力は、第１実施例の変形例（４）のように補機の消費量を加味する構成とすることもできる。
【００６６】
上述したように左側動力源と右側動力源を独立に制御するのは、故障がない正常時であり、故障が発生した場合には正常側の系統で故障側の系統を補うような制御が図られる。この実施例では、片側の系統で、放熱器４４０と制御部４４２（あるいは、放熱器５４０と制御部５４２）からなる回生電力消費系が故障した場合に、故障していない側の正常系統の有する放熱器５４０（あるいは４４０）で余剰回生電力を消費するといった制御を行なう。各系統のモータ４２４，５２４は、ギヤ５５２、５５４、５５６により相互に動力の伝達が可能な状態であることから、余剰回生電力の他方系統側への引き渡しが可能である。
【００６７】
図６は、上述した制御を行なう故障時回生電力制御ルーチンを示すフローチャートである。この故障時回生電力制御ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。図示するように、処理が開始されると、電子制御ユニット４３０のＣＰＵは、まず、左側動力源の有する放熱器４４０と制御部４４２の故障を判定する処理を行なう（ステップＳ６００）。この故障判定の処理は、第１実施例のステップ１５０と同様に、放熱器の過電流、制御部のＩＰＭ過電流、放熱器４０の過熱、制御部４２のＩＰＭ過熱を第１故障モードと第２故障モードとに区別して判定するものである。また、図５においては、この故障判定に利用する各種センサの表示は省略している。次いで、ＣＰＵは、右側動力源の放熱器５４０と制御部５４２の故障を判定する処理を行なう（ステップＳ６１０）。この判定の処理は、ステップＳ６００と同様である。
【００６８】
その後、ＣＰＵは、ステップＳ６００とＳ６１０の判定結果から、左側動力源と右側駆動源が、双方共に故障しているか、片側だけ故障しているかを判別する（ステップＳ６２０，Ｓ６３０）。ここでいう故障とは、前記第１故障モード、第２故障モードのいずれであっても故障とする。ステップＳ６２０で双方共に故障していると判別された場合には、放熱器４４０，５４０を使用することができないと判断して、バッテリ充電可能量の範囲での回生を行なう（ステップＳ６４０）。
【００６９】
一方、ステップＳ６３０で片側だけが故障していると判別された場合には、故障側の系統で発生する余剰回生電力の消費先を、正常側の系統の有する放熱器に定める処理を行なう（ステップＳ６５０）。この設定は、電子制御ユニット４３０内のＲＡＭに予めテーブルを用意してテーブル内に記憶しておくようにすればよい。図７は、余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬの一例を示す説明図である。図示するように、左側動力源の欄と右側駆動源の欄を設けて、それぞれに消費先を値０または１の符号によって定める構成とした。値０の場合は、自身の側の動力源の有する放熱器であることを意味し、値１の場合は、自身じゃない他方側の動力源の有する放熱器であることを意味する。
【００７０】
例えば、ステップＳ６００で左側動力源の有する回生電力消費系に故障があると判定され、ステップＳ６１０で右側動力源の有する回生電力消費系に故障がないと判定された場合には、ステップＳ６５０では、余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬを、図７に例示する内容に書き替える。すなわち、故障している左側動力源の余剰回生電力の消費先を、値１とすることで、右側動力源側とし、故障してない右側動力源の余剰回生電力の消費先を、値０とすることで、右側動力側のままとする。
【００７１】
故障しているのが右側動力源側であれば、余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬは、図７の内容と反転した値、すなわち、上段が値０に、下段が値１となる。ステップＳ６５０の実行後、「リターン」に抜けて、この制御ルーチンを一旦終了する。
【００７２】
一方、ステップＳ６２０，Ｓ６３０で共に否定判別されて、左側動力源、右側動力源共に故障がないと判別された場合には、ステップＳ６６０に処理を進めて、ステップＳ６５０の設定、すなわち、余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬの内容を全て値０にクリアする。この処理により、左側動力源、右側動力源は、各々自身で余剰回生電力の消費を図るように定められる。ステップＳ６６０の実行後、「リターン」に抜けて、この制御ルーチンを一旦終了する。
【００７３】
なお、電子制御ユニット４３０が実行する左側動力源、右側動力源毎の回生電力制御においては、余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬの内容を参照することにより、余剰回生電力を供給する放熱器をいずれの系統側にするかを決めている。
【００７４】
図８は、車両全体の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。例えば、図示するように、時刻ｔ１で左側動力源の有する回生電力消費系に故障が生じた場合、左側動力源で発生した余剰回生電力が、右側放熱器５４０によって消費される。なお、故障の発生後には、左側放熱器４４０で消費する分については時間経過と共に漸次減少されるが、このように故障が発生後、減少されながらも左側放熱器４４０での消費を行なうのは、故障が緊急性を要しない第２故障モードであるためである。緊急性を要する第１故障モードでの故障である場合には、故障の発生後、左側放熱器４４０で消費する分（図中直角三角形の部分）については、故障が生じた側である左側動力源の有するバッテリ４１２に充電させるように構成されている。
【００７５】
以上のように構成されたこの第２実施例の車両の回生制御装置によれば、一方の系統の回生電力消費系に故障が生じても、他の系統の有する回生電力消費系を利用して回生電力の消費を図ることができる。このために、余剰回生電力がバッテリ４１２，５１２にさらに蓄積されることを防止することができることから、バッテリの保護を図ることができる。また、片側の系統の回生電力消費系に故障が生じても、車両全体の回生電力量、すなわち減速度を低下させることもない。
【００７６】
なお、第２実施例では、回生電力消費手段として放熱器４４０、５４０を備える構成としたが、これに換えて、放熱以外の方法で電力消費を図る構成としてもよい。例えば、機械的な負荷を動作させる構成等とすることができる。また、放熱を採用するにしても、本実施例のようにいわゆる空冷式の構成とするのではなく、水冷によって放熱する構成に換えることもできる。
【００７７】
動力源を２系統備える第２実施例は勿論のこと第１実施例の構成が大型車に搭載された場合、車両重量が重く補助ブレーキ力として必要なブレーキ力も大きくなる。このため、回生制動のみで補助ブレーキ力を確保しようとした場合、回生制動にて発生する回生電力は数十ｋＷにもなる。上記第１実施例および第２実施例によれば、こうした大電力である回生電力を安定して消費することができる。
【００７８】
以上、本発明の一実施例を詳述してきたが、本発明は、こうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様にて実施することができるのは勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例の車両の回生制御装置を搭載する電動車両の概略構成図である。
【図２】 回生電力制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】 回生電力消費系に第１故障モードの故障が発生したときに、モータ２４の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。
【図４】 回生電力消費系に第２故障モードの故障が発生したときに、モータ２４の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。
【図５】 第２実施例の車両の回生制御装置を搭載する電動車両の概略構成図である。
【図６】 故障時回生電力制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】 余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬの一例を示す説明図である。
【図８】 車両全体の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池
１２…バッテリ
１４…コンバータ
２０…インバータ
２２…駆動軸
２４…モータ
２６…ディファレンシャルギヤ
２８Ｌ，２８Ｒ…駆動輪
３０…電子制御ユニット
４０…放熱器
４０ａ…故障診断回路
４２…制御部
４２ａ…故障診断回路
５０…電圧センサ
５２…電流センサ
５４…温度センサ
４１０，５１０…燃料電池
４１２，５１２…バッテリ
４１４，５１４…コンバータ
４２０，５２０…インバータ
４２４，５２４…モータ
４２４ａ，５２４ａ…回転軸
４２２…駆動軸
４２６…ディファレンシャルギヤ
４２８Ｌ，４２８Ｒ…車輪
４４０，５４０…放熱器
４４２，５４２…制御部
４３０…電子制御ユニット
５５０…ギヤボックス
５５２…ギヤ
５５６…駆動ギヤ
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源装置と、二次電池と、電源装置と二次電池の少なくとも一方から供給された電力で車両を駆動する電動機とを備える車両において電動機の回生電力を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車のエネルギー源として、化石燃料に替わる電気が注目されている。電気によってモータ（電動機）を駆動することにより車両を走らせる。モータは、減速時や降坂時に回生制動されることで、回生電力を発生する。この回生電力は、バッテリ（二次電池）に蓄積される。この構成において、回生電力によるバッテリの過充電を防止するために、回生電力を熱に変換して、その熱を、放熱器を利用して消費させようとした構成が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３１９２０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、放熱器が故障した際の考慮がなされていないことから、その故障時に回生電力を消費できずバッテリに過大な回生電力が供給され、バッテリが劣化する恐れがあった。
【０００５】
この発明は、回生電力を消費するための放熱器に故障が発生した場合にも、二次電池の保護をできるだけ可能とすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
前述した課題の少なくとも一部を解決するための手段として、以下に示す構成をとった。
【００１６】
本発明の車両の回生制御装置は、
車両を駆動する２系統の動力源を備え、
各系統の動力源は、
電源装置と、
二次電池と、
前記電源装置と二次電池の少なくとも一方から供給された電力によって駆動される電動機と、
所定運転時に、前記電動機を回生制動させるように制御して、前記電動機の回生電力を前記二次電池に充電する電動機制御手段と、
前記二次電池の充電可能量からみて前記回生電力に余剰が発生したときに、余剰回生電力を消費する回生電力消費手段と
をそれぞれ有する車両の回生制御装置であって、
前記系統ごとの回生電力消費手段の故障を判定する故障判定手段と、
一方の系統は回生電力消費手段に故障が存在する故障系統であり、他方の系統は該故障が存在しない正常系統であることが検出された場合に、該故障系統において発生した前記余剰回生電力を、前記正常系統の有する回生電力消費手段にて消費させる故障時制御手段と
を備えることを特徴としている。
【００１７】
この構成の車両の回生制御装置によれば、一方の系統の回生電力消費手段に故障が生じても、他方の系統の有する回生電力消費手段を利用して回生電力の消費を図ることができる。このために、余剰回生電力が二次電池にさらに蓄積されることを防止することができることから、二次電池の保護を図ることができる。また、片側の系統の回生電力消費手段に故障が生じても、車両全体の回生電力量、すなわち減速度を低下させることもない。
【００１８】
前記系統ごとの回生電力消費手段は、電力を熱に変換して放熱させる放熱器を備える構成とすることができる。この構成によれば、簡単な構成によって、回生電力の消費を図ることができる。
【００１９】
前記車両の回生制御装置において、前記電源装置は、燃料電池である構成とすることができる。この構成によれば、燃料電池と、この燃料電池を補助する二次電池をエネルギー源とした車両に適用可能である。
【００２２】
この発明の車両の回生制御方法は、
車両を駆動する２系統の動力源を備え、
各系統の動力源は、電源装置と、二次電池と、前記電源装置と二次電池の少なくとも一方から供給された電力によって駆動される電動機と、前記二次電池の充電可能量からみて前記電動機の回生電力に余剰が発生したときに、余剰回生電力を消費する回生電力消費装置とを備える車両の回生制御方法であって、
（ａ）前記系統ごとの回生電力消費装置の故障を判定する行程と、
（ｂ）一方の系統は回生電力消費装置に故障が存在する故障系統であり、他方の系統は該故障が存在しない正常系統であることが検出された場合に、該故障系統において発生した前記余剰回生電力を、前記正常系統の有する回生電力消費装置にて消費させる行程と
を備えることを特徴としている。
【００２３】
この発明の車両の回生制御方法は、上記発明の車両の回生制御装置と同様な作用・効果を有しており、回生電力消費装置に故障が発生した場合にも、二次電池の保護を図ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。図１は、第１実施例の車両の回生制御装置を搭載する電動車両の概略構成図である。この電動車両には、図示するように、主電源としての燃料電池１０と、補助電源としてのバッテリ（二次電池）１２と、これらの電源から供給される直流電気を交流に変えるインバータ２０と、インバータ２０からの交流電気の供給を受けて駆動軸２２に動力を出力するモータ（電動機）２４とが設けられている。バッテリ１２には、コンバータ１４を介して、燃料電池１０とインバータ２０が並列となるように接続されている。モータ２４によって駆動軸２２に出力された動力は、ディファレンシャルギヤ２６を介して各駆動輪２８Ｌ，２８Ｒに伝達される。
【００２５】
燃料電池１０は、水素を含んだ燃料ガスと、酸素を含んだ酸化ガス（例えば、空気）の供給を受けて、水素極と酸素極において電気化学反応を起こし、電力を発生させるもので、ここでは、固体高分子型のものが用いられている。燃料ガスおよび空気の供給は、図示しないバルブによって個別に調整されるが、これらバルブの開度は、制御系である電子制御ユニット３０によって制御される。
【００２６】
バッテリ１２は、例えば、鉛バッテリや、ニッケル−水素バッテリ、ニッケル−カドミウムバッテリ、リチウム電池など種々の二次電池を用いることができる。
【００２７】
コンバータ１４は、バッテリ１２から出力された電圧を昇圧して、インバータ２０に印加する。このとき、コンバータ１４は、電子制御ユニット３０からの制御信号に従って、電圧の昇圧を行なう。実際には、コンバータ１４は、４個のスイッチング素子（例えば、バイポーラ形ＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＢＴ））とリアクタとを主回路素子として構成されており、これらスイッチング素子のスイッチング動作を電子制御ユニット３０からの制御信号によって制御されることにより、印加された直流電圧を所望の直流電圧に昇圧変換している。また、コンバータ１４は、燃料電池１０から入力された直流電圧を調整してバッテリ１２に出力することもでき、このコンバータ１４の機能により、バッテリ１２の充放電が実現される。
【００２８】
インバータ２０は、燃料電池１０やバッテリ１２から供給された電力によってモータ２４を駆動する。具体的には、インバータ２０は、燃料電池１０やバッテリ１２から印加された直流電圧を、３相交流電圧に変換してモータ２４に供給すると共に、このとき、電子制御ユニット３０からの制御信号に従って、モータ２４に供給する３相交流電圧の振幅（実際にはパルス幅）及び周波数を調節することによって、モータ２４で発生するトルクを制御している。
【００２９】
実際には、インバータ２０は、６個のスイッチング素子（例えば、バイポーラ形ＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＢＴ））を主回路素子として構成されており、これらスイッチング素子のスイッチング動作を電子制御ユニット３０からの制御信号によって制御されることにより、印加された直流電圧を所望の振幅及び周波数の三相交流電圧に変換している。モータ２４は、例えば、三相同期モータで構成されており、インバータ２０を介して供給された電力によって駆動されて、駆動軸２２にトルクを発生させる。
【００３０】
インバータ２０は、モータ２４を発電機として、インバータ２０の入力側に電力を返還する回生制御も行なう。この回生制御によってインバータ２０の入力側（コンバータ１４の側）に返還された回生電力は、バッテリ１２に蓄積される。また、インバータ２０の入力側には、放熱器４０が並列に接続されている。回生電力がバッテリ１２への充電可能量を上回ったときに、この放熱器４０で回生電力の余剰分を消費可能としている。
【００３１】
放熱器４０は、内部にヒータ（抵抗器）を備え、外側に冷却フィンを備えた構造をしており、この冷却フィンに外気を直接当てて冷却し、取り去った熱を大気に放出している。放熱器４０には、制御部４２が接続されており、インバータ２０からの回生電力を制御部４２を介して放熱器４０のヒータへ供給している。制御部４２は、電子制御ユニット３０からの指令を受けて、放熱器４０へ供給する電力を制御する。制御部４２は、電力制御素子としてのＩＰＭ（Intelligent Power Module）を少なくとも備える。
【００３２】
上述した燃料電池１０、コンバータ１４，インバータ２０、制御部４２の運転は、電子制御ユニット３０によって制御される。電子制御ユニット３０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭおよび動作の同期をとるためのクロック等を備えるマイクロコンピュータとして構成されている。電子制御ユニット３０は、インバータ２０のスイッチングを制御して、要求動力に応じた三相交流をモータ２４に出力する。要求動力に応じた電力が供給されるよう、燃料電池１０およびコンバータ１４の運転を制御する。
【００３３】
また、電子制御ユニット３０は、インバータ２０の制御によって、減速時や降坂時には、モータ２４を発電機として回生制動させることも行なう（電動機制御）。コンバータ１４および制御部４２を制御することにより、回生制動によって発生した回生電力をバッテリ１２と放熱器４０に振り分けて、バッテリ１２に蓄積させ、また放熱器４０で消費させる（回生電力制御）。なお、上記電動機制御が、特許請求の範囲に記載の電動機制御手段に対応し、回生電力制御が、特許請求の範囲に記載の回生電力制御手段に対応する。また、放熱器４０および制御部４２が、特許請求の範囲に記載の回生電力消費手段（あるいは回生電力消費装置）に対応する。
【００３４】
これらの制御を実現するために、電子制御ユニット３０には、種々のセンサ信号が入力される。これらのセンサとしては、例えば、アクセルペダルセンサ、車速を検出する車速センサ、バッテリ１２の出力電圧を検出する電圧センサ、その出力電流を検出する電流センサ、バッテリ１２の温度を検出する二次電池温度センサ、燃料電池１０の出力電圧を検出する電圧センサ、その出力電流を検出する電流センサ、燃料電池１０の温度を検出する燃料電池温度センサ等が設けられている。なお、図中には、バッテリ１２に関わる電圧センサ５０と電流センサ５２と温度センサ５４を示し、その他は省略した。
【００３５】
また、放熱器４０と制御部４２には、故障診断回路４０ａ，４２ａが設けられている。放熱器４０に設けられた故障診断回路４０ａは、放熱器４０に供給される電流を検出する電流センサや放熱器４０の温度を検出する温度センサ等が内蔵されており、放熱器４０での過電流や過熱といった故障を検知することができる。制御部４２に設けられた故障診断回路４２ａは、制御部４２に使用されたＩＰＭに供給される電流を検出する電流センサやＩＰＭの温度を検出する温度センサ等が内蔵されており、ＩＰＭでの過電流や過熱といった故障を検知することができる。
【００３６】
ＩＰＭの過電流を示す制御部第１故障信号Ｓ２１とＩＰＭの過熱を示す制御部第２故障信号Ｓ２２とは、電子制御ユニット３０に入力される。また、放熱器４０の過電流を示す放熱器第１故障信号Ｓ１１と放熱器４０の過熱を示す放熱器第２故障信号Ｓ１２とは、制御部４２に入力され、制御部４２より電子制御ユニット３０に併せて入力される。なお、放熱器第１故障信号Ｓ１１，放熱器第２故障信号Ｓ１２を、制御部４２を介さないで直接電子制御ユニット３０に入力する構成とすることもできる。
【００３７】
電子制御ユニット３０で実行される上述した回生電力をバッテリ１２と放熱器４０に振り分ける回生電力制御について、以下詳細に説明する。図２は、回生電力制御ルーチンを示すフローチャートである。この回生電力制御ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００３８】
図示するように、処理が開始されると、ＣＰＵは、まず、回生制動時か否かを判定する処理を行なう（ステップＳ１００）。具体的には、このＣＰＵで実行される別ルーチンである電動機制御によってモータ２４を回生制動させる処理が行なわれているか否かからその判定を行なう。ここで、回生制動時でないと判定された場合には、ＣＰＵは、処理を「リターン」に進めて、この制御ルーチンを一旦終了する。
【００３９】
一方、ステップＳ１００で、回生制動時と判定された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ１１０に処理を進めて、バッテリ１２の充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）と、温度センサ５４により検出されるバッテリ１２の温度Ｔｂとを取り込む。ＳＯＣは、電圧センサ５０により検出された電圧値と電流センサ５２により検出された電流値と基づいて算出したものである。このＳＯＣの算出は、過去のＳＯＣの履歴情報も加味して行なうこともできる。
【００４０】
続いて、ＣＰＵは、ステップＳ１１０で取り込んだＳＯＣと温度Ｔｂに基づいてバッテリ充電可能量Ｑｂを演算する（ステップＳ１２０）。バッテリ１２は、そのＳＯＣと温度Ｔｂによって充電可能なバッテリ充電可能量が定まることから、実施例では、予め実験などによりバッテリ１２のＳＯＣと温度Ｔｂとバッテリ充電可能量Ｑｂの関係を求めてマップとして電子制御ユニット３０のＲＯＭに予め記憶しておき、バッテリ１２のＳＯＣと温度Ｔｂが与えられるマップからそのＳＯＣと温度Ｔｂに対応するバッテリ充電可能量Ｑｂを導出するものとした。このバッテリ充電可能量Ｑｂの単位はワットである。
【００４１】
ステップＳ１２０では、バッテリ充電可能量Ｑｂは、バッテリ１２のＳＯＣと温度に基づいて求めていたが、これに替えて、両者（ＳＯＣと温度）と、さらに他の物理量（センサ出力値）とからバッテリ充電可能量Ｑｂを求める構成としてもよい。他の物理量としては、電圧、電流、鉛電池の場合の電解液比重等を用いることができる。
【００４２】
ステップＳ１２０の実行後、ＣＰＵは、別ルーチンで実行された電動機制御によって定まるモータ２４の回生電力Ｑｈが、ステップＳ１１０で算出されたバッテリ充電可能量Ｑｂを上回るか否かを判別する（ステップＳ１３０）。ここで、否定判別、すなわち、回生電力Ｑｈがバッテリ充電可能量Ｑｂ以下であると判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ１４０に処理を進めて、回生電力Ｑｈをバッテリ１２に充電させる。詳細には、制御部４２に対して放熱器４０への通電量をゼロとするよう指令し、コンバータ１４に対して回生電力Ｑｈをバッテリ１２に充電させるよう指令する。その後、「リターン」に抜けてこのルーチンを一旦終了する。
【００４３】
一方、ステップＳ１３０で、回生電力Ｑｈがバッテリ充電可能量Ｑｂを上回ると判別された場合には、ステップＳ１５０に処理を進めて、放熱器４０と制御部４２からなる回生電力消費系の故障を判定する処理を行なう。具体的には、次の通りの各種の判定を行なう。なお、それぞれの判定は、判定結果を、緊急性を要する第１故障モードと、緊急性を要しない第２故障モードとのいずれかに区別して定める。
【００４４】
（１）放熱器４０は故障診断回路４０ａにて故障診断を行ない、例えば電流センサによる過電流を検知した場合、判定結果を「第１故障モード」と定める。過電流が発生した場合には、問題が発生する恐れが生じることから緊急性を要する第１故障モードとした。また例えば、温度センサによる過熱を検知した場合、判定結果を「第２故障モード」と定める。過熱検知が発生した場合は、電子制御ユニット３０が回生電力Ｑｈを減少させる短い間に限定して作動可とする第２故障モードとした。
【００４５】
（２）制御部４２の故障診断回路４２ａでは、例えばＩＰＭの故障診断を行ない、過電流を検知した場合、「第１故障モード」と判定し、過熱を検知した場合は「第２故障モード」と判定する。
【００４６】
ステップＳ１５０で回生電力消費系の故障の判定が行なわれると、次いで、ＣＰＵは、その判定結果が、第１故障モードであるか、第２故障モードであるか、故障なしの状態であるかを判別する処理を行なう（ステップＳ１６０）。故障なしの状態は、第１故障モードでも第２故障モードでもない場合を、故障なしの状態と判別する。
【００４７】
ステップＳ１６０で故障なしの状態であると判別されると、ＣＰＵは、ステップＳ１７０に処理を進めて、前述した回生電力ＱｈからステップＳ１２０で求めたバッテリ充電可能量Ｑｂを減算することにより、余剰回生電力Ｑｒを求める。次いで、ＣＰＵは、バッテリ充電可能量Ｑｂをバッテリ１２に充電させるとともに、余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させる（ステップＳ１８０，Ｓ１９０）。ステップＳ１８０では、詳細には、コンバータ１４に対してバッテリ充電可能量Ｑｂをバッテリ１２に充電させるよう指令する。ステップＳ１９０では、詳細には、制御部４２に対して余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させるよう指令する。その後、「リターン」に抜けてこのルーチンを一旦終了する。
【００４８】
一方、ステップＳ１６０で、第１故障モードであると判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ２００に処理を進めて、制御部４２に対して放熱器４０への通電量をゼロとするよう指令することで、放熱器４０を停止させる。その後、インバータ２０を制御して回生電力Ｑｈを所定量ΔＱ１だけ減少させる（ステップＳ２１０）。
【００４９】
続いて、ＣＰＵは、ステップＳ２１０で減少させた回生電力ＱｈからステップＳ１２０で求めたバッテリ充電可能量Ｑｂを減算することにより、余剰回生電力Ｑｒを求める（ステップＳ２２０）。その後、その余剰回生電力Ｑｒとバッテリ充電可能量Ｑｂとの和である回生電力Ｑｈをバッテリ１２に充電させる処理を行なう（ステップＳ２３０）。詳細には、コンバータ１４に対して回生電力Ｑｈをバッテリ１２に充電させるよう指令する。回生電力Ｑｈがバッテリ充電可能量Ｑｂを上回る場合、前述したステップＳ１７０ないしＳ１９０に説明したように、その上回った部分に相当する余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させるのが普通であるが、これに対して、第１故障モードである場合、ステップＳ２２０により、余剰回生電力Ｑｒを含めた回生電力Ｑｈの全部をバッテリ１２に充電させるようにしている。
【００５０】
ステップＳ２３０の実行後、ＣＰＵは、余剰回生電力Ｑｒが、値０より大きいか否かを判別して（ステップＳ２４０）、ここで肯定判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ２１０に処理を戻して、ステップＳ２１０ないしＳ２４０を繰り返し実行する。一方、ステップＳ２４０で否定判別、すなわち余剰回生電力Ｑｒが値０以下であると判別された場合には、「リターン」に抜けてこのルーチンを一旦終了する。
【００５１】
他方、ステップＳ１６０で、第２故障モードであると判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ２５０に処理を進めて、インバータ２０を制御して回生電力Ｑｈを所定量ΔＱ２だけ減少させる。なお、この所定量ΔＱ２は、ステップＳ２１０の電力減少で用いた所定量ΔＱ１より小さな値である。
【００５２】
次いで、ＣＰＵは、ステップＳ２５０で減少させた回生電力ＱｈからステップＳ１２０で求めたバッテリ充電可能量Ｑｂを減算することにより、余剰回生電力Ｑｒを求める（ステップＳ２６０）。続いて、ＣＰＵは、バッテリ充電可能量Ｑｂをバッテリ１２に充電させるとともに、余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させる（ステップＳ２７０，Ｓ２８０）。ステップＳ２７０では、詳細には、コンバータ１４に対してバッテリ充電可能量Ｑｂをバッテリ１２に充電させるよう指令する。ステップＳ２８０では、詳細には、制御部４２に対して余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させるよう指令する。
【００５３】
その後、ＣＰＵは、余剰回生電力Ｑｒが、値０より大きいか否かを判別して（ステップＳ２９０）、ここで肯定判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ２５０に処理を戻して、ステップＳ２５０ないしＳ２９０を繰り返し実行する。一方、ステップＳ２９０で否定判別、すなわち余剰回生電力Ｑｒが値０以下であると判別された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ２９５に処理を進めて、制御部４２に対して放熱器４０への通電量をゼロとするよう指令することで、放熱器４０を停止させる。その後、「リターン」に抜けてこのルーチンを一旦終了する。
【００５４】
図３は、回生電力Ｑｈがバッテリ充電可能量Ｑｂを上回る場合に、回生電力消費系が故障なしの状態から第１故障モードに移行したとき、モータ２４の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。図示するように、故障なしの状態の期間においては、回生電力Ｑｈの内のバッテリ充電可能量Ｑｂの分がバッテリ１２に充電され、余剰回生電力Ｑｒの分が放熱器４０で消費される。第１故障モードの故障が発生した期間においては、回生電力Ｑｈが時間経過と共に漸次減少されながら、余剰回生電力Ｑｒを含めた回生電力Ｑｈの全部がバッテリ１２に充電される。回生電力Ｑｈは、バッテリ充電可能量Ｑｂと等しくなるまで減少される。
【００５５】
図４は、回生電力消費系が故障なしの状態から第２故障モードに移行したときに、モータ２４の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。図示するように、故障なしの状態の期間においては、図３に示した内容と同じである。第２故障モードの故障が発生した期間においては、回生電力Ｑｈが時間経過と共に漸次減少されながら、余剰回生電力Ｑｒについては故障なし時と同様に放熱器４０で消費される。回生電力Ｑｈは、バッテリ充電可能量Ｑｂと等しくなるまで減少される。なお、このときの減少速度は、第１故障モード時と較べて（図３参照）緩やかである。第２故障モードは、緊急性を要しない故障であることから、放熱器４０が機能を完全に損なっていない可能性が高いことから、回生電力Ｑｈをより一層徐々に減少させながら、余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０で消費させる。
【００５６】
以上のように構成されたこの第１実施例の車両の回生制御装置によれば、回生電力消費系が故障したとしても、その故障の内容によって、図３で示すように余剰回生電力Ｑｒをバッテリ１２に充電させる場合と、図４で示すように余剰回生電力Ｑｒを放熱器４０にて消費させる場合とに分けることができる。余剰回生電力Ｑｒをバッテリ１２に充電させる場合、瞬間的に通常使用範囲以上の電力を充電しなければならないが、上記のように放熱器４０にて消費させるケースもあることから、バッテリ１２への蓄積させるケースを少なくすることができる。このために、バッテリ１２の劣化を抑制することができる。
【００５７】
また、この実施例では、回生電力消費系の故障発生時に、余剰回生電力Ｑｒを徐々に減少させていることから、回生電力の制御が容易となる。
【００５８】
なお、この実施例では、上述したように、バッテリ充電可能量Ｑｂを越えてバッテリ１２への充電がなされるケースがあるために、通常運転時に、バッテリ１２が充電不可状態（すなわち、満充電）とならないようにバッテリ１２の充電量が制御されている。
【００５９】
前記第１実施例の変形例ついて次に説明する。
（１）第１実施例では、電力制御素子であるＩＰＭの故障を検出して故障診断したが、ＩＰＭに換えて、パワーＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタ等のＩＰＭ以外の電力制御素子の故障を検出する構成とすることもできる。
【００６０】
（２）第１実施例では、回生電力消費手段として放熱器４０を備える構成としたが、これに換えて、放熱以外の方法で電力消費を図る構成としてもよい。例えば、機械的な負荷を動作させる構成等とすることができる。また、放熱を採用するにしても、本実施例のようにいわゆる空冷式の構成とするのではなく、水冷によって放熱する構成に換えることもできる。
【００６１】
（３）第１実施例では、第１故障モードを、放熱器４０の過電流、制御部４２のＩＰＭ過電流、第２故障モードを、放熱器４０の過熱、制御部４２のＩＰＭ過熱としたが、各モードはこれらに限定されるものではなく、他の要因の故障を付加したら、上記要因を除いたりすることもできる。
【００６２】
（４）第１実施例では、回生電力Ｑｈからバッテリ充電可能量Ｑｂを減算することにより、余剰回生電力Ｑｒを求めていたが、これは、車両に搭載される補機を回生電力消費用に利用しない構成であるためである。補機としては、例えば、燃料電池１０に燃料ガスや冷却水を供給するポンプ、パワーステアリング用のオイルポンプ、車両の電装機器への電力供給用のアウトレット、バッテリ１２の冷却用コンプレッサ、空調用のコンプレッサ、空調用の電熱ヒータ、ブレーキ用のエアコンプレッサなどがある。これら補機は回生電力消費用としても利用することができ、こうした構成においては、放熱器消費用の余剰回生電力Ｑｒは、モータの回生電力Ｑｈからバッテリ充電可能量Ｑｂと補機のトータルの消費電力を減算することにより求める構成とすることができる。
【００６３】
本発明の第２実施例について次に説明する。図５は、第２実施例の車両の回生制御装置を搭載する電動車両の概略構成図である。この電動車両は、車両を駆動する動力源を左側、右側で独立して２系統備えている。動力源を２系統備えることで、大型車に適用するのが好適である。左側動力源と右側動力源とは同様の構成である。各動力源には、第１実施例と同様に、燃料電池４１０（５１０）、バッテリ４１２（５１２）、コンバータ４１４（５１４）、インバータ４２０（５２０）、モータ４２４（５２４）、放熱器４４０（５４０）、放熱器用の制御部４４２（５４２）が備えられている。本実施例では、左側動力源と右側動力源の出力特性、容量は同一とした。また、左側動力源と右側動力源は、共通の電子制御ユニット４３０にて制御される。
【００６４】
モータ４２４の回転軸４２４ａ、モータ５２４の回転軸５２４ａは、それぞれギヤボックス５５０内のギヤ５５２、５５４に接続されている。ギヤ５５２、５５４は駆動ギヤ５５６と噛合する平歯車である。駆動ギヤ５５６は、駆動軸４２２が結合されている。各モータ４２４、５２４の動力は、ギヤボックス５５０の各ギヤを介して駆動軸４２２に出力され、ディファレンシャルギヤ４２６を介して各車輪４２８Ｌ、４２８Ｒに伝達される。
【００６５】
電子制御ユニット４３０は、左側動力源と右側動力源をそれぞれ独立して制御している。すなわち、左側動力源と右側動力源で個別に、燃料電池４１０（５１０）、コンバータ４１４（５１４），インバータ４２０（５２０）、制御部４４２（５４２）を制御することにより、車両の力行制御および回生制御を行なっている。この回生制御時においては、余剰回生電力が発生した場合に、該当する動力源が有する放熱器４４０（５４０）で余剰回生電力の消費を図っている。なお、余剰回生電力は、第１実施例と同様に、モータ４２４（５２４）の回生電力からバッテリ４１２（５１２）の充電可能を減算することにより求めている。なお、余剰回生電力は、第１実施例の変形例（４）のように補機の消費量を加味する構成とすることもできる。
【００６６】
上述したように左側動力源と右側動力源を独立に制御するのは、故障がない正常時であり、故障が発生した場合には正常側の系統で故障側の系統を補うような制御が図られる。この実施例では、片側の系統で、放熱器４４０と制御部４４２（あるいは、放熱器５４０と制御部５４２）からなる回生電力消費系が故障した場合に、故障していない側の正常系統の有する放熱器５４０（あるいは４４０）で余剰回生電力を消費するといった制御を行なう。各系統のモータ４２４，５２４は、ギヤ５５２、５５４、５５６により相互に動力の伝達が可能な状態であることから、余剰回生電力の他方系統側への引き渡しが可能である。
【００６７】
図６は、上述した制御を行なう故障時回生電力制御ルーチンを示すフローチャートである。この故障時回生電力制御ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。図示するように、処理が開始されると、電子制御ユニット４３０のＣＰＵは、まず、左側動力源の有する放熱器４４０と制御部４４２の故障を判定する処理を行なう（ステップＳ６００）。この故障判定の処理は、第１実施例のステップ１５０と同様に、放熱器の過電流、制御部のＩＰＭ過電流、放熱器４０の過熱、制御部４２のＩＰＭ過熱を第１故障モードと第２故障モードとに区別して判定するものである。また、図５においては、この故障判定に利用する各種センサの表示は省略している。次いで、ＣＰＵは、右側動力源の放熱器５４０と制御部５４２の故障を判定する処理を行なう（ステップＳ６１０）。この判定の処理は、ステップＳ６００と同様である。
【００６８】
その後、ＣＰＵは、ステップＳ６００とＳ６１０の判定結果から、左側動力源と右側駆動源が、双方共に故障しているか、片側だけ故障しているかを判別する（ステップＳ６２０，Ｓ６３０）。ここでいう故障とは、前記第１故障モード、第２故障モードのいずれであっても故障とする。ステップＳ６２０で双方共に故障していると判別された場合には、放熱器４４０，５４０を使用することができないと判断して、バッテリ充電可能量の範囲での回生を行なう（ステップＳ６４０）。
【００６９】
一方、ステップＳ６３０で片側だけが故障していると判別された場合には、故障側の系統で発生する余剰回生電力の消費先を、正常側の系統の有する放熱器に定める処理を行なう（ステップＳ６５０）。この設定は、電子制御ユニット４３０内のＲＡＭに予めテーブルを用意してテーブル内に記憶しておくようにすればよい。図７は、余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬの一例を示す説明図である。図示するように、左側動力源の欄と右側駆動源の欄を設けて、それぞれに消費先を値０または１の符号によって定める構成とした。値０の場合は、自身の側の動力源の有する放熱器であることを意味し、値１の場合は、自身じゃない他方側の動力源の有する放熱器であることを意味する。
【００７０】
例えば、ステップＳ６００で左側動力源の有する回生電力消費系に故障があると判定され、ステップＳ６１０で右側動力源の有する回生電力消費系に故障がないと判定された場合には、ステップＳ６５０では、余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬを、図７に例示する内容に書き替える。すなわち、故障している左側動力源の余剰回生電力の消費先を、値１とすることで、右側動力源側とし、故障してない右側動力源の余剰回生電力の消費先を、値０とすることで、右側動力側のままとする。
【００７１】
故障しているのが右側動力源側であれば、余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬは、図７の内容と反転した値、すなわち、上段が値０に、下段が値１となる。ステップＳ６５０の実行後、「リターン」に抜けて、この制御ルーチンを一旦終了する。
【００７２】
一方、ステップＳ６２０，Ｓ６３０で共に否定判別されて、左側動力源、右側動力源共に故障がないと判別された場合には、ステップＳ６６０に処理を進めて、ステップＳ６５０の設定、すなわち、余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬの内容を全て値０にクリアする。この処理により、左側動力源、右側動力源は、各々自身で余剰回生電力の消費を図るように定められる。ステップＳ６６０の実行後、「リターン」に抜けて、この制御ルーチンを一旦終了する。
【００７３】
なお、電子制御ユニット４３０が実行する左側動力源、右側動力源毎の回生電力制御においては、余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬの内容を参照することにより、余剰回生電力を供給する放熱器をいずれの系統側にするかを決めている。
【００７４】
図８は、車両全体の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。例えば、図示するように、時刻ｔ１で左側動力源の有する回生電力消費系に故障が生じた場合、左側動力源で発生した余剰回生電力が、右側放熱器５４０によって消費される。なお、故障の発生後には、左側放熱器４４０で消費する分については時間経過と共に漸次減少されるが、このように故障が発生後、減少されながらも左側放熱器４４０での消費を行なうのは、故障が緊急性を要しない第２故障モードであるためである。緊急性を要する第１故障モードでの故障である場合には、故障の発生後、左側放熱器４４０で消費する分（図中直角三角形の部分）については、故障が生じた側である左側動力源の有するバッテリ４１２に充電させるように構成されている。
【００７５】
以上のように構成されたこの第２実施例の車両の回生制御装置によれば、一方の系統の回生電力消費系に故障が生じても、他の系統の有する回生電力消費系を利用して回生電力の消費を図ることができる。このために、余剰回生電力がバッテリ４１２，５１２にさらに蓄積されることを防止することができることから、バッテリの保護を図ることができる。また、片側の系統の回生電力消費系に故障が生じても、車両全体の回生電力量、すなわち減速度を低下させることもない。
【００７６】
なお、第２実施例では、回生電力消費手段として放熱器４４０、５４０を備える構成としたが、これに換えて、放熱以外の方法で電力消費を図る構成としてもよい。例えば、機械的な負荷を動作させる構成等とすることができる。また、放熱を採用するにしても、本実施例のようにいわゆる空冷式の構成とするのではなく、水冷によって放熱する構成に換えることもできる。
【００７７】
動力源を２系統備える第２実施例は勿論のこと第１実施例の構成が大型車に搭載された場合、車両重量が重く補助ブレーキ力として必要なブレーキ力も大きくなる。このため、回生制動のみで補助ブレーキ力を確保しようとした場合、回生制動にて発生する回生電力は数十ｋＷにもなる。上記第１実施例および第２実施例によれば、こうした大電力である回生電力を安定して消費することができる。
【００７８】
以上、本発明の一実施例を詳述してきたが、本発明は、こうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様にて実施することができるのは勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例の車両の回生制御装置を搭載する電動車両の概略構成図である。
【図２】 回生電力制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】 回生電力消費系に第１故障モードの故障が発生したときに、モータ２４の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。
【図４】 回生電力消費系に第２故障モードの故障が発生したときに、モータ２４の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。
【図５】 第２実施例の車両の回生制御装置を搭載する電動車両の概略構成図である。
【図６】 故障時回生電力制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】 余剰回生電力消費先設定用テーブルＴＢＬの一例を示す説明図である。
【図８】 車両全体の回生電力がどのように分配されるかを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池
１２…バッテリ
１４…コンバータ
２０…インバータ
２２…駆動軸
２４…モータ
２６…ディファレンシャルギヤ
２８Ｌ，２８Ｒ…駆動輪
３０…電子制御ユニット
４０…放熱器
４０ａ…故障診断回路
４２…制御部
４２ａ…故障診断回路
５０…電圧センサ
５２…電流センサ
５４…温度センサ
４１０，５１０…燃料電池
４１２，５１２…バッテリ
４１４，５１４…コンバータ
４２０，５２０…インバータ
４２４，５２４…モータ
４２４ａ，５２４ａ…回転軸
４２２…駆動軸
４２６…ディファレンシャルギヤ
４２８Ｌ，４２８Ｒ…車輪
４４０，５４０…放熱器
４４２，５４２…制御部
４３０…電子制御ユニット
５５０…ギヤボックス
５５２…ギヤ
５５６…駆動ギヤ
Claims (4)
- 車両を駆動する２系統の動力源を備え、
各系統の動力源は、
電源装置と、
二次電池と、
前記電源装置と二次電池の少なくとも一方から供給された電力によって駆動される電動機と、
所定運転時に、前記電動機を回生制動させるように制御して、前記電動機の回生電力を前記二次電池に充電する電動機制御手段と、
前記二次電池の充電可能量からみて前記回生電力に余剰が発生したときに、余剰回生電力を消費する回生電力消費手段と
をそれぞれ有する車両の回生制御装置であって、
前記系統ごとの回生電力消費手段の故障を判定する故障判定手段と、
一方の系統は回生電力消費手段に故障が存在する故障系統であり、他方の系統は該故障が存在しない正常系統であることが検出された場合に、該故障系統において発生した前記余剰回生電力を、前記正常系統の有する回生電力消費手段にて消費させる故障時制御手段と
を備える車両の回生制御装置。 - 前記系統ごとの回生電力消費手段は、電力を熱に変換して放熱させる放熱器を備える請求項１に記載の車両の回生制御装置。
- 請求項１または２に記載の車両の回生制御装置であって、
前記電源装置は、燃料電池である車両の回生制御装置。 - 車両を駆動する２系統の動力源を備え、
各系統の動力源は、電源装置と、二次電池と、前記電源装置と二次電池の少なくとも一方から供給された電力によって駆動される電動機と、前記二次電池の充電可能量からみて前記電動機の回生電力に余剰が発生したときに、余剰回生電力を消費する回生電力消費装置とを備える車両の回生制御方法であって、
（ａ）前記系統ごとの回生電力消費装置の故障を判定する行程と、
（ｂ）一方の系統は回生電力消費装置に故障が存在する故障系統であり、他方の系統は該故障が存在しない正常系統であることが検出された場合に、該故障系統において発生した前記余剰回生電力を、前記正常系統の有する回生電力消費装置にて消費させる行程と
を備える車両の回生制御方法。
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