JP2003235105A - 負荷駆動装置、負荷駆動装置における電力貯蔵装置の充電制御方法および充電制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents

負荷駆動装置、負荷駆動装置における電力貯蔵装置の充電制御方法および充電制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 システム起動時に主電源の充電状態が低下し
ているときに、補機バッテリから主電源に電力を供給す
る機能を低コストで実現することができる負荷駆動装置
を提供する。 【解決手段】 システム起動時に主電源１の充電状態が
低下しているとき、リレー９，１０が閉じられ、補機バ
ッテリ８が補機モータ６の中性点およびノードＮ２に接
続される。そして、補機系インバータ５は、制御回路１
１からの指令に基づいて下アームのスイッチングトラン
ジスタ５１ａ〜５１ｃが動作し、補機モータ６の巻線を
リアクトルとして用いて、補機バッテリ８から出力され
る電圧を昇圧して主電源１へ出力し、主電源１を充電す
る。このとき、駆動系インバータ３およびＤＣ／ＤＣコ
ンバータ７は停止される。主電源１の充電状態が十分に
なると、リレー９，１０は開にされ、各負荷が駆動され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、負荷駆動装置並
びに負荷駆動装置における電力貯蔵装置の充電制御方法
および充電制御をコンピュータに実行させるためのプロ
グラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体に関
し、特に、ハイブリッド自動車や電気自動車において、
システムの起動の際に、主電源として用いられる電力貯
蔵装置の充電状態が低下しているときに前記電力貯蔵装
置を充電する機構を備えた負荷駆動装置並びに負荷駆動
装置における電力貯蔵装置の充電制御方法および充電制
御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録
したコンピュータ読取可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年ますます高まりつつある省エネ・環
境問題を背景に、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicl
e、以下ＨＶと称する。）や電気自動車（Electric Vehi
cle、以下ＥＶと称する。）が大きく注目されている。
これらの車両は、車両に搭載されたパワーキャパシタや
二次電池などの電力貯蔵装置を備えており、これを動力
源としてモータを駆動して走行する。
【０００３】これらの車両においては、この動力源とし
ての電力貯蔵装置（以下、主電源と称する。）からの放
電が顕著に進み、主電源の残存容量が減少した場合に
は、何らかの手段で主電源を充電する必要がある。ま
た、特に、主電源にパワーキャパシタを使用している場
合には、その自己放電量が大きいことから、長期間の不
使用後にシステムを起動する際に、主電源の出力電圧不
足によりシステムが起動できないという事態が起こりや
すい。
【０００４】従来より、長期間の車両の不使用などによ
り主電源の充電状態が低下し、システムを起動すること
ができなくなったときは、主電源を充電する一手段とし
て、外部の商用交流電源の交流電圧を外部充電器により
直流電圧に変換して充電することが行なわれている。
【０００５】一方、上述した車両には、主電源の他、ラ
ンプや小型モータ、制御回路などの補機負荷に電力を供
給する補機バッテリが備えられている。この補機バッテ
リは、従来のエンジン駆動の車両におけるオルタネータ
に相当するものであるが、ＥＶにおいては機械エネルギ
ー源としてのエンジンがなく、また、ＨＶにおいても燃
費向上や車両停止時のアイドルストップシステムなどに
より常時エンジンが動作しているわけではないため、Ｅ
ＶやＨＶにおいては、補機バッテリは、主電源から電力
が供給される（車両の制動時には、回生発電により駆動
モータからも電力が供給される。）。
【０００６】上述した補機負荷は、いずれも１０数Ｖの
低電圧で動作するものであり、補機バッテリもそれに対
応した電圧を出力する。一方、主電源は、車両の動力源
として使用されるものであるため、通常数１００Ｖの電
圧を出力する。そこで、高圧の主電源から出力される電
圧を補機系の電圧まで降圧して補機バッテリを充電する
ＤＣ／ＤＣコンバータが通常備えられる。
【０００７】特許第３１４１７７９号公報には、そのよ
うなＤＣ／ＤＣコンバータを備えたシリーズＨＶ車のモ
ータ駆動システムが開示されている。すなわち、補機バ
ッテリがＤＣ／ＤＣコンバータを介して主バッテリに接
続され、ＤＣ／ＤＣコンバータは、主バッテリから出力
される電源電圧を補機系の電圧まで降圧して補機バッテ
リの正負端子間に印加する。
【０００８】このような主電源と補機バッテリとを接続
するＤＣ／ＤＣコンバータを備えたシステムの場合、上
述したように、長期間の不使用などにより主電源の電力
供給能力が低下し、システムを起動することができなく
なったときは、補機バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータ
を介して主電源を充電するということが考えられる。し
かしながら、上述したシステムにおいてＤＣ／ＤＣコン
バータを備えた目的は、補機バッテリの電力供給元とし
て、主電源から出力される電力または駆動モータから回
生発電により発生される電力を使用し、これらは高圧で
あるから補機バッテリに供給する際に補機負荷の電圧に
対応して降圧する必要があるからであり、一般にはこの
ようなＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧機能を有していな
い。そこで、補機バッテリを用いて主電源を充電する場
合には、従来より、別体の昇圧コンバータを用いて充電
する方法がとられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、主電源
を充電する一手段として、外部商用電源の交流電圧を外
部充電器により直流電圧に変換して充電する手段は、Ａ
Ｃ／ＤＣコンバータ機能を備える外部充電器が別途必要
であり、トータルとしてのコストの低減が図れない。
【００１０】また、主電源と補機バッテリとの間に接続
されるＤＣ／ＤＣコンバータを備えたシステムにおいて
も、別体の昇圧コンバータが必要であり、上記外部充電
器の場合と同様に、トータルとしてのコストの低減が図
れない。
【００１１】さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータに昇降圧型
のものを使用して、主電源の充電状態が低下したときに
は、昇圧制御して補機バッテリから主電源を充電するこ
とが考えられるが、昇降圧機能を兼ね備えた高機能型の
ＤＣ／ＤＣコンバータの採用は、コストが上昇する要因
となる。
【００１２】そこで、この発明は、かかる課題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、システム起
動時において主電源の充電状態が低下しているときに、
補機バッテリから主電源に電力を供給する機能を低コス
トで実現することができる負荷駆動装置を提供すること
である。
【００１３】また、この発明の別の目的は、システム起
動時において主電源の充電状態が低下しているときに、
補機バッテリから主電源に電力を供給する機能を低コス
トで実現することができる、負荷駆動装置における電力
貯蔵装置の充電制御方法を提供することである。
【００１４】さらに、この発明の別の目的は、システム
起動時において主電源の充電状態が低下しているとき
に、補機バッテリから主電源に電力を供給する機能を低
コストで実現することができる、負荷駆動装置における
電力貯蔵装置の充電制御方法をコンピュータに実行させ
るためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な
記録媒体を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、負荷
駆動装置は、交流モータと、直流電圧である第１の電圧
を出力する第１の電源と、直流電圧である第２の電圧を
出力する第２の電源と、第１の電圧を入力して交流電圧
に変換し、交流電圧を交流モータへ出力して交流モータ
を駆動するインバータと、第１の電圧を降圧して第２の
電源へ出力し、第２の電源を充電するコンバータと、制
御回路とを備え、第１の電圧が所定の電圧よりも低いと
き、第２の電圧が交流モータの巻線に入力され、制御回
路は、交流モータの巻線およびインバータにより第２の
電圧が昇圧されて第１の電源へ出力され、第１の電源が
充電されるようにインバータを制御し、コンバータを停
止する。
【００１６】好ましくは、第２の電圧は、交流モータの
全ての巻線の一端が一括に接続されて構成される中性点
に入力される。
【００１７】好ましくは、第２の電圧は、交流モータの
いずれかの巻線における、交流モータの全ての巻線の一
端が一括に接続されて構成される中性点と反対側の一端
に入力される。
【００１８】好ましくは、負荷駆動装置は、第１の電圧
を入力してもう１つの交流電圧に変換し、もう１つの交
流電圧を走行用の車両駆動用モータへ出力して車両駆動
用モータを駆動するもう１つのインバータをさらに備
え、交流モータは、補機用モータであり、第１の電圧が
所定の電圧よりも低いとき、制御回路は、もう１つのイ
ンバータをさらに停止する。
【００１９】好ましくは、交流モータは、第１の交流モ
ータと、第２の交流モータとからなり、インバータは、
第１の電圧を入力して第１の交流電圧に変換し、第１の
交流電圧を第１の交流モータへ出力して第１の交流モー
タを駆動する第１のインバータと、第１の電圧を入力し
て第２の交流電圧に変換し、第２の交流電圧を第２の交
流モータへ出力して第２の交流モータを駆動する第２の
インバータとからなり、第１の電圧が所定の電圧よりも
低いとき、第２の電源の正極が、第１の交流モータの全
ての巻線の一端が一括に接続されて構成される第１の中
性点に、かつ、負極が第２の交流モータの全ての巻線の
一端が一括に接続されて構成される第２の中性点に接続
され、制御回路は、第１の交流モータの巻線および第１
のインバータにより第２の電圧が昇圧されて第１の電源
へ出力され、第１の電源が充電されるように第１のイン
バータを制御する。
【００２０】好ましくは、第１の電源は、パワーキャパ
シタおよび２次電池のいずれかである。
【００２１】好ましくは、システム起動時に第１の電源
の充電が必要であるとき、制御回路は、交流モータの巻
線およびインバータにより第２の電圧が昇圧されて第１
の電源へ出力され、第１の電源が充電されるようにイン
バータを制御し、コンバータを停止する。
【００２２】また、この発明によれば、負荷駆動装置に
おける電力貯蔵装置の充電制御方法は、第１の直流電源
から出力される第１の電圧により負荷を駆動する負荷駆
動装置において、第１の電圧を降圧して充電された第２
の直流電源から出力される第２の電圧により第１の直流
電源を充電する、負荷駆動装置における電力貯蔵装置の
充電制御方法であって、第１の直流電源の充電が必要で
あるとき、第１の電圧を降圧して第２の直流電源を充電
する電源ルートから、第２の電圧を昇圧して第１の直流
電源を充電するもう１つの電源ルートに切替える第１の
ステップと、第２の電圧を入力して昇圧する第２のステ
ップと、昇圧された第２の電圧を第１の直流電源へ出力
して第１の直流電源を充電する第３のステップとを備え
る。
【００２３】好ましくは、第２の電圧は、第１の電圧に
より駆動される交流モータの巻線に入力され、交流モー
タを駆動するインバータの少なくとも１つのスイッチン
グトランジスタのスイッチングを制御して、交流モータ
の巻線およびインバータにより、第２のステップにおい
て第２の電圧を昇圧する。
【００２４】また、この発明によれば、記録媒体は、第
１の直流電源から出力される第１の電圧により負荷を駆
動する負荷駆動装置において、第１の電圧を降圧して充
電された第２の直流電源から出力される第２の電圧によ
り第１の直流電源を充電する、負荷駆動装置における電
力貯蔵装置の充電制御をコンピュータに実行させるため
のプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒
体であって、第１の直流電源の充電が必要であるとき、
第１の電圧を降圧して第２の直流電源を充電する電源ル
ートから、第２の電圧を昇圧して第１の直流電源を充電
するもう１つの電源ルートに切替える第１のステップ
と、第２の電圧を入力して昇圧する第２のステップと、
昇圧された第２の電圧を第１の直流電源へ出力して第１
の直流電源を充電する第３のステップとをコンピュータ
に実行させるためのプログラムを記録する。
【００２５】好ましくは、第２の電圧は、第１の電圧に
より駆動される交流モータの巻線に入力され、交流モー
タを駆動するインバータの少なくとも１つのスイッチン
グトランジスタのスイッチングを制御して、交流モータ
の巻線およびインバータにより、第２のステップにおい
て第２の電圧を昇圧する。
【００２６】以上のように、この発明による負荷駆動装
置および負荷駆動装置における電力貯蔵装置の充電制御
方法によれば、ＨＶやＥＶにおいて、システム起動時に
主電源の出力電圧が十分でないときは、補機バッテリが
補機モータの中性点と主電源の負極とに接続され、補機
系インバータは、補機モータの巻線を用いて補機バッテ
リの出力電圧を昇圧して主電源を充電することができる
ようにしたので、別体の昇圧装置や高機能の昇降圧ＤＣ
／ＤＣコンバータを備える必要がなく、低コストで主電
源を充電できる。
【００２７】また、この発明による負荷駆動装置および
負荷駆動装置における電力貯蔵装置の充電制御方法によ
れば、２セットの補機系インバータおよび補機モータに
より、外部商用電源から入力される単相交流電圧を直流
電圧に変換し、かつ、昇圧して主電源を充電することが
できるので、別体のコンバータを備える必要がなく、低
コストで主電源を充電できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同
一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返
さない。
【００２９】［実施の形態１］図１は、実施の形態１に
よる、ＨＶに搭載された負荷駆動装置の回路構成を示す
回路図である。
【００３０】図１を参照して、負荷駆動装置１００は、
主電源１と、システム・メイン・リレー２（System Mai
n Relay、以下ＳＭＲ２と称する。）と、駆動系インバ
ータ３と、コンデンサ４と、補機系インバータ５と、補
機モータ６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、補機バッテ
リ８と、リレー９，１０と、制御回路１１とを備える。
また、ＳＭＲ２は、リレー２１〜２３と、抵抗２４とを
含む。さらに、補機系インバータ５は、スイッチングト
ランジスタ５１ａ〜５１ｆと、ダイオード５２ａ〜５２
ｆとを含む。
【００３１】主電源１は、走行用の駆動モータ１４、補
機負荷である補機モータ６および補機モータ６を除く補
機の電源である補機バッテリ８に電力を供給する大容量
のパワーキャパシタである。
【００３２】発電機１２は、図示しないエンジンと接続
され、エンジンから出力される機械エネルギーを電気エ
ネルギーに変換してインバータ１３へ出力し、主電源
１、駆動モータ１４、補機モータ６および補機バッテリ
８に電力を供給する。
【００３３】インバータ１３は、発電機１２から出力さ
れる３相交流電圧を直流電圧に変換して主電源１や駆動
モータ１４などへ出力する。
【００３４】ＳＭＲ２は、各負荷に電源電圧を供給する
電源ラインであるノードＮ１，Ｎ２と主電源１とを接続
／遮断するためのシステムのメインリレーである。ＳＭ
Ｒ２は、制御回路１１からの指令に基づいて主電源１を
ノードＮ１，Ｎ２に接続するとき、最初にリレー２３お
よび抵抗が接続されたリレー２２を閉じ、その後リレー
２１を閉じることによって、駆動系インバータ３の前段
に並列に接続された平滑コンデンサ４への突入電流を防
止する。
【００３５】駆動系インバータ３は、主電源１から供給
される直流電圧を３相交流電圧に変換して駆動モータ１
４へ出力する変換回路である。
【００３６】コンデンサ４は、駆動系インバータ３の前
段に並列に接続され、電圧変動に起因する駆動系インバ
ータ３に対しての影響を低減するための平滑コンデンサ
である。
【００３７】補機系インバータ５は、制御回路１１によ
りスイッチングトランジスタ５１ａ〜５１ｆのスイッチ
ング動作が制御され、主電源１から供給される直流電圧
を３相交流電圧に変換して補機モータ６へ出力する変換
回路である。また、補機系インバータ５は、システム起
動時に主電源１の出力電圧が低下しているときは、スイ
ッチングトランジスタ５１ａ〜５１ｃのスイッチング動
作が制御され、後述するように、補機モータ６の巻線を
リアクトルとして用いて、補機バッテリ８から出力され
る電圧を昇圧して主電源１を充電する。
【００３８】補機モータ６は、主電源１を直接電源とす
る補機用の３相交流モータであって、たとえば、電動式
のＡ／Ｃ（エアコン）用コンプレッサなどである。補機
モータ６は、補機系インバータ５から３相交流電圧が供
給されて駆動する。また、補機モータ６においては、各
相の巻線の一端を一括に接続して構成される中性点がリ
レー９を介して補機バッテリ８の正極と接続される。そ
して、補機モータ６は、リレー９がＯＮされたときは、
その巻線がリアクトルとして用いられ、補機系インバー
タ５とともに補機バッテリ８から出力される電圧を昇圧
して主電源１を充電する。
【００３９】ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、電源ラインの
ノードＮ１，Ｎ２に駆動系インバータ３および補機系イ
ンバータ５と並列に接続され、主電源１から供給される
直流電圧を所定の電圧に降圧して補機バッテリ８へ出力
する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、主電源１から
供給される直流電圧だけでなく、減速時の駆動モータ１
４による回生発電により発生する電圧も降圧して補機バ
ッテリ８へ出力する。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ７
は、リレー９，１０が閉じられ、補機バッテリ８から補
機モータ６および補機系インバータ５を介して主電源１
に電力が供給されているときは、制御回路１１からの指
令に基づいて停止する。
【００４０】補機バッテリ８は、ランプ、小型モータそ
の他補機用のバッテリであって、低電圧出力の二次電池
である。補機バッテリ８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７と
接続され、主電源１から電力が供給されて充電されるほ
か、減速時に駆動モータ１４から回生発電により発生す
る電力によっても充電される。また、補機バッテリ８
は、正極がリレー９を介して補機モータ６の中性点に接
続され、負極がリレー１０を介してノードＮ２に接続さ
れる。そして、リレー９，１０が閉じられたときは、補
機バッテリ８の正極から、補機モータ６、補機系インバ
ータ５、ノードＮ１、主電源１、ノードＮ２および補機
バッテリ８の負極まで、一連の回路が構成され、補機バ
ッテリ８から主電源１に電力が供給される。
【００４１】リレー９，１０は、負荷駆動装置１００の
通常動作時は開状態であり、補機バッテリ８は、ＤＣ／
ＤＣコンバータ７を介してノードＮ１，Ｎ２から電力が
供給される。一方、システム起動時に主電源１の出力電
圧が低下しているときは、リレー９，１０は、制御回路
１１からの指令に基づいて閉じられ、補機バッテリ８
は、補機モータ６の中性点およびノードＮ２に接続され
る。
【００４２】制御回路１１は、ＣＰＵ（Central Proces
sing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯ
Ｍ（Read Only Memory）および入出力装置（以上、いず
れも図示せず）などを含むマイクロコンピュータであ
る。制御回路１１は、車両のシステムを起動するイグニ
ッション・キーがＯＮされると、ＳＭＲ２をＯＮにして
主電源１および後述するインバータ１３をノードＮ１，
Ｎ２に接続する。これにより、主電源１およびインバー
タ１３から各負荷への電力の供給が可能となる。そし
て、制御回路１１は、通常動作時は、主電源１およびイ
ンバータ１３から供給される電力に基づいて駆動モータ
１４にモータトルク指令に応じたトルクを発生させるた
め、駆動系インバータ３をＰＷＭ（Pulse Width Modula
tion）制御する。モータトルクの制御については後述す
る。また、制御回路１１は、補機系インバータ５を制御
し、これにより補機モータ６が駆動される。
【００４３】一方、制御回路１１は、システムが起動さ
れ、ＳＭＲ２がＯＮされると、電圧センサ（図示せず）
により検出される主電源１の出力電圧ＶＣを入力し、電
圧ＶＣが所定の電圧Ｖ０よりも低く、負荷を駆動するこ
とができないと判断したときは、駆動系インバータ３お
よびＤＣ／ＤＣコンバータ７を停止し、リレー９，１０
を閉じる。そして、制御回路１１は、補機バッテリ８か
ら出力される電圧が所定の電圧に昇圧されて主電源１に
供給されるように、補機系インバータ５のスイッチング
トランジスタ５１ｄ〜５１ｆをＯＦＦにし、スイッチン
グトランジスタ５１ａ〜５１ｃのＯＮ／ＯＦＦのデュー
ティ比を制御する。これにより、補機系インバータ５お
よび補機モータ６の巻線によって昇圧チョッパが構成さ
れ、補機バッテリ８から出力された電圧は昇圧されて主
電源１へ出力される。
【００４４】なお、スイッチングトランジスタ５１ａ〜
５１ｃは、全て同時にＯＮ／ＯＦＦ動作しても、各トラ
ンジスタが別々にサイクリックにＯＮ／ＯＦＦ動作して
も、あるいは、いずれかのトランジスタのみが動作する
ようにしてもよく、電力を供給する補機バッテリ８の容
量や昇圧の程度に応じて、適切に制御される。
【００４５】一方、制御回路１１は、イグニッション・
キーがＯＦＦされ、システムが停止されたと判断したと
きは、ＳＭＲ２をＯＦＦにして主電源１およびインバー
タ１３を各負荷と遮断する。
【００４６】負荷駆動装置１００により駆動される駆動
モータ１４は、走行用の３相交流誘導モータもしくは同
期モータであって、駆動モータ１４から発生されるモー
タトルクが駆動軸トルクとして車輪に伝達される。駆動
モータ１４は、車両が減速する場合は発電機としても使
用され、減速時の回生発電により発電された電圧を主電
源１に供給したり、あるいは補機モータ６や補機バッテ
リ８などに供給する。
【００４７】図２は、制御回路１１による駆動モータ１
４のトルク制御を機能的に説明するための機能ブロック
図である。図２を参照して、制御回路１１は、モータ制
御用相電圧演算部１１１と、ＰＷＭ信号変換部１１２と
を含む。
【００４８】モータ制御用相電圧演算部１１１は、モー
タトルク指令値と、駆動モータ１４の各相の電流値と、
駆動系インバータ３の入力電圧とを入力して駆動モータ
１４の各相コイルの電圧を演算し、ＰＷＭ信号変換部１
１２へ出力する。
【００４９】ここで、モータトルク指令値は、たとえ
ば、アクセルペダルの開度から算出される要求パワーを
達成するのに必要なモータトルク値として与えられる。
本負荷駆動装置１００が搭載されたシリーズＨＶであれ
ば、モータトルク指令値は、必要な駆動軸トルクが出力
されるように与えられる。一方、パラレルＨＶであれ
ば、モータトルク指令値は、エンジントルクとモータト
ルクとの合計が駆動軸トルクとして出力されるように与
えられる。
【００５０】また、駆動モータ１４の各相の電流値は、
図示しない電流センサにより検出され、駆動系インバー
タ３の入力電圧は、図示しない電圧センサにより検出さ
れる。
【００５１】ＰＷＭ信号変換部１１２は、モータ制御用
相電圧演算部１１１による演算結果に基づいて、駆動系
インバータ３内の各トランジスタ（図示せず）をＯＮ／
ＯＦＦするＰＷＭ信号を生成し、駆動系インバータ３へ
出力する。
【００５２】このＰＷＭ信号に基づいて前記各トランジ
スタがスイッチング制御され、駆動モータ１４の各相の
駆動電流が制御され、モータトルク指令値に応じたモー
タトルク制御が行なわれる。
【００５３】再び図１を参照して、負荷駆動装置１００
においては、システムが起動されると、制御回路１１か
らの指令によりＳＭＲ２がＯＮされ、主電源１からノー
ドＮ１，Ｎ２に電力が供給される。そして、主電源１の
出力電圧ＶＣが所定の電圧Ｖ０以上であるときは、駆動
系インバータ３は、主電源１から出力された直流電圧を
入力し、制御回路１１から受けるＰＷＭ信号に基づいて
直流電圧を３相交流電圧に変換して駆動モータ１４へ出
力する。これによって、駆動モータ１４は指令に応じた
トルクを発生する。また、補機系インバータ５およびＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ７も、主電源１から出力された直流
電圧を入力し、制御回路１１から受ける指令に基づい
て、補機系インバータ５は、入力された直流電圧を３相
交流電圧に変換して補機モータ６を駆動し、ＤＣ／ＤＣ
コンバータ７は、入力された直流電圧を降圧して補機バ
ッテリ８を充電する。
【００５４】一方、システムが起動され、ＳＭＲ２がＯ
Ｎされた後、主電源１からの出力電圧ＶＣが負荷を駆動
できない程度に低下していると制御回路１１により判断
されたときは、制御回路１１からの指令に基づいてリレ
ー９，１０が閉じられ、補機バッテリ８が補機モータ６
の中性点およびノードＮ２に接続される。そして、制御
回路１１からの指令に基づいて、駆動系インバータ３お
よびＤＣ／ＤＣコンバータ７は停止し、補機系インバー
タ５は、制御回路１１によりスイッチングトランジスタ
５１ａ〜５１ｃのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比が制御さ
れ、かつ、スイッチングトランジスタ５１ｄ〜５１ｆが
ＯＦＦされる。これによって、補機系インバータ５と、
リアクトルとして用いられる補機モータ６の巻線とによ
り昇圧チョッパが構成され、補機系インバータ５は、補
機バッテリ８から出力される電圧を昇圧して出力し、主
電源１を充電する。
【００５５】そして、主電源１の端子間電圧ＶＣが負荷
を駆動するのに十分な電圧Ｖ１まで達したと制御回路１
１により判断されたときは、制御回路１１からの指令に
基づいてリレー９，１０は開にされ、補機系インバータ
５、駆動系インバータ３およびＤＣ／ＤＣコンバータ７
は、制御回路１１からの指令に基づいて通常動作を行な
う。
【００５６】図３は、負荷駆動装置１００において、シ
ステム起動時の制御回路１１の処理を説明するためのフ
ローチャートである。図３を参照して、システムが起動
されると、制御回路１１は、ＳＭＲ２を上述したシーケ
ンスでＯＮする（ステップＳ１）。続いて、制御回路１
１は、主電源１の出力電圧ＶＣを検出し、電圧ＶＣが負
荷を駆動するのに十分な所定の電圧Ｖ０を下回っていな
いかどうかをチェックする（ステップＳ２）。制御回路
１１は、電圧ＶＣが電圧Ｖ０を下回っていると判断した
ときは、駆動系インバータ３およびＤＣ／ＤＣコンバー
タ７への動作指令を出力せずに停止させておき（ステッ
プＳ３）、リレー９，１０を閉じる（ステップＳ４）。
そして、制御回路１１は、補機系インバータ５のスイッ
チングトランジスタ５１ｄ〜５１ｆをＯＦＦし、スイッ
チングトランジスタ５１ａ〜５１ｃのデューティ比を制
御して、補機バッテリ８から出力された電圧を昇圧して
主電源１を充電する（ステップＳ５）。
【００５７】制御回路１１は、主電源１の電圧ＶＣが、
各負荷への十分な電力供給が可能な所定の電圧Ｖ１を超
えたと判断したときは（ステップＳ６）、リレー９，１
０を開にし（ステップＳ７）、主電源１から供給される
電力により各負荷が駆動される通常動作に移行する（ス
テップＳ８）。一方、制御回路１１は、ステップＳ６に
おいて、電圧ＶＣがまだ電圧Ｖ１に達しておらず、主電
源１の充電が十分でないと判断したときは、ステップＳ
５へ戻る。
【００５８】制御回路１１は、システム起動後、ステッ
プＳ２において、主電源１の出力電圧ＶＣが電圧Ｖ０以
上であると判断したときは、主電源１には十分な電力が
充電されているものと判断して、ステップＳ８へ進む。
【００５９】なお、上述した所定の電圧Ｖ０，Ｖ１は、
同じであってもよいし、電圧変動により電圧Ｖ０の近傍
でリレー９，１０がチャタリング動作することを防止す
るため、Ｖ０＜Ｖ１と定めてもよい。
【００６０】なお、上述した負荷駆動装置１００は、シ
リーズ方式、パラレル方式およびシリーズ・パラレル方
式のいずれのＨＶにも適用できる。また、ＨＶに限定さ
れるものではなく、ＥＶであっても同様に適用できる。
【００６１】また、上述した主電源１は、最終的に直流
電圧を出力可能な電力貯蔵装置として機能するものであ
ればよく、たとえば２次電池などであってもよい。
【００６２】また、上述した説明においては、負荷駆動
装置１００がＨＶに搭載された場合について説明してい
るので、システムを起動するためのスイッチはイグニッ
ション・キーとしているが、ＥＶに搭載された場合に
は、イグニッション・キーに代えて走行許可スイッチが
用いられる。
【００６３】以上のように、この実施の形態１による負
荷駆動装置１００によれば、ＨＶやＥＶにおいて、シス
テム起動時に主電源１の出力電圧が十分でないときは、
補機バッテリ８が補機モータ６の中性点と主電源１の負
極とに接続され、補機系インバータ５は、補機モータ６
の巻線を用いて補機バッテリ８の出力電圧を昇圧して主
電源１を充電することができるようにしたので、別体の
昇圧装置や高機能の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを備え
る必要がなく、低コストで主電源を充電できる。
【００６４】［実施の形態２］実施の形態１において
は、補機バッテリ８の正極は、補機モータ６の中性点に
接続されたが、実施の形態２においては、補機バッテリ
８の正極は、補機モータ６のいずれかの巻線の中性点を
構成しないもう一端に接続される。
【００６５】図４は、実施の形態２による、ＨＶに搭載
された負荷駆動装置の回路構成を示す回路図である。
【００６６】図４を参照して、負荷駆動装置１０１は、
補機バッテリ８の正極がリレー９を介して補機モータ６
のＵ相の巻線の中性点を構成しない一端（ノードＮ３）
に接続される。その他の構成は、実施の形態１において
説明した負荷駆動装置１００と同じである。これによ
り、補機系インバータ５および補機モータ６を用いて、
補機バッテリ８から主電源１へ電圧を昇圧して充電する
際に、リアクトルとして作用する補機モータ６の巻線を
２つ使用することができ、昇圧機能をより高めることが
できる。
【００６７】負荷駆動装置１０１においては、システム
が起動され、ＳＭＲ２がＯＮされた後、主電源１からの
出力電圧ＶＣが負荷を駆動できない程度に低下している
と制御回路１１により判断されたときは、制御回路１１
からの指令に基づいてリレー９，１０が閉じられ、補機
バッテリ８の正極が補機モータ６のＵ相線のノードＮ３
に接続され、負極がノードＮ２に接続される。そして、
制御回路１１からの指令に基づいて駆動系インバータ３
およびＤＣ／ＤＣコンバータ７は停止し、補機系インバ
ータ５は、制御回路１１によりスイッチングトランジス
タ５１ｂのみのデューティ比が制御され、その他のスイ
ッチングトランジスタ５１ａ，５１ｃ〜５１ｆはＯＦＦ
される。これによって、補機系インバータ５と、リアク
トルとして用いられる補機モータ６のＵ相およびＶ相の
２つの巻線とにより昇圧チョッパが構成され、補機系イ
ンバータ５は、補機バッテリ８から出力される電圧を昇
圧して出力し、主電源１を充電する。
【００６８】なお、補機系インバータ５は、制御回路１
１によりスイッチングトランジスタ５１ｃのみのデュー
ティ比が制御され、その他のスイッチングトランジスタ
５１ａ，５１ｂ，５１ｄ〜５１ｆがＯＦＦされるように
してもよい。この場合は、補機系インバータ５は、補機
モータ６のＵ相およびＷ相の２つの巻線をリアクトルと
して用いることになる。
【００６９】そして、主電源１の端子間電圧ＶＣが負荷
を駆動するのに十分な電圧Ｖ１まで充電されたと制御回
路１１により判断されたときは、制御回路１１からの指
令に基づいてリレー９，１０は開にされ、補機系インバ
ータ５、駆動系インバータ３およびＤＣ／ＤＣコンバー
タ７は、制御回路１１からの指令に基づいて通常動作を
行なう。
【００７０】なお、上述した説明では、補機バッテリ８
の正極は、補機モータ６のＵ相線のノードＮ３に接続さ
れるものとしたが、補機バッテリ８の正極は、補機モー
タ６のＶ相線のノードＮ４またはＷ相線のノードＮ５に
接続されるようにしてもよい。補機バッテリ８の正極が
ノードＮ４に接続されるときは、補機系インバータ５
は、制御回路１１によりスイッチングトランジスタ５１
ａおよびスイッチングトランジスタ５１ｃのいずれかの
デューティ比が制御され、その他のスイッチングトラン
ジスタはＯＦＦされる。また、補機バッテリ８の正極が
ノードＮ５に接続されるときは、補機系インバータ５
は、制御回路１１によりスイッチングトランジスタ５１
ａおよびスイッチングトランジスタ５１ｂのいずれかの
デューティ比が制御され、その他のスイッチングトラン
ジスタはＯＦＦされる。
【００７１】以上のように、この実施の形態２による負
荷駆動装置１０１によれば、実施の形態１と同様に、別
体の昇圧装置や高機能の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを
備える必要がなく、低コストで主電源を充電できるほ
か、昇圧する際に補機モータ６の巻線を２つ使用できる
構成としたので、昇圧機能をより高めることができる。
【００７２】［実施の形態３］実施の形態３による負荷
駆動装置は、補機系インバータおよび補機モータが２セ
ット備えられており、両補機モータの中性点に補機バッ
テリを接続して主電源１を充電するものである。
【００７３】図５は、実施の形態３による、ＨＶに搭載
された負荷駆動装置の回路構成を示す回路図である。
【００７４】図５を参照して、負荷駆動装置１０２は、
主電源１と、ＳＭＲ２と、駆動系インバータ３と、コン
デンサ４と、補機系インバータ５と、補機モータ６と、
ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、補機バッテリ８と、リレー
９，１０とを備え、これらについては、実施の形態１に
おいて説明した各回路と同じである。
【００７５】また、負荷駆動装置１０２は、補機系イン
バータ５Ａと、補機モータ６Ａとをさらに備える。さら
に、補機系インバータ５Ａは、スイッチングトランジス
タ５３ａ〜５３ｆと、ダイオード５４ａ〜５４ｆとを含
む。
【００７６】補機系インバータ５Ａは、制御回路１１に
よりスイッチングトランジスタ５３ａ〜５３ｆのスイッ
チング動作が制御され、主電源１から供給される直流電
圧を３相交流電圧に変換して補機モータ６Ａへ出力する
変換回路である。また、補機系インバータ５Ａは、シス
テム起動時に主電源１の出力電圧が低下しているとき
は、リレー１０を介して補機バッテリ８の負極と接続さ
れ、かつ、全てのスイッチングトランジスタ５３ａ〜５
３ｆがＯＦＦされ、ノードＮ２からダイオード５４ａ〜
５４ｃを介して補機モータ６Ａへ電流を通流する。
【００７７】補機モータ６Ａは、補機モータ６と同様
に、主電源１を直接電源とするもう１つの３相交流モー
タである。補機モータ６Ａは、補機系インバータ５Ａか
ら３相交流電圧が供給されて駆動する。また、補機モー
タ６Ａにおいては、各相の巻線の一端を一括に接続して
構成される中性点がリレー１０を介して補機バッテリ８
の負極と接続される。そして、補機モータ６Ａは、リレ
ー１０がＯＮされたときは、補機系インバータ５Ａから
受ける電流を中性点から補機バッテリ８の負極へ出力す
る。
【００７８】制御回路１１は、主電源１が補機バッテリ
８から充電されるときは、実施の形態１において説明し
たように、補機系インバータ５のスイッチングトランジ
スタ５１ｄ〜５１ｆをＯＦＦにし、スイッチングトラン
ジスタ５１ａ〜５１ｃのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を
制御するとともに、補機系インバータ５Ａのスイッチン
グトランジスタ５３ａ〜５３ｆを全てＯＦＦにする。
【００７９】負荷駆動装置１０２においては、システム
が起動され、ＳＭＲ２がＯＮされた後、主電源１からの
出力電圧ＶＣが負荷を駆動できない程度に低下している
と制御回路１１により判断されたときは、制御回路１１
からの指令に基づいてリレー９，１０が閉じられ、補機
モータ６，６Ａの中性点がそれぞれ補機バッテリ８の正
極および負極にそれぞれ接続される。そして、実施の形
態１と同様に、補機系インバータ５のスイッチングトラ
ンジスタ５１ａ〜５１ｃのデューティ比が制御回路１１
により制御され、補機系インバータ５および補機モータ
６は、補機バッテリ８から出力される電圧を昇圧して主
電源１を充電する。一方、補機系インバータ５Ａは、全
てのスイッチングトランジスタ５３ａ〜５３ｆがＯＦＦ
され、補機バッテリ８と主電源１との間で回路を構成す
る役割を担う。すなわち、実施の形態３においては、補
機バッテリ８と主電源１との間には、補機バッテリ８の
正極から、補機モータ６、補機系インバータ５、ノード
Ｎ１、主電源１、ノードＮ２、補機系インバータ５Ａ
（ダイオード５４ａ〜５４ｃ）、補機モータ６Ａおよび
補機バッテリ８の負極まで、一連の回路が構成される。
【００８０】負荷駆動装置１０２におけるその他の動作
については、実施の形態１による負荷駆動装置１００と
同様であり、説明は省略する。
【００８１】なお、上述した説明においては、補機バッ
テリ８は、リレー９，１０を介して補機モータ６，６Ａ
の中性点に接続されたが、実施の形態１に対応する実施
の形態２と同様に、補機バッテリ８は、補機モータ６，
６Ａのそれぞれにおけるいずれかの巻線において、中性
点を構成しない一端に接続されるようにしてもよい。そ
の場合の補機系インバータ５におけるスイッチングトラ
ンジスタの動作は、実施の形態２において説明したとお
りである。
【００８２】なお、図示しないが、この実施の形態３の
ように、補機系インバータが２つ備えられている負荷駆
動装置においては、外部商用電源を補機系インバータ
５，５Ａのそれぞれの中性点に接続し、入力される交流
電圧の位相に同期して補機系インバータ５，５Ａのスイ
ッチングを交互に適切に制御すれば、外部商用電源から
入力される交流電圧を直流電圧に変換し、かつ、昇圧し
て主電源１を充電することもできる。
【００８３】以上のように、実施の形態３による負荷駆
動装置１０２によっても、実施の形態１と同様に、別体
の昇圧装置や高機能の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを備
える必要がなく、低コストで主電源を充電できる。
【００８４】今回開示された実施の形態は、すべての点
で例示であって制限的なものではないと考えられるべき
である。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明で
はなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範
囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれ
ることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による負荷駆動装置
の回路構成を示す回路図である。
【図２】 図１に示す負荷駆動装置における制御回路に
よる駆動モータのトルク制御を機能的に説明するための
機能ブロック図である。
【図３】 図１に示す負荷駆動装置における制御回路の
システム起動時の処理を説明するためのフローチャート
である。
【図４】 この発明の実施の形態２による負荷駆動装置
の回路構成を示す回路図である。
【図５】 この発明の実施の形態３による負荷駆動装置
の回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 主電源、２ ＳＭＲ、３ 駆動系インバータ、４
コンデンサ、５，５Ａ補機系インバータ、６，６Ａ 補
機モータ、７ ＤＣ／ＤＣコンバータ、８補機バッテ
リ、９，１０，２１〜２３ リレー、１１ 制御回路、
１２ 発電機、１３ インバータ、１４ 駆動モータ、
２４ 抵抗、５１ａ〜５１ｆ，５３ａ〜５３ｆ スイッ
チングトランジスタ、５２ａ〜５２ｆ，５４ａ〜５４ｆ
ダイオード、１００〜１０２ 負荷駆動装置、Ｎ１〜
Ｎ５ ノード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 AA04 BA02 CA14 CC02 FA06 GB03 GB06 GC05 5H030 AA09 AS03 AS08 BB01 FF43 FF44 5H115 PC06 PG04 PI14 PI16 PI24 PI29 PI30 PO02 PO06 PU10 PU24 PU25 PU26 PU27 PV02 PV07 PV09 PV23 QA01 QN03 RB22 SE04 TO12 TO13 TO21 TR19 TU17 5H590 CA07 CA23 CC01 CC24 CD01 CD03 CE04 CE10 EA01 EA07 FA08 FB02 FC12 FC22 FC25 FC26 GA02 GA10 GB05 HA02 JA02 JB02

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流モータと、 直流電圧である第１の電圧を出力する第１の電源と、 直流電圧である第２の電圧を出力する第２の電源と、 前記第１の電圧を入力して交流電圧に変換し、前記交流
    電圧を前記交流モータへ出力して前記交流モータを駆動
    するインバータと、 前記第１の電圧を降圧して前記第２の電源へ出力し、前
    記第２の電源を充電するコンバータと、 制御回路とを備え、 前記第１の電圧が所定の電圧よりも低いとき、 前記第２の電圧が前記交流モータの巻線に入力され、 前記制御回路は、前記交流モータの巻線および前記イン
    バータにより前記第２の電圧が昇圧されて前記第１の電
    源へ出力され、前記第１の電源が充電されるように前記
    インバータを制御し、前記コンバータを停止する、負荷
    駆動装置。
  2. 【請求項２】 前記第２の電圧は、前記交流モータの全
    ての巻線の一端が一括に接続されて構成される中性点に
    入力される、請求項１に記載の負荷駆動装置。
  3. 【請求項３】 前記第２の電圧は、前記交流モータのい
    ずれかの巻線における、前記交流モータの全ての巻線の
    一端が一括に接続されて構成される中性点と反対側の一
    端に入力される、請求項１に記載の負荷駆動装置。
  4. 【請求項４】 前記第１の電圧を入力してもう１つの交
    流電圧に変換し、前記もう１つの交流電圧を走行用の車
    両駆動用モータへ出力して前記車両駆動用モータを駆動
    するもう１つのインバータをさらに備え、 前記交流モータは、補機用モータであり、 前記第１の電圧が前記所定の電圧よりも低いとき、 前記制御回路は、前記もう１つのインバータをさらに停
    止する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の
    負荷駆動装置。
  5. 【請求項５】 前記交流モータは、 第１の交流モータと、 第２の交流モータとからなり、 前記インバータは、 前記第１の電圧を入力して第１の交流電圧に変換し、前
    記第１の交流電圧を前記第１の交流モータへ出力して前
    記第１の交流モータを駆動する第１のインバータと、 前記第１の電圧を入力して第２の交流電圧に変換し、前
    記第２の交流電圧を前記第２の交流モータへ出力して前
    記第２の交流モータを駆動する第２のインバータとから
    なり、 前記第１の電圧が前記所定の電圧よりも低いとき、 前記第２の電源の正極が、前記第１の交流モータの全て
    の巻線の一端が一括に接続されて構成される第１の中性
    点に、かつ、負極が前記第２の交流モータの全ての巻線
    の一端が一括に接続されて構成される第２の中性点に接
    続され、 前記制御回路は、前記第１の交流モータの巻線および前
    記第１のインバータにより前記第２の電圧が昇圧されて
    前記第１の電源へ出力され、前記第１の電源が充電され
    るように前記第１のインバータを制御する、請求項１に
    記載の負荷駆動装置。
  6. 【請求項６】 前記第１の電源は、パワーキャパシタお
    よび２次電池のいずれかである、請求項１から請求項５
    のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
  7. 【請求項７】 システム起動時に前記第１の電源の充電
    が必要であるとき、前記制御回路は、前記交流モータの
    巻線および前記インバータにより前記第２の電圧が昇圧
    されて前記第１の電源へ出力され、前記第１の電源が充
    電されるように前記インバータを制御し、前記コンバー
    タを停止する、請求項１から請求項６のいずれか１項に
    記載の負荷駆動装置。
  8. 【請求項８】 第１の直流電源から出力される第１の電
    圧により負荷を駆動する負荷駆動装置において、前記第
    １の電圧を降圧して充電された第２の直流電源から出力
    される第２の電圧により前記第１の直流電源を充電す
    る、負荷駆動装置における電力貯蔵装置の充電制御方法
    であって、 前記第１の直流電源の充電が必要であるとき、前記第１
    の電圧を降圧して前記第２の直流電源を充電する電源ル
    ートから、前記第２の電圧を昇圧して前記第１の直流電
    源を充電するもう１つの電源ルートに切替える第１のス
    テップと、 前記第２の電圧を入力して昇圧する第２のステップと、 前記昇圧された第２の電圧を前記第１の直流電源へ出力
    して前記第１の直流電源を充電する第３のステップとを
    備える、負荷駆動装置における電力貯蔵装置の充電制御
    方法。
  9. 【請求項９】 前記第２の電圧は、前記第１の電圧によ
    り駆動される交流モータの巻線に入力され、 前記交流モータを駆動するインバータの少なくとも１つ
    のスイッチングトランジスタのスイッチングを制御し
    て、前記交流モータの巻線および前記インバータによ
    り、前記第２のステップにおいて前記第２の電圧を昇圧
    する、請求項８に記載の負荷駆動装置における電力貯蔵
    装置の充電制御方法。
  10. 【請求項１０】 第１の直流電源から出力される第１の
    電圧により負荷を駆動する負荷駆動装置において、前記
    第１の電圧を降圧して充電された第２の直流電源から出
    力される第２の電圧により前記第１の直流電源を充電す
    る、負荷駆動装置における電力貯蔵装置の充電制御をコ
    ンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコ
    ンピュータ読取可能な記録媒体であって、 前記第１の直流電源の充電が必要であるとき、前記第１
    の電圧を降圧して前記第２の直流電源を充電する電源ル
    ートから、前記第２の電圧を昇圧して前記第１の直流電
    源を充電するもう１つの電源ルートに切替える第１のス
    テップと、 前記第２の電圧を入力して昇圧する第２のステップと、 前記昇圧された第２の電圧を前記第１の直流電源へ出力
    して前記第１の直流電源を充電する第３のステップとを
    コンピュータに実行させるためのプログラムを記録した
    コンピュータ読取可能な記録媒体。
  11. 【請求項１１】 前記第２の電圧は、前記第１の電圧に
    より駆動される交流モータの巻線に入力され、 前記交流モータを駆動するインバータの少なくとも１つ
    のスイッチングトランジスタのスイッチングを制御し
    て、前記交流モータの巻線および前記インバータによ
    り、前記第２のステップにおいて前記第２の電圧を昇圧
    する、請求項１０に記載の記録媒体。
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