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【発明の名称】 電池の充電状態に依存する電池回生を用いる電気自動車
【発明者】 【氏名】アーサ− ポール ライアンズ

【氏名】ティモシー マイケル グリュー
【要約】 【課題】電池の充電状態に依存して電池の回生を行う、ハイブリッド電気自動車の作動と作動特性を単純、効率的にする装置及び方法の提供。

【解決手段】補助電源及び発電制動による電池の充電の大きさは、電池が部分充電と最大充電の間の充電状態時は、電池の相対的な充電状態に応じた充電の大きさにより傾斜する。トラクション・モータ要求と補助電源から使用可能なエネルギーとの間の不足は、電池の充電状態に応じた量で電池から供給される。電池が最大充電近くまで充電時は不足する全量が電池から供給され、電池がほとんど放電状態時は、少量のエネルギーが供給されるか、全く供給されない。電池の充電状態がほぼ全部充電状態とほぼ全部放電状態の間では、電池は充電状態に単調に依存するエネルギー量を供給する。電池がほぼ全部充電時には発電制動を行っている間、補助電源からの電池の充電は減少する。発電制動の間に回帰するエネルギー量の制御は、発電機として作動するトラクション・モータの変換効率の制御で行ってももよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】電池から少なくともいくらかのトラクティブ効果（tractive effort ：牽引効果）を引き出す自動車を作動する方法において、前記方法は、前記電池が最大充電（full charge ：最大容量の充電）より低い第１の充電状態であるとき、ダイナミック・ブレーキ（発電制動）制動中に、トラクション・モータ（traction motor）から実質的に全エネルギーを前記電池に回帰させる工程と、前記電池が最大充電と第１の充電状態の間の充電レベルであるとき、ダイナミック・ブレーキ制動中に、トラクション・モータから全エネルギーより少ないエネルギーを前記電池に回帰させる工程と、および前記電池が最大充電状態に達したとき、ダイナミック・ブレーキ制動中に、トラクション・モータから実質的にエネルギーを前記電池に回帰させない工程とからなることを特徴とする自動車を作動する方法。
【請求項２】前記ダイナミック・ブレーキ制動中に、トラクション・モータから全エネルギーより少ないエネルギーを前記電池に回帰させる工程は、前記最大充電に対する前記充電の割合に単調に比例した量の使用可能なダイナミック・ブレーキ制動エネルギーを回帰させる工程を含むことを特徴とする、請求項１記載の自動車を作動する方法。
【請求項３】前記自動車を作動する方法において、さらに、実質的に全エネルギーを回帰させる工程と全エネルギーより少ないエネルギーを回帰させる工程の間と、全エネルギーより少ないエネルギーを回帰させる工程と実質的にエネルギーを回帰させない工程の間とに、円滑な遷移をさせる工程を含むことを特徴とする、請求項１記載の自動車を作動する方法。
【発明の詳細な説明】【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド電気自動車の作動と作動特性を単純かつ効率的にする装置および方法に関する。
【従来の技術】ハイブリッド電気自動車は、低公害自動車の中ではもっとも実用的なものとして広く研究されている。ハイブリッド電気自動車は、また、自動車の車輪を駆動する、電気トラクション・モータ（traction motor）に電力を供給する電気「トラクション」（traction）電池を備える。ハイブリッド電気自動車の「ハイブリッド」(hybrid)な面は、自動車の駆動中にトラクション電池を再充電するために、電気エネルギーの二次もしくは補助電源を使用する点にある。この電気エネルギーの二次電源は太陽電池パネル、燃料電池、内燃機関・発電機、または一般的なその他の電気エネルギー源でもよい。内燃機関を電気エネルギーの二次電源として使用する場合は、少量の燃料を使用し低公害である比較的小型の機関（エンジン）を使用するのが一般的である。それに伴う利点は、このような小型内燃機関は限られたＲＰＭ（毎分回転数）の範囲で駆動できるので、エンジンの公害（汚染）防止効果が最適化されることである。「一次」および「二次」の用語は、電気エネルギー源を説明するのに使用される場合には、単に駆動中に配分されるエネルギーのルートに関するだけで、本発明における基礎的な重要性を意味するものではない。電池のみを動力源とする純粋な電気駆動自動車では、自動車が電池充電ステーション（battery charging station）から遠く離れている時に電池が消耗してしまうかもしれず、一日中使用したあとで無事にデポ（depot ：駐車場）に戻ることができた場合でも、電池を再充電しなくてはならないという欠点がある。ハイブリッド電気自動車は純粋な電気駆動自動車に対して大きな利点がある。すなわち、ハイブリッド電気自動車は駆動中に電池を再充電するので、通常は外部からの電池充電を必要としない点である。したがって、ハイブリッド電気自動車は、燃料の補給を必要とする、内燃機関を動力源とする通常の自動車と同様に使用できる。ハイブリッド電気自動車のもう１つの主な利点は、燃費が良いことである。この燃費における利点は、少なくとも制動の一部で運動の機械的エネルギーを電気に変換し電池にエネルギーを戻す、回生発電制動（regenerative dynamic braking）を使用していることによる。都市輸送という条件下で自動車における全摩擦損失のほぼ半分にあたるのが制動損失であるということは既に知られている。この５０％のエネルギーを復元し、再使用のために電池に戻すことによって、回生発電制動を使用しない場合に比べ、はるかに小型の「二次」燃料使用発電機を使用することが可能になる。また、より小型の二次電源を使用することで単位時間毎またはマイル毎の使用燃料を少なくできる。さらにハイブリッド電気自動車の他の１つの利点は、多くの条件下で、自動車を加速するために使用できる動力が、電池が供給する最大出力と二次発電機が発生する最大出力の合計である点である。発電機がディーゼル内燃機関である場合、電池の出力とディーゼル出力を組み合わせることで、非常に大きな総出力が得られるにも関わらず低燃費である。
【発明が解決しようとする課題】ハイブリッド電気自動車は経済的にも環境的にも利点が多い一方で、広く受け入れられるためには、その作動および運転者の入力に対する反応の両方が、従来の内燃機関動力自動車と同様に「誰でもできるほど簡単」（foolproof ）でなければならない。
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の電池から少なくともいくらかの牽引効果（tractive effort）を引き出す自動車を作動する方法において、前記方法は、前記電池が最大充電より低い第１の充電状態であるとき、ダイナミック・ブレーキ制動中に、トラクション・モータから実質的に全エネルギーを前記電池に回帰させる工程からなる。本方法の他の工程は、前記電池が最大充電と第１の充電状態の間の充電レベルであるとき、ダイナミック・ブレーキ制動中に、トラクション・モータから全エネルギーより少ないエネルギーを前記電池に回帰させる工程と、および前記電池が最大充電状態に達したとき、ダイナミック・ブレーキ制動中に、トラクション・モータから実質的にエネルギーを前記電池に回帰させない工程からなる。本実施例において、前記ダイナミック・ブレーキ制動中に、トラクション・モータから全エネルギーより少ないエネルギーを前記電池に回帰させる工程は、前記最大充電に対する前記充電の割合に単調に比例した量の使用可能なダイナミック・ブレーキ制動エネルギーを回帰させる工程を含む。本発明の好適な実施例において、上記工程は電池の充電状態に従い１つの工程から他の工程へと円滑に遷移する。発電制動の量は、電池充電量を関数として漸進的に変化するので、摩擦制動ブレーキ（friction brakes ：フリクション・ブレーキ）は制動中に、運転者のブレーキペダルを作動させる力によって自動的に、不足を補完する。
【発明の実施の形態】本発明の実施例について、添付の図面を参照して詳細に説明する。図１において、電気自動車１０は、交流電圧電気トラクション・モータ４０、本発明の１つの実施例では３位相交流モータ（three-phase alternating current motor ）、に接続された少なくとも１つの車輪１２を有する。モータ４０は、好ましくは公知のモータ発電機であり、発電制動中、運動の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する。動力制御部１４は、動力ハンドリング（power handling）パスを介してトラクション・モータ４０、トラクション電池２０、ブロック１６で示される補助または二次電源に接続される。ブロック１６に示されるように、補助電源は、発電機２２を駆動させるディーゼルエンジン１８等の内燃機関、または燃料電池２４を備えてもよい。両方ともタンク１８ｔの燃料を使用する。ブロック５０で示されるコマンド（指令）制御部は、コマンド制御部５０にプログラムされた適切な制御方法にしたがって、動力制御部１４、補助電源１６、およびトラクション・モータ４０の動作を制御するために、情報パスを介して動力制御部１４、補助電源１６、およびトラクション・モータ４０に接続される。比較的高出力を蓄電できる最も一般的で安価なタイプの電池は、一般的な鉛蓄電池（lead/H2SO4 battery）からなるものである。電池が最大容量まで充電されているときに充電電流を印加しないように注意すれば、また電解質のガス化と望ましくない熱の発生を防止するようにすれば、さらに硫酸化を避けることができれば、安全性のためにゲルタイプの電解質を使用する、このタイプの電池は電気自動車での使用に適している。図１において、自動車１０の表示部と運転者制御部はブロック３０で示されている。運転コマンドをコマンド制御部５０に与えるため、ブロック３０が双方向データパス３１を介してコマンド制御ブロック５０に接続されていることが示されている。コマンド制御部５０は、運転コマンドを動力制御部１４、補助電源１６、およびトラクション・モータ４０等の動力装置に対する適切なコマンドに変換する。さらに、ブレーキペダル３０ａに接続された従来のハイドリック・ブレーキ（液圧ブレーキ）システムによるフリクション・ブレーキ（摩擦制動）の直接制御を行うため、ブロック３０がパス３２を介してフリクション・ブレーキ３６ａ，３６ｂに接続されていることが示されている。図２は図１の動力制御部１４の要素と図１の他の要素との相互接続を示すものである。特に、（もし必要であれば）補助電源１６の交流電流出力を直流電圧に変換するために、動力制御部１４は補助電源１６に接続された整流装置２６を有する。動力制御部１４はさらに、電池２０、整流装置２６、およびトラクション・モータ４０に電力接続で結合された直流−交流インバータ２８からなる、双方向推進制御システムを有する。上記のように、インバータ２８、補助電源１６、トラクション・モータ４０の動作はコマンド制御部５０により制御される。直流−交流インバータ２８に加えて、推進制御システムは、モータ／発電機、電池、および補助電源のさまざまな作動パラメータを検出するための電圧センサおよび電流センサを有する。図１および図２の装置の基本的動作は、以下の通りである。コマンド制御部（５０）がインバータ２８の各スイッチ（図示せず）をパルス幅コマンド（pulse-width command ）により制御し、その結果、トラクション・モータ４０に結合されたインバータ２８のポート２８ｍで、選択された周波数と大きさを有する交流電圧に、量的に近似する電圧が発生する。好ましい実施例においては、インバータは電界志向コマンド（Field Oriented Command: ＦＯＣ）型で、トラクション・モータは同様にＦＯＣ誘導モータである。トラクション・モータ４０によりコマンド（指令）された交流電流ドライブの周波数と大きさは、選択されたモータ速度で選択されたトラクション電流によって、モータを駆動するするように選択されている。通常、トラクション・モータ４０は、モータ速度が上がるにしたがって増大する逆起動力（back EMF）を発生させるので、インバータは（コマンド制御部５０の制御下では）同様のトラクション・モータ駆動電流を維持するためにより高い交流電圧周波数でより多くの交流電圧を発生させなければならない。モータはインバータ出力のコマンド（指令）周波数に一致した周波数で回転する。また、図１および図２の電気自動車の基本的動作においては、発電制動（ダイナミック・ブレーキ）と摩擦制動（friction brake：フリクション・ブレーキ）の両方が行われる。発電機として機能しているトラクション・モータにより、自動車が速度を落としたときに運動の（機械的）エネルギーを取り戻せるので、発電制動がより所望の。発電制動が行われる時には、図２の直流−交流インバータ２８は、第２の、または回生的方向で作動しており、トラクション・モータ４０で発電した交流電流を、トラクション電池２０を充電するための直流電圧に変換する。さらに、電気自動車が補助電源１６を有するハイブリッド電気自動車である時は、コマンド制御部５０のコマンドにしたがって、電池を再充電するため、および／またはトラクション・エネルギーのいくらかを供給するために、自動車運転中に補助電源が作動する。 電気自動車が発電制動を使用して通常モードで駆動され、電池が全部（最大容量まで）充電されているとき、発電制動は既に充電された電池に充電（charge）電流を流す傾向があることがしられていた。鉛蓄電池の特徴は、最大充電された電池に充電電流を印加した状態で、電池の電圧が著しく上昇し、最大充電した状態では名目上１２ボルト、無電流で１３ボルトの状態から、１６ボルト近くにまで達する点であり、そのため過充電状態がおきたことをコマンド制御部に指示する。コマンド制御部が、電池を保護するために発電制動によって生成されたエネルギーを電池から切り離すと、電池の電圧は最大充電されて無電流の状態にまで急激に降下する。また、これにより発電制動制御部は、過電圧制御が行われるまでふたたび電池にエネルギーを供給することが可能になる。この結果、コマンド制御部のループ特性により確定されたパルス率（rate）での発電制動が定期的に行われ、パルス間隔の期間に電池を過充電する傾向がある、感知されうる制動チャッタ（chatter ）が発生する。これらの過充電とチャッタは両方とも望ましくない。図３（ａ）および図３（ｂ）はともに、本発明の１つの特徴による制御方法を示し、それにより、トラクション電池が特定の充電量より少ない状態にある時、発電制動から生成したエネルギーのトラクション電池への全回生または回帰を可能にする。この特定の充電量は最大充電より少ない。またトラクション電池の充電レベルが特定の充電と最大充電の間のときは、特定の充電量と最大充電の充電量の差に応じて、またはそれに対して相関的なその時の充電状態に対応して、発電制動で生成された回生エネルギーの比率を徐々に低減する。本発明の１つの実施例においては、この関係は単調(monotonic) であり、もしくは一次関数的でもよい。図３（ａ）において、プロット３１０は本発明の１つの特徴による制御方法に従う、トラクション電池充電状態に対応する回生量を示している。特に、プロット３１０は、１００％、またはできる限り１００％に近い回生を示す発電制動回生値において一定である部分３１２を定める。最大充電では、発電制動により生成されたエネルギーの回生量はゼロ近くまで、またはできる限りゼロになるまで低減される。プロット３１０に示される制御方法はさらに、「第１の充電」と名付けられた一定のトラクション電池充電レベルにおける１００％の回生から、トラクション電池の最大充電におけるゼロ回生にいたるまで、単調に傾斜する第２の部分３１４を含む。トラクション電池充電状態に応じた自動車の回生的トラクションまたは制動に対する効果は図３（ｂ）のプロット３２０で示される。図３（ｂ）において、プロット３２０は、最大回生トラクションを示す一定値で低充電レベルからトラクション電池充電の「第１」のレベルまでいたる、第１の部分３２２を含む。プロット３２０の第２の部分３２４は「第１」の充電レベルの１００％から、最大充電における０％にいたるまで、単調に減少する回生トラクションを示す。プロット３１０および３２０の３１４と３２４は、それぞれ、一次関数的減少として示されているが、制御目的としては３１４と３２４は単調であれば十分である。この発電制動における単調な減少は自動車の運転者に感知されない。なぜならトラクション電池の充電状態はゆっくりと変化し、したがって回生制動量もゆっくりと変化するためである。回生制動はゆっくりと変化するので、フリクション・ブレーキ（摩擦制動ブレーキ）は、発電制動と所望の制動力の間のいかなる不足も徐々に埋め合わせ（take up ）する。これはまた、制御方法が、電池が最大充電されているときに、回生を単に止めることでトラクション電池を過充電から単に保護するときに、現れるチャッタを低減させる。図４は、図３（ａ）および図３（ｂ）により示されるタイプの動作をもたらす、図１の制御プロセッサ５０を制御する制御方法の一部４００を示す簡略化したフローチャートである。図４において、論理（logic ）は開始ブロック４１０から開始し、トラクション電池パック（図１の２０）のパラメータ、例えば温度、電圧、および電流さらに検知時間(noting time) 等を検知することを示すブロック４１２に進む。これらのパラメータのサンプルは、図４のループにおける論理の各反復のように、頻繁なサンプリング間隔で集められる。論理ブロック４１２から、論理は、電池に入った充電量を決定し、電池に残された充電量を減算することで、トラクション電池の充電状態を評価することを示すブロック４１４に進む。この充電の測定はアンペア時（amphour ）である。いったん評価がトラクション電池の充電状態からなされると、論理は、現在または現時点で評価されたトラクション電池の充電状態を、図３（ａ）および図３（ｂ）の「第１の充電」レベルにより示される一定の充電値と比較する、決定ブロック４１６に進む。上記したように、この充電レベルは最大充電より低い。トラクション電池の評価された充電状態が第１の充電レベルよりも低いことを、決定ブロック４１６が発見したときには、論理は決定ブロック４１６からＹＥＳ出力を通って、回生制動全エネルギーまたは出力を使用することを可能にすることを示す、次のブロック４１８に進む。４１８でとられるアクションは、例えば、トラクション・モータの電気出力を最大にするために、制動中（発電機モードで動作している）トラクション・モータの電界電流を調整することである。いくつかのタイプのモータ／発電機は明確な電界巻線（field winding ：フィールド・ワインディング）を有していない。むしろ１つの巻線が他の１つの巻線の制御された電流により所望の電流を誘導または自己感応させる、複数の巻線を有することに注目されたい。本発明の目的にとっては、電界電流を生成する方法が不適切な場合には、電界電流が所望の量生成されれば十分である。ブロック４１８から、論理はブロック４１２に戻り、ループを反復する。ハイブリッド電気自動車がこの状態で駆動されているときには、トラクション電池は、（補助内燃機関／発電機の作動により）トラクション電池と自動車の運動を含むエネルギー蓄積システムに対して、継続的なエネルギー注入がなされることによって、しばしばより十分に充電される。最終的に、トラクション電池の充電状態は図３（ａ）および図３（ｂ）に示された「第１の充電」レベルを超える。その時、図４の論理ループ４００により示された予めプログラムされた論理の一部を、図１の制御部５０の論理が反復する状態が変る。なぜなら、論理はもはや決定ブロック４１６のＹＥＳ出力から出るのではなく、そのかわりにＮＯ出力へと出ていくからである。決定ブロック４１６のＮＯ出力から、論理は、図３（ａ）および図３（ｂ）の最大充電と「第１の充電」の差に比例する現時点での充電量に逆の関係もしくは反比例して、第１の回生電力または自動車の機械的エネルギーの形で使用可能なエネルギーの大きさを減少させることを示す、次のブロック４２０へと進む。したがって、もし図３（ａ）および図３（ｂ）のＣＣに示されるように、現在の充電状態が第１の充電と最大充電の中間の７０％にある場合には、回復され電池に結合される運動エネルギーの量は３０％である。もし現在の充電レベルが１００％に達したときには、可能な回生は０％である。上記のように、発電機として作動するトラクション・モータからのエネルギーまたは電力の結合制御は、単に、ＦＯＣ制御された交流電流モータにおける駆動のコマンド・トルクを調整することで達成される。本発明の本実施例においては、トラクション電池に回帰する、発電機として作動するモータによって生成された電力量を調整するために、トルクは速度に比例して減少させられる。上記の説明では、図４の論理はトラクション電池の充電状態に従って回生を制御する。これは、発電機として作動するトラクション・モータにより自動車に働く減速力は制動中減少することを意味する。回生制動を使用する電気自動車の利点の１つは、フリクション・ブレーキが制動全てに必要ではなくなることであり、例えば構成の際それらを軽くすることにより、より使用が少ないことを利用するために、自動車の設計と構成がなされてもよい。図４の論理を参照して説明したように、発電制動はトラクション電池がいくつかの条件下にある場合は低減される。本発明の他の特徴によれば、回生制動が減少している間に追加の制動を行うために、論理は図４のブロック４２０から、発電機として作動するトラクション・モータの効率を減少させることを示す次のブロック４２２に進む。この発電機として作動するトラクション・モータの効率を減少させることは、スリップまたは電界巻線の電流のどちらかを、好ましくは両方を調整することにより達成される。図４のブロック４２２から、論理はブロック４１２に戻り、「ループ」または論理４００の反復を始める。 上記に説明したように、チャッタもしくは不均一な動作は、最大容量まで充電した電池を追加の充電から保護することから生じる。同様の効果がほぼ放電した電池で加速しようとするときに生じる。図１の自動車１０を加速する際、トラクション電池２０と補助または二次電源１６（内燃機関／発電機）の両方がトラクション・モータ４０の電気エネルギー源として使用可能である。従って、トラクション・モータ４０は補助電源１６の最大出力とトラクション電池２０の最大出力の合計で電力を提供しうる。これは加速のバースト（bursts）が大きな出力を必要とする、都市での運転に都合がよい。しかし、いくつかの条件の下では、トラクション電池保護制御が、電池が放電状態とみなされる充電状態に達したときにトラクション電池から電力を取り出すことを単に停止するものであるときは、一種のチャッタを起こすであろう。この種のチャッタは、ロッキー山脈分水界（The Continental Divide）横断のように、自動車が長時間登坂したときに起こる。道路に従って自動車を上昇させるエネルギーの使用率が補助電源１６によるエネルギー供給率を超える場合には、電池は継続的に放電し、最終的には「放電」レベルとみなされる充電レベルに達するであろう。もし、その時に、トラクション電池制御部が単にトラクション・モータ回路からトラクション電池を切断するだけであるなら、トラクション・モータに使用可能な電流の量は急速に補助電源１６により提供されるレベルにまで減少し、結果としてトラクティブ出力が突然変化し、自動車は速度が急激に減少することになる。しかし、トラクション電池の放電をトラクション・モータに移動させると、電池電圧を急激に無負荷電圧にまで上昇させてしまう。制御部がこの電圧の上昇をトラクション電池が使用可能な充電状態であることを示していると解釈した場合、トラクション電池をトラクション・モータに再接続し、それにより再度トラクション電池から追加のトラクティブ出力を供給するが、これはトラクション電池の電圧を降下させる。当業者はこれを、登坂時に「チャグ」（chug: ぽっぽっと音をたてること）や傾斜を自動車に起こさせる、振動状態（oscillatory condition ）として認識する。この点で、トラクション電池の寿命が長い方が望ましいという状況においては、「完全に」放電された電池もいまだ実質的には充電されており、放電の程度があまりに大きすぎるとこのような電池の寿命は急激に減少する。従って、電気駆動自動車を検討する際の放電電池は、電池が完全に放電した状態にあるとみなされる状態であるが、いまだ実質的には充電されていることに注目されたい。ハイブリッド電気自動車において、補助エネルギー源はエネルギーを継続的に供給し、それはトラクション要求が補助エネルギー源の出力より小さいときに、トラクション電池を充電するのに使用される。制御方法は、補助エネルギー源とトラクション電池の両方からトラクション・モータへのエネルギーを供給するのを可能にする。トラクション・モータ要求が補助電源出力を超えるときは、電流がトラクション電池から引き出され、それにより電圧が降下する。トラクション電池が完全に放電した状態に近いときには、電流を引き出したことによる電圧の降下は、電池からの電流の流れを止めることによるトリッガー（trigger ）電池保護によってもよい。また、制御方法により電流の流れを移動させると、自動車が補助電源のみによって電力を与えられることになり、トラクション電池の電圧を上昇させる。トラクション電池の電圧が上昇すると、制御方法はもはや電池が放電されていることが認識できず、トラクション電池からの電流の流れが再び可能になる。トラクション電池とトラクション・モータの結合および切断を繰り返す工程は、制御システムの揺れ（oscillation ）を構成する。この揺れにより、トラクティブ出力は制御システム振動率により変化し、自動車の運転者によって感知される。本発明の他の特徴によれば、制御部５０はトラクション電池の充電状態に応じてトラクション電池から引き出すことができる電力量を制御する。これは上記の「チャグ」状態を避けて、速度を円滑に減少させることができ、それにより自動車は電池の充電が減少しているときも登山することができる。図５は、本発明のこの特徴による制御の結果を示すプロット５００を示している。図５において、自動車に使用可能なトラクション出力（traction power）はトラクション電池の充電状態またはレベルに対して構想される。プロット５００は、比較的低レベルである、補助電気エネルギーまたは出力源の継続的出力を示す部分５１０を含む。プロット部分５１０は、名目上の充電条件より低いレベルから、トラクション電池の名目上放電状態である「低充電点」として指定された充電レベルにまでいたる。プロット部分５１２によって示される作動領域において、自動車に使用可能なトラクティブ出力は比較的高レベルにあり、電池と補助電源の合計を示している。プロット部分５１２に示される最大出力レベルは「第１の充電」と名付けられた充電状態から最大充電状態にまでいたり、プロット部分５１４で示唆されたように、トラクティブ出力の量はトラクション電池の充電状態に依存する。このタイプの制御の効果は、トラクション電池が「第１の」レベルまで部分的に放電されるまで、一定の時間内での全トラクティブ出力を作動させることを可能にする。トラクション電池が第１の状態以下に降下するときは、トラクション・モータに使用可能な電池の出力量はわずかに減少し、所望された量において感知できない。図５の第１の充電レベルのすぐ下の点での、このわずかな出力の減少は、トラクション電池の放電率をいくらか減少させる。丘が長く続くときには、トラクション電池はさらに放電する。図ｔの「低」充電と「第１の」充電状態の間の領域で、トラクション電池がさらに放電されたときには、比較的少ない電池出力がトラクション・モータに使用可能になり、その結果自動車の速度をさらに遅くする。丘が最も長く続くときには、トラクション電池は究極的に、名目上では放電とみなされる「低」充電状態に達する。このレベルに達したときには、トラクション電池からこれ以上エネルギーを引き出すことができず、そして通常は、自動車またはその乗客に切迫した危険がある状況で電池保護を緊急に使用するといったような、トラクション電池にそれ以外の電流が存在する場合でない限り、トラクション電池の充電状態はプロット５１０の「低」充電レベル以下に達する。図５で構想された制御によって、制御曲線にそったいかなる点においてもトラクティブ出力の急激な遷移は存在しない。電池の充電が「低」充電点のすぐ下であり、全作動から補助電源への遷移を行っているときには、トラクション電池から与えられるトラクティブ出力の量は既に非常に小さく、遷移は自動車の運転者に感知されない。 図６は、図５のプロット５００に従って制御を行う図１の制御部５０の論理の一部６００を示す簡略化したフローチャートである。図６において、論理は開始ブロック６１０から開始し、図４のブロック４１２と同様に、電池特性を検出することを示すブロック６１２に進む。図６のブロック６１２から、図４で一般的に説明されたように、論理は、トラクション電池の充電状態を評価することを示すブロック６１４に進む。図６の決定ブロック６１６は、現在の充電状態が図５の「第１の」充電点以上かどうかを決定し、もし充電状態が「第１の」充電点以上であれば、論理を決定ブロック６１６のＹＥＳ出力へと進ませる。決定ブロック６１６のＹＥＳ出力から、論理は、全トラクション出力をトラクション・モータに使用可能にすることを示す、ブロック６１８に進む。図７（ａ）および図７（ｂ）を参照して説明されるように、インバータを制御するソフトウェアにおいて、電池とモータ／発電機が電源または蓄電槽であるときに、補助電源がインバータの動作に依存す電源だけであることに注目して、出力限界を移動させることでこのことは達成される。ブロック６１８から、論理はブロック６１２に戻り、図６の論理を反復する。一般的に、ほとんど最大まで充電されたトラクション電池を使用して開始した場合、論理は、トラクション電池の充電が図５の「第１の」充電レベルに示される充電状態を超えている限り、図６のブロック６１２、６１４、６１６および６１８からなるループを反復する。長い登坂時には、トラクション電池の充電は最終的に図５の「第１の」充電点以下に降下し、図６の論理を次回反復するときに、論理６は決定ブロック６１６のＮＯ出力から出て、ブロック６２０に進む。ブロック６２０は、図５の「第１」の充電と「低」充電状態の充電差に比例する現時点でのトラクション電池充電量に依存した量を、トラクション電池からトラクション・モータに使用可能な出力量から減少させることを示す。例えば、トラクション電池の現時点の充電レベルが、図５の「第１の」充電状態以下から、「低」充電レベルと「第１の充電レベルで示される充電レベルの中間の９／１０にあたる、図５で「現在の充電」として示されるレベルに降下したとき、制御部５０はトラクション電池からトラクション・モータへの使用可能な出力量を、プロット部分５１２で示される全出力の電池供給成分の９０％に制御する。その他に、図５に「現在の充電」として示された現在の充電状態は電池に帰するものとして定められた全トラクション出力の成分の９０％なので、トラクション・モータに与えられる電池出力は電池出力の９０％にまで減少する。当然、図５のプロット部分５１４が図示されるように一次関数的な傾斜である必要はないが、プロット部分５１４が少なくとも単調であれば制御システムは簡略化される。図６のブロック６２０から、論理は、トラクション・モータ出力要求と補助電気エネルギー源の出力を比較する、次のブロック６２２に進む。トラクション出力要求が補助電源からの出力を超えたときには、電池は放電され、論理は決定ブロック６２２からＹＥＳ出力に進む。決定ブロック６２２のＹＥＳ出力から、論理は、補助電源から使用可能な出力を最大値まで増大させることを示す、ブロック６２４へ進む。ブロック６２４から論理は決定ブロック６２６へ進む。決定ブロック６２６は、トラクション電池の現在の充電状態を図５の「低」充電点と比較する。もし充電状態が、トラクション電池の損傷を防ぐためにはトラクション電池がこれ以上放電すべきでないことを示す、「低」充電点以下であれば、論理は決定ブロック６２６のＹＥＳ出力から出て、次の論理ブロック６２８に進む。ブロック６２８は、ＦＯＣ制御により、トラクション・モータ出力を、電圧と電流の積によって予め定められた、補助電気エネルギー源から使用可能な既知の出力量にまで制限することを示す。ブロック６２８から、論理は論理パス６３０を通ってブロック６１２に戻り、図６の論理の反復を始める。決定ブロック６２６がトラクション電池の充電状態を考察するとき、現在の充電状態が図５の「低」充電点よりも大きい場合には、論理は決定ブロック６２６のＮＯ出力から出て論理パス６３０をとおり、ブロック６２８を通過することなく、ブロック６１２にもどる。したがって、トラクション電池に大量の使用可能な充電が存在するときには、図６の論理はその使用を許可する。図６の論理の通過中、トラクション電池出力が補助電源１６により生成された出力よりも大きくないことを決定ブロック６２２が発見した場合、論理は決定ブロック６２２のＮＯ出力から、論理パス６３０を通ってブロック６１２へと進み、反復を開始する。このパスが補助電源１６の出力が最大値まで増大することを回避する。図７（ａ）は簡略化した速度に対するモータ（または発電機）出力のパラメータ的プロット７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ…７１０Ｎを示す。図７（ａ）において、プロット７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ…７１０Ｎは共通して傾斜部分７１２を有する。モータまたは発電機のための出力はトルクと速度の積である。したがって、速度ゼロでは、トルクに関係なく出力もゼロである。図７（ａ）のプロットの部分７１２で示唆されるように、速度が一定のトルクで増加するとき、速度ωbaseまでは出力も増大する。ωbaseの周波数以上では、モータ／発電機は、温度やその他の理由によりそれ以上の出力は取り扱えないように設計されている。したがって、最大トルクでは、モータ／発電機の出力はプロット７１０ａに従うように、インバータの制御方法により制限される。トルクが最大トルクよりもいくらか小さいとき、プロット７１０ｂで示されるように、最大出力はωbaseよりわずかに低いモータ速度で達成される。プロット７１０ｃはより低いトルクの大きさを示し、より低いプロット７１０Ｎは量化した制御システムが保持しうる最低のトルクを示す。制御システムは、モータが所望の最大出力限界以上で作動することを防ぐために、モータにより生成されたトルクを速度に従って限定値に制限する。限定トルク限界は、たんに最大出力を現在のモータ速度で割ることで決定され、トルク限界＝Ｐmax ／速度求められたトルク限界は出力プロットを、図７（ａ）においてプロット７１０ａとプロット部分７１２により示される値より大きくない値に制限する。出力がＰmax より小さな値に制限された場合、モータが従う出力プロットは図７（ａ）のプロット７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ…７１０Ｎの１つに対応する。図７（ａ）はトルク・コマンドと出力制限部（リミッタ）の関係を示す簡略化したブロック図である。図７（ｂ）において、出力が曲線７１６の下になるように限定するように、ＦＯＣインバータ２８に到達したトルク・コマンド（限定されたトルク・コマンド）の大きさを調整する、限定部ブロック７１４にトルク・コマンドが印加される。曲線７１６は選択されたまたは設定された出力Ｐをモータ速度で割って決定された速度対トルクのプロットである。従って、ＦＯＣインバータは、モータ速度の観点から、モータ出力をコマンド（指令）されたトルクの制御によって制御することが可能である。問題のトルクはトラクションまたは駆動トルクでもよく、または減速または制動トルクでもよい。発電機として作動するモータから電池へ流れる出力の制御が望まれる場合には、適切なＦＯＣコマンドによって制限を適用することができる。図８において、所望のトルクまたはトルク・コマンドが電気加速器（図示せず）により与えられ、パス８１０を介して、第２の入力ポート８１４にセンサ（図示せず）から検知した自動車速度（自動車が可変ギアを装備している場合はトラクション・モータ速度）を受け取る、倍率器８１２の第１の入力ポートに印加される。倍率器８１２はモータ速度とコマンド・トルクの積から、トラクション・モータに印加されるコマンド出力を示す信号を生成する。ブロック８１６は、定数ｋによって指令された出力を計測し、必要であれば、信号を指令されたトラクション・モータ出力のワット数での表示Ｐc に変換する。指令されたトラクション・モータ出力をワット数で表示するＰc は、ブロック８１６から、指令された出力のワット数をトラクション電池電圧で割り、指令されたトラクション・モータ電流（Ic=P/E）を示す信号を得ることを示す、次のブロック８１８に印加される。トラクション電池電圧はトラクション・モータ電圧の受入可能な指標（indicator ）である。なぜなら、システム内の全ての電圧は電池電圧に関係するからである。所望のモータ電流を生成するように、ＦＯＣインバータ２８とトラクション・モータ４０を制御するために、指令された電流Icを示す信号は信号パス８１９を介して図１のコマンド制御部５０の一部へと運ばれる。指令された電流Icを示す信号はまた、ブロック８１８の出力から、ブロック８２０として示される計測（scale ）回路を介してエラー信号発生器８２２へと印加される。計測回路８２０の目的は以下に説明するとおりであるが、その動作は指令された電流Icを指令された発電機電流IGへの変換を生じさせるものである。エラー信号発生器８２２は、エラー信号を発生させ、指令された発電機電流IGから、内燃機関／発電機（発電機）の検知された出力電流を示す、信号パス８２４からのフィードバック信号を減算する。エラー信号発生器８２２によって生成されたエラー信号はループ補償フィルタ、単なる積分器でもよい、に印加され、補助電気エネルギー源１６、より詳細にはディーゼルエンジン１８の指令された速度を表示する信号を生成する。ディーゼルエンジン１８は発電機２２を駆動し、図１のインバータ２８に出力コンダクタ（導体）８３２を介して印可する交流出力電圧を生成する。円８３４として図示される電流センサ装置が発電機電流を検知するために出力コンダクタ８３２に結合されている。図８のブロック８２２、８２６、１８、２２および８２４は全体で、発電機２２の出力電流をエラー発生器に印加される制御信号IGにより指令された大きさに等しくする、閉じたフィードバック・ループを構成する。ループ補償器８２６は、望ましくない汚染物質の放出の増大を引き起こす、ディーゼルエンジンの速度の急激な変化を防ぐように選択される。 上記のように、図８の装置は、自動車の運動を制御するためのトラクション・モータ電流を指令する信号ICを生成し、補助発電機２２の電流を指令する信号IGを生成する。図８において、トラクション電池の所望の充電状態（state of charge:以下、ＳＯＣ）を示す信号は加算回路８５０の非変換入力ポートで受領される。電池充電状態（ＳＯＣ）決定ブロック８５２から、現在の充電状態を示す信号を、加算回路８５０の変換入力ポートで受領する。ＳＯＣブロック８５２は電池電圧、電池温度、および電池電流を示す信号を受領する。一般に、電池の充電状態は単に正味の入力電流と出力電流の時間積分である。ＳＯＣブロック８５２は電流の正味アンペアを積分して充電のアンペア時を生成する。加算回路８５０は、信号パス８５４上に、トラクション電池の所望または指令された充電状態と現実の充電状態の差を示すエラー信号を生成し、それにより充電の瞬間的な過剰または不足を認識する。エラー信号は、エラー信号を積分するループ補償フィルタ８５６に印加され、積分エラー信号を生成する。積分エラー信号は時間の経過に応じてゆっくりと変化する。積分エラー信号はリミッタ８５８を介してブロック８２０に作用する。特に、積分エラー信号は計測ブロック８２０に印加されたとき、計測因子を選択し、それにより指令されたモータ電流ICは計測され、指令された発電機電流となる。リミッタ８５８は単にブロック８５６からの積分エラー信号を限定して、計測ブロック８２０の計測因子の範囲が０と１（単位）の間の範囲に限定されるようにする。したがって、指令された発電機電流IGは決して指令されたモータ電流ICより大きくなれず、リミッタ８５８からの限定された積分信号によって指令された計測因子に従って小さくなり、指令されたモータ電流ICはゼロ電流と同じくらい低くなる。トラクション電池の所望された充電状態は最大充電より低い充電レベルなので、過充電によりトラクション電池を損傷させる危険がなく、回生制動を行うことができる。従って所望のＳＯＣ（充電状態）の設定点は最大充電より低い充電である。図８の装置の動作は、ループ補償フィルタ８５６の積分器出力の通常の状態を、リミッタ８５８により許可される最大１．０ボルトと最小０．０ボルトの中間である０．５「ボルト」と仮定することで理解できる。（リミッタ８５８により限定された）積分エラー信号の値は倍率因子とみなされ、それにより計測回路８２０が、指令されたトラクション・モータ電流を計測し、１．０の値を有する積分エラー信号はエラー信号発生器８２２により、そのままの大きさで伝送される指令されたモータ電流ICを生じさせる。一方、０．５の値は指令されたモータ電流ICの大きさを、指令されたモータ電流ICの大きさのちょうど半分にする。図８の装置の制御下にある自動車の動作において、トラクション電池が所望の充電状態を超えたとき、エラー信号発生器８５０は設定点の値から高充電状態を示す大きな信号値を減算し、負の極性を有する差分またはエラー信号を生成する。ループ補償フィルタ８５６の積分器は、ループ補償フィルタ８５６の出力において、正味の積分信号を「減少」させたり、「通常の」０．５ボルトの値から例えば０．３ボルトへ降下させるといった負の方向へ動かす、負の極性信号を積分する。積分エラー信号の０．３ボルトの値はリミッタ８５８が許可する範囲内なので、積分エラー信号は単にリミッタ８５８内を流れ、「通常の」０．５よりも、０．３で指令されたトラクション・モータ電流が倍率されるように、計測回路８２０を制御し、指令された発電機電流IGを生成する。従って、電池の充電状態が所望の設定点より高い場合は、発電機の平均出力が減少する。同様に、トラクション電池の充電状態が所望の設定点より低い場合は、図８のブロック８５２からエラー信号発生器８５０の変換入力ポートに印加された信号の大きさは、所望の充電状態（ＳＯＣ）を示す信号より小さくなり、その結果エラー信号発生器８５０の出力においてエラー信号が正の値を有する。ループフィルタ８５６に付随した積分器は正の入力信号を積分し、０．５ボルトの「通常」値を例えば０．８ボルトまで上昇させる積分出力信号を生成する。この値はリミッタ８５８が受け入れることができる値の範囲内なので、０．８ボルトの積分エラー信号は変化することなく計測回路８２０に印加される。０．８ボルトの積分エラー信号により、計測回路８２０は指令されたモータ電流ICを示す信号を０．８で倍率し、指令された発電機電流IGは以前より大きくなる。トラクション電池の充電を設定点の値まで減少させることの正味の効果は、トラクション電池の充電レベルを上昇させる、発電機２２からの平均出力電力を増大させることである。当業者は、上記の積分エラー信号の「通常」値が実際に存在しないこと、および制御システムの動作を理解するためだけに使用されたことを理解するであろう。したがって、本発明の１つまたはそれ以上の電池（バッテリ）（２０）から少なくともいくらかの牽引効果（tractive effort ）もしくは運動力を引き出す自動車（１０）を作動する方法（図３（ａ）、図３（ｂ）、および図４）において、前記方法は、前記電池が最大充電より低い（第１の充電レベルより低い）第１の充電状態であるとき、ダイナミック・ブレーキ制動中に、トラクション・モータ（４０）から実質的に全エネルギーを前記電池（２０）に回帰させる工程（３１２、４１８）からなる。本方法の他の工程（４２０、４２２）は、前記電池が最大充電と第１の充電状態（図３（ａ）、図３（ｂ）の第１の充電状態）の間の充電レベルであるとき、ダイナミック・ブレーキ制動中に、トラクション・モータ（４０）から全エネルギー（３１４）より少ないエネルギーを前記電池に回帰させる工程と、および前記電池が最大充電状態に達したとき、ダイナミック・ブレーキ制動中に、トラクション・モータ（４０）から実質的にエネルギーを前記電池（２０）に回帰させない工程（図３（ａ）の最大充電点におけるプロット３１４）からなる。本実施例において、前記ダイナミック・ブレーキ制動中に、トラクション・モータ（４０）から全エネルギーより少ないエネルギーを前記電池（２０）に回帰させる工程（４２０、４２２）は、前記最大充電に対する現時点の電池充電（CC）の割合に単調に比例した（傾斜３１４）量の使用可能なダイナミック・ブレーキ制動エネルギーを回帰させる工程を含む。本発明の好適な実施例において、上記工程は電池の充電状態に従い１つの工程から他の工程へと円滑に遷移する。発電制動の量は、電池充電量によって漸進的に変化するので、フリクション・ブレーキ（friction brakes ：摩擦制動ブレーキ）（３６ａ、３６ｂ）は制動中に、運転者のブレーキペダル（３０ａ）を作動させる力によって自動的に、不足を補完する。
【出願人】 【識別番号】５９８１１１０２１
【氏名又は名称】ロックヒード マーティン コーポレーション
【出願日】 平成１０年（１９９８）１１月２４日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】平田 忠雄
【公開番号】 特開平１１−２３４８０６
【公開日】 平成１１年（１９９９）８月２７日
【出願番号】 特願平１０−３３２３７８