JP2007089289A - 電力制御装置およびそれを備えた電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく車載負荷へ電力を供給することができる電力制御装置を提供する。
【解決手段】 車載負荷５０は、リレー回路４０および電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２を介してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２における中性点Ｎ１，Ｎ２に接続される。制御装置６０は、車載負荷５０の要求電圧に応じて、中性点Ｎ１の電位が中性点Ｎ２の電位よりもその要求電圧分だけ高くなるようにインバータ２０，３０を制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電力制御装置およびそれを備えた電動車両に関し、特に、主機用の蓄電装置からの電圧を降圧して車載負荷へ供給する電力制御装置およびそれを備えた電動車両に関する。

電気自動車（Electric Vehicle）やハイブリッド自動車（Hybrid vehicle）などの電動車両においては、主機用の高圧電源と補機用の低圧電源とが必要とされる。そして、主機用の高圧電源から出力される直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧して補機用の低圧電源を得ることが従来より行なわれている。

特開平７−１７０６１１号公報（特許文献１）は、そのようなＤＣ／ＤＣコンバータを備えた電気自動車用電力制御装置を開示する。この電力制御装置は、主バッテリと、主バッテリの高電圧を低電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータとを備える。この電力制御装置においては、ＤＣ／ＤＣコンバータからの低電圧出力によって、低電圧側の電気負荷が直接駆動される。

この電力制御装置によると、補機用バッテリを無くして主バッテリの高電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで低電圧に変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力で低電圧側の電気負荷を直接駆動するので、小型で配線の取り回しが容易となる（特許文献１参照）。
特開平７−１７０６１１号公報 特開２００２−２１８７９３号公報 特開２００３−１４３８９７号公報 特開２００４−２５４４６５号公報 特開２００４−１４２６６２号公報

特開平７−１７０６１１号公報に開示された電力制御装置は、補機用バッテリを無くすことができる点で有用であるが、主バッテリの高電圧を低電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを依然として必要とする。

そして、近年、車両に搭載される電気負荷の増大に伴ない、従来の１４Ｖ電源系に加えて４２Ｖ電源系を併用する試みがみられ、今後、車載負荷に応じて多岐にわたる電源系が１台の車両に搭載されるケースが増大することが予想される。電源系の増加に伴なってＤＣ／ＤＣコンバータをその都度設けることは、車両の小型化や軽量化、低コスト化などを阻害する。

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、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく車載負荷へ電力を供給することができる電力制御装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく車載負荷へ電力を供給することができる電力制御装置を備えた電動車両を提供することである。

この発明によれば、電力制御装置は、星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の多相交流電動機と、星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の多相交流電動機と、第１および第２の多相交流電動機へ電力を供給する第１の蓄電装置と、第１の多相巻線の第１の中性点と第２の多相巻線の第２の中性点との間に電気的に接続される車載負荷と、車載負荷の要求電圧に応じて第１および第２の中性点間の電圧を制御する電圧制御手段とを備える。

この発明による電力制御装置においては、第１の多相交流電動機における第１の中性点と第２の多相交流電動機における第２の中性点との間に車載負荷が接続される。そして、車載負荷の要求電圧に応じて第１および第２の中性点間の電圧が制御され、車載負荷は、互いの電圧差が要求電圧に制御された第１および第２の中性点から電力の供給を受ける。

したがって、この発明による電力制御装置によれば、専用の電圧変換装置を別途備えることなく車載負荷へ電力を供給することができる。

好ましくは、車載負荷は、直流負荷を含む。電圧制御手段は、直流負荷の要求電圧に応じて第１および第２の中性点間に直流電圧を生成する。

したがって、この電力制御装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく車載負荷へ電力を供給することができる。

さらに好ましくは、直流負荷は、各々の動作電圧が異なる複数の負荷群から成る。電力制御装置は、複数の負荷群に電力をそれぞれ供給する複数の第２の蓄電装置と、複数の第２の蓄電装置のいずれかを第１および第２の中性点と電気的に接続可能なように構成された切替装置とをさらに備える。電圧制御手段は、複数の第２の蓄電装置の充電状態に基づいて、複数の第２の蓄電装置のいずれかを第１および第２の中性点と電気的に接続するための指令を切替装置へ出力するとともに、第１および第２の中性点に電気的に接続された第２の蓄電装置から電力の供給を受ける負荷群の動作電圧レベルに第１および第２の中性点間の電圧を制御する。

この電力制御装置においては、複数の第２の蓄電装置の充電状態に基づいて複数の第２の蓄電装置を第１および第２の中性点と交代的に接続することにより、第１および第２の中性点から複数の第２の蓄電装置を充電することができる。したがって、この電力制御装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく、複数の負荷群へ安定的に電力を供給することができる。

さらに好ましくは、電圧制御手段は、充電状態が最も低い第２の蓄電装置を第１および第２の中性点と電気的に接続するための指令を切替装置へ出力する。

この電力制御装置においては、充電状態の最も低い第２の蓄電装置が第１および第２の中性点と電気的に接続され、第１および第２の中性点から電力の供給を受けて充電される。したがって、この電力制御装置によれば、過放電状態の第２の蓄電装置が発生するのを防止することができる。

また、この発明によれば、電動車両は、上述したいずれかの電力制御装置と、第１および第２の多相交流電動機の少なくとも一方の回転軸と機械的に結合された駆動輪とを備える。

この発明による電動車両においては、上述した電力制御装置を備えるので、ＤＣ／ＤＣコンバータを備える必要がない。したがって、この発明による電動車両によれば、車両の小型化や軽量化、低コスト化などを実現することができる。

この発明によれば、第１の多相交流電動機における第１の中性点と第２の多相交流電動機における第２の中性点との間に電気的に接続された車載負荷の要求電圧に応じて第１および第２の中性点間の電圧を制御するようにしたので、ＤＣ／ＤＣコンバータなど専用の電圧変換装置を別途備えることなく、車載負荷へ電力を供給することができる。

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。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車１００の全体ブロック図である。図１を参照して、このハイブリッド自動車１００は、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分配機構３と、車輪２とを備える。また、ハイブリッド自動車１００は、蓄電装置Ｂと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、制御装置６０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬ１，ＵＬ２と、Ｖ相ラインＶＬ１，ＶＬ２と、Ｗ相ラインＷＬ１，ＷＬ２と、電圧センサ７０，７２と、電流センサ８０，８２とをさらに備える。さらに、ハイブリッド自動車１００は、電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と、リレー回路４０と、車載負荷５０とをさらに備える。

このハイブリッド自動車１００は、エンジン４およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する。動力分配機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。たとえば、動力分配機構３としては、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン４のクランク軸を通すことで動力分配機構３にエンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。

なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪２に結合されている。また、動力分配機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン４の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド自動車１００に組み込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、車輪２を駆動する電動機としてハイブリッド自動車１００に組み込まれる。

蓄電装置Ｂの正極は、電源ラインＰＬ１に接続され、蓄電装置Ｂの負極は、接地ラインＳＬに接続される。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続される。

昇圧コンバータ１０は、リアクトルＬと、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続される。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。そして、リアクトルＬの一端は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に接続され、その他端は、電源ラインＰＬ１に接続される。

なお、上記のｎｐｎ型トランジスタおよび以下の本明細書中のｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができ、また、ｎｐｎ型トランジスタに代えてパワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field-effect transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続される。インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２からなり、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１３，Ｑ１４からなり、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１５，Ｑ１６からなる。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。

モータジェネレータＭＧ１は、３相コイル１２をステータコイルとして含む。３相コイル１２を形成するＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１の一端は、互いに接続されて中性点Ｎ１を形成し、Ｕ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１の他端は、インバータ２０のＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６の各々における上下アームの接続点にそれぞれ接続される。

インバータ３０は、Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６を含む。モータジェネレータＭＧ２は、３相コイル１４をステータコイルとして含む。インバータ３０およびモータジェネレータＭＧ２の構成は、それぞれインバータ２０およびモータジェネレータＭＧ１と同様である。

リレー回路４０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含む。そして、リレーＲＹ１の一端に電力出力ラインＤＣＬ１の一方端が接続され、電力出力ラインＤＣＬ１の他方端は、中性点Ｎ１に接続される。また、リレーＲＹ２の一端に電力出力ラインＤＣＬ２の一方端が接続され、電力出力ラインＤＣＬ２の他方端は、中性点Ｎ２接続される。さらに、リレーＲＹ１，ＲＹ２の他端には、車載負荷５０が接続される。

蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂは、直流電力を昇圧コンバータ１０へ出力する。また、蓄電装置Ｂは、昇圧コンバータ１０によって充電される。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。

電圧センサ７０は、蓄電装置Ｂの電圧ＶＢを検出し、その検出した電圧ＶＢを制御装置６０へ出力する。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。

昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、蓄電装置Ｂから受ける直流電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。具体的には、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによって蓄電装置Ｂからの直流電圧を昇圧する。そして、昇圧コンバータ１０は、その昇圧した昇圧電圧をｎｐｎ型トランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ出力する。また、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を降圧して蓄電装置Ｂを充電する。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ７２は、コンデンサＣ２の端子間電圧、すなわち接地ラインＳＬに対する電源ラインＰＬ２の電圧ＶＨを検出し、その検出した電圧ＶＨを制御装置６０へ出力する。

インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン４からの出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

インバータ３０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ３０は、車両の回生制動時、車輪２からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

ここで、インバータ２０，３０は、それぞれ制御装置６０からの信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２に基づいて、中性点Ｎ１，Ｎ２間に電圧を発生させる。すなわち、中性点Ｎ１，Ｎ２から電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２を介して車載負荷５０に要求電圧を供給するために、インバータ２０は、インバータ３０によって制御される中性点Ｎ２の電位よりも車載負荷５０の要求電圧分だけ高い電位に中性点Ｎ１の電位を制御する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、３相交流電動機であり、たとえばＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型３相交流同期電動機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４と連結され、エンジン４の出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジン４の始動を行なう。モータジェネレータＭＧ２は、車輪２と連結され、インバータ３０から受ける３相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、車両の制動力を発生するとともに３相交流電圧を発生してインバータ３０へ出力する。

リレー回路４０のリレーＲＹ１，ＲＹ２は、電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と車載負荷５０との接続／切離しを行なう。リレー回路４０は、制御装置６０から出力許可指令ＥＮを受けるとリレーＲＹ１，ＲＹ２をオンさせ、車載負荷５０を電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と電気的に接続する。

車載負荷５０は、直流負荷であり、中性点Ｎ１，Ｎ２にそれぞれ接続された電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２から直流電力の供給を受ける。車載負荷５０は、たとえば、寒冷地用のエンジンヒータや、排気ガス浄化用の触媒を暖気するための触媒ヒータ、室内暖気用のヒータなどである。

電流センサ８０は、モータジェネレータＭＧ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１を制御装置６０へ出力する。電流センサ８２は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２を制御装置６０へ出力する。

制御装置６０は、図示されないＥＣＵ（Electronic Control Unit）から出力されるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧センサ７０からの電圧ＶＢならびに電圧センサ７２からの電圧ＶＨに基づいて、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。

また、制御装置６０は、電圧ＶＨ、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１および電流センサ８０からのモータ電流ＭＣＲＴ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ２０へ出力する。さらに、制御装置６０は、電圧ＶＨ、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２および電流センサ８２からのモータ電流ＭＣＲＴ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ３０へ出力する。

また、さらに、制御装置６０は、車載負荷５０への電力供給を要求する要求指令ＲＥＱをＥＣＵから受けると、車載負荷５０の要求電圧を算出する。たとえば、車載負荷５０が寒冷地用のエンジンヒータの場合、エンジン冷却水の温度に基づいて要求電圧を算出する。また、車載負荷５０が触媒ヒータであれば、触媒温度に基づいて要求電圧を算出する。また、車載負荷５０が室内暖気用ヒータであれば、室内設定温度に基づいて要求電圧を算出する。

そして、制御装置６０は、算出した要求電圧を中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生させるための電圧指令値を生成し、その電圧指令値を用いてインバータ２０，３０に対する信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。また、制御装置６０は、要求指令ＲＥＱを受けると、出力許可指令ＥＮをリレー回路４０へ出力する。

図２は、図１に示したインバータ２０，３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のゼロ相等価回路を示した回路図である。図２を参照して、３相インバータであるインバータ２０，３０の各々においては、６個のｎｐｎ型トランジスタのオン／オフの組合わせは８パターン存在する。その８つのスイッチングパターンのうち２つは相間電圧がゼロとなり、そのような電圧状態はゼロ電圧ベクトルと称される。ゼロ電圧ベクトルについては、上アームの３つのトランジスタは互いに同じスイッチング状態（全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの３つのトランジスタも互いに同じスイッチング状態とみなすことができるので、この図２では、インバータ２０のｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１３，Ｑ１５は上アーム２０Ａとして総括的に示され、インバータ２０のｎｐｎ型トランジスタＱ１２，Ｑ１４，Ｑ１６は下アーム２０Ｂとして総括的に示されている。また、インバータ３０のｎｐｎ型トランジスタＱ２１，Ｑ２３，Ｑ２５は上アーム３０Ａとして総括的に示され、インバータ３０のｎｐｎ型トランジスタＱ２２，Ｑ２４，Ｑ２６は下アーム３０Ｂとして総括的に示されている。

このゼロ電圧ベクトルを用いて、インバータ２０，３０の各々において、対応するモータジェネレータのｄ軸電流およびｑ軸電流に変化を与えることなく、すなわちモータジェネレータのトルク制御に影響を与えることなく、対応する中性点の電位を制御することができる。

そこで、車載負荷５０の要求電圧に応じた電圧をインバータ２０，３０の各々のゼロ電圧ベクトルを用いて中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生させ、中性点Ｎ１，Ｎ２から電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２を介して車載負荷５０へ電力を供給するようにしたものである。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく、かつ、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク制御に影響を与えることなく、車載負荷５０が要求する電圧を生成して車載負荷５０へ与えることができる。

図３は、図１に示した制御装置６０の機能ブロック図である。図３を参照して、制御装置６０は、コンバータ制御部６１と、第１のインバータ制御部６２と、第２のインバータ制御部６３と、電圧指令生成部６４とを含む。コンバータ制御部６１は、電圧センサ７０からの電圧ＶＢ、電圧センサ７２からの電圧ＶＨ、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に基づいて、昇圧コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。

第１のインバータ制御部６２は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１、モータ電流ＭＣＲＴ１およびモータ回転数ＭＲＮ１、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０のｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフするための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ２０へ出力する。

第２のインバータ制御部６３は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ２およびモータ回転数ＭＲＮ２、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ３０のｎｐｎ型トランジスタＱ２１〜Ｑ２６をオン／オフするための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ３０へ出力する。

ここで、第１および第２のインバータ制御部６２，６３は、車載負荷５０の要求電圧を中性点Ｎ１，Ｎ２間に生成するための電圧指令値を電圧指令生成部６４から受けているとき、その電圧指令値に基づいてそれぞれインバータ２０，３０のゼロ電圧ベクトルを制御しつつ信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。

電圧指令生成部６４は、車載負荷５０への電力供給を要求する要求指令ＲＥＱを受けると、車載負荷５０の要求電圧を算出する。そして、電圧指令生成部６４は、その算出した要求電圧を中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生させるための電圧指令値を生成し、その生成した電圧指令値を第１および第２のインバータ制御部６２，６３へ出力する。また、電圧指令生成部６４は、要求指令ＲＥＱを受けると、出力許可指令ＥＮをリレー回路４０へ出力する。

図４は、図３に示した第１および第２のインバータ制御部６２，６３ならびに電圧指令生成部６４の詳細な機能ブロック図である。図４を参照して、第１のインバータ制御部６２は、電流変換部１０２と、ＭＧ１電流指令演算部１０４と、ＰＩ制御部１０６，１０８と、変換部１１０と、ＰＷＭ信号生成部１１４とから成る。

電流変換部１０２は、モータジェネレータＭＧ１のモータ回転数ＭＲＮ１を用いて、電流センサ８０によって検出されたＵ相電流Ｉｕ１およびＶ相電流Ｉｖ１をｄ軸電流Ｉｄ１およびｑ軸電流Ｉｑ１に変換する。ＭＧ１電流指令演算部１０４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１に基づいて、ｄ，ｑ軸におけるモータジェネレータＭＧ１の電流指令Ｉｄ１ｒ，Ｉｑ１ｒを算出する。

ＰＩ制御部１０６は、電流変換部１０２からのｄ軸電流Ｉｄ１とＭＧ１電流指令演算部１０４からの電流指令Ｉｄ１ｒとの偏差を受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を変換部１１０へ出力する。ＰＩ制御部１０８は、電流変換部１０２からのｑ軸電流Ｉｑ１とＭＧ１電流指令演算部１０４からの電流指令Ｉｑ１ｒとの偏差を受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を変換部１１０へ出力する。

変換部１１０は、モータ回転数ＭＲＮ１を用いて、ＰＩ制御部１０６，１０８からそれぞれ受けるｄ，ｑ軸上の電圧指令をモータジェネレータＭＧ１のＵ，Ｖ，Ｗ各相電圧指令に変換する。

ＰＷＭ信号生成部１１４は、変換部１１０からのＵ，Ｖ，Ｗ各相電圧指令に電圧指令生成部６４からの電圧指令値を重畳した電圧指令および電圧センサ７２からの電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０に対応するＰＷＭ信号Ｐｕ１，Ｐｖ１，Ｐｗ１を生成し、その生成したＰＷＭ信号Ｐｕ１，Ｐｖ１，Ｐｗ１を信号ＰＷＭ１としてインバータ２０へ出力する。

なお、変換部１１０からのモータジェネレータＭＧ１のＵ，Ｖ，Ｗ各相電圧指令に電圧指令生成部６４からの電圧指令値を一律に重畳させることは、電圧指令生成部６４からの電圧指令値に基づいてインバータ２０のゼロ電圧ベクトルを変化させることに対応する。

第２のインバータ制御部６３は、電流変換部１２２と、ＭＧ２電流指令演算部１２４と、ＰＩ制御部１２６，１２８と、変換部１３０と、ＰＷＭ信号生成部１３４とから成る。電流変換部１２２は、モータジェネレータＭＧ２のモータ回転数ＭＲＮ２を用いて、電流センサ８２によって検出されたＵ相電流Ｉｕ２およびＶ相電流Ｉｖ２をｄ軸電流Ｉｄ２およびｑ軸電流Ｉｑ２に変換する。ＭＧ２電流指令演算部１２４は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２に基づいて、ｄ，ｑ軸におけるモータジェネレータＭＧ２の電流指令Ｉｄ２ｒ，Ｉｑ２ｒを算出する。

ＰＩ制御部１２６は、電流変換部１２２からのｄ軸電流Ｉｄ２とＭＧ２電流指令演算部１２４からの電流指令Ｉｄ２ｒとの偏差を受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を変換部１３０へ出力する。ＰＩ制御部１２８は、電流変換部１２２からのｑ軸電流Ｉｑ２とＭＧ２電流指令演算部１２４からの電流指令Ｉｑ２ｒとの偏差を受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を変換部１３０へ出力する。

変換部１３０は、モータ回転数ＭＲＮ２を用いて、ＰＩ制御部１２６，１２８からそれぞれ受けるｄ，ｑ軸上の電圧指令をモータジェネレータＭＧ２のＵ，Ｖ，Ｗ各相電圧指令に変換する。

ＰＷＭ信号生成部１３４は、変換部１３０からのモータジェネレータＭＧ２の各相電圧指令に電圧指令生成部６４からの電圧指令値を重畳した電圧指令および電圧ＶＨに基づいて、インバータ３０に対応するＰＷＭ信号Ｐｕ２，Ｐｖ２，Ｐｗ２を生成し、その生成したＰＷＭ信号Ｐｕ２，Ｐｖ２，Ｐｗ２を信号ＰＷＭ２としてインバータ３０へ出力する。

なお、変換部１３０からのモータジェネレータＭＧ２のＵ，Ｖ，Ｗ各相電圧指令に電圧指令生成部６４からの電圧指令値を一律に重畳させることは、電圧指令生成部６４からの電圧指令値に基づいてインバータ３０のゼロ電圧ベクトルを変化させることに対応する。

電圧指令生成部６４は、指令演算部１４２と、乗算部１４４と、減算部１４６とから成る。指令演算部１４２は、要求指令ＲＥＱを受けると、車載負荷５０の要求電圧を算出する。そして、指令演算部１４２は、算出した電圧を電圧指令値ＶＲとして出力する。乗算部１４４は、指令演算部１４２からの電圧指令値ＶＲをｋ倍（ｋは０以上１以下の定数）し、その演算結果を第１のインバータ制御部６２へ出力する。減算部１４６は、乗算部１４４の出力値から電圧指令値ＶＲを減算し、その演算結果を第２のインバータ制御部６３へ出力する。

すなわち、指令演算部１４２から出力される電圧指令値ＶＲは、ｋ倍されて第１のインバータ制御部６２へ出力され、−（１−ｋ）倍されて第２のインバータ制御部６３へ出力される。つまり、ｋは、電圧指令値ＶＲに相当する電圧を中性点Ｎ１，Ｎ２間に生成する際のインバータ２０，３０の電圧負担率であって、ｋを０．５よりも大きくするとインバータ３０よりもインバータ２０の電圧負担を大きくすることができ、ｋを０．５よりも小さくするとインバータ２０よりもインバータ３０の電圧負担を大きくすることができる。

なお、電圧指令生成部６４は、要求指令ＲＥＱを受けていないときは、電圧指令値ＶＲを０とする。したがって、電圧指令生成部６４から第１および第２のインバータ制御部６２，６３へ出力される電圧指令値は０となる。

図５は、図３，図４に示した電圧指令生成部６４が行なう処理の制御構造を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとに制御装置６０のメインルーチンから呼び出されて実行される。

図５を参照して、電圧指令生成部６４は、要求指令ＲＥＱに基づいて、中性点Ｎ１，Ｎ２から車載負荷５０への電力供給が要求されているか否かを判定する（ステップＳ１０）。電圧指令生成部６４は、車載負荷５０への電力供給が要求されていないときは（ステップＳ１０においてＮＯ）、一連の処理を終了し、メインルーチンに処理が戻される。

一方、車載負荷５０への電力供給が要求されていると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、電圧指令生成部４０は、車載負荷５０の要求電圧を算出する（ステップＳ２０）。具体的には、たとえば、車載負荷５０が寒冷地用のエンジンヒータのとき、エンジン冷却水の温度に基づいて要求電圧を算出する。また、車載負荷５０が触媒ヒータであれば、触媒温度に基づいて要求電圧を算出する。あるいは、車載負荷５０が室内暖気用ヒータであれば、室内設定温度に基づいて要求電圧を算出する。

そして、ステップＳ２０において車載負荷５０の要求電圧が算出されると、電圧指令生成部６４は、第１および第２の中性点間にその要求電圧を生じさせるための電圧指令値を生成し、その生成した電圧指令値を第１および第２のインバータ制御部６２，６３へ出力する（ステップＳ３０）。次いで、電圧指令生成部６４は、リレー回路４０へ出力許可指令ＥＮを出力し（ステップＳ４０）、一連の処理を終了する。

以上のように、この実施の形態１によれば、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２における中性点Ｎ１，Ｎ２間に車載負荷５０を接続し、車載負荷５０の要求電圧に応じて中性点Ｎ１，Ｎ２間の電圧を制御するようにしたので、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく車載負荷５０へ要求電圧を供給することができる。

［実施の形態２］
図６は、この発明の実施の形態２による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車１００Ａの全体ブロック図である。図２を参照して、このハイブリッド自動車１００Ａは、図１に示した実施の形態１によるハイブリッド自動車１００の構成において、リレー回路４０および車載負荷５０に代えて、切替回路９２と、補機バッテリＢ１，Ｂ２と、負荷群９４，９６と、電源ラインＰＬ３，ＰＬ４と、接地ラインＳＬ３，ＳＬ４とを備え、制御装置６０に代えて制御装置６０Ａを備える。

切替回路５０は、入力端子対に電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２が接続され、第１の出力端子対に電源ラインＰＬ３および接地ラインＳＬ３が接続され、第２の出力端子対に電源ラインＰＬ４および接地ラインＳＬ４が接続される。

補機バッテリＢ１の正極は、電源ラインＰＬ３に接続され、補機バッテリＢ１の負極は、接地ラインＳＬ３に接続される。また、補機バッテリＢ２の正極は、電源ラインＰＬ４に接続され、補機バッテリＢ２の負極は、接地ラインＳＬ４に接続される。そして、電源ラインＰＬ３および接地ラインＳＬ３に負荷群９４が接続され、電源ラインＰＬ４および接地ラインＳＬ４に負荷群９６が接続される。

切替回路５０は、制御装置６０ＡからＨレベルの切替信号ＣＨを受けているとき、第１の出力端子対に接続される電源ラインＰＬ３および接地ラインＳＬ３をそれぞれ電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と電気的に接続する。一方、切替回路５０は、制御装置６０ＡからＬレベルの切替信号ＣＨを受けているとき、第２の出力端子対に接続される電源ラインＰＬ４および接地ラインＳＬ４をそれぞれ電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と電気的に接続する。

補機バッテリＢ１，Ｂ２は、充放電可能な直流電源であり、たとえば鉛電池から成る。補機バッテリＢ１は、切替回路９２によって電源ラインＰＬ３および接地ラインＳＬ３がそれぞれ電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と電気的に接続されているとき、中性点Ｎ１，Ｎ２から出力される直流電圧によって第１の電圧レベル（たとえば３６Ｖ）で充電される。そして、補機バッテリＢ１は、第１の電圧レベルからなる直流電圧を電源ラインＰＬ３および接地ラインＳＬ３を介して負荷群９４へ供給する。

補機バッテリＢ２は、切替回路９２によって電源ラインＰＬ４および接地ラインＳＬ４がそれぞれ電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と電気的に接続されているとき、中性点Ｎ１，Ｎ２から出力される直流電圧によって第２の電圧レベル（たとえば１２Ｖ）で充電される。そして、補機バッテリＢ２は、第２の電圧レベルからなる直流電圧を電源ラインＰＬ４および接地ラインＳＬ４を介して負荷群９６へ供給する。

なお、補機バッテリＢ１の第１の電圧レベルおよび補機バッテリＢ２の第２の電圧レベルは、蓄電装置Ｂの電圧レベル以下であり、補機バッテリＢ１，Ｂ２の容量は、蓄電装置Ｂの容量以下である。また、補機バッテリＢ１，Ｂ２として、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池や、キャパシタを用いてもよい。

負荷群９４は、たとえば電動パワーステアリングや電動エアコンなど主にパワー系の補機で構成され、電源ラインＰＬ３から第１の電圧レベルの動作電圧を受けて動作する。負荷群９６は、照明やオーディオなど主にボディー系の補機で構成され、電源ラインＰＬ４から第２の電圧レベルの動作電圧を受けて動作する。

制御装置６０Ａは、補機バッテリＢ１の充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）を示す値ＳＯＣ１および補機バッテリＢ２のＳＯＣを示す値ＳＯＣ２を図示されないＥＣＵから受ける。そして、制御装置６０Ａは、その受けた値ＳＯＣ１，ＳＯＣ２に基づいて切替信号ＣＨを生成し、その生成した切替信号ＣＨを切替回路９２へ出力する。

また、制御装置６０Ａは、電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と電気的に接続されている電源ラインおよび接地ラインに対応する電圧を中性点Ｎ１，Ｎ２間に生じさせるための電圧指令を生成し、その生成した電圧指令を用いてインバータ２０，３０に対する信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。

図７は、図６に示した制御装置６０Ａの機能ブロック図である。図７を参照して、制御装置６０Ａは、図３に示した実施の形態１における制御装置６０の構成において、電圧指令生成部６４に代えて電圧指令生成部６４Ａを含む。

電圧指令生成部６４Ａは、補機バッテリＢ１のＳＯＣを示す値ＳＯＣ１および補機バッテリＢ２のＳＯＣを示す値ＳＯＣ２をＥＣＵから受ける。そして、電圧指令生成部６４Ａは、値ＳＯＣ１が値ＳＯＣ２よりも小さいとき、Ｈレベルの切替信号ＣＨを生成して切替回路９２へ出力するとともに、負荷群９４に対応する電圧（第１の電圧レベル）を中性点Ｎ１，Ｎ２間に生じさせるための電圧指令値を生成して第１および第２のインバータ制御部６２，６３へ出力する。

一方、電圧指令生成部６４Ａは、値ＳＯＣ２が値ＳＯＣ１よりも小さいとき、Ｌレベルの切替信号ＣＨを生成して切替回路９２へ出力するとともに、負荷群９６に対応する電圧（第２の電圧レベル）を中性点Ｎ１，Ｎ２間に生じさせるための電圧指令値を生成して第１および第２のインバータ制御部６２，６３へ出力する。

図８は、図７に示した電圧指令生成部６４Ａが行なう処理の制御構造を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとに制御装置６０Ａのメインルーチンから呼び出されて実行される。

図８を参照して、電圧指令生成部６４Ａは、補機バッテリＢ１のＳＯＣを示す値ＳＯＣ１および補機バッテリＢ２のＳＯＣを示す値ＳＯＣ２をＥＣＵから受けると、値ＳＯＣ１が値ＳＯＣ２よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。

電圧指令生成部６４Ａは、値ＳＯＣ１が値ＳＯＣ２よりも小さいと判定すると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、Ｈレベルの切替信号ＣＨを切替回路９２へ出力し、電源ラインＰＬ３および接地ラインＳＬ３をそれぞれ電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と電気的に接続させる（ステップＳ１２０）。

そして、電圧指令生成部６４Ａは、負荷群９４の動作電圧レベルに応じた電圧指令値を生成し、その生成した電圧指令値を第１および第２のインバータ制御部６２，６３へ出力する（ステップＳ１３０）。これにより、負荷群９４の動作電圧レベルの電圧が中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生し、中性点Ｎ１，Ｎ２から切替回路９２を介して負荷群９４へ電力が供給されつつ補機バッテリＢ１が充電される。

一方、ステップＳ１１０において値ＳＯＣ２が値ＳＯＣ１以下であると判定されると（ステップＳ１１０においてＮＯ）、電圧指令生成部６４Ａは、Ｌレベルの切替信号ＣＨを切替回路９２へ出力し、電源ラインＰＬ４および接地ラインＳＬ４をそれぞれ電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と電気的に接続させる（ステップＳ１４０）。

そして、電圧指令生成部６４Ａは、負荷群９６の動作電圧レベルに応じた電圧指令値を生成し、その生成した電圧指令値を第１および第２のインバータ制御部６２，６３へ出力する（ステップＳ１５０）。これにより、負荷群９６の動作電圧レベルに応じた電圧が中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生し、中性点Ｎ１，Ｎ２から切替回路９２を介して負荷群９６へ電力が供給されつつ補機バッテリＢ２が充電される。

なお、電力出力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と電気的に接続されていない負荷群においては、対応する補機バッテリから電力の供給を受ける。そして、その補機バッテリのＳＯＣが低下すると、切替回路９２により接続状態が切替えられ、ＳＯＣが低下した補機バッテリが充電される。

以上のように、この実施の形態２によれば、中性点Ｎ１，Ｎ２間の電圧を負荷群９４または負荷群９６の動作電圧レベルに制御し、中性点Ｎ１，Ｎ２から切替回路９２を介して負荷群９４または負荷群９６へ電力を供給するので、負荷群９４または負荷群９６へ供給する電圧を生成するためのＤＣ／ＤＣコンバータを備える必要はない。

なお、上記の各実施の形態においては、動作電圧レベルの異なる負荷群が２つの場合について説明したが、動作電圧レベルの異なる負荷群が３つ以上の場合についても、同様にしてＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく所望の電圧を生成して各負荷群へ供給することができる。

また、上記の各実施の形態においては、電動車両の一例としてエンジン４とモータジェネレータＭＧ２を動力源とするハイブリッド自動車の場合について説明したが、この発明の適用範囲は、少なくとも２台のモータジェネレータを搭載した電気自動車や燃料電池自動車も含む。さらには、この発明は、一般に少なくとも２台のモータジェネレータを搭載した電動車両に適用可能である。この発明による電動車両が電気自動車または燃料電池自動車の場合、たとえば、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は電気自動車または燃料電池自動車の駆動輪に連結される。

なお、上記において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれこの発明における「第１の多相交流電動機」および「第２の多相交流電動機」に対応し、３相コイル１２，１４は、それぞれこの発明における「第１の多相巻線」および「第２の多相巻線」に対応する。また、蓄電装置Ｂは、この発明における「第１の蓄電装置」に対応し、インバータ２０，３０、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２および制御装置６０（６０Ａ）は、この発明における「電圧制御手段」を形成する。さらに、補機バッテリＢ１，Ｂ２の各々は、この発明における「第２の蓄電装置」に対応し、切替回路９２は、この発明における「切替装置」に対応する。また、さらに、車輪２は、この発明における「駆動輪」に対応する。

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。

この発明の実施の形態１による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。 図１に示すインバータおよびモータジェネレータのゼロ相等価回路を示した回路図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図３に示す第１および第２のインバータ制御部ならびに電圧指令生成部の詳細な機能ブロック図である。 図３，図４に示す電圧指令生成部が行なう処理の制御構造を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。 図６に示す制御装置の機能ブロック図である。 図７に示す電圧指令生成部が行なう処理の制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 車輪、３ 動力分配機構、４ エンジン、１０ 昇圧コンバータ、１２，１４ ３相コイル、２０，３０ インバータ、２０Ａ，３０Ａ 上アーム、２０Ｂ，３０Ｂ 下アーム、２２，３２ Ｕ相アーム、２４，３４ Ｖ相アーム、２６，３６ Ｗ相アーム、４０ リレー回路、５０ 車載負荷、６０，６０Ａ 制御装置、６１ コンバータ制御部、６２ 第１のインバータ制御部、６３ 第２のインバータ制御部、６４，６４Ａ 電圧指令生成部、７０，７２ 電圧センサ、８０，８２ 電流センサ、９２ 切替回路、９４，９６ 負荷群、１００，１００Ａ ハイブリッド自動車、１０２，１２２ 電流変換部、１０４ ＭＧ１電流指令演算部、１０６，１０８，１２６，１２８ ＰＩ制御部、１１０，１３０ 変換部、１１４，１３４ ＰＷＭ信号生成部、１２４ ＭＧ２電流指令演算部、１４２ 指令演算部、１４４ 乗算部、１４６ 減算部、Ｂ 蓄電装置、Ｂ１，Ｂ２ 補機バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＰＬ１〜ＰＬ４ 電源ライン、ＳＬ，ＳＬ３，ＳＬ４ 接地ライン、Ｌ リアクトル、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ ｎｐｎ型トランジスタ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＵＬ１，ＵＬ２ Ｕ相ライン、ＶＬ１，ＶＬ２ Ｖ相ライン、ＷＬ１，ＷＬ２ Ｗ相ライン、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、Ｕ１，Ｕ２ Ｕ相コイル、Ｖ１，Ｖ２ Ｖ相コイル、Ｗ１，Ｗ２ Ｗ相コイル、ＤＣＬ１，ＤＣＬ２ 電力出力ライン、ＲＹ１，ＲＹ２ リレー。

Claims (5)

1. 星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の多相交流電動機と、
   星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の多相交流電動機と、
   前記第１および第２の多相交流電動機へ電力を供給する第１の蓄電装置と、
   前記第１の多相巻線の第１の中性点と前記第２の多相巻線の第２の中性点との間に電気的に接続される車載負荷と、
   前記車載負荷の要求電圧に応じて前記第１および第２の中性点間の電圧を制御する電圧制御手段とを備える、電力制御装置。
2. 前記車載負荷は、直流負荷を含み、
   前記電圧制御手段は、前記直流負荷の要求電圧に応じて前記第１および第２の中性点間に直流電圧を生成する、請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記直流負荷は、各々の動作電圧が異なる複数の負荷群から成り、
   前記電力制御装置は、
   前記複数の負荷群に電力をそれぞれ供給する複数の第２の蓄電装置と、
   前記複数の第２の蓄電装置のいずれかを前記第１および第２の中性点と電気的に接続可能なように構成された切替装置とをさらに備え、
   前記電圧制御手段は、前記複数の第２の蓄電装置の充電状態に基づいて、前記複数の第２の蓄電装置のいずれかを前記第１および第２の中性点と電気的に接続するための指令を前記切替装置へ出力するとともに、前記第１および第２の中性点に電気的に接続された第２の蓄電装置から電力の供給を受ける負荷群の動作電圧レベルに前記第１および第２の中性点間の電圧を制御する、請求項２に記載の電力制御装置。
4. 前記電圧制御手段は、充電状態が最も低い第２の蓄電装置を前記第１および第２の中性点と電気的に接続するための指令を前記切替装置へ出力する、請求項３に記載の電力制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力制御装置と、
   前記第１および第２の多相交流電動機の少なくとも一方の回転軸と機械的に結合された駆動輪とを備える電動車両。
   

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