(57)【要約】【課題】低気圧環境での力行駆動時にモータジェネレータに発生する部分放電を抑制することである。【解決手段】二次電池１７の電圧がモータジェネレータ１５に印加され、回生時のモータジェネレータ１５の発電により、二次電池１７の電圧が所定の制限電圧Ｖｈまで上昇した場合にモータジェネレータ１５の発電を制限する電動車両であって、気圧検出手段２１によって電動車両の位置における気圧を検出して、制限電圧低減手段３４によって当該検出された気圧に応じて所定の制限電圧Ｖｈを低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
力行時には二次電池の電圧がモータジェネレータに印加され、回生時には前記モータジェネレータの発電電力が前記二次電池に回収され、前記二次電池の回生電圧が所定の制限電圧まで上昇した場合に前記モータジェネレータの発電を制限する電動車両であって、
前記電動車両の位置における気圧を検出する気圧検出手段と、
前記気圧に応じて前記制限電圧を低減する制限電圧低減手段と、
を備えることを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両に関し、特に、気圧に応じてモータジェネレータの回生発電を制限する電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータジェネレータによって駆動されるハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車などの電動車両が知られている。このような電動車両は、減速時の回生エネルギーを二次電池に回収して回生エネルギーを有効活用している。回生エネルギーを二次電池に回収するには、回生時にモータジェネレータによって発電された電力を二次電池に充電する。
【０００３】
二次電池に回生エネルギーを回収する電圧領域を設け、回生エネルギーの発生時に、この回生エネルギーを最大限回収するために、回生エネルギー量を推定し、この回生エネルギー量を全て受け入れられるように前記電圧領域の大きさを調整する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１５０７０４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モータジェネレータを駆動するインバータは、スイッチング動作を繰り返すことで、モータジェネレータの駆動に必要な正弦波電流を作り出している。このときインバータの出力端子には、スイッチング動作の度に二次電池の電圧を超えるサージ電圧が発生する。このサージ電圧によって、モータジェネレータのコイル間には瞬間的に二次電池の電圧を超える高電圧が印加されることがある。コイル間に印加される高電圧が、所定の電圧を超えると、コイル被覆の表面間で部分放電と呼ばれる放電が発生することが知られている。この部分放電が頻繁に発生すると、コイル被覆が浸食されて絶縁破壊に至る場合がある。部分放電が発生する所定の電圧を部分放電開始電圧ＰＤＩＶ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｉｎｃｅｐｔｉｏｎ  Ｖｏｌｔａｇｅ）という。
【０００６】
また、標高の高い高地では平地よりも気圧が低下し、気圧が低下するほど空気の絶縁抵抗も低下するので、高地（低気圧環境）では部分放電が発生しやすくなる。
【０００７】
ところで、電動車両には、二次電池とモータジェネレータとの間で電圧を昇圧または降圧する昇降圧コンバータを備えていない電池直結型のモータシステムを採用する場合がある。このシステムでは、モータジェネレータへの電力供給時に二次電池の電圧を昇圧しないので、二次電池の電圧がそのままモータジェネレータに印加される。また、このモータシステムの耐電圧（耐絶縁性）は、コスト低減等の観点から二次電池の電圧より少し高い程度に設定されている。
【０００８】
このようなシステムを採用した電動車両は、回生時にモータジェネレータによって発電された電力が二次電池に充電されて、二次電池の電圧が上昇すると、モータジェネレータに印加される電圧が上昇して、モータジェネレータにおいて部分放電が発生する可能性が高くなる。このことは、特に空気の絶縁抵抗が低下する低気圧環境下で問題となる。
【０００９】
そこで、本発明では、低気圧環境において二次電池の電圧が印加されるモータジェネレータの部分放電を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電動車両は、力行時には二次電池の電圧がモータジェネレータに印加され、回生時には前記モータジェネレータの発電電力が前記二次電池に回収され、前記二次電池の回生電圧が所定の制限電圧まで上昇した場合に前記モータジェネレータの発電を制限する電動車両であって、前記電動車両の位置における気圧を検出する気圧検出手段と、前記気圧に応じて前記制限電圧を低減する制限電圧低減手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低気圧環境において二次電池の電圧が印加されるモータジェネレータの部分放電を抑制でき、モータジェネレータの絶縁性能を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ハイブリッド車両の構成を示す概略構成図である。
【図２】電池直結型のモータシステムにおける二次電池の特性を説明する図であり、図２（ａ）は二次電池の電圧と時間との関係を示し、図２（ｂ）は二次電池の電圧と入力電力Ｗｉｎとの関係を示している。
【図３】二次電池の電圧とＳＯＣとの関係を示す特性図である。
【図４】減速時のモータジェネレータの発電制御を示すフローチャートである。
【図５】減速時に充電される二次電池の電圧変化の特性図である。
【図６】気圧に応じた二次電池の制限電圧の設定を説明する特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明において電動車両は、モータジェネレータが搭載された車両であれば特に限定されるものではなく、例えば、ハイブリッド車両、電気自動車、あるいは燃料電池自動車であってもよい。本実施形態において電動車両はエンジンとモータジェネレータの２種類の動力源を組み合わせて走行するハイブリッド車両として説明する。
【００１４】
図１に示すように、ハイブリッド車両１０は、ハイブリッド車両１０を駆動するエンジン１１と、エンジン１１の出力軸１２とモータジェネレータ１５の出力軸１４とが接続され、エンジン１１の出力をモータジェネレータ１５への出力と駆動軸１９への出力とに分割するプラネタリギヤ１３を備えている。また、ハイブリッド車両１０は、複数の電池セルが積層された二次電池１７と、インバータ１６とを備えている。ハイブリッド車両１０は、二次電池１７とモータジェネレータ１５との間で電圧を昇圧または降圧する昇降圧コンバータを備えていない電池直結型のモータシステムを採用しており、二次電池１７はインバータ１６を介してモータジェネレータ１５に接続されている。このため、モータジェネレータ１５への電力供給時に二次電池１７の電圧を昇圧または降圧できず、二次電池１７の電圧がモータジェネレータ１５に印加される。
【００１５】
二次電池１７には、この電池の電圧を検出する電圧センサ１７ａが設けられている。二次電池１７は、モータジェネレータ１５に電力を供給するとともにモータジェネレータ１５の回生時及びエンジン１１により駆動される時の発電電力が充電される。インバータ１６は、二次電池１７からの直流電力をモータジェネレータ１５への三相交流電力に変換するとともにモータジェネレータ１５の発電した交流電力を二次電池１７に充電する直流電力に変換する。さらに、ハイブリッド車両１０は、ハイブリッド車両１０の位置する地点の大気圧を検出する気圧検出手段としての大気圧センサ２１を備えている。
【００１６】
ハイブリッド車両１０は、回生ブレーキと油圧ブレーキとを備えており、回生ブレーキと油圧ブレーキとを協調制御して減速する。回生ブレーキは、駆動輪の回転力を使ってモータジェネレータ１５を回転することにより発電し、発電抵抗で減速するものである。また、油圧ブレーキは駆動輪に設けられたディスクブレーキから構成される。
【００１７】
ハイブリッド車両１０は、ハイブリッド車両１０を制御するための制御部３０を備えている。制御部３０は内部に信号の処理、演算を行うＣＰＵ３１と、記憶装置であるメモリ３２と、各機器及びセンサが接続されるインターフェース３３とを含むコンピュータ等から構成されている。
【００１８】
メモリ３２は、ハイブリッド車両１０の位置における気圧に応じて二次電池１７の制限電圧を低減する制限電圧低減手段としての制限電圧低減部３４と、ハイブリッド車両１０における各種の制御用データや二次電池１７の電圧範囲を記憶する記憶部３５とを備えている。制限電圧低減部３４による二次電池１７の電圧低減については後述する。
【００１９】
次に二次電池１７の特性について電圧と時間との関係を示す図２を参照して説明する。図２に示すように、二次電池１７を構成する電池セルは、充電にともなって電圧が上昇する。図２（ａ）の符号Ａ１で示すように二次電池１７に入力される電力が大きいと充電にともなって電圧が大きく上昇し、符号Ａ２で示すように二次電池１７に入力される電力が小さいと、入力される電力が大きい場合と比べて充電にともなう電圧上昇が小さいという特性を備えている。この特性を二次電池１７の電圧と入力電力Ｗｉｎとの関係で示すと、図２（ｂ）に示すように、入力電力Ｗｉｎが大きくなるに応じて二次電池１７の充電中の電圧上昇が大きくなる特性となる。そのため、符号Ａ１で示すように回生エネルギーが大きい場合（入力電力Ｗｉｎが大きい場合）には、充電による二次電池１７の電圧上昇が大きく、また、符号Ａ２で示すように回生エネルギーが小さい場合（入力電力Ｗｉｎが小さい場合）には、充電による二次電池１７の電圧上昇は小さくなる。すなわち、回生エネルギーが大きいと充電による二次電池１７の電圧上昇が大きくなり、二次電池１７の電圧が上昇する。
【００２０】
図３は、二次電池１７の開放電圧（ＯＣＶ）とＳＯＣとの関係を示している。図３に示すように、二次電池１７には、電池が劣化する劣化範囲まで充電または放電しないように、電池の電圧範囲が設定されている。この電圧範囲の上限及び下限は、それぞれフィードバック上限電圧及びフィードバック下限電圧（以下、Ｆ／Ｂ上限電圧Ｖｈ及びＦ／Ｂ下限電圧Ｖｌという）によって設定される。また、電圧範囲に対応するＳＯＣの範囲は、例えば３０％〜８０％の範囲に設定される。Ｆ／Ｂ上限電圧Ｖｈ及びＦ／Ｂ下限電圧Ｖｌは、二次電池１７の特性に基づいて設定されており、記憶部３５に記憶されている。また、所定の制限電圧としてのＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈは、制限電圧低減部３４によって引き下げられて低減することが可能であり、低減された電圧も記憶部３５に記憶される。また、Ｆ／Ｂ上限電圧Ｖｈは、部分放電が発生しない限界上限電圧よりも低い電圧である。したがって、二次電池１７の電圧がＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈあるいはこれを少し超える電圧であれば部分放電は発生しない。
【００２１】
図３の符号Ｂで示すように、二次電池１７は、二次電池１７のＳＯＣが少なくなると電圧が低下し、二次電池１７のＳＯＣが多くなると電圧も上昇するという特性を備えている。このため、モータジェネレータ１５を駆動し続けるとＳＯＣが少なくなり電圧が低下して、Ｆ／Ｂ下限電圧Ｖｌ以下となる場合には、モータジェネレータ１５の駆動を制限して、エンジン１１による駆動を行う。また、減速時のモータジェネレータ１５の発電によりＳＯＣが上昇すると電圧も上昇して、回生によりＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈ以上となる場合には、モータジェネレータ１５の発電を制限して、油圧ブレーキを主とした減速を行う。
【００２２】
次に、図４〜６を参照して、減速時のＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈの低減及びモータジェネレータ１５の制御について説明する。まず、図４のステップＳ１０では、減速要求があるかを判断する。減速要求は、運転者がブレーキペダルを踏んでいることを検出して判断される。減速要求が検出された場合にはステップＳ１１へ進み、減速要求がなければ制御ルーチンを終了する。
【００２３】
ステップＳ１１では、電圧センサ１７ａから二次電池１７の現在の電圧を取得して、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、取得した二次電池１７の電圧を基準電圧Ｖｓと比較して、二次電池１７の電圧が基準電圧Ｖｓ以上であるかを判断する。ここで基準電圧Ｖｓとは、二次電池１７への充電により二次電池１７の電圧がＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈを超えないと想定される電圧である。すなわち、基準電圧Ｖｓは、Ｆ／Ｂ上限電圧ＶｈとＦ／Ｂ下限電圧Ｖｌとの間であって、Ｆ／Ｂ下限電圧Ｖｌに近い電圧に設定されている。二次電池１７の電圧が基準電圧Ｖｓよりも低い場合には、二次電池１７に充電しても二次電池１７の電圧がＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈ（制限電圧）を超えることはなく、二次電池１７は回生エネルギー（発電による電力）を十分に回収できる。これに対し、二次電池１７の電圧が基準電圧Ｖｓ以上である場合には、二次電池１７の電圧が比較的高電圧である状態であり、二次電池１７は回生エネルギー（発電による電力）を回収することによって二次電池１７の電圧がＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈを超える可能性がある。
【００２４】
そして、二次電池１７の電圧が基準電圧Ｖｓよりも低い場合（ＮＯ）には、ステップＳ１３に進み減速制御が行われる。減速制御は、モータジェネレータ１５による回生発電と油圧ブレーキとによる協調制御により行われるが、ここでは、主にモータジェネレータ１５による回生発電によって減速が行われる。このモータジェネレータ１５により発電された電力が二次電池１７に充電される。
【００２５】
この動作を図５において符号Ｃ１で示す電圧特性を参照して説明する。例えば、減速制御開始時の二次電池１７の電圧が基準電圧Ｖｓよりも低い電圧ＶＡであった場合には、モータジェネレータ１５による発電の電力が二次電池１７に充電されると、図２に示すような充電電力による電圧上昇と、図３に示すＳＯＣ増加による電圧上昇とがあり、二次電池１７の電圧が電圧ＶＢまで上昇する。ただし、低い電圧ＶＡの状態から減速制御による発電が開始されるので、二次電池１７の電圧はＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈ（制限電圧）まで上昇することはない。
【００２６】
一方、ステップＳ１２において、二次電池１７の電圧が基準電圧Ｖｓ以上である場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１４に進み、ステップＳ１４では、大気圧センサ２１からハイブリッド車両１０の現在位置における気圧を取得してステップＳ１５へ進む。
【００２７】
ステップＳ１５では、取得した気圧が部分放電に影響するか判断する。ここで、気圧と部分放電との関係、気圧とＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈの設定との関係について図６を参照して説明する。気圧が低下するほど空気の絶縁抵抗は低下するので、低気圧環境では部分放電が発生しやすくなるという特性がある。このため、図６に示すように、気圧が高い気圧範囲Ｐ１では部分放電が発生しにくく、気圧が低くなる気圧範囲Ｐ２では部分放電が発生しやすい。
【００２８】
よって、ステップＳ１５において、ハイブリッド車両１０の現在位置における気圧が気圧範囲Ｐ１、Ｐ２のいずれの気圧範囲に属するか判断する。取得した気圧が気圧範囲Ｐ１に属する場合（ＮＯ）には、ステップＳ１６に進む。
【００２９】
ステップＳ１６では、部分放電が発生しにくいので、Ｆ／Ｂ上限電圧Ｖｈの制限は行わない。すなわち、Ｆ／Ｂ上限電圧Ｖｈの変更は行わず、Ｆ／Ｂ上限電圧Ｖｈを初期設定の電圧としてステップＳ１７に進む。
【００３０】
ステップＳ１７では、回生による減速制御を行ってモータジェネレータ１５により発電された電力が二次電池１７に充電される。この充電の際の充電電力による電圧上昇及びＳＯＣ増加による電圧上昇によって、二次電池１７の電圧が上昇してＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈ（制限電圧）に達した場合、モータジェネレータ１５の発電を低減させて油圧ブレーキを主とした減速を行う。
【００３１】
この動作を図５において符号Ｃ２で示す電圧特性を参照して説明する。二次電池１７の電圧が基準電圧Ｖｓ以上の電圧ＶＢである点から減速制御が開始されて、モータジェネレータ１５による発電の電力が二次電池１７に充電される。そして、二次電池１７の電圧がＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈに達した場合、モータジェネレータ１５による発電は低減される。そして、二次電池１７の電圧はＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈを少しオーバーシュートした電圧ＶＣまでしか上昇せず、これにより二次電池１７の電圧上昇は殆どなくなるので、部分放電が発生する電圧まで上昇しない。このように、本実施形態ではＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈに達するまで、モータジェネレータ１５の発電が継続されるので、二次電池１７には十分な充電が行われて、回生エネルギーを有効に回収することができる。
【００３２】
また、ステップＳ１５において、取得した気圧が気圧範囲Ｐ２に属する場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、気圧に応じてＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈ（制限電圧）を低減する。すなわち、取得した気圧に応じてＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈを引き下げる設定を行い、ステップＳ１９に進む。図６に示すように、取得した気圧が低ければ低い程、Ｆ／Ｂ上限電圧Ｖｈを引き下げるように設定する。気圧に応じて設定される制限電圧は、部分放電の発生に対して余裕のある電圧であり、低気圧で、この制限電圧を少し超える程度であれば部分放電は発生しない。例えば、取得した気圧が気圧Ｐ２ａである場合には、その気圧Ｐ２ａに応じた制限電圧Ｖ２ａとなるようにＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈを制限電圧Ｖ２ａに引き下げるように設定する。なお、制限電圧Ｖ２ａも部分放電の発生に対して余裕のある電圧である。
【００３３】
ステップＳ１９では、減速制御を行ってモータジェネレータ１５により発電された電力が二次電池１７に充電される。この充電によって二次電池１７の電圧が制限電圧Ｖ２ａに達した場合、モータジェネレータ１５の回生発電を低減して、油圧ブレーキを主とした減速を行う。その結果、二次電池１７の電圧が制限電圧Ｖ２ａに達した時点で、モータジェネレータ１５の発電が低減されて二次電池１７への充電も電力も少なくなるので、二次電池１７の電圧上昇が抑制される。
【００３４】
この動作を図５において符号Ｃ３で示す電圧特性を参照して説明する。減速制御開始時の二次電池１７の電圧が基準電圧Ｖｓ以上の電圧ＶＢであり、また、部分放電しやすい低気圧であるので、Ｆ／Ｂ上限電圧Ｖｈが制限電圧Ｖ２ａに引き下げられている。そして、モータジェネレータ１５の発電により二次電池１７の電圧が制限電圧Ｖ２ａに達した時点でモータジェネレータ１５による発電が低減されるので、二次電池１７の電圧は、制限電圧Ｖ２ａを少しオーバーシュートした電圧ＶＤまで上昇する。このため、二次電池１７の電圧上昇は抑制されて、二次電池１７の電圧は制限電圧Ｖ２ａより少し高い程度の電圧ＶＤとなるので、低気圧環境においてモータジェネレータ１５の部分放電の発生が抑制される。
【００３５】
以上説明したように、電池直結型のモータシステムを採用したハイブリッド車両１０において、気圧が高く部分放電の発生電圧が高い場合には、二次電池１７の電圧がＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈに達するまで、モータジェネレータ１５の発電が行われるので、二次電池１７に十分に充電することができる。このため、減速時の回生エネルギー（発電による電力）を有効に回収でき、燃費性能を向上することができる。
【００３６】
また、気圧が低く部分放電しやすい場合（低気圧環境）には、Ｆ／Ｂ上限電圧Ｖｈを気圧に応じた制限電圧に引き下げて、二次電池１７の電圧が制限電圧に達した時点で、モータジェネレータ１５の発電が制限されるので、二次電池１７への充電も制限される。すなわち、モータジェネレータ１５の回生発電の制限によって入力電力Ｗｉｎが制限されて、回生エネルギー（発電による電力）の回収が制限される。その結果、二次電池１７の電圧上昇が抑制されて、低気圧環境において部分放電の発生を抑制することができ、モータジェネレータ１５の絶縁性能を確保できる。
【００３７】
なお、部分放電は、コイルの絶縁被覆を厚くする、コイル間に絶縁紙を追加する等の対応により抑制することができるが、低気圧環境時に、Ｆ／Ｂ上限電圧Ｖｈを気圧に応じた制限電圧に引き下げることによって部分放電の発生を抑制できるので、部分放電の対応のために、コイルの絶縁被覆を厚くする、コイル間に絶縁紙を追加する等を行う必要もないので、コスト増加やコイル大型化を防止できる。
【００３８】
上述の実施形態では、二次電池１７のＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈを気圧に応じて引き下げて、モータジェネレータ１５の発電を制限していたが、二次電池１７の電圧上昇と入力電力Ｗｉｎとは密接に関係していることから、二次電池１７のＦ／Ｂ上限電圧Ｖｈを制限する代わりに、二次電池１７の入力電力Ｗｉｎを気圧に応じて制限してもよい。また、二次電池１７の電圧上昇とモータジェネレータ１５の発電時間とは密接に関係していることから、回生時におけるモータジェネレータ１５の発電時間を気圧に応じて制限してもよい。例えば、気圧の低下に応じてモータジェネレータ１５の発電時間を短縮してもよい。
【００３９】
また、上述の実施形態では、気圧検出手段として大気圧センサ２１を使用したが、気圧検出手段としてＧＰＳシステムを用いて、このＧＰＳにより検出した標高に対応する気圧を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ハイブリッド車両、１５  モータジェネレータ、１６  インバータ、１７  二次電池、１７ａ  電圧センサ、２１  大気圧センサ、３０  制御部、３２  メモリ、３３  インターフェース、３４  制限電圧低減部、３５  記憶部、Ｐ１，Ｐ２  気圧範囲、Ｖ２ａ  制限電圧、Ｖｓ  基準電圧、Ｖｈ  Ｆ／Ｂ上限電圧（制限電圧）、Ｖｌ  Ｆ／Ｂ下限電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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