JP3991942B2

JP3991942B2 - Vehicle regeneration control device and regeneration control method

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Publication number: JP3991942B2
Application number: JP2003199727A
Authority: JP
Inventors: 義之三木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2023-07-22
Also published as: JP2005045851A

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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for controlling regenerative power of a motor in a vehicle including a power supply device, a secondary battery, and an electric motor that drives the vehicle with power supplied from at least one of the power supply device and the secondary battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, electricity replacing fossil fuels has attracted attention as an energy source for automobiles. A vehicle is driven by driving a motor (electric motor) by electricity. The motor generates regenerative power by being regeneratively braked during deceleration or downhill. This regenerative power is stored in a battery (secondary battery). In this configuration, in order to prevent overcharging of the battery due to regenerative power, a configuration has been proposed in which regenerative power is converted into heat and the heat is consumed using a radiator.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-319205
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional technology, since consideration is not given when the radiator breaks down, the regenerative power cannot be consumed at the time of the failure, and excessive regenerative power is supplied to the battery, which may deteriorate the battery. .
[0005]
An object of the present invention is to make it possible to protect a secondary battery as much as possible even when a failure occurs in a radiator for consuming regenerative power.
[0006]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
As means for solving at least a part of the problems described above, the following configuration is adopted.
[0016]
The present invention Car Both regeneration control devices
With two power sources to drive the vehicle,
The power source of each system is
A power supply;
A secondary battery,
An electric motor driven by electric power supplied from at least one of the power supply device and the secondary battery;
Motor control means for controlling the electric motor to regeneratively brake during a predetermined operation and charging the secondary battery with regenerative power of the electric motor;
Regenerative power consumption means for consuming surplus regenerative power when surplus occurs in the regenerative power in view of the chargeable amount of the secondary battery;
A regenerative control device for a vehicle having
A failure determining means for determining a failure of the regenerative power consuming means for each system;
When one system is a fault system in which a fault exists in the regenerative power consumption means and the other system is a normal system in which the fault does not exist, the surplus regenerative power generated in the fault system is detected. A failure time control means to be consumed by the regenerative power consumption means of the normal system;
It is characterized by having.
[0017]
This configuration Car According to both regenerative control devices, even if a failure occurs in the regenerative power consuming means of one system, the regenerative power can be consumed by using the regenerative power consuming means of the other system. For this reason, since it is possible to prevent surplus regenerative power from further accumulating in the secondary battery, it is possible to protect the secondary battery. Further, even if a failure occurs in the regenerative power consuming means on the one side of the system, the regenerative power amount of the entire vehicle, that is, the deceleration is not reduced.
[0018]
The regenerative power consuming means for each system can be configured to include a radiator that converts electric power into heat to dissipate heat. According to this configuration, it is possible to consume regenerative power with a simple configuration.
[0019]
in front Car In both regeneration control devices, the power supply device may be a fuel cell. According to this configuration, the present invention can be applied to a vehicle that uses a fuel cell and a secondary battery that assists the fuel cell as an energy source.
[0022]
This invention Car Both regeneration control methods are
With two power sources to drive the vehicle,
The power source of each system includes a power supply device, a secondary battery, an electric motor driven by electric power supplied from at least one of the power supply device and the secondary battery, and the electric motor in view of a chargeable amount of the secondary battery. A regenerative control method for a vehicle comprising a regenerative power consuming device that consumes surplus regenerative power when surplus regenerative power occurs.
(A) a step of determining a failure of the regenerative power consuming device for each of the systems;
(B) When one system is a fault system in which a failure exists in the regenerative power consuming apparatus, and the other system is a normal system in which the fault does not exist, the surplus generated in the fault system A process of consuming the regenerative power in the regenerative power consuming device of the normal system;
It is characterized by having.
[0023]
This invention Car Both regeneration control methods are the above-mentioned inventions. Car It has the same operation and effect as both regenerative control devices, and the secondary battery can be protected even when a failure occurs in the regenerative power consuming device.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with the vehicle regeneration control device of the first embodiment. As shown in the figure, the electric vehicle includes a fuel cell 10 as a main power source, a battery (secondary battery) 12 as an auxiliary power source, an inverter 20 that converts DC electricity supplied from these power sources into AC, A motor (electric motor) 24 that receives the supply of AC electricity from the inverter 20 and outputs power to the drive shaft 22 is provided. The fuel cell 10 and the inverter 20 are connected in parallel to the battery 12 via the converter 14. The power output to the drive shaft 22 by the motor 24 is transmitted to the drive wheels 28L and 28R via the differential gear 26.
[0025]
The fuel cell 10 is supplied with a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen (for example, air) and causes an electrochemical reaction at the hydrogen electrode and the oxygen electrode to generate electric power. The solid polymer type is used. The supply of fuel gas and air is individually adjusted by valves (not shown), and the opening degree of these valves is controlled by the electronic control unit 30 which is a control system.
[0026]
As the battery 12, various secondary batteries such as a lead battery, a nickel-hydrogen battery, a nickel-cadmium battery, and a lithium battery can be used.
[0027]
Converter 14 boosts the voltage output from battery 12 and applies it to inverter 20. At this time, converter 14 boosts the voltage in accordance with a control signal from electronic control unit 30. Actually, the converter 14 includes four switching elements (for example, bipolar MOSFET (IGBT)) and a reactor as main circuit elements, and the switching operation of these switching elements is controlled by the electronic control unit 30. By being controlled by the signal, the applied DC voltage is boosted and converted to a desired DC voltage. The converter 14 can also adjust the DC voltage input from the fuel cell 10 and output it to the battery 12. The function of the converter 14 realizes charging / discharging of the battery 12.
[0028]
The inverter 20 drives the motor 24 with electric power supplied from the fuel cell 10 or the battery 12. Specifically, the inverter 20 converts a DC voltage applied from the fuel cell 10 or the battery 12 into a three-phase AC voltage and supplies it to the motor 24. At this time, according to a control signal from the electronic control unit 30 The torque generated in the motor 24 is controlled by adjusting the amplitude (actually the pulse width) and frequency of the three-phase AC voltage supplied to the motor 24.
[0029]
Actually, the inverter 20 is configured with six switching elements (for example, bipolar MOSFET (IGBT)) as main circuit elements, and the switching operation of these switching elements is controlled by a control signal from the electronic control unit 30. Thus, the applied DC voltage is converted into a three-phase AC voltage having a desired amplitude and frequency. The motor 24 is composed of, for example, a three-phase synchronous motor, and is driven by electric power supplied via the inverter 20 to generate torque on the drive shaft 22.
[0030]
The inverter 20 also performs regenerative control for returning power to the input side of the inverter 20 using the motor 24 as a generator. The regenerative power returned to the input side of the inverter 20 (converter 14 side) by this regenerative control is stored in the battery 12. A radiator 40 is connected in parallel to the input side of the inverter 20. When the regenerative power exceeds the chargeable amount of the battery 12, the radiator 40 can consume the surplus regenerative power.
[0031]
The radiator 40 has a structure including a heater (resistor) inside and a cooling fin on the outside, and cools the outside by directly applying outside air to the cooling fin and releases the removed heat to the atmosphere. . A controller 42 is connected to the radiator 40, and regenerative power from the inverter 20 is supplied to the heater of the radiator 40 via the controller 42. The control unit 42 receives a command from the electronic control unit 30 and controls the power supplied to the radiator 40. The control unit 42 includes at least an IPM (Intelligent Power Module) as a power control element.
[0032]
The operations of the fuel cell 10, the converter 14, the inverter 20, and the control unit 42 described above are controlled by the electronic control unit 30. The electronic control unit 30 is configured as a microcomputer including a CPU, a RAM, a ROM, a clock for synchronizing operations, and the like. The electronic control unit 30 controls the switching of the inverter 20 and outputs a three-phase alternating current corresponding to the required power to the motor 24. The operation of the fuel cell 10 and the converter 14 is controlled so that electric power corresponding to the required power is supplied.
[0033]
The electronic control unit 30 also performs regenerative braking using the motor 24 as a generator during deceleration or downhill by controlling the inverter 20 (motor control). By controlling the converter 14 and the control unit 42, the regenerative power generated by the regenerative braking is distributed to the battery 12 and the radiator 40, stored in the battery 12, and consumed by the radiator 40 (regenerative power control). The motor control corresponds to the motor control means described in the claims, and the regenerative power control corresponds to the regenerative power control means described in the claims. Moreover, the heat radiator 40 and the control part 42 respond | correspond to the regenerative power consumption means (or regenerative power consumption apparatus) as described in a claim.
[0034]
In order to realize these controls, various sensor signals are input to the electronic control unit 30. Examples of these sensors include an accelerator pedal sensor, a vehicle speed sensor that detects the vehicle speed, a voltage sensor that detects the output voltage of the battery 12, a current sensor that detects the output current, and a secondary battery temperature that detects the temperature of the battery 12. A sensor, a voltage sensor that detects the output voltage of the fuel cell 10, a current sensor that detects the output current, a fuel cell temperature sensor that detects the temperature of the fuel cell 10, and the like are provided. In the figure, a voltage sensor 50, a current sensor 52, and a temperature sensor 54 related to the battery 12 are shown, and the others are omitted.
[0035]
The radiator 40 and the control unit 42 are provided with failure diagnosis circuits 40a and 42a. The failure diagnosis circuit 40 a provided in the radiator 40 includes a current sensor that detects a current supplied to the radiator 40, a temperature sensor that detects the temperature of the radiator 40, and the like. Faults such as current and overheating can be detected. The fault diagnosis circuit 42a provided in the control unit 42 includes a current sensor that detects a current supplied to the IPM used in the control unit 42, a temperature sensor that detects the temperature of the IPM, and the like. Faults such as overcurrent and overheating can be detected.
[0036]
The control unit first failure signal S21 indicating the overcurrent of the IPM and the control unit second failure signal S22 indicating the overheating of the IPM are input to the electronic control unit 30. The radiator first failure signal S11 indicating the overcurrent of the radiator 40 and the radiator second failure signal S12 indicating the overheating of the radiator 40 are input to the control unit 42, and the electronic control unit 30 is transmitted from the control unit 42. It is input together with. The radiator first failure signal S11 and the radiator second failure signal S12 may be directly input to the electronic control unit 30 without passing through the control unit 42.
[0037]
The regenerative power control that is performed by the electronic control unit 30 and distributes the regenerative power described above to the battery 12 and the radiator 40 will be described in detail below. FIG. 2 is a flowchart showing a regenerative power control routine. This regenerative power control routine is repeatedly executed every predetermined time.
[0038]
As shown in the figure, when the process is started, the CPU first performs a process of determining whether or not the regenerative braking is being performed (step S100). Specifically, the determination is made based on whether or not a process for regenerative braking of the motor 24 is performed by electric motor control, which is another routine executed by the CPU. If it is determined that the regenerative braking is not in effect, the CPU advances the process to “return” and once ends this control routine.
[0039]
On the other hand, if it is determined in step S100 that the regenerative braking is being performed, the CPU proceeds to step S110 to charge the battery 12 in a state of charge (SOC) of the battery 12 and the battery 12 detected by the temperature sensor 54. Temperature Tb. The SOC is calculated based on the voltage value detected by the voltage sensor 50 and the current value detected by the current sensor 52. This SOC calculation can also be performed in consideration of past SOC history information.
[0040]
Subsequently, the CPU calculates a battery chargeable amount Qb based on the SOC and the temperature Tb taken in step S110 (step S120). Since the battery chargeable amount that can be charged by the battery 12 is determined by the SOC and the temperature Tb, in the embodiment, the relationship between the SOC of the battery 12, the temperature Tb, and the battery chargeable amount Qb is obtained in advance by experiments or the like as a map. The battery chargeable amount Qb corresponding to the SOC and the temperature Tb is derived from a map in which the SOC and the temperature Tb of the battery 12 are stored in advance in the ROM of the electronic control unit 30. The unit of the battery chargeable amount Qb is watts.
[0041]
In step S120, the battery chargeable amount Qb is obtained based on the SOC and temperature of the battery 12, but instead of this, the battery is obtained from both (SOC and temperature) and other physical quantities (sensor output values). The chargeable amount Qb may be obtained. As other physical quantities, voltage, current, specific gravity of electrolyte in the case of a lead battery, and the like can be used.
[0042]
After execution of step S120, the CPU determines whether or not the regenerative power Qh of the motor 24 determined by the motor control executed in another routine exceeds the battery chargeable amount Qb calculated in step S110 (step S130). . Here, when a negative determination is made, that is, when it is determined that the regenerative power Qh is equal to or less than the battery chargeable amount Qb, the CPU proceeds to step S140 to charge the regenerative power Qh to the battery 12. Specifically, the controller 42 is instructed to reduce the amount of current supplied to the radiator 40 to zero, and the converter 14 is instructed to charge the battery 12 with the regenerative power Qh. Thereafter, the routine returns to “RETURN” to end this routine once.
[0043]
On the other hand, when it is determined in step S130 that the regenerative power Qh exceeds the battery chargeable amount Qb, the process proceeds to step S150 to determine a failure in the regenerative power consumption system including the radiator 40 and the control unit 42. The process to do is performed. Specifically, various determinations are performed as follows. In each determination, the determination result is determined by distinguishing between a first failure mode that requires urgency and a second failure mode that does not require urgency.
[0044]
(1) The radiator 40 performs a failure diagnosis in the failure diagnosis circuit 40a. For example, when an overcurrent is detected by a current sensor, the determination result is defined as a “first failure mode”. When an overcurrent occurs, the first failure mode requiring urgency is selected because a problem may occur. For example, when overheating by a temperature sensor is detected, the determination result is defined as “second failure mode”. When the overheat detection occurs, the second failure mode is set in which the electronic control unit 30 can be operated only for a short time during which the regenerative power Qh is reduced.
[0045]
(2) In the fault diagnosis circuit 42a of the control unit 42, for example, IPM fault diagnosis is performed, and when an overcurrent is detected, it is determined as “first fault mode”, and when overheat is detected, “second fault mode”. Is determined.
[0046]
If the determination of the failure of the regenerative power consumption system is made in step S150, the CPU then determines whether the determination result is the first failure mode, the second failure mode, or no failure state. A determination process is performed (step S160). The state without failure is determined as a state without failure when neither the first failure mode nor the second failure mode is present.
[0047]
If it is determined in step S160 that there is no failure, the CPU proceeds to step S170, and subtracts the battery chargeable amount Qb obtained in step S120 from the above-described regenerative power Qh, thereby surplus regeneration. The power Qr is obtained. Next, the CPU causes the battery 12 to charge the battery chargeable amount Qb and consumes the surplus regenerative power Qr in the radiator 40 (steps S180 and S190). Specifically, in step S180, the converter 14 is instructed to charge the battery 12 with the battery chargeable amount Qb. Specifically, in step S190, the controller 42 is instructed to consume the surplus regenerative power Qr by the radiator 40. Thereafter, the routine returns to “RETURN” to end this routine once.
[0048]
On the other hand, if it is determined in step S160 that the first failure mode is set, the CPU proceeds to step S200 to instruct the control unit 42 to reduce the amount of current supplied to the radiator 40 to zero. By doing so, the radiator 40 is stopped. Thereafter, the inverter 20 is controlled to reduce the regenerative power Qh by a predetermined amount ΔQ1 (step S210).
[0049]
Subsequently, the CPU obtains surplus regenerative power Qr by subtracting the battery chargeable amount Qb obtained in step S120 from the regenerative power Qh decreased in step S210 (step S220). Thereafter, the battery 12 is charged with the regenerative power Qh, which is the sum of the surplus regenerative power Qr and the battery chargeable amount Qb (step S230). Specifically, the converter 14 is instructed to charge the battery 12 with the regenerative power Qh. When the regenerative power Qh exceeds the battery chargeable amount Qb, as described in steps S170 to S190 described above, it is normal that the surplus regenerative power Qr corresponding to the surplus portion is consumed by the radiator 40. On the other hand, in the first failure mode, the battery 12 is charged with the entire regenerative power Qh including the surplus regenerative power Qr in step S220.
[0050]
After executing step S230, the CPU determines whether or not the surplus regenerative power Qr is greater than 0 (step S240). If the determination is affirmative, the CPU returns the process to step S210. Steps S210 to S240 are repeatedly executed. On the other hand, when a negative determination is made in step S240, that is, when it is determined that the surplus regenerative power Qr is 0 or less, the routine returns to “RETURN” and this routine is ended once.
[0051]
On the other hand, if it is determined in step S160 that the second failure mode is set, the CPU proceeds to step S250 to control the inverter 20 to decrease the regenerative power Qh by a predetermined amount ΔQ2. The predetermined amount ΔQ2 is smaller than the predetermined amount ΔQ1 used in the power reduction in step S210.
[0052]
Next, the CPU obtains surplus regenerative power Qr by subtracting the battery chargeable amount Qb obtained in step S120 from the regenerative power Qh decreased in step S250 (step S260). Subsequently, the CPU charges the battery 12 with the battery chargeable amount Qb and consumes the excessive regenerative power Qr with the radiator 40 (steps S270 and S280). In step S270, specifically, the converter 14 is instructed to charge the battery 12 with the battery chargeable amount Qb. Specifically, in step S280, the controller 42 is instructed to consume the surplus regenerative power Qr by the radiator 40.
[0053]
Thereafter, the CPU determines whether or not the surplus regenerative power Qr is greater than 0 (step S290). If the determination is affirmative, the CPU returns the process to step S250, and step S250. Or S290 is repeatedly executed. On the other hand, if the determination in step S290 is negative, that is, if it is determined that the surplus regenerative power Qr is less than or equal to 0, the CPU proceeds to step S295 to energize the radiator 40 with respect to the control unit 42. By instructing the amount to be zero, the radiator 40 is stopped. Thereafter, the routine returns to “RETURN” to end this routine once.
[0054]
FIG. 3 shows how the regenerative power of the motor 24 is distributed when the regenerative power consumption system shifts from the failure-free state to the first failure mode when the regenerative power Qh exceeds the battery chargeable amount Qb. It is explanatory drawing which shows. As shown in the figure, during the period of no failure, the battery 12 is charged with the battery chargeable amount Qb of the regenerative power Qh, and the excess regenerative power Qr is consumed by the radiator 40. In the period in which the failure in the first failure mode occurs, the regenerative power Qh is gradually decreased with time, and the regenerative power Qh including the surplus regenerative power Qr is charged to the battery 12. Regenerative power Qh is reduced until it becomes equal to battery chargeable amount Qb.
[0055]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing how the regenerative power of the motor 24 is distributed when the regenerative power consumption system shifts from the state without failure to the second failure mode. As shown in the drawing, the content is the same as that shown in FIG. 3 during the period of no failure. During the period in which the failure in the second failure mode occurs, the regenerative power Qh is gradually decreased with time, and the surplus regenerative power Qr is consumed by the radiator 40 as in the case of no failure. Regenerative power Qh is reduced until it becomes equal to battery chargeable amount Qb. Note that the rate of decrease at this time is slower than that in the first failure mode (see FIG. 3). Since the second failure mode is a failure that does not require urgency, there is a high possibility that the radiator 40 does not completely impair the function. Therefore, while the regenerative power Qh is gradually decreased, the excess regenerative power Qr is consumed by the radiator 40.
[0056]
According to the regenerative control device for a vehicle of the first embodiment configured as described above, even if the regenerative power consumption system fails, the surplus regenerative power Qr is supplied to the battery as shown in FIG. 12 and charging the surplus regenerative power Qr with the radiator 40 as shown in FIG. When charging the battery 12 with the excess regenerative power Qr, it is necessary to instantaneously charge the power exceeding the normal use range. However, since there is a case where the radiator 40 consumes the power as described above, Cases to be accumulated can be reduced. For this reason, deterioration of the battery 12 can be suppressed.
[0057]
Further, in this embodiment, when the failure of the regenerative power consumption system occurs, the surplus regenerative power Qr is gradually decreased, so that the regenerative power can be easily controlled.
[0058]
In this embodiment, as described above, since there is a case where the battery 12 is charged beyond the battery chargeable amount Qb, the battery 12 cannot be charged during normal operation (that is, fully charged). The charge amount of the battery 12 is controlled so as not to become.
[0059]
Next, a modification of the first embodiment will be described.
(1) In the first embodiment, the failure of the IPM that is a power control element is detected and diagnosed. However, instead of the IPM, a failure of a power control element other than the IPM such as a power MOSFET or a power transistor is detected. It can also be.
[0060]
(2) In the first embodiment, the radiator 40 is provided as the regenerative power consuming means. However, instead of this, the power consumption may be achieved by a method other than heat dissipation. For example, it can be set as the structure which operates a mechanical load. Even if heat radiation is adopted, it is not possible to adopt a so-called air-cooled configuration as in the present embodiment, but it is possible to change to a configuration that radiates heat by water cooling.
[0061]
(3) In the first embodiment, the first failure mode is the overcurrent of the radiator 40, the IPM overcurrent of the control unit 42, and the second failure mode is the overheating of the radiator 40 and the IPM overheating of the control unit 42. However, each mode is not limited to these, and if a failure of another factor is added, the above factor can be eliminated.
[0062]
(4) In the first embodiment, the surplus regenerative power Qr is obtained by subtracting the battery chargeable amount Qb from the regenerative power Qh. This is because the auxiliary equipment mounted on the vehicle is used for regenerative power consumption. This is because the configuration is not used. Examples of the auxiliary machine include a pump for supplying fuel gas and cooling water to the fuel cell 10, an oil pump for power steering, an outlet for supplying power to electrical equipment of the vehicle, a compressor for cooling the battery 12, and an air conditioning unit. There are compressors, electric heaters for air conditioning, and air compressors for brakes. These auxiliary machines can also be used for regenerative power consumption. In such a configuration, the surplus regenerative power Qr for radiating the radiator is calculated from the regenerative power Qh of the motor to the battery chargeable amount Qb and the total consumption of the auxiliary machine. It can be set as the structure calculated | required by subtracting electric power.
[0063]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with the vehicle regeneration control device of the second embodiment. This electric vehicle includes two independent power sources for driving the vehicle on the left side and the right side. It is suitable to apply to a large vehicle by providing two power sources. The left power source and the right power source have the same configuration. As in the first embodiment, each power source includes a fuel cell 410 (510), a battery 412 (512), a converter 414 (514), an inverter 420 (520), a motor 424 (524), and a radiator 440 (540). ), And a control unit 442 (542) for a radiator. In this embodiment, the output characteristics and capacity of the left power source and the right power source are the same. The left power source and the right power source are controlled by a common electronic control unit 430.
[0064]
The rotation shaft 424a of the motor 424 and the rotation shaft 524a of the motor 524 are connected to gears 552 and 554 in the gear box 550, respectively. The gears 552 and 554 are spur gears that mesh with the drive gear 556. The drive shaft 422 is coupled to the drive gear 556. The power of each motor 424, 524 is output to the drive shaft 422 via each gear of the gear box 550, and is transmitted to each wheel 428L, 428R via the differential gear 426.
[0065]
The electronic control unit 430 controls the left power source and the right power source independently. That is, by separately controlling the fuel cell 410 (510), the converter 414 (514), the inverter 420 (520), and the control unit 442 (542) by the left power source and the right power source, the power running control and regeneration of the vehicle are performed. Control is performed. At the time of this regenerative control, when surplus regenerative power is generated, surplus regenerative power is consumed by the radiator 440 (540) of the corresponding power source. The surplus regenerative power is obtained by subtracting the chargeability of the battery 412 (512) from the regenerative power of the motor 424 (524), as in the first embodiment. In addition, surplus regenerative electric power can also be set as the structure which considered the consumption of an auxiliary machine like the modification (4) of 1st Example.
[0066]
As described above, the left side power source and the right side power source are controlled independently when there is no failure. When a failure occurs, control is performed so that the failure side system is supplemented by the normal side system. It is done. In this embodiment, when the regenerative power consumption system composed of the radiator 440 and the control unit 442 (or the radiator 540 and the control unit 542) fails in the one side system, the normal system on the non-failed side has Control is performed such that surplus regenerative power is consumed by the radiator 540 (or 440). Since the motors 424, 524 of each system are in a state where power can be transmitted to each other by the gears 552, 554, 556, surplus regenerative power can be delivered to the other system side.
[0067]
FIG. 6 is a flowchart showing a failure-time regenerative power control routine for performing the above-described control. This failure-time regenerative power control routine is repeatedly executed every predetermined time. As shown in the figure, when the process is started, the CPU of the electronic control unit 430 first performs a process of determining a failure of the radiator 440 and the control unit 442 included in the left power source (step S600). In the failure determination process, similar to step 150 of the first embodiment, the radiator overcurrent, the control unit IPM overcurrent, the radiator 40 overheat, and the control unit 42 IPM overheat are classified into the first failure mode and the The determination is made by distinguishing from two failure modes. Further, in FIG. 5, the display of various sensors used for the failure determination is omitted. Next, the CPU performs a process of determining failure of the radiator 540 of the right power source and the control unit 542 (step S610). This determination process is the same as in step S600.
[0068]
Thereafter, the CPU determines from the determination results of steps S600 and S610 whether both the left power source and the right drive source have failed or only one side has failed (steps S620 and S630). The term “failure” here means a failure regardless of whether the failure is in the first failure mode or the second failure mode. If it is determined in step S620 that both have failed, it is determined that the radiators 440 and 540 cannot be used, and regeneration is performed within the battery chargeable amount range (step S640).
[0069]
On the other hand, if it is determined in step S630 that only one side has failed, a process of determining the consumption destination of surplus regenerative power generated in the faulty system in the radiator of the normal system is performed (step S630). S650). For this setting, a table is prepared in advance in the RAM in the electronic control unit 430 and stored in the table. FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the surplus regenerative power consumption destination setting table TBL. As shown in the figure, the left power source column and the right drive source column are provided, and the consumption destination is determined by the sign of the value 0 or 1, respectively. When the value is 0, it means that it is a radiator that the power source on its own side has, and when it is 1, it means that it is a radiator that has a power source on the other side that is not itself.
[0070]
For example, if it is determined in step S600 that the regenerative power consumption system of the left power source has a failure, and it is determined in step S610 that the regenerative power consumption system of the right power source has no failure, in step S650, The surplus regenerative power consumption destination setting table TBL is rewritten with the contents illustrated in FIG. That is, by setting the consumption destination of the surplus regenerative power of the left power source in failure to the value 1, the consumption source of the surplus regenerative power of the right power source that has not failed is set to the value 0. By doing so, it will remain on the right power side.
[0071]
If the failure is on the right power source side, the surplus regenerative power consumption destination setting table TBL has a value inverted from that shown in FIG. 7, that is, the upper row has the value 0 and the lower row has the value 1. After execution of step S650, the process returns to “Return” to end the control routine once.
[0072]
On the other hand, if both of the left power source and the right power source are determined to be faulty in both negative determinations in steps S620 and S630, the process proceeds to step S660, and the setting in step S650, that is, surplus regenerative power is performed. All the contents of the consumption destination setting table TBL are cleared to 0. By this processing, the left power source and the right power source are determined so as to consume excess regenerative power by themselves. After the execution of step S660, the process returns to “RETURN” and this control routine is temporarily terminated.
[0073]
In the regenerative power control for each left power source and right power source executed by the electronic control unit 430, a radiator that supplies surplus regenerative power is referred to by referring to the contents of the surplus regenerative power consumption destination setting table TBL. Decide which system to use.
[0074]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing how the regenerative power of the entire vehicle is distributed. For example, as shown in the figure, when a failure occurs in the regenerative power consumption system of the left power source at time t1, surplus regenerative power generated by the left power source is consumed by the right radiator 540. After the failure occurs, the amount consumed by the left radiator 440 is gradually reduced with time. However, after the failure occurs, the consumption by the left radiator 440 is performed while decreasing. This is because the failure is the second failure mode that does not require urgency. In the case of a failure in the first failure mode that requires urgency, the power consumed by the left radiator 440 after the occurrence of the failure (the right triangle portion in the figure) The battery 412 included in the source is configured to be charged.
[0075]
According to the regeneration control device for a vehicle of the second embodiment configured as described above, even if a failure occurs in the regenerative power consumption system of one system, the regenerative power consumption system of the other system is utilized. It is possible to consume regenerative power. For this reason, since it is possible to prevent excess regenerative power from being further accumulated in the batteries 412 and 512, it is possible to protect the battery. Further, even if a failure occurs in the regenerative power consumption system of one side of the system, the regenerative power amount of the entire vehicle, that is, the deceleration is not reduced.
[0076]
In addition, in 2nd Example, although it was set as the structure provided with the heat radiators 440 and 540 as a regeneration electric power consumption means, it is good also as a structure which aims at power consumption by methods other than heat dissipation instead. For example, it can be set as the structure which operates a mechanical load. Even if heat radiation is adopted, it is not possible to adopt a so-called air-cooled configuration as in the present embodiment, but it is possible to change to a configuration that radiates heat by water cooling.
[0077]
When the configuration of the first embodiment is mounted on a large vehicle as well as the second embodiment having two power sources, the vehicle weight is heavy and the braking force required as an auxiliary braking force increases. For this reason, when it is going to secure auxiliary brake power only by regenerative braking, the regenerative electric power which generate | occur | produces by regenerative braking will be several dozen kW. According to the said 1st Example and 2nd Example, the regenerative electric power which is such large electric power can be consumed stably.
[0078]
As mentioned above, although one Example of this invention was explained in full detail, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement in various aspects. Of course.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with a vehicle regeneration control device of a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing a regenerative power control routine.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing how the regenerative power of the motor 24 is distributed when a failure in the first failure mode occurs in the regenerative power consumption system.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing how the regenerative power of the motor 24 is distributed when a failure in the second failure mode occurs in the regenerative power consumption system.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with a vehicle regeneration control device of a second embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing a failure-time regenerative power control routine.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a surplus regenerative power consumption destination setting table TBL.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing how the regenerative power of the entire vehicle is distributed.
[Explanation of symbols]
10. Fuel cell
12 ... Battery
14 ... Converter
20 ... Inverter
22 ... Drive shaft
24 ... Motor
26 ... Differential gear
28L, 28R ... Drive wheels
30 ... Electronic control unit
40 ... radiator
40a ... Fault diagnosis circuit
42. Control unit
42a ... Fault diagnosis circuit
50 ... Voltage sensor
52 ... Current sensor
54 ... Temperature sensor
410, 510 ... Fuel cell
412, 512 ... battery
414, 514 ... Converter
420, 520 ... Inverter
424, 524 ... motor
424a, 524a ... rotating shaft
422 ... Drive shaft
426 ... Differential gear
428L, 428R ... wheels
440, 540 ... radiator
442, 542 ... control unit
430 ... Electronic control unit
550 ... Gearbox
552 ... Gear
556 ... Drive gear

Claims

With two power sources to drive the vehicle,
The power source of each system is
A power supply;
A secondary battery,
An electric motor driven by electric power supplied from at least one of the power supply device and the secondary battery;
Motor control means for controlling the electric motor to regeneratively brake during a predetermined operation and charging the secondary battery with regenerative power of the electric motor;
Regenerative power consuming means for consuming surplus regenerative power when surplus occurs in the regenerative power in view of the rechargeable amount of the secondary battery,
A failure determining means for determining a failure of the regenerative power consuming means for each system;
When one system is a fault system in which a fault exists in the regenerative power consumption means and the other system is a normal system in which the fault does not exist, the surplus regenerative power generated in the fault system is detected. A vehicle regenerative control device comprising: failure time control means that is consumed by regenerative power consumption means of the normal system.

The regeneration control device for a vehicle according to claim 1 , wherein the regenerative power consumption means for each system includes a radiator that converts electric power into heat to dissipate heat.

The vehicle regeneration control device according to claim 1 or 2 ,
The power supply device is a vehicle regeneration control device that is a fuel cell.

With two power sources to drive the vehicle,
The power source of each system includes a power supply device, a secondary battery, an electric motor driven by electric power supplied from at least one of the power supply device and the secondary battery, and the electric motor in view of a chargeable amount of the secondary battery. A regenerative control method for a vehicle comprising a regenerative power consuming device that consumes surplus regenerative power when surplus regenerative power occurs.
(A) a step of determining a failure of the regenerative power consuming device for each of the systems;
(B) When one system is a fault system in which a failure exists in the regenerative power consuming apparatus, and the other system is a normal system in which the fault does not exist, the surplus generated in the fault system A regenerative control method for a vehicle, comprising: a step of consuming regenerative power by a regenerative power consuming device included in the normal system.