JP4552904B2 - 車両の電源装置およびそれを搭載する車両 - Google Patents

Description

この発明は、車両の電源装置およびそれを搭載する車両に関し、特に複数の蓄電装置を備える電源装置に関する。

特開２００２−１０５０２号公報（特許文献１）は、複数の蓄電池の充電と放電を同時に行なう蓄電池用充放電装置を開示する。この蓄電池用充放電装置は、交流電源を整流する充電用整流回路と，この充電用整流回路と逆並列に蓄電池の電気量を上記交流電源に回生する回生用整流回路と、上記充電用整流回路の出力に出力を制御するスイッチング素子を有する昇降圧コンバータと、上記昇降圧コンバータの出力を平滑する平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１電圧検出器と，上記蓄電池の蓄電池電圧を検出する第２電圧検出器とを含む。そして、上記第１電圧検出器の検出信号が上記第２電圧検出器の検出信号になるように、上記昇降圧コンバータを制御するものである。

このように昇降圧コンバータを制御することにより、蓄電池ごとに放電開始時の突入電流を制限する大容量の限流抵抗を設けることも、また限流抵抗と開閉手段を設ける必要もなくなる。
特開２００２−１０５０２号公報 特許第３６５５２７７号明細書 特開平８−２５６４０４号公報

近年、環境に配慮した車両として、モータで車輪を駆動する電気自動車、燃料電池自動車や、モータとエンジンとを動力源として併用するハイブリッド自動車が注目されている。このような車両において、蓄電池等の電圧源を昇降圧コンバータで昇圧してモータ駆動用のインバータに供給することも行なわれている。

また、このような車両においては、燃費と動力性能の両立や無補給走行距離の伸長のため、複数の蓄電装置を搭載することが検討されている。車両の電源装置においても、複数の蓄電装置を搭載する場合には、放電開始時の突入電流を制限する大容量の限流抵抗を設けることも必要であり、また限流抵抗と開閉手段を蓄電装置ごとに設ける必要もある。

上記の特開２００２−１０５０２号公報（特許文献１）は、商用電源である三相交流電源に接続される装置であって、蓄電池の充放電テストを行なう装置に関するものである。電力を随時供給可能な商用電源である三相交流電源から昇圧コンバータにエネルギが供給されているので、昇圧コンバータを蓄電池に接続する前に放電時の電圧の差を小さくするために昇降圧コンバータを制御することが容易にできた。

しかし、電源システムが停止しているとき（ハイブリッド車両の場合はエンジンも停止しているとき）の車両は、リレーが開放状態となって蓄電装置が昇降圧コンバータから分離されている。このとき、昇降圧コンバータには他の電圧源は無いので、昇降圧コンバータを動作させるにはさらなる工夫を要する。すなわち、商用電源を用いる充放電テスト装置の技術をそのまま車両の電源装置に適用することはできない。

この発明の目的は、簡単な構成で複数の蓄電装置を使用可能な車両の電源装置およびそれを備える車両を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の電源装置であって、第１の蓄電装置と、モータを駆動するインバータに給電を行なう電源ラインと、第１の蓄電装置と電源ラインとの間に設けられ、電圧変換を行なう第１の電圧変換器と、第２の蓄電装置と、第２の蓄電装置と電源ラインとの間に設けられ、電圧変換を行なう第２の電圧変換器と、第２の蓄電装置と第２の電圧変換器との間に設けられ、電気的な接続状態と遮断状態の切換えを行なう接続部と、接続部と第２の電圧変換器を結ぶ経路に結合されたコンデンサと、第１、第２の電圧変換器および接続部の制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、起動指示を受けた場合に、第１の電圧変換器を第１の蓄電装置から電源ラインに給電が行なわれるように制御し、かつ第２の電圧変換器を電源ラインからコンデンサの充電が行なわれるように制御し、コンデンサの充電が完了した後に接続部を遮断状態から接続状態に切換える。

好ましくは、車両の電源装置は、コンデンサの充電状態を検知するセンサをさらに備える。制御装置は、センサの出力に応じてコンデンサの充電が完了したか否かの判断を行なう。

好ましくは、車両の電源装置は、第２の蓄電装置の電圧を検知する第１の電圧センサと、コンデンサの充電電圧を検知する第２の電圧センサとをさらに備える。制御装置は、第１、第２の電圧センサの出力を受け、第２の蓄電装置の電圧とコンデンサの充電電圧との差が所定値以上である間は接続部を接続状態に切換えることを禁止する。

好ましくは、車両の電源装置は、第１の蓄電装置と第１の電圧変換器との間に設けられる第１のリレーと、第１のリレーと直列に接続された電流制限素子と、直列に接続された第１のリレーおよび電流制限素子に対して並列的に設けられる第２のリレーとをさらに備える。接続部は、第３のリレーを含む。制御装置は、起動指示を受けると第１のリレーを導通させてコンデンサに充電を行なわせた後に、第２、第３のリレーを非導通状態から導通状態に切換える。

好ましくは、車両の電源装置は、第１の蓄電装置の正極と第１の電圧変換器との間に設けられる第１の正側リレーと、第１の正側リレーと直列に接続された電流制限素子と、直列に接続された第１の正側リレーおよび電流制限素子に対して並列的に設けられる第２の正側リレーと、第１の蓄電装置の負極と第１の電圧変換器との間に設けられる第１の負側リレーとをさらに備える。接続部は、第２の蓄電装置の正極と第２の電圧変換器との間に設けられる第３の正側リレーと、第２の蓄電装置の負極と第２の電圧変換器との間に設けられる第２の負側リレーとを含む。

好ましくは、電源装置は、第１の蓄電装置の負極と第２の蓄電装置の負極とがともに接続される負極ラインと、第１の電圧変換器と第２の電圧変換器がともに接続される接地ラインと、負極ラインと接地ラインとの間に設けられる負側リレーと、第１の蓄電装置の正極と第１の電圧変換器との間に設けられる第１の正側リレーと、第１の正側リレーと直列に接続された電流制限素子と、直列に接続された第１の正側リレーおよび電流制限素子に対して並列的に設けられる第２の正側リレーとをさらに備える。接続部は、第２の蓄電装置の正極と第２の電圧変換器との間に設けられる第３の正側リレーを含む。

この発明は、他の局面では、上記いずれかの電源装置を搭載する車両である。

本発明によれば、構成が複雑になることを避けつつ、複数の蓄電装置を搭載する車両の電源装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付してそれらについての説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、蓄電装置として特性の異なる２種類のバッテリを搭載する車両１００の構成を示す回路図である。

図１を参照して、車両１００は、電池ユニット４０Ａ，４０Ｂと、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂと、平滑用コンデンサＣ１、Ｃ２と、電圧センサ１３，２１Ａ，２１Ｂと、インバータ１４，２２と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、車輪２と、制御装置３０とを含む。

平滑用コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１Ａと接地ラインＳＬ間に接続される。電圧センサ２１Ａは、平滑用コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬＡを検知して制御装置３０に対して出力する。昇圧コンバータ１２Ａは、平滑用コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。

平滑用コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ１Ｂと接地ラインＳＬ間に接続される。電圧センサ２１Ｂは、平滑用コンデンサＣ２の両端間の電圧ＶＬＢを検知して制御装置３０に対して出力する。昇圧コンバータ１２Ｂは、平滑用コンデンサＣ２の端子間電圧を昇圧する。

平滑用コンデンサＣＨは、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂによって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣＨの端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ｂまたは１２Ａから与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ１２Ｂまたは１２Ａから与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、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、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。なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪２に結合されている。また動力分割機構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。

電池ユニット４０Ａは電源ラインＰＬ１Ａと接地ラインＳＬに接続されている。電池ユニット４０Ａは、蓄電用の大容量バッテリＢＡと、バッテリＢＡの負極と接地ラインＳＬとの間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３と、バッテリＢＡの正極と電源ラインＰＬ１Ａとの間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、システムメインリレーＳＭＲ２と並列接続される直列に接続されたシステムメインリレーＳＭＲ１および限流抵抗Ｒとを含む。システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置３０から与えられる制御信号ＣＯＮＴ１〜ＣＯＮＴ３にそれぞれ応じて導通／非導通状態が制御される。

電池ユニット４０Ａは、さらに、バッテリＢＡの端子間の電圧ＶＡを測定する電圧センサ１０Ａと、バッテリＢＡに流れる電流ＩＡを検知する電流センサ１１Ａとを含む。バッテリＢＡとしては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池を用いることができる。

電池ユニット４０Ｂは電源ラインＰＬ１Ｂと接地ラインＳＬに接続されている。電池ユニット４０Ｂは、バッテリＢＢと、バッテリＢＢの負極と接地ラインＳＬとの間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ５と、バッテリＢＢの正極と電源ラインＰＬ１Ｂとの間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ４とを含む。システムメインリレーＳＭＲ４，ＳＭＲ５は、制御装置３０から与えられる制御信号ＣＯＮＴ４，ＣＯＮＴ５にそれぞれ応じて導通／非導通状態が制御される。

電池ユニット４０Ｂは、さらに、バッテリＢＢの端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０Ｂと、バッテリＢＢに流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１Ｂとを含む。バッテリＢＢとしては、特性や容量がバッテリＢＡとは異なるバッテリ、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池を用いることができる。

昇圧コンバータ１２Ａは、一方端が電源ラインＰＬ１Ａに接続されるリアクトルＬ１Ａと、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ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ａ，Ｑ２Ａと、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ａ，Ｑ２Ａにそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１Ａ，Ｄ２Ａとを含む。

リアクトルＬ１Ａの他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１ＡのエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２Ａのコレクタに接続される。ダイオードＤ１ＡのカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１Ａのコレクタと接続され、ダイオードＤ１ＡのアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１Ａのエミッタと接続される。ダイオードＤ２ＡのカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２Ａのコレクタと接続され、ダイオードＤ２ＡのアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２Ａのエミッタと接続される。

昇圧コンバータ１２Ｂは、一方端が電源ラインＰＬ１Ｂに接続されるリアクトルＬ１Ｂと、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ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ｂと、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ｂにそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１Ｂ，Ｄ２Ｂとを含む。

リアクトルＬ１Ｂの他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１ＢのエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂのコレクタに接続される。ダイオードＤ１ＢのカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂのコレクタと接続され、ダイオードＤ１ＢのアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂのエミッタと接続される。ダイオードＤ２ＢのカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂのコレクタと接続され、ダイオードＤ２ＢのアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂのエミッタと接続される。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂから昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４を始動させるために、モータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂは、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７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１５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

インバータ２２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬに接続されている。インバータ２２は車輪２を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂの出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂに降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。インバータ２２の内部の構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＨ、電流ＩＡ，ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２Ｂに対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵＢ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤＢおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂの出力である直流電圧を、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対してモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に直流電圧を変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。

図２は、制御装置３０が電源システム起動時に行なう制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間経過ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図３は、図２のフローチャートに基づいて動作が行なわれた場合の一例を示す動作波形図である。この動作は、たとえば、バッテリＢＡの電源電圧ＶＢＡとバッテリＢＢの電源電圧ＶＢＢがおよそ等しいようなバッテリ組合せの場合に実行される。

図１、図２を参照して、まず、ステップＳ１では制御装置３０は、起動信号ＩＧＯＮがＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化したか否かを判断する。起動信号ＩＧＯＮにＯＦＦからＯＮへの変化が無い場合、処理はステップＳ１０に進み制御はメインルーチンに移される。

ステップＳ１において、起動信号ＩＧＯＮがＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化したことが検出された場合、処理はステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂがオフ状態からオン状態に変化するように、ゲートに与えられる信号が制御される。これによって、図３の時刻ｔ１に示されるようにＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂの状態がオフ状態からオン状態へと変化する。

続いて、ステップＳ３において、制御装置３０は、システムメインリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ３をオフ状態からオン状態に変化させるように、制御信号ＣＯＮＴ１およびＣＯＮＴ３を活性化させる。図３の波形図では、時刻ｔ２においてシステムメインリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ３がオフ状態からオン状態に変化し、コンデンサＣ１，Ｃ２，ＣＨに対するプリチャージが開始される。

このプリチャージは、バッテリＢＡの電力を用いて行なわれる。車両の電源装置の場合には、停車し電源システムをオフしている場合にはエンジンやモータジェネレータＭＧ１も停止した状態であるので、プリチャージをモータジェネレータＭＧ１で発電した電力で行なうことはできない。この点が、特開２００２−１０５０２号公報に開示された技術とは大きく異なっている。

その後、ステップＳ４においてプリチャージが完了するまでこの状態が維持される。プリチャージが完了したかどうかの判断は、実験的にプリチャージに要する時間を求めておいて時間の経過で判断しても良いし、コンデンサＣ１，Ｃ２，ＣＨの電圧や、バッテリＢＡから流出する電流の積算値からプリチャージが完了したことを検出してもよい。

そしてステップＳ４においてプリチャージが完了したと判断されると、ステップＳ５において制御装置３０は、システムメインリレーＳＭＲ２がオフ状態からオン状態に変化するように、制御信号ＣＯＮＴ２活性化させ、システムメインリレーＳＭＲ１がオン状態からオフ状態に変化するように、制御信号ＣＯＮＴ１を非活性化させる。図３の波形図では、時刻ｔ３においてシステムメインリレーＳＭＲ１がオン状態からオフ状態に変化し、システムメインリレーＳＭＲ２がオフ状態からオン状態に変化する。

ステップＳ５の処理が終了すると続いてステップＳ６において、制御装置３０は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂをオン状態からオフ状態に変化させるように、ゲート信号を非活性化させる。図３では、時刻ｔ４においてＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂがオン状態からオフ状態に変化している。この段階ではコンデンサＣ２はプリチャージされ電圧ＶＬＢが上昇し電圧ＶＢＢとほぼ等しくなっているので、システムメインリレーＳＭＲ４，ＳＭＲ５を接続しても過大な突入電流は発生しないから放電火花によるリレーの溶着は発生しない。

したがって、続くステップＳ７において制御装置３０は、システムメインリレーＳＭＲ４，ＳＭＲ５がオフ状態からオン状態に変化するように、制御信号ＣＯＮＴ４およびＣＯＮＴ５をともに活性化させる。図３の波形図では、時刻ｔ５においてシステムメインリレーＳＭＲ４，ＳＭＲ５がともにオフ状態からオン状態に変化する。

その後、ステップＳ９において運転席のＲｅａｄｙＯｎインジケータが点灯され、ステップＳ１０において制御はメインルーチンに戻される。図３では時刻ｔ６においてこの処理が行なわれる。

ここで、実施の形態１について、図１を再度参照して特徴を総括的に説明しておく。
車両１００の電源装置は、バッテリＢＡと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ１４，２２に給電を行なう電源ラインＰＬ２と、バッテリＢＡと電源ラインＰＬ２との間を結ぶ経路上に設けられ、電圧変換を行なう昇圧コンバータ１２Ａとを含む。車両１００の電源装置は、さらに、バッテリＢＢと、バッテリＢＢと電源ラインＰＬ２との間に設けられ、電圧変換を行なう昇圧コンバータ１２Ｂと、バッテリＢＢと昇圧コンバータ１２Ｂとの間に設けられ、電気的な接続状態と遮断状態の切換えを行なう接続部であるシステムメインリレーＳＭＲ４と、接続部と昇圧コンバータ１２Ｂを結ぶ経路に結合されたコンデンサＣ２と、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂおよび接続部の制御を行なう制御装置３０とを含む。制御装置３０は、起動指示ＩＧＯＮを受けた場合に、昇圧コンバータ１２ＡをバッテリＢＡから電源ラインＰＬ２に給電が行なわれコンデンサＣＨに充電が行なわれるように制御し、かつ昇圧コンバータ１２Ｂを電源ラインＰＬ２からコンデンサＣ２の充電が行なわれるように制御し、コンデンサＣ２の充電が完了した後にシステムメインリレーＳＭＲ４を遮断状態から接続状態に切換える。

このようにすることにより、システムメインリレーＳＭＲ４を接続する際に過大な電流が流れることが防止され、システムメインリレーＳＭＲ４と並列的に電流制限を行なう抵抗およびその抵抗を接続するための別のシステムメインリレーを設けなくても良くなる。

好ましくは、車両１００の電源装置は、バッテリＢＡと昇圧コンバータ１２Ａとを結ぶ経路上に設けられるシステムメインリレーＳＭＲ１と、システムメインリレーＳＭＲ１と直列に接続された電流制限を行なう抵抗Ｒと、直列に接続されたシステムメインリレーＳＭＲ１および抵抗Ｒに対して並列的に設けられるシステムメインリレーＳＭＲ２とをさらに備える。制御装置３０は、起動指示ＩＧＯＮを受けるとシステムメインリレーＳＭＲ１を導通させてコンデンサＣ２に充電を行なわせた後に、システムメインリレーＳＭＲ２，ＳＭＲ４を非導通状態から導通状態に切換える。

これにより、システム停止時に、高圧となるバッテリの正極側を昇圧コンバータやインバータとは完全に分離できるので、駐車時等長時間車両を離れる際や車両メンテナンス時の安全性が向上する。

好ましくは、車両１００の電源装置は、バッテリＢＡの正極と昇圧コンバータ１２Ａとの間に設けられるシステムメインリレーＳＭＲ１と、システムメインリレーＳＭＲ１と直列に接続された電流制限素子である抵抗Ｒと、直列に接続されたシステムメインリレーＳＭＲ１および抵抗Ｒに対して並列的に設けられるシステムメインリレーＳＭＲ２と、バッテリＢＡの負極と昇圧コンバータ１２Ａとの間に設けられるシステムメインリレーＳＭＲ３とをさらに備える。この場合、接続部は、バッテリＢＢの正極と昇圧コンバータ１２Ｂとの間に設けられるシステムメインリレーＳＭＲ４と、バッテリＢＢの負極と昇圧コンバータ１２Ｂとの間に設けられるシステムメインリレーＳＭＲ５の２つのリレーを含む。

この構成では、高圧となるバッテリの正極側に加え、バッテリの負極側もシステム停止時に昇圧コンバータやインバータとは完全に分離できるので、駐車時等長時間車両を離れる際や車両メンテナンス時の安全性がさらに向上する。

以上のように制御することで、バッテリＢＢ側については、バッテリＢＡ側のような限流素子である抵抗Ｒとそれに電流を流すためのシステムメインリレーＳＭＲ１に対応する回路要素を設けなくてよくなり、回路構成が簡単になるとともに製造コストを抑えることができる。

［実施の形態１の変形例］
図４は、図２のフローチャートの変形例である。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間経過ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図５は、図４のフローチャートに基づいて動作が行なわれた場合の一例を示す動作波形図である。この動作は、たとえば、バッテリＢＡの電源電圧ＶＢＡがバッテリＢＢの電源電圧ＶＢＢよりも高い場合に実行される。

図４のステップＳ１１〜ステップＳ１３までの処理は図２のステップＳ１〜ステップＳ３と同じであり、図５の時刻ｔ２までは図３と同じ動作が行なわれるので、この部分について説明は繰返さない。

図４のステップＳ１４については、バッテリＢＢの電圧ＶＢＢとコンデンサＣ２の電圧ＶＬＢとの差が所定のしきい値Ｖｔｈ１より小さいか否かが判断される。しきい値Ｖｔｈ１は、システムメインリレーＳＭＲ４，ＳＭＲ５の接続許容電位差を考慮して設定される。なお、電圧で実際に比較しないでも、電流センサ４２によってコンデンサＣ２に流入する電流を積算することによりコンデンサＣ２の電圧がバッテリＢＢの電圧に近づいたことを判断しても良い。また、実験的にコンデンサＣ２のプリチャージに要する時間を求めておいて時間の経過によりコンデンサＣ２の電圧がバッテリＢＢの電圧に近づいたことを判断しても良い。

ステップＳ１４の条件が満たされない場合は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂのオン状態が維持されてコンデンサＣ２のプリチャージが続行される。ステップＳ１４の条件が成立したときには、ステップＳ１５に処理が進み制御装置３０は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂをオン状態からオフ状態に変化させる。これにより、コンデンサＣ２の充電は中断されるので、コンデンサＣ２の電圧はそれ以上増加せず、コンデンサＣ２は適切なプリチャージ状態が維持される。

図５の波形図では、時刻ｔ３において電圧ＶＬＢがバッテリ電圧ＶＢＢに近づくとＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂがオン状態からオフ状態に変化し、これにより充電電流ＩＣ２はゼロになり電圧ＶＬＢの上昇は停止する。

ステップＳ１５の処理が終了すると、続いてステップＳ１６においてバッテリ電圧ＶＢＡと電圧ＶＬＡとの差がしきい値Ｖｔｈ２よりも小さくなったか否かが判断される。しきい値Ｖｔｈ２は、システムメインリレーＳＭＲ２の接続許容電位差を考慮して設定される。なお、電圧で実際に比較しないでも、電流センサ１１ＡによってコンデンサＣ１，ＣＨに流入する電流を積算することによりコンデンサＣ１，ＣＨの電圧がバッテリＢＡの電圧に近づいたことを判断しても良い。また、実験的にコンデンサＣ１，ＣＨのプリチャージに要する時間を求めておいて時間の経過によりコンデンサＣ１，ＣＨの電圧がバッテリＢＡの電圧に近づいたことを判断しても良い。

ステップＳ１６の条件が満たされない場合は、システムメインリレーＳＭＲ１がオン状態でかつシステムメインリレーＳＭＲ２がオフ状態に維持されてコンデンサＣ１，ＣＨのプリチャージが続行される。

ステップＳ１６の条件が成立したときには、ステップＳ１７に処理が進み制御装置３０は、システムメインリレーＳＭＲ２をオフ状態からオン状態に変化させるとともにシステムメインリレーＳＭＲ１をオン状態からオフ状態に変化させる。プリチャージが完了しているので、システムメインリレーＳＭＲ２の接続時に過大な突入電流が発生することは無く、リレーの溶着が防止されている。図５では、時刻ｔ４においてこの処理が実行されている。

ステップＳ１７に続いてステップＳ１８の処理が行なわれ、制御装置３０は、システムメインリレーＳＭＲ４，ＳＭＲ５がオフ状態からオン状態に変化するように、制御信号ＣＯＮＴ４およびＣＯＮＴ５をともに活性化させる。図５の波形図では、時刻ｔ５においてシステムメインリレーＳＭＲ４，ＳＭＲ５がともにオフ状態からオン状態に変化する。

その後、ステップＳ１９において運転席のＲｅａｄｙＯｎインジケータが点灯され、ステップＳ１０において制御はメインルーチンに戻される。

このように制御すれば、複数のバッテリ間に電圧差がある場合でも本発明を適用することが可能となる。

実施の形態１の変形例について追加された特徴を再び図１を参照して総括的に説明する。

すなわち、車両１００の電源装置は、コンデンサＣ２の充電状態を検知するセンサである電流センサ４２および電圧センサ２１Ｂをさらに備える。制御装置３０は、いずれかのセンサの出力に応じてコンデンサＣ２の充電が完了したか否かの判断を行なう。

また他の特徴に注目すると、車両１００の電源装置は、バッテリＢＢの電圧を検知する電圧センサ１０Ｂと、コンデンサＣ２の充電電圧を検知する電圧センサ２１Ｂとをさらに備える。制御装置３０は、電圧センサ１０Ｂおよび２１Ｂの出力を受け、バッテリＢＢの電圧とコンデンサＣ２の充電電圧との差が所定値以上である間はシステムメインリレーＳＭＲ４を接続状態に切換えることを禁止する。なお、システムメインリレーＳＭＲ４に代えてまたはシステムメインリレーＳＭＲ４と同時にシステムメインリレーＳＭＲ５を同様に制御しても良い。

以上のように昇圧コンバータを制御すれば、バッテリ電圧が異なる複数のバッテリを使用する場合、すなわちバッテリＢＡとバッテリＢＢの電圧に差がある場合でも本発明を適用することが可能となる。

［実施の形態２］
実施の形態２で説明する車両の電源装置は、図１で説明した車両の電源装置の構成において、接地ライン側の２つのシステムメインリレーを１つに集約したものである。

図６は、実施の形態２の車両２００の構成を示す概略ブロック図である。
図６を参照して、車両２００の電源装置は、バッテリＢＡと、バッテリＢＡと電源ラインＰＬ２との間に設けられ、電圧変換を行なう昇圧コンバータ１２Ａとを含む。インバータ１４，２２は、電源ラインＰＬ２から給電され、それぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する。

車両２００の電源装置は、さらに、バッテリＢＢと、バッテリＢＢと電源ラインＰＬ２との間に設けられ、電圧変換を行なう昇圧コンバータ１２Ｂと、バッテリＢＢと昇圧コンバータ１２Ｂとの間に設けられ、電気的な接続状態と遮断状態の切換えを行なう接続部であるシステムメインリレーＳＭＲ４と、接続部と昇圧コンバータ１２Ｂを結ぶ経路に結合されたコンデンサＣ２と、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂおよび接続部の制御を行なう図示しない制御装置とを備える。

制御装置は、図１で説明した制御装置３０とほぼ同様な制御を行なうものであって、起動指示ＩＧＯＮを受けた場合に、昇圧コンバータ１２ＡをバッテリＢＡから電源ラインＰＬ２のコンデンサＣＨに充電が行なわれるように制御し、かつ昇圧コンバータ１２Ｂを電源ラインＰＬ２からコンデンサＣ２の充電が行なわれるように制御し、コンデンサＣ２の充電が完了した後にシステムメインリレーＳＭＲ４を遮断状態から接続状態に切換える。

車両２００の電源装置は、さらに、バッテリＢＡと昇圧コンバータ１２Ａとの間に設けられ、直列に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ１および電流制限を行なう抵抗Ｒと、直列に接続されたシステムメインリレーＳＭＲ１および抵抗Ｒに対して並列的に設けられるシステムメインリレーＳＭＲ２と、システムメインリレーＳＭＲ３とを含む。制御装置は、起動指示ＩＧＯＮを受けるとシステムメインリレーＳＭＲ１を導通させてコンデンサＣ２に充電を行なわせた後に、システムメインリレーＳＭＲ２，ＳＭＲ４を非導通状態から導通状態に切換える。

バッテリＢＡの負極とバッテリＢＢの負極とはともに負極ラインＮＬに電気的に接続され、昇圧コンバータ１２Ａと昇圧コンバータ１２Ｂは、ともに接地ラインＳＬに接続される。車両２００の電源装置は、さらに、負極ラインＮＬと接地ラインＳＬとの間に設けられるシステムメインリレーＳＭＲ３を含む。図６に示した場合、「接続部」に該当するのは、バッテリＢＢの正極と昇圧コンバータ１２Ｂとの間に設けられる１つのシステムメインリレーＳＭＲ４のみである。

図７は、実施の形態２における動作例を説明する第１の動作波形図である。
図７の波形図は、図３に示した実施の形態１のバッテリ電圧ＶＡがバッテリ電圧ＶＢとあまり差が無い場合の例において、システムメインリレーＳＭＲ５がシステムメインリレーＳＭＲ３と兼用されたものである。したがって、システムメインリレーＳＭＲ５の波形が削除されている他は実施の形態１で説明しているので、説明は繰返さない。

図８は、実施の形態２における動作例を説明する第２の動作波形図である。
図８の波形図は、図５に示した実施の形態１のバッテリ電圧ＶＡがバッテリ電圧ＶＢよりも高い場合の例において、システムメインリレーＳＭＲ５がシステムメインリレーＳＭＲ３と兼用されたものである。したがって、システムメインリレーＳＭＲ５の波形が削除されている他は実施の形態１で説明しているので、説明は繰返さない。

実施の形態２で説明した車両の電源装置は、実施の形態１の構成よりもさらにシステムメインリレーの数を減らすことができ、部品点数を削減でき製造コストが低減できる。

なお、本実施の形態では動力分割機構によりエンジンの動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムに適用した例を示した。しかし本発明は、発電機を駆動するためにのみエンジンを用い、発電機により発電された電力を使うモータでのみ車軸の駆動力を発生させるシリーズ型ハイブリッド自動車にも適用できる。また、電気自動車や燃料電池自動車にも適用が可能である。

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。

蓄電装置として特性の異なる２種類のバッテリを搭載する車両１００の構成を示す回路図である。 制御装置３０が電源システム起動時に行なう制御を説明するためのフローチャートである。 図２のフローチャートに基づいて動作が行なわれた場合の一例を示す動作波形図である。 図２のフローチャートの変形例である。 図４のフローチャートに基づいて動作が行なわれた場合の一例を示す動作波形図である。 実施の形態２の車両２００の構成を示す概略ブロック図である。 実施の形態２における動作例を説明する第１の動作波形図である。 実施の形態２における動作例を説明する第２の動作波形図である。

符号の説明

２ 車輪、３ 動力分割機構、４ エンジン、１０Ａ，１０Ｂ，１３，２１Ａ，２１Ｂ 電圧センサ、１１Ａ，１１Ｂ，２４，４２ 電流センサ、１２Ａ，１２Ｂ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、３０ 制御装置、４０Ａ，４０Ｂ 電池ユニット、１００，２００ 車両、ＢＡ，ＢＢ バッテリ、Ｃ１，Ｃ２，ＣＨ コンデンサ、Ｄ１Ａ，Ｄ２Ａ，Ｄ１Ｂ，Ｄ２Ｂ，Ｄ３〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１Ａ，ＰＬ１Ｂ，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１Ａ，Ｑ２Ａ，Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ｂ，Ｑ３〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｒ 抵抗、ＳＬ 接地ライン、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ５ システムメインリレー。

Claims (7)

1. 第１の蓄電装置と、
   モータを駆動するインバータに給電を行なう電源ラインと、
   前記第１の蓄電装置と前記電源ラインとの間に設けられ、電圧変換を行なう第１の電圧変換器と、
   第２の蓄電装置と、
   前記第２の蓄電装置と前記電源ラインとの間に設けられ、電圧変換を行なう第２の電圧変換器と、
   前記第２の蓄電装置と前記第２の電圧変換器との間に設けられ、電気的な接続状態と遮断状態の切換えを行なう接続部と、
   前記接続部と前記第２の電圧変換器を結ぶ経路に結合されたコンデンサと、
   前記第１、第２の電圧変換器および前記接続部の制御を行なう制御装置とを備え、前記制御装置は、起動指示を受けた場合に、前記第１の電圧変換器を前記第１の蓄電装置から前記電源ラインに給電が行なわれるように制御し、かつ前記第２の電圧変換器を前記電源ラインから前記コンデンサの充電が行なわれるように制御し、前記コンデンサの充電が完了した後に前記接続部を前記遮断状態から前記接続状態に切換える、車両の電源装置。
2. 前記コンデンサの充電状態を検知するセンサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記センサの出力に応じて前記コンデンサの充電が完了したか否かの判断を行なう、請求項１に記載の車両の電源装置。
3. 前記第２の蓄電装置の電圧を検知する第１の電圧センサと、
   前記コンデンサの充電電圧を検知する第２の電圧センサとをさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１、第２の電圧センサの出力を受け、前記第２の蓄電装置の電圧と前記コンデンサの充電電圧との差が所定値以上である間は前記接続部を接続状態に切換えることを禁止する、請求項１に記載の車両の電源装置。
4. 前記第１の蓄電装置と前記第１の電圧変換器との間に設けられる第１のリレーと、
   前記第１のリレーと直列に接続された電流制限素子と、
   前記直列に接続された前記第１のリレーおよび前記電流制限素子に対して並列的に設けられる第２のリレーとをさらに備え、
   前記接続部は、
   第３のリレーを含み、
   前記制御装置は、前記起動指示を受けると第１のリレーを導通させて前記コンデンサに充電を行なわせた後に、前記第２、第３のリレーを非導通状態から導通状態に切換える、請求項１に記載の車両の電源装置。
5. 前記第１の蓄電装置の正極と前記第１の電圧変換器との間に設けられる第１の正側リレーと、
   前記第１の正側リレーと直列に接続された電流制限素子と、
   前記直列に接続された前記第１の正側リレーおよび前記電流制限素子に対して並列的に設けられる第２の正側リレーと、
   前記第１の蓄電装置の負極と前記第１の電圧変換器との間に設けられる第１の負側リレーとをさらに備え、
   前記接続部は、
   前記第２の蓄電装置の正極と前記第２の電圧変換器との間に設けられる前記第３の正側リレーと、
   前記第２の蓄電装置の負極と前記第２の電圧変換器との間に設けられる第２の負側リレーとを含む、請求項１に記載の車両の電源装置。
6. 前記電源装置は、
   前記第１の蓄電装置の負極と前記第２の蓄電装置の負極とがともに接続される負極ラインと、
   前記第１の電圧変換器と前記第２の電圧変換器がともに接続される接地ラインと、
   前記負極ラインと前記接地ラインとの間に設けられる負側リレーと、
   前記第１の蓄電装置の正極と前記第１の電圧変換器との間に設けられる第１の正側リレーと、
   前記第１の正側リレーと直列に接続された電流制限素子と、
   前記直列に接続された前記第１の正側リレーおよび前記電流制限素子に対して並列的に設けられる第２の正側リレーとをさらに備え、
   前記接続部は、
   前記第２の蓄電装置の正極と前記第２の電圧変換器との間に設けられる前記第３の正側リレーを含む、請求項１に記載の車両の電源装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電源装置を搭載する車両。

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