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【発明の名称】 回生装置の制御装置
【発明者】 【氏名】河合 高志
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内

【氏名】辻井 啓
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内

【氏名】呉竹 健
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内

【氏名】杉浦 雅宣
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内

【氏名】花田 秀人
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
【要約】 【課題】発電機の発電電圧が、蓄電装置の電圧未満となる場合以外の条件下でも、発電機の発電量をなるべく多くすることのできる回生装置の制御装置を提供する。

【解決手段】発電機により得られた電力を複数の蓄電装置に蓄電する回生装置の制御装置において、発電機により得られた電力を、複数の蓄電装置のいずれかに選択的に蓄電する場合における発電機の発電量を判断する発電量判断手段（ステップＳ２、ステップＳ３）と、発電量判断手段（ステップＳ２、ステップＳ３）の判断結果に基づいて、発電機により得られた電力を、複数の蓄電装置のいずれに蓄電するかを選択する蓄電態様選択手段（ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６）とを備えている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 発電機により得られた電力を複数の蓄電装置に蓄電する回生装置の制御装置において、前記発電機により得られた電力を蓄電する蓄電装置が異なる複数の蓄電態様毎に、前記発電機の発電量を判断する発電量判断手段と、前記発電量判断手段の判断結果に基づいて、複数の蓄電態様のうちのいずれかを選択する蓄電態様選択手段とを備えている回生装置の制御装置。
【請求項２】 前記蓄電態様選択手段は、前記複数の蓄電態様のうち、前記発電機の発電量が多くなる蓄電態様を選択する機能を、更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の回生装置の制御装置。
【請求項３】 前記発電機は、車両の車輪から伝達される動力により発電する機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回生装置の制御装置。
【請求項４】 前記発電量判断手段は、前記車両の速度に関連する物理量に基づいて、複数の蓄電態様毎に前記発電機の発電量を判断する機能を、更に備えていることを特徴とする請求項３に記載の回生装置の制御装置。
【請求項５】 前記複数の蓄電装置は、前記発電機の発電時の回転数に対応する電力回収特性が異なることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の回生装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、発電機により得られた電力を蓄電装置に蓄電する回生装置の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、蓄電装置の電力により電動機を駆動させ、電動機のトルクを車輪に伝達して駆動力を発生させる車両が知られている。このような車両においては、車両の惰力走行時に、車輪の運動エネルギを電動機に伝達するとともに、電動機を発電機として機能させ、発生した電力を蓄電装置に蓄電する制御もおこなわれており、その一例が特開２０００−５９９０３号公報に記載されている。この公報に記載された回生エネルギ充電装置は、車輪に動力伝達可能に連結された発電機と、発電機に電気的に接続された複数のキャパシタ（または二次電池）と、複数のキャパシタの接続状態を切り替える接続切り替え装置とを備えている。
【０００３】そして、車両の減速時に車輪の運動エネルギを発電機に伝達して回生制動をおこない、その回生エネルギを複数のキャパシタに充電する。また、発電電圧とキャパシタの電圧とを比較し、発電電圧が複数のキャパシタの電圧未満である場合は、複数のキャパシタの接続を、直列接続から並列接続に切り替えることで、回生率を向上できるものとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公報に記載されている回生エネルギ充電装置は、発電電圧がキャパシタ電圧未満となった場合でなければ、電力の回収効率を高めることはできず、このような場合以外の場合に、電力の回収効率を高めることについては考慮がなされておらず、その点で改善の余地が残されていた。
【０００５】この発明は上記課題を解決するためのもので、発電機の発電電圧が、蓄電装置の電圧未満とならない場合においても、発電機の発電量をなるべく多くすることができる回生装置の制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、発電機により得られた電力を複数の蓄電装置に蓄電する回生装置の制御装置において、前記発電機により得られた電力を蓄電する蓄電装置が異なる複数の蓄電態様毎に、前記発電機の発電量を判断する発電量判断手段と、前記発電量判断手段の判断結果に基づいて、複数の蓄電態様のうちのいずれかを選択する蓄電態様選択手段とを備えていることを特徴とする。この発明において、“蓄電装置が異なる”には、蓄電装置の一部が異なる場合、および蓄電装置の全部が異なる場合が含まれる。
【０００７】請求項１の発明によれば、複数の蓄電装置に電力を蓄電する場合に、複数の蓄電態様毎に発電機の発電量が判断され、その判断結果に基づいて、いずれかの蓄電態様、つまり、発電機の電力をいずれの蓄電装置に蓄電するかが選択される。
【０００８】請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記蓄電態様選択手段は、前記複数の蓄電態様のうち、前記発電機の発電量が多くなる蓄電態様を選択する機能を、更に備えていることを特徴とするものである。
【０００９】請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の作用が生じる他に、発電機の発電量が、なるべく多くなる蓄電態様が選択される。
【００１０】請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記発電機は、車両の車輪から伝達される動力により発電する機能を有することを特徴とするものである。
【００１１】請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の作用が生じる他に、車両の惰力走行時における運動エネルギにより発電機が発電し、その電力が蓄電装置に回収される。
【００１２】請求項４の発明は請求項３の構成に加えて、前記発電量判断手段は、前記車両の速度に関連する物理量に基づいて、複数の蓄電態様毎に前記発電機の発電量を判断する機能を、更に備えていることを特徴とするものである。
【００１３】請求項４の発明によれば、請求項３の発明と同様の作用が生じる他に、車両の速度に関わりなく、発電機の電力が回収される。
【００１４】請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの構成に加えて、前記複数の蓄電装置は、前記発電機の発電時の回転数に対応する電力回収特性が異なることを特徴とするものである。
【００１５】請求項５の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかの発明と同様の作用が生じる他に、複数の蓄電装置の電力の回収特性に応じて、発電機の発電量が変化する。
【００１６】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施例を説明する。図２は、この発明を適用した車両１のパワートレーン、電気系統、制御系統の構成を示す概念図である。まず、車両１のパワートレーンの構成を説明する。車両１は、駆動力源としてエンジン２およびモータ・ジェネレータ３を有している。エンジン２としては、内燃機関、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどを用いることができる。エンジン２の出力側にはトランスミッション４が設けられており、トランスミッション４の回転部材５と車輪６とが動力伝達可能に連結されている。また、前記モータ・ジェネレータ３と回転部材５とが動力伝達可能に連結されている。モータ・ジェネレータ３は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを有している。
【００１７】つぎに、車両１の電気系統について説明する。エンジン２のクランクシャフト（図示せず）には、伝動装置７を介してオルタネータ８が接続されている。このオルタネータ８にはバッテリ９が接続されているとともに、バッテリ９の電力を１２Ｖ負荷１０に供給する回路が形成されている。また、バッテリ９以外の蓄電装置としてキャパシタ１１が設けられており、モータ・ジェネレータ３により発電された電力を、バッテリ９およびキャパシタ１１に充電することができる。ここで、バッテリ９の電圧は１２Ｖであり、キャパシタの電圧は３６Ｖである。さらに、モータ・ジェネレータ３と、バッテリ９またはキャパシタ１１とを選択的に接続する回路には、電源切り替えリレー１２が配置されている。また、キャパシタ１１の電力を、１２Ｖ負荷１０またはバッテリ９に供給する回路が形成されており、キャパシタ１１と１２Ｖ負荷１０およびバッテリ９との間の回路には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が配置されている。
【００１８】さらに、車両１の全体を制御する制御系統について説明する。電子制御装置（ＥＣＵ）１４が設けられており、電子制御装置１４により、加速要求および制動要求、車速、バッテリ９の電圧・充放電電流、キャパシタ１１の電圧などが判断される。また、電子制御装置１４により、オルタネータ８の発電量、電源切り替えリレー１２の切り替え、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力などが制御される。
【００１９】つぎに、車両１の制御について説明する。まず、エンジン２が駆動された場合は、エンジントルクがトランスミッション４を経由して車輪６に伝達されて、駆動力が発生する。また、キャパシタ１１の電力がモータ・ジェネレータ３に供給されて、モータ・ジェネレータ３が電動機として駆動された場合は、モータ・ジェネレータ３のトルクが車輪６に伝達される。このように、車両１は、エンジン２またはモータ・ジェネレータ３のうちの少なくとも一方を駆動力源とすることができる、いわゆるハイブリッド車である。なお、エンジントルクの一部をモータ・ジェネレータ３に供給して、そのトルクによりモータ・ジェネレータ３を発電機として機能させることもできる。
【００２０】さらに、車両１の減速時（惰力走行時）には、車輪６の運動エネルギをモータ・ジェネレータ３に伝達してモータ・ジェネレータ３を発電機として機能させることができる。また、車輪６の運動エネルギをエンジン２を経由してオルタネータ８に伝達し、オルタネータ８で発生した電力をバッテリ９に蓄電することもできる。
【００２１】つぎに、車両１の減速時におこなわれる制御例を、図１のフローチャートに基づいて説明する。まず、車両１が減速状態にあり、かつ、制動要求がある場合には、車輪６の運動エネルギによりモータ・ジェネレータ３を発電機として機能させる（ステップＳ１）。このステップＳ１の時点では、モータ・ジェネレータ３により得られた電力が、キャパシタ１１またはバッテリ９のいずれかに蓄電されるように、電源切り替えリレー１２が制御される。
【００２２】ついで、キャパシタ１１の電圧およびバッテリ９の電圧を読み込むとともに（ステップＳ２）、このステップＳ２の読み込み結果に基づいて、切り替え回転数を算出する（ステップＳ３）。このステップＳ２およびステップＳ３の内容を、図３のマップを参照して説明する。図３のマップは、モータ・ジェネレータ３により発電する場合に、モータ・ジェネレータ３の回転数と、モータ・ジェネレータ３の発電量との関係を示すものである。また、モータ・ジェネレータ３の発電量を示す特性として、モータ・ジェネレータ３により得られた電力を、キャパシタ１１に蓄電する場合の特性ＣＨ１と、モータ・ジェネレータ３により得られた電力を、バッテリ９に蓄電する場合の特性ＣＨ２とが、それぞれ実線で示されている。つまり、図３の特性ＣＨ１，ＣＨ２は、バッテリ９の電力回収特性およびキャパシタ１１の電力回収特性を示しているとも言える。
【００２３】２つの特性ＣＨ１，ＣＨ２は、共にモータ・ジェネレータ３の回転数が高まるほど、発電量が多くなる傾向を示している。そして、切り替え回転数未満では、バッテリ９に電力を蓄電する場合の発電量の方が、キャパシタ１１に電力を蓄電する場合の発電量よりも多くなっている。これに対して、切り替え回転数以上では、バッテリ９に電力を蓄電する場合の発電量よりも、キャパシタ１１に電力を蓄電する場合の発電量の方が多くなっている。
【００２４】これは、バッテリ９の電圧１２Ｖの方が、キャパシタ１１の電圧３６Ｖよりも低いため、モータ・ジェネレータ３の回転数が、より低い回転数の領域から、バッテリ９に電力を蓄電できるからである。図３に斜線で示した領域Ａ１、すなわち、切り替え回転数以下であって、キャパシタ１１に電力を蓄電した場合の特性線と、バッテリ９に電力を蓄電した場合の特性線との間の領域が、キャパシタ１１に電力を蓄電するよりも、バッテリ９に電力を蓄電する方が発電量が多くなる領域である。
【００２５】つまり、切り替え回転数とは、モータ・ジェネレータ３の電力を、キャパシタ１１またはバッテリ９のいずれに蓄電した場合でも、モータ・ジェネレータ３の発電量が略同じとなる交点Ｂ１に対応するモータ・ジェネレータ３の回転数を意味している。なお、上記切り替え回転数は、キャパシタ１１の実際の電圧と、バッテリ９の実際の電圧との対応関係により変化する。
【００２６】上記のようにして切り替え回転数を算出した後、モータ・ジェネレータ３の現在の回転数が、切り替え回転数未満か否かが判断される（ステップＳ４）。モータ・ジェネレータ３の現在の回転数は、車速から間接的に算出できる。なお、モータ・ジェネレータ３の回転数を直接検知するレゾルバなどのセンサが設けられている場合は、そのセンサの検知結果を用いることもできる。
【００２７】このステップＳ４で肯定的に判断された場合は、ステップＳ５を経由してステップＳ２に戻る。このステップＳ５では、モータ・ジェネレータ３による発電を停止し、かつ、電源切り替えリレー１２を制御して、モータ・ジェネレータ３とバッテリ９との間の回路を接続した後、モータ・ジェネレータ３による発電を再開する。つまり、モータ・ジェネレータ３で発電された電力が、バッテリ９に蓄電される。
【００２８】これに対して、ステップＳ４で否定的に判断された場合は、ステップＳ６を経由してステップＳ２に戻る。このステップＳ６では、モータ・ジェネレータ３による発電を停止し、かつ、電源切り替えリレー１２を制御して、モータ・ジェネレータ３とキャパシタ１１との間の回路を接続した後、モータ・ジェネレータ３による発電を再開する。つまり、モータ・ジェネレータ３で発電された電力が、キャパシタ１１に蓄電される。
【００２９】上記のように、この実施例によれば、モータ・ジェネレータ３の電力を蓄電することのできるキャパシタ１１およびバッテリ９が設けられており、モータ・ジェネレータ３の実際の回転数に基づいて、モータ・ジェネレータ３の電力をキャパシタ１１に蓄電する場合の発電量と、モータ・ジェネレータ３の電力をバッテリ９蓄電する場合の発電量とを比較し、モータ・ジェネレータ３の発電量が多くなるように、電源切り替えリレー１２の切り替えを制御している。
【００３０】具体的には、モータ・ジェネレータ３の実際の回転数が、切り替え回転数未満である場合は、バッテリ９に電力を蓄電する一方、モータ・ジェネレータ３の実際の回転数が、切り替え回転数以上である場合は、キャパシタ１１に電力を蓄電する制御をおこなっている。このような制御により、モータ・ジェネレータ３で発電された電力を、バッテリ９またはキャパシタ１１で回収できる“モータ・ジェネレータ３の回転数領域”を可及的に拡大できる。したがって、モータ・ジェネレータ３により発電された電力の回収効率が向上する。
【００３１】また、モータ・ジェネレータ３の発電による電力の回収効率が向上すれば、エンジン出力によりモータ・ジェネレータ３またはオルタネータ８を発電機として駆動させ、その電力をキャパシタ１１またはバッテリ９に蓄電する機会（具体的には蓄電回数、蓄電時間）が少なくなり、燃費が向上する。
【００３２】また、この実施例によれば、車両１の惰力走行にともなう運動エネルギによりモータ・ジェネレータ３が発電をおこない、その電力がキャパシタ１１またはバッテリ９に蓄電される。さらに、この実施例によれば、車両１の車速に関わりなく、モータ・ジェネレータ３により得られる電力の回収効率を高めることができる。
【００３３】ここで、図１に示された機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すれば、ステップＳ２およびステップＳ３が、この発明の発電量判断手段に相当し、ステップＳ４ないしステップＳ６が、この発明の蓄電態様選択手段に相当する。また、この実施例で説明した事項と、各請求項に記載された事項との対応関係を説明すれば、モータ・ジェネレータ３が、この発明の発電機に相当し、バッテリ９およびキャパシタ１１が、この発明の複数の蓄電装置に相当し、“モータ・ジェネレータ３により得られた電力をバッテリ９に蓄電すること”、および“モータ・ジェネレータ３により得られた電力をキャパシタ１１に蓄電すること”が、この発明の複数の蓄電態様に相当し、車速およびモータ・ジェネレータ３の回転数が、この発明の車両の速度に関連する物理量に相当し、図３で示した特性線が、この発明の電力回収特性に相当する。
【００３４】なお、図２に示す車両１は、エンジン２およびモータ・ジェネレータ３が、共に同じ車輪６に対して動力伝達可能に構成されているパワートレーンを有しているが、エンジンが動力伝達可能に連結される車輪と、モータ・ジェネレータが連結される車輪とが異なるように、パワートレーンが構成されている車両（図示せず）に対しても、図１の制御例を適用できる。
【００３５】また、この実施例において、蓄電装置の一例として挙げているキャパシタ１１およびバッテリ９は、共に二次電池であるが、蓄電装置が一次電池である場合にも、この発明を適用できる。また、この実施例では、電圧の異なる２つの蓄電装置、すなわち、バッテリおよびキャパシタを備えているが、モータ・ジェネレータで発電された電力を、３つ以上の蓄電装置に対して選択的に蓄電可能な回生装置にも、この発明を適用できる。さらに、蓄電装置の数や種類により、３種類以上の蓄電態様を選択可能な回生装置にも、この発明を適用できる。
【００３６】なお、特許請求の範囲に記載された“発電量判断手段”を“発電量判断器”または“発電量判断用コントローラ”と読み替え、“蓄電態様選択手段”を“蓄電態様選択器”または“蓄電態様選択用コントローラ”と読み替えることもできる。この場合、電子制御装置１４が、発電量判断器、蓄電態様選択器、発電量判断用コントローラ、蓄電態様選択用コントローラに相当する。また、特許請求の範囲に記載された“発電量判断手段”を“発電量判断ステップ”と読み替え、“蓄電態様選択手段”を“蓄電態様選択ステップ”と読み替え、かつ、“回生装置の制御装置”を“回生装置の制御方法”と読み替えることもできる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によれば、複数の蓄電装置のいずれかに電力を蓄電する場合に、異なる蓄電態様毎に発電機の発電量を判断し、その判断結果に基づいて、発電機の電力をいずれの蓄電装置に蓄電するかを選択できる。したがって、発電機の電力を回収することのできる“発電機の回転数領域”を拡大することができ、電力の回収効率が向上する。
【００３８】請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、発電機の発電量がなるべく多くなるような蓄電態様を選択できる。したがって、電力の回収効率が一層向上する。
【００３９】請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得られる他に、車両の惰力走行時における運動エネルギにより発電機が発電し、その電力を蓄電装置に蓄電できる。
【００４０】請求項４の発明によれば、請求項３の発明と同様の効果を得られる他に、車両の速度に関わりなく、発電機の電力を回収できる。
【００４１】請求項５の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、複数の蓄電装置の電力の回収特性に応じて、発電機の発電量が変化する。したがって、電力の回収特性が高い蓄電装置に、発電機の電力を蓄電することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
【出願日】 平成１４年４月９日（２００２．４．９）
【代理人】 【識別番号】１０００８３９９８
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 丈夫
【公開番号】 特開２００３−３０４６０５（Ｐ２００３−３０４６０５Ａ）
【公開日】 平成１５年１０月２４日（２００３．１０．２４）
【出願番号】 特願２００２−１０７０６９（Ｐ２００２−１０７０６９）