(57)【要約】【課題】電力が入出力される電池への過電圧印加を抑制する動力出力装置を提供する。【解決手段】電力が入出力される電池と、電池電圧を検出する電圧検出手段と、電池から電力供給を受けて動力を出力するとともに発電機能を有する回転電機と、電池と回転電機との間に電気的に接続されて両者間での電力のやりとりの際に電力変換を行う電力変換装置と、電力変換装置に含まれるスイッチング素子を制御する制御部と、を備える動力出力装置であって、制御部は、電池電圧が過電圧であるか否かを閾値との比較により判定し（Ｓ１０）、過電圧であると判定された場合にスイッチング素子におけるオンオフ時のスイッチング損失を増加させる電力損失増加制御を行う（Ｓ１２）ように構成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力が入出力される電池と、電池電圧を検出する電圧検出手段と、電池から電力供給を受けて動力を出力するとともに発電機能を有する回転電機と、電池と回転電機との間に電気的に接続されて両者間での電力のやりとりの際に電力変換を行う電力変換装置と、電力変換装置に含まれるスイッチング素子を制御する制御部と、を備える動力出力装置であって、
制御部は、電池電圧が過電圧であるか否かを閾値との比較により判定し、過電圧であると判定された場合にスイッチング素子におけるオンオフ時のスイッチング損失および／またはオン損失を増加させる電力損失増加制御を行うように構成されていることを特徴とする動力出力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動力出力装置において、
制御部は、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路に含まれるゲート抵抗を低い抵抗値のものから高い抵抗値のものに切り替えることにより前記電力損失増加制御を実行することを特徴とする動力出力装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の動力出力装置において、
制御部は、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路から印加されるゲート電圧を低下させることにより前記電力損失増加制御を実行することを特徴とする動力出力装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の動力出力装置において、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段が設けられており、制御部は、スイッチング素子温度が許容温度よりも低いときに前記電力損失増加制御を実行することを特徴とする動力出力装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の動力出力装置において、
電力変換器は複数あって各電力変換器のスイッチング素子の温度を検出する温度検出手段が設けられており、制御部は温度検出手段によって検出されるスイッチング素子温度がより低温の電力変換器で前記電力損失増加制御を実行することを特徴とする動力出力装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の動力出力装置において、
制御部は、前記電力損失増加制御を実行するときは前記電力変換器についての冷却性能を向上させる制御を併せて実行することを特徴とする動力出力装置。
【請求項７】
電力が入出力される電池と、電池電圧を検出する電圧検出手段と、電池から電力供給を受けて動力を出力するとともに発電機能を有する回転電機と、電池と回転電機との間に電気的に接続されて両者間での電力のやりとりの際に内包するスイッチング素子により電力変換を行う電力変換器と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
電池電圧が過電圧であるか否かを閾値との比較により判定し、過電圧であると判定された場合にスイッチング素子を駆動する駆動回路に含まれるゲート抵抗を低い抵抗値のものから高い抵抗値のものに切り替える、および／または、スイッチング素子を駆動する駆動回路から印加されるゲート電圧を低下させることにより、スイッチング素子における電力損失を増加させる電力損失増加制御を行うことを特徴とする動力出力装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力出力装置およびその制御方法に関し、特に、電力が入出力される電池への過電圧印加を抑制する動力出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二次電池から供給される直流電力を電力変換器で交流電力に変換して電動機に印加することにより走行用動力を出力させる電動車両が知られている。このような電動車両のうち、いわゆるハイブリッド車は、走行用動力を出力するエンジンと、エンジン出力の全部または一部の供給を受けて発電を行う発電機を併せ持っており、二次電池の残容量（ＳＯＣ）が所定の制御範囲内に保たれるようにエンジン、電動機および発電機の各作動が制御されている。
【０００３】
上記ハイブリッド車において、例えば、二次電池から出力される電力を受けて電動機が駆動されている力行時に車輪がロック状態になったときや、電動機が発電した電力を二次電池に充電している回生制動時に車輪がスリップ・グリップしたときなどに、車軸および減速機等を介して連結される電動機の負荷またはトルクが急変することによって、過大な電力が二次電池に流入することで過電圧が加わることがある。このような過電圧が印加されると、二次電池がダメージを受けて短寿命化する可能性がある。
【０００４】
ここで、例えば特許文献１には、回生制動時に走行用モータで発電される回生電力について、バッテリに充電できない余剰電力をバッテリに並列接続された抵抗器によって熱変換することで回収し、抵抗器に異常が生じた場合にはバッテリ充電制限を緩和して上記余剰電力もバッテリで回収できるようにする技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、モータ駆動手段であるインバータのスイッチング周波数を高く切り替えてインバータでの電力消費を増大させることによって、モータによる回生電力がバッテリの入力制限を超えてしまうのを抑制する技術が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、高電流が通流するインバータのスイッチング素子であるＩＧＢＴをターンオフする際に発生し得るサージ電圧を検出し、そのサージ電圧が所定値を超えた場合に異常と判定してトルク制限指令を発し、これによりモータのトルクを制限することによって、ＩＧＢＴに通流する電流を制限し、上記サージ電圧を抑制する技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２２２３９５号公報
【特許文献２】特開２００７−１３７２３１号公報
【特許文献３】特開２００４−２３６３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように二次電池に過大電力が加わったとき、特許文献１に開示されるようにバッテリに並列接続された抵抗器によって二次電池に充電できない余剰電力を回収することで二次電池が過充電になることを抑制することができるが、この場合には抵抗器とそれをスイッチングするパワーデバイスが別途必要になり、コストアップや装置の大型化を招くことになる。
【０００９】
また、特許文献２に開示されるようにインバータのスイッチング周波数を高く切り替えてインバータでの電力消費を増大させることによって二次電池に過大電力が加わるのを抑制することもできるが、これ以外にも有効な方法が考えられるであろう。
【００１０】
さらに、特許文献３の技術は、高電流が通流するインバータのスイッチング素子であるＩＧＢＴをターンオフする際に発生するサージ電圧をモータトルク制限に伴う電流低下によって抑制するものであって、二次電池への過大電力供給を抑制するために適用できるものではない。
【００１１】
本発明の目的は、電池への過大電圧印加を有効に抑制できる動力出力装置およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る動力出力装置は、電力が入出力される電池と、電池電圧を検出する電圧検出手段と、電池から電力供給を受けて動力を出力するとともに発電機能を有する回転電機と、電池と回転電機との間に電気的に接続されて両者間での電力のやりとりの際に電力変換を行う電力変換装置と、電力変換装置に含まれるスイッチング素子を制御する制御部と、を備える動力出力装置であって、制御部は、電池電圧が過電圧であるか否かを閾値との比較により判定し、過電圧であると判定された場合にスイッチング素子におけるオンオフ時のスイッチング損失および／またはオン損失を増加させる電力損失増加制御を行うように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、電池電圧が過電圧になったときにスイッチング素子におけるオンオフ時のスイッチング損失および／またはオン損失を増加させる電力損失増加制御を行う。このように、通常時は極小であることが望まれるスイッチング素子の電力損失をあえて増加させることで、スイッチング素子による電力損失量に応じて電池印加電圧を低減することができ、電池への過大電圧印加を抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る動力出力装置において、制御部は、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路に含まれるゲート抵抗を低い抵抗値のものから高い抵抗値のものに切り替えることにより電力損失増加制御を実行してもよい。これにより、スイッチング素子のスイッチング損失を増加させることができ、それに応じて電池への過大電圧印加を抑制することができる。
【００１５】
また、本発明に係る動力出力装置において、制御部は、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路から印加されるゲート電圧を低下させることにより前記電力損失増加制御を実行してもよい。この場合には、スイッチング素子の飽和電圧が上がることによりオン損失を増加させることができ、それに応じて電池への過大電圧印加を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明に係る動力出力装置において、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段が設けられており、制御部は、スイッチング素子温度が許容温度よりも低いときに前記電力損失増加制御を実行するのが好ましい。これにより、スイッチング素子が許容温度を超えて高温になって破損するのを防止できる。
【００１７】
また、本発明に係る動力出力装置において、電力変換器は複数あって各電力変換器のスイッチング素子の温度を検出する温度検出手段が設けられており、制御部は温度検出手段によって検出されるスイッチング素子温度がより低温である電力変換器で前記電力損失増加制御を実行するのが好ましい。これにより、スイッチング素子が許容温度を超えて高温になって破損するのをより有効に防止できる。
【００１８】
また、本発明に係る動力出力装置において、制御部は、前記電力損失増加制御を実行するときは前記電力変換器についての冷却性能を向上させる制御を併せて実行するのが好ましい。これにより、スイッチング素子の温度上昇を抑制でき、電力損失増加制御を効率良く行うことができる。
【００１９】
本発明に係る動力出力装置の制御方法は、電力が入出力される電池と、電池電圧を検出する電圧検出手段と、電池から電力供給を受けて動力を出力するとともに発電機能を有する回転電機と、電池と回転電機との間に電気的に接続されて両者間での電力のやりとりの際に内包するスイッチング素子により電力変換を行う電力変換器とを備える動力出力装置の制御方法であって、電池電圧が過電圧であるか否かを閾値との比較により判定し、過電圧であると判定された場合にスイッチング素子を駆動する駆動回路に含まれるゲート抵抗を低い抵抗値のものから高い抵抗値のものに切り替える、および／または、スイッチング素子を駆動する駆動回路から印加されるゲート電圧を低下させることにより、スイッチング素子における電力損失を増加させる電力損失増加制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
この方法によれば、本発明に係る動力出力装置と同様に、通常時は極小であることが望まれるスイッチング素子の電力損失をあえて増加させることで、スイッチング素子による電力損失量に応じて電池印加電圧を低減することができ、電池への過大電圧印加を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る動力出力装置およびその制御方法によれば、スイッチング素子による電力損失量を増加させることで電池印加電圧を低減し、電池への過大電圧印加を抑制することができる。これにより、過電圧が印加されることで電池がダメージを受けて短寿命化するのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。なお、下記においては、本発明の実施形態がハイブリッド車両に適用される場合を例示して説明するが、これに限定されず、本発明に係る動力出力装置は回転電機またはモータジェネレータのみを走行用動力源とする電気自動車に適用されてもよい。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である動力出力装置を搭載したハイブリッド車両１０の概略構成を示す図である。図１において、動力伝達系は実線で、電力ラインは一点鎖線で、信号ラインは点線でそれぞれ示されている。ハイブリッド車両１０は、走行用の動力を出力可能なエンジン１２と、回転電機である２つの３相交流同期型モータジェネレータ（以下、単に「モータ」という。）ＭＧ１，ＭＧ２と、動力分配統合機構１４とを備える。
【００２４】
エンジン１２は、ガソリン、軽油、可燃性ガス等を燃料として動力を出力する内燃機関である。エンジン１２は、エンジン用ＥＣＵ(Electronic Control Unit)（以下、「エンジンＥＣＵ」という。）１６と電気的に接続されており、エンジンＥＣＵ１６からの制御信号を受けて燃料噴射、点火、吸引空気量、吸気バルブおよび排気バルブの開閉等が制御されるようになっている。エンジン１２の回転数Ｎｅは、エンジン１２から動力を出力する出力軸１３に近接して設けられた回転位置センサ１１から入力される検出値に基づいてエンジンＥＣＵ１６において算出される。
【００２５】
動力分配統合機構１４は、中心部に配置されるサンギヤ１８と、サンギヤ１８と同心上に配置され円環内周部に内歯を有するリングギヤ２０と、サンギヤ１８およびリングギヤ２０の両方に噛合する複数のキャリア２２とを含んで構成される遊星歯車機構からなっている。複数のキャリア２２は、キャリア支持部材２６の端部にそれぞれ回転可能に取り付けられている。
【００２６】
動力分配統合機構１４において、キャリア支持部材２６に連結されるキャリア軸２８にはトルク衝撃緩和用のダンパ２４を介してエンジン１２の出力軸１３が連結され、サンギヤ１８にはモータＭＧ１のロータ２９に接続される回転軸３０が連結され、リングギヤ２０にはリングギヤ軸３２を介して減速機３４が連結されている。
【００２７】
上記動力分配統合機構１４では、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア軸２８を介してキャリア２２に入力されるエンジン１２からの動力がサンギヤ１８側とリングギヤ２０側とにそのギヤ比に応じて分配され、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア軸２８を介してキャリア２２に入力されるエンジン１２の動力とサンギヤ１８から入力されるＭＧ１からの動力とが統合されてリングギヤ２０からリングギヤ軸３２を介して所定減速比のギヤ列を含む減速機３４へ入力されるようになっている。
【００２８】
モータＭＧ２のロータ３６に接続される回転軸３８もまた減速機３４に接続されており、モータＭＧ２が電動機として機能するときにはモータＭＧ２からの動力が減速機３４へ入力されるようになっている。
【００２９】
リングギヤ軸３２およびモータＭＧ２の回転軸３８の少なくとも一方から入力される動力は、減速機３４を介して車軸４０へ伝達され、これにより車輪４２が回転駆動される。一方、回生制動時に車輪４２および車軸４０から減速機３４を介して回転軸３８に動力が入力されるとき、モータＭＧ２は発電機として機能する。ここで、回生制動時は、運転者がブレーキ操作を行って車両速度を減速した場合に限らず、運転者がアクセルペダルの踏み込みを解除して車両加速を中止した場合や、車両が下り坂を重力作用によって走行している場合等を含む。
【００３０】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ対応するインバータ４４，４６に電気的にそれぞれ接続され、各インバータ４４，４６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」という。）４８を介してバッテリ（電池）５０に電気的に接続されている。バッテリ５０は、リチウムイオン電池等の二次電池が好適に用いられる。また、バッテリに代えて、化学反応を伴わないキャパシタが電池に代わる蓄電装置として用いられてもよい。なお、インバータ４４，４６およびコンバータ４８については後に詳述する。
【００３１】
モータＭＧ１，ＭＧ２が電動機として機能するとき、バッテリ５０から平滑コンデンサ５２を介して供給される直流電圧Ｖｂがコンバータ４８で出力電圧Ｖｃに昇圧されてから、平滑コンデンサ５４を介してインバータ４４，４６に入力され、インバータ４４，４６で交流電圧に変換されてモータＭＧ１，ＭＧ２に入力される。
【００３２】
逆に、モータＭＧ１，ＭＧ２が発電機として機能するとき、バッテリ５０が充電制限されていないことを条件に、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力される発電電力はインバータ４４，４６で交流電圧から直流電圧に変換されて後、コンバータ４８で降圧してバッテリ５０に充電される。また、インバータ４４，４６は、コンバータ４８に接続される電力ライン５６および接地ライン５８を共通にしていることから、モータＭＧ１，ＭＧ２のうち一方のモータで発電した電力がコンバータ４８を介さずに他方のモータに供給されて回転駆動または力行させることもできる。
【００３３】
さらに、モータＭＧ１は、印加する交流電圧を調整してトルク制御することにより、エンジン回転数を連続的に変速し得る無段変速機として機能し得る。
【００３４】
インバータ４４，４６は、モータ用ＥＣＵ（以下、モータＥＣＵという。）６０にそれぞれ電気的に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータＥＣＵ６０から送信される制御信号に基づいてそれぞれ作動制御される。また、モータＭＧ１，ＭＧ２には、各ロータ２９，３６の回転角を検出する回転角センサ３１，３７が設けられている。各回転角センサ３１，３７による検出値は、モータＥＣＵ６０に入力されて各モータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を算出するために用いられる。
【００３５】
バッテリ５０には、端子間電圧Ｖｂを検出するための電圧センサ（電圧検出手段）５１と、バッテリ電流Ｉｂを検出するための電流センサ６２が設けられている。電圧センサ５１の検出値であるバッテリ電圧Ｖｂおよび電流センサ６２の検出値であるバッテリ電流Ｉｂの各情報は、バッテリ用ＥＣＵ（以下、「バッテリＥＣＵ」という。）６４に入力される。また、バッテリＥＣＵ６４には、図示しない温度センサによって検出されるバッテリ温度等が入力されるようになっている。バッテリＥＣＵ６４は、電流センサ６２により検出される充放電電流の積算値に基づいてバッテリ残容量ＳＯＣ(State Of Charge)が適正な制御範囲内に維持されるように監視しており、制御範囲上限近傍では入力制限信号を、制御範囲下限近傍では出力制限および充電要求の信号を後述するハイブリッド用ＥＣＵへ送信する。また、バッテリＥＣＵ６４は、電圧センサ５１から受信したバッテリ電圧Ｖｂの情報をハイブリッド用ＥＣＵへ送信する。
【００３６】
エンジンＥＣＵ１６、モータＥＣＵ６０およびバッテリＥＣＵ６４は、ハイブリッド用ＥＣＵ（以下「ハイブリッドＥＣＵ」という）６６に電気的に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６６は、制御プログラムを実行するＣＰＵ、制御プログラム等を格納するＲＯＭ、各種検出値を随時に読み出しおよび書換え可能に記憶するＲＡＭ等から構成されている。ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジン１２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を統括的に作動制御すると共にバッテリ５０の残容量ＳＯＣやバッテリ電圧Ｖｂを管理する機能を有する。
【００３７】
ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジンＥＣＵ１６との間で、必要に応じてエンジン制御信号を送信し、必要に応じてエンジン作動状態に関するデータ（例えばエンジン回転数Ｎｅ等）を受信する。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、モータＥＣＵ６０との間で、必要に応じて要求トルク指令Ｔｒ＊を送信し、必要に応じてモータ作動状態に関するデータ（例えばモータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、モータ電流Ｉｂ等）を受信する。さらに、ハイブリッドＥＣＵ６６は、バッテリＥＣＵ６４からバッテリ残容量ＳＯＣ、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ温度、入力制限信号、および出力制限信号等のバッテリ管理に必要なデータを受信する。
【００３８】
ハイブリッドＥＣＵ６６には、また、車速センサ６８およびアクセル開度センサ７０が電気的に接続されており、ハイブリッド車両１０の走行速度である車速Ｓｖと、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃとがそれぞれ入力される。
【００３９】
続いて、図２を参照して第１実施形態の動力出力装置１について説明する。図２は、動力出力装置１の構成を概略的に示す図である。動力出力装置１は、電力が入出力されるバッテリ５０と、バッテリ電圧ｖｂを検出する電圧センサ５１と、電力変換器としてのインバータ４６およびコンバータ４８と、バッテリ５０から電力供給を受けて動力を出力するとともに発電機能を有するモータＭＧ２と、インバータ４６およびコンバータ４８に含まれるスイッチング素子等を制御するモータＥＣＵ６０とを含んで構成される。
【００４０】
なお、主として発電機として機能するモータＭＧ１とそのためのインバータ４４を動力出力装置１に含めていないが、上述したようにモータＭＧ１からも走行用動力を出力可能であるため、モータＭＧ１とそのためのインバータ４４も動力出力装置に含めてもよい。
【００４１】
図２に示すように、バッテリ５０とコンバータ４８とを接続する電力ライン７２および接地ライン７４には、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２が設けられており、モータＥＣＵ６０からの制御信号を受けてオン・オフ制御されることで動力出力装置１が作動または作動停止する。
【００４２】
コンバータ４８は、ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ逆並列接続されている２つの電力用スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２が直列接続されるとともに、リアクトルＬの一方端が電力ライン７２に接続され他方端がスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２の接続中間点に接続されて構成される。モータＥＣＵ６０からの駆動信号Ｓ１，Ｓ２を受けてスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２がオン・オフ制御されることで、バッテリ５０から供給される直流電圧を昇圧してインバータ４６へ供給し、逆に、インバータ４６から供給される直流電圧をバッテリ充電用に降圧することができる。
【００４３】
インバータ４６は、電力ライン７６および接地ライン７４の間に互いに並列に設けられるＵ相アーム８０、Ｖ相アーム８２、およびＷ相アーム８４を含む。各相アーム８０〜８４は、直列接続された２つのスイッチング素子と、各スイッチング素子に対して逆並列にそれぞれ接続された２つのダイオードとからそれぞれ構成される。
【００４４】
詳細には、Ｕ相アーム８０はスイッチング素子Ｅ３，Ｅ４およびダイオードＤ３，Ｄ４からなり、Ｖ相アーム８２はスイッチング素子Ｅ５，Ｅ６およびダイオードＤ５，Ｄ６からなり、Ｗ相アーム８４はスイッチング素子Ｅ７，Ｅ８およびダイオードＤ７，Ｄ８からなっている。そして、各相アーム８０〜８４の中間点がモータＭＧ２の各相コイル端子にそれぞれ電気的に接続されている。
【００４５】
インバータ４６は、各スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８は、モータＥＣＵ６０からの駆動信号を受けてそれぞれオン・オフ制御されることにより、力行時にはコンバータ４８から供給される直流電圧を交流変換してモータＭＧ２に印加し、逆に、回生制動時にはモータＭＧ２で発電される交流電力を直流変換してコンバータ４８へ供給することができる。
【００４６】
上記コンバータ４８およびインバータ４６の各スイッチング素子Ｅ１〜Ｅ８には、例えばＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)が好適に用いられるが、これ以外にパワーＭＯＳＦＥＴやパワートランジスタなどを用いることができる。
【００４７】
図３に示すように、各スイッチング素子Ｅ１〜Ｅ８には、駆動回路８６がそれぞれ接続されている。駆動回路８６は、コレクタが駆動電源８８（電圧値Ｖ１）に接続されベースにモータＥＣＵ６０からの駆動信号Ｓ１〜Ｓが入力されるｎｐｎ型トランジスタ９０と、エミッタが接地されベースにモータＥＣＵ６０からの駆動信号Ｓ１〜Ｓが入力されるｐｎｐ型トランジスタ９１と、エミッタ−コレクタ間で互いに接続される２つのトランジスタ９０，９１の中間点に一端側が接続される抵抗切替スイッチ９２と、一端側が抵抗切替スイッチ９２に接続可能であって他端側がスイッチング素子Ｅ１〜Ｅ８のゲートに接続される第１および第２のゲート抵抗１０４，１０６とを含んで構成される。ここで、第１のゲート抵抗１０４の抵抗値Ｒ１は第２のゲート抵抗１０６の抵抗値Ｒ２よりも大きく設定されている。また、抵抗切替スイッチ９２は、ハイブリッドＥＣＵ６６からモータＥＣＵ６０を介して送信される抵抗切替信号を受けて、第１または第２のゲート抵抗１０４，１０６に接続するように切り替えられるようになっている。なお、第１および第２のゲート抵抗１０４，１０６とその切替手段を除く駆動回路の他の構成は、ＩＧＢＴ等のスイッチングに適用可能な公知のどのような構成のものが用いられてもよい。
【００４８】
図４に示すように、各スイッチング素子Ｅ１〜Ｅ８のパッケージ上には温度センサ９４が配置されており、温度センサ９４によって検出されるインバータ用スイッチング素子温度Ｔｉおよびコンバータ用スイッチング素子温度ＴｃがモータＥＣＵ６０を介してハイブリッドＥＣＵ６６へ送信される。また、駆動回路８６が実装されるプリント基板９６は、スイッチング素子Ｅ１〜Ｅ８との電気的接続を容易かつ切断しにくくするために近接して配置されるのが好ましい。
【００４９】
さらに、スイッチング素子Ｅ１〜Ｅ８は、絶縁性高伝熱部材（例えば、セラミック板、グリス等）９７を介して冷却器９８上に固定されている。冷却器９８内を流れる例えばロングライフクーラント等の冷却媒体は、スイッチング素子Ｅ１〜Ｅ８で電力損失により発生した熱を伝熱部材９７を介して吸熱して温度上昇したのち、ラジエータ１００を通過する際に放熱することにより温度が低下し、それからポンプ１０２によって送り出されることにより冷却器９８との間を循環流通している。ハイブリッドＥＣＵ６６は、ポンプ１０２の作動も制御可能であり、ポンプ１０２の回転数を上げて冷却媒体流通量を増加させることにより、スイッチング素子Ｅ１〜Ｅ８の冷却性能を向上させることができる。
【００５０】
次に、上記構成からなる動力出力装置の動作および制御について図５も参照しつつ説明する。図５は、ハイブリッドＥＣＵ（制御部）６６において実行されるインバータ４６の電力損失増加制御の処理手順を示すフローチャートである。この電力損失増加制御のプログラムは、例えば数ｍｓｅｃ毎にＲＯＭから読み出されてＣＰＵにより実行される。ただし、コンパレータ等のハードウエア構成を用いて同様の電力損失増加制御が実現されてもよい。
【００５１】
まず、バッテリ電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ１０）。前記閾値Ｖｔｈは、バッテリ５０がダメージを受けることとなる過電圧を判定するための比較基準値であり、バッテリ５０の仕様に応じて規定されるものである（以後、同様）。バッテリ電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈよりも大きくないと判定されると（ステップＳ１０でＮＯ）、そのまま処理を終了する。一方、バッテリ電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈよりも大きいと判定されると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、抵抗切替信号Ｓｒを送信して抵抗切替スイッチ９２を通常時の第２のゲート抵抗１０６から第１のゲート抵抗１０４へと切り替えてゲート抵抗をＲ１に設定する（ステップＳ１２）。
【００５２】
図６に、スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８の電流および電圧特性を示す。上記のように抵抗値が大きい第１のゲート抵抗１０４に切り替えられることで、スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８におけるスイッチング速度（すなわちオン速度およびオフ速度）が遅くなる。これにより、図６中に一点鎖線１０８で示すように、スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８に流れる電流Ｉｅの立上がり及び立下りが緩やかになってターンオン期間およびターンオフ期間が長くなり、その結果、スイッチング時の電力損失すなわちスイッチング損失が大きくなる。
【００５３】
このように、バッテリ電圧Ｖｂが過電圧になったときにスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８におけるオンオフ時のスイッチング損失を増加させる電力損失増加制御を実行することにより、通常時は極小であることが望まれるスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８の電力損失をあえて増加させることで、スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８による電力損失量に応じてバッテリ印加電圧を低減することができ、バッテリ５０への過大電圧印加を抑制することができる。
【００５４】
ここで、図示していないが、ハイブリッドＥＣＵ６６は、ゲート抵抗の切り替えによる電力損失増加制御の実行に併せて、冷却器９８によるスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８の冷却性能を高めるべく、冷却媒体の温度にかかわらずポンプ１０２の回転数を上げる制御を実行するのが好ましい。これにより、スイッチング損失増加に伴って発熱量が大きくなるスイッチング素子Ｅ３〜８の温度上昇を抑制でき、上記電力損失増加制御を効率良く行うことができる。
【００５５】
それから、温度センサ９４によって検出されるスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８の温度Ｔｉが許容温度Ｔｉｍａｘ（例えば１５０℃）よりも高いか否かが判定され（ステップＳ１４）、許容温度上限Ｔｉｍａｘ以下であれば（ステップＳ１４でＮＯ）、上記電力損失増加制御が継続される（ステップＳ１２）。一方、スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８の温度Ｔｉが許容温度Ｔｉｍａｘを超えると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、抵抗切替信号Ｓｒを送信して抵抗切替スイッチ９２を第１のゲート抵抗１０４から第２のゲート抵抗１０６へ切り替えてゲート抵抗値を通常値であるＲ２に設定し（ステップＳ１６）、処理を終了する。これにより、スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８が許容温度Ｔｉｍａｘを超えて温度上昇することによる破損を防止できる。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、図６〜８を参照して第２の実施形態の動力出力装置２について説明するが、ここでは第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。図７は、第２の実施形態の動力出力装置２における各スイッチング素子Ｅ１〜Ｅ８の駆動回路８７を示す図である。駆動回路８７は、コレクタが電源切替スイッチ９３を介して第１の駆動電源８８または第２の駆動電源８９に接続されベースにモータＥＣＵ６０からの駆動信号Ｓ１〜Ｓが入力されるｎｐｎ型トランジスタ９０と、エミッタが接地されベースにモータＥＣＵ６０からの駆動信号Ｓ１〜Ｓが入力されるｐｎｐ型トランジスタ９１と、エミッタ−コレクタ間で互いに接続される２つのトランジスタ９０，９１の接続中間点に一端側が接続され他端側がスイッチング素子Ｅ１〜Ｅ８のゲートに接続されるゲート抵抗１０５とを含んで構成される。なお、第１および第２の駆動電源８８，８９とその切替手段を除く駆動回路の他の構成は、ＩＧＢＴ等のスイッチングに適用可能な公知のどのような構成のものが用いられてもよく、上記ゲート抵抗１０５は省略されてもよい。
【００５７】
上記第１の駆動電源８８の電圧値Ｖ１は、スイッチング素子Ｅ１〜Ｅ８をオン作動させるのに足りるものの、通常時に用いる第２の駆動電源８９の電圧値Ｖ２よりも低く設定されている。また、電源切替スイッチ９３は、ハイブリッドＥＣＵ６６からモータＥＣＵ６０を介して送信される電源切替信号Ｓｖを受けて、いずれかの駆動電源８８または８９に接続するように切り替えられるようになっている。その他の構成については上記動力出力装置１と同様であるので、同一要素に同一符号を付して重複することとなる説明を省略する。
【００５８】
続いて、上記構成からなる動力出力装置２の動作および制御について図８も参照しつつ説明する。図８は、ハイブリッドＥＣＵ６６において実行されるインバータ４６の電力損失増加制御の処理手順を示すフローチャートである。この電力損失増加制御のプログラムは、例えば数ｍｓｅｃ毎にＲＯＭから読み出されてＣＰＵにより実行される。
【００５９】
まず、バッテリ電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ２０）。バッテリ電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈよりも大きくないと判定されると（ステップＳ２０でＮＯ）、そのまま処理を終了する。一方、バッテリ電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈよりも大きいと判定されると（ステップＳ２０でＹＥＳ）、電源切替信号Ｓｖを送信して電源切替スイッチ９３を通常時の第２の駆動電源８９から第１の駆動電源８８へと切り替えてゲート電圧をＶ１に設定する（ステップＳ２２）。
【００６０】
上記のようにスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８においてゲート電圧をＶ２からＶ１に低下させると、図６に示すように、スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８の飽和電圧Ｖｓａｔが二点鎖線１１０へと上昇し、その分だけスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８におけるオン期間中の電力損失すなわちオン損失が大きくなる。このように、スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８のオン損失を増加させる電力損失増加制御を実行することにより、通常時は極小であることが望まれるスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８の電力損失をあえて増加させることで、スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８による電力損失量に応じてバッテリ印加電圧を低減することができ、バッテリ５０への過大電圧印加を抑制することができる。
【００６１】
なお、冷却器９８によるスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８の冷却性能を高めるべく、冷却媒体の温度にかかわらずポンプ１０２の回転数を上げる制御を実行するのが好ましいことは、上記第１の実施形態の場合と同様である。
【００６２】
それから、温度センサ９４によって検出されるスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８の温度Ｔｉが許容温度Ｔｉｍａｘ（例えば１５０℃）よりも高いかが判定され（ステップＳ２４）、許容温度上限Ｔｉｍａｘ以下であれば（ステップＳ２４でＮＯ）、上記電力損失増加制御が継続される（ステップＳ２２）。一方、スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８の温度Ｔｉが許容温度Ｔｉｍａｘを超えると（ステップＳ２４でＹＥＳ）、電源切替信号Ｓｖを送信して電源切替スイッチ９３を第１の駆動電源８８から第２の駆動電源８９に切り替えて駆動電圧を通常値であるＶ２に設定し（ステップＳ２６）、処理を終了する。これにより、スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８が許容温度Ｔｉｍａｘを超えて温度上昇することによる破損を防止できる。
【００６３】
なお、上記第２の実施形態では駆動回路８７中にゲート抵抗１０５を１つだけ設けるものとして説明したが、上記第１の実施形態の場合と同様に抵抗値が異なる２つの抵抗器を切替可能に設けてスイッチング損失も併せて生じさせる電力損失増加制御を実行してもよい。
【００６４】
（第３の実施形態）
次に、図９のフローチャートを参照して第３の実施形態の動力出力装置における電力損失増加制御について説明する。なお、第３の実施形態の動力出力装置の構成は、第２の実施形態の動力出力装置２と同様であるため、その記述を援用することにより重複することとなる説明を省略する。
【００６５】
図９を参照すると、まず、バッテリ電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ３０）。バッテリ電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈよりも大きくないと判定されると（ステップＳ３０でＮＯ）、そのまま処理を終了する。
【００６６】
一方、バッテリ電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈよりも大きいと判定されると（ステップＳ３０でＹＥＳ）、続いて、温度センサ９４で検出されるインバータ４６のスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８の温度Ｔｉとコンバータ４８のスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２の温度Ｔｃとを比較し（ステップＳ３２）、より低温のスイッチング素子温度である電力変換器で下記の電力損失増加制御を実行する。ここでのスイッチング素子温度の比較では、インバータ４６で４つ、コンバータ４８で２つのスイッチング素子について最も低温のスイッチング素子温度同士を比較してもよいし、あるいは、それぞれ平均温度を求めて比較してもよい。
【００６７】
インバータ４６のスイッチング素子温度Ｔｉがコンバータ４８のスイッチング素子温度Ｔｃ以下であると判定されると（ステップＳ３２でＮＯ）、上記第２の実施形態の場合のステップＳ２２〜Ｓ２６と同様に、インバータ４６のスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８においてゲート電圧低下によるオン損失増加制御を実行する（ステップＳ３４，Ｓ３５，Ｓ３６）。一方、インバータ４６のスイッチング素子温度Ｔｉがコンバータ４８のスイッチング素子温度Ｔｃよりも高いと判定されると（ステップＳ３２でＹＥＳ）、上記第２の実施形態の場合のステップＳ２２〜Ｓ２６と同様のゲート電圧低下によるオン損失増加制御をコンバータ４８のスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２で実行する（ステップＳ４０，Ｓ４２，Ｓ４４）。このように、より低温のスイッチング素子でオン損失増加制御を実行することで、スイッチング素子温度が許容温度を超えて高温になって破損するのをより有効に防止できる。
【００６８】
なお、第３の実施形態における電力損失増加制御についても、上記第１の実施形態の場合と同様に抵抗値が異なる２つの抵抗器を切替可能に設けてスイッチング損失も併せて生じさせる電力損失増加制御を実行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態である動力出力装置が搭載されるハイブリッド車両の全体概略構成図である。
【図２】図１の動力出力装置の概略構成を示す図である。
【図３】スイッチング素子の駆動回路を示す図である。
【図４】スイッチング素子の冷却構造を示す図である。
【図５】第１の実施形態における電力損失増加制御を示すフローチャートである。
【図６】スイッチング素子の電流および電圧の特性を示す図である。
【図７】第２の実施形態の動力出力装置におけるスイッチング素子の駆動回路を示す図である。
【図８】第２の実施形態における電力損失増加制御を示すフローチャートである。
【図９】第３の実施形態における電力損失増加制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１，２  動力出力装置、１０  ハイブリッド車両、１１  回転位置センサ、１２  エンジン、１３  出力軸、１４  動力分配統合機構、１６  エンジンＥＣＵ、１８  サンギヤ、２０  リングギヤ、２２  キャリア、２４  ダンパ、２６  キャリア支持部材、２８  キャリア軸、２９，３６  ロータ、３０，３８  回転軸、３１，３７  回転角センサ、３２  リングギヤ軸、３４  減速機、４０  車軸、４２  車輪、４４,４６  インバータ、４８  コンバータ、５０  バッテリ、５１  電圧センサ、５２，５４  平滑コンデンサ、５６，７２  電力ライン、５８，７４  接地ライン、６０  モータＥＣＵ、６２  電流センサ、６４  バッテリＥＣＵ、６６  ハイブリッドＥＣＵ、６８  車速センサ、７０  アクセル開度センサ、８０  Ｕ相アーム、８２  Ｖ相アーム、８４  Ｗ相アーム、８６,８７  駆動回路、８８,８９  駆動電源、９０  トランジスタ、９２  抵抗切替スイッチ、９３  電源切替スイッチ、９４  温度センサ、９６  プリント基板、９７  伝熱部材、９８  冷却器、１００  ラジエータ、１０２  ポンプ、１０４，１０５,１０６  ゲート抵抗、Ｄ１−Ｄ８  ダイオード、Ｅ１−Ｅ８  スイッチング素子、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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