JP2020198714A - 車両駆動装置 - Google Patents

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晶博 古川
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Haruhiro Hirano
晴洋 平野
英樹 佐内
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英樹 佐内
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Abstract

【課題】軽量で且つ簡易な構成で少なくとも３つの電源電圧を供給する車両駆動装置を提供する。【解決手段】車両駆動装置１０は、主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０と、バッテリ１８と、バッテリ１８に直列接続されたキャパシタ２２と、バッテリ１８とキャパシタ２２の合計電圧を供給する第１電力ライン５ａと、バッテリ電圧を供給する第２電力ライン５ｂと、セル電圧を供給する第３電力ライン５ｃと、を備え、第１電力ライン５ａ、第２電力ライン５ｂ、及び第３電力ライン５ｃは、セル電圧よりもバッテリ電圧の方が大きく、バッテリ電圧よりも合計電圧の方が大きいように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、車両駆動装置に関し、特に、大きさの異なる少なくとも３つの電源電圧を供給して車両を駆動するための車両駆動装置に関する。
特開２０１８−２６９７３号公報（特許文献１）には、車両用電源装置が記載されている。この車両用電源装置は、車両の駆動システム（モータを含む）へ高圧電源（３６Ｖ）を提供し、電気負荷へ低圧電源（１２Ｖ）を提供するようになっている。この車両用電源装置は、１２個の蓄電素子が直列に接続されている。各蓄電素子は、３Ｖのリチウムイオン電池である。高圧電源は、この直列回路により提供される。また、１２個のうちスイッチにより選択された４個の蓄電素子の直列回路により低圧電源が提供される。この車両用電源装置では、低圧電源を提供するために、高圧電源を降圧変換する必要がないため、降圧変換に伴う電力損失を低減することが可能である。
特開２０１８−２６９７３号公報
しかしながら、特許文献１の車両用電源装置は、単に２つの電源電圧を供給するだけであり、高圧電源よりも高圧な電源を必要とする負荷には、電力供給することができない。特許文献１によれば、より高圧な電源を供給するには、蓄電素子の数を増やすか、または、高価なＤＣ／ＤＣコンバータを付加的に設ける必要がある。そして、このように改変すると、車両の重量増やコスト増という問題が生じる。
従って、本発明は、軽量で且つ簡易な構成で少なくとも３つの電源電圧を供給する車両駆動装置を提供することを目的としている。
上述した課題を解決するために、本発明は、車両に搭載された車両駆動装置であって、車両を駆動するための第１の車両駆動モータ及び第２の車両駆動モータと、直列接続された複数のバッテリセルを含むバッテリと、バッテリに直列接続されたキャパシタと、バッテリにより供給されるバッテリ電圧とキャパシタにより供給されるキャパシタ電圧の合計電圧を第１の車両駆動モータに供給する第１電力ラインと、バッテリ電圧を第２の車両駆動モータに供給する第２電力ラインと、複数のバッテリセルの一部のバッテリセルによるセル電圧を車両の車載電気機器へ供給する第３電力ラインと、を備え、第１電力ライン、第２電力ライン、及び第３電力ラインは、セル電圧よりもバッテリ電圧の方が大きく、バッテリ電圧よりも合計電圧の方が大きいように構成されていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、電源がバッテリとキャパシタの直列接続を備えており、キャパシタに接続された第１電力ラインと、バッテリに接続された第２電力ラインと、バッテリの一部のバッテリセルにより供給される第３電力ラインとを備えている。第２電力ラインは、バッテリにより直接提供され、第３電力ラインは、バッテリの一部のバッテリセルにより直接提供される。さらに、第１電力ラインは、バッテリとキャパシタの合計電圧により提供される。このように、本発明では、ＤＣ／ＤＣコンバータを設ける必要がなく、容易且つ簡易な構成で３つの電源電圧を供給することができる。
本発明において、好ましくは、第１の車両駆動モータは、車両の車輪に搭載されたインホイールモータである。このように構成された本発明によれば、第１の車両駆動モータを、バッテリとキャパシタの合計電圧による高電圧で作動させることができる。このように、本発明では、バッテリ電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧して高電圧を得る必要がない。
本発明において、好ましくは、第２の車両駆動モータは、車両の車体に搭載され、動力伝達機構を介して駆動力を前記車両の車輪に提供する。このように構成された本発明によれば、第２の車両駆動モータを、キャパシタよりも電源としての容量を大きく設計し易いバッテリで作動させることができる。
本発明において、好ましくは、第３電力ラインは、アクセサリ電源である。このように構成された本発明によれば、バッテリの一部のバッテリセルにより提供されるセル電圧をアクセサリ電源として用いることができる。このように、本発明では、バッテリ電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで降圧して低電圧を得る必要がない。
本発明において、好ましくは、第３電力ラインには、一部のバッテリセルと車載電気機器との間を電気的に接続及び切断するためのスイッチが設けられている。このように構成された本発明によれば、簡易な構成で一部のバッテリセルと車載電気機器との間を電気的に接続及び切断することができる。
本発明の車両駆動装置によれば、軽量で且つ簡易な構成で少なくとも３つの電源電圧を供給することができる。
本発明の実施形態による車両駆動装置を搭載した車両のレイアウト図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置の各モータの出力と車速の関係を示す図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置の電気ブロック図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置のバッテリ、キャパシタ及び充電回路の電気回路の説明図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置の外部充電時の各ステージにおける電気スイッチの開閉位置及び電流の流れを示す図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置のキャパシタ充電処理時の各ステージにおける電気スイッチの開閉位置及び電流の流れを示す図である。
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態による車両駆動装置の構成について説明する。図１は車両駆動装置を搭載した車両のレイアウト図であり、図２は車両駆動装置の各モータの出力と車速の関係を示す図である。
図１に示すように、本発明の実施形態による車両駆動装置１０を搭載した車両１は、運転席よりも前方の、車両の前部に内燃機関であるエンジン１２が搭載され、主駆動輪である左右一対の後輪２ａを駆動する所謂ＦＲ（Front engine, Rear drive）車である。
本発明の実施形態による車両駆動装置１０は、一対の後輪２ａを駆動する主駆動モータ１６と、一対の前輪２ｂを駆動する副駆動モータ２０と、これらモータへ電力供給する電源３（バッテリ１８、電源用キャパシタ２２）と、充電回路１９と、制御回路２４とを備えている。
エンジン１２は、車両１の主駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生するための内燃機関である。本実施形態においては、エンジン１２として直列４気筒エンジンが採用されており、車両１の前部に配置されたエンジン１２が動力伝達機構１４を介して後輪２ａを駆動するようになっている。
動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６が発生した駆動力を主駆動輪である後輪２ａに伝達するように構成されている。図１に示すように、動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６に接続された動力伝達軸であるプロペラシャフト１４ａ、及び変速機であるトランスミッション１４ｂを備えている。
主駆動モータ１６は、主駆動輪に対する駆動力を発生するための電動機であって、車両１の車体上に設けられ、エンジン１２の後ろ側に、エンジン１２に隣接して配置されている。また、主駆動モータ１６に隣接してインバータ１６ａが配置されており、このインバータ１６ａにより、バッテリ１８の直流電圧が交流電圧に変換されて主駆動モータ１６に供給される。さらに、図１に示すように、主駆動モータ１６はエンジン１２と直列に接続されており、主駆動モータ１６が発生した駆動力も動力伝達機構１４を介して後輪２ａに伝達される。また、本実施形態においては、主駆動モータ１６として、比較的低電圧（本例では、４８Ｖ以下）で駆動される２５ｋＷの永久磁石電動機（永久磁石同期電動機）が採用されている。
副駆動モータ２０は、副駆動輪である前輪２ｂに対する駆動力を発生するように、前輪２ｂ各輪に設けられている。また、副駆動モータ２０はインホイールモータであり、前輪２ｂ各輪のホイール内に夫々収容されている。また、キャパシタ２２の直流電圧は、トンネル部１５内に配置されたインバータ２０ａにより交流電圧に変換されて、各副駆動モータ２０に供給される。さらに、本実施形態においては、副駆動モータ２０には減速機構である減速機が設けられておらず、副駆動モータ２０の駆動力は前輪２ｂに直接伝えられ、車輪が直接駆動される。また、本実施形態においては、各副駆動モータ２０として、比較的高電圧（本例では、１２０Ｖ以下）で駆動される１７ｋＷの誘導電動機が夫々採用されている。
電源３は、バッテリ１８とキャパシタ２２とが直列接続されて構成されている（図３参照）。即ち、バッテリ１８の負極端子が車両１の車体アースＧに接続され、バッテリ１８の正極端子とキャパシタ２２の負極端子とが接続されている。
バッテリ１８は、主として主駆動モータ１６を作動させる電気エネルギーを蓄積するための蓄電器である。本実施形態においては、バッテリ１８として、４８Ｖ、３．５ｋＷｈのリチウムイオンバッテリ（ＬＩＢ）が使用されている。具体的には、バッテリ１８は、複数のバッテリセル１８ａ（図３参照）が直列接続されて構成されている。本実施形態では、１つのバッテリセル１８ａの定格電圧が約３Ｖであり、１２個のバッテリセル１８ａが直列接続されている。
キャパシタ２２は、車両１の前輪２ｂ各輪に設けられた副駆動モータ２０に電力を供給するための蓄電器である。キャパシタ２２は、車両１後部において、プラグイン式の充電回路１９と概ね対称の位置に配置される。本実施形態においては、キャパシタ２２は、耐圧７２Ｖ、数ファラッド程度の静電容量を有する。なお、副駆動モータ２０は、主駆動モータ１６よりも高い電圧で駆動されるモータであり、主としてキャパシタ２２に蓄積された電気エネルギーにより駆動される。
充電回路１９は、バッテリ１８及びキャパシタ２２に電気的に接続されている。充電回路１９は、主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０の回生電力、及び、給電口２３に接続された充電スタンド等の外部電源１７から供給された電力により、バッテリ１８及びキャパシタ２２を充電するように構成されている。
給電口２３は、車両１の後部側面に設けられたコネクタであり、充電回路１９に電気的に接続されている。給電口２３のコネクタは、充電スタンド等の外部電源１７から延びる電気ケーブル１７ａのプラグに接続可能に構成されており、給電口２３を介して電力が充電回路１９に供給される。このように、本実施形態の車両駆動装置１０は、直流電力を供給する外部電源１７を、電気ケーブル１７ａを介して給電口２３に接続することにより、バッテリ１８及びキャパシタ２２を充電可能に構成されている。
制御回路２４は、エンジン１２、主駆動モータ１６、及び副駆動モータ２０を制御して、電動機走行モード及び内燃機関走行モードを実行するように構成されている。また、制御回路２４は、充電回路１９を制御して、バッテリ１８及びキャパシタ２２を充放電させるように構成されている。具体的には、制御回路２４は、マイクロプロセッサ、メモリ、インタフェイス回路、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等によって構成することができる。
次に、図２を参照すると、車両駆動装置１０における車速と各モータの出力の関係が示されている。図２において、主駆動モータ１６の出力を破線で示し、１つの副駆動モータ２０の出力を一点鎖線で、２つの副駆動モータ２０の出力の合計を二点鎖線で、全てのモータの出力の合計を実線で示している。なお、図２は、車両１の速度を横軸とし、各モータの出力を縦軸として示しているが、車両１の速度とモータの回転数には一定の関係が存在するので、横軸をモータ回転数とした場合でも、各モータの出力は図２と同様の曲線を描く。
本実施形態においては主駆動モータ１６には永久磁石電動機が採用されているため、図２に破線で示すように、モータ回転数が低い低車速域で主駆動モータ１６の出力が大きく、車速が速くなるにつれて出力可能なモータ出力が減少する。即ち、本実施形態において、主駆動モータ１６は、約４８Ｖで駆動され、１０００ｒｐｍ程度まで最大トルクである約２００Ｎｍのトルクを出力し、約１０００ｒｐｍ以上で回転数の増加と共にトルクが低下する。また、本実施形態において、主駆動モータ１６は、最低速域において約２０ｋＷ程度の連続出力が得られ、最大出力約２５ｋＷが得られるように構成されている。
これに対して、副駆動モータ２０には誘導電動機が採用されているため、図２に一点鎖線及び二点鎖線で示すように、低車速域では副駆動モータ２０の出力は極めて小さく、車速が速くなるにつれて出力が増大し、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で最大出力が得られた後、モータ出力は減少する。本実施形態において、副駆動モータ２０は、約１２０Ｖで駆動され、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で１台当たり約１７ｋＷ、２台合計で約３４ｋＷの出力が得られるように構成されている。即ち、本実施形態において、副駆動モータ２０は、約６００乃至８００ｒｐｍでトルクカーブがピークをもち、最大トルク約２００Ｎｍが得られる。
図２の実線には、これら主駆動モータ１６及び２台の副駆動モータ２０の出力の合計が示されている。このグラフから明らかなように、本実施形態においては、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で最大出力約５３ｋＷが得られており、この車速における、この最大出力でＷＬＴＰ試験において要求される走行条件を満足することができる。なお、図２の実線では、低車速域においても２台の副駆動モータ２０の出力値が合算されているが、実際には低車速域では各副駆動モータ２０が駆動されることはない。即ち、発進時及び低車速域においては主駆動モータ１６のみで車両が駆動され、高車速域で大出力が必要とされたとき（高車速域で車両１を加速させるとき等）のみ２台の副駆動モータ２０が出力を発生する。このように、高回転領域で大きな出力を発生することができる誘導電動機（副駆動モータ２０）を、高速域のみで使用することにより、車両重量の増加を低く抑えながら必要なとき（所定速度以上での加速時等）に十分な出力を得ることができる。
次に、図３を参照して、本発明の実施形態による車両駆動装置１０の電気的な構成を説明する。図３は、車両駆動装置の電気ブロック図である。
本実施形態では、車両駆動装置１０は、３つの異なる大きさの電源電圧を供給するように構成されている。即ち、車両駆動装置１０には、最大で１２０Ｖ電圧を供給する第１電力ライン５ａと、最大で４８Ｖ電圧を供給する第２電力ライン５ｂと、最大で１２Ｖ電圧を供給する第３電力ライン５ｃが設けられている。
第１電力ライン５ａは、キャパシタ２２の正極端子に接続されており、インバータ２０ａを介して、副駆動モータ２０へ向けて１２０ＶＤＣ電圧を供給する。即ち、キャパシタ２２の正極端子と車両１の車体アースＧとの間には、バッテリ１８の端子間電圧とキャパシタ２２の端子間電圧の合計電圧により、最大で１２０ＶＤＣの電位差が生成される。各副駆動モータ２０に接続されたインバータ２０ａは、バッテリ１８及びキャパシタ２２の出力を交流に変換した上で誘導電動機である副駆動モータ２０を駆動する。
第２電力ライン５ｂは、バッテリ１８の正極端子に接続されており、インバータ１６ａを介して、主駆動モータ１６へ向けて４８ＶＤＣ電圧を供給する。即ち、バッテリ１８の正極端子と車両１の車体アースＧとの間には、バッテリ１８の端子間電圧により、最大で４８ＶＤＣの電位差が生成される。インバータ１６ａは、バッテリ１８の出力を交流に変換した上で永久磁石電動機である主駆動モータ１６を駆動する。
第３電力ライン５ｃは、直列接続された複数のバッテリセル１８ａのうち、特定のバッテリセル１８ａの正極端子に接続されている。即ち、この特定のバッテリセル１８ａの正極端子と車両１の車体アースＧとの間には、所定数（本例では、４個）のバッテリセル１８ａの直列接続回路により、約１２ＶＤＣの電位差が生成される。第３電力ライン５ｃは、アクセサリ電源であり、スイッチ１８ｃを介して車両１の電気負荷２８へ向けて１２ＶＤＣ電圧を供給する。電気負荷は、車載電気機器（例えば、空調装置、オーディオ装置等）である。
このように、主駆動モータ１６は、バッテリ１８の基準出力電圧である約４８Ｖで駆動される。また、副駆動モータ２０は、バッテリ１８の出力電圧とキャパシタ２２の端子間電圧を合算した合計電圧で駆動されるので、４８Ｖよりも高い最大１２０Ｖの電圧で駆動される。キャパシタ２２には副駆動モータ２０に供給する電気エネルギーが蓄積され、副駆動モータ２０は、常にキャパシタ２２を介して供給された電力によって駆動される。
図３に示すように、充電回路１９は、キャパシタ２２の正極端子と、バッテリ１８の正極端子とキャパシタ２２の負極端子との接続点Ｎ０と、車体アースＧとに接続されている。制御回路２４は、所定時（モータ回生時、外部電源１７による外部充電時）に、充電回路１９を用いてバッテリ１８及びキャパシタ２２の充電処理を実行する。
なお、制御回路２４は、図示しない複数の電圧センサ及び複数の電流センサを用いて、第１電力ライン５ａ，第２電力ライン５ｂ，第３電力ライン５ｃの電圧及び電流を監視している。さらに、制御回路２４は、これらの電圧値及び電流値を用いて、バッテリ１８の端子間電圧（以下「バッテリ電圧」という），キャパシタ２２の端子間電圧（以下「キャパシタ電圧」という），及びこれらの充電状態（ＳＯＣ；State of Charge）を計算している。
車両１の減速時等には、主駆動モータ１６及び各副駆動モータ２０は発電機として機能し、車両１の運動エネルギーを回生して電力を生成する。主駆動モータ１６によって回生された電力はバッテリ１８に蓄積され、各副駆動モータ２０によって回生された電力は主としてキャパシタ２２に蓄積される。
また、外部電源１７を用いて充電する場合、外部電源１７が給電口２３に接続されると、充電回路１９とキャパシタ２２に外部電源１７の充電電圧が印加され、バッテリ１８及びキャパシタ２２への充電が可能になる。
なお、キャパシタ２２は静電容量が比較的小さいため、モータ回生及び外部充電により、キャパシタ２２への充電が行われると、キャパシタ電圧は比較的急速に上昇する。充電によりキャパシタ電圧が所定電圧に達すると、制御回路２４は、充電回路１９を制御して、キャパシタ２２に蓄積された静電エネルギー（電荷）を用いてバッテリ１８を充電する。これにより、キャパシタ電圧は低下するので、再びキャパシタ２２への充電が可能となる。このような処理を繰り返すことにより、バッテリ電圧を徐々に昇圧することが可能である。即ち、各副駆動モータ２０により回生された電力、及び、外部電源１７からの電力は、一時的にキャパシタ２２に蓄積された後、バッテリ１８へ充電される。
また、一般に、充電スタンド等の外部電源１７は、車両の給電口に接続されたとき、車両の電圧（即ち、給電口の対アース電圧）を取得し、この電圧が所定の下限電圧（例えば、５０Ｖ）未満の場合は、安全性確保のため充電処理を実行しないように構成されている。
本実施形態においては、バッテリ１８の定格電圧（４８Ｖ）は下限電圧（５０Ｖ）よりも低い電圧に設定されているが、外部電源１７は、バッテリ電圧Ｖbattとキャパシタ電圧Ｖcapの合計電圧（即ち、第１電力ライン５ａの電圧）を、車両１の電圧として取得する。このため、本実施形態では、合計電圧が下限電圧以上であれば、バッテリ電圧Ｖbattの大きさにかかわらず、外部電源１７は充電処理を開始し、制御回路２４は、充電回路１９を制御して、バッテリ１８及びキャパシタ２２を充電することができる。
一方、外部電源１７が給電口２３に接続されたときに合計電圧（＝Ｖbatt＋Ｖcap）が下限電圧未満であれば、外部電源１７は充電処理を開始しない。この場合、制御回路２４は、充電回路１９を制御して、バッテリ１８に蓄積されている電気エネルギーの一部を用いて、キャパシタ電圧を昇圧する。このとき、バッテリ１８は蓄積電荷量が大きいので、バッテリ電圧はほとんど下がらない。これにより、合計電圧を下限電圧以上に昇圧することが可能である。
また、外部充電時以外においても（即ち、車両１の走行中）、キャパシタ２２の放電によりキャパシタ電圧が所定電圧よりも低くなった場合、制御回路２４は、キャパシタ２２から副駆動モータ２０への給電前に、バッテリ１８の電力を用いてキャパシタ２２を充電することができる。
なお、本明細書において、バッテリ１８の定格電圧とは、一般的な条件下での作動電圧の最大値（満充電電圧）を意味し、キャパシタ２２の定格電圧とは、キャパシタ２２に与えられる最大の電圧（満充電電圧）を意味する。また、バッテリが一般的な条件下で放電した場合の平均的な作動電圧をバッテリの公称電圧という。さらに、バッテリ１８の定格電圧（４８Ｖ）はキャパシタ２２の定格電圧（７２Ｖ）よりも低く設定されているが、バッテリ１８に蓄積可能な電荷（電気量：クーロン）は、キャパシタ２２に蓄積可能な電荷よりも遥かに多くなるように構成されている。
次に、図４〜図６を参照して、本発明の実施形態による車両駆動装置１０の充電処理を説明する。図４は、バッテリ、キャパシタ及び充電回路の電気回路の説明図である。図５は外部充電時の各ステージにおける電気スイッチの開閉位置及び電流の流れを示す図である。図６はキャパシタ充電処理時の各ステージにおける電気スイッチの開閉位置及び電流の流れを示す図である。
図４に示すように、バッテリ１８の正極端子にはスイッチＳＷbattが接続され、キャパシタ２２の正極端子にはスイッチＳＷcapが接続されており、バッテリ１８及びキャパシタ２２の接続、非接続が切り替え可能である。
充電回路１９は、直列接続されたバッテリ１８及びキャパシタ２２に対して並列に接続されている。充電回路１９には直列に接続された４つのスイッチが内蔵されており、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４が、この順序で接続されている。スイッチＳＷ１の一端はキャパシタ２２の正極端子に接続され、スイッチＳＷ４の一端はバッテリ１８の負極端子（車体アースＧ）に接続されている。また、スイッチＳＷ２とＳＷ３の接続点Ｎ２は、バッテリ１８とキャパシタ２２の接続点Ｎ０に接続されている。
スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、ＳＷbatt、ＳＷcapは、制御回路２４によって開閉が制御される。さらに、スイッチＳＷ１とＳＷ２の接続点Ｎ１と、スイッチＳＷ３とＳＷ４の接続点Ｎ３との間には、充電用キャパシタ１９ｂが接続されている。なお、本実施形態においては、各スイッチとして半導体スイッチが採用されているが、機械接点によるリレーをスイッチとして使用することもできる。
外部充電処理を行うため外部電源１７が車両１に接続されると、外部電源１７によりキャパシタ２２及びバッテリ１８が充電される（図５のステージ（１））。これにより、キャパシタ電圧Ｖcapが上昇する。次に、キャパシタ電圧Ｖcapが所定値だけ上昇すると、制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を閉状態にし、スイッチＳＷ２，ＳＷ４を開状態にする（図５のステージ（２））。これにより、キャパシタ２２に蓄えられた電荷が放出され、電流Ｉcが充電回路１９の充電用キャパシタ１９ｂに流れ込んで、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇する。
端子間電圧Ｖcが所定値まで上昇すると、制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を開状態にし、スイッチＳＷ２，ＳＷ４を閉状態にする（図５のステージ（３））。これにより、外部電源１７からの電流がキャパシタ２２及びバッテリ１８に流入すると共に、充電用キャパシタ１９ｂに蓄えられた電荷もスイッチＳＷ２を通ってバッテリ１８へ流入する。これにより、バッテリ電圧Ｖbattは上昇する。
本実施形態では、図５のステージ（２）及び（３）の状態が交互に繰り返されるように、制御回路２４は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を交互にＯＮ／ＯＦＦする。これにより、キャパシタ２２に一時的に蓄えられた電荷によりバッテリ１８を徐々に昇圧することができる。また、キャパシタ２２も昇圧されるので、全体として入力電圧（Ｖin＝Ｖbatt＋Ｖcap）が昇圧される。このようにして、本実施形態では、外部電源１７により、バッテリ１８及びキャパシタ２２を充電することが可能である。
また、入力電圧（Ｖin）が外部電源１７の下限電圧よりも低い場合、制御回路２４は、バッテリ１８の電力を用いて、キャパシタ電圧Ｖcapを昇圧する。このとき、キャパシタ電圧Ｖcapの電圧増加量に比べて、バッテリ１８の電圧低下量は小さいため、入力電圧（Ｖin）は全体として上昇する。制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を開状態にし、スイッチＳＷ２，ＳＷ４を閉状態にする（図６のステージ（１１））。これにより、バッテリ１８からスイッチＳＷ２を通って充電用キャパシタ１９ｂに電流が流れ込む（Ｉc＞０）。次に、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定値まで上昇すると、制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を閉状態にし、スイッチＳＷ２，ＳＷ４を開状態にする（図６のステージ（１２））。これにより、充電用キャパシタ１９ｂに蓄えられた電荷が放出され、キャパシタ２２へ流れ込む（Ｉcap＞０）。これにより、キャパシタ２２が昇圧される。
本実施形態では、図６のステージ（１１）及び（１２）の状態が交互に繰り返されるように、制御回路２４は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を交互にＯＮ／ＯＦＦする。これにより、バッテリ１８の電荷を用いて、キャパシタ２２を徐々に昇圧することができる。制御回路２４は、入力電圧（Ｖin）が所定の外部充電開始閾値（＞下限電圧）に達すると、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を開状態にして（図６のステージ（１３））、図５に示される外部充電処理を引き続き行う。
以下に本発明の実施形態による車両駆動装置１０の作用について説明する。
本実施形態によれば、車両１に搭載された車両駆動装置１０であって、車両１を駆動するための副駆動モータ２０（第１の車両駆動モータ）及び主駆動モータ１６（第２の車両駆動モータ）と、直列接続された複数のバッテリセル１８ａを含むバッテリ１８と、バッテリ１８に直列接続されたキャパシタ２２と、バッテリ１８により供給されるバッテリ電圧Ｖbattとキャパシタ２２により供給されるキャパシタ電圧Ｖcapの合計電圧（Ｖin）を副駆動モータ２０に供給する第１電力ライン５ａと、バッテリ電圧Ｖbattを主駆動モータ１６に供給する第２電力ライン５ｂと、複数のバッテリセル１８ａの一部のバッテリセル１８ａによるセル電圧を車両１の車載電気機器２８へ供給する第３電力ライン５ｃと、を備え、第１電力ライン５ａ、第２電力ライン５ｂ、及び第３電力ライン５ｃは、セル電圧よりもバッテリ電圧Ｖbattの方が大きく、バッテリ電圧Ｖbattよりも合計電圧（Ｖin）の方が大きいように構成されている。
このように構成された本実施形態では、電源３がバッテリ１８とキャパシタ２２の直列接続を備えており、キャパシタ２２に接続された第１電力ライン５ａと、バッテリ１８に接続された第２電力ライン５ｂと、バッテリ１８の一部のバッテリセル１８ａにより供給される第３電力ライン５ｃとを備えている。第２電力ライン５ｂは、バッテリ１８により直接提供され、第３電力ライン５ｃは、バッテリ１８の一部のバッテリセル１８ａにより直接提供される。さらに、第１電力ライン５ａは、バッテリ１８とキャパシタ２２の合計電圧により提供される。このように、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータを設ける必要がなく、容易且つ簡易な構成で３つの電源電圧を供給することができる。
また、本実施形態において好ましくは、副駆動モータ２０は、車両１の車輪（前輪２ｂ）に搭載されたインホイールモータである。このように構成された本実施形態では、副駆動モータ２０を、バッテリ１８とキャパシタ２２の合計電圧による高電圧で作動させることができる。このように、本実施形態では、バッテリ電圧ＶbattをＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧して高電圧を得る必要がない。
また、本実施形態において好ましくは、主駆動モータ１６は、車両１の車体に搭載され、動力伝達機構１４を介して駆動力を車両１の車輪（後輪２ａ）に提供する。このように構成された本実施形態では、主駆動モータ１６を、キャパシタ２２よりも電源としての容量を大きく設計し易いバッテリ１８で作動させることができる。なお、本実施形態において、副駆動モータ２０が後輪２ａを駆動し、主駆動モータ１６が前輪２ｂを駆動するように構成してもよい。
また、本実施形態において好ましくは、第３電力ライン５ｃは、アクセサリ電源である。このように構成された本実施形態では、バッテリ１８の一部のバッテリセル１８ａにより提供されるセル電圧をアクセサリ電源として用いることができる。このように、本実施形態では、バッテリ電圧ＶbattをＤＣ／ＤＣコンバータで降圧して低電圧を得る必要がない。
また、本実施形態において好ましくは、第３電力ライン５ｃには、一部のバッテリセル１８ａと車載電気機器２８との間を電気的に接続及び切断するためのスイッチ１８ｃが設けられている。このように、本実施形態では、簡易な構成で一部のバッテリセルと車載電気機器との間を電気的に接続及び切断することができる。
１ 車両
３ 電源
５ａ 第１電力ライン
５ｂ 第２電力ライン
５ｃ 第３電力ライン
１０ 車両駆動装置
１６ 主駆動モータ（第２の車両駆動モータ）
１７ 外部電源
１８ バッテリ
１８ａ バッテリセル
１９ 充電回路
１９ｂ 充電用キャパシタ
２０ 副駆動モータ（第１の車両駆動モータ）
２２ キャパシタ
２４ 制御回路
２８ 電気負荷
Ｇ 車体アース
Ｎ０，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ 接続点
ＳＷbatt，ＳＷcap スイッチ
ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチ

Claims (5)

  1. 車両に搭載された車両駆動装置であって、
    前記車両を駆動するための第１の車両駆動モータ及び第２の車両駆動モータと、
    直列接続された複数のバッテリセルを含むバッテリと、
    前記バッテリに直列接続されたキャパシタと、
    前記バッテリにより供給されるバッテリ電圧と前記キャパシタにより供給されるキャパシタ電圧の合計電圧を前記第１の車両駆動モータに供給する第１電力ラインと、
    前記バッテリ電圧を前記第２の車両駆動モータに供給する第２電力ラインと、
    前記複数のバッテリセルの一部のバッテリセルによるセル電圧を前記車両の車載電気機器へ供給する第３電力ラインと、を備え、
    前記第１電力ライン、前記第２電力ライン、及び前記第３電力ラインは、前記セル電圧よりも前記バッテリ電圧の方が大きく、前記バッテリ電圧よりも前記合計電圧の方が大きいように構成されている、車両駆動装置。
  2. 前記第１の車両駆動モータは、前記車両の車輪に搭載されたインホイールモータである、請求項１に記載の車両駆動装置。
  3. 前記第２の車両駆動モータは、前記車両の車体に搭載され、動力伝達機構を介して駆動力を前記車両の車輪に提供する、請求項１又は２に記載の車両駆動装置。
  4. 前記第３電力ラインは、アクセサリ電源である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両駆動装置。
  5. 前記第３電力ラインには、前記一部のバッテリセルと前記車載電気機器との間を電気的に接続及び切断するためのスイッチが設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両駆動装置。
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