JP4337797B2 - 電力制御装置および電動車両 - Google Patents

Description

この発明は、電力制御装置および電動車両に関し、特に、電動車両の回生制動時における電力制御に関する。

電気自動車（Electric Vehicle）やハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）などモータを動力源として走行する電動車両においては、車両の制動時、駆動輪からの回転力によりモータを回転させて回生発電を行なうとともに、回生発電電力に相当する制動力を車両の制動力として用いる回生制動が一般的に行なわれる。

しかしながら、たとえば高速で長い下り坂を走行しているような場合、回生発電電力の増大によりバッテリが受入可能な電力量を超過すると、バッテリやインバータなどの電力装置に悪影響を及ぼす可能性がある。

そこで、特開２００４−２５４４６５号公報（特許文献１）は、回生制動時に発生する余剰電力を適切に処理してバッテリへの悪影響を抑止可能な回生制動装置を開示する。この回生制動装置においては、回生制動においてバッテリの好適な充電電力を超える余剰電力が回生発電の結果として発生すると、余剰電力の大きさに応じて複数の電気負荷から余剰電力消費負荷を選択し、その選択された余剰電力消費負荷により余剰電力を消費する。

この回生制動装置によれば、余剰電力を捨てようとした電気負荷が既に稼動中であって余剰電力を捨てられなかったり、余剰電力消費専用の電気負荷を別途増設しなければならないといった問題を引き起こすことなく、余剰電力を消費することができる。その結果、簡素な構成でバッテリへの悪影響を抑止することができる（特許文献１参照）。
特開２００４−２５４４６５号公報 特開平７−１７０６１１号公報 特開２００２−２１８７９３号公報 特開２００３−１４３８９７号公報 特開２００４−１４２６６２号公報

しかしながら、特開２００４−２５４４６５号公報に開示された回生制動装置は、余剰電力の大きさに応じて電気負荷を組合わせるに過ぎず、余剰電力の大きさに応じて余剰電力消費負荷による電力消費量を連続的に制御することはできない。したがって、余剰電力を十分に捨てきれなかったり、余分な電力を捨ててしまうおそれがある。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の回生制動時に発生する余剰電力に応じて電気負荷による電力消費量を連続的に制御することができる電力制御装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、回生制動時に発生する余剰電力に応じて電気負荷による電力消費量を連続的に制御することができる電動車両を提供することである。

この発明によれば、電力制御装置は、星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の多相交流電動機と、星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の多相交流電動機と、第１および第２の多相交流電動機の少なくとも一方が発電する回生電力により充電される蓄電装置と、第１の多相巻線の第１の中性点と第２の多相巻線の第２の中性点との間に電気的に接続される電気負荷と、回生電力のうち蓄電装置に充電されない余剰電力を算出し、その算出した余剰電力に応じて第１および第２の中性点間の電圧を制御する電圧制御手段とを備える。

この発明による電力制御装置においては、第１の多相交流電動機における第１の中性点と第２の多相交流電動機における第２の中性点との間に電気負荷が接続される。そして、第１および第２の多相交流電動機の少なくとも一方が発電する回生電力のうち蓄電装置に充電されない余剰電力に応じて第１および第２の中性点間の電圧が制御され、発生した余剰電力が電気負荷によって消費される。

したがって、この発明による電力制御装置によれば、電気負荷による電力消費量を余剰電力に応じて連続的に制御することができる。その結果、発生した余剰電力を電気負荷により過不足なく消費させることができる。

好ましくは、電圧制御手段は、車両の制動時、車両の運動エネルギーを用いて第１および第２の多相交流電動機の少なくとも一方が発電する回生電力のうち、蓄電装置に充電されない余剰電力を算出する。

さらに好ましくは、電圧制御手段は、車両の運動エネルギーを用いて回生発電を行なっている第１および／または第２の多相交流電動機の回転数と減速トルクとに基づいて回生電力を算出する。

さらに好ましくは、電圧制御手段は、算出した回生電力と蓄電装置が受入可能な最大充電電力との電力差に基づいて余剰電力を算出する。

さらに好ましくは、電圧制御手段は、算出した余剰電力と電気負荷の抵抗値とに基づいて第１および第２の中性点間に生成する電圧の指令値を算出し、その算出した電圧指令値に基づいて第１および第２の中性点間の電圧を制御する。

したがって、この電力制御装置によれば、回生制動時に発生する余剰電力と電気負荷の抵抗値とに基づいて、電気負荷による電力消費量を連続的に制御することができる。

好ましくは、電力制御装置は、第１および第２の中性点と電気負荷との間に配設され、かつ、電圧制御手段からの指令に応じて第１および第２の中性点を電気負荷と電気的に接続する接続部をさらに備える。電圧制御手段は、余剰電力が発生したとき、接続部へ指令を出力する。

この電力制御装置においては、余剰電力が発生したときに限り、電気負荷が第１および第２の中性点に電気的に接続される。したがって、この電力制御装置によれば、余剰電力が発生していないにも拘わらず、不必要に電気負荷で電力が消費されることを防止することができる。

好ましくは、電圧制御手段は、余剰電力が発生したとき、第１および第２の中性点間に余剰電力に応じた電圧差を発生させる。

この電力制御装置においては、余剰電力が発生したときに限り、第１および第２の中性点間に電圧差を発生させる。したがって、この電力制御装置によれば、不必要に電気負荷で電力が消費されることをより確実に防止することができる。

また、この発明によれば、電動車両は、星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の多相交流電動機と、星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の多相交流電動機と、第２の多相交流電動機の回転軸に機械的に結合される駆動輪と、第１および第２の多相交流電動機の少なくとも一方が発電する回生電力により充電される蓄電装置と、第１の多相巻線の第１の中性点と第２の多相巻線の第２の中性点との間に電気的に接続される電気負荷と、車両の制動時、車両の運動エネルギーを用いて第２の多相交流電動機が発電する回生電力のうち、蓄電装置に充電されない余剰電力を算出し、その算出した余剰電力に応じて第１および第２の中性点間の電圧を制御する電圧制御手段とを備える。

この発明による電動車両においては、車両の制動時、第２の多相交流電動機が駆動輪からの回転力を受けて回生発電する。ここで、蓄電装置の最大充電電力を超える回生発電が行なわれると余剰電力が発生するところ、その余剰電力に応じて第１および第２の中性点間の電圧が制御され、発生した余剰電力が電気負荷によって消費される。

したがって、この発明による電動車両によれば、回生制動時に発生する余剰電力に応じて電気負荷による電力消費量を連続的に制御することができる。その結果、発生した余剰電力を電気負荷により過不足なく消費させることができる。

この発明によれば、車両の回生制動時に発生する余剰電力に応じて、電気負荷が接続された第１および第２の中性点間の電圧を制御するので、発生した余剰電力に応じて電気負荷による電力消費量を連続的に制御することができる。その結果、車両の回生制動時に発生した余剰電力を電気負荷により過不足なく消費させることができる。

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。

図１は、この発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車１００の全体ブロック図である。図１を参照して、このハイブリッド自動車１００は、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分配機構３と、車輪２とを備える。また、ハイブリッド自動車１００は、蓄電装置Ｂと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、制御装置６０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２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、電圧センサ７０，７２と、電流センサ８０，８２とをさらに備える。さらに、ハイブリッド自動車１００は、電力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と、リレー回路４０と、抵抗５０とをさらに備える。

このハイブリッド自動車１００は、エンジン４およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する。動力分配機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。たとえば、動力分配機構３としては、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４および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３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。

なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪２に結合されている。また、動力分配機構３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。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン４の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１００に組み込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、車輪２を駆動する電動機としてハイブリッド自動車１００に組み込まれる。

蓄電装置Ｂの正極は、電源ラインＰＬ１に接続され、蓄電装置Ｂの負極は、接地ラインＳＬに接続される。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続される。

昇圧コンバータ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。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る。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。そして、リアクトルＬの一端は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に接続され、その他端は、電源ラインＰＬ１に接続される。

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用いることができる。

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２２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２からなり、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からなり、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からなる。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。

モータジェネレータＭＧ１は、３相コイル１２をステータコイルとして含む。３相コイル１２を形成するＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１の一端は、互いに接続されて中性点Ｎ１を形成し、Ｕ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１の他端は、インバータ２０のＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６の各々における上下アームの接続点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。モータジェネレータＭＧ２は、３相コイル１４をステータコイルとして含む。インバータ３０およびモータジェネレータＭＧ２の構成は、それぞれインバータ２０およびモータジェネレータＭＧ１と同様である。

リレー回路４０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含む。そして、中性点Ｎ１に電力ラインＤＣＬ１の一方端が接続され、その他方端がリレーＲＹ１の一端に接続される。また、中性点Ｎ２に電力ラインＤＣＬ２の一方端が接続され、その他方端がリレーＲＹ２の一端に接続される。さらに、リレーＲＹ１の他端に抵抗５０の一方端が接続され、リレーＲＹ２の他端に抵抗５０の他方端が接続される。

蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。蓄電装置Ｂは、直流電力を昇圧コンバータ１０へ出力する。また、蓄電装置Ｂは、昇圧コンバータ１０によって充電される。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。

電圧センサ７０は、蓄電装置Ｂの電圧ＶＢを検出し、その検出した電圧ＶＢを制御装置６０へ出力する。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。

昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、蓄電装置Ｂから受ける直流電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。具体的には、昇圧コンバータ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をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによって蓄電装置Ｂからの直流電圧を昇圧する。そして、昇圧コンバータ１０は、その昇圧した昇圧電圧をｎｐｎ型トランジスタＱ２がオフ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へ出力する。また、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を降圧して蓄電装置Ｂを充電する。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ７２は、コンデンサＣ２の端子間電圧、すなわち接地ラインＳＬに対する電源ラインＰＬ２の電圧ＶＨを検出し、その検出した電圧ＶＨを制御装置６０へ出力する。

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ＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン４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ＰＬ２へ出力する。

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から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ３０は、車両の回生制動時、車輪２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。

ここで、車両の回生制動中に蓄電装置Ｂに充電されない回生電力がモータジェネレータＭＧ２によって発電されると、インバータ２０，３０は、それぞれ制御装置６０からの信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２に基づいて中性点Ｎ１，Ｎ２間に電圧を発生させる。すなわち、蓄電装置Ｂの最大充電電力を超える回生電力（以下、この超過電力を「余剰電力」とも称する。）が車両の回生制動時にモータジェネレータＭＧ２によって発電されると、その余剰電力を中性点Ｎ１，Ｎ２間に接続された抵抗５０で消費させるために、余剰電力に応じた電圧を中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生させる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、３相交流電動機であり、たとえばＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型３相交流同期電動機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４と連結され、エンジン４の出力を用いて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４の始動を行なう。モータジェネレータＭＧ２は、車両の車輪２と連結され、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。

リレー回路４０のリレーＲＹ１，ＲＹ２は、電力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と抵抗５０との接続／切離しを行なう。リレー回路４０は、制御装置６０から出力許可指令ＥＮを受けるとリレーＲＹ１，ＲＹ２をオンさせ、抵抗５０を電力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２と電気的に接続する。

抵抗５０は、車両の回生制動時に余剰電力が発生したとき、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２から電力ラインＤＣＬ１，ＤＣＬ２を介して与えられる電力を消費する。抵抗５０には、たとえばヒータなどを用いることができる。

電流センサ８０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、図示されないＥＣＵ（Electronic Control Unit）から出力される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、電圧センサ７０からの電圧ＶＢならびに電圧センサ７２からの電圧ＶＨに基づいて、昇圧コンバータ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を昇圧コンバータ１０へ出力する。

また、制御装置６０は、電圧ＶＨ、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１および電流センサ８０からのモータ電流ＭＣＲＴ１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、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２および電流センサ８２からのモータ電流ＭＣＲＴ２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。

また、さらに、制御装置６０は、ブレーキスイッチ（図示せず、以下同じ。）から信号ＢＳを受け、また、ブレーキペダルの操作量（踏込量）を検出するセンサ（図示せず、以下同じ。）からブレーキペダルの操作量を示す信号ＢＯＰを受ける。制御装置６０は、ブレーキペダルが運転者により操作されたことを示すＨ（論理ハイ）レベルの信号ＢＳを受けると、モータジェネレータＭＧ２による回生制動に伴なう回生発電により余剰電力が発生するか否かを判定する。そして、制御装置６０は、余剰電力が発生すると判定すると、その余剰電力を抵抗５０で消費するのに必要な電圧を中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生させるための電圧指令を生成し、その電圧指令を用いてインバータ２０，３０に対する信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。また、制御装置６０は、Ｈレベルの信号ＢＳを受けると、出力許可指令ＥＮをリレー回路４０へ出力する。

図２は、図１に示したインバータ２０，３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のゼロ相等価回路を示した回路図である。図２を参照して、３相インバータであるインバータ２０，３０の各々においては、６個のｎｐｎ型トランジスタのオン／オフの組合わせは８パターン存在する。その８つのスイッチングパターンのうち２つは相間電圧がゼロとなり、そのような電圧状態はゼロ電圧ベクトルと称される。ゼロ電圧ベクトルについては、上アームの３つのトランジスタは互いに同じスイッチング状態（全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの３つのトランジスタも互いに同じスイッチング状態とみなすことができるので、この図２では、インバータ２０のｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１３，Ｑ１５は上アーム２０Ａとして総括的に示され、インバータ２０のｎｐｎ型トランジスタＱ１２，Ｑ１４，Ｑ１６は下アーム２０Ｂとして総括的に示されている。また、インバータ３０のｎｐｎ型トランジスタＱ２１，Ｑ２３，Ｑ２５は上アーム３０Ａとして総括的に示され、インバータ３０のｎｐｎ型トランジスタＱ２２，Ｑ２４，Ｑ２６は下アーム３０Ｂとして総括的に示されている。

このゼロ電圧ベクトルを用いて、インバータ２０，３０の各々において、対応するモータジェネレータのｄ軸電流およびｑ軸電流に変化を与えることなく、すなわちモータジェネレータのトルク制御に影響を与えることなく、対応する中性点の電位を制御することができる。

そこで、車両の回生制動時に蓄電装置Ｂに充電されない余剰電力が発生したとき、インバータ２０，３０の各々のゼロ電圧ベクトルを用いて中性点Ｎ１，Ｎ２間に電圧差を発生させ、発生した余剰電力を中性点Ｎ１，Ｎ２間に接続された抵抗５０によって消費させる。中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生させる電圧差は、抵抗５０の抵抗値を用いて余剰電力に応じて算出される。これにより、モータジェネレータＭＧ２の回生トルク制御に影響を与えることなく、すなわちモータジェネレータＭＧ２による回生制動力を保ちつつ、発生した余剰電力を過不足なく抵抗５０で消費することができる。

図３は、図１に示した制御装置６０の機能ブロック図である。図３を参照して、制御装置６０は、コンバータ制御部６１と、第１のインバータ制御部６２と、第２のインバータ制御部６３と、余剰電力制御部６４とを含む。コンバータ制御部６１は、電圧センサ７０からの電圧ＶＢ、電圧センサ７２からの電圧ＶＨ、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に基づいて、昇圧コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。

第１のインバータ制御部６２は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１、モータ電流ＭＣＲＴ１およびモータ回転数ＭＲＮ１、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０のｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフするための信号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。

第２のインバータ制御部６３は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ２およびモータ回転数ＭＲＮ２、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ３０のｎｐｎ型トランジスタＱ２１〜Ｑ２６をオン／オフするための信号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。

ここで、第１および第２のインバータ制御部６２，６３は、余剰電力に応じた電圧を中性点Ｎ１，Ｎ２間に生成するための電圧指令値を余剰電力制御部６４から受けているとき、その電圧指令値に基づいてそれぞれインバータ２０，３０のゼロ電圧ベクトルを変化させて信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。

余剰電力制御部６４は、ブレーキスイッチからの信号ＢＳ、ブレーキペダルの操作量を検出するセンサからの信号ＢＯＰ、およびモータジェネレータＭＧ２のモータ回転数ＭＲＮ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２による回生制動時に発生する余剰電力を算出し、その余剰電力と抵抗５０の抵抗値とに基づいて、中性点Ｎ１，Ｎ２間に電圧を発生させるための電圧指令値を生成する。そして、余剰電力制御部６４は、その生成した電圧指令値を第１および第２のインバータ制御部６２，６３へ出力する。また、余剰電力制御部６４は、余剰電力が発生すると、出力許可指令ＥＮをリレー回路４０へ出力する。

図４は、図３に示した第１および第２のインバータ制御部６２，６３ならびに余剰電力制御部６４の詳細な機能ブロック図である。図４を参照して、第１のインバータ制御部６２は、電流変換部１０２と、ＭＧ１電流指令演算部１０４と、ＰＩ制御部１０６，１０８と、変換部１１０と、ＰＷＭ信号生成部１１４とから成る。

電流変換部１０２は、モータジェネレータＭＧ１のモータ回転数ＭＲＮ１を用いて、電流センサ８０によって検出されたＵ相電流Ｉｕ１およびＶ相電流Ｉｖ１をｄ軸電流Ｉｄ１およびｑ軸電流Ｉｑ１に変換する。ＭＧ１電流指令演算部１０４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１に基づいて、ｄ，ｑ軸におけるモータジェネレータＭＧ１の電流指令Ｉｄ１ｒ，Ｉｑ１ｒを算出する。

ＰＩ制御部１０６は、電流変換部１０２からのｄ軸電流Ｉｄ１とＭＧ１電流指令演算部１０４からの電流指令Ｉｄ１ｒとの偏差を受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を変換部１１０へ出力する。ＰＩ制御部１０８は、電流変換部１０２からのｑ軸電流Ｉｑ１とＭＧ１電流指令演算部１０４からの電流指令Ｉｑ１ｒとの偏差を受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を変換部１１０へ出力する。

変換部１１０は、モータ回転数ＭＲＮ１を用いて、ＰＩ制御部１０６，１０８からそれぞれ受けるｄ，ｑ軸上の電圧指令をモータジェネレータＭＧ１のＵ，Ｖ，Ｗ各相電圧指令に変換する。

ＰＷＭ信号生成部１１４は、変換部１１０からのＵ，Ｖ，Ｗ各相電圧指令に余剰電力制御部６４からの電圧指令値を重畳した電圧指令および電圧センサ７２からの電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０に対応するＰＷＭ信号Ｐｕ１，Ｐｖ１，Ｐｗ１を生成し、その生成したＰＷＭ信号Ｐｕ１，Ｐｖ１，Ｐｗ１を信号ＰＷＭ１としてインバータ２０へ出力する。

なお、変換部１１０からのモータジェネレータＭＧ１のＵ，Ｖ，Ｗ各相電圧指令に余剰電力制御部６４からの電圧指令値を一律に重畳させることは、余剰電力制御部６４からの電圧指令値に基づいてインバータ２０のゼロ電圧ベクトルを変化させることに対応する。

第２のインバータ制御部６３は、電流変換部１２２と、ＭＧ２電流指令演算部１２４と、ＰＩ制御部１２６，１２８と、変換部１３０と、ＰＷＭ信号生成部１３４とから成る。電流変換部１２２は、モータジェネレータＭＧ２のモータ回転数ＭＲＮ２を用いて、電流センサ８２によって検出されたＵ相電流Ｉｕ２およびＶ相電流Ｉｖ２をｄ軸電流Ｉｄ２およびｑ軸電流Ｉｑ２に変換する。ＭＧ２電流指令演算部１２４は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２に基づいて、ｄ，ｑ軸におけるモータジェネレータＭＧ２の電流指令Ｉｄ２ｒ，Ｉｑ２ｒを算出する。

ＰＩ制御部１２６は、電流変換部１２２からのｄ軸電流Ｉｄ２とＭＧ２電流指令演算部１２４からの電流指令Ｉｄ２ｒとの偏差を受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を変換部１３０へ出力する。ＰＩ制御部１２８は、電流変換部１２２からのｑ軸電流Ｉｑ２とＭＧ２電流指令演算部１２４からの電流指令Ｉｑ２ｒとの偏差を受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を変換部１３０へ出力する。

変換部１３０は、モータ回転数ＭＲＮ２を用いて、ＰＩ制御部１２６，１２８からそれぞれ受けるｄ，ｑ軸上の電圧指令をモータジェネレータＭＧ２のＵ，Ｖ，Ｗ各相電圧指令に変換する。

ＰＷＭ信号生成部１３４は、変換部１３０からのモータジェネレータＭＧ２の各相電圧指令に余剰電力制御部６４からの電圧指令値を重畳した電圧指令および電圧ＶＨに基づいて、インバータ３０に対応するＰＷＭ信号Ｐｕ２，Ｐｖ２，Ｐｗ２を生成し、その生成したＰＷＭ信号Ｐｕ２，Ｐｖ２，Ｐｗ２を信号ＰＷＭ２としてインバータ３０へ出力する。

なお、変換部１３０からのモータジェネレータＭＧ２のＵ，Ｖ，Ｗ各相電圧指令に余剰電力制御部６４からの電圧指令値を一律に重畳させることは、余剰電力制御部６４からの電圧指令値に基づいてインバータ３０のゼロ電圧ベクトルを変化させることに対応する。

余剰電力制御部６４は、指令演算部１４２と、乗算部１４４と、減算部１４６とから成る。指令演算部１４２は、信号ＢＳ，ＢＯＰおよびモータ回転数ＭＲＮ２に基づいて、中性点Ｎ１，Ｎ２間に電圧を発生させるための電圧指令値ＶＲを後述する方法により生成する。

乗算部１４４は、指令演算部１４２からの電圧指令値ＶＲをｋ倍（ｋは０以上１以下の定数）し、その演算結果を第１のインバータ制御部６２へ出力する。減算部１４６は、乗算部１４４の出力値から電圧指令値ＶＲを減算し、その演算結果を第２のインバータ制御部６３へ出力する。

すなわち、指令演算部１４２によって算出された電圧指令値ＶＲは、ｋ倍されて第１のインバータ制御部６２へ出力され、−（１−ｋ）倍されて第２のインバータ制御部６３へ出力される。つまり、ｋは、電圧指令値ＶＲに相当する電圧を中性点Ｎ１，Ｎ２間に生成する際のインバータ２０，３０の電圧負担率であって、ｋが０．５を超えるとインバータ２０の電圧負担が大きくなり、ｋが０．５よりも小さいとインバータ３０の電圧負担が大きくなる。

なお、モータジェネレータＭＧ２は、制動力を発生させるための回生トルク制御を行なっているので、中性点Ｎ１，Ｎ２間に電圧を生成するにあたってのインバータ３０の電圧負担は小さい方が好ましい。一方、余剰電力が発生しているときはモータジェネレータＭＧ１による発電は停止しているので、中性点Ｎ１，Ｎ２間に電圧を生成するにあたってのインバータ２０の電圧負担は大きくても構わない。そこで、たとえばｋを１とすることによって、中性点Ｎ１，Ｎ２間の電圧生成の負担を全てインバータ２０に負わせてもよい。

なお、余剰電力制御部６４は、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＢＳを受けているとき、または、余剰電力が発生していないときは、電圧指令値ＶＲを０とする。したがって、余剰電力制御部６４から第１および第２のインバータ制御部６２，６３へ出力される電圧指令値は０となる。

図５は、図３，図４に示した余剰電力制御部６４が行なう処理の制御構造を示す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制御装置６０のメインルーチンから呼び出されて実行される。

図５を参照して、余剰電力制御部６４は、信号ＢＳに基づいてブレーキスイッチがＯＮしたか否かを判定する（ステップＳ１０）。余剰電力制御部６４は、信号ＢＳがＬレベルであり、ブレーキスイッチがＯＦＦしていると判定すると（ステップＳ１０においてＮＯ）、一連の処理を終了し、メインルーチンに処理が戻される。

信号ＢＳがＨレベルであり、ステップＳ１０においてブレーキスイッチがＯＮしていると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、余剰電力制御部６４は、ブレーキペダルの操作量を検出するセンサからの信号ＢＯＰに基づいて、モータジェネレータＭＧ２が発生する回生制動トルクＴＧを算出する。そして、余剰電力制御部６４は、その回生制動トルクＴＧにモータジェネレータＭＧ２の回転数ＭＲＮ２を乗じて、モータジェネレータＭＧ２が発生する減速パワーＷＧを算出する（ステップＳ２０）。なお、この減速パワーＷＧは、回生制動に伴なってモータジェネレータＭＧ２が発電する回生電力に相当する。

次いで、余剰電力制御部６４は、蓄電装置Ｂの充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）および温度に基づいて蓄電装置Ｂの最大充電電力Ｗｉｎを算出する。この最大充電電力Ｗｉｎは、定性的には、蓄電装置ＢのＳＯＣが低下しているときほど大きくなり、また、蓄電装置Ｂの温度が低下または上昇しているときほど小さくなる。そして、余剰電力制御部６４は、その算出した蓄電装置Ｂの最大充電電力ＷｉｎをステップＳ２０において算出された減速パワーＷＧから減算して余剰電力ΔＷを算出する（ステップＳ３０）。

余剰電力制御部６４は、算出した余剰電力ΔＷが０以下のときは（ステップＳ４０においてＮＯ）、余剰電力は発生しないと判断して一連の処理を終了し、メインルーチンに処理が戻される。

一方、算出した余剰電力ΔＷが０よりも大きいとき（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、余剰電力制御部６４は、余剰電力ΔＷに応じて、中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生させる電圧を算出する（ステップＳ５０）。より具体的には、余剰電力制御部６４は、余剰電力ΔＷが抵抗５０により全て消費されるものとして、抵抗５０の抵抗値Ｒを用いて下式に基づき中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生させる電圧Ｖを算出する。

余剰電力ΔＷ＝Ｖ²／Ｒ
そして、余剰電力制御部６４は、上記の式に基づいて算出した電圧Ｖを電圧指令値ＶＲとして第１および第２のインバータ制御部６２，６３へ出力するとともに（ステップＳ６０）、リレー回路４０へ出力許可指令ＥＮを出力する（ステップＳ７０）。

以上のように、この実施の形態によれば、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２における中性点Ｎ１，Ｎ２間に抵抗５０を接続し、ハイブリッド自動車１００の回生制動時に発生する余剰電力ΔＷが抵抗５０で消費される。そして、発生する余剰電力ΔＷに応じて中性点Ｎ１，Ｎ２間の電圧を制御するようにしたので、余剰電力ΔＷに応じて抵抗５０による電力消費量を連続的に制御することができる。したがって、抵抗５０により余剰電力ΔＷを過不足なく消費することができ、蓄電装置Ｂやインバータ２０，３０などへの悪影響を防止することができる。

また、インバータ２０，３０のゼロ電圧ベクトルを制御して抵抗５０に余剰電力ΔＷを消費させるための電圧を生成するので、モータジェネレータＭＧ２の回生トルク制御に影響を与えない。したがって、モータジェネレータＭＧ２による制動力に影響を与えることなく、余剰電力ΔＷを抵抗５０で消費することができる。

さらに、余剰電力ΔＷを消費するための抵抗５０に与える電圧を生成するための専用コンバータを別途備える必要がないので、車両の軽量化や小型化を阻害することはない。

なお、上記の実施の形態においては、電動車両の一例としてエンジン４とモータジェネレータＭＧ２を動力源とするハイブリッド自動車の場合について説明したが、この発明の適用範囲は、少なくとも２台のモータジェネレータを搭載した電気自動車や燃料電池自動車も含む。さらには、この発明は、一般に少なくとも２台のモータジェネレータを搭載した電動車両に適用可能である。この発明による電動車両が電気自動車または燃料電池自動車の場合、たとえば、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は電気自動車または燃料電池自動車の駆動輪に連結される。

また、上記の実施の形態においては、車輪２に連結されたモータジェネレータＭＧ２により車両の制動時に回生発電が行なわれるものとしたが、たとえば、２台のモータジェネレータがともに車輪に連結された電動車両において、その２台のモータジェネレータにより車両の制動時に回生発電が行なわれてもよい。

また、上記の実施の形態においては、抵抗５０は、ヒータとしたが、その他の用途を有するものであってもよい。また、抵抗５０に代えて、既知の抵抗値を有する車内負荷を用いてもよい。

また、上記の実施の形態においては、ハイブリッド自動車１００は、昇圧コンバータ１０を備えるものとしたが、昇圧コンバータ１０を備えないハイブリッド自動車１００およびその他の電動車両においても、この発明は適用可能である。

なお、上記において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれこの発明における「第１の多相交流電動機」および「第２の多相交流電動機」に対応し、３相コイル１２，１４は、それぞれこの発明における「第１の多相巻線」および「第２の多相巻線」に対応する。また、抵抗５０は、この発明における「電気負荷」に対応し、インバータ２０，３０、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２および制御装置６０は、この発明における「電圧制御手段」を形成する。さらに、リレー回路４０は、この発明における「接続部」に対応し、車輪２は、この発明における「駆動輪」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。

この発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。 図１に示すインバータおよびモータジェネレータのゼロ相等価回路を示した回路図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図３に示す第１および第２のインバータ制御部ならびに余剰電力制御部の詳細な機能ブロック図である。 図３，図４に示す余剰電力制御部が行なう処理の制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 車輪、３ 動力分配機構、４ エンジン、１０ 昇圧コンバータ、１２，１４ ３相コイル、２０，３０ インバータ、２０Ａ，３０Ａ 上アーム、２０Ｂ，３０Ｂ 下アーム、２２，３２ Ｕ相アーム、２４，３４ Ｖ相アーム、２６，３６ Ｗ相アーム、４０ リレー回路、５０ 抵抗、６０ 制御装置、６１ コンバータ制御部、６２ 第１のインバータ制御部、６３ 第２のインバータ制御部、６４ 余剰電力制御部、７０，７２ 電圧センサ、８０，８２ 電流センサ、１００ ハイブリッド自動車、１０２，１２２ 電流変換部、１０４ ＭＧ１電流指令演算部、１０６，１０８，１２６，１２８ ＰＩ制御部、１１０，１３０ 変換部、１１４，１３４ ＰＷＭ信号生成部、１２４ ＭＧ２電流指令演算部、１４２ 指令演算部、１４４ 乗算部、１４６ 減算部、Ｂ 蓄電装置、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン、Ｌ リアクトル、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ ｎｐｎ型トランジスタ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＵＬ１，ＵＬ２ Ｕ相ライン、ＶＬ１，ＶＬ２ Ｖ相ライン、ＷＬ１，ＷＬ２ Ｗ相ライン、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、Ｕ１，Ｕ２ Ｕ相コイル、Ｖ１，Ｖ２ Ｖ相コイル、Ｗ１，Ｗ２ Ｗ相コイル、ＤＣＬ１，ＤＣＬ２ 電力ライン、ＲＹ１，ＲＹ２ リレー。

Claims (8)

1. 星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の多相交流電動機と、
   星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の多相交流電動機と、
   前記第１および第２の多相交流電動機の少なくとも一方が発電する回生電力により充電される蓄電装置と、
   前記第１の多相巻線の第１の中性点と前記第２の多相巻線の第２の中性点との間に電気的に接続される電気負荷と、
   前記回生電力のうち前記蓄電装置に充電されない余剰電力を算出し、その算出した余剰電力に応じて前記第１および第２の中性点間の電圧を制御する電圧制御手段とを備える、電力制御装置。
2. 前記電圧制御手段は、車両の制動時、前記車両の運動エネルギーを用いて前記第１および第２の多相交流電動機の少なくとも一方が発電する回生電力のうち、前記蓄電装置に充電されない余剰電力を算出する、請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記電圧制御手段は、前記車両の運動エネルギーを用いて回生発電を行なっている前記第１および／または前記第２の多相交流電動機の回転数と減速トルクとに基づいて前記回生電力を算出する、請求項２に記載の電力制御装置。
4. 前記電圧制御手段は、前記算出した回生電力と前記蓄電装置が受入可能な最大充電電力との電力差に基づいて前記余剰電力を算出する、請求項２または請求項３に記載の電力制御装置。
5. 前記電圧制御手段は、前記算出した余剰電力と前記電気負荷の抵抗値とに基づいて前記第１および第２の中性点間に生成する電圧の指令値を算出し、その算出した電圧指令値に基づいて前記第１および第２の中性点間の電圧を制御する、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電力制御装置。
6. 前記第１および第２の中性点と前記電気負荷との間に配設され、前記電圧制御手段からの指令に応じて前記第１および第２の中性点を前記電気負荷と電気的に接続する接続部をさらに備え、
   前記電圧制御手段は、前記余剰電力が発生したとき、前記接続部へ前記指令を出力する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力制御装置。
7. 前記電圧制御手段は、前記余剰電力が発生したとき、前記第１および第２の中性点間に前記余剰電力に応じた電圧差を発生させる、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力制御装置。
8. 星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の多相交流電動機と、
   星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の多相交流電動機と、
   前記第２の多相交流電動機の回転軸に機械的に結合される駆動輪と、
   前記第１および第２の多相交流電動機の少なくとも一方が発電する回生電力により充電される蓄電装置と、
   前記第１の多相巻線の第１の中性点と前記第２の多相巻線の第２の中性点との間に電気的に接続される電気負荷と、
   車両の制動時、前記車両の運動エネルギーを用いて前記第２の多相交流電動機が発電する回生電力のうち、前記蓄電装置に充電されない余剰電力を算出し、その算出した余剰電力に応じて前記第１および第２の中性点間の電圧を制御する電圧制御手段とを備える、電動車両。

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