JP4305553B2

JP4305553B2 - 電動車両

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Publication number: JP4305553B2
Application number: JP2007275010A
Authority: JP
Inventors: 哲也杉本; 禎人近藤; 浩一杉浦; 泰彦石丸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: US20100219794A1; JP2009106054A; CN101836343B; EP2200150A1; US8222866B2; WO2009054364A1; EP2200150A4; CN101836343A

Description

本発明は電動車両に関し、特に、外部から充電可能に構成された車両に関する。

従来より、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車など、電動モータを駆動源として用いる車両が知られている。このような車両には、電動モータへの供給電力を蓄えるためにバッテリなどの蓄電装置が搭載される。

近年、上記のような車両において、たとえば家屋の電源などの車両外部の電源（以下、単に外部電源とも称する）によって、蓄電機構を充電する構成が提案されている。具体的には、家屋に設けられたコンセントと、車両に設けられたコネクタとをケーブルで連結することにより、家屋の電源から供給された電力によって、車両の蓄電装置（バッテリ）が充電される。以下、車両の外部電源により、車両に搭載されたバッテリ等の蓄電装置を充電可能な車両を「プラグイン車」とも称することとする。

特開平１０−１３６５７０号公報（特許文献１）には、電気自動車に搭載される充電装置が開示されている。この充電装置は、入力された直流電圧をＤＣ／ＤＣ変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、充電モード制御手段とを備える。充電モード制御手段は、外部電源からの電力にてバッテリを充電する際に、モータをＤＣ／ＤＣコンバータから電気的に切り離す。さらに、充電モード制御手段は、外部電源からの電圧を直接または間接にＤＣ／ＤＣコンバータに入力させて、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧をバッテリに印加させる。
特開平１０−１３６５７０号公報特開２００２−８４６７６号公報特開平９−２３３７１０号公報

電気自動車では、１回の充電で走行可能な距離が長いことが望まれる。内燃機関と蓄電池およびモータを搭載するハイブリッド自動車でも、外部から蓄電装置に充電可能にする構成を採用する場合には、同様に内燃機関を使わずに走行可能な距離が１回の充電あたり長いことが望まれる。このため、複数の電池を搭載するハイブリッド自動車も検討されている。

しかしながら特開平１０−１３６５７０号公報には、１つのバッテリを充電するための構成しか開示されていない。このため、特開平１０−１３６５７０号公報に開示の充電装置を、複数の電池を搭載するハイブリッド自動車に単純に適用できない可能性がある。

本発明の目的は、電動車両に搭載された複数のバッテリを車両外部の交流電源により充電するための技術を提供することである。

本発明は要約すれば、電動車両であって、充放電可能な第１および第２の蓄電装置と、第１の蓄電装置、および電動車両の外部の交流電源に対して共通に設けられる第１の電力線と、直流電力を受けて動作する負荷装置と、負荷装置に直流電力を供給するための第２の電力線と、第１の電力線に与えられる交流電力および直流電力のいずれか一方と、第２の電力線に与えられる直流電力とを相互に変換する電力変換部と、第２の蓄電装置と第２
の電力線とに電気的に接続される電圧変換部と、第１の蓄電装置と第１の電力線とに接続され、導通状態と非導通状態とを有する第１の接続部と、第１の蓄電装置と電圧変換部とに接続され、導通状態と非導通状態とを有する第２の接続部と、少なくとも電圧変換部と、第１の接続部と、第２の接続部とを制御する制御装置とを備える。制御装置は、第１の電力線に電動車両の外部から交流電力が与えられる場合には、第１および第２の接続部をそれぞれ非導通状態および導通状態に制御するとともに、第２の電力線に与えられる直流電力の電圧値に基づいて、第１および第２の蓄電装置に目標電圧が与えられるように電圧変換部を制御する。

好ましくは、制御装置は、電動車両から交流電力を出力させる場合には、第１および第２の接続部をそれぞれ非導通状態および導通状態に制御するとともに、第２の電力線に直流電圧が与えられるように電圧変換部を制御する。電力変換部は、第２の電力線からの直流電力を交流電力に変換して、その変換した交流電力を第２の電力線に出力する。

好ましくは、第２の電力線は、正母線と、負母線とを含む。電力変換部は、一方端が第１の電力線に接続されるインダクタと、インダクタの他方端と正母線との間に接続される第１のスイッチング素子と、インダクタの他方端と負母線との間に接続される第２のスイッチング素子と、正母線および負母線間に直列に接続される第３および第４のスイッチング素子と、第１および第２のスイッチング素子に対してそれぞれ逆並列に接続される第１および第２のダイオードと、第３および第４のスイッチング素子に対してそれぞれ逆並列に接続される第３および第４のダイオードとを含む。

より好ましくは、負荷は、第２の電力線に与えられる直流電力を交流電力に変換する、もう１つの電力変換部と、もう１つの電力変換部によって変換された交流電力を受けて、電動車両を駆動するための駆動力を発生するモータとを含む。

本発明によれば、電動車両に搭載された複数のバッテリを車両外部の交流電源により充電することが可能になる。

以下において、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。

［電動車両の構成］
本発明の実施の形態に係る電動車両として、プラグインハイブリッド車（以下、「ハイブリッド自動車」と呼ぶ）を例示する。ただし、モータからの駆動力のみで走行する電気自動車、または燃料電池車により構成されたプラグイン車に搭載される蓄電装置の充電システムに対しても本願発明は適用可能である。

図１は、本発明の実施の形態に従うハイブリッド自動車のパワートレーンを示す概略ブロック図である。図１を参照して、ハイブリッド自動車１００は、バッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２と、動力出力装置１０２と、コネクタ５０と、入出力切換装置５２と、制御装置６０とを備える。

バッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２の各々は、充放電可能な電池（図示せず）を含む。バッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２の各々は、直流電力を発生して、その直流電力を動力出力装置１０２へ供給する。バッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２の各々は、動力出力装置１０２から受ける直流電力を蓄電する。

動力出力装置１０２は、エンジンおよびモータジェネレータを含み（いずれも図示せず、以下同じ。）、制御装置６０から受ける指令に基づいてこのハイブリッド自動車１００の駆動力を発生する。また、動力出力装置１０２は、制御装置６０から受ける指令に基づいて、コネクタ５０に受ける車外の商用電源５５からの交流電力を直流電力に変換し、その変換した直流電力をバッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２へ出力する。

バッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２が車外の商用電源５５によって充電されるときに、コネクタ５０はプラグ５１に接続される。これにより商用電源５５からの交流電力がコネクタ５０に与えられる。

制御装置６０は、後述する方法により、動力出力装置１０２が駆動力を発生するための制御を行なう。また、制御装置６０は、後述する方法により、動力出力装置１０２がコネクタ５０に受けた商用電源５５からの交流電力を直流電力に変換してバッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２へ出力するための制御を行なう。

入出力切換装置５２は、ユーザがバッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２の充電（バッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２への電力の入力）と、ハイブリッド自動車１００から外部への交流電力の出力とを切換えるための装置である。入出力切換装置５２は、ユーザによって操作される充電ボタン５３およびＡＣ出力ボタン５４とを含む。ユーザが充電ボタン５３を押した場合に、入出力切換装置５２は、バッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２の充電を開始するための指令を生成して、その指令を制御装置６０に出力する。制御装置は、充電開始の指令に応じて動力出力装置１０２を制御することによりバッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２を充電する。

図２は、本実施の形態に従うハイブリッド自動車１００が交流電源として用いられる状態を示す図である。図２を参照して、ハイブリッド自動車１００は、プラグ５１を介して電気機器５６に接続される。ユーザがＡＣ出力ボタン５４を押すと、入出力切換装置５２は、ハイブリッド自動車から外部に交流電力を出力するための指令を生成して、その指令を制御装置６０に出力する。

制御装置６０は、後述する方法により、動力出力装置１０２がバッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２から出力される直流電力を交流電力に変換してコネクタ５０へ出力するための制御を行なう。これにより、たとえば非常時にハイブリッド自動車１００から出力される交流電力を用いて様々な電気機器を動作できる。

図３は、図１および図２に示したハイブリッド自動車１００のパワートレーンの回路図である。図３を参照して、ハイブリッド自動車１００は、バッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２と、昇圧コンバータ１０，２０と、インバータ３０，４０と、コネクタ５０と、制御装置６０と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ４と、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬ１，ＵＬ２と、Ｖ相ラインＶＬ１，ＶＬ２と、Ｗ相ラインＷＬ１，ＷＬ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、エンジン４と、動力分配機構３と、車輪２とを含む。

この回路図において、バッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２と、コネクタ５０と、制御装置６０とを除く部分が図１に示した動力出力装置１０２に対応する。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ接続されるインバータ３０，４０とは、負荷装置を構成する。

動力分配機構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。たとえば動力分配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。たとえば、モータジェネレータＭＧ１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配機構３にエンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２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ＭＧ２の回転軸は車輪２に図示しない減速ギヤや作動ギヤによって結合されている。また動力分配機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

モータジェネレータＭＧ１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１００に組み込まれる。モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪である車輪２を駆動する電動機としてハイブリッド自動車１００に組み込まれる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば、３相交流同期電動機である。モータジェネレータＭＧ１はＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１、Ｗ相コイルＷ１からなる３相コイルをステータコイルとして含む。モータジェネレータＭＧ２はＵ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２、Ｗ相コイルＷ２からなる３相コイルをステータコイルとして含む。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン出力を用いて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３０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ３０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、その駆動力を用いてエンジンを始動する。

モータジェネレータＭＧ２は、インバータ４０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ＭＧ２は、車両の回生制動時、３相交流電圧を発生して、その交流電圧をインバータ４０へ出力する。

バッテリユニットＢＵ１は、バッテリＢ１と、電圧センサ７０と、電流センサ８４と、システムリレーＳＲ１とを含む。バッテリＢ１の負極は接地ラインＳＬに接続される。バッテリＢ１の正極はシステムリレーＳＲ１を介して電源ラインＰＬ１に接続される。電圧センサ７０は、バッテリＢ１の電圧ＶＢ１を検出して、その検出した電圧ＶＢ１を制御装置６０へ出力する。電流センサ８４は、バッテリＢ１に流れる電流ＩＢ１を検出して、その検出した電流ＩＢ１を制御装置６０に出力する。システムリレーＳＲ１は、バッテリＢ１の正極と電源ラインＰＬ１との間に設けられ、制御装置６０からの信号ＣＯＮＴ１に応答してオン／オフする。たとえばシステムリレーＳＲ１は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＣＯＮＴ１に応答してオンし、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＣＯＮＴ１に応答してオフする。

バッテリユニットＢＵ２は、バッテリＢ２と、電圧センサ７１と、電流センサ８３と、システムリレーＳＲ２とを含む。バッテリＢ２の負極は接地ラインＳＬに接続される。バッテリＢ２の正極はシステムリレーＳＲ２を介して電源ラインＰＬ３に接続される。電圧センサ７１は、バッテリＢ２の電圧ＶＢ２を検出して、その検出した電圧ＶＢ２を制御装置６０へ出力する。電流センサ８３は、バッテリＢ２に流れる電流ＩＢ２を検出して、その検出した電流ＩＢ２を制御装置６０へ出力する。システムリレーＳＲ２は、バッテリＢ２の正極と電源ラインＰＬ３との間に設けられ、制御装置６０からの信号ＣＯＮＴ２に応答してオン／オフする。たとえばシステムリレーＳＲ２は、Ｈレベルの信号ＣＯＮＴ２に応答してオンし、Ｌレベルの信号ＣＯＮＴ２に応答してオフする。

バッテリＢ１，Ｂ２は、充放電可能な蓄電装置としてハイブリッド自動車１００に搭載
される。バッテリＢ１，Ｂ２は、たとえばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。ただし、バッテリＢ１（またはバッテリＢ２）に代えて大容量の電気二重層コンデンサが、充放電可能な蓄電装置としてハイブリッド自動車１００に搭載されてもよい。

また、バッテリＢ１の蓄電容量とバッテリＢ２の蓄電容量とは同じでもよいし、異なっていてもよい。したがって、たとえばバッテリＢ１の蓄電容量のほうがバッテリＢ２の蓄電容量より大きくてもよい。

昇圧コンバータ１０は、チョッパ回路１１，１２を含む。チョッパ回路１１は、リアクトルＬ１と、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端は、電源ラインＰＬ１に接続され、リアクトルＬ１の他方端はｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置６０からの信号ＰＷＣ１１をベースに受ける。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２にはダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ逆並列接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２の各々は、対応するｎｐｎ型トランジスタの間に、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すように接続される。

チョッパ回路１２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ３，Ｑ４と、ダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ３，Ｑ４は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置６０からの信号ＰＷＣ１２をベースに受ける。ｎｐｎ型トランジスタＱ３，Ｑ４にはダイオードＤ３，Ｄ４がそれぞれ逆並列接続される。ダイオードＤ３，Ｄ４の各々は、対応するｎｐｎ型トランジスタの間に、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すように接続される。

昇圧コンバータ２０は、リアクトルＬ２と、ｎｐｎ型トランジスタＱ５，Ｑ６と、ダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。リアクトルＬ２は、電源ラインＰＬ３に一端が接続され、ｎｐｎ型トランジスタＱ５，Ｑ６の接続点に他端が接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ５，Ｑ６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置６０からの信号ＰＷＣ２をベースに受ける。そして、各ｎｐｎ型トランジスタＱ５，Ｑ６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ようにダイオードＤ５，Ｄ６がそれぞれ接続される。

なお、上記のｎｐｎ型トランジスタおよび以下の本明細書中のｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。また、本実施の形態では、ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field-effect transistor）をスイッチング素子として用いることもできる。

次に、インバータ３０，４０の構成を説明する。図４は、インバータ３０の回路図である。図４を参照して、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。Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６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３２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２を含む。Ｖ相アーム３４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１３，Ｑ１４を含む。Ｗ相アーム３６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１５，Ｑ１６を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６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Ｄ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ相ラインＵＬ１、Ｖ相ラインＶＬ１、およびＷ相ラインＷＬ１を介して、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの中性点Ｎ１と異なるコイル端
にそれぞれ接続される（図３参照）。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６は制御装置６０からの信号ＰＷＭ１をベースに受ける。

なお、インバータ４０の構成は、図４に示すインバータ３０の構成と同様である。ただし、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点が、Ｕ相ラインＵＬ２、Ｖ相ラインＶＬ２、およびＷ相ラインＷＬ２を介して、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの中性点Ｎ２と異なるコイル端にそれぞれ接続される（図３参照）。なお、インバータ４０には制御装置６０からの信号ＰＷＭ２が入力される。

図３に戻り、ハイブリッド自動車１００は、さらに、リレーＲＹ１，ＲＹ２と、コンデンサＣ１〜Ｃ３と、電圧センサ７２〜７４と、電流センサ８０，８２とを含む。

リレーＲＹ１は、電源ラインＰＬ１とコネクタ５０との間に設けられ、制御装置６０からの信号ＣＯＮＴ３に応じてオン／オフする。たとえばリレーＲＹ１は、Ｈレベルの信号ＣＯＮＴ３に応答してオンし、Ｌレベルの信号ＣＯＮＴ３に応答してオフする。

電源ラインＰＬ４の一方端は、コネクタ５０に接続される。電源ラインＰＬ４の他方端は、ｎｐｎ型トランジスタＱ３，Ｑ４の接続点に接続される。なお、コネクタ５０は、図示されない第１および第２の端子を含む。第１および第２の端子は、それぞれ電源ラインＰＬ４の一方端および、リレーＲＹ１に接続される。

リレーＲＹ２は、バッテリＢ１の正極と電源ラインＰＬ３との間に設けられ、制御装置６０からの信号ＣＯＮＴ４に応じてオン／オフする。たとえばリレーＲＹ２は、Ｈレベルの信号ＣＯＮＴ４に応答してオンし、Ｌレベルの信号ＣＯＮＴ４に応答してオフする。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリＢ１および昇圧コンバータ１０への影響を低減する。電圧センサ７３は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＤ１を検出して、その検出した電圧ＶＤ１を制御装置６０に出力する。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するインバータ３０，４０および昇圧コンバータ１０，２０への影響を低減する。電圧センサ７２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＨを検出して、その検出した電圧ＶＨを制御装置６０に出力する。

コンデンサＣ３は、電源ラインＰＬ３と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリＢ２および昇圧コンバータ２０への影響を低減する。電圧センサ７４は、電源ラインＰＬ３と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＤ２を検出して、その検出した電圧ＶＤ２を制御装置６０に出力する。

インバータ３０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を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３０は、モータジェネレータＭＧ１がエンジン４からの出力を受けて発電した３相交流電圧を、制御装置６０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電源ラインＰＬ２へ出力する。

インバータ４０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を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４０は、ハイブリッド自動車１００の回生制動時、モータジェネレータＭＧ２が駆動軸からの回転力を受けて発電した３相交流電圧を、制御装置６０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電源ラインＰＬ２へ出力する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車１００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の回生発電を伴う制動や、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両を減速（または加速の中止）させることを含む。

電流センサ８０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６０へ出力する。電流センサ８２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６０へ出力する。

制御装置６０は、外部に設けられるＥＣＵ（Electronic Control Unit）から出力されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２と、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２と、電圧センサ７３からの電圧ＶＤ１と、電圧センサ７４からの電圧ＶＤ２と、電圧センサ７２からの電圧ＶＨとに基づいて、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣ１１，ＰＷＣ１２を生成するとともに、昇圧コンバータ２０を駆動するための信号ＰＷＣ２を生成する。制御装置６０は、信号ＰＷＣ１１，ＰＷＣ１２を昇圧コンバータ１０へ出力するとともに、信号ＰＷＣ２を昇圧コンバータ２０へ出力する。

また、制御装置６０は、電圧ＶＨならびにモータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ１およびトルク指令値ＴＲ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ３０へ出力する。さらに、制御装置６０は、電圧ＶＨならびにモータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ２およびトルク指令値ＴＲ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ３０へ出力する。

バッテリユニットＢＵ１から電源ラインＰＬ１を介して昇圧コンバータ１０に直流電圧が供給される場合、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣ１１に応答して、その直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２へ出力する。

電源ラインＰＬ２を介してインバータ３０および４０のいずれか一方または両方から昇圧コンバータ１０に直流電圧が供給される場合、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣ１１に応答して、その直流電圧をバッテリＢ１の電圧レベルに降圧してバッテリＢ１を充電する。

同様に、バッテリユニットＢＵ２から電源ラインＰＬ３を介して昇圧コンバータ２０に直流電圧が供給される場合、昇圧コンバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣ２に応答して、その直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２へ出力する。

電源ラインＰＬ２を介してインバータ３０および４０のいずれか一方または両方から昇圧コンバータ２０に直流電圧が供給される場合、昇圧コンバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣ２に応答して、その直流電圧をバッテリＢ２の電圧レベルに降圧してバッテリＢ２を充電する。

ハイブリッド自動車１００の外部から交流電圧が昇圧コンバータ１０に供給される場合、制御装置６０は、入出力切換装置５２からの指令に基づいて、信号ＣＯＮＴ２，ＣＯＮ
Ｔ３，ＣＯＮＴ４をそれぞれシステムリレーＳＲ２，リレーＲＹ１，ＲＹ２に送り、これらのリレーをオンさせる。昇圧コンバータ１０は、コネクタ５０および電源ラインＰＬ１，ＰＬ４を介して供給される交流電圧を整流する。さらに、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣ１１に応答して、整流電圧を昇圧する。そして昇圧コンバータ１０は、昇圧された電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

昇圧コンバータ２０は、電源ラインＰＬ２から電圧ＶＨを受ける。さらに昇圧コンバータ２０は制御装置６０からの信号ＰＷＣ２に応じて電源ラインＰＬ３に電圧ＶＤ２を出力する。システムリレーＳＲ２およびリレーＲＹ２がともにオンしているため、バッテリＢ１，Ｂ２は、電源ラインＰＬ３および接地ラインＳＬに並列に接続される。これにより、バッテリＢ１，Ｂ２がともに充電される。

制御装置６０は、電圧ＶＤ２がバッテリＢ１，Ｂ２の充電に適した電圧となるように、昇圧コンバータ１０，２０を制御するための信号ＰＷＭ１１，ＰＷＭ２を生成する。たとえば昇圧コンバータ１０の内部で整流された電圧（電圧ＶＨ）のピーク値がバッテリＢ１，Ｂ２の充電に適切な電圧値の上限を超える場合には、制御装置６０は、電圧ＶＨを降圧するための信号ＰＷＣ２を生成して、その信号ＰＷＣ２を昇圧コンバータ２０に出力する。昇圧コンバータ２０は、信号ＰＷＣ２に応答して、電圧ＶＤ２がバッテリＢ１，Ｂ２の充電に適切な電圧値の上限を超えないように電圧ＶＨを降圧する。

なお、昇圧コンバータ１０の内部で整流された電圧（電圧ＶＨ）のピーク値がバッテリＢ１，Ｂ２の充電に適切な電圧値の下限を下回る場合には、制御装置６０は、電圧ＶＨを昇圧するための信号ＰＷＣ１１を生成して、その信号ＰＷＣ１１を昇圧コンバータ１０に出力する。昇圧コンバータ１０は、信号ＰＷＣ１に応答して、電圧ＶＨが常時その下限値を上回るように、整流電圧を昇圧する。なお、この場合、たとえば昇圧コンバータ２０は昇圧コンバータ１０から出力される電圧と同じ大きさの電圧を出力するように、制御装置６０からの信号ＰＷＣ２により制御される。

このように制御装置６０が昇圧コンバータ１０，２０を制御することによってバッテリＢ１，Ｂ２に流れる充電電流を制御することができる。

ハイブリッド自動車１００の外部の負荷（図２に示す電気機器５６）にハイブリッド自動車１００が交流電力を供給する場合、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣ１１，ＰＷＣ１２に応答して、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の直流電圧（電圧ＶＨ）を交流電圧に変換する。昇圧コンバータ１０は、その交流電圧を電源ラインＰＬ１，ＰＬ４に出力する。リレーＲＹ１はオンしているため、昇圧コンバータ１０からの交流電圧は、コネクタ５０に接続された電気機器５６（図２参照）に供給される。

［バッテリの充電および交流電力の出力］
以下では、ｎｐｎ型トランジスタを単に「トランジスタ」と称することにする。

図５は、図２の回路図のうち、車両外部の商用電源５５によるバッテリＢ１，Ｂ２の充電に関する部分を簡略化して示した図である。図５では、バッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２、昇圧コンバータ１０，２０、リレーＲＹ１，ＲＹ２、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３，接地ラインＳＬ、コンデンサＣ２および制御装置６０を示す。なお、商用電源５５によるバッテリＢ１，Ｂ２の充電時には、チョッパ回路１２に含まれるトランジスタＱ３，Ｑ４はオフする。したがって、図５では、トランジスタＱ３，Ｑ４の図示を省略している。

既に説明したように、商用電源５５によるバッテリＢ１，Ｂ２の充電時には、制御装置６０によって、リレーＲＹ１，ＲＹ２およびシステムリレーＳＲ２がオンするとともに、
システムリレーＳＲ１がオフする。

図６は、充電時のトランジスタの制御状態の一例を示す図である。図５，図６を参照して、まず電圧ＶＡＣ＞０すなわち電源ラインＰＬ４の電圧が電源ラインＰＬ１の電圧よりも高い場合には、昇圧コンバータ１０のトランジスタＱ１はスイッチ状態に制御され、トランジスタＱ２はオフ状態に制御される。

制御装置６０は電圧ＶＨの値に基づいてトランジスタＱ１のスイッチングの周期およびデューティ比を算出する。そして制御装置６０は算出したスイッチング周期およびデューティ比を表わす信号ＰＷＣ１１を生成して昇圧コンバータ１０に信号ＰＷＣ１１を出力する。制御装置６０は電圧ＶＨが第１の目標電圧となるように昇圧コンバータ１０を制御する。

電圧ＶＡＣ＜０すなわち電源ラインＰＬ４の電圧が電源ラインＰＬ１の電圧よりも低い場合には、昇圧コンバータ１０のトランジスタＱ１はオフ状態に制御され、トランジスタＱ２はスイッチング状態に制御される。

制御装置６０は電圧ＶＨの値に基づいてトランジスタＱ２のスイッチングの周期およびデューティ比を算出する。そして制御装置６０は算出したスイッチング周期およびデューティ比を表わす信号ＰＷＣ１１を生成して昇圧コンバータ１０に信号ＰＷＣ１１を出力する。制御装置６０は電圧ＶＨが第１の目標電圧となるように昇圧コンバータ１０を制御する。

ダイオードＤ３，Ｄ４は、接地ラインＳＬから電源ラインＰＬ２に向かう向きに順方向電流が流れるように電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続される。電源ラインＰＬ４がダイオードＤ３，Ｄ４の接続点に接続されるため、昇圧コンバータ１０での昇圧動作において、商用電源５５からの交流電圧が整流される。

一方、昇圧コンバータ２０のトランジスタＱ５は、スイッチング状態に制御され、トランジスタＱ６はオフ状態に制御される。これにより昇圧コンバータ２０は電圧ＶＨを降圧して電源ラインＰＬ３に電圧ＶＤ２を出力する。したがって、昇圧コンバータ２０は、電源ラインＰＬ２から電源ラインＰＬ３に向けて充電電流を流すことができる。この充電電流をバッテリＢ１，Ｂ２に供給することによって、バッテリＢ１，Ｂ２が充電される。

制御装置６０は電圧ＶＨの値、および電圧ＶＤ２の値に基づいてトランジスタＱ５のスイッチングの周期およびデューティ比を算出する。そして制御装置６０は算出したスイッチング周期およびデューティ比を表わす信号ＰＷＣ２を生成して昇圧コンバータ２０に信号ＰＷＣ２を出力する。制御装置６０は電圧ＶＤ２が第２の目標電圧となるように昇圧コンバータ２０を制御する。このように昇圧コンバータ１０，２０が動作することによって、バッテリＢ１，Ｂ２に供給される充電電流を制御することが可能になる。これによりバッテリＢ１，Ｂ２を適切に充電することができる。

図７は、図２の回路図のうち、車両外部の電気機器５６に交流電力を出力するための部分を簡略化して示した図である。図７では、バッテリユニットＢＵ１，ＢＵ２、昇圧コンバータ１０，２０、リレーＲＹ１，ＲＹ２、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３，接地ラインＳＬ、コンデンサＣ２および制御装置６０を示す。また、車両から交流電力が出力される場合には、制御装置６０によって、リレーＲＹ１，ＲＹ２およびシステムリレーＳＲ２がオンするとともに、システムリレーＳＲ１がオフする。

図８は、交流電力出力時のトランジスタの制御状態の一例を示す図である。図７，図８
を参照して、昇圧コンバータ２０のトランジスタＱ５はオン状態に制御され、トランジスタＱ６はオフ状態に制御される。これにより、電圧ＶＨは、電圧ＶＤ２に等しくなる。バッテリＢ１の両端の電圧も電圧ＶＤ２に等しい。なお、制御装置６０はトランジスタＱ５をオフ状態に制御し、かつ、トランジスタＱ６をスイッチング状態に制御することによって、電圧ＶＤ２を昇圧してもよい。制御装置６０は電圧ＶＨの値、および電圧ＶＤ２の値に基づいてトランジスタＱ６のスイッチングの周期およびデューティ比を算出する。そして制御装置６０は算出したスイッチング周期およびデューティ比を表わす信号ＰＷＣ２を生成して昇圧コンバータ２０に信号ＰＷＣ２を出力する。

制御装置６０は、トランジスタＱ１をオン状態に制御し、トランジスタＱ２をオフ状態に制御する。制御装置６０は、さらに、トランジスタＱ３，Ｑ４を交互にオンする。すなわちトランジスタＱ３がオン状態であるときトランジスタＱ４はオフ状態となり、トランジスタＱ３がオフ状態であるときトランジスタＱ４はオン状態となる。制御装置６０は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行なうことによりトランジスタＱ３，Ｑ４のオン期間を変化させる。ＰＷＭ制御の方法としては、公知の様々な方法を用いることができる。

次に制御装置６０は、トランジスタＱ１をオフ状態に制御し、トランジスタＱ２をオン状態に制御する。制御装置６０は、さらに、トランジスタＱ３，Ｑ４を交互にオンする。制御装置６０は、ＰＷＭ制御を行なうことによりトランジスタＱ３，Ｑ４のオン期間を変化させる。

このように制御装置６０がトランジスタＱ１〜Ｑ４を制御することによって、電圧ＶＡＣは交流電圧となる。なおトランジスタＱ１がオン状態、かつ、トランジスタＱ２がオフ状態である場合には、電圧ＶＡＣの極性は負となる。トランジスタＱ１がオフ状態、かつ、トランジスタＱ２がオン状態である場合には、電圧ＶＡＣの極性は正となる。

図９は、制御装置６０が実行するバッテリＢ１，Ｂ２の充電制御処理を説明するフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、一定の時間ごと、あるいは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図９および図３を参照して、処理が開始されると、ステップＳ１において、制御装置６０は、充電指令の有無を判定する。ユーザが入出力切換装置５２の充電ボタン５３を押した場合、入出力切換装置５２は充電指令を生成し、その充電指令を制御装置６０に出力する。

ステップＳ１において充電指令が無い場合（ステップＳ１においてＮＯ）、制御はメインルーチンに戻る。一方、ステップＳ１において制御装置６０が充電指令を受けた場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、制御装置６０は、コネクタ５０にプラグ５１が接続されたかどうかを判定する。たとえば、制御装置６０は、コネクタ５０にプラグ５１が物理的に挿入されたことを検出することによってコネクタ５０にプラグ５１が接続されたと判定する。

コネクタ５０にプラグ５１が接続されていない場合（ステップＳ２においてＮＯ）、制御はメインルーチンに戻る。一方、コネクタ５０にプラグ５１が接続された場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、処理はステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、制御装置６０は、信号ＣＯＮＴ３，ＣＯＮＴ４，ＣＯＮＴ２をそれぞれリレーＲＹ１，ＲＹ２およびシステムリレーＳＲ２に送る。応じてリレーＲＹ１
，ＲＹ２およびシステムリレーＳＲ２がオンする。

ステップＳ４において、制御装置６０はトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６を制御することによりバッテリＢ１，Ｂ２を充電する。具体的には制御装置６０は図６に示すトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６の状態を実現する。

バッテリＢ１（Ｂ２）の充電状態が満充電状態になると、制御装置６０はバッテリＢ１（Ｂ２）の充電を終了する。バッテリＢ１（Ｂ２）の充電を終了するときの制御装置６０の処理を説明する。制御装置６０は、バッテリＢ１の充電状態ＳＯＣが満充電状態を表すしきい値より小さいか否かを判定する。バッテリＢ１の充電状態ＳＯＣが満充電状態を表すしきい値以上である場合には、制御装置６０はＬレベルの信号ＣＯＮＴ４をリレーＲＹ２に送る。リレーＲＹ２はＬレベルの信号ＣＯＮＴ４に応答してオフするので、バッテリＢ１の充電が終了する。

同様に、制御装置６０は、バッテリＢ２の充電状態ＳＯＣが満充電状態を表すしきい値より小さいか否かを判定する。バッテリＢ２の充電状態ＳＯＣが満充電状態を表すしきい値以上である場合には、制御装置６０はＬレベルの信号ＣＯＮＴ２をシステムリレーＳＲ２に送る。システムリレーＳＲ２はＬレベルの信号ＣＯＮＴ２に応答してオフするので、バッテリＢ２の充電が終了する。

制御装置６０は、バッテリＢ１の充電およびバッテリＢ２の充電が終了すると、Ｌレベルの信号ＣＯＮＴ３をリレーＲＹ１に送り、リレーＲＹ１をオフさせる。リレーＲＹ１がオフすることによって、ステップＳ４の充電処理が終了する。ステップＳ４の充電処理が終了することによって、制御はメインルーチンに戻る。

なお、本実施の形態では、バッテリＢ１，Ｂ２が同時に充電されるが、最初にバッテリＢ１が充電され、次にバッテリＢ２が充電されてもよい。また、最初にバッテリＢ２が充電され、次にバッテリＢ１が充電されてもよい。バッテリＢ１の充電時には制御装置６０はリレーＲＹ１，ＲＹ２をオンさせるとともに、システムリレーＳＲ２をオフさせる。バッテリＢ２の充電時には制御装置６０はリレーＲＹ１およびシステムリレーＳＲ２をオフさせるとともに、リレーＲＹ２をオンさせる。

図１０は、制御装置６０が実行する交流電力出力処理を説明するフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、一定の時間ごと、あるいは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１０および図３を参照して、処理が開始されると、ステップＳ１１において、制御装置６０は、交流電源出力指令の有無を判定する。ユーザが入出力切換装置５２のＡＣ出力ボタン５４を押した場合、入出力切換装置５２は交流電源出力指令を生成し、その交流電源出力指令を制御装置６０に出力する。

ステップＳ１１において交流電源出力指令が無い場合（ステップＳ１１においてＮＯ）、制御はメインルーチンに戻る。一方、ステップＳ１１において制御装置６０が交流電源出力指令を受けた場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、制御装置６０は、コネクタ５０にプラグ５１が接続されたかどうかを判定する。なおステップＳ１２の処理は、図９のステップＳ２の処理と同様であるので以後の説明は繰返さない。コネクタ５０にプラグ５１が接続されていない場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、制御はメインルーチンに戻る。一方、コネクタ５０にプラ
グ５１が接続された場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において、制御装置６０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２およびシステムリレーＳＲ２をオンさせる。ステップＳ１３の処理は、図９のステップＳ３の処理と同様であるので以後の説明は繰返さない。

ステップＳ１４において、制御装置６０はトランジスタＱ１〜Ｑ６を制御する。これにより昇圧コンバータ１０は入力された直流電力を交流電力に変換するとともに、その交流電力をコネクタ５０に出力する。具体的には制御装置６０は図８に示すトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６の状態を実現する。ステップＳ１４の処理が行なわれた後に制御はメインルーチンに戻る。

なお、本実施の形態において、電源ラインＰＬ１は、バッテリＢ１および商用電源５５に対して共通に設けられる電力線である。また、昇圧コンバータ１０は、電源ラインＰＬ１に与えられる交流電力（商用電源５５からの電力）および直流電力（バッテリＢ１からの直流電力）のいずれか一方と、電源ラインＰＬ２に与えられる直流電力とを相互に変換する電力変換部である。

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。

本発明の実施の形態に従うハイブリッド自動車のパワートレーンを示す概略ブロック図である。本実施の形態に従うハイブリッド自動車１００が交流電源として用いられる状態を示す図である。図１および図２に示したハイブリッド自動車１００のパワートレーンの回路図である。インバータ３０の回路図である。図２の回路図のうち、車両外部の商用電源５５によるバッテリＢ１，Ｂ２の充電に関する部分を簡略化して示した図である。充電時のトランジスタの制御状態の一例を示す図である。図２の回路図のうち、車両外部の電気機器５６に交流電力を出力するための部分を簡略化して示した図である。交流電力出力時のトランジスタの制御状態の一例を示す図である。制御装置６０が実行するバッテリＢ１，Ｂ２の充電制御処理を説明するフローチャートである。制御装置６０が実行する交流電力出力処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

２車輪、３動力分配機構、４エンジン、１０，２０昇圧コンバータ、１１，１２チョッパ回路、３０，４０インバータ、３２Ｕ相アーム、３４Ｖ相アーム、３６Ｗ相アーム、５０コネクタ、５１プラグ、５２入出力切換装置、５３充電ボタン、５４ＡＣ出力ボタン、５５商用電源、５６電気機器、６０制御装置、７０〜７４電圧センサ、８０，８２〜８４電流センサ、１００ハイブリッド自動車、１０２動力出力装置、Ｂ１，Ｂ２バッテリ、ＢＵ１，ＢＵ２バッテリユニット、Ｃ１
〜Ｃ３コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ６，Ｄ１１〜Ｄ１６ダイオード、Ｌ１，Ｌ２リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２中性点、ＰＬ１〜ＰＬ４電源ライン、Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ１１〜Ｑ１６ｎｐｎ型トランジスタ、ＲＹ１，ＲＹ２リレー、ＳＬ接地ライン、ＳＲ１，ＳＲ２システムリレー、Ｕ１，Ｕ２Ｕ相コイル、ＵＬ１，ＵＬ２Ｕ相ライン、Ｖ１，Ｖ２Ｖ相コイル、ＶＬ１，ＶＬ２Ｖ相ライン、Ｗ１，Ｗ２Ｗ相コイル、ＷＬ１，ＷＬ２Ｗ相ライン。

Claims

電動車両であって、
充放電可能な第１および第２の蓄電装置と、
前記第１の蓄電装置、および前記電動車両の外部の交流電源に対して共通に設けられる第１の電力線と、
直流電力を受けて動作する負荷装置と、
前記負荷装置に直流電力を供給するための第２の電力線と、
前記第１の電力線に与えられる交流電力および直流電力のいずれか一方と、前記第２の電力線に与えられる直流電力とを相互に変換する電力変換部と、
前記第２の蓄電装置と前記第２の電力線とに電気的に接続される電圧変換部と、
前記第１の蓄電装置と前記第１の電力線とに接続され、導通状態と非導通状態とを有する第１の接続部と、
前記第１の蓄電装置と前記電圧変換部とに接続され、導通状態と非導通状態とを有する第２の接続部と、
少なくとも前記電圧変換部と、前記第１の接続部と、前記第２の接続部とを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第１の電力線に前記電動車両の外部から交流電力が与えられる場合には、前記第１の接続部を非導通状態に制御し、かつ前記第２の接続部を導通状態に制御するとともに、前記第２の電力線に与えられる直流電力の電圧値に基づいて、前記第１および第２の蓄電装置に目標電圧が与えられるように前記電圧変換部を制御する、電動車両。
前記制御装置は、前記電動車両から交流電力を出力させる場合には、前記第１の接続部を非導通状態に制御し、かつ前記第２の接続部を導通状態に制御するとともに、前記第２の電力線に直流電圧が与えられるように前記電圧変換部を制御し、
前記電力変換部は、前記第２の電力線からの直流電力を交流電力に変換して、その変換した交流電力を前記第２の電力線に出力する、請求項１に記載の電動車両。
前記第２の電力線は、
正母線と、
負母線とを含み、
前記電力変換部は、
一方端が前記第１の電力線に接続されるインダクタと、
前記インダクタの他方端と前記正母線との間に接続される第１のスイッチング素子と、
前記インダクタの前記他方端と前記負母線との間に接続される第２のスイッチング素子と、
前記正母線および負母線間に直列に接続される第３および第４のスイッチング素子と、
前記第１および第２のスイッチング素子に対してそれぞれ逆並列に接続される第１および第２のダイオードと、
前記第３および第４のスイッチング素子に対してそれぞれ逆並列に接続される第３および第４のダイオードとを含む、請求項１または２に記載の電動車両。
前記負荷は、
前記第２の電力線に与えられる直流電力を交流電力に変換する、もう１つの電力変換部と、
前記もう１つの電力変換部によって変換された交流電力を受けて、前記電動車両を駆動するための駆動力を発生するモータとを含む、請求項１から３のいずれかに記載の電動車両。