JP2013090410A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】航続可能距離の長距離化と高出力化とを両立可能な電動車両を提供する。
【解決手段】蓄電部１１０は、蓄電装置１６０，１６５と、リレーＲＹ１，ＲＹ２と、スイッチＳＷとを含む。リレーＲＹ１，ＲＹ２およびスイッチＳＷにより、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１間に蓄電装置１６０，１６５を並列に接続するか直列に接続するかを切替えることができる。コンバータ１４０は、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１間の電圧を蓄電装置１３０の電圧以上に昇圧する。蓄電部１１０の最大蓄電容量は、蓄電装置１３０の最大蓄電容量よりも大きい。一方、蓄電装置１３０の出力可能最大電力は、蓄電部１１０の出力可能最大電力よりも大きい。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動車両に関し、特に、電動車両に搭載される蓄電装置の利用技術に関する。

特開平５−２３６６０８号公報（特許文献１）は、電池を電源としてインバータにより走行用電動機を駆動する電気自動車の主回路システムを開示する。この電気自動車においては、単位電池を複数個直列接続した電池を分割して複数の電池ブロックが形成される。そして、アクセルペダル踏込量または電動機の出力、あるいはブレーキペダル踏込量が大きいときは、複数の電池ブロックが直列接続とされ、そうでないときは、複数の電池ブロックを並列接続にしてインバータの入力電圧を低下させる。

この電気自動車によれば、低出力運転時にインバータの入力電圧を下げ、スイッチング損失を低減させてシステム効率を向上させることができるとされる（特許文献１参照）。

特開平５−２３６６０８号公報 特開２００６−１２１８７４号公報 特開２００７−６０７３５号公報 特開２００８−２７８６３５号公報 特開２０１０−２２０４４３号公報

電池の出力可能最大電力は十分でないけれども最大蓄電容量が大きい「容量型」の電池と、最大蓄電容量は十分でないけれども出力可能最大電力が大きい「パワー型」の電池とが知られている。上記の特許文献１に記載の電気自動車において、複数の電池ブロックを容量型の電池で構成した場合、複数の電池ブロックを直列接続にしても満足する出力が得られない可能性がある。一方、複数の電池ブロックをパワー型の電池で構成した場合、蓄電容量を十分に確保できずに航続可能距離が短くなる可能性がある。さらに、複数の電池ブロックの接続状態を切替える際に、インバータの入力電圧が急峻に変動することにより出力変動が生じ得る。

そこで、この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、航続可能距離の長距離化と高出力化とを両立可能な電動車両を提供することである。

この発明によれば、電動車両は、走行用電動機と、インバータと、蓄電部と、第２の蓄電装置と、昇圧装置とを備える。インバータは、走行用電動機を駆動する。蓄電部は、インバータに接続される電力線対間に接続される。蓄電部は、複数の第１の蓄電装置と、切替装置とを含む。切替装置は、複数の第１の蓄電装置を電力線対間に並列に接続するか直列に接続するかを切替える。昇圧装置は、電力線対と第２の蓄電装置との間に設けられ、電力線対間の電圧を第２の蓄電装置の電圧以上に昇圧する。そして、蓄電部の最大蓄電容量は、第２の蓄電装置の最大蓄電容量よりも大きい。

好ましくは、第２の蓄電装置の出力可能最大電力は、蓄電部の出力可能最大電力よりも大きい。

好ましくは、電動車両は、制御装置をさらに備える。制御装置は、切替装置による複数の第１の蓄電装置の接続切替に伴なう電力線対間の急峻な電圧変動を抑制するように昇圧装置を制御する。

さらに好ましくは、切替装置により複数の第１の蓄電装置が並列接続から直列接続に切替えられるとき、制御装置は、複数の第１の蓄電装置が直列接続に切替えられる前に、電力線対間の電圧が、複数の第１の蓄電装置が直列接続されたときの電圧レベルになるように、昇圧装置を制御する。

また、好ましくは、切替装置により複数の第１の蓄電装置が直列接続から並列接続に切替えられるとき、制御装置は、複数の第１の蓄電装置が並列接続に切替えられる前に、電力線対間の電圧が、複数の第１の蓄電装置の電圧レベルになるように、昇圧装置を制御する。

好ましくは、走行用電動機に対する要求出力が所定値よりも低いときは、複数の第１の蓄電装置は、切替装置によって電力線対間に互いに並列に接続される。要求出力が所定値を超えると、複数の第１の蓄電装置は、切替装置によって電力線対間に直列に接続される。

好ましくは、電動車両は、充電器をさらに備える。充電器は、電力線対に接続され、蓄電部および第２の蓄電装置を車両外部の電源によって充電する。充電器による蓄電部の充電時、複数の第１の蓄電装置は、切替装置によって電力線対間に互いに並列に接続される。充電器による第２の蓄電装置の充電時、第２の蓄電装置は、昇圧装置を介して充電器により充電される。

好ましくは、電動車両は、第２の蓄電装置を暖機するためのヒータをさらに備える。そして、蓄電部の温度が所定温度よりも低いとき、ヒータは、第２の蓄電装置を暖機する。

この発明においては、蓄電部の最大蓄電容量は、第２の蓄電装置の最大蓄電容量よりも大きい。そして、蓄電部の複数の第１の蓄電装置は、切替装置によって接続状態（並列／直列）を切替可能であるので、複数の第１の蓄電装置を直列接続することによって高出力の要求にも対応可能である。したがって、この発明によれば、航続可能距離の長距離化と高出力化とを両立させることが可能となる。また、この発明によれば、複数の第１の蓄電装置を並列接続することによりインバータのスイッチング損失および電動機の鉄損を低減できるので、走行時の効率が向上し、航続距離の長距離化が可能となる。

この発明の実施の形態１による電動車両の全体構成図である。 蓄電装置の特性を示した図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 制御装置により実行される蓄電部の切替制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。 蓄電部の蓄電装置が並列接続から直列接続に切替えられるときの主要な信号のタイミングチャートである。 蓄電部の蓄電装置が直列接続から並列接続に切替えられるときの主要な信号のタイミングチャートである。 実施の形態２による電動車両の全体構成図である。 図７に示す制御装置の機能ブロック図である。 実施の形態３による電動車両の全体構成図である。

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による電動車両の全体構成図である。図１を参照して、電動車両１０は、代表的にはハイブリッド車両であり、内燃機関（エンジン）と電動機（ＭＧ：Motor Generator）とを搭載し、それぞれからの駆動力を最適な比率に制御して走行する。以下では、電動車両１０が２つのモータジェネレータを備える例について説明するが、１つのモータジェネレータを備える場合でも、３つ以上のモータジェネレータを備える場合でも、本発明を適用可能である。

電動車両１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置２５０と、エンジン２２０と、駆動輪２６０と、インバータ１２０とを備える。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータと、中性点でＹ結線された三相コイルを有するステータとを含む永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクは、動力分割装置２５０を介して駆動輪２６０に伝達され、電動車両１０を走行させる。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、電動車両１０の回生制動時には、駆動輪２６０の回転力によって発電することができる。そして、その発電された電力は、インバータ１２０によって蓄電部１１０の充電電力に変換され、さらにコンバータ１４０によって蓄電装置１３０の充電電力に変換される。

また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割装置２５０を介してエンジン２２０とも結合される。そして、制御装置３００によりモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン２２０が協働的に運転されて必要な車両駆動力が発生される。さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、エンジン２２０の動力を用いて発電が可能であり、この発電された電力を用いて蓄電部１１０および蓄電装置１３０を充電することができる。なお、この実施の形態１においては、モータジェネレータＭＧ２を主として駆動輪２６０を駆動するための電動機として用い、モータジェネレータＭＧ１を主としてエンジン２２０により駆動される発電機として用いるものとする。動力分割装置２５０は、エンジン２２０の動力を、駆動輪２６０とモータジェネレータＭＧ１とに振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリギヤ）を含んで構成される。

電流センサ２３０，２４０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ流れるモータ電流（すなわち、インバータ出力電流）ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２を検出し、その各検出値を制御装置３００へ出力する。なお、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、電流センサ２３０，２４０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のうちの２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。

回転角センサ（たとえば、レゾルバ）２７０，２８０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２をそれぞれ検出し、その各検出値を制御装置３００へ出力する。制御装置３００では、回転角θ１，θ２に基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度および角速度が算出できる。なお、回転角センサ２７０，２８０については、回転角θ１，θ２を制御装置３００にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。

インバータ１２０は、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１間の直流電力と、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２に入出力される交流電力との間で双方向の電力変換を実行する。インバータ１２０は、図示は省略するが、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための第１インバータと、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための第２インバータとを含む。主として、第１インバータは、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、エンジン２２０の出力によってモータジェネレータＭＧ１が発生する交流電力を直流電力に変換し、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１へ供給する。このとき、コンバータ１４０は、降圧回路として動作するように制御装置３００によって制御される。これにより、車両走行中も、エンジン２２０の出力によって蓄電部１１０および蓄電装置１３０を充電できる。

また、第１インバータは、エンジン２２０の始動時には、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、蓄電部１１０および／または蓄電装置１３０からの直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータＭＧ１へ供給する。これにより、エンジン２２０は、モータジェネレータＭＧ１をスタータとして始動することができる。

第２インバータは、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１を介して供給される直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータＭＧ２へ供給する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、電動車両１０の駆動力を発生する。

一方、電動車両１０の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪２６０の減速に伴なって交流電力を発生する。このとき、第２インバータは、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、モータジェネレータＭＧ２が発生する交流電力を直流電力に変換し、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１へ供給する。これにより、減速時や降坂走行時に蓄電部１１０および／または蓄電装置１３０が充電される。

電動車両１０は、さらに、蓄電部１１０と、蓄電装置１３０と、システムメインリレー（ＳＭＲ）１３５と、コンバータ１４０と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２とを備える。また、電動車両１０は、電圧センサ１７０，１８０と、温度センサ１５５と、ヒータ３６０とを備える。蓄電部１１０は、蓄電装置１６０，１６５と、リレーＲＹ１，ＲＹ２と、スイッチＳＷとを含む。ＳＭＲ１３５は、リレーＲＹ３，ＲＹ４を含む。

リレーＲＹ１は、正極線ＨＰＬと蓄電装置１６０の正極端子との間に接続される。スイッチＳＷは、蓄電装置１６０の負極端子に接続される。リレーＲＹ２は、正極線ＨＰＬと蓄電装置１６５の正極端子との間に接続され、蓄電装置１６５の負極端子は、負極線ＮＬ１に接続される。そして、スイッチＳＷは、制御装置３００からの切替指令に従って、蓄電装置１６０の負極端子を、負極線ＮＬ１または蓄電装置１６５の正極端子のいずれかに電気的に接続する。スイッチＳＷにより蓄電装置１６０の負極端子が負極線ＮＬ１に接続されると、蓄電装置１６０，１６５は、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１間において並列接続となる。一方、スイッチＳＷにより蓄電装置１６０の負極端子が蓄電装置１６５の正極端子に接続されると、蓄電装置１６０，１６５は、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１間において直列接続となる。

なお、スイッチＳＷを、蓄電装置１６０の負極端子と負極線ＮＬ１との間に接続されるリレーと、蓄電装置１６０の負極端子と蓄電装置１６５の正極端子との間に接続されるリレーとの２つのリレーによって構成してもよい。

蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５、および蓄電装置１３０は、再充電可能な電力貯蔵要素であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。なお、二次電池に代えて、電気二重層キャパシタなどの電池以外の電力貯蔵要素、あるいは電池以外の電力貯蔵要素とバッテリとの組合せによって、各蓄電装置１６０，１６５，１３０を構成してもよい。

ここで、蓄電部１１０の最大蓄電容量は、蓄電装置１３０の最大蓄電容量よりも大きい。一方、蓄電装置１３０の出力可能最大電力は、蓄電部１１０の出力可能最大電力よりも大きい。一例として、蓄電部１１０を構成する蓄電装置１６０，１６５の各々は、図２に示されるように、「容量型」と呼ばれる、エネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）が相対的に大きい二次電池によって構成される。一方、蓄電装置１３０は、「パワー型」と呼ばれる、出力密度（Ｗ／ｋｇ）が相対的に大きい二次電池によって構成される。なお、パワー型の二次電池は、容量型の二次電池に比べて一般的に高コストである。

再び図１を参照して、コンバータ１４０は、正極線ＨＰＬと蓄電装置１３０に接続される正極線ＰＬ１との間で、双方向の直流電圧変換を実行するように構成される。すなわち、蓄電装置１３０の入出力電圧と、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１間の直流電圧とは、双方向に昇圧または降圧される。

具体的には、コンバータ１４０は、一方端が正極線ＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１の間に直列に接続されるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ逆並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子は、代表的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、もしくはＧＴＯ（Gate Turn Off Thyristor）などが用いられる。なお、この実施の形態１においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴを使用した場合を例として説明する。

リアクトルＬ１の他方端は、スイッチング素子Ｑ１のエミッタおよびスイッチング素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードは、スイッチング素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードは、スイッチング素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードは、スイッチング素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードは、スイッチング素子Ｑ２のエミッタと接続される。そして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、制御装置３００からの制御信号ＰＷＣによってオンまたはオフに制御される。

平滑コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１の間に接続され、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。電圧センサ１７０は、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＬを検出して制御装置３００へ出力する。平滑コンデンサＣ２は、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１の間に接続され、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。電圧センサ１８０は、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨを検出して制御装置３００へ出力する。なお、以下では、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨ（すなわち、インバータ１２０の直流側電圧）を「システム電圧ＶＨ」とも称する。

温度センサ１５５は、蓄電部１１０の温度ＴＢを検出し、その検出値を制御装置３００へ出力する。一方、ヒータ３６０は、蓄電装置１３０を暖機するために設けられる。低温下では、蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５および蓄電装置１３０の充放電特性が低下する。蓄電部１１０は容量が大きいので、蓄電部１１０を暖機するには時間がかかる。そこで、この実施の形態１では、相対的に小型の蓄電装置１３０を暖機するためのヒータ３６０が設けられる。そして、温度センサ１５５の検出値に基づき蓄電部１１０の充放電特性が低下していると判断される場合には、ヒータ３６０により蓄電装置１３０を暖機することによって蓄電装置１３０の充放電特性を早期に回復させ、蓄電部１１０の充放電特性が回復するまで蓄電装置１３０が主体的に用いられる。

制御装置３００は、いずれも図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記
憶装置、および入出力バッファを含み、インバータ１２０およびコンバータ１４０を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

制御装置３００は、電流センサ２３０，２４０によって検出されたモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２の検出値を受ける。また、制御装置３００は、回転角センサ２７０，２８０によって検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２の検出値を受ける。さらに、制御装置３００は、電圧センサ１７０，１８０によって検出された平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧ＶＬ，ＶＨの検出値を受ける。また、さらに、制御装置３００は、いずれも図示しないアクセル開度センサおよび車速センサによってそれぞれ検出されたアクセル開度ＡＣＣおよび車両速度ＳＶの各検出値を受ける。

そして、制御装置３００は、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２、およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２の各検出値に基づいて、インバータ１２０を駆動するための制御信号ＰＷＩを生成してインバータ１２０へ出力する。

また、制御装置３００は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態および各センサの検出値に基づいて、蓄電部１１０のリレーＲＹ１，ＲＹ２およびスイッチＳＷを駆動するための制御信号を生成する。具体的には、制御装置３００は、車両の要求出力が相対的に小さい場合には、リレーＲＹ１，ＲＹ２をともにオンにし、かつ、スイッチＳＷにより蓄電装置１６０の負極が負極線ＮＬ１に電気的に接続されるように、上記制御信号を生成する。これにより、蓄電装置１６０，１６５は、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１間に互いに並列に接続される。また、車両の要求出力が相対的に大きい場合には、制御装置３００は、リレーＲＹ１，ＲＹ２をそれぞれオン，オフにし、かつ、スイッチＳＷにより蓄電装置１６０の負極が蓄電装置１６５の正極に電気的に接続されるように、上記制御信号を生成する。これにより、蓄電装置１６０，１６５は、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１間に直列に接続される。

ここで、制御装置３００は、リレーＲＹ１，ＲＹ２およびスイッチＳＷによる蓄電装置１６０，１６５の接続状態の切替に伴なうシステム電圧ＶＨの急峻な電圧変動を抑制するように、コンバータ１４０を駆動するための制御信号ＰＷＣを生成してコンバータ１４０へ出力する。具体的には、制御装置３００は、蓄電装置１６０，１６５が並列接続から直列接続に切替えられるとき、蓄電装置１６０，１６５が直列接続に切替えられる前に、システム電圧ＶＨが、蓄電装置１６０，１６５が直列接続されたときの電圧レベルになるように、コンバータ１４０を制御する。また、蓄電装置１６０，１６５が直列接続から並列接続に切替えられるときは、制御装置３００は、蓄電装置１６０，１６５が並列接続に切替えられる前に、システム電圧ＶＨが蓄電装置１６０，１６５の電圧レベルになるように、コンバータ１４０を制御する。

また、制御装置３００は、車両の要求出力がさらに増大した場合には、コンバータ１４０に昇圧動作を常時行なわせるための制御信号ＰＷＣを生成してコンバータ１４０へ出力する。これにより、パワー型の蓄電装置１３０から出力される電力をコンバータ１４０により昇圧してインバータ１２０へ供給することができる。

図３は、図１に示した制御装置３００の機能ブロック図である。図３を参照して、制御装置３００は、要求出力算出部３１０と、切替制御部３２０と、インバータ制御部３３０と、コンバータ制御部３４０とを含む。要求出力算出部３１０は、アクセル開度ＡＣＣと、車両速度ＳＶとの各検出値を受ける。そして、要求出力算出部３１０は、これらの各検出値に基づいて、車両に対する要求出力を算出し、その算出値を切替制御部３２０、インバータ制御部３３０およびコンバータ制御部３４０へ出力する。

切替制御部３２０は、要求出力算出部３１０によって算出された要求出力に基づいて、蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５の接続状態を制御する。具体的には、切替制御部３２０は、要求出力が所定のしきい値Ｐ１よりも小さいときは、蓄電装置１６０，１６５が並列接続となるようにリレーＲＹ１，ＲＹ２およびスイッチＳＷの制御信号を生成する。要求出力がしきい値Ｐ１よりも大きいときは、切替制御部３２０は、蓄電装置１６０，１６５が直列接続となるようにリレーＲＹ１，ＲＹ２およびスイッチＳＷの制御信号を生成する。また、切替制御部３２０は、蓄電装置１６０，１６５の接続状態の切替が実施されるとき、その旨をコンバータ制御部３４０へ通知する。

インバータ制御部３３０は、要求出力算出部３１０によって算出された要求出力に基づいて、インバータ１２０を駆動するための制御信号ＰＷＩを生成し、その生成した制御信号ＰＷＩをインバータ１２０へ出力する。

コンバータ制御部３４０は、蓄電装置１６０，１６５の接続状態の切替が実施される旨の通知を切替制御部３２０から受けると、その接続状態の切替実施に伴なうシステム電圧ＶＨの急峻な変動を抑制するように、コンバータ１４０の制御信号ＰＷＣを生成してコンバータ１４０へ出力する。具体的には、蓄電装置１６０，１６５が並列接続から直列接続に切替えられるときは、コンバータ制御部３４０は、その切替が完了する直前に、蓄電装置１６０，１６５が直列接続されたときの電圧レベルにシステム電圧ＶＨが上昇するように、制御信号ＰＷＣを生成する。また、蓄電装置１６０，１６５が直列接続から並列接続に切替えられるときは、コンバータ制御部３４０は、その切替が完了する直前に、蓄電装置１６０，１６５の電圧レベル（たとえば蓄電装置１６０，１６５の電圧の平均値）にシステム電圧ＶＨが低下するように、制御信号ＰＷＣを生成する。

また、コンバータ制御部３４０は、要求出力算出部３１０によって算出された要求出力が所定のしきい値Ｐ２（＞Ｐ１）よりも大きいときは、蓄電装置１３０からコンバータ１４０を介してインバータ１２０へ電力が供給されるように、コンバータ１４０を駆動するための制御信号ＰＷＣを生成してコンバータ１４０へ出力する。

図４は、制御装置３００により実行される蓄電部１１０の切替制御の手順を説明するためのフローチャートである。なお、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繰り返し実行される。

図４を参照して、制御装置３００は、アクセル開度ＡＣＣおよび車両速度ＳＶ等の各検出値に基づいて、車両に対する要求出力を算出する（ステップＳ１０）。次いで、制御装置３００は、算出された要求出力がしきい値Ｐ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０）。なお、このしきい値Ｐ１は、たとえば、蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５を並列接続としたときのシステム電圧ＶＨ下で出力可能な最大パワーに基づいて決定される。

ステップＳ２０において要求出力がしきい値Ｐ１よりも大きいと判定されると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御装置３００は、蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５を直列接続とするように、蓄電部１１０のリレーＲＹ１，ＲＹ２およびスイッチＳＷを制御する（ステップＳ３０）。ここで、蓄電装置１６０，１６５が並列接続であった場合には、並列接続から直列接続に切替える前に、蓄電装置１６０，１６５が直列接続とされたときの電圧レベルにシステム電圧ＶＨがなるように、制御装置３００はコンバータ１４０を制御する。そして、システム電圧ＶＨが、蓄電装置１６０，１６５が直列接続とされたときの電圧レベルまで上昇すると、制御装置３００は、蓄電装置１６０，１６５の接続状態を並列接続から直列接続に切替えるように、蓄電部１１０のリレーＲＹ１，ＲＹ２およびスイッチＳＷを制御する。

一方、ステップＳ２０において要求出力がしきい値Ｐ１以下であると判定されると（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御装置３００は、蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５を並列接続とするように、蓄電部１１０のリレーＲＹ１，ＲＹ２およびスイッチＳＷを制御する（ステップＳ４０）。ここで、蓄電装置１６０，１６５が直列接続であった場合には、直列接続から並列接続に切替える前に、システム電圧ＶＨが蓄電装置１６０，１６５の電圧レベルとなるように、制御装置３００はコンバータ１４０を制御する。そして、システム電圧ＶＨが、蓄電装置１６０，１６５の電圧レベルまで低下すると、制御装置３００は、蓄電装置１６０，１６５の接続状態を直列接続から並列接続に切替えるように、蓄電部１１０のリレーＲＹ１，ＲＹ２およびスイッチＳＷを制御する。

続いて、制御装置３００は、算出された要求出力がしきい値Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５０）。なお、このしきい値Ｐ２は、たとえば、蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５を直列接続としたときのシステム電圧ＶＨ下で出力可能な最大パワーに基づいて決定される。

そして、ステップＳ５０において要求出力がしきい値Ｐ２よりも大きいと判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、制御装置３００は、制御信号ＰＷＣを生成してコンバータ１４０へ出力し、コンバータ１４０を駆動する（ステップＳ６０）。これにより、出力型の蓄電装置１３０からも走行用の電力がインバータ１２０へ供給される。

図５は、蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５が並列接続から直列接続に切替えられるときの主要な信号のタイミングチャートである。図５を参照して、並列接続から直列接続への切替が開始される時刻ｔ１以前は、リレーＲＹ１〜４はいずれもオン（導通）されており、スイッチＳＷにより蓄電装置１６０の負極端子は接点Ｓｐ（負極線ＮＬ１）に接続されている。システム電圧ＶＨは、蓄電装置１６０，１６５の電圧Ｖ１である。

時刻ｔ１において、並列接続から直列接続への切替が開始される。時刻ｔ１において、リレーＲＹ１，ＲＹ２がオフにされる。そして、コンバータ１４０が駆動され、システム電圧ＶＨが電圧Ｖ１から電圧Ｖ２（蓄電装置１６０，１６５の直列電圧）に向けて上昇する。また、リレーＲＹ１，ＲＹ２がオフの間に、スイッチＳＷにより蓄電装置１６０の負極端子の接続先が接点Ｓｐから接点Ｓｓ（蓄電装置１６５の正極側）に切替えられる。

そして、時刻ｔ２において、システム電圧ＶＨが電圧Ｖ２まで上昇すると、リレーＲＹ１のみがオンされる。これにより、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１間に蓄電装置１６０，１６５が直列に接続される。

図６は、蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５が直列接続から並列接続に切替えられるときの主要な信号のタイミングチャートである。図６を参照して、直列接続から並列接続への切替が開始される時刻ｔ３以前は、リレーＲＹ１，ＲＹ３，ＲＹ４はオン（導通）され、かつ、リレーＲＹ２はオフ（非導通）されており、スイッチＳＷにより蓄電装置１６０の負極端子は接点Ｓｓ（蓄電装置１６５の正極側）に接続されている。システム電圧ＶＨは、直列接続された蓄電装置１６０，１６５の電圧Ｖ２である。

時刻ｔ３において、直列接続から並列接続への切替が開始される。時刻ｔ３において、リレーＲＹ１がオフにされる。そして、コンバータ１４０が駆動され、システム電圧ＶＨが電圧Ｖ２から電圧Ｖ１（たとえば蓄電装置１６０，１６５の電圧の平均値）に向けて低下する。また、リレーＲＹ１，ＲＹ２がオフの間に、スイッチＳＷにより蓄電装置１６０の負極端子の接続先が接点Ｓｓから接点Ｓｐ（負極線ＮＬ１）に切替えられる。

そして、時刻ｔ４において、システム電圧ＶＨが電圧Ｖ１まで低下すると、リレーＲＹ１，ＲＹ２がオンされる。これにより、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１間に蓄電装置１６０，１６５が並列に接続される。

以上のように、この実施の形態１においては、蓄電部１１０を容量型の蓄電装置１６０，１６５によって構成するとともに蓄電装置１６０，１６５を並列／直列接続切替可能とし、さらにコンバータ１４０を介してパワー型の蓄電装置１３０が設けられる。これにより、長距離の航続可能距離を確保しつつ、蓄電装置１６０，１６５の直列接続や蓄電装置１３０によるアシストにより高出力化にも対応可能である。したがって、この実施の形態１によれば、航続可能距離の長距離化と高出力化とを両立させることが可能となる。

また、この実施の形態１によれば、蓄電装置１６０，１６５を並列接続することによりインバータ１２０のスイッチング損失およびモータジェネレータの鉄損を低減できるので、走行時の効率が向上し、航続距離の長距離化が可能となる。

さらに、この実施の形態１においては、蓄電装置１６０，１６５の接続切替時に、接続切替に伴なうインバータ１２０の入力電圧の急峻な電圧変動を抑制するようにコンバータ１４０が制御される。これにより、蓄電装置１６０，１６５の接続切替時にモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力を一時的に停止する必要がない。したがって、この実施の形態１によれば、ドライバビリティの悪化を防止することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、車両外部の電源（以下「外部電源」と称する。）から蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５、および蓄電装置１３０を充電可能に構成される（外部電源による蓄電装置１６０，１６５，１３０の充電を以下「外部充電」と称する。）。そして、外部充電時、蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５は並列接続とされる。これにより、外部充電を行なうための充電器の出力電圧を抑えることができ、耐圧や損失を抑えることができる。

図７は、実施の形態２による電動車両の全体構成図である。図７を参照して、この電動車両１０Ａは、図１に示した実施の形態１における電動車両１０の構成において、充電インレット４１０と、充電器４２０とをさらに備え、制御装置３００に代えて制御装置３００Ａを備える。

充電インレット４１０は、外部電源４３０と接続可能に構成され、外部電源４３０から供給される電力を受けて充電器４２０へ出力する。充電器４２０は、正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１に接続され、充電インレット４１０から入力される電力を整流して正極線ＨＰＬおよび負極線ＮＬ１へ出力する。

外部充電の実行時は、蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５は並列接続とされる。したがって、充電器４２０は、充電インレット４１０から入力される電力を蓄電装置１６０，１６５の電圧レベル（たとえば蓄電装置１６０，１６５の電圧の平均値）に電圧変換する。これにより、蓄電装置１６０，１６５が直列接続である場合に比べて充電器４２０の出力電圧を抑制することができる。

また、外部充電時に蓄電装置１３０を充電する場合には、コンバータ１４０が駆動される。そして、充電器４２０からコンバータ１４０を介して蓄電装置１３０へ電力が供給され、蓄電装置１３０が充電される。

制御装置３００Ａは、外部充電時に、蓄電装置１６０，１６５が並列接続となるように蓄電部１１０を制御する。また、制御装置３００Ａは、外部充電時、充電器４２０を駆動するための制御信号を生成し、その生成した制御信号を充電器４２０へ出力する。ここで、制御装置３００Ａは、充電器４２０の出力電圧が蓄電装置１６０，１６５の電圧レベル（たとえば蓄電装置１６０，１６５の電圧の平均値）となるように充電器４２０を制御する。

また、制御装置３００Ａは、外部充電時に蓄電装置１３０も充電するものと判断した場合には（たとえば、蓄電装置１３０の蓄電量が低下しているとき）、充電器４２０からコンバータ１４０を介して蓄電装置１３０へも電力が供給されるようにコンバータ１４０を制御する。

なお、制御装置３００Ａのその他の機能は、実施の形態１における制御装置３００と同じである。

図８は、図７に示した制御装置３００Ａの機能ブロック図である。図８を参照して、この制御装置３００Ａは、図３に示した実施の形態１における制御装置３００の構成において、充電制御部３５０をさらに含み、コンバータ制御部３４０に代えてコンバータ制御部３４０Ａを含む。

充電制御部３５０は、外部電源４３０（図７）による外部充電が要求されると、充電器４２０を駆動するための制御信号を生成し、その生成された制御信号を充電器４２０へ出力する。また、充電制御部３５０は、蓄電装置１３０の蓄電量の低下により外部充電時に蓄電装置１３０も充電するものと判断した場合には、充電器４２０からコンバータ１４０を介して蓄電装置１３０へも給電されるように、コンバータ１４０の駆動要求をコンバータ制御部３４０Ａへ出力する。

コンバータ制御部３４０Ａは、充電制御部３５０からコンバータ１４０の駆動要求を受けると、コンバータ１４０を駆動するための制御信号ＰＷＣを生成してコンバータ１４０へ出力する。コンバータ制御部３４０Ａのその他の機能は、実施の形態１におけるコンバータ制御部３４０と同じである。

以上のように、この実施の形態２においては、外部充電時に、蓄電部１１０の蓄電装置１６０，１６５が並列接続とされる。これにより、外部充電時に、充電器４２０の出力電圧が抑えられる。したがって、この発明によれば、充電器４２０の耐圧や損失を抑えることができる。

また、この実施の形態２によれば、外部充電時に、充電器４２０からコンバータ１４０を介して蓄電装置１３０も充電することができるので、蓄電装置１３０の充電用に別途充電器を設ける必要はない。

［実施の形態３］
図９は、実施の形態３による電動車両の全体構成図である。図９を参照して、この電動車両１０Ｂは、図１に示した実施の形態１による電動車両１０の構成において、蓄電部１１０に代えて蓄電部１１０Ａを備える。蓄電部１１０Ａは、蓄電部１１０の構成において、正極線ＨＰＬおよびリレーＲＹ１間に接続されるスイッチング素子Ｑ３と、正極線ＨＰＬおよびリレーＲＹ２間に接続されるスイッチング素子Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の各々に逆並列に接続されるダイオードとを含む。

スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は、制御装置３００によって制御され、蓄電装置１６０，１６５の接続切替時にオフ状態（非導通）に制御される。これにより、蓄電装置１６０，１６５の接続切替時に正極線ＨＰＬから蓄電部１１０Ａへの電流が遮断されるので、蓄電装置１６０，１６５の接続切替時にコンバータ１４０によってシステム電圧ＶＨを蓄電装置１６０，１６５の電圧に合わせる必要がない。これにより、蓄電装置１６０，１６５の接続切替時にコンバータ１４０によってシステム電圧ＶＨを十分に高めることができ、蓄電装置１６０，１６５の接続切替時にモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力を制限しなければならない事態を回避することができる。なお、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は、回生電力を蓄電装置１６０，１６５に蓄える際にオンとされる。

なお、電動車両１０Ｂのその他の構成は、実施の形態１における電動車両１０と同じである。

以上のように、この実施の形態３によれば、蓄電装置１６０，１６５の接続切替時にモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力を制限しなければならない事態を回避することができる。

なお、上記において、蓄電装置１６０，１６５は、この発明における「複数の第１の蓄電装置」の一実施例に対応し、蓄電装置１３０は、この発明における「第２の蓄電装置」の一実施例に対応する。また、リレーＲＹ１，ＲＹ２およびスイッチＳＷは、この発明における「切替装置」の一実施例を形成し、コンバータ１４０は、この発明における「昇圧装置」の一実施例に対応する。

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。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 電動車両、１１０，１１０Ａ 蓄電部、１２０ インバータ、１３０，１６０，１６５ 蓄電装置、１３５ ＳＭＲ、１４０ コンバータ、１５５ 温度センサ、１７０，１８０ 電圧センサ、２２０ エンジン、２３０，２４０ 電流センサ、２５０ 動力分割装置、２６０ 駆動輪、２７０，２８０ 回転角センサ、３００，３００Ａ 制御装置、３１０ 要求出力算出部、３２０ 切替制御部、３３０ インバータ制御部、３４０ コンバータ制御部、３５０ 充電制御部、３６０ ヒータ、４１０ 充電インレット、４２０ 充電器、４３０ 外部電源、ＲＹ１〜ＲＹ４ リレー、ＳＷ スイッチ、ＰＬ１，ＨＰＬ 正極線、ＮＬ１ 負極線、Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング素子、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ。

Claims (8)

1. 走行用電動機と、
   前記走行用電動機を駆動するインバータと、
   前記インバータに接続される電力線対間に接続される蓄電部とを備え、
   前記蓄電部は、
   複数の第１の蓄電装置と、
   前記複数の第１の蓄電装置を前記電力線対間に並列に接続するか直列に接続するかを切替える切替装置とを含み、さらに
   第２の蓄電装置と、
   前記電力線対と前記第２の蓄電装置との間に設けられ、前記電力線対間の電圧を前記第２の蓄電装置の電圧以上に昇圧する昇圧装置とを備え、
   前記蓄電部の最大蓄電容量は、前記第２の蓄電装置の最大蓄電容量よりも大きい、電動車両。
2. 前記第２の蓄電装置の出力可能最大電力は、前記蓄電部の出力可能最大電力よりも大きい、請求項１に記載の電動車両。
3. 前記切替装置による前記複数の第１の蓄電装置の接続切替に伴なう前記電力線対間の急峻な電圧変動を抑制するように前記昇圧装置を制御する制御装置をさらに備える、請求項１または２に記載の電動車両。
4. 前記切替装置により前記複数の第１の蓄電装置が並列接続から直列接続に切替えられるとき、前記制御装置は、前記複数の第１の蓄電装置が直列接続に切替えられる前に、前記電力線対間の電圧が、前記複数の第１の蓄電装置が直列接続されたときの電圧レベルになるように、前記昇圧装置を制御する、請求項３に記載の電動車両。
5. 前記切替装置により前記複数の第１の蓄電装置が直列接続から並列接続に切替えられるとき、前記制御装置は、前記複数の第１の蓄電装置が並列接続に切替えられる前に、前記電力線対間の電圧が、前記複数の第１の蓄電装置の電圧レベルになるように、前記昇圧装置を制御する、請求項３または４に記載の電動車両。
6. 前記走行用電動機に対する要求出力が所定値よりも低いときは、前記複数の第１の蓄電装置は、前記切替装置によって前記電力線対間に互いに並列に接続され、
   前記要求出力が前記所定値を超えると、前記複数の第１の蓄電装置は、前記切替装置によって前記電力線対間に直列に接続される、請求項１から５のいずれか１項に記載の電動車両。
7. 前記電力線対に接続され、前記蓄電部および前記第２の蓄電装置を車両外部の電源によって充電する充電器をさらに備え、
   前記充電器による前記蓄電部の充電時、前記複数の第１の蓄電装置は、前記切替装置によって前記電力線対間に互いに並列に接続され、
   前記充電器による前記第２の蓄電装置の充電時、前記第２の蓄電装置は、前記昇圧装置を介して前記充電器により充電される、請求項１または２に記載の電動車両。
8. 前記第２の蓄電装置を暖機するためのヒータをさらに備え、
   前記蓄電部の温度が所定温度よりも低いとき、前記ヒータは、前記第２の蓄電装置を暖機する、請求項１または２に記載の電動車両。

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