(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力発生器を制御することにより、ハイブリッド電気自動車のバッテリの充電状態を、完全充電に満たない設定充電状態付近に制御する方法であって、
前記バッテリの充電状態を推定して前記バッテリの現在の充電状態を表す信号を発生する工程と、
前記バッテリの所望の充電状態を表す信号を発生する工程と、
前記現在の充電状態を表す信号と前記所望の充電状態を表す信号との差をとって、充電状態誤差信号を発生させる工程と、
少なくとも積分することにより、前記充電状態誤差信号を処理して、所望の発生器電流信号を生成する工程と、前記充電状態誤差信号を処理する工程は前記積分した充電状態誤差信号に自動車負荷電流を乗じて乗算積分充電状態誤差信号を生成する工程をさらに含み、
発生器電流を検出して、現在の発生器電流信号を生成する工程と、
前記現在の発生器電流信号と前記所望の発生器電流信号との差をとって、発生器電流誤差信号を生成する工程と、
少なくとも積分により、前記発生器電流誤差信号を処理して、発生器出力電流コマンドを生成する工程と、
前記電力発生器に結合され前記電力発生器を駆動するエンジンの速度を、前記発生器出力電流コマンドを加えて制御することにより前記発生器出力電流コマンドに応答して前記発生器の電流出力を制御する工程と、
を含んでなることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記電流出力制御工程が、燃料電池の電流生成を制御する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記乗算積分充電状態誤差信号を処理する工程が、低バッテリ充電状態を示す低バッテリ状態信号を発生する工程と、前記低バッテリ状態信号を前記乗算積分充電状態誤差信号に加える工程とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記低バッテリ状態信号発生工程が、前記充電状態誤差信号を制限して制限充電状態誤差信号を生成する工程と、前記制限充電状態誤差信号に利得値を乗じる工程とをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記バッテリの充電状態を推定する前記工程が、前記現在の発生器電流と前記負荷電流の合計を積分する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記バッテリの充電状態を推定する前記工程が、前記バッテリの放電電流を測定する工程と、前記放電中のバッテリ電圧を測定する工程と、バッテリ電圧をバッテリ電流で割ることにより得られる商としてバッテリインピーダンスを算出するさらなる工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記バッテリ放電電流測定工程と前記バッテリ電圧測定工程とを反復して実施することにより、電流データと電圧データの時間的に量子化された流れを生成し、前記算出工程が、前記電圧データと電流データの時間的に量子化された流れを、量子化時間間隔の選択数にわたり平均化する工程を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
電力発生器を制御することにより、ハイブリッド電気自動車のバッテリのインピーダンスを、設定インピーダンス付近に制御する方法であって、
前記バッテリのインピーダンスを推定して前記バッテリの現在のインピーダンスを表す信号を発生する工程と、
前記バッテリの所望のインピーダンスを表す信号を発生する工程と、
前記現在のインピーダンスを表す信号と前記所望のインピーダンスを表す信号との差をとって、インピーダンス誤差信号を発生させる工程と、
少なくとも積分することにより、前記インピーダンス誤差信号を処理して、所望の発生器電流信号を生成する工程と、前記インピーダンス誤差信号を処理する工程は前記積分したインピーダンス誤差信号に自動車負荷電流を乗じて乗算積分インピーダンス誤差信号を生成する工程をさらに含み、
発生器電流を検出して、現在の発生器電流信号を生成する工程と、
前記現在の発生器電流信号と前記所望の発生器電流信号との差をとって、発生器電流誤差信号を生成する工程と、
少なくとも積分により、前記発生器電流誤差信号を処理して、発生器速度コマンドを生成する工程と、
前記電力発生器に結合され前記電力発生器を駆動するエンジンの速度を、前記発生器速度コマンドを加えて制御することにより前記発生器速度コマンドに応答して前記発生器の電流出力を制御する工程と、を含んでなることを特徴とする、方法。
【請求項９】
前記バッテリのインピーダンスを推定する工程が、
バッテリ放電電流を測定して、第一時間に第一電流サンプルを、第二時間に第二電流サンプルを生成する工程と、
前記第一時間及び第二時間でのバッテリ電圧に関係した電圧を測定することにより、第一バッテリ電圧サンプルと第二バッテリ電圧サンプルとを生成する工程と、
前記第一電流サンプルと前記第二電流サンプルを平均して平均バッテリ放電電流を生成する工程と、
前記第一バッテリ電圧サンプルと前記第二バッテリ電圧サンプルを平均して平均バッテリ電圧を生成する工程と、
前記平均バッテリ電圧を前記平均バッテリ放電電流で割ることにより得られる商としてバッテリインピーダンスを求める工程と、
を含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
制御可能補助電力源と負荷とに連携したバッテリの充電状態を制御する装置であって、
前記バッテリと連携した充電状態推定器と、
負荷と、
前記負荷に結合した負荷電流センサと、
制御可能電源と、
前記制御可能電源により発生した電流を表す電源電流信号を発生する、前記制御可能電源に結合した電源電流センサと、
前記バッテリと、前記負荷と、前記制御可能電源とに結合した電力伝達手段であって、前記負荷と、前記バッテリと、前記電源との間に電力を流す、前記電力伝達手段と、
所望のバッテリ充電状態を表す信号源と、
前記充電状態推定器と、前記所望のバッテリ充電状態を表す信号源とに結合した第一誤差信号発生器であって、それらの信号間の差をとって充電状態誤差信号を発生する、前記第一誤差信号発生器と、
前記第一誤差信号発生器に結合した第一処理手段であって、前記充電状態誤差信号を少なくとも積分することにより前記充電状態誤差信号を処理することにより、前記制御可能電源により生成すべき電流を表す所望の電源電流信号を生成する、前記第一処理手段と、前記第一処理手段は前記充電状態誤差信号に自動車負荷電流を乗じて乗算積分充電状態誤差信号を生成する乗算手段を含み、
前記第一処理手段と、前記電源電流センサとに結合した第二誤差信号発生手段であって、前記所望の電源電流信号と前記電源電流信号との差をとることにより、電源電流誤差信号を発生する、前記第二誤差信号発生手段と、
前記第二誤差信号発生手段に結合した第二処理手段であって、少なくとも積分により前記電源電流誤差信号を処理することにより、制御可能電源制御信号を生成する、前記第二処理手段と、
前記第二処理手段と前記制御可能電源とに結合した結合手段であって、前記制御可能電源に結合され前記制御可能電源を駆動するエンジンの速度を、前記制御可能電源制御信号を加えて制御することにより、前記制御可能電源制御信号を前記制御可能電源に結合して前記制御可能電源を制御する、前記結合手段と、
を含んでなることを特徴とする、装置。
【請求項１１】
前記第一処理手段が、
制御ポートと、第一切替可能ポートと、第二切替可能ポートと、前記第一切替可能ポートと前記第二切替可能ポートのうちの一つが前記制御ポートに加えられる論理信号の制御下で接続されている共通ポートとを含む第一スイッチ手段と、
前記第一誤差信号発生器と、前記第一スイッチ手段の前記第一切替可能ポートとに結合した第一パスであって、前記充電状態誤差信号を第一定数により制御される速度で積分して第一積分充電状態信号を生成する第一積分器を含む、前記第一パスと、
前記第一スイッチ手段の前記第二切替可能ポートに結合した一定信号源であって、前記一定信号が負荷電流の固定百分率を表す、前記一定信号源と、
前記第一誤差信号発生器に結合した高速積分器であって、前記充電状態誤差信号を前記第一積分器の前記第一定数よりも大きい第二定数により制御される速度で少なくとも積分して第二積分充電状態信号を発生させる、前記高速積分器と、
負荷電流の１００％を表す信号源と、
前記高速積分器に結合した反転入力ポートと、負荷電流の１００％を表す前記信号源に結合した非反転入力ポートとを含む加算回路であって、この加算回路に加えられた信号を加算することにより、前記バッテリにより加えられるべき負荷電流の割合を表す信号を生成する、前記加算回路と、
前記加算回路と前記負荷電流センサとに結合した信号比較手段であって、負荷電流を表す信号を前記バッテリにより供給されるべき負荷電流の割合を表す前記信号と比較し、前記負荷電流の方が大きいとき第一論理レベルを生成して前記第一論理レベルを前記第一スイッチ手段の前記制御入力ポートに結合し、前記バッテリにより供給されるべき負荷電流の割合を表す前記信号の方が大きいとき第二論理レベルを生成して前記第二論理レベルを前記制御入力ポートに結合し、それによって、前記負荷電流の方が大きいときには前記スイッチ手段が前記共通ポートを前記第一切替可能ポートに結合し、前記バッテリにより供給されるべき負荷電流の割合を表す前記信号の方が大きいときには前記スイッチ手段が前記共通ポートを前記第二切替可能ポートに結合する、前記信号比較手段と、
前記負荷電流センサに結合した第一入力ポートを含むとともに、第二入力ポートをも含む加算手段であって、負荷電流を表す前記信号を、前記加算手段の前記第二入力ポートに加えられた信号といっしょに加算することにより、前記所望の電源電流信号を生成する、前記加算手段と、
前記第一スイッチ手段の前記共通ポートと、前記加算手段の前記第二入力ポートとに結合した乗算手段であって、負荷電流信号を、前記第一スイッチ手段の前記共通ポートに結合した、前記積分充電状態信号と負荷電流の固定百分率を表す前記信号とのうちの一つに掛ける、前記乗算手段と、を含んでなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第一積分器が、状態制限積分器である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記加算手段と前記第二誤差信号発生器の前記非反転入力ポートとに結合したリミッタであって、前記第二誤差信号発生器に加えられた前記所望の電源電流信号を制限する、前記リミッタをさらに含んでなる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記バッテリから引き出される最大電流を表す信号源と、前記加算回路と最大電流を表す前記信号源とに結合した乗算器であって、前記バッテリにより供給される負荷電流の割合を表す前記信号に、前記最大電流を表す信号を掛ける、前記乗算器と、をさらに含んでなる、請求項１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気式負荷と、バッテリと、制御可能電力源とを含むハイブリッド電気システムに関し、より詳細には、バッテリの充電状態に応じて回転エンジン／発電機からのバッテリの充電を制御するコントロールシステムを備えたハイブリッド電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラクションモータと、トラクションバッテリ（数多くの単独のバッテリ要素を含んでいてよい）と、バッテリを充電するためのエンジン駆動発電機とを含むハイブリッド電気自動車の制御においては、バッテリ電圧に応答する単純なバッテリ充電制御装置では、変動バッテリ又はバス電圧の存在下でのコントロールシステム積分器の作用のためにバッテリは動作中にゆっくりと放電するので、バッテリを制御された充電レベルに維持できないことが判明した。また、このような単純な制御装置は、バッテリ動作点が制御できない（バッテリインピーダンスは制御できないと言っているに等しい）ので、エネルギーの面から不十分である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ハイブリッド電気自動車に用いる向上したバッテリ充電制御方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ハイブリッド電気自動車のバッテリ充電状態を、完全充電に満たない設定充電状態付近に制御する方法が提供される。制御は、電力発生器（エンジン／発電機の組み合わせ、燃料電池、太陽電池等でよい）を制御することによりなされる。本発明の方法は、前記バッテリの充電状態を推定し、それにより前記バッテリの現在の充電状態を表す信号を発生する工程を含む。完全充電に満たない状態である所望の充電状態を表す信号を発生させる。現在の充電状態を表す信号と所望の充電状態を表す信号との差をとることにより、充電状態誤差信号を発生させる。少なくとも積分することにより、充電状態誤差信号を処理して、所望の発生器電流を表す所望の発生器電流信号を生成する。この発生器電流を検出して、現在の発生器電流信号を生成する。現在の発生器電流信号と所望の発生器電流信号との差をとることにより、発生器電流誤差信号を生成する。少なくとも積分により、前記発生器電流誤差信号を処理して、発生器出力電流コマンドを生成する。発生器電流出力を、前記発生器出力電流コマンドにより制御する。本発明による別の同等の方法では、バッテリインピーダンスを、充電状態ではなく、所定値に維持する。バッテリインピーダンスは、バス又はバッテリ電圧をその放電電流で割った商を得ることにより求めてよい。バッテリ、電圧及び放電電流を、平均してよい。
【０００５】
本発明による方法の特定の変形態様では、前記電流出力制御工程が、燃料電池の電流生成を制御する工程を含み、別の変形態様では、前記電流出力制御工程が、回転エンジン駆動発電機のエンジン速度を制御する工程を含む。
【０００６】
本発明の特定の態様では、前記充電状態誤差信号を処理する工程が、前記積分充電状態信号に自動車負荷電流を乗じて、乗算積分充電状態誤差信号を生成する工程をさらに含む。
【０００７】
本発明の特定の実施態様では、前記乗算積分充電状態誤差信号を処理する工程が、低バッテリ状態信号を発生する工程と、前記低バッテリ状態信号を前記乗算積分充電状態誤差信号に加える工程とをさらに含む。この実施態様の特定の変形態様では、前記低バッテリ状態信号発生工程が、前記充電状態誤差信号を制限して制限充電状態誤差信号を生成する工程と、前記制限充電状態誤差信号に利得値を乗じる工程とを含む。
【０００８】
一実施態様では、前記バッテリの充電状態を推定する前記工程が、前記現在の発生器電流と前記負荷電流の合計を積分する工程を含む。
【０００９】
前記発生器出力電流コマンドに応答して前記発生器の電流出力を制御する工程は、前記発生器出力電流コマンド信号を加えて、回転式発電機に結合した内燃機関の回転速度を制御する工程を含んでいてよい。
【００１０】
本発明の一態様による装置は、制御可能補助電力源と負荷とに連携したバッテリの充電状態を制御する。この装置は、バッテリとバッテリと連携した充電状態推定器を含む。負荷電流センサが、前記負荷に結合されている。また、装置は、制御可能電源と、前記制御可能電源により発生した電流を表す電源電流信号を発生する、前記制御可能電源に結合した電源電流センサも含む。電力伝達手段を、前記バッテリと、前記負荷と、前記制御可能電源とに結合しており、電力が、バッテリからか、電源からか、バッテリ及び電源とから負荷に流れるようになっている。
【００１１】
本発明の一態様によれば、信号源が、所望のバッテリ充電状態を表す信号を生成する。第一誤差信号発生器が、前記充電状態推定器と、前記所望のバッテリ充電状態を表す信号源とに結合して、それらの信号間の差をとって充電状態誤差信号を発生する。第一処理装置が、前記第一誤差信号発生器に結合されており、前記充電状態誤差信号を少なくとも積分することにより前記充電状態誤差信号を処理することにより、前記制御可能電源により生成すべき電流を表す所望の電源信号を生成する。第二誤差信号発生器が、前記第一処理装置と、前記電源電流センサとに結合されており、前記所望の電源電流信号と前記電源電流信号との差をとることにより、電源電流誤差信号を発生する。第二処理装置が、第二誤差信号発生器に結合されており、少なくとも積分により前記電源電流誤差信号を処理することにより、制御可能電源制御信号を生成する。結合装置が、前記第二処理手段と前記制御可能電源とに結合されており、前記制御可能電源制御信号を前記制御可能電源に結合して前記制御可能電源を制御する。
【００１２】
本発明のより具体的な実施態様によれば、前記第一処理装置は、第一スイッチ装置を含む。第一スイッチ装置は、制御ポートと、第一切替可能ポートと、第二切替可能ポートと、前記第一切替可能ポートと前記第二切替可能ポートのうちの一つが前記制御ポートに加えられる論理信号の制御下で接続されている共通ポートとを含む（３２０ｃ）。第一パスが、前記第一誤差信号発生器と、前記第一スイッチ手段の前記第一切替可能ポートとに結合されている。第一パスは、前記充電状態誤差信号を第一定数により制御される速度で積分して第一積分充電状態信号を生成する第一積分器を含む。一定信号源が、前記第一スイッチ装置の前記第二切替可能ポートに結合されている。前記一定信号は、負荷電流の固定百分率を表すものである。本発明の一実施態様において、固定百分率は、負荷電流の１００％でよい。高速積分器が、第一誤差信号発生器に結合されており、前記充電状態誤差信号を前記第一積分器の前記第一定数よりも大きい第二定数により制御される速度で少なくとも積分して第二積分充電状態信号を発生させる。負荷電流の１００％を表す信号を生成する信号源を設ける。加算回路は、前記高速積分器に結合した反転入力ポートを含み、また、負荷電流の１００％を表す前記信号源に結合した非反転入力ポートをも含み、加算回路に加えられた信号を加算することにより、前記バッテリにより加えられるべき負荷電流の部分を表す信号を生成する。信号比較装置が、加算回路と負荷電流センサとに結合されており、負荷電流を表す信号を前記バッテリにより供給されるべき負荷電流の部分を表す前記信号とを比較し、比較に応答して、第一論理レベルを生成し、前記負荷電流の方が大きいときには前記第一論理レベルを前記第一スイッチ装置の前記制御入力ポートに結合し、第二論理レベルを生成し、前記バッテリにより供給されるべき負荷電流の部分を表す前記信号の方が大きいときには前記第二論理レベルを前記制御入力ポートに結合し、それによって、前記負荷電流の方が大きいときには前記スイッチ装置が前記共通ポートを前記第一切替可能ポートに結合し、前記バッテリにより供給されるべき負荷電流の部分を表す前記信号の方が大きいときには前記スイッチ装置が前記共通ポートを前記第二切替可能ポートに結合する。加算装置が、前記負荷電流センサに結合した第一入力ポートを含むとともに、第二入力ポートをも含み、負荷電流を表す前記信号を、前記加算装置の前記第二入力ポートに加えられた信号といっしょに加算することにより、前記所望の電源電流信号を生成する。乗算装置が、前記第一スイッチ装置の前記共通ポートと、前記加算装置の前記第二入力ポートとに結合されており、負荷電流信号を、前記第一スイッチ装置の前記共通ポートに結合した、（ａ）前記積分充電状態信号と（ｂ）負荷電流の固定百分率を表す前記信号とのうちの一つに乗じる。
【００１３】
本発明の特定の実施態様では、前記第一積分器が、状態制限積分器である。別の特定の実施態様では、第一処理装置は、前記加算装置と前記第二誤差信号発生器の前記非反転入力ポートとに結合したリミッタであって、前記第二誤差信号発生器に加えられた前記所望の電源電流信号を制限する、リミッタをさらに含んでなる。本発明のさらに別の実施態様では、前記第一処理装置は、前記バッテリから引き出される最大電流を表す信号源と、前記加算回路と最大電流を表す前記信号源とに結合した乗算器であって、前記バッテリにより供給される負荷電流の部分を表す前記信号に、前記最大電流を表す信号を乗じる乗算器と、をさらに含んでなる。
【００１４】
本発明による装置及び方法の主要な利点は、バッテリを、完全充電状態に満たない充電状態に常に維持できることである。このことは、エネルギーをバッテリに戻す回生制動を、過充電によってバッテリを損傷することなく電気自動車のほとんどの動作条件下で使用できることを意味する。ほとんどの条件下で回生制動を使用できるので、高動作効率を得やすい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一態様によるシステムの概略ブロック図である。図１において、このシステムは、発電機１２を含むハイブリッド電気自動車１０でよい。本発明の一実施態様では、発電機１２は、回転内燃機関を回転発電機に結合したものでよい。発電機１２によって得られた電流を、パス１４を介してホール効果発電機電流センサ１６に加える。このセンサ１６は、発電機電流をサンプリングしてパス１８上に瞬間発電機電流を表す信号を生成する。発電機電流を、バス２０を介して、センサ１６から、バッテリ符号２２により示されているトラクションバッテリに加える。トラクションバッテリは、負荷電流センサ２３と負荷２４とを直列に組み合わせたものに並列に接続されている。トラクションバッテリは、本発明の特定の実施態様では、ハイブリッド電気自動車１０のトラクションモータである。
【００１６】
本発明の一態様によれば、バッテリ充電状態推定器を設ける。図１では、バッテリ充電状態推定器は、バッテリ２２に連携した断続線で示したボックス２６内にあると示されている。充電状態推定器２６は、信号パス２８上に、バッテリ２２の推定充電状態を表す信号を生成する。信号パス２８上の信号を、一点鎖線２９内にあると示されている処理装置に加える。誤差信号発生器３０は、信号パス２８を介して受信した推定充電状態と、ブロック３２により発生する所望の充電状態を表す信号との差をとって、信号パス３４上に充電状態誤差信号を生成する。充電状態誤差信号を、ブロック３６において、少なくとも積分することにより処理して、信号パス３８上に、発電機１２が発生すべき所望電流を表す信号を生成する。
【００１７】
さらなる誤差信号発生器４０は、信号パス３８から所望の発電機電流を表す信号を受信するとともに、信号パス１８から発電機電流を表す信号をも受信し、それらの差をとって、信号パス４２上に、発電機電流誤差信号を生成する。少なくとも積分を含むさらなる処理を、処理ブロック４４において実施して、発電機制御信号を生成する。発電機制御信号を、信号パス４６を介して加えて発電機１２の電流出力を制御する。エンジン／発電機に連携して、発電機制御信号は、エンジン速度を指令する。
【００１８】
上記したように、ハイブリッド電気自動車に連携して、発電機は、エンジン／発電機の組み合わせでよい。これに連携して、負荷２４は自動車を推進するトラションモータであり、バッテリはトラクションバッテリである。トラクションバッテリは、空調、照明等の補助自動車電力を、このような目的のための補助バッテリの有無に応じて、提供してもしなくてもよい。ここで特に留意すべきことは、発電機ブロック１２は、エンジン／発電機ではなくて燃料電池でもよいことである。図２は、図１の充電状態推定器の概略ブロック図である。図２において、図１の要素に対応する要素は、同じ参照番号により示されている。図２に示すように、ホール効果電流センサ２１０は、バッテリ電流を測定し、信号パス２１２上にバッテリ電流を示す信号を生成する。バッテリ電流を示す信号を、利得ブロック２１４に加えて、積分器定数を乗じ、次に、乗算バッテリ電流信号を状態制限積分器２１６において積分（ｌ／Ｓ）して、信号パス２８上に充電状態信号を生成する。図３は、図１のブロック２９の処理装置を表す概略ブロック図である。図３に示されている図１の要素は、同様な参照番号で示してある。図３において、推定充電状態（ＳＯＣ）信号を、信号パス２８を介して図の左の端子３から加算回路３０の反転（−）入力ポートに加える。所望の充電状態信号を、ブロック３２で発生させ、加算回路３０の反転入力ポートに加える。加算回路３０により生成した充電状態誤差信号を、電流リミッタ３１６、乗算器３１４及び乗算器３１０に加える。乗算器３１０は、充電状態誤差信号に、状態制限積分器３１２の積分速度を制御する定数を乗じる。状態制限積分器３１２の出力ポートで生成した乗算状態制限積分ＳＯＣ誤差信号を、機械スイッチ符号３２０により示されている単極双投スイッチの第一接点３２０ａに加える。機械スイッチ３２０は、その制御入力ポート３２０ｃに現れる論理レベルにより制御される。当業者には明らかなように、コントロールシステムの目的のスイッチの実行には、機械スイッチよりは固体（ソリッドステート）スイッチが好ましい。
【００１９】
乗算器ブロック３１４が受信した充電状態（ＳＯＣ）誤差信号に、乗算器３１０で使用する定数よりも大きい積分器定数を乗じて、出力値をゼロと１との間に制限する状態制限積分器３１８により、より高速な積分をおこなう。状態制限積分器３１８の状態制限積分出力を、加算回路３２２の反転入力ポートに加える。
【００２０】
図３の加算回路３２２は、状態制限積分信号と、発生器３２４により生成した１の値を加算する。電源又は発生器３２４により生成した１の値は、負荷電流の全体を表すものとしてみてもよく、状態制限積分器３１８からの状態制限積分信号を、発電機１２（図１の）が供給すべき電流の量に関連するものとしてみてもよい。加算回路３２２により生成した合計は、負荷電流の１００％から、バッテリが供給しなければならない負荷電流である状態制限積分を表す負荷電流の百分率を引いたものを表す。より詳細には、もし積分器３１８の出力ポートでの状態制限積分値が０．６であるならば、この値は、電源３２４により生成した参照値１の６０％を表し、得られた加算回路３２２の出力は、０．４であり、バッテリにより供給されるべき負荷電流の４０％を表す。したがって、加算回路３２２の出力で生成された値は、バッテリが供給すべきである負荷電流の百分率又は割合を表す。
【００２１】
加算回路３２２からの出力信号を、乗算器３２４に加える。乗算器３２４において、バッテリにより供給すべき負荷電流の百分率を表す信号に、トラクションバッテリ２２（図１の）が供給できる最大パワーを表すバッテリパワーしきい値信号発生器３２６により生成される値を乗じる。したがって、加算回路３２２からの出力信号により表されるバッテリにより供給されるべき負荷電流の百分率に、バッテリが供給することが許容される最大パワーを表す値を乗じて、バッテリにより供給されるべき電流を表す乗算器３２４の出力に乗算信号を生成する。コンパレータ３２８を、乗算器３２４からの乗算出力と、負荷電流信号を受信するための信号パス２５とに結合して、もし乗算器３２４からの乗算出力が負荷電流よりも小さいならば論理ハイ又は１を生成し、そうでなければ、論理ゼロを生成する。得られた論理状態を加えて、スイッチ３２０の状態を制御する。より詳細には、乗算器３２４からの乗算出力がパス２５上の負荷電流よりも小さい場合には、コンパレータ３２８が真（ＴＲＵＥ）又は論理ハイを生成し、図３に示すように、スイッチ３２０を制御して可動要素３２０Ｍを上（Ｔ）接点に接続する。それに対応して、乗算器３２４からの乗算出力の値の大きさが信号パス２５上の信号により示される負荷電流よりも大きい場合には、コンパレータ３２８は偽（ＦＡＬＳＥ）又は論理ローを生成し、その結果、可動要素３２０Ｍが、Ｔ端子にではなくＦ端子に接続し、それにより発生器により生成した１信号を信号パス３３２に結合する。図３の加算回路３０により生成した充電状態誤差信号を、リミッタ３１６において制限し、乗算器３３４においてそれに定数を乗じる。乗算器３３４の出力は、補償器を表す。補償器は、バッテリが低充電状態であるときには電流コマンドを増加する。
【００２２】
図３の乗算器３３６は、信号パス３３２を介して、スイッチ３２０により選択される負荷電流百分率信号の一つを受信し、また負荷電流信号をも受信し、それらをいっしょに乗じて、発電機により提供されるべき負荷電流の量を表す信号を生成する。乗算器３３６からの信号を、加算回路３３８に加える。加算回路３３８において、発電機により提供されるべき負荷電流の量を表す信号と、バッテリ充電状態が低いときに発電機電流を増加するための補償器信号とを加算することにより、総発電機電流Ｉｔｇを表す信号を生成する。
【００２３】
総発電機電流Ｉｔｇを、最大発電機電流制限を表すリミッタ回路３４０に加える。制限総発電機電流信号を、リミッタ回路３４０から加算回路４０の非反転入力ポートに加え、発電機電流を表す信号を、信号パス１８を介して、反転入力ポートに加える。加算回路４０は、信号パス４２上に所望の発電機電流と実発電機電流との差を表す誤差信号を生成する。
【００２４】
図３の誤差信号発生器４０により生成した発電機電流誤差信号を、直列に接続したブロック４４ａ及び４４ｂに加える。ブロック４４ａ及び４４ｂは、一緒に状態制限積分器の利得及び状態制限積分器自体をそれぞれ表す。状態制限積分器４４ｂの出力での積分信号を、信号パス４６を介して端子４に加えることにより、図１の発電機１２の出力電流を制御する。エンジン／発電機の組み合わせに関連して、この信号は、エンジン／発電機の組み合わせのエンジン速度を制御する。 上記の方法は入力電流と出力電流を積分することによりバッテリの充電状態を推定するが、充電状態は、バッテリインピーダンス又は抵抗を測定することにより推定できる。これは、バッテリ電圧、又はバス電圧等のバッテリに関連した電圧の測定をバッテリ放電電流の測定と同時に行い、平均商を求めることにより推定できる：
【数１】
0004174132.tif 000002
（式中、Ｖ1及びＶ2は、バッテリ放電サンプル間隔１及び２中のバッテリ関連電圧であり；ｉ1及びｉ2は、それぞれ対応のサンプル間隔１及び２中の対応のバッテリ放電電流である）。
【００２５】
本発明の他の実施態様は、当業者には明らかであろう。例えば、本発明のコントロールシステムをハイブリッド電気自動車に関連して説明したが、本発明のコントロールシステムは、バッテリと、負荷と、バッテリを再充電するための電力源とを含むいずれのシステムに使用してもよい。説明した例における負荷は直流負荷であるが、負荷が交流を使用するときには、インバータを、負荷とバスとの間に電気的に接続してもよい。本発明の実際の実施態様では、負荷は多相ＦＯＣ誘導モータであるが、モータ駆動の詳細は、本発明を理解するには必要ではない。本発明による方法は、専用のハードウエアによりおこなってよいが、信号処理は、ソフトウエアにより実施するのが好ましい。特に、スイッチ３２０は、好ましくはソフトウエアスイッチである。制御装置のデジタル性やアナログ性については説明しなかったが、ほとんどの目的には、デジタル処理が好ましい。デジタル信号はシリアルでもパラレルでもよいが、処理速度のことを考慮すると、パラレル処理がより望ましい。但し、システムのいくつかの要素は、シリアルデータに限定されることがある。この場合には、適当な変換を使用しなければならない。電流センサはホール効果センサとして説明したが、他の種類のセンサも使用できる。
【００２６】
このように、本発明による方法は、ハイブリッド電気自動車（１０）のバッテリ（２２）の充電状態を、完全充電に満たない設定充電状態付近に制御する方法である。制御は、電力発生器（１２）（エンジン／発電機の組み合わせ、燃料電池、太陽電池等でよい）を制御することによりなされる。本発明の方法は、前記バッテリ（２２）の充電状態を推定し、それにより前記バッテリ（２２）の現在の充電状態を表す信号を発生する（信号パス２８上に）工程を含む。完全充電に満たない状態であるバッテリ（２２）の所望の充電状態を表す信号を発生させる（ブロック３２により）。現在の充電状態を表す信号と所望の充電状態を表す信号との差をとる（加算回路３０）ことにより、充電状態誤差信号を発生させる（信号パス３４上に）。少なくとも積分することにより、充電状態誤差信号を処理（ブロック３６において）して、所望の発生器（１２）電流を表す所望の発生器（１２）電流信号を生成する（信号パス３８上に）。この発生器（１２）電流を検出（センサ１６により）して、現在の発生器（１２）電流信号を生成する（信号パス１８上に）。現在の発生器（１２）電流信号と所望の発生器（１２）電流信号との差をとる（加算回路４０において）ことにより、発生器電流誤差信号を生成する（信号パス４２上に）。少なくとも積分により、前記発生器電流誤差信号を処理（ブロック４４において）して、発生器（１２）出力電流コマンドを生成する（信号パス４６上に）。発生器（１２）電流出力を、前記発生器（１２）出力電流コマンドにより制御する。
【００２７】
本発明による方法の特定の変形態様では、前記電流出力制御工程が、燃料電池の電流生成を制御する工程を含み、別の変形態様では、前記電流出力制御工程が、回転エンジン駆動発電機のエンジン速度を制御する工程を含む。
【００２８】
本発明の特定の態様では、前記充電状態誤差信号を処理する工程が、前記積分充電状態信号に自動車（１０）負荷電流を乗じて（２１４）、乗算積分充電状態誤差信号を生成する（信号パス２８上に）工程をさらに含む。本発明の特定の実施態様では、前記乗算積分充電状態誤差信号を処理する工程が、低バッテリ状態信号を発生する工程と、前記低バッテリ状態信号を前記乗算積分充電状態誤差信号に加える工程とをさらに含む。この実施態様の変形態様では、前記低バッテリ状態信号発生工程が、前記充電状態誤差信号を制限して制限充電状態誤差信号を生成する工程と、前記制限充電状態誤差信号に利得値を乗じる工程とを含む。一変形態様では、前記バッテリ（２２）の充電状態を推定する前記工程が、前記現在の発生器（１２）電流と前記負荷電流の合計を積分する工程を含む。
【００２９】
前記発生器（１２）出力電流コマンドに応答して前記発生器（１２）の電流出力を制御する工程は、前記発生器（１２）出力電流コマンド信号を加えて、回転式発電機に結合した内燃機関の回転速度を制御する工程を含んでいてよい。さらに、本発明の一態様による装置（１０）は、制御可能補助電力源（１２）と負荷（２４）とに連携したバッテリ（２２）の充電状態を制御する。この装置（１０）は、バッテリ（２２）とバッテリ（２２）と関連した充電状態推定器（２６）を含む。負荷電流センサ（２３）が、前記負荷（２４）に結合されている。また、装置（１０）は、制御可能電源（１２）と、前記制御可能電源（１２）により発生した電流を表す電源電流信号を発生する、前記制御可能電源（１２）に結合した電源電流センサ（１６）も含む。電力伝達手段（２０）を、前記バッテリ（２２）と、前記負荷（２４）と、前記制御可能電源（１２）とに結合しており、電力が、負荷（２４）と、バッテリ（２２）と、電源（１２）との間に流れるようになっている。信号源（３２）が、所望のバッテリ（２２）充電状態（完全充電に満たない）を表す信号を生成する。第一誤差信号発生器（３０）が、前記充電状態推定器（２６）と、前記所望のバッテリ（２２）充電状態を表す信号源（３２）とに結合して、それら（推定充電状態と所望充電状態）の信号間の差をとって充電状態誤差信号を発生する。第一処理装置（３６）が、前記第一誤差信号発生器（３０）に結合されており、前記充電状態誤差信号を少なくとも積分することにより前記充電状態誤差信号を処理することにより、前記制御可能電源（１２）により生成すべき電流を表す所望の電源電流信号を生成する。第二誤差信号発生器（４０）が、前記第一処理装置（３６）と、前記電源電流センサ（１６）とに結合されており、前記所望の電源電流信号と前記電源電流信号との差をとることにより、電源電流誤差信号を発生する。第二処理装置（４４）が、第二誤差信号発生器（４０）に結合されており、少なくとも積分により前記電源電流誤差信号を処理することにより、制御可能電源（１２）制御信号を生成する。結合装置（４６）が、前記第二処理装置（４４）と前記制御可能電源（１２）とに結合されており、前記制御可能電源（１２）制御信号を前記制御可能電源（１２）に結合して前記制御可能電源（１２）を制御する。
【００３０】
本発明のより具体的な実施態様によれば、前記第一処理装置（３６）は、第一スイッチ装置（３２０）を含む。第一スイッチ装置は、制御ポート（３２０ｃ）と、第一切替可能ポート（３２０ａ）と、第二切替可能ポート（３２０ｂ）と、前記第一切替可能ポート（３２０ａ）と前記第二切替可能ポート（３２０ｂ）のうちの一つが前記制御ポート（３２０ｃ）に加えられる論理信号の制御下で接続されている共通ポート（３２０Ｍ）とを含む。第一パス（３１０、３１２）が、前記第一誤差信号発生器（３０）と、前記第一スイッチ装置（３２０）の前記第一切替可能ポート（３２０ａ）とに結合されている。第一パスは、前記充電状態誤差信号を第一定数により制御される速度で積分して第一積分充電状態信号を生成する第一積分器（３１２）を含む。一定信号源（３３０）が、前記第一スイッチ装置（３２０）の前記第二切替可能ポート（３２０ｂ）に結合されている。前記一定信号は、負荷電流の固定百分率を表すものである。本発明の一実施態様において、固定百分率は、負荷電流の１００％でよい。高速積分器（３１４、３１８）が、第一誤差信号発生器（３０）に結合されており、前記充電状態誤差信号を前記第一積分器の前記第一定数よりも大きい第二定数により制御される速度で少なくとも積分して第二積分充電状態信号を発生させる。負荷電流の１００％を表す信号を生成する信号源（３２４）を設ける。加算回路（３２２）は、前記高速積分器（３１４、３１８）に結合した反転入力ポートを含み、また、負荷電流の１００％を表す前記信号源（３２４）に結合した非反転入力ポートをも含み、加算回路に加えられた信号を加算することにより、前記バッテリにより加えられるべき負荷電流の部分を表す信号を生成する。信号比較装置（３２８）が、加算回路（３２２）と負荷電流センサ（２３）とに結合されており、負荷電流を表す信号と前記バッテリにより供給されるべき負荷電流の部分を表す前記信号とを比較し、比較に応答して、第一論理レベルを生成し、前記負荷電流の方が大きいときには前記第一論理レベルを前記第一スイッチ装置（３２０）の前記制御入力ポート（３２０ｃ）に結合し、第二論理レベルを生成し、前記バッテリにより供給されるべき負荷電流の部分を表す前記信号の方が大きいときには前記第二論理レベルを前記制御入力ポート（３２０ｃ）に結合し、それによって、前記負荷電流の方が大きいときには前記スイッチ装置（３２０）が前記共通ポート（３２０Ｍ）を前記第一切替可能ポート（３２０ａ）に結合し、前記バッテリにより供給されるべき負荷電流の部分を表す前記信号の方が大きいときには前記スイッチ装置（３２０）が前記共通ポート（３２０Ｍ）を前記第二切替可能ポート（３２０ｂ）に結合する。加算装置（３３８）が、前記負荷電流センサ（２３）に結合した第一入力ポートを含むとともに、第二入力ポートをも含み、負荷電流を表す前記信号を、前記加算装置（３３８）の前記第二入力ポートに加えられた信号といっしょに加算することにより、前記所望の電源電流信号を生成する。乗算装置（３３６）が、前記第一スイッチ装置の前記共通ポート（３２０Ｍ）と、前記加算装置（３３８）の前記第二入力ポートとに結合されており、負荷電流信号を、前記第一スイッチ装置（３２０）の前記共通ポート（３２０Ｍ）に結合した、（ａ）前記積分充電状態信号と（ｂ）負荷電流の固定百分率を表す前記信号とのうちの一つに乗じる。 本発明の特定の実施態様では、前記第一積分器が、状態制限積分器である。別の特定の実施態様では、第一処理装置は、前記加算装置（３３８）と前記第二誤差信号発生器（４０）の前記非反転入力ポートとに結合したリミッタ（３４０）であって、前記第二誤差信号発生器に加えられた前記所望の電源電流信号（Ｉｔｇ）を制限する、リミッタをさらに含んでなる。本発明のさらに別の実施態様では、前記第一処理装置は、前記バッテリ（２２）から引き出される最大電流を表す信号源（３２６）と、前記加算回路（３２２）と最大電流を表す前記信号源とに結合した乗算器（３２４）であって、前記バッテリ（２２）により供給される負荷電流の部分を表す前記信号に、前記最大電流を表す信号を乗じる乗算器（３２４）と、をさらに含んでなる。
【００３１】
【発明の効果】
上記したように、本発明による装置及び方法によれば、バッテリを、完全充電状態に満たない充電状態に常に維持できる。したがって、エネルギーをバッテリに戻す回生制動を、過充電によってバッテリを損傷することなく電気自動車のほとんどの条件下で使用できることを意味する。ほとんどの条件下で回生制動を使用できるので、高動作効率を得やすい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  バッテリ充電推定部を含む本発明の一態様によるシステムの概略ブロック図である。
【図２】  図１のシステムのバッテリ充電推定部の概略ブロック図である。
【図３】  図１の装置の処理部のより詳細であるがまだ概略であるブロック図である。
【符号の説明】
１０  ハイブリッド電気自動車
１２  電力発生器
１６  センサ
１８、２８、３４、４６  信号パス
２２  バッテリ
２３  負荷電流センサ
２４  負荷
２６  充電状態推定器
３０  第一誤差信号発生器
３２  充電状態を表す信号源
３６  第一処理装置
４０  第二誤差信号発生器
４４  第二処理装置
４６  結合装置
３１０、３１２  第一パス
３１４、３１８  高速積分器
３２０  第一スイッチ装置
３２０ａ  第一切替可能ポート
３２０ｂ  第二切替可能ポート
３２０ｃ  制御ポート
３２０Ｍ  共通ポート
３２２  加算回路
３２６  信号源
３２８  信号比較装置
３３０  定信号源
３３８  加算回路
３４０  リミッタ
【図１】
0004174132.tif 000003
【図２】
0004174132.tif 000004
【図３】
0004174132.tif 000005