特許 6817055 車両用電力供給システム及び電動発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6817055

(24)【登録日】2020年12月28日

(45)【発行日】2021年1月20日

(54)【発明の名称】車両用電力供給システム及び電動発電装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20210107BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20210107BHJP

   B60L 53/24 20190101ALI20210107BHJP

   B60L 58/20 20190101ALI20210107BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20210107BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20210107BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 E

   B60L50/60

   B60L53/24

   B60L58/20

   H02M3/155 H

   H02J7/00 P

   H02J7/00 303C

   H02J7/00 J

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-245865(P2016-245865)

(22)【出願日】2016年12月19日

(65)【公開番号】特開2018-102038(P2018-102038A)

(43)【公開日】2018年6月28日

【審査請求日】2019年12月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(72)【発明者】

【氏名】北島 康彦

【審査官】 遠藤 尊志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０２５５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０８７６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６０９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２１７９７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０２２１６１１２（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４４−７／９８

Ｈ０２Ｍ ３／００− ３／４４

Ｂ６０Ｌ １／００− ３／１２

７／００−１３／００

１５／００−１５／４２

５０／００−５８／４０

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の駆動系（１）に設けられる多相交流のモータジェネレータ（１１０）と、
前記モータジェネレータ（１１０）へ電力を供給可能な高電圧バッテリ（２１）と、
前記モータジェネレータ（１１０）と前記高電圧バッテリ（２１）との間に接続され、
前記モータジェネレータ（１１０）の駆動及び発電を制御するインバータ（１３０）と、
前記モータジェネレータ（１１０）と比較して定格電圧が低い低電圧負荷へ電力を供給
可能な低電圧バッテリ（２３）と、
を備える車両用電力供給システム（３０）であって、
前記インバータ（１３０）は、前記モータジェネレータ（１１０）の各相のコイルとそれぞれ接続される複数のアーム回路（１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ）を含み、
前記低電圧バッテリ（２３）の高電圧側は、前記アーム回路（１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ）と前記モータジェネレータ（１１０）のコイル（１１１ｕ、１１１ｖ、１１１ｗ）との接続部のうちの少なくとも一つと電気的に接続され、
前記インバータ（１３０）及び前記モータジェネレータ（１１０）のコイルによって、降圧回路及び昇圧回路のうちの少なくとも一方が形成され、
前記低電圧バッテリ（２３）の高電圧側は、前記アーム回路（１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ）と前記モータジェネレータ（１１０）のコイル（１１１ｕ、１１１ｖ、１１１ｗ）との接続部と、電流の向きを双方向に切り替え可能な双方向スイッチ（１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ）を介して電気的に接続され、
前記双方向スイッチ（１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ）により電流の向きが切り替えられることによって、前記降圧回路が形成される状態と前記昇圧回路が形成される状態とが切り替えられる
車両用電力供給システム。

【請求項2】

前記低電圧バッテリ（２３）の高電圧側は、前記アーム回路（１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ）と前記モータジェネレータ（１１０）のコイル（１１１ｕ、１１１ｖ、１１１ｗ）との接続部の各々と電気的に接続され、
前記低電圧バッテリ（２３）は、前記モータジェネレータ（１１０）へ電力を供給可能である
請求項１に記載の車両用電力供給システム。

【請求項3】

車両の駆動輪を駆動するための動力を出力可能、かつ、前記車両の減速時に前記駆動輪の運動エネルギを用いて発電可能な多相交流のモータジェネレータ（１１０）と、
前記モータジェネレータ（１１０）へ電力を供給可能な高電圧バッテリ（２１）と前記モータジェネレータ（１１０）との間に接続され、前記モータジェネレータ（１１０）の駆動及び発電を制御するインバータ（１３０）と
を備える電動発電装置（１００）であって、
前記インバータ（１３０）は、前記モータジェネレータ（１１０）の各相のコイル（１１１ｕ、１１１ｖ、１１１ｗ）とそれぞれ接続される複数のアーム回路（１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ）を含み、
前記アーム回路（１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ）と前記モータジェネレータ（１１０）のコイル（１１１ｕ、１１１ｖ、１１１ｗ）との接続部のうちの少なくとも一つは、前記モータジェネレータ（１１０）と比較して定格電圧が低い低電圧負荷へ電力を供給可能な低電圧バッテリ（２３）の高電圧側と電気的に接続され、
前記インバータ（１３０）及び前記モータジェネレータ（１１０）のコイル（１１１ｕ、１１１ｖ、１１１ｗ）によって、降圧回路及び昇圧回路のうちの少なくとも一方が形成され、
前記低電圧バッテリ（２３）の高電圧側は、前記アーム回路（１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ）と前記モータジェネレータ（１１０）のコイル（１１１ｕ、１１１ｖ、１１１ｗ）との接続部と、電流の向きを双方向に切り替え可能な双方向スイッチ（１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ）を介して電気的に接続され、
前記双方向スイッチ（１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ）により電流の向きが切り替えられることによって、前記降圧回路が形成される状態と前記昇圧回路が形成される状態とが切り替えられる
電動発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用電力供給システム及び電動発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、燃費の向上や排気ガスの低減を目的として、エンジンの出力のアシスト及び車両の減速時における回生発電を実行可能なモータジェネレータを搭載するハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）が知られている。

【0003】

このようなハイブリッド自動車では、モータジェネレータの定格電圧に対応する高電圧バッテリが設けられる。またモータジェネレータと比較して定格電圧が低いスタータモータ等の低電圧負荷へ電力を供給可能な低電圧バッテリが設けられる。また高電圧バッテリと低電圧バッテリとの間での送電を実行するための電圧調整装置として、ＤＣＤＣコンバータが設けられる。

【0004】

特許文献１では、エンジンとトルク授受可能に連結された発電電動機と、発電電動機に電力授受可能に接続される高圧蓄電装置と、低圧電気負荷に給電する低圧蓄電装置と、両蓄電装置を双方向電力授受可能に接続するＤＣＤＣコンバータとを備える二電源系を有するハイブリッド自動車の駆動装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−１７６７０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで特許文献１に開示されているＤＣＤＣコンバータは、降圧機能及び昇圧機能の双方を有する。よって高電圧バッテリと低電圧バッテリとの間での双方向の送電を実行可能である。ＤＣＤＣコンバータが有する降圧機能及び昇圧機能は、磁気エネルギを蓄積及び放出するコイルを含む回路によって実現される。

【0007】

ここで磁気エネルギを蓄積及び放出するコイルは比較的大型であるため、このＤＣＤＣコンバータを備える駆動装置が大型化するという課題がある。

【0008】

そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、駆動系の小型化を実現し得る車両用電力供給システム及び電動発電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明によれば、駆動系に設けられる多相交流のモータジェネレータと、高電圧バッテリと、モータジェネレータと高電圧バッテリとの間に接続されるインバータと、低電圧バッテリとを備える車両用電力供給システムであって、インバータは、モータジェネレータの各相のコイルとそれぞれ接続される複数のアーム回路を備え、低電圧バッテリの高電圧側は、アーム回路とモータジェネレータのコイルとの接続部と電気的に接続され、インバータ及びモータジェネレータのコイルによって、降圧回路又は昇圧回路が形成される車両用電力供給システムが提供される。

【0010】

また本発明によれば、多相交流のモータジェネレータと、高電圧バッテリとモータジェネレータとの間に接続されるインバータとを備える電動発電装置であって、インバータは、モータジェネレータの各相のコイルとそれぞれ接続される複数のアーム回路を備え、アーム回路とモータジェネレータのコイルとの接続部は、低電圧バッテリの高電圧側と電気的に接続され、インバータ及びモータジェネレータのコイルによって、降圧回路又は昇圧回路が形成される電動発電装置が提供される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、駆動系の小型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施の形態における駆動系の概略構成図である。

【図2】従来の駆動系の概略構成図である。

【図3】従来の電力供給システムの構成図である。

【図4】本実施の形態における電力供給システムの構成図である。

【図5】インバータ及びモータジェネレータのコイルによって形成される降圧回路及び昇圧回路について説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

【0014】

図１は、本実施の形態における駆動系１の概略構成図である。駆動系１は、例えばハイブリッド自動車に設けられる。駆動系１は、エンジン１１、動力伝達系１５、駆動輪１９、スタータモータ２５、電動発電装置としてのＢＲＭ（Boost Recuperation Machine）１００、高電圧バッテリ２１、低電圧バッテリ２３及び制御装置２００を備える。

【0015】

このような駆動系１では、ＢＲＭ１００と、高電圧バッテリ２１と、低電圧バッテリ２３と、制御装置２００とを備える電力供給システム３０が構成される。電力供給システム３０は、駆動系１における電力の供給に関するシステムである。

【0016】

エンジン１１は、ガソリン等を燃料として動力を出力する内燃機関である。エンジン１１の出力軸であるクランクシャフトは、動力伝達系１５の入力側と接続される。動力伝達系１５の出力側は、駆動輪１９と接続される。

【0017】

動力伝達系１５は、自動変速機構としてのＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）や動力を伝達するための動力伝達軸を備えて構成される。動力伝達系１５は、エンジン１１から出力される動力について、回転数を変換して駆動輪１９に伝達する。

【0018】

ＢＲＭ１００は、駆動輪１９を駆動する駆動モータとしての機能と、車両の減速時に駆動輪１９の運動エネルギを用いて回生発電を行う発電機としての機能とを有する。

【0019】

なおＢＲＭ１００は、本発明に係る電動発電装置に相当する。ＢＲＭ１００は、多相交流のモータジェネレータ（ＭＧ）１１０と、モータジェネレータ１１０の駆動及び発電を制御するインバータ（ＩＮＶ）１３０とを備える。モータジェネレータ１１０がインバータ１３０によって制御されることによって、ＢＲＭ１００が有する上記の各機能が実現される。

【0020】

モータジェネレータ１１０は、インバータ１３０を介して高電圧バッテリ２１と接続されており、高電圧バッテリ２１から供給される電力を用いて駆動する。またモータジェネレータ１１０の出力軸は、エンジン１１のクランクシャフトと接続される。モータジェネレータ１１０から出力される動力は、エンジン１１のクランクシャフトを介して駆動輪１９に伝達される。

【0021】

ＢＲＭ１００を駆動モータとして機能させる場合、インバータ１３０は、高電圧バッテリ２１から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ１１０を駆動する。

【0022】

車両の減速時には、駆動輪１９の運動エネルギは、エンジン１１のクランクシャフトを介してモータジェネレータ１１０の出力軸に伝達される。

【0023】

ＢＲＭ１００を発電機として機能させる場合、インバータ１３０は、モータジェネレータ１１０で発電された交流電力を直流電力に変換して高電圧バッテリ２１に充電する。

【0024】

高電圧バッテリ２１は、高電圧の電力供給源である。高電圧バッテリ２１の定格電圧は、具体的には確実な絶縁が要求される程度に高い電圧と比較して低い略６０Ｖ以下の電圧であり、例えば４８Ｖである。高電圧バッテリ２１は、インバータ１３０を介してモータジェネレータ１１０と接続され、モータジェネレータ１１０に電力を供給可能である。

【0025】

スタータモータ２５は、エンジン１１を始動させるためのモータである。スタータモータ２５は、低電圧バッテリ２３と接続されており、低電圧バッテリ２３から供給される電力を用いて駆動される。スタータモータ２５の出力軸は、エンジン１１のクランクシャフトに接続される。

【0026】

スタータモータ２５から出力される動力は、エンジン１１のクランクシャフトに伝達される。それにより、エンジン１１の始動が実現される。スタータモータ２５は、ＢＲＭ１００に設けられるモータジェネレータ１１０と比較して定格電圧が低い低電圧負荷に相当する。

【0027】

低電圧バッテリ２３は、低電圧の電力供給源である。低電圧バッテリ２３の定格電圧は、高電圧バッテリ２１の定格電圧と比較して低い電圧であり、例えば１２Ｖである。低電圧バッテリ２３は、モータジェネレータ１１０と比較して定格電圧が低い低電圧負荷と接続され、低電圧負荷に電力を供給可能である。

【0028】

具体的には低電圧バッテリ２３は、上述したように、低電圧負荷としてのスタータモータ２５と接続され、スタータモータ２５へ電力を供給可能である。なお低電圧バッテリ２３は、その他の低電圧負荷に相当する車両に搭載される各種装置とも接続され得る。

【0029】

本実施の形態における電力供給システム３０では、低電圧バッテリ２３はＢＲＭ１００を介して高電圧バッテリ２１と接続される。具体的には低電圧バッテリ２３の高電圧側がＢＲＭ１００におけるインバータ１３０とモータジェネレータ１１０との接続部と電気的に接続される。

【0030】

それによりＢＲＭ１００によって降圧回路及び昇圧回路のうちの少なくとも一方が形成される。ＢＲＭ１００によって降圧機能及び昇圧機能のうちの少なくとも一方が実現される。なお電力供給システム３０における各装置間での電気的な接続の詳細については、後述する。

【0031】

このように本実施の形態における電力供給システム３０によれば、二電源系を有するハイブリッド自動車に設けられ得るＤＣＤＣコンバータの機能をＢＲＭ１００によって実現することができる。よって電力供給システム３０にＤＣＤＣコンバータを設けることなく、高電圧バッテリ２１と低電圧バッテリ２３との間での送電を行うことができる。

【0032】

例えば高電圧バッテリ２１の出力電圧を降圧して低電圧バッテリ２３へ電力を供給することによって、低電圧バッテリ２３を充電することができる。車両においてＤＣＤＣコンバータが占める比較的大きな空間を省略することができるので、車両において装置が搭載される空間を省スペース化し、駆動系の小型化を実現することができる。

【0033】

制御装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えて構成される。

【0034】

制御装置２００は、電力供給システム３０を構成する各装置の動作を制御する。制御装置２００は、具体的にはＢＲＭ１００のスイッチング素子の動作を制御することによって、高電圧バッテリ２１と低電圧バッテリ２３との間での送電、並びに、モータジェネレータ１１０の駆動及び発電を制御する。

【0035】

また制御装置２００は、各装置から出力された情報を受信する。例えば高電圧バッテリ２１及び低電圧バッテリ２３には各バッテリの残存容量ＳＯＣを検出する検出装置がそれぞれ含まれ、制御装置２００は検出装置から出力される各バッテリの残存容量ＳＯＣの検出結果を受信してもよい。

【0036】

また制御装置２００は、他の制御装置から出力される各種指令値を示す情報を受信してもよい。制御装置２００と各装置との通信は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）通信を用いて実現される。

【0037】

ここで、本発明の意義をより明確にするために、図２及び図３を参照して、従来の駆動系８について説明する。

【0038】

図２は、従来の駆動系８の概略構成図である。駆動系８は、本実施の形態の駆動系１と比較して、ＤＣＤＣコンバータ６１を備える点で異なる。

【0039】

ＤＣＤＣコンバータ６１は、高電圧バッテリ２１と低電圧バッテリ２３との間での送電を実行する。またＤＣＤＣコンバータ６１は、降圧機能及び昇圧機能の双方を有する。よって高電圧バッテリと低電圧バッテリとの間での双方向の送電を実行することができる。例えば高電圧バッテリ２１の出力電圧を降圧して低電圧バッテリ２３へ電力を供給し、低電圧バッテリ２３を充電することができる。

【0040】

ＤＣＤＣコンバータ６１は、複数のスイッチング素子及びコイルを含む回路を備える。ＤＣＤＣコンバータ６１の各スイッチング素子の動作は、制御装置９００によって制御される。低電圧バッテリ２３はＤＣＤＣコンバータ６１を介して高電圧バッテリ２１と接続される。

【0041】

図３は、従来の電力供給システム６０の構成図である。ＤＣＤＣコンバータ６１の一側は低電圧バッテリ２３と接続される。一方でＤＣＤＣコンバータ６１の他側は、高電圧バッテリ２１と接続される。このように低電圧バッテリ２３は、ＤＣＤＣコンバータ６１を介して高電圧バッテリ２１と接続される。

【0042】

ＤＣＤＣコンバータ６１は、いわゆるチョッパ方式の回路を備える。回路は複数のスイッチング素子及びコイルを備える。各スイッチング素子が制御装置９００により制御されることによって、降圧機能及び昇圧機能を実現することができる。それにより高電圧バッテリ２１と低電圧バッテリ２３との間での送電を実行することができる。

【0043】

高電圧バッテリ２１は、ＢＲＭ８００のインバータ１３０に接続される。またインバータ１３０の複数のアーム回路は、モータジェネレータ１１０の各相のコイルにそれぞれ接続される。このようにインバータ１３０は、モータジェネレータ１１０と高電圧バッテリ２１との間に接続される。

【0044】

電力供給システム６０では、低電圧バッテリ２３の高電圧側は、ＢＲＭ８００におけるインバータ１３０とモータジェネレータ１１０との接続部と電気的に接続されない。

【0045】

電力供給システム６０では、高電圧バッテリ２１と低電圧バッテリ２３との間での送電を実行するために、ＤＣＤＣコンバータ６１が設けられる。またＤＣＤＣコンバータ６１において形成される回路に設けられるコイルは、上述したように、比較的大型である。

【0046】

よって車両においてＤＣＤＣコンバータ６１の占める空間が大きくなり、駆動系８全体が大型化するという問題がある。

【0047】

また制御装置９００は、ＢＲＭ８００及びＤＣＤＣコンバータ６１に対して動作指示をそれぞれ出力することによって、高電圧バッテリ２１と低電圧バッテリ２３との間での送電、並びに、モータジェネレータ１１０の駆動及び発電を制御する。

【0048】

これに対し本実施の形態の制御装置２００は、ＢＲＭ１００に動作指示を出力することによって、高電圧バッテリ２１と低電圧バッテリ２３との間での送電、並びに、モータジェネレータ１１０の駆動及び発電を制御することができる。よって本実施の形態によれば、高電圧バッテリ２１と低電圧バッテリ２３との間での送電、並びに、モータジェネレータ１１０の駆動及び発電の制御についての応答性を向上させることができる。この場合、低電圧バッテリ２３の充電をより迅速に行うことができるので、低電圧バッテリ２３の容量を小型化することができる。

【0049】

続いて、図４及び図５を参照して、本実施の形態における電力供給システム３０について、より詳細に説明する。

【0050】

図４は、本実施の形態における電力供給システム３０の構成図である。以下では、理解をより容易にするために、モータジェネレータ１１０が三相交流である例について説明するが、ＢＲＭ１００に設けられるモータジェネレータ１１０は多相交流であればよく、相数は特に限定されない。例えばＢＲＭ１００に設けられるモータジェネレータ１１０は五相交流であってもよい。

【0051】

電力供給システム３０において高電圧バッテリ２１は、ＢＲＭ１００のインバータ１３０と接続される。またインバータ１３０は複数のアーム回路を備え、モータジェネレータ１１０は各相のコイルを備える。インバータ１３０の複数のアーム回路はモータジェネレータ１１０の各相のコイルとそれぞれ接続される。このようにインバータ１３０は、モータジェネレータ１１０と高電圧バッテリ２１との間に接続される。

【0052】

インバータ１３０は、具体的にはモータジェネレータ１１０のｕ相、ｖ相及びｗ相のコイル１１１ｕ、１１１ｖ及び１１１ｗとそれぞれ対応するアーム回路１３５ａ、アーム回路１３５ｂ及びアーム回路１３５ｃを備える。なお以下では、コイル１１１ｕ、１１１ｖ及び１１１ｗを特に区別しない場合には単にコイル１１１と呼ぶ。またアーム回路１３５ａ、１３５ｂ及び１３５ｃをそれぞれ特に区別しない場合には、単にアーム回路１３５と称する。

【0053】

各アーム回路１３５は、高電圧バッテリ２１の高電圧側と接続される上アームと、高電圧バッテリ２１の低電圧側と接続される下アームとを含む。また各アーム回路１３５について、上アーム及び下アームには、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子がそれぞれ設けられる。

【0054】

具体的にアーム回路１３５の上アームには、ダイオード１３３ａ、１３３ｂ及び１３３ｃが逆並列に接続されたスイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ及び１３１ｃがそれぞれ設けられる。また下アームには、ダイオード１３４ａ、１３４ｂｃが逆並列に接続されたスイッチング素子１３２ａ、１３２ｂ及び１３２ｃがそれぞれ設けられる。

【0055】

なお、アーム回路１３５に設けられる各スイッチング素子として、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が適用され得る。

【0056】

モータジェネレータ１１０のｕ相のコイル１１１ｕは、アーム回路１３５ａにおける上アームと下アームとの接続部１２０ａと電気的に接続される。またｖ相のコイル１１１ｖ及びｗ相のコイル１１１ｗはそれぞれ、アーム回路１３５ｂ及び１３５ｃにおける上アームと下アームとの接続部１２０ｂ及び１２０ｃと電気的に接続される。なおこれ以降、接続部１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｃを特に区別しない場合には、単に接続部１２０と称する。

【0057】

モータジェネレータ１１０の駆動及び発電は、インバータ１３０のアーム回路１３５に設けられる各スイッチング素子の動作が制御装置２００により制御されることによって、制御される。またＢＲＭ１００には、高電圧バッテリ２１と並列に平滑コンデンサ１４０が設けられてもよい。

【0058】

本実施の形態の電力供給システム３０では、低電圧バッテリ２３の高電圧側は、ＢＲＭ１００におけるインバータ１３０のアーム回路１３５とモータジェネレータ１１０のコイル１１１との接続部のうちの少なくとも一つと電気的に接続される。

【0059】

例えば低電圧バッテリ２３の高電圧側は、アーム回路１３５ａとｕ相のコイル１１１ｕとの接続部に相当する接続部１２０ａ、アーム回路１３５ｂとｖ相のコイル１１１ｖとの接続部に相当する接続部１２０ｂ及びアーム回路１３５ｃとｗ相のコイル１１１ｗとの接続部に相当する接続部１２０ｃの各々と電気的に接続される。

【0060】

また低電圧バッテリ２３の高電圧側は、接続部１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｃと、双方向スイッチ１５５ａ、１５５ｂ及び１５５ｃを介して電気的に接続される。なお以下では双方向スイッチ１５５ａ、１５５ｂ及び１５５ｃをそれぞれ特に区別しない場合には、単に双方向スイッチ１５５と称する。

【0061】

各双方向スイッチ１５５は、例えばダイオードが逆並列にそれぞれ接続された２つのスイッチング素子が逆直列に接続されたスイッチであってもよい。具体的には、双方向スイッチ１５５ａ、１５５ｂ及び１５５ｃは、ダイオード１５３ａ、１５３ｂ及び１５３ｃが逆並列に接続されたスイッチング素子１５１ａ、１５１ｂ及び１５１ｃと、ダイオード１５４ａ、１５４ｂ及び１５４ｃが逆並列に接続されたスイッチング素子１５２ａ、１５２ｂ及び１５２ｃとが逆直列に接続されたスイッチである。

【0062】

なお双方向スイッチ１５５に設けられる各スイッチング素子として、例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が適用され得る。また各双方向スイッチ１５５は、電流の向きを双方向に切り替え可能なスイッチであれば、他の構成を有してもよい。

【0063】

このような双方向スイッチ１５５は、ＢＲＭ１００に含まれ、双方向スイッチ１５５に設けられる各スイッチング素子の動作は制御装置２００により制御される。それにより、双方向スイッチ１５５による電流の向きの切り替えが制御される。

【0064】

具体的には、各双方向スイッチ１５５において、一方のスイッチング素子がＯＮであり他方のスイッチング素子がＯＦＦである状態から一方のスイッチング素子がＯＦＦであり他方のスイッチング素子がＯＮである状態へ切り替えられることによって、電流の向きの切り替えが実現される。またＢＲＭ１００には、低電圧バッテリ２３と並列に平滑コンデンサ１６０が設けられてもよい。

【0065】

本実施の形態における電力供給システム３０では、上述したように低電圧バッテリ２３がＢＲＭ１００を介して高電圧バッテリ２１と接続されることにより、ＢＲＭ１００によって降圧回路及び昇圧回路のうちの少なくとも一方が形成される。具体的にはインバータ１３０及びモータジェネレータ１１０のコイル１１１によって、降圧回路及び昇圧回路の双方が形成される。

【0066】

図５は、インバータ１３０及びモータジェネレータ１１０のコイル１１１によって形成される降圧回路及び昇圧回路について説明するための説明図である。図５では、高電圧バッテリ２１、インバータ１３０のアーム回路１３５ａ、モータジェネレータ１１０のコイル１１１ｕ及びコイル１１１ｖ、双方向スイッチ１５５ｂ、並びに低電圧バッテリ２３についての電気的な接続が示されている。

【0067】

高電圧バッテリ２１の高電圧側は、アーム回路１３５ａの上アームのスイッチング素子１３１ａ（上アームスイッチング素子１３１ａ）と接続される。また高電圧バッテリ２１及び低電圧バッテリ２３の低電圧側は、アーム回路１３５ａの下アームのスイッチング素子１３２ａ（下アームスイッチング素子１３２ａ）と接続される。また低電圧バッテリ２３の高電圧側は、双方向スイッチ１５５ｂのスイッチング素子１５１ｂ（一側スイッチング素子１５１ｂ）及びスイッチング素子１５２ｂ（他側スイッチング素子１５２ｂ）と、コイル１１１ｖ及びコイル１１１ｕとを介して、アーム回路１３５ａにおける上アームと下アームとの接続部１２０ａと電気的に接続される。

【0068】

双方向スイッチ１５５ｂのスイッチング素子１５１ｂがＯＮでありスイッチング素子１５２ｂがＯＦＦであるときには、コイル１１１から低電圧バッテリ２３の高電圧側へ向かう一方向に電流の向きが規制される。この場合、高電圧バッテリ２１の出力電圧を降圧して低電圧バッテリ２３へ電力を供給可能な降圧回路がアーム回路１３５ａと、コイル１１１ｕ及びコイル１１１ｖとによって形成される。

【0069】

高電圧バッテリ２１から低電圧バッテリ２３への送電は、降圧回路が形成される状態において実行される。高電圧バッテリ２１から低電圧バッテリ２３への送電は、インバータ１３０のアーム回路１３５ａに設けられる各スイッチング素子の動作が制御装置２００により制御されることによって実行される。スイッチング素子１３２ａをＯＦＦとし、スイッチング素子１３１ａにスイッチング動作（換言すると、ＯＮとＯＦＦが繰り返される動作）を行わせることによって、高電圧バッテリ２１の出力電圧が降圧されて低電圧バッテリ２３へ電力が供給される。

【0070】

高電圧バッテリ２１から低電圧バッテリ２３への送電では、スイッチング素子１３１ａがＯＮであるときにコイル１１１ｕ及びコイル１１１ｖへ磁気エネルギが蓄積され、スイッチング素子１３１ａがＯＦＦであるときにコイル１１１ｕ及びコイル１１１ｖから磁気エネルギが放出される。

【0071】

一方、双方向スイッチ１５５ｂのスイッチング素子１５１ｂがＯＦＦでありスイッチング素子１５２ｂがＯＮであるときには、低電圧バッテリ２３の高電圧側からコイル１１１へ向かう一方向に電流の向きが規制される。この場合、低電圧バッテリ２３の出力電圧を昇圧して高電圧バッテリ２１へ電力を供給可能な昇圧回路がアーム回路１３５ａと、コイル１１１ｕ及びコイル１１１ｖとによって形成される。

【0072】

低電圧バッテリ２３から高電圧バッテリ２１への送電は、昇圧回路が形成される状態において実行される。低電圧バッテリ２３から高電圧バッテリ２１への送電は、インバータ１３０のアーム回路１３５ａに設けられる各スイッチング素子の動作が制御装置２００により制御されることによって実行される。スイッチング素子１３１ａをＯＦＦとし、スイッチング素子１３２ａにスイッチング動作を行わせることによって、低電圧バッテリ２３の出力電圧が昇圧されて高電圧バッテリ２１へ電力が供給される。

【0073】

低電圧バッテリ２３から高電圧バッテリ２１への送電では、スイッチング素子１３２ａがＯＮであるときにコイル１１１ｕ及びコイル１１１ｖへ磁気エネルギが蓄積され、スイッチング素子１３２ａがＯＦＦであるときにコイル１１１ｕ及びコイル１１１ｖから磁気エネルギが放出される。

【0074】

このように、双方向スイッチ１５５ｂによる電流の向きを切り替えることにより、アーム回路１３５ａと、コイル１１１ｕ及びコイル１１１ｖとによって降圧回路が形成される状態と昇圧回路が形成される状態とを切り替え、降圧回路及び昇圧回路の双方を形成することが可能となる。

【0075】

なおＢＲＭ１００では他のコイル１１１によっても同様に降圧回路及び昇圧回路を形成し得る。例えば、双方向スイッチ１５５ｃによる電流の向きを切り替えることにより、アーム回路１３５ａと、コイル１１１ｕ及びコイル１１１ｗとによって降圧回路が形成される状態と昇圧回路が形成される状態とを切り替えることができる。またＢＲＭ１００では他のアーム回路１３５によっても同様に降圧回路及び昇圧回路を形成し得る。例えば、双方向スイッチ１５５ａによる電流の向きを切り替えることにより、アーム回路１３５ｂと、コイル１１１ｖ及びコイル１１１ｕとによって降圧回路が形成される状態と昇圧回路が形成される状態とを切り替えることができる。

【0076】

またＢＲＭ１００の構成から双方向スイッチ１５５は省略されてもよい。例えば、ＢＲＭ１００と低電圧バッテリ２３の高電圧側との間において、一方向へのみ電流が流れ得るように構成されてもよい。そのような場合には、インバータ１３０のアーム回路１３５と、モータジェネレータ１１０のコイル１１１とによって降圧回路及び昇圧回路のうちのいずれか一方のみが形成され得る。

【0077】

また低電圧バッテリ２３の高電圧側をアーム回路１３５とモータジェネレータ１１０のコイル１１１との接続部の各々と電気的に接続することによって、低電圧バッテリ２３を各相のコイル１１１と電気的に接続することができる。この場合、低電圧バッテリ２３はモータジェネレータ１１０へ電力を供給可能となる。ゆえに、低電圧バッテリ２３に蓄えられた電力を用いてモータジェネレータ１１０を駆動することができる。

【0078】

具体的には、スイッチング素子１５２ａ及び１３２ｂ、スイッチング素子１５２ｂ及び１３２ｃ並びにスイッチング素子１５２ｃ及び１３２ａがＯＮである状態のときに、電流はコイル１１１ｕ及び１１１ｖ、コイル１１１ｖ及び１１１ｗ並びにコイル１１１ｗ及び１１１ｕをそれぞれ通過する。これらの各状態が順に切り替えられることによって、低電圧バッテリ２３に蓄えられた電力を用いたモータジェネレータ１１０の駆動が実現される。

【0079】

また制御装置２００は、具体的には、各種情報に基づいて電圧指令及びキャリア信号を生成し、電圧指令及びキャリア信号からＰＷＭ制御信号を生成し、ＰＷＭ制御信号をＢＲＭ１００へ出力することによって、ＢＲＭ１００のスイッチング素子の動作を制御し得る。それにより、高電圧バッテリ２１と低電圧バッテリ２３との間での送電、並びに、モータジェネレータ１１０の駆動及び発電を制御することができる。

【0080】

ここで、制御装置２００は、各種情報に基づいて、ＢＲＭ１００を制御してもよい。例えば、制御装置２００は、低電圧バッテリ２３の残存容量ＳＯＣが比較的少ない場合に、高電圧バッテリ２１から低電圧バッテリ２３への送電を実行してもよい。それにより、低電圧バッテリ２３の電力が枯渇するより前に、低電圧バッテリ２３を充電することができる。

【0081】

また制御装置２００は、スタータモータ２５等の低電圧負荷への電力の供給量の指令値が比較的大きい場合に、高電圧バッテリ２１から低電圧バッテリ２３への送電を実行してもよい。それにより、低電圧バッテリ２３の容量が比較的小さい場合であっても、低電圧負荷へ継続的に電力を供給することができる。

【0082】

また制御装置２００は、車両の出力トルクの指令値が比較的大きい場合に、高電圧バッテリ２１からモータジェネレータ１１０への電力の供給に加えて低電圧バッテリ２３からモータジェネレータ１１０へ電力を供給することによって、高電圧バッテリ２１及び低電圧バッテリ２３の各々に蓄えられた電力を用いてモータジェネレータ１１０を駆動してもよい。それにより、車両の出力トルクの指令値が比較的大きい場合に、モータジェネレータ１１０の出力を効果的に増大させることができる。

【0083】

高電圧バッテリ２１及び低電圧バッテリ２３の各々に蓄えられた電力を用いてモータジェネレータ１１０を駆動する場合、制御装置２００は、具体的には、双方向スイッチ１５５ａ、１５５ｂ及び１５５ｃのスイッチング素子１５２ａ、１５２ｂ及び１５２ｃがＯＮであるときに、アーム回路１３５ａ、１３５ｂ及び１３５ｃの上アームのスイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ及び１３１ｃがそれぞれＯＮとなるように、各スイッチング素子の動作を制御する。

【0084】

また制御装置２００は、高電圧バッテリ２１の残存容量ＳＯＣが比較的少ない場合に、低電圧バッテリ２３から高電圧バッテリ２１への送電を実行してもよい。それにより、高電圧バッテリ２１の電力が枯渇するより前に、高電圧バッテリ２１を充電することができる。

【0085】

なお制御装置２００は、車両の出力トルクの測定値やＢＲＭ１００の各箇所における電流値及び電圧値の測定値等の情報に基づいてＢＲＭ１００を制御してもよい。

【0086】

また低電圧バッテリ２３とＢＲＭ１００との間での物理的な接続については特に限定されない。具体的には、低電圧バッテリ２３の高電圧側は、ＢＲＭ１００におけるインバータ１３０のアーム回路１３５とモータジェネレータ１１０のコイル１１１との接続部のうちの少なくとも一つと電気的に接続されていればよい。例えば、低電圧バッテリ２３の高電圧側は、アーム回路１３５における上アームと下アームとの接続部１２０と物理的に接続されなくともよい。換言すると、低電圧バッテリ２３の高電圧側は、アーム回路１３５における上アームと下アームとの間の部分又はアーム回路１３５とコイル１１１との間の部分のうち接続部１２０と異なる部分と物理的に接続されてもよい。

【符号の説明】

【0087】

１ 駆動系
１１ エンジン
１５ 動力伝達系
１９ 駆動輪
２１ 高電圧バッテリ
２３ 低電圧バッテリ
２５ スタータモータ
３０ 電力供給システム
１００ ＢＲＭ
１１０ モータジェネレータ（ＭＧ）
１１１，１１１ｕ，１１１ｖ，１１１ｗ コイル
１２０，１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ 接続部
１３０ インバータ（ＩＮＶ）
１３５，１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ アーム回路
１４０ 平滑コンデンサ
１５５，１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｃ 双方向スイッチ
１６０ 平滑コンデンサ
２００ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】