KR101011074B1 - 차량의 전원 장치 및 차량 - Google Patents

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Abstract

차량의 전원 장치는, 주 축전 장치인 배터리(BA)와, 모터 제너레이터(MG2)를 구동하는 인버터(22)에 급전을 행하는 급전 라인(PL2)과, 배터리(BA)와 급전 라인(PL2)의 사이에 설치되고, 전압 변환을 행하는 승압 컨버터(12A)와, 서로 병렬적으로 설치된 복수의 부 축전 장치인 배터리(BB1, BB2)와, 복수의 부 축전 장치와 급전 라인(PL2)의 사이에 설치되고, 전압 변환을 행하는 승압 컨버터(12B)를 구비한다. 승압 컨버터(12B)는 복수의 부 축전 장치 중 어느 하나에 선택적으로 접속되어 전압 변환을 행한다.
Figure R1020097015491
전원 장치, 배터리, 모터 제너레이터, 인버터, 승압 컨버터

Description

차량의 전원 장치 및 차량 {POWER SOURCE DEVICE FOR VEHICLE AND VEHICLE}
본 발명은 차량의 전원 장치 및 차량에 관한 것으로, 특히 주 축전 장치와 복수의 부 축전 장치를 탑재하는 차량의 전원 장치 및 차량에 관한 것이다.
최근, 환경에 친화적인 차량으로서, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 연료 전지 자동차 등이 개발되어 실용화되고 있다. 이들 차량에는, 모터와 그것을 구동하기 위한 전원 장치가 탑재되어 있다.
일본공개특허 제2003-209969호 공보에는, 차량의 전동 견인 모터의 전원 제어 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템은, 전동 견인 모터에 조정 완료된 전력을 제공하는 적어도 1개의 인버터와, 각각이 전지와 승강압 DC/DC 컨버터를 갖고 또한 병렬로 배선되고, 적어도 1개의 인버터에 직류 전력을 제공하는 복수의 전원 스테이지와, 복수의 전원 스테이지의 전지를 균등하게 충방전시켜 복수의 전원 스테이지가 적어도 1개의 인버터로의 출력 전압을 유지하도록 복수의 전원 스테이지를 제어하는 컨트롤러를 구비한다.
전기 자동차로는, 1회의 충전으로 주행 가능한 거리가 긴 것이 요망된다. 내연 기관과 축전지 및 모터를 탑재하는 하이브리드 자동차라도, 외부로부터 축전지에 충전 가능하게 하는 구성을 채용하는 경우에는, 마찬가지로 내연 기관을 사용 하지 않고 주행 가능한 거리가 1회의 충전당 긴 것이 요망된다.
1회의 충전으로 주행 가능한 거리를 길게 하기 위해서는, 차량에 탑재하는 전지의 에너지량을 증가시킬 필요가 있다. 이 에너지량을 증가시키는 방법으로서, 1) 전지 셀당의 에너지 용량을 증가시키고, 2) 탑재 전지 셀 수를 증가시킨다는 방법이 있다.
그러나 상기 1)의 방법은, 전지 셀의 케이스의 강도 등에 비추어 상한이 있으므로 원하는 용량을 확보하는 것이 곤란하다. 한편, 상기 2)의 방법에서는, 직렬 또는 병렬로 셀 수를 증가시키는 것이 고려된다.
직렬로 전지 셀 수를 증가시키는 것은 전압이 높아진다. 그러나 전기 부하인 인버터나 모터의 내압이 있으므로, 직렬 연결로 전지 셀 수를 증가시키는 것은 이 내압에 의한 상한에서 한계가 있다. 한편, 전지 셀을 병렬 연결로 하면, 필요한 용량은 확보할 수 있지만, 전력 조정 장치 없이 병렬 접속하면 일부의 전지만이 열화되어, 갖고 있는 전지의 성능을 완전히 사용할 수 없다.
또한, 전지마다 전력 조정 장치를 설치한 일본공개특허 제2003-209969호 공보에 기재되는 전원 제어 시스템에서는, 구성이 복잡하고 장치의 비용도 증대된다. 또한, 전원을 절환하여 사용하는 경우에는 각 전원에 전류 용량이 큰 릴레이를 설치할 필요가 있어, 구성이 복잡해지고 절환시에 고안이 필요해진다.
본 발명의 목적은, 장치의 요소의 개수를 억제하면서, 축전 가능한 에너지량을 증가시킨 차량의 전원 장치 및 차량을 제공하는 것이다.
본 발명은, 요약하면 차량의 전원 장치이며, 주 축전 장치와, 모터를 구동하는 인버터에 급전을 행하는 급전 라인과, 주 축전 장치와 급전 라인의 사이에 설치되고, 전압 변환을 행하는 제1 전압 변환기와, 서로 병렬적으로 설치된 복수의 부 축전 장치와, 복수의 부 축전 장치와 급전 라인의 사이에 설치되고, 전압 변환을 행하는 제2 전압 변환기를 구비한다.
바람직하게는, 제2 전압 변환기는 복수의 부 축전 장치 중 어느 하나에 선택적으로 접속되어 전압 변환을 행한다.
바람직하게는, 차량의 전원 장치는 주 축전 장치와 제1 전압 변환기의 사이에 설치되고, 전기적인 접속의 개폐를 행하는 제1 접속부와, 복수의 부 축전 장치와 제2 전압 변환기의 사이에 설치되고, 전기적인 접속의 개폐를 행하는 제2 접속부를 더 구비한다. 제2 접속부는, 복수의 부 축전 장치 중 어느 하나를 선택적으로 제2 전압 변환기에 접속하는 접속 상태와, 복수의 부 축전 장치 중 어느 쪽에도 제2 전압 변환기를 접속하지 않는 비접속 상태로 제어된다.
보다 바람직하게는, 제1 접속부는 주 축전 장치와 제1 전압 변환기의 사이에 접속되는 제1 릴레이와, 직렬 접속된 제2 릴레이 및 제한 저항을 포함한다. 직렬 접속된 제2 릴레이 및 제한 저항은, 제1 릴레이와 병렬로 접속된다. 제2 접속부는 복수의 부 축전 장치 중 제1 부 축전 장치와 제2 전압 변환기의 사이에 접속되는 제3 릴레이와, 복수의 부 축전 장치 중 제2 부 축전 장치와 제2 전압 변환기의 사이에 접속되는 제4 릴레이를 포함한다.
더욱 바람직하게는, 제1 내지 제4 릴레이는 대응하는 축전 장치의 동일한 극성의 한쪽 전극측에 설치된다. 주 축전 장치 및 복수의 부 축전 장치의 각 다른 쪽 전극은 공통 노드에 접속되고, 각 다른 쪽 전극은 한쪽 전극과 반대의 극성을 갖는다. 차량의 전원 장치는, 공통 노드와 제1, 제2 전압 변환기의 사이에 설치되는 제5 릴레이를 더 구비한다.
더욱 바람직하게는, 차량의 전원 장치는 제1, 제2 전압 변환기의 제어를 행하고, 제1 내지 제4 릴레이의 개폐 제어를 행하는 제어부를 더 구비한다. 제어부는, 제1, 제2 릴레이 중 적어도 한쪽을 도통시키고, 또한 제1 전압 변환기에 의해 급전 라인의 전압을 제1 부 축전 장치의 전압으로 변환한 후에, 제3 릴레이를 도통시킨다.
더욱 바람직하게는, 차량의 전원 장치는 제1, 제2 전압 변환기의 제어를 행하고, 제1 내지 제4 릴레이의 개폐 제어를 행하는 제어부를 더 구비한다. 제어부는 제3 릴레이를 도통 상태로부터 비도통 상태로 변화시키는 경우에, 제1 부 축전 장치와 급전 라인의 사이의 전력 수수가 0이 되도록 제1, 제2 전압 변환기를 제어한다.
더욱 바람직하게는, 제어부는 제1, 제2 전압 변환기 및 인버터 중 어느 하나를 작동시켜 급전 라인의 전압을 제1 부 축전 장치의 전압보다도 높게 한 후, 제2 전압 변환기의 동작을 정지시켜, 제1 부 축전 장치와 급전 라인의 사이의 전력 수수를 0으로 한다.
더욱 바람직하게는, 차량의 전원 장치는 제1, 제2 전압 변환기의 제어를 행하고, 제1 내지 제4 릴레이의 개폐 제어를 행하는 제어부를 더 구비한다. 제어부는 제3 릴레이를 비도통 상태로 한 후에, 제1 전압 변환기를 작동시켜 급전 라인의 전압을 제2 부 축전 장치의 전압으로 조정한 후, 제4 릴레이를 도통시킨다.
바람직하게는, 복수의 부 축전 장치 중 제1 부 축전 장치와 주 축전 장치는 급전 라인에 접속되는 전기 부하에 허용된 최대 파워를 출력 가능하다.
바람직하게는, 차량의 전원 장치는 제1, 제2 전압 변환기의 제어를 행하고, 제1 내지 제4 릴레이의 개폐 제어를 행하는 단일의 제어부를 더 구비한다. 제어부는 상기 인버터의 제어를 더 행한다.
본 발명은, 다른 국면에서는 상기 어느 하나의 차량의 전원 장치를 탑재하는 차량이다.
본 발명에 따르면, 차량에 탑재하는 장치의 요소의 수를 억제하면서, 축전 가능한 에너지량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 차량(1)의 주된 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 인버터(14 및 22)의 상세한 구성을 도시하는 회로도이다.
도 3은 도 1의 승압 컨버터(12A 및 12B)의 상세한 구성을 도시하는 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시한 차량(1)의 변형예인 차량(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 제어 장치(30)가 전원 시스템 기동시에 행하는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 도 5의 흐름도를 기초로 하여 동작이 행해진 경우의 일례를 나타내는 동작 파형도이다.
도 7은 도 5의 흐름도를 기초로 하여 동작이 행해진 경우의 다른 일례를 나타내는 동작 파형도이다.
도 8은 제어 장치(30)가 부 축전 장치인 배터리(BB1)의 분리를 행하는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 제어 장치(30)가 부 축전 장치를 절환하는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 도 9의 흐름도를 기초로 하여 동작이 행해진 경우의 일례를 나타내는 동작 파형도이다.
도 11은 도 9의 흐름도를 기초로 하여 동작이 행해진 경우의 다른 일례를 나타내는 동작 파형도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 차량(1)의 주된 구성을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하여, 차량(1)은 축전 장치인 배터리(BA, BB1, BB2)와, 접속 부(39A, 39B)와, 승압 컨버터(12A, 12B)와, 평활용 콘덴서(C1, C2, CH)와, 전압 센서(10A, 10B1, 10B2, 13, 21A, 21B)와, 인버터(14, 22)와, 엔진(4)과, 모터 제너레이터(MG1, MG2)와, 동력 분할 기구(3)와, 차륜(2)과, 제어 장치(30)를 포함한다.
본 실시 형태에 나타내어지는 차량의 전원 장치는, 주 축전 장치인 배터리(BA)와, 모터 제너레이터(MG2)를 구동하는 인버터(22)에 급전을 행하는 급전 라인(PL2)과, 주 축전 장치(BA)와 급전 라인(PL2)의 사이에 설치되고, 전압 변환을 행하는 전압 변환기인 승압 컨버터(12A)와, 서로 병렬적으로 설치된 복수의 부 축전 장치인 배터리(BB1, BB2)와, 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2)와 급전 라인(PL2)의 사이에 설치되고, 전압 변환을 행하는 전압 변환기인 승압 컨버터(12B)를 구비한다.
전압 변환기(12B)는 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2) 중 어느 하나에 선택적으로 접속되어 전압 변환을 행한다.
부 축전 장치(BB1 또는 BB2 중 한쪽)와 주 축전 장치(BA)는, 예를 들어 동시 사용함으로써 급전 라인에 접속되는 전기 부하(22 및 MG2)에 허용된 최대 파워를 출력 가능하도록 축전 가능 용량이 설정된다. 이에 의해 엔진을 사용하지 않는 EV(Electric Vehicle) 주행에 있어서 최대 파워의 주행이 가능하다. 부 축전 장치의 축전 상태가 악화되면, 부 축전 장치를 교환하여 다시 주행시키면 된다. 그리고 부 축전 장치의 전력이 소비되어 버리면, 주 축전 장치에 부가하여 엔진을 사용함으로써, 부 축전 장치를 사용하지 않아도 최대 파워의 주행을 가능하게 할 수 있다.
또한, 이와 같은 구성으로 함으로써, 승압 컨버터(12B)를 복수의 부 축전 장치에서 겸용하므로, 승압 컨버터의 수를 축전 장치의 수만큼 증가시키지 않아도 된다. EV 주행 거리를 더욱 늘리기 위해서는, 배터리(BB1, BB2)에 병렬로 배터리를 더 추가하면 된다.
바람직하게는, 이 차량에 탑재되는 축전 장치는 외부로부터 충전이 가능하다. 이로 인해, 차량(1)은 또한, 예를 들어 AC 100V의 상용 전원(8)에 접속하기 위한 배터리 충전 장치(6)를 포함한다. 배터리 충전 장치(6)는 교류를 직류로 변환하는 동시에 전압을 조정하여 배터리에 부여한다. 또한, 외부 충전 가능하게 하기 위해, 그 밖에도 모터 제너레이터(MG1, MG2)의 스테이터 코일의 중성점(中性点)을 교류 전원에 접속하는 방식이나 승압 컨버터(12A, 12B)를 맞추어 교류 직류 변환 장치로서 기능시키는 방식을 사용해도 좋다.
평활용 콘덴서(C1)는 전원 라인(PL1A)과 접지 라인(SL2) 사이에 접속된다. 전압 센서(21A)는 평활용 콘덴서(C1)의 양단부 사이의 전압 VLA를 검출하여 제어 장치(30)에 대해 출력한다. 승압 컨버터(12A)는 평활용 콘덴서(C1)의 단자간 전압을 승압한다.
평활용 콘덴서(C2)는 전원 라인(PL1B)과 접지 라인(SL2) 사이에 접속된다. 전압 센서(21B)는 평활용 콘덴서(C2)의 양단부 사이의 전압 VLB를 검출하여 제어 장치(30)에 대해 출력한다. 승압 컨버터(12B)는 평활용 콘덴서(C2)의 단자간 전압을 승압한다.
평활용 콘덴서(CH)는 승압 컨버터(12A, 12B)에 의해 승압된 전압을 평활화한 다. 전압 센서(13)는 평활용 콘덴서(CH)의 단자간 전압 VH를 검지하여 제어 장치(30)에 출력한다.
인버터(14)는 승압 컨버터(12B 또는 12A)로부터 부여되는 직류 전압을 삼상 교류 전압으로 변환하여 모터 제너레이터(MG1)에 출력한다. 인버터(22)는 승압 컨버터(12B 또는 12A)로부터 부여되는 직류 전압을 삼상 교류 전압으로 변환하여 모터 제너레이터(MG2)에 출력한다.
동력 분할 기구(3)는 엔진(4)과 모터 제너레이터(MG1, MG2)에 결합되어 이들 사이에서 동력을 분배하는 기구이다. 예를 들어, 동력 분할 기구로서는 선 기어, 유성 캐리어, 링 기어의 3개의 회전축을 갖는 유성 기어 기구를 사용할 수 있다. 유성 기어 기구는, 3개의 회전축 중 2개의 회전축의 회전이 정해지면, 다른 1개의 회전축의 회전은 강제적으로 정해진다. 이 3개의 회전축이 엔진(4), 모터 제너레이터(MG1, MG2)의 각 회전축에 각각 접속된다. 또한, 모터 제너레이터(MG2)의 회전축은, 도시하지 않은 감속 기어나 차동 기어에 의해 차륜(2)에 결합되어 있다. 또한, 동력 분할 기구(3)의 내부에 모터 제너레이터(MG2)의 회전축에 대한 감속기를 또한 내장해도 좋다.
접속부(39A)는 배터리(BA)의 정극(正極)과 전원 라인(PL1A)과의 사이에 접속되는 시스템 메인 릴레이(SMR2)와, 시스템 메인 릴레이(SMR2)와 병렬 접속되는 직렬로 접속된 시스템 메인 릴레이(SMR1) 및 제한 저항(R)과, 배터리(BA)의 부극[접지 라인(SL1)]과 노드(N2)와의 사이에 접속되는 시스템 메인 릴레이(SMR3)를 포함한다.
시스템 메인 릴레이(SMR1 내지 SMR3)는, 제어 장치(30)로부터 부여되는 제어 신호(CONT1 내지 CONT3)에 각각 따라서 도통/비도통 상태가 제어된다.
전압 센서(10A)는 배터리(BA)의 단자간의 전압 VBA를 측정한다. 도시하지 않았지만, 전압 센서(10A)와 함께 배터리(BA)의 충전 상태를 감시하기 위해, 배터리(BA)에 흐르는 전류를 검지하는 전류 센서가 설치되어 있다. 배터리(BA)로서는, 예를 들어 납축전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 등의 2차 전지나, 전기 이중층 콘덴서 등의 대용량 캐패시터 등을 사용할 수 있다.
접속부(39B)는 전원 라인(PL1B) 및 접지 라인(SL2)과 배터리(BB1, BB2)와의 사이에 설치되어 있다. 접속부(39B)는 배터리(BB1)의 정극과 전원 라인(PL1B)과의 사이에 접속되는 릴레이(SR1)와, 배터리(BB1)의 부극(負極)과 접지 라인(SL2)과의 사이에 접속되는 릴레이(SR1G)와, 배터리(BB2)의 정극과 전원 라인(PL1B)과의 사이에 접속되는 릴레이(SR2)와, 배터리(BB2)의 부극과 접지 라인(SL2)과의 사이에 접속되는 릴레이(SR2G)를 포함한다. 릴레이(SR1, SR2)는 제어 장치(30)로부터 부여되는 제어 신호(CONT4, CONT5)에 각각 따라서 도통/비도통 상태가 제어된다. 릴레이(SR1G, SR2G)는 제어 장치(30)로부터 부여되는 제어 신호(CONT6, CONT7)에 각각 따라서 도통/비도통 상태가 제어된다. 접지 라인(SL2)은, 이후에 설명하는 바와 같이 승압 컨버터(12A, 12B) 내를 통과하여 인버터(14 및 22)측으로 연장되어 있다.
전압 센서(10B1)는 배터리(BB1)의 단자간의 전압 VBB1을 측정한다. 전압 센서(10B2)는 배터리(BB2)의 단자간의 전압 VBB2를 측정한다. 도시하지 않았지만, 전압 센서(10B1, 10B2)와 함께 배터리(BB1, BB2)의 충전 상태를 감시하기 위해, 각 배터리에 흐르는 전류를 검지하는 전류 센서가 설치되어 있다. 배터리(BB1, BB2)로서는, 예를 들어 납축전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 등의 2차 전지나, 전기 이중층 콘덴서 등의 대용량 캐패시터 등을 사용할 수 있다.
인버터(14)는 급전 라인(PL2)과 접지 라인(SL2)에 접속되어 있다. 인버터(14)는 승압 컨버터(12A 및 12B)로부터 승압된 전압을 받아, 예를 들어 엔진(4)을 시동시키기 위해 모터 제너레이터(MG1)를 구동한다. 또한, 인버터(14)는 엔진(4)으로부터 전달되는 동력에 의해 모터 제너레이터(MG1)에서 발전된 전력을 승압 컨버터(12A 및 12B)에 복귀시킨다. 이때 승압 컨버터(12A 및 12B)는 강압 회로로서 동작하도록 제어 장치(30)에 의해 제어된다.
전류 센서(24)는 모터 제너레이터(MG1)에 흐르는 전류를 모터 전류값(MCRT1)으로서 검출하고, 모터 전류값(MCRT1)을 제어 장치(30)로 출력한다.
인버터(22)는 인버터(14)와 병렬적으로, 급전 라인(PL2)과 접지 라인(SL2)에 접속되어 있다. 인버터(22)는 차륜(2)을 구동하는 모터 제너레이터(MG2)에 대해 승압 컨버터(12A 및 12B)가 출력하는 직류 전압을 삼상 교류 전압으로 변환하여 출력한다. 또한, 인버터(22)는 회생 제동에 따라서, 모터 제너레이터(MG2)에 있어서 발전된 전력을 승압 컨버터(12A 및 12B)에 복귀시킨다. 이때 승압 컨버터(12A 및 12B)는 강압 회로로서 동작하도록 제어 장치(30)에 의해 제어된다.
전류 센서(25)는 모터 제너레이터(MG2)에 흐르는 전류를 모터 전류값(MCRT2)으로서 검출하고, 모터 전류값(MCRT2)을 제어 장치(30)로 출력한다.
제어 장치(30)는 모터 제너레이터(MG1, MG2)의 각 토크 지령값 및 회전 속도, 전압 VBA, VBB1, VBB2, VLA, VLB, VH의 각 값, 모터 전류값(MCRT1, MCRT2) 및 기동 신호(IGON)를 받는다. 그리고 제어 장치(30)는, 승압 컨버터(12B)에 대해 승압 지시를 행하는 제어 신호(PWUB), 강압 지시를 행하는 제어 신호(PWDB) 및 동작 금지를 지시하는 셧다운(shutdown) 신호를 출력한다.
또한, 제어 장치(30)는 인버터(14)에 대해 승압 컨버터(12A, 12B)의 출력인 직류 전압을, 모터 제너레이터(MG1)를 구동하기 위한 교류 전압으로 변환하는 구동 지시를 행하는 제어 신호(PWMI1)와, 모터 제너레이터(MG1)에서 발전된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 승압 컨버터(12A, 12B)측으로 복귀시키는 회생 지시를 행하는 제어 신호(PWMC1)를 출력한다.
마찬가지로 제어 장치(30)는, 인버터(22)에 대해 모터 제너레이터(MG2)를 구동하기 위한 교류 전압으로 직류 전압을 변환하는 구동 지시를 행하는 제어 신호(PWMI2)와, 모터 제너레이터(MG2)에서 발전된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 승압 컨버터(12A, 12B)측으로 복귀시키는 회생 지시를 행하는 제어 신호(PWMC2)를 출력한다.
도 2는, 도 1의 인버터(14 및 22)의 상세한 구성을 도시하는 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 인버터(14)는 U상 아암(15)과, V상 아암(16)과, W상 아암(17)을 포함한다. U상 아암(15), V상 아암(16) 및 W상 아암(17)은, 급전 라인(PL2)과 접지 라인(SL2)과의 사이에 병렬로 접속된다.
U상 아암(15)은, 급전 라인(PL2)과 접지 라인(SL2)과의 사이에 직렬 접속된 IGBT 소자(Q3, Q4)와, IGBT 소자(Q3, Q4)와 각각 병렬로 접속되는 다이오드(D3, D4)를 포함한다. 다이오드(D3)의 캐소드는 IGBT 소자(Q3)의 컬렉터와 접속되고, 다이오드(D3)의 애노드는 IGBT 소자(Q3)의 에미터와 접속된다. 다이오드(D4)의 캐소드는 IGBT 소자(Q4)의 컬렉터와 접속되고, 다이오드(D4)의 애노드는 IGBT 소자(Q4)의 에미터와 접속된다.
V상 아암(16)은, 급전 라인(PL2)과 접지 라인(SL2)과의 사이에 직렬 접속된 IGBT 소자(Q5, Q6)와, IGBT 소자(Q5, Q6)와 각각 병렬로 접속되는 다이오드(D5, D6)를 포함한다. 다이오드(D5)의 캐소드는 IGBT 소자(Q5)의 컬렉터와 접속되고, 다이오드(D5)의 애노드는 IGBT 소자(Q5)의 에미터와 접속된다. 다이오드(D6)의 캐소드는 IGBT 소자(Q6)의 컬렉터와 접속되고, 다이오드(D6)의 애노드는 IGBT 소자(Q6)의 에미터와 접속된다.
W상 아암(17)은, 급전 라인(PL2)과 접지 라인(SL2)과의 사이에 직렬 접속된 IGBT 소자(Q7, Q8)와, IGBT 소자(Q7, Q8)와 각각 병렬로 접속되는 다이오드(D7, D8)를 포함한다. 다이오드(D7)의 캐소드는 IGBT 소자(Q7)의 컬렉터와 접속되고, 다이오드(D7)의 애노드는 IGBT 소자(Q7)의 에미터와 접속된다. 다이오드(D8)의 캐소드는 IGBT 소자(Q8)의 컬렉터와 접속되고, 다이오드(D8)의 애노드는 IGBT 소자(Q8)의 에미터와 접속된다.
각 상(相) 아암의 중간점은, 모터 제너레이터(MG1)의 각 상 코일의 각 상 단부에 접속되어 있다. 즉, 모터 제너레이터(MG1)는 삼상의 영구 자석 동기 모터이고, U, V, W상의 3개의 코일은 각각 한쪽 단부가 중점에 함께 접속되어 있다. 그 리고 U상 코일의 다른 쪽 단부가 IGBT 소자(Q3, Q4)의 접속 노드로부터 인출된 라인(UL)에 접속된다. 또한, V상 코일의 다른 쪽 단부가 IGBT 소자(Q5, Q6)의 접속 노드로부터 인출된 라인(VL)에 접속된다. 또한, W상 코일의 다른 쪽 단부가 IGBT 소자(Q7, Q8)의 접속 노드로부터 인출된 라인(WL)에 접속된다.
또한, 도 1의 인버터(22)에 대해서도, 모터 제너레이터(MG2)에 접속되는 점이 상이하지만, 내부의 회로 구성에 대해서는 인버터(14)와 동일하므로 상세한 설명은 반복하지 않는다. 또한, 도 2에는 인버터에 제어 신호(PWMI, PWMC)가 부여되는 것이 기재되어 있지만, 기재가 복잡해지는 것을 피하기 위함이며, 도 1에 도시되는 바와 같이 각각의 제어 신호(PWMI1, PWMC1)와 제어 신호(PWMI2, PWMC2)가 각각 인버터(14, 22)에 입력된다.
도 3은 도 1의 승압 컨버터(12A 및 12B)의 상세한 구성을 도시하는 회로도이다.
도 1 및 도 3을 참조하여, 승압 컨버터(12A)는 한쪽 단부가 전원 라인(PL1A)에 접속되는 리액터(L1)와, 급전 라인(PL2)과 접지 라인(SL2)과의 사이에 직렬로 접속되는 IGBT 소자(Q1, Q2)와, IGBT 소자(Q1, Q2)에 각각 병렬로 접속되는 다이오드(D1, D2)를 포함한다.
리액터(L1)의 다른 쪽 단부는 IGBT 소자(Q1)의 에미터 및 IGBT 소자(Q2)의 컬렉터에 접속된다. 다이오드(D1)의 캐소드는 IGBT 소자(Q1)의 컬렉터와 접속되고, 다이오드(D1)의 애노드는 IGBT 소자(Q1)의 에미터와 접속된다. 다이오드(D2)의 캐소드는 IGBT 소자(Q2)의 컬렉터와 접속되고, 다이오드(D2)의 애노드는 IGBT 소자(Q2)의 에미터와 접속된다.
또한, 도 1의 승압 컨버터(12B)에 대해서도, 전원 라인(PL1A) 대신에 전원 라인(PL1B)에 접속되는 점이 승압 컨버터(12A)와 상이하지만, 내부의 회로 구성에 대해서는 승압 컨버터(12A)와 동일하므로 상세한 설명은 반복하지 않는다. 또한, 도 3에는 승압 컨버터에 제어 신호(PWU, PWD)가 부여되는 것이 기재되어 있지만, 기재가 복잡해지는 것을 피하기 위함이며, 도 1에 도시되는 바와 같이 각각의 제어 신호(PWUA, PWDA)와 제어 신호(PWUB, PWDB)가 각각 승압 컨버터(12A, 12B)에 입력된다.
도 4는, 도 1에 도시한 차량(1)의 변형예인 차량(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하여, 차량(100)은 축전 장치인 배터리(BA, BB1, BB2)와, 접속부(40A, 40B)와, 시스템 메인 릴레이(SMR3)와, 승압 컨버터(12A, 12B)와, 평활용 콘덴서(C1, C2, CH)와, 전압 센서(10A, 10B1, 10B2, 13, 21A, 21B)와, 인버터(14, 22)와, 엔진(4)과, 모터 제너레이터(MG1, MG2)와, 동력 분할 기구(3)와, 차륜(2)과, 제어 장치(30)를 포함한다. 즉, 접속부(39A, 39B) 대신에 접속부(40A, 40B)를 포함하고, 배터리(BA, BB1, BB2)에 공용되는 부극측의 시스템 메인 릴레이(SMR3)가 접속부(40A)와는 별도로 설치되는 점이, 차량(100)과 차량(1)의 상이한 점이다.
접속부(40A)는 배터리(BA)의 정극과 전원 라인(PL1A)과의 사이에 접속되는 시스템 메인 릴레이(SMR2)와, 시스템 메인 릴레이(SMR2)와 병렬 접속되는 직렬로 접속된 시스템 메인 릴레이(SMR1) 및 제한 저항(R)을 포함한다. 배터리(BA)의 부 극은 접지 라인(SL1)에 접속되어 있다.
접속부(40B)는 전원 라인(PL1B)과 배터리(BB1, BB2)의 정극과의 사이에 설치되어 있다. 접속부(40B)는 배터리(BB1)의 정극과 전원 라인(PL1B)과의 사이에 접속되는 릴레이(SR1)와, 배터리(BB2)의 정극과 전원 라인(PL1B)과의 사이에 접속되는 릴레이(SR2)를 포함한다. 릴레이(SR1, SR2)는 제어 장치(30)로부터 부여되는 제어 신호(CONT4, CONT5)에 각각 따라서 도통/비도통 상태가 제어된다. 배터리(BB1, BB2)의 부극은, 모두 접지 라인(SL1)에 접속되어 있다.
도 4에서는, 도 1과 달리 시스템 메인 릴레이(SMR3)는 주 축전 장치인 배터리(BA)의 부극으로부터의 경로와 부 축전 장치인 배터리(BB1, BB2)의 각 부극으로부터의 경로가 합류하는 노드(N1)와 접지 라인(SL2)과의 사이에 접속된다. 즉, 주 축전 장치의 부극을 시스템으로부터 분리하는 릴레이와 부 축전 장치의 부극을 시스템으로부터 분리하는 릴레이를 1개의 시스템 메인 릴레이(SMR3)로 겸용함으로써, 릴레이의 수를 줄일 수 있다.
또한, 차량(100)의 다른 부분의 구성 및 동작은, 도 1의 차량(1)과 동일하므로 여기서는 설명은 반복하지 않는다.
도 5는, 제어 장치(30)가 전원 시스템 기동시에 행하는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다. 이 흐름도의 처리는, 소정의 메인 루틴으로부터 일정 시간 경과마다 또는 소정의 조건이 성립할 때마다 호출되어 실행된다.
도 6은, 도 5의 흐름도를 기초로 하여 동작이 행해진 경우의 일례를 나타내는 동작 파형도이다. 이 동작 파형도는, 배터리(BA)의 전원 전압 VBA보다도 배터 리(BB1)의 전원 전압 VBB1의 쪽이 높은 배터리 조합 및 충전 상태의 경우에 실행되는 예를 나타낸 것이다.
또한, 이후의 동작 설명은, 도 4의 차량(100)에 탑재되는 전원 장치에 관하여 행하지만, 도 1의 차량(1)에 탑재되는 전원 장치라도, 예를 들어 릴레이(SR1G, SR2G)를 시스템 메인 릴레이(SMR3)와 동시에 접속 및 개방을 행함으로써 동일한 동작이 실현 가능하다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 우선 스텝 S1에 있어서 기동 신호(IG)가 오프(OFF) 상태로부터 온(ON) 상태로 변화된 것이 검출된다. 따라서, 시각 t1까지는, 스텝 S1에 있어서 기동 신호의 상승이 검출되지 않으므로, 스텝 S16으로 처리가 진행되고, 제어는 메인 루틴으로 이행된다.
시각 t1에 있어서 기동 신호(IG)가 온 상태로 활성화되면, 이것을 제어 장치(30)는 스텝 S1에서 검출하고, 처리를 스텝 S2로 진행한다. 스텝 S2에서는, 제어 장치(30)는 제어 신호(CONT3, CONT1)를 변화시켜, 시스템 메인 릴레이(SMR3)를 비도통 상태로부터 도통 상태로 변화시키고, 그리고 시스템 메인 릴레이(SMR1)를 비도통 상태로부터 도통 상태로 변화시킨다. 이에 따라서, 시각 t2에 있어서 시스템 메인 릴레이(SMR1, SMR3)가 함께 도통한다.
그러면, 제한 저항(R)을 통해 배터리(BA)로부터 전원 라인(PL1A)에 전류가 공급된다. 시스템 기동 전에는, 콘덴서(CH)는 통상은 방전되어 있으므로 전압 VH는 제로인 경우가 많다. 그래서 승압 컨버터(12A)의 내부의 다이오드(D1)에는 순방향의 전류가 흘러 시각 t2 내지 시각 t3에 있어서 콘덴서(CH)에 점차 충전이 됨 으로써 전압 VH가 배터리(BA)의 전원 전압 VBA까지 상승한다. 제한 저항(R)을 통해 콘덴서(CH)를 프리차지(precharge)하는 것은, 과대한 돌입 전류에 의해 시스템 메인 릴레이가 용착되어 버리는 것을 피하기 위함이다.
스텝 S3에서는, 제어 장치(30)는 전압 센서(13)를 사용하여 전압 VH를 관측하고, 배터리 전압 VBA 부근까지 상승한 것인지 여부를 판단한다. 예를 들어, 이 판단은 │VH-VBA│이 소정의 임계값보다 작아졌는지 여부로 판단해도 좋다. 스텝 S3에 있어서 아직 전압 VH의 상승이 부족하여, 콘덴서(CH)의 프리차지가 완료되어 있지 않다고 판단된 경우에는, 다시 스텝 S3의 처리가 실행되어 전압이 상승할 때까지 시간 대기를 행한다. 또한, 이러한 스텝 S3의 판단 대신에, 콘덴서(CH)의 프리차지에 필요로 하는 최대의 시간의 시간 대기를 행하는 처리를 행해도 좋다.
스텝 S3에 있어서 콘덴서(CH)의 프리차지가 완료된 경우에는, 스텝 S4로 처리가 진행된다. 스텝 S4에서는, 제어 장치(30)는 시각 t3에 나타내어지는 바와 같이, 시스템 메인 릴레이(SMR2)의 상태를 비도통 상태로부터 도통 상태로 변경하고, 그리고 시스템 메인 릴레이(SMR1)의 상태를 도통 상태로부터 비도통 상태로 변경한다. 이에 의해, 승압 컨버터(12A)에는 제한 저항(R)을 거치지 않고 배터리(BA)로부터 전류가 공급 가능해진다.
스텝 S4의 릴레이의 절환이 종료되면, 스텝 S5에 있어서 전압 VH보다도 배터리(BB1)의 전압 VBB1이 높은지 여부가 판단된다. 또한, 이 스텝 S5의 판단은 배터리(BB1)와 배터리(BA)의 충전 상태의 관리나 배터리(BB1)와 배터리(BA)의 각각에 사용하는 배터리 종류, 배터리 셀 수의 선택의 결과, 반드시 VBB1 〉VBA인 것을 알 고 있는 경우에는 생략해도 좋다.
도 6에 나타내는 예는 VBB1 〉VBA인 경우이므로, 스텝 S5로부터 스텝 S6으로 처리가 진행된다. 또한, VBB1〈 VBA인 경우에 대해서는 이후에 도 7을 이용하여 설명한다. 스텝 S6에서는, 승압 컨버터(12B)의 상부 아암, 즉 도 3의 IGBT 소자(Q1)가 온 상태로 설정된다. 이에 의해, 시각 t4 내지 t5에 있어서 콘덴서(C2)에도 충전이 행해져 전압 VLB가 전압 VH와 동일한 정도까지 상승한다.
그 후, 스텝 S7에 있어서 제어 장치(30)는 전압 VH의 목표 전압을 전압 VBB1로 설정하여 승압 컨버터(12A)의 승압 동작을 개시시킨다. 이때 승압 컨버터(12A)에 있어서는, 승압 동작이 행해지도록 듀티비가 설정되고, IGBT 소자(Q1, Q2)의 스위칭이 행해진다. 그 결과 시각 t5 내지 t6에 있어서 전압 VH가 전압 VBB1을 향해 승압되고, 이것에 추종하여 전압 VLB도 전압 VBB1을 향해 상승한다.
계속해서 스텝 S8에서는, 전압 VLB가 전압 VBB1과 동등해졌는지 여부가 판단된다. 이 판단은, 예를 들어│VLB-VBB1│이 소정의 임계값 이하인지 여부를 판단하면 된다.
스텝 S8에 있어서, 전압 VLB의 상승이 부족하여 아직 전압 VBB1에 도달하지 않은 경우에는 스텝 S7로 처리가 복귀되어 승압 동작이 계속된다.
한편, 전압 VLB가 전압 VBB1에 거의 동등해지면, 릴레이(SR1)를 접속하였을 때에 과대한 돌입 전류가 흐르는 경우는 없다. 따라서, 제어 장치(30)는 전압 VLB를 전압 VBB1 부근까지 상승시키고, 스텝 S8로부터 스텝 S9로 처리를 진행하여, 시각 t6에 나타내는 바와 같이 승압 컨버터(12A)의 승압 동작을 정지시킨다.
그 후 스텝 S10에 있어서, 시각 t7에 나타내는 바와 같이 승압 컨버터(12B)의 상부 아암을 온 상태로부터 오프 상태로 복귀시키고, 스텝 S14에 있어서, 시각 t8에 나타내는 바와 같이 릴레이(SR1)를 도통시킨다. 그리고 스텝 S15에 있어서 시각 t9에 나타내는 바와 같이 기동 완료를 나타내는 Ready 램프를 점등시킨다.
계속해서, 스텝 S5에 있어서, 전압 VH가 전압 VBB1보다 높았던 경우에 대해 설명한다. 이 경우는, 스텝 S5로부터 스텝 S11로 처리가 진행된다.
도 7은, 도 5의 흐름도를 기초로 하여 동작이 행해진 경우의 다른 일례를 나타내는 동작 파형도이다. 이 동작 파형도는, 배터리(BA)의 전원 전압 VBA보다도 배터리(BB1)의 전원 전압 VBB1의 쪽이 낮은 배터리 조합 및 충전 상태인 경우에 실행되는 예를 나타낸 것이다.
도 7에 있어서, 시각 t11, t12, t13은 각각 도 6의 시각 t1, t2, t3에 대응하는 것이며, 시각 t13까지는 도 7에는 도 6과 동일한 파형의 변화가 나타내어져 있으므로, 설명은 반복하지 않는다.
도 7에서는, 시각 t13에 있어서, 콘덴서(CH)의 프리차지가 완료되고, 시스템 메인 릴레이(SMR1)로부터 시스템 메인 릴레이(SMR2)에의 절환이 완료된 시점에 있어서, VH는 VBB1보다도 높게 되어 있다. 따라서, 도 5에서는 스텝 S5로부터 스텝 S11로 처리가 진행된다.
스텝 S11에서는, 승압 컨버터(12B)에 대해 강압 지령이 출력되고, 전압 VLB의 목표 전압이 전압 VBB1로 설정된다. 그리고 스텝 S12에 있어서 전압 VLB가 전압 VBB1에 거의 동등해졌는지 여부가 판단된다. 예를 들어, 이 판단은│VLB-VBB1 │이 소정의 임계값보다 작아졌는지 여부로 판단해도 된다.
스텝 S12에 있어서, 아직 전압 VLB가 전압 VBB1에 근접하고 있지 않은 경우에는, 스텝 S11로 처리가 복귀되어 강압 동작이 계속된다.
시각 t14에 나타내는 바와 같이 승압 컨버터(12B)의 동작을 개시시킨 직후에는, 콘덴서(C2)에 충전이 행해짐으로써 전압 VLB는 당초 상승하지만, 그 후, 전압 VLB가 전압 VBB1을 향해 수렴해 간다.
시각 t15에 있어서, 전압 VLB가 전압 VBB1에 충분히 근접하여, 스텝 S12의 조건이 성립되면, 스텝 S12로부터 스텝 S13으로 처리가 진행되어, 제어 장치(30)는 승압 컨버터(12B)의 스위칭을 정지시킨다.
그 후, 제어 장치(30)는 시각 t16에 나타내는 바와 같이 스텝 S14에 있어서 릴레이(SR1)를 도통시켜, 시각 t17에 나타내는 바와 같이 기동 완료를 나타내는 Ready 램프를 점등시킨다.
스텝 S15의 처리가 종료되면 스텝 S16에 있어서 제어는 메인 루틴으로 이행된다.
이와 같이, 승압 컨버터(12A)를 사용하여 전압 VLB를 배터리(BB1)의 전압 VBB1 부근으로 조정한 후, 릴레이(SR1)를 접속하는 것으로 하였으므로, 제한 저항(R) 및 시스템 메인 릴레이(SMR1)와 같은 중복되는 전류 경로를 배터리(BB1)에 관해서는 마련하지 않아도 되게 된다. 배터리(BB2)를 접속할 때에도 동일한 제어를 행함으로써, 배터리(BB2)에 관해서도 제한 저항(R) 및 시스템 메인 릴레이(SMR1)와 같은 중복되는 전류 경로를 마련하지 않아도 되게 된다.
도 8은, 제어 장치(30)가 부 축전 장치인 배터리(BB1)의 분리를 행하는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다. 이 흐름도의 처리는, 소정의 메인 루틴으로부터 일정 시간 경과마다 또는 소정의 조건이 성립할 때마다 호출되어 실행된다.
도 1 및 도 8을 참조하여, 스텝 S21에서는 제어 장치(30)는 현재 사용 중인 배터리(BB1)의 충전 상태 SOC(BB1)(단, SOC : State 0f Charge)가 소정의 임계값보다 작아졌는지 여부를 판단한다. 아직 충전 상태[SOC(BB1)]가 소정의 임계값 이상인 경우는, 배터리(BB1)는 계속해서 사용하는 것이 가능하므로, 스텝 S26으로 처리가 진행되고, 제어 장치(30)는 배터리(BA)와 배터리(BB1)의 양쪽을 이용하여 차량을 주행시키는 것을 선택하여 스텝 S27로 처리를 진행시켜 제어를 메인 루틴으로 이행한다.
충전 상태[SOC(BB1)]가 소정의 임계값보다 작은 경우는, 배터리(BB1)는 이 이상 방전시킬 수 없으므로, 스텝 S22로 처리가 진행된다.
스텝 S22에서는, 제어 장치(30)는 승압 컨버터(12A)를 스위칭하여, 전압 VH가 전압 VBB1보다 높은 상태를 유지시킨다. 이에 의해, 승압 컨버터(12B)를 정지시킨 상태로 해도 도 3의 다이오드(D1)에 순방향의 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서 스텝 S23에 있어서, 승압 컨버터(12B)의 스위칭을 정지시키고, IGBT 소자(Q1, Q2)의 게이트를 양쪽 모두 오프시킨 셧다운 상태로 한다.
그러면, 전류가 릴레이(SR1)에 흐르지 않는 상태로 되어 있으므로, 릴레이(SR1)를 분리할 때에 방전에 의해 용착이 일어날 우려가 없어진다. 따라서, 제어 장치(30)는 스텝 S24에 있어서 릴레이(SR1)를 분리하여, 스텝 S25에 있어서 배 터리(BA)만을 사용한 주행을 행하는 것을 선택한다.
스텝 S25의 배터리(BA)만을 사용한 주행에서는, 필요에 따라서 엔진(4)이 운전되어, 차륜을 회전시키는 직접 전달되는 토크나 모터 제너레이터(MG1)를 회전시켜 발전을 하기 위한 토크가 발생된다.
도 9는, 제어 장치(30)가 부 축전 장치를 절환하는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다. 이 흐름도의 처리는, 소정의 메인 루틴으로부터 일정 시간 경과마다 또는 소정의 조건이 성립할 때마다 호출되어 실행된다.
도 10은, 도 9의 흐름도를 기초로 하여 동작이 행해진 경우의 일례를 나타내는 동작 파형도이다. 이 동작 파형도는, 전압 VH보다도 배터리(BB2)의 전원 전압 VBB2의 쪽이 높은 배터리 조합, 충전 상태, 승압 상태인 경우에 실행되는 예를 나타낸 것이다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 시각 t21까지는 시스템 메인 릴레이(SMR1)가 오프 상태, 시스템 메인 릴레이(SMR2, SMR3)가 온 상태로 설정되고, 릴레이(SR1)가 도통 상태에 있어 배터리(BB1)가 사용되고 있고, 릴레이(SR2)가 비도통 상태에 있어 배터리(BB2)는 사용되고 있지 않다. 또한, 승압 컨버터(12A)가 동작 중이며 전압 VH는 전압 VBA보다도 승압되어 있다. 또한, 승압 컨버터(12B)도 동작 중이며, 전압 VH는 전압 VLB보다도 승압되어 있다.
또한, 시각 t21까지는, 배터리(BB1)의 충전 상태[SOC(BB1)]가 소정의 임계값 이상이므로, 배터리 교환의 필요가 없어 스텝 S41로부터 스텝 S56으로 처리가 진행되고, 제어는 메인 루틴으로 이행되어 있다.
시각 t21에 있어서, 제어 장치(30)는 현재 사용 중인 배터리(BB1)의 충전 상태[SOC(BB1)]가 소정의 임계값보다 작아진 것이 검출되면, 배터리(BB1)를 배터리(BB2)로 교환할 필요가 있으므로, 스텝 S41로부터 스텝 S42로 처리가 진행된다.
스텝 S42에서는, 시각 t21 내지 t25에 나타내어지는 바와 같이, 제어 장치(30)는 승압 컨버터(12A)를 스위칭하여, 전압 VH가 전압 VBB1보다 높은 상태를 유지시킨다(도 10에서는 승압 1로 나타내어져 있음). 이에 의해, 시각 t22에 있어서, 스텝 S43의 승압 컨버터(12B)를 정지시키는 처리를 행해도, 도 3의 다이오드(D1)에 순방향의 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서 스텝 S43에 있어서, 승압 컨버터(12B)의 스위칭을 정지시키고, IGBT 소자(Q1, Q2)의 게이트를 양쪽 모두 오프시킨 셧다운 상태로 한다.
그러면, 전류가 릴레이(SR1)에 흐르지 않는 상태로 되어 있으므로 릴레이(SR1)를 분리할 때에 방전에 의해 용착이 일어날 우려가 없어진다. 따라서, 제어 장치(30)는 스텝 S44에 있어서, 시각 t23으로 나타내는 바와 같이 릴레이(SR1)를 오프 상태로 설정한다.
계속해서 스텝 S45에 있어서 배터리(BB2)의 전압 VBB2가 전압 VH보다도 높은지 여부가 판단된다. 도 10에 나타낸 동작 파형에서는 VBB2 〉VH인 경우가 나타내어져 있으므로, 처리는 스텝 S45로부터 스텝 S46으로 진행된다. 또한, VBB2〈 VH의 경우에 대해서는, 이후에 도 11을 이용하여 설명한다.
스텝 S46에 있어서는, 시각 t24에 나타내는 바와 같이, 승압 컨버터(12B)의 상부 아암, 즉 도 3의 IGBT 소자(Q1)가 온 상태로 설정된다. 이에 의해, 시각 t24 내지 t25에 있어서 콘덴서(C2)에도 충전이 행해져 전압 VLB가 전압 VH와 동일한 정도까지 상승한다.
그 후, 스텝 S47에 있어서 제어 장치(30)는 승압 컨버터(12A)의 승압 동작을 전압 VH의 목표 전압을 전압 VBB2로 설정하여 행하게 한다(도 10에서는 승압 2로 나타내어져 있음). 이때 승압 컨버터(12A)에 있어서는, 또한 승압 동작이 행해지도록 듀티비가 설정되고, IGBT 소자(Q1, Q2)의 스위칭이 행해진다. 그 결과, 시각 t25 내지 t26에 있어서 전압 VH가 전압 VBB2를 향해 승압되고, 이것에 추종하여 전압 VLB도 전압 VBB2를 향해 상승한다.
계속해서 스텝 S48에서는, 전압 VLB가 전압 VBB2와 동등해졌는지 여부가 판단된다. 이 판단은, 예를 들어│VLB-VBB2│가 소정의 임계값 이하인지 여부를 판단하면 된다.
스텝 S48에 있어서, 전압 VLB의 상승이 부족하여 아직 전압 VBB2에 도달하지 않은 경우에는 스텝 S47로 처리가 복귀되어 승압 동작이 계속된다.
한편, 전압 VLB가 전압 VBB2에 거의 동등해지면, 릴레이(SR2)를 접속하였을 때에 과대한 돌입 전류가 흐르는 경우는 없다. 따라서, 제어 장치(30)는 전압 VLB를 전압 VBB2 부근까지 상승시키고, 스텝 S48로부터 스텝 S49로 처리를 진행하여, 시각 t26에 나타내는 바와 같이 승압 컨버터(12B)를 셧다운 상태로 복귀시킨다. 즉, 승압 컨버터(12B)의 상부 아암을 온 상태로부터 오프 상태로 복귀시킨다. 그리고 스텝 S53에 있어서, 시각 t27에 나타내는 바와 같이 릴레이(SR2)를 도통시킨다. 그리고 스텝 S54에 있어서 시각 t28에 나타내는 바와 같이 다시 승압 컨버 터(12B)를 작동시키고, 스텝 S55 및 시각 t29에 나타내는 배터리 절환 완료가 된다.
계속해서, 스텝 S45에 있어서, 전압 VH가 전압 VBB2보다 높았던 경우에 대해 설명한다. 이 경우는, 스텝 S45로부터 스텝 S50으로 처리가 진행된다.
도 11은, 도 9의 흐름도를 기초로 하여 동작이 행해진 경우의 다른 일례를 나타내는 동작 파형도이다. 이 동작 파형도는, 전압 VH보다도 배터리(BB2)의 전원 전압 VBB2의 쪽이 낮은 배터리 조합, 충전 상태, 승압 상태인 경우에 실행되는 예를 나타낸 것이다.
도 11에 있어서, 시각 t31, t32, t33은, 각각 도 10의 시각 t21, t22, t23에 대응하는 것이며, 시각 t33까지는 도 11은 도 10과 동일한 파형의 변화가 나타내어져 있으므로, 설명은 반복하지 않는다.
도 11에서는, 시각 t33에 있어서, 릴레이(SR1)가 오프 상태로 설정된 시점에서 전압 VH가 전압 VBB2보다도 높게 되어 있다. 따라서 도 9의 흐름도에서는 스텝 S45로부터 스텝 S50으로 처리가 진행된다.
스텝 S50에서는, 시각 t34 이후「강압」이라고 나타내어지는 바와 같이 전압 VLB의 목표 전압을 VBB2로 설정한 상태에서 승압 컨버터(12B)의 스위칭 동작이 개시된다. 그리고 스텝 S51에 있어서 전압 VLB가 전압 VBB2에 거의 동등해졌는지 여부가 판단된다. 예를 들어, 이 판단은│VLB-VBB2│가 소정의 임계값보다 작아졌는지 여부로 판단해도 좋다.
스텝 S51에 있어서, 아직 전압 VLB가 전압 VBB2에 근접하고 있지 않은 경우 에는, 스텝 S50으로 처리가 복귀되어 강압 동작이 계속된다.
시각 t34에 나타내는 바와 같이, 승압 컨버터(12B)의 동작을 개시시킨 직후에는, 콘덴서(C2)에 충전이 행해짐으로써 전압 VLB는 당초 상승하지만, 그 후, 전압 VLB가 전압 VBB2를 향해 수렴해 간다.
시각 t35에 있어서, 전압 VLB가 전압 VBB2에 충분히 근접하여, 스텝 S51의 조건이 성립하면, 스텝 S51로부터 스텝 S52로 처리가 진행되어, 제어 장치(30)는 승압 컨버터(12B)의 스위칭을 정지시킨다.
그 후, 제어 장치(30)는 시각 t36에 나타내는 바와 같이 스텝 S53에 있어서 릴레이(SR2)를 도통시키고, 시각 t37에 나타내는 바와 같이 승압 컨버터(12B)의 동작을 재개시킨다. 그리고 스텝 S55 및 시각 t38에 나타내는 바와 같이, 배터리 절환이 완료된다.
이와 같이, 승압 컨버터(12A, 12B)를 사용하여 전압 VLB를 배터리(BB2)의 전압 VBB2 부근으로 조정한 후, 릴레이(SR2)를 접속하는 것으로 하였으므로, 제한 저항(R) 및 시스템 메인 릴레이(SMR1)와 같은 중복되는 전류 경로를 배터리(BB2)에 관해서는 마련하지 않아도 되게 된다.
마지막으로, 다시 도 1 및 도 4를 참조하여 본 실시 형태에 대해 총괄적으로 설명한다.
차량의 전원 장치는, 주 축전 장치(BA)와, 모터(MG2)를 구동하는 인버터(22)에 급전을 행하는 급전 라인(PL2)과, 주 축전 장치(BA)와 급전 라인(PL2)과의 사이에 설치되고, 전압 변환을 행하는 제1 전압 변환기(12A)와, 서로 병렬적으로 설치 된 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2)와, 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2)와 급전 라인(PL2)과의 사이에 설치되고, 전압 변환을 행하는 제2 전압 변환기(12B)를 구비한다.
제2 전압 변환기(12B)는 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2) 중 어느 하나에 선택적으로 접속되어 전압 변환을 행한다.
차량의 전원 장치는, 주 축전 장치(BA)와 제1 전압 변환기(12A)와의 사이에 설치되고, 전기적인 접속의 개폐를 행하는 제1 접속부(39A 또는 40A)와, 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2)와 제2 전압 변환기(12B)와의 사이에 설치되고, 전기적인 접속의 개폐를 행하는 제2 접속부(39B 또는 40B)를 구비한다. 제2 접속부(39B 또는 40B)는 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2) 중 어느 하나를 선택적으로 제2 전압 변환기(12B)에 접속하는 접속 상태와, 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2) 중 어느 쪽에도 제2 전압 변환기(12B)를 접속하지 않는 비접속 상태로 제어된다.
제1 접속부(39A 또는 40A)는 주 축전 장치와 제1 전압 변환기와의 사이에 접속되는 제1 릴레이(SMR2)와, 직렬 접속된 제2 릴레이(SMR1) 및 제한 저항(R)을 포함한다. 직렬 접속된 제2 릴레이(SMR1) 및 제한 저항(R)은, 제1 릴레이(SMR2)와 병렬로 접속된다. 제2 접속부(40B)는 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2) 중 제1 부 축전 장치(BB1)와 제2 전압 변환기(12B)와의 사이에 접속되는 제3 릴레이(SR1)와, 복수의 부 축전 장치 중 제2 부 축전 장치(BB2)와 제2 전압 변환기(12B)와의 사이에 접속되는 제4 릴레이(SR2)를 포함한다.
제1 내지 제4 릴레이(SMR1, SMR2, SR1, SR2)는 대응하는 축전 장치의 동일한 극성의 한쪽 전극측에 설치된다. 주 축전 장치(BA) 및 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2)의 각 다른 쪽 전극은, 공통 노드(N1)에 접속된다. 각 다른 쪽 전극은, 한쪽 전극과 반대의 극성을 갖는다. 차량의 전원 장치는, 공통 노드(N1)와 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B)와의 사이에 설치되는 제5 릴레이(SMR3)를 구비한다.
차량의 전원 장치는, 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B)의 제어를 행하고, 제1 내지 제4 릴레이(SMR1, SMR2, SR1, SR2)의 개폐 제어를 행하는 제어부(30)를 구비한다. 제어부(30)는 제1, 제2 릴레이(SMR1, SMR2) 중 적어도 한쪽을 도통시키고, 또한 제1 전압 변환기(12A)에 의해 급전 라인(PL2)의 전압 VH를 제1 부 축전 장치(BB1)의 전압 VBB1로 변환한 후에, 제3 릴레이(SR1)를 도통시킨다.
차량의 전원 장치는, 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B)의 제어를 행하고, 제1 내지 제4 릴레이(SMR1, SMR2, SR1, SR2)의 개폐 제어를 행하는 제어부(30)를 구비한다. 제어부(30)는 제3 릴레이(SR1)를 도통 상태로부터 비도통 상태로 변화시키는 경우에, 제1 부 축전 장치(BB1)와 급전 라인(PL2)과의 사이의 전력 수수가 0이 되도록 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B)를 제어한다.
제어부(30)는, 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B) 및 인버터(22) 중 어느 하나를 작동시켜 급전 라인(PL2)의 전압 VH를 제1 부 축전 장치(BB1)의 전압 VBB1보다도 높게 한 후, 제2 전압 변환기(12B)의 동작을 정지시켜, 제1 부 축전 장치(BB1)와 급전 라인(PL2)과의 사이의 전력 수수를 0으로 한다.
차량의 전원 장치는, 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B)의 제어를 행하고, 제1 내지 제4 릴레이(SMR1, SMR2, SR1, SR2)의 개폐 제어를 행하는 제어부(30)를 구비 한다. 제어부(30)는 제3 릴레이(SR1)를 비도통 상태로 한 후에, 제1 전압 변환기(12A) 및 인버터(22) 중 어느 하나를 작동시켜 급전 라인(PL2)의 전압을 제2 부 축전 장치의 전압으로 한 후, 제4 릴레이를 도통시킨다.
복수의 부 축전 장치 중 제1 부 축전 장치(BB1)와 주 축전 장치(BA)는, 동시 사용함으로써 급전 라인에 접속되는 전기 부하(22 및 MG2)에 허용된 최대 파워를 출력 가능하다.
또한, 본 실시 형태에서는 동력 분할 기구에 의해 엔진의 동력을 차축과 발전기로 분할하여 전달 가능한 직렬/병렬형 하이브리드 시스템에 적용한 예를 나타냈다. 그러나 본 발명은, 발전기를 구동하기 위해서만 엔진을 사용하고, 발전기에 의해 발전된 전력을 사용하는 모터로만 차축의 구동력을 발생시키는 직렬형 하이브리드 자동차나, 모터만으로 주행하는 전기 자동차에도 적용할 수 있다. 이들 구성은, 모두 축전 장치를 탑재하고 있고, 복수의 축전 장치 절환하여 장거리의 주행을 가능하게 하기 위해 본 발명이 적용 가능하다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌 청구의 범위에 의해 나타내어지고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (12)

  1. 주 축전 장치(BA)와,
    모터(MG2)를 구동하는 인버터(22)에 급전을 행하는 급전 라인(PL2)과,
    상기 주 축전 장치(BA)와 상기 급전 라인(PL2)의 사이에 설치되고, 전압 변환을 행하는 제1 전압 변환기(12A)와,
    서로 병렬적으로 설치된 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2)와,
    상기 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2)와 상기 급전 라인(PL2)의 사이에 설치되고, 전압 변환을 행하는 제2 전압 변환기(12B)를 구비하고,
    상기 제1 전압 변환기(12A)는, 상기 주 축전 장치(BA)에 전용으로 설치되고,
    상기 제2 전압 변환기(12B)는, 상기 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2)에 겸용되도록 설치되고, 상기 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2) 중 어느 하나에 선택적으로 접속되어 전압 변환을 행하는, 차량의 전원 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 주 축전 장치(BA)와 상기 제1 전압 변환기(12A)의 사이에 설치되고, 전기적인 접속의 개폐를 행하는 제1 접속부(39A 또는 40A)와,
    상기 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2)와 상기 제2 전압 변환기(12B)의 사이에 설치되고, 전기적인 접속의 개폐를 행하는 제2 접속부(39B 또는 40B)를 더 구비하고,
    상기 제2 접속부(39B 또는 40B)는 상기 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2) 중 어느 하나를 선택적으로 상기 제2 전압 변환기(12B)에 접속하는 접속 상태와, 상기 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2) 중 어느 것에도 상기 제2 전압 변환기(12B)를 접속하지 않는 비접속 상태로 제어되는, 차량의 전원 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 접속부(39A 또는 40A)는,
    상기 주 축전 장치와 상기 제1 전압 변환기의 사이에 접속되는 제1 릴레이(SMR2)와,
    직렬 접속된 제2 릴레이(SMR1) 및 제한 저항(R)을 포함하고,
    상기 직렬 접속된 상기 제2 릴레이(SMR1) 및 상기 제한 저항(R)은, 상기 제1 릴레이(SMR2)와 병렬로 접속되고,
    상기 제2 접속부(40B)는,
    상기 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2) 중 제1 부 축전 장치(BB1)와 상기 제2 전압 변환기(12B)의 사이에 접속되는 제3 릴레이(SR1)와,
    상기 복수의 부 축전 장치 중 제2 부 축전 장치(BB2)와 상기 제2 전압 변환기(12B)의 사이에 접속되는 제4 릴레이(SR2)를 포함하는, 차량의 전원 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 릴레이(SMR1, SMR2, SR1, SR2)는 대응하는 축전 장치의 동일한 극성의 한쪽 전극측에 설치되고,
    상기 주 축전 장치(BA) 및 상기 복수의 부 축전 장치(BB1, BB2)의 각 다른 쪽 전극은, 공통 노드(N1)에 접속되고,
    각 상기 다른 쪽 전극은, 상기 한쪽 전극과 반대의 극성을 갖고,
    상기 공통 노드(N1)와 상기 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B)의 사이에 설치되는 제5 릴레이(SMR3)를 더 구비하는, 차량의 전원 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B)의 제어를 행하고, 상기 제1 내지 제4 릴레이(SMR1, SMR2, SR1, SR2)의 개폐 제어를 행하는 제어부(30)를 더 구비하고,
    상기 제어부(30)는, 상기 제1, 제2 릴레이(SMR1, SMR2) 중 적어도 한쪽을 도통시키고, 또한 상기 제1 전압 변환기(12A)에 의해 상기 급전 라인(PL2)의 전압을 상기 제1 부 축전 장치(BB1)의 전압으로 변환한 후에, 상기 제3 릴레이(SR1)를 도통시키는, 차량의 전원 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B)의 제어를 행하고, 상기 제1 내지 제4 릴레이(SMR1, SMR2, SR1, SR2)의 개폐 제어를 행하는 제어부(30)를 더 구비하고,
    상기 제어부(30)는, 상기 제3 릴레이(SR1)를 도통 상태로부터 비도통 상태로 변화시키는 경우에, 상기 제1 부 축전 장치(BB1)와 상기 급전 라인(PL2)의 사이의 전력 수수가 0이 되도록 상기 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B)를 제어하는, 차량의 전원 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부(30)는, 상기 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B) 및 상기 인버터(22) 중 어느 하나를 작동시켜 상기 급전 라인(PL2)의 전압을 상기 제1 부 축전 장치(BB1)의 전압보다도 높게 한 후, 상기 제2 전압 변환기(12B)의 동작을 정지시켜, 상기 제1 부 축전 장치(BB1)와 상기 급전 라인(PL2)의 사이의 전력 수수를 0으로 하는, 차량의 전원 장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B)의 제어를 행하고, 상기 제1 내지 제4 릴레이(SMR1, SMR2, SR1, SR2)의 개폐 제어를 행하는 제어부(30)를 더 구비하고,
    상기 제어부(30)는, 상기 제3 릴레이(SR1)를 비도통 상태로 한 후에, 상기 제1 전압 변환기(12A)를 작동시켜 상기 급전 라인(PL2)의 전압을 상기 제2 부 축전 장치의 전압으로 조정한 후, 상기 제4 릴레이(SR2)를 도통시키는, 차량의 전원 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 부 축전 장치 중 제1 부 축전 장치(BB1)와 상기 주 축전 장치(BA)는, 상기 급전 라인에 접속되는 전기 부하(22 및 MG2)에 허용된 최대 파워를 출력 가능한, 차량의 전원 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 전압 변환기(12A, 12B)의 제어를 행하고, 상기 주 축전 장치 및 상기 제1 전압 변환기의 사이의 접속과 분리를 행하고, 상기 부 축전 장치 및 상기 제2 전압 변환기의 사이의 접속과 분리를 행하는 릴레이(SMR1, SMR2, SR1, SR2)의 개폐 제어를 행하는 단일의 제어부(30)를 더 구비하고,
    상기 제어부(30)는 상기 인버터(22)의 제어를 또한 행하는, 차량의 전원 장치.
  12. 제1항, 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 차량의 전원 장치를 탑재하는 차량(1).
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