(57)【要約】【課題】駆動モータの回生電力を増加させることが可能な車両駆動装置、およびこの車両駆動装置を備える車両を提供する。【解決手段】車両駆動装置１０は、リヤモータ１１、リヤモータ１１の駆動を制御するインバータ回路１３、二次電池としての主電源８およびインバータ回路１３に電気的に接続されるキャパシタ１４、および主電源８、インバータ回路１３、キャパシタ１４、およびグラウンドの電気的な接続および遮断を変更する第１スイッチＳ１〜第４スイッチＳ４を備える。リヤモータ１１の回生時かつキャパシタ１４の上限閾値未満のとき、第１スイッチＳ１により主電源８とインバータ回路１３との電気的な接続が遮断され、第２スイッチＳ２によりキャパシタ１４と主電源８との電気的な接続が遮断され、第３スイッチＳ３によりキャパシタ１４とインバータ回路１３とが電気的に接続され、第４スイッチＳ４によりキャパシタ１４がグラウンドに接続される。【選択図】図２
2014226010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動源となる駆動モータと、
二次電池としての主電源および前記駆動モータに電気的に接続され、前記駆動モータの駆動を制御するインバータ回路と、
前記主電源および前記インバータ回路に電気的に接続されるキャパシタと、
前記主電源と前記インバータ回路との電気的な接続および遮断を変更する第１スイッチと、
前記キャパシタと前記主電源との電気的な接続および遮断を変更する第２スイッチと、
前記キャパシタと前記インバータ回路および前記主電源との電気的な接続および遮断を変更する第３スイッチと、
前記キャパシタとグラウンドとの電気的な接続および遮断を変更する第４スイッチと
を備え、
前記駆動モータの回生時かつ前記キャパシタの蓄電残量が予め設定された上限閾値未満のとき、前記第１スイッチにより前記主電源と前記インバータ回路との電気的な接続が遮断され、前記第２スイッチにより前記キャパシタと前記主電源との電気的な接続が遮断され、前記第３スイッチにより前記キャパシタと前記インバータ回路とが電気的に接続され、前記第４スイッチにより前記キャパシタが前記グラウンドに接続される
車両駆動装置。
【請求項２】
前記駆動モータの回生時かつ前記キャパシタの蓄電残量が前記上限閾値以上のとき、前記第１スイッチにより前記主電源と前記インバータ回路とが電気的に接続され、前記第２スイッチにより前記主電源と前記キャパシタとの電気的な接続が遮断され、前記第３スイッチにより前記インバータ回路と前記キャパシタとの電気的な接続が遮断される
請求項１に記載の車両駆動装置。
【請求項３】
前記キャパシタの蓄電残量が前記上限閾値よりも小さい下限閾値以上かつ前記駆動モータが駆動するとき、前記第１スイッチにより前記主電源と前記インバータ回路との電気的な接続が遮断され、前記第２スイッチにより前記主電源と前記キャパシタとが直列に接続され、前記第３スイッチにより前記インバータ回路と前記キャパシタとが電気的に接続され、前記第４スイッチにより前記キャパシタが前記グラウンドに接続しない
請求項１または２に記載の車両駆動装置。
【請求項４】
前記キャパシタの蓄電残量が前記上限閾値よりも小さい下限閾値未満かつ前記駆動モータが駆動するとき、前記第１スイッチにより前記主電源と前記インバータ回路とが電気的に接続され、前記第２スイッチにより前記主電源と前記キャパシタとの電気的な接続が遮断され、前記第３スイッチにより前記インバータ回路と前記キャパシタとの電気的な接続が遮断される
請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両駆動装置を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主電源とは別にインバータ回路に放電することが可能なキャパシタを備える車両駆動装置、およびこの車両駆動装置を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両駆動装置は、車両を駆動する駆動モータと、駆動モータの駆動を制御するインバータ回路と、インバータ回路に電力を供給する主電源（車載バッテリ）と、インバータ回路に電力を供給するキャパシタと、主電源およびキャパシタからインバータ回路に供給する電力の分配を行う電源分配部とを備えている。主電源としては、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池が用いられる。キャパシタとしては、電気二重層コンデンサが用いられる。
【０００３】
従来の車両駆動装置においては、要求電力に対して主電源の放電量が不足する場合、主電源からインバータ回路への電力の供給に加え、キャパシタがインバータ回路に電力を供給する。また、充電電力が主電源の充電許容量よりも大きくなる場合、主電源の充電に加え、キャパシタに充電する。なお、特許文献１は、従来の車両駆動装置を含む車両の構成の一例を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２５０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、二次電池は、充放電時に二次電池の内部で化学反応を生じさせる必要があるため、キャパシタよりも充放電の応答性が悪い。このため、二次電池においては、過電流を抑制するため、インバータ回路により駆動モータの回生時に回生可能な電流量に制限を設ける必要がある。これにより、従来の車両駆動装置においては、駆動モータの回生電力を増加させることが困難である。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、駆動モータの回生電力を増加させることが可能な車両駆動装置、およびこの車両駆動装置を備える車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本手段は、「車両の駆動源となる駆動モータと、二次電池としての主電源および前記駆動モータに電気的に接続され、前記駆動モータの駆動を制御するインバータ回路と、前記主電源および前記インバータ回路に電気的に接続されるキャパシタと、前記主電源と前記インバータ回路との電気的な接続および遮断を変更する第１スイッチと、前記キャパシタと前記主電源との電気的な接続および遮断を変更する第２スイッチと、前記キャパシタと前記インバータ回路および前記主電源との電気的な接続および遮断を変更する第３スイッチと、前記キャパシタとグラウンドとの電気的な接続および遮断を変更する第４スイッチとを備え、前記駆動モータの回生時かつ前記キャパシタの蓄電残量が予め設定された上限閾値未満のとき、前記第１スイッチにより前記主電源と前記インバータ回路との電気的な接続が遮断され、前記第２スイッチにより前記キャパシタと前記主電源との電気的な接続が遮断され、前記第３スイッチにより前記キャパシタと前記インバータ回路とが電気的に接続され、前記第４スイッチにより前記キャパシタが前記グラウンドに接続される車両駆動装置」を有する。
【０００８】
キャパシタの内部抵抗は、二次電池の内部抵抗よりも小さい。このため、キャパシタに充電される電流の最大値は、二次電池に充電される電流の最大値よりも大きくすることができる。すなわち、駆動モータの回生時にキャパシタに充電する場合には、二次電池である主電源に充電する場合と比較して、回生可能な電流量を大きくすることができる。
【０００９】
この点に鑑み、本発明の車両駆動装置においては、キャパシタの蓄電残量が上限閾値未満のとき、すなわちキャパシタが充電可能なとき、駆動モータの回生電力が二次電池である主電源に供給されず、キャパシタのみに供給される。このため、駆動モータの回生電力が主電源のみに供給される場合と比較して、駆動モータの回生電力を増加させることができる。
【００１０】
上記手段の一形態は、「前記駆動モータの回生時かつ前記キャパシタの蓄電残量が前記上限閾値以上のとき、前記第１スイッチにより前記主電源と前記インバータ回路とが電気的に接続され、前記第２スイッチにより前記主電源と前記キャパシタとの電気的な接続が遮断され、前記第３スイッチにより前記インバータ回路と前記キャパシタとの電気的な接続が遮断される車両駆動装置」を有する。
【００１１】
上記手段の一形態は、「前記キャパシタの蓄電残量が前記上限閾値よりも小さい下限閾値以上かつ前記駆動モータが駆動するとき、前記第１スイッチにより前記主電源と前記インバータ回路との電気的な接続が遮断され、前記第２スイッチにより前記主電源と前記キャパシタとが直列に接続され、前記第３スイッチにより前記インバータ回路と前記キャパシタとが電気的に接続され、前記第４スイッチにより前記キャパシタが前記グラウンドに接続しない車両駆動装置」を有する。
【００１２】
この車両駆動装置のキャパシタは、キャパシタの蓄電残量が下限閾値以上かつ駆動モータが駆動するとき、主電源により昇圧された状態でインバータ回路に放電する。このように車両駆動装置は、キャパシタの蓄電残量が下限閾値以上のとき、すなわちキャパシタが放電可能なとき、キャパシタによる放電が優先して行われる。このため、キャパシタがインバータ回路に放電する期間にわたり主電源の蓄電残量の低下が抑制される。
【００１３】
上記手段の一形態は、「前記キャパシタの蓄電残量が前記上限閾値よりも小さい下限閾値未満かつ前記駆動モータが駆動するとき、前記第１スイッチにより前記主電源と前記インバータ回路とが電気的に接続され、前記第２スイッチにより前記主電源と前記キャパシタとの電気的な接続が遮断され、前記第３スイッチにより前記インバータ回路と前記キャパシタとの電気的な接続が遮断される車両駆動装置」を有する。
【００１４】
上記手段の一形態は、「上記車両駆動装置を備える車両」を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本車両駆動装置および本車両は、駆動モータの回生電力を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の車両駆動装置を備える車両の概略図。
【図２】実施形態の車両駆動装置の模式的な回路図。
【図３】実施形態の車両駆動装置の制御装置の各モードと各スイッチとの関係を示す表。
【図４】実施形態の車両駆動装置の模式的な回路図であり、各モードと各スイッチとの関係を示す回路図。
【図５】実施形態の車両駆動装置の制御装置により実行される充放電制御の処理手順を示すフローチャート。
【図６】実施形態の車両駆動装置の制御装置により実行される充放電制御の一実行態様を示すタイムチャート。
【図７】実施形態の車両駆動装置の制動力の推移を示すグラフ。
【図８】他の実施形態の車両駆動装置を備える車両の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１を参照して、車両駆動装置１０を備える車両１の構成について説明する。
車両１は、一対の前輪２Ｆ、一対の後輪２Ｒ、ドライブシャフト３Ｆ、ドライブシャフト３Ｒ、内燃機関４、フロントモータ５、アクセルペダル６、ブレーキペダル７、アクセルセンサ６Ａ、ブレーキセンサ７Ａ、主電源８、および車両駆動装置１０を備えている。
【００１８】
一対の前輪２Ｆは、ドライブシャフト３Ｆにより互いに連結されている。一対の後輪２Ｒは、ドライブシャフト３Ｒにより互いに連結されている。
内燃機関４は、変速機およびディファレンシャル機構（ともに図示略）を介してドライブシャフト３Ｆに接続されている。内燃機関４は、ドライブシャフト３Ｆを回転させる。
【００１９】
フロントモータ５は、主電源８と電気的に接続されている。フロントモータ５は、内燃機関４のクランクシャフトの回転にともない回転することにより発電する。フロントモータ５により発生した電力は、主電源８に供給される。
【００２０】
アクセルセンサ６Ａは、アクセルペダル６の操作量に応じたアクセルペダル信号ＡＣＣを車両駆動装置１０の制御装置１５に出力する。
ブレーキセンサ７Ａは、ブレーキペダル７の操作量に応じたブレーキペダル信号ＢＲＫを車両駆動装置１０の制御装置１５に出力する。
【００２１】
主電源８は、車載バッテリとしてリチウムイオン電池が用いられている。主電源８は、車両駆動装置１０に電力を供給している。
車両駆動装置１０は、車両１の駆動源となるリヤモータ１１、減速機１２、インバータ回路１３、キャパシタ１４、および制御装置１５を備えている。車両駆動装置１０は、制御装置１５によりインバータ回路１３を介してリヤモータ１１の駆動を制御する。なお、リヤモータ１１は「駆動モータ」に相当する。
【００２２】
リヤモータ１１は、３相ブラシレスモータが用いられている。リヤモータ１１は、減速機１２に接続されている。リヤモータ１１は、駆動することにより減速機１２を介してドライブシャフト３Ｒを回転させる機能と、ドライブシャフト３Ｒの回転により回生電力を発生させる機能とを有する。
【００２３】
減速機１２は、減速部とディファレンシャル機構部とを有する。減速部は、リヤモータ１１およびディファレンシャル機構部に接続されている。ディファレンシャル機構部は、ドライブシャフト３Ｒに接続されている。
【００２４】
インバータ回路１３は、一対のスイッチング素子がＵ相、Ｖ相、およびＷ相のそれぞれに対応して互いに並列に配置された周知の構成を有する。インバータ回路１３は、リヤモータ１１のＵ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイルのそれぞれと電気的に接続されている。
【００２５】
キャパシタ１４は、電気二重層コンデンサが用いられている。キャパシタ１４は、４個のセルが直列に接続された構成を有する。各セルの満充電時の電圧は、２．４Ｖ〜３．６Ｖの範囲に設定されている。キャパシタ１４の最大電圧は、主電源８の最大電圧よりも小さい。このため、キャパシタ１４の蓄電容量は、主電源８の蓄電容量よりも小さい。
【００２６】
制御装置１５は、インバータ回路１３の各スイッチング素子のオンオフの切替動作を制御する。詳しくは、制御装置１５は、アクセルペダル信号ＡＣＣに基づいて、リヤモータ１１をＰＷＭ駆動するためのモータ制御信号ＳＭＣをインバータ回路１３に出力する。制御装置１５は、ブレーキペダル信号ＢＲＫに基づいて、インバータ回路１３によりリヤモータ１１の回生による誘起電圧を制御するためのモータ制御信号ＳＭＣをインバータ回路１３に出力する。インバータ回路１３においては、これらモータ制御信号ＳＭＣに基づいて各スイッチング素子のオンオフの切替動作が制御される。
【００２７】
このような車両駆動装置１０の構成により、リヤモータ１１が駆動するとき、リヤモータ１１の回転力は、減速部を介してディファレンシャル機構部に伝達される。ディファレンシャル機構部に伝達されたリヤモータ１１の回転力は、同機構部を介してドライブシャフト３Ｒに伝達される。そして、ドライブシャフト３Ｒが回転することにより一対の後輪２Ｒが回転する。一方、一対の後輪２Ｒが回転してリヤモータ１１の出力軸を回転させるリヤモータ１１の回生時には、リヤモータ１１の回生電力がインバータ回路１３を介してキャパシタ１４または主電源８に供給される。
【００２８】
図２および図３を参照して、車両駆動装置１０の回路構成について説明する。
図２に示されるように、車両駆動装置１０は、上述の車両駆動装置１０の構成要素に加え、第１電圧センサ１６、第２電圧センサ１７、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、および第４スイッチＳ４を備えている。
【００２９】
インバータ回路１３は、電力線ＰＬ１とグラウンドに接続されている電力線ＰＬ２とにより主電源８と直列に接続されている。
キャパシタ１４は、接続点Ｐ１において電力線ＰＬ１に接続される電力線ＰＬ３と、接続点Ｐ２において電力線ＰＬ２に接続されている電力線ＰＬ４と電気的に接続されている。キャパシタ１４は、電力線ＰＬ３，ＰＬ４により主電源８と並列に接続されている。
【００３０】
第１電圧センサ１６は、電力線ＰＬ１において接続点Ｐ１よりも主電源８側に接続されている。第１電圧センサ１６は、主電源８の出力電圧（以下、「バッテリ電圧ＶＢＴ」）に応じた信号を制御装置１５に出力する。制御装置１５は、バッテリ電圧ＶＢＴに基づいて主電源８の蓄電残量を算出する。
【００３１】
第２電圧センサ１７は、電力線ＰＬ１において接続点Ｐ１よりもインバータ回路１３側に接続されている。第２電圧センサ１７は、バッテリ電圧ＶＢＴおよびキャパシタ１４の出力電圧の合計の電圧（以下、「出力電圧ＶＯＰ」）に応じた信号を制御装置１５に出力する。制御装置１５は、バッテリ電圧ＶＢＴおよび出力電圧ＶＯＰに基づいてキャパシタ１４の出力電圧を算出する。制御装置１５は、キャパシタ１４の出力電圧に基づいて、キャパシタ１４の蓄電残量を算出する。
【００３２】
第１スイッチＳ１〜第４スイッチＳ４は、電界効果型トランジスタであるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）である。
第１スイッチＳ１は、電力線ＰＬ１に接続されている。第１スイッチＳ１は、主電源８とインバータ回路１３との電気的な接続および遮断を変更する。第１スイッチＳ１は、オン状態のとき、電力線ＰＬ１において主電源８とインバータ回路１３とを電気的に接続する。第１スイッチＳ１は、オフ状態のとき、電力線ＰＬ１において主電源８とインバータ回路１３とを電気的に遮断する。
【００３３】
第２スイッチＳ２は、電力線ＰＬ１と電力線ＰＬ４とを互いに接続する電力線ＰＬ５に接続されている。第２スイッチＳ２は、主電源８とキャパシタ１４における接続点Ｐ２側との電気的な接続および遮断を変更する。第２スイッチＳ２は、オン状態のとき、主電源８とキャパシタ１４における接続点Ｐ２側とを電気的に接続する。すなわち、主電源８とキャパシタ１４とを直列に接続する。第２スイッチＳ２は、オフ状態のとき、主電源８とキャパシタ１４における接続点Ｐ２側とを電気的に遮断する。
【００３４】
第３スイッチＳ３は、電力線ＰＬ３においてキャパシタ１４と接続点Ｐ１との間に接続されている。第３スイッチＳ３は、キャパシタ１４とインバータ回路１３との電気的な接続および遮断を変更する。第３スイッチＳ３は、オン状態のとき、キャパシタ１４とインバータ回路１３とを電気的に接続する。第３スイッチＳ３は、オフ状態のとき、キャパシタ１４とインバータ回路１３とを電気的に遮断する。
【００３５】
第４スイッチＳ４は、電力線ＰＬ３においてキャパシタ１４における接続点Ｐ２側とグラウンドとの間に接続されている。第４スイッチＳ４は、キャパシタ１４とグラウンドとの電気的な接続および遮断を変更する。第４スイッチＳ４は、オン状態のとき、キャパシタ１４をグラウンドに接続する。第４スイッチＳ４は、オフ状態のとき、キャパシタ１４をグラウンドに接続しない。
【００３６】
制御装置１５は、各スイッチＳ１〜Ｓ４のオンオフの切替動作を制御するスイッチ信号ＳＳ１〜ＳＳ４を各スイッチＳ１〜Ｓ４のそれぞれに出力する。各スイッチＳ１〜Ｓ４は、スイッチ信号ＳＳ１〜ＳＳ４に基づいて、オン状態およびオフ状態が切り替えられる。
【００３７】
図３および図４を参照して、車両駆動装置１０の回路の動作について説明する。なお、図４においては、各スイッチＳ１〜Ｓ４を簡略化して示している。
制御装置１５は、各スイッチＳ１〜Ｓ４のオンオフの切替動作を制御することにより、車両駆動装置１０の回路形態として、キャパシタ充電モード、バッテリ充電モード、キャパシタ放電モード、およびバッテリ放電モードを有する。
【００３８】
キャパシタ充電モードは、第１スイッチＳ１がオフ状態、第２スイッチＳ２がオフ状態、第３スイッチＳ３がオン状態、および第４スイッチＳ４がオン状態となる。図４（ａ）に示されるように、キャパシタ充電モードは、リヤモータ１１の回生時において、リヤモータ１１の回生電力がインバータ回路１３を介してキャパシタ１４に供給される。キャパシタ充電モードにおいては、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２がオフ状態のため、リヤモータ１１の回生電力は主電源８に供給されない。
【００３９】
バッテリ充電モードは、第１スイッチＳ１がオン状態、第２スイッチＳ２がオフ状態、第３スイッチＳ３がオフ状態、および第４スイッチＳ４がオン状態となる。図４（ｂ）に示されるように、バッテリ充電モードは、リヤモータ１１の回生時において、リヤモータ１１の回生電力がインバータ回路１３を介して主電源８に供給される。バッテリ充電モードにおいては、第３スイッチＳ３がオフ状態のため、リヤモータ１１の回生電力がキャパシタ１４に供給されない。バッテリ充電モードにおいては、第４スイッチＳ４がオン状態のため、電力線ＰＬ４の電位が安定する。このため、電力線ＰＬ４に逆電圧等のノイズが入ることが抑制される。
【００４０】
キャパシタ放電モードは、第１スイッチＳ１がオフ状態、第２スイッチＳ２がオン状態、第３スイッチＳ３がオン状態、および第４スイッチＳ４がオフ状態となる。図４（ｃ）に示されるように、第１スイッチＳ１がオフ状態かつ第２スイッチＳ２がオン状態により主電源８およびキャパシタ１４が直列に接続される。このため、出力電圧ＶＯＰとしてバッテリ電圧ＶＢＴおよびキャパシタ１４の出力電圧の合計の電圧がインバータ回路１３に印加される。
【００４１】
バッテリ放電モードは、第１スイッチＳ１がオン状態、第２スイッチＳ２がオフ状態、第３スイッチＳ３がオフ状態、および第４スイッチＳ４がオン状態となる。図４（ｄ）に示されるように、第１スイッチＳ１がオン状態かつ第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３がオフ状態により出力電圧ＶＯＰとしてバッテリ電圧ＶＢＴがインバータ回路１３に印加され、キャパシタ１４の出力電圧がインバータ回路１３に印加されない。バッテリ放電モードにおいては、第４スイッチＳ４がオン状態のため、電力線ＰＬ４の電位が安定する。このため、電力線ＰＬ４に逆電圧等のノイズが入ることが抑制される。
【００４２】
ところで、二次電池により構成される主電源８は、リヤモータ１１の回生時において、インバータ回路１３の各スイッチング素子の動作を制御することにより主電源８に供給する電流を制限して主電源８への過電流を抑制する必要がある。一方、キャパシタ１４は、主電源８よりも内部抵抗が小さい。このため、リヤモータ１１の回生時において、主電源８よりも大きい電流をキャパシタ１４に供給することができる。したがって、キャパシタ１４が充電可能な場合、主電源８よりもキャパシタ１４に優先して充電することがリヤモータ１１の回生電力を増大させることの観点から好ましい。
【００４３】
また、主電源８の蓄電残量が少なくなり、主電源８の蓄電残量が予め設定された下限値以下となるとき、内燃機関４により発電するフロントモータ５により、主電源８に電力が供給される。このように主電源８の蓄電残量が少なくなる場合、内燃機関４を機関始動する必要があるため、車両１の燃費が悪化してしまう。このため、車両１の燃費の改善のためには、フロントモータ５による主電源８への電力供給の頻度を減らすことが好ましい。
【００４４】
そこで、本実施形態の車両駆動装置１０においては、リヤモータ１１の駆動状態およびキャパシタ１４の充電状態に基づいて、キャパシタ１４の充放電が主電源８の充放電よりも優先されるように各モードを変更する充放電制御が制御装置１５により実行される。
【００４５】
図５を参照して、充放電制御の処理手順について説明する。図５を参照する以下の説明において、符号が付された車両駆動装置１０の各構成要素は、図１および図２に記載された車両駆動装置１０の各構成要素を示している。
【００４６】
制御装置１５は、次の（ａ）および（ｂ）の判定に基づいて、車両１の走行状態を判断する。
（ａ）車両１の走行速度の絶対値が「０」よりも大きいか否か（ステップＳ１１）。
（ｂ）ブレーキペダル信号ＢＲＫを受信したか否か（ステップＳ１２）。
【００４７】
制御装置１５は、ステップＳ１１において否定判定およびステップＳ１２において肯定判定のとき、リヤモータ１１が回生していると判断する。そして、制御装置１５は、ステップＳ１３に移行する。一方、制御装置１５は、ステップＳ１１において肯定判定、またはステップＳ１１およびステップＳ１２においてともに否定判定のとき、リヤモータ１１が回生していないと判断する。そして、制御装置１５は、ステップＳ１４に移行する。
【００４８】
まず、リヤモータ１１が回生しているときの処理手順について説明する。
制御装置１５は、ステップＳ１３においてキャパシタ１４の出力電圧が上限閾値ＸＵ以上か否かを判定する。本実施形態では、キャパシタ１４の出力電圧に基づいて、キャパシタ１４の蓄電残量が算出される。このため、制御装置１５は、キャパシタ１４の出力電圧と上限閾値ＸＵとを比較することによりキャパシタ１４の蓄電残量が予め設定された上限閾値以上か否かを判定することができる。なお、上限閾値ＸＵは、キャパシタ１４の使用電圧範囲の上限値である。キャパシタ１４の出力電圧が上限閾値ＸＵ以上の場合、キャパシタ１４への充電が不能となる。
【００４９】
制御装置１５は、ステップＳ１３において否定判定のとき、すなわちキャパシタ１４が充電可能なとき、ステップＳ２１においてキャパシタ充電モードに設定する。これにより、制御装置１５は、リヤモータ１１の回生電力をキャパシタ１４のみに供給する。
【００５０】
制御装置１５は、ステップＳ１３において肯定判定のとき、すなわちキャパシタ１４が充電不能なとき、ステップＳ２２においてバッテリ充電モードに設定する。これにより、制御装置１５は、リヤモータ１１の回生電力を主電源８のみに供給する。
【００５１】
次に、リヤモータ１１の回生していないときの処理手順について説明する。
制御装置１５は、ステップＳ１４においてキャパシタ１４の出力電圧が下限閾値ＸＬ未満か否かを判定する。なお、制御装置１５は、キャパシタ１４の出力電圧と下限閾値ＸＬとを比較することによりキャパシタ１４の蓄電残量が予め設定された下限閾値未満か否かを判定する。また、下限閾値ＸＬは、キャパシタ１４の使用電圧範囲の下限値である。キャパシタ１４が下限閾値ＸＬ未満の場合、キャパシタ１４の放電が不能となる。
【００５２】
制御装置１５は、ステップＳ１４において否定判定のとき、すなわちキャパシタ１４が放電可能なとき、ステップＳ２３においてキャパシタ放電モードに設定する。これにより、制御装置１５は、主電源８よりも優先してキャパシタ１４を放電する。
【００５３】
制御装置１５は、ステップＳ１４において肯定判定のとき、すなわちキャパシタ１４が放電不能なとき、ステップＳ２４においてバッテリ放電モードに設定する。これにより、制御装置１５は、主電源８を放電する。
【００５４】
図６を参照して、充放電制御の一実行態様について説明する。なお、図６を参照する以下の説明においては、符号が付された車両１の各構成要素は、図１および図２に記載された車両１の各構成要素を示している。
【００５５】
図６においては、便宜上、ブレーキペダル信号ＢＲＫおよびアクセルペダル信号ＡＣＣを受信した状態を「オン」とし、ブレーキペダル信号ＢＲＫおよびアクセルペダル信号ＡＣＣを受信していない状態を「オフ」として示す。また、便宜上、各モードに設定された状態を「オン」とし、各モードに設定されていない状態を「オフ」として示す。
【００５６】
時刻ｔ１１においてブレーキペダル７が操作されることによりブレーキペダル信号ＢＲＫが出力される。制御装置１５は、時刻ｔ１１においてブレーキペダル信号ＢＲＫを受信する。このとき、第２電圧センサ１７により検出される出力電圧ＶＯＰが上限閾値ＸＵよりも小さい。また、主電源８によりキャパシタ１４が昇圧されていないため、出力電圧ＶＯＰとキャパシタ１４の出力電圧とは等しくなる。このため、制御装置１５は、キャパシタ１４の出力電圧が上限閾値ＸＵよりも小さいことに基づいて、キャパシタ充電モードに設定する。そして、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２にわたりリヤモータ１１の回生電力がキャパシタ１４のみに充電される。このとき、主電源８は、充電されないため、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間にわたりバッテリ電圧ＶＢＴが一定となる。
【００５７】
時刻ｔ１２においてブレーキペダル信号ＢＲＫは、出力状態が維持されている。一方、出力電圧ＶＯＰが上限閾値ＸＵに達する。このため、制御装置１５は、キャパシタ充電モードからバッテリ充電モードに変更する。そして、制御装置１５は、ブレーキペダル信号ＢＲＫの出力状態が維持される時刻ｔ１２〜ｔ１３の期間にわたりリヤモータ１１の回生電力が主電源８のみに充電される。このため、時刻ｔ１２〜ｔ１３の期間にわたりバッテリ電圧ＶＢＴが増加する。
【００５８】
時刻ｔ１３においてブレーキペダル７が操作されなくなることによりブレーキペダル信号ＢＲＫが出力されない。また、時刻ｔ１３において出力電圧ＶＯＰが下限閾値ＸＬよりも大きい。制御装置１５は、時刻ｔ１３においてブレーキペダル信号ＢＲＫが受信されないこと、および出力電圧ＶＯＰが下限閾値ＸＬよりも大きいことに基づいてバッテリ充電モードからキャパシタ放電モードに変更する。しかし、リヤモータ１１が駆動していないため、時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間にわたりバッテリ電圧ＶＢＴおよび出力電圧ＶＯＰが一定となる。
【００５９】
時刻ｔ１４においてアクセルペダル６が操作されることによりリヤモータ１１が駆動する。このため、キャパシタ１４がインバータ回路１３に放電される。このとき、出力電圧ＶＯＰは、主電源８の出力電圧（バッテリ電圧ＶＢＴ）とキャパシタ１４の出力電圧との合計となる。そして、時間の経過にともないキャパシタ１４の蓄電残量が低下するため、出力電圧ＶＯＰが低下する。このとき、主電源８の蓄電残量の低下が抑制されるため、バッテリ電圧ＶＢＴは一定となる。そして、時刻ｔ１５において出力電圧ＶＯＰがバッテリ電圧ＶＢＴと下限閾値ＸＬとの合計の電圧未満となるとき、すなわちキャパシタ１４の出力電圧が下限閾値ＸＬ未満となるとき、制御装置１５は、キャパシタ放電モードからバッテリ放電モードに変更する。そして、時間の経過にともない主電源８の蓄電残量が低下する。このため、バッテリ電圧ＶＢＴが時間の経過とともに低下する。
【００６０】
時刻ｔ１６においてアクセルペダル６が操作されなくなったときでも制御装置１５は、バッテリ放電モードが維持される。一方、リヤモータ１１が駆動しないため、主電源８の蓄電残量の低下が抑制される。このため、時刻ｔ１６以降においては、バッテリ電圧ＶＢＴは一定となる。
【００６１】
図７を参照して、本実施形態の車両駆動装置１０の作用について説明する。なお、図７は、ブレーキペダル７の操作にともなう制動力の推移と、リヤモータ１１の制動力との関係の一例を示している。なお、図７の実線により示されるグラフＧＸは、ブレーキペダル７の操作に基づいて要求される制動力を示している。
【００６２】
制動力は、車両１のブレーキ装置のディスクブレーキとブレーキパッドとによる摩擦力と、リヤモータ１１による回生ブレーキとの合計となる。上記摩擦力は、車両１の運動エネルギーを熱エネルギーに変換することにより制動力を発生させる。リヤモータ１１による回生ブレーキは、車両１の運動エネルギーを電気エネルギー（回生電力）に変換することにより制動力を発生させる。
【００６３】
ところで、上記摩擦力による熱エネルギーは、大気に放出するため、エネルギーとしては捨ててしまう。このため、制動力により車両１の運動エネルギーを効率よく回収するためには、制動力に対するリヤモータ１１による回生ブレーキの比率を上げることが好ましい。
【００６４】
一方、リヤモータ１１による回生ブレーキの回生電力を主電源８のみに充電すると仮定した場合、主電源８への充電には電流制限がなされるため、図７の二点鎖線のグラフＧ２により示されるように、ブレーキペダル７の操作開始時（時刻ｔ２１〜ｔ２２の期間）において制動力に対する回生ブレーキの比率が小さくなる。
【００６５】
そこで、本実施形態の車両駆動装置１０においては、リヤモータ１１による回生ブレーキの回生電力を主電源８よりもキャパシタ１４に優先して充電させる。このため、図７の一点鎖線のグラフＧ１により示されるように、キャパシタ１４の充電期間となる時刻ｔ２１〜ｔ２３の期間において制動力に対する回生ブレーキの比率がグラフＧ２よりも大きくなる。
【００６６】
次に、本実施形態の車両駆動装置１０の効果について説明する。
（１）制御装置１５は、リヤモータ１１の回生時において、キャパシタ１４の蓄電残量が上限閾値ＸＵ未満の場合、キャパシタ充電モードに設定する。この構成によれば、キャパシタ１４は、主電源８よりも大電流により充電が可能であるため、リヤモータ１１の回生電力を増加させることができる。したがって、制動力に対する回生ブレーキの比率を上げることができるため、車両１の運動エネルギーを効率よく回収することができる。
【００６７】
（２）制御装置１５は、キャパシタ１４の蓄電残量が下限閾値ＸＬ以上のとき、キャパシタ放電モードに設定する。この構成によれば、キャパシタ１４が主電源８により昇圧された状態でインバータ回路１３に放電する。このように車両駆動装置１０においては、キャパシタ１４の蓄電残量が下限閾値ＸＬ以上のとき、キャパシタ１４による放電が主電源８による放電よりも優先して行われる。このため、キャパシタ１４がインバータ回路１３に放電する期間にわたり主電源８の蓄電残量の低下が抑制される。
【００６８】
また、主電源８の蓄電残量が予め設定された下限値以下となるとき、内燃機関４を機関始動させてフロントモータ５を発電させる。このため、主電源８の蓄電残量が下限値以下となる頻度が少なくなるほど、内燃機関４の機関運転の頻度が少なくなるため、車両１の燃費が向上する。
【００６９】
この点に鑑みて、本実施形態の車両駆動装置１０においては、主電源８よりもキャパシタ１４が優先してインバータ回路１３に放電する。このため、主電源８がキャパシタ１４よりも優先して放電する構成、または主電源８およびキャパシタ１４が並行してインバータ回路１３に放電する構成と比較して、主電源８の蓄電残量の低下が抑制されるため、フロントモータ５による発電の頻度が少なくなる。したがって、車両１の燃費が向上する。
【００７０】
（３）キャパシタ１４の蓄電容量は、主電源８の蓄電容量よりも小さい。この構成によれば、キャパシタ１４の蓄電容量が主電源８の蓄電容量以上と仮定した構成と比較して、キャパシタ１４のセルの個数を減らすことができる。したがって、キャパシタ１４の小型化および軽量化を図ることができる。また、キャパシタ１４のコストを低減することができる。
【００７１】
本車両駆動装置および本車両は、上記実施形態に限られるものではない。以下、本車両駆動装置および本車両の他の実施形態として、上記実施形態の変形例について説明する。なお以下の各変形例は、技術的に可能な範囲において互いに組み合わせることもできる。
【００７２】
・上記実施形態のキャパシタ１４において、電気二重層コンデンサに代えて、リチウムイオンキャパシタ等の他のキャパシタを用いることもできる。
・上記実施形態のキャパシタ１４において、３個または５個のセルが直列に接続された構成に変更することもできる。また、キャパシタ１４のセルの個数は、主電源８の蓄電容量よりも小さい範囲内であれば、３〜５個以外でもよい。
【００７３】
・上記実施形態の主電源８において、二次電池として、リチウムイオン電池に代えて、ニッケル水素電池等の他の二次電池を用いることもできる。
・上記実施形態の第１スイッチＳ１〜第４スイッチＳ４において、ＭＯＳＦＥＴに代えて、ＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistors）等の他の半導体スイッチを用いることもできる。また、第１スイッチＳ１〜第４スイッチＳ４において、半導体スイッチに代えて、電磁開閉器等のリレーを用いることもできる。
【００７４】
・上記実施形態の充放電制御は、ブレーキペダル信号ＢＲＫを受信しないとき、キャパシタ放電モードおよびバッテリ放電モードの一方に設定する。一方、変形例の充放電制御は、アクセルペダル信号ＡＣＣを受信したとき、キャパシタ放電モードおよびバッテリ放電モードの一方に設定する。変形例の充放電制御においては、ブレーキペダル信号ＢＲＫを受信しなくてもアクセルペダル信号ＡＣＣを受信しなければ、キャパシタ充電モードおよびバッテリ充電モードの一方に設定される。
【００７５】
・上記実施形態の車両１は、リヤモータ１１がドライブシャフト３Ｒを駆動させるリア駆動方式であるが、図８に示されるように、ドライブシャフト３Ｆを駆動させるフロント駆動方式とすることもできる。フロント駆動方式の車両１について以下に説明する。
【００７６】
車両１は、内燃機関２１、動力分割部２２、主電源２３、および車両駆動装置３０を備えている。車両駆動装置３０は、第１モータ３１、第２モータ３２、減速機３３、インバータ回路３４、キャパシタ３５、および制御装置３６を備えている。なお、第２モータ３２は「駆動モータ」に相当する。
【００７７】
内燃機関２１は、動力分割部２２に接続されている。動力分割部２２としては、遊星歯車機構と、遊星歯車機構に噛み合わせられる減速歯車列とにより構成されている。動力分割部２２は、第１モータ３１、第２モータ３２、および減速機３３に接続されている。主電源２３は、インバータ回路３４および制御装置３６に電力を供給する。主電源２３は、キャパシタ３５に電気的に接続されている。なお、車両駆動装置３０における第２モータ３２、主電源２３、キャパシタ３５、およびインバータ回路３４の回路構成は、上記実施形態の車両駆動装置１０の回路構成（図２参照）と同様である。
【００７８】
第１モータ３１は、内燃機関２１の機関運転により発電される。第１モータ３１により発電された電力は、インバータ回路３４を介して主電源２３に供給される。第２モータ３２は、動力分割部２２を介して減速機３３に接続されている。第２モータ３２は、減速機３３を介してドライブシャフト３Ｆを回転させる。インバータ回路３４は、第１モータ３１および第２モータ３２を制御する。制御装置３６は、インバータ回路３４のスイッチング素子のオンオフの切替動作を制御する。
【００７９】
制御装置３６は、ブレーキペダル信号ＢＲＫを受信したとき、第２モータ３２を回生ブレーキとして使用する。制御装置３６は、上記実施形態の車両駆動装置１０の充放電制御（図５参照）と同様の充放電制御を実行する。
【００８０】
次に、上記実施形態および上記変形例から把握することのできる技術的思想を以下に記載する。
（付記１）前記キャパシタの蓄電容量は、前記主電源の蓄電容量よりも小さい車両駆動装置。
【００８１】
この車両駆動装置においては、キャパシタの蓄電容量が主電源の蓄電容量以上の構成と比較して、キャパシタのセルの個数を減らすことができる。したがって、キャパシタの小型化および軽量化を図ることができる。また、キャパシタのコストを低減することができる。
【００８２】
（付記２）前記駆動モータの回生時かつ前記キャパシタが前記上限閾値以上のとき、または前記駆動モータの駆動時かつ前記キャパシタの蓄電残量が前記下限閾値未満のとき、前記第４スイッチにより前記キャパシタがグラウンドに接続される車両駆動装置。
【符号の説明】
【００８３】
１…車両、８…主電源、１０…車両駆動装置、１１…リヤモータ（駆動モータ）、１３…インバータ回路、１４…キャパシタ、２３…主電源、３０…車両駆動装置、３２…第２モータ（駆動モータ）、３４…インバータ回路、３５…キャパシタ、Ｓ１…第１スイッチ、Ｓ２…第２スイッチ、Ｓ３…第３スイッチ、Ｓ４…第４スイッチ、ＸＵ…上限閾値、ＸＬ…下限閾値。
【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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