WO2007148531A1

WO2007148531A1 - 車両の電源装置およびそれを搭載する車両

Info

Publication number: WO2007148531A1
Application number: PCT/JP2007/061411
Authority: WO
Inventors: Hichirosai Oyobe; Wanleng Ang; Hiroshi Yoshida; Hiroki Sawada
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2007-12-27
Also published as: EP2034583A1; JP4552904B2; US7898103B2; JP2008005658A; EP2034583B1; EP2034583A4; US20100164278A1; CN101479906A; CN101479906B

Abstract

車両（１００）の電源装置は、第１，第２バッテリ（ＢＡ，ＢＢ）と、電源ライン（ＰＬ２）と、第１，第２昇圧コンバータ（１２Ａ，１２Ｂ）と、システムメインリレー（ＳＭＲ４）と、コンデンサ（Ｃ２）と、第１，第２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）とを備える。制御装置（３０）は、起動指示ＩＧＯＮを受けた場合に、第１昇圧コンバータ（１２Ａ）を第１バッテリ（ＢＡ）から給電ノードコンデンサ（ＣＨ）に充電が行なわれるように制御し、かつ第２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。

Description

明細書車両の電源装置およびそれを搭載する車両技術分野

この発明は、車両の電¾1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。背景技術

特開 2 0 0 2— 1 0 5 0 2号公幸 β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ィツ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。

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プ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パ一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 2 0 0 2— 1 0 5 0 2号公報は、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ェ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。

し力、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ェ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。発明の開示

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、モータを駆動するィ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一と、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。図面の簡単な説明

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 1 0 0 の構成を示す回路図である。

図 2は、制御装置 3 0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 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。

図 4は、図 2のフローチャートの変形例である。

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。

図 6は、実施の形態 2の車両 2 0 0の構成を示す概略プロック図である。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 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。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レ、。

[実施の形態 1 ]

図 1を参照して、車両 1 0 0は、電池ユニット 4 O A, 4 0 Bと、昇圧コンパータ 1 2 A, 1 2 Bと、平滑用コンデンサ C 1、 C 2と、電圧センサ 1 3 , 2 1 A, 2 1 Bと、インバータ 1 4， 2 2と、エンジン 4と、モータジェネレータ M G l， MG 2と、動力分割機構 3と、車輪 2と、制御装置 3 0とを含む。

平滑用コンデンサ C 1は、電源ライン P L 1 Aと接地ライン S L間に接続される。電圧センサ 21 Aは、平滑用コンデンサ C 1の両端間の電圧 V LA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 1 2Aは、平滑用コンデンサ C 1の端子間電圧を昇圧する。

平滑用コンデンサ C 2は、電源ライン P L 1 Bと接地ライン S L間に接続される。電圧センサ 21 Bは、平滑用コンデンサ C 2の両端間の電圧 VL B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 1 2Bは、平滑用コンデンサ C 2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 12 A, 12 Bによって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ 1 3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 12 A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 MG 1に出力する。インバータ 22 は、昇圧コンバータ 12 Bまたは 1 2 A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 MG 2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 MG 1， 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、プラネタリキヤリャ、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 M G 1 , MG 2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 MG 2 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の内部にモータジエネレータ 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。

電池ュニット 4 OAは電源ライン PL 1 Aと接地ライン S Lに接続されている。電池ユニット 4 OAは、蓄電用の大容量バッテリ B Aと、バッテリ B A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 SMR 3と、バッテリ B Aの正極と電源ライン P L 1 Aとの間に接続されるシステムメインリレー SM R 2と、システムメインリレー SMR 2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 S MR 1および限流抵抗 Rとを含む。システムメインリレー S MR 1〜SMR 3は、制御装置 30から与えられる制御信号 C ON T 1〜CON T 3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 40Αは、さらに、バッテリ ΒΑの端子間の電圧 VAを測定する電圧セン

サ 1 OAと、バッテリ B Aに流れる電流 I Aを検知する電流センサ 1 1 Aとを含む。バッテリ B A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。

電池ュニット 40Bは電源ライン PL 1 Bと接地ライン SLに接続されている。電池ユニット 40 Bは、ノッテリ 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 SMR 5と、ノッテリ BBの正極と電源ライン PL 1 B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, SMR 5は、制御装置 30から与えられる制御信号 CONT4, CONT 5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 4 OB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 I Bを検知する電流センサ 1 1 Bとを含む。バッテリ BBとしては、特性や容量がバッテリ B A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 12 Aは、一方端が電源ライン PL 1 Aに接続されるリアクトル L 1 Aと、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 I G 8丁素子<31 ， Q2Aと、 108丁素子 1 ， Q 2 Aにそれぞれ並列に接続されるダイオード D 1A, D 2Aとを含む。

リァクトルし 1 Aの他方端は I。8丁素子01 Aのエミッタおよび I GBT素子 Q 2 Aのコレクタに接続される。ダイオード D 1 Aの力ソードは I GBT素子 Q 1 Aのコレクタと接続され、ダイオード D 1 Aのアノードは I GBT素子 Q 1 Aのェミッタと接続される。ダイオード D 2 Aの力ソードは I GBT素子 Q 2 A のコレクタと接続され、ダイオード D 2 Aのアノードは I 08丁素子(32 のェミッタと接続される。

昇圧コンバータ 12 Bは、一方端が電源ライン P L 1 Bに接続されるリアクトノレ L 1 Bと、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 I G 8丁素子 18， Q2Bと、 I GBT素子 Q I B, Q 2 Bにそれぞれ並列に接続されるダイオード D 1 B， D2Bとを含む。

リアクトルし 1 Bの他方端は I GBT素子 Q 1 Bのエミッタおよび I GBT素子 Q 2 Bのコレクタに接続される。ダイオード D 1 Bの力ソードは I GBT素子 Q 1 Bのコレクタと接続され、ダイオード D 1 Bのアノードは I GBT素子 Q 1 Bのエミッタと接続される。ダイオード D 2 Bの力ソードは I 08丁素子<328 のコレクタと接続され、ダイォード D 2 Bのアノードは I GBT素子 Q 2 Bのェミッタと接続される。

インバータ 14は、昇圧コンバータ 1 2 Aおよび 12 B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 MG 1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 MG 1で発電された電力を昇圧コンバータ 1 2 Aおよび 12 B に戻す。このとき昇圧コンバータ 12 Aおよび 1 2B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 1 5と、 V相アーム 16と、 W相アーム 17とを含む。 U相アーム 1 5, V相アーム 16，および W相アーム 1 7は、電源ライン P L 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 1 5は、電源ライン PL 2と接地ライン S Lとの間に直列接続された I GBT素子 Q3， Q4と、 1 &8丁素子03, Q 4とそれぞれ並列に接続されるダイオード D 3, D 4とを含む。ダイオード D 3の力ソードは I GB丁素子 Q 3のコレクタと接続され、ダイオード D 3のアノードは I 08丁素子(33のェミッタと接続される。ダイオード D 4の力ソードは I GBT素子 Q4のコレクタと接続され、ダイォード D4のアノードは I GBT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 P L 2と接地ライン S Lとの間に直列接続された I GBT素子 Q5, Q6と、 1 &8丁素子05, Q 6とそれぞれ並列に接続されるダイオード D 5， D 6とを含む。ダイオード D 5の力ソードは I GBT素子 Q 5のコレクタと接続され、ダイオード D 5のアノードは I 08丁素子<25のェミッタと接続される。ダイオード D 6の力ソードは I GB丁素子 Q6のコレクタと接続され、ダイォード D 6のアノードは I GBT素子 Q 6のエミッタと接続される。

W相アーム 1 7は、電源ライン P L 2と接地ライン S Lとの間に直列接続された I GBT素子 Q7, Q8と、 108丁素子(37， Q 8とそれぞれ並列に接続されるダイオード D 7， D 8とを含む。ダイオード D 7の力ソードは I GBT素子 Q 7のコレクタと接続され、ダイオード D 7のアノードは I 0：6丁素子07のェミッタと接続される。ダイオード D 8の力ソードは I 08丁素子(28のコレクタと接続され、ダイオード D 8のアノードは I GBT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 MG 1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 MG 1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 I GBT素子 Q 3， Q 4の接続ノードに接続される。また V相コイルの他方端が I GBT素子 Q 5， Q 6の接続ノードに接続される。また W相コイルの他方端が I GBT素子 Q 7, Q 8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 MG 1に流れる電流をモータ電流値 M CRT 1として検出し、モータ電流値 MCRT 1を制御装置 30へ出力する。インバータ 22は、電源ライン P L 2と接地ライン S Lに接続されている。ィンバータ 22は車輪 2を駆動するモータジェネレータ MG 2に対して昇圧コンパータ 12 Aおよび 12 B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 MG 2において発電された電力を昇圧コンバータ 1 2 Aおよび 12 Bに戻す。このとき昇圧コンバータ 1 2Aおよび 1 2 B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 TR 1, TR 2、モータ回転数 MRN 1, MR N2、電圧 VA, VB, VH、電流 I A， I Bの各値、モータ電流値 MCRT 1 MCRT ²および起動信号 I GONを受ける。そして制御装置 30は、昇圧コンバータ 1 2 B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 C SDN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 1 2 A， 1 2 Bの出力である直流電圧を、モータジェネレータ MG 1を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示 PWMI 1と、モータジェネレータ MG 1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 12 A， 12 B側に戻す回生指示 PWMC 1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 MG 2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 PWMI 2と、モータジエネレータ MG 2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 1 2 A, 1 2 B側に戻す回生指示 PWMC 2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 B Aの電源電圧 VB Aとバッテリ B Bの電源電圧 V B Bがおよそ等しいようなバッテリ且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 S 1では制御装置 30は、起動信号 I GONが OF F状態から ON状態に変化したか否かを判断する。起動信号 I GO Nに OF Fから ONへの変化が無い場合、処理はステップ S 10に進み制御はメインルーチンに移される。

ステップ S 1において、起動信号 I G ON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 S 2に進む。

ステップ S 2では、 I GBT素子 Q 1 B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。これによつて、図 3の時刻 t lに示されるように I GBT素子 Q l B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 S 3において、制御装置 30は、システムメインリレー SM R 1および SMR 3をオフ状態からオン状態に変化させるように、制御信号 C〇 NT 1および CONT 3を活性化させる。図 3の波形図では、時刻 t 2においてシステムメインリレー SMR 1および S M R 3がオフ状態からォン状態に変化し、コンデンサ C l， C 2, 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 B A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エネレータ MG 1も停止した状態であるので、プリチャージをモータジエネレータ MG 1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— 1 0502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 S 4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 C I, C 2, CHの電圧や、バッテリ B A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 S 4においてプリチャージが完了したと判断されると、ステツプ S 5において制御装置 30は、システムメインリレー SMR 2がオフ状態からオン状態に変化するように、制御信号 CONT 2活性化させ、システムメインリレー SMR 1がオン状態からオフ状態に変化するように、制御信号 CONT 1を非活性化させる。図 3の波形図では、時刻 t 3においてシステムメインリレー S MR 1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 SMR 2がオフ状態からォン状態に変化する。

ステップ S 5の処理が終了すると続いてステップ S 6において、制御装置 30 は、 I GBT素子 Q 1 B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 t 4において I GBT素子 Q 1 β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 C 2はプリチャージされ電圧 VLBが上昇し電圧 VBBとほぼ等しくなつているので、システムメインリレー S MR 4， SMR 5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レ、。

したがって、続くステップ S 7において制御装置 30は、システムメインリレ一 SMR4, S MR 5がオフ状態からオン状態に変化するように、制御信号 CO NT4および CONT 5をともに活性化させる。図 3の波形図では、時刻 t 5においてシステムメインリレー SMR4, SMR 5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 S 9において運転席の R e a d y Onインジケータが点灯され、ステップ S 10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 t 6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、ノッテリ B Aと、モータジェネレータ MG 1 , MG 2を駆動するインバータ 14， 22に給電を行なう電源ライン P L 2と、バッテリ BAと電源ライン PL 2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 1 2 A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 P L 2との間に設けられ、電圧変換を行なう昇圧コンバータ 12 Bと、ノッテリ B Bと昇圧コンバータ 12 B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一 SMR4と、接続部と昇圧コンバータ 1 2 Bを結ぶ経路に結合されたコンデンサ C 2と、昇圧コンバータ 1 2 A， 1 2 B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 I GONを受けた場合に、昇圧コンパータ 12 Aをバッテリ B Aから電原ライン P L 2に給電が行なわれコンデンサ C Hに充電が行なわれるように制御し、かつ昇圧コンバータ 12 Bを電源ライン P L 2からコンデンサ C 2の充電が行なわれるように制御し、コンデンサ C 2の充電が完了した後にシステムメインリレー S MR 4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 SMR 4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 B Aと昇圧コンバータ 12 A とを結ぶ経路上に設けられるシステムメインリレー S MR 1と、システムメインリレー S MR 1と直列に接続された電流制限を行なう抵抗と、直列に接続されたシステムメインリレー S MR 1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 S MR 2とをさらに備える。制御装置 3 0は、起動指示 I G O Nを受けるとシステムメインリレー S MR 1を導通させてコンデンサ C 2に充電を行なわせた後に、システムメインリレー S MR 2 , S MR 4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パ一タゃィ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 1 0 0の電源装置は、バッテリ B Aの正極と昇圧コンバータ 1 2 Aとの間に設けられるシステムメインリレー S MR 1と、システムメインリレー S MR 1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 S MR 1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 S MR 2と、バッテリ B Aの負極と昇圧コンバータ 1 2 Aとの間に設けられるシステムメインリレー S MR 3とをさらに備える。この場合、接続部は、バッテリ B Bの正極と昇圧コンバータ 1 2 Bとの間に設けられるシステムメインリレー S MR 4と、ノッテリ B Bの負極と昇圧コンバータ 1 2 Bとの間に設けられるシステムメインリレー S MR 5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ゃィ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、ノンテリ B B側については、バッテリ B A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 S MR 1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 B Aの電源電圧 VB A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 S 1 1〜ステップ S 1 3までの処理は図 2のステップ S 1 ステツプ S 3と同じであり、図 5の時刻 t 2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 S 14については、ノくッテリ BBの電圧 VBBとコンデンサ C 2の電圧 VLBとの差が所定のしきい値 V t h 1より小さいか否かが判断される。しきい値 V t h iは、システムメインリレー SMR 4， SMR 5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 C 2に流入する電流を積算することによりコンデンサ C 2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 C 2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 C 2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 S 14の条件が満たされない場合は、 I &8丁素子 1 Bのオン状態が維持されてコンデンサ C 2のプリチャージが続行される。ステップ S 14の条件が成立したときには、ステップ S 1 5に処理が進み制御装置 30は、 I G B T 素子 Q 1 B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 C 2 の充電は中断されるので、コンデンサ C 2の電圧はそれ以上増加せず、コンデンサ C 2は適切なプリチヤ一ジ状態が維持される。

図 5の波形図では、時刻 t 3において電圧 V L Bがバッテリ電圧 V B Bに近づくと I GBT素子 Q 1 Bがオン状態からオフ状態に変化し、これにより充電電流 I C 2はゼロになり電圧 VLBの上昇は停止する。

ステップ S 1 5の処理が終了すると、続いてステップ S 1 6においてバッテリ電圧 VBAと電圧 VLAとの差がしきい値 V t h 2よりも小さくなったか否かが判断される。しきい値 V t h 2は、システムメインリレー SMR 2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 1 1 Aによってコンデンサ C 1， CHに流入する電流を積算することによりコンデンサ C 1, CHの電圧がパッテリ B A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 C I, 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 C 1， CHの電圧がバッテリ B Aの電圧に近づいたことを判断しても良い。

ステップ S 16の条件が満たされない場合は、システムメインリレー SMR 1 がオン状態でかつシステムメインリレー SMR 2がオフ状態に維持されてコンデンサ C 1 , CHのプリチャージが続行される。

ステップ S 16の条件が成立したときには、ステップ S 17に処理が進み制御装置 30は、システムメインリレー SMR 2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 SMR 1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 t 4においてこの処理が実行されている。

ステップ S 17に続いてステップ S 18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, SMR 5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、 B寺刻 t 5においてシステムメインリレー SMR4， SMR5がともにォフ状態からォン状態に変化する。

その後、ステップ S 1 9において運転席の R e a d y O nインジケータが点灯され、ステップ S 10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 C 2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 21 Bをさらに備える。制御装置 3 0は、いずれかのセンサの出力に応じてコンデンサ C 2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！^原装置は、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 C 2の充電電圧を検知する電圧センサ 2 I Bとをさらに備える。制御装置 3 0は、電圧センサ 1 0 Bおよび 2 1 Bの出力を受け、バッテリ B Bの電圧とコンデンサ C 2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 S MR 4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 S MR 4に代えてまたはシステムメインリレー S M R 4と同時にシステムメインリレー S MR 5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 B Aとバッテリ B B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 2 0 0の構成を示す概略プロック図である。

図 6を参照して、車両 2 0 0の電源装置は、バッテリ B Aと、バッテリ B Aと電源ライン P L 2との間に設けられ、電圧変換を行なう昇圧コンバータ 1 2 Aとを含む。インバータ 1 4， 2 2は、電源ライン P L 2から給電され、それぞれモータジェネレータ MG 1 , MG 2を駆動する。

車両 2 0 0の電源装置は、さらに、ノッテリ B Bと、バッテリ B Bと電源ライン P L 2との間に設けられ、電圧変換を行なう昇圧コンバータ 1 2 Bと、バッテリ B Bと昇圧コンバータ 1 2 B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 S MR 4と、接続部と昇圧コンバータ 1 2 Bを結ぶ経路に結合されたコンデンサ C 2と、昇圧コンバータ 1 2 A, 1 2 B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 3 0とほぼ同様な制御を行なうものであつて、起動指示 I G O Nを受けた場合に、昇圧コンバータ 1 2 Aをバッテリ B A から電源ライン P L 2のコンデンサ C Hに充電が行なわれるように制御し、かつ昇圧コンバータ 1 2 Bを電源ライン P L 2からコンデンサ C 2の充電が行なわれるように制御し、コンデンサ C 2の充電が完了した後にシステムメインリレー S MR 4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、ノッテリ B Aと昇圧コンバータ 12 A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 SMR 1および電流制限を行なう抵抗と、直列に接続されたシステムメインリレー SMR 1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 SMR 2と、システムメインリレー S MR 3とを含む。制御装置は、起動指示 I G ONを受けるとシステムメインリレー S MR 1を導通させてコンデンサ C 2に充電を行なわせた後に、システムメインリレー SMR2, S MR 4を非導通状態から導通状態に切換える。

ノッテリ 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 12 Aと昇圧コンバータ 12Bは、ともに接地ライン S L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 S L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 1 2 B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 S MR 5がシステムメインリレー SMR 3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 SMR 5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 V A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 SMR 5がシステムメインリレー SMR 3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 SMR 5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/パラレル型ハイプ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つ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 . 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、車両の電原装置。

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、請求の範囲第 1項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、請求の範囲第 1項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、請求の範囲第 1項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、請求の範囲第 1項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、請求の範囲第 1項に記載の車両の電¾¾装置。

7 . 請求の範囲第 1〜 6項のいずれか 1項に記載の電源装置を搭載する車両。