CN112039137A - 车辆驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以轻量且简易的结构供给多种大小的车辆行驶用的电源电压的车辆驱动装置。车辆驱动装置（10）具备：电池（18）和电容器（22）串联连接的电源（3）；被提供电池（18）的电压的主驱动马达（16）；被提供电池（18）和电源用电容器（22）的总合电压（Vin）的副驱动马达20；充电回路（19）以及控制电源（3）的充放电的控制回路（24）。控制回路（24）操作充电回路（19）的开关（SW1、SW2），控制电池（18）和电容器（22）的充放电。

Description

车辆驱动装置

技术领域

本发明涉及车辆驱动装置，尤其涉及用于供给大小不同的多个车辆行驶用的电源电压而驱动车辆的车辆驱动装置。

背景技术

日本特开2015-136263号公报（专利文献1）记载了车辆控制回路。该车辆控制回路具备由发动机驱动的发电机、用于对电气负荷给电的电池、与电池并联连接的电容器、和DC/DC转换器。又，该装置上设有与电池连接的12V的电力线路和与电容器连接的25V的电力线路，该两条电力线路之间设有DC/DC转换器。

专利文献1的装置中，12V的电力线路及25V的电力线路对分别对应的电气负荷给电。电容器在车辆的行驶中通过发电机充电。又，该装置中，DC/DC转换器能将25V的电力线路的电力变换为12V的电力，供给至12V的电力线路。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2015-136263号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，专利文献1的车辆控制回路仅是将与电容器及电池的电压分别对应的大小不同的两种电源电压供给至车载电气负荷。因此，车辆驱动需要更高压的电源时，会采用其他蓄电装置（例如，最大电压（耐压）更大的电容器或额定电压更大的另外的电池）。此时，出现车辆的重量增加或成本增加等问题。

因此，本发明的目的在于提供一种能以轻量且简易的结构供给多种大小的车辆行驶用的电源电压的车辆驱动装置。

解决问题的技术手段：

为解决上述问题，本发明是装载于车辆的车辆驱动装置，特征在于具备：充电式的电池及电容器串联连接的电源；被提供电池的电压的第一车辆驱动马达；被提供电池和电容器的总合电压的第二车辆驱动马达；与电源连接的充电回路；和通过充电回路控制电源的充放电的控制回路；充电回路具备：第一线圈、第二线圈、与第一线圈及第二线圈磁气结合的铁心、用于电气连接及切断第一线圈和电容器的第一开关、以及用于电气连接及切断第二线圈和电池的第二开关，控制回路构成为操作第一开关及第二开关，控制电池和电容器的充放电。

在如此构成的本发明中，电源具备与电池和电容器的串联连接，至少具备与电容器连接的第一电力线路和与电池连接的第二电力线路5b。第一电力线路与第二电力线路能提供不同的电源电压。通过第一电力线路驱动第二车辆驱动马达，通过第二电力线路驱动第一驱动马达。如此，本发明中，能以容易且简易的结构供给多个电源电压。又，本发明中，电源由电池和电容器的串联连接构成，因而充电回路可为两个电气开关和线圈（电感；inductor）形成的简单的结构。控制回路通过该两个电气开关的开闭，能够容易地在电池和电容器之间进行电荷的充放电。

本发明中，优选地，电源用电容器的额定电压大于电池的额定电压。根据如此构成的本发明，由外部电源对电源充电时，即使电池的额定电压小于外部电源的下限电压，通过串联连接额定电压大于电池的电源用电容器，也能容易地将车辆的输入电压值维持得大于下限电压。

本发明中，优选地，电池的正极端子与电容器的一端连接，第一线圈和第一开关的第一串联回路与电容器并联连接，第二线圈和第二开关的第二串联回路与电池并联连接，第一串联回路与第二串联回路在连接点串联连接，连接点与电池的正极端子连接。

本发明中，优选地，控制回路以多次重复如下阶段的形式控制充电回路：使第一开关为闭状态并使第二开关为开状态，将积蓄于电容器的能量的一部分积蓄于第一线圈的第一阶段；使第一开关为开状态并使第二开关为闭状态，使积蓄于第一线圈的能量通过第二线圈向电池放出对电池充电的第二阶段；

根据如此构成的本发明，电容器的电荷通过充电回路向电池放出，以此能对电池充电。此时，例如，从外部电源向电容器供给充电电力，实质上能同时通过外部电源对电池和电源用电容器充电。

本发明中，优选地，控制回路以多次重复如下阶段的形式控制充电回路：使第一开关为开状态并使第二开关为闭状态，将积蓄于电池的能量的一部分积蓄于第二线圈的第三阶段；使第一开关为闭状态并使第二开关为开状态，将积蓄于第二线圈的能量通过第一线圈向电容器放出对电容器充电的第四阶段；

根据如此构成的本发明，电池的电荷通过充电回路向电容器放出，以此能对电容器充电。

本发明中，优选地，电源用电容器构成为能储蓄的电荷少于能储蓄于电池的电荷；

根据如此构成的本发明，由电池对电源用电容器充电时，能使电池和电源用电容器的总合电压增加。因此，总合电压低于外部电源的下限电压时，通过使总合电压升压而能够外部充电。

发明效果：

根据本发明，能提供一种以轻量且简易的结构供给多种大小的车辆行驶用的电源电压的车辆驱动装置。

附图说明

图1是装载了本发明的实施形态的车辆驱动装置的车辆的布局图；

图2是示出本发明的实施形态的车辆驱动装置的各马达的输出和车速的关系的图；

图3是本发明的实施形态的车辆驱动装置的电气框图；

图4是本发明的实施形态的车辆驱动装置的电池、电容器及充电回路的电气回路的说明图；

图5是本发明的实施形态的车辆驱动装置的外部充电处理的处理流程；

图6是本发明的实施形态的车辆驱动装置的外部充电处理内的充电前信息处理的处理流程；

图7是本发明的实施形态的车辆驱动装置的外部充电处理内的充电处理的处理流程；

图8是示出本发明的实施形态的车辆驱动装置的外部充电时电流及电压的位移的时序图；

图9是示出本发明的实施形态的车辆驱动装置的外部充电时的各阶段电气开关的开闭位置及电流的流动的图；

图10是本发明的实施形态的车辆驱动装置的电容器充电处理的处理流程；

图11是示出本发明的实施形态的车辆驱动装置的电容器充电处理时电流及电压的位移的时序图；

图12是示出本发明的实施形态的车辆驱动装置的电容器充电处理时的各阶段电气开关的开闭位置及电流的流动的图；

图13是本发明的实施形态的车辆驱动装置的电容器放电处理的处理流程；

图14是示出本发明的实施形态的车辆驱动装置的电容器放电处理时电流及电压的位移的时序图；

图15是示出本发明的实施形态的车辆驱动装置的电容器放电处理时的各阶段电气开关的开闭位置及电流的流动的图；

符号说明：

1 车辆

3 电源

10 车辆驱动装置

16 主驱动马达（第一车辆驱动马达）

17 外部电源

18 电池

18a 电池单体

19 充电回路

19a 线圈（第一线圈）

19b 线圈（第二线圈）

19c 铁心

19A 第一串联回路

19B 第二串联回路

20 副驱动马达（第二车辆驱动马达）

22 电容器

24 控制回路

28 电气负荷

G 车身接地

N0、N1 连接点

SWbatt、SWcap 开关

SW1、SW2 开关（第一、第二开关）。

具体实施方式

接着参照添加的附图说明本发明的优选实施形态。首先，参照图1及图2说明本发明的实施形态的车辆驱动装置的结构。图1是装载了车辆驱动装置的车辆的布局图，图2是示出车辆驱动装置的各马达的输出和车速的关系的图。

如图1所示，装载了本发明的实施形态的车辆驱动装置10的车辆1是在比驾驶席靠近前方的车辆的前部内装载内燃机关、即发动机12，且驱动作为主驱动轮的左右一对后轮2a的所谓的FR（Front engine, Rear drive；前置引擎后置驱动）车。

本发明的实施形态的车辆驱动装置10具备：驱动一对后轮2a的主驱动马达16；驱动一对前轮2b的副驱动马达20；向该些马达电力供给的电源3（电池18、电源用电容器22）；充电回路19；和控制回路24。

发动机12是用于产生针对车辆1的作为主驱动轮的后轮2a的驱动力的内燃机关。本实施形态中，作为发动机12采用串联四缸发动机，配置于车辆1的前部的发动机12通过动力传递机构14驱动后轮2a。

动力传递机构14构成为将发动机12及主驱动马达16产生的驱动力传递至作为主驱动轮的后轮2a。如图1所示，动力传递机构14具备与发动机12及主驱动马达16连接的作为动力传递轴的传动轴14a、及作为变速机的变速器（transmission）14b。

主驱动马达16是用于产生针对主驱动轮的驱动力的电动机，设于车辆1的车身上，在发动机12的后侧与发动机12邻接地配置。又，与主驱动马达16邻接地配置逆变器（inverter）16a，通过该逆变器16a，电池18的直流电压被变换为交流电压供给至主驱动马达16。此外，如图1所示，主驱动马达16与发动机12串联连接，主驱动马达16产生的驱动力也通过动力传递机构14传递至后轮2a。又，本实施形态中，作为主驱动马达16采用以较低电压（本例中为48V以下）驱动的25kW的永久磁石电动机（永久磁石同步电动机）。

副驱动马达20以产生针对作为副驱动轮的前轮2b的驱动力的形式设于前轮2b各轮。又，副驱动马达20为轮内马达，分别容纳于前轮2b各轮的轮内。又，电容器22的直流电压通过配置于隧道（tunnel）部15内的逆变器20a变换为交流电压，供给至各副驱动马达20。此外，本实施形态中，副驱动马达20上未设置有作为减速机构的减速机，副驱动马达20的驱动力直接传递至前轮2b，直接驱动车轮。又，本实施形态中，作为各副驱动马达20分别采用以较高电压（本例中为120V以下）驱动的17kW的诱导电动机。

电源3与电池18和电容器22串联连接地构成（参照图3）。即，电池18的负极端子与车辆1的车身接地G连接，电池18的正极端子与电容器22的负极端子连接。

电池18是主要用于储蓄主使主驱动马达16工作的电能的蓄电器。本实施形态中，作为电池18使用48V、3.5kWh的锂离子电池（LIB）。具体地，电池18为多个电池单体18a（参照图3）串联连接地构成。本实施形态中，一个电池单体18a的额定电压约为3V，十二个电池单体18a串联连接。

电容器22是用于向设于车辆1的前轮2b各轮的副驱动马达20供给电力的蓄电器。电容器22在车辆1后部配置于与插入式的充电回路19大概对称的位置。本实施形态中，电容器22具有耐压72V、数法拉左右的静电容量。另，副驱动马达20是以高于主驱动马达16的电压驱动的马达，主要由储蓄于电容器22的电能驱动。

充电回路19与电池18及电容器22电气连接。充电回路19构成为通过主驱动马达16及副驱动马达20的再生电力以及从与给电口23连接的充电座等外部电源17供给的电力，对电池18及电容器22进行充电。

给电口23是设于车辆1的后部侧面的连接器，与充电回路19电气连接。给电口23的连接器形成为能与从充电座等外部电源17延伸的电缆17a的插头连接的结构，并通过给电口23向充电回路19供给电力。如此，本实施形态的车辆驱动装置10通过电缆17a使供给直流电力的外部电源17与给电口23连接，以此形成为能对电池18及电容器22进行充电的结构。

控制回路24形成为控制发动机12、主驱动马达16及副驱动马达20从而执行电动机行驶模式及内燃机关行驶模式的结构。又，控制回路24形成为控制充电回路19从而使电池18及电容器22充放电的结构。具体地，控制回路24可由微处理器（microprocessor）、存储器（memory）、接口（interface）回路以及使它们工作的程序（以上未图示）等构成。

接着，参照图2示出车辆驱动装置10中车速和各马达的输出的关系。图2中，虚线表示主驱动马达16的输出，单点划线表示一个副驱动马达20的输出，双点划线表示两个副驱动马达20的输出的总合，实线表示全部马达的输出的总合。另，图2将车辆1的速度示为横轴，将各马达的输出示为纵轴，但车辆1的速度和马达的转速存在一定的关系，因此将横轴作为马达转速时，各马达的输出也绘制与图2相同的曲线。

本实施形态中主驱动马达16采用永久磁石电动机，如图2虚线所示，马达转速较低的低车速域内主驱动马达16的输出较大，随着车速变快可输出的马达输出减少。即，本实施形态中，主驱动马达16以约48V驱动，达到1000rpm左右输出最大转矩约200Nm的转矩，约1000rpm以上随转速的增加转矩降低。又，本实施形态中，主驱动马达16构成为在最低速域内能获得约20kW左右的连续输出且能获得最大输出约25kW。

对此，副驱动马达20采用诱导电动机，如图2单点划线和双点划线所示，低车速域内副驱动马达20的输出极小，随着车速变快输出增大，在车速约130km/h附近获得最大输出后，马达输出减少。本实施形态中，副驱动马达20以约120V驱动，构成为在车速约130km/h附近能获得每台约17kW，两台总合约34kW的输出。即，本实施形态中，副驱动马达20在约600至800rpm下转矩曲线达到峰值，获得最大转矩约200Nm。

图2的实线示出该些主驱动马达16及两台副驱动马达20的输出的总合。从该表可明确，本实施形态中，在车速约130km/h附近获得最大输出约53kW，该车速下以该最大输出能满足WLTP试验中要求的行驶条件。另，图2的实线中，低车速域内也合算两台副驱动马达20的输出值，但实际上低车速域内各副驱动马达20不驱动。即，发车时及低车速域内仅通过主驱动马达16驱动车辆，仅在高车速域内需要大输出时（高车速域使车辆1加速时等）两台副驱动马达20产生输出。如此，高旋转区域内能产生大输出的诱导电动机（副驱动马达20）仅在高速域使用，从而能将车辆重量的增加抑制得较低同时在必要时（规定速度以上的加速时等）获得足够的输出。

接着，参照图3说明本发明的实施形态的车辆驱动装置10的电气结构。图3是车辆驱动装置的电气框图。

本实施形态中，车辆驱动装置10构成为供给三种大小不同的电源电压。即，车辆驱动装置10内设有最大供给120V电压的第一电力线路5a、最大供给48V电压的第二电力线路5b和最大供给12V电压的第三电力线路5c。

第一电力线路5a与电容器22的正极端子连接，通过逆变器20a向副驱动马达20供给120VDC电压。即，在电容器22的正极端子与车辆1的车身接地G之间，通过电池18的端子间电压和电容器22的端子间电压的总合电压，最大生成120VDC的电位差。与各副驱动马达20连接的逆变器20a在将电池18及电容器22的输出变换为交流之后驱动作为诱导电动机的副驱动马达20。

第二电力线路5b与电池18的正极端子连接，通过逆变器16a，向主驱动马达16供给48VDC电压。即，在电池18的正极端子与车辆1的车身接地G之间，通过电池18的端子间电压，最大生成48VDC的电位差。逆变器16a在将电池18的输出变换为交流之后驱动作为永久磁石电动机的主驱动马达16。

第三电力线路5c与串联连接的多个电池单体18a中特定的电池单体18a的正极端子连接。即，在该特定的电池单体18a的正极端子和车辆1的车身接地G之间，通过规定数量（本例中为四个）的电池单体18a的串联连接回路，生成约12VDC的电位差。第三电力线路5c为辅助电源，通过开关18c向车辆1的电气负荷28供给12VDC电压。电气负荷为车载电器（例如，空调装置，音频装置等）。

如此，主驱动马达16被电池18的基准输出电压约48V驱动。又，副驱动马达20被电池18的输出电压和电容器22的端子间电压合算后的总合电压驱动，因此被高于48V的最大120V的电压驱动。电容器22内储蓄有供给至副驱动马达20的电能，副驱动马达20由始终通过电容器22供给的电力驱动。

如图3所示，充电回路19与电容器22的正极端子、电池18的正极端子和电容器22的负极端子的连接点N0、以及车身接地G连接。控制回路24在规定时（马达再生时、外部电源17的外部充电时），利用充电回路19执行电池18及电容器22的充电处理。

另，控制回路24利用未图示的多个电压传感器及多个电流传感器监视第一电力线路5a、第二电力线路5b和第三电力线路5c的电压及电流。此外，控制回路24利用该些电压值及电流值，计算电池18的端子间电压（以下称为“电池电压”）、电容器22的端子间电压（以下称为“电容器电压”）以及它们的充电状态（SOC；State of Charge）。

在车辆1的减速时等，主驱动马达16及各副驱动马达20作为发电机发挥功能，使车辆1的运转能量再生从而生成电力。由主驱动马达16再生的电力储蓄于电池18，由各副驱动马达20再生的电力主要储蓄于电容器22。

又，利用外部电源17充电时，外部电源17与给电口23连接，则充电回路19和电容器22上施加外部电源17的充电电压，能够向电池18及电容器22充电。

另，电容器22的静电容量比较小，因此通过马达再生及外部充电进行向电容器22的充电时，电容器电压比较急速地上升。电容器电压通过充电达到规定电压时，控制回路24控制充电回路19，利用储蓄于电容器22的静电能量（电荷）对电池18充电。由此，电容器电压降低，因此能再次向电容器22充电。重复这些处理，从而能使电池电压慢慢升压。即，由各副驱动马达20再生的电力及来自外部电源17的电力暂时储蓄于电容器22后，向电池18充电。

又，一般而言，充电座等的外部电源17构成为：在与车辆的给电口连接时，取得车辆的电压（即、给电口的对接地电压），在该电压小于规定的下限电压（例如50V）时，为确保安全性而不执行充电处理。

本实施形态中，电池18的额定电压（48V）设定为低于下限电压（50V）的电压，但外部电源17取得电池电压Vbatt和电容器电压Vcap的总合电压（即、第一电力线路5a的电压）作为车辆1的电压。因此，本实施形态中，总合电压为下限电压以上，则与电池电压Vbatt的大小无关，外部电源17开始充电处理，控制回路24能控制充电回路19对电池18及电容器22充电。

另一方面，外部电源17与给电口23连接时总合电压（＝Vbatt＋Vcap）小于下限电压的话，外部电源17不开始充电处理。此时，控制回路24控制充电回路19，利用储蓄于电池18的电能的一部分，使电容器电压升压。此时，电池18的储蓄电荷量较大，从而电池电压几乎不会下降。由此，能将总合电压升压至下限电压以上。

又，在外部充电时以外（即、车辆1的行驶中），因电容器22的放电使电容器电压低于规定电压时，控制回路24也能在从电容器22向副驱动马达20给电前，利用电池18的电力对电容器22充电。

另，本说明书中，电池18的额定电压意味着一般条件下的工作电压的最大值（满充电电压），电容器22的额定电压意味着给与电容器22的最大的电压（满充电电压）。又，电池在一般条件下放电时的平均工作电压被称为电池的公称电压。此外，形成为电池18的额定电压（48V）设定得低于电容器22的额定电压（72V），但可储蓄于电池18的电荷（电气量：库仑；Coulomb）远多于可储蓄于电容器22的电荷的结构。

接着，参照图4～图11说明本发明的实施形态的车辆驱动装置10的充电处理。图4是电池、电容器及充电回路的电气回路的说明图。如图4所示，电池18的正极端子与开关SWbatt连接，电容器22的正极端子与开关SWcap连接，可切换电池18及电容器22的连接、非连接。

充电回路19相对于串联连接的电池18及电容器22并联连接。充电回路19上内置有线圈（电感）和两个开关。线圈实质上具有两个线圈19a和线圈19b。线圈19a和线圈19b的连接点N1与电池18和电容器22的连接点N0连接。因此，线圈19a的一端和另一端分别与电容器22的正极端子和负极端子连接。又，线圈19b的一端和另一端分别与电池18的正极端子和负极端子（车身接地G）连接。开关SW1以开闭由电容器22和线圈19a形成的闭回路的形式配置。又，开关SW2以开闭由电池18和线圈19b形成的闭回路的形式配置。本实施形态中，开关SW1配置于电容器22的正极端子和线圈19a的高电位侧端子之间，由开关SW1和线圈19a构成第一串联回路19A。又，开关SW2配置于电池18的正极端子和线圈19b的高电位侧端子之间，由开关SW2和线圈19b构成第二串联回路19B。

又，线圈19a和线圈19b卷绕于共享的铁心19c，实质上为磁气结合的一个线圈。该线圈通过电流流动而将电气能量积蓄为磁气能量。本实施形态中，线圈19a和线圈19b分别于规定方向卷绕于铁心19c，形成为将暂时积蓄于线圈19a、19b的磁气能量作为电气能量向外部（电容器22、电池18）供给的结构。开关SW1、SW2、SWbatt、SWcap由控制回路24控制开闭。另，本实施形态中，作为各开关而采用半导体开关，但也可将机械触点的继电器作为开关使用。

首先，参照图5～图9说明本实施形态中的外部充电处理；

图5是外部充电处理的处理流程，图6是外部充电处理内的充电前信息处理的处理流程，图7是外部充电处理内的充电处理的处理流程。图8是示出外部充电时的电流及电压的位移的时序图，图9是示出外部充电时的各阶段的电气开关的开闭位置及电流的流动的图。

图8从上半段依次示出输入电压值Vin、开关SWbatt及SWcap的开闭状态、开关SW1的开闭状态、开关SW2的开闭状态。接着图8中示出了电容器22的端子间电压Vcap（电容器22的正极端子和负极端子间的电压）、电容器22内流动的电流Icap、电池18的端子间电压Vbatt、电池18内流动的电流Ibatt。

如图5（外部充电处理）所示，控制回路24在检测出外部电源17与给电口23连接时，按顺序执行外部充电处理的充电前信息处理（S10）、车辆中继（relay）处理（S20）、充电处理（S30）、充电完成处理（S40）。另，外部电源17与车辆1连接后，满足规定的条件则开始电力供给。

如图6（充电前信息处理S10）所示，控制回路24首先计算输入电压值Vin（S11）。输入电压值Vin相当于从外部电源17观察的车辆1的电压，具体地，相当于电池电压和电容器电压的总合电压。因此，控制回路24使开关SWbatt及SWcap为闭状态，利用电压传感器测定输入电压值Vin（相当于第一电力线路5a的电压）。另，也可以取代直接测定输入电压值Vin，而通过电压传感器分别测定电池电压Vbatt和电容器电压Vcap，使该些电压值相加从而计算输入电压值Vin。

接着，控制回路24判定是否为可充电处理的状态（S12）。具体地，判定输入电压值Vin是否为规定电压以上。规定电压为外部充电开始阈值，设定为下限电压（50V）以上的电压（例如，55V）。输入电压值Vin小于规定电压时（S12；否），执行后述的电容器充电处理（S50）后，返回步骤S11的处理。另一方面，输入电压值Vin为规定电压以上时（S12；是），控制回路24计算电池18及电容器22的状态（S13）。即，该处理中，控制回路24利用电压传感器及电流传感器测定电池电压Vbatt、电容器电压Vcap、电池电流Ibatt、电容器电流Icap，并且取得电池18及电容器22的SOC。

接着，控制回路24进行电池18及电容器22的状态判定（S14）。该处理中，判定电池18及电容器22为正常可充电的健全状态（例如，电池电压Vbatt及电容器电压Vcap为设定的阈值以上或各SOC为设定的阈值以上）。当判定为电池18或电容器22不为健全状态时（S14；否），执行故障诊断处理。另一方面，当判定为电池18及电容器22均为健全状态时（S14；是），向车辆中继处理（图5的S20）移行。车辆中继处理中，控制回路24将开关SWbatt、SWcap、SW1、SW2切换为初期位置（开位置）。

如图7（充电处理S30）所示，控制回路24首先计算对外部电源17的充电指令（S31），通过未图示的通信线路向外部电源17发送充电指令（S32）。即，控制回路24以按照规定的充电时间表完成充电的形式计算应从外部电源17供给的充电电流值。充电指令为要求供给该计算所得的充电电流值的信号。此时，控制回路24使开关SWbatt、SWcap切换为闭位置。另一方面，外部电源17中也利用设于外部电源17的电压传感器测定车辆1的输入电压值Vin。外部电源17在测定的输入电压值Vin为下限电压以上时，从车辆1接收充电指令则供给充电电力（参照图9的阶段（1））。

参照图8，则在时刻t1，开关SWbatt及SWcap为开启（闭状态），开始外部电源17的充电（参照图9的阶段（1））。该状态下，电池18及电容器22与外部电源17连接，但充电回路19从外部电源17切断。由此，从外部电源17供给的电流流入电容器22及电池18（电流Icap、Ibatt＞0），对电容器22及电池18充电。伴随于此，电容器电压Vcap及电池电压Vbatt上升。另，能储蓄于电容器22的电荷因少于能储蓄于电池18的电荷，因此电容器电压Vcap比电池电压Vbatt上升快速。

控制回路24与步骤S13相同地计算电池18及电容器22的状态（S33）。然后，控制回路24进行电容器22的电气能量的判定（S34）。该处理中，判定电容器22的电气能量是否位于与向电池18的放出电荷量相适合的规定范围内。具体地，判定电容器电压Vcap是否位于依据充电时间表的规定的电压范围内。电容器22的电气能量未在规定范围内时（S34；否），返回步骤S31的处理，再次执行充电指令计算。另一方面，电容器22的电气能量位于规定范围内时（S34；是），因储蓄有与电容器22适合的量的放电电荷，所以控制回路24使开关SW1为闭状态，使开关SW2为开状态（S35），使电容器22放电。（参照图9的阶段（2）参照）由此，向线圈19a供给电流，线圈19a内储蓄磁气能量。

参照图8则在时刻t2，电容器电压Vcap上升至规定的电压值，使开关SW1开启（参照图9的阶段（2））。该状态下，来自外部电源17的电流流入线圈19a，并且使储蓄于电容器22的电荷放电（电流Icap＜0），流入线圈19a。由此，线圈19a内积蓄磁气能量。电容器22放电，但从外部电源17持续供给电流，因而电容器电压Vcap几乎不降低。又，电池18通过线圈19a额外地流入电流，因而电池电压Vbatt上升。因此，输入电压值Vin的整体倾向是与时间一起增加。

向线圈19a流入规定量的电流为止（储蓄规定的磁气能量为止），开关SW1维持于闭状态（S36；否）。另一方面，向线圈19a流入的电流的量达到规定值时（S36；是），控制回路24使开关SW1为开状态，使开关SW2为闭状态（S37），使积蓄于线圈19a的磁气能量放出（参照图9的阶段（3））。线圈19a的磁气能量通过线圈19b放出。即，通过线圈19a的磁气能量使线圈19a产生诱导电流。而且，通过作为一次侧线圈的线圈19a产生的诱导电流，作为二次侧线圈的线圈19b产生电流。该电流在线圈19b和电池18构成的闭回路流动，从而对电池18充电，电池电压Vbatt上升。另一方面，电容器22由来自外部电源17的充电电流充电，电容器电压Vcap也上升。由此，输入电压值Vin与时间一起增加。

参照图8则在时刻t3，向线圈19a流入规定量的电流，所以使开关SW1关闭，使开关SW2开启（参照图9的阶段（3））。该状态下，通过来自外部电源17的电流对电容器22充电，使储蓄于线圈19a的电气能量放出，对电池18充电。由此，电容器电压Vcap及电池电压Vbatt上升。

电池电压Vbatt上升，并且通过线圈19a的磁气能量向连接点N0流入规定量的充电电流为止，维持开关SW1、SW2的开关位置（S38；否）。另一方面，向连接点N0的充电电流的流入总量达到规定值时（S38；是），控制回路24判定电池18的充电是否完成（S39）。该处理中，判定电池电压Vbatt是否达到规定的充电结束阈值（例如，满充电电压＝48V）或电池18的SOC是否达到规定的值（例如，100％）。

电池18的充电未完成时（S39；否），再次向步骤S33移行。即，电池18的充电完成为止，重复步骤S33～S39的处理（参照图8的时刻t2～t8），车辆驱动装置10交替切换图9的阶段（2）和阶段（3）的状态。另一方面，电池18的充电完成时（S39；是），向充电完成处理（图5的S40）移行。充电完成处理中，控制回路24执行将开关SW1、SW2切换为开状态的处理、将充电完成信号向外部电源17发送的处理等，结束外部充电处理。

另，图8中在时刻t8，电池18的充电完成（即，S39；是）。如图8所示，输入电压值Vin和电池电压Vbatt同样地与时间一起增加，依照充电时间表，在时刻t8达到充电结束阈值（例如，120V）。即，电池电压Vbatt和电容器电压Vcap均达到额定电压（48V、72V）。

接着，参照图10～图12说明本实施形态的外部充电处理内的电容器充电处理；

图10是电容器充电处理的处理流程，图11是示出电容器充电处理时的电流及电压的位移的时序图，图12是示出电容器充电处理时的各阶段的电气开关的开闭位置及电流的流动的图。

充电前信息处理（参照图6）中，输入电压值Vin小于规定电压时（S12；否），执行电容器充电处理S50。电容器充电处理的执行中，尚未从外部电源17供给充电电力。电容器充电处理中，控制回路24与步骤S13相同地计算电池18及电容器22的状态（S51）。接着，控制回路24使开关SW1为开状态，使开关SW2为闭状态（S52）。由此，从电池18向线圈19b供给电流，线圈19b内储蓄磁气能量（参照图12的阶段（11））。

参照图11则在时刻t11，使开关SWbatt及SWcap开启（闭状态），检测出输入电压值Vin小于外部充电开始阈值。在时刻t12，开始向电容器22的充电，因而使开关SW1在关闭（开状态）的状态，使开关SW2开启（参照图12的阶段（11））。该状态下，从电池18输出的电流（Ibatt＜0）流入线圈19b。由此，电池电压Vbatt降低，但电池18中储蓄了充足的电荷，所以其降低量很少。

向线圈19b流入规定量的电流为止（储蓄规定的磁气能量为止），使开关SW2维持闭状态（S53；否）。另一方面，向线圈19b流入的电流的量达到规定值时（S53；是），控制回路24使开关SW1为闭状态，使开关SW2为开状态（S54），使积蓄于线圈19b的磁气能量放出（参照图12的阶段（12））。线圈19b的磁气能量通过线圈19a放出。即，通过线圈19b的磁气能量使线圈19b产生诱导电流。然后，通过作为一次侧线圈的线圈19b产生的诱导电流，使作为二次侧线圈的线圈19a产生电流。该电流在线圈19a和电容器22构成的闭回路内流动，从而对电容器22充电，电容器电压Vcap上升。另一方面，电池电流Ibatt为零，所以电池电压Vbatt无变化。由此，输入电压值Vin与时间一起增加。

参照图11则在时刻t13，线圈19b内流入规定量的电流，从而使开关SW1开启，使开关SW2关闭（参照图12的阶段（12））。该状态下，来自线圈19a的电流流入电容器22（电流Icap＞0），对电容器22充电。由此，电容器电压Vcap上升（电池电压Vbatt无变化）。其结果是输入电压值Vin增加。

电容器电压Vcap上升，并且向电容器22流入规定量的充电电流为止，维持开关SW1、SW2的开关位置（S55；否）。另一方面，向电容器22的充电电流的流入总量达到规定值时（S55；是），控制回路24判定电容器22的充电是否完成（S56）。该处理中，判定电容器电压Vcap是否充分升压，即，输入电压值Vin是否达到外部充电开始阈值。

电容器22的充电未完成时（S56；否），再次向步骤S51移行。即，电容器22的充电完成为止，重复步骤S51～S56的处理（参照图11的时刻t12～t18），车辆驱动装置10交替切换图12的阶段（11）和阶段（12）的状态。另一方面，电容器22的充电完成时（S56；是），电容器充电处理结束，返回充电前信息处理S10（图6）。其后，继续外部充电处理（图5），经由车辆中继处理S20，执行充电处理S30（图7）。充电处理S30中，外部电源17供给充电电流时，车辆驱动装置10变为图12的阶段（13）的状态（与图9的阶段（1）相同）。

另，如上述，电容器充电处理在外部充电处理中在规定条件下执行。然而，外部充电处理以外，车辆1的行驶中等电容器22放电且电容器电压降低时也执行。即，电容器充电处理在向副驱动马达20的给电前也执行以将电容器电压维持在规定电压以上。

接着，参照图13～图15，说明本实施形态的电容器放电处理。图13是电容器放电处理的处理流程，图14是示出电容器放电处理时的电流及电压的位移的时序图，图15是电容器放电处理时的各阶段的电气开关的开闭位置及电流的流动的图。

电容器放电处理为了使电容器22储蓄的电荷向电池18放出而执行。该处理例如为了在交换电容器22时使电容器22放电至安全电压为止、或为了防止通过由副驱动马达20再生的电力对电容器22进行必要以上的充电而执行。

电容器放电处理开始时，控制回路24执行放电前信息处理（S61）。该处理中，取得电池电压Vbatt、电容器电压Vcap、电池电流Ibatt、电容器电流Icap、电池18及电容器22的SOC等（参照S13）。接着，控制回路24执行车辆中继处理（S62）。该处理中，使开关SW1、SW2为初期位置（开位置）。

接着，控制回路24执行放电处理（S63～S68）。放电处理中，控制回路24与步骤S13相同地计算电池18及电容器22的状态（S63）。接着，控制回路24使开关SW1为闭状态，使开关SW2为开状态（S64），从电容器22向线圈19a放出电荷，使磁气能量储蓄于线圈19a（参照图15的阶段（21）参照）。由此，电容器电压Vcap降低。

参照图14则在时刻t21，电容器电压Vcap为规定电压以上。在时刻t22，使开关SW1为开启，使开关SW2为关闭（开状态）（参照图15的阶段（21）参照）。该状态下，从电容器22放电的电流（Icap＜0）流入线圈19a。由此，线圈19a积蓄磁气能量。

向线圈19a流入规定量的电流为止（储蓄规定的磁气能量为止），开关SW1维持闭状态（S65；否）。另一方面，向线圈19a流入的电流的量达到规定值时（S65；是），控制回路24使开关SW1为开状态，使开关SW2为闭状态（S66），使积蓄于线圈19a的磁气能量放出（参照图15的阶段（22））。线圈19a的磁气能量通过线圈19b放出。由此，电流在由线圈19b和电池18构成的闭回路内流动，对电池18充电，电池电压Vbatt上升。另一方面，从电容器22输出的电流Icap为零，因而电容器电压Vcap无变化。

参照图14则在时刻t23，线圈19a内流入规定量的电流，从而使开关SW1为关闭，使开关SW2为开启（参照图15的阶段（22））。该状态下，来自线圈19b的电流流入电池18（电流Ibatt＞0）。由此，电池电压Vbatt轻微上升（电容器电压Vcap无变化）。

电池电压Vbatt上升，并且从线圈19b向连接点N0流入规定量的充电电流为止，维持开关SW1、SW2的开关位置（S67；否）。另一方面，向连接点N0的充电电流的流入总量达到规定值时（S67；是），控制回路24判定电容器22的放电是否完成（S68）。该处理中，判定电容器电压Vcap是否充分降压（即，电容器电压Vcap是否达到放电结束阈值）。另，S68中，也可额外地判定输入电压值Vin是否达到相对于输入电压值Vin而设定的放电结束阈值。

电容器22的放电未完成时（S68；否），再次向步骤S61移行。即，直至电容器22的放电完成，重复步骤S61～S68的处理（参照图14的时刻t22～t28），车辆驱动装置10交替切换图15的阶段（21）和阶段（22）的状态。另一方面，电容器22的放电完成时（S68；是），电容器放电处理结束，向放电完成处理（S69）移行。放电完成处理中，开关SW1、SW2为开状态，电容器放电处理结束。另，图15的阶段（23）示出车辆1的维修等在时刻t29使开关SWbatt及SWcap为关闭的待机状态。

以下说明本发明的实施形态的车辆驱动装置10的作用；

根据本实施形态，是装载于车辆1的车辆驱动装置10，具备：充电式的电池18及电容器22串联连接的电源3；被提供电池18的电压的主驱动马达16（第一车辆驱动马达）；被提供电池18和电容器22的总合电压（Vin）的副驱动马达20（第二车辆驱动马达）；与电源3连接的充电回路19；以及通过充电回路19控制电源3的充放电的控制回路24；充电回路19具备：线圈19a（第一线圈）；线圈19b（第二线圈）；与线圈19a及线圈19b磁气结合的铁心19c；用于电气连接及切断线圈19a和电容器22的开关SW1（第一开关）；和用于电气连接及切断线圈19b和电池18的开关SW2（第二开关）；控制回路24构成为操作开关SW1及开关SW2，控制电池18和电容器22的充放电。

如此构成的本实施形态中，电源3具备电池18和电容器22的串联连接，至少具备与电容器22连接的第一电力线路5a和与电池18连接的第二电力线路5b。第一电力线路5a和第二电力线路5b能提供不同的电源电压。通过第一电力线路5a驱动副驱动马达20，通过第二电力线路5b驱动主驱动马达16。如此，本实施形态中，能以容易且简易的结构供给多个电源电压。又，本实施形态中，电源3由电池18和电容器22的串联连接构成，因此能使充电回路成为由两个电气开关和线圈（电感）形成的简单结构。控制回路24通过该两个电气开关的开闭，能容易地在电池18和电容器22之间进行电荷的充放电。

又，本实施形态中优选地，电容器22的额定电压（72V）大于电池18的额定电压（48V）。如此构成的本实施形态中，由外部电源17对电源3充电时，即使电池18的额定电压小于外部电源17的下限电压，通过将额定电压大于电池18的电容器22串联连接，能容易地将车辆1的输入电压值Vin维持得大于下限电压。

又，本实施形态中，具体地，电池18的正极端子与电容器22的一端连接，线圈19a与开关SW1的第一串联回路19A与电容器22并联连接，线圈19b与开关SW2的第二串联回路19B与电池18并联连接，第一串联回路19A和第二串联回路19B在连接点N1串联连接，连接点N1与电池18的正极端子连接。

又，本实施形态中优选地，控制回路24以多次重复如下阶段的形式控制充电回路19，即、使开关SW1为闭状态并使开关SW2为开状态（S35），将积蓄于电容器22的能量的一部分积蓄于线圈19a的第一阶段（图9的阶段（2））；使开关SW1为开状态并使开关SW2为闭状态（S37），将积蓄于线圈19a的能量通过线圈19b向电池18放出而对电池18充电的第二阶段（图9的阶段（3））。

如此构成的本实施形态中，电容器22的电荷通过充电回路19向电池18放出，从而能对电池18充电。此时，例如，通过从外部电源17向电容器22供给充电电力，实质上能通过外部电源17对电池18和电源用电容器22同时充电。

又，本实施形态中优选地，控制回路24以多次重复如下阶段的形式控制充电回路19，即、使开关SW1为开状态并使开关SW2为闭状态（S52），将积蓄于电池18的能量的一部分积蓄于线圈19b的第三阶段（图12的阶段（11））；使开关SW1为闭状态并使开关SW2为开状态（S54），将积蓄于线圈19b的能量通过线圈19a向电容器22放出而对电容器22充电的第四阶段（图12的阶段（12））。

如此构成的本实施形态中，电池18的电荷通过充电回路19向电容器22放出，由此能对电容器22充电。

又，本实施形态中优选地，电容器22构成为可储蓄的电荷少于可储蓄于电池18的电荷。如此构成的本实施形态中，由电池18对电容器22充电时，能使电池18和电容器22的总合电压增加。因此，总合电压低于外部电源17的下限电压时，通过使总合电压升压能够进行外部充电。

Claims (8)

1.一种车辆驱动装置，其特征在于，

是装载于车辆的车辆驱动装置，具备：

充电式的电池及电容器串联连接的电源；

被提供所述电池的电压的第一车辆驱动马达；

被提供所述电池和所述电容器的总合电压的第二车辆驱动马达；

与所述电源连接的充电回路；和

通过所述充电回路控制所述电源的充放电的控制回路；

所述充电回路具备：第一线圈；第二线圈；磁气结合所述第一线圈及所述第二线圈的铁心；用于电气连接及切断所述第一线圈和所述电容器的第一开关；和用于电气连接及切断所述第二线圈和所述电池的第二开关；

所述控制回路构成为操作所述第一开关及所述第二开关，控制所述电池和所述电容器的充放电。

2.根据权利要求1所述的车辆驱动装置，其特征在于，

所述电容器的额定电压大于所述电池的额定电压。

3.根据权利要求1或2所述的车辆驱动装置，其特征在于，

所述电池的正极端子与所述电容器的一端连接，

所述第一线圈和所述第一开关的第一串联回路与所述电容器并联连接，

所述第二线圈和所述第二开关的第二串联回路与所述电池并联连接，

所述第一串联回路和所述第二串联回路在连接点串联连接，

所述连接点与所述电池的正极端子连接。

4.根据权利要求3所述的车辆驱动装置，其特征在于，

所述控制回路以多次重复下述阶段的形式控制所述充电回路：

使所述第一开关为闭状态并使所述第二开关为开状态，将积蓄于所述电容器的能量的一部分积蓄于所述第一线圈的第一阶段；

使所述第一开关为开状态并使所述第二开关为闭状态，将积蓄于所述第一线圈的能量通过所述铁心及所述第二线圈向所述电池放出而对所述电池充电的第二阶段。

5.根据权利要求3所述的车辆驱动装置，其特征在于，

所述控制回路以多次重复下述阶段的形式控制所述充电回路：

使所述第一开关为开状态并使所述第二开关为闭状态，将积蓄于所述电池的能量的一部分积蓄于所述第二线圈的第三阶段；

使所述第一开关为闭状态并使所述第二开关为开状态，将积蓄于所述第二线圈的能量通过所述第一线圈向所述电容器放出而对所述电容器充电的第四阶段。

6.根据权利要求4所述的车辆驱动装置，其特征在于，

所述控制回路以多次重复下述阶段的形式控制所述充电回路：

使所述第一开关为开状态并使所述第二开关为闭状态，将积蓄于所述电池的能量的一部分积蓄于所述第二线圈的第三阶段；

使所述第一开关为闭状态并使所述第二开关为开状态，将积蓄于所述第二线圈的能量通过所述第一线圈向所述电容器放出而对所述电容器充电的第四阶段。

7.根据权利要求1、2、4～6中任一项所述的车辆驱动装置，其特征在于，

所述电容器构成为能储蓄的电荷少于能储蓄于所述电池的电荷。

8.根据权利要求3所述的车辆驱动装置，其特征在于，

所述电容器构成为能储蓄的电荷少于能储蓄于所述电池的电荷。

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