JP4894559B2 - 電源回路の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド車などの走行用モータを搭載した車両の電源回路に関し、特に、複数の蓄電機構（蓄電池（バッテリ、二次電池）、キャパシタ等）と負荷とが接続された電源回路におけるシステム起動処理に関する。

従来から、車両走行の推進力として、燃焼エネルギーで作動するエンジンの他に電気エネルギーで作動するモータを備えたハイブリッド車両が知られている。このハイブリッド車両の種類としては、大きく、（１）車輪の駆動をモータで行ないエンジンはモータへの電力供給源として作動するシリーズ（直列）ハイブリッドシステムと、（２）エンジンとモータとの双方で車輪を駆動するパラレル（並列）ハイブリッドシステムとがある。さらに、これらの両方の機能を併せ持つパラレルシリーズハイブリッドシステムと呼ばれるものもある。

シリーズハイブリッドシステム以外においては、モータをエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用される。このようなハイブリッド車は、たとえば、加速時においてはモータによってエンジンの出力を補助し、減速時においては減速回生によってバッテリ等への充電を行なう等、様々な制御を行ない、バッテリの残容量を確保しつつ運転者の要求を満足できるようになっている。このようなハイブリッド車両は、モータの駆動あるいは回生を行なうために、パワードライブユニット（ＰＣＵ（Power Control Unit）とも呼ばれる）を備える。このパワードライブユニットは、複数のスイッチング素子を備え、このスイッチング素子を用いた電流制御によりモータを駆動あるいは回生する。また、ハイブリッド車両は、これらスイッチング素子にスイッチングを行なわせる制御信号を出力するモータ制御装置を備えている。

上述したハイブリッド車両には、モータに供給する電力を蓄えるバッテリが搭載され、モータはインバータに接続され、インバータはバッテリに接続されている。インバータとバッテリとの間には、インバータとバッテリとの電気的接続を断接するＳＭＲ（System Main Relay）が設けられている。このＳＭＲには、バッテリの正極に設けられた正極ＳＭＲと、バッテリの負極に設けられた負極ＳＭＲと、正極ＳＭＲに並列接続され、制限抵抗（以下、プリチャージ抵抗と記載する場合がある）が直列接続されたプリチャージ用ＳＭＲが存在する（負極ＳＭＲを有しないものであっても、電極の正負が逆であっても構わない）。このインバータの入力側の端子間には、電圧の変動を平滑化してインバータの作動を安定させるべく大容量の電解コンデンサが設けられる。ハイブリッド車両を走行させる際に、イグニッションスイッチの操作によりメインＳＭＲを閉じて（正極ＳＭＲと負極ＳＭＲとを閉じて）コンデンサを充電するが、コンデンサをバッテリで直接充電すると大電流が流れてＳＭＲの接点が損傷する可能性がある。そこで、先ずプリチャージ用ＳＭＲを閉じて制限抵抗等で電流を制限しながら一定の時間（これをプリチャージ時間を記載する場合がある）が経過するまでコンデンサをプリチャージし、プリチャージが終了した後にメインＳＭＲを閉じることによりＳＭＲの接点の損傷を防止している。なお、一方の電極に、プリチャージ用ＳＭＲとメインＳＭＲとを切り換えること回路さえ有すれば、プリチャージ処理は可能である。

さらに、上述したハイブリッド車両ではなく、自動車（エンジンのみを搭載した車両）において、複数のバッテリを搭載して、電気負荷に接続するバッテリを順次切り換える技術も公知である。特開平５−１７６４６４号公報（特許文献１）は、このようなバッテリの通電制御装置を開示する。このバッテリの通電制御装置は、負荷に電力を供給する複数のバッテリと、これら複数のバッテリのいずれかからの電力を選択的に負荷に供給すべく複数のバッテリに接続された選択スイッチと、選択スイッチによって選択されているバッテリからの電力を負荷に供給させるメインスイッチと、メインスイッチのオンおよびオフ操作毎に選択スイッチによって選択されるバッテリを変更する変更手段とを有する。

このバッテリの通電制御装置によると、変更手段は、メインスイッチのオン，オフの操作毎に選択スイッチにより選択されるバッテリを変更する。このために、負荷にはメインスイッチのオン、オフの度に異なるバッテリからの電力が供給されることになる。これにより、万が一駐車中に通電されていたバッテリがバッテリ上がりを起こすような事態が生じた場合であっても、他のバッテリを用いてセルモータによりエンジンを再始動することができる。
特開平５−１７６４６４号公報

上述した特許文献１における通電制御装置は、車両のパワーウインド、エアコンディショナ（以下、エアコンと記載する）、リアデフォッガーなど電気機器（車両補機と呼ばれる機器）に電力を供給する、１２Ｖ程度の鉛蓄電池を対象としたものである。

一方、上述したように、走行用バッテリを搭載した車両（ハイブリッド車両や電気自動車）においては、制限抵抗を用いて過大な突入電流を回避している。プリチャージ回路でコンデンサをプリチャージした後に、メインＳＭＲをオンに切り換える。このため、メインＳＭＲの接点を大きなコンデンサの充電電流で溶着することがない。

ここで、たとえば、プリチャージ抵抗の電気抵抗を１０Ω、走行用バッテリの出力電圧を４００Ｖとする電源回路は、プリチャージ用ＳＭＲをオンに切り換えた瞬間に、コンデンサの充電電流は４０Ａになる。この電流が流れる状態における、プリチャージ抵抗の消費電力は、１６０００Ｗと極めて大きい。ただし、コンデンサの充電電流はコンデンサが充電されるにしたがって減少し、またコンデンサが短時間で充電されるので、プリチャージ抵抗の平均的な消費電力はピーク電力に比較して小さくなる。しかし、ピーク電力が極めて大きいので、プリチャージ抵抗には、相当に大きな許容電力の抵抗器、たとえば数Ｗから数十Ｗの抵抗器を使用している。このような数Ｗから数十Ｗのプリチャージ抵抗は、コンデンサをプリチャージするときの充電電流で相当に加熱される。コンデンサをプリチャージした後はプリチャージ抵抗に流れる電流は遮断されるので、このときに冷却される。

ところが、高い頻度でこのようなプリチャージ処理が行なわれると、プリチャージ抵抗は十分に冷却されない状態で何回もプリチャージ電流で再加熱される。プリチャージ抵抗は、プリチャージ電流で加熱された後、冷却する状態で使用できるＷ数のものを使用しているので、何回も繰り返し再加熱されると非常に高温になる。プリチャージ抵抗が高温に加熱されると、発熱でプリチャージ抵抗が故障し（寿命の短くなる）、またプリチャージ抵抗の近傍を加熱して、溶融したり変形される弊害が発生する可能性がある。一方、このような熱的負荷を考慮して、熱的特性の高い抵抗器をプリチャージ抵抗に用いるのはコストアップの要因になりかねない。

しかしながら、上述した特許文献１においては、このような問題を開示しておらず、当然ながらこのような問題を解決する構成も開示していない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、プリチャージ回路を備えた複数の蓄電機構を有する電源回路における電源起動処理において、回路構成部品の損傷を回避することができる電源回路の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、蓄電機構と複数のリレーとから構成される複数の電源回路を制御する。各電源回路は、負荷と蓄電機構の一方の極との電気的な通電／非通電を制御する第１のリレーおよび第１のリレーに直列に接続された抵抗を有する回路と、回路に並列に接続された第２のリレーとを含み、電源起動時に、各電源回路における第２のリレーを通電状態にする前に、第１のリレーを通電状態にすることにより、並列に設けられた電源回路の合流点よりも負荷側に設けられたコンデンサをプリチャージする処理が実行される。複数の電源回路は負荷に対して並列に設けられている。この制御装置は、電源起動に用いた蓄電機構を記憶するための記憶手段と、前回電源起動に用いた蓄電機構とは異なる蓄電機構を用いて、電源起動を実行するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、１つの電源回路は、蓄電機構と複数（２つ：プリチャージとメイン）のリレーとで形成される。制御装置は、複数の電源回路を制御する。制御装置は、プリチャージ処理として、各電源回路における第２のリレーを通電状態にする前に、第１のリレー（抵抗付き）を通電状態に制御する。その後、第２のリレーを通電状態に第１のリレーを非通電状態にする。このようなプリチャージ処理を繰り返すと、第１のリレーを通電状態にしたときに電流が流れる抵抗に熱的負荷がかかる。これが過度になると、抵抗の劣化を早めたり、発熱による弊害が発生する可能性もある。このため、制御装置は、システム起動スイッチ等に連動して電源起動処理を実行する毎に、使用された蓄電機構を記憶する。システムが一旦遮断（システム起動スイッチが再度操作されてシャットダウン）されて再起動されるときには、前回電源起動に用いた蓄電機構とは異なる蓄電機構を用いて、電源起動が実行される。このため、少なくとも２個の電源回路が車両に搭載されていると交互に（３個の電源回路が搭載されていると少なくとも同じ電源回路を連続させないで）、電源起動に用いられるので、頻度高く抵抗に電流が流れることを回避でき、抵抗にかかる熱的負荷を低減させることができる。その結果、プリチャージ回路を備えた複数の蓄電機構を有する電源回路における電源起動処理において、回路構成部品の損傷を回避することができる電源回路の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、抵抗の温度を考慮して、前回電源起動に用いた蓄電機構とは異なる蓄電機構を選択して、電源起動を実行するための手段を含む。

第２の発明によると、たとえば、抵抗の温度がより高くない（より低い）蓄電機構が選択されるので、抵抗にかかる熱的負荷を低減させることができる。

第３の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、抵抗の過度の温度上昇を回避して、前回電源起動に用いた蓄電機構とは異なる蓄電機構を用いて、電源起動を実行するための手段を含む。

第３の発明によると、たとえば、抵抗の温度を推定して抵抗の過度の温度上昇を回避するように、前回電源起動に用いた蓄電機構とは異なる蓄電機構が選択されるので、抵抗にかかる熱的負荷を低減させることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係る制御装置を含む、ハイブリッド車両全体の制御ブロック図を説明する。なお、本発明は図１に示すハイブリッド車両に限定されない。本発明は、動力源としての、たとえばガソリンエンジン等の内燃機関（以下、エンジンとして説明する）が、車両を走行させる駆動源（走行源）であって、かつ、ジェネレータの駆動源であればよい。さらに、駆動源がエンジンおよびモータジェネレータであって、モータジェネレータの動力により走行可能な車両であればよく（エンジンを停止させても停止させなくても）、走行用のバッテリを搭載した他の態様を有するハイブリッド車両であってもよい（いわゆるシリーズ型やパラレル型等のハイブリッド車両に限定されない）。さらに、エンジンを有さない電気自動車や燃料電池車への適用も可能である。なお、このバッテリは、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などであって、その種類は特に限定されるものではない。また、蓄電機構としては、バッテリの代わりにキャパシタでも構わない。さらに、バッテリを含む電源回路のユニットは２つ以上であればよい。

ハイブリッド車両は、エンジン１２０と、モータジェネレータ（ＭＧ）１４０とを含む。なお、以下においては、説明の便宜上、モータジェネレータ１４０を、モータジェネレータ１４０Ａ（またはＭＧ（２）１４０Ａ）と、モータジェネレータ１４０Ｂ（またはＭＧ（１）１４０Ｂ）と表現するが、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、モータジェネレータ１４０Ａがジェネレータとして機能したり、モータジェネレータ１４０Ｂがモータとして機能したりする。このモータジェネレータがジェネレータとして機能する場合に回生制動が行なわれる。モータジェネレータがジェネレータとして機能するときには、車両の運動エネルギーが電気エネルギーに変換されて、車両が減速される。

ハイブリッド車両は、この他に、エンジン１２０やモータジェネレータ１４０で発生した動力を駆動輪１６０に伝達したり、駆動輪１６０の駆動をエンジン１２０やモータジェネレータ１４０に伝達したりする減速機１８０と、エンジン１２０の発生する動力を駆動輪１６０とモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）との２経路に分配する動力分割機構（たとえば、後述する遊星歯車機構）２００と、モータジェネレータ１４０を駆動するための電力を充電する第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂと、第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂの直流とモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）およびモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）の交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ２４０と、第１の走行用バッテリ２２０Ａの充放電状態（たとえば、ＳＯＣ（State Of Charge））を管理制御するバッテリ制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵ（Electronic ControlUnit）という）２６０と、エンジン１２０の動作状態を制御するエンジンＥＣＵ２８０と、ハイブリッド車両の状態に応じてモータジェネレータ１４０およびバッテリＥＣＵ２６０、インバータ２４０等を制御するＭＧ＿ＥＣＵ３００と、バッテリＥＣＵ２６０、エンジンＥＣＵ２８０およびＭＧ＿ＥＣＵ３００等を相互に管理制御して、ハイブリッド車両が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御するＨＶ＿ＥＣＵ３２０等を含む。

本実施の形態において、第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂとインバータ２４０との間には昇圧コンバータ２４２が設けられている。これは、第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂの定格電圧が、モータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）やモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）の定格電圧よりも低いので、第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂからモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）やモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）に電力を供給するときには、昇圧コンバータ２４２で電力を昇圧する。なお、充電する場合には昇圧コンバータ２４２で降圧して第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂに充電電力が供給される。本実施の形態においては、第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂから構成される２つの電源系統を有する電源回路に適用される制御装置について説明するが、本発明は３つ以上の電源系統を有する電源回路であっても構わない。

なお、図１においては、各ＥＣＵを別構成としているが、２個以上のＥＣＵを統合したＥＣＵとして構成してもよい（たとえば、図１に、点線で示すように、ＭＧ＿ＥＣＵ３００とＨＶ＿ＥＣＵ３２０とバッテリＥＣＵ２６０とを統合したＥＣＵ（たとえば、図３のＥＣＵ４００）とすることがその一例である）。

動力分割機構２００は、エンジン１２０の動力を、駆動輪１６０とモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）との両方に振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）が使用される。モータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）の回転数を制御することにより、動力分割機構２００は無段変速機としても機能する。エンジン１２０の回転力はキャリア（Ｃ）に入力され、それがサンギヤ（Ｓ）によってモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）に、リングギヤ（Ｒ）によってモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）および出力軸（駆動輪１６０側）に伝えられる。回転中のエンジン１２０を停止させる時には、エンジン１２０が回転しているので、この回転の運動エネルギーをモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）で電気エネルギーに変換して、エンジン１２０の回転数を低下させる。

図１に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両においては、車両の状態について予め定められた条件が成立すると、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、モータジェネレータ１４０のモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）のみによりハイブリッド車両の走行を行なうようにモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）およびエンジンＥＣＵ２８０を介してエンジン１２０を制御する。たとえば、予め定められた条件とは、第１の走行用バッテリ２２０ＡのＳＯＣが予め定められた値以上であるという条件等である。このようにすると、発進時や低速走行時等であってエンジン１２０の効率が悪い場合に、モータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）のみによりハイブリッド車両の走行を行なうことができる。この結果、第１の走行用バッテリ２２０ＡのＳＯＣを低下させることができる（その後の車両停止時に第１の走行用バッテリ２２０Ａを充電することができる）。

また、通常走行時には、たとえば動力分割機構２００によりエンジン１２０の動力を２経路に分け、一方で駆動輪１６０の直接駆動を行ない、他方でモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）を駆動して発電を行なう。この時、発生する電力でモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）を駆動して駆動輪１６０の駆動補助を行なう。また、高速走行時には、さらに第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび／または第２の走行用バッテリ２２０Ｂからの電力をモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）に供給してモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）の出力を増大させて駆動輪１６０に対して駆動力の追加を行なう。一方、減速時には、駆動輪１６０により従動するモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）がジェネレータとして機能して回生発電を行ない、回収した電力を第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび／または第２の走行用バッテリ２２０Ｂに蓄える。なお、第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび／または第２の走行用バッテリ２２０Ｂの充電量が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン１２０の出力を増加してモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）による発電量を増やして第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび／または第２の走行用バッテリ２２０Ｂに対する充電量を増加する。

また、第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂの目標ＳＯＣはいつ回生が行なわれてもエネルギーが回収できるように、通常は６０％程度に設定される。また、ＳＯＣの上限値と下限値とは、第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂのバッテリの劣化を抑制するために、たとえば、制御上限値を８０％とし、制御下限値を３０％として設定され、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ＭＧ＿ＥＣＵ３００を介してＳＯＣが上限値および下限値を越えないようにモータジェネレータ１４０による発電や回生、モータ出力を制御している。なお、ここで挙げた値は、一例であって特に限定される値ではない。

図２を参照して、動力分割機構２００についてさらに説明する。動力分割機構２００は、サンギヤ（Ｓ）２０２と（以下、単にサンギヤ２０２と記載する）、ピニオンギヤ２０４と、キャリア（Ｃ）２０６（以下、単にキャリア２０６と記載する）と、リングギヤ（Ｒ）２０８（以下、単にリングギヤ２０８と記載する）とを含む遊星歯車から構成される。

ピニオンギヤ２０４は、サンギヤ２０２およびリングギヤ２０８と係合する。キャリア２０６は、ピニオンギヤ２０４が自転可能であるように支持する。サンギヤ２０２はＭＧ（１）１４０Ｂの回転軸に連結される。キャリア２０６はエンジン１２０のクランクシャフトに連結される。リングギヤ２０８はＭＧ（２）１４０Ａの回転軸および減速機１８０に連結される。

エンジン１２０、ＭＧ（１）１４０ＢおよびＭＧ（２）１４０Ａが、遊星歯車からなる動力分割機構２００を介して連結されることで、エンジン１２０、ＭＧ（１）１４０ＢおよびＭＧ（２）１４０Ａの回転数は、共線図において直線で結ばれる関係になる。

図３を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置で制御される電源回路について説明する。この電源回路は、第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂと、昇圧コンバータ２４２と、インバータ２４０と、コンデンサＣ（１）５１０と、コンデンサＣ（２）５２０と、Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａと、制限抵抗５０２Ａと、Ａ−ＳＭＲＧ５０４Ａと、Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂと、制限抵抗５０２Ｂと、Ｂ−ＳＭＲＧ５０４Ｂと、ＥＣＵ４００とを含む。本実施の形態に係る制御装置は、ＥＣＵ４００が実行するプログラムにより実現される。

インバータ２４０は、６つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）と、ＩＧＢＴのエミッタ側からコレクタ側に電流を流すように、各ＩＧＢＴにそれぞれ並列に接続された６つのダイオードとを含む。インバータ２４０は、ＥＣＵ４００からの制御信号に基づいて各ＩＧＢＴのゲートをオン／オフ（通電／遮断）することにより、第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂから供給された電流を、直流電流から交流電流に変換し、モータジェネレータ１４０に供給する。なお、インバータ２４０およびＩＧＢＴには、周知の技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。なお、図３において、モータジェネレータ１４０Ａ（１４０Ｂ）が駆動用である場合にはインバータ２４０が駆動用インバータとして機能して、モータジェネレータ１４０Ｂ（１４０Ａ）が発電用である場合にはインバータ２４０が発電用インバータとして機能する。

昇圧コンバータ２４２は、複数（本実施の形態では２つ）の電源回路に対して１つ設けられる。コンデンサＣ（１）５１０よりも走行用バッテリ側が、各電源回路の合流点である。本実施の形態においては、このように、複数の電源回路に対して１つの昇圧コンバータ２４２が設けられることも特徴である。

昇圧コンバータ２４２は、リアクトル３１１と、ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３と、ダイオード３１４，３１５とを含む。リアクトル３１１の一方端は第１の走行用バッテリ２２０Ａの電源ライン（第２の走行用バッテリ２２０Ｂの電源ラインでもある）に接続され、他方端はＮＰＮトランジスタ３１２とＮＰＮトランジスタ３１３との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタ３１２のエミッタとＮＰＮトランジスタ３１３のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３は、インバータ２４０の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタ３１２のコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタ３１３のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３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３１４，３１５が接続されている。

昇圧コンバータ２４２は、ＥＣＵ４００によってＮＰＮトランジスタ３１２，３１３がオン／オフされ、コンデンサＣ（１）５１０から供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコンデンサＣ（２）５２０に供給する。また、昇圧コンバータ２４２は、モータ駆動回路が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、モータジェネレータ１４０によって発電され、インバータ２４０によって変換された直流電圧を降圧してコンデンサＣ（１）５１０へ供給する。コンデンサＣ（２）５２０は、昇圧コンバータ２４２から供給された直流電力の電圧を平滑化し、その平滑化された直流電力をインバータ２４０へ供給する。

モータジェネレータ１４０は、三相交流モータである。モータジェネレータ１４０の回転軸は、図２に示すように車両のドライブシャフト（図示せず）に接続され、駆動輪に駆動力を伝達する。車両は、モータジェネレータ１４０からの駆動力により走行する。

コンデンサＣ（１）５１０は、インバータ２４０と並列に接続されている。コンデンサＣ（１）５１０は、第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂからそれぞれ供給された電力、またはインバータ２４０から供給された電力を平滑化するため、電荷を一旦蓄積する。平滑化された電力は、インバータ２４０（モータ走行時）または第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび／または第２の走行用バッテリ２２０Ｂ（回生制動時）にそれぞれ供給される。

Ａ−ＳＭＲＰ５００ＡおよびＡ−ＳＭＲＧ５０４Ａは、第１の走行用バッテリ２２０Ａの負極に設けられている。Ａ−ＳＭＲＰ５００ＡとＡ−ＳＭＲＧ５０４Ａとは、並列に接続されている。Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａには、制限抵抗５０２Ａが直列に接続されている。Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａは、Ａ−ＳＭＲＧ５０４Ａが接続されるよりも時間的に先に接続され、インバータ２４０に突入電流が流れることを防止するプリチャージ用ＳＭＲである。Ａ−ＳＭＲＧ５０４Ａは、Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａおよび制限抵抗５０２Ａに並列に接続され、プリチャージが終了した後に接続される負極ＳＭＲである。各ＳＭＲは、ＥＣＵ４００により制御される。なお、これらのＳＭＲに加えて、第１の走行用バッテリ２２０Ａの正極側に、正極ＳＭＲを設けてもよい。

同様に、Ｂ−ＳＭＲＰ５００ＢおよびＢ−ＳＭＲＧ５０４Ｂは、第２の走行用バッテリ２２０Ｂの負極に設けられている。Ｂ−ＳＭＲＰ５００ＢとＢ−ＳＭＲＧ５０４Ｂとは、並列に接続されている。Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂには、制限抵抗５０２Ｂが直列に接続されている。Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂは、Ｂ−ＳＭＲＧ５０４Ｂが接続されるよりも時間的に先に接続され、インバータ２４０に突入電流が流れることを防止するプリチャージ用ＳＭＲである。Ｂ−ＳＭＲＧ５０４Ｂは、Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂおよび制限抵抗５０２Ｂに並列に接続され、プリチャージが終了した後に接続される負極ＳＭＲである。各ＳＭＲは、ＥＣＵ４００により制御される。なお、これらのＳＭＲに加えて、第２の走行用バッテリ２２０Ｂの正極側に、正極ＳＭＲを設けてもよい。

ＥＣＵ４００は、イグニッションスイッチおよびスタートスイッチ（いずれも図示せず）、アクセルペダル（図示せず）の踏込み量、ブレーキペダル（図示せず）の踏込み量などに基づいて、ＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶されたプログラムを実行し、インバータ２４０および各ＳＭＲを制御して、車両を所望の状態で走行させる。ＥＣＵ４００には、第１の走行用バッテリ２２０Ａの電流値ＩＢ（Ａ）を検出する電流計２２２Ａおよび第１の走行用バッテリ２２０Ａの電圧値ＶＢ（Ａ）を検出する電圧計２２１Ａならびに第２の走行用バッテリ２２０Ｂの電流値ＩＢ（Ｂ）を検出する電流計２２２Ｂおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂの電圧値ＶＢ（Ｂ）を検出する電圧計２２１Ｂが接続されている。さらに、ＥＣＵ４００には、コンデンサＣ（２）５２０の両端電圧値ＶＨ（インバータ電圧）を検出する電圧計が接続されている。

Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａ、Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂ、Ａ−ＳＭＲＧ５０４Ａ、Ｂ−ＳＭＲＧ５０４Ｂは、コイルに対して励磁電流を通電したときに接点が閉じるリレーである。Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａ、Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂ、Ａ−ＳＭＲＧ５０４Ａ、Ｂ−ＳＭＲＧ５０４Ｂの作動状態とイグニッションスイッチおよびスタートスイッチの位置との関係について説明する。なお、ＳＭＲがオンとは通電状態を示し、ＳＭＲがオフとは非通電状態を示す。

イグニッションスイッチには、ＯＦＦ（オフ）位置と、ＡＣＣ位置およびＯＮ（オン）位置とがあり、ＥＣＵ４００は、電源遮断時（システム遮断時）、すなわちイグニッションスイッチのポジションがＯＦＦ位置にあるときには、全てのＡ−ＳＭＲＰ５００Ａ、Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂ、Ａ−ＳＭＲＧ５０４Ａ、Ｂ−ＳＭＲＧ５０４Ｂをオフする。すなわち、Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａ、Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂ、Ａ−ＳＭＲＧ５０４Ａ、Ｂ−ＳＭＲＧ５０４Ｂのコイルに対する励磁電流をオフする。なお、イグニッションスイッチのポジションは、ＯＦＦ位置→ＡＣＣ位置→ＯＮ位置の順に切り換えられる。なお、このようなスイッチに、本発明の適用が限定されるものではない。たとえば、以下のようなスタートスイッチであっても構わない。

ハイブリッドシステム起動時（メイン電源接続時）、すなわち、たとえば運転者がブレーキペダルを踏み込んでプッシュ式のスタートスイッチを押すと、ＥＣＵ４００は、先ず、Ａ−ＳＭＲＰ５００ＡおよびＢ−ＳＭＲＰ５００Ｂをオンしてプリチャージを実行する。Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａには制限抵抗５０２Ａが接続され、Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂには制限抵抗５０２Ｂが接続されているので、Ａ−ＳＭＲＰ５００ＡおよびＢ−ＳＭＲＰ５００Ｂをオンしてもインバータ２４０への入力電圧値ＶＨは緩やかに上昇し、突入電流の発生を防止することができる。

なお、イグニッションスイッチのポジションがこのような３つの位置を有しない場合かつスタートスイッチがイグニッションスイッチを兼ねる場合を含めて、本実施の形態に係る制御装置の適用が可能である。

ＥＣＵ４００は、インバータ２４０の電圧値ＶＨが、たとえば、バッテリ電圧値ＶＢの約８０％程度に達したときに、または、インバータ２４０の電圧値ＶＨがほぼバッテリ電圧値ＶＢに等しくなったときに、プリチャージを完了し、Ａ−ＳＭＲＰ５００ＡをオフしてＡ−ＳＭＲＧ５０４Ａをオンして、Ｂ−ＳＭＲＰ５００ＢをオフしてＢ−ＳＭＲＧ５０４Ｂをオンする。なお、このプリチャージに必要な時間を予め設定しておく。設定された時間はプリチャージ時間と呼ばれる。

一方、イグニッションスイッチのポジションがＯＮ位置からＯＦＦ位置に切り換えられると、ＥＣＵ４００は、Ａ−ＳＭＲＧ５０４ＡおよびＢ−ＳＭＲＧ５０４Ｂをオフする。（すでに、Ａ−ＳＭＲＰ５００ＡおよびＢ−ＳＭＲＰ５００Ｂをオフされている）。この結果、第１の走行用バッテリ２２０Ａとインバータ２４０との間の電気的な接続および第２の走行用バッテリ２２０Ｂとインバータ２４０との間の電気的な接続が遮断され、電源遮断状態となる。このとき、駆動回路側の残存電圧はディスチャージされ、インバータ２４０の電圧値ＶＨは徐々に約０Ｖ（遮断時電圧）に収束する。なお、遮断時電圧値は必ずしも０Ｖである必要はなく、たとえば、２〜３Ｖ程度の微弱電圧値であっても良い。

本実施の形態に係る制御装置は、第１の走行用バッテリ２２０Ａだけを用いてハイブリッドシステムを起動させていると、第１の制限抵抗５０２Ａへの熱的負荷が大きくなり過ぎるので、第１の走行用バッテリ２２０Ａと第２の走行用バッテリ２２０Ｂとを交互に用いてハイブリッドシステムを起動する点が特徴である。なお、３個以上（たとえばＮ個）の走行用バッテリを備えた場合には、第１の走行用バッテリ、第２の走行用バッテリ、第３の走行用バッテリ、第４の走行用バッテリ、・・・、第Ｎの走行用バッテリ（そして、第１の走行用バッテリに戻る）と順番に切り換えてハイブリッドシステムを起動するようにすればよい。さらには、この順番に限定されなくてもよい。

本実施の形態に係る制御装置は、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、ＥＣＵ４００に含まれるＣＰＵ（Central Processing Unit)およびメモリとメモリから読み出されてＣＰＵで実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアで実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。以下においては、ソフトウェアとして制御装置を実現した場合を説明する。

図４を参照して、本実施の形態に係る電源回路の制御装置を実現するために、ＥＣＵ４００が実行する、プログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、サブルーチンであって、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。さらに、図４に示すフローチャートにおいては、全てのＳＭＲ（Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａ、Ａ−ＳＭＲＧ５０４Ａ、Ｂ−ＳＭＲＰ５００ＢおよびＢ−ＳＭＲＧ５０４Ｂ）に対してオフ指令信号（非通電指令信号）がＥＣＵ４００から出力されている状態を、初期状態であるとする。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１０００にて、ＥＣＵ４００は、ＥＣＵ４００の内部に不揮発性メモリ（電力が供給されなくなっても記憶内容を保持する記憶素子であって、以下、単にメモリと記載する）に記憶された、前回のハイブリッドシステムの起動時に用いられた走行用バッテリ（第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂのいずれか）を示すフラグ等を読出す。

Ｓ１１００にて、ＥＣＵ４００は、前回起動時に用いた走行用バッテリが、第１の走行用バッテリ２２０Ａであるか否かを判断する。前回起動時に用いた走行用バッテリが、第１の走行用バッテリ２２０Ａであると判断されると（Ｓ１１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１５００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１００にてＮＯ）、処理はＳ１２００へ移される。

Ｓ１２００にて、ＥＣＵ４００は、前回のハイブリッドシステムの起動時のバッテリが第１の走行用バッテリ２２０Ａではなく第２の走行用バッテリ２２０Ｂであったので、今回は第１の走行用バッテリ２２０Ａを用いてシステム起動する。具体的には、ＥＣＵ４００は、Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａをオフ（非通電）からオン（通電）に切り換える。なお、他のＳＭＲ（Ａ−ＳＭＲＧ５０４Ａ、Ｂ−ＳＭＲＰ５００ＢおよびＢ−ＳＭＲＧ５０４Ｂ）は、オフ（非通電）の状態を維持する。

Ｓ１３００にて、ＥＣＵ４００は、Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａをオフ（非通電）からオン（通電）に切り換えてからプリチャージ時間が経過したか否かを判断する。プリチャージ時間が経過したと判断されると（Ｓ１３００にてＹＥＳ）、処理はＳ１４００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１３００にてＮＯ）、処理はＳ１３００へ戻されてプリチャージ時間が経過するまで待つ。

Ｓ１４００にて、ＥＣＵ４００は、Ａ−ＳＭＲＧ５０４Ａをオフ（非通電）からオン（通電）に、Ａ−ＳＭＲＰ５００Ａをオン（通電）からオフ（非通電）に、それぞれ切り換える（なお、オンオフの順は逆でも構わない）。なお、他のＳＭＲ（Ｂ−ＳＭＲＰ５００ＢおよびＢ−ＳＭＲＧ５０４Ｂ）は、オフ（非通電）の状態を維持する。その後、処理はＳ１８００へ移される。

Ｓ１５００にて、ＥＣＵ４００は、前回のハイブリッドシステムの起動時のバッテリが第２の走行用バッテリ２２０Ｂではなく第１の走行用バッテリ２２０Ａであったので、今回は第２の走行用バッテリ２２０Ｂを用いてシステム起動する。具体的には、ＥＣＵ４００は、Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂをオフ（非通電）からオン（通電）に切り換える。なお、他のＳＭＲ（Ｂ−ＳＭＲＧ５０４Ｂ、Ａ−ＳＭＲＰ５００ＡおよびＡ−ＳＭＲＧ５０４Ａ）は、オフ（非通電）の状態を維持する。

Ｓ１６００にて、ＥＣＵ４００は、Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂをオフ（非通電）からオン（通電）に切り換えてからプリチャージ時間が経過したか否かを判断する。プリチャージ時間が経過したと判断されると（Ｓ１６００にてＹＥＳ）、処理はＳ１７００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１６００にてＮＯ）、処理はＳ１６００へ戻されてプリチャージ時間が経過するまで待つ。

Ｓ１７００にて、ＥＣＵ４００は、Ｂ−ＳＭＲＧ５０４Ｂをオフ（非通電）からオン（通電）に、Ｂ−ＳＭＲＰ５００Ｂをオン（通電）からオフ（非通電）に、それぞれ切り換える（なお、オンオフの順は逆でも構わない）。なお、他のＳＭＲ（Ａ−ＳＭＲＰ５００ＡおよびＡ−ＳＭＲＧ５０４Ａ）は、オフ（非通電）の状態を維持する。その後、処理はＳ１８００へ移される。

Ｓ１８００にて、ＥＣＵ４００は、今回のハイブリッドシステムの起動に用いた走行用バッテリ（第１の走行用バッテリ２２０Ａおよび第２の走行用バッテリ２２０Ｂのいずれか）を示すフラグ等をメモリに記憶する。なお、このＳ１８００の処理は、ハイブリッドシステムが正常に起動完了したことをＥＣＵ４００が判断した後に実行される。たとえば、ＥＣＵ４００は、プリチャージ後にメインＳＭＲが通電されて、コンデンサＣ（２）５２０の両端電圧値ＶＨ（インバータ電圧）が所定値であることを検出すると、ハイブリッドシステムが正常に起動完了した判断する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態にかかる電源回路の制御装置であるＥＣＵ４００の動作について説明する。

（１）前回システム起動時に第２の走行用バッテリが用いられた場合
前回のハイブリッドシステム起動時に用いられた走行用バッテリがいずれのバッテリであるかを示す情報が、メモリから（フラグの形式で）読み出され（Ｓ１０００）、前回のハイブリッドシステム起動時には第２の走行用バッテリ２２０Ｂが用いられたと判断される（Ｓ１１００にてＮＯ）。

前回のハイブリッドシステムの起動時のバッテリが第１の走行用バッテリ２２０Ａではなく第２の走行用バッテリ２２０Ｂであったので、今回は第１の走行用バッテリ２２０Ａを用いてシステム起動される（Ｓ１２００−Ｓ１４００）。

その後、今回のハイブリッドシステムの起動に用いられた走行用バッテリは、第１の走行用バッテリ２２０Ａであることを示すフラグがメモリに記憶される（Ｓ１８００）。

（２）前回システム起動時に第１の走行用バッテリが用いられた場合
前回のハイブリッドシステム起動時に用いられた走行用バッテリがいずれのバッテリであるかを示す情報が、メモリから（フラグの形式で）読み出され（Ｓ１０００）、前回のハイブリッドシステム起動時には第１の走行用バッテリ２２０Ａが用いられたと判断される（Ｓ１１００にてＹＥＳ）。

前回のハイブリッドシステムの起動時のバッテリが第２の走行用バッテリ２２０Ｂではなく第１の走行用バッテリ２２０Ａであったので、今回は第２の走行用バッテリ２２０Ｂを用いてシステム起動される（Ｓ１５００−Ｓ１７００）。

その後、今回のハイブリッドシステムの起動に用いられた走行用バッテリは、第２の走行用バッテリ２２０Ｂであることを示すフラグがメモリに記憶される（Ｓ１８００）。

したがって、熱的負荷が大きくなるプリチャージ用ＳＭＲ（Ａ−ＳＭＲＰ５００ＡとＢ−ＳＭＲＰ５００Ｂ）とを交互に使用することができる。

以上のようにして、プリチャージ処理に用いられる制限抵抗が直列に接続されたＳＭＲと、制限抵抗が接続されていないＳＭＲとが並列に走行用バッテリの負極側に接続されている電源回路において、これらのＳＭＲのオンオフを切り換えてシステム起動する際に、プリチャージ抵抗の熱的負荷を軽減することができる。これにより、プリチャージ回路を備えた複数の蓄電機構を有する電源回路におけるオンオフ制御において、回路構成部品の損傷を回避することができる電源回路の制御装置を提供することができる。

＜変形例＞
なお、以下のような変形例も有効である。この変形例も２以上の電源回路を有する場合に適用可能である。

各電源回路の使用履歴（システム起動に使用された頻度やそのときのプリチャージ抵抗近傍の雰囲気温度（外気温での代用も可能である）が判断できるような履歴）を記憶しておいて、その使用履歴に基づいて、各プリチャージ抵抗の温度を推定する。

この推定された温度が高いプリチャージ抵抗を含む電源回路以外の電源回路（たとえば、より温度が低いと推定された方のプリチャージ抵抗を含む電源回路や最も温度が低いと推定されたプリチャージ抵抗を含む電源回路）を用いて、ハイブリッドシステムを起動させる。

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。

本発明の実施の形態に係る制御装置を含む、ハイブリッド車両の制御ブロック図である。 図１の動力分割機構を示す図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置で制御される電源回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１２０ エンジン、１４０ モータジェネレータ、１６０ 駆動輪、１８０ 減速機、２００ 動力分割機構、２２０Ａ 第１の走行用バッテリ、２２０Ｂ 第２の走行用バッテリ、２２１Ａ、２２１Ｂ 電圧計、２２２Ａ、２２２Ｂ 電流計、２４０ インバータ、２４２ 昇圧コンバータ、２６０ バッテリＥＣＵ、２８０ エンジンＥＣＵ、３００ ＭＧ＿ＥＣＵ、３２０ ＨＶ＿ＥＣＵ、４００ ＥＣＵ、５００Ａ Ａ−ＳＭＲＰ、５００Ｂ Ｂ−ＳＭＲＰ、５０４Ａ Ａ−ＳＭＲＧ、５０４Ｂ Ｂ−ＳＭＲＧ、５０２Ａ、５０２Ｂ 制限抵抗、５１０ コンデンサＣ（１）、５２０ コンデンサＣ（２）。

Claims (1)

1. 蓄電機構と複数のリレーとから構成される複数の電源回路の制御装置であって、各前記電源回路は、負荷と蓄電機構の一方の極との電気的な通電／非通電を制御する第１のリレーおよび前記第１のリレーに直列に接続された抵抗を有する回路と、前記回路に並列に接続された第２のリレーとを含み、電源起動時に、各前記電源回路における前記第２のリレーを通電状態にする前に、前記第１のリレーを通電状態にすることにより、前記並列に設けられた電源回路の合流点よりも負荷側に設けられたコンデンサをプリチャージする処理が実行され、前記複数の電源回路は前記負荷に対して並列に設けられ、
   前記制御装置は、
   電源起動に用いた蓄電機構を記憶するための記憶手段と、
   前回電源起動に用いた蓄電機構とは異なる蓄電機構を用いて、電源起動を実行するための制御手段とを含む、制御装置。

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