WO2006014016A1

WO2006014016A1 - 確実にモータの駆動が可能なモータ駆動装置

Info

Publication number: WO2006014016A1
Application number: PCT/JP2005/014616
Authority: WO
Inventors: Tetsuhiro Ishikawa; Hiroshi Yoshida
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2006-02-09
Also published as: CN1993879B; EP1780864A1; US7764044B2; US20080067973A1; CN1993879A; KR20070049194A; JP2006050779A

Abstract

ＤＣ／ＤＣコンバータ（２０）は、システムリレー（ＳＲ１，ＳＲ２）を介さずメインバッテリ（ＭＢ）に直接的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ（２０）は、高電圧のメインバッテリ（ＭＢ）から供給される電力の電圧を降圧して補機バッテリ（ＳＢ）に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路（３０）は、メインバッテリ（ＭＢ）から電力の供給を受け、ＤＣ／ＤＣコンバータ（２０）の降圧動作を制御する。ＤＣ／ＤＣコンバータ（２０）は、補機バッテリ（ＳＢ）にバッテリ上がりが生じたときにおいても、メインバッテリ（ＭＢ）を電源とするＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路（３０）から出力される制御信号に応じて昇圧動作を行ない、速やかに補機バッテリ（ＳＢ）を充電することができる。

Description

明細書確実にモータの駆動が可能なモータ駆動装置技術分野

この発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関し、特に、補機バッテリ上がりに対しても確実にモータの駆動が可能なモータ駆動装置に関する。背景技術

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ィンバータによつ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。

このようなハイプリッド自動車または電気自動車においては、直流電源からの直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、その昇圧した直流電圧がモータを駆動するインバータに供給される構成も検討されている。

図 6は、従来のモータ駆動装置の一例を示す概略プロック図である。

図 6を参照して、モータ駆動装置は、メインバッテリ MBと、システムリレー S R 1， 2と、昇圧コンバータ 1 0 1と、インバータ 1 0 2と、 D C/D Cコンバータ 1 1 0と、補機バッテリ S Bと、制御装置 1 2 0とを備える。

メインバッテリ MBは、直流電圧を出力する。システムリレー S R 1， S R 2 は、制御装置 1 2 0からの信号 S Eによってオンされると、メインバッテリ MB からの直流電圧を昇圧コンバータ 1 0 1および D CZD Cコンバータ 1 1 0に供給する。昇圧コンバータ 101は、メインバッテリ MBから供給された直流電圧を制御装置 120からの制御によって昇圧し、その昇圧した直流電圧をインバータ 10 2へ供給する。

インバータ 102は、昇圧コンバータ 101から直流電圧が供給されると、制御装置 120からの制御に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジエネレータ MGを駆動する。これにより、モータジェネレータ MG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。電流センサ 104 は、モータジェネレータ MGの各相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 120へ出力する。

DC/DCコンバータ 1 10は、メインバッテリ MBからシステムリレー S R 1， S R 2を介して供給された直流電圧を、制御装置 120カゝらの制御信号に応じて降圧し、その降圧した直流電圧を補機バッテリ SBに供給する。補機バッテリ SBは、供給された直流電圧を蓄積するとともに、図示しない補機電装品を駆動するための直流電圧を出力する。

制御装置 120は、メインバッテリ MBの直流電圧、および電流センサ 104 からのモータ電流 MCRTなどに基づいて、昇圧コンバータ 101およびインバータ 102を制御するための信号 PWC， PWMを生成し、その生成した信号 P WC, PWMを昇圧コンバータ 101およぴィンバータ 102へそれぞれ出力する。また、制御装置 1 20は、 DC /DCコンバータ 1 10を制御するための制御信号を生成して DCZDCコンバータ 1 10へ出力する。

このように、ハイプリッド自動車または電気自動車に搭載されたモータ駆動装置は、メインバッテリ MBからの直流電圧を昇圧して、所定のトルクを発生するようにモータジェネレータ MGを駆動するとともに、メインバッテリ MBからの直流電圧を降圧して補機バッテリ SBを充電する。

なお、図示は省略するが、補機バッテリ SBから電力の供給を受けて駆動する補機電装品には、車両の走行を制御する電子制御装置（E CU ； Electrical Control Unit) の他、灯火装置、エアコンディショナ、パワーウィンドウ、ォーディォ等が含まれる。

図 6のモータ駆動装置を搭載した車両のうち、特に、ハイブリッド自動車においては、メインバッテリ MBに蓄えられた電力は、エンジン始動に利用される。具体的には、エンジン（図示せず）に連結されたモータジェネレータ MGにメインバッテリ MBから電力を供給し、モータジェネレータ MGをモータとして駆動させることにより、エンジンを始動させる。

また、ハイブリッド自動車に搭載されるモータ駆動装置においては、エンジン始動時に補機バッテリを用いてスタータモータを駆動させる構成も開示されている（たとえば特開平 1 1一 3 3 2 0 1 2号公報、特開平 1 0— 7 5 5 0 2号公報および特開平 8— 9 3 5 1 7号公報参照）。

図 7は、特開平 1 1— 3 3 2 0 1 2号公報に記載される従来のモータ駆動装置の他の例を示す概略ブロック図である。

図 7を参照して、エンジン 2 1 0は、変速機 2 1 2および車軸 2 1 4を介してフロントホイール 2 1 6に接続されている。エンジン 2 1 0の出力により、フロントホイール 2 1 6が駆動される。

エンジン 2 1 0は、スタータモータ 2 3 0により駆動され、スタータモータ 2 3 0は、捕機バッテリ 2 2 0の電力によって駆動される。捕機バッテリ 2 2 0は、エンジン 2 1 0の出力で駆動されるオルタネータ 2 1 9の発電電力によって充電される。

補機バッテリ 2 2 0の電力に対して D C/D Cコンバータ 2 3 2にて昇圧が行なわれ、昇圧後の電力は、キャパシタ（もしくはコンデンサ） 2 2 4に蓄えられる。キャパシタ 2 2 4からィンバータ 2 3 4を介して左右のホイールモータ 2 2 6に電力が供給される。これにより、リアホイール 2 2 8が駆動される。

以上の構成において、ィグニッシヨンスィッチ (図示せず) がオンされ、システム E C U 2 3 6が立ち上げられると、エンジン始動制御が行なわれる。詳細には、補機バッテリ 2 2 0からスタータモータ 2 3 0に電力が供給されて、スタータモータ 2 3 0が回転し、この回転力によりエンジン 2 1 0のクランキングが行われる。さらに、エンジン 2 1 0が始動したことが確認されれば、ホイールモータ 2 2 6に関連するシステムが立ち上げられて走行制御が行なわれる。

し力しながら、かかるエンジン始動制御では、寒冷地ゃバッテリ性能の低下などによって捕機バッテリ 2 2 0の蓄電量に減少が生じると、スタータモータ 2 3 0に十分な電力を供給できず、エンジン始動性の低下を招くことになる。

そこで、図 7のモータ駆動装置においては、スタータモータ 2 3 0と補機バッテリ 2 2 0およびキャパシタ 2 2 4とのいずれか一方とを選択的に接続するための接続切替装置 2 3 8が設けられる。これによれば、スタータモータ 2 3 0へ電力を印加する電源系が、捕機バッテリ 2 2 0とキャパシタ 2 2 4との間で切替可能となり、エンジン始動性を確実に行なうことができる。なお、接続切替装置 2

3 8は、システム E C U 2 3 6によって制御される。

しかしながら、このような従来のモータ駆動装置を搭載したハイプリッド自動車においては、補機バッテリの蓄電量が著しく低下する、いわゆる補機バッテリ上がりが生じた場合において、車両システムを起動できないという問題が起こり得る。

詳細には、図 6に示すモータ駆動装置においては、モータジェネレータ MGをモータとして駆動させることによってエンジンを始動させるが、モータ駆動装置全体を制御する制御装置 1 2 0が補機バッテリ S Bを電源としていることから、補機バッテリ上がりが生じると、システムリレー S R 1， S R 2がオンされず、メインバッテリ M Bから昇圧コンバータ 1 0 0および D C/D Cコンバータ 1 1 0への電力供給が途絶えることになる。このため、モータジェネレータ MGを駆動できず、エンジンを始動させることができない。

一方、図 7に示すモータ駆動装置においては、補機バッテリ 2 2 0の蓄電量の低下時には、接続切替装置 2 3 8によってキャパシタ 2 2 4からスタータモータ 2 3 0に電力を供給することができるが、補機バッテリ上がりによって、接続切替装置 2 3 8を制御するシステム E C U 2 3 6自体が作動不能となり、エンジン始動が困難となる。

このように、図 6および図 7に示す従来のモータ駆動装置のいずれにおいても、捕機バッテリ上がりによってエンジンの始動が妨げられる結果となる。したがつて、車両の運転手は、補機バッテリ上がりの対応策として、充電設備を用いて捕機バッテリをいち早く充電する必要がある。

—方、車両の走行に用いられる高電圧のメインバッテリ MBにおいては、モータジェネレータ MGを駆動させるだけの蓄電量を保持しているものの、車両システムの起動不能に至っては、この蓄電量を有効に使う手立てが存在しない。なお、特開平 8— 9 3 5 1 7号公報によれば、捕機バッテリの電圧低下によりエンジンが始動できない場合は、消費電力が比較的大きいスタータモータの再作動を禁止して、走行用バッテリに蓄えられている電力を用いて走行する手段が開示されている。し力しながら、走行用バッテリのみの走行では、航続距離が著しく制限されるため、整備工場などの充電設備のある場所まで走行できることは必ずしも保証できない。

それゆえ、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、補機バッテリ上がりに対しても、簡易かつ確実にモータを駆動可能なモータ駆動装置を提供することである。発明の開示

この発明によれば、モータ駆動装置は、第 1電源と、第 1電源から電力の供給を受けてモータを駆動する駆動回路と、第 1電源から出力された第 1の直流電圧よりも低い第 2の直流電圧を受けて充電される第 2電源と、第 1電源と第 2電源との間で第 1の直流電圧を第 2の直流電圧へ変換する電圧変換器と、第 1電源から電力の供給を受けて電圧変換器を制御する変換器制御回路とを備える。

好ましくは、モータ駆動装置は、第 2電源から電力の供給を受けて駆動し、駆動回路を制御するとともに、変換器制御回路を起動させるためのトリガ信号を変換器制御回路に入力する駆動回路制御回路と、第 2電源の蓄電量が所定量に満たないとき、トリガ信号を生成して変換器制御回路に入力するトリガ信号生成手段とをさらに備える。

好ましくは、所定量は、駆動回路制御回路を駆動するのに必要な電力の供給量とする。

好ましくは、トリガ信号生成手段は、トリガ信号を生成する第 3電源と、第 3 電源の生成したトリガ信号の入力タイミングを指示するスィツチとを含む。好ましくは、第 1電源、第 2電源、電圧変換器、変換器制御回路、駆動回路制御回路およびトリガ信号生成手段は、単一の筐体内に一体化して収容される。モータ駆動装置は、筐体を冷却する冷却装置をさらに備える。したがって、この発明によれば、補機バッテリのバッテリ上がりに対しても、充電設備を必要とせず、簡易かつ確実にモータに電力を供給可能なモータ駆動装置を実現することができる。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実施の形態に従うモータ駆動装置を搭載した車両を示す制御ブロック図である。

図 2は、この発明の実施の形態に従うモータ駆動装置の概略プロック図である。図 3は、図 2における D C/D Cコンバータの回路図である。

図 4は、図 2における D CZD Cコンバータ制御回路のブロック図である。図 5は、この発明の実施の形態によるモータ駆動装置における補機バッテリ上がり時の動作を説明するためのフローチャートである。

図 7は、特開平 1 1— 3 3 2 0 1 2号公報に記載される従来のモータ駆動装置の他の例を示す概略ブロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図 1を参照して、車両は、エンジンおよびモータを動力源とするハイブリッド車両であり、エンジン E N Gと、モータジェネレータ MG 1と、モータジエネレ —タ MG 2と、インバータ部 1 0と、メインバッテリ MBと、動力分割機構 5 0 と、減速機 6 0と、車輪 7 0と、 E C U 9 0とを備える。

エンジン E N Gは、ガソリンなどの燃料の燃焼エネルギを源として駆動力を発生する。エンジン E N Gの発生する駆動力は、図 1の太 ,斜線で示すように、動力分割機構 5 0により、 2つの経路に分割される。一方は、減速機 6 0を介して車輪 7 0を駆動する駆動軸に伝達する経路である。もう一方は、モータジエネレータ MG 1へ伝達する経路である。

モータジェネレータ MG 1， MG 2は、発電機としても電動機としても機能し得るが、以下に示すように、モータジェネレータ MG 1は、主として発電機として動作し、モータジェネレータ MG 2は、主として電動機として動作する。

詳細には、モータジェネレータ MG 1は、三相交流回転機であり、加速時において、エンジン E N Gを合動する始動機として用いられる。このとき、モータジエネレータ MG 1は、メインバッテリ MBおよぴ補機バッテリ S Bの少なくともいずれか一方からの電力の供給を受けて電動機として駆動し、エンジン E N Gをクランキングして始動する。

さらに、エンジン E N Gの始動後において、モータジェネレータ MG 1は、動力分割機構 5 0を介して伝達されたエンジン E N Gの駆動力によって回転されて発電する。

モータジェネレータ MG 1の発電した電力は、車両の運転状態ゃメィンバッテリ MBの S O C (State of Charge) によって使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時においては、モータジェネレータ MG 1の発電した電力は、そのままモータジェネレータ MG 2を駆動させる電力となる。一方、メインバッテリ MBの S O Cが所定の値よりも低いときには、モータジェネレータ MG 1の発電した電力は、インバータ部 1 0によって交流電力から直流電力に変換されて、メインバッテリ MBに蓄えられる。

モータジェネレータ MG 2は、三相交流回転機であり、メインバッテリ MBに蓄えられた電力およびモータジェネレータ MG 1の発電した電力の少なくともいずれか一方によって駆動される。モータジェネレータ MG 2の駆動力は、減速機 6 0を介して車輪 7 0の駆動軸に伝達される。これにより、モータジェネレータ MG 2は、エンジン E N Gをアシストして車両を走行させたり、自己の駆動力のみによって車両を走行させたりする。

また、車両の回生制動時には、モータジェネレータ MG 2は、減速機 6 0を介して車輪 7 0により回転されて発電機として動作する。このとき、モータジエネレータ MG 2で発電した回生電力は、インバータ部 1 0を介してメインバッテリ MBに充電される。メインパッテリ MBは、走行用バッテリであって、たとえばニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの 2次電池セルを多数直列に接続して構成される高電圧のバッテリである。なお、メインパッテリ MBを、これらの 2次電池以外に、キャパシタゃコンデンサなどで構成してもよい。

車両は、さらに、高電圧のメインバッテリ MBとは別に、補機電装品に電力を供給する補機バッテリ SBと、メインバッテリ MBの電力を降圧して補機バッテリ S Bに供給する DC /DCコンバータ 20と、 DC /DCコンバータ制御回路 3◦とを備える。

補機バッテリ SBは、たとえば鉛蓄電池である。補機バッテリ SBから電力供給を受けて動作する補機電装品としては、車両の走行を制御するエンジン ECU、パワートレイン ECU、ブレーキ ECUなどの ECU関係、灯火装置、点火装置、電動ポンプなどが含まれる。なお、以下において、補機バッテリ SBを電源とするこれらの電気機器を低圧部品とも称する。一方、メインバッテリ MBを電源とする電気機器を高圧部品とも称する。

D C /DCコンバータ 20は、昇圧および降圧動作が可能な双方向 DC ZD C コンバータである。詳細には、 D C/D Cコンバータ 20は、メインバッテリ M Bから供給される電力の電圧を降圧して補機バッテリ SBに供給する。ま.た、 D C/DCコンバータ 20は、補機バッテリ SBから供給された電力を昇圧し、ィンバータ部 10を介してモータジェネレータ MG 1に供給する。

DCZDCコンバータ制御回路 30は、 DC/DCコンバータ 20の昇圧およぴ降圧動作を制御する。本実施の形態では、 DCZDCコンバータ制御回路 30 をメインバッテリ M Bから電力供給を受けて動作する高圧部品とすることを特徴とする。 DCZDCコンバータ制御回路 30については、後に詳述する。

E CU 90は、本実施の形態に係るモータ駆動装置が搭載される車両を運転者の指示に応じて運転させるために、車両に搭載された機器■回路群の全体動作を制御する。詳細には、 E CU 9 0に内蔵される図示しない C PU (Central Processing Unit) において、車両の運転状態やアクセル踏込み量、アクセル踏込み量の変化率、スロットル開度、シフトポジション、メインバッテリ MBの S O Cなどの各種情報を所定のプログラムに基づいて演算処理を行ない、演算処理結果としての制御信号を機器■回路群に対して出力する。

図 2は、この発明の実施の形態に従うモータ駆動装置 100の概略ブロック図である。 '

図 2を参照して、モータ駆動装置 100は、メインバッテリ MBと、システムリレー SR 1， SR 2と、昇圧コンバータ 12と、インバータ 1 3， 1 5と、電流センサ 14, 16と、 DC/DCコンバータ 20と、補機バッテリ MBと、 D C/DCコンバータ制御回路 30と、制御装置 40とを備える。

モータジェネレータ MG 1， MG2は、図 1に示したように、車両の運転状態に応じて、発電機としても電動機としても機能し得る。モータジェネレータ MG 1は、インバータ 13によって駆動される。モータジェネレータ MG 2は、インバータ 15によって駆動される。これらのインバータ 13， 15と昇圧コンバータ 12とは、図 1に示すィンバータ部 10を構成する。

システムリレー SR I, SR 2は、制御装置 40からの信号 SEによりオン/ オフされる。より具体的には、システムリレー SR 1， SR2は、制御装置 40 からの H (論理ハイ）レベルの信号 S Eによりオンされ、制御装置 40からの L

(論理ロー）レベルの信号 SEによりオフされる。

電流センサ 14は、モータジェネレータ MG 1に流れるモータ電流 MCRT 1 を検出し、その検出したモータ電流 MCRT 1を制御装置 40へ出力する。電流センサ 16は、モータジェネレータ MG 2に流れるモータ電流 MCRT 2 を検出し、その検出したモータ電流 MCRT 2を制御装置 40へ出力する。昇圧コンバータ 12は、メインバッテリ MBから供給された直流電圧を昇圧してィンバータ 1 3， 1 5に供給する。より具体的には、昇圧コンバータ 1 2は、制御装置 40から信号 PWCを受けると、信号 PWCに応じて昇圧した直流電圧をインバータ 1 3， 15に供給する。また、昇圧コンバータ 12は、制御装置 4 0力ら信号 PWCを受けると、インバータ 13， 15から供給された直流電圧を降圧してメインバッテリ MBへ供給する。

インバータ 1 3は、 3相インバ一タであり、メインバッテリ MBから昇圧コンバータ 12を介して直流電圧が供給されると、制御回路 40からの制御信号 PW Mlに基づいて直流電圧を 3相交流電圧に変換してモータジェネレータ MG 1を駆動する。これにより、モータジェネレータ MG1は、トルク指令値 TR 1によつて指定されたトルクを発生するように駆動される。

インバータ 1 5も同様に 3相インバータであり、メインバッテリ MBから昇圧コンバータ 1 2を介して直流電圧が供給されると、制御回路 40からの制御信号 PWM 2に基づいて直流電圧を 3相交流電圧に変換してモータジェネレータ MG 2を駆動する。これにより、モータジェネレータ MG 2は、トルク指令値 TR 2 によつて指定されたトルクを発生するように駆動される。

たとえば、エンジン始動時においては、インバータ 13は、昇圧コンバータ 1 2からの直流電圧を信号 PWM1に応じて交流電圧に変換し、トルク指令値 TR 1によって指定されたトルクを出力するようにモータジェネレータ MG 1を駆動する。モータジェネレータ MG 1は、動力分割機構 50を介してエンジン ENG のクランクシャフト（図示せず）を回転させてエンジン ENGを始動させる。また、車両発進時においては、モータジェネレータ MG 1は、始動後のェンジン ENGの回転力によって発電する発電機として機能する。このとき、インバータ 13は、モータジェネレータ MG 1が発電した交流電圧を信号 PWM1によつて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をインバータ 15に供給する。インバータ 1 5は、昇圧コンバータからの直流電圧とインバータ 13からの直流電圧とを受け、その受けた直流電圧を信号 PWM 2に応じて交流電圧に変換し、トルク指令 :TR 2によって指定されたトルクを出力するようにモータジェネレータ MG 2を駆動する。

次に、車両が軽負荷走行時においては、昇圧コンバータは、制御装置 40からの信号 P WCに応じてメインバッテリ MBからの直流電圧を昇圧してィンバータ 15に供給する。インバータ 15は、昇圧コンバータからの直流電圧を信号 PW M 2に応じて交流電圧に変換し、トルク指令 :TR 2によって指定されたトルクを出力するようにモータジエネレータ MG 2を駆動する。

次に、車両の急加速時においては、昇圧コンバータは、制御装置 40からの信号 PWCに応じてメインバッテリ MBからの直流電圧を昇圧してインバータ 1 5 に供給する。インバータ 13は、モータジェネレータ MG 1がエンジンの回転力により発電した交流電圧を直流電圧に変換し、インバータ 15に供給する。インバータ 15は、昇圧コンバータ 12からの直流電圧とインバータ 13からの直流電圧とを受け、その受けた直流電圧を信号 PWM 2に応じて交流電圧に変換し、トルク指令値 TR 2によって指定されたトルクを出力するようにモータジエネレータ MG 2を駆動する。

最後に、車両の回生制動時においては、インバータ 15は、モータジエネレータ MG 2が発電した交流電圧を制御装置 40からの信号 PWM 2に基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧,を昇圧コンバータ 12へ供給する。昇圧コンパータ 12は、制御装置 40から信号 PWCを受けると、インバータ 1 5から供給された直流電圧を降圧してメインバッテリ MBを充電する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド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との回生発電を伴なう制動や、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速を減速（または加速を中止）させることを含む。

制御装置 40は、 ECU 90からトルク指令値 TR 1， TR 2およびモータ回転数 MRN 1 , MRN 2を受け、図示しない電圧センサからインバータ 1 3， 1 5の入力電圧 Vml， Vm 2を受け、電流センサ 14， 16からモータ電流 MC RT 1， MCRT 2を受ける。

制御装置 40は、ィンバータ 13の入力電圧 Vm 1、トルク指令値 TR 1およびモータ電流 MCRT 1に基づいて、インバータ 1 3がモータジェネレータ MG 1を駆動するときにインバータ 13の NPNトランジスタ（図示せず）をスイツチング制御するための信号 PWM1を生成し、生成した信号 PWM1をインバータ 13へ出力する。

また、制御装置 40は、インバータ 15の入力電圧 Vm 2、トルク指令値 TR 2およびモータ電流 MCRT 2に基づいて、インバータ 15がモータジエネレータ MG 2を駆動するときにインバータ 15の NPNトランジスタ（図示せず）をスィツチング制御するための信号 PWM 2を生成し、生成した信号 PWM 2をィンバータ 15へ出力する。

さらに、制御装置 40は、インバータ 13がモータジェネレータ MG 1を駆動するとき、メインバッテリ MBの端子間電圧 Vb、インバータ 13の入力電圧 V ml, トルク指令値 TR 1およびモータ回転数 MRN 1に基づいて、昇圧コンパータ 12の NPNトランジスタ (図示せず) をスィッチング制御するための信号 PWCを生成し、生成した信号 PWCを昇圧コンバータ 1 2へ出力する。 ' また、制御装置 40は、ィンバータ 15がモータジエネレータ MG 2を駆動するとき、メインバッテリ MBの端子間電圧 Vb、インバータ 15の入力電圧 Vm 2、トルク指令値 TR 2およびモータ回転数 MRN 2に基づいて、昇圧コンバータ 12の NPNトランジスタ (図示せず) をスイッチング制御するための信号 P WCを生成し、生成した信号 PWCを昇圧コンバータ 12へ出力する。

さらに、制御装置 40は、モータ駆動装置 100が搭載されたハイプリッド自動車の回生制動時、インバータ 15の入力電圧 Vm 2、トルク指令値 TR2およびモータ電流 MCRT 2に基づいて、モータジェネレータ MG 2が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号 P WM 2を生成し、生成した信号 P WM 2 をインバータ 1 5へ出力する。この場合、インバータ 15の NPNトランジスタ (図示せず）は、信号 PWM2によってスイッチング制御される。これにより、インバータ 15は、モータジェネレータ MG 2が発電した交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ 12へ供給する。 '

さらに、制御装置 40は、回生制動時、メインバッテリ MBの端子間電圧 V b，インバータ 15の入力電圧 Vm 2、トルク指令値 TR 2およびモータ回転数 MR N2に基づいて、インバータ 15から供給された直流電圧を降圧するための信号 PWCを生成し、生成した信号 PWCを昇圧コンバータ 12へ出力する。これにより、モータジェネレータ MG 2が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されてメインバッテリ MBに供給される。

ここで、図 2に示す本実施の形態に係るモータ駆動装置 100は、図 6に示す従来のモータ駆動装置に対して、以下に述べる特徴を有する。

第 1に、 DC/DCコンバータ 20は、システムリレー SR I, S R 2を介さず、メインバッテリ MBに直接的に接続されることを特徴とする。従来のモータ駆動装置においては、図 6に示すように、 DCZDCコンバータ 1 10は、車両システムの起動時に制御装置 120からの信号 S Eによってシステムリレー SR 1， SR 2がオンされたことに応じて、メインバッテリ MBと接続される。これに対して、本実施の形態によれば、 DC/DCコンバータ 20は、車両システム起動の有無に関わらず、常時メィンバッテリ MBに接続されることになる。第 2に、 DC/DCコンバータ制御回路 30は、メインバッテリ MBを電源とする高圧部品であることを特徴とする。すなわち、補機バッテリ SBを電源とする制御装置 40とは異なり、 DC7DCコンバータ制御回路 30は、 .捕機バッテリ SBの充電状態とは無関係に動作することができる。これにより、 DCZDC コンバータ 12は、後述するように、補機バッテリ SBにバッテリ上がりが生じた際においても、 DC ZD Cコンバータ制御回路 30から出力される制御信号に応じて昇圧動作を行ない、速やかに補機バッテリ SBを充電することができる。以下に、本実施の形態に係るモータ駆動装置 100に搭載される DC/DCコンバータ 20および DC/DCコンバータ制御回路 30について、詳細に説明する。

図 3は、図 2における DCZDCコンバータ 20の回路図である。

図 3を参照して、 DC/DCコンバータ 20は、入力端子 21 , 22と、フォトトランジスタ Q 1 ~Q4と、ダイオード D 1〜D6と、トランス T 1と、コィル L 1と、コンデンサ C 1と、出力端子 23， 24とを含む。

入力端子 21， 22は、メインバッテリ MBから直流電圧を受け、その受けた直流電圧をフォトトランジスタ Q 1， Q 2およびフォトトランジスタ Q 3， Q4 の両端に供給する。

フォトトランジスタ Q l, Q 2は、電源電圧と接地電圧との間に直列に接続される。フォトトランジスタ Q3, Q 4は、電源電圧と接地電圧との間に直列に接続される。フォトトランジスタ Q 1, Q2は、電源電圧と接地電圧との間に、フオトトランジスタ Q 3， Q4と並列に接続される。各フォトトランジスタ Q 1~ Q 4のコレクターェミッタ間には、ェミツタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード D 1~D 4がそれぞれ接続されている。

フォトトランジスタ Q 1〜Q4は、図 4に示す DCZDCコンバータ制御回路 30のフォトダイオード 38とにおいて、フォトダイオード 38を入力側とし、フォトトランジスタ Q 1~Q 4を出力側とするフォトカプラを構成する。

DC/DCコンバータ制御回路 30は、後述するように、制御信号として、フォトダイォード 3 8の各フォトダイォードの発光する光信号を D C ZD Cコンパータ 2 0のフォトトランジスタ Q 1 ~Q 4へ出力する。フォトトランジスタ Q 1 〜Q 4は、フォトダイオード 3 8からの光信号をゲートにそれぞれ受けると、この光信号に基づいてオン Zオフされる。

なお、本実施の形態では、 D CZD Cコンバータ 2 0におけるスィツチング回路をフォト力ブラで構成したが、これは、 D CZD Cコンバータ制御回路 3 0を高圧部品としたことに伴なつて、高電圧のメインバッテリ MBと車体による接地 (ボディアース）との電気的絶縁を確保するためである。

トランス T 1は、その一次側コイルが、フォトトランジスタ Ql, Q 2の接続ノードと、フォトトランジスタ Q 3 , Q 4の接続ノードとの間に酉己される。さらに、一次側コイルに対向するように、トランス T 1の二次側コイルが配される。ダイオード D 5は、トランス T 1の二次側コイルからコイル L 1に電流を流すようにトランス T 1の二次側コイルとコイル L 1との間に接続される。

ダイオード D 6は、ダイォード D 5とコイル L 1'との接続ノ一ドから二次側コィルの低圧側へ出力電流が流れ込むのを阻止するように、トランス T 1の二次側コィノレとコィノレ L 1との間に接続される。

コイル L 1は、ダイオード D 5と出力端子 2 3との間に接続される。コンデンサ C 1は、コイル L 1の出力側と接地電圧との間に接続され、コイル L 1からの出力電圧を平滑化して出力端子 2 3に与える。

以上の構成において、フォトトランジスタ Q 1 , Q 4がオンされ、フォトトランジスタ Q 2 , Q 3がオフされると、電源電圧〜フォトトランジスタ Q 1〜トランス T 1の一次側コイル〜フォトトランジスタ Q 4〜接地電圧の経路で入力電流が流れる。そして、トランス T 1は、一次側コイルと二次側コイルとの巻線比に応じて入力電圧を降圧して出力電圧を出力する。

D CZD Cコンバータ 2 0の二次側では、トランス T 1の二次側コィル〜ダイオード D 5〜コイル L 1〜補機バッテリ S B〜接地電圧の経路で出力電流が流れる。

フォトトランジスタ Q 1 , Q 4がオン/オフされる割合、つまりデューティ比に応じて、入力電流が変化し、トランス T 1に印加される電圧が変化する。すなわち、フォトトランジスタ Ql, Q 4のオンデューティが大きくなると、入力電流が増加してトランス T 1に印加される電圧が増加する。一方、フォトトランジスタ Q l, Q 4のオンデューティが小さくなると、入力電流が減少してトランス T 1に印加される電圧が減少する。

そして、トランス T 1は、トランス T 1に印加される電圧を、その電圧レベルに応じて降圧するので、 DCZDCコンバータの二次側の出力電圧は、トランス T 1に印加される電圧に応じて変化する。

したがって、フォトトランジスタ Q 1, Q 4のオンデューティ比を制御することで、 DCZDCコンバータ 20の出力電圧を捕機パッテリ SBの目標とする所望の充電電圧となるように制御することができる。

図 4は、図 2における DCZDCコンバータ制御回路 30のプロック図である。図 4を参照して、 DC/DCコンバータ制御回路 30は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンとも称する) 32と、インターフェース (I/O 34， 3 6と、フォトダイォ一ド 38と、トランス T 2とを含む。

DCZDCコンバータ制御回路 30は、先述のように、メインパッテリ MBを電源とする高圧部品である。詳細には、マイコン 32は、メインバッテリ MBを電源とし、インターフェース 36からの信号をトリガ信号として起動することにより、 DC/DCコンバータ 20のフォトトランジスタ Q 1〜Q4をスィッチング制御するための制御信号を生成する。

マイコン 32で生成された制御信号は、インターフェース 34を介してフォトダイオード 38に入力される。フォトダイオード 38は、マイコン 32から入力された制御信号に応じて発光し、その発光した光信号を D C ZD Cコンバータ 2 0のフォトトランジスタ Q 1〜Q 4へ出力する。フォトトランジスタ Q 1〜Q4 は、この光信号を受光してスイッチング動作を行なう。これにより、メインバッテリ MBの電力が降圧されてネ膚機バッテリ SBに供給される。

以上の構成において、インターフェース 36は、通常、車両システム起動時にスタータスィツチがオンされたことに応じて、マイコン 32を起動させるトリガ信号を出力する。

したがって、補機バッテリ上がりによって、 ECU関係が作動せず、車両システムが起動不能となった場合は、インターフェース 3 6からマイコン 3 2に対してトリガ信号が与えられないだめ、マイコン 3 2を起動させることができない。結果として、 D C /D Cコンバータ 2◦を動作させて、捕機バッテリ S Bを充電することは不可能となる。

そこで、本実施の形態に係るモータ駆動装置 1 0 0は、補機バッテリ上がりが生じたときのマイコン 3 2の起動手段として、バックアップ電源 B Bと、バックアップ電源 B Bからの信号をマイコン 3 2に印加するためのスィツチ 8 0とをさらに備 _る。

バックァップ電源 B Bは、たとえばボタン電池などの低電圧バッテリであって、スィツチ 8 0を介して D C/D Cコンバータ制御回路 3 0のトランス T 2の一次側コイルに接続される。なお、トランス T 2の二次側コイルは、インターフエ一ス 3 6に接続される。

スィツチ 8 0は、運転手などが手動でオン/オフすることができる手動スィッチであって、オン状態において、バックアップ電源 B Bとトランス T 2の一次側コイルとを電気的に結合する。

以上の構成おいて、補機バッテリ S Bにパッテリ上がりが生じたときには、運転手がスィッチ 8 0を手動でオンする。スィッチ 8 0がオンされると、バックアップ電源 B Bとトランス T 2の一次側コイルとが接続され、トランス T 2の一次側コイルに電圧が印加される。これに応じて、トランス T 2の二次側コイルには、一次側コイルと二次側コイルとの巻線比に応じた電圧が出力される。

トランス T 2の二次側コイルに生じた出力電圧は、インターフェース 3 6に入力される。インターフェース 3 6は、トランス T 2の出力電圧が入力されると、入力された電圧が立上るタイミングに応じて活性化する信号を生成し、その生成した信号をマイコン 3 2に入力する。マイコン 3 2は、インターフェース 3 6からの入力信号をトリガ信号として起動する。さらに、 D C ZD Cコンバータ制御回路 3 0は、マイコン 3 2が起動したことを受けて、 D CZD Cコンバータ 2 0 のフォトトランジスタ Q 1〜Q 4に対して制御信号を出力する。 D C /D Cコンバータ 2 0は、制御信号に応じて降圧動作を行ない、捕機バッテリ S Bの端子間電圧をエンジン始動が可能な所望の電圧レベルにまで充電する。これにより、モータ駆動装置 100は、モータジェネレータ MG 1にエンジン始動に必要な駆動力を発生させることができる。

図 5は、この発明の実施の形態によるモータ駆動装置における捕機バッテリ上がり時の動作を説明するためのフローチャートである。

図 5を参照して、車両システムの起動にあたって、運転手によって補機バッテリ上がりの有無が確認される（ステップ S O 1) 。具体的には、補機バッテリ S Bの充電状態が表示手段によって報知され、これにより運転手は補機バッテリ S Bの異常を知ることができる。

ステップ S O 1において、補機バッテリ上がりが確認されないとき、すなわち、補機バッテリ SBの充電状態が所望のレベルを満たすときには、ィグニッシヨンスィッチがオンされたことに応じてモータ駆動装置 100が作動する（ステップ S 05) 。さらに、モータジェネレータ MG 1に発生した駆動力によってェンジンが始動される（ステップ S O 6) 。

一方、ステップ s o 1において、補機バッテリ上がりが確^:されると、運転手によって、手動のスィッチ 80がオンされ、 DC/DC.コンバータ制御回路 30 とバックアップ電源 BBとが接続される（ステップ S O 2) 。これにより、 DC ZD Cコンバータ制御回路 30に内蔵されるマイコン 32は、バックアップ電源 B Bからの入力電圧をトリガ信号として起動する。

次に、 DCZDCコンバータ制御回路 30が起動したことに応じて、 DC/D Cコンバータ 20が駆動し、補機バッテリ S Bを充電する（ステップ S 03) 。詳細には、 DC/DCコンバータ制御回路 30は、起動後において、 DC/DC コンバータ 20のフォトトランジスタ Q 1〜Q 4をオン/オフさせるための制御信号を生成し、生成した制御信号を DC/DCコンバータ 20へ出力する。 DC ノ DCコンバータ 20は、制御信号に応じてフォトトランジスタ Q 1~Q4のスイッチング動作を行ない、メインバッテリ MBの直流電圧を所望の電圧に降圧して補機バッテリ S Bに供給する。

ステップ S 04において、補機バッテリ S Bの端子間電圧が所望の電圧レベルに達したと判断されると、車両システムが起動される。具体的には、ィグニッシヨンスィッチがオンされると（ステップ S O 5) 、モータ駆動装置 100がメインバッテリ MBの電力によってモータジェネレータ MG 1を駆動させる。このモータジェネレータ MG 1の駆動力によりエンジンが始動される（ステップ S 0 6 ) _D

なお、本実施の形態に係るモータ駆動装置 1 0 0において、メインバッテリ M Bと、メインバッテリ MBを電源とする D C/D Cコンバータ制御回路 3 0と、メインバッテリ MBに接続される D C/D Cコンバータ 2 0およびシステムリレ一 S R 1， S R 2とを電池パックとして、 1つの筐体内に一体化して収容する構成とすれば、メインバッテリ MBの冷却装置を用いて、これらを一体的に冷却することが可能となる。これによれば、 D CZD Cコンバータ 2◦および D CZD Cコンバータ制御回路 3 0に対する冷却装置を新たに設ける必要が生じないため、装置規模およびコストの増大を抑えることができる。

以上のように、この発明の実施の形態によれば、捕機バッテリ上がりに対しても、充電設備を必要とせず、簡易に補機バッテリを充電して、確実にモータを駆動させることができる。産業上の利用可能性

この発明は、ハイプリッド自動車に搭載されるモータ駆動装置に適用することができる。

Claims

請求の範囲

1. 第 1電源（MB) と、

前記第 1電源 (MB) から電力の供給を受けてモータ（MG1， MG 2) を駆動する駆動回路（1 3， 15) と、前記第 1電源 (MB) から出力された第 1の直流電圧よりも低い第 2の直流電圧を受けて充電される第 2電源 (SB) と、前記第 1電源 (MB) と前記第 2電源（SB) との間で前記第 1の直流電圧を前記第 2の直流電圧へ変換する零圧変換器 (20) と、

前記第 1電源 (MB) 力 ^電力の供給を受けて前記電圧変換器（20) を制御する変換器制御回路（30) とを備える、モータ駆動装置。

2. 前記第 2電源 (SB) 力ら電力の供給を受けて駆動し、前記駆動回路（13， 1 5) を制御するとともに、前記変換器制御回路（30) を起動させるためのトリガ信号を前記変換器制御回路（30) に入力する駆動回路制御回路（40) と、前記第 2電源 (SB) の蓄電量が所定量に満たないとき、前記トリガ信号を生成して前記変換器制御回路（30) に入力するトリガ信号生成手段とをさらに備える、請求項 1に記載のモータ駆動装置。

3. 前記所定量は、前記駆動回路制御回路（30) を駆動するのに必要な電力の供給量とする、請求項 2に記載のモータ駆動装置。

4. 前記トリガ信号生成手段は、

前記トリガ信号を生成する第 3電源（BB) と、

前記第 3電源 (BB) の生成した前記トリガ信号の入力タイミングを指示するスィッチ（80) とを含む、請求項 3に記載のモータ駆動装置。

5. 前記第 1電源 (MB) 、前記第 2電源 (SB) 、前記電圧変換器 (20) 、前記変換器制御回路（30) 、前記駆動回路制御回路（40) および前記トリガ信号生成手段は、単一の筐体内に一体化して収容され、

前記筐体を冷却^"る冷却装置をさらに備える、請求項 2から 4のいずれか 1項に記載のモータ駆動装置。