JP4735000B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関し、特に、二次電池とキャパシタとを電源として備えたモータ駆動装置に関する。

最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。

また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。

このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、車両を適切に走行させつつエネルギー効率を向上させるためには、そのモータに対する負荷に応じた電力を供給し、回生時は効率良くエネルギーを回収することが求められる。

このような要求に対応するために、たとえば特許文献１には、電源装置として、バッテリと大容量のコンデンサ（電気二重層キャパシタ）とを備え、回生時には主としてコンデンサに充電し、通常運転時にはバッテリにのみ充電することを特徴とする車両用エネルギー回生システムが開示される。

図６は、特許文献１に開示される車両用エネルギー回生システムの概要を示す図である。

図６を参照して、３相交流機１０１は、回生時には発電機として作動し、力行時には電動機として作動する。発電機として作動する際には、電圧調整器１０３で界磁電流を調整することにより、発電電圧を調整することができる。

インバータ１０４は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴの３相ブリッジで構成されており、各ＭＯＳＦＥＴには、並列にダイオードが設けられる。回生時、３相交流機１０１で発電された３相交流は、各ＭＯＳＦＥＴに並列接続されたダイオードにより、全波整流されて電気二重層キャパシタ１１３に充電される。また、力行時は、インバータ制御回路１０５によって、各ＭＯＳＦＥＴの導通タイミングを調整することにより、電気二重層キャパシタ１１３から給電される直流を３相交流に変換して、３相交流機１０１を駆動する。力行時は、電気二重層キャパシタ１１３の電圧がバッテリ１１４の電圧よりも高い間は、電気二重層キャパシタ１１３により３相交流機１０１に給電され、両者の電圧が等しくなると、電気二重層キャパシタ１１３とバッテリ１１４とから給電される。

通常運転時は、電圧調整器１０３により、３相交流機１０１の発電電圧をバッテリ１１４の充電に適した値に調整し、サイリスタ点弧回路１１１によってサイリスタ１１０を導通させて、バッテリ１１４の充電を行なう。

なお、放電抵抗１０７は、回生時、電気二重層キャパシタ１１３が満充電になったとき、チョッパ１０８が作動して電流が流れ、発電された電力を熱として消費し、リターダ機能を維持するためのものである。

ダイオード１１５は、バッテリ１１４の電圧より電気二重層キャパシタ１１３の電圧が高いときに、バッテリ１１４に過電圧が印加されるのを防止するためのものである。なお、図示は省略するが、ダイオード１１５と直列にキースイッチの接点が設けられる。これは、内燃機関１０２を長時間停止する際に、電気二重層キャパシタ１１３およびダイオード１１５を介してバッテリ１１４が放電するのを防止する働きをする。

このような構成によれば、電気二重層キャパシタ１１３主体で回生、力行を担っており、エネルギーの回生効率を高くすることができる。また、バッテリ１１４は補助的に用いられるので、急激な充放電に晒されることがなく、寿命劣化が抑えられる。
特開平６−１１３４０７号公報 特開２００１−２１８３８１号公報 特開２００２−２１３２７２号公報 特開２０００−２７８８０７号公報 特開２００３−１９９２０３号公報

ここで、電気二重層キャパシタ１１３においては、蓄電エネルギーはキャパシタの電圧の２乗に比例する。すなわち、電気二重層キャパシタ１１３を直流電源として使用した場合、消費エネルギーの増大に応じてキャパシタの電圧は低下する。過放電状態に至っては、電気二重層キャパシタ１１３の電圧はほぼ零近くになってしまう。

したがって、上記の車両エネルギー回生システムにおいて、電気二重層キャパシタ１１３が過放電状態となって、キャパシタの電圧がほぼ零状態に至ったときには、並列接続されるバッテリ１１４との電圧差によって、電気二重層キャパシタ１１３に過大な電流が流れ込むおそれがある。特に、電気二重層キャパシタ１１３に瞬時に過大な電流が流れた場合、キャパシタ内部が加熱されて、最終的に爆発することになる。

一方、電気二重層キャパシタ１１３が満充電状態であって、キャパシタの電圧がバッテリの電圧よりも高くなるときには、バッテリ１１４に過電圧が印加されるおそれがある。

そこで、これらの突入電流や過電圧を回避するためには、電気二重層キャパシタ１１３の充放電電流を制限するための限流装置の設置が必要となる。限流装置としては、たとえば抵抗やリアクトルなどが適用される。なお、図６に示すシステムにおいては、バッテリを過電圧から保護する手段として、ダイオードが設けられる。

しかしながら、大容量のコンデンサを主電源とする車両用エネルギーシステムにおいては、コンデンサ自体の出力密度が高いことから、設置する限流装置においても、インピーダンスの大きい大型なものが必要となる。このため、システム全体の装置規模およびコストが増加するという問題が起こる。

それゆえ、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、主電源となるキャパシタの限流装置を不要とし、信頼度の高いモータ駆動装置を小型かつ低コストに提供することである。

この発明のある局面によれば、モータ駆動装置は、二次電池と、二次電池に並列接続されるキャパシタと、二次電池およびキャパシタから電力の供給を受けてモータを駆動する駆動回路と、モータの駆動開始前において、キャパシタの端子間電圧を、二次電池の直流電圧と略同じとなるように制御する電圧制御手段とを備える。電圧制御手段は、キャパシタの端子間電圧が、二次電池の直流電圧よりも下回るときにおいて、モータの逆起電圧でキャパシタを充電する。

好ましくは、モータは、内燃機関を始動するモータである。電圧制御手段は、内燃機関の始動指示を受けると、二次電池から駆動回路に電力を供給してモータを力行モードで駆動し、内燃機関の始動後において、内燃機関を所定の回転数で回転し、モータに所定の回転数に応じた逆起電圧を発生する。

好ましくは、電圧制御手段は、内燃機関の回転数を決定する回転数決定手段をさらに含む。回転数決定手段は、モータの逆起電圧が、キャパシタの端子間電圧が二次電池の直流電圧と略同じ電圧に達するのに必要な充電電圧となるように回転数を決定する。

好ましくは、モータ駆動装置は、二次電池と駆動回路との間で直流電圧を変換する電圧変換回路をさらに備える。キャパシタは、電圧変換回路と駆動回路との間に配され、変換した直流電圧により充電される。電圧制御手段は、駆動回路とキャパシタとの間に接続されたリレーと、電圧変換回路の出力電圧の目標電圧を決定する目標電圧決定手段と、目標電圧決定手段により決定された目標電圧を受けて出力電圧が目標電圧になるように電圧変換回路を制御する電圧変換制御手段とを含む。目標電圧決定手段は、キャパシタの端子間電圧が二次電池の直流電圧よりも上回ることに応じて、キャパシタの端子間電圧と略同じ電圧を目標電圧として決定する。電圧制御手段は、出力電圧が目標電圧に達したことに応じて、リレーをオンする。

好ましくは、電圧制御手段は、キャパシタの端子間電圧と二次電池の直流電圧との電圧差が、電圧差によって生じる直流電流が所定の許容値以下となる電圧範囲内にあるか否かの判定手段をさらに含み、判定手段において電圧差が電圧範囲内にあると判定されたことに応じて、キャパシタの端子間電圧と二次電池の直流電圧とが略同じであると判断する。

この発明の別の局面によれば、モータ駆動装置は、二次電池と、二次電池に並列接続されるキャパシタと、二次電池およびキャパシタのいずれかから電力の供給を受けてモータを駆動する駆動回路と、モータの駆動停止前において、キャパシタの端子間電圧を、二次電池の直流電圧と略同じとなるように制御する電圧制御手段とを備える。電圧制御手段は、キャパシタの端子間電圧が、二次電池の直流電圧よりも上回るときにおいて、キャパシタを放電して二次電池を充電する。

好ましくは、モータ駆動装置は、二次電池と駆動回路との間で直流電圧を変換する電圧変換回路をさらに備える。キャパシタは、電圧変換回路と駆動回路との間に配され、変換した直流電圧により充電される。電圧制御手段は、変換した直流電圧の目標電圧を決定する目標電圧決定手段と、目標電圧決定手段により決定された目標電圧を受けて変換した直流電圧が目標電圧になるように電圧変換回路を制御する電圧変換制御手段とを含む。目標電圧決定手段は、モータの駆動停止指示を受けると、キャパシタの端子間電圧が二次電池の直流電圧を上回ることに応じて、二次電池の直流電圧と略同じ電圧を目標電圧として決定する。電圧変換制御手段は、降圧動作によって生じた電力を二次電池に充電する。

好ましくは、電圧変換制御手段は、降圧動作によって生じた電力を、二次電池の入力可能な電力の範囲内において二次電池に充電する。

好ましくは、電圧変換制御手段は、降圧動作によって生じた電力が二次電池の入力可能な電力を超えたことに応じて、降圧動作によって生じた電力を、二次電池に充電するとともに駆動回路に供給する。

好ましくは、電圧制御手段は、キャパシタの端子間電圧と二次電池の直流電圧との電圧差が、電圧差によって生じる直流電流が所定の許容値以下となる電圧範囲内にあるか否かの判定手段をさらに含み、判定手段において電圧差が電圧範囲内にあると判定されたことに応じて、キャパシタの端子間電圧と二次電池の直流電圧とが略同じであると判断する。

この発明の別の局面によれば、モータ駆動装置は、二次電池と、二次電池に並列接続されるキャパシタと、二次電池およびキャパシタのいずれかから電力の供給を受けてモータを駆動する駆動回路と、キャパシタの端子間電圧を、キャパシタから駆動回路に電力を供給可能な目標電圧となるように、キャパシタの端子間電圧を制御する電圧制御手段とを備える。モータは、内燃機関を始動するモータである。電圧制御手段は、キャパシタの端子間電圧が目標電圧よりも下回るときにおいて、二次電池から駆動回路に電力を供給してモータを力行モードで駆動し、内燃機関の起動後において、内燃機関の駆動力によってモータが発電した電力をキャパシタに充電する。

好ましくは、電圧制御手段は、キャパシタの端子間電圧が目標電圧よりも下回るときにおいて、二次電池の蓄電量が所定のしきい値よりも小さいと判断されると、二次電池から駆動回路に電力を供給してモータを力行モードで駆動する。

好ましくは、所定のしきい値は、モータを力行モータで駆動するために二次電池から駆動回路に供給される電力が確保されるように設定される。

この発明のある局面によれば、車両システムの起動前のタイミングにおいて、キャパシタの端子間電圧を、二次電池の電源電圧との電圧差をなくすように電圧制御することにより、限流装置を設けることなく、キャパシタによる突入電流を防止でき、小型かつ低コストに信頼度の高いモータ駆動装置を実現することができる。

また、この発明の別の局面によれば、車両システムの停止前のタイミングにおいて、キャパシタの端子間電圧を、二次電池の電源電圧との電圧差をなくすように電圧制御することにより、限流装置を設けることなく、小型かつ低コストに信頼度の高いモータ駆動装置を実現することができる。

また、この発明の別の局面によれば、キャパシタは、内燃機関の起動後において、内燃機関の駆動力によりモータが発電した電力により充電される。したがって、二次電池から過大な電力が持ち出されるのを抑制でき、二次電池を過電流から保護することができる。さらに、二次電池の蓄電量の急激な減少が抑えられる。また、キャパシタに蓄えられる電力の大小に関わらず、安定して車両を加速することが可能となり、信頼度の向上を図ることができる。

さらに、二次電池にモータを力行モードで駆動するのに必要な電力を確保して、二次電池からキャパシタを充電する構成とすれば、内燃機関は、二次電池の電力により確実に起動され、キャパシタを充電することができる。

以下、この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、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従うモータ駆動装置１００の概略ブロック図である。

図１を参照して、モータ駆動装置１００は、バッテリＢと、昇圧コンバータ１２と、キャパシタＣ１と、コンデンサＣ２と、インバータ１３，１５と、電圧センサ１７〜１９と、電流センサ１４，１６と、システムリレーＳＲＢ１〜ＳＲＢ３，ＳＲＣ１，ＳＲＣ２と、抵抗Ｒ１と、制御装置３０とを備える。

エンジンＥＮＧは、ガソリンなどの燃料の燃焼エネルギーを源として駆動力を発生する。エンジンＥＮＧの発生する駆動力は、図１の太斜線で示すように、動力分割機構５０により、２つの経路に分割される。一方は、図示しない減速機を介して車輪を駆動する駆動軸に伝達する経路である。もう一方は、モータジェネレータＭＧ１へ伝達する経路である。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能し得るが、以下に示すように、モータジェネレータＭＧ１は、主として発電機として動作し、モータジェネレータＭＧ２は、主として電動機として動作する。

詳細には、モータジェネレータＭＧ１は、三相交流回転機であり、加速時において、エンジンＥＮＧを始動する始動機として用いられる。このとき、モータジェネレータＭＧ１は、バッテリＢからの電力の供給を受けて電動機として駆動し、エンジンＥＮＧをクランキングして始動する。

さらに、エンジンＥＮＧの始動後において、モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構５０を介して伝達されたエンジンＥＮＧの駆動力によって回転されて発電する。

モータジェネレータＭＧ１の発電した電力は、車両の運転状態やキャパシタＣ１の蓄電エネルギーによって使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時においては、モータジェネレータＭＧ１の発電した電力は、そのままモータジェネレータＭＧ２を駆動させる電力となる。一方、キャパシタＣ１の蓄電エネルギーが所定の値よりも低いときには、モータジェネレータＭＧ１の発電した電力は、インバータ１３によって交流電力から直流電力に変換されて、キャパシタＣ１に蓄えられる。

モータジェネレータＭＧ２は、三相交流回転機であり、キャパシタＣ１に蓄えられた電力およびモータジェネレータＭＧ１が発電した電力の少なくともいずれか一方によって駆動される。モータジェネレータＭＧ２の駆動力は、減速機を介して車輪の駆動軸に伝達される。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、エンジンＥＮＧをアシストして車両を走行させたり、自己の駆動力のみによって車両を走行させたりする。

また、車両の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、減速機を介して車輪により回転されて発電機として動作する。このとき、モータジェネレータＭＧ２により発電された回生電力は、インバータ１５を介してキャパシタＣ１に充電される。

バッテリＢは、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池などの２次電池から成る。

電圧センサ１７は、バッテリＢから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。

システムリレーＳＲＢ１および抵抗Ｒ１は、バッテリＢの正極と昇圧コンバータ１２との間に直列に接続される。システムリレーＳＲＢ２は、バッテリＢの正極と昇圧コンバータ１２との間に、システムリレーＳＲＢ１および抵抗Ｒ１に並列に接続される。システムリレーＳＲＢ３は、バッテリＢの負極と昇圧コンバータ１２との間に接続される。

システムリレーＳＲＢ１〜ＳＲＢ３は、制御装置３０からの信号ＳＥＢによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１〜ＳＲ３は、制御装置３０からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥＢによりオンされ、制御装置３０からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥＢによりオフされる。

昇圧コンバータ１２は、バッテリＢから供給された直流電圧Ｖｂを任意のレベルを有する昇圧電圧に昇圧してキャパシタＣ１へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＣを受けると、信号ＰＷＣに応じて昇圧した直流電圧をキャパシタＣ１に供給する。また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＣを受けると、キャパシタＣ１から供給された直流電圧を降圧してバッテリＢへ供給する。

キャパシタＣ１は、たとえば電気二重層キャパシタからなり、昇圧コンバータ１２を介してバッテリＢと並列に接続される。昇圧コンバータ１２とキャパシタＣ１との間は、システムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２によって電気的に結合／分離される。

システムリレーＳＲＣ１は、昇圧コンバータ１２とキャパシタＣ１の正電極との間に接続される。システムリレーＳＲＣ２は、昇圧コンバータ１２とキャパシタＣ１の負電極との間に接続される。

システムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２は、制御装置３０からの信号ＳＥＣによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２は、制御装置３０からのＨレベルの信号ＳＥＣによりオンされ、制御装置３０からのＬレベルの信号ＳＥＣによりオフされる。

電圧センサ１９は、キャパシタＣ１の両端の電圧Ｖｃを検出し、その検出した電圧Ｖｃを制御装置３０へ出力する。

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１３，１５に供給する。

電圧センサ１８は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍ（インバータ１３，１５の入力電圧に相当）を検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。

インバータ１３は、３相インバータであり、コンデンサＣ２を介してキャパシタＣ１から直流電圧が供給されると、制御装置３０からの制御信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１３は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を制御装置３０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コンデンサＣ２を介してキャパシタＣ１に供給する。

インバータ１５も同様に３相インバータであり、コンデンサＣ２を介してキャパシタＣ１から直流電圧が供給されると、制御装置３０からの制御信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値ＴＲ２によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１５は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を制御装置３０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コンデンサＣ２を介してキャパシタＣ１に供給する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。

電流センサ１４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３０へ出力する。

電流センサ１６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３０へ出力する。

制御装置３０は、図示しない外部ＥＣＵ（Electrical Control Unit）からトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、イグニッションキーＩＧおよびバッテリＢに入力可能な電力（以下、電池入力ＷＩＮと称する）を受け、電圧センサ１７から直流電圧Ｖｂを受け、電圧センサ１９からキャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃを受け、電圧センサ１８から入力電圧Ｖｍを受け、電流センサ１４からモータ電流ＭＣＲＴ１を受け、電流センサ１６からモータ電流ＭＣＲＴ２を受ける。

制御装置３０は、インバータ１３の入力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ１およびモータ電流ＭＣＲＴ１に基づいて、インバータ１３がモータジェネレータＭＧ１を駆動するときにインバータ１３のＮＰＮトランジスタ（図示せず）をスイッチング制御するための信号ＰＷＭ１を生成し、生成した信号ＰＷＭ１をインバータ１３へ出力する。

また、制御装置３０は、インバータ１５の入力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２に基づいて、インバータ１５がモータジェネレータＭＧ２を駆動するときにインバータ１５のＮＰＮトランジスタ（図示せず）をスイッチング制御するための信号ＰＷＭ２を生成し、生成した信号ＰＷＭ２をインバータ１５へ出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１３がモータジェネレータＭＧ１を駆動するとき、バッテリＢの直流電圧Ｖｂ、インバータ１３の入力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ１およびモータ回転数ＭＲＮ１に基づいて、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタ（図示せず）をスイッチング制御するための信号ＰＷＣを生成し、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１２へ出力する。

また、制御装置３０は、インバータ１５がモータジェネレータＭＧ２を駆動するとき、バッテリＢの直流電圧Ｖｂ、インバータ１５の入力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ２に基づいて、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタ（図示せず）をスイッチング制御するための信号ＰＷＣを生成し、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１２へ出力する。

さらに、制御装置３０は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、インバータ１５の入力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭ２を生成し、生成した信号ＰＷＭ２をインバータ１５へ出力する。この場合、インバータ１５のＮＰＮトランジスタ（図示せず）は、信号ＰＷＭ２によってスイッチング制御される。これにより、インバータ１５は、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を直流電圧に変換してキャパシタＣ１へ供給する。

以上のように、この発明によるモータ駆動装置１００は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を力行モードで駆動させるときに必要な電力は、主としてキャパシタＣ１に蓄えられている電力を用いる。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を回生モードで駆動させたときに発電した電力を、主としてキャパシタＣ１に充電する。特に、主電源となるキャパシタＣ１に大容量の電気二重層キャパシタを採用することから、急激な回生電流によっても高いエネルギーの回生効率を保つことができる。

一方、電気二重層キャパシタを搭載した場合、上述した突入電流や過電圧が生じ得ることによって、バッテリＢ、インバータ１３，１５および昇圧コンバータ１２などが損傷するおそれがある。また、システムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２において、接点間に溶着が生じるおそれもある。

そこで、この発明によるモータ駆動装置１００は、キャパシタＣ１による突入電流や過電圧の回避手段として以下に述べるキャパシタＣ１の電圧制御手段を備えることを特徴とする。これによれば、従来必要とされていた限流装置の設置が不要となり、小型かつ低コストで信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。

詳細には、この発明によるモータ駆動装置１００は、車両システムの起動時および停止時のいずれかにおいて、キャパシタＣ１の端子間電圧ＶｃとバッテリＢの直流電圧Ｖｂとの間の電圧差を無くすための電圧制御を実行することを特徴とする。以下に、これらの電圧制御について詳述する。

（１）車両システム起動時における電圧制御
最初に、車両システム起動時に行なわれる電圧制御について説明する。車両システム起動時には、キャパシタＣ１が過放電状態となっている場合があり、キャパシタＣ１の端子間電圧（Ｖｃがほぼ零電圧）とバッテリの直流電圧Ｖｂとの電圧差によって、過大な電流がキャパシタＣ１に流れ込むおそれがある。一方、キャパシタＣ１の端子間電圧がバッテリＢの直流電圧Ｖｂよりも高ければ、起動直後において、インバータ１３，１５側に過電圧が印加され得る。さらには、この過電流によってシステムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２の接点が溶着する危険性もある。

そこで、車両システム起動の際には、イグニッションキーＩＧがオンされたことに応じて、キャパシタＣ１の端子間電圧ＶｃをバッテリＶｂの直流電圧Ｖｂレベルと略同じとする電圧制御を行ない、制御終了後において通常のシステム起動を行なう構成とする。

図２は、この発明の実施の形態による車両システム起動時の電圧制御を説明するためのフローチャートである。なお、以下の電圧制御は、モータ駆動装置１００全体の制御を担う制御装置３０によって実行される。

図２を参照して、最初に、イグニッションキーＩＧがオンされたことに応じて（ステップＳ１０）、制御装置３０は、バッテリＢ側のシステムリレーＳＲＢ１〜ＳＲＢ３に、Ｈレベルの信号ＳＥＢを出力し、システムリレーＳＲＢ１〜ＳＲＢ３をオンする（ステップＳ１１）。

このとき、高電圧のバッテリＢをいきなり負荷に接続すると、瞬間的に大電流（突入電流）が流れるおそれがある。よって、電源供給開始時点においては、システムリレーＳＲＢ１に設けた抵抗Ｒ１によって突入電流を防止するような手順で、システムリレーＳＲＢ１〜ＳＲＢ３がオン／オフされる。具体的には、最初に、システムリレーＳＲＢ１とシステムリレーＳＲＢ３とが同時にオンされる。これにより、システムリレーＳＲＢ１は、バッテリＢからの直流電流を抵抗Ｒ１を介して昇圧コンバータ１２に供給する。続いて、システムリレーＳＲＢ１，ＳＲＢ３がオンされた状態で、システムリレーＳＲＢ２がオンされる。システムＳＲＢ２は、バッテリＢからの直流電流を昇圧コンバータ１２に直接供給する。最後に、システムリレーＳＲＢ１のみがオフされる。

次に、制御装置３０は、電圧センサ１８からキャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃを受けると、その端子間電圧Ｖｃの電圧レベルに基づいて、以下に述べる３通りの手順に従って、キャパシタＣ１側のシステムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２をオンし、キャパシタＣ１をモータ駆動装置１００に接続する。

詳細には、制御装置３０は、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃが、キャパシタＣ１の接続時に突入電流を生じない電圧範囲内にあるか否かの判定を行なう。

これは、キャパシタＣ１が過充電状態、あるいは過放電状態にあるときに、いきなりキャパシタＣ１を接続すると、バッテリＢとの電圧差によって、キャパシタＣ１に過大な突入電流が流れることを考慮したものである。なお、この突入電流によって、システムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２の接点間に溶着が発生するおそれもある。したがって、このときの判定基準となる電圧範囲としては、キャパシタＣ１の端子間電圧ＶｃとバッテリＢの直流電圧Ｖｂとの電圧差が、許容値以上の突入電流を発生させない所定の範囲となるように予め定められている。

具体的には、最初に、制御装置３０は、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃが、上記の電圧範囲の下限値（以下、下限値Ｖｍｉｎとする）よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２において、制御装置３０は、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃが下限値Ｖｍｉｎ以下であると判断すると、図３のフローチャートに従ってキャパシタＣ１の充電動作を行なう。この充電動作については、後に詳述する。

一方、ステップＳ１２において、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃが下限値Ｖｍｉｎよりも大きいと判断すると、制御装置３０は、続いて、端子間電圧Ｖｃが上記の電圧範囲の上限値（以下、上限値Ｖｍａｘとする）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１３）。

このとき、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃが上限値Ｖｍａｘより小さいと判断すると、すなわち、端子間電圧Ｖｃが電圧範囲内にあると判断すると、制御装置３０は、Ｈレベルの信号ＳＥＣを出力してシステムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２をオンする（ステップＳ１４）。キャパシタＣ１が接続されたことにより、モータ駆動装置１００は、システム起動開始が可能なＲＤＹ状態となり（ステップＳ１５）、以降、通常のシステム起動動作を実行する。

一方、ステップＳ１３において、制御装置３０は、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃが上限値Ｖｍａｘ以上であると判断すると、キャパシタＣ１の接続に先立って、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍ（昇圧コンバータ１２の出力電圧に相当）がキャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃと略同じとなるように、昇圧コンバータ１２を駆動制御して昇圧動作を行なう（ステップＳ１６）。

詳細には、制御装置３０は、電圧センサ１８からコンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍを受けると、電圧ＶｍがキャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃとなるように、昇圧コンバータ１２の目標電圧Ｖｄｃ＿ｃｏｍを決定する。

さらに、制御装置３０は、その決定した目標電圧（Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＝Ｖｃ）と、直流電圧Ｖｂと、出力電圧Ｖｍとに基づいて。出力電圧Ｖｍが目標電圧になるように直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍへ昇圧するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、昇圧コンバータ１２は、出力電圧Ｖｍが目標電圧Ｖｄｃ＿ｃｏｍとなるように直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。

制御装置３０は、以上の昇圧動作を、出力電圧ＶｍとキャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃとの電圧差が所定の電圧範囲Ｖ１以下となるまで継続する。最後に、制御装置３０は、出力電圧Ｖｍと端子間電圧Ｖｃとの電圧差がＶ１以下にまで縮減されたことを確認して（ステップＳ１７）、Ｈレベルの信号ＳＥＣを出力してシステムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２をオンする（ステップＳ１８）。キャパシタＣ１が接続されたことにより、モータ駆動装置１００は、システム起動開始が可能なＲＤＹ状態となり（ステップＳ１９）、以降、通常のシステム起動動作を実行する。

図３は、この発明の実施の形態による車両システム起動時の電圧制御を説明するためのフローチャートである。

図３を参照して、制御装置３０は、図２のステップＳ１２において、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃが下限値Ｖｍｉｎ以下であると判断すると、以下のステップＳ２０〜Ｓ２８に従って、エンジンＥＮＧの駆動に伴なってモータジェネレータＭＧ１に発生する逆起電圧によってキャパシタＣ１を充電する。なお、この逆起電圧は、一般に、ロータの回転角速度と永久磁石の磁束との積で表わされる。したがって、モータジェネレータＭＧ１の回転角速度、すなわちエンジン回転数に比例して、生じる逆起電圧が上昇する。

詳細には、まず、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＮＧを始動する始動機として用いられる。このとき、制御装置３０には、エンジンＥＮＧの回転数がアイドル回転数に設定されるようにモータジェネレータＭＧ１を駆動するための指令（トルク指令値ＴＲ１）が外部ＥＣＵから与えられる。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１、モータ電流ＭＣＲＴ１および電圧Ｖｍに基づいて信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ１３へ出力する。

インバータ１３は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を信号ＰＷＭ１に応じて交流電圧に変換し、トルク指令値ＴＲ１によって指定されたトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。モータジェネレータＭＧ１は、バッテリＢからの電力の供給を受けて電動機として駆動し、動力分割機構５０を介してエンジンＥＮＧをクランキングして始動させる（ステップＳ２０）。

エンジンＥＮＧの始動後、エンジン回転数が所定のアイドル回転数に到達したことに応じてエンジンＥＮＧの起動が完了すると（ステップＳ２１）、制御装置３０は、Ｌレベルの信号ＳＥＢを出力して、バッテリＢ側のシステムリレーＳＲＢ２，ＳＲＢ３をオフする（ステップＳ２２）。これにより、バッテリＢがモータ駆動装置１００から電気的に切り離される。

ここで、エンジンＥＮＧの起動が完了すると、モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構５０を介して伝達されたエンジンＥＮＧの駆動力によって回転される。このとき、モータジェネレータＭＧ１には、エンジン回転数に比例した逆起電圧が発生する。この発明は、このモータジェネレータＭＧ１に発生した逆起電圧で、キャパシタＣ１を充電する構成とする。

詳細には、最初に、制御装置３０は、キャパシタＣ１への充電動作に先立って、インバータ１３の入力電圧Ｖｍが所定の電圧レベルＶ２よりも低いか否かを判定する（ステップＳ２３）。このときの所定の電圧レベルＶ２は、システムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２をオンしてキャパシタＣ１を接続した際に、端子間電圧Ｖｃと入力電圧Ｖｍとの電圧差による突入電流の発生を防止可能な電圧レベルとする。入力電圧ＶｍがステップＳ２０のエンジンＥＮＧの起動によって高い電圧レベルに昇圧されていることを考慮したものである。

ステップＳ２３において、インバータ１３の入力電圧Ｖｍが所定の電圧Ｖ２よりも低いと判断されると、制御装置３０は、Ｈレベルの信号ＳＥＣを出力してシステムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２をオンする（ステップＳ２４）。

一方、ステップＳ２３において、インバータ１３の入力電圧Ｖｍが所定の電圧Ｖ２以上であると判断されると、制御装置３０は、コンデンサＣ２に蓄積されているエネルギーを消費して、入力電圧Ｖｍを所定の電圧Ｖ２レベルにまで低減させる（ステップＳ２８）。このエネルギー消費の具体的な方法としては、インバータ１５の図示しない上側のＮＰＮトランジスタのオンデューティーを大きくして、コンデンサＣ２からインバータ１５を介してモータジェネレータＭＧ２にエネルギーが流出する経路を設けることなどが挙げられる。

次に、システムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２がオンされ、キャパシタＣ１がモータ駆動装置１００に接続されると、エンジンＥＮＧの駆動力によってモータジェネレータＭＧ１に発生した逆起電圧が、キャパシタＣ１に充電される。

詳細には、制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ１において所望の逆起電圧が発生するためのエンジンＥＮＧの目標回転数を決定する（ステップＳ２５）。所望の逆起電圧とは、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃとインバータ１３の入力電圧Ｖｍとを略同じ電圧レベルとするために、キャパシタＣ１に供給しなければならない電力量から求められる。なお、ステップＳ２５においては、制御装置３０が、エンジン回転数と逆起電圧との相関を予めマップとして格納しており、所望の逆起電圧に対応するエンジン回転数を当該マップから選出する構成としてもよい。

モータジェネレータＭＧ１に発生した逆起電圧は、インバータ１３において交流電力から直流電力に変換されてキャパシタＣ１に蓄えられる。これにより、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃが増加する。

制御装置３０は、以上のキャパシタＣ１の充電動作を、インバータ１３の入力電圧ＶｍとキャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃとの電圧差が所定の電圧範囲Ｖ１以下となるまで継続する。最後に、制御装置３０は、出力電圧Ｖｍと端子間電圧Ｖｃとの電圧差がＶ１以下にまで縮減されたことを確認して（ステップＳ２６）、モータ駆動装置１００を、システム起動開始が可能なＲＤＹ状態とする（ステップＳ２７）。モータ駆動装置１００は、ＲＤＹ状態となったことに応じて、通常のシステム起動動作を実行する。

以上のように、この発明によるモータ駆動装置１００によれば、車両システム起動時において、キャパシタＣ１の端子間電圧ＶｃとバッテリＢの直流電圧Ｖｂとの電圧差が解消されたことを確認して通常のシステム起動動作に移行することから、限流装置を用いることなく、キャパシタＣ１による突入電流を防止することができる。したがって、信頼度の高いモータ駆動装置を、小型かつ低コストに実現することができる。

（２）車両システム停止時における電圧制御
次に、車両システム停止時に行なわれる電圧制御について説明する。これは、以下に示すように、車両システム停止時にキャパシタＣ１が満充電状態にあると、次回の車両システム起動時においてキャパシタＣ１を接続したときに、キャパシタＣ１から過大な放電電流が流れ出るおそれがあることから、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃが、バッテリＢの直流電圧Ｖｂと略同じ電圧レベルになるように、キャパシタＣ１の放電動作を行なうものである。

図４は、この発明の実施の形態による車両システム停止時に行なう電圧制御を説明するためのフローチャートである。なお、以下の電圧制御は、制御装置３０によって実行される。

図４を参照して、制御装置３０は、外部ＥＣＵからのイグニッションキーＩＧがオフされたことを受けると（ステップＳ０１）、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃに基づいて、キャパシタＣ１からバッテリＢに充電する電力量（以下、充電量αとも称する）を求める（ステップＳ０２）。詳細には、充電量αは、式（１）のように表わされる。

α＝１／２・Ｃ（Ｖｃ^２−Ｖｄｃ＿ｃｏｍ^２） （１）
ただし、ＣはキャパシタＣ１の静電容量、Ｖｃは車両停止時のキャパシタＣ１の端子間電圧、Ｖｄｃ＿ｃｏｍは放電後のキャパシタＣ１の端子間電圧であって昇圧コンバータ１２の目標電圧を示す。

ここで、昇圧コンバータ１２の目標電圧Ｖｄｃ＿ｃｏｍは、最終的にバッテリＢの直流電圧Ｖｂとなるように決定されることから、式（１）は、
α＝１／２・Ｃ（Ｖｃ^２−Ｖｂ^２） （２）
のように変換される。

次に、制御装置３０は、充電量αの全部がバッテリＢに入力可能か否かを判断する（ステップＳ０３）。バッテリＢは、一般に、電池温度やＳＯＣ（State of Charge）によって入力可能な電力量（電池入力ＷＩＮに相当）が変動することが知られている。制御装置３０は、外部ＥＣＵから電池入力ＷＩＮを受けると、先述の充電量αと電池入力ＷＩＮとの大小関係を判断し、その判断結果に応じて昇圧コンバータ１２とインバータ１３とを駆動制御する。

具体的には、ステップＳ０３において、電池入力ＷＩＮが充電量αよりも大きいと判断すると、すなわち、充電量αの全部をバッテリＢに入力可能であると判断すると、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２を駆動制御してキャパシタＣ１からバッテリＢに対して放電動作を行なう（ステップＳ０４）。詳細には、制御装置３０は、直流電圧Ｖｂと、出力電圧Ｖｍ（キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃと等価）と、目標電圧Ｖｄｃ＿ｃｏｍとに基づいて昇圧コンバータ１２の図示しないＮＰＮトランジスタをオン／オフするための信号ＰＷＣを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。昇圧コンバータ１２は、出力電圧Ｖｍを直流電圧Ｖｂにまで降圧してバッテリＢを充電する。

一方、ステップＳ０３において、電池入力ＷＩＮが充電量αよりも小さいと判断すると、すなわち、充電量αの全部をバッテリＢに入力不可能であると判断すると、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２を駆動制御するとともに、インバータ１３を駆動制御してモータジェネレータＭＧ１で過剰分を消費させる（ステップＳ０５）。具体的には、制御装置３０は、上述したステップＳ０４におけるバッテリＢへの放電動作を行なうのと並行して、インバータ１３に対しても直流電力を供給する。このとき、インバータ１３の上側のＮＰＮトランジスタのオンデューティーを大きくすることで、キャパシタＣ１からインバータ１３を介してモータジェネレータＭＧ１への電流経路ができ、キャパシタＣ１の蓄電エネルギーが消費される。

以上の昇圧コンバータ１２の駆動制御、もしくは昇圧コンバータ１２およびインバータ１３の駆動制御は、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃが所定の電圧Ｖｘ以下にまで降圧されるまで継続される。なお、所定の電圧Ｖｘは、バッテリＢの直流電圧ＶｂにキャパシタＣ１の自己放電による端子間電圧Ｖｃの減少分ΔＶｃを加算したものに等しい。

制御装置３０は、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃがこの所定の電圧Ｖｘ以下となったことを確認して（ステップＳ０６）、Ｌレベルの信号ＳＥＢを出力して、バッテリＢ側のシステムリレーＳＲＢ２，ＳＲＢ３をオフする（ステップＳ０７）。

続いて、制御装置３０は、Ｌレベルの信号ＳＥＣを出力して、システムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２をオフする（ステップＳ０８）。このようにして、バッテリＢとキャパシタＣ１とがモータ駆動装置１００から電気的に切離される。最後に、制御装置３０は、通常のバッテリシステムの停止シーケンスを実行し、車両システムを停止する（ステップＳ０９）。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、車両システム停止時に、キャパシタＣ１の端子間電圧ＶｃとバッテリＢの直流電圧Ｖｂとの電圧差を解消させることによって、キャパシタＣ１による突入電流を抑制するための限流装置が不要となる。その結果、小型かつ低コストの装置構成により、モータ駆動装置の信頼度の向上を図ることができる。

［実施の形態２］
この発明によるモータ駆動装置１００は、上述したように、バッテリＢに並列に接続されたキャパシタＣ１を主電源として、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動させる。特に、キャパシタＣ１に大容量の電気二重層キャパシタを採用することにより、急激な回生電流によっても高いエネルギーの回生効率を保つことができる。

しかしながら、車両の停車時のようにエンジンＥＮＧが停止状態であるときに、キャパシタＣ１の蓄電エネルギーが車両を加速するために必要な所定の電力に満たない場合、キャパシタＣ１の充電動作に伴なって、以下に示すように、バッテリＢに過電流が流れるおそれがある。

詳細には、車両の停車時において、キャパシタＣ１の蓄電エネルギーが車両の加速に必要な所定の電力に満たないときには、エンジンＥＮＧが運転状態であれば、エンジンＥＮＧの駆動力によってモータジェネレータＭＧ１が発電し、その発電した電力がインバータ１３を介してキャパシタＣ１に蓄えられる。

一方、エンジンＥＮＧが停止状態のときには、モータジェネレータＭＧ１が発電しないことから、キャパシタＣ１は、バッテリＢから電力の供給を受けて充電される。このとき、バッテリＢにおいては、キャパシタＣ１に電力を供給することによって、ＳＯＣが低下する。そして、ＳＯＣが予め設定された所定のしきい値を下回ると、バッテリＢを充電するために、エンジンＥＮＧが始動される。エンジンＥＮＧが始動されると、モータジェネレータＭＧ１がエンジンＥＮＧの駆動力によって回転されて発電する。モータジェネレータＭＧ１の発電した電力は、インバータ１３によって交流電力から直流電力に変換されて、バッテリＢに蓄えられる。

ここで、エンジンＥＮＧの始動においては、上述したように、モータジェネレータＭＧ１がバッテリＢから電力の供給を受けて電動機として駆動し、エンジンＥＮＧをクランキングさせて始動する。このとき、エンジンＥＮＧを始動させるために過大な電力がバッテリＢから持ち出されることによって、バッテリＢに過電流が流れることになる。結果として、バッテリＢを損傷するおそれが生じる。

そこで、本実施の形態によるモータ駆動装置は、車両の停車時においてキャパシタＣ１を充電する際には、バッテリＢに過電流が流れることのないよう、最初に、バッテリＢから電力の供給を受けてエンジンＥＮＧを起動させ、起動後のエンジンの駆動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した電力により、キャパシタＣ１を充電することを特徴とする。以下に、キャパシタＣ１の充電制御について詳述する。なお、本実施の形態によるモータ駆動装置は、図１のモータ駆動装置１００と同一の構成からなるため、詳細な説明は繰り返さない。

図５は、この発明の実施の形態２によるキャパシタＣ１の充電制御を説明するためのフローチャートである。

図５を参照して、制御装置３０は、電圧センサ１８からキャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃを受けると、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃが所定のしきい値Ｖａよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ３０）。なお、所定のしきい値Ｖａは、キャパシタＣ１の蓄電エネルギーが車両の加速に必要な電力を満たしているときのキャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃの下限値に相当する。

ステップＳ３０において、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃがしきい値Ｖａ以上であると判断されると、制御装置３０は、キャパシタＣ１の充電動作を行なわない。したがって、車両の加速には、キャパシタＣ１に蓄えられている電力が用いられる。

一方、ステップＳ３０において、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃがしきい値Ｖａを下回ると判断されると、制御装置３０は、ステップＳ３１以降のフローチャートに従って、キャパシタＣ１の充電動作を行なう。

詳細には、最初に、制御装置３０は、車両が停車状態であるか否かを判断する（ステップＳ３１）。この判断は、たとえば図１における制御装置３０が、車速センサ（図示せず）にて検出された車速に基づいて、車速が０であるか否かを判断することにより行なわれる。

そして、ステップＳ３１において、車速が０でなく、車両が走行状態であると判断されると、制御装置３０は、エンジンＥＮＧの起動が完了しているか否かを判断する（ステップＳ３６）。ステップＳ３６において、エンジンＥＮＧの起動が完了していると判断されると、制御装置３０は、エンジンＥＮＧの駆動力によりモータジェネレータＭＧ１が発電した電力を、インバータ１３によって交流電力から直流電力に変換してキャパシタＣ１に供給する（ステップＳ３７）。そして、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃがしきい値Ｖａ以上となると（ステップＳ３８）、制御装置３０は、キャパシタＣ１の充電動作を停止する。

一方、ステップＳ３１において、車速が０であり、車両が停車状態であると判断されると、制御装置３０は、続いてエンジンＥＮＧが停止状態であるか否かを判断する（ステップＳ３２）。このとき、制御装置３０は、エンジンＥＮＧの回転数が０であれば、エンジンＥＮＧが停止状態であると判断する。

一方、ステップＳ３２において、エンジンＥＮＧの回転数が０でなく、エンジンＥＮＧが運転状態であると判断されると、制御装置３０は、ステップＳ３６に進み、エンジンＥＮＧの起動が完了しているか否かを判断する。このとき、制御装置３０は、エンジンＥＮＧの起動が完了していると判断されると、上述したように、ステップＳ３７，Ｓ３８に従って、モータジェネレータＭＧ１の発電した電力によりキャパシタＣ１を充電する。

再びステップＳ３２に戻って、エンジンＥＮＧが停止状態であると判断されると、制御装置３０は、バッテリＢのＳＯＣが所定のＳＯＣ下限値ＳＯＣ＿ｍｉｎよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ３３）。ここで、所定のＳＯＣ下限値ＳＯＣ＿ｍｉｎは、エンジンＥＮＧを始動するときに、始動機となるモータジェネレータＭＧ１にバッテリＢから供給される電力が確保されるように予め設定される。

ステップＳ３３において、バッテリＢのＳＯＣがＳＯＣ下限値ＳＯＣ＿ｍｉｎ以上であると判断されると、制御装置３０は、バッテリＢの電力を用いてキャパシタＣ１を充電する（ステップＳ３７）。詳細には、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２を駆動制御して、バッテリＢからキャパシタＣ１に対して充電動作を行なう。制御装置３０は、直流電圧Ｖｂと、出力電圧Ｖｍ（キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃと等価）と、目標電圧Ｖｄｃ＿ｃｏｍ（しきい値Ｖａに相当）とに基づいて、昇圧コンバータ１２の図示しないＮＰＮトランジスタをオン／オフするための信号ＰＷＣを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。昇圧コンバータ１２は、出力電圧Ｖｍをしきい値Ｖａにまで昇圧してキャパシタＣ１を充電する。そして、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃがしきい値Ｖａ以上となると（ステップＳ３８）、制御装置３０は、キャパシタＣ１の充電動作を停止する。

一方、ステップＳ３３において、バッテリＢのＳＯＣがＳＯＣ下限値ＳＯＣ＿ｍｉｎよりも小さいと判断されると、制御装置３０は、エンジンＥＮＧの起動が要求されたと判断し（ステップＳ３４）、エンジンＥＮＧを起動する（ステップＳ３５）。

エンジンＥＮＧの起動は、モータジェネレータＭＧ１をエンジンＥＮＧを始動する始動機として用いることにより行なわれる。モータジェネレータＭＧ１は、バッテリＢから電力の供給を受けて電動機として駆動し、動力分割機構５０を介してエンジンＥＮＧをクランキングして始動させる。

エンジンＥＮＧの始動後、エンジンＥＮＧの回転数が所定のアイドル回転数に到達したことに応じてエンジンＥＮＧの起動が完了すると（ステップＳ３６）、モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構５０を介して伝達されたエンジンＥＮＧの駆動力によって回転されて発電する。モータジェネレータＭＧ１の発電した電力は、インバータ１３によって交流電力から直流電力に変換されて、キャパシタＣ１に蓄えられる（ステップＳ３７）。そして、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃがしきい値Ｖａ以上となると（ステップＳ３８）、制御装置３０は、キャパシタＣ１の充電動作を停止する。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、車両の停車時において、キャパシタＣ１は、エンジンＥＮＧの起動後において、エンジンＥＮＧの駆動力によってモータジェネレータＭＧ１が発電した電力によりキャパシタＣ１が充電されることとなる。これによれば、バッテリＢから過大な電力が持ち出されることがなくなり、バッテリＢに過電流が流れるのが防止される。さらに、バッテリＢのＳＯＣの急激な減少が抑えられる。その結果、モータ駆動装置をより確実に保護することができる。

また、キャパシタＣ１に蓄えられる電力の大小に関わらず、安定して車両を加速することが可能となり、信頼度の向上を図ることができる。

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、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。

この発明は、ハイブリッド自動車に搭載されるモータ駆動装置に適用することができる。

この発明の実施の形態１に従うモータ駆動装置の概略ブロック図である。 この発明の実施の形態１による車両システム起動時の電圧制御を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態１による車両システム起動時の電圧制御を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態１による車両システム停止時に行なう電圧制御を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態２によるキャパシタの充電制御を説明するためのフローチャートである。 特許文献１に開示される車両用エネルギー回生システムの概要を示す図である。

符号の説明

１２，１１９ 昇圧コンバータ、１３，１５，１０４ インバータ、１４，１６ 電流センサ、１７〜１９ 電圧センサ、３０ 制御装置、５０ 動力分割機構、１００ モータ駆動装置、１０１ ３相交流機、１０２ 内燃機関、１０３ 電圧調整器、１０５ インバータ制御回路、１０６ ダイオード、１０７ 放電抵抗、１０８ チョッパ、１０９ チョッパ制御回路、１１０ サイリスタ、１１１ サイリスタ点弧回路、１１２ 総合制御部、１１３ 電気二重層キャパシタ、１１４，Ｂ バッテリ、１１５ ダイオード、１１６ キースイッチの接点、１２０ コンバータ制御回路、Ｃ１ キャパシタ、Ｃ２ コンデンサ、ＥＮＧ エンジン、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＳＲＢ１〜ＳＲＢ３，ＳＲＣ１，ＳＲＣ２ システムリレー。

Claims (13)

1. 電力線に対して接続される二次電池と、
   前記電力線に対して前記二次電池と並列接続されるキャパシタと、
   前記二次電池および前記キャパシタから電力の供給を受けてモータを駆動するとともに前記モータにより発生した電力を前記電力線に出力する駆動回路と、
   前記二次電池および前記キャパシタが前記駆動回路に電気的に接続される前において、前記キャパシタの端子間電圧を、前記二次電池の直流電圧と略同じとなるように制御する電圧制御手段とを備え、
   前記電圧制御手段は、前記キャパシタの端子間電圧が、前記二次電池の直流電圧よりも下回るときにおいて、前記モータの逆起電圧で前記キャパシタを充電する、モータ駆動装置。
2. 前記モータは、内燃機関を始動するモータであり、
   前記電圧制御手段は、前記内燃機関の始動指示を受けると、前記二次電池から前記駆動回路に電力を供給して前記モータを力行モードで駆動し、前記内燃機関の始動後において、前記内燃機関を所定の回転数で回転し、前記モータに前記所定の回転数に応じた逆起電圧を発生する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記電圧制御手段は、前記内燃機関の回転数を決定する回転数決定手段をさらに含み、
   前記回転数決定手段は、前記モータの逆起電圧が、前記キャパシタの端子間電圧が前記二次電池の直流電圧と略同じ電圧に達するのに必要な充電電圧となるように前記回転数を決定する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記二次電池と前記駆動回路との間で直流電圧を変換する電圧変換回路をさらに備え、
   前記キャパシタは、前記電圧変換回路と前記駆動回路との間に配され、前記変換した直流電圧により充電され、
   前記電圧制御手段は、
   前記駆動回路と前記キャパシタとの間に接続されたリレーと、
   前記電圧変換回路の出力電圧の目標電圧を決定する目標電圧決定手段と、
   前記目標電圧決定手段により決定された前記目標電圧を受けて前記出力電圧が前記目標
   電圧になるように前記電圧変換回路を制御する電圧変換制御手段とを含み、
   前記目標電圧決定手段は、前記キャパシタの端子間電圧が前記二次電池の直流電圧よりも上回ることに応じて、前記キャパシタの端子間電圧と略同じ電圧を前記目標電圧として決定し、
   前記電圧制御手段は、前記出力電圧が前記目標電圧に達したことに応じて、前記リレーをオンする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記電圧制御手段は、前記キャパシタの端子間電圧と前記二次電池の直流電圧との電圧差が、前記電圧差によって生じる直流電流が所定の許容値以下となる電圧範囲内にあるか否かの判定手段をさらに含み、
   前記判定手段において前記電圧差が前記電圧範囲内にあると判定されたことに応じて、前記キャパシタの端子間電圧と前記二次電池の直流電圧とが略同じであると判断する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
6. 電力線に対して接続される二次電池と、
   前記電力線に対して前記二次電池と並列接続されるキャパシタと、
   前記二次電池および前記キャパシタのいずれかから電力の供給を受けてモータを駆動する駆動回路と、
   前記二次電池および前記キャパシタが前記駆動回路から電気的に切り離される前において、前記キャパシタの端子間電圧を、前記二次電池の直流電圧と略同じとなるように制御する電圧制御手段とを備え、
   前記電圧制御手段は、前記キャパシタの端子間電圧が、前記二次電池の直流電圧よりも上回るときにおいて、前記キャパシタを放電して前記二次電池を充電する、モータ駆動装置。
7. 前記二次電池と前記駆動回路との間で直流電圧を変換する電圧変換回路をさらに備え、
   前記キャパシタは、前記電圧変換回路と前記駆動回路との間に配され、前記変換した直流電圧により充電され、
   前記電圧制御手段は、
   前記変換した直流電圧の目標電圧を決定する目標電圧決定手段と、
   前記目標電圧決定手段により決定された目標電圧を受けて前記変換した直流電圧が目標電圧になるように前記電圧変換回路を制御する電圧変換制御手段とを含み、
   前記目標電圧決定手段は、前記モータの駆動停止指示を受けると、前記キャパシタの端子間電圧が前記二次電池の直流電圧を上回ることに応じて、前記二次電池の直流電圧と略同じ電圧を前記目標電圧として決定し、
   前記電圧変換制御手段は、降圧動作によって生じた電力を前記二次電池に充電する、請求項６に記載のモータ駆動装置。
8. 前記電圧変換制御手段は、前記降圧動作によって生じた電力を、前記二次電池の入力可能な電力の範囲内において前記二次電池に充電する、請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. 前記電圧変換制御手段は、前記降圧動作によって生じた電力が前記二次電池の入力可能な電力を超えたことに応じて、前記降圧動作によって生じた電力を、前記二次電池に充電するとともに前記駆動回路に供給する、請求項８に記載のモータ駆動装置。
10. 前記電圧制御手段は、前記キャパシタの端子間電圧と前記二次電池の直流電圧との電圧差が、前記電圧差によって生じる直流電流が所定の許容値以下となる電圧範囲内にあるか否かの判定手段をさらに含み、
    前記判定手段において前記電圧差が前記電圧範囲内にあると判定されたことに応じて、前記キャパシタの端子間電圧と前記二次電池の直流電圧とが略同じであると判断する、請
    求項６から請求項９のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
11. 二次電池と、
    前記二次電池に並列接続されるキャパシタと、
    前記二次電池および前記キャパシタのいずれかから電力の供給を受けてモータを駆動する駆動回路と、
    前記キャパシタの端子間電圧を、前記キャパシタから前記駆動回路に電力を供給可能な目標電圧となるように、前記キャパシタの端子間電圧を制御する電圧制御手段とを備え、
    前記モータは、内燃機関を始動するモータであり、
    前記電圧制御手段は、前記キャパシタの端子間電圧が前記目標電圧よりも下回るときにおいて、前記二次電池から前記駆動回路に電力を供給して前記モータを力行モードで駆動し、前記内燃機関の起動後において、前記内燃機関の駆動力によって前記モータが発電した電力を前記キャパシタに充電する、モータ駆動装置。
12. 前記電圧制御手段は、前記キャパシタの端子間電圧が前記目標電圧よりも下回るときにおいて、前記二次電池の蓄電量が所定のしきい値よりも小さいと判断されると、前記二次電池から前記駆動回路に電力を供給して前記モータを力行モードで駆動する、請求項１１に記載のモータ駆動装置。
13. 前記所定のしきい値は、前記モータを力行モードで駆動するために前記二次電池から前記駆動回路に供給される電力が確保されるように設定される、請求項１２に記載のモータ駆動装置。

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