WO2007034682A1

WO2007034682A1 - 電力制御装置、それを備えた電動車両および電動車両の電力制御方法

Info

Publication number: WO2007034682A1
Application number: PCT/JP2006/317709
Authority: WO
Inventors: Hichirosai Oyobe; Shoichi Sasaki; Makoto Nakamura; Tetsuhiro Ishikawa
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2007-03-29
Also published as: EP1946956A4; CN101267960A; EP1946956A1; US20090115355A1; US7755306B2; CN101267960B; JP4591294B2; JP2007089289A

Abstract

車載負荷（５０）は、リレー回路（４０）および電力出力ライン（ＤＣＬ１，ＤＣＬ２）を介して第１および第２のモータジェネレータ（ＭＧ１，ＭＧ２）における第１および第２の中性点（Ｎ１，Ｎ２）に接続される。制御装置（６０）は、車載負荷（５０）の要求電圧に応じて、第１の中性点（Ｎ１）の電位が第２の中性点（Ｎ２）の電位よりもその要求電圧分だけ高くなるようにインバータ（２０，３０）を制御する。

Description

明細書

. 電力制御装置、それを備えた電動車両および電動車両の電力制御方法技術分野

この発明は、電力制御装置およびそれを備えた電動車両に関し、特に、主機用の蓄電装置からの電圧を降圧して車载負荷へ供給する電力制御装置およびそれを備えた電動車両に関する。背景技術

電気自動車（Electric Vehicle) やハイブリッド自動 ΐ (Hybrid vehicle) な • どの電動車両においては、主機用の高圧電源と補機用の低圧電源とが必要とされる。そして、主機用の高圧電¾1から出力される直流電圧を D C /D Cコンバータにより降圧して捕機用の低圧電源を得ることが従来より行なわれている。

特開平 7— 1 7 0 6 1 1号公報は、そのような D CZD Cコンバータを備えた電気自動車用電力制御装置を開示する。この電力制御装置は、主バッテリと、主バッテリの高電圧を低電圧に変換する D C/D Cコンバータとを備える。この電力制御装置においては、 D CZD Cコンバータからの低電圧出力によって、低電圧側の電気負荷が直接駆動される。

この電力制御装置によると、補機用バッテリを無くして主バッテリの高電圧を D C/D Cコンバータで低電圧に変換し、 D C/D Cコンバータからの出力で低電圧側の電気負荷を直接駆動するので、小型で配線の取り回しが容易となる。上記の特開平 7—1 7 0 6 1 1号公報に開示された電力制钾装置は、捕機用バッテリを無くすことができる点で有用であるが、主バッテリの高電圧を低電圧に変換する D C/D Cコンバータを依然として必要とする。

そして、近年、車両に搭載される電気負荷の増大に伴ない、従来の 1 4 V電源系に加えて 4 2 V電源系を併用する試みがみられ、今後、車載負荷に応じて多岐にわたる電源系が 1台の車両に搭載されるケースが増大することが予想される。電源系の増加に伴なつて D C /D Cコンバータをその都度設けることは、車両の小型化や軽量化、低コスト化などを阻害する発明の開示

そこで、この発明は、力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、 D C/D Cコンバータを用いることなく車載負荷へ電力を供給すること ■ 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、 D CZD Cコンバータを用いることなく車载負荷へ電力を供給することができる電力制御装置を備えた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の多相卷線を固定子 , 卷線として含む第 1の多相交流電動機と、星形結線された第 2の多相卷線を固定子卷線として含む第 2の多相交流電動機と、第 1および第 2の多相交流電動機へ電力を供給する第 1の蓄電装置と、第 1の多相巻線の第 1の中性点と第 2の多相卷線の第 2の中性点との間に電気的に接続される車载負荷と、車载負荷の要求電圧に応じて第 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の中性点との間に車載負荷が接続される。そして、車載負荷の要求電圧に応じて第 1およぴ第 2の中性点間の電圧 . が制御され、車載負荷は、互いの電圧差が要求電圧に制御された第 1および第 2 の中性点から電力の供給を受ける。

' したがって、この発明による電力制御装置によれば、専用の電圧変換装置を別：途備えることなく車載負荷へ電力を供給することができる。

好ましくは、車載負荷は、直流負荷を含む。電圧制御手段は、直流負荷の要求電圧に応じて第 1および第 2の中性点間に直流電圧を生成する。 ' したがって、この電力制御装置によれば、 D C /D Cコンバータを用いることなく車載負荷へ電力を供給することができる。

さ.らに好ましくは、直流負荷は、各々の動作電圧が異なる複数の負荷群がら成：る。電力制御装置は、複数の負荷群に電力をそれぞれ供給する複数の第 2の蓄電 ' 装置と、複数の第 2の蓄電装置のいずれかを第 1および第 2の中性点と電気的に • 接続可能なように構成された切替装置とをさらに備える。.電圧制御手段は、 .複数の第 2の蓄電装置の充電状態に基づいて、.複数の第 2の蓄電装置のいずれかを第 . 1および第 2の中性点と電気的に接続するための指令を切替装置へ出力する 'とともに、第 1および第 2の中性点に電気的に接続された第 2の蓄電装置から電力の供給を受ける負荷群の動作電圧レベルに第 1およぴ第 2の中性点間の電圧を制御 . する。

この電力制御装置においては、複数の第 2の蓄電装置の充電状態に基づいて複数の第 2の蓄電装置を第 1および第 2の中性点と交代的に接続することにより、 . . ' 第 1および第 2の中性点から複数の第 2の蓄電装置を充電することができる。し .たがって、この電力制御装置によれば、 D CZD Cコンバータを用いることなく、 . 複数の負荷群へ安定的に電力を供給することができる。

. ' さらに好ましくは、電圧制御手段は、充電状態が最も低い第 2の蓄電装置を第

1'および第 2の中性点と電気的に接続するための指令を切替装置へ出力する。 '· この電力制御装置においては、充電状態の最も低い第 2の蓄電装置が第 1およぴ第 2の中性点と電気的に接続され、第 1および第 2の中性点から電力の供給を • 受けて充電される。したがって、この電力制御装置によれば、過放電状態の第 2 . の蓄電装置が発生するのを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、上述したいずれかの電力制御装置と、； ; 第 1およぴ第 2の多相交流電動機の少なくとも一方の回転軸と機械的に結合され： . た駆動輪とを備える。 ·

この発明による電動車両においては、上述した電力制御装置を備えるので、 D . CZD Cコンバータを備える必要がない。したがって、この発明による電動車両によれば、車両の小型化や軽量化、低コスト化などを実現することができる。 . 以上のように、この発明によれば、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的に接続された車 • 載負荷の要求電圧に応じて第 1および第 2の中性点間の電圧を制御するようにしたので、 D CZD Cコンバータなど専用の電圧変換装置を別途備えることなく、車載負荷へ電力を供給することができる。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実施の形態 1による電動車両の一例として示されるハイプリッド自動車の全体ブロック図である。

図 2は、図 1に示すインパ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 3は、図 1に示す制御装置の機能ブロック図である。 . ' 図 4は、図 3に示す第 1および第 2のィンバータ制御部ならびに電圧指令生成部の詳細な機能ブロック図である。

図 5は、図 3, 図 4に示す電圧指令生成部が行なう処理の制御構造を示すフロ一チャートである。

図 6は、この発明の実施の形態 2による電動車両の一例として示されるハイブリツド自動車の全体ブロック図である。

図 7は、図 6に示す制御装置の機能プロック図である。

図 8は、図 7に示す電圧指令生成部が行なう処理の制御構造を示すフローチヤートである。発明を実施するための最良の形態

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。

[実施の形態 1]

図 1は、この発明の実施の形態 1による電動車両の一例として示されるハイブリツド自動車 100の全体ブロック図である。図 1を参照して、このハイブリツド自動車 100は、エンジン 4と、モータジェネレータ MG 1 , MG 2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 10.0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 C l， C 2と、電源ライン P L 1， P L 2と、接地ライン S Lと、 U相ライン UL 1, UL 2と、 V相ライン VL 1， VL2と、 W相ライン WL 1， W L 2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、電力出力ライン DCL 1， DCL2と、リレー回路 4 0と、車載負荷 5 0とをさらに備える。

このハイブリッド自動車 1 0 0は、エンジン 4およびモータジェネレータ MG 2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 ΐータジエネレータ MG 1， MG 2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、プラネタリキヤリャ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つの回転軸がェンジン 4およびモータジェネレータ MG 1， MG 2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 MG 1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酉己機構 3にエンジン 4とモータジェネレータ MG 1 , MG 2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 MG 2の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギャによって車輪 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 MG 2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 MG 1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 1 0 0に組み込まれ、モータジェネレータ MG 2は、車輪 2を駆動する電動機としてハイプリッド自動車 1 0 0に組み込まれる。

蓄電装置 Βの正極は、電源ライン P L 1に接続され、蓄電装置 Bの負極は、接地ライン S Lに接続される。コンデンサ C 1は、電源ライン P L 1と接地ライン S Lとの間に接続される。

昇圧コンバータ 1 0.は、リアタトル Lと、 n p n型トランジスタ Q 1， Q 2と、ダイオード D l , D 2とを含む。 n p n型トランジスタ Q 1， Q 2は、電源ライン P L 2と接地ライン S Lとの間に直列に接続される。各 n p n型トランジスタ Q 1 , Q 2のコレクタ一ェミッタ間には、ェ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 D 1， D 2がそれぞれ接続される。そして、リアタトルしの一端は、 n p n型.トランジスタ Q 1， Q 2の接続点に接続され、その他端は、電原ライン P L 1に接続される。

なお、上記の n p n型トランジスタおよび以下の本明細書中の n p n型トランジスタとして、たとえば、 I G B T (Insulated Gate Bipolar Transistor) を用いることができ、また、 n p n型トランジスタに代えてパワー M〇S FET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 等の電力スィッチン .グ素子を用いることができる。

.コンデンサ C 2は、電源ライン PL 2と地ライン SLとの間に接続される。インバ一タ 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 PL 2と接地ライン S L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 n p n型トランジスタ Q 11， Q 12からなり、 V相アーム 24は、直列に接続された n p n型トランジスタ Q 13， Q 14からなり、 W相アーム 26は、直列に接続された n p n型トランジスタ Q 15, Q 16からなる。各 n p n型トランジスタ Q 1 1〜Q 16のコレクタ一ェミッタ間には、ェミッタ側からコレク ' タ側へ電流を流すダイオード D l 1〜D 16がそれぞれ接続される。

モータジェネレータ MG 1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 U 1、 V相コイル V 1および W相コィノレ W · 1の一端は、互いに接続されて中性点 N 1を形成し、 U相コイル Ul、 V相コィル V 1および W相コィノレ 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 MG 2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 MG 1と同様である。

リレー回路 40は、リレー RY1， RY2を含む。そして、リレー RY1の一 ' 端に電力出力ライン DCL 1の一方端が接続され、電力出力ライン DCL 1の他方端は、中性点 N1に接続ざれる。また、リレ RY 2の一端に電力出力ライン DC L 2の一方端が接続され、電力出力ライン DC L 2の他方端は、中性点 N 2 接続される。さらに、リレー RY1， RY 2の他端には、車载負荷 50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、ニッケル水素ゃリチゥムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置 Bは、直流電力を昇圧コンバータ 1 0へ出力する。また、蓄電装置 Bは、昇圧コンバータ 1 0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 7 0は、蓄電装置 Bの電圧 V Bを検出し、その検出した電圧 V Bを制御装置 6 0へ出力する。 .コンデンサ C 1は、電源ライン P L 1と接地ライン S Lとの間の電圧変動を平滑化する。 .

昇圧コンバータ 1 0は、制御装置 6 0からの信号 P WC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 P L 2に供給する。具体的には、昇圧コンバータ 1 0は、制御装置 6 0'からの信号 P WCに基づいて、 n p n型トランジスタ Q 2のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアタトル Lに磁場エネルギーとして蓄積することによつて蓄電装置 Bからの直流電圧を昇圧する。そして、昇圧コンバータ 1 0は、その昇圧した昇圧電圧を n p n型トランジスタ Q 2がオフされたタイミングに同期し . てダイオード D 1を介して電源ライン P L 2へ出力する。また、昇圧コンバータ 1 0は、制御装置 6 0からの信号 PWCに基づいて、電源ライン P L 2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 C 2は、電源ライン P L 2と接地ライン S Lとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ 7 2は、コンデンサ C 2の端子間電圧、すなわち接地ライン S Lに対する電源ライン P L 2の電圧 VHを検出し、その検出した電圧 VKを制御装置 6 0へ出力する。

インバータ 2 0は、制御装置 6 0からの信号 PWM 1に基づいて、電¾¾ライン P L 2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 MG 1へ出力する。また、インバータ 2 0は、エンジン 4 からの出力を受けてモータジェネレータ MG 1が発電した 3相交流電圧を制御装置 6 0からの信号 P WM 1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¾1ライン P L 2へ出力する。

インバータ 3 0は、制御装置 6 0からの信号 PWM 2に基づいて、電源ライン P L 2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 MG 2へ出力する。また、インバータ 3 0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 MG 2が発電した 3相交流電圧を制御装置 60からの信号 PWM 2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 P L 2へ出力する。

ここで、ィンバータ 20， 30は、それぞれ制御装置 60からの信号 PWM 1， PWM2に基づいて、中性点 Nl, N 2間に電圧を発生させる。すなわち、中性点 Nl， N2から電力出力ライン DCL 1, D C L 2を介して車载負荷 50に要求電圧を供給するために、インバータ 20は、インバータ 30によって制御される中性点 N 2の電位よりも車载負荷 50の要求電圧分だけ高い電位に中性点 N 1 の電位を制御する。

モータジェネレータ MG 1， MG2の各々は、 3相交流電動機であり、たとえば I PM (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 MG 1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 MG 1は、インパータ 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 MG 2 は、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 MG 2は、車両の回生制動時、 . 車両の制動力を発生するとともに 3相交流電圧を発生してインパータ 30へ出力する。

リレー回路 40のリレー RY1， RY2は、電力出力ライン DCL 1, DCL . 2と車載負荷 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， RY 2をオンさせ、車載負荷 5 0を電力出力ライン DCL 1， DC L 2と電気的に接続する。

車載負荷 50は、直流負荷であり、中性点 N 1, N2にそれぞれ接続された電力出力ライン DCL 1， DC L 2から直流電力の供給を受ける。車載負荷 50は、たとえば、寒冷地用のエンジンヒータや、排気ガス浄ィ匕用の触媒を暖気するための触媒ヒータ、室内暖気用のヒータなどである。

電流センサ 80は、モータジェネレータ MG 1に流れるモータ電流 MCRT 1 を検出し、その検出したモータ電流 MCRT 1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 MG 2に流れるモータ電流 MCRT 2を検出し、その検出したモータ電流 MCRT 2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 MG 1 , MG 2のトルク指令値 TR 1 , TR2およびモータ回転数 MRN1, MRN2、電圧センサ 70からの電圧 V B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を駆動するためめ信号 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 TR 1および電流センサ 80からのモータ電流 MCRT 1に基づいて、モータジエネレータ MG 1を駆動するための信号 PWM1を生成し、その生成した信号 P ； WM1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 MG 2のトルク指令値 TR 2および電流センサ 82からのモータ電流 MCRT 2に基づいて、モータジェネレータ MG 2を駆動するための信号 P WM2を生成し、その生成した信号 PWM 2をインバータ 30へ出力する。 · また、さらに、制御装置 60は、車载負荷 50への電力供給を要求する要求指令 REQを ECUから受けると、車載負荷 50の要求電圧を算出する。たとえば、車載負荷 50が寒冷地用のエンジンヒータの場合、エンジン冷却水の温度に基づいて要求電圧を算出する。また、車載負荷 50が触媒ヒータであれば、触媒温度に基づいて要求電圧を算出する。また、車載負荷 50が室内暖気用ヒータであれば、室内設定温度に基づいて要求電圧を算出する。

そして、制御装置 60は、算出した要求電圧を中性点 Nl， N 2間に発生させ . るための電圧指令値を生成し、その電圧指令値を用いてィンバータ 20， 30に対する信^ PWM1, PWM2を生成する。また、制御装置 60は、要求指令 R EQ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 MG 1 , MG 2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 n p η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つのスィツ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べクトルと称される。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亙いに同.じスィツ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 n p n型トランジスタ Q1 1， Q 1 3, Q 15は上アーム 2 OAとして総括的に示され、インバ一タ 20の n p n型トランジスタ Q 1 2， Q 14, Q 16は下アーム 20 Bとして総括的に示されている。また、インバータ 30の n p n型トランジスタ Q21， Q 23, Q25は上アーム 3 OAとして総括的に示され、インバータ 30の n p n型トランジスタ Q 22, Q 24, Q 26は下アーム 30 B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、'すなわちモータジエ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、車载負荷 50の要求電圧に応じた電圧をインバータ 20, 30の各々のゼロ電圧べクトルを用いて中性点 N 1 , N 2間に発生させ、中性点 N 1 , N 2 から電力出力ライン DCL 1， DC L 2を介して車載負荷 50へ電力を供給するようにしたものである。これにより、 DCZDCコンバータを用いることなく、かつ、モータジェネレータ MG 1， MG 2のトルク制御に影響を与えることなく、 . 車載負荷 50が要求する電圧を生成して車載負荷 50へ与えることができる。

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のィンバータ制御部 62と、.'第 2のィンバータ制御部 63と、電圧指令生成部 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 TR 1, TR 2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 η ρ n型トランジスタ Q 1 , Q 2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 MG 1のトルク指令値 T R l、モータ電流 MCRT 1およびモータ回転数 MRN 1、ならびに電圧 VHに基づいて、インバータ 20の η 'ϋ n型トランジスタ Q 1 1〜Q 16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 MG 2のトルク指令値 T R2、モータ電流 MCRT 2およびモータ回転数 MRN 2、ならびに電圧 VHに基づいて、インバータ 30の η ρ n型トランジスタ Q 21〜Q 26をオン Zオフするための信号 PWM 2を生成し、その生成した信号 PWM 2をインバータ 30 へ出力する。

ここで、第 1および第 2のィンバータ制御部 62， 63は、車载負荷 50の要求電圧を中性点 N 1， N 2間に生成するための電圧指令値を電圧指令生成部 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 のゼロ電圧べクトルを制御しつつ信号 PWMl, PWM2を生成する。'

電圧指令生成部 64は、車載負荷 50への電力供給を要求する要求指令 R E Q を受けると、車載負荷 50の要求電圧を算出する。そして、電圧指令生成部 64 は、その算出した要求電圧を中性点 Nl， N 2間に発生させるための電圧指令値を生成し、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、電圧指令生成部 64は、要求指令 REQ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 4は、図 3に示した第 1および第 2のインパータ制御部 62, 63ならびに電圧指令生成部 64の詳細な機能プロック図である。図 4を参照して、第 1のィンバータ制御部 62は、電流変換部 102と、 MG 1電流指令演算部 104と、 P I制御部 106， 108と、変換部 1 10と、 P WM信号生成部 1 14とから成る。

電流変換部 102は、モータジェネレータ MG 1のモータ回転数 MRN 1を用いて、電流センサ 80によって検出された U相電流 I u 1および V相電流 I V 1 を d軸電流 I d 1および q軸電流 I q 1に変換する。 MG 1電流指令演算部 10 • 4は、モータジェネレータ MG1のトルク指令値 TR 1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 I d'l r， I q 1 rを算出する。

P I制御部 106は、電流変換部 102からの d軸電流 I d 1と MG 1電流指令演算部 104からの電流指令 I d 1 r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 1 1 0へ出力する。 P I制御部 1 ： 0 8は、電流変換部 1 0 2からの q軸電流 I q 1と MG 1電流指令演算部 1 04 . からの電流指令 I q 1 r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 1 1 0へ出力する。

変換咅 |51 1 0は、モータ回転数 MR N 1を用いて、 P I制御部 1 0 6， 1 0 8 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 MG 1の U， V, W各相電圧指令に変換する。

PWM信号生成部 1 1 4は、変換部 1 1 0からの U, V， W各相電圧指令に電圧指令生成部 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 7 2からの電圧 VHに基づいて、インバータ 2 0に対応する PWM信号 P u 1， P V 1 , Pw 1を生成し、その生成した PWM信号 P u 1， P V 1 , Pw lを信号 PWM 1としてインバータ 20へ出力する。

なお、変換部 1 1 0からのモータジェネレータ MG 1の U， V, W各相電圧指 . 令に電圧指令生成部 64からの電圧指令値を一律に重畳させることは、電圧指令生成部 64からの電圧指令値に基づいてインバータ 20のゼロ電圧べクトルを変化させることに対応する。

第 2のィンバータ制御部 6 3は、電流変換部 1 2 2と、 MG 2電流指令演算部 1 24と、 P I制御部 1 2 6, 1 2 8と、変換部 1 3 0と、 PWM信号生成部 1 3 4と力、ら成る。電流変換部 1 2 2は、モータジェネレータ MG 2のモータ回転 ' 数 MRN 2を用いて、電流センサ 8 2によって検出された U相電流 I u 2および ' V相電流 I V 2を d軸電流 I d 2および q軸電流 I q 2に変換する。 MG 2·電流指令演算部 1 24は、モータジェネレータ] V1G 2のトルク指令値 TR 2に基づいて、 d, q軸におけるモータジエネ /一タ MG 2の電流指令 I d 2 r , I ¾ 2 r .. を算出する。

P I制御部 1 2 6は、電流変換部 1 2 2からの d軸電流 I d 2と MG .2電流指令演算部 1 24からの電流指令 I d 2 r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 1 3 0へ出力する。 P I制御部 1 ： 2 8は、電流変換部 1 2 2からの q軸電流 I q 2と MG 2電流指令演算部 1 24 からの電流指令 I q 2 r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 MR N 2を用いて、 P I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 MG 2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 MG 2の各相電圧指令に電圧指令生成部 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 P u 2, P v 2, P . w 2を生成し、その生成した PWM信号 P u 2， P V 2, 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 MG 2の U, V, W各相電圧指令に電圧指令生成部 64からの電圧指令値を一律に重畳させることは、電圧指令生成部 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。

' 電圧指令生成部 64ほ、指令演算部 142と、乗算部 144と、減算部 146' と力ら成る。指令演算部 142は、要求指令 REQを受けると、車载負荷 50の要求電圧を算出する。そして、指令演算部 142は、算出した電圧を電圧指令値 VRとして出力する。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から出力される電圧指令ィ直 VRは、 k倍されて第 1のインバータ制御部 62へ出力され、一（1一 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 Nl， N 2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 を 0. 5よりも大きくするとインバータ 30よりもインバータ 20の電圧負担を大きくすることができ、 kを 0. 5よりも小さくするとインバータ 20よりもィンバータ 30の電圧負担を大きくすることができる。

なお、電圧指令生成部 64は、要求指令 REQを受けていないときは、電圧指令値 VRを 0とする。したがって、電圧指令生成部 64から第 1および第 2のィンパータ制御部 6 2 ， 6 3へ出力される電圧指令値は 0となる。

へ図 5は、図 3，図 4に示した電圧指令生成部 6 4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 6 0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、電圧指令生成部 6 4は、要求指令 R E Qに基づいて、 .中性点 N 1 , N 2から車載負荷 5 0への電力供給が要求されているか否かを判定する (ステップ S 1 0 ) 。電圧指令生成部 6 4は、車載負荷 5 0への電力供給が要求されていないときは（ステップ S 1 0において N〇）、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、車載負荷 5 0へめ電力供給が要求されていると判定されると（ステップ S 1 0において Y E S ) 、電圧指令生成部 4 0は、車載負荷 5 0の要求電圧を算出する (ステップ S 2 0 ) 。具体的には、たとえば、車載負荷 5 0が寒冷地用のエンジンヒタのとき、エンジン冷却水の温度に基づいて要求電圧を算出する。また、車載負荷 5 0が触媒ヒータであれば、触媒温度に基づいて要求電圧を算出する。あるいは、車载負荷 5 0が室内暖気用ヒータであれば、室内設定温度に基づいて要求電圧を算出する。

そして、ステップ S 2 0において車载負荷 5 0の要求電圧が算出されると、電 .圧指令生成部 6 4は、第 1および第 2の中性点間にその要求電圧を生じさせるための電圧指令値を生成し、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 6 2 ， 6 3へ出力する（ステップ S 3 0 ) 。次いで、電圧指令生成部 6 4は、リレー回路 4 0へ出力許可指令 E Nを出力し（ステップ S 4 0 ) 、一連の処理を終了する。

以上のように、この実施の形態 1によれば、モータジェネレータ MG 1 ， MG 2における中性点 N 1 , N 2間に車载負荷 5 0を接続し、車載負荷 5 0の要求電圧に応じて中性点 N l , N 2間の電圧を制御する, 'ようにしたので、 D CZD Cコ - ンバータを用いることなく車載負荷 5 0へ要求電圧を供給することができる。

[実施の形態 2 ]

図 6は、この発明の実施の形態 2による電動車両の一例として ¾ ^されるハイブリツド自動車 10 OAの全体ブロック図である。図 2を参照して、このハイブリッド自動車 10 OAは、図 1に示した実施の形態 1によるハイブリッド自動車 1 . 00の構成において、リレー回路 40および車载負荷 50に代えて、切替回路 9 2と、補機バッテリ B l， B 2と、負荷群 94, 96と、電源ライン P L 3, P L4と、接地ライン S L 3， S L4とを備え、制御装置 60に代えて制御装置 6 OAを備える。

切替回路 50は、入力端子対に電力出力ライン DCL 1， DCL 2が接続され、第 1の出力端子対に電¾1ライン PL 3および接地ライン SL 3が接続され、第 2 ' の出力端子対に電源ライン PL 4および接地ライン SL 4が接続される。

補機バッテリ B 1の正極は、電源ライン P L 3に接続され、補機バッテリ B 1 の負極は、接地ライン SL 3に接続される。また、補機バッテリ B 2の正極は、電源ライン P L 4に接続され、補機バッテリ B 2の負極は、接地ライン S L 4に接続される。そして、 .電源ライン PL 3および接地ライン SL 3に負荷群 94が接続され、電源ライン PL4および接地ライン SL4に負荷群 96が接続される。切替回路 50は、制御装置 6 OAから Hレベルの切替信号 CHを受けているとき、第 1の出力端子対に接続される電源ライン P L 3および接地ライン S L 3を ' それぞれ電力出力ライン DCL 1, DCL 2と電気的に接続する。一方、切替回路 50は、制御装置 6 OAから Lレベルの切替信号 CHを受けているとき、第 2 の出力端子対に接続される電源ライン P L 4および接地ライン S L 4をそれぞれ電力出力ライン DCL 1， DC L 2と電気的に接続する。

補機バッテリ B 1， B 2は、充放電可能な直流電源であり、たとえば鉛電池から成る。補機バッテリ B 1は、切替回路 92によって電¾¾ライン PL 3および接地ライン S L 3がそれぞれ電力出力ライン DC L 1， DCL 2と電気的に接鐃されているとき、中性点 Nl, N 2から出力される直流電圧によって第 1の電圧レ . ベル（たとえば 36 V) で充電される。そして、補機パッテリ B 1は、第 1の電圧レベルからなる直流電圧を電源ライン PL 3および接地ライン S L 3を介して ' 負荷群 94へ供給する。

補機バッテリ B 2は、切替回路 92によって電源ライン PL 4および接地ライン. S L 4がそれぞれ電力出力ライン DC L 1， DCL 2と電気的に接続されてい. るとき、中性点 Nl， N 2.から出力される直流電圧に'よって第 2の電圧レベル (たとえば 12 V) で充電される。そして、補機バッテリ B 2は、第 2の電圧レ .ベルからなる直流電圧を電源ライン PL 4および接地ライン SL 4を介して負荷群 96へ供給する。

なお、補機バッテリ B 1の第 1の電圧レベルおよび補機バッテリ B 2の第 2のノ電圧レベルは、蓄電装置 Bの電圧レベル以下であり、補機バッテリ B 1， B 2の容量は、蓄電装置 Bの容量以下である。また、補機バッテリ B l, B 2として、ニッケノレ水素やリチウムイオン等の二次電池や、キャパシタを用いてもよい。負荷群 94は、たとえば電動パワーステアリングや電動エアコンなど主にパヮ' —系の補機で構成され、電源ライン P L 3力ら第 1の電圧レベルの動作電圧を受 ' けて動作する。負荷群 96は、照明やオーディオなど主にボディー系の補機で構成され、電源ライン P L 4から第 2の電圧レベルの動作電圧を受けて動作する。制御装置 60 Aは、補機バッテリ B 1の充電状態（State of Charge： S O C) を示す値 SOC Γおよび補機バッテリ B 2の SOCを示す値 SOC 2を図示されない ECUから受ける。そして、制御装置 6 OAは、その受けた値 S〇C 1， S〇 C 2に基づいて切替信号 C Hを生成し、その生成した切替信号 C Hを切替回路 92へ出力する。

また、制御装置 6 OAは、電力出力ライン DCL 1， DCL 2と電気的に接続されている電源ラインおよび接地ラインに対応する電圧を中性点 Nl， N2間に . 生じさせるための電圧指令を生成し、その生成した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。

図 7は、図 6に示した制御装置 60 Aの機能ブロック図である。図 7を参照して、制御装置 6◦ Aは、図 3に示した実施の形態 1における制御装置 60の構成 • において、電圧指令生成部.64に代えて電圧指令生成部 64 Aを含む。

電圧指令生成部 64 Aは、捕機パッテリ B 1の' SO Cを示す値 SOC 1および補機パッテリ B 2の S〇Cを示す値 SOC 2を ECUから受,ける。そして、電圧 .指令生成部 64 Aは、値 S〇C 1が値 SOC2よりも小さいとき、 Hレベルの切替信号 C Hを生成して切替回路 92へ出力するとともに、負荷群 94に対応する ' 電圧（第 1の電圧レベル）を中性点 Nl， N 2間に生じさせるための電圧指令値を生成して第 1および第 2のインバータ制御部 62， 63へ出力する。

—方、電圧指令生成部 64Aは、値 SOC2が値 SOC 1よりも小さいとき、 . Lレベルの切替信号 CHを生成して切替回路 92へ出力するとともに、負荷群 9 6に対応する電圧（第 2の電圧レベル）を中性点 Nl， N 2間に生じさせるための電圧指令値を生成して第 1および第 2のインパータ制御部 62， 63へ出力する。 .

図 8は、図 7に示した電圧指令生成部 64 A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 Aのメインルーチンから呼び出されて実行されノ+ る。 '

図 8を参照して、電圧指令生成部 64 Aは、補機バッテリ B 1の SOCを示す値 S OC 1および補機バッテリ B 2の SOCを示す値 SOC 2を ECUから受けると、値 SOC 1が値 SOC 2よりも小さいか否かを判定する（ステップ S 11 0) 。

電圧指令生成部 64Aは、値 SOC 1が値 SOC2よりも小さいと判定すると

(ステップ S 110において YES) 、 Hレベルの切替信号 CHを切替回路 92 へ出力し、電源ライン PL 3および接地ライン S L 3をそれぞれ電力出力ライン DCL l, DC L 2と電気的に接続させる（ステップ S 120) 。

そして、電圧指令生成部 64 Aは、負荷群 94の動作電圧レベルに応じた電圧指令値を生成し、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（ステップ S 130) 。これにより、負荷群 94の動作電 . 圧レベルの電圧が中性点 Nl, N 2間に発生し、中性点 Nl， N 2から切替回路 92を介して負荷群 94へ電力が供給されつつ補機バッテリ B 1が充電される。一方、ステップ S 1 10において値 SOC 2が値 SOC 1以下であると判定さ: れると（ステップ S 1 10において NO) 、電圧指令生成部 64Aは、 Lレベルの切替信号 CHを切替回路 92へ出力し、電源ライン PL4および接地ライン S L 4をそれぞれ電力出力ライン DC L 1, DC L 2と電気的に接続させる（ステップ S 140) 。

そして、電圧指令生成部 64 Aは、負荷群 96の動作電圧レベルに応じた電圧指令値を生成し、その生成した電圧指令ィ直を第 1および第 2のィンバータ制御部 • 6 2， 6 3へ出力する（ステップ S 1 5 0 ) 。これにより、負荷群 9 6の動作電 .圧レベルに応じた電圧が中性点 N l， N 2間に発生し、中性点 N l， N 2から切替回路 9 2を介して負荷群 9 6へ電力が供給されつつ補機バッテリ B 2が充電さ . れる。

なお、電力出力ライン D C L 1， D C L 2と電気的に接続されていない負荷群においては、対応する補機パッテリから電力の供給を受ける。そして、その捕機バッテリの S O Cが低下すると、切替回路 9 2により接続状態が切替えられ、 S O Cが低下した補機バッテリが充電される。

以上のように、この実施の形態 2によれば、中性点 N l， N 2間の電圧を負荷群 9 4または負荷群 9 6の動作電圧レべノレに制御し、中性点 N 1， N 2から切替回路 9 2を介して負荷群 9 4または負荷群 9 6へ電力を供給するので、負荷群 9 4または負荷群 9 6へ供給する電圧を生成するための D C/D Cコンバータを備える必要はない。

なお、上記の各実施の形態においては、動作電圧レベルの異なる負荷群が 2つ

. の場合について説明したが、動作電圧レベルの異なる負荷群が 3つ以上の場合に . ついても、同様にして D C/D Cコンバータを用いることなく所望の電圧を生成 . して各負荷群へ供給することができる。

また、上記の各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 MG 2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、モータジネレータ MG 1， MG 2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。 '

なお、上記において、モータジェネレータ MG 1， MG 2は、それぞれこの発明における「第 1の多相交流電動機 j および「第 2の多相交流電動機」に対応し、 3相コイル 1 2， 1 4は、それぞれこの発明における「第 1の多相卷線」および「第 2の多相巻線」に対応する。また、蓄電装置 Bは、この発明における「第 1 の蓄電装置」に対応し、インバータ 2 0， 3 0、モータジェネレータ] V1G 1 , M

： G 2および制御装置 6 0 ( 6 O A) は、この発明における「電圧制御手段」を形成する。さらに、補機バッテリ B l , B 2の各々は、この発明における「第 2の

' 蓄電装置」に対応し、切替回路 9 2は、この発明における「切替装置」に対応する。また、さらに、車輪 2は、この発明における「駆動輪 J 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請求の範囲によって示され、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。

Claims

請求の範囲

. 1 . 星形結線された第 1の多相卷線を固定子卷線として含む第 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卷線として含む第 2の多相交流電動機と、

前記第 1および第 2の多相交'流電動機へ電力を供給する第 1の蓄電装置と、 '前記第 1の多相卷線の第 1の中性点と前記第 2の多相卷線の第 2の中性点との ' 間に電気的に接続される車载負荷と、

' 前記車載負荷の要求電圧に応じて前記第 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 . 前記車载負荷は、直流負荷を含み、 +

前記電圧制御手段は、前記直流負荷の要求電圧に応じて前記第 1および第 2の中性点間に直流電圧を生成する、請求の範囲第 1項に記載の電力制御装置。

3 . 前記直流負荷は、各々の動作電圧が異なる複数の負荷群から成り、

前記電力制御装置は、

前記複数の負荷群に電力をそれぞれ供給する複数の第 2の蓄電装置と、前記複数の第 2の蓄電装置のいずれかを前記第 1および第 2の中性点と電気的に接続可能なように構成された切替装置とをさらに備え、

, 前記電圧制御手段は、前記複数の第 2の蓄電装置の充電状態に基づいて、前記複数の第 2の蓄電装置のいずれかを前記第 1および第 2の中性点と亀気的に接続するための指令を前記切替装置へ出力するとともに、前記第 1およぴ第 2の中性点に電気的に接続された第 2の蓄電装置から電力の供給を受ける負荷群の動作電圧レベルに前記第 1および第 2の中性点間の電圧を制御する、請求の範囲第 2項に記載の電力制御装置。.

4 . 前記電圧制御手段は、充電状態が最も低い第 2の蓄電装置を前記第 1および • 第 2の中性点と電気的に接続するための指令を前記切替装置へ出力する、請求の範囲第 3項に記載の電力制御装置。

5 . 請求の範囲第 1項から第 4項のいずれか 1項に記載の電力制御装置と、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の回転軸と機械的に結合された駆動輪とを備える電動車両。

.

6 . 電動車両の電力制御方法であって、

前記電動車両は、

5 - 星形結線された第 1の多相卷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の多相卷線を固定子卷線として含む第 2の多相交流電動機と、

前記第 1および第 2の多相交流電動機へ電力を供給する第 1の蓄電装置と、 10 前記第 1の多相卷線の第 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車載負荷とを備え、

前記電力制御方法は、

前記車載負荷の要求電圧を算出する索 1のステップと、

その算出された要求電圧に応じて前記第 1および第 2の中性点間の電圧を制御 15 する第 2のステップとを含む、電動車両の電力制御方法。

7 . 前記車載負荷は、直流負荷を含み、

'： . 前記第 2のステップは、前記直流負荷の要求電圧に応じて前記第.1および第 2 ' の中性点間に直流電圧を生成する、請求の範囲第 6項に記載の電力制御方法。 ·

8 . 前記直流負荷は、各々の動作電圧が異なる複数の負荷群から成り、

20 前記電動車両は、

前記電力制御方法は、前記複数の第 2の蓄電装置の充電状態に基づいて、前記 25. . 複数の第 2の蓄電装置のいずれかを前記第 1および第 2の中性点と電気的に接続するための指令を前記切替装置へ出力する第 3のステップをさらに含み、前記第 2のステップは、前記第 1および第 2の中性点に電気的に接続された第 2の蓄電装置から電力の供給を受ける負荷群の動作電圧レベルに前記第 1および第 2の中性点間の電圧を制御する、請求の範囲第 7項に記載の電力制御方法。

9 . 前記第 3のステップは、充電状態が最も低い第 2の蓄電装置を前記第 1およ . び第 2の中性点と電気的に接続するための指令を前記切替装置へ出力する、請求 .の範囲第 8項に記載の電力制御方法。