(57)【要約】    【課題】  電動機逆起電力による電動機駆動回路の故障を防ぐことができるハイブリッド車両用電源装置を提供する。    【解決手段】  高圧検出回路４８が、モータ４４で生じた逆起電力を検出し、逆起電力を降圧回路４６で降圧して低圧二次電池２８に充電する。このため、逆起電力が高くなり過ぎず、電動機逆起電力によるスイッチング回路４２の故障を防ぐことができる。また、モータ４４での逆起電力を低圧二次電池２８に充電し、制御回路４０等へ供給することで、ハイブリッド車両の燃料消費量を低減することが可能になる。【選択図】  図２
2006304390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと電動発電機とを備え、
該電動発電機を駆動するための高電圧と、補助機器の電動機を駆動するための中電圧と、制御装置用の低電圧とを用い、
前記高電圧用の二次電池と、前記低電圧用の二次電池とを有するハイブリッド車両用電源装置において、
前記中電圧を前記低電圧へ降圧する降圧回路と、
前記補助機器の電動機での逆起電力の発生を検出し、逆起電力を前記降圧回路で降圧して前記低電圧用の二次電池に充電する逆起電力検出手段と、を備えることを特徴とするハイブリッド車両用電源装置。
【請求項２】
エンジンと電動発電機とを備え、
該電動発電機を駆動するための高電圧と、補助機器の電動機を駆動するための中電圧と、制御装置用の低電圧とを用い、
前記高電圧用の二次電池と、前記低電圧用の二次電池とを有するハイブリッド車両用電源装置において、
前記中電圧用の二次電池と、
前記補助機器の電動機での逆起電力の発生を検出し、逆起電力を前記中電圧用の二次電池に充電する逆起電力検出手段と、を備えることを特徴とするハイブリッド車両用電源装置。
【請求項３】
エンジンと電動発電機とを備え、
該電動発電機を駆動するための高電圧と、補助機器の電動機を駆動するための中電圧と、制御装置用の低電圧とを用い、
前記高電圧用の二次電池と、前記低電圧用の二次電池とを有するハイブリッド車両用電源装置において、
前記補助機器の電動機での逆起電力による電力を一時保持し、前記補助機器の電動機へ供給する前記中電圧用ための二次電池を備えることを特徴とするハイブリッド車両用電源装置。
【請求項４】
前記補助機器は、電気式動力舵取装置用であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１のハイブリッド車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと電動発電機とを備え、該電動発電機を駆動するための高電圧と、電気式動力舵取装置等の電動機駆動用の中電圧と、制御装置用の低電圧との３種類の電圧を用いるハイブリッド車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンと電動発電機とを備えるハイブリッド車両では、既存のエンジン車両から流用された電装品への電力供給用の１４Ｖ（１２Ｖ）と共に、電動発電機の小型化と高効率化のため、数百ボルトの高電位とを用いている。このため、１４Ｖ（１２Ｖ）用の低電圧二次電池と共に、当該数百ボルトの電位を充電するための高電圧用の二次電池を備える。更に、電力線での電流発熱による電力消費を抑えるため、電気式動力舵取装置用モータ、エアコン用コンプレッサモータ等の大電力を消費するモータ用に、４２Ｖの中電圧を用いられることがある。ここで、４２Ｖの中電圧は、高電位をＤＣ−ＤＣコンバータで降圧することで生成され、専用の二次電池は設けられていない。
特許文献１には、電気式動力舵取装置の電動モータの逆起電力に対応するための発明が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３２１６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、電気式動力舵取装置で、例えば、縁石に乗り上げた際、悪路走行、或いは、低μ路等で高速で操舵された際に、操舵アシスト用の電動機に逆起電力が発生する。このため、電動機に電力を供給するスイッチング回路のスイッチング素子として、逆起電力により故障することが無いように必要以上に逆耐圧の高いものを選択する必要があり、経済的では無かった。この逆起電力は、ＥＣＵに設けられた抵抗回路で消費されるが、例えば、悪路走行のように逆起電力が連続的発生する際には、抵抗回路での放熱が十分に行えなくなり、ＥＣＵ自身が熱による影響を受けることがあり得る。
【０００４】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電動機逆起電力による電動機駆動回路の故障を防ぐことができるハイブリッド車両用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、エンジン１１と電動発電機１２とを備え、該電動発電機１２を駆動するための高電圧（２８０Ｖ）と、補助機器の電動機４４を駆動するための中電圧（４２Ｖ）と、制御装置用の低電圧（１４Ｖ）とを用い、前記高電圧（２８０Ｖ）用の二次電池２４と、前記低電圧（１４Ｖ）用の二次電池２８とを有するハイブリッド車両用電源装置２０において、
前記中電圧（４２Ｖ）を前記低電圧（１４Ｖ）へ降圧する降圧回路４６と、
前記補助機器の電動機４４での逆起電力の発生を検出し、逆起電力を前記降圧回路４６で降圧して前記低電圧（１４Ｖ）用の二次電池２８に充電する逆起電力検出手段（高圧検出回路４８）と、を備えることを技術的特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、エンジン１１と電動発電機１２とを備え、該電動発電機１２を駆動するための高電圧（２８０Ｖ）と、補助機器の電動機４４を駆動するための中電圧（４２Ｖ）と、制御装置用の低電圧（１４Ｖ）とを用い、前記高電圧用（２８０Ｖ）の二次電池２４と、前記低電圧（１４Ｖ）用の二次電池２８とを有するハイブリッド車両用電源装置２０において、
前記中電圧（４２Ｖ）用の二次電池４５と、
前記補助機器の電動機４４での逆起電力の発生を検出し、逆起電力を前記中電圧用の二次電池４５に充電する逆起電力検出手段（高圧検出回路４８）と、を備えることを技術的特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、エンジン１１と電動発電機１２とを備え、該電動発電機１２を駆動するための高電圧（２８０Ｖ）と、補助機器の電動機４４を駆動するための中電圧（４２Ｖ）と、制御装置用の低電圧（１４Ｖ）とを用い、前記高電圧用（２８０Ｖ）の二次電池２４と、前記低電圧（１４Ｖ）用の二次電池２８とを有するハイブリッド車両用電源装置２０において、
前記補助機器の電動機４４での逆起電力による電力を一時保持し、前記補助機器の電動機４４へ供給する前記中電圧用ための二次電池４５を備えることを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１では、逆起電力検出手段（高圧検出回路４８）が補助機器の電動機４４で生じた逆起電力を検出し、逆起電力を降圧回路４６で降圧して低電圧（１４Ｖ）用の二次電池２８に充電する。このため、逆起電力が高くなり過ぎず、電動機逆起電力による電動機駆動回路４２の故障を防ぐことができる。また、電動機４４での逆起電力を低電圧（１４Ｖ）用の二次電池２８に充電し、エネルギを有効利用することで、ハイブリッド車両の燃料消費量を低減することが可能になる。
【０００９】
請求項２では、逆起電力検出手段（高圧検出回路４８）が補助機器の電動機４４で生じた逆起電力を検出し、中電圧用の二次電池４５に充電する。このため、逆起電力が高くなり過ぎず、電動機逆起電力による電動機駆動回路４２の故障を防ぐことができる。
【００１０】
請求項３では、補助機器の電動機４４で逆起電力が発生した際に、中電圧用の二次電池４５に充電する。このため、逆起電力が高くなり過ぎず、電動機逆起電力による電動機駆動回路４２の故障を防ぐことができる。また、電動機４４での逆起電力を中電圧用の二次電池４５に充電し、電動機４４側へ再度供給することで、ハイブリッド車両の燃料消費量を低減することが可能になる。
【００１１】
請求項４では、電気式動力舵取装置の電動機逆起電力による電動機駆動回路４２の故障を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
[第１実施形態]
図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態に係る電源装置を用いるハイブリッド車両について説明する。
図１は、ハイブリッド車両１０の構成図である。第１実施形態に係るハイブリッド車両１０（以下「車両１０」という。）は、エンジン１１と電動発電機１２とを駆動力源に用いるもので、その駆動系は、エンジン１１、電動発電機１２、電源装置２０、トランスミッション１４、ディファレンシャルギヤ１５、駆動輪１８、１８等により構成されている。具体的には、例えば、エンジン１１および電動発電機１２の出力軸がトランスミッション１４に連結され、さらにディファレンシャルギヤ１５を介して駆動輪１８、１８の車軸に連結されている。これにより、エンジン１１および／または電動発電機１２から出力される駆動力を駆動輪１８、１８に伝達可能にしている。なお、図１では、エンジン１１を「Ｅ／Ｇ」、電動発電機１２を「Ｍ／Ｇ」、トランスミッション１４を「Ｔ／Ｍ」、ディファレンシャルギヤ１５を「ＤＦ」とそれぞれ表記している。
【００１３】
エンジン１１は、例えばレシプロタイプのガソリン機関で、内燃機関とも称されるものである。また電動発電機１２は、例えば交流モータで、電動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えている。そのため、例えば、制動時にも回転する駆動輪１８、１８の回転力がディファレンシャルギヤ１５やトランスミッション１４を介して電動発電機１２に入力されると発電機としても機能する。
【００１４】
電源装置２０は、充放電可能な高電圧（例えば２８０Ｖ）の二次電池を備え、電動発電機１２に電気的に接続されている。これにより、電動発電機１２が電動機として機能する場合には電源装置２０の放電により電動発電機１２に電力が供給され、電動発電機１２が発電機として機能する場合には、電動発電機１２から電源装置２０に電力が供給され充電される。
【００１５】
トランスミッション１４は、図略のプラネタリギヤ等を備えており、例えば、プラネタリギヤのキャリア軸をエンジン１１に、またサンギヤ軸を電動発電機１２に、出力軸としてのリングギヤ軸をディファレンシャルギヤ１５に、それぞれ連結している。ディファレンシャルギヤ１５は、トランスミッション１４から入力される駆動力を左右の車軸に伝達する。当該左右の車軸には駆動輪１８、１８が取り付けられている。
【００１６】
このように当該車両１０の駆動系を構成することによって、エンジン１１から出力されるエンジントルクはディファレンシャルギヤ１５と電動発電機１２とに分配され得るため、電動発電機１２を被駆動状態に設定すると、当該エンジントルクは当該車両１０を走行させるためにディファレンシャルギヤ１５へ伝達されると同時に当該エンジントルクの一部は電動発電機１２を駆動するように伝達される。これにより、エンジン１１による駆動力により走行している場合にも電動発電機１２による発電を行うことができる。
【００１７】
また、電源装置２０からの電力供給により電動発電機１２を電動機として駆動させると、ディファレンシャルギヤ１５にはエンジン１１からのエンジントルクと電動発電機１２からのモータトルクとの合力トルクを伝達可能となる。そのため、エンジン１１単体から出力されるエンジントルクより大きな駆動トルクで車両１０を走行させることができる。さらに加速時には、エンジン１１と電動発電機１２とを併用したハイブリッド駆動モードにより車両１０としてはエンジン１１の馬力性能以上の加速性能を得ることができる。
【００１８】
さらに、エンジン１１を停止させ、トランスミッション１４のキャリア軸を固定すると電動発電機１２による駆動力のみで当該車両１０を駆動するモータ駆動モードにすることができる。そして、発進時や低車速時等のエンジン駆動においては、燃費効率の低い領域でモータ駆動モードとすることにより、当該車両１０としての燃費効率を向上させることができる。また減速時には、エンジン１１をトランスミッション１４から切り離す一方で、ディファレンシャルギヤ１５を介してトランスミッション１４に入力される駆動輪１８、１８の回転力によって電動発電機１２を駆動することで、減速によるエネルギーを電動発電機１２による発電により電気エネルギに変換できる。これにより、発電機として機能する電動発電機１２から出力される電力を電源装置２０に効果的に蓄積できる。
【００１９】
ハイブリッド車両１０は、電気式動力舵取装置５０を備える。電気式動力舵取装置５０は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ６０と、トルクセンサ６０からの操舵トルク及び車速センサ６２からの車速に基づきモータ指令トルク（操舵アシスト量）を演算する制御装置４０と、モータ指令トルクに応じた電流指令値を求めて電動機４４への通電を制御するスイッチング回路４２とを備える。
【００２０】
トルクセンサ６０は、車両の操舵ステアリング５４に連結されたステアリング軸５２に配設されている。電動機４４の出力は、減速機５６により減速され、駆動輪１８、１８を操舵するためのラック・ピニオンギア５８に伝達される。
【００２１】
電源装置２０は、電動発電機１２への２８０Ｖの高電圧と、制御装置４０への１４Ｖの低電圧と、制御装置のスイッチング回路４２への４２Ｖの中電圧を供給する。なお、図中では、１４Ｖの低電圧の供給先として制御装置４０を、４２Ｖの中電圧の供給先としてスイッチング回路４２のみを示すが、これら電圧は図示しない種々の機器へ提供されている。
【００２２】
電源装置２０の構成を図２を参照して説明する。電源装置２０は、２８０Ｖの高電圧出力２０ａ、４２Ｖの中電圧出力２０ｂと、１４Ｖの低電圧出力２０ｃとを有し、２８０Ｖの高圧二次電池２４と、１４Ｖの低圧二次電池２８とを備える。高圧二次電池２４と図１中に示す電動発電機１２との間には、該高圧二次電池２４への充電・放電を制御する電流制御回路２２が設けられている。高圧二次電池２４と中電圧出力２０ｂとの間には、２８０Ｖを４２Ｖに降圧するＤＣ−ＤＣコンバータ３０が設けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、コンバータ制御回路３１と、ノイズフィルタ３２と、直流を脈流に変換する一次側発振部３３と、トランス３４と、脈流を直流に変換する二次側整流部３５と、平滑フィルタ３６とを備える。
【００２３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力側と、低圧二次電池２８との間には、電動機４４で逆起電力が発生したことを検出する高圧検出回路４８と、逆起電力を１４Ｖに降圧する降圧回路４６とが接続され、降圧回路４６の出力はスイッチＳＷを介して低圧二次電池２８へ接続されている。
【００２４】
高圧検出回路４８での動作について、図３及び図４を参照して説明する。
図３は、高圧検出回路４８での動作を示す説明図であり、横軸側に動作電位を、縦軸側に動作を表してある。ここで、高圧検出回路４８には、動作の安定を図るためにヒステリシスが持たせてあり、４２Ｖのスイッチング回路側への供給電位が、電動機４４の逆起電力により４４Ｖを越えると、スイッチＳＷをオンして、降圧回路４６で１４Ｖに降圧させた電流を低圧二次電池２８へ充電させる。そして、４２Ｖのスイッチング回路側への供給電位が、４０Ｖを下回ると、スイッチＳＷをオフして低圧二次電池２８への充電を停止させる。
【００２５】
図４は、高圧検出回路４８での処理を示すフローチャートである。
４２Ｖのスイッチング回路側への供給電位（ＢＰＩＧ）が、スイッチＳＷをオンさせる４４Ｖ（Ｖsw_on）を越えるかを判断する（Ｓ１２）。通常の４２Ｖ供給時には、４４Ｖを越えないため（Ｓ１２：Ｎｏ）、Ｓ１６でのスイッチオン中かの判断がＮｏとなり、処理を終了する。
【００２６】
ここで、逆起電力によりスイッチング回路側への供給電位が４４Ｖを越えると、上記Ｓ１２での判断がＹｅｓとなり、スイッチＳＷをオンする（Ｓ１４）。その後、逆起電力が４４Ｖよりも低くなると、上記Ｓ１２での判断がＮｏとなり、Ｓ１６の判断を経て（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、スイッチング回路側への供給電位がスイッチＳＷをオフさせる４０Ｖ（Ｖsw_off）未満まで下がったかを判断する（Ｓ１８）。ここで、４０Ｖ未満になるまでは（Ｓ１８：Ｎｏ）、処理を終了し、４０Ｖ未満になると（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、スイッチＳＷをオフさせる（Ｓ２０）。なお、この実施形態では、電源装置２０内に高圧検出回路４８を設けたが、高圧検出回路４８での処理を、電気式動力舵取装置側の制御装置４０内に設定したプログラムにより実行することも可能である。
【００２７】
第１実施形態では、電動機４４で生じた逆起電力を検出し、逆起電力を降圧回路４６で降圧して低圧二次電池２８に充電する。このため、逆起電力が高くなり過ぎず、電動機逆起電力によるスイッチング回路４２の故障を防ぐことができる。また、半導体素子として逆耐圧の低い廉価なものを用いても、故障を生じることがないので、スイッチング回路を廉価に製造することができる。更に、電動機４４での逆起電力を低圧二次電池２８に充電し、制御装置４０等へ供給することで、ハイブリッド車両の燃料消費量を低減することが可能になる。
【００２８】
[第２実施形態]
図５は第２実施形態に係る電源装置２０の構成を示している。ここで、第２実施形態のハイブリッド車両の構成は、電源装置２０を除いて、図１を参照して上述した第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
第２実施形態では、４２Ｖの中圧二次電池４５を備える。そして、高圧検出回路４８には、第１実施形態と同様に、動作の安定を図るためにヒステリシスが持たせてある。高圧検出回路４８は、４２Ｖのスイッチング回路側への供給電位が電動機４４の逆起電力により４４Ｖを越えると、スイッチＳＷをオンして中圧二次電池４５への充電を開始させる。そして、４２Ｖのスイッチング回路側への供給電位が４２Ｖを下回ると、スイッチＳＷをオフして充電を停止させる。
【００２９】
第２実施形態では、電動機４４で生じた逆起電力を検出し、逆起電力を中圧二次電池４５に充電する。このため、逆起電力が高くなり過ぎず、電動機逆起電力によるスイッチング回路４２の故障を防ぐことができる。このため、半導体素子として逆耐圧の低い廉価なものを用いても、故障を生じることがないので、スイッチング回路を廉価に製造することができる。
【００３０】
なお、逆起電力は、制御装置４０に抵抗回路を設けて消費することも可能であるが、例えば、悪路走行のように逆起電力が連続的発生する際には、抵抗回路での放熱が十分に行えなくなり、制御装置自身が熱の影響を受ける。第２実施形態の構成では、このような熱の影響を受けることがなくなる。
【００３１】
また、第２実施形態の構成は、中圧二次電池４５に蓄えた電力を活用しないものの、逆起電力の発生頻度が低い際には、小容量の中圧二次電池を用いる簡易な構成が取れ、装置全体として軽量に構成できる利点がある。
【００３２】
[第２実施形態の第１改変例]
図６は第２実施形態の第１改変例に係る電源装置２０の構成を示している。
第２実施形態の第１改変例は、第２実施形態の構成と同様であるが、高圧検出回路４８が、４２Ｖのスイッチング回路側への供給電位と中圧二次電池４５の電位とを比較し、中圧二次電池４５側が高い際には、スイッチＳＷをオンして、スイッチング回路４２側へ供給する。第２実施形態の第１改変例では、例え、自己放電の多い二次電池を用いても、発生頻度の低い逆起電力を中圧二次電池４５に充電し、スイッチング回路等へ供給することで、ハイブリッド車両の燃料消費量を低減することが可能になる。
【００３３】
[第２実施形態の第２改変例]
図７は第２実施形態の第２改変例に係る電源装置２０の構成を示している。
第２実施形態の第２改変例は、第２実施形態の構成と同様であるが、中圧二次電池４５をスイッチング回路４２側への電流供給路に直接接続してある。第２実施形態の第２改変例では、自己放電の少ない二次電池を用いることで、電動機４４での逆起電力を中圧二次電池４５に充電し、スイッチング回路等へ供給することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
上述した実施形態では、高電圧と中電圧と低電圧との３種類の電圧を用いる車両としてハイブリッド車両を例示したが、本発明の構成は３種類以上の電圧を用いる車両、例えば、電気自動車等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電源装置を用いるハイブリッド車両の構成を示す構成図である。
【図２】第１実施形態に係る電源装置のブロック図である。
【図３】高圧検出回路での動作を示す説明図である。
【図４】高圧検出回路での処理を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係る電源装置のブロック図である。
【図６】第２実施形態の第１改変例に係る電源装置のブロック図である。
【図７】第２実施形態の第２改変例に係る電源装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ハイブリッド車両
１１  エンジン
１２  電動発電機
２０  電源装置
２４  高圧二次電池
２８  低圧二次電池
３０  ＤＣ−ＤＣコンバータ
４０  制御回路
４２  スイッチング回路
４４  モータ
４５  中圧二次電池
４６  降圧回路
４８  高圧検出回路
５０  電気式動力舵取装置
【図１】
2006304390.tif 000003
【図２】
2006304390.tif 000004
【図３】
2006304390.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006304390.tif 000007
【図６】
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【図７】
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