(57)【要約】【課題】使用状況に応じて負荷装置を適切に保護することが可能な電源装置および、その電源装置を備える車両を提供する。【解決手段】ハイブリッド自動車１に搭載される電源装置は、電圧ＶＢを出力するバッテリＢと、バッテリＢと車両負荷との間に設けられ、電圧ＶＢを昇圧して負荷回路に電圧ＶＨを出力する昇圧ユニット２０と、昇圧ユニット２０を制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、ハイブリッド自動車１の現在位置における気圧に応じて、電圧ＶＨを変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される電源装置であって、
第１の電圧を出力する電源と、
前記電源と車両負荷との間に設けられ、前記第１の電圧を昇圧して前記車両負荷に第２の電圧を出力する昇圧回路と、
前記昇圧回路を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記車両の現在位置における気圧に応じて、前記第２の電圧を変化させる、電源装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記車両の現在位置における気圧に応じて前記第２の電圧の上限値を設定し、前記第２の電圧が前記上限値を超えないように前記昇圧回路を制御する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記車両負荷は、
インバータと、
前記インバータにより駆動される回転電機とを含む、請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
車両であって、
請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置と、
道路の標高情報を含む道路情報と、前記車両の現在位置とに基づいて、前記車両の現在位置における標高値を出力するナビゲーション装置とを備え、
前記制御装置は、前記標高値に基づいて前記車両の現在位置における気圧を推定し、推定結果に基づいて前記第２の電圧を変化させる、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源装置、および電源装置を備える車両に関し、特に昇圧回路を備える電源装置、および、その電源装置を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００３】
このような自動車の中には使用状況に応じてモータ駆動装置を適切に保護するための装置が設けられているものがある。たとえば特開２００４−３２４６１３号公報（特許文献１）は、車両を駆動するための原動機（モータあるいはエンジン）の出力を制御するとともに原動機の温度を制御する原動機温度制御装置を開示する。
【０００４】
この原動機温度制御装置は、少なくとも道路の標高情報を含む道路情報に基づいて、車両が目的地に至るまでに走行する走行経路を演算する経路設定手段を備える。原動機温度制御装置は、さらに、演算された走行経路に含まれる標高情報に基づいて、その走行経路を走行した際の原動機の温度を所定の区間ごとに予測する温度予測手段を備える。原動機温度制御装置は、さらに、原動機の温度が所定温度を超過すると予測された場合に、原動機の温度が所定温度を超過されると予測された区間よりも前の区間を走行する際に原動機の出力制限を行なうか、または原動機を冷却する温度制御手段を備える。
【特許文献１】特開２００４−３２４６１３号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハイブリッド自動車あるいは電気自動車の中には、直流電源からの電圧を昇圧してインバータに供給する昇圧回路を備えるものがある。これにより定格電圧の低い直流電源を用いて定格電圧の高いモータを駆動させることが可能になる。
【０００６】
しかしながら、特開２００４−３２４６１３号公報（特許文献１）には、このような昇圧回路が開示されていない。このため昇圧回路を備えた電源装置を搭載するハイブリッド自動車あるいは電気自動車に対して上記制御方法を適用できるかどうかは明らかではない。このような電源装置を搭載した車両においても、モータの動作時にモータを保護できればより好ましい。
【０００７】
本発明の目的は、使用状況に応じて負荷装置を適切に保護することが可能な電源装置および、その電源装置を備える車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は要約すれば、車両に搭載される電源装置であって、第１の電圧を出力する電源と、電源と車両負荷との間に設けられ、第１の電圧を昇圧して車両負荷に第２の電圧を出力する昇圧回路と、昇圧回路を制御する制御装置とを備える。制御装置は、車両の現在位置における気圧に応じて、第２の電圧を変化させる。
【０００９】
好ましくは、制御装置は、車両の現在位置における気圧に応じて第２の電圧の上限値を設定し、第２の電圧が上限値を超えないように昇圧回路を制御する。
【００１０】
より好ましくは、車両負荷は、インバータと、インバータにより駆動される回転電機とを含む。
【００１１】
本発明の他の局面に従うと、車両であって、上述のいずれかに記載の電源装置と、ナビゲーション装置とを備える。ナビゲーション装置は、道路の標高情報を含む道路情報と、車両の現在位置とに基づいて、車両の現在位置における標高値を出力する。制御装置は、標高値に基づいて車両の現在位置における気圧を推定し、推定結果に基づいて第２の電圧を変化させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、使用状況に応じて負荷装置を適切に保護することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態の電源装置を搭載するハイブリッド自動車１の構成を示すブロック図である。なお、以下ではハイブリッド自動車１を「車両」とも称する。
【００１５】
図１を参照して、ハイブリッド自動車１は、前輪２０Ｒ，２０Ｌと、後輪２２Ｒ，２２Ｌと、エンジン２００と、プラネタリギヤＰＧと、デファレンシャルギヤＤＧと、ギヤ４，６とを含む。
【００１６】
ハイブリッド自動車１は、さらに、バッテリＢと、バッテリＢの出力する直流電力を昇圧する昇圧ユニット２０と、昇圧ユニット２０との間で直流電力を授受するインバータ１４，１４Ａとを含む。
【００１７】
ハイブリッド自動車１は、さらに、プラネタリギヤＰＧを介してエンジン２００の動力を受けて発電を行なうモータジェネレータＭＧ１と、回転軸がプラネタリギヤＰＧに接続されるモータジェネレータＭＧ２とを含む。インバータ１４，１４ＡはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に接続され交流電力と昇圧回路からの直流電力との変換を行なう。
【００１８】
プラネタリギヤＰＧは、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤおよびリングギヤの両方に噛合うピニオンギヤと、ピニオンギヤをサンギヤの周りに回転可能に支持するプラネタリキャリヤとを含む。プラネタリギヤＰＧは第１〜第３の回転軸を有する。第１の回転軸はエンジン２００に接続されるプラネタリキャリヤの回転軸である。第２の回転軸はモータジェネレータＭＧ１に接続されるサンギヤの回転軸である。第３の回転軸はモータジェネレータＭＧ２に接続されるリングギヤの回転軸である。
【００１９】
この第３の回転軸にはギヤ４が取付けられ、このギヤ４はギヤ６を駆動することによりデファレンシャルギヤＤＧに動力を伝達する。デファレンシャルギヤＤＧはギヤ６から受ける動力を前輪２０Ｒ，２０Ｌに伝達するとともに、ギヤ６，４を介して前輪２０Ｒ，２０Ｌの回転力をプラネタリギヤＰＧの第３の回転軸に伝達する。
【００２０】
プラネタリギヤＰＧはエンジン２００，モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間で動力を分割する役割を果たす。すなわちプラネタリギヤＰＧの３つの回転軸のうちの２つの回転軸の回転が定まれば残る１つの回転軸の回転は自ずと定められる。したがって、エンジン２００を最も効率のよい領域で動作させつつ、モータジェネレータＭＧ１の発電量を制御してモータジェネレータＭＧ２を駆動させることにより車速の制御を行ない、全体としてエネルギ効率のよい自動車を実現している。
【００２１】
直流電源であるバッテリＢは、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池からなり、直流電力を昇圧ユニット２０に供給するとともに、昇圧ユニット２０からの直流電力によって充電される。
【００２２】
昇圧ユニット２０はバッテリＢから受ける直流電圧（電圧ＶＢ）を昇圧し、その昇圧された直流電圧（電圧ＶＨ）をインバータ１４，１４Ａに供給する。インバータ１４，１４Ａは供給された直流電圧を交流電圧に変換してエンジン始動時にはモータジェネレータＭＧ１を駆動制御する。また、エンジン始動後にはモータジェネレータＭＧ１が発電した交流電力はインバータ１４，１４Ａによって直流に変換されて昇圧ユニット２０によってバッテリＢの充電に適切な電圧に変換されバッテリＢが充電される。
【００２３】
また、インバータ１４，１４ＡはモータジェネレータＭＧ２を駆動する。モータジェネレータＭＧ２はエンジン２００を補助して前輪２０Ｒ，２０Ｌを駆動する。制動時には、モータジェネレータＭＧ２は回生運転を行ない、車輪の回転エネルギを電気エネルギに変換する。得られた電気エネルギは、インバータ１４，１４Ａおよび昇圧ユニット２０を経由してバッテリＢに戻される。
【００２４】
バッテリＢは、組電池であり、直列に接続された複数の電池ユニットＢ０〜Ｂｎを含む。昇圧ユニット２０とバッテリＢとの間にはシステムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２が設けられ車両非運転時には高電圧が遮断される。
【００２５】
ハイブリッド自動車１は、さらに、ナビゲーション装置４０と、制御装置３０とを含む。制御装置３０は、運転者の指示および車両に取付けられた各種センサからの出力に応じて、エンジン２００、インバータ１４，１４Ａおよび昇圧ユニット２０を制御する。
【００２６】
ナビゲーション装置４０は、道路の標高情報を含む道路情報と、ハイブリッド自動車１の現在位置とに基づいて、ハイブリッド自動車１の現在位置における標高値を出力する。制御装置３０はナビゲーション装置４０から受ける標高値に基づいて、ハイブリッド自動車１の現在位置における気圧を推定する。制御装置３０は推定した気圧に基づいて電圧ＶＨの上限値を設定し、電圧ＶＨがその上限値を超えないように昇圧ユニット２０を制御する。
【００２７】
図２は、図１に示したハイブリッド自動車１についてインバータおよび昇圧ユニット周辺を詳細に示した回路図である。
【００２８】
図２を参照して、ハイブリッド自動車１は、バッテリＢと、電圧センサ１０と、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２と、キャパシタＣ１と、昇圧ユニット２０と、インバータ１４，１４Ａと、電流センサ２４Ｕ、２４Ｖと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、エンジン２００と、制御装置３０とを備える。
【００２９】
モータジェネレータＭＧ１は走行時においては主として発電機として動作し、車両停止状態やエンジン停止状態で走行するＥＶ走行からの加速時においてはエンジン２００をクランキングするためのモータとして動作する。モータジェネレータＭＧ２は駆動輪の回転と同期して回転する。エンジン２００、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、図１に示したプラネタリギヤＰＧに接続されている。したがってエンジンの回転軸およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸のうちのいずれか２つの回転軸の回転数が定められると、他の１つの回転軸の回転数は強制的に定まる。
【００３０】
バッテリＢは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池である。電圧センサ１０は、バッテリＢから出力される直流電圧値を検出して、検出結果（電圧ＶＢ）を制御装置３０へ出力する。システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。キャパシタＣ１は、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２オン時において、バッテリＢの端子間電圧を平滑化する。
【００３１】
昇圧ユニット２０は、電圧センサ２１と、リアクトルＬ１と、コンバータ１２と、キャパシタＣ２とを含む。リアクトルＬ１は、一方端がシステムメインリレーＳＲ１を介してバッテリＢの正極と接続される。
【００３２】
電流センサ１１は、バッテリＢと昇圧ユニット２０との間に流れる直流電流を検出し、その検出した電流を直流電流値ＩＢとして制御装置３０へ出力する。
【００３３】
コンバータ１２は、電圧ＶＨを出力するコンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００３４】
リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。
【００３５】
電圧センサ２１はコンバータ１２の入力側の電圧を電圧値ＶＬとして検知する。電流センサ１１はリアクトルＬ１に流れる電流を電流値ＩＢとして検知する。キャパシタＣ２はコンバータ１２の出力側に接続されコンバータ１２から送られたエネルギを蓄積するとともに、電圧の平滑化を行なう。電圧センサ１３は、コンバータ１２の出力側の電圧すなわちキャパシタＣ２の電極間の電圧を電圧値ＶＨとして検知する。
【００３６】
ハイブリッド車においては、エンジン２００とモータジェネレータＭＧ１とが機械的動力をやり取りし、あるときにはモータジェネレータＭＧ１はエンジンの始動を行ない、またあるときにはモータジェネレータＭＧ１はエンジンの動力を受けて発電を行なうジェネレータとして働く。モータジェネレータＭＧ１はインバータ１４によって駆動される。
【００３７】
インバータ１４は、コンバータ１２から昇圧電位を受けてモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、回生制動に伴いモータジェネレータＭＧ１において発電された電力をコンバータ１２に戻す。このときコンバータ１２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。
【００３８】
インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。
【００３９】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。
【００４０】
Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。
【００４１】
Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。
【００４２】
各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１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ＭＧ１は、三相の永久磁石モータであり、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ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。
【００４３】
電流センサ２４Ｕ，２４Ｖは、モータジェネレータＭＧ１のＵ，Ｖ相のステータコイルに流れる電流の電流値ＩＵ１，ＩＶ１をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。モータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇは回転数センサ２７によって検知されている。
【００４４】
制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数Ｎｇ、電圧値ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流値ＩＢ，ＩＣおよびモータ電流値ＭＣＲＴ１を受ける。
【００４５】
インバータ１４Ａは、コンバータ１２から昇圧電位を受けてモータジェネレータＭＧ２を駆動する。また、インバータ１４Ａは、回生制動に伴いモータジェネレータＭＧ２において発電された電力をコンバータ１２に戻す。このときコンバータ１２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。モータジェネレータＭＧ２の回転数Ｎｍは回転数センサ７によって検知されている。
【００４６】
インバータ１４Ａは、Ｕ相アーム１５Ａと、Ｖ相アーム１６Ａと、Ｗ相アーム１７Ａとを含む。Ｕ相アーム１５Ａ、Ｖ相アーム１６Ａ、およびＷ相アーム１７Ａは、コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。Ｕ相アーム１５Ａ、Ｖ相アーム１６Ａ、およびＷ相アーム１７Ａの構成は、Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７とそれぞれ同様であるので説明は繰返さない。
【００４７】
インバータ１４ＡのＵ，Ｖ，Ｗ相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルの各一方端にそれぞれ接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、三相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの他方端が中点に共に接続されている。
【００４８】
電流センサ２８Ｕ，２８Ｖは、モータジェネレータＭＧ２のＵ，Ｖ相のステータコイルに流れる電流の電流値ＩＵ２，ＩＶ２をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。
【００４９】
制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数Ｎｇ、電圧値ＶＢ，ＶＬおよびＶＨ、電流値ＩＢ，ＩＣおよびモータ電流値ＭＣＲＴ１に加えて、さらにモータジェネレータＭＧ２に対応するトルク指令値ＴＲ２、モータ回転数Ｎｍ、およびモータ電流値ＭＣＲＴ２を受ける。
【００５０】
制御装置３０は、これらの受けた入力に応じて、昇圧ユニット２０に対して昇圧指示ＰＷＵ，降圧指示ＰＷＤおよび停止指示ＳＴＰを出力する。
【００５１】
また、制御装置３０は、インバータ１４に対しては、コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。
【００５２】
さらに、制御装置３０は、インバータ１４Ａに対しては、コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。
【００５３】
次に、昇圧ユニット２０の動作について簡単に説明する。昇圧ユニット２０中のコンバータ１２は、力行運転時にはバッテリＢからの電力をインバータ１４に供給する順方向変換回路としての昇圧回路として動作する。逆に、回生運転時には、コンバータ１２は、バッテリＢにモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を回生する逆方向変換回路としての降圧回路としても動作する。
【００５４】
コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のオンとオフとを行なうことにより、昇圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンの状態においては、バッテリＢの正極からリアクトルＬ１、ＩＧＢＴ素子Ｑ２を経由してバッテリＢの負極に電流が流れる経路が形成される。この電流が流れている間に、リアクトルＬ１にエネルギが蓄積される。
【００５５】
そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフ状態にすると、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギはダイオードＤ１を介してインバータ１４側に流れる。これによりキャパシタＣ２の電極間の電圧が増大する。したがって、インバータ１４に与えられるコンバータ１２の出力電圧は昇圧される。なお、このとき損失を低減させるために、ダイオードＤ１の導通期間に同期させてＩＧＢＴ素子Ｑ１を導通させても良い。
【００５６】
一方、コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のオンとオフとを行なうことにより降圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオンの状態においては、インバータ１４から回生される電流は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１、リアクトル、バッテリＢへと流れる。
【００５７】
また、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオフの状態においては、リアクトルＬ１、バッテリＢおよびダイオードＤ２からなるループが形成され、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギがバッテリＢに回生される。なお、このとき損失を低減させるために、ダイオードＤ２の導通期間に同期させてＩＧＢＴ素子Ｑ２を導通させても良い。この逆方向変換においては、インバータ１４が電力を供給する時間よりも、バッテリＢが電力を受ける時間の方が長くなり、インバータ１４における電圧は降圧されてバッテリＢに回生される。昇圧ユニット２０の動作は、以上の力行動作と回生動作とを適切に制御することで行なわれる。
【００５８】
なお、回生制御には、ハイブリッド自動車または電気自動車等を運転するドライバ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が含まれる。また、フットブレーキを操作しない場合であっても、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させたりまたは加速を中止させたりするときが含まれる。
【００５９】
インバータ１４Ａは、ノードＮ１とノードＮ２との間にインバータ１４と並列的に接続され、また共に昇圧ユニット２０に接続される。
【００６０】
図３は、図１に示す制御装置３０の機能ブロックおよび関連する周辺装置を示した図である。なお、この制御装置３０は、ソフトウエアでもハードウエアでも実現が可能である。
【００６１】
図３を参照して、制御装置３０は、ハイブリッド制御部６２と、バッテリ制御部６６と、エンジン制御部６８とを含む。
【００６２】
バッテリ制御部６６は、バッテリＢの充電状態ＳＯＣをバッテリＢの充放電電流の積算などにより求めてこれをハイブリッド制御部６２に送信する。
【００６３】
エンジン制御部６８は、エンジン２００のスロットル制御を行なうとともに、エンジン２００のエンジン回転数Ｎｅを検出してハイブリッド制御部６２に送信する。
【００６４】
ハイブリッド制御部６２は、アクセルポジションセンサ４２の出力信号Ａｃｃと車速センサ４４で検出された車速Ｖとに基づいて、運転者の要求する出力（要求パワー）を算出する。ハイブリッド制御部６２は、この運転者の要求パワーに加え、バッテリＢの充電状態ＳＯＣを考慮して必要な駆動力（トータルパワー）を算出し、エンジンに要求する回転数とエンジンに要求するパワーとをさらに算出する。
【００６５】
ハイブリッド制御部６２は、エンジン制御部６８に要求回転数と要求パワーとを送信し、エンジン制御部６８にエンジン２００のスロットル制御を行なわせる。
【００６６】
ハイブリッド制御部６２は、走行状態に応じた運転者要求トルクを算出し、インバータ１４ＡにモータジェネレータＭＧ２を駆動させるとともに、必要に応じてモータジェネレータＭＧ１に発電を行なわせる。
【００６７】
エンジン２００の駆動力は、車輪を直接駆動する分とモータジェネレータＭＧ１を駆動する分とに分配される。モータジェネレータＭＧ２の駆動力とエンジンの直接駆動分との合計が車両の駆動力となる。
【００６８】
ナビゲーション装置４０は、表示部４８と、ＧＰＳアンテナ５０と、ジャイロセンサ５２と、インタフェース部５６と、記憶部５８と、ナビゲーション制御部６４とを含む。
【００６９】
ナビゲーション制御部６４は、乗員の操作に基づいて目的地を設定する設定処理を行ない、起点から目的地までの走行経路を設定する探索処理を行なう。具体的にはナビゲーション制御部６４は、タッチディスプレイを含む表示部４８から、乗員によって設定された目的地の情報を得る。また、ナビゲーション制御部６４はインタフェース部５６を介して、ＣＤ，ＤＶＤ等の記録媒体５４に記録された道路地図データを読み込む。
【００７０】
そしてナビゲーション制御部６４は、ＧＰＳアンテナ５０およびジャイロセンサ５２を用いて車両の現在位置を把握し、その現在位置を道路地図データに重ねて表示部４８に表示する。さらにナビゲーション制御部６４は、現在位置から目的地までの走行経路を探索して表示するナビゲーション動作を行なう。
【００７１】
道路地図データ（道路情報）は、標高値の情報も含む。ナビゲーション制御部６４は、車両の現在位置の情報と道路地図データとに基づいて、車両の現在位置における標高値Ｈ１をハイブリッド制御部６２に出力する。
【００７２】
記憶部５８は、たとえばＨＤＤであり、道路地図データを不揮発的に記憶する。なお、記憶部５８は設けられていなくてもよい。
【００７３】
なおジャイロセンサ５２は３Ｄジャイロであることが好ましい。これにより図１のハイブリッド自動車１が坂道を登ったり下ったりする場合においてもハイブリッド自動車１の位置を正確に求めることが可能になるので、ハイブリッド制御部６２が受ける標高値Ｈ１もより正確なものにすることができる。
【００７４】
図４は、図３のハイブリッド制御部６２に含まれる昇圧ユニットの制御系の構成を示す機能ブロック図である。
【００７５】
図４を参照して、昇圧ユニット制御系７０は、気圧算出部７１と、上限値設定部７２と、コンバータ制御部７３と、マップ記憶部７４とを含む。
【００７６】
気圧算出部７１は、図３のナビゲーション制御部６４から標高値Ｈ１（単位：メートル）を受けて、たとえば以下の式（１）に従って車両の現在位置における気圧ＡＰを算出する。
【００７７】
ＡＰ＝１０１３−（Ｈ１／１００）×１０（単位：ｈＰａ）  …（１）
気圧算出部７１は、気圧ＡＰを上限値設定部７２に出力する。上限値設定部７２は、気圧ＡＰを受けるとマップ記憶部７４に記憶されるマップＭＰを参照して、図２に示すコンバータ１２の出力電圧（電圧ＶＨ）の上限値ＶＬＭを設定する。マップＭＰには気圧ＡＰに対応する上限値ＶＬＭが定められる。この対応関係はたとえば実験等により予め求めることができる。
【００７８】
コンバータ制御部７３は、モータ回転数およびトルク指令値を含む各種情報、上限値ＶＬＭ、および、電圧ＶＨを受けて昇圧指示ＰＷＵおよび降圧指示ＰＷＤを出力する。コンバータ制御部７３は、電圧ＶＨが上限値ＶＬＭを超えないように、昇圧指示ＰＷＵおよび降圧指示ＰＷＤを設定する。
【００７９】
図２のコンバータ１２においてＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフ状態に維持し、かつ、ＩＧＢＴ素子Ｑ１をオン・オフさせることで電圧ＶＢを昇圧することが可能になる。オン期間とオフ期間との和に対するオン期間の比（デューティー比）を変化させることで電圧ＶＨの大きさを調整することができる。コンバータ制御部７３は、昇圧指示ＰＷＵにおけるデューティー比を調整して、電圧ＶＨが上限値ＶＬＭを超えないようにする。
【００８０】
図５は、図４に示す昇圧ユニット制御系７０が行なうコンバータ制御処理を示すフローチャートである。なおこのフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。
【００８１】
図５および図４を参照して、まず気圧算出部７１は、車両（ハイブリッド自動車１）の現在位置における標高値Ｈ１を取得する（ステップＳ１）。そして気圧算出部７１は、上記の式（１）に従って気圧ＡＰを算出する。次に上限値設定部７２は、気圧ＡＰを受けると、マップ記憶部７４に記憶されるマップＭＰを参照して、電圧ＶＨの上限値（上限値ＶＬＭ）を設定する（ステップＳ２）。続いて、コンバータ制御部７３は、上限値ＶＬＭ、電圧ＶＨ、および各種の情報を受けて、昇圧指示ＰＷＵを出力し、電圧ＶＨが上限値ＶＬＭを超えないように図２の昇圧ユニット２０（より特定的にはコンバータ１２）を制御する（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理が終了すると、全体の処理はステップＳ１に戻る。
【００８２】
次に本実施の形態による効果について、以下詳細に説明する。
図６は、図２に示すＵ相アーム１５の等価回路を概略的に示す図である。
【００８３】
図６を参照して、ＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタはノードＮ３に接続される。ノードＮ３とＩＧＢＴ素子Ｑ４との間には寄生素子（インダクタ）Ｌ２が存在する。具体的には寄生素子Ｌ２はたとえば配線のインダクタンス成分等である。なお、図６には図２に示すダイオードＤ３，Ｄ４は示されていない。
【００８４】
ノードＮ３には、モータジェネレータＭＧ１（より詳細にはＵ相コイルの一端部）が接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタおよび、ＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタは昇圧ユニット２０に接続される。なおＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタは接地される。
【００８５】
一般的にインバータ回路はスイッチング素子（ＩＧＢＴ素子やＭＯＳＦＥＴ等）のスイッチング速度を大きくすることにより高効率で動作する。しかしながらスイッチング素子のスイッチング速度を大きくするほど、スイッチング素子のオフ時にサージ電圧が生じた際にはそのサージ電圧が高くなる。
【００８６】
図７は、図６に示すＩＧＢＴ素子Ｑ４をオン状態からオフ状態に切換えたときにおけるＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥの変化を示す図である。
【００８７】
図７および図６を参照して、実線で示す曲線は、ＩＧＢＴ素子Ｑ４のスイッチング速度が比較的遅い場合における電圧ＶＣＥの変化を示す。電圧ＶＡ１は、この場合におけるサージ電圧を示す。
【００８８】
また、破線で示す曲線は、スイッチング速度が比較的速い場合における電圧ＶＣＥの変化を示す。電圧ＶＡ２は、この場合におけるサージ電圧を示す。
【００８９】
ノードＮ３における電圧をＶとし、寄生インダクタンスＬ２のインダクタンス値をＬとし、寄生インダクタンスＬ２に流れる電流をｉとする。この場合、Ｖ＝Ｌ×（ｄｉ／ｄｔ）の関係が成立する。なお、ｄｉ／ｄｔは電流ｉの時間微分を示す。
【００９０】
上記の式ではスイッチング速度が大きくなるほど、ｄｉ／ｄｔが大きくなるので、電圧Ｖが大きくなる。このためＶＡ２＞ＶＡ１となる。
【００９１】
図２に示す電圧ＶＨが高いままＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４のスイッチング速度を大きくすると、ノードＮ３におけるサージ電圧がモータジェネレータの耐圧を超える可能性がある。また、一般的に気圧が低下するほど高電圧回路は放電しやすくなるので、気圧が低下するほどサージ電圧が発生しやすくなる。
【００９２】
本実施の形態ではハイブリッド自動車１の現在位置における気圧に基づいて、制御装置３０が電圧ＶＨの上限値を決定する。たとえばハイブリッド自動車１が山を登っている場合のように、車両の現在位置における標高値が高くなるほど（つまり気圧が低下するほど）、制御装置３０は電圧ＶＨの上限値を低く設定する。これによりモータジェネレータに対するサージ電圧の影響を小さくすることができる。
【００９３】
図８は、本実施の形態の電源装置による効果を説明する図である。
図８および図６を参照して、電圧ＶＭはモータジェネレータＭＧ１の耐圧を示す。破線で示す曲線は、気圧の変化によらず電圧ＶＨの上限値が固定されている場合の電圧ＶＣＥの変化を示す。電圧ＶＡ３はこの場合におけるサージ電圧である。電圧ＶＨが比較的高い値である場合には、電圧ＶＡ３は電圧ＶＭよりも高くなる。
【００９４】
一方、実線で示す曲線は、気圧の変化に応じて電圧ＶＨの上限値を設定した場合の電圧ＶＣＥの変化を示す。電圧ＶＡ４はこの場合におけるサージ電圧である。電圧ＶＨの上限値を下げることによって電圧ＶＡ４を電圧ＶＭ以下とすることができる。これによりモータジェネレータに対するサージ電圧の影響を小さくすることができる。
【００９５】
なお、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７ならびにインバータ１４Ａにおいても電圧ＶＨの上限値を下げることによってサージ電圧を下げることができるのは言うまでもない。
【００９６】
再度、図１を参照しながら本実施の形態の電源装置を包括的に説明する。ハイブリッド自動車１に搭載される電源装置は、電圧ＶＢを出力するバッテリＢと、バッテリＢと車両負荷との間に設けられ、電圧ＶＢを昇圧して車両負荷に電圧ＶＨを出力する昇圧ユニット２０と、昇圧ユニット２０を制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、ハイブリッド自動車１の現在位置における気圧に応じて、電圧ＶＨを変化させる。
【００９７】
好ましくは、制御装置３０は、ハイブリッド自動車１の現在位置における気圧に応じて、電圧ＶＨの上限値（図４に示す上限値ＶＬＭ）を設定し、電圧ＶＨが上限値ＶＬＭを超えないように昇圧ユニット２０を制御する。
【００９８】
より好ましくは、車両負荷は、インバータ１４，１４Ａと、インバータ１４，１４Ａにより駆動されるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を含む。
【００９９】
このように本実施の形態によれば、気圧の変化に応じて電圧ＶＨの上限値ＶＬＭを設定するので、インバータにサージ電圧が発生したとしても、そのサージ電圧をモータジェネレータの耐圧以下に抑えることが可能になる。これにより本実施の形態ではモータジェネレータの損傷を防ぐことが可能になる。
【０１００】
よって、本実施の形態によれば使用状況に応じて負荷装置を適切に保護することが可能な電源装置および、その電源装置を備える車両を実現できる。
【０１０１】
また、本実施の形態によればハイブリッド自動車１は、上述のいずれかの電源装置と、ナビゲーション装置４０とを備える。ナビゲーション装置４０は、道路の標高情報を含む道路情報と、ハイブリッド自動車１の現在位置とに基づいて、ハイブリッド自動車１の現在位置における標高値Ｈ１を出力する。制御装置３０は、標高値Ｈ１に基づいてハイブリッド自動車１の現在位置における気圧ＡＰを推定し、推定結果に基づいて電圧ＶＨを変化させる（上限値ＶＬＭを超えないように電圧ＶＨを制御する）。
【０１０２】
これにより、大気圧センサを設けることなく、ハイブリッド自動車１の現在位置における気圧の情報を取得することができるので、ハイブリッド自動車１のコスト低減を図ることができる。
【０１０３】
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／パラレル型ハイブ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や、モータのみで走行する電気自動車にも適用できる。
【０１０４】
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、上記した実施の形態の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。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施の形態の電源装置を搭載するハイブリッド自動車１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したハイブリッド自動車１についてインバータおよび昇圧ユニット周辺を詳細に示した回路図である。
【図３】図１に示す制御装置３０の機能ブロックおよび関連する周辺装置を示した図である。
【図４】図３のハイブリッド制御部６２に含まれる昇圧ユニットの制御系の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】図４に示す昇圧ユニット制御系７０が行なうコンバータ制御処理を示すフローチャートである。
【図６】図２に示すＵ相アーム１５の等価回路を概略的に示す図である。
【図７】図６に示すＩＧＢＴ素子Ｑ４をオン状態からオフ状態に切換えたときにおけるＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥの変化を示す図である。
【図８】本実施の形態の電源装置による効果を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  ハイブリッド自動車、４，６  ギヤ、７，２７  回転数センサ、１０，１３，２１  電圧センサ、１１  電流センサ、１２  コンバータ、１４，１４Ａ  インバータ、１５，１５Ａ  Ｕ相アーム、１６，１６Ａ  Ｖ相アーム、１７，１７Ａ  Ｗ相アーム、２０  昇圧ユニット、２０Ｒ，２０Ｌ  前輪、２２Ｒ，２２Ｌ  後輪、２４Ｕ，２４Ｖ，２８Ｕ，２８Ｖ  電流センサ、３０  制御装置、４０  ナビゲーション装置、４２  アクセルポジションセンサ、４４  車速センサ、４８  表示部、５０  ＧＰＳアンテナ、５２  ジャイロセンサ、５４  記録媒体、５６  インタフェース部、５８  記憶部、６２  ハイブリッド制御部、６４  ナビゲーション制御部、６６  バッテリ制御部、６８  エンジン制御部、７０  昇圧ユニット制御系、７１  気圧算出部、７２  上限値設定部、７３  コンバータ制御部、７４  マップ記憶部、２００  エンジン、Ｂ  バッテリ、Ｂ０〜Ｂｎ  電池ユニット、Ｃ１，Ｃ２  キャパシタ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、ＤＧ  デファレンシャルギヤ、Ｌ１  リアクトル、Ｌ２  寄生素子、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、ＭＰ  マップ、Ｎ１〜Ｎ３  ノード、ＰＧ  プラネタリギヤ、Ｑ１〜Ｑ８  ＩＧＢＴ素子、ＳＲ１，ＳＲ２  システムメインリレー。
【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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