(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能なバッテリ（１１）と、
蓄電装置（１３）と、
前記バッテリ（１１）と前記蓄電装置（１３）との間で電圧変換を行う電圧変換器（１２）と、
車両の走行に従って回転動作または回生動作を行う電動機（３０）に対し、前記蓄電装置（１３）に充電された蓄電電圧（Ｖｃ）を交流電圧に変換して供給するインバータ（２０）と、
前記バッテリ（１１）のバッテリ温度（Ｔｂ）が基準値（Ｔｔｈ）よりも低いとき、前記バッテリ（１１）と前記蓄電装置（１３）との間で電力の授受を切り替えて前記バッテリ（１１）を昇温させるように前記電圧変換器（１２）を制御する制御装置（１４）と、を備えるバッテリ昇温システムであって、
前記制御装置（１４）は、前記車両の走行中に前記車両の走行状態に応じて前記電動機（３０）を駆動するために必要な駆動電圧（Ｖｍ）を演算し、前記蓄電装置（１３）に充電された蓄電電圧（Ｖｃ）を取得し、前記バッテリ（１１）のバッテリ電圧（Ｖｂ）を取得し、前記駆動電圧（Ｖｍ）、前記蓄電電圧（Ｖｃ）、前記バッテリ電圧（Ｖｂ）に応じて、前記バッテリ（１１）と前記蓄電装置（１３）との間で電力の授受を切り替えることを特徴とするバッテリ昇温システム。
【請求項２】
前記制御装置（１４）は、前記電動機（３０）を駆動するために必要な最大電圧である所定の閾値（Ｖｔｈ）よりも前記駆動電圧（Ｖｍ）が低く、かつ、前記駆動電圧（Ｖｍ）よりも前記蓄電電圧（Ｖｃ）が高いときに、前記バッテリ（１１）と前記蓄電装置（１３）との間で電力の授受を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ昇温システム。
【請求項３】
前記制御装置（１４）は、前記バッテリ（１１）のバッテリ電圧（Ｖｂ）が上昇して上限電圧（Ｖｂｕ）に到達したら前記電圧変換器（１２）において前記バッテリ（１１）から前記蓄電装置（１３）へ電力を供給し、前記バッテリ電圧（Ｖｂ）が下降して下限電圧（Ｖｂｄ）に到達したら前記電圧変換器（１２）において前記蓄電装置（１３）から前記バッテリ（１１）へ電力を供給することを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ昇温システム。
【請求項４】
前記制御装置（１４）は、前記蓄電電圧（Ｖｃ）が上昇して上限値（Ｖｃｕ）に到達したら前記電圧変換器（１２）において前記蓄電装置（１３）から前記バッテリ（１１）へ電力の授受を切り替え、前記蓄電電圧（Ｖｃ）が下降して前記駆動電圧（Ｖｍ）に到達したら前記電圧変換器（１２）において前記バッテリ（１１）から前記蓄電装置（１３）へ電力の授受を切り替えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のバッテリ昇温システム。
【請求項５】
前記制御装置（１４）は、前記蓄電装置（１３）の蓄電電圧（Ｖｃ）が上昇して上限値（Ｖｃｕ）を上回る前に所定の時間が経過した場合、前記蓄電装置（１３）から前記バッテリ（１１）への電力の授受を行うことを特徴とする請求項４に記載のバッテリ昇温システム。
【請求項６】
前記制御装置（１４）は、前記蓄電装置（１３）の蓄電電圧（Ｖｃ）が下降して前記駆動電圧（Ｖｍ）を下回る前に所定の時間が経過した場合、前記バッテリ（１１）から前記蓄電装置（１３）への電力の授受を行うことを特徴とする請求項４または５に記載のバッテリ昇温システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車や電気自動車のバッテリを早期昇温するためのバッテリ昇温システムに関し、走行時に電動機の駆動に必要な電圧を確保しながら昇温する際に特に有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ハイブリッド車等の電気自動車に搭載され、バッテリとなる充電可能な二次電池の温度を迅速に上昇させる電圧変換装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、温度センサで検出されたバッテリの温度が基準値よりも低いとき、電圧変換器の電圧変換（昇圧動作および降圧動作）によってバッテリと蓄電装置との間で電力の授受を繰り返し行うように昇圧コンバータを制御する制御装置が提案されている。
【０００３】
そして、昇圧コンバータの昇圧動作および降圧動作によってバッテリの温度が基準値以上に上昇すると、制御装置は昇圧動作および／または降圧動作からなる通常動作を行うように昇圧コンバータを制御する。また、蓄電装置に蓄積された電圧は車両を駆動するための電動機を動作させるための駆動電圧として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１２１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、エンジン始動のために蓄電装置から電動機に供給する駆動電圧を例えば６５０Ｖ等の最大電圧にするときや高速走行等のように電動機が動作しているときにバッテリの昇温制御を行うと、降圧動作時に電動機の駆動電圧が低下してしまう。このため、駆動電圧に基づいて動作する電動機に十分な大きさの駆動電圧が供給されないので、電動機から走行に必要な出力が得られないという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、電動機の駆動に必要な電圧の確保とバッテリの迅速な昇温との両立を図ることができるバッテリ昇温システム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】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、充電可能なバッテリ（１１）と、蓄電装置（１３）と、バッテリ（１１）と蓄電装置（１３）との間で電圧変換を行う電圧変換器（１２）と、車両の走行に従って回転動作または回生動作を行う電動機（３０）に対し、蓄電装置（１３）に充電された蓄電電圧（Ｖｃ）を交流電圧に変換して供給するインバータ（２０）と、バッテリ（１１）のバッテリ温度（Ｔｂ）が基準値（Ｔｔｈ）よりも低いとき、バッテリ（１１）と蓄電装置（１３）との間で電力の授受を切り替えてバッテリ（１１）を昇温させるように電圧変換器（１２）を制御する制御装置（１４）と、を備えるバッテリ昇温システムであって、以下の点を特徴としている。
【０００８】
すなわち、制御装置（１４）は、車両の走行中に車両の走行状態に応じて電動機（３０）を駆動するために必要な駆動電圧（Ｖｍ）を演算し、蓄電装置（１３）に充電された蓄電電圧（Ｖｃ）を取得し、バッテリ（１１）のバッテリ電圧（Ｖｂ）を取得し、駆動電圧（Ｖｍ）、蓄電電圧（Ｖｃ）、バッテリ電圧（Ｖｂ）に応じて、バッテリ（１１）と蓄電装置（１３）との間で電力の授受を切り替えることを特徴とする。
【０００９】
このように、電動機（３０）の駆動電圧（Ｖｍ）に応じて、バッテリ（１１）と蓄電装置（１３）との間で電力の授受を切り替えることにより、電動機（３０）の駆動に必要な駆動電圧（Ｖｍ）を確保しつつ、バッテリ（１１）の迅速な昇温を図ることができる。
【００１０】
具体的に、請求項２に記載の発明では、制御装置（１４）は、電動機（３０）を駆動するために必要な最大電圧である所定の閾値（Ｖｔｈ）よりも駆動電圧（Ｖｍ）が低く、かつ、駆動電圧（Ｖｍ）よりも蓄電電圧（Ｖｃ）が高いときに、バッテリ（１１）と蓄電装置（１３）との間で電力の授受を切り替えることを特徴とする。
【００１１】
これによると、蓄電装置（１３）の蓄電電圧（Ｖｃ）が駆動電圧（Ｖｍ）を下回らないように昇温制御を行っているので、電力の授受による駆動電圧（Ｖｍ）の低下を回避でき、駆動電圧（Ｖｍ）に基づいて動作する電動機（３０）から走行に必要な出力を得ることができる。また、バッテリ（１１）と蓄電装置（１３）との間で電力の授受を切り替えにより、バッテリ（１１）を迅速に昇温することができる。したがって、電動機（３０）の駆動に必要な駆動電圧（Ｖｍ）の確保とバッテリ（１１）の迅速な昇温との両立を図ることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、制御装置（１４）は、バッテリ（１１）のバッテリ電圧（Ｖｂ）を取得し、バッテリ（１１）のバッテリ電圧（Ｖｂ）が上昇して上限電圧（Ｖｂｕ）に到達したら電圧変換器（１２）においてバッテリ（１１）から蓄電装置（１３）へ電力を供給し、バッテリ電圧（Ｖｂ）が下降して下限電圧（Ｖｂｄ）に到達したら電圧変換器（１２）において蓄電装置（１３）からバッテリ（１１）へ電力を供給することを特徴とする。
【００１３】
これによると、バッテリ（１１）のバッテリ電圧（Ｖｂ）が上限電圧（Ｖｂｕ）と下限電圧（Ｖｂｄ）との範囲を超えることがないので、バッテリ（１１）が過充電または過放電にならないようにすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、制御装置（１４）は、蓄電電圧（Ｖｃ）が上昇して上限値（Ｖｃｕ）に到達したら電圧変換器（１２）において蓄電装置（１３）からバッテリ（１１）へ電力の授受を切り替え、蓄電電圧（Ｖｃ）が下降して駆動電圧（Ｖｍ）に到達したら電圧変換器（１２）においてバッテリ（１１）から蓄電装置（１３）へ電力の授受を切り替えることを特徴とする。
【００１５】
これによると、蓄電装置（１３）の蓄電電圧（Ｖｃ）が上限値（Ｖｃｕ）と下限値（Ｖｃｄ）との範囲内を超えることがないので、蓄電装置（１３）の故障を防止することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、制御装置（１４）は、蓄電装置（１３）の蓄電電圧（Ｖｃ）が上昇して上限値（Ｖｃｕ）を上回る前に所定の時間が経過した場合、蓄電装置（１３）からバッテリ（１１）への電力の授受を行うことを特徴とする。これにより、バッテリ（１１）の放電状態が続くことでバッテリ（１１）が過放電の状態にならないようにすることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、請求項３または４に記載の発明において、制御装置（１４）は、蓄電装置（１３）の蓄電電圧（Ｖｃ）が下降して駆動電圧（Ｖｍ）を下回る前に所定の時間が経過した場合、バッテリ（１１）から蓄電装置（１３）への電力の授受を行うことを特徴とする。これにより、バッテリ（１１）の充電状態が続くことでバッテリ（１１）が過充電の状態にならないようにすることができる。
【００１８】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るバッテリ昇温システムを備えた負荷駆動装置の全体構成図である。
【図２】コンデンサ電圧Ｖｃ、バッテリ電圧Ｖｂ、リアクトル電流ＩＬ、電圧変換器に入力する駆動信号のタイミングチャートである。
【図３】制御装置の昇温制御の内容を示したフローチャートである。
【図４】昇温制御を行わない場合と行った場合との効果の違いを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示されるバッテリ昇温システムは、充電可能な電源を早期昇温するためのシステムであり、例えばハイブリッド車やプラグインハイブリッド車等の電気自動車に適用することができる。
【００２１】
図１は、本実施形態に係るバッテリ昇温システムを備えた負荷駆動装置の全体構成図である。この図に示されるように、負荷駆動装置は、バッテリ昇温システム１０と、インバータ２０と、電動機３０と、第１電流検出器４０と、第１電流検出器５０を備えている。
【００２２】
バッテリ昇温システム１０は、バッテリ１１と、電圧変換器１２と、蓄電装置１３と、制御装置１４と、を備えて構成されている。
【００２３】
バッテリ１１は、最小単位である図示しない電池セルが直列に複数接続されて構成された電池群である。電池セルとして、充電可能なリチウムイオン二次電池が用いられる。このようなバッテリ１１はインバータやモータ等の電動機３０を駆動するための電源として用いられる。
【００２４】
バッテリ１１の近傍には温度検出器１６が備えられており、温度検出器１６で検出されたバッテリ温度が温度検出器１６から制御装置１４に出力される。また、バッテリ１１のバッテリ電圧は図示しない電圧検出器によって検出され、バッテリ１１に流れるバッテリ電流は電流検出器１７により検出される。これらバッテリ電圧およびバッテリ電流は各検出器からそれぞれ制御装置１４に出力される。本実施形態では、バッテリ温度をＴｂとし、バッテリ電圧をＶｂとし、バッテリ電流をＩｂとする。
【００２５】
電圧変換器１２は、制御装置１４からの指令に応じてバッテリ１１と蓄電装置１３との間で電圧変換を行う昇圧コンバータである。すなわち、電圧変換器はＤＣ−ＤＣコンバータである。このような電圧変換器１２は、リアクトル１２ａと、スイッチング素子１２ｂ、１２ｃ（図１のＱｃ１、Ｑｃ２）と、ダイオード素子１２ｄ、１２ｅ（図１のＤ１、Ｄ２）とを含んでいる。
【００２６】
リアクトル１２ａは、一端がバッテリ１１の正極側に接続され、他端が一方のスイッチング素子１２ｂと他方のスイッチング素子１２ｃとの接続点に接続されている。リアクトル１２ａに流れるリアクトル電流は電流検出器１８によって検出され、電流検出器１８から制御装置１４に出力される。本実施形態では、リアクトル電流をＩＬとする。
【００２７】
各スイッチング素子１２ｂ、１２ｃはそれぞれＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、インバータ２０の電源ラインとグランドラインとの間に直列接続されている。具体的には、一方のスイッチング素子１２ｂのコレクタがインバータ２０の電源ラインに接続され、エミッタが他方のスイッチング素子１２ｃのコレクタに接続されている。また、スイッチング素子１２ｃのエミッタは、インバータ２０のグランドラインに接続されている。そして、各スイッチング素子１２ｂ、１２ｃ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素子１２ｄ、１２ｅがそれぞれ接続されている。各ダイオード素子１２ｄ、１２ｅは、いわゆるＦＷＤ（Free Wheeling Diode）である。
【００２８】
蓄電装置１３は、電圧変換器１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２０に供給するコンデンサである。この蓄電装置１３はインバータ２０の入力側に設けられていると共に、インバータ２０の電源ラインとグランドラインとに接続されている。そして、蓄電装置１３であるコンデンサの両端の電圧がコンデンサ電圧として図示しない電圧検出器で検出され、当該電圧検出器から制御装置１４に出力される。本実施形態では、コンデンサ電圧をＶｃとする。
【００２９】
制御装置１４は、負荷駆動装置の外部に設けられたＥＣＵ（Electrical Control Unit）から電動機３０の駆動に係る指令に従って電圧変換器１２の各スイッチング素子１２ｂ、１２ｃとインバータ２０とに駆動信号を出力することでこれらを駆動させる装置である。ＥＣＵは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータがＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って所定の機能を実行する装置である。
【００３０】
このため、制御装置１４は、外部からアクセル開度、変速機のシフト位置、車速の各データを入力し、電動機３０のトルク、回転数、駆動に必要なパワーを決定する。これらのデータに基づいて車両の走行に必要な駆動電圧を演算する。なお、本実施形態では、相電流をＩｖ、Ｉｗとし、回転数をＮとし、駆動電圧をＶｍとする。また、アクセル開度、シフト位置、車速については、これらを検出する各センサから制御装置１４がデータを直接受け取っても良いし、エンジンＥＣＵ等の外部機器から受け取っても良い。
【００３１】
また、制御装置１４は、バッテリ１１のバッテリ温度Ｔｂが基準値よりも低いとき、駆動電圧Ｖｍ、蓄電電圧Ｖｃ、バッテリ電圧Ｖｂに応じて電圧変換器１２を制御することでバッテリ１１と蓄電装置１３との間で電力を授受してバッテリ１１を昇温させる機能を備えている。本実施形態では基準値をＴｔｈとする。この基準値Ｔｔｈはバッテリ１１の入出力特性が悪化する温度であり、例えば氷点下に設定されている。これにより、バッテリ１１が氷点下に晒されている状況でバッテリ１１を昇温させることができる。なお、基準値Ｔｔｈはバッテリ１１を構成する電池セルに応じて適宜設定することが好ましい。
【００３２】
バッテリ１１の昇温の際、制御装置１４はコンデンサ電圧Ｖｃがコンデンサ上限電圧を上回らないようにすると共に駆動電圧Ｖｍを下回らないように、さらに、バッテリ電圧Ｖｂが上限電圧を上回らないようにすると共に下限電圧を下回らないように電圧変換器１２を制御してバッテリ１１と蓄電装置１３との間で電力の授受を切り替える。すなわち、制御装置１４は、コンデンサ電圧Ｖｃがコンデンサ上限電圧と駆動電圧Ｖｍとの間の範囲に収まると共に、バッテリ電圧Ｖｂが上限電圧と下限電圧との間の範囲内に収まるように電力の授受を切り替える。
【００３３】
そして、バッテリ１１のバッテリ温度Ｔｂが基準値Ｔｔｈを超えると、制御装置１４は電動機３０を駆動するように電圧変換器１２およびインバータ２０を制御する。つまり、制御装置１４は、蓄電装置１３のコンデンサ電圧Ｖｃを昇圧させる昇圧動作と、蓄電装置１３のコンデンサ電圧Ｖｃを降圧させる降圧動作と、からなる通常動作を行うように電圧変換器１２およびインバータ２０を制御する。
【００３４】
なお、本実施形態では、バッテリ１１の上限電圧をＶｂｕとし、バッテリ１１の下限電圧をＶｂｄとする。制御装置１４の作動については、後で具体的に説明する。
【００３５】
インバータ２０は、制御装置１４からの信号に応じて、蓄電装置１３からの直流電圧を交流電圧に変換して電動機３０を駆動する回路である。また、インバータ２０は、電動機３０が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧を蓄電装置１３を介して電圧変換器１２に供給する機能も備えている。
【００３６】
このようなインバータ２０は、Ｕ相アーム２１と、Ｖ相アーム２２と、Ｗ相アーム２３と、を備えている。これら各アーム２１〜２３は、電源ラインとグランドラインとの間に並列に接続されている。
【００３７】
Ｕ相アーム２１は直列に接続されたスイッチング素子２１ａ、２１ｂで構成され、Ｖ相アーム２２は直列に接続されたスイッチング素子２２ａ、２２ｂで構成され、Ｗ相アーム２３は直列に接続されたスイッチング素子２３ａ、２３ｂで構成されている。各スイッチング素子２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ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素子２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ、２３ｃ、２３ｄがそれぞれ接続されている。なお、各スイッチング素子２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂは例えばＩＧＢＴであり、各ダイオード素子２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ、２３ｃ、２３ｄはＦＷＤである。
【００３８】
また、各相アーム２１〜２３の中間点は、電動機３０である三相モータの各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータは３相の永久磁石モータであり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成されている。そして、Ｕ相コイルの他端がスイッチング素子２１ａ、２１ｂの中間点に、Ｖ相コイルの他端がスイッチング素子２２ａ、２２ｂの中間点に、Ｗ相コイルの他端がスイッチング素子２３ａ、２３ｂの中間点にそれぞれ接続されている。
【００３９】
このような構成のインバータ２０の各スイッチング素子２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂは、制御装置１４によってスイッチング制御され、電動機３０であるモータが指令されたトルクを出力するようにモータの各相に流す電流が制御される。
【００４０】
電動機３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのモータである。このモータが負荷に相当する。この電動機３０をハイブリッド自動車のエンジンに連結することで、エンジンの回転力によって発電する発電機の機能とエンジン始動を行なう電動機の機能とを電動機３０に持たせることもできる。すなわち、電動機３０は、車両の加速時に回転動作を行い、車両の減速時に回生動作を行う。
【００４１】
第１電流検出器４０は、Ｖ相アーム２２から電動機３０のＶ相コイルに流れる相電流Ｉｖを検出するセンサである。また、第１電流検出器５０は、Ｗ相アーム２３から電動機３０のＷ相コイルに流れる相電流Ｉｗを検出するセンサである。これらの相電流Ｉｖ、Ｉｗのデータは制御装置１４に入力され、ＩｖおよびＩｗからＵ相コイルに流れる相電流Ｉｕが算出される。そして、これらＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗは制御装置１４において駆動電圧Ｖｍを算出する際に用いられる。
【００４２】
以上が、本実施形態に係るバッテリ昇温システム１０および負荷駆動装置の全体構成である。
【００４３】
続いて、バッテリ昇温システム１０の作動について、図１および図２を参照して説明する。図２は、コンデンサ電圧Ｖｃ、バッテリ電圧Ｖｂ、リアクトル電流ＩＬ、電圧変換器１２に入力する駆動信号のタイミングチャートである。
【００４４】
まず、蓄電装置１３の昇圧時には、制御装置１４はスイッチング素子１２ｃ（Ｑｃ２）をオンする。これにより、バッテリ１１→リアクトル１２ａ→スイッチング素子１２ｃ（Ｑｃ２）の経路に電流が流れるので、リアクトル１２ａにエネルギーが蓄積される。
【００４５】
その後、制御装置１４がスイッチング素子１２ｃ（Ｑｃ２）をオフすると、バッテリ１１→リアクトル１２ａ→ダイオード素子１２ｄ（Ｄ１）→蓄電装置１３の経路に電流が流れる。バッテリ１１→リアクトル１２ａに電流が流れる方向を正とすると、昇圧時には正の方向に電流が流れる。これにより、リアクトル１２ａのバッテリ１１側の電圧はバッテリ電圧Ｖｂとなるため、蓄電装置１３に昇圧された電圧が充電される。
【００４６】
そして、図２に示されるように、スイッチング素子１２ｃ（Ｑｃ２）が所定のＤｕｔｙでスイッチング駆動されると、昇圧時はバッテリ電圧Ｖｂが徐々に低下し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇する。昇圧後のコンデンサ電圧Ｖｃは、Ｄｕｔｙ（＝ｔｏｎ／（ｔｏｎ＋ｔｏｆｆ））を用いて、Ｖｃ＝｛１／（１−Ｄｕｔｙ）｝×Ｖｂで表される。ｔｏｎはスイッチング素子１２ｃ（Ｑｃ２）のオン時間であり、ｔｏｆｆ：スイッチング素子１２ｃ（Ｑｃ２）のオフ時間である。一方、蓄電装置１３の昇圧にバッテリ１１のエネルギーが利用されるので、バッテリ電圧Ｖｂは下降していく。これが昇圧動作である。
【００４７】
蓄電装置１３の降圧時には、制御装置１４がスイッチング素子１２ｂ（Ｑｃ１）をオンする。これにより、蓄電装置１３→スイッチング素子１２ｂ（Ｑｃ１）→リアクトル１２ａ→バッテリ１１の経路に電流が流れるので、リアクトル１２ａにエネルギーが蓄積される。
【００４８】
その後、制御装置１４がスイッチング素子１２ｂ（Ｑｃ１）をオフすると、リアクトル１２ａ→バッテリ１１→ダイオード素子１２ｅ（Ｄ２）の経路に電流が流れる。上記のようにバッテリ１１→リアクトル１２ａに電流が流れる方向を正とすると、降圧時には負の方向に電流が流れる。これにより、リアクトル１２ａのダイオード素子１２ｅ（Ｄ２）側の電圧は０Ｖとなるため、バッテリ１１に降圧された電圧が充電される。
【００４９】
そして、図２に示されるように、スイッチング素子１２ｂ（Ｑｃ１）が所定のＤｕｔｙでスイッチング駆動されると、降圧時はコンデンサ電圧Ｖｃが徐々に低下し、バッテリ電圧Ｖｂは上昇する。降圧後のバッテリ電圧Ｖｂは、Ｄｕｔｙ（＝ｔｏｎ／（ｔｏｎ＋ｔｏｆｆ）、ｔｏｎ：スイッチング素子１２ｂ（Ｑｃ１）のオン時間、ｔｏｆｆ：スイッチング素子１２ｂ（Ｑｃ１）のオフ時間）を用いて、Ｖｂ＝Ｄｕｔｙ×Ｖｃで表される。一方、蓄電装置１３のエネルギーがバッテリ１１に移動するので、バッテリ電圧Ｖｂは上昇していく。これが降圧動作である。
【００５０】
なお、図２では駆動電圧Ｖｍが一定値のように示されているが、実際には上記の各パラメータによって演算される値であるので、実際には駆動電圧Ｖｍは時間と共に変化する。
【００５１】
次に、制御装置１４の昇温制御について、図３のフローチャートを参照して説明する。まず、制御装置１４は、外部からアクセル開度、シフト位置、車速の各データを入力し、さらに電動機３０に流れる相電流Ｉｖ、Ｉｗおよび回転数Ｎを入力する。そして、アクセル開度、シフト位置、車速から電動機３０のトルクを決定し、さらに、電動機３０の回転数Ｎから電動機３０の駆動に必要なパワーを決め、電動機３０の駆動電圧Ｖｍを演算する（Ｓ１００）。この駆動電圧Ｖｍは車両の走行に必要な最低限の電圧であり、かつ電動機３０の効率が良くなる電圧である。
【００５２】
続いて、演算した駆動電圧Ｖｍが基準電圧Ｖｔｈより低いか否かを判定する（Ｓ１０１）。ここで、基準電圧Ｖｔｈは電動機３０を駆動するために必要な最大電圧つまり駆動電圧Ｖｍの最大値（例えば６５０Ｖ）、または昇温制御時に十分な電流が流せる電圧（例えば４００Ｖ）とする。そして、駆動電圧Ｖｍが基準電圧Ｖｔｈより低い場合、バッテリ１１の昇温制御に移行する一方、駆動電圧Ｖｍが基準電圧Ｖｔｈより高い場合は機器の破壊防止のために電力の授受つまり昇温動作を行わずに通常制御（Ｓ１１４）を行う。通常制御とは、電圧変換器１２によりバッテリ１１を必要に応じて昇圧し、インバータ２０および電動機３０を用いて走行、回生する制御である。
【００５３】
駆動電圧Ｖｍが基準電圧Ｖｔｈより低い場合、図示しない電圧検出器からバッテリ１１のバッテリ電圧Ｖｂを取得し、バッテリ電圧Ｖｂが所定の電圧より高いか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここで、所定の電圧をＶｄとすると、所定の電圧Ｖｄは制御装置１４がバッテリ電圧Ｖｂやバッテリ電流Ｉｂ等から算出した残存容量（State of Charge；ＳＯＣ）に基づいて設定されている。所定の電圧Ｖｄは、例えばＳＯＣ５０％相当の電圧とする。これにより、バッテリ電圧Ｖｂが所定の電圧Ｖｄよりも低いときに通常制御に戻すことで、昇温制御してバッテリ電圧Ｖｂがさらに低下し、走行できなくなることを防ぐことができる。
【００５４】
バッテリ電圧Ｖｂが所定の電圧Ｖｄより高い場合、制御装置１４は温度検出器１６により検出されたバッテリ温度Ｔｂを取得する（Ｓ１０３）。なお、バッテリ温度Ｔｂが基準値Ｔｔｈより高いとき（Ｓ１０４）、バッテリ１１を昇温させる必要がないので、通常制御に移行する（Ｓ１１４）。
【００５５】
そして、バッテリ温度Ｔｂが基準値Ｔｔｈより低いとき（Ｓ１０４）、Ｓ１０５〜Ｓ１０８の昇圧動作を行う。昇圧動作では、まず、バッテリ電圧Ｖｂを昇圧して蓄電装置１３であるコンデンサを充電する（Ｓ１０５）。
【００５６】
この後、バッテリ電圧Ｖｂが下降して下限電圧Ｖｂｄに到達したら（Ｓ１０６）、すなわちバッテリ電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｂｄを下回る場合、昇圧動作を終了し、Ｓ１０９以降の降圧動作に移行する。
【００５７】
一方、バッテリ電圧Ｖｂが下降して下限電圧Ｖｂｄに到達していない場合、すなわちバッテリ電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｂｄを上回る場合、コンデンサ電圧Ｖｃが上限値を超えるか否かを判定する（Ｓ１０７）。ここで、コンデンサ電圧Ｖｃの上限値をＶｃｕとする。上限値Ｖｃｕは例えばコンデンサの耐圧に設定されている。この判定により、蓄電装置１３の故障を防止することができる。
【００５８】
そして、コンデンサ電圧Ｖｃが上昇して上限値Ｖｃｕに到達する前に所定の時間が経過した場合（Ｓ１０８）、Ｓ１０９以降の降圧動作に移行する。これは、蓄電装置１３であるコンデンサが容量不足になるとある時間から電流値が小さくなり、発熱量が低下して効率的に昇温できなくなるため、所定の時間で区切っている。これにより、蓄電装置１３が飽和して電流を流せなくなり、発熱量が低下することを防止することができる。所定の時間が経過していない場合（Ｓ１０８）、Ｓ１０５に戻って昇圧動作を繰り返す。
【００５９】
以上のように、制御装置１４は、バッテリ電圧Ｖｂが下降して下限電圧Ｖｂｄに到達したら電圧変換器１２において蓄電装置１３からバッテリ１１へ電力を供給する。また、制御装置１４は、コンデンサ電圧Ｖｃが上昇して上限値Ｖｃｕに到達したら、電圧変換器１２において蓄電装置１３からバッテリ１１へ電力を供給する。このように、バッテリ１１のバッテリ電圧Ｖｂや蓄電装置１３のコンデンサ電圧Ｖｃをモニタして電力の授受を切り替えることにより、バッテリ１１が過放電にならないようにすることができる。
【００６０】
続いて、降圧動作では、蓄電装置１３を降圧してバッテリ１１を充電する（Ｓ１０９）。バッテリ１１のバッテリ電圧Ｖｂが上昇して上限電圧Ｖｂｕに到達したら（Ｓ１１０）、すなわちバッテリ電圧Ｖｂが上限電圧Ｖｂｕを上回る場合、降圧動作を終了する。
【００６１】
そして、バッテリ１１のバッテリ電圧Ｖｂが上昇して上限電圧Ｖｂｕに到達していない場合、すなわちバッテリ電圧Ｖｂが上限電圧Ｖｂｕより低い場合、コンデンサ電圧Ｖｃが駆動電圧Ｖｍより高いか否かを判定する（Ｓ１１１）。その結果、コンデンサ電圧Ｖｃが下降して駆動電圧Ｖｍに到達したら降圧動作を終了する。また、昇圧時と同様にバッテリ電圧Ｖｂが上限電圧Ｖｂｕより低く、コンデンサ電圧Ｖｃが駆動電圧Ｖｍより高くても所定の時間が経過すると降圧動作を終了する（Ｓ１１２）。これにより、蓄電装置１３に流れる電流が小さくなり、発熱量が低下することを防止できる。
【００６２】
降圧動作が終了すると、電動機３０の駆動電圧Ｖｍを演算するタイミングであるか否かを判定し（Ｓ１１３）、駆動電圧Ｖｍを演算するタイミングならば電動機３０の駆動電圧Ｖｍの演算ステップ（Ｓ１００）へ移行する。ここで、「駆動電圧Ｖｍを演算するタイミング」とは、電動機３０であるモータのトルクを決めるタイミングである。このタイミングは、例えば数百ｍｓｅｃ等の所定の時間間隔に設定されている。
【００６３】
このようにして再び駆動電圧Ｖｍを演算し、昇圧動作と降圧動作を繰り返す。駆動電圧Ｖｍを演算するタイミングでなければバッテリ電圧Ｖｂの検出（Ｓ１０２）に移行する。そして、バッテリ温度Ｔｂが基準値Ｔｔｈに到達したら、通常制御に戻す（Ｓ１１４）。
【００６４】
以上のように、制御装置１４は、バッテリ１１のバッテリ電圧Ｖｂが上昇して上限電圧Ｖｂｕに到達したら電圧変換器１２においてバッテリ１１から蓄電装置１３へ電力を供給する。また、制御装置１４は、コンデンサ電圧Ｖｃが下降して駆動電圧Ｖｍに到達したら電圧変換器１２においてバッテリ１１から蓄電装置１３へ電力を供給する。このように、バッテリ１１のバッテリ電圧Ｖｂや蓄電装置１３のコンデンサ電圧Ｖｃをモニタして電力の授受を切り替えることにより、バッテリ１１が過充電にならないようにすることができる。
【００６５】
続いて、上記の昇温制御による効果について、図４を参照して説明する。図４（ａ）はバッテリ１１の昇温制御を行わない場合のコンデンサ電圧Ｖｃ（上欄）とバッテリ電流Ｉｂ（下欄）を示した図である。また、図４（ｂ）は本実施形態に係るバッテリ１１の昇温制御を行った場合のコンデンサ電圧Ｖｃ（上欄）とバッテリ電流Ｉｂ（下欄）を示した図である。
【００６６】
まず、バッテリ１１の昇温制御を行わない場合、図４（ａ）の上欄に示されるように、コンデンサ電圧Ｖｃは、車両の走行状態に従って、車両の走行に必要な電動機３０の最低駆動電圧である駆動電圧Ｖｍと電動機３０の最大駆動電圧（例えば６５０Ｖ）との範囲内で変動する。軽い走行ではコンデンサ電圧Ｖｃの変動は小さく、高速走行ではコンデンサ電圧Ｖｃが駆動電圧Ｖｍの最大値である６５０Ｖまで上昇する。
【００６７】
そして、図４（ａ）の下欄に示されるように、コンデンサ電圧Ｖｃの変動に従ってバッテリ電流Ｉｂも変動する。しかしながら、バッテリ電流Ｉｂは走行状態によって変動するコンデンサ電圧Ｖｃに従うため、コンデンサ電圧Ｖｃの変動時にバッテリ電流Ｉｂが大きく流れるものの、コンデンサ電圧Ｖｃの変動が小さい走行時ではバッテリ電流Ｉｂの変動も小さい。このため、バッテリ電流Ｉｂは−１００Ａや＋１００Ａを超えることはない。
【００６８】
これに対し、バッテリ１１の昇温制御を行う場合、図４（ｂ）の上欄に示されるように、コンデンサ電圧Ｖｃは車両の走行状態にかかわらず、駆動電圧Ｖｍと最大駆動電圧である６５０Ｖとの間で昇降圧を繰り返している。なお、図４（ｂ）の上欄では、コンデンサ電圧Ｖｃは黒く塗りつぶされた状態になっているが、実際には図４（ｂ）の上欄中に示すようにコンデンサ電圧Ｖｃは最大駆動電圧（６５０Ｖ）に達すると下降し、駆動電圧Ｖｍに達すると上昇し、これを繰り返している。このように、コンデンサ電圧Ｖｃが駆動電圧Ｖｍに達するとコンデンサ電圧Ｖｃを充電するので、電動機３０の駆動に必要な電圧の確保ができる。
【００６９】
そして、図４（ｂ）の下欄に示されるように、コンデンサ電圧Ｖｃの昇降圧に従ってバッテリ電流Ｉｂが流れる。すなわち、バッテリ電流Ｉｂは−１５０Ａや１５０Ａを超える大きな値で繰り返し流れるので、バッテリ１１はバッテリ電流Ｉｂが流れることによって昇温される。このように、バッテリ１１の昇温制御を行う場合は昇温制御を行わない場合に対してバッテリ１１に流れるバッテリ電流Ｉｂが大きいと共に流れる頻度が高くなるので、バッテリ１１をより迅速に昇温できる。
【００７０】
上記のように昇温制御を行う際、図４（ａ）の上欄の「Ａ」に示す部分では、バッテリ電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｔｈより高い場合に対応している。この場合は昇温制御を行わずに通常制御を行うため、コンデンサ電圧Ｖｃは昇降圧を繰り返さない。そして、「Ａ」の期間を経過し、駆動電圧Ｖｍが基準電圧Ｖｔｈより低くなると、再び昇圧動作と降圧動作とを繰り返す。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態では、ハイブリッド車等の電気自動車の走行中にバッテリ１１を昇温制御する場合、蓄電装置１３であるコンデンサのコンデンサ電圧Ｖｃが駆動電圧Ｖｍと基準電圧Ｖｔｈとの範囲内となるようにバッテリ１１と蓄電装置１３との間で電力の授受を切り替えることが特徴となっている。
【００７２】
これにより、電力の授受による蓄電装置１３の駆動電圧Ｖｍの低下を回避でき、電動機３０に対して走行に必要な駆動電圧Ｖｍを供給することができる。これにより、駆動電圧Ｖｍに基づいて動作する電動機３０から走行に必要な出力を得ることができる。もちろん、バッテリ１１と蓄電装置１３との間で頻繁に電力の授受を切り替えるので、バッテリ１１を迅速に昇温することができる。したがって、電動機３０の駆動に必要な駆動電圧Ｖｍの確保とバッテリ１１の迅速な昇温との両立を図ることができる。
【００７３】
また、本実施形態では、制御装置１４は、バッテリ１１のバッテリ電圧Ｖｂが上限電圧Ｖｂｕと下限電圧Ｖｂｄとの範囲内となるように電圧変換器１２において蓄電装置１３からバッテリ１１へ電力を供給している。これにより、バッテリ１１が過充電または過放電の状態とならないようにする。
【００７４】
さらに、本実施形態では、コンデンサ電圧Ｖｃが上昇して上限値Ｖｃｕに到達したら電圧変換器１２においてバッテリ１１から蓄電装置１３への電力の授受を切り替えているので、蓄電装置１３の故障を防止することができる。
【００７５】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、基準電圧Ｖｔｈが特許請求の範囲の「所定の閾値」に対応し、コンデンサ電圧が特許請求の範囲の「蓄電電圧」に対応する。
【００７６】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたバッテリ昇温システム１０および負荷駆動装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明の特徴を含んだ他の構成とすることもできる。例えば、所定時間に関係なくバッテリ電圧Ｖｂおよびコンデンサ電圧Ｖｃをモニタすることで昇圧動作と降圧動作とを繰り返しても良いので、Ｓ１０８およびＳ１１３の各処理は無くても良い。
【００７７】
また、制御装置１４が電動機３０に流れる相電流を取得する際、上記の実施形態ではＶ相コイルに流れる相電流ＩｖとＷ相コイルに流れる相電流Ｉｗとの２つの電流を取得し、これらからＵ相コイルに流れる相電流Ｉｕを算出していた。しかしながら、電動機３０は３相モータであり、２つの相電流を検出すれば残りの１つの相電流がわかる。このため、２つの電流を検出できれば良いので、上記実施形態のようにＩｖとＩｗを検出する場合に限らず、ＩｕとＩｖ、ＩｕとＩｗ、という組み合わせで相電流を検出しても良い。
【００７８】
そして、上記の実施形態では、バッテリ１１のバッテリ電圧Ｖｂをモニタして電力の授受を切り替えているが、これはバッテリ１１が過放電にならないようにするためである。したがって、蓄電装置１３のコンデンサ電圧Ｖｃのみをモニタし、コンデンサ電圧Ｖｃが駆動電圧Ｖｍと基準電圧Ｖｔｈとの範囲内となるように電力の授受を切り替えても良い。
【００７９】
また、駆動電圧Ｖｍを電動機３０の駆動に必要なパワーから演算しているが、昇温が必要な場合、電流を増大させてパワーを出力するようにし、駆動電圧Ｖｍを低くしても良い。
【符号の説明】
【００８０】
１１  バッテリ
１２  電圧変換器
１３  蓄電装置
１４  制御装置
２０  インバータ
３０  電動機
【図１】
0005273206.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005273206.tif 000004
【図４】
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