特開 2020-198716 車両駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-198716(P2020-198716A)

(43)【公開日】2020年12月10日

(54)【発明の名称】車両駆動装置

(51)【国際特許分類】

   B60L 58/20 20190101AFI20201113BHJP

   B60L 53/14 20190101ALI20201113BHJP

   B60L 53/22 20190101ALI20201113BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20201113BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20201113BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20201113BHJP

【ＦＩ】

   B60L58/20

   B60L53/14

   B60L53/22

   H02J7/00 P

   H02J7/34 B

   H01M10/44 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2019-103842(P2019-103842)

(22)【出願日】2019年6月3日

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100059959

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(72)【発明者】

【氏名】古川 晶博

(72)【発明者】

【氏名】平野 晴洋

(72)【発明者】

【氏名】佐内 英樹

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503AA07

5G503BA03

5G503BA04

5G503BB01

5G503DA08

5G503DA17

5G503GB06

5G503GD03

5H030AA09

5H030AS06

5H030AS08

5H030BB08

5H030BB21

5H125AA01

5H125AB01

5H125AC08

5H125AC12

5H125AC14

5H125AC24

5H125BC21

5H125BC28

5H125CD04

5H125DD02

5H125EE23

5H125FF16

(57)【要約】

【課題】軽量で且つ簡易な構成で複数の大きさの車両走行用の電源電圧を供給する車両駆動装置を提供する。
【解決手段】車両駆動装置１０は、バッテリ１８と電源用キャパシタ２２とが直列接続されている電源３と、バッテリ１８の電圧が提供される主駆動モータ１６と、バッテリ１８と電源用キャパシタ２２の合計電圧（Ｖin）が提供される副駆動モータ２０と、充電回路１９と、電源３の充放電を制御する制御回路２４と、を備える。制御回路２４は、充電回路１９のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を操作して、バッテリ１８と電源用キャパシタ２２の充放電を制御する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載された車両駆動装置であって、
充電式のバッテリと電源用キャパシタとが直列接続されている電源と、
前記バッテリの電圧が提供される第１の車両駆動モータと、
前記バッテリと前記電源用キャパシタの合計電圧が提供される第２の車両駆動モータと、
前記電源に接続された充電回路と、
前記充電回路を介して前記電源の充放電を制御する制御回路と、を備え、
前記電源用キャパシタは、第１の端子及び第２の端子を有し、
前記充電回路は、第１の端子及び第２の端子を有する充電用キャパシタと、前記充電用キャパシタの第１の端子と前記電源用キャパシタの第１の端子を電気的に接続及び切断するための第１のスイッチと、前記充電用キャパシタの第１の端子と前記電源用キャパシタの第２の端子を電気的に接続及び切断するための第２のスイッチと、前記充電用キャパシタの第２の端子と前記バッテリの正極端子を電気的に接続及び切断するための第３のスイッチと、前記充電用キャパシタの第２の端子と前記バッテリの負極端子を電気的に接続及び切断するための第４のスイッチと、を備え、
前記制御回路は、前記第１，第２，第３及び第４のスイッチを操作して、前記バッテリと前記電源用キャパシタの充放電を制御するように構成されている、車両駆動装置。

【請求項2】

前記電源用キャパシタの定格電圧は、前記バッテリの定格電圧よりも大きい、請求項１に記載の車両駆動装置。

【請求項3】

前記バッテリの正極端子と前記電源用キャパシタの第２の端子が接続されており、
前記電源は、前記第１，第２，第３及び第４のスイッチの直列回路に並列接続され、
前記充電用キャパシタは、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチの直列回路に並列接続され、
前記第２のスイッチと前記第３のスイッチの間の接続点が、前記バッテリの正極端子に接続されている、請求項１又は２に記載の車両駆動装置。

【請求項4】

前記制御回路は、
前記第１及び第３のスイッチを閉状態にすると共に前記第２及び第４のスイッチを開状態にして、前記電源用キャパシタに蓄えられている電荷の一部を前記充電用キャパシタに蓄える第１段階と、
前記第１及び第３のスイッチを開状態にすると共に前記第２及び第４のスイッチを閉状態にして、前記充電用キャパシタに蓄えられた電荷により前記バッテリを充電する第２段階と、
を複数回繰返すように前記充電回路を制御する、請求項３に記載の車両駆動装置。

【請求項5】

前記制御回路は、
前記第１及び第３のスイッチを開状態にすると共に前記第２及び第４のスイッチを閉状態にして、前記バッテリに蓄えられている電荷の一部を前記充電用キャパシタに蓄える第３段階と、
前記第１及び第３のスイッチを閉状態にすると共に前記第２及び第４のスイッチを開状態にして、前記充電用キャパシタに蓄えられた電荷により前記電源用キャパシタを充電する第４段階と、
を複数回繰返すように前記充電回路を制御する、請求項３又は４に記載の車両駆動装置。

【請求項6】

前記電源用キャパシタは、蓄積可能な電荷が、前記バッテリに蓄積可能な電荷よりも少なく構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両駆動装置に関し、特に、大きさの異なる複数の車両走行用の電源電圧を供給して車両を駆動するための車両駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１５−１３６２６３号公報（特許文献１）には、車両制御回路が記載されている。この車両制御回路は、エンジンにより駆動される発電機と、電気負荷に給電するためのバッテリと、バッテリと並列接続されたキャパシタと、ＤＣ／ＤＣコンバータとを備えている。また、この装置には、バッテリに接続された１２Ｖの電力ラインと、キャパシタに接続された２５Ｖの電力ラインとが設けられており、これら２つの電力ラインの間にＤＣ／ＤＣコンバータが設けられている。

【0003】

特許文献１の装置では、１２Ｖの電力ライン及び２５Ｖの電力ラインがそれぞれ対応する電気負荷を給電するようになっている。キャパシタは、車両の走行中に発電機によって充電される。また、この装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータが２５Ｖの電力ラインの電力を１２Ｖの電力に変換して、１２Ｖの電力ラインに供給することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−１３６２６３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、特許文献１の車両制御回路は、単にキャパシタ及びバッテリの電圧にそれぞれ対応する大きさの異なる２つの電源電圧を車載電気負荷に供給するだけである。したがって、より高圧の電源が車両駆動のために要求される場合には、他の蓄電装置（例えば、最大電圧（耐圧）がより大きいキャパシタや、定格電圧がより大きい別のバッテリ）を採用することになる。この場合、車両の重量増やコスト増という問題が生じる。

【0006】

従って、本発明は、軽量で且つ簡易な構成で複数の大きさの車両走行用の電源電圧を供給する車両駆動装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決するために、本発明は、車両に搭載された車両駆動装置であって、充電式のバッテリと電源用キャパシタとが直列接続されている電源と、バッテリの電圧が提供される第１の車両駆動モータと、バッテリと電源用キャパシタの合計電圧が提供される第２の車両駆動モータと、電源に接続された充電回路と、充電回路を介して電源の充放電を制御する制御回路と、を備え、電源用キャパシタは、第１の端子及び第２の端子を有し、充電回路は、第１の端子及び第２の端子を有する充電用キャパシタと、充電用キャパシタの第１の端子と電源用キャパシタの第１の端子を電気的に接続及び切断するための第１のスイッチと、充電用キャパシタの第１の端子と電源用キャパシタの第２の端子を電気的に接続及び切断するための第２のスイッチと、充電用キャパシタの第２の端子とバッテリの正極端子を電気的に接続及び切断するための第３のスイッチと、充電用キャパシタの第２の端子とバッテリの負極端子を電気的に接続及び切断するための第４のスイッチと、を備え、制御回路は、第１，第２，第３及び第４のスイッチを操作して、バッテリと電源用キャパシタの充放電を制御するように構成されていることを特徴としている。

【0008】

このように構成された本発明においては、電源がバッテリとキャパシタの直列接続を備えており、キャパシタに接続された第１電力ラインと、バッテリに接続された第２電力ライン５ｂと、を少なくとも備えている。第１電力ラインと第２電力ラインとは、異なる電源電圧を提供することができる。第１電力ラインにより第２の車両駆動モータが駆動され、第２電力ラインにより第１の駆動モータが駆動される。このように、本発明では、容易且つ簡易な構成で複数の電源電圧を供給することができる。また、本発明では、電源がバッテリと電源用キャパシタの直列接続で構成されているため、充電回路を４つの電気スイッチと、電荷バッファとしての充電用キャパシタとによる簡単な構成にすることができる。制御回路は、これら４つの電気スイッチの開閉により、バッテリと電源用キャパシタとの間で電荷の充放電を容易に行うことが可能である。

【0009】

本発明において、好ましくは、電源用キャパシタの定格電圧は、バッテリの定格電圧よりも大きい。このように構成された本発明によれば、外部電源により電源を充電する場合、バッテリの定格電圧が外部電源の下限電圧より小さくても、バッテリよりも定格電圧が大きい電源用キャパシタを直列接続することにより、車両の入力電圧値を容易に下限電圧よりも大きく維持することができる。

【0010】

本発明において、好ましくは、バッテリの正極端子と電源用キャパシタの第２の端子が接続されており、電源は、第１，第２，第３及び第４のスイッチの直列回路に並列接続され、充電用キャパシタは、第２のスイッチと第３のスイッチの直列回路に並列接続され、第２のスイッチと第３のスイッチの間の接続点が、バッテリの正極端子に接続されている。

【0011】

本発明において、好ましくは、制御回路は、第１及び第３のスイッチを閉状態にすると共に第２及び第４のスイッチを開状態にして、電源用キャパシタに蓄えられている電荷の一部を充電用キャパシタに蓄える第１段階と、第１及び第３のスイッチを開状態にすると共に第２及び第４のスイッチを閉状態にして、充電用キャパシタに蓄えられた電荷によりバッテリを充電する第２段階と、を複数回繰返すように充電回路を制御する。
このように構成された本発明によれば、電源用キャパシタの電荷を、充電回路を介してバッテリへ放出することにより、バッテリを充電することができる。このとき、例えば、電源用キャパシタに外部電源から充電電力を供給することにより、実質的に、外部電源によりバッテリと電源用キャパシタを同時に充電することができる。

【0012】

本発明において、好ましくは、制御回路は、第１及び第３のスイッチを開状態にすると共に第２及び第４のスイッチを閉状態にして、バッテリに蓄えられている電荷の一部を充電用キャパシタに蓄える第３段階と、第１及び第３のスイッチを閉状態にすると共に第２及び第４のスイッチを開状態にして、充電用キャパシタに蓄えられた電荷により電源用キャパシタを充電する第４段階と、を複数回繰返すように充電回路を制御する。
このように構成された本発明によれば、バッテリの電荷を、充電回路を介して電源用キャパシタへ放出することにより、電源用キャパシタを充電することができる。

【0013】

本発明において、好ましくは、電源用キャパシタは、蓄積可能な電荷が、バッテリに蓄積可能な電荷よりも少なく構成されている。
このように構成された本発明によれば、バッテリにより電源用キャパシタを充電する場合、バッテリと電源用キャパシタの合計電圧を増加させることができる。よって、合計電圧が外部電源の下限電圧より低い場合、合計電圧を昇圧することにより、外部充電可能とすることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、軽量で且つ簡易な構成で複数の大きさの車両走行用の電源電圧を供給する車両駆動装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態による車両駆動装置を搭載した車両のレイアウト図である。

【図2】本発明の実施形態による車両駆動装置の各モータの出力と車速の関係を示す図である。

【図3】本発明の実施形態による車両駆動装置の電気ブロック図である。

【図4】本発明の実施形態による車両駆動装置のバッテリ、キャパシタ及び充電回路の電気回路の説明図である。

【図5】本発明の実施形態による車両駆動装置の外部充電処理の処理フローである。

【図6】本発明の実施形態による車両駆動装置の外部充電処理内の充電前情報処理の処理フローである。

【図7】本発明の実施形態による車両駆動装置の外部充電処理内の充電処理の処理フローである。

【図8】本発明の実施形態による車両駆動装置の外部充電時における電流及び電圧の変位を示すタイムチャートである。

【図9】本発明の実施形態による車両駆動装置の外部充電時の各ステージにおける電気スイッチの開閉位置及び電流の流れを示す図である。

【図10】本発明の実施形態による車両駆動装置のキャパシタ充電処理の処理フローである。

【図11】本発明の実施形態による車両駆動装置のキャパシタ充電処理時における電流及び電圧の変位を示すタイムチャートである。

【図12】本発明の実施形態による車両駆動装置のキャパシタ充電処理時の各ステージにおける電気スイッチの開閉位置及び電流の流れを示す図である。

【図13】本発明の実施形態による車両駆動装置のキャパシタ放電処理の処理フローである。

【図14】本発明の実施形態による車両駆動装置のキャパシタ放電処理時における電流及び電圧の変位を示すタイムチャートである。

【図15】本発明の実施形態による車両駆動装置のキャパシタ放電処理時の各ステージにおける電気スイッチの開閉位置及び電流の流れを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態による車両駆動装置の構成について説明する。図１は車両駆動装置を搭載した車両のレイアウト図であり、図２は車両駆動装置の各モータの出力と車速の関係を示す図である。

【0017】

図１に示すように、本発明の実施形態による車両駆動装置１０を搭載した車両１は、運転席よりも前方の、車両の前部に内燃機関であるエンジン１２が搭載され、主駆動輪である左右一対の後輪２ａを駆動する所謂ＦＲ（Front engine, Rear drive）車である。

【0018】

本発明の実施形態による車両駆動装置１０は、一対の後輪２ａを駆動する主駆動モータ１６と、一対の前輪２ｂを駆動する副駆動モータ２０と、これらモータへ電力供給する電源３（バッテリ１８、電源用キャパシタ２２）と、充電回路１９と、制御回路２４とを備えている。

【0019】

エンジン１２は、車両１の主駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生するための内燃機関である。本実施形態においては、エンジン１２として直列４気筒エンジンが採用されており、車両１の前部に配置されたエンジン１２が動力伝達機構１４を介して後輪２ａを駆動するようになっている。

【0020】

動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６が発生した駆動力を主駆動輪である後輪２ａに伝達するように構成されている。図１に示すように、動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６に接続された動力伝達軸であるプロペラシャフト１４ａ、及び変速機であるトランスミッション１４ｂを備えている。

【0021】

主駆動モータ１６は、主駆動輪に対する駆動力を発生するための電動機であって、車両１の車体上に設けられ、エンジン１２の後ろ側に、エンジン１２に隣接して配置されている。また、主駆動モータ１６に隣接してインバータ１６ａが配置されており、このインバータ１６ａにより、バッテリ１８の直流電圧が交流電圧に変換されて主駆動モータ１６に供給される。さらに、図１に示すように、主駆動モータ１６はエンジン１２と直列に接続されており、主駆動モータ１６が発生した駆動力も動力伝達機構１４を介して後輪２ａに伝達される。また、本実施形態においては、主駆動モータ１６として、比較的低電圧（本例では、４８Ｖ以下）で駆動される２５ｋＷの永久磁石電動機（永久磁石同期電動機）が採用されている。

【0022】

副駆動モータ２０は、副駆動輪である前輪２ｂに対する駆動力を発生するように、前輪２ｂ各輪に設けられている。また、副駆動モータ２０はインホイールモータであり、前輪２ｂ各輪のホイール内に夫々収容されている。また、キャパシタ２２の直流電圧は、トンネル部１５内に配置されたインバータ２０ａにより交流電圧に変換されて、各副駆動モータ２０に供給される。さらに、本実施形態においては、副駆動モータ２０には減速機構である減速機が設けられておらず、副駆動モータ２０の駆動力は前輪２ｂに直接伝えられ、車輪が直接駆動される。また、本実施形態においては、各副駆動モータ２０として、比較的高電圧（本例では、１２０Ｖ以下）で駆動される１７ｋＷの誘導電動機が夫々採用されている。

【0023】

電源３は、バッテリ１８とキャパシタ２２とが直列接続されて構成されている（図３参照）。即ち、バッテリ１８の負極端子が車両１の車体アースＧに接続され、バッテリ１８の正極端子とキャパシタ２２の負極端子とが接続されている。

【0024】

バッテリ１８は、主として主駆動モータ１６を作動させる電気エネルギーを蓄積するための蓄電器である。本実施形態においては、バッテリ１８として、４８Ｖ、３．５ｋＷｈのリチウムイオンバッテリ（ＬＩＢ）が使用されている。具体的には、バッテリ１８は、複数のバッテリセル１８ａ（図３参照）が直列接続されて構成されている。本実施形態では、１つのバッテリセル１８ａの定格電圧が約３Ｖであり、１２個のバッテリセル１８ａが直列接続されている。

【0025】

キャパシタ２２は、車両１の前輪２ｂ各輪に設けられた副駆動モータ２０に電力を供給するための蓄電器である。キャパシタ２２は、車両１後部において、プラグイン式の充電回路１９と概ね対称の位置に配置される。本実施形態においては、キャパシタ２２は、耐圧７２Ｖ、数ファラッド程度の静電容量を有する。なお、副駆動モータ２０は、主駆動モータ１６よりも高い電圧で駆動されるモータであり、主としてキャパシタ２２に蓄積された電気エネルギーにより駆動される。

【0026】

充電回路１９は、バッテリ１８及びキャパシタ２２に電気的に接続されている。充電回路１９は、主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０の回生電力、及び、給電口２３に接続された充電スタンド等の外部電源１７から供給された電力により、バッテリ１８及びキャパシタ２２を充電するように構成されている。

【0027】

給電口２３は、車両１の後部側面に設けられたコネクタであり、充電回路１９に電気的に接続されている。給電口２３のコネクタは、充電スタンド等の外部電源１７から延びる電気ケーブル１７ａのプラグに接続可能に構成されており、給電口２３を介して電力が充電回路１９に供給される。このように、本実施形態の車両駆動装置１０は、直流電力を供給する外部電源１７を、電気ケーブル１７ａを介して給電口２３に接続することにより、バッテリ１８及びキャパシタ２２を充電可能に構成されている。

【0028】

制御回路２４は、エンジン１２、主駆動モータ１６、及び副駆動モータ２０を制御して、電動機走行モード及び内燃機関走行モードを実行するように構成されている。また、制御回路２４は、充電回路１９を制御して、バッテリ１８及びキャパシタ２２を充放電させるように構成されている。具体的には、制御回路２４は、マイクロプロセッサ、メモリ、インタフェイス回路、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等によって構成することができる。

【0029】

次に、図２を参照すると、車両駆動装置１０における車速と各モータの出力の関係が示されている。図２において、主駆動モータ１６の出力を破線で示し、１つの副駆動モータ２０の出力を一点鎖線で、２つの副駆動モータ２０の出力の合計を二点鎖線で、全てのモータの出力の合計を実線で示している。なお、図２は、車両１の速度を横軸とし、各モータの出力を縦軸として示しているが、車両１の速度とモータの回転数には一定の関係が存在するので、横軸をモータ回転数とした場合でも、各モータの出力は図２と同様の曲線を描く。

【0030】

本実施形態においては主駆動モータ１６には永久磁石電動機が採用されているため、図２に破線で示すように、モータ回転数が低い低車速域で主駆動モータ１６の出力が大きく、車速が速くなるにつれて出力可能なモータ出力が減少する。即ち、本実施形態において、主駆動モータ１６は、約４８Ｖで駆動され、１０００ｒｐｍ程度まで最大トルクである約２００Ｎｍのトルクを出力し、約１０００ｒｐｍ以上で回転数の増加と共にトルクが低下する。また、本実施形態において、主駆動モータ１６は、最低速域において約２０ｋＷ程度の連続出力が得られ、最大出力約２５ｋＷが得られるように構成されている。

【0031】

これに対して、副駆動モータ２０には誘導電動機が採用されているため、図２に一点鎖線及び二点鎖線で示すように、低車速域では副駆動モータ２０の出力は極めて小さく、車速が速くなるにつれて出力が増大し、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で最大出力が得られた後、モータ出力は減少する。本実施形態において、副駆動モータ２０は、約１２０Ｖで駆動され、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で１台当たり約１７ｋＷ、２台合計で約３４ｋＷの出力が得られるように構成されている。即ち、本実施形態において、副駆動モータ２０は、約６００乃至８００ｒｐｍでトルクカーブがピークをもち、最大トルク約２００Ｎｍが得られる。

【0032】

図２の実線には、これら主駆動モータ１６及び２台の副駆動モータ２０の出力の合計が示されている。このグラフから明らかなように、本実施形態においては、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で最大出力約５３ｋＷが得られており、この車速における、この最大出力でＷＬＴＰ試験において要求される走行条件を満足することができる。なお、図２の実線では、低車速域においても２台の副駆動モータ２０の出力値が合算されているが、実際には低車速域では各副駆動モータ２０が駆動されることはない。即ち、発進時及び低車速域においては主駆動モータ１６のみで車両が駆動され、高車速域で大出力が必要とされたとき（高車速域で車両１を加速させるとき等）のみ２台の副駆動モータ２０が出力を発生する。このように、高回転領域で大きな出力を発生することができる誘導電動機（副駆動モータ２０）を、高速域のみで使用することにより、車両重量の増加を低く抑えながら必要なとき（所定速度以上での加速時等）に十分な出力を得ることができる。

【0033】

次に、図３を参照して、本発明の実施形態による車両駆動装置１０の電気的な構成を説明する。図３は、車両駆動装置の電気ブロック図である。

【0034】

本実施形態では、車両駆動装置１０は、３つの異なる大きさの電源電圧を供給するように構成されている。即ち、車両駆動装置１０には、最大で１２０Ｖ電圧を供給する第１電力ライン５ａと、最大で４８Ｖ電圧を供給する第２電力ライン５ｂと、最大で１２Ｖ電圧を供給する第３電力ライン５ｃが設けられている。

【0035】

第１電力ライン５ａは、キャパシタ２２の正極端子に接続されており、インバータ２０ａを介して、副駆動モータ２０へ向けて１２０ＶＤＣ電圧を供給する。即ち、キャパシタ２２の正極端子と車両１の車体アースＧとの間には、バッテリ１８の端子間電圧とキャパシタ２２の端子間電圧の合計電圧により、最大で１２０ＶＤＣの電位差が生成される。各副駆動モータ２０に接続されたインバータ２０ａは、バッテリ１８及びキャパシタ２２の出力を交流に変換した上で誘導電動機である副駆動モータ２０を駆動する。

【0036】

第２電力ライン５ｂは、バッテリ１８の正極端子に接続されており、インバータ１６ａを介して、主駆動モータ１６へ向けて４８ＶＤＣ電圧を供給する。即ち、バッテリ１８の正極端子と車両１の車体アースＧとの間には、バッテリ１８の端子間電圧により、最大で４８ＶＤＣの電位差が生成される。インバータ１６ａは、バッテリ１８の出力を交流に変換した上で永久磁石電動機である主駆動モータ１６を駆動する。

【0037】

第３電力ライン５ｃは、直列接続された複数のバッテリセル１８ａのうち、特定のバッテリセル１８ａの正極端子に接続されている。即ち、この特定のバッテリセル１８ａの正極端子と車両１の車体アースＧとの間には、所定数（本例では、４個）のバッテリセル１８ａの直列接続回路により、約１２ＶＤＣの電位差が生成される。第３電力ライン５ｃは、アクセサリ電源であり、スイッチ１８ｃを介して車両１の電気負荷２８へ向けて１２ＶＤＣ電圧を供給する。電気負荷は、車載電気機器（例えば、空調装置、オーディオ装置等）である。

【0038】

このように、主駆動モータ１６は、バッテリ１８の基準出力電圧である約４８Ｖで駆動される。また、副駆動モータ２０は、バッテリ１８の出力電圧とキャパシタ２２の端子間電圧を合算した合計電圧で駆動されるので、４８Ｖよりも高い最大１２０Ｖの電圧で駆動される。キャパシタ２２には副駆動モータ２０に供給する電気エネルギーが蓄積され、副駆動モータ２０は、常にキャパシタ２２を介して供給された電力によって駆動される。

【0039】

図３に示すように、充電回路１９は、キャパシタ２２の正極端子と、バッテリ１８の正極端子とキャパシタ２２の負極端子との接続点Ｎ０と、車体アースＧとに接続されている。制御回路２４は、所定時（モータ回生時、外部電源１７による外部充電時）に、充電回路１９を用いてバッテリ１８及びキャパシタ２２の充電処理を実行する。

【0040】

なお、制御回路２４は、図示しない複数の電圧センサ及び複数の電流センサを用いて、第１電力ライン５ａ，第２電力ライン５ｂ，第３電力ライン５ｃの電圧及び電流を監視している。さらに、制御回路２４は、これらの電圧値及び電流値を用いて、バッテリ１８の端子間電圧（以下「バッテリ電圧」という），キャパシタ２２の端子間電圧（以下「キャパシタ電圧」という），及びこれらの充電状態（ＳＯＣ；State of Charge）を計算している。

【0041】

車両１の減速時等には、主駆動モータ１６及び各副駆動モータ２０は発電機として機能し、車両１の運動エネルギーを回生して電力を生成する。主駆動モータ１６によって回生された電力はバッテリ１８に蓄積され、各副駆動モータ２０によって回生された電力は主としてキャパシタ２２に蓄積される。

【0042】

また、外部電源１７を用いて充電する場合、外部電源１７が給電口２３に接続されると、充電回路１９とキャパシタ２２に外部電源１７の充電電圧が印加され、バッテリ１８及びキャパシタ２２への充電が可能になる。

【0043】

なお、キャパシタ２２は静電容量が比較的小さいため、モータ回生及び外部充電により、キャパシタ２２への充電が行われると、キャパシタ電圧は比較的急速に上昇する。充電によりキャパシタ電圧が所定電圧に達すると、制御回路２４は、充電回路１９を制御して、キャパシタ２２に蓄積された静電エネルギー（電荷）を用いてバッテリ１８を充電する。これにより、キャパシタ電圧は低下するので、再びキャパシタ２２への充電が可能となる。このような処理を繰り返すことにより、バッテリ電圧を徐々に昇圧することが可能である。即ち、各副駆動モータ２０により回生された電力、及び、外部電源１７からの電力は、一時的にキャパシタ２２に蓄積された後、バッテリ１８へ充電される。

【0044】

また、一般に、充電スタンド等の外部電源１７は、車両の給電口に接続されたとき、車両の電圧（即ち、給電口の対アース電圧）を取得し、この電圧が所定の下限電圧（例えば、５０Ｖ）未満の場合は、安全性確保のため充電処理を実行しないように構成されている。

【0045】

本実施形態においては、バッテリ１８の定格電圧（４８Ｖ）は下限電圧（５０Ｖ）よりも低い電圧に設定されているが、外部電源１７は、バッテリ電圧Ｖbattとキャパシタ電圧Ｖcapの合計電圧（即ち、第１電力ライン５ａの電圧）を、車両１の電圧として取得する。このため、本実施形態では、合計電圧が下限電圧以上であれば、バッテリ電圧Ｖbattの大きさにかかわらず、外部電源１７は充電処理を開始し、制御回路２４は、充電回路１９を制御して、バッテリ１８及びキャパシタ２２を充電することができる。

【0046】

一方、外部電源１７が給電口２３に接続されたときに合計電圧（＝Ｖbatt＋Ｖcap）が下限電圧未満であれば、外部電源１７は充電処理を開始しない。この場合、制御回路２４は、充電回路１９を制御して、バッテリ１８に蓄積されている電気エネルギーの一部を用いて、キャパシタ電圧を昇圧する。このとき、バッテリ１８は蓄積電荷量が大きいので、バッテリ電圧はほとんど下がらない。これにより、合計電圧を下限電圧以上に昇圧することが可能である。

【0047】

また、外部充電時以外においても（即ち、車両１の走行中）、キャパシタ２２の放電によりキャパシタ電圧が所定電圧よりも低くなった場合、制御回路２４は、キャパシタ２２から副駆動モータ２０への給電前に、バッテリ１８の電力を用いてキャパシタ２２を充電することができる。

【0048】

なお、本明細書において、バッテリ１８の定格電圧とは、一般的な条件下での作動電圧の最大値（満充電電圧）を意味し、キャパシタ２２の定格電圧とは、キャパシタ２２に与えられる最大の電圧（満充電電圧）を意味する。また、バッテリが一般的な条件下で放電した場合の平均的な作動電圧をバッテリの公称電圧という。さらに、バッテリ１８の定格電圧（４８Ｖ）はキャパシタ２２の定格電圧（７２Ｖ）よりも低く設定されているが、バッテリ１８に蓄積可能な電荷（電気量：クーロン）は、キャパシタ２２に蓄積可能な電荷よりも遥かに多くなるように構成されている。

【0049】

次に、図４〜図１１を参照して、本発明の実施形態による車両駆動装置１０の充電処理を説明する。図４は、バッテリ、キャパシタ及び充電回路の電気回路の説明図である。図４に示すように、バッテリ１８の正極端子にはスイッチＳＷbattが接続され、キャパシタ２２の正極端子にはスイッチＳＷcapが接続されており、バッテリ１８及びキャパシタ２２の接続、非接続が切り替え可能である。

【0050】

充電回路１９は、直列接続されたバッテリ１８及びキャパシタ２２に対して並列に接続されている。充電回路１９には直列に接続された４つのスイッチが内蔵されており、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４が、この順序で接続されている。スイッチＳＷ１の一端はキャパシタ２２の正極端子に接続され、スイッチＳＷ４の一端はバッテリ１８の負極端子（車体アースＧ）に接続されている。また、スイッチＳＷ２とＳＷ３の接続点Ｎ２は、バッテリ１８とキャパシタ２２の接続点Ｎ０に接続されている。

【0051】

スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、ＳＷbatt、ＳＷcapは、制御回路２４によって開閉が制御される。さらに、スイッチＳＷ１とＳＷ２の接続点Ｎ１と、スイッチＳＷ３とＳＷ４の接続点Ｎ３との間には、充電用キャパシタ１９ｂが接続されている。なお、本実施形態においては、各スイッチとして半導体スイッチが採用されているが、機械接点によるリレーをスイッチとして使用することもできる。

【0052】

まず、図５〜図９を参照して、本実施形態における外部充電処理について説明する。
図５は外部充電処理の処理フロー、図６は外部充電処理内の充電前情報処理の処理フロー、図７は外部充電処理内の充電処理の処理フローである。図８は外部充電時における電流及び電圧の変位を示すタイムチャート、図９は外部充電時の各ステージにおける電気スイッチの開閉位置及び電流の流れを示す図である。

【0053】

図８は、上段から順に、入力電圧値Ｖin、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapの開閉状態、スイッチＳＷ１及びＳＷ３の開閉状態、スイッチＳＷ２及びＳＷ４の開閉状態を示している。これに続いて図８には、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap（キャパシタ２２の正極端子と負極端子の間の電圧）、キャパシタ２２に流れる電流Ｉcap、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbatt、バッテリ１８に流れる電流Ｉbatt、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖc、充電用キャパシタ１９ｂに流れる電流Ｉcが示されている。

【0054】

図５（外部充電処理）に示すように、制御回路２４は、外部電源１７が給電口２３に接続されたことを検出すると、外部充電処理の充電前情報処理（Ｓ１０）、車両リレー処理（Ｓ２０）、充電処理（Ｓ３０）、充電完了処理（Ｓ４０）を順次に実行する。なお、外部電源１７は、車両１への接続後、所定の条件が満たされると電力供給を開始する。

【0055】

図６（充電前情報処理Ｓ１０）に示すように、制御回路２４は、先ず入力電圧値Ｖinを演算する（Ｓ１１）。入力電圧値Ｖinは、外部電源１７から見た車両１の電圧に相当し、具体的には、バッテリ電圧とキャパシタ電圧の合計電圧に相当する。このため、制御回路２４は、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapを閉状態にして、電圧センサを用いて入力電圧値Ｖin（第１電力ライン５ａの電圧に相当）を測定する。なお、入力電圧値Ｖinを直接的に測定する代わりに、バッテリ電圧Ｖbattと、キャパシタ電圧Ｖcapとを、それぞれ電圧センサによって測定し、これら電圧値を加算して入力電圧値Ｖinを演算してもよい。

【0056】

次に、制御回路２４は、充電処理が可能な状態であるか否かを判定する（Ｓ１２）。具体的には、入力電圧値Ｖinが所定電圧以上であるか否かが判定される。所定電圧は、外部充電開始閾値であり、下限電圧（５０Ｖ）以上の電圧（例えば、５５Ｖ）に設定されている。入力電圧値Ｖinが所定電圧未満の場合（Ｓ１２；Ｎｏ）、後述するキャパシタ充電処理（Ｓ５０）が実行された後、ステップＳ１１の処理へ戻る。一方、入力電圧値Ｖinが所定電圧以上の場合（Ｓ１２；Ｙｅｓ）、制御回路２４は、バッテリ１８及びキャパシタ２２の状態を演算する（Ｓ１３）。すなわち、この処理において、制御回路２４は、バッテリ電圧Ｖbatt、キャパシタ電圧Ｖcap、バッテリ電流Ｉbatt、キャパシタ電流Ｉcapを、電圧センサ及び電流センサを用いて測定すると共に、バッテリ１８及びキャパシタ２２のＳＯＣを取得する。

【0057】

次に、制御回路２４は、バッテリ１８及びキャパシタ２２の状態判定を行う（Ｓ１４）。この処理では、バッテリ１８及びキャパシタ２２が正常に充電可能な健全な状態であること（例えば、バッテリ電圧Ｖbatt及びキャパシタ電圧Ｖcapが設定された閾値以上であること、又は各ＳＯＣが設定された閾値以上であること）が判定される。バッテリ１８又はキャパシタ２２が健全な状態でないと判定された場合（Ｓ１４；Ｎｏ）、故障診断処理が実行される。一方、バッテリ１８及びキャパシタ２２が共に健全な状態であると判定された場合（Ｓ１４；Ｙｅｓ）、車両リレー処理（図５のＳ２０）へ移行する。車両リレー処理では、制御回路２４は、スイッチＳＷbatt，ＳＷcap，ＳＷ１〜ＳＷ４を、初期位置（開位置）に切り替える。

【0058】

図７（充電処理Ｓ３０）に示すように、制御回路２４は、先ず外部電源１７に対する充電指令を演算し（Ｓ３１）、不図示の通信ラインを介して外部電源１７へ充電指令を送信する（Ｓ３２）。すなわち、制御回路２４は、所定の充電スケジュールで充電が完了するように、外部電源１７から供給されるべき充電電流値を計算する。充電指令は、この計算により得られた充電電流値の供給を要求する信号である。このとき、制御回路２４は、スイッチＳＷbatt，ＳＷcapを閉位置に切り替える。一方、外部電源１７においても、外部電源１７に設けられた電圧センサを用いて車両１の入力電圧値Ｖinが測定される。外部電源１７は、測定した入力電圧値Ｖinが下限電圧以上である場合、車両１から充電指令を受け取ると充電電力を供給する（図９のステージ（１）参照）。

【0059】

図８を参照すると、時刻ｔ₁において、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapがＯＮ（閉状態）にされ、外部電源１７による充電が開始されている（図９のステージ（１）参照）。この状態では、バッテリ１８及びキャパシタ２２が外部電源１７に接続されるが、充電回路１９は外部電源１７から切り離されている。これにより、外部電源１７から供給された電流は、キャパシタ２２及びバッテリ１８に流入し（電流Ｉcap、Ｉbatt＞０）、キャパシタ２２及びバッテリ１８を充電する。これに伴い、キャパシタ電圧Ｖcap及びバッテリ電圧Ｖbattが上昇する。なお、キャパシタ２２に蓄積可能な電荷は、バッテリ１８に蓄積可能な電荷よりも少ないため、キャパシタ電圧Ｖcapはバッテリ電圧Ｖbattよりも速く上昇する。

【0060】

制御回路２４は、ステップＳ１３と同様に、バッテリ１８及びキャパシタ２２の状態を演算する（Ｓ３３）。そして、制御回路２４は、キャパシタ２２の電気エネルギーの判定を行う（Ｓ３４）。この処理では、キャパシタ２２の電気エネルギーが、バッテリ１８への放出電荷量に適した所定範囲内にあるか否かが判定される。具体的には、キャパシタ電圧Ｖcapが充電スケジュールに即した所定の電圧範囲内にあるか否かが判定される。キャパシタ２２の電気エネルギーが所定範囲内にない場合（Ｓ３４；Ｎｏ）、ステップＳ３１の処理へ戻って、充電指令演算を再度実行する。一方、キャパシタ２２の電気エネルギーが所定範囲内にある場合（Ｓ３４；Ｙｅｓ）、キャパシタ２２に適正な量の放電電荷が蓄積されているので、制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を閉状態にし、スイッチＳＷ２，ＳＷ４を開状態にして（Ｓ３５）、キャパシタ２２を放電させて、充電用キャパシタ１９ｂを充電する（図９のステージ（２）参照）。

【0061】

図８を参照すると、時刻ｔ₂において、キャパシタ電圧Ｖcapは、所定の電圧値まで上昇しており、スイッチＳＷ１及びＳＷ３がＯＮにされる（図９のステージ（２）参照）。この状態では、外部電源１７からの電流が充電用キャパシタ１９ｂに流入すると共に、キャパシタ２２に蓄積された電荷が放電され（電流Ｉcap＜０）、充電用キャパシタ１９ｂに流入する（電流Ｉc＞０）。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖc（以下「充電用キャパシタ電圧Ｖc」という）が上昇する。一方、キャパシタ電圧Ｖcapは低下する。これにより、キャパシタ２２は、再び充電可能な状態となる。なお、入力電圧値Ｖinは、全体の傾向として、時間と共に増加しており、時刻ｔ₃においても外部電源１７の下限電圧以上に維持される。

【0062】

充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧に上昇するまで、スイッチＳＷ１，ＳＷ３は閉状態に維持される（Ｓ３６；Ｎｏ）。一方、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧に達すると（Ｓ３６；Ｙｅｓ）、制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を開状態にし、スイッチＳＷ２，ＳＷ４を閉状態にして（Ｓ３７）、充電用キャパシタ１９ｂからバッテリ１８へ電荷を放出させて、バッテリ１８を充電する（図９のステージ（３）参照）。

【0063】

図８を参照すると、時刻ｔ₃において、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定電圧に達しているので、スイッチＳＷ１及びＳＷ３はＯＦＦにされ、スイッチＳＷ２及びＳＷ４はＯＮにされる（図９のステージ（３）参照）。この状態では、外部電源１７からの電流がキャパシタ２２及びバッテリ１８に流入して、これらが充電されると共に、充電用キャパシタ１９ｂに蓄積された電荷もスイッチＳＷ２、ＳＷbattを通ってバッテリ１８に充電される。これにより、キャパシタ電圧Ｖcap及びバッテリ電圧Ｖbattが上昇すると共に、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが低下する。

【0064】

バッテリ電圧Ｖbattが上昇すると共に、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧に低下するまで、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチ位置は維持される（Ｓ３８；Ｎｏ）。一方、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧まで低下すると（Ｓ３８；Ｙｅｓ）、制御回路２４は、バッテリ１８の充電が完了したか否かを判定する（Ｓ３９）。この処理では、バッテリ電圧Ｖbattが所定の充電終了閾値（例えば、満充電電圧＝４８Ｖ）に達したか否か、又は、バッテリ１８のＳＯＣが所定の値（例えば、１００％）に達したか否かが判定される。

【0065】

バッテリ１８の充電が完了していない場合（Ｓ３９；Ｎｏ）、再びステップＳ３３へ移行する。すなわち、バッテリ１８の充電が完了するまで、ステップＳ３３〜Ｓ３９の処理が繰り返され（図８の時刻ｔ₂〜ｔ₁₀参照）、車両駆動装置１０は、図９のステージ（２）とステージ（３）の状態に交互に切り替えられる。一方、バッテリ１８の充電が完了した場合（Ｓ３９；Ｙｅｓ）、充電完了処理（図５のＳ４０）へ移行する。充電完了処理では、制御回路２４は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を開状態に切り替える処理、充電完了信号を外部電源１７へ送信する処理等を実行し、外部充電処理を終了する。

【0066】

なお、図８では、時刻ｔ₁₀において、バッテリ１８の充電が完了している（すなわち、Ｓ３９；Ｙｅｓ）。図８に示すように、入力電圧値Ｖinは、バッテリ電圧Ｖbattと同様に時間と共に増加し、充電スケジュールに従って、時刻ｔ₁₀に充電終了閾値（例えば、１２０Ｖ）に達する。すなわち、バッテリ電圧Ｖbattとキャパシタ電圧Ｖcapは、共に定格電圧（４８Ｖ，７２Ｖ）に達する。

【0067】

次に、図１０〜図１２を参照して、本実施形態における外部充電処理内のキャパシタ充電処理について説明する。
図１０はキャパシタ充電処理の処理フロー、図１１はキャパシタ充電処理時における電流及び電圧の変位を示すタイムチャート、図１２はキャパシタ充電処理時の各ステージにおける電気スイッチの開閉位置及び電流の流れを示す図である。

【0068】

充電前情報処理（図６参照）において、入力電圧値Ｖinが所定電圧未満の場合（Ｓ１２；Ｎｏ）、キャパシタ充電処理Ｓ５０が実行される。キャパシタ充電処理の実行中には、まだ外部電源１７から充電電力は供給されていない。キャパシタ充電処理では、制御回路２４は、ステップＳ１３と同様に、バッテリ１８及びキャパシタ２２の状態を演算する（Ｓ５１）。次いで、制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を開状態にし、スイッチＳＷ２，ＳＷ４を閉状態にして（Ｓ５２）、バッテリ１８により充電用キャパシタ１９ｂを充電する（図１２のステージ（１１）参照）。

【0069】

図１１を参照すると、時刻ｔ₁₁において、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapがＯＮ（閉状態）にされており、入力電圧値Ｖinが外部充電開始閾値未満であることが検出される。時刻ｔ₁₂において、キャパシタ２２への充電を開始するため、スイッチＳＷ１，ＳＷ３はＯＦＦ（開状態）の状態で、スイッチＳＷ２，ＳＷ４がＯＮにされる（図１２のステージ（１１）参照）。この状態では、バッテリ１８から出力された電流（Ｉbatt＜０）が、スイッチＳＷbatt及びスイッチＳＷ２を通って充電用キャパシタ１９ｂに流入（Ｉc＞０）する。これにより、充電用キャパシタ電圧Ｖcが上昇する。一方、バッテリ電圧Ｖbattは低下するが、バッテリ１８には十分な電荷が蓄積されているため、その低下量は僅かである。

【0070】

充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧に上昇するまで、スイッチＳＷ２，ＳＷ４は閉状態に維持される（Ｓ５３；Ｎｏ）。一方、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧に達すると（Ｓ５３；Ｙｅｓ）、制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を閉状態にし、スイッチＳＷ２，ＳＷ４を開状態にして（Ｓ５４）、充電用キャパシタ１９ｂからキャパシタ２２へ電荷を放出して、キャパシタ２２を充電する（図１２のステージ（１２）参照）。

【0071】

図１１を参照すると、時刻ｔ₁₃において、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定電圧まで上昇しており、スイッチＳＷ１，ＳＷ３がＯＮにされ、スイッチＳＷ２，ＳＷ４がＯＦＦにされる（図１２のステージ（１２）参照）。この状態では、充電用キャパシタ１９ｂから放電された電流（電流Ｉc＜０）がキャパシタ２２に流入する（電流Ｉcap＞０）。これにより、充電用キャパシタ電圧Ｖcが低下し、キャパシタ電圧Ｖcapが上昇する（バッテリ電圧Ｖbattは変化しない）。この結果、入力電圧値Ｖinは増加する。

【0072】

キャパシタ電圧Ｖcapが上昇すると共に、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧に低下するまで、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチ位置が維持される（Ｓ５５；Ｎｏ）。一方、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧まで低下すると（Ｓ５５；Ｙｅｓ）、制御回路２４は、キャパシタ２２の充電が完了したか否かを判定する（Ｓ５６）。この処理では、キャパシタ電圧Ｖcapが十分に昇圧されたか否か、すなわち、入力電圧値Ｖinが外部充電開始閾値に到達したか否かが判定される。

【0073】

キャパシタ２２の充電が完了していない場合（Ｓ５６；Ｎｏ）、再びステップＳ５１へ移行する。すなわち、キャパシタ２２の充電が完了するまで、ステップＳ５１〜Ｓ５６の処理が繰り返され（図１１の時刻ｔ₁₂〜ｔ₁₈参照）、車両駆動装置１０は、図１２のステージ（１１）とステージ（１２）の状態に交互に切り替えられる。一方、キャパシタ２２の充電が完了した場合（Ｓ５６；Ｙｅｓ）、キャパシタ充電処理は終了され、充電前情報処理Ｓ１０（図６）へ戻る。その後、外部充電処理（図５）が継続され、車両リレー処理Ｓ２０を経て、充電処理Ｓ３０（図７）が実行される。充電処理Ｓ３０において、外部電源１７が充電電流を供給すると、車両駆動装置１０は、図１２のステージ（１３）の状態となる（図９のステージ（１）と同じ）。

【0074】

なお、上述のように、キャパシタ充電処理は、外部充電処理において所定条件で実行される。しかしながら、外部充電処理以外において、車両１の走行中等に、キャパシタ２２が放電されキャパシタ電圧が低下した場合にも実行される。すなわち、キャパシタ充電処理は、副駆動モータ２０への給電前に、キャパシタ電圧を所定電圧以上に維持しておくためにも実行される。

【0075】

次に、図１３〜図１５を参照して、本実施形態におけるキャパシタ放電処理について説明する。図１３はキャパシタ放電処理の処理フロー、図１４はキャパシタ放電処理時における電流及び電圧の変位を示すタイムチャート、図１５はキャパシタ放電処理時の各ステージにおける電気スイッチの開閉位置及び電流の流れを示す図である。

【0076】

キャパシタ放電処理は、キャパシタ２２に蓄積された電荷をバッテリ１８へ放出させるために実行される。この処理は、例えば、キャパシタ２２を交換する際にキャパシタ２２を安全な電圧になるまで放電させるため、また、副駆動モータ２０により回生された電力によりキャパシタ２２が必要以上に充電されることを防止するために実行される。

【0077】

キャパシタ放電処理が開始されると、制御回路２４は、放電前情報処理（Ｓ６１）を実行する。この処理では、バッテリ電圧Ｖbatt、キャパシタ電圧Ｖcap、バッテリ電流Ｉbatt、キャパシタ電流Ｉcap、バッテリ１８及びキャパシタ２２のＳＯＣ等が取得される（Ｓ１３参照）。次いで、制御回路２４は、車両リレー処理（Ｓ６２）を実行する。この処理では、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が初期位置（開位置）にされる。

【0078】

次いで、制御回路２４は、放電処理（Ｓ６３〜Ｓ６８）を実行する。放電処理では、制御回路２４は、ステップＳ１３と同様に、バッテリ１８及びキャパシタ２２の状態を演算する（Ｓ６３）。次いで、制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を閉状態にし、スイッチＳＷ２，ＳＷ４を開状態にして（Ｓ６４）、キャパシタ２２から充電用キャパシタ１９ｂへ電荷を放出させて、充電用キャパシタ１９ｂを充電する（図１５のステージ（２１）参照）。

【0079】

図１４を参照すると、時刻ｔ₂₁において、キャパシタ電圧Ｖcapは所定電圧以上である。時刻ｔ₂₂において、スイッチＳＷ１，ＳＷ３はＯＮにされ、スイッチＳＷ２，ＳＷ４はＯＦＦ（開状態）にされる（図１５のステージ（２１）参照）。この状態では、キャパシタ２２から放電された電流（Ｉcap＜０）が、スイッチＳＷcap及びスイッチＳＷ１を通って充電用キャパシタ１９ｂに流入する（Ｉc＞０）。これにより、充電用キャパシタ電圧Ｖcは上昇し、キャパシタ電圧Ｖcapは低下する。

【0080】

充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧に上昇するまで、スイッチＳＷ１，ＳＷ３は閉状態に維持される（Ｓ６５；Ｎｏ）。一方、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧に達すると（Ｓ６５；Ｙｅｓ）、制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を開状態にし、スイッチＳＷ２，ＳＷ４を閉状態にして（Ｓ６６）、充電用キャパシタ１９ｂからバッテリ１８へ電荷を放出させて、バッテリ１８を充電する（図１５のステージ（２２）参照）。

【0081】

図１４を参照すると、時刻ｔ₂₃において、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定電圧まで上昇しており、スイッチＳＷ１，ＳＷ３はＯＦＦにされ、スイッチＳＷ２，ＳＷ４はＯＮにされる（図１５のステージ（２２）参照）。この状態では、充電用キャパシタ１９ｂから放電された電流（電流Ｉc＜０）がバッテリ１８に流入する（電流Ｉbatt＞０）。これにより、充電用キャパシタ電圧Ｖcが低下し、バッテリ電圧Ｖbattが僅かに上昇する（キャパシタ電圧Ｖcapは変化しない）。

【0082】

バッテリ電圧Ｖbattが上昇すると共に、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧に低下するまで、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチ位置が維持される（Ｓ６７；Ｎｏ）。一方、充電用キャパシタ電圧Ｖcが所定の電圧まで低下すると（Ｓ６７；Ｙｅｓ）、制御回路２４は、キャパシタ２２の放電が完了したか否かを判定する（Ｓ６８）。この処理では、キャパシタ電圧Ｖcapが十分に降圧されたか否か（すなわち、キャパシタ電圧Ｖcapが放電終了閾値に到達したか否か）が判定される。なお、Ｓ６８において、付加的に、入力電圧値Ｖinが、入力電圧値Ｖinに対して設定された放電終了閾値に到達したか否かを判定してもよい。

【0083】

キャパシタ２２の放電が完了していない場合（Ｓ６８；Ｎｏ）、再びステップＳ６１へ移行する。すなわち、キャパシタ２２の放電が完了するまで、ステップＳ６１〜Ｓ６８の処理が繰り返され（図１４の時刻ｔ₂₂〜ｔ₂₈参照）、車両駆動装置１０は、図１５のステージ（２１）とステージ（２２）の状態に交互に切り替えられる。一方、キャパシタ２２の放電が完了した場合（Ｓ６８；Ｙｅｓ）、キャパシタ放電処理は終了され、放電完了処理（Ｓ６９）へ移行する。放電完了処理において、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が開状態にされ、キャパシタ放電処理は終了される。なお、図１５のステージ（２３）は、車両１のメンテナンス等において、時刻ｔ₂₉にスイッチＳＷbatt及びＳＷcapがＯＦＦにされた待機状態を示している。

【0084】

以下に本発明の実施形態による車両駆動装置１０の作用について説明する。
本実施形態によれば、車両１に搭載された車両駆動装置１０は、充電式のバッテリ１８と電源用キャパシタ２２とが直列接続されている電源３と、バッテリ１８の電圧が提供される主駆動モータ１６（第１の車両駆動モータ）と、バッテリ１８と電源用キャパシタ２２の合計電圧（Ｖin）が提供される副駆動モータ２０（第２の車両駆動モータ）と、電源３に接続された充電回路１９と、充電回路１９を介して電源３の充放電を制御する制御回路２４と、を備え、電源用キャパシタ２２は、第１の端子及び第２の端子を有し、充電回路１９は、第１の端子及び第２の端子を有する充電用キャパシタ１９ｂと、充電用キャパシタ１９ｂの第１の端子と電源用キャパシタ２２の第１の端子を電気的に接続及び切断するためのスイッチＳＷ１（第１のスイッチ）と、充電用キャパシタ１９ｂの第１の端子と電源用キャパシタ２２の第２の端子を電気的に接続及び切断するためのスイッチＳＷ２（第２のスイッチ）と、充電用キャパシタ１９ｂの第２の端子とバッテリ１８の正極端子を電気的に接続及び切断するためのスイッチＳＷ３（第３のスイッチ）と、充電用キャパシタ１９ｂの第２の端子とバッテリ１８の負極端子を電気的に接続及び切断するためのスイッチＳＷ４（第４のスイッチ）と、を備え、制御回路２４は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を操作して、バッテリ１８と電源用キャパシタ２２の充放電を制御するように構成されている。

【0085】

このように構成された本実施形態では、電源３がバッテリ１８とキャパシタ２２の直列接続を備えており、キャパシタ２２に接続された第１電力ライン５ａと、バッテリ１８に接続された第２電力ライン５ｂと、を少なくとも備えている。第１電力ライン５ａと第２電力ライン５ｂとは、異なる電源電圧を提供することができる。第１電力ライン５ａにより副駆動モータ２０が駆動され、第２電力ライン５ｂにより主駆動モータ１６が駆動される。このように、本実施形態では、容易且つ簡易な構成で複数の電源電圧を供給することができる。また、本実施形態では、電源３がバッテリ１８と電源用キャパシタ２２の直列接続で構成されているため、充電回路を４つの電気スイッチと、電荷バッファとしての充電用キャパシタとによる簡単な構成にすることができる。制御回路２４は、これら４つの電気スイッチの開閉により、バッテリ１８と電源用キャパシタ２２との間で電荷の充放電を容易に行うことが可能である。

【0086】

また、本実施形態において好ましくは、電源用キャパシタ２２の定格電圧（７２Ｖ）は、バッテリ１８の定格電圧（４８Ｖ）よりも大きい。このように構成された本実施形態では、外部電源１７により電源３を充電する場合、バッテリ１８の定格電圧が外部電源１７の下限電圧より小さくても、バッテリ１８よりも定格電圧が大きい電源用キャパシタ２２を直列接続することにより、車両１の入力電圧値Ｖinを容易に下限電圧よりも大きく維持することができる。

【0087】

また、本実施形態において、具体的には、バッテリ１８の正極端子と電源用キャパシタ２２の第２の端子が接続されており、電源３は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の直列回路に並列接続され、充電用キャパシタ１９ｂは、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３の直列回路に並列接続され、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３の間の接続点Ｎ２が、バッテリ１８の正極端子に接続されている。

【0088】

また、本実施形態において好ましくは、制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を閉状態にすると共にスイッチＳＷ２，ＳＷ４を開状態にして（Ｓ３５）、電源用キャパシタ２２に蓄えられている電荷の一部を充電用キャパシタ１９ｂに蓄える第１段階（図９のステージ（２））と、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を開状態にすると共にスイッチＳＷ２，ＳＷ４を閉状態にして（Ｓ３７）、充電用キャパシタ１９ｂに蓄えられた電荷によりバッテリ１８を充電する第２段階（図９のステージ（３））と、を複数回繰返すように充電回路１９を制御する。

【0089】

このように構成された本実施形態では、電源用キャパシタ２２の電荷を、充電回路１９を介してバッテリ１８へ放出することにより、バッテリ１８を充電することができる。このとき、例えば、電源用キャパシタ２２に外部電源１７から充電電力を供給することにより、実質的に、外部電源１７によりバッテリ１８と電源用キャパシタ２２を同時に充電することができる。

【0090】

また、本実施形態において好ましくは、制御回路２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を開状態にすると共にスイッチＳＷ２，ＳＷ４を閉状態にして（Ｓ５２）、バッテリ１８に蓄えられている電荷の一部を充電用キャパシタ１９ｂに蓄える第３段階（図１２のステージ（１１））と、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を閉状態にすると共にスイッチＳＷ２，ＳＷ４を開状態にして（Ｓ５４）、充電用キャパシタ１９ｂに蓄えられた電荷により電源用キャパシタ２２を充電する第４段階（図１２のステージ（１２））と、を複数回繰返すように充電回路１９を制御する。

【0091】

このように構成された本実施形態では、バッテリ１８の電荷を、充電回路１９を介して電源用キャパシタ２２へ放出することにより、電源用キャパシタ２２を充電することができる。

【0092】

また、本実施形態において好ましくは、電源用キャパシタ２２は、蓄積可能な電荷が、バッテリ１８に蓄積可能な電荷よりも少なく構成されている。このように構成された本実施形態では、バッテリ１８により電源用キャパシタ２２を充電する場合、バッテリ１８と電源用キャパシタ２２の合計電圧を増加させることができる。よって、合計電圧が外部電源１７の下限電圧より低い場合、合計電圧を昇圧することにより、外部充電可能とすることができる。

【符号の説明】

【0093】

１ 車両
３ 電源
１０ 車両駆動装置
１６ 主駆動モータ（第１の車両駆動モータ）
１７ 外部電源
１８ バッテリ
１８ａ バッテリセル
１９ 充電回路
１９ｂ 充電用キャパシタ
２０ 副駆動モータ（第２の車両駆動モータ）
２２ キャパシタ（電源用キャパシタ）
２４ 制御回路
２８ 電気負荷
Ｇ 車体アース
Ｎ０，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ 接続点
ＳＷbatt，ＳＷcap スイッチ
ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチ（第１〜第４のスイッチ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】