JP4179352B2

JP4179352B2 - 車両の電力制御装置

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Publication number: JP4179352B2
Application number: JP2006189408A
Authority: JP
Inventors: 貴也相馬; 寛史吉田; 武志茂刈
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2026-07-10
Also published as: US20090167217A1; JP2008017681A; KR101245807B1; EP2039559A1; CN101489824A; WO2008007626A1; KR20090037447A; US7923951B2; CN101489824B; EP2039559B1; EP2039559A4

Description

本発明は、制動時に回生電力を発生する走行用の回転電機を含む車両の電力制御に関し、特に、回生電力が充電されるバッテリおよびキャパシタを備えた車両の電力制御に関する。

エンジン（たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる。）とモータとを組合せたハイブリッドシステムと呼ばれるパワートレインを搭載した車両が開発され、実用化されている。さらに、エンジンを搭載しないでモータのみを走行源としたパワートレーンを搭載した車両（電気自動車、燃料電池車）も開発されている。このような車両には、モータ駆動用の蓄電機構（バッテリやキャパシタ）が搭載される。車両の加速時には、蓄電機構から供給される電力によりモータを駆動して車両を加速させる。車両の制動時には、モータをジェネレータとして機能させて発生させた回生エネルギを蓄電機構に充電する。これにより、車両の運動エネルギが電気エネルギとして回収されるとともに、車両には回生制動力が作用する。蓄電機構としてバッテリとキャパシタとを備える車両において、瞬間的な高出力が要求される車両の加速時には、瞬間的な出力特性がバッテリよりも優れるキャパシタからモータに電力を供給することが望ましい。しかし、車両の加速時にキャパシタの充電量が少ないと、キャパシタからモータに十分な電力を供給することができない。特開平５−３０６０８号公報（特許文献１）は、バッテリとキャパシタとを備える電機自動車において、車両の加速時に備えてキャパシタを充電する技術を開示する。

この公報に開示された電気自動車のハイブリッドシステムは、直流電源と、ホィールに取り付けられるモータと、直流電源に接続されモータを駆動するコンバータと、コンバータを制御する制御装置とを有する電気自動車に適用される。このハイブリッドシステムは、直流電源としてのバッテリおよびキャパシタ（大容量コンデンサ）と、加速／減速に応じてバッテリおよびキャパシタの放電／充電の切換を行なうための手段と、回生制動による充電モード時にはバッテリへの充電を制限してキャパシタに急速放電／充電の分担を大きくするための手段とを含む。

この公報に開示された電気自動車のハイブリッドシステムによると、回生制動による充電モード時には、瞬間的な出力特性がバッテリよりも優れるキャパシタに急速放電／充電の分担を大きくするように、切換手段が制御される。これにより、バッテリの急速充電を避けてバッテリの劣化を抑制するとともに、瞬間的な高出力が要求される車両の加速時にキャパシタからモータに電力を供給できるように、キャパシタを予め充電しておくことができる。そのため、車両の加速時において、レスポンスよく車両を加速させることができる。
特開平５−３０６０８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電気自動車のハイブリッドシステムにおいては、回生エネルギを最大限に回収しきれない場合がある。すなわち、回生エネルギをキャパシタに充電する際、バッテリへの充電量が制限される。しかし、回生エネルギが大きい場合において、充電量を制限することなくバッテリを充電し、バッテリで充電しきれない余剰電力によりキャパシタを満充電状態にできる場合がある。このような場合にまでバッテリへの充電量を制限すると、キャパシタへの充電量は同じであるにも関わらず、バッテリへの充電量が低下し、回生エネルギを最大限に回収しきれない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、バッテリとキャパシタとを備える車両において、加速性能を確保するとともに、回生エネルギを最大限に回収できる電力制御装置を提供することである。

第１の発明に係る電力制御装置は、制動時に二次電池の定格電圧よりも高い電圧の回生電力を発生する走行用の回転電機を含む車両の電力制御装置である。この電力制御装置は、回転電機に接続され、回生電力を変換して出力するインバータと、インバータと二次電池との間に接続され、変換された回生電力の電圧を、二次電池の定格電圧に変圧して出力するコンバータと、コンバータとインバータとの間に二次電池と並列に接続され、二次電池よりも定格充放電電力が大きくかつ蓄電容量が少ないキャパシタと、二次電池とキャパシタとのいずれかを優先的に充電するように切換るための切換手段と、回生電力が予め定められた値以上であるか否かを判断するための手段と、予め定められた値以上であると判断されると、二次電池を優先的に充電し、予め定められた値以上でないと判断されると、キャパシタを優先的に充電するように、切換手段を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、制動時に発生する回生電力がインバータにより変換され、並列に接続された二次電池およびキャパシタのいずれかに優先的に充電される。瞬間的な高出力が要求される車両の加速時には、二次電池よりも定格充放電電力が大きく瞬間的な出力特性が優れているキャパシタから走行用の回転電機に電力を供給することが望ましい。そのため、車両の加速時に備えて、二次電池よりもキャパシタを優先的に充電することが考えられる。しかし、回生電力が大きい場合には、二次電池を優先的に充電しても、二次電池で充電しきれない余剰電力により蓄電容量が小さいキャパシタを満充電状態にできる場合がある。ここでいう満充電状態とは、車両の運転者の要求に応じた電力を出力することができる値以上の電気エネルギが充電された状態をいうものとする。以下の説明についても同様である。このような場合にまでキャパシタを優先的に充電すると、回生エネルギの回収量が低下する。すなわち、キャパシタへの充電量は同じであるにも関わらず、キャパシタへの充電が優先されて二次電池の充電開始時間が遅れる。そのため、二次電池の充電時間が短くなり、二次電池の充電量が低下する。そこで、回生電力が予め定められた値（たとえば、二次電池の充電電力の制御上限値およびキャパシタの充電電力の制御上限値の和）以上であるか否かが判断される。回生電力が予め定められた値以上であると、二次電池が優先的に充電される。これにより、二次電池を優先的に充電しても、二次電池で充電しきれない余剰電力（二次電池の充電電力の制御上限値を超える電力）により蓄電容量が小さいキャパシタを満充電状態にすることができる。そのため、キャパシタを優先的に充電する場合に比べて、同じ量の電気エネルギをキャパシタに充電しつつ、二次電池への充電開始時間を早めて、より多くの回生エネルギを二次電池に充電することができる。これにより、十分な加速性能を確保しつつ、より多くの回生エネルギを回収することができる。一方、回生電力が予め定められた値以上でないと、キャパシタが優先的に充電される。そのため、二次電池を優先的に充電する場合に比べて、より多くの電気エネルギをキャパシタに充電することができる。これにより、加速時の瞬間的な高出力に備えて、予めキャパシタを充電しておけるので、十分な加速性能を確保することができる。その結果、バッテリとキャパシタとを備える車両において、加速性能を確保するとともに、回生エネルギを最大限に回収できる電力制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る電力制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、予め定められた値は、二次電池の充電電力の第１の制御上限値およびキャパシタの充電電力の第２の制御上限値に基づいて設定される。

第２の発明によると、二次電池を優先的に充電する場合において、回生電力値が二次電池の充電電力の第１の制御上限値より大きいと、二次電池に充電しきれない余剰電力がキャパシタに充電される。この余剰電力の値が、キャパシタの充電電力の第２の制御上限値に近い場合や第２の制御上限値を超えている場合、キャパシタを短時間で満充電状態にすることができる。そこで、予め定められた値が、二次電池の充電電力の第１の制御上限値およびキャパシタの充電電力の第２の制御上限値に基づいて設定される。たとえば、予め定められた値は、第１の制御上限値および第２の制御上限値の和に設定される。これにより、二次電池を優先的に充電してもキャパシタを短時間で満充電状態にすることができる場合に、二次電池を優先的に充電することができる。

第３の発明に係る電力制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、予め定められた値は、第１の制御上限値および第２の制御上限値の和に設定される。

第３の発明によると、二次電池を優先的に充電する場合において、回生電力値が二次電池の充電電力の第１の制御上限値より大きいと、二次電池に充電しきれない余剰電力がキャパシタに充電される。この余剰電力の値が、キャパシタの充電電力の第２の制御上限値を超えている場合、キャパシタを短時間で満充電状態にすることができる。そこで、予め定められた値が、第１の制御上限値および第２の制御上限値の和に設定される。これにより、二次電池を優先的に充電してもキャパシタを短時間で満充電状態にすることができる場合に、二次電池を優先的に充電することができる。

第４の発明に係る電力制御装置は、第１〜第３のいずれかの発明の構成に加えて、車両のブレーキ圧に基づいて、回生電力を算出するための手段をさらに含む。

第４の発明によると、車両のブレーキ圧が大きい場合は、ブレーキ圧に応じた大きな回生制動力を車両に作用させるために、大きな回生電力が発生する。そこで、車両のブレーキ圧に基づいて、回生電力が算出される。これにより、そのため、発生する回生電力エネルギの大きさを適切に算出することができる。

第５の発明に係る電力制御装置は、制動時に二次電池の定格電圧よりも高い電圧の回生電力を発生する走行用の回転電機を含む車両の電力制御装置である。この電力制御装置は、回転電機に接続され、回生電力を変換して出力するインバータと、インバータと二次電池との間に接続され、変換された回生電力の電圧を、二次電池の定格電圧に変圧して出力するコンバータと、コンバータとインバータとの間に二次電池と並列に接続され、二次電池よりも定格充放電電力が大きくかつ蓄電容量が少ないキャパシタと、二次電池とキャパシタとのいずれかを優先的に充電するように切換るための切換手段と、二次電池を優先的に充電しても、予め定められた値以上の電気エネルギをキャパシタに充電できるような、大きな回生エネルギが発生するか否かを推定するための推定手段と、大きな回生エネルギが発生すると推定されると、二次電池を優先的に充電し、大きな回生エネルギが発生しないと推定されると、キャパシタを優先的に充電するように、切換手段を制御するための制御手段とを含む。

第５の発明によると、瞬間的な高出力が要求される車両の加速時には、二次電池よりも定格充放電電力が大きく瞬間的な出力特性が優れているキャパシタから走行用の回転電機に電力を供給することが望ましい。そのため、車両の加速時に備えて、二次電池よりもキャパシタを優先的に充電することが考えられる。しかし、回生エネルギが大きい場合には、二次電池を優先的に充電しても、二次電池で充電しきれない余剰電力により蓄電容量が小さいキャパシタを満充電状態にできる場合がある。このような場合にまでキャパシタを優先的に充電すると、回生エネルギの回収量が低下する。すなわち、二次電池を優先的に充電してもキャパシタを満充電状態にできるにも関わらず、キャパシタへの充電が優先されて二次電池の充電開始時間が遅れる。そのため、二次電池の充電時間が短くなり、二次電池の充電量が低下する。そこで、二次電池を優先的に充電しても、予め定められた値（たとえば、車両の運転者の要求に応じた電力を出力することができる値）以上の電気エネルギをキャパシタに充電できるような、大きな回生エネルギが発生すると推定される場合には、二次電池が優先的に充電される。そのため、運転者の要求に応じた電力を出力することができる値以上の電気エネルギをキャパシタに充電しつつ、キャパシタを優先的に充電する場合に比べて、二次電池への充電開始時間を早めて、より多くの回生エネルギを二次電池に充電することができる。これにより、十分な加速性能を確保しつつ、より多くの回生エネルギを回収することができる。一方、二次電池を優先的に充電しても、予め定められた値以上の電気エネルギをキャパシタに充電できるような、大きな回生エネルギが発生すると推定されない場合には、キャパシタが優先的に充電される。そのため、二次電池を優先的に充電する場合に比べて、より多くの電気エネルギをキャパシタに充電することができる。これにより、加速時の瞬間的な高出力に備えて、予めキャパシタを充電しておけるので、十分な加速性能を確保することができる。その結果、バッテリとキャパシタとを備える車両において、加速性能を確保するとともに、回生エネルギを最大限に回収できる電力制御装置を提供することができる。

第６の発明に係る電力制御装置においては、第５の発明の構成に加えて、予め定められた値は、車両の運転者の要求に応じた電力を出力することができる値である。

第６の発明によると、二次電池を優先的に充電しても、車両の運転者の要求（たとえば加速要求）に応じた電力をキャパシタから出力することができる。

第７の発明に係る電力制御装置は、第５または第６のいずれかの発明の構成に加えて、車両のブレーキ圧に基づいて、回生電力を算出するための手段をさらに含む。推定手段は、算出された回生電力に基づいて、大きな回生エネルギが発生するか否かを推定するための手段を含む。

第７の発明によると、車両のブレーキ圧が大きい場合は、ブレーキ圧に応じた大きな回生制動力を車両に作用させるために、大きな回生電力が発生する。そこで、車両のブレーキ圧に基づいて、回生電力が算出される。さらに、車両のブレーキ圧に基づいて算出された回生電力が大きい場合は、運転者が長い時間制動力を要求している場合が多い。すなわち、大きな回生電力が長い時間継続して大きな回生エネルギが発生する場合が多い。そこで、車両のブレーキ圧に基づいて算出された回生電力に基づいて、大きな回生エネルギが発生するか否かが推定される。そのため、発生する回生エネルギの大きさを適切に推定することができる。

第８の発明に係る電力制御装置においては、第７の発明の構成に加えて、推定手段は、算出された回生電力に加えて、二次電池の充電電力の第１の制御上限値およびキャパシタの充電電力の第１の制御上限値に基づいて、大きな回生エネルギが発生するか否かを推定するための手段を含む。

第８の発明によると、二次電池を優先的に充電する場合において、回生電力値が二次電池の充電電力の第１の制御上限値より大きいと、二次電池に充電しきれない余剰電力がキャパシタに充電される。この余剰電力の値が、キャパシタの充電電力の第２の制御上限値に近い場合や第２の制御上限値を超えている場合、キャパシタを短時間で満充電状態にすることができる。そこで、算出された回生電力に加えて、第１の制御上限値および第２の制御上限値に基づいて、大きな回生エネルギが発生するか否かが推定される。たとえば、第１の制御上限値と第２の制御上限値との和を算出された回生電力の値と比較することにより、大きな回生エネルギが発生するか否かが推定される。そのため、発生する回生エネルギの大きさをより適切に推定することができる。

第９の発明に係る電力制御装置においては、第８の発明の構成に加えて、推定手段は、第１の制御上限値と第２の制御上限値との和よりも算出された回生電力の値が大きい場合に、大きな回生エネルギが発生すると推定するための手段を含む。

第９の発明によると、二次電池を優先的に充電する場合において、回生電力値が二次電池の充電電力の第１の制御上限値より大きいと、二次電池に充電しきれない余剰電力がキャパシタに充電される。この余剰電力の値が、キャパシタの充電電力の第２の制御上限値を超えている場合、キャパシタを短時間で満充電状態にすることができる。そこで、第１の制御上限値と第２の制御上限値との和よりも算出された回生電力の値が大きい場合に、大きな回生エネルギが発生すると推定される。これにより、二次電池を優先的に充電してもキャパシタを短時間で満充電状態にすることができる場合に、大きな回生エネルギが発生すると推定することができる。

第１０の発明に係る電力制御装置においては、第５または第６のいずれかの発明の構成に加えて、推定手段は、ナビゲーション装置からの情報に基づいて、大きな回生エネルギが発生するか否かを推定するための手段を含む。

第１０の発明によると、たとえば、急傾斜の長い降坂路を車両が走行している間は、傾斜に合わせた大きさの回生制動力が運転者により要求されることが多い。すなわち、大きな回生電力が長い時間継続して大きな回生エネルギが発生する場合が多い。そこで、ナビゲーション装置からの情報に基づいて、大きな回生エネルギが発生するか否かが推定される。たとえば、ナビゲーション装置から取得した自車走行情報から自車の走行路面状況が判断され、急傾斜の長い降坂路を走行している場合には、大きな回生エネルギが発生すると推定される。これにより、発生する回生エネルギの大きさを適切に推定することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る電力制御装置が搭載された車両について説明する。この車両は、バッテリ１００と、インバータ２００と、モータジェネレータ３００と、コンデンサ４００と、システムメインリレー５１０（ＳＭＲ（１）５００、制限抵抗５０２、ＳＭＲ（２）５０４、ＳＭＲ（３）５０６）と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６００とを含む。本実施の形態に係る電力制御装置は、ＥＣＵ６００が実行するプログラムにより制御される。なお、本実施の形態において、車両はモータジェネレータ３００からの駆動力のみにより走行する電気自動車として説明するが、本発明に係る電力制御装置が搭載される車両は電気自動車に限られず、その他、ハイブリッド車、燃料電池車などに搭載してもよい。

バッテリ１００は、複数のセルを直列に接続したモジュールをさらに複数直列に接続した組電池である。なお、バッテリ１００に加えてキャパシタ７００が備えられ、ともにそれぞれの特性に応じて、モータジェネレータ３００に電力を供給する。

インバータ２００は、６つのＩＧＢＴ（Ｉnsulated Gate Bipolar Transistor）と、ＩＧＢＴのエミッタ側からコレクタ側に電流を流すように、各ＩＧＢＴにそれぞれ並列に接続された６つのダイオードとを含む。

インバータ２００は、ＥＣＵ６００からの制御信号に基づいて、モータジェネレータ３００をモータまたはジェネレータとして機能させる。インバータ２００は、モータジェネレータ３００をモータとして機能させる場合、バッテリ１００やキャパシタ７００から供給された直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ３００に供給する。インバータ２００は、各ＩＧＢＴのゲートをオン／オフ（通電／遮断）してモータジェネレータ３００に供給する電力を制御することにより、モータジェネレータ３００がＥＣＵ６００からの制御信号で要求される出力状態になるように制御する。

インバータ２００は、モータジェネレータ３００をジェネレータとして機能させる場合、モータジェネレータ３００が発電した交流電力を直流電力に変換し、バッテリ１００やキャパシタ７００に充電する。インバータ２００は、各ＩＧＢＴのゲートをオン／オフ（通電／遮断）してモータジェネレータ３００が発電する電力（回生電力）を制御することにより、ＥＣＵ６００からの制御信号で要求される回生制動力（回生トルク）が車両に作用するように制御する。

モータジェネレータ３００は、三相交流モータであるとともに、車両の回生制動時に発電するジェネレータである。モータジェネレータ３００の回転軸は、最終的には車両のドライブシャフト（図示せず）に接続される。車両は、モータジェネレータ３００からの駆動力により走行する。

コンデンサ４００は、インバータ２００と並列に接続されている。コンデンサ４００は、バッテリ１００から供給された電力、またはインバータ２００から供給された電力を平滑化するため、電荷を一旦蓄積する。平滑化された電力は、インバータ２００またはバッテリ１００に供給される。

システムメインリレー５１０は、正極側のＳＭＲ（１）５００、ＳＭＲ（２）５０４および負極側のＳＭＲ（３）５０６から構成される。ＳＭＲ（１）５００、ＳＭＲ（２）５０４、ＳＭＲ（３）５０６は、コイルに対して励磁電流を通電したときにオンする接点を閉じるリレーである。ＳＭＲ（１）５００およびＳＭＲ（２）５０４は、バッテリ１００の正極側に設けられている。ＳＭＲ（１）５００とＳＭＲ（２）５０４とは、並列に接続されている。ＳＭＲ（１）５００には、制限抵抗５０２が直列に接続されている。ＳＭＲ（１）５００は、ＳＭＲ（２）５０４が接続される前に接続され、インバータ２００に突入電流が流れることを防止するプリチャージ用ＳＭＲである。ＳＭＲ（２）５０４は、ＳＭＲ（１）５００が接続され、プリチャージが終了した後に接続される正側ＳＭＲである。ＳＭＲ（３）５０６は、バッテリ１００の負極側に設けられている負側ＳＭＲである。各ＳＭＲは、ＥＣＵ６００により制御される。

電源オン時（イグニッションスイッチのポジションがＯＦＦ位置からＳＴＡ位置に切換られる時）、ＥＣＵ６００は、先ず、ＳＭＲ（３）５０６をオンし、次にＳＭＲ（１）５００をオンしてプリチャージを実行する。ＳＭＲ（１）５００には制限抵抗５０２が接続されているので、ＳＭＲ（１）５００をオンしてもインバータ２００にかかる電圧は緩やかに上昇し、突入電流の発生を防止することができる。プリチャージ実行後、ＥＣＵ６００は、ＳＭＲ（２）５０４をオンにする。電源オフ時（イグニッションスイッチのポジションがＳＴＡ位置からＯＦＦ位置に切換られる時）、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００からの漏電防止などのため、ＳＭＲ（１）５００、ＳＭＲ（２）５０４およびＳＭＲ（３）５０６をオフする。

さらに、この車両には、上述したように、バッテリ１００に加えて、キャパシタ７００が搭載される。キャパシタ７００は、インバータ２００の入力側端子とコンデンサ４００との間に接続される。キャパシタ７００は、コイルに対して励磁電流を通電したときにオンする接点を閉じるリレー７０２およびリレー７０４をＥＣＵ６００が開閉制御して、インバータ２００との間で電力を充放電する。電源オン時には、リレー７０２およびリレー７０４はオンされる。電源オフ時には、キャパシタ７００からの漏電防止などのため、リレー７０２およびリレー７０４はオフされる。

キャパシタ７００は、バッテリ１００よりも定格充放電電力が大きく、瞬間的な高入出力に対応できる。キャパシタ７００は、バッテリ１００よりも蓄電容量が少なく回生エネルギの充電時には短時間で満充電状態となる。

また、この車両には、バッテリ１００とインバータ２００との間に、昇圧コンバータ８００が設けられる。車両の加速時には、昇圧コンバータ８００により、たとえばバッテリ１００の定格電圧（２００Ｖ程度）が、５００Ｖ程度（モータジェネレータ３００の定格電圧）まで昇圧されて、インバータ２００に供給される。車両の回生制動時には、インバータ２００で直流電圧に変換された５００Ｖ程度の回生電圧が、バッテリ１００の定格電圧に降圧されて、バッテリ１００に供給される。昇圧コンバータ８００は、２つのＩＧＢＴや電流変化を低減させるリアクトルから構成される。

さらに、この車両には、ＥＣＵ６００に接続されたブレーキ圧センサ２１００が設けられる。ブレーキ圧センサ２１００は、運転者によるブレーキペダル（図示せず）の踏込み力に応じたブレーキ圧を検出し、ブレーキ圧を表わす信号をＥＣＵ６００に送信する。

ＥＣＵ６００は、イグニッションスイッチ（図示せず）、アクセルペダルの踏込み量センサ（図示せず）、ブレーキ圧センサ２１００などから送信される信号に基づいて、ＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶されたプログラムを実行する。このプログラムにより、インバータ２００、昇圧コンバータ８００および各ＳＭＲ等が制御されて、車両は所望の状態で走行するように制御される。

本実施の形態において、バッテリ７００およびキャパシタ９００の充放電は、昇圧コンバータ８００の出力電圧（システム電圧）を変更することにより制御される。

たとえば、モータジェネレータ３００に電力を供給する場合、キャパシタ７００の電圧よりも昇圧コンバータ８００の出力電圧を低くすると、キャパシタ７００から優先的に放電される。昇圧コンバータ８００の出力電圧をキャパシタ７００の電圧以上にすると、バッテリ１００から優先的に放電される。

一方、回生制動時にモータジェネレータ３００で発電された電力をバッテリ１００もしくはキャパシタ７００に充電する場合、昇圧コンバータ８００の出力電圧をキャパシタ７００の電圧以下にすると、バッテリ１００が優先的に充電される。キャパシタ７００の電圧よりも昇圧コンバータ８００の出力電圧を高くすると、キャパシタ７００が優先的に充電される。

また、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００の温度や充電状態などに基づいて、バッテリ充電電力制限値（バッテリ１００に充電される電力の最大値）ＷＩＮ（Ｂ）を算出する。同様に、ＥＣＵ６００は、キャパシタ７００の温度や電圧に基づいて、キャパシタ充電電力制限値（キャパシタ７００に充電される電力の最大値）ＷＩＮ（Ｃ）を算出する。なお、充電電力制限値ＷＩＮ（Ｂ）および充電電力制限値ＷＩＮ（Ｃ）は、それぞれの定格充電電力値を超えないように算出される。

図２を参照して、本実施の形態に係る電力制御装置を構成するＥＣＵ６００が実行するプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ６００は、ブレーキ圧センサ２１００から送信される信号に基づいて、回生電力値Ｐを算出する。たとえば、図３に示すような、ブレーキ圧をパラメータとして回生電力値Ｐが予め記憶されたマップに基づいて、回生電力値Ｐを算出する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００の温度や充電状態などに基づいて、バッテリ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｂ）を算出する。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ６００は、キャパシタ７００の温度や電圧に基づいて、キャパシタ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｃ）を算出する。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｂ）とキャパシタ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｃ）との和より回生電力値Ｐが大きいか否かを判断する。大きいと判断されると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８に移される。そうでないと（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００を優先的に充電してもキャパシタ７００を満充電状態にできるような、大きな回生エネルギが発生すると推定する。なお、本ステップにて、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００を優先的に充電しても、キャパシタ７００を優先的に充電する場合と同じ量の電気エネルギをキャパシタ７００に充電できるような、大きな回生エネルギが発生すると推定してもよい。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００を優先的に充電するように、昇圧コンバータ８００の出力電圧をキャパシタ７００の電圧以下にする制御信号を昇圧コンバータ８００に送信する。

Ｓ１１２にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００を優先的に充電するとキャパシタ７００を満充電状態にできるような、大きな回生エネルギが発生しないと推定する。なお、本ステップにて、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００を優先的に充電しても、キャパシタ７００を優先的に充電する場合と同じ量の電気エネルギをキャパシタ７００に充電できるような、大きな回生エネルギが発生しないと推定してもよい。

Ｓ１１４にて、ＥＣＵ６００は、キャパシタ７００を優先的に充電するように、昇圧コンバータ８００の出力電圧をキャパシタ７００の電圧よりも高くする制御信号を昇圧コンバータ８００に送信する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るＥＣＵ６００の動作について説明する。

まず、図４に示すような回生エネルギが発生した場合を想定する。図４に示す回生エネルギは、時刻Ｔ（１）から時刻Ｔ（０）まで発生し、回生電力値Ｐ（１）がバッテリ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｂ）より小さい。このような場合において、バッテリ１００を優先的に充電すると、回生エネルギがすべてバッテリ１００に充電されて、キャパシタ７００は充電されない。そこで、ブレーキ圧に基づいて回生電力値Ｐ（１）が算出され（Ｓ１００）、バッテリ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｂ）とキャパシタ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｃ）との和より回生電力値Ｐ（１）が小さいため（Ｓ１０６にてＮＯ）、大きな回生エネルギは発生しないと推定され（Ｓ１１２）、キャパシタ７００が優先的に充電される（Ｓ１１４）。そのため、発生した回生エネルギをキャパシタ７００に充電することができる。これにより、加速時の瞬間的な高出力に備えて、予めキャパシタ７００を充電しておけるので、十分な加速性能を確保することができる。

次に、図５に示すような回生エネルギが発生した場合を想定する。図５に示す回生エネルギは、時刻Ｔ（１）から時刻Ｔ（０）まで発生し、回生電力値Ｐ（２）がバッテリ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｂ）とキャパシタ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｃ）との和より大きい。このような場合において、バッテリ１００を優先的に充電しても、バッテリ１００で充電しきれない余剰電力によりキャパシタ７００を満充電状態にできると考えられる。

このような場合にまで、キャパシタ７００を優先的に充電すると、図６に示すように、キャパシタ７００への充電が優先されてバッテリ１００の充電開始時間が時刻Ｔ（１）より遅い時刻Ｔ（３）となり、バッテリ１００の充電量が低下する。なお、図６の一点鎖線は、キャパシタ７００を優先的に充電した場合のバッテリ１００に回収される回生エネルギのみを表わす。一方、バッテリ１００およびキャパシタ７００のいずれを優先的に充電しても、キャパシタ７００への充電量は同じであり、キャパシタ７００を満充電状態にできる。そのため、全体として回生エネルギの回収量が低下する。

そこで、ブレーキ圧に基づいて回生電力値Ｐ（２）が算出され（Ｓ１００）、バッテリ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｂ）とキャパシタ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｃ）との和より回生電力値Ｐ（２）が大きいため（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、大きな回生エネルギが発生すると推定され（Ｓ１０８）、バッテリ１００が優先的に充電される（Ｓ１１０）。

これにより、キャパシタ７００を優先的に充電する場合に比べて、同じ量の電気エネルギを充電してキャパシタ７００を満充電状態にしつつ、図５に示すように、バッテリ１００への充電開始時間を時刻Ｔ（３）から時刻Ｔ（１）に早めることができる。そのため、より多くの回生エネルギをバッテリ１００に充電することができる。これにより、十分な加速性能を確保しつつ、回生エネルギを最大限に回収することができる。

以上のように、本実施の形態に係る電力制御装置によれば、ブレーキ圧に基づいて算出される回生電力値が、バッテリ充電電力制限値とキャパシタ充電電力制限値との和より大きいと、キャパシタを優先的に充電する。そのため、キャパシタを優先的に充電する場合に比べて、同じ量の電気エネルギを充電してキャパシタを満充電状態にしつつ、バッテリへの充電開始時間を早めて、より多くの回生エネルギをバッテリに充電することができる。これにより、十分な加速性能を確保しつつ、回生エネルギの回収量の低下を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、図２に示すフローチャートにて、バッテリ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｂ）およびキャパシタ充電電力制限値ＷＩＮ（Ｃ）の和と回生電力値Ｐとを比較（Ｓ１０６）した結果に基づいて、大きな回生エネルギが発生するか否かを推定した（Ｓ１０８、Ｓ１１２）が、大きな回生エネルギが発生するか否かを推定する方法はこれに限定されない。たとえば、バッテリ１００の定格充電電力およびキャパシタ７００の定格充電電力に基づいて定めたしきい値を記憶しておき、回生電力値Ｐとしきい値とを比較した結果に基づいて、大きな回生エネルギが発生するか否かを推定してもよい。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に係る動力制御装置について説明する。本実施の形態に係る動力制御装置は、上述の第１の実施の形態に係る動力制御装置の構成と比較して、ブレーキ圧センサ２１００、ＥＣＵ６００に代えて、ナビゲーション装置２２００、ＥＣＵ１６００を含む点が異なる。ＥＣＵ１６００は、第１の実施の形態に係る動力制御装置を構成するＥＣＵ６００と比べて、プログラムの制御構造のみが異なる。これら以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係る動力制御装置の構成と同じ構成である。同じ構成については同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図７を参照して、本発明の実施の形態に係る電力制御装置が搭載された車両について説明する。

ナビゲーション装置２２００は、ＧＰＳ（Global Positioning System）の衛星から受信する自車の位置情報に基づいて、自車走行情報を算出する。なお、自車走行情報には、ナビゲーション装置２２００に記録された地図データに基づく、自車の地図上の走行位置情報を含む。これにより、自車の進行方向の道路の勾配情報も算出できる。ナビゲーション装置２２００は、算出した自車走行情報を表わす信号をＥＣＵ１６００に送信する。

図８を参照して、本実施の形態に係る電力制御装置を構成するＥＣＵ１６００が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、図８に示したフローチャートの中で、前述の図２に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ１６００は、ナビゲーション装置２２００が算出した自車走行情報を取得する。

Ｓ２０２にて、ＥＣＵ１６００は、ナビゲーション装置２２００から取得した自車走行情報に基づいて、予め定められた勾配以上の降坂路が予め定められた距離以上継続するか否かを判断する。継続すると判断されると（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８へ移される。もしそうでないと（Ｓ２０２にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。

本実施の形態に係る電力制御装置を構成するＥＣＵ１６００によれば、ナビゲーション装置２２００から取得した自車走行情報に基づいて、予め定められた勾配以上の降坂路が予め定められた距離以上継続するか否かが判断される（Ｓ２０２）。長い距離の急傾斜の降坂路を車両が走行している間は、急傾斜に応じた大きな回生制動力が運転者により要求されることが多い。すなわち、大きな回生電力が長い時間継続し、大きな回生エネルギが発生する場合が多い。そこで、予め定められた勾配以上の降坂路が予め定められた距離以上継続すると判断されると（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、大きな回生エネルギが発生すると推定され（Ｓ１０８）、バッテリ１００が優先的に充電される（Ｓ１１０）。これにより、上述の第１の実施の形態と同様に、キャパシタ７００を優先的に充電する場合に比べて、同じ量の電気エネルギをキャパシタに充電しつつ、バッテリ１００への充電開始時間を早めて、より多くの回生エネルギをバッテリ１００に充電することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る電力制御装置が搭載される車両の構造を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る電力制御装置を構成するＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態に係る電力制御装置が搭載される車両におけるブレーキ圧と回生電力値との関係を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る電力制御装置が搭載される車両におけるキャパシタおよびバッテリの充電電力値のタイミングチャート（その１）である。本発明の第１の実施の形態に係る電力制御装置が搭載される車両におけるキャパシタおよびバッテリの充電電力値のタイミングチャート（その２）である。本発明に係る電力制御装置を搭載しない車両におけるキャパシタおよびバッテリの充電電力値のタイミングチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る電力制御装置が搭載される車両の構造を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る電力制御装置を構成するＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００バッテリ、２００インバータ、３００モータジェネレータ、４００コンデンサ、５１０システムメインリレー、５００，５０４，５０６ＳＭＲ、５０２制限抵抗、６００ＥＣＵ、７００キャパシタ、７０２，７０４リレー、８００昇圧コンバータ、２１００ブレーキ圧センサ、２２００ナビゲーション装置。

Claims

制動時に二次電池の定格電圧よりも高い電圧の回生電力を発生する走行用の回転電機を含む車両の電力制御装置であって、
前記回転電機に接続され、前記回生電力を変換して出力するインバータと、
前記インバータと前記二次電池との間に接続され、前記変換された回生電力の電圧を、前記二次電池の定格電圧に変圧して出力するコンバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間に前記二次電池と並列に接続され、前記二次電池よりも定格充放電電力が大きくかつ蓄電容量が少ないキャパシタと、
前記二次電池と前記キャパシタとのいずれかを優先的に充電するように切換るための切換手段と、
前記回生電力が予め定められた値以上であるか否かを判断するための手段と、
前記予め定められた値以上であると判断されると、前記二次電池を優先的に充電し、前記予め定められた値以上でないと判断されると、前記キャパシタを優先的に充電するように、前記切換手段を制御するための制御手段とを含む、電力制御装置。
前記予め定められた値は、前記二次電池の充電電力の第１の制御上限値および前記キャパシタの充電電力の第２の制御上限値に基づいて設定される、請求項１に記載の電力制御装置。
前記予め定められた値は、前記第１の制御上限値および前記第２の制御上限値の和に設定される、請求項２に記載の電力制御装置。
前記電力制御装置は、前記車両のブレーキ圧に基づいて、前記回生電力を算出するための手段をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の電力制御装置。
制動時に二次電池の定格電圧よりも高い電圧の回生電力を発生する走行用の回転電機を含む車両の電力制御装置であって、
前記回転電機に接続され、前記回生電力を変換して出力するインバータと、
前記インバータと前記二次電池との間に接続され、前記変換された回生電力の電圧を、前記二次電池の定格電圧に変圧して出力するコンバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間に前記二次電池と並列に接続され、前記二次電池よりも定格充放電電力が大きくかつ蓄電容量が少ないキャパシタと、
前記二次電池と前記キャパシタとのいずれかを優先的に充電するように切換るための切換手段と、
前記二次電池を優先的に充電しても、予め定められた値以上の電気エネルギを前記キャパシタに充電できるような、大きな回生エネルギが発生するか否かを推定するための推定手段と、
前記大きな回生エネルギが発生すると推定されると、前記二次電池を優先的に充電し、前記大きな回生エネルギが発生しないと推定されると、前記キャパシタを優先的に充電するように、前記切換手段を制御するための制御手段を含む、電力制御装置。
前記予め定められた値は、前記車両の運転者の要求に応じた電力を出力することができる値である、請求項５に記載の電力制御装置。
前記電力制御装置は、前記車両のブレーキ圧に基づいて、前記回生電力を算出するための手段をさらに含み、
前記推定手段は、前記算出された回生電力に基づいて、前記大きな回生エネルギが発生するか否かを推定するための手段を含む、請求項５または６に記載の電力制御装置。
前記推定手段は、前記算出された回生電力に加えて、前記二次電池の充電電力の第１の制御上限値および前記キャパシタの充電電力の第２の制御上限値に基づいて、前記大きな回生エネルギが発生するか否かを推定するための手段を含む、請求項７に記載の電力制御装置。
前記推定手段は、前記第１の制御上限値と前記第２の制御上限値との和よりも前記算出された回生電力の値が大きい場合に、前記大きな回生エネルギが発生すると推定するための手段を含む、請求項８に記載の電力制御装置。
前記推定手段は、ナビゲーション装置からの情報に基づいて、前記大きな回生エネルギが発生するか否かを推定するための手段を含む、請求項５または６に記載の電力制御装置。