(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の電池に蓄積された電力を放電させる放電回路であって、
配線を介して前記単一の電池の正極および負極とそれぞれ電気的に接続される第１および第２のノードと、
前記単一の電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出される電池電圧の配線抵抗による電圧降下を補償する電圧補償手段と、
前記第１および第２のノード間に接続された、前記電圧検出手段により検出された電池電圧が所定電圧よりも高いとき前記検出された電池電圧が前記所定電圧に一致するまで前記電池に蓄積された電力を放電させる放電手段とを備え、
前記電圧検出手段および前記電圧補償手段は、前記放電回路内において前記放電手段と並列に、前記第１および第２のノード間に電気的に接続される、放電回路。
【請求項２】
前記電圧補償手段は、放電電流に比例した電圧を補償する、請求項１に記載の放電回路。
【請求項３】
前記電圧補償手段は、定電圧源から成り、該定電圧源は前記単一の電池からの放電電流が配線抵抗を流れることによる電圧降下分に相当する電圧を出力する、請求項１に記載の放電回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電池電圧が基準電圧に一致するまで電池に蓄積された電力を放電する放電回路および放電制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。
【０００３】
この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。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、複数の電池を直列に接続した直流電源から直流電圧をインバータに供給し、インバータは、供給された直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動する。そして、直流電源は、複数の電池の各々が有する電池容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を相互に等しくする均等化回路を備えている。
【０００５】
すなわち、ハイブリッド自動車または電気自動車は、特開２００２−８７３２号公報に開示された直流電源を搭載している。図８を参照して、特開２００２−８７３２号公報に開示された直流電源について説明する。
【０００６】
直流電源３００は、電池３０１Ａ，３０１Ｂ，・・・，３０１Ｎと、バイパス抵抗３０２と、スイッチ３０３と、電圧検出回路３０４と、マイクロコンピュータ５とを備える。バイパス回路３０２、スイッチ３０３および電圧検出回路３０４は、電池３０１Ａ，３０１Ｂ，・・・，３０１Ｎの各々に対して設けられる。バイパス抵抗３０２およびスイッチ３０３は、電池３０１Ａ，３０１Ｂ，・・・，３０１Ｎの各々に対して並列に接続される。
【０００７】
電圧検出回路３０４は、電池３０１Ａ，３０１Ｂ，・・・，３０１Ｎの各々の電池電圧を検出し、その検出した電池電圧をマイクロコンピュータ３０５へ出力する。マイクロコンピュータ３０５は、各電圧検出回路４から受ける電池３０１Ａ，３０１Ｂ，・・・，３０１Ｎの各電圧データ、直流電源３００の充放電電流を検出する電流センサー（図示せず）から受ける電流データ、直流電源３００の温度を検出する温度センサー（図示せず）から受ける温度データに基づいて、直流電源３００を構成する各電池３０１Ａ，３０１Ｂ，・・・，３０１ＮのＳＯＣを算出し、その算出したＳＯＣに基づいて直流電源３００の充放電を制御する。
【０００８】
より具体的には、マイクロコンピュータ３０５は、電池３０１Ａ，３０１Ｂ，・・・，３０１Ｎにおける電池電圧の変動が小さい場合には、電池間の電圧差に基づいて電圧差が大きい電池のみスイッチ３０３を閉じてバイパス抵抗３０２を介して放電を行ない、電池３０１Ａ，３０１Ｂ，・・・，３０１Ｎにおける電池電圧の変動が大きい場合には、電池間のＳＯＣ差に基づいてＳＯＣ差が大きい電池のみスイッチ３０３を閉じてバイパス抵抗３０２を介して放電を行なう。
【０００９】
このようにして、複数の電池の各々が有する電池容量が均等化される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２００２−８７３２号公報に開示された直流電源においては、各電池電圧を検出する際に、電池と電圧検出回路との間の配線抵抗による電圧降下を考慮せずに電池電圧を検出しており、正確な電池電圧を検出することが困難である。その結果、複数の電池を直列に接続した場合に各電池に流れる均等化電流を大きくすることができないという問題がある。
【００１１】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電池電圧を正確に測定して電池電圧が所定電圧になるまで電池に蓄積された電力を放電する放電回路を提供することである。
【００１２】
また、この発明の別の目的は、電池電圧を正確に測定して電池電圧が所定電圧になるまで電池に蓄積された電力を放電する放電回路における放電動作を制御する放電制御方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、単一の電池に蓄積された電力を放電させる放電回路は、配線を介して電池の正極および負極とそれぞれ電気的に接続される第１および第２のノードと、電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段により検出される電池電圧の配線抵抗による電圧降下を補償する電圧補償手段と、電圧検出手段により検出された電池電圧が所定電圧よりも高いとき検出された電池電圧が所定電圧に一致するまで電池に蓄積された電力を放電させる放電手段とを備える。そして、電圧検出手段および電圧補償手段は、放電回路内において放電手段と並列に、第１および第２のノード間に電気的に接続される。
【００１４】
好ましくは、電圧補償手段は、放電電流に比例した電圧を補償する。
好ましくは、電圧補償手段は、定電圧源から成り、この定電圧源は単一の電池からの放電電流が配線抵抗を流れることによる電圧降下分に相当する電圧を出力する。
【００１５】
この発明による放電回路においては、電圧補償手段は、電池電圧の配線抵抗による電圧降下分を補償し、電圧検出手段は、配線抵抗による電圧降下を補償された本来の電池電圧を検出する。そして、検出された電池電圧が所定電圧よりも高いとき電池電圧が所定電圧に一致するまで電池に蓄積された電力が放電される。
【００１６】
したがって、この発明によれば、配線抵抗による電圧降下を除去して電池電圧を正確に検出できる。その結果、複数の電池の各々から出力される直流電流を大きくして複数の電池の電圧を均等化できる。
【００１７】
また、放電電流に比例した電圧を補償することにより、実際に流れる電流に比例した電圧降下を補償できる。
【００１８】
さらに、電圧補償手段として定電圧源を用いることにより放電回路を小型化できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
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。
【００２５】
図１を参照して、この発明の実施の形態による放電回路１０は、電圧検出手段３と、放電手段７と、カレントトランス８と、放電抵抗９とを備える。電圧検出手段３は、直列に接続された抵抗１，２から成る。抵抗１，２は、それぞれ一定の抵抗値を有し、抵抗１の抵抗値と抵抗２の抵抗値との比は、たとえば、抵抗１の抵抗値：抵抗２の抵抗値＝１：１０に設定される。
【００２６】
放電手段７は、ツェナーダイオード４と、比較器５と、スイッチ６とを含む。ツェナーダイオード４は、基準電圧Ｅ０を比較器５の他方端子へ出力する。比較器５は、ノードＮ４における電圧Ｖ１を一方端子に受け、ツェナーダイオード４からの基準電圧Ｅ０を他方端子に受ける。そして、比較器５は、電圧Ｖ１を基準電圧Ｅ０と比較し、電圧Ｖ１が基準電圧Ｅ０よりも高いときＨ（論理ハイ）レベルの信号をスイッチ６へ出力し、電圧Ｖ１が基準電圧Ｅ０以下であるときＬ（論理ロー）レベルの信号をスイッチ６へ出力する。スイッチ６は、比較器５からのＨレベルの信号に応じてオンされ、比較器５からのＬレベルの信号に応じてオフされる。
【００２７】
カレントトランス８および電圧検出手段３の抵抗１，２は、ノードＮ１とノードＮ２との間に直列に接続され、カレントトランス８は、ノードＮ１側に配置される。そして、カレントトランス８は、電池１３からの放電電流Ｉに比例した電圧Ｖｃを発生する。この場合、電圧Ｖｃは、ノードＮ１からノードＮ３に向かって高くなる極性を有し、カレントトランス８のコイルは、このような電圧Ｖｃを発生する方向に巻かれている。
【００２８】
放電回路１０は、配線抵抗１１，１２を介して電池１３と接続される。配線抵抗１１は、配線抵抗１２の抵抗値ｒと同じ抵抗値ｒを有する。電池１３からの放電電流Ｉは、電池１３、配線抵抗１１、放電抵抗９、スイッチ６および配線抵抗１２から成る経路を流れ、カレントトランス８および電圧検出手段３の抵抗１，２を介してノードＮ１からノードＮ２に到る経路には流れない。これは、電圧検出手段３は、電流が流れない状態で電圧を検出する必要があるからである。
【００２９】
放電電流Ｉが矢印１４の方向に流れると、ノードＮ１とノードＮ２との間に印加される電圧Ｖ２は、電池１３の本来の電池電圧Ｅよりも配線抵抗１１，１２による電圧降下分だけ低いＥ−２Ｉｒになる。この発明においては、配線抵抗１１，１２の抵抗値ｒを予め測定し、カレントトランス８が発生する電圧Ｖｃが配線抵抗１１，１２による電圧降下分２Ｉｒに等しくなるようにカレントトランス８のコイルの巻数を決定する。したがって、カレントトランス８は、ノードＮ３における電圧がノードＮ１における電圧よりも高くなる方向に電圧Ｖｃ＝２Ｉｒを発生し、ノードＮ３とノードＮ２との間には、ノードＮ１とノードＮ２との間に印加される電圧Ｅ−２Ｉｒよりも電圧Ｖｃ＝２Ｉｒだけ高い電圧Ｖ３＝Ｅ−２Ｉｒ＋２Ｉｒ＝Ｅが印加される。つまり、ノードＮ３とノードＮ２との間には、電池１３の本来の電池電圧Ｅが印加される。
【００３０】
このように、カレントトランス８は、配線抵抗１１，１２による電圧降下を補償する機能を果たし、電圧補償手段を構成する。上述したように、カレントトランス８は、放電電流Ｉに比例した電圧Ｖｃを発生するので、放電電流Ｉが配線抵抗１１，１２を流れることによる電圧降下を補償することができる。その結果、電圧検出手段３には、電池１３の本来の電池電圧Ｅが印加される。
【００３１】
抵抗１の抵抗値と抵抗２の抵抗値との比は、上述したように１：１０に設定されるので、ノードＮ４とノードＮ２との間に印加される電圧Ｖ４は、Ｖ４＝０．９Ｅ≒Ｅである。抵抗１の抵抗値に対する抵抗２の抵抗値の比をさらに大きくし、抵抗１の抵抗値：抵抗２の抵抗値＝１：１００に設定すれば、ノードＮ４とノードＮ２との間の電圧Ｖ４をさらに電池電圧Ｅに近づけることができる。したがって、電圧検出手段３は、電池１３の本来の電池電圧Ｅを検出し、その検出した電池電圧Ｅを比較器５の一方端子へ出力する。
【００３２】
そうすると、比較器５は、その一方端子に電圧検出手段３から電池電圧Ｅを受け、他方端子にツェナーダイオード４から基準電圧Ｅ０を受ける。そして、比較器５は、電池電圧Ｅを基準電圧Ｅ０と比較し、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０よりも高いときＨレベルの信号をスイッチ６へ出力し、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０以下であるときＬレベルの信号をスイッチ６へ出力する。
【００３３】
スイッチ６は、Ｈレベルの信号に応じてオンされ、Ｌレベルの信号に応じてオフされるので、放電手段７は、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０よりも高いとき放電電流Ｉを電池１３、配線抵抗１１、放電抵抗９、スイッチ６、および配線抵抗１２から成る経路に流して電池１３に蓄積された電力を放電させ、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０に等しくなった時点で放電を停止する。
【００３４】
このように、放電回路１０は、電池電圧Ｅの配線抵抗１１，１２による電圧降下を正確に補償し、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０よりも高いとき電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０に一致するまで電池１３に蓄積された電力を放電させる。
【００３５】
図２を参照して、放電回路１０における放電方法について説明する。放電動作がスタートすると、電池１３から放電回路１０に流れる電流Ｉに比例した電圧降下を補償して電池１３の電池電圧Ｖ４が検出される（ステップＳ１）。そして、電池電圧Ｖ４が所定電圧よりも高いか否かが判定され（ステップＳ２）、電池電圧Ｖ４が所定電圧よりも高いとき、電池電圧Ｖ４が所定電圧に一致するまで電池１３に蓄積された電力が放電される（ステップＳ３）。そして、ステップＳ３の後、またはステップＳ２において電池電圧Ｖ４が所定電圧よりも高くないと判定されたとき、放電動作が終了する。
【００３６】
したがって、放電回路１０は、図２に示すフローチャートに従って電池１３に蓄積された電力の放電動作を制御する。図２に示すフローチャートにおいては、電池１３から放電回路１０に流れる電流Ｉに比例して配線抵抗１１，１２による電池電圧の電圧降下が補償され、その補償された電池電圧に基づいて放電動作が制御されるので、放電回路１０は、放電回路１０に流れる電流量に応じて電池１３に蓄積された電力の放電動作を制御する。したがって、この発明による放電制御方法は、放電回路に流れる電流量に応じて電池に蓄積された電力の放電動作を制御することを特徴とする。
【００３７】
また、この発明による放電回路は、図３に示す放電回路２０であってもよい。図３を参照して、放電回路２０は、放電回路１０のカレントトランス８を電圧補償手段１７および反転器１８に代えたものであり、その他は放電回路１０と同じである。電圧補償手段１７は、ＮＰＮトランジスタ１４，１５と定電圧源１６とから成る。
【００３８】
ＮＰＮトランジスタ１４は、ノードＮ１とノードＮ４との間に接続される。ＮＰＮトランジスタ１５および定電圧源１６は、ノードＮ１とノードＮ４との間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタ１４は、ＮＰＮトランジスタ１５および定電圧源１６に対して並列に接続される。
【００３９】
ＮＰＮトランジスタ１４は、そのベースに反転器１８からの信号を受け、ＮＰＮトランジスタ１５は、そのベースに比較器５からの信号を受ける。定電圧源１６は、放電電流Ｉが配線抵抗１１，１２を流れることによる電圧降下分２Ｉｒに等しい電圧Ｖｃを出力する。したがって、電圧補償手段１７は、ＮＰＮトランジスタ１４がオフされ、ＮＰＮトランジスタ１５がオンされると、配線抵抗１１，１２による電圧降下を補償してノードＮ３とノードＮ２との間に電池電圧Ｅを印加する。反転器１８は、比較器５からの信号を受け、その受けた信号を反転してＮＰＮトランジスタ１４のベースへ出力する。
【００４０】
電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０よりも高いとき、比較器５は、Ｈレベルの信号をスイッチ６、ＮＰＮトランジスタ１５のベースおよび反転器１８へ出力する。そして、スイッチ６はオンされ、反転器１８は、Ｈレベルの信号を反転してＬレベルの信号をＮＰＮトランジスタ１４のベースへ出力する。
【００４１】
そうすると、ＮＰＮトランジスタ１４はオフされ、ＮＰＮトランジスタ１５はオンされる。そして、定電圧源１６は、配線抵抗１１，１２による電圧降下を補償し、電圧検出手段３は、電池電圧Ｅを検出して比較器５へ出力する。
【００４２】
したがって、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０よりも高いとき、電池１３に蓄積された電力は放電抵抗９を介して放電され、この放電は、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０に一致するまで継続される。そして、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０に一致すると比較器５は、Ｌレベルの信号をスイッチ６、ＮＰＮトランジスタ１５のベースおよび反転器１８へ出力する。
【００４３】
そうすると、スイッチ６はオフされ、放電は停止される。そして、反転器１８はＬレベルの信号を反転してＨレベルの信号をＮＰＮトランジスタ１４のベースへ出力し、ＮＰＮトランジスタ１４はオンされ、ＮＰＮトランジスタ１５はオフされる。したがって、放電が停止された状態では、電池１３の本来の電池電圧ＥがＮＰＮトランジスタ１４を介してノードＮ３とノードＮ２との間に印加される。
【００４４】
このように、放電回路２０は、放電回路１０と同じように、電池電圧Ｅの配線抵抗１１，１２による電圧降下を正確に補償し、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０よりも高いとき電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０に一致するまで電池１３に蓄積された電力を放電させる。そして、放電回路２０は、定電圧源１６によって配線抵抗１１，１２による電圧降下を補償するので、カレントトランス８によって配線抵抗１１，１２による電圧降下を補償する放電回路１０に比べ小型化が可能である。
【００４５】
上述したように、この発明による放電回路１０，２０は、電池電圧Ｅの配線抵抗１１，１２による電圧降下を補償して電池電圧Ｅを正確に検出し、その検出した電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０に一致するまで電池１３に蓄積された電力を放電するので、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０に一致するときの放電電流を大きく設定できる。つまり、配線抵抗１１，１２による電圧降下を補償した場合、電圧検出手段３が検出する電圧は、電圧降下を補償しない場合に検出する電圧Ｅ−２Ｉｒよりも高い電池電圧Ｅであるため、放電終了時の電流を大きく設定できる。
【００４６】
これにより、従来、配線抵抗１１，１２による電圧降下分も含めて放電することができなかった不感帯を除去することができる。
【００４７】
上述した放電回路１０，２０は、電圧検出手段３と放電手段７とを１つの回路内に設けたことも特徴とする。つまり、この発明による放電回路は、１つの回路内に設けられた電圧検出手段３と放電手段７とを備えるものであればよい。
【００４８】
このように、電圧検出手段３と放電手段７とを１つの回路内に設けることにより、電池１３に蓄積された電力を迅速に放電させることができるとともに、電池１３、電圧検出手段３および放電手段７の相互の配線を短くして放電回路をコンパクトにできる。
【００４９】
次に、この発明による放電回路１０，２０をハイブリッド自動車または電気自動車のモータ駆動装置に応用した例について説明する。
【００５０】
図４を参照して、この発明による放電回路１０，２０を備えたモータ駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサー２１，２３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ２２と、インバータ２４と、電流センサー２８と、制御装置３０とを備える。
【００５１】
交流モータＭ１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トルクを発生するための駆動モータである。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。
【００５２】
昇圧コンバータ２２は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２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Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ配置されている。
【００５３】
インバータ２４は、Ｕ相アーム２５と、Ｖ相アーム２６と、Ｗ相アーム２７とから成る。Ｕ相アーム２５、Ｖ相アーム２６、およびＷ相アーム２７は、電源ラインとアースとの間に並列に設けられる。
【００５４】
Ｕ相アーム２５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム２６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム２７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８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Ｄ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００５５】
各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，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、Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００５６】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。直流電源Ｂの詳細については後述する。電圧センサー２１は、直流電源Ｂから出力される電圧Ｖｂを検出し、その検出した電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオンされる。コンデンサＣ１は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ２２へ供給する。
【００５７】
昇圧コンバータ２２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ２２は、制御装置３０から信号ＰＷＵを受けると、信号ＰＷＵによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。この場合、ＮＰＮトランジスタＱ１は、信号ＰＷＵによってオフされている。また、昇圧コンバータ２２は、制御装置３０から信号ＰＷＤを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ２４から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。
【００５８】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ２２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２４へ供給する。電圧センサー２３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、インバータ２４への入力電圧ＩＶＶを検出し、その検出した入力電圧ＩＶＶを制御装置３０へ出力する。
【００５９】
インバータ２４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＣに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ２２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバー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や、フットブレーキを操作しないものの、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（または加速の中止）させることを含む。
【００６０】
電流センサー２８は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。
【００６１】
制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）から入力されたトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサー２１からの電圧Ｖｂ、電圧センサー２３からの入力電圧ＩＶＶ、および電流センサー２８からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ２２を駆動するための信号ＰＷＵとインバータ２４を駆動するための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ２２およびインバータ２４へ出力する。
【００６２】
信号ＰＷＵは、昇圧コンバータ２２がコンデンサＣ１からの直流電圧を入力電圧ＩＶＶに変換する場合に昇圧コンバータ２２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０は、昇圧コンバータ２２が直流電圧を入力電圧ＩＶＶに変換する場合に、入力電圧ＩＶＶをフィードバック制御し、入力電圧ＩＶＶが指令された電圧指令になるように昇圧コンバータ２２を駆動するための信号ＰＷＵを生成する。信号ＰＷＵの生成方法については後述する。
【００６３】
また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ２４へ出力する。この場合、インバータ２４のＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ６，Ｑ８は信号ＰＷＭＣによってスイッチング制御される。すなわち、交流モータＭ１のＵ相で発電されるときＮＰＮトランジスタＱ６，Ｑ８がオンされ、Ｖ相で発電されるときＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ８がオンされ、Ｗ相で発電されるときＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ６がオンされる。これにより、インバータ２４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ２２へ供給する。
【００６４】
さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のＥＣＵから受けると、インバータ２４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＤを昇圧コンバータ２２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。
【００６５】
さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオンするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。
【００６６】
図５を参照して、直流電源Ｂは、電池Ｂ１〜Ｂｎ（ｎは自然数）と、放電回路Ｄ１〜Ｄｎとを含む。放電回路Ｄ１〜Ｄｎは、電池Ｂ１〜Ｂｎに対応して設けられる。放電回路Ｄ１〜Ｄｎの各々は放電回路１０または放電回路２０から成る。放電回路Ｄ１〜Ｄｎの各々は、それぞれ、電池Ｂ１〜Ｂｎの電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０になるまで電池Ｂ１〜Ｂｎに蓄積された電力を放電する。したがって、電池Ｂ１〜Ｂｎの各々は、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０に一致するときの直流電流を出力する。
【００６７】
なお、電池Ｂ１〜Ｂｎのうちいずれかの電池が基準電圧Ｅ０よりも低い電池電圧を出力する場合、その低い電池電圧を出力する電池の電池電圧が基準電圧Ｅ０よりも高くなるように電池Ｂ１〜Ｂｎの全体を充電する。そうすると、放電回路Ｄ１〜Ｄｎは、電池Ｂ１〜Ｂｎの電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０に一致するように対応する電池Ｂ１〜Ｂｎに蓄積された電力を放電するので、電池Ｂ１〜Ｂｎの各々は、電池電圧Ｅが基準電圧Ｅ０に一致するときの直流電流を出力する。
【００６８】
このように、直流電源Ｂは、電池Ｂ１〜Ｂｎ間で均等化された直流電流を出力する。
【００６９】
図６は、制御装置３０の機能ブロック図である。図６を参照して、制御装置３０は、モータトルク制御手段３０１と、電圧変換制御手段３０２とを含む。モータトルク制御手段３０１は、トルク指令値ＴＲ、直流電源Ｂの出力電圧Ｖｂ、モータ電流ＭＣＲＴ、モータ回転数ＭＲＮおよびインバータ２４の入力電圧ＩＶＶに基づいて、交流モータＭ１の駆動時、後述する方法により昇圧コンバータ２２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＵと、インバータ２４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ２２およびインバータ２４へ出力する。
【００７０】
電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部のＥＣＵから受けると、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ２４へ出力する。
【００７１】
また、電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、信号ＲＧＥを外部のＥＣＵから受けると、インバータ２４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＤを生成して昇圧コンバータ２２へ出力する。このように、昇圧コンバータ２２は、直流電圧を降圧するための信号ＰＷＤにより電圧を降下させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。
【００７２】
図７は、モータトルク制御手段３０１の機能ブロック図である。図７を参照して、モータトルク制御手段３０１は、モータ制御用相電圧演算部４０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２と、インバータ入力電圧指令演算部５０と、フィードバック電圧指令演算部５２と、デューティー比変換部５４とを含む。
【００７３】
モータ制御用相電圧演算部４０は、インバータ２４への入力電圧ＩＶＶを電圧センサー２３から受け、交流モータＭ１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴを電流センサー２８から受け、トルク指令値ＴＲを外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、これらの入力される信号に基づいて、交流モータＭ１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータ２４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ２４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。
【００７４】
これにより、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出すように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。
【００７５】
一方、インバータ入力電圧指令演算部５０は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち、電圧指令を演算し、その演算した電圧指令をフィードバック電圧指令演算部５２へ出力する。
【００７６】
フィードバック電圧指令演算部５２は、電圧センサー２３からのインバータ２４の入力電圧ＩＶＶと、インバータ入力電圧指令演算部５０からの電圧指令とに基づいて、後述する方法によってフィードバック電圧指令を演算し、その演算したフィードバック電圧指令をデューティー比変換部５４へ出力する。
【００７７】
デューティー比変換部５４は、電圧センサー２１からのバッテリ電圧Ｖｂと、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令とに基づいて、電圧センサー２３からの入力電圧ＩＶＶを、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令に設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比に基づいて昇圧コンバータ２２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＵを生成する。そして、デューティー比変換部５４は、生成した信号ＰＷＵを昇圧コンバータ２２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。
【００７８】
なお、昇圧コンバータ２２の下側のＮＰＮトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＮＰＮトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。
【００７９】
再び、図４を参照して、モータ駆動装置１００における全体動作について説明する。全体の動作が開始されると、制御装置３０は、信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２がオンされる。そして、直流電源Ｂは、直流電圧をシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２を介して昇圧コンバータ２２へ出力する。
【００８０】
電圧センサー２１は、直流電源Ｂからの出力電圧Ｖｂを検出し、その検出した電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。また、電圧センサー２３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、インバータ２４への入力電圧ＩＶＶを検出し、その検出した入力電圧ＩＶＶを制御装置３０へ出力する。さらに、電流センサー２８は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出して制御装置３０へ出力する。そして、制御装置３０は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮを受ける。
【００８１】
そうすると、制御装置３０は、電圧Ｖｂ、入力電圧ＩＶＶ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ２４へ出力する。また、制御装置３０は、インバータ２４が交流モータＭ１を駆動するとき、電圧Ｖｂ、入力電圧ＩＶＶ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲ、およびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により昇圧コンバータ２２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＵを生成し、その生成した信号ＰＷＵを昇圧コンバータ２２へ出力する。
【００８２】
そうすると、昇圧コンバータ２２は、信号ＰＷＵに応じて、直流電源Ｂからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧をコンデンサＣ２に供給する。コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ２２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２４に供給する。そして、インバータ２４は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩによって交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これによって、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生する。
【００８３】
また、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、制御装置３０は、外部ＥＣＵから信号ＲＧＥを受け、その受けた信号ＲＧＥに応じて信号ＰＷＭＣ，ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＣをインバータ２４へ出力し、信号ＰＷＤを昇圧コンバータ２２へ出力する。
【００８４】
そうすると、インバータ２４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣに応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を昇圧コンバータ２２に供給する。昇圧コンバータ２２は、インバータ２４からの直流電圧を信号ＰＷＤによって降圧し、その降圧した直流電圧を直流電源Ｂに供給する。これにより、交流モータＭ１によって発電された電力が直流電源Ｂに充電される。
【００８５】
上記においては、この発明による放電回路１０，２０をハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるモータ駆動装置に応用した例について説明したが、放電回路１０，２０は、モータ駆動装置に限らず、その他の装置にも応用できる。一般的には、放電回路１０，２０は、複数の電池において、各電池から出力される直流電流を均等化する場合に用いられるものである。
【００８６】
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】
【図１】  この発明の実施の形態による放電回路の回路図である。
【図２】  図１に示す放電回路における放電動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】  この発明の実施の形態による放電回路の他の回路図である。
【図４】  この発明による放電回路を備えたモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図５】  図４に示す直流電源の回路ブロック図である。
【図６】  図４に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図７】  図６に示すモータトルク制御手段の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図８】  従来の直流電源の回路ブロック図である。
【符号の説明】
１，２  抵抗、３  電圧検出手段、４  ツェナーダイオード、５  比較器、６スイッチ、７  放電手段、８  カレントトランス、９  放電抵抗、１０，２０，Ｄ１〜Ｄｎ  放電回路、１１，１２  配線抵抗、１６  定電圧源、１７  電圧補償手段、１８  反転器、２１，２３  電圧センサー、２２  昇圧コンバータ、２４  インバータ、２５  Ｕ相アーム、２６  Ｖ相アーム、２７  Ｗ相アーム、２８  電流センサー、３０  制御装置、４０  モータ制御用相電圧演算部、４２インバータ用ＰＷＭ信号変換部、５０  インバータ入力電圧指令演算部、５２フィードバック電圧指令演算部、５４  デューティー比変換部、１００  モータ駆動装置、３０１  モータトルク制御手段、３０２  電圧変換制御手段、Ｂ，３００  直流電源、Ｂ１〜Ｂｎ，１３  電池、ＳＲ１，ＳＲ２  システムリレー、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、Ｌ１  リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８，１４，１５  ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｍ１  交流モータ。
【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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