JP2017041973A - 駆動装置及び輸送機器 - Google Patents

Abstract

【課題】特性の異なる２つの蓄電器を備えたシステムの特長を活かすことができ、かつ、システムの安定性が高い駆動装置を提供すること。【解決手段】駆動装置は、第１蓄電器と、第１蓄電器に比べて、エネルギー重量密度が優れ、かつ、出力重量密度が劣る第２蓄電器と、第１蓄電器の出力電圧を昇圧する昇圧部と、第１蓄電器及び第２蓄電器の少なくとも一方から得られる電力によって駆動する電動機と、第１蓄電器と昇圧部との間に接続された電装部とを備える。昇圧部は、第１蓄電器と電動機又は第２蓄電器との間の電流経路を開閉するスイッチング素子を有する。第２蓄電器の電圧は、電装部の動作保証電圧より高い。【選択図】図２

Description

本発明は、特性の異なる２つの蓄電器、電動機及び電装部を備えた駆動装置及び輸送機器に関する。

図９は、特許文献１に記載の車両の電源システムを示す図である。特許文献１に記載の車両の電源システムは、第１バッテリ５０と、第１バッテリ５０よりも容量が大きくかつ内部抵抗が大きい第２バッテリ６０と、車両外部から電力を受けて第２バッテリ６０に充電を行なう充電装置４５０と、第１バッテリ５０の電力を使用する補機駆動デバイス８００と、充電装置４５０が第２バッテリ６０に充電する電力の一部を第１バッテリ５０に供給することが可能に構成されたコンバータ１０と、充電装置４５０によって第２バッテリ６０の充電を行なう場合において補機駆動デバイス８００が運転されるときには、第１バッテリ５０の充電状態が目標値に維持されるように、充電装置４５０及びコンバータ１０を制御する制御装置１００とを備える。なお、第１バッテリ５０は、好ましくは、第２バッテリ６０よりも出力密度が高い高出力型バッテリであり、第２バッテリ６０は、好ましくは、第１バッテリ５０よりも容量密度が高容量型バッテリである。また、第２バッテリ６０の電圧は、好ましくは、第１バッテリ５０の電圧よりも高い。当該電源システムは、コンバータ１０又は電気負荷（インバータ８および第２ＭＧ５）側から第２バッテリ６０への電力供給を抑制するダイオードＤ３をさらに備える。

特開２０１４−１４３８１７号公報

上記説明した特許文献１に記載の電源システムのように、特性の異なる２つの蓄電器を備えたシステムにおいては、一般的に２つの蓄電器の電圧が大きく異なるため、回路上の各電装品の接続位置及び電圧を適切に設定しないと、１つの電装品の起電圧や耐電圧に他の電装品が制限され、コストの増加や機能の制限等が生じ、当該システムの特長を活かすことができない。なお、特許文献１の電源システムでは、補機駆動デバイス８００は第１バッテリ５０の電力を使用するが、補機駆動デバイス８００の定格電圧については示されていない。

なお、特許文献１に記載の電源システムのように、特性の異なる２つの蓄電器を備えたシステムにおいては、コンバータ１０を制御して第１バッテリ５０が放電する電力を昇圧してモータジェネレータ３，５への放電を行う。併せて、コンバータ１０を制御してモータジェネレータ３，５や第２バッテリ６０から供給される電力を降圧して第１バッテリ５０の充電を行う。

このように、特許文献１に記載の電源システムのように、特性の異なる２つの蓄電器を備えたシステムにおいては、少なくとも一方の蓄電器に入出力される電力を昇降圧するコンバータ１０が必要である。しかし、２つのバッテリ５０，６０の蓄電量の関係又はコンバータ１０の性能によっては、上述した充放電に係る制御が破綻する畏れがある。従って、２つのバッテリ５０，６０の蓄電量を調整可能な手段（充電ルート）が豊富であればある程、システムの安定性を担保できる。

このような充電ルートという観点から、特許文献１に記載の電源システムを評価すると以下の４個のみとなり、システムの安定性の向上のため、より多くの充電ルートを備えた電源システムが求められている。

１）充電装置４５０によるコンバータ１０を介さない第２バッテリ６０の充電
２）充電装置４５０によるコンバータ１０を介した第１バッテリ５０の充電
３）モータジェネレータ３，５の回生電力による第１バッテリ５０の充電
４）第２バッテリ６０から第１バッテリ５０への電力融通による第１バッテリ５０の充電

本発明の目的は、特性の異なる２つの蓄電器を備えたシステムの特長を活かすことができ、かつ、システムの安定性が高い駆動装置及び輸送機器を提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第１蓄電器に比べて、エネルギー重量密度が優れ、かつ、出力重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器の出力電圧を昇圧する昇圧部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０１）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から得られる電力によって駆動する電動機（例えば、後述の実施形態でのモータジェネレータＭＧ）と、
前記第１蓄電器と前記昇圧部との間に接続された電装部（例えば、後述の実施形態での電装部１１３）と、を備え、
前記昇圧部は、前記第１蓄電器と前記電動機又は前記第２蓄電器との間の電流経路を開閉するスイッチング素子（例えば、後述の実施形態でのスイッチング素子Ｑ１）を有し、
前記第２蓄電器の電圧は、前記電装部の動作保証電圧より高い、駆動装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記スイッチング素子は、前記第１蓄電器と前記電動機との間の電流経路を開閉し、
前記電装部は、前記動作保証電圧より高い耐電圧を有し、
前記電動機の最大の回転数で生じる逆起電圧は、前記耐電圧より高い。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、
前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の充電の制御を行う制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１１）を備え、
前記第２蓄電器の電圧は、前記第１蓄電器の電圧より高く、
前記制御部は、前記第１蓄電器と前記第２蓄電器との間で電力を融通する、第１態様の制御を行う。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記制御部は、前記昇圧部を介して前記第１蓄電器から前記第２蓄電器へ電力を供給する制御を行う。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、
前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の充電の制御を行う制御部を備え、
前記電装部は、前記第１蓄電器及び前記昇圧部と接続された第１充電器（例えば、後述の実施形態での普通充電器）を含み、
前記制御部は、前記昇圧部を介さずに、前記第１充電器から得られた電力によって前記第１蓄電器を充電する、第２態様の制御を行う。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記制御部は、前記昇圧部を介して、前記第１充電器から得られた電力によって前記第２蓄電器を充電する、第３態様の制御を行う。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の発明において、
前記電装部は、前記第１蓄電器を加温する発熱部（例えば、後述の実施形態でのヒータ）を含む。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の発明において、
前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の充電の制御を行う制御部を備え、
前記第２蓄電器と並列に接続され、前記第２蓄電器の電圧に対応した第２充電器（例えば、後述の実施形態での急速充電器１１５）を備え、
前記制御部は、前記第２充電器から得られた電力によって前記第２蓄電器を充電する、第４態様の制御を行う。

請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動装置を有する、輸送機器である。

請求項１の発明及び請求項９の発明によれば、昇圧部が有するスイッチング素子が第１蓄電器と第２蓄電器との間の電流経路を開くことによって、第２蓄電器の電圧は電装部に印加されないため、第２蓄電器の電圧を電装部の動作保証電圧よりも高く設定することができる。すなわち、第２蓄電器の電圧と電装部の動作保証電圧は、それぞれ独立して設定することができる。したがって、第２蓄電器を積み増して第２蓄電器の電圧が高くなっても、動作保証電圧の異なる別の電装部に交換する必要はない。このように、特性の異なる２つの蓄電器を備えたシステムの特長を活かすことができるため、要求性能が異なる様々な車両に本発明に係る駆動装置を適用することができる。さらに、電装部に過剰な耐圧性能が要求されないため、電装部のコストダウン、並びに、小型化と軽量化を図ることができる。

請求項２の発明によれば、昇圧部が有するスイッチング素子が第１蓄電器と電動機との間の電流経路を開くことによって、電動機の最大の回転数で生じる逆起電圧は電装部に印加されないため、電装部の耐電圧を電動機の最大の回転数で生じる逆起電圧よりも低く設定することができる。このように、電装部の耐電圧と電動機で生じる逆起電圧とはそれぞれ独立して設定することができるため、本発明に係る駆動装置の設計段階において電動機を選択する際の自由度が増す。さらに、電装部に過剰な耐圧性能が要求されないため、電装部のコストダウン、並びに、小型化と軽量化をより一層に図ることができる。

請求項３の発明及び請求項４の発明によれば、各蓄電器間における電力の融通という充電ルートを確保でき、各蓄電器の残容量を調整することができる。

請求項５の発明によれば、第１充電器による昇圧部を介さない第１蓄電器の充電という充電ルートを増やすことができ、昇圧部でのエネルギー損失なく、第１蓄電器を効率よく充電できる。

請求項６の発明によれば、第１充電器による昇圧部を介した第２蓄電器の充電という充電ルートをさらに増やすことができ、昇圧部を介せば第１充電器から得られた電力によって第２蓄電器を充電することもできるため、第１充電器によって第１蓄電器及び第２蓄電器の双方を充電することができる。

請求項７の発明によれば、第１蓄電器と昇圧部との間に発熱部が接続されているため、昇圧部を動作させることなく第１蓄電器を加温することができる。すなわち、効率よく発熱部を駆動することができる。

請求項８の発明によれば、第２充電器による第２蓄電器の充電という蓄電器の残容量の調整手段を豊富に設けることができ、第２蓄電器の電圧に対応した第２充電器から得られた電力によって第２蓄電器を充電することができるため、第２蓄電器を効率よく充電できる。

電動車両の内部構成を示すブロック図である。 高容量型バッテリ、高出力型バッテリ、ＶＣＵ、ＰＤＵ、モータジェネレータ、電装部及び急速充電器の関係を示す電気回路図である。 高容量型バッテリと高出力型バッテリとの間で電力を融通する際の電流の流れを示す図である。 電装部に含まれる普通充電器を用いて高出力型バッテリを充電する際の電流の流れを示す図である。 電装部に含まれる普通充電器を用いて高容量型バッテリを充電する際の電流の流れを示す図である。 急速充電器を用いて高容量型バッテリを充電する際の電流の流れを示す図である。 モータジェネレータからの回生電力によって高容量型バッテリを充電する際の電流の流れを示す図である。 モータジェネレータからの回生電力によって高出力型バッテリを充電する際の電流の流れを示す図である。 特許文献１に記載の車両の電源システムを示す図である。 急速充電器を用いて高出力型バッテリを充電する際の電流の流れを示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、電動車両の内部構成を示すブロック図である。図１に示す１ＭＯＴ型の電動車両は、モータジェネレータＭＧと、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと、高出力型バッテリＥＳ−Ｐと、ＶＣＵ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０１と、ＰＤＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｄｒｉｖｅ Ｕｎｉｔ）１０３と、Ｖ２センサ１０５と、Ｖ１センサ１０７と、スイッチ群１０９と、ＥＣＵ１１１と、電装部１１３と、急速充電器１１５とを備える。なお、図１中の太い実線は機械連結を示し、二重点線は電力配線を示し、細い実線は制御信号を示す。

モータジェネレータＭＧは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの少なくとも一方から得られる電力によって駆動して、電動車両が走行するための動力を発生する。モータジェネレータＭＧで発生したトルクは、変速段又は固定段を含むギヤボックスＧＢ及び減速機Ｄを介して駆動輪Ｗに伝達される。また、モータジェネレータＭＧは、電動車両の減速時には発電機として動作して、電動車両の制動力を出力する。なお、モータジェネレータＭＧを発電機として動作させることで生じた回生電力は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐのいずれかに蓄えられる。

高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、モータジェネレータＭＧに高電圧の電力を供給する。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐも、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、ＶＣＵ１０１を介してモータジェネレータＭＧに高電圧の電力を供給する。高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、ＶＣＵ１０１を介して、ＰＤＵ１０３に対して高容量型バッテリＥＳ−Ｅと並列に接続されている。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧よりも低い。したがって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電力は、ＶＣＵ１０１によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧と同レベルまで昇圧された後、ＰＤＵ１０３を介してモータジェネレータＭＧに供給される。

なお、高容量型バッテリＥＳ−Ｅや高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、前述したニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池や、電池外部より活物質の供給を必要とする燃料電池や空気電池に限定される訳ではない。例えば、蓄電容量が少ないものの、短時間に大量の電力を充放電可能なコンデンサやキャパシタを高出力型バッテリＥＳ−Ｐとして用いても構わない。

また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの特性と高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性は互いに異なる。高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐよりも、出力重量密度は低いが、エネルギー重量密度は高い。一方、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅよりも、エネルギー重量密度は低いが、出力重量密度は高い。このように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、エネルギー重量密度の点で相対的に優れ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、出力重量密度の点で相対的に優れる。なお、エネルギー重量密度とは、単位重量あたりの電力量（Ｗｈ／ｋｇ）であり、出力重量密度とは、単位重量あたりの電力（Ｗ／ｋｇ）である。したがって、エネルギー重量密度が優れている高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、高容量を主目的とした蓄電器であり、出力重量密度が優れている高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高出力を主目的とした蓄電器である。

このような高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性の違いは、例えば電極や活物質、電解室といった電池の構成要素の構造や材質等により定まる種々のパラメータに起因するものである。例えば、充放電可能な電気の総量を示すパラメータである蓄電容量は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐより高容量型バッテリＥＳ−Ｅの方が優れる、一方、充放電に対する劣化耐性を示すパラメータであるレート特性や充放電に対する電気抵抗値を示すパラメータである内部抵抗（インピーダンス）は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅより高出力型バッテリＥＳ−Ｐの方が優れる。

ＶＣＵ１０１は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電圧を直流のまま昇圧する。また、ＶＣＵ１０１は、電動車両の減速時にモータジェネレータＭＧが発電して直流に変換された電力を降圧する。さらに、ＶＣＵ１０１は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが出力した電力を降圧する。ＶＣＵ１０１によって降圧された電力は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに充電される。図２は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ、ＶＣＵ１０１、ＰＤＵ１０３及びモータジェネレータＭＧの関係を示す電気回路図である。図２に示すように、ＶＣＵ１０１は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖ１を入力電圧として２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフ切換動作することによって、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖ２と同レベルまで昇圧する。なお、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフ切換動作せずに、エミッタがリアクトルＬに接続されたスイッチング素子Ｑ１をオフ状態とすることによって、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＶ２電圧レベル系統と高出力型バッテリＥＳ−ＰのＶ１電圧レベル系統とを分断することができる。

ＰＤＵ１０３は、直流電圧を交流電圧に変換して３相電流をモータジェネレータＭＧに供給する。また、ＰＤＵ１０３は、電動車両の減速時にモータジェネレータＭＧが発電した交流電圧を直流電圧に変換する。

Ｖ２センサ１０５は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖ２を検出する。なお、Ｖ２センサ１０５が検出した電圧Ｖ２は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖ１をＶＣＵ１０１が昇圧した値に等しい。Ｖ２センサ１０５が検出した電圧Ｖ２を示す信号はＥＣＵ１１１に送られる。Ｖ１センサ１０７は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖ１を検出する。Ｖ１センサ１０７が検出した電圧Ｖ１を示す信号はＥＣＵ１１１に送られる。

スイッチ群１０９は、ジャンクションボックスＪＢ内に設けられた、高容量型バッテリＥＳ−ＥからＰＤＵ１０３までの電流経路を断接するスイッチＳＷｅと、高出力型バッテリＥＳ−ＰからＶＣＵ１０１までの電流経路を断接するスイッチＳＷｐとを有する。各スイッチＳＷｅ，ＳＷｐは、ＥＣＵによるバッテリの選択結果に応じてオン又はオフされる。

ＥＣＵ１１１は、ＶＣＵ１０１及びＰＤＵ１０３の制御、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ及び高容量型バッテリＥＳ−Ｅ並びにモータジェネレータＭＧの間における充放電の制御、さらに、スイッチ群１０９のオンオフ制御を行う。ＥＣＵ１１１の詳細については後述する。

電装部１１３は、高出力型バッテリＥＳ−ＰとＶＣＵ１０１との間に設けられたジャンクションボックスＪＢを介して、高出力型バッテリＥＳ−ＰとＶＣＵ１０１との間に接続されている。電装部１１３は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ及びＶＣＵ１０１と並列に接続された普通充電器、高出力型バッテリＥＳ−Ｐを加温するヒータ、及びエアコンディショナーと低圧補器類のためのＤＣ／ＤＣコンバータを含む。なお、エアコンディショナーは電動コンプレッサと水加熱ヒータから主に構成される。普通充電器は、商用電源等の外部からの交流電力を高出力型バッテリＥＳ−ＰのＶ１電圧レベルの直流電力に変換する。また、ヒータは、高出力型バッテリＥＳ−ＰとＶＣＵ１０１との間に接続されているため、ＶＣＵ１０１を動作させることなく効率よく高出力型バッテリＥＳ−Ｐを加温する。

急速充電器１１５は、高容量型バッテリＥＳ−ＥとＰＤＵ１０３との間に設けられたジャンクションボックスＪＢを介して、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと並列に接続されている。急速充電器１１５は、商用電源等の外部からの交流電力を高容量型バッテリＥＳ−ＥのＶ２電圧レベルの直流電力に変換する。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐと同様に高容量型バッテリＥＳ−Ｅを加温するヒータを、ジャンクションボックスＪＢに接続して、設けても良い。

以上説明した本実施形態の電動車両の構成によれば、ＶＣＵ１０１が昇圧動作を行う際に交互にスイッチング動作を行うスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のうち、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態とすることによって、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＶ２電圧レベル系統と高出力型バッテリＥＳ−ＰのＶ１電圧レベル系統とを分断することができる。当該分断を行えば、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＶ２電圧は電装部１１３に印加されないため、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＶ２電圧を電装部１１３の動作保証電圧よりも高く設定することができる。すなわち、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＶ２電圧と電装部１１３の動作保証電圧は、それぞれ独立して設定することができる。したがって、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの蓄電セルを積み増して高容量型バッテリＥＳ−ＥのＶ２電圧が高くなっても、電装部１１３を動作保証電圧の異なる別の電装部に交換する必要はない。このように、特性の異なる２つのバッテリを備えたシステムの特長を活かすことができるため、本実施形態の電動車両は、要求性能が異なる様々な車両に適用することができる。さらに、電装部１１３に過剰な耐圧性能が要求されないため、電装部１１３のコストダウン、並びに、小型化と軽量化を図ることができる。

また、ＶＣＵ１０１のスイッチング素子Ｑ１をオフ状態とすることによって、モータジェネレータＭＧの最大の回転数で生じる逆起電圧は電装部１１３に印加されないため、電装部１１３の耐電圧をモータジェネレータＭＧの最大の回転数で生じる逆起電圧よりも低く設定することができる。このように、電装部１１３の耐電圧とモータジェネレータＭＧで生じる逆起電圧とはそれぞれ独立して設定することができるため、電動車両の設計段階においてモータジェネレータＭＧを選択する際の自由度が増す。さらに、電装部１１３に過剰な耐圧性能が要求されないため、電装部１１３のコストダウン、並びに、小型化と軽量化をより一層に図ることができる。

次に、本実施形態の電動車両における高容量型バッテリＥＳ−Ｅ又は高出力型バッテリＥＳ−Ｐの充電制御について、図３〜図９を参照して説明する。

図３は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐとの間で電力を融通する際の電流の流れを示す図である。図３に示すように、一方のバッテリの電力によって他方のバッテリを充電する際にはＶＣＵ１０１を介して電力の授受が行われるため、ＥＣＵ１１１は、スイッチＳＷｅ，ＳＷｐを共にオン状態とし、前記一方のバッテリから得られた電圧の昇圧又は降圧を行うようＶＣＵ１０１の制御を行い、ＰＤＵ１０３は動作させない。この充電態様によれば、各バッテリの残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を調整することができる。

なお、特許文献１に記載の電源システムにおいても第２バッテリ６０から第１バッテリ５０への電力の融通は可能である。しかし、第２バッテリ６０からモータジェネレータ３，５への向きを順方向とするダイオードＤ３が設けられているため、第１バッテリ５０から第２バッテリ６０への電力の融通は不可能である。よって、特許文献１に記載の電源システムと比較して、本実施形態の電動車両は充電ルートを豊富に備えるため、システムの安定性が高い。

図４は、電装部１１３に含まれる普通充電器を用いて高出力型バッテリＥＳ−Ｐを充電する際の電流の流れを示す図である。図４に示すように、電装部１１３に含まれる普通充電器を用いて高出力型バッテリＥＳ−Ｐを充電する際には、ＥＣＵ１１１は、スイッチＳＷｅをオフ状態、スイッチＳＷｐをオン状態とし、ＶＣＵ１０１及びＰＤＵ１０３は動作させない。この充電態様によれば、ＶＣＵ１０１でのエネルギー損失なく、高出力型バッテリＥＳ−Ｐを効率よく充電できる。

図５は、電装部１１３に含まれる普通充電器を用いて高容量型バッテリＥＳ−Ｅを充電する際の電流の流れを示す図である。図５に示すように、電装部１１３に含まれる普通充電器を用いて高容量型バッテリＥＳ−Ｅを充電する際には、ＥＣＵ１１１は、スイッチＳＷｅをオン状態、スイッチＳＷｐをオフ状態とし、普通充電器から得られた電圧の昇圧を行うようＶＣＵ１０１の制御を行い、ＰＤＵ１０３は動作させない。この充電態様によれば、ＶＣＵ１０１を介せば普通充電器から得られた電力によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅを充電することもできるため、普通充電器によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅも充電することができる。

図６は、急速充電器１１５を用いて高容量型バッテリＥＳ−Ｅを充電する際の電流の流れを示す図である。周知の通り、急速充電器１１５は普通充電器に比べて高電圧・大電流で充電を行う。図６に示すように、急速充電器１１５を用いて高容量型バッテリＥＳ−Ｅを充電する際には、ＥＣＵ１１１は、スイッチＳＷｅをオン状態、スイッチＳＷｐをオフ状態とし、ＶＣＵ１０１及びＰＤＵ１０３は動作させない。この充電態様によれば、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＶ２電圧に対応した急速充電器１１５から得られた電力によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅを充電することができるため、高容量型バッテリＥＳ−Ｅを効率よく充電できる。

図１０は、急速充電器１１５を用いて高出力型バッテリＥＳ−Ｐを充電する際の電流の流れを示す図である。周知の通り、急速充電器１１５は普通充電器に比べて高電圧・大電流で充電を行う。図１０に示すように、急速充電器１１５を用いて高出力型バッテリＥＳ−Ｐを充電する際には、ＥＣＵ１１１は、スイッチＳＷｅをオフ状態、スイッチＳＷｐをオン状態とし、急速充電器１１５から得られた電圧の降圧を行うようＶＣＵ１０１の制御を行い、ＰＤＵ１０３は動作させない。この充電態様によれば、ＶＣＵ１０１を介せば急速充電器１１５から得られた電力によって高出力型バッテリＥＳ−Ｐを充電することもできるため、急速充電器１１５によって高出力型バッテリＥＳ−Ｐも充電することができる。

なお、この急速充電器１１５を用いた高出力型バッテリＥＳ−Ｐの充電を行うためには、急速充電器１１５が出力する高電圧・大電流にＶＣＵ１０１が対応している必要がある。高電圧・大電流に対応したＶＣＵ１０１は、コスト増かつ重量増の要因になる。従って、システム全体のコスト及び重量の削減を図る場合には、図１０に示した充電ルートを設けないことにより、ＶＣＵ１０１のコスト及び重量を抑えてもよい。すなわち、図１０に示した充電ルートは、電動車両の設計段階により選択的に採用又は不採用とすることができる。

図７は、モータジェネレータＭＧからの回生電力によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅを充電する際の電流の流れを示す図である。図７に示すように、電動車両の減速時等にモータジェネレータＭＧが発生した回生電力によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅを充電する際には、ＥＣＵ１１１は、スイッチＳＷｅをオン状態、スイッチＳＷｐをオン状態とし、モータジェネレータＭＧから得られた交流電圧を直流電圧に変換するようＰＤＵ１０３を制御し、ＶＣＵ１０１は動作させない。この充電態様によれば、ＶＣＵ１０１でのエネルギー損失なく、高容量型バッテリＥＳ−Ｅを効率よく充電できる。

なお、特許文献１に記載の電源システムにおいては、第２バッテリ６０からモータジェネレータ３，５への向きを順方向とするダイオードＤ３が設けられているため、モータジェネレータ３，５が発生した回生電力による第１バッテリ５０の充電は不可能である。よって、特許文献１に記載の電源システムと比較して、本実施形態の電動車両は充電ルートを豊富に備えるため、システムの安定性が高い。

図８は、モータジェネレータＭＧからの回生電力によって高出力型バッテリＥＳ−Ｐを充電する際の電流の流れを示す図である。図８に示すように、電動車両の減速時等にモータジェネレータＭＧが発生した回生電力によって高出力型バッテリＥＳ−Ｐを充電する際には、ＥＣＵ１１１は、スイッチＳＷｅをオフ状態、スイッチＳＷｐをオン状態とし、モータジェネレータＭＧから得られた交流電圧を直流電圧に変換するようＰＤＵ１０３を制御し、ＰＤＵ１０３によって変換された直流電圧の降圧を行うようＶＣＵ１０１の制御を行う。この充電態様によれば、ＶＣＵ１０１を介せば回生電力によって高出力型バッテリＥＳ−Ｐを充電することもできるため、回生時に高出力型バッテリＥＳ−Ｐも充電することができる。

本実施形態の電動車両のように、特性の異なる２つのバッテリを備えたシステムでは、各バッテリの残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に基づいてエネルギーマネジメントが行われる。このため、各バッテリのＳＯＣを調整可能な充電ルートが多いほどシステムの安定性は向上し、当該システムの特長を活かすことができる。図３〜図８及び図１０に示した本実施形態で利用可能な充電ルートを整理すると以下の８つとなる。

１）図３に示した高容量型バッテリＥＳ−Ｅから高出力型バッテリＥＳ−Ｐへの電力融通
２）図３に示した高出力型バッテリＥＳ−Ｐから高容量型バッテリＥＳ−Ｅへの電力融通
３）図４に示した普通充電器によるＶＣＵ１０１を介さない高出力型バッテリＥＳ−Ｐへの充電
４）図５に示した普通充電器によるＶＣＵ１０１を介した高容量型バッテリＥＳ−Ｓへの充電
５）図６に示した急速充電器１１５によるＶＣＵ１０１を介さない高容量型バッテリＥＳ−Ｅの充電
６）図１０に示した急速充電器１１５によるＶＣＵ１０１を介した高出力型バッテリＥＳ−Ｐの充電
７）図７に示したモータジェネレータＭＧが発生した回生電力による高容量型バッテリＥＳ−Ｅの充電
８）図８に示したモータジェネレータＭＧが発生した回生電力による高出力型バッテリＥＳ−Ｐの充電

また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの充電ルートは４つあり、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの充電ルートは４つであるため、各バッテリの充電機会に偏りがなく、システムの安定性がさらに向上する。

なお、上記説明した特許文献１に記載の電源システムでは、第２バッテリ６０の充電は、充電装置４５０によって車両外部からの電力によって行われ、第１バッテリ５０の充電は、第２バッテリ６０から供給される電力、充電装置４５０が第２バッテリ６０に充電する電力の一部又は電力回生時に発生したコンバータ１０を介した電力によって行われるため、充電ルートは以下の４つである。

１）充電装置４５０によるコンバータ１０を介さない第２バッテリ６０の充電
２）充電装置４５０によるコンバータ１０を介した第１バッテリ５０の充電
３）モータジェネレータ３，５の回生電力による第１バッテリ５０の充電
４）第２バッテリ６０から第１バッテリ５０への電力融通による第１バッテリ５０の充電

また、第１バッテリ５０の充電ルートは３つであるが、第２バッテリ６０の充電ルートは１つのみである。よって、システムの安定性が本実施形態と比較して大きく劣る。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記説明した電動車両は、１ＭＯＴ型のＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）であるが、複数のモータジェネレータを搭載したＥＶであっても、少なくとも１つのモータジェネレータと共に内燃機関を搭載したＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）であっても、ＦＣＶ（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）であっても良い。

１０１ ＶＣＵ
１０３ ＰＤＵ
１０５ Ｖ２センサ
１０７ Ｖ１センサ
１０９ スイッチ群
１１１ ＥＣＵ
１１３ 電装部
１１５ 急速充電器
ＥＳ−Ｅ 高容量型バッテリ
ＥＳ−Ｐ 高出力型バッテリ
ＭＧ モータジェネレータ
ＳＷｅ，ＳＷｐ スイッチ

Claims (9)

1. 第１蓄電器と、
   前記第１蓄電器に比べて、エネルギー重量密度が優れ、かつ、出力重量密度が劣る第２蓄電器と、
   前記第１蓄電器の出力電圧を昇圧する昇圧部と、
   前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から得られる電力によって駆動する電動機と、
   前記第１蓄電器と前記昇圧部との間に接続された電装部と、を備え、
   前記昇圧部は、前記第１蓄電器と前記電動機又は前記第２蓄電器との間の電流経路を開閉するスイッチング素子を有し、
   前記第２蓄電器の電圧は、前記電装部の動作保証電圧より高い、駆動装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置であって、
   前記スイッチング素子は、前記第１蓄電器と前記電動機との間の電流経路を開閉し、
   前記電装部は、前記動作保証電圧より高い耐電圧を有し、
   前記電動機の最大の回転数で生じる逆起電圧は、前記耐電圧より高い、駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の駆動装置であって、
   前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の充電の制御を行う制御部を備え、
   前記第２蓄電器の電圧は、前記第１蓄電器の電圧より高く、
   前記制御部は、前記第１蓄電器と前記第２蓄電器との間で電力を融通する、第１態様の制御を行う、駆動装置。
4. 請求項３に記載の駆動装置であって、
   前記制御部は、前記昇圧部を介して前記第１蓄電器から前記第２蓄電器へ電力を供給する制御を行う、駆動装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
   前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の充電の制御を行う制御部を備え、
   前記電装部は、前記第１蓄電器及び前記昇圧部と接続された第１充電器を含み、
   前記制御部は、前記昇圧部を介さずに、前記第１充電器から得られた電力によって前記第１蓄電器を充電する、第２態様の制御を行う、駆動装置。
6. 請求項５に記載の駆動装置であって、
   前記制御部は、前記昇圧部を介して、前記第１充電器から得られた電力によって前記第２蓄電器を充電する、第３態様の制御を行う、駆動装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
   前記電装部は、前記第１蓄電器を加温する発熱部を含む、駆動装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
   前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の充電の制御を行う制御部を備え、
   前記第２蓄電器と並列に接続され、前記第２蓄電器の電圧に対応した第２充電器を備え、
   前記制御部は、前記第２充電器から得られた電力によって前記第２蓄電器を充電する、第４態様の制御を行う、駆動装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動装置を有する、輸送機器。

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