JP2010166646A - 電源装置およびその制御方法並びに車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】電動機を駆動すべき駆動点で駆動することができなくなるのを抑制する。
【解決手段】二つのモータの回転数及びトルク指令からなる目標駆動点が共に予め定められた非昇圧領域にあるとき即ち昇圧要求フラグF2に値0が設定されているときに(S120)、検出異常フラグF1に値0が設定されているときには低電圧系の電圧VLで二つのモータを共に目標駆動点で駆動できるか否かの判定結果に応じて昇圧回路による昇圧が行なわれるよう昇圧回路をスイッチング制御し(S130〜S180)、電圧センサにより低電圧系の電圧VLの検出を正常に行なうことができないとき即ち検出異常フラグF1に値1が設定されているときには低電圧系の電圧VLを用いた判定を行なうことなく昇圧回路による昇圧が行なわれるよう昇圧回路をスイッチング制御する(S130,S160,S180)。これにより、二つのモータを目標駆動点で駆動できなくなるのを抑制する。
【選択図】図3

Description

本発明は、電源装置およびその制御方法並びに車両に関し、詳しくは、電動機に電力を供給する電源装置およびその制御方法並びにこうした電源装置を搭載した車両に関する。
従来、この種の電源装置としては、メインバッテリと、メインバッテリにSMRを介して接続されると共にメインバッテリからの電力をその電圧を昇圧してインバータ回路を介してモータに供給する昇圧コンバータと、インバータ回路や昇圧コンバータ,SMRをスイッチング制御するECUとを備え、車両に搭載されたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、ECUがリセットされSMRが開放されたときに、インバータ回路と昇圧コンバータとをオフ状態としてからSMRを導通させることにより、車両の走行に伴って発生するモータの逆起電力によってSMRが接点溶着するのを防止するものとしている。
特開2004−64803号公報
上述と同様に構成された電源装置では、モータを駆動すべき駆動点で駆動できなくなることのないようにすることが望ましい。このため、メインバッテリからの電力をその電圧を必要に応じて昇圧してモータ側に供給すればよいが、メインバッテリは通常の使用により電圧降下が生じることを考慮すると、昇圧コンバータよりメインバッテリ側の電圧を常時検出して昇圧コンバータによる昇圧を行なうか否かを判断することが考えられる。こうした判断を行なうものでも、モータを駆動すべき駆動点で駆動できなくなるのを抑制することが望まれる。
本発明の電源装置およびその制御方法並びに車両は、電動機を駆動すべき駆動点で駆動することができなくなるのを抑制することを主目的とする。
本発明の電源装置およびその制御方法並びに車両は、少なくとも上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電源装置は、
電動機に電力を供給する電源装置であって、
充放電可能な二次電池と、前記二次電池が接続された電池系からの電力を電圧を昇圧せずに前記電動機に供給する低電圧電力供給の実行と前記電池系からの電力を電圧を昇圧して前記電動機に供給する高電圧電力供給の実行とが可能な電力供給手段と、前記電池系の電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出された電圧で前記電動機を目標駆動点で駆動することができるときには前記低電圧電力供給が実行されるよう前記電力供給手段を制御し、前記検出された電圧で前記電動機を前記目標駆動点で駆動することができないときには前記高電圧電力供給が実行されるよう前記電力供給手段を制御する電圧制御手段と、を備え、
前記電圧制御手段は、前記電圧検出手段による前記電池系の電圧の検出を正常に行なうことができないときには、前記検出された電圧に拘わらずに前記高電圧電力供給が行なわれるよう前記電力供給手段を制御する手段である、
ことを要旨とする。
この本発明の電源装置では、検出された電圧で電動機を目標駆動点で駆動することができるときには低電圧電力供給が実行されるよう電力供給手段を制御し、検出された電圧で電動機を目標駆動点で駆動することができないときには高電圧電力供給が実行されるよう電力供給手段を制御する。したがって、電圧検出手段による電池系の電圧の検出を正常に行なうことができるときに、電動機を目標駆動点で駆動することができなくなるのを抑制することができる。また、電圧検出手段による電池系の電圧の検出を正常に行なうことができないときには、検出された電圧に拘わらずに高電圧電力供給が行なわれるよう電力供給手段を制御する。したがって、電圧検出手段による電池系の電圧の検出を正常に行なうことができないときに、電動機を目標駆動点で駆動することができなくなるのを抑制することができる。この結果、電圧検出手段による電池系の電圧の検出を正常に行なうことができるか否かに拘わらず、電動機を駆動すべき駆動点で駆動することができなくなるのを抑制することができる。
こうした本発明の電源装置において、前記電圧制御手段は、前記目標駆動点が前記電動機の駆動領域のうち前記高電圧電力供給を実行する予め定められた領域にあるときには、前記検出された電圧に拘わらずに前記高電圧電力供給が行なわれるよう前記電力供給手段を制御する手段である、ものとすることもできる。また、前記電圧制御手段は、前記高電圧電力供給を行なう際に、前記目標駆動点と前記電動機を該目標動作点で駆動するための前記電動機が接続された駆動系の目標電圧との予め定められた関係を用いて前記目標駆動点に基づいて前記駆動系の目標電圧を設定し、前記駆動系の電圧が該設定した目標電圧になるよう前記電力供給手段を制御する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、高電圧電力供給をより適正に行なうことができる。ここで、高電圧電力供給を実行する予め定められた領域は、電動機および電力供給手段の損失が抑制されるように予め定められた電動機の駆動領域である、ものとすることもできる。こうすれば、エネルギ効率の向上を図ることができる。
本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の電源装置、即ち、基本的には、電動機に電力を供給する電源装置であって、充放電可能な二次電池と、前記二次電池が接続された電池系からの電力を電圧を昇圧せずに前記電動機に供給する低電圧電力供給の実行と前記電池系からの電力を電圧を昇圧して前記電動機に供給する高電圧電力供給の実行とが可能な電力供給手段と、前記電池系の電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出された電圧で前記電動機を目標駆動点で駆動することができるときには前記低電圧電力供給が実行されるよう前記電力供給手段を制御し、前記検出された電圧で前記電動機を前記目標駆動点で駆動することができないときには前記高電圧電力供給が実行されるよう前記電力供給手段を制御する電圧制御手段と、を備え、前記電圧制御手段は、前記電圧検出手段による前記電池系の電圧の検出を正常に行なうことができないときには、前記検出された電圧に拘わらずに前記高電圧電力供給が行なわれるよう前記電力供給手段を制御する手段である、ことを特徴とする電源装置を搭載した車両であって、前記電動機は、車軸に連結された駆動軸に動力を入出力する、ことを要旨とする。
この本発明の車両では、上述のいずれかの態様の本発明の電源装置を搭載するから、本発明の電源装置が奏する効果、例えば、電動機を駆動すべき駆動点で駆動することができなくなるのを抑制することができる効果などと同様の効果を奏することができる。
本発明の電源装置の制御方法は、
充放電可能な二次電池と、前記二次電池が接続された電池系からの電力を電圧を昇圧せずに電動機に供給する低電圧電力供給の実行と前記電池系からの電力を電圧を昇圧して前記電動機に供給する高電圧電力供給の実行とが可能な電力供給手段と、前記電池系の電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出された電圧で前記電動機を目標駆動点で駆動することができるときには前記低電圧電力供給が実行されるよう前記電力供給手段を制御し、前記検出された電圧で前記電動機を前記目標駆動点で駆動することができないときには前記高電圧電力供給が実行されるよう前記電力供給手段を制御する、前記電動機に電力を供給する電源装置の制御方法であって、
前記電圧検出手段による前記電池系の電圧の検出を正常に行なうことができないときには、前記検出された電圧に拘わらずに前記高電圧電力供給が行なわれるよう前記電力供給手段を制御する、
ことを特徴とする。
この本発明の電源装置の制御方法では、検出された電圧で電動機を目標駆動点で駆動することができるときには低電圧電力供給が実行されるよう電力供給手段を制御し、検出された電圧で電動機を目標駆動点で駆動することができないときには高電圧電力供給が実行されるよう電力供給手段を制御する。したがって、電圧検出手段による電池系の電圧の検出を正常に行なうことができるときに、電動機を目標駆動点で駆動することができなくなるのを抑制することができる。また、電圧検出手段による電池系の電圧の検出を正常に行なうことができないときには、検出された電圧に拘わらずに高電圧電力供給が行なわれるよう電力供給手段を制御する。したがって、電圧検出手段による電池系の電圧の検出を正常に行なうことができないときに、電動機を目標駆動点で駆動することができなくなるのを抑制することができる。この結果、電圧検出手段による電池系の電圧の検出を正常に行なうことができるか否かに拘わらず、電動機を駆動すべき駆動点で駆動することができなくなるのを抑制することができる。
本発明の一実施例である電源装置を搭載したハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 モータMG1,MG2を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。 モータECU40により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 モータMG2の昇圧要求フラグ設定用マップの一部の一例を示す説明図である。 モータMG2の目標電圧設定用マップの一部の一例を示す説明図である。 モータMG2の駆動領域のうち昇圧回路55による昇圧は要求されていないが昇圧回路55による昇圧を行なわないとモータMG2を駆動すべき駆動点で駆動できなくなる可能性が生じる領域の一例を示す説明図である。 変形例のモータECU40により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例の電気自動車120の構成の概略を示す構成図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は本発明の一実施例である電源装置を搭載したハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2はモータMG1,MG2を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図1に示すように、エンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに減速ギヤ35を介して接続されたモータMG2と、直流電流を交流電流に変換してモータMG1,MG2に供給可能なインバータ41,42と、バッテリ50と、バッテリ50からの電力をその電圧を変換してインバータ41,42に供給可能な昇圧回路55と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。ここで、実施例の電源装置としては、主として、バッテリ50と昇圧回路55と後述する電圧センサ58a,モータ用電子制御ユニット40とが相当する。
エンジン22は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により燃料噴射制御や点火制御,吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンECU24には、エンジン22の運転状態を検出する各種センサからの信号、例えば、エンジン22のクランクシャフト26のクランク角を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどが入力されている。エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、エンジンECU24は、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neも演算している。
動力分配統合機構30は、外歯歯車のサンギヤ31と、このサンギヤ31と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31に噛合すると共にリングギヤ32に噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34とを備え、サンギヤ31とリングギヤ32とキャリア34とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構30は、キャリア34にはエンジン22のクランクシャフト26が、サンギヤ31にはモータMG1が、リングギヤ32にはリングギヤ軸32aを介して減速ギヤ35がそれぞれ連結されており、モータMG1が発電機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力をサンギヤ31側とリングギヤ32側にそのギヤ比に応じて分配し、モータMG1が電動機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力とサンギヤ31から入力されるモータMG1からの動力を統合してリングギヤ32側に出力する。リングギヤ32に出力された動力は、リングギヤ軸32aからギヤ機構60およびデファレンシャルギヤ62を介して、最終的には車両の駆動輪63a,63bに出力される。
モータMG1およびモータMG2は、図2に示すように、いずれも外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ41,42は、6つのトランジスタT11〜T16,T21〜26と、トランジスタT11〜T16,T21〜T26に逆方向に並列接続された6つのダイオードD11〜D16,D21〜D26と、により構成されている。トランジスタT11〜T16,T21〜T26は、それぞれインバータ41,42が電力ライン54として共用する正極母線54aと負極母線54bとに対してソース側とシンク側になるよう2個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータMG1,MG2の三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。したがって、正極母線54aと負極母線54bとの間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタT11〜T16,T21〜T26のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータMG1,MG2を回転駆動することができる。インバータ41,42は、正極母線54aと負極母線54bとを共用しているから、モータMG1,MG2のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。正極母線54aと負極母線54bとには平滑用のコンデンサ57が接続されている。
昇圧回路55は、図2に示すように、2つのトランジスタT31,T32とトランジスタT31,T32に逆方向に並列接続された2つのダイオードD31,D32とリアクトルLとにより構成されている。2つのトランジスタT31,T32は、それぞれインバータ41,42の正極母線54aと負極母線54bとに接続されており、その接続点にリアクトルLが接続されている。また、リアクトルLと負極母線54bとにはそれぞれバッテリ50の正極端子と負極端子とが接続されている。したがって、トランジスタT31,T32をオンオフ制御することによりバッテリ50の直流電力をその電圧を昇圧してインバータ41,42に供給したり正極母線54aと負極母線54bとに作用している直流電圧を降圧してバッテリ50を充電したりすることができる。リアクトルLと負極母線54bとには平滑用のコンデンサ58が接続されている。以下、昇圧回路55より電力ライン54側を高電圧系といい、昇圧回路55よりバッテリ50側を低電圧系という。
インバータ41,42および昇圧回路55は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により制御され、これによりモータMG1,MG2が駆動制御される。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流,電圧センサ57aからのコンデンサ57の電圧(以下、高電圧系の電圧VHという),電圧センサ58aからのコンデンサ58の電圧(以下、低電圧系の電圧VLという)などが入力されている。モータECU40からは、インバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜T26へのスイッチング制御信号や昇圧回路55のトランジスタT31,T32へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からの信号に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2も演算している。
バッテリ50は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池として構成されており、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧,バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた電流センサ51aからの充放電電流Ib,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51bからの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。また、バッテリECU52は、バッテリ50を管理するために電流センサ51aにより検出された充放電電流Ibの積算値に基づいて蓄電量SOCを演算したり、演算した蓄電量SOCと電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算している。なお、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、電池温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定し、バッテリ50の蓄電量SOCに基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。なお、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される図示しない駆動制御ルーチンでは、要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようエンジン22の目標運転ポイント(回転数,トルク)とモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*とが設定されてエンジンECU24とモータECU40とに送信される。このとき、エンジンECU24は受信した目標運転ポイントでエンジン22が運転されるようエンジン22を制御し、モータECU40は受信したトルク指令Tm1*,Tm2*でモータMG1,MG2が駆動されるようインバータ41,42をスイッチング制御する。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に昇圧回路55によりバッテリ50側からの電力を昇圧する際の動作について説明する。図3は、モータECU40により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される図示しない駆動制御ルーチンと並行して所定時間毎(例えば数msec毎)に繰り返し実行される。
図3の昇圧制御ルーチンが実行されると、モータECU40の図示しないCPUは、まず、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*や回転数Nm1,Nm2,電圧センサ57aからの高電圧系の電圧VH,電圧センサ58aからの低電圧系の電圧VL,電圧センサ58aによる低電圧系の電圧VLの検出を正常に行なうことができないか否かを示す検出異常フラグF1など制御に必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*は、図示しない駆動制御ルーチンにより設定されたものをハイブリッド用電子制御ユニット70から通信により入力するものとした。モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されたモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて演算されたものを入力するものとした。また、検出異常フラグF1は、イグニッションオンされたときに値0が設定され、電圧センサ58aによる低電圧系の電圧VLの検出を正常に行なうことができなくなったとき(例えば、電流センサ58aの検出値が正常な範囲に超えたときや電流センサ58aからモータECU40への信号が断線等により途絶えたときなど)に値1が設定されるフラグであり、図示しない検出異常フラグ設定ルーチンにより設定されたものを入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、入力したモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2とトルク指令Tm1*,Tm2*とに基づいて昇圧回路55の昇圧要求フラグF2を設定する(ステップS110)。昇圧要求フラグF2は、バッテリ50側からの電力をインバータ41,42側に供給する際に昇圧回路55により低電圧系の電圧VL(例えば150Vなど)に対して高電圧系の電圧VHを昇圧する(以下、単に、昇圧回路55による昇圧を行なう、という)昇圧要求がなされているときに値1が設定され、こうした昇圧要求がなされていないときに値0が設定されるフラグである。この昇圧要求フラグF2は、実施例では、モータMG1の回転数Nm1及びトルク指令Tm1*からなる駆動点と昇圧要求フラグF2との関係を予め定めて図示しないROMに記憶したモータMG1の昇圧要求フラグ設定用マップに対して回転数Nm1及びトルク指令Tm1*を与えて導出したものと、モータMG2の回転数Nm2及びトルク指令Tm2*からなる駆動点と昇圧要求フラグF2との関係を予め定めて図示しないROMに記憶したモータMG2の昇圧要求フラグ設定用マップに対して回転数Nm2及びトルク指令Tm2*を与えて導出したものとのうち、いずれか一方または両方が値1のときには値1が設定され、両方が値0のときには値0が設定されるものとした。図4にモータMG2の昇圧要求フラグ設定用マップの一部(第1象限)の一例を示す。図示するように、昇圧要求フラグ設定用マップは、モータMG2の駆動領域を上限トルクTlim以下の範囲で二つの領域に区分する、即ち昇圧回路55による昇圧を行なう昇圧領域と昇圧回路55による昇圧を行なわない非昇圧領域とに区分するようにして定められており、モータMG2の駆動点が昇圧領域にあるときには昇圧要求フラグF2に値1が設定され、モータMG2の駆動点が非昇圧領域にあるときには昇圧要求フラグF2に値0が設定される。駆動領域の区分は、昇圧領域55による昇圧が不可欠となるモータMG2の駆動点を昇圧領域に含めた上で、モータMG2の駆動点と高電圧系の電圧VHとモータMG1,MG2の損失,インバータ41,42の損失,昇圧回路55の損失を合わせた電機駆動系全体の損失との関係を実験や解析により予め求めて、こうして求めた関係において昇圧回路55による昇圧を行なうと昇圧回路55による昇圧を行なわないときより電機駆動系全体の損失が小さくなるモータMG2の駆動点を昇圧領域に含めると共に昇圧回路55により昇圧を行なわないと昇圧回路55による昇圧を行なうときより電機駆動系全体の損失が小さくなるモータMG2の駆動点を非昇圧領域に含めることにより、行なわれるものとした。図中、昇圧領域と非昇圧領域とを区分するモータMG2の駆動点からなる太い実線で示すライン(以下、昇圧切替ラインという)は昇圧領域に含まれるものとする。また、実施例では、上限トルクTlimは、昇圧回路55による昇圧を行なわないときにモータMG2から出力可能な最大トルクを用いるものとし、この上限トルクTlim以下の範囲でトルク指令Tm2*は設定されるものとした。なお、モータMG1の昇圧要求フラグ設定用マップもモータMG2の昇圧要求フラグ設定用マップと同様にして定めることができる。
こうして昇圧回路55の昇圧要求フラグF2を設定すると、設定した昇圧要求フラグF2の値を調べ(ステップS120)、昇圧要求フラグF2が値1のときには、昇圧回路55による昇圧を行なうと判断し、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2とトルク指令Tm1*,Tm2*とに基づいて高電圧系の目標電圧VH*を設定し(ステップS160)、電圧センサ57aからの検出値を用いたフィードバック制御により高電圧系の電圧VHが設定した目標電圧VH*となるよう昇圧回路55のトランジスタT31,T32をスイッチング制御して(ステップS180)、昇圧制御ルーチンを終了する。ここで、高電圧系の目標電圧VH*は、実施例では、モータMG1の回転数Nm1及びトルク指令Tm1*からなる駆動点とこの駆動点でモータMG1を十分に駆動することができる目標電圧VH*との関係を予め定めて図示しないROMに記憶したモータMG1の目標電圧設定用マップに対して回転数Nm1及びトルク指令Tm1*を与えて導出したものと、モータMG2の回転数Nm2及びトルク指令Tm2*からなる駆動点とこの駆動点でモータMG2を十分に駆動することができる目標電圧VH*との関係を予め定めて図示しないROMに記憶したモータMG2の目標電圧設定用マップに対して回転数Nm2及びトルク指令Tm2*を与えて導出したものとのうち大きい方が設定されるものとした。図5にモータMG2の目標電圧設定用マップの一部(第1象限)の一例を示す。図示するように、高電圧系の目標電圧VH*は、モータMG2の上限トルクTlim以下の駆動領域において、バッテリ50の電圧が通常の使用により最も低下した状態で昇圧回路55による昇圧を行なうことなくモータMG2から出力可能な最大トルクと回転数Nm2とからなる図中に太い点線で示すライン(以下、バッテリ電圧低下時の最大トルクラインという)よりも回転数Nm2やトルク指令Tm2*が大きい範囲で回転数Nm2やトルク指令Tm2*が大きくなるほど目標電圧VH*が値V1,値V2,値V3,値Vmaxの順に大きくなるように定められている。値Vmaxは、高電圧系の最大電圧(例えば650Vなど)に相当する。なお、モータMG1の目標電圧設定用マップもモータMG2の目標電圧設定用マップと同様に定めることができる。こうした制御により、電機駆動系全体の損失を抑制しながら昇圧回路55による昇圧を行なってモータMG1を回転数Nm1及びトルク指令Tm1*からなる駆動点で駆動すると共にモータMG2を回転数Nm2及びトルク指令Tm2*からなる駆動点で駆動することができる。
昇圧要求フラグF2が値0のときには、検出異常フラグF1の値を調べ(ステップS130)、検出異常フラグF1が値0のときには、電圧センサ58aからの検出値を用いることができると判断し、電圧センサ58aからの低電圧系の電圧VLとモータMG1の回転数Nm1とに基づいて昇圧回路55による昇圧を行なうことなく低電圧系の電圧VLかつ現在の回転数Nm1でモータMG1から出力可能な最大トルクT1maxを設定すると共に電圧センサ58aからの低電圧系の電圧VLとモータMG2の回転数Nm2とに基づいて昇圧回路55による昇圧を行なうことなく低電圧系の電圧VLかつ現在の回転数Nm2でモータMG2から出力可能な最大トルクT2maxを設定する(ステップS140)。最大トルクT1maxは、低電圧系の電圧VLと回転数Nm1と最大トルクT1maxとの関係を予め定めて図示しないROMに記憶したモータMG1の最大トルク設定用マップに対して低電圧系の電圧VL及び回転数Nm1を与えて導出したものを設定することができる。最大トルクT2maxも最大トルクT1maxと同様に設定することができる。
続いて、モータMG1のトルク指令Tm1*の絶対値が最大トルクT1maxの絶対値以下かつモータMG2のトルク指令Tm2*の絶対値が最大トルクT2maxの絶対値以下であるか否かを判定し(ステップS150)、トルク指令Tm1*の絶対値が最大トルクT1maxの絶対値以下かつトルク指令Tm2*の絶対値が最大トルクT2maxの絶対値以下のときには、低電圧系の電圧VLで昇圧回路55による昇圧を行なうことなくモータMG1,MG2を共に駆動すべき駆動点で駆動できると判断し、昇圧回路55による昇圧が行なわれないよう高電圧系の目標電圧VH*に電圧センサ58aからの低電圧系の電圧VLを設定し(ステップS170)、高電圧系の電圧VHが設定した目標電圧VH*となるよう昇圧回路55をスイッチング制御して(ステップS180)、昇圧制御ルーチンを終了する。一方、トルク指令Tm1*の絶対値が最大トルクT1maxの絶対値より大きいか又はトルク指令Tm2*の絶対値が最大トルクT2maxの絶対値より大きいときには、低電圧系の電圧VLでは昇圧回路55による昇圧を行なわないとモータMG1,MG2の一方または両方を駆動すべき駆動点で駆動できないと判断し、昇圧回路55による昇圧が行なわれるようモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2とトルク指令Tm1*,Tm2*とに基づいて高電圧系の目標電圧VH*を設定し(ステップS160)、高電圧系の電圧VHが設定した目標電圧VH*となるよう昇圧回路55をスイッチング制御して(ステップS180)、昇圧制御ルーチンを終了する。図6に、モータMG2の駆動領域のうち昇圧回路55による昇圧は要求されていないが昇圧回路55による昇圧を行なわないとモータMG2を駆動すべき駆動点で駆動できなくなる可能性が生じる領域(図中のハッチングした領域)の一例を示す。図示するように、この領域は、モータMG2の上限トルクTlim以下の駆動領域のうち前述した昇圧切替ラインよりも回転数やトルクが小さい非昇圧領域で前述したバッテリ電圧低下時の最大トルクラインよりも回転数やトルクが大きい領域として表すことができる。なお、モータMG1についても同様に説明することができる。したがって、モータMG1,MG2を駆動すべき駆動点で駆動するためには、モータMG1,MG2にこうした駆動領域が存在することを考慮して、ステップS150の判定処理、即ち昇圧回路55による昇圧が要求されていないときにモータMG1,MG2を駆動すべき各駆動点で共に駆動できるか否かを判定する処理が必要となる。なお、この判定を正しく行なうためには電圧センサ58aによる低電圧系の電圧VLの検出を正常に行なうことができることが前提となる。こうした制御により、モータMG1を回転数Nm1及びトルク指令Tm1*からなる駆動点で駆動できなくなることやモータMG2を回転数Nm2及びトルク指令Tm2*からなる駆動点で駆動できなくなることを抑制することができる。
ステップS120,S130で昇圧要求フラグF2が値0で検出異常フラグF1が値1のとき、即ち、昇圧回路55による昇圧は要求されていない状態で電圧センサ58aによる低電圧系の電圧VLの検出を正常に行なうことができないときには、昇圧回路55による昇圧を行なうと判断し、昇圧回路55による昇圧が行なわれるようモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2とトルク指令Tm1*,Tm2*とに基づいて高電圧系の目標電圧VH*を設定し(ステップS160)、高電圧系の電圧VHが設定した目標電圧VH*となるよう昇圧回路55をスイッチング制御して(ステップS180)、昇圧制御ルーチンを終了する。このように、電圧センサ58aによる低電圧系の電圧VLの検出を正常に行なうことができないときには、ステップS150の判定処理のようにモータMG1,MG2を共に駆動すべき駆動点で駆動できるか否かを正しく判定することができないため、この判定を行なうことなく昇圧回路55による昇圧を行なうのである。こうした制御により、モータMG1を回転数Nm1及びトルク指令Tm1*からなる駆動点で駆動できなくなることやモータMG2を回転数Nm2及びトルク指令Tm2*からなる駆動点で駆動できなくなることをより確実に抑制することができる。
以上説明した実施例の電源装置を搭載したハイブリッド自動車20によれば、モータMG1,MG2の回転数及びトルク指令からなる目標駆動点が共に予め定められた非昇圧領域にあるときに、電圧センサ58aにより低電圧系の電圧VLの検出を正常に行なうことができるために検出異常フラグF1に値0が設定されているときには低電圧系の電圧VLでモータMG1,MG2を共に目標駆動点で駆動できるか否かの判定結果に応じて昇圧回路55による昇圧が行なわれるよう昇圧回路55をスイッチング制御し、電圧センサ58aにより低電圧系の電圧VLの検出を正常に行なうことができないときには低電圧系の電圧VLを用いた判定を行なうことなく昇圧回路55による昇圧が行なわれるよう昇圧回路55をスイッチング制御するから、モータMG1,MG2を目標駆動点で駆動できなくなるのを抑制することができる。また、モータMG1,MG2の目標駆動点がモータMG1,MG2やインバータ41,42,昇圧回路55を含む電機駆動系全体の損失が抑制されるよう予め定められた昇圧領域にあるか非昇圧領域にあるかに応じて昇圧要求フラグF2を設定するから、電機駆動系全体のエネルギ効率の向上を図ることができる。もとより、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクを出力して走行することができる。
実施例の電源装置を搭載したハイブリッド自動車20では、検出異常フラグF1に値1が設定されているときには、低電圧系の電圧VLを用いた判定を行なうことなく昇圧回路55による昇圧が行なわれるよう制御するものとしたが、低電圧系の電圧VLを用いた判定を行なうがその判定結果に拘わらずに昇圧回路55による昇圧が行なわれるよう制御するものとしてもよい。この場合、図3の昇圧制御ルーチンにおけるステップS130の判定処理をステップS150の判定が肯定的な結果のときに行なうものとすればよい。
実施例の電源装置を搭載したハイブリッド自動車20では、モータMG1,MG2の損失とインバータ41,42の損失と昇圧回路55の損失とを合わせた電機駆動系全体の損失が抑制されるよう昇圧領域と非昇圧領域とを予め定めた昇圧要求フラグ設定用マップを用いて昇圧要求フラグF2を設定するものとしたが、昇圧回路55のトランジスタT31,T32が過熱する可能性が生じたときには昇圧要求フラグF2に値0を設定するなど、電機駆動系全体の損失に代えて又は加えて損失とは異なる制約に基づいて昇圧要求フラグF2を設定するものとしてもよい。
実施例の電源装置を搭載したハイブリッド自動車20では、モータMG1,MG2の回転数及びトルク指令からなる目標駆動点に基づいて昇圧要求フラグF2を設定すると共に昇圧要求フラグF2が値0のときに検出異常フラグF1の判定結果に応じて昇圧回路55を制御するものとしたが、昇圧要求フラグF2の設定や判定を行なうことなく検出異常フラグF1の判定結果に応じて昇圧回路55を制御するものとしてもよい。この場合、図3の昇圧制御ルーチンに代えて、図3のルーチンからそのステップS110,S120の処理を除いた図7の昇圧制御ルーチンを実行するものとすればよい。
実施例の電源装置を搭載したハイブリッド自動車20では、昇圧回路55による昇圧を行なわないときには、高電圧系の目標電圧VH*に低電圧系の電圧VLを設定すると共に高電圧系の電圧VHが設定した目標電圧VH*になるよう昇圧回路55を制御するものとしたが、高電圧系の目標電圧VH*にバッテリ50の電圧として取りうる最小の電圧を設定すると共に設定した目標電圧VH*がバッテリ50の電圧として取りうる最小の電圧の場合には昇圧回路55による昇圧が行なわれないように昇圧回路55を制御するなどとしてもよい。
実施例の電源装置を搭載したハイブリッド自動車20では、電圧センサ58aによる低電圧系の電圧VLの正常な検出を行なうことができない検出異常フラグF1が値1のときには、電圧センサ58aの検出値を用いて判定するステップS140,S150の処理を行なうことなく昇圧回路55による昇圧が行なわれるよう昇圧回路55を制御するものとしたが、電圧センサ58aの検出値に代えてバッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧を用いてステップS140,S150の処理を行なって昇圧回路55による昇圧を行なわれるよう又は行なわれないよう昇圧回路55を制御するものとしてもよい。この場合、更にバッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサによる端子間電圧の検出も正常に行なうことができないときには、この図示しない電圧センサからの検出値や電圧センサ58aからの検出値に拘わらずに昇圧回路55による昇圧が行なわれるよう昇圧回路55を制御するものとしてもよい。
実施例では、エンジン22やモータMG1の動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すると共にモータMG2の動力をリングギヤ軸32aに出力して走行するハイブリッド自動車に適用して説明したが、図8の変形例の電気自動車120に例示するように、エンジンや発電機を備えずに走行用のモータMGからの動力を駆動輪63a,63bに出力して走行する車両に適用するものとしてもよい。
実施例では、ハイブリッド自動車や電気自動車など走行用の動力を入出力するモータに電力を供給する電源装置について説明したが、車載されていない電動機に電力を供給する電源装置の形態としてもよく、こうした電源装置の制御方法の形態としてもよい。
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータMG2が「電動機」に相当し、モータMG1も「電動機」に相当し、バッテリ50が「二次電池」に相当し、昇圧回路55が「電力供給手段」に相当し、低電圧系の電圧VLを検出する電圧センサ58aが「電圧検出手段」に相当し、昇圧要求フラグF2が値1のとき又は検出異常フラグF1が値1のとき,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*の絶対値のいずれかが低電圧系の電圧VLかつ現在の回転数Nm1,Nm2でモータMG1,MG2から出力可能な最大トルクT1max,T2maxの絶対値より大きいときにモータMG1,MG2の目標駆動点に基づいて高電圧系の目標電圧VH*を設定して昇圧回路55を制御し、昇圧要求フラグF2が値0で検出異常フラグF1が値0でモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*の各絶対値が低電圧系の電圧VLかつ現在の回転数Nm1,Nm2でモータMG1,MG2から出力可能な最大トルクT1max,T2maxの各絶対値以下のときに高電圧系の目標電圧VH*に低電圧系の電圧VLを設定して昇圧回路55を制御する図3の昇圧制御ルーチンを実行するモータECU40が「電圧制御手段」に相当する。
ここで、「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG1やモータMG2に限定されるものではなく、誘導電動機など、如何なるタイプの電動機としても構わない。「二次電池」としては、バッテリ50に限定されるものではなく、充放電可能な二次電池であれば如何なるものとしても構わない。「電力供給手段」としては、昇圧回路55に限定されるものではなく、二次電池が接続された電池系からの電力を電圧を昇圧せずに電動機に供給する低電圧電力供給の実行と電池系からの電力を電圧を昇圧して電動機に供給する高電圧電力供給の実行とが可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「電圧検出手段」としては、電圧センサ58aに限定されるものではなく、電池系の電圧を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「電圧制御手段」としては、単一の電子制御ユニットによるものに限定されるものではなく、複数の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「電圧制御手段」としては、昇圧要求フラグF2が値1のとき又は検出異常フラグF1が値1のとき,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*の絶対値のいずれかが低電圧系の電圧VLかつ現在の回転数Nm1,Nm2でモータMG1,MG2から出力可能な最大トルクT1max,T2maxの絶対値より大きいときにモータMG1,MG2の目標駆動点に基づいて高電圧系の目標電圧VH*を設定して昇圧回路55を制御し、昇圧要求フラグF2が値0で検出異常フラグF1が値0でモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*の各絶対値が低電圧系の電圧VLかつ現在の回転数Nm1,Nm2でモータMG1,MG2から出力可能な最大トルクT1max,T2maxの各絶対値以下のときに高電圧系の目標電圧VH*に低電圧系の電圧VLを設定して昇圧回路55を制御するものに限定されるものではなく、検出された電圧で電動機を目標駆動点で駆動することができるときには低電圧電力供給が実行されるよう電力供給手段を制御し、検出された電圧で電動機を目標駆動点で駆動することができないときには高電圧電力供給が実行されるよう電力供給手段を制御するものであって、電圧検出手段による電池系の電圧の検出を正常に行なうことができないときには、検出された電圧に拘わらずに高電圧電力供給が行なわれるよう電力供給手段を制御するものであれば如何なるものとしてもよい。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電源装置や車両の製造産業などに利用可能である。
20 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、35 減速ギヤ、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51a 電流センサ、51b 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、54a 正極母線、54b 負極母線、55 昇圧回路、57,58 コンデンサ、57a,58a 電圧センサ、60 ギヤ機構、62 デファレンシャルギヤ、63a,63b 駆動輪、64a,64b 車輪、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、120 電気自動車、D11〜D16,D21〜D26,D31,D32 ダイオード、L リアクトル、MG1,MG2,MG モータ、T11〜T16,T21〜T26,T31,T32 トランジスタ。

Claims (5)

  1. 電動機に電力を供給する電源装置であって、
    充放電可能な二次電池と、前記二次電池が接続された電池系からの電力を電圧を昇圧せずに前記電動機に供給する低電圧電力供給の実行と前記電池系からの電力を電圧を昇圧して前記電動機に供給する高電圧電力供給の実行とが可能な電力供給手段と、前記電池系の電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出された電圧で前記電動機を目標駆動点で駆動することができるときには前記低電圧電力供給が実行されるよう前記電力供給手段を制御し、前記検出された電圧で前記電動機を前記目標駆動点で駆動することができないときには前記高電圧電力供給が実行されるよう前記電力供給手段を制御する電圧制御手段と、を備え、
    前記電圧制御手段は、前記電圧検出手段による前記電池系の電圧の検出を正常に行なうことができないときには、前記検出された電圧に拘わらずに前記高電圧電力供給が行なわれるよう前記電力供給手段を制御する手段である、
    電源装置。
  2. 請求項1記載の電源装置であって、
    前記電圧制御手段は、前記目標駆動点が前記電動機の駆動領域のうち前記高電圧電力供給を実行する予め定められた領域にあるときには、前記検出された電圧に拘わらずに前記高電圧電力供給が行なわれるよう前記電力供給手段を制御する手段である、
    電源装置。
  3. 請求項1または2記載の電源装置であって、
    前記電圧制御手段は、前記高電圧電力供給を行なう際に、前記目標駆動点と前記電動機を該目標動作点で駆動するための前記電動機が接続された駆動系の目標電圧との予め定められた関係を用いて前記目標駆動点に基づいて前記駆動系の目標電圧を設定し、前記駆動系の電圧が該設定した目標電圧になるよう前記電力供給手段を制御する手段である、
    電源装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1つの請求項に記載の電源装置を搭載した車両であって、
    前記電動機は、車軸に連結された駆動軸に動力を入出力する、
    車両。
  5. 充放電可能な二次電池と、前記二次電池が接続された電池系からの電力を電圧を昇圧せずに電動機に供給する低電圧電力供給の実行と前記電池系からの電力を電圧を昇圧して前記電動機に供給する高電圧電力供給の実行とが可能な電力供給手段と、前記電池系の電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出された電圧で前記電動機を目標駆動点で駆動することができるときには前記低電圧電力供給が実行されるよう前記電力供給手段を制御し、前記検出された電圧で前記電動機を前記目標駆動点で駆動することができないときには前記高電圧電力供給が実行されるよう前記電力供給手段を制御する、前記電動機に電力を供給する電源装置の制御方法であって、
    前記電圧検出手段による前記電池系の電圧の検出を正常に行なうことができないときには、前記検出された電圧に拘わらずに前記高電圧電力供給が行なわれるよう前記電力供給手段を制御する、
    ことを特徴とする電源装置の制御方法。
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