JPH10243501A - 電気自動車のブレーキ制御装置及び充電制御装置 - Google Patents

電気自動車のブレーキ制御装置及び充電制御装置

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JPH10243501A
JPH10243501A JP9037640A JP3764097A JPH10243501A JP H10243501 A JPH10243501 A JP H10243501A JP 9037640 A JP9037640 A JP 9037640A JP 3764097 A JP3764097 A JP 3764097A JP H10243501 A JPH10243501 A JP H10243501A
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braking
regenerative
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Braking Systems And Boosters (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回生ブレーキが作用する機会を十分に確保し
て電気自動車の燃費を向上させる。 【解決手段】 車速センサ36により車速が低い旨が検
出されるときには、バッテリ26の充電目標となるSO
C値を小さな値に変更する。また、バッテリ26のSO
C値が所定の閾値を越えれば回生ブレーキのトルク負担
を減らす処理を行う場合、車速センサ36により車速が
低い旨が検出されるときに、その閾値を大きな値に変更
する。こうすれば、回生ブレーキの作用する機会を増や
すことができ、電気自動車のエネルギー効率を高めるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気自動車の制御装
置に関し、特にバッテリへのエネルギー回収が可能な回
生ブレーキを備える電気自動車において、その使用頻度
を高くして車両のエネルギー効率を高める技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、低公害や省エネルギーの観点から
電気自動車についての技術開発が進んでいる。かかる電
気自動車では、バッテリへのエネルギー回収が可能な回
生ブレーキと車両の運動エネルギーを熱エネルギーに変
換する機械式ブレーキの二つの方式のブレーキが設けら
れており、運転者がブレーキ要求操作を行えば、制御装
置がそのブレーキ要求量に応じてこれら二つの方式のブ
レーキを所定割合で動作させるようなっている。
【0003】ただし、バッテリの充電状態(SOC)値
が所定値以上を示す充電終期において回生ブレーキから
バッテリに大きな回生電力を供給すればバッテリに発熱
やガス発生が生じる。このため、バッテリのSOC値が
大きな値を示す場合には、上記所定割合から機械式ブレ
ーキの負担割合を増やし、その分回生ブレーキの負担割
合を減らしてバッテリの発熱やガス発生を回避する制御
がなされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、機械式ブレー
キは車両の運動エネルギーを熱エネルギーとして発散さ
せるものであるため、電気自動車の燃費を向上させるた
めにはできるだけ機械式ブレーキを用いずにバッテリへ
のエネルギー回収が可能な回生ブレーキを用いることが
好ましい。
【0005】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あって、その目的は、回生ブレーキが作用する機会を十
分に確保して電気自動車の燃費を向上させることのでき
る電気自動車の充電制御装置及びブレーキ制御装置を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、電力の回生が可能な回生ブレーキと、車
両の運動エネルギーを熱エネルギーに変換する機械式ブ
レーキと、回生ブレーキからの回生電力により充電され
るバッテリと、を備える電気自動車のブレーキ制御装置
であって、運転者の要求に応じた制動力を前記回生ブレ
ーキと前記機械式ブレーキとに所定の割合で負担させる
制動分担制御手段と、前記バッテリの充電状態を表す充
電状態情報を検出する充電状態情報検出手段と、該充電
状態情報検出手段により検出される充電状態情報が充電
状態値が所定の閾値を超える旨を表す場合に、前記回生
ブレーキの負担割合を減じるよう前記制動分担制御手段
を制御する回生ブレーキ制限手段と、それぞれの走行状
態で車両の制動に必要となるエネルギーに対応する制動
負荷情報を検出する制動負荷情報検出手段と、前記制動
負荷情報検出手段によって制動に必要なエネルギーが小
さい旨を表す制動負荷情報が検出される場合に、前記所
定の閾値を大きくするよう前記回生ブレーキ制限手段を
制御する充電状態閾値変更手段と、を含むことを特徴と
する。
【0007】本発明では、運転者が車両の制動を要求す
る操作を行えば、前記制動分担制御手段がその要求に応
じた制動力を前記回生ブレーキと前記機械式ブレーキと
を所定の割合で負担させて電気自動車の制動を行う。こ
のとき、前記充電状態情報検出手段がバッテリの充電状
態値が所定の閾値を越えた旨の充電状態情報を検出すれ
ば、前記回生ブレーキ制限手段は前記制動分担制御手段
を制御して要求される制動力のうちの前記回生ブレーキ
の負担分を削減させる。
【0008】そして、本発明にかかるブレーキ制御装置
では、前記制動負担情報検出手段が設けられていて、こ
れにより電気自動車のそれぞれの走行状態での制動に必
要とされるエネルギーに対応する制動負担情報が検出さ
れる。この制動負担情報としては、例えば、車速や、下
り坂であるかであるか否かの情報が用いられる。そし
て、この制動負担情報検出手段により車両の制動に必要
なエネルギーが小さい旨を表す制動負担情報が検出され
る場合には、前記回生ブレーキ制限手段による回生ブレ
ーキの制限が開始される基準となる前記所定の閾値を大
きな値に変更するよう、前記充電状態閾値変更手段が前
記回生ブレーキ制限手段を制御する。
【0009】こうすれば、例えば低速走行時など車両の
もつ運動エネルギー自体が小さく、車両の制動に必要と
されるエネルギーが小さい場合には、前記回生ブレーキ
制限手段が回生ブレーキの負担分を削減する機会が減少
する。この結果、回生ブレーキが作用する機会を十分に
確保して電気自動車の燃費を向上させることができる。
【0010】また、本発明は、電力の回生が可能な回生
ブレーキと、回生ブレーキからの回生電力と発電機から
の発電電力とにより充電されるバッテリと、を備える電
気自動車の充電制御装置であって、前記バッテリが所定
の充電状態値を維持するよう前記発電機の出力を制御す
る発電制御手段と、それぞれの走行状態で車両の制動に
必要となるエネルギーに対応する制動負荷情報を検出す
る制動負荷情報検出手段と、該制動負荷情報検出手段に
よって必要な制動エネルギーが小さい旨を表す制動負荷
情報が検出される場合に、前記所定の充電状態値を小さ
な値に変更するよう前記発電制御手段を制御する発電目
標値変更手段と、を含むことを特徴とする。
【0011】本発明によれば、車両の制動に小さなエネ
ルギーしか必要としない走行状態において、大きなエネ
ルギーを必要とする走行状態よりもバッテリの充電状態
値が小さくなるよう、前記発電制御手段が制御される。
こうすれば、車両の制動に小さなエネルギーしか必要と
しない走行状態においては、回生電力を受け入れるため
のバッテリの空き容量を十分に確保することができる。
この結果、回生ブレーキが作用する機会を十分に確保す
ることができ、電気自動車の燃費を向上させることがで
きる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるブレーキ制
御装置及び充電制御装置をハイブリッド型電気自動車に
適用する実施の形態について図面に基づいて詳細に説明
する。
【0013】図1は、本ハイブリッド型電気自動車の全
体構成を示す図であり、各構成要素間の機械的なエネル
ギーの流れを太線矢印で示し、電気的なエネルギーの流
れを白抜きした太線矢印で示し、信号の流れを細線矢印
で示したものである。同図に示すように、本ハイブリッ
ド型電気自動車にはプラネタリギヤ10が設けられてい
る。このプラネタリギヤ10には、外歯車であるサンギ
ヤと、サンギヤよりも大径の内歯車でありサンギヤと同
軸で回転するリングギヤと、これらサンギヤとリングギ
ヤとの間に複数配置されサンギヤの外周を自転しながら
公転する外歯車であるプラネタリピニオンギヤと、から
構成されている。そして、サンギヤには中空のサンギヤ
軸12が連結され、リングギヤにはリングギヤ軸14が
連結されている。また、すべてのプラネタリピニオンギ
ヤの回転軸は所定の位置関係でプラネタリキャリアによ
り軸支されていて、そのプラネタリキャリアに中空のサ
ンギヤ軸に挿通されたクランクシャフト16が結合され
ている。そして、本ハイブリッド型電気自動車では、ク
ランクシャフト16にエンジン18が接続され、サンギ
ヤ軸12に回転機MG1が接続され、リングギヤ軸14
に回転機MG2が接続されている。また、回転機MG2
に接続されたリングギヤ軸14はデファレンシャルギヤ
20及び駆動軸22を介して駆動タイヤ24a,24b
と機械的に接続されている。
【0014】以上の構成により、回転機MG1はサンギ
ヤ軸12から取り出されるエンジン18の出力の一部に
より駆動され発電機として機能し、発電された電力はイ
ンバータINV1を介してバッテリ26に充電される。
また、回転機MG1は、バッテリ26により駆動されて
リングギヤ軸14に出力を与える電動機としても機能す
ることができる。回転機MG2はリングギヤ軸14に取
り出されるエンジン18の出力の一部にトルクを付加す
る電動機として機能し、また、減速時には回生電力を発
生する回生ブレーキとして機能する。そして、この回生
電力もインバータINV2を介してバッテリ26に充電
される。
【0015】以下の説明では、エンジン18のする仕事
率をPe、トルクをTe、回転数をNeとし、リングギヤ
軸14へ分配される仕事率をPep、トルクをTep、回転
数をNpとする。また、回転機MG1への分配される仕
事率をP1、トルクをT1、回転数をN1とし、回転機M
G2のする仕事率をP2、トルクをT2、回転数をNpと
する。さらに、リングギヤ軸14のデファレンシャルギ
ヤ20へする仕事率をPp、トルクをTp、回転数をNp
とし、バッテリ26へ充電される電力をPchgとする。
【0016】このとき、各構成要素間のエネルギーの流
れを考慮すれば、
【数1】Pe=Pep+P1 (1) Pp=Pep+P2 (2) P1=P2+Pchg (3) が成立する。また、回転機MG2の出力軸とプラネタリ
ギヤ10のリングギヤ軸14とは一体の軸部材であって
回転数が等しいから、(2)式より、
【数2】Tp=Tep+T2 (4) が成立する。
【0017】なお、ここでは説明の容易のため各構成要
素間の動力変換効率を1としている。また、P1が正の
場合は回転機MG1が発電機として機能する場合を表
し、負の場合は回転機MG1が電動機として機能する場
合を表す。また、P2が正の場合は回転機MG2が電動
機として機能する場合を表し、負の場合は回転機MG2
が発電機として機能し、回生電力を発生する場合を表
す。また、Ppが正の場合は車両が加速時である場合を
表し、負の場合は車両が減速時であることを表す。さら
に、Pchgが正の場合はバッテリ26への充電がなされ
ている場合を表し、負の場合にはバッテリ26から電力
が持ち出しされている場合を表す。
【0018】次に、本ハイブリッド型電気自動車の運転
制御のための構成について説明する。以上説明した本ハ
イブリッド型電気自動車の各構成要素は、エンジンEC
U28、バッテリECU30、HVECU32、ブレー
キECU34、の各電子制御装置により動作制御されて
いる。ここで、バッテリECU30は、バッテリ26の
端子電圧VBやSOC値を検出する手段を含む。このS
OC値を検出する手段には、充放電の電流値と時間を積
算して充電状態を検出するものや、短絡電流によって充
電状態を検出するものや、バッテリ26電解液の比重や
バッテリ26重量から充電状態を検出するものがある。
ブレーキECU34は、駆動軸22に取り付けられた車
速センサ36から車速spdを読み取り、その車速spdと運
転者からのブレーキ要求とに応じて駆動軸22に取り付
けられた油圧ブレーキ38と回転機MG2による回生ブ
レーキとを所定の負担割合で動作させる。HVECU3
2は、イグニッションキーやアクセルペダルやシフトレ
バー等の状態から運転者の操作要求を読み出し、それら
の操作要求とブレーキECU34から送信される回生指
示とに基づいてエンジンECU28に運転を指示し、さ
らに、インバータINV1,INV2を用いて回転機M
G1,MG2を所定のトルクで動作させる。そして、エ
ンジンECU28はHVECU32が指示する回転数N
eとトルクTeを制御目標としてエンジン18の駆動制御
を行う。
【0019】次に、以上説明した構成を有する本ハイブ
リッド型電気自動車の運転制御動作について説明する。
図2は、本ハイブリッド型電気自動車の運転制御動作を
説明するフロー図である。
【0020】まず、ブレーキECU34は、運転者から
ブレーキ要求値bkを読み取り、車速センサ36から車速
spdを読み取る。一方、HVECU32は、アクセルペ
ダルに取り付けられたセンサからアクセル開度accを読
み取るとともに、車速spdをブレーキECU34から受
信する。さらに、バッテリECU30からバッテリ26
の端子電圧VB及びSOC値を読み取る(S101)。
次に、ブレーキECU34とHVECU32は、運転者
のブレーキ要求値bkに対応する制動力をいかなる割合で
油圧ブレーキ38と回生ブレーキとに負担させるかを決
定し、回生ブレーキで負担すべきブレーキトルク分Tre
gを導出する(S102)。そして、HVECU32
は、こうして求められた回生ブレーキの負担すべきブレ
ーキトルクであるTregとS101で読み取られた各デ
ータとに基づいて、エンジン18、回転機MG1,MG
2がいかなるトルクと回転数で動作すべきかを算出する
(S103)。その後、HVECU32はエンジンEC
U28に制御目標となるエンジン回転数Ne及びエンジ
ントルクTeを送信する。そして、エンジンECU28
がそれらの制御目標値に基づいてエンジン18の駆動制
御を行う。また、HVECU32は、S103で求めら
れた回転機MG1のトルクT1を制御目標値として回転
機MG1の動作制御を行い、同様に、回転機MG2のト
ルクT2を制御目標値として回転機MG2の動作制御を
行う(S104)。そして、以上のS101からS10
4までの動作を所定時間ごとに繰り返す。
【0021】ここで、先に述べた回生ブレーキのトルク
負担分であるTregを決定する処理について説明する。
図3は、本ハイブリッド型電気自動車での回生ブレーキ
トルクTregを決定する処理を説明するフロー図であ
る。
【0022】同図に示すように、まずブレーキECU3
4は、図4に示すテーブルに基づいて、ブレーキ要求値
bkに対して回生ブレーキが標準的に負担すべきトルクで
あるTregを読み出す(S201)。同図は、それぞれ
のブレーキ要求値bkに対して回生ブレーキトルクTreg
と機械式ブレーキトルクTmecとをどのように配分する
かを示す図である。ブレーキECU34は、同図に示す
テーブルに基づいてブレーキ要求値bkに対応する回生ブ
レーキトルクTregを読み出し、その値をHVECU3
2に送信する。
【0023】次に、HVECU32は、図5に示すテー
ブルに基づいて、ブレーキECU34から送信される車
速spdにおける回生制限電圧Vmaxを読み出す(S20
2)。この回生制限電圧Vmaxは、回生ブレーキの使用
を制限し始めるべきバッテリ26の端子電圧VBを表
し、同図に示すテーブルでは、車速spdが低い場合にお
いてはバッテリ26の端子電圧VBが比較的高いときで
も回生ブレーキの使用制限が開始されないよう回生制限
電圧Vmaxが設定されている。
【0024】次に、HVECU32は、バッテリ26の
端子電圧VBが回生制限電圧Vmaxよりも大きいか否か
を判断する(S203)。なお、バッテリ26の端子電
圧VBはSOC値と相関関係があることから、この判断
はSOC値の大小判断に置き換えることも可能である。
【0025】そして、端子電圧VBが回生制限電圧Vma
x以下であれば、S201で図4に示すテーブルから読
み出した回生ブレーキトルクTregをそのまま制御目標
値として用いる。一方、端子電圧VBが回生制限電圧V
maxよりも大きい場合には、図6に示すテーブルに基づ
いて、その端子電圧VBでの回生ブレーキトルクTreg
の制限割合Rを導出する(S204)。
【0026】その後、HVECU32は、その制限割合
Rを元の標準的な回生ブレーキトルクTregに乗じて、
制限後の新たな回生ブレーキトルクTregを求め、この
値を制御目標値として用いる(S205)。この際、油
圧ブレーキトルクTmecについても、回生ブレーキトル
クTregを制限した分を元の油圧ブレーキトルクTmecに
加算して新たな油圧ブレーキトルクTmecを求める。
【0027】以上の処理によれば、車速spdが低いとき
には、バッテリ26の端子電圧VBが比較的高い値を示
す状態となるまで回生ブレーキトルクTregが制限され
ない。すなわち、本ハイブリッド型電気自動車では、低
速走行時では車両の制動に必要なエネルギー、すなわち
予測される最大の回生電力量が高速走行時よりも小さい
ことから、バッテリ26のSOC値が比較的高い値を示
す状態となるまで回生ブレーキトルクTregの制限を遅
らせることとしている。この結果、油圧ブレーキトルク
Tmecへのトルク負担の振り分けの機会を減少させるこ
とができ、車両の燃費向上を図ることができる。
【0028】次に、先に述べた本ハイブリッド型電気自
動車でのエンジン18及び回転機MG1,MG2の制御
目標値の設定処理を説明する。図7は、本ハイブリッド
型電気自動車の制御目標値設定の処理を説明するフロー
図である。
【0029】同図に示すように、まず、HVECU32
は、次に示す(5)式に基づいてデファレンシャルギヤ
20に加えるべき必要トルクTpを導出する(S30
1)。
【0030】
【数3】Tp=f(spd,acc)−Treg (5) ここで、f(spd,acc)は、図8に示すテーブルより読
み出される値であって、同図に示すテーブルによれば、
車速spdとアクセル開度accとによって必要トルクTpの
主要部が決定されるようになっている。また、Tregは
図2に示すS102で既に求めた回生ブレーキトルクで
ある。
【0031】次に、HVECU32は、バッテリECU
30から送信されるSOC値を次に示す(6)式に代入
して必要となる充電量Pchgを導出する(S302)。
【0032】
【数4】Pchg=k×{g(spd)−SOC} (6) ここで、g(spd)はバッテリ26の充電目標値であ
り、図9に示すテーブルから読み出される。また、kは
バッテリ26への充電効率に対応する係数である。図9
に示すテーブルでは、車速spdが低い状態では充電目標
のSOC値を40%に設定し、車速spdが高い状態では
充電目標のSOC値を60%に設定している。このよう
に低速域で充電目標のSOC値を低く設定すれば、その
車速域ではバッテリ26が受け入れることのできる回生
電力が増えるため、バッテリ26の端子電圧VBが回生
制限電圧Vmaxを越える場合を少なくすることができ
る。この結果、油圧ブレーキ38の負担割合が増加する
機会を減らせることができ、車両の燃費を向上させるこ
とができる。
【0033】次に、HVECU32はエンジン18の必
要出力Peを計算する(S303)。すなわち、既に示
した(1)〜(3)式より、
【数5】Pe=Pp+Pchg (7) が成立することから、HVECU32は、S301で既
に求めたトルクTpと車速spdより求められる回転数Np
とからデファレンシャルギヤ20に与えるべき仕事率P
pを求め、その値とS302で求められたPchgとに基づ
いてエンジン18の必要出力Peを導出する。
【0034】その後、エンジン18の必要出力Peをど
のようなエンジントルクTeとエンジン回転数Neとで出
力するかを図10に示すテーブルに基づいて決定する
(S304)。同図に示すテーブルは、一定のエンジン
出力Peを表す三つの曲線PA,PB,PCとともに、その
中の最も燃費の低い運転ポイントA,B,Cを結んでな
る最適燃費線Mが表されている。このテーブルにより、
HVECU32はエンジン18の必要出力Peをいかな
るエンジントルクTeとエンジン回転数Neで実現すべき
かを求めることができる。
【0035】その後、次に示す(8)〜(10)式によ
りT1とTepとが求められる。
【0036】
【数6】 また、HVECU32は、この結果と、既に示した
(4)式とを用いて、回転機MG2がリングギヤ軸14
へ付加すべきトルクT2を求める(S305)。
【0037】以上説明した本ハイブリッド型電気自動車
によれば、回生ブレーキのトルク負担割合が減少する機
会を減らせることができ、その結果、車両の燃費を向上
させることができる。
【0038】なお、以上の実施の形態は種々の変形実施
が可能である。例えば、以上説明したハイブリッド型電
気自動車では、図9に示したようにバッテリ26の充電
目標値であるg(spd)を車速spdの関数とし、さらに、
図5に示したように回生制限電圧Vmaxを車速spdの関数
としたが、いずれか一方のみを車速spdの関数とするこ
とにしてもよい。この場合は、例えば、(6)式におい
てg(spd)を60(%)の定数とし、或いは、回生制
限電圧Vmaxを車速spdによらず350(v)で一定値と
すればよい。
【0039】また、上記説明では図1に示す形式のハイ
ブリッド型電気自動車に本発明を適用する例について説
明したが、それ以外の形式のハイブリッド型電気自動車
にも同様に適用することができる。また、発電機又は車
両の駆動源としてエンジン18を備えない形式の電気自
動車についても本発明を同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態にかかるハイブリッド型電気自
動車の全体構成を示す図である。
【図2】 本実施の形態にかかるハイブリッド型電気自
動車における運転制御を説明するフロー図である。
【図3】 本実施の形態にかかるハイブリッド型電気自
動車における回生ブレーキトルクの設定処理を説明する
フロー図である。
【図4】 ブレーキ要求値に対する油圧ブレーキと回生
ブレーキとの負担割合のテーブルを示す図である。
【図5】 回生ブレーキの制限開始の基準となる回生制
限電圧の車速に対する関係を示す図である。
【図6】 バッテリの端子電圧と回生ブレーキの制限割
合との関係を示す図である。
【図7】 本実施の形態にかかるハイブリッド型電気自
動車におけるエンジン及び回転機の制御目標値の設定処
理を説明するフロー図である。
【図8】 車速及びアクセル開度と車両の駆動軸に与え
るべきトルクの主要部との関係を示す図である。
【図9】 バッテリの充電目標となるSOCの車速に対
する関係を示す図である。
【図10】 エンジンの最適な運転ポイントを示す図で
ある。
【符号の説明】
MG1,MG2 回転機、18 エンジン、26 バッ
テリ、38 油圧ブレーキ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H02P 7/63 302 H02P 7/63 302R

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力の回生が可能な回生ブレーキと、車
    両の運動エネルギーを熱エネルギーに変換する機械式ブ
    レーキと、回生ブレーキからの回生電力により充電され
    るバッテリと、を備える電気自動車のブレーキ制御装置
    であって、 運転者の要求に応じた制動力を前記回生ブレーキと前記
    機械式ブレーキとに所定の割合で負担させる制動分担制
    御手段と、 前記バッテリの充電状態を表す充電状態情報を検出する
    充電状態情報検出手段と、 該充電状態情報検出手段により検出される充電状態情報
    が充電状態値が所定の閾値を超える旨を表す場合に、前
    記回生ブレーキの負担割合を減じるよう前記制動分担制
    御手段を制御する回生ブレーキ制限手段と、 それぞれの走行状態で車両の制動に必要となるエネルギ
    ーに対応する制動負荷情報を検出する制動負荷情報検出
    手段と、 前記制動負荷情報検出手段によって制動に必要なエネル
    ギーが小さい旨を表す制動負荷情報が検出される場合
    に、前記所定の閾値を大きくするよう前記回生ブレーキ
    制限手段を制御する充電状態閾値変更手段と、 を含むことを特徴とする電気自動車のブレーキ制御装
    置。
  2. 【請求項2】 電力の回生が可能な回生ブレーキと、回
    生ブレーキからの回生電力と発電機からの発電電力とに
    より充電されるバッテリと、を備える電気自動車の充電
    制御装置であって、 前記バッテリが所定の充電状態値を維持するよう前記発
    電機の出力を制御する発電制御手段と、 それぞれの走行状態で車両の制動に必要となるエネルギ
    ーに対応する制動負荷情報を検出する制動負荷情報検出
    手段と、 該制動負荷情報検出手段によって必要な制動エネルギー
    が小さい旨を表す制動負荷情報が検出される場合に、前
    記所定の充電状態値を小さな値に変更するよう前記発電
    制御手段を制御する発電目標値変更手段と、 を含むことを特徴とする電気自動車の充電制御装置。
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