JPH06217406A - 電気自動車の駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気自動車の電動機が回生制動されたとき
に、急激に減速されて乗り心地が悪化してしまうことを
防止する。 【構成】 制御回路８は、与えられた指令値に基づいて
スイッチング回路４を通じてモータ５を駆動すると共
に、回生制動を実行する。回生電力手段１２は、入力し
たアクセル量を制御回路８に出力すると共にモータ５の
回転数から電気自動車の減速加速度を検出しており、減
速加速度が上限値以下となるように制御回路８に指令値
を出力する。これにより、制御回路８は回生量を抑制す
るので、電気自動車が急激に減速されてしまうことを防
止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外部指令に基づいて蓄
電装置の直流電力をインバータにより交流電力に変換し
て電動機を可変速制御すると共に、減速時は回生制動を
実行する制御回路を備えた電気自動車の駆動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に産業用，家庭用電動機に用いられ
るインバータは電動機を可変速運転するために用いられ
ており、例えば図１０に示すように構成されている。即
ち、図１０において、商用電源１からの交流を整流器２
により直流に変換してからコンデンサ３で整流してい
る。スイッチング回路４は直流を任意の周波数の交流に
変換することによりモータ５を可変速運転している。

【０００３】モータ５は、直流電圧の電圧値，回転セン
サ６により検出された回転数，電流センサ７による電流
値，及び外部からの指令値に基づいて制御回路８により
演算が行われ、制御回路８によるスイッチング回路４に
対する制御により適切な状態に制御される。

【０００４】ところで、モータ５を停止するときには、
モータ５を発電機として動作させる回生制動機能を用い
て電気的に制動する。このとき、商用電源１に電力を回
生させることができない場合（例えば、図１０に示すよ
うに整流器２を使用している場合）、回生動作により直
流電圧、即ちコンデンサ３の電圧が上昇し、コンデンサ
３の定格電圧を上回ってしまうことがある。

【０００５】そこで、一般的には、コンデンサ３の電圧
を検出し、その検出電圧が定格電圧を上回ってしまった
場合には、放電用抵抗９及び放電用スイッチング回路１
０により回生エネルギーを抵抗消費させることにより直
流電圧の上昇を防止するようにしている。

【０００６】図１１は商用電源の代りに蓄電装置１１
（蓄電池）を用いた例を示している。この図１１におい
て、蓄電装置１１を用いた場合、モータ５を電動機とし
て使用しているときは、上述した商用電源駆動のときと
同一の動作を行うが、モータ５を発電機として動作させ
て回生制動を行うときは、一般的には、蓄電装置１１
に、回生エネルギーを与えて蓄電装置１１の充電を行っ
ている。この場合、蓄電装置１１の電圧及び電流センサ
７により電流を検出し、蓄電装置１１の充電状態を監視
している。そして、充電が満了したときは、コンデンサ
３の電圧が上昇するので、放電用抵抗９及びスイッチン
グ回路１０により回生電力を抵抗消費させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
インバータを電気自動車に採用した場合、回生制動時に
おける回生量は常に一定であるので、回生制動時に大き
な制動が作用して乗員に不快感を与えるという欠点があ
る。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目
的は、電動機を回生制動したときに、乗員に不快感を与
えることがない電気自動車の駆動装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、外部指令に基
づいて蓄電装置の直流電力をインバータにより交流電力
に変換して電動機を可変速制御すると共に、減速時は回
生制動を実行する制御回路を備えた電気自動車の駆動装
置において、前記電動機から前記蓄電装置に与えられる
回生電力を消費する回生電力消費手段を設け、前記電気
自動車の加速度を検出し且つ回生制動時は電気自動車の
減速加速度が所定の上限値以下となるように前記制御回
路に指令すると共に前記蓄電装置が満充電状態となった
ときは前記回生電力消費手段を駆動する回生電力手段を
設けたものである。

【０００９】この場合、電気自動車の加速度を検出し且
つ回生制動時は電気自動車の減速加速度が所定の上限値
以下となるように前記制御回路に指令すると共に前記蓄
電装置が満充電状態となったときは回生電力を抑制する
ように前記制御回路に指令する回生電力手段を設けるよ
うにしてもよい。また、上記各回生電力手段を、ブレー
キペダルの操作量に応じた回生電力を発生するように制
御回路に指令することを含んで構成してもよい。

【００１０】また、上記各回生電力手段を、電気自動車
が所定の速度以下では動作を停止するように制御回路に
指令することを含んで構成してもよい。さらに、上記各
回生電力手段を、機械的制動力と回生制動力との和が指
令値と一致するような回生電力を発生させるように制御
回路に指令することを含んで構成してもよい。

【００１１】

【作用】請求項１記載の電気自動車の駆動装置によれ
ば、制御回路は、自動車を減速するときは回生制動を実
行する。このとき、回生電力手段は電気自動車の加速度
を検出しており、電気自動車の減速加速度が所定の上限
値以下となるように制御回路に指令する。これにより、
制御回路は回生電力を抑制するので、電気自動車は緩や
かに減速する。そして、蓄電装置が回生電力により満充
電状態となったときは、回生電力手段は回生電力消費手
段を駆動するので、回生電力は蓄電装置に与えられるこ
となく消費される。

【００１２】請求項２記載の電気自動車の駆動装置によ
れば、回生制動時においては、回生電力手段は、電気自
動車の減速加速度が所定の上限値以下となるように制御
回路に指令する。これにより、制御回路は、回生電力を
抑制するので、電気自動車は緩やかに減速する。そし
て、蓄電装置が満充電状態となったときは、回生電力手
段は回生電力を抑制するように制御回路に指令するの
で、満充電状態となった蓄電装置に大きな回生電力が与
えられることはない。

【００１３】請求項３記載の電気自動車の駆動装置によ
れば、回生電力手段は、ブレーキペダルの操作量に応じ
た回生電力を発生するように制御回路に指示する。これ
により、電気自動車は機械的制動に加えて回生制動が付
加されるので、制動能力が向上する。

【００１４】請求項４記載の電気自動車の駆動装置によ
れば、回生電力手段は、電気自動車が所定の速度以下で
は動作を停止するように制御回路に指令する。これによ
り、電気自動車が所定の速度以下では機械的制動のみが
実行されるので、回生制動の不具合時に制動能力が突然
低下してしまうことを防止することができる。

【００１５】請求項５記載の電気自動車の駆動装置によ
れば、回生電力手段は、機械的制動力と回生制動力との
和が指令値となるような回生電力を発生するように制御
回路に指令する。これにより、回生制動の大きさが変動
した場合であっても、安定した制動能力を得ることがで
きる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１及び図２を
参照して説明する。図１は全体の構成を示しており、図
１１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異
なる部分についてのみ説明する。即ち、図１が図１１と
異なる部分は、図１に示すように蓄電装置１１及び回生
電力手段１２が付加されていることと、電源が蓄電装置
１１に置換されたことにより商用電源１及び整流器２が
省略されている点である。

【００１７】回生電力手段１２はアクセル量を入力して
おり、モータ５を電動機として動作させる力行領域で
は、入力したアクセル量を指令値として制御回路８に出
力する。この場合、電気自動車の制御としてトルク制御
を実行するときは、アクセル量がトルク指令値となり、
モータ５のトルク値と均衡した回転数で回転する。

【００１８】次にモータ５を発電機として動作させる回
生領域では、蓄電装置１１に回生エネルギーを返還する
ことにより充電を行うと共に、電気的制動である回生制
動を実行する。

【００１９】図２は回生電力手段１２の機能を概略的に
示している。この図２において、回生電力手段１２は回
生制動を実行する際は、予め設定された回生量Ｂを入力
するようになっており、任意の関数ｆ1 （ｘ）で求めら
れた値Ｂ1 が回生指令値となる。ここで、回生電力手段
１２は蓄電装置１１の電圧を検出しており、その電圧と
上限電圧値とを比較している。つまり、本実施例のよう
に蓄電装置１１が例えばバッテリなどの蓄電池である場
合には、上限電圧以上で充電を行うとバッテリが破損す
る虞がある。このため、蓄電装置１１の充電電圧と上限
値との差を求めると共に、任意の関数ｆ2 により係数Ｋ
V （０≦ＫV ≦１）を上記回生量Ｂ1 に乗算して回生量
ＢV を求める。

【００２０】次に電流検出においては、蓄電装置１１が
バッテリである場合には、上述と同様に上限電流以上で
充電を行うとバッテリが破損する虞があるため、蓄電装
置１１の充電電流と上限値との差を求めると共に、任意
の関数ｆ3 により係数ＫI （０≦ＫI ≦１）を上記回生
量ＢV に乗算して回生量ＢVIを求める。

【００２１】最終の回転数検出においては、検出された
モータ５の回転数をサンプル時間ｔで除算して減速時の
加速度を求め、この加速度と乗員の乗り心地に不快感が
ある上限値との差を求めると共に、任意の関数ｆ4 によ
り係数Ｋr （０≦Ｋr ≦１）を上記回生量ＢVIに乗算し
て回生量ＢVIr を求める。

【００２２】そして、以上のようにして求めた回生量Ｂ
VIr をトルク指令値として、制御回路８に入力すると、
制御回路８は与えられたトルク指令値に応じた回生制動
を実行する。

【００２３】ところで、回生制動が実行されると、蓄電
装置１１に回生電力が与えられてこれが充電される。そ
して、蓄電装置１１が満充電となると、蓄電装置１１の
電圧及び電流が上限値となって係数ＫV 及びＫI は零と
なり回生が行われなくなるが、この場合、回生電力手段
１２は、回生電力消費手段１３を構成する放電用抵抗９
及び放電用スイッチング素子１０による抵抗消費により
回生制動を続行するように指令値を変化する。これによ
り、制御回路８は、放電用スイッチング素子１０をオン
することにより回生電力を抵抗消費して一定の回生制動
力を維持するように制御する。

【００２４】上記構成のものによれば、回生制動時には
電気自動車が急激に減速しないような指令値が回生電力
手段１２から制御回路８に指令されるので、電気自動車
が急激に減速されることを防止することができる。従っ
て、回生制動時に大きな回生制動が発生する従来例のも
のと違って、乗員に不快感を与えることはない。

【００２５】図３乃至図５は本発明の第２実施例を示し
ており、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説
明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。即ち、
放電用抵抗９及び放電用スイッチング素子１０は比較的
大きなスペースを必要としたり、回生動作中は熱の発生
源となるため、この第２実施例では、それらの放電用抵
抗９及び放電用スイッチング素子１０を省略して構成し
たものである。

【００２６】図４は回生電力手段１２の機能を概略的に
示している。この場合、回生電力手段１２は、バッテリ
が満充電となったときは、回生量を減少するように指令
値を変更して出力するようになっている。

【００２７】図５（ａ）は回生量の指令値が小さいとき
のタイムチャートを示しており、回生制動が開始されて
からモータが停止するまでのバッテリ電圧，電流，モー
タ５の回転数及び回転数による加速度制限（回生量の制
限）を実行していることを示すＯＮ信号の出力期間をＴ
1 で示した。この場合、電流及び回転数の値は、見易く
するために負の値で示した。

【００２８】この図５（ａ）において、回生制動が行わ
れると、バッテリ電圧が上昇すると共に、電流が逆向き
に流れて力行状態から回生状態に移行する。そして、回
生状態に移行してからＴ0 秒が経過すると、回生電力手
段１２は、自動車の減速加速度が上限値を上回ったと判
断して回転数による加速度制限をＴ1 秒間実行し続け
る。その後、加速度制限により自動車の減速加速度が上
限値を下回ると、回生電力手段１２による加速度制限が
解除される。この状態において、自動車は本来の回生制
動が続行されながら停止する。

【００２９】さて、図５（ｂ）は回生量の指令値が大き
い場合を示しており、図５（ａ）の場合に比べると回生
制動が大きく作用している。従って、回生量の指令値が
小さい図５（ａ）では、回転数による加速度制限のみが
動作しているが、この図５（ｂ）では、加速度制限がＴ
3 秒間動作している期間中に、蓄電装置１１の満充電に
よる回生量の制限もＴ2 秒間動作している。

【００３０】この第２実施例のものによれば、蓄電装置
１１が満充電状態となったときは回生量が抑制されるの
で、回生電力を消費させる放電用抵抗９及び放電用スイ
ッチング素子１０を省略しながら、回生電力の発生によ
り電気自動車を減速することができる。

【００３１】図６及び図７は本発明の第３実施例を示し
ている。この第３実施例が第２実施例と異なる部分は、
第２実施例では回生量の指令値を一定値としたが、この
第３実施例では、ブレーキペダルの操作量を回生量の指
令値とし、回生制動による電気自動車の状態に応じて運
転者がブレーキペダルにより回生制動力を調整できるよ
うにした点である。

【００３２】図７は回生電力手段１２の機能を示す概略
図である。この図７において、回生電力手段１２はブレ
ーキ量を回生量の指令値として入力して第２実施例と同
様な制御を実行する。

【００３３】この第３実施例によれば、ブレーキペダル
の操作量が大きくなる程、回生量が大きくなるように指
令されるので、ブレーキ性能を高めることができる。こ
の場合、電気自動車が所定の減速加速度に達したときは
回生制動力が抑制されるので、乗員の乗心地が悪化して
しまうことを防止できる。

【００３４】図８は本発明の第４実施例を示す回生電力
手段１２の概略図である。この図８において、回生電力
手段１２は低速領域では回生制動を停止して従来の油圧
式などによる機械的制御に負担させるようになってい
る。これは、自動車が低速であるときは回生エネルギ量
が少ないことと、電気的不具合により回生制動が実行さ
れなくなる緊急時に危険を避けるため、回生制動による
ブレーキを低速で中止する。

【００３５】図９は本発明の第５実施例における回生電
力手段１２を示す概略図である。即ち、放電用抵抗９及
び放電用スイッチング素子１０がない場合は、バッテリ
の充電状態により回生制動によるブレーキ力が変動する
ため、これを一定に保つための機械的制御指令を含んで
制御するように構成した。この場合、回生電力手段１２
は、ブレーキ量の指令値が与えられると、電気的制動指
令と機械的制動指令との和がその指令値と一致するよう
に制御を行うものである。この第５実施例のものによれ
ば、回生制動力の大きさに応じて機械的制動力が調整さ
れるので、常に安定した制動力を発揮させることができ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電気自動車の駆動装置によれば、回生電力手段は、回
生制動時は電気自動車の減速加速度が上限値以下となる
ように制御回路に指令するように構成されているので、
電動機を回生制動したときに、乗員に不快感を与えるこ
とがないという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す全体の概略図

【図２】回生電力手段の機能を示す図

【図３】本発明の第２実施例を示す全体の概略図

【図４】回生電力手段の機能を示す図

【図５】回生制動時の充電状態を示すタイミングチャー
ト

【図６】本発明の第３実施例を示す全体の概略図

【図７】回生電力手段の機能を概略的に示す図

【図８】本発明の第４実施例における回生電力手段の機
能を概略的に示す図

【図９】本発明の第５実施例における回生電力手段の機
能を概略的に示す図

【図１０】従来例における商用電源を電源とする全体の
概略図

【図１１】従来例における蓄電装置を電源とする全体の
概略図

【符号の説明】

４はスイッチング回路、５はモータ（蓄電装置）、６は
回転センサ、７は電流センサ、８は制御回路、１１は蓄
電装置、１２は回生電力手段、１３は回生電力消費手段
である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部指令に基づいて蓄電装置の直流電力
   をインバータにより交流電力に変換して電動機を可変速
   制御すると共に、減速時は回生制動を実行する制御回路
   を備えた電気自動車の駆動装置において、 前記電動機から前記蓄電装置に与えられる回生電力を消
   費する回生電力消費手段と、 電気自動車の加速度を検出するように設けられ、回生制
   動時は電気自動車の減速加速度が所定の上限値以下とな
   るように前記制御回路に指令すると共に前記蓄電装置が
   満充電状態となったときは前記回生電力消費手段を駆動
   する回生電力手段とを備えたことを特徴とする電気自動
   車の駆動装置。
2. 【請求項２】 外部指令に基づいて蓄電装置の直流電力
   をインバータにより交流電力に変換して電動機を可変速
   制御すると共に、減速時は回生制動を実行する制御回路
   を備えた電気自動車の駆動装置において、 電気自動車の加速度を検出するように設けられ、回生制
   動時は電気自動車の減速加速度が所定の上限値以下とな
   るように前記制御回路に指令すると共に前記蓄電装置が
   満充電状態となったときは回生電力を抑制するように前
   記制御回路に指令する回生電力手段を備えたことを特徴
   とする電気自動車の駆動装置。
3. 【請求項３】 回生電力手段は、ブレーキペダルの操作
   量に応じた回生電力を発生するように制御回路に指令す
   ることを含んで構成されていることを特徴とする請求項
   １又は２記載の電気自動車の駆動装置。
4. 【請求項４】 回生電力手段は、電気自動車が所定の速
   度以下では動作を停止するように制御回路に指令するこ
   とを含んで構成されていることを特徴とする請求項１又
   は２記載の電気自動車の駆動装置。
5. 【請求項５】 回生電力手段は、機械的制動力と回生制
   動力との和が指令値に一致するような回生電力を発生さ
   せるように制御回路に指令することを含んで構成されて
   いることを特徴とする請求項１又は２記載の電気自動車
   の駆動装置。