JP2007325474A - 車両駆動システムおよび車両 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力が低減された車両駆動システムおよび車両を提供する。
【解決手段】車両駆動システムは、蓄電装置であるバッテリＢ１と、バッテリＢ１に蓄積された電力を使用してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動する電力変換器であるインバータ２０，３０と、インバータ２０，３０のうちのインバータ２０に対するバッテリＢ１からの給電経路の接続および遮断を行なうスイッチ４０と、インバータ２０，３０およびスイッチ４０を制御する制御装置６０とを備える。制御装置６０は、インバータ２０によりモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のうちのモータジェネレータＭＧ１を駆動する場合はスイッチ４０を接続状態に制御し、インバータ２０を使用しない場合には、スイッチ４０を遮断状態に制御する。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両駆動システムおよびそれを備える車両に関し、特に、乗物の内部に動力供給源をもつ電気的推進装置に関する。

近年、環境にやさしい電気自動車やハイブリッド自動車等のように、車両推進の動力源として電動機を搭載する車両が見られるようになってきている。

このような車両の電源遮断の例として、たとえば、特開２００４−１５９４３９号公報（特許文献１）には、車両衝突時にリレーの励磁線を切断することでバッテリとインバータとを電気的に切離す電源遮断装置が開示されている。
特開２００４−１５９４３９号公報 特開２００５−１７６５６９号公報 特開２００５−１１７７９７号公報

ハイブリッド車両としては、バッテリ容量を大きくして外部から充電を可能とする構成を採用し、エンジン稼動率を下げ燃料補給をあまりしなくても済むような車両も検討されている。このような車両を外部充電可能型ハイブリッド車両と称することとする。

外部充電可能型ハイブリッド車両では、燃料のみを補給する通常のハイブリッド車両と比べてバッテリを高出力高容量なものとし、ＥＶ走行領域を拡大することで、バッテリの蓄電量が残存するうちは積極的にＥＶ走行し、燃費の向上および二酸化炭素の排出量低減を狙うものである。

たとえば、比較的近距離の通勤に外部充電可能型ハイブリッド車両を使用する場合には、夜間家庭で毎日充電を行なっておれば、エンジンが始動するのは、週末の長距離ドライブ時のようにバッテリの蓄電量がゼロに近くなったときや、アクセルペダルを踏込んで車両の負荷が軽負荷でなくなったときに限られる。

外部充電可能型ハイブリッド車両において、二酸化炭素の排出量低減の効果を高めるには、通常のハイブリッド車両に比べさらにＥＶ走行距離を伸ばしたい。このためには、ＥＶ走行モードでは、可能な限り不要な消費電力を抑える必要がある。

しかしながら、特開２００４−１５９４３９号公報（特許文献１）は、車両衝突時における電源遮断に関するものであり、たとえば複数のモータジェネレータを駆動する車両駆動システムにおいて、一方のモータジェネレータの電力変換器による無駄な消費電力を回避するというような消費電力を低減させる手法については開示されていない。

この発明の目的は、消費電力が低減された車両駆動システムおよび車両を提供することである。

この発明は要約すると、車両駆動システムであって、蓄電装置と、蓄電装置との間で電力の受電、給電の少なくともいずれかを行ない、複数の回転電機にそれぞれ接続された複数の電力変換器と、複数の電力変換器のうちの第１の電力変換器と蓄電装置との間の電力伝達経路の接続および遮断を行なう接続部と、複数の電力変換器および接続部を制御する制御部とを備える。制御部は、第１の電力変換器を使用し、複数の回転電機のうちの第１の回転電機を運転する場合は接続部を接続状態に制御し、第１の電力変換器を使用しない場合には、接続部を遮断状態に制御する。

好ましくは、第１の電力変換器は、第１、第２の電源ノードの間に蓄電装置からの電力を受ける。駆動システムは、第１、第２の電源ノードの間に接続される放電抵抗をさらに備える。接続部は、遮断状態において放電抵抗および第１の電力変換器に対して蓄電装置からの給電を遮断する。

好ましくは、制御部は、第１の回転電機が使用されず、少なくとも複数の回転電機のうちの第２の回転電機によって車両が駆動される場合には、接続部を遮断状態に制御する。

好ましくは、車両駆動システムは、複数の電力変換器の電力スイッチング素子をそれぞれ駆動する複数の駆動回路と、複数の駆動回路うちの、第１の電力変換器に対応する駆動回路への電力の供給および遮断を行なうスイッチとをさらに備える。制御部は、接続部を遮断状態に制御すると共にスイッチを遮断状態に制御する。

好ましくは、第１の回転電機は、内燃機関から機械的動力を受けて発電を行ない、制御部は、少なくとも内燃機関の運転中は接続部を接続状態に制御する。

好ましくは、車両駆動システムは、内燃機関と回転電機とを車両の駆動に併用するハイブリッド車両に適用される。制御部は、ハイブリッド車両が内燃機関を停止させた状態で走行する場合に、接続部を遮断状態に制御する。

この発明の他の局面に従うと、車両であって、複数の回転電機と、複数の回転電機のうちの第２の回転電機で発生される機械的動力が伝達される車輪と、上記いずれかに記載の車両駆動システムとを備える。

本発明によれば、ＥＶ走行時の消費電力が低減され蓄電された電力での走行距離を伸ばすことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付してそれらについての説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両１の構成を示すブロック図である。この車両１は、車輪の駆動にモータとエンジンとを併用するハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）である。

図１を参照して、車両１は、前輪２ＦＲ，２ＦＬと、後輪２ＲＲ，２ＲＬと、エンジン４と、プラネタリギヤＰＧと、デファレンシャルギヤＤＧと、ギヤ５，６とを含む。

車両１は、さらに、バッテリＢ１と、バッテリＢ１の出力する直流電力を昇圧する昇圧ユニット１０と、昇圧ユニット１０との間で直流電力を授受するインバータ２０，３０とを含む。

車両１は、さらに、プラネタリギヤＰＧを介してエンジン４の機械的動力を受けて発電を行なうモータジェネレータＭＧ１と、回転軸がプラネタリギヤＰＧに接続されるモータジェネレータＭＧ２とを含む。インバータ２０，３０はモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に接続され交流電力と昇圧ユニット１０からの直流電力との変換を行なう。

プラネタリギヤＰＧは、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する動力分割機構として動作する。

プラネタリギヤＰＧは、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤおよびリングギヤの両方に噛み合うピニオンギヤと、ピニオンギヤをサンギヤの周りに回転可能に支持するプラネタリキャリヤとを含む。プラネタリギヤＰＧは第１〜第３の回転軸を有する。第１の回転軸はエンジン４に接続されるプラネタリキャリヤの回転軸である。第２の回転軸はモータジェネレータＭＧ１に接続されるサンギヤの回転軸である。第３の回転軸はモータジェネレータＭＧ２に接続されるリングギヤの回転軸である。

この３つの回転軸がエンジン４、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。

この第３の回転軸にはギヤ５が取付けられ、このギヤ５はギヤ６を駆動することによりデファレンシャルギヤＤＧに機械的動力を伝達する。デファレンシャルギヤＤＧはギヤ６から受ける機械的動力を前輪２ＦＲ，２ＦＬに伝達するとともに、ギヤ６，５を介して前輪２ＦＲ，２ＦＬの回転力をプラネタリギヤＰＧの第３の回転軸に伝達する。

プラネタリギヤＰＧは、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転に応じて、残る１つの回転軸の回転を決定する。したがって、エンジン４を最も効率のよい領域で動作させつつ、モータジェネレータＭＧ１の発電量を制御してモータジェネレータＭＧ２を駆動させることにより車速の制御を行ない、全体としてエネルギ効率のよい自動車を実現している。

なお、プラネタリギヤＰＧ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。

昇圧ユニット１０はバッテリＢ１から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧された直流電圧をインバータ２０，３０に供給する。インバータ２０は、供給された直流電圧を交流電圧に変換してエンジン始動時にはモータジェネレータＭＧ１を駆動制御する。また、エンジン始動後にはモータジェネレータＭＧ１が発電した交流電力は、インバータ２０によって直流に変換されて、昇圧ユニット１０によってバッテリＢ１の充電に適切な電圧に変換されバッテリＢ１が充電される。

また、インバータ３０はモータジェネレータＭＧ２を駆動する。モータジェネレータＭＧ２は単独で、またはエンジン４を補助して、前輪２ＦＲ，２ＦＬを駆動する。制動時には、モータジェネレータＭＧ２は回生運転を行ない、車輪の回転エネルギを電気エネルギに変換する。得られた電気エネルギは、インバータ３０および昇圧ユニット１０を経由してバッテリＢ１に戻される。

昇圧ユニット１０とバッテリＢ１との間にはシステムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２が設けられ車両非運転時には高電圧が遮断される。

車両１は、さらに、車速を検知する車速センサ８と、運転者からの加速要求指示を受ける入力部でありアクセルペダルの位置を検知するアクセルセンサ９と、バッテリＢ１に取付けられる電圧センサ７０と、アクセルセンサ９からのアクセル開度Ａｃｃおよび電圧センサ７０からの電圧ＶＢに応じてエンジン４、インバータ２０，３０および昇圧ユニット１０を制御する制御装置６０とを含む。電圧センサ７０は、バッテリＢ１の電圧ＶＢを検知して制御装置６０に送信する。

車両１は、さらに、外部充電装置１００から延びる充電ケーブル１０２の先に設けられたプラグ１０４を接続するためのソケット１６と、ソケット１６を経由して外部充電装置１００から交流電力を受ける充電用インバータ１２とをさらに含む。充電用インバータ１２は、バッテリＢ１に接続されており、充電用の直流電力をバッテリＢ１に対して供給する。

ここで、制御装置６０は、イグニッションスイッチ（またはイグニッションキー）からの信号ＩＧおよびバッテリＢ１の充電状態ＳＯＣに基づいて、車外から与えられる交流電圧からバッテリＢ１に対する充電が行なわれるように図１の充電用インバータ１２を制御する。

すなわち、制御装置６０は、車両が駐車状態で信号ＩＧがオフでありかつソケット１６に外部から電圧が与えられているときは、バッテリＢ１の充電状態ＳＯＣに基づいて充電可能かを判断し、充電可能と判断したときは、充電用インバータ１２を駆動する。一方、制御装置６０は、バッテリＢ１がほぼ満充電状態であり、充電可能でないと判断したときは、ソケット１６に外部から電圧が与えられていても充電用インバータ１２を停止させる。

図２は、図１のブロック図を詳細に示した回路図である。
図２を参照して、この車両１は、バッテリユニットＢＵと、昇圧ユニット１０と、インバータ２０，３０と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３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、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、スイッチ４０と、エンジン４と、車輪２とを含む。

モータジェネレータＭＧ１は、エンジンによって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン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である車両１に組み込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪である車輪２を駆動する電動機として車両１に組み込まれる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば、３相交流同期電動機である。モータジェネレータＭＧ１はＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１、Ｗ相コイルＷ１からなる３相コイルをステータコイルとして含む。モータジェネレータＭＧ２はＵ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２、Ｗ相コイルＷ２からなる３相コイルをステータコイルとして含む。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン出力を用いて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、エンジンの始動を行なう。

モータジェネレータＭＧ２は、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、３相交流電圧を発生してインバータ３０へ出力する。

バッテリユニットＢＵは、負極が接地ラインＳＬに接続された蓄電装置であるバッテリＢ１と、バッテリＢ１の電圧ＶＢ１を測定する電圧センサ７０と、バッテリＢ１の電流ＩＢ１を測定する電流センサ８４とを含む。

直流電源であるバッテリＢ１は、直流電力を昇圧ユニット１０に供給するとともに、回生時に降圧ユニットとしても動作する昇圧ユニット１０からの直流電力によって充電される。バッテリＢ１は、たとえば、ニッケル水素、リチウムイオンや鉛蓄電池等の二次電池を用いることができる。また、バッテリＢ１に代えて大容量の電気二重層コンデンサを用いることもできる。

バッテリユニットＢＵは、バッテリＢ１から出力される直流電圧を昇圧ユニット１０へ出力する。また、昇圧ユニット１０から出力される直流電圧によってバッテリユニットＢＵ内部のバッテリＢ１が充電される。

昇圧ユニット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。リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１に一端が接続され、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。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、制御装置６０からの信号ＰＷＣを制御電極に受ける。そして、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。

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もちいることができる。

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ＰＬ３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を含み、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を含み、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を含む。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。そして、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介して、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの中性点Ｎ１と異なるコイル端に、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。Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６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３２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２１，Ｑ２２を含み、Ｖ相アーム３４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２３，Ｑ２４を含み、Ｗ相アーム３６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２５，Ｑ２６を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ２１〜Ｑ２６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Ｄ２１〜Ｄ２６がそれぞれ接続される。

そして、インバータ３０においても、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介して、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの中性点Ｎ２と異なるコイル端に、それぞれ接続される。

車両１は、さらに、コンデンサＣ１，Ｃ２と、制御装置６０と、電圧センサ７２〜７３と、電流センサ８１，８２とを含む。

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、電圧変動に起因するバッテリＢ１および昇圧ユニット１０への影響を低減する。電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＬは、電圧センサ７３で測定される。

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、電圧変動に起因するインバータ２０，３０および昇圧ユニット１０への影響を低減する。電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＨは、電圧センサ７２で測定される。

昇圧ユニット１０は、バッテリユニットＢＵから電源ラインＰＬ１を介して供給される直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２へ出力する。より具体的には、昇圧ユニット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によりリアクトルＬに磁場エネルギを蓄積する。そして昇圧ユニット１０は、その蓄積したエネルギをｎｐｎ型トランジスタＱ２がＯＦＦ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へ電流を流すことによって放出する。この動作の繰り返しによって昇圧動作が行なわれる。

また、昇圧ユニット１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ２０および３０のいずれか一方または両方から受ける直流電圧をバッテリユニットＢＵの電圧レベルに降圧する。これにより、バッテリユニットＢＵ内部のバッテリの充電が行なわれる。

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から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値ＴＲ２によって指定されたトルクを発生するように駆動される。

また、インバータ３０は、車両１が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、駆動軸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。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルを緩めることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

インバータ２０の動作時には、制御装置６０に制御されるスイッチ４０によって電源ラインＰＬ２と電源ラインＰＬ３とが接続される。

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ＰＬ３から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定されたトルクを発生するように駆動される。

また、インバータ２０は、エンジン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ＰＬ３へ出力する。

電圧センサ７０は、バッテリＢ１のバッテリ電圧ＶＢ１を検出し、その検出したバッテリ電圧ＶＢ１を制御装置６０へ出力する。電圧センサ７３は、コンデンサＣ１の両端の電圧、すなわち、昇圧ユニット１０の入力電圧ＶＬを検出し、その検出した電圧ＶＬを制御装置６０へ出力する。電圧センサ７２は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧ユニット１０の出力電圧ＶＨ（インバータ２０，３０の入力電圧に相当する。）を検出し、その検出した電圧ＶＨを制御装置６０へ出力する。

電流センサ８１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、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）から出力された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と、電圧センサ７３からの電圧ＶＬと、電圧センサ７２からの電圧ＶＨとに基づいて、昇圧ユニット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を昇圧ユニット１０へ出力する。

また、制御装置６０は、電圧ＶＨならびにモータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ１およびトルク指令値ＴＲ１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ならびにモータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ２およびトルク指令値ＴＲ２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。

さらに、制御装置６０は、スイッチ４０の導通／非導通の切換制御を行なう。制御装置６０は、バッテリＢ１の蓄電量がある程度減った場合には、スイッチ４０を導通させて、エンジン４を起動してモータジェネレータＭＧ１で発電を行なうことを許可する。この動作モードを通常ＨＶモードと呼ぶこととする。

一方、制御装置６０は、バッテリＢ１の蓄電量があまり減っていない場合には、スイッチ４０を非導通状態に制御し、エンジン４を停止状態におきモータジェネレータＭＧ１で発電を行なうことを禁止する。この場合の走行は、エンジン４を使用せずにモータジェネレータＭＧ２のみによるＥＶ走行となる。この動作モードをＥＶ優先モードと呼ぶこととする。

ＥＶ優先モードでは、インバータ２０の電源ラインＰＬ３が電源ラインＰＬ２と分離される。このため、インバータ２０のトランジスタＱ１１〜Ｑ１６のゲートオフ時の漏れ電流が無くなり、消費電力が低減されＥＶ走行可能距離をさらに伸ばすことができる。

次に、スイッチ４０のいろいろなバリエーションについて説明する。
図３は、スイッチ４０の第１の構成例スイッチ４０Ａを示した回路図である。

図３を参照して、スイッチ４０Ａは、アノードが電源ラインＰＬ２に接続されるダイオード１５２と、ダイオード１５２のカソードにコレクタが接続されエミッタが電源ラインＰＬ３に接続されるＩＧＢＴ素子１５４とを含む。

スイッチ４０Ａは、さらに、アノードが電源ラインＰＬ３に接続されるダイオード１５６と、ダイオード１５６のカソードにコレクタが接続されエミッタが電源ラインＰＬ２に接続されるＩＧＢＴ素子１５８とを含む。

ＩＧＢＴ素子１５４、１５８の制御電極は、図２の制御装置６０によって制御され、スイッチ４０Ａは、ＥＶ優先モードにおいて非導通状態に制御され、通常ＨＶモードにおいて導通状態に制御される。

スイッチ４０Ａは、電源ラインＰＬ２から電源ラインＰＬ３に向けて電流を流すことができ、かつ電源ラインＰＬ３から電源ラインＰＬ２に向けて電流を流すことができるスイッチである。

これにより、モータジェネレータＭＧ１をエンジン４のクランキングのための電動機として動作させることができ、かつエンジン４からトルクを受けて発電する発電機として動作させることができる。

図４は、スイッチ４０の第２の構成例スイッチ４０Ｂを示した回路図である。
図４を参照して、スイッチ４０Ｂは、電源ラインＰＬ２と電源ラインＰＬ３とを機械的接点で接続するリレーを含む。このリレーは、図２の制御装置６０によって導通／非導通が制御される。スイッチ４０Ｂは、電源ラインＰＬ２から電源ラインＰＬ３に向けて電流を流すことができ、かつ電源ラインＰＬ３から電源ラインＰＬ２に向けて電流を流すことができるスイッチである。

スイッチ４０Ｂもスイッチ４０Ａと同様に、モータジェネレータＭＧ１をエンジン４のクランキングのための電動機として動作させることができ、かつエンジン４からトルクを受けて発電する発電機として動作させることができる。

図５は、図２に示した構成の第１の変形例を示した回路図である。
図５に示した車両１Ａの構成は、図２に示した車両１の構成において、制御装置６０に代えてＥＣＵ１６０と、発電機インバータ用ドライブ回路１６１と、モータインバータ用ドライブ回路１６２と、電源回路１６３と、スイッチ１６４とを含む。他の部分の構成については、図５に示した車両１Ａは図２に示した車両１と同様であるので説明は繰返さない。

発電機インバータ用ドライブ回路１６１は、ＥＣＵ１６０からのゲートドライブ信号ＳＧＤ１に基づいてゲート信号ＰＷＭ１を出力し、インバータ２０のスイッチング素子を駆動する。モータインバータ用ドライブ回路１６２は、ＥＣＵ１６０からのゲートドライブ信号ＳＧＤ２に基づいてゲート信号ＰＷＭ２を出力し、インバータ３０のスイッチング素子を駆動する。

電源回路１６３は、電源ラインＰＬ４によってバッテリＢ１の電源電圧よりも低い電圧（たとえば１２Ｖ）の直流電圧をＥＣＵ１６０，モータインバータ用ドライブ回路１６２に供給する。また電源回路１６３は、発電機インバータ用ドライブ回路１６１には、バッテリＢ１の電源電圧よりも低い電圧（たとえば１２Ｖ）の直流電圧を、電源ラインＰＬ４からスイッチ１６４を介して供給する。

ＥＣＵ１６０は、スイッチ４０とスイッチ１６４の導通／非導通の切換制御を行なう。ＥＣＵ１６０は、ＥＶ走行時モータジェネレータＭＧ１を動作させない場合においては、スイッチ４０とスイッチ１６４とをともに非導通状態に制御する。ＥＣＵ１６０は、ＥＶ走行時からエンジンを起動させるＨＶ走行に切換えるときは、まずスイッチ１６４を導通させ発電機インバータ用ドライブ回路１６１に通電し、その後スイッチ４０を導通させてインバータ２０に通電するように制御を行なう。

図５に示した構成においても、ＥＶ優先モードでは、インバータ２０の電源ラインＰＬ３が電源ラインＰＬ２と分離される。そしてさらに、発電機インバータ用ドライブ回路１６１においても漏れ電流を無くすことができ、一層消費電力が低減されＥＶ走行可能距離をさらに伸ばすことができる。

図６は、図２に示した構成の第２の変形例を示した回路図である。
図６に示した車両１Ｂの構成は、図５に示した車両１Ａの構成において、さらに、インバータ２０に接続されている電源ラインと接地ラインＳＬとの間に接続される抵抗Ｒを含む。他の部分の構成については、図６に示した車両１Ｂは図５に示した車両１Ａと同様であるので説明は繰返さない。

抵抗Ｒは、サービス時のサービスマンへの危険回避のために、コンデンサの電荷を抜くための放電抵抗である。

放電抵抗Ｒを電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬの間に常時接続の形で設けると、走行中においても常に無駄な電流が流れてしまう。そこで、図６の変形例では、電源ラインＰＬ３と接地ラインＳＬとの間に接続することとし、少なくともスイッチ４０を非接続状態に制御して走行するＥＶ走行中には、抵抗Ｒに無駄な電流が流れないようにする。そして、少なくとも信号ＩＧがオフ状態となるシステム停止時にスイッチ４０を接続状態とすれば、サービス時のサービスマンへの危険回避が可能である。

なお、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間にスイッチ４０とは別のスイッチを介して抵抗Ｒを接続し、ＥＶ走行中はそのスイッチを開放し、システム停止時にスイッチを接続するようにしてもよい。

図７は、図２の制御装置６０または図５、図６のＥＣＵ１６０で実行されるプログラムの制御構造を示した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メインルーチンから呼び出されて実行される。

図２、図７を参照して、まずステップＳ１において制御装置６０は、信号ＩＧがＯＮ状態であるか否かを判断する。ステップＳ１で信号ＩＧがＯＮ状態でなければ、ステップＳ１４に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。

ステップＳ１で信号ＩＧがＯＮ状態であれば、ステップＳ２に処理が進む。ステップＳ２では、制御装置６０は、バッテリＢ１の残容量Ｂが所定のしきい値Ｘ１（Ａｈ）より大きいか否かを判断する。残容量Ｂが所定のしきい値Ｘ１よりも大きいということは、バッテリＢ１が満充電に近いことを示す。たとえば、夜間家庭で車両外部の商用電源から充電しておいた電力がバッテリＢ１にまだまだ残っており、これを積極的に消費するほうが良い状態である。したがって、残容量Ｂが所定のしきい値Ｘ１よりも大きい場合には、ステップＳ３に処理が進み、制御装置６０は車両の動作モードをＥＶ優先モードに設定する。ＥＶ優先モードでは、エンジン４の起動とモータジェネレータＭＧ１の発電が禁止される。そしてステップＳ３に続くステップＳ４に処理が進む。

そして、ステップＳ４において制御装置６０は、スイッチ４０をＯＦＦ状態（切断状態）に設定し、モータジェネレータＭＧ１を駆動するインバータ２０の電源を遮断する。そしてステップＳ４の次はステップＳ６に処理が進む。

なお、図５または図６の変形例の場合は、ステップＳ４の次にはステップＳ５の処理が追加される。ステップＳ５では、制御装置６０は、スイッチ１６４をＯＦＦ状態（切断状態）に設定し、インバータ２０をドライブする発電機インバータ用ドライブ回路１６１の電源を遮断する。そしてステップＳ５の次はステップＳ６に処理が進む。

ステップＳ６においては、ＥＶ走行が行なわれ、モータジェネレータＭＧ２用のインバータ３０が制御装置６０またはＥＣＵ１６０の制御の下に駆動される。

一方、ステップＳ２においてバッテリ残容量Ｂがしきい値Ｘ１よりも大きくなかった場合には、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ７では、制御装置６０は、車両の動作モードを通常ＨＶモードに設定する。通常ＨＶモードでは、必要に応じてエンジン４が起動されモータジェネレータＭＧ１で発電することが許可される。

そして、図５または図６に示したようなスイッチ１６４が設けられている場合には、ステップＳ８において制御装置６０は、スイッチ１６４をＯＮ状態（接続状態）に設定し、発電機インバータ用ドライブ回路１６１に電源を供給する。そしてステップＳ９に処理が進む。なお、スイッチ１６４が設けられていない図２の車両の場合は、ステップＳ７から直接ステップＳ９に処理が進む。

ステップＳ９では、図２のスイッチ４０がＯＮ状態（導通状態）に制御される。これにより、モータジェネレータＭＧ１は発電機やエンジンを始動させるモータとして動作可能となる。

ステップＳ９に続くステップＳ１０では、制御装置６０は、バッテリＢ１の残容量Ｂが所定のしきい値Ｘ２（Ａｈ）より大きいか否かを判断する。ここで、しきい値Ｘ２はステップＳ２のしきい値Ｘ１よりも小さな値である。

残容量Ｂが所定のしきい値Ｘ２よりも大きいということは、バッテリＢ１がまだ充電を必要としないことを示す。この場合は直ちにエンジン４を起動してモータジェネレータＭＧ１に発電を行なわせる必要はない。そこでステップＳ１１に処理が進み、制御装置６０は車両負荷が軽負荷か否かを判断する。車両負荷は、アクセル開度と車速とに基づいて決定される。アクセル開度が大きいほど車両負荷は大きく、車速が高いほど車両負荷は大きい。

ステップＳ１１において、車両負荷が軽負荷である場合、すなわちアクセル開度と車速とで決定される車両負荷があるしきい値未満の場合や、アクセル開度と車速のマップ上で車両の状態を示す点がある領域内の場合は、ステップＳ１２に処理が進む。ステップＳ１２では、エンジン４を停止させた状態でモータジェネレータＭＧ２を動作させてＥＶ走行が行なわれる。この場合には、ステップＳ６と同様インバータ２０の電源を遮断しても良いが、好ましくはステップＳ６の場合と異なり、直ぐにエンジン４を起動させることができるようにインバータ２０の電源は遮断せずに内部のスイッチング素子のゲートをオフ状態にしておくことでインバータ２０を停止させモータジェネレータＭＧ１を停止させる。

ステップＳ１０においてバッテリ残容量Ｂがしきい値Ｘ２より小さい場合には、バッテリＢ１が空に近く、直ちに充電が必要である。またステップＳ１１において、車両負荷が軽負荷で無い場合には、バッテリＢ１からのパワーのみでは必要なパワーをまかなうことができない。したがってステップＳ１０でＮＯまたはステップＳ１１でＮＯの場合にはステップＳ１３に処理が進み、エンジンが始動される。すなわちステップＳ１３では、モータとエンジンとを車両の駆動に併用するハイブリッド走行が行なわれる。

ステップＳ６、Ｓ１２，Ｓ１３のいずれかの処理が終了するとステップＳ１４において制御はメインルーチンに移される。

なお、図６に示したように放電抵抗Ｒと電源ラインＰＬ２との間にスイッチ４０を設ける場合には、ＩＧがＯＦＦとなったら、ステップＳ１からステップＳ１４に移行する途中でスイッチ４０を導通させて、コンデンサＣ２の電荷が放電抵抗Ｒを介して放電されるように制御が行なわれる。

以上の説明に基づいて本実施の形態について総括的に再度説明する。
本実施の形態に示した車両駆動システムは、蓄電装置であるバッテリＢ１と、バッテリＢ１に蓄積された電力を使用してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動する電力変換器であるインバータ２０，３０と、インバータ２０，３０のうちのインバータ２０に対するバッテリＢ１からの給電経路の接続および遮断を行なうスイッチ４０と、インバータ２０，３０およびスイッチ４０を制御する制御装置６０またはＥＣＵ１６０とを備える。制御装置６０またはＥＣＵ１６０は、インバータ２０によりモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のうちのモータジェネレータＭＧ１を駆動する場合はスイッチ４０を接続状態に制御し、インバータ２０を使用しない場合には、スイッチ４０を遮断状態に制御する。

これにより、本実施の形態では、モータジェネレータＭＧ１を動作させない場合においてはスイッチ４０を開放状態とすることにより、インバータ３０における消費電力を無くすことができ、バッテリＢ１の無駄な消費電力を削減することができる。

好ましくは、インバータ２０は、電源ラインＰＬ３と接地ラインＳＬとの間にバッテリＢ１からの電力を受ける。駆動システムは、電源ラインＰＬ３と接地ラインＳＬとの間に接続される放電抵抗Ｒをさらに備える。スイッチ４０は、遮断状態において放電抵抗Ｒおよびインバータ２０に対してバッテリＢ１からの給電を遮断する。

これにより、車両を駆動させている場合に無駄な電力が放電抵抗で消費されることを防ぐことができる。

好ましくは、制御装置６０またはＥＣＵ１６０は、モータジェネレータＭＧ１が使用されず、少なくともモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のうちのモータジェネレータＭＧ２によって車両が駆動される場合には、スイッチ４０を遮断状態に制御する。

これにより、電池として大容量のものを採用しＥＶ走行の機会が増える場合においても、電力損失を低減させてモータジェネレータＭＧ２のみによる車両駆動時間を極力延ばすことができる。

好ましくは、車両駆動システムは、インバータ２０，３０の電力スイッチング素子をそれぞれ駆動する複数のドライブ回路と、複数のドライブ回路うちの、インバータ２０に対応する発電機インバータ用ドライブ回路１６１への電力の供給および遮断を行なうスイッチ１６４とをさらに備える。ＥＣＵ１６０は、スイッチ４０を遮断状態に制御すると共にスイッチ１６４を遮断状態に制御する。

これにより、インバータ２０を動作させない場合には発電機インバータ用ドライブ回路１６１に流れる消費電流も無くすことができ、一層電力消費を低減させることができる。

好ましくは、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４から機械的動力を受けて発電を行ない、制御装置６０またはＥＣＵ１６０は、少なくともエンジン４の運転中はスイッチ４０を接続状態に制御する。

好ましくは、車両駆動システムは、エンジン４とモータとを車両の駆動に併用するハイブリッド車両に適用される。制御装置６０またはＥＣＵ１６０は、ハイブリッド車両がエンジン４を停止させた状態で走行する場合に、スイッチ４０を遮断状態に制御する。

内燃機関を備えることにより、モータジェネレータＭＧ２のみによる走行の機会を従来よりも大幅に増やすと共に、電池容量が少なくなった場合には、内燃機関を始動することにより通常のハイブリッド走行が可能となる。

なお、本実施の形態では動力分割機構によりエンジンの機械的動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムに適用した例を示した。しかし本発明は、複数の回転電機を搭載するものであればパラレル型ハイブリッド自動車や電気自動車にも適用できる。

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。

本発明の実施の形態に係る車両１の構成を示すブロック図である。 図１のブロック図を詳細に示した回路図である。 スイッチ４０の第１の構成例スイッチ４０Ａを示した回路図である。 スイッチ４０の第２の構成例スイッチ４０Ｂを示した回路図である。 図２に示した構成の第１の変形例を示した回路図である。 図２に示した構成の第２の変形例を示した回路図である。 図２の制御装置６０または図５、図６のＥＣＵ１６０で実行されるプログラムの制御構造を示したフローチャートである。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 車両、２ＦＲ，２ＦＬ 前輪、２ＲＲ，２ＲＬ 後輪、２ 車輪、４ エンジン、５，６ ギヤ、８ 車速センサ、９ アクセルセンサ、１０ 昇圧ユニット、１２ 充電用インバータ、１６ ソケット、２０，３０ インバータ、２２，３２ Ｕ相アーム、２４，３４ Ｖ相アーム、２６，３６ Ｗ相アーム、４０，４０Ａ，４０Ｂ スイッチ、６０ 制御装置、７０，７２〜７３ 電圧センサ、８１，８２，８４ 電流センサ、１００ 外部充電装置、１０２ 充電ケーブル、１０４ プラグ、１５２，１５６，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、１５４，１５８ ＩＧＢＴ素子、１６１ 発電機インバータ用ドライブ回路、１６２ モータインバータ用ドライブ回路、１６３ 電源回路、１６４ スイッチ、Ｂ１ バッテリ、ＢＵ バッテリユニット、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＤＧ デファレンシャルギヤ、Ｌ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＧ プラネタリギヤ、ＰＬ１〜ＰＬ４ 電源ライン、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ トランジスタ、Ｒ 抵抗、ＳＬ 接地ライン、ＳＲ１，ＳＲ２ システムメインリレー、Ｕ１，Ｕ２ Ｕ相コイル、ＵＬ１，ＵＬ２ Ｕ相ライン、Ｖ１，Ｖ２ Ｖ相コイル、ＶＬ１，ＶＬ２ Ｖ相ライン、Ｗ１，Ｗ２ Ｗ相コイル、ＷＬ１，ＷＬ２ Ｗ相ライン。

Claims (7)

1. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置との間で電力の受電、給電の少なくともいずれかを行ない、複数の回転電機にそれぞれ接続された複数の電力変換器と、
   前記複数の電力変換器のうちの第１の電力変換器と前記蓄電装置との間の電力伝達経路の接続および遮断を行なう接続部と、
   前記複数の電力変換器および前記接続部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記第１の電力変換器を使用し、前記複数の回転電機のうちの第１の回転電機を運転する場合は前記接続部を接続状態に制御し、前記第１の電力変換器を使用しない場合には、前記接続部を遮断状態に制御する、車両駆動システム。
2. 前記第１の電力変換器は、第１、第２の電源ノードの間に前記蓄電装置からの電力を受け、
   前記駆動システムは、
   前記第１、第２の電源ノードの間に接続される放電抵抗をさらに備え、
   前記接続部は、前記遮断状態において前記放電抵抗および前記第１の電力変換器に対して前記蓄電装置からの給電を遮断する、請求項１に記載の車両駆動システム。
3. 前記制御部は、前記第１の回転電機が使用されず、少なくとも前記複数の回転電機のうちの第２の回転電機によって車両が駆動される場合には、前記接続部を前記遮断状態に制御する、請求項１または２に記載の車両駆動システム。
4. 前記複数の電力変換器の電力スイッチング素子をそれぞれ駆動する複数の駆動回路と、
   複数の駆動回路うちの、前記第１の電力変換器に対応する駆動回路への電力の供給および遮断を行なうスイッチとをさらに備え、
   前記制御部は、前記接続部を遮断状態に制御すると共に前記スイッチを遮断状態に制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両駆動システム。
5. 前記第１の回転電機は、内燃機関から機械的動力を受けて発電を行ない、
   前記制御部は、少なくとも前記内燃機関の運転中は前記接続部を接続状態に制御する、請求項１に記載の車両駆動システム。
6. 前記車両駆動システムは、内燃機関と回転電機とを車両の駆動に併用するハイブリッド車両に適用され、
   前記制御部は、前記ハイブリッド車両が前記内燃機関を停止させた状態で走行する場合に、前記接続部を前記遮断状態に制御する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両駆動システム。
7. 前記複数の回転電機と、
   前記複数の回転電機のうちの前記第２の回転電機で発生される機械的動力が伝達される車輪と、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両駆動システムとを備える、車両。

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