JP4475138B2 - 内燃機関の始動装置および車両 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の始動装置および車両に関し、特に、内燃機関の始動に必要な電力の充電制御に関する。

特開２００２−１９５１３９号公報（特許文献１）は、二次電池の電圧が低下していても、エンジンを短時間で起動可能なエンジン起動装置を開示する。このエンジン起動装置は、二次電池と、エンジン始動用電動機への電力供給を制御する制御回路と、この制御回路に接続され、電動機へ電源を供給する第１の電気２重層コンデンサと、制御回路に電源を供給する第２の電気２重層コンデンサと、通常時には、二次電池と第１および第２の電気２重層コンデンサとを並列接続し、非常時には、第１および第２の電気２重層コンデンサのみに充電してエンジン始動が可能なように二次電池を制御回路から切離す切替手段とを備える。

このエンジン起動装置によれば、二次電池ならびに第１および第２の電気２重層コンデンサの電圧低下によりエンジン始動が不可能な非常時には、第１および第２の電気２重層コンデンサのみに充電し、この第１および第２の電気２重層コンデンサのエネルギーでエンジン始動を行なうので、二次電池の電圧が低下してもエンジンを始動することができる。そして、第１および第２の電気２重層コンデンサのみを充電すればよいので、二次電池を充電する場合と比べて短時間で充電が完了し、短時間でエンジンを始動することができる（特許文献１参照）。
特開２００２−１９５１３９号公報 特開平５−３２１７９７号公報 特開平８−１２６１２１号公報 特開平８−１９６００６号公報

しかしながら、特開２００２−１９５１３９号公報に開示されるエンジン起動装置では、第１および第２の電気２重層コンデンサにどの程度充電を行なえばエンジンを起動可能であるか明確でない。すなわち、エンジンを起動可能な充電量の基準が明確でないので、二次電池を充電する場合と比べて相対的に短時間で充電することはできるが、充電時間の最短化を図るものではない。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、二次電池からの電力を用いて内燃機関を始動できないとき、最短時間で内燃機関を始動可能な内燃機関の始動装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、二次電池からの電力を用いて内燃機関を始動できないとき、最短時間で内燃機関を始動可能な車両を提供することである。

この発明によれば、内燃機関の始動装置は、内燃機関に連結され、かつ、電力ラインから受ける電力を用いて内燃機関を始動させるための駆動力を発生する駆動装置と、電力ラインに電力を供給可能な二次電池と、電力ラインに接続されるキャパシタと、駆動装置の動作を制御する制御装置とを備え、駆動装置は、駆動指令に従って駆動力を発生し、充電指令に従って、当該駆動装置に入力される外部電源からの電力を所定の電圧レベルに制御してキャパシタを充電し、制御装置は、二次電池の充電量の低下により二次電池からの電力を用いて駆動装置が駆動力を発生できないとき、充電指令を駆動装置へ出力し、駆動装置が駆動力を発生するのに必要な所定の充電量をキャパシタの充電量が超えたとき、駆動指令を駆動装置へ出力する。

この発明による内燃機関の始動装置においては、駆動装置に電力を供給する電力ラインにキャパシタが配設される。キャパシタは、二次電池よりも内部抵抗が小さいので、二次電池に比べて大電流で高速に充電できる。ここで、二次電池の充電量の低下により二次電池からの電力を用いて内燃機関を始動できないとき、駆動装置に入力される外部電源からの電力を用いてキャパシタが充電される。そして、駆動装置が内燃機関を駆動するのに必要な所定の充電量をキャパシタの充電量が超えると、キャパシタに充電された電力を用いて駆動装置により内燃機関が駆動される。

したがって、この発明による内燃機関の始動装置によれば、必要最小限の電力だけがキャパシタに充電されるので、キャパシタの充電時間を最短化できる。その結果、最短時間で内燃機関を始動させることができる。

好ましくは、所定の充電量は、内燃機関の温度が高いほど少ない。

この内燃機関の始動装置においては、内燃機関のクランキングの動力抵抗が小さくなる高温時ほど内燃機関の駆動に要する電力量は少なくて済むので、内燃機関の温度が高いほどキャパシタの必要充電量を少なくする。

したがって、この内燃機関の始動装置によれば、より正確にキャパシタの必要充電量を設定できる。その結果、最短時間で内燃機関を始動させることができる。

好ましくは、内燃機関の始動装置は、キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、制御装置は、電圧検出手段によって検出されるキャパシタの電圧に基づいてキャパシタの充電量を算出する。

この内燃機関の始動装置においては、キャパシタの充電状態は、キャパシタの電圧に基づいて算出される。ここで、キャパシタの充電状態は、キャパシタの電圧と略線形な関係にあり、キャパシタの電圧からキャパシタの充電状態を容易かつ高精度に算出できる。

したがって、この内燃機関の始動装置によれば、キャパシタに充電すべき電力量を容易かつ高精度に算出することができる。

好ましくは、駆動装置は、内燃機関に連結される回転電機と、電力ラインと回転電機の巻線との間に配設されるインバータとを含み、外部電源からの電力は、回転電機の巻線に入力され、制御装置は、回転電機の巻線とインバータと用いて外部電源からの電力を所定の電圧レベルに昇圧するための指令を生成し、その生成した指令を充電指令としてインバータへ出力する。

好ましくは、外部電源からの電力は、回転電機の巻線の中性点に入力される。

この内燃機関の始動装置においては、外部電源からの電力が回転電機の巻線に入力され、その入力された外部電源からの電力は、回転電機の巻線とインバータと用いて所定の電圧レベルに昇圧されてキャパシタに充電される。

したがって、この内燃機関の始動装置によれば、電圧変換可能な専用の充電器を別途設けることなく、外部電源からキャパシタを所定の電圧レベルに充電できる。

好ましくは、外部電源からの電力は、回転電機の巻線の中性点と反対側の一端に入力される。

この内燃機関の始動装置においては、回転電機の巻線とインバータと用いて外部電源からの電力を昇圧する際、回転電機の巻線が２つ直列に接続された形で利用される。

したがって、この内燃機関の始動装置によれば、昇圧機能をより高めることができる。

好ましくは、内燃機関の始動装置は、外部電源を接続可能な外部接続端子をさらに備え、駆動装置は、内燃機関に連結される第１の回転電機と、電力ラインと第１の回転電機の巻線との間に配設される第１のインバータと、第１の回転電機と異なる第２の回転電機と、電力ラインと第２の回転電機の巻線との間に配設される第２のインバータとを含み、外部接続端子の一方は、第１の回転電機の巻線に接続され、外部接続端子の他方は、第２の回転電機の巻線に接続され、制御装置は、第１および第２の回転電機の巻線と第１および第２のインバータと用いて外部電源からの電力を所定の電圧レベルに昇圧するための指令を生成し、その生成した指令を充電指令として第１および第２のインバータへ出力する。

この内燃機関の始動装置においては、外部電源を接続可能な外部接続端子は、第１の回転電機の巻線と第２の回転電機の巻線との間に配設される。そして、外部接続端子から入力される外部電源からの電力は、第１および第２の回転電機の巻線と第１および第２のインバータと用いて所定の電圧レベルに昇圧されてキャパシタに充電される。

したがって、この内燃機関の始動装置によれば、電圧変換可能な専用の充電器を別途設けることなく、外部電源からキャパシタを所定の電圧レベルに充電できる。また、外部電源からの電力を昇圧する際、第１の回転電機の巻線と第２の回転電機の巻線とを直列に接続した形で利用できるので、高い昇圧機能を有する。

好ましくは、外部接続端子の一方は、第１の回転電機の巻線の中性点に接続され、外部接続端子の他方は、第２の回転電機の巻線の中性点に接続され、第１のインバータは、交流生成指令に従って、所定の周波数を有する第１の交流電圧を第１の回転電機の巻線の中性点に発生させ、第２のインバータは、交流生成指令に従って、所定の周波数を有し、かつ、第１の交流電圧の位相を反転した第２の交流電圧を第２の回転電機の巻線の中性点に発生させ、制御装置は、外部接続端子に外部交流負荷が接続されているとき、第１および第２の回転電機の中性点間に所定の周波数を有する交流電圧の生成を指示する指令をさらに生成し、その生成した指令を交流生成指令として第１および第２のインバータへ出力する。

この内燃機関の始動装置においては、外部接続端子は、第１の回転電機の巻線の中性点と第２の回転電機の巻線の中性点との間に配設される。そして、第１の回転電機の巻線の中性点および第２の回転電機の巻線の中性点に互いに位相を反転させた所定の周波数を有する第１および第２の交流電圧がそれぞれ発生する。

したがって、この内燃機関の始動装置によれば、外部接続端子に外部交流負荷が接続されているとき、その接続された外部交流負荷へ交流電圧を供給することができる。また、外部交流負荷へ出力する交流電圧を発生するために専用のインバータを別途設ける必要がない。

好ましくは、外部電源は、商用交流電源である。

したがって、この内燃機関の始動装置によれば、専用の外部電源を必要とせず、一般の商用交流電源を用いてキャパシタを充電することができるので、利便性が向上する。

また、この発明によれば、車両は、上述した内燃機関の始動装置と、第１の回転電機に連結される内燃機関と、第２の回転電機に連結され、第２の回転電機が発生する駆動力によって駆動される駆動輪とを備える。

この発明による車両においては、二次電池の充電量の低下により二次電池からの電力を用いて内燃機関を始動できないとき、外部接続端子から入力される外部電源からの電力を用いてキャパシタが充電される。そして、内燃機関を駆動するのに必要な所定の充電量をキャパシタの充電量が超えると、キャパシタに充電された電力を用いて内燃機関が駆動される。また、第１の回転電機の巻線の中性点および第２の回転電機の巻線の中性点に互いに位相を反転させた所定の周波数を有する第１および第２の交流電圧がそれぞれ発生する。

したがって、この発明による車両によれば、二次電池の充電量の低下により二次電池からの電力を用いて内燃機関を始動できないとき、外部接続端子に接続される外部電源からの電力を用いてキャパシタを最短時間で充電できる。その結果、最短時間で内燃機関を始動させることができる。また、外部接続端子に外部交流負荷が接続されているときは、その接続された外部交流負荷へ発生した交流電圧を供給することができる。

この発明によれば、二次電池からの電力を用いて内燃機関を始動できないとき、外部電源からの電力を用いて必要最小限の電力だけがキャパシタに充電されるので、キャパシタの充電時間を最短化できる。その結果、最短時間で内燃機関を始動させることができる。

以下、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。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の概略ブロック図である。図１を参照して、このエンジン始動装置１００は、バッテリＢと、キャパシタＣと、インバータ１０と、モータジェネレータＭＧと、コネクタ２０と、制御装置２２と、システムリレーＳＲと、平滑コンデンサ２４と、電圧センサ２６，２８と、電源ラインＰＬと、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬと、Ｖ相ラインＶＬと、Ｗ相ラインＷＬとを備える。

モータジェネレータＭＧは、回転電機であり、たとえば、３相交流同期電動発電機からなる。モータジェネレータＭＧは、図示されないエンジンに連結され、インバータ１０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジンの始動を行なう。また、エンジンの始動後は、モータジェネレータＭＧは、エンジンの出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ１０へ出力する。

直流電源であるバッテリＢは、充放電可能な電池であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。バッテリＢは、発生した直流電圧をインバータ１０へ出力する。また、バッテリＢは、エンジンの出力を用いてモータジェネレータＭＧによって発電され、かつ、インバータ１０によって整流された直流電圧によって充電される。

システムリレーＳＲは、制御装置２２からの信号ＳＥによってオン／オフされる。具体的には、システムリレーＳＲは、制御装置２２からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、制御装置２２からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。

インバータ１０は、Ｕ相アーム１１、Ｖ相アーム１２およびＷ相アーム１３を含む。Ｕ相アーム１１、Ｖ相アーム１２およびＷ相アーム１３は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム１１は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１，Ｑ２からなり、Ｖ相アーム１２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｗ相アーム１３は、直列に接続されたパワートランジスタＱ５，Ｑ６からなる。各パワートランジスタＱ１〜Ｑ６は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる。各パワートランジスタＱ１〜Ｑ６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〜Ｄ６がそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してモータジェネレータＭＧの各相コイルの中性点と反対側のコイル端にそれぞれ接続される。

キャパシタＣは、システムリレーＳＲとインバータ１０との間にバッテリＢに並列に配設される。このキャパシタＣは、バッテリＢのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の低下によりバッテリＢでモータジェネレータＭＧを駆動してエンジンを始動できないとき、後述のコネクタ２０に接続される外部直流電源によって充電される。そして、キャパシタＣのＳＯＣ（キャパシタの充電量を示す。以下同じ。）がモータジェネレータＭＧを駆動してエンジンを始動するのに十分な所定量に達すると、このキャパシタＣに蓄電された電力を用いてモータジェネレータＭＧが駆動され、エンジンの始動が行なわれる。

コネクタ２０は、モータジェネレータＭＧのコイルの中性点に一端が接続され、接地ラインＳＬに他端が接続される。このコネクタ２０には、バッテリＢのＳＯＣの低下によりバッテリＢでモータジェネレータＭＧを駆動してエンジンを始動できないとき、外部直流電源が接続される。そして、後述する方法により、このコネクタ２０に接続された外部直流電源からの電力が昇圧されてキャパシタＣに充電され、そのキャパシタＣに充電された電力を用いてモータジェネレータＭＧを駆動してエンジンの始動が行なわれる。また、コネクタ２０は、外部直流電源の電圧ＶＤＣを検出し、その検出した電圧ＶＤＣを制御装置２２へ出力する。

インバータ１０は、エンジンの始動時、制御装置２２からの信号ＰＷＭに基づいて、電源ラインＰＬから供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧを駆動する。また、インバータ１０は、バッテリＢのＳＯＣの低下によりバッテリＢでモータジェネレータＭＧを駆動してエンジンを始動できないとき、制御装置２２からの信号ＰＷＭに基づいて、コネクタ２０に接続される外部直流電源から供給される直流電圧をモータジェネレータＭＧのコイルを用いて昇圧し、その昇圧した直流電圧をキャパシタＣへ出力する。

具体的には、インバータ１０は、制御装置２２からの信号ＰＷＭに基づいて、たとえばＵ相アーム１１のパワートランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をモータジェネレータＭＧのＵ相コイルに磁場エネルギーとして蓄積することによって外部直流電源からの直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧をパワートランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬへ出力する。なお、パワートランジスタＱ２の代わりにパワートランジスタＱ４またはパワートランジスタＱ６をスイッチングさせてもよいし、パワートランジスタＱ２とともにパワートランジスタＱ４，Ｑ６も同時にスイッチング動作を行ない、モータジェネレータＭＧのＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルを用いて昇圧を行なってもよい。

平滑コンデンサ２４は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に接続され、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ２６は、バッテリＢのバッテリ電圧ＶＢを検出し、その検出したバッテリ電圧ＶＢを制御装置２２へ出力する。電圧センサ２８は、キャパシタＣの端子間電圧ＶＣを検出し、その検出した端子間電圧ＶＣを制御装置２２へ出力する。

制御装置２２は、電圧センサ２６からの電圧ＶＢ、ならびにモータジェネレータＭＧのモータ電流ＭＣＲＴおよびトルク指令値ＴＲに基づいて、モータジェネレータＭＧを駆動するための信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ１０へ出力する。なお、モータ電流ＭＣＲＴは、図示されない電流センサによって検出される。

また、制御装置２２は、バッテリＢのＳＯＣの低下によりバッテリＢでモータジェネレータＭＧを駆動してエンジンを始動できないと判断すると、信号ＳＥをＬレベルにしてバッテリＢを電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬから電気的に切離す。そして、制御装置２２は、コネクタ２０および電圧センサ２８からの電圧ＶＤＣ，ＶＣに基づいて、コネクタ２０に接続された外部直流電源からの直流電圧を所定の電圧レベルに昇圧してキャパシタＣを充電するための信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ１０へ出力する。

そして、制御装置２２は、電圧センサ２８からの電圧ＶＣに基づいて、キャパシタＣのＳＯＣがモータジェネレータＭＧを駆動してエンジンを始動可能な所定量に達したと判断すると、電圧センサ２８からの電圧ＶＣ、ならびにモータジェネレータＭＧのモータ電流ＭＣＲＴおよびトルク指令値ＴＲに基づいて、モータジェネレータＭＧを駆動するための信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ１０へ出力する。

図２は、図１に示した制御装置２２の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置２２は、充放電制御部１１２と、モータ制御用相電圧演算部１１４と、デューティー比演算部１１６と、ＰＷＭ信号変換部１１８とを含む。

充放電制御部１１２は、電圧センサ２６，２８からの電圧ＶＢ，ＶＣおよび信号ＳＴを受ける。この信号ＳＴは、エンジンの始動を指示する信号である。充放電制御部１１２は、信号ＳＴに基づいて、エンジンの始動が指示されたと判断すると、電圧ＶＢに基づいてバッテリＢのＳＯＣを算出し、モータジェネレータＭＧを駆動してエンジンを始動可能な所定のＳＯＣよりもバッテリＢのＳＯＣが多いか否かを判定する。そして、バッテリＢのＳＯＣが所定のＳＯＣ以上のときは、充放電制御部１１２は、制御信号ＣＴＬ１を生成してモータ制御用相電圧演算部１１４およびＰＷＭ信号変換部１１８へ出力する。

一方、バッテリＢのＳＯＣが所定のＳＯＣよりも少ないときは、充放電制御部１１２は、コネクタ２０に接続される外部直流電源を用いてキャパシタＣを充電するため、制御信号ＣＴＬ２を生成してモータ制御用相電圧演算部１１４およびＰＷＭ信号変換部１１８へ出力し、キャパシタＣの目標充電電圧ＶＣｒｅｆをデューティー比演算部１１６へ出力する。

そして、充放電制御部１１２は、電圧センサ２８からの電圧ＶＣに基づいてキャパシタＣのＳＯＣを算出し、モータジェネレータＭＧを駆動してエンジンを始動可能な所定のＳＯＣまでキャパシタＣのＳＯＣが到達したか否かを判定する。そして、充放電制御部１１２は、キャパシタＣのＳＯＣが所定のＳＯＣに到達したと判定すると、制御信号ＣＴＬ３を生成してモータ制御用相電圧演算部１１４およびＰＷＭ信号変換部１１８へ出力する。

モータ制御用相電圧演算部１１４は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴ、電圧センサ２６，２８からの電圧ＶＢ，ＶＣ、ならびに充放電制御部１１２からの制御信号ＣＴＬ１〜３を受ける。

モータ制御用相電圧演算部１１４は、充放電制御部１１２から制御信号ＣＴＬ１を受けているとき、電圧ＶＢ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、モータジェネレータＭＧの各相コイルに印加する電圧を演算し、その演算した各相コイル電圧をＰＷＭ信号変換部１１８へ出力する。

また、モータ制御用相電圧演算部１１４は、充放電制御部１１２から制御信号ＣＴＬ２を受けているときは、その動作を停止する。

さらに、モータ制御用相電圧演算部１１４は、充放電制御部１１２から制御信号ＣＴＬ３を受けているとき、電圧ＶＣ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、モータジェネレータＭＧの各相コイルに印加する電圧を演算し、その演算した各相コイル電圧をＰＷＭ信号変換部１１８へ出力する。

デューティー比演算部１１６は、コネクタ２０からの電圧ＶＤＣ、電圧センサ２８からの電圧ＶＣ、および充放電制御部１１２からの目標充電電圧ＶＣｒｅｆに基づいて、キャパシタＣの電圧ＶＣを目標充電電圧ＶＣｒｅｆに設定するためのデューティー比を算出し、その算出したデューティー比をＰＷＭ信号変換部１１８へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１１８は、充放電制御部１１２から制御信号ＣＴＬ１またはＣＴＬ３を受けているときは、モータ制御用相電圧演算部１１４からの各相コイル電圧指令に基づいて、インバータ１０の各パワートランジスタＱ１〜Ｑ６をオン／オフする信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ１０の各パワートランジスタＱ１〜Ｑ６へ出力する。

また、ＰＷＭ信号変換部１１８は、充放電制御部１１２から制御信号ＣＴＬ２を受けているときは、デューティー比演算部１１６からのデューティー比に基づいて、インバータ１０のパワートランジスタＱ２（および／またはＱ４，Ｑ６）をオン／オフする信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ１０のパワートランジスタＱ２（および／またはＱ４，Ｑ６）へ出力する。

図３は、図１に示したキャパシタＣのＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）とＳＯＣとの相関関係を示す図である。図３を参照して、キャパシタＣは、ＳＯＣとＯＣＶとが略線形の関係にある。また、直線の傾きが大きいことから、ＯＣＶからＳＯＣの算出にあたってＯＣＶの誤差の影響を受けにくいという特性も有する。したがって、キャパシタＣでは、キャパシタＣの端子間電圧ＶＣからキャパシタＣのＳＯＣを高精度に推定することができる。

そこで、この実施の形態１では、この特性を利用してキャパシタＣの電圧ＶＣからキャパシタＣのＯＣＶが算出され、その算出されたＯＣＶに基づいてキャパシタＣのＳＯＣが算出される。そして、その算出されたキャパシタＣのＳＯＣを、モータジェネレータＭＧを駆動してエンジンを始動可能な所定のしきい値ＳＯＣ０と比較し、キャパシタＣのＳＯＣが所定のしきい値ＳＯＣ０を超えると、外部直流電源からキャパシタＣへの充電を終了する。その後、直ちにキャパシタＣからインバータ１０を介してモータジェネレータＭＧへの放電を開始して、キャパシタＣからの電力を用いてインバータ１０によりモータジェネレータＭＧを駆動する。

これにより、モータジェネレータＭＧを駆動してエンジンを始動可能なキャパシタＣの充電量の基準が明確になるので、キャパシタＣの充電量を必要最小限に抑えることができる。したがって、エンジンを始動するまでの時間を最短化することができる。

なお、エンジンの温度が異なるとオイル粘度の変化によりクランキングの動力抵抗が変化するので、エンジンの温度に応じてエンジンを始動するのに必要な最低限の電力量は異なってくる。そこで、図４に示すように、モータジェネレータＭＧを駆動してエンジンを始動可能なＳＯＣのしきい値をエンジンの温度に応じて変化させてもよい。すなわち、エンジンの温度がＴ１のときは、しきい値をＳＯＣ（Ｔ１）とし、エンジンの温度がＴ１よりも高いＴ２のときは、しきい値をＳＯＣ（Ｔ１）よりも小さいＳＯＣ（Ｔ２）としてもよい。

なお、上記においては、コネクタ２０は、モータジェネレータＭＧのコイルの中性点に接続されるものとしたが、中性点と反対側のコイル端のいずれかに接続されるようにしてもよい。この場合は、外部直流電源からキャパシタＣへの充電の際、モータジェネレータＭＧのコイルを２つ直列に接続した形で利用できるので、昇圧機能をより高めることができる。

以上のように、この実施の形態１では、バッテリＢに並列にキャパシタＣが設けられる。そして、エンジンの始動時にバッテリＢのＳＯＣの低下によりバッテリＢからの電力を用いてエンジンを始動できないとき、コネクタ２０に接続される外部直流電源からの電力を用いてキャパシタＣが充電される。そして、エンジンを駆動するのに必要な所定のＳＯＣをキャパシタＣのＳＯＣが超えると、キャパシタＣに充電された電力を用いてインバータ１０およびモータジェネレータＭＧによりエンジンの始動が行なわれる。

したがって、この実施の形態１によれば、必要最小限の電力だけがキャパシタＣに充電されるので、キャパシタＣの充電時間を最短化できる。その結果、最短時間でエンジンを始動させることができる。

また、外部直流電源からの充電の際、モータジェネレータＭＧのコイルを用いて電圧を昇圧できるので、電圧変換可能な専用の充電器を別途設けることなく、外部直流電源からキャパシタＣを所定の電圧レベルに充電できる。

さらに、エンジンの状態に応じてキャパシタＣの必要充電量を設定することにより、すなわち、エンジンの温度が高いほどキャパシタＣの必要充電量を少なく設定することにより、より正確にキャパシタＣの必要充電量を設定できる。

また、さらに、キャパシタのＳＯＣとＯＣＶとの略線形な関係を利用して、キャパシタＣの電圧を用いてキャパシタＣのＳＯＣを算出するので、キャパシタＣに充電すべき電力量を容易かつ高精度に算出することができる。したがって、高精度な制御が実現される。

［実施の形態２］
図５は、この発明の実施の形態２によるエンジン始動装置の概略ブロック図である。図５を参照して、このエンジン始動装置２００は、バッテリＢと、キャパシタＣと、昇圧コンバータ４０と、インバータ５０，６０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、コネクタ７０と、制御装置７２と、システムリレーＳＲと、平滑コンデンサ７４，７６と、電圧センサ７８，８０，８２と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬ１，ＵＬ２と、Ｖ相ラインＶＬ１，ＶＬ２と、Ｗ相ラインＷＬ１，ＷＬ２とを備える。

このエンジン始動装置２００は、たとえば、ハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に搭載される。そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン（図示せず、以下同じ。）と連結され、エンジン始動を行ない得る電動機として動作し、かつ、エンジンによって駆動される発電機として動作するものとしてハイブリッド自動車に組込まれる。また、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車の駆動輪（図示せず、以下同じ。）と連結され、駆動輪を駆動する電動機としてハイブリッド自動車に組込まれる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、回転電機であり、たとえば、３相交流同期電動発電機からなる。そして、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ５０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジンの始動を行なう。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンの始動後は、エンジンの出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ５０へ出力する。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ６０から受ける３相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、交流電圧を発生してインバータ６０へ出力する。

そして、バッテリＢのＳＯＣの低下によりバッテリＢでモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動できないとき、後述する方法により、コネクタ７０に接続される商用交流電源からの電力によってキャパシタＣが充電され、そのキャパシタＣに充電された電力を用いてモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンの始動が行なわれる。また、コネクタ７０に接続される外部交流負荷への交流電圧の出力要求がなされると、インバータ５０，６０によってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に交流電圧が発生され、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、その中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生した交流電圧をコネクタ７０に接続される外部交流負荷へ供給する。

昇圧コンバータ４０は、リアクトルＬと、パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２と、ダイオードＤ３１，Ｄ３２とを含む。リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２の接続点に他端が接続される。パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置７２からの信号ＰＷＣをベース端子に受ける。そして、各パワートランジスタＱ３１，Ｑ３２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ようにダイオードＤ３１，Ｄ３２がそれぞれ接続される。

インバータ５０は、実施の形態１におけるインバータ１０と同様の構成からなり、Ｕ相アーム５１、Ｖ相アーム５２およびＷ相アーム５３を含む。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介してモータジェネレータＭＧ１の各相コイルの中性点と反対側のコイル端にそれぞれ接続される。

インバータ６０も、実施の形態１におけるインバータ１０と同様の構成からなり、Ｕ相アーム６１、Ｖ相アーム６２およびＷ相アーム６３を含む。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介してモータジェネレータＭＧ２の各相コイルの中性点と反対側のコイル端にそれぞれ接続される。

キャパシタＣは、昇圧コンバータ４０とインバータ５０，６０との間に配設される。このキャパシタＣは、バッテリＢのＳＯＣの低下によりバッテリＢでモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動できないとき、後述のコネクタ７０に接続される商用交流電源によって充電される。そして、キャパシタＣのＳＯＣがモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動するのに十分な所定量に達すると、このキャパシタＣに蓄電された電力を用いてモータジェネレータＭＧ１が駆動され、エンジンの始動が行なわれる。

コネクタ７０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２に接続される。このコネクタ７０には、バッテリＢのＳＯＣの低下によりバッテリＢでモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動できないとき、商用交流電源が接続される。また、コネクタ７０は、商用交流電源の電圧ＶＡＣＩを検出し、その検出した電圧ＶＡＣＩを制御装置７２へ出力する。

さらに、コネクタ７０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生した商用交流電圧ＶＡＣＯを外部交流負荷へ出力するための出力端子としても機能し、各電気機器の電源用コンセントや家庭の非常用電源のコンセントなどが接続される。

昇圧コンバータ４０は、制御装置７２からの信号ＰＷＣに基づいて、パワートランジスタＱ３２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによってバッテリＢからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧をパワートランジスタＱ３２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ３１を介して電源ラインＰＬ２へ出力する。また、昇圧コンバータ４０は、制御装置７２からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ５０および／または６０から受ける直流電圧をバッテリＢの電圧レベルに降圧してバッテリＢを充電する。

インバータ５０は、エンジンの始動時、制御装置７２からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。

ここで、バッテリＢのＳＯＣの低下によりバッテリＢでモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動できないとき、インバータ５０，６０は、後述する方法により、それぞれ制御装置７２からの信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２に基づいて、コネクタ７０に接続される商用交流電源から供給される商用交流電圧をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のコイルを用いて昇圧かつ整流し、その昇圧かつ整流された直流電圧をキャパシタＣへ出力する。

また、インバータ５０は、エンジンの始動後は、制御装置７２からの信号ＰＷＭ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

インバータ６０は、制御装置７２からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、所望のトルクを発生するように駆動される。また、インバータ６０は、車両の回生制動時、制御装置７２からの信号ＰＷＭ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２から出力される交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

さらに、インバータ５０，６０は、コネクタ７０に接続される外部交流負荷への交流電圧の出力要求がなされると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に交流電圧ＶＡＣＯを発生させる。すなわち、インバータ５０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に交流電圧ＶＡＣＯを発生させるように、制御装置７２からの信号ＰＷＭ１に基づいて中性点Ｎ１の電位を制御し、インバータ６０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に交流電圧ＶＡＣＯを発生させるように、制御装置７２からの信号ＰＷＭ２に基づいて中性点Ｎ２の電位を制御する。

平滑コンデンサ７４は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続され、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。平滑コンデンサ７６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続され、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ７８は、バッテリＢのバッテリ電圧ＶＢを検出し、その検出したバッテリ電圧ＶＢを制御装置７２へ出力する。電圧センサ８０は、キャパシタＣの端子間電圧ＶＣを検出し、その検出した端子間電圧ＶＣを制御装置７２へ出力する。電圧センサ８２は、平滑コンデンサ７６の端子間電圧、すなわち昇圧コンバータ４０の出力電圧ＶＭ（インバータ５０，６０の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧ＶＭを制御装置７２へ出力する。

制御装置７２は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、電圧センサ７８，８２からの電圧ＶＢ，ＶＭ、およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に基づいて、昇圧コンバータ４０を駆動するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ４０へ出力する。なお、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２は、図示されない回転センサによって検出される。

また、制御装置７２は、電圧センサ８２からの電圧ＶＭ、ならびにモータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ１およびトルク指令値ＴＲ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ５０へ出力する。さらに、制御装置７２は、電圧センサ８２からの電圧ＶＭ、ならびにモータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ２およびトルク指令値ＴＲ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ６０へ出力する。なお、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２は、図示されない電流センサによって検出される。

また、さらに、制御装置７２は、バッテリＢのＳＯＣの低下によりバッテリＢでモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動できないと判断すると、信号ＳＥをＬレベルにしてバッテリＢを電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬから電気的に切離す。そして、制御装置７２は、コネクタ７０および電圧センサ８０からの電圧ＶＡＣＩ，ＶＣに基づいて、コネクタ７０に接続された商用交流電源からの商用交流電圧を整流し、かつ、所定の電圧レベルに昇圧してキャパシタＣを充電するための信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれインバータ５０，６０へ出力する。

そして、制御装置７２は、電圧センサ８０からの電圧ＶＣに基づいて、キャパシタＣのＳＯＣがモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動可能な所定量に達したと判断すると、電圧センサ８０からの電圧ＶＣ、ならびにモータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ１およびトルク指令値ＴＲ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ５０へ出力する。

また、さらに、制御装置７２は、コネクタ７０に接続される外部交流負荷への交流電圧の出力要求がなされると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に交流電圧ＶＡＣＯが発生するように、インバータ５０の上アームのパワートランジスタＱ１１，Ｑ１３，Ｑ１５と下アームのパワートランジスタＱ１２，Ｑ１４，Ｑ１６とのデューティーの総和を制御しつつ信号ＰＷＭ１を生成し、さらに、インバータ６０の上アームのパワートランジスタＱ２１，Ｑ２３，Ｑ２５と下アームのパワートランジスタＱ２２，Ｑ２４，Ｑ２６とのデューティーの総和を制御しつつ信号ＰＷＭ２を生成する。そして、制御装置７２は、その生成した信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれインバータ５０，６０へ出力する。

図６は、図５に示した制御装置７２の機能ブロック図である。図６を参照して、制御装置７２は、コンバータ制御部１２２と、インバータ制御部１２４とを含む。コンバータ制御部１２２は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、ならびに電圧センサ７８，８２からの電圧ＶＢ，ＶＭに基づいて、昇圧コンバータ４０のパワートランジスタＱ３１，Ｑ３２をオン／オフするための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ４０へ出力する。

インバータ制御部１２４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１およびモータ電流ＭＣＲＴ１ならびに電圧センサ８２からの電圧ＶＭに基づいてインバータ５０のパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフするための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ５０へ出力する。

また、インバータ制御部１２４は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２ならびに電圧センサ８２からの電圧ＶＭに基づいてインバータ６０のパワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６をオン／オフするための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ６０へ出力する。

さらに、インバータ制御部１２４は、信号ＳＴに応じて、電圧センサ７８からの電圧ＶＢに基づいてバッテリＢのＳＯＣを算出する。そして、インバータ制御部１２４は、バッテリＢのＳＯＣの低下によりバッテリＢでモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動できないと判断すると、コネクタ７０に接続される商用交流電源を用いてキャパシタＣを充電するため、コネクタ７０および電圧センサ８０からの電圧ＶＡＣＩ，ＶＣに基づいてインバータ５０，６０のパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６をオン／オフするための信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれインバータ５０，６０へ出力する。

また、さらに、インバータ制御部１２４は、電圧センサ８０からの電圧ＶＣに基づいてキャパシタＣのＳＯＣを算出する。そして、インバータ制御部１２４は、キャパシタＣでモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動可能な所定量にキャパシタＣのＳＯＣが達したと判断すると、電圧センサ８０からの電圧ＶＣならびにモータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１およびモータ電流ＭＣＲＴ１に基づいてインバータ５０のパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフするための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ５０へ出力する。

また、さらに、インバータ制御部１２４は、コネクタ７０に接続される外部交流負荷への交流電力の出力要求を示す信号ＡＣに応じて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に交流電圧ＶＡＣＯを発生させるためにインバータ５０，６０を駆動するための信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれインバータ５０，６０へ出力する。

図７は、図６に示したインバータ制御部１２４の詳細な機能ブロック図である。図７を参照して、インバータ制御部１２４は、制御部１４２と、モータ制御用相電圧演算部１４４，１４６と、デューティー比演算部１４８と、ＰＷＭ信号変換部１５０，１５２とからなる。

制御部１４２は、電圧センサ７８，８０からの電圧ＶＢ，ＶＣ、コネクタ７０からの電圧ＶＡＣＩ、および信号ＳＴ，ＡＣを受ける。制御部１４２は、信号ＳＴに基づいて、エンジンの始動が指示されたと判断すると、電圧ＶＢに基づいてバッテリＢのＳＯＣを算出し、モータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動可能な所定のＳＯＣよりもバッテリＢのＳＯＣが多いか否かを判定する。そして、バッテリＢのＳＯＣが所定のＳＯＣ以上のときは、制御部１４２は、制御信号ＣＴＬ１を生成してモータ制御用相電圧演算部１４４およびＰＷＭ信号変換部１５０へ出力する。

一方、バッテリＢのＳＯＣが所定のＳＯＣよりも少ないときは、制御部１４２は、コネクタ７０に接続される商用交流電源を用いてキャパシタＣを充電するため、制御信号ＣＴＬ２を生成してモータ制御用相電圧演算部１４４，１４６およびＰＷＭ信号変換部１５０，１５２へ出力し、キャパシタＣの目標充電電圧ＶＣｒｅｆをデューティー比演算部１４８へ出力する。

そして、制御部１４２は、電圧センサ８０からの電圧ＶＣに基づいてキャパシタＣのＳＯＣを算出し、モータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動可能な所定のＳＯＣまでキャパシタＣのＳＯＣが到達したか否かを判定する。そして、制御部１４２は、キャパシタＣのＳＯＣが所定のＳＯＣに到達したと判定すると、制御信号ＣＴＬ２の出力を停止し、制御信号ＣＴＬ１をモータ制御用相電圧演算部１４４およびＰＷＭ信号変換部１５０へ出力する。

また、制御部１４２は、信号ＡＣに基づいて、コネクタ７０に接続される外部交流負荷への交流電圧の出力要求があったと判断すると、制御信号ＣＴＬ３を生成してモータ制御用相電圧演算部１４４，１４６およびＰＷＭ信号変換部１５０，１５２へ出力する。

モータ制御用相電圧演算部１４４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１およびモータ電流ＭＣＲＴ１、電圧センサ８２からの電圧ＶＭ、ならびに制御部１４２からの制御信号ＣＴＬ１〜ＣＴＬ３を受ける。

モータ制御用相電圧演算部１４４は、制御部１４２から制御信号ＣＴＬ１またはＣＴＬ３を受けているとき、電圧ＶＭ、トルク指令値ＴＲ１およびモータ電流ＭＣＲＴ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルに印加する電圧を演算し、その演算した各相コイル電圧をＰＷＭ信号変換部１５０へ出力する。

また、モータ制御用相電圧演算部１４４は、制御部１４２から制御信号ＣＴＬ２を受けているときは、その動作を停止する。

モータ制御用相電圧演算部１４６は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２、電圧センサ８２からの電圧ＶＭ、ならびに制御部１４２からの制御信号ＣＴＬ２，ＣＴＬ３を受ける。

モータ制御用相電圧演算部１４６は、制御部１４２から制御信号ＣＴＬ２を受けているときは、その動作を停止する。

また、モータ制御用相電圧演算部１４６は、制御部１４２から制御信号ＣＴＬ３を受けているとき、電圧ＶＭ、トルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルに印加する電圧を演算し、その演算した各相コイル電圧をＰＷＭ信号変換部１５２へ出力する。

デューティー比演算部１４８は、コネクタ７０からの電圧ＶＡＣＩ、電圧センサ８０からの電圧ＶＣ、および制御部１４２からの目標充電電圧ＶＣｒｅｆに基づいて、キャパシタＣの電圧ＶＣを目標充電電圧ＶＣｒｅｆに設定するためのデューティー比を算出し、その算出したデューティー比をＰＷＭ信号変換部１５０，１５２へ出力する。

より具体的には、デューティー比演算部１４８は、電圧ＶＡＣＩが正のとき、すなわちＡＣラインＡＣＬ１の電圧レベルが正であり、ＡＣラインＡＣＬ２の電圧レベルが負のとき、インバータ５０のパワートランジスタＱ１２（および／またはＱ１４，Ｑ１６）をオン／オフさせてキャパシタＣの電圧ＶＣを目標充電電圧ＶＣｒｅｆに設定するためのデューティー比を算出し、その算出したデューティー比をＰＷＭ信号変換部１５０へ出力する。なお、このとき、デューティー比演算部１４８は、ＰＷＭ信号変換部１５２へはデューティー比を０で出力する。

また、デューティー比演算部１４８は、電圧ＶＡＣＩが負のとき、すなわちＡＣラインＡＣＬ１の電圧レベルが負であり、ＡＣラインＡＣＬ２の電圧レベルが正のとき、インバータ６０のパワートランジスタＱ２２（および／またはＱ２４，Ｑ２６）をオン／オフさせてキャパシタＣの電圧ＶＣを目標充電電圧ＶＣｒｅｆに設定するためのデューティー比を算出し、その算出したデューティー比をＰＷＭ信号変換部１５２へ出力する。なお、このとき、デューティー比演算部１４８は、ＰＷＭ信号変換部１５０へはデューティー比を０で出力する。

ＰＷＭ信号変換部１５０は、制御部１４２から制御信号ＣＴＬ１を受けているとき、モータ制御用相電圧演算部１４４からの各相コイル電圧指令に基づいて、インバータ５０の各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフする信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ５０の各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６へ出力する。

また、ＰＷＭ信号変換部１５０は、制御部１４２から制御信号ＣＴＬ２を受けているとき、デューティー比演算部１４８から受けるデューティー比に基づいて、インバータ５０のパワートランジスタＱ１２（および／またはＱ１４，Ｑ１６）をオン／オフする信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ５０のパワートランジスタＱ１２（および／またはＱ１４，Ｑ１６）へ出力する。

さらに、ＰＷＭ信号変換部１５０は、制御部１４２から制御信号ＣＴＬ３を受けているとき、モータ制御用相電圧演算部１４４から受ける各相コイル電圧指令に基づいて、スイッチング制御するためのデューティーを所定の周波数で変化させながらインバータ５０の各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフする信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ５０のパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１５２は、制御部１４２から制御信号ＣＴＬ２を受けているとき、デューティー比演算部１４８から受けるデューティー比に基づいて、インバータ６０のパワートランジスタＱ２２（および／またはＱ２４，Ｑ２６）をオン／オフする信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ６０のパワートランジスタＱ２２（および／またはＱ２４，Ｑ２６）へ出力する。

さらに、ＰＷＭ信号変換部１５２は、制御部１４２から制御信号ＣＴＬ３を受けているとき、モータ制御用相電圧演算部１４４から受ける各相コイル電圧指令に基づいて、スイッチング制御するためのデューティーを所定の周波数で変化させながらインバータ６０の各パワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６をオン／オフする信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ６０のパワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６へ出力する。

図８は、交流電圧ＶＡＣＯを発生しているときのデューティーの総和および交流電圧ＶＡＣＯの波形図である。図８を参照して、曲線ｋ１は、インバータ５０のスイッチング制御におけるデューティーの総和の変化を示し、曲線ｋ２は、インバータ６０のスイッチング制御におけるデューティーの総和の変化を示す。ここで、デューティーの総和とは、各インバータにおける上アームのオンデューティーから下アームのオンデューティーを減算したものである。図８において、デューティーの総和が正のときは、対応するモータジェネレータの中性点電位がインバータ入力電圧ＶＭの中間電圧ＶＭ／２よりも高くなることを示し、デューティーの総和が負のときは、中性点電位が電圧ＶＭ／２よりも低くなることを示す。

制御装置７２は、インバータ５０のデューティーの総和を曲線ｋ１に従って所定の周波数で周期的に変化させ、インバータ６０のデューティーの総和を曲線ｋ２に従って所定の周波数で周期的に変化させる。ここで、インバータ６０のデューティーの総和は、インバータ５０のデューティーの総和が変化する位相を反転した位相で周期的に変えられる。

そうすると、時刻ｔ０〜ｔ１においては、中性点Ｎ１の電位は、電圧ＶＭ／２よりも高くなり、中性点Ｎ２の電位は、電圧ＶＭ／２よりも低くなり、中性点Ｎ１，Ｎ２間に正側の交流電圧ＶＡＣＯが発生する。ここで、コネクタ７０に外部交流負荷が接続されると、インバータ５０の上アームから下アームに流れ込むことができない余った電流が中性点Ｎ１からＡＣラインＡＣＬ１、外部交流負荷およびＡＣラインＡＣＬ２を介して中性点Ｎ２へ流れ、中性点Ｎ２からインバータ６０の下アームへ流れる。

時刻ｔ１〜ｔ２においては、中性点Ｎ１の電位は、電圧ＶＭ／２よりも低くなり、中性点Ｎ２の電位は、電圧ＶＭ／２よりも高くなり、中性点Ｎ１，Ｎ２間に負側の交流電圧ＶＡＣＯが発生する。そして、インバータ６０の上アームから下アームに流れ込むことができない余った電流が中性点Ｎ２からＡＣラインＡＣＬ２、外部交流負荷およびＡＣラインＡＣＬ１を介して中性点Ｎ１へ流れ、中性点Ｎ１からインバータ５０の下アームへ流れる。

このように、インバータ５０，６０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に交流電圧ＶＡＣＯを発生させることができる。

図９は、この発明の実施の形態２によるエンジン始動装置２００をハイブリッド自動車に適用した場合の概略ブロック図である。図９を参照して、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン９２に連結され、エンジン９２を始動するとともに、エンジン９２からの回転力によって発電する。モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪９４に連結され、駆動輪９４を駆動するとともに、ハイブリッド自動車の回生制動時に発電する。

そして、バッテリＢのＳＯＣの低下によりバッテリＢでモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジン９２を始動させることができないとき、コネクタ７０に商用交流電源が接続され、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびインバータ５０，６０を用いて商用交流電源からキャパシタＣへの充電が行なわれる。このとき、システムリレーＳＲはオフされ、バッテリＢは、システムから切離される。

そして、キャパシタＣの電圧ＶＣに基づいて、エンジン９２を始動可能な所定量にキャパシタＣのＳＯＣが達すると、キャパシタＣからの電力を用いてインバータ５０によりモータジェネレータＭＧ１が駆動され、モータジェネレータＭＧ１の駆動力によってエンジン９２が始動される。

一方、コネクタ７０には、外部交流負荷も接続される。そして、外部交流負荷への交流電力の出力要求がなされると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点間に交流電圧が発生し、その発生した交流電圧がコネクタ７０から外部交流負荷へ出力される。

なお、この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、モータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンを始動可能なＳＯＣのしきい値をエンジンの温度に応じて変化させてもよい。

また、上記においては、コネクタ７０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点に接続されるものとしたが、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々において、中性点と反対側のコイル端のいずれかに接続されるようにしてもよい。

また、上記においては、コネクタ７０に接続される外部電源は、商用交流電源としたが、外部電源は、直流電源であってもよい。

以上のように、この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、この実施の形態２によれば、エンジンが始動した後は、エンジンの出力を用いて発電された電力を用いて、コネクタ７０に接続される外部交流負荷へ交流電力を供給することができる。

なお、上記において、モータジェネレータＭＧは、この発明における「回転電機」に対応し、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、この発明における「第１の回転電機」および「第２の回転電機」にそれぞれ対応する。また、インバータ１０は、この発明における「インバータ」に対応し、インバータ５０，６０は、この発明における「第１のインバータ」および「第２のインバータ」にそれぞれ対応する。さらに、エンジンおよびエンジン９２は、この発明における「内燃機関」に対応し、バッテリＢは、この発明における「二次電池」に対応する。また、さらに、電圧センサ２８，８０の各々は、この発明における「電圧検出手段」に対応し、コネクタ２０，７０の各々は、この発明における「外部接続端子」に対応する。

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。

この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の概略ブロック図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図１に示すキャパシタＣのＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を示す第１の図である。 図１に示すキャパシタＣのＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を示す第２の図である。 この発明の実施の形態２によるエンジン始動装置の概略ブロック図である。 図５に示す制御装置の機能ブロック図である。 図６に示すインバータ制御部の詳細な機能ブロック図である。 交流電圧を発生しているときのデューティーの総和および交流電圧の波形図である。 この発明の実施の形態２によるエンジン始動装置をハイブリッド自動車に適用した場合の概略ブロック図である。

符号の説明

１０，５０，６０ インバータ、１１，５１，６１ Ｕ相アーム、１２，５２，６２ Ｖ相アーム、１３，５３，６３ Ｗ相アーム、２０，７０ コネクタ、２２，７２ 制御装置、２４，７４，７６ 平滑コンデンサ、２６，２８，７８，８０，８２ 電圧センサ、４０ 昇圧コンバータ、９２ エンジン、９４ 駆動輪、１００，２００ エンジン始動装置、１１２ 充放電制御部、１１４，１４４，１４６ モータ制御用相電圧演算部、１１６，１４８ ディーティー比演算部、１１８，１５０，５２ ＰＷＭ信号変換部、１２２ コンバータ制御部、１２４ インバータ制御部、１４２ 制御部、Ｂ バッテリ、Ｃ キャパシタ、ＳＲ システムリレー、ＰＬ，ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン、Ｌ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６，Ｑ３１，Ｑ３２ パワートランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、ＵＬ，ＵＬ１，ＵＬ２ Ｕ相ライン、ＶＬ，ＶＬ１，ＶＬ２ Ｖ相ライン、ＷＬ，ＷＬ１，ＷＬ２ Ｗ相ライン、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ ＡＣライン、ＭＧ，ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２ 中性点。

Claims (9)

1. 内燃機関に連結され、電力ラインから受ける電力を用いて前記内燃機関を始動させるための駆動力を発生する駆動装置と、
   前記電力ラインに電力を供給可能な二次電池と、
   前記電力ラインに接続されるキャパシタと、
   前記駆動装置の動作を制御する制御装置と、
   前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段とを備え、
   前記駆動装置は、
   前記内燃機関に連結される第１の回転電機と、
   前記電力ラインと前記第１の回転電機の巻線との間に配設される第１のインバータとを含み、
   前記第１のインバータは、前記制御装置から与えられる駆動指令に従って、前記駆動力を発生するように前記第１の回転電機を駆動し、前記制御装置から与えられる充電指令に従って、前記第１の回転電機の巻線に入力される外部電源からの電力を所定の電圧レベルに制御して前記キャパシタを充電し、
   前記制御装置は、前記電圧検出手段によって検出される前記キャパシタの電圧に基づいて前記キャパシタの充電量を算出し、
   前記二次電池の充電量の低下により前記二次電池からの電力を用いて前記第１の回転電機が前記駆動力を発生できない場合、前記制御装置は、前記第１のインバータへ前記充電指令を出力し、前記第１の回転電機が前記駆動力を発生するのに必要な所定の充電量に前記キャパシタの充電量が達すると、前記第１のインバータへ前記駆動指令を出力する、内燃機関の始動装置。
2. 前記所定の充電量は、前記内燃機関の温度が高いほど少ない、請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
3. 前記制御装置は、前記第１の回転電機の巻線と前記第１のインバータと用いて前記外部電源からの電力を前記所定の電圧レベルに昇圧するための指令を生成し、その生成した指令を前記充電指令として前記第１のインバータへ出力する、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の始動装置。
4. 前記外部電源からの電力は、前記第１の回転電機の巻線の中性点に入力される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の内燃機関の始動装置。
5. 前記外部電源からの電力は、前記第１の回転電機の巻線の中性点と反対側の一端に入力される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の内燃機関の始動装置。
6. 前記外部電源を接続可能な外部接続端子をさらに備え、
   前記駆動装置は、
   前記第１の回転電機と異なる第２の回転電機と、
   前記電力ラインと前記第２の回転電機の巻線との間に配設される第２のインバータとをさらに含み、
   前記外部接続端子の一方は、前記第１の回転電機の巻線に接続され、
   前記外部接続端子の他方は、前記第２の回転電機の巻線に接続され、
   前記制御装置は、前記第１および第２の回転電機の巻線と前記第１および第２のインバータと用いて前記外部電源からの電力を前記所定の電圧レベルに昇圧するための指令を生成し、その生成した指令を前記充電指令として前記第１および第２のインバータへ出力する、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の始動装置。
7. 内燃機関に連結され、電力ラインから受ける電力を用いて前記内燃機関を始動させるための駆動力を発生する駆動装置と、
   前記電力ラインに電力を供給可能な二次電池と、
   前記電力ラインに接続されるキャパシタと、
   前記駆動装置の動作を制御する制御装置と、
   外部電源を接続可能な外部接続端子とを備え、
   前記駆動装置は、駆動指令に従って前記駆動力を発生し、充電指令に従って、当該駆動装置に入力される前記外部電源からの電力を所定の電圧レベルに制御して前記キャパシタを充電し、
   前記制御装置は、前記二次電池の充電量の低下により前記二次電池からの電力を用いて前記駆動装置が前記駆動力を発生できないとき、前記充電指令を前記駆動装置へ出力し、前記駆動装置が前記駆動力を発生するのに必要な所定の充電量を前記キャパシタの充電量が超えたとき、前記駆動指令を前記駆動装置へ出力し、
   前記駆動装置は、
   前記内燃機関に連結される第１の回転電機と、
   前記電力ラインと前記第１の回転電機の巻線との間に配設される第１のインバータと、
   前記第１の回転電機と異なる第２の回転電機と、
   前記電力ラインと前記第２の回転電機の巻線との間に配設される第２のインバータとを含み、
   前記外部接続端子の一方は、前記第１の回転電機の巻線の中性点に接続され、
   前記外部接続端子の他方は、前記第２の回転電機の巻線の中性点に接続され、
   前記制御装置は、前記第１および第２の回転電機の巻線と前記第１および第２のインバータと用いて前記外部電源からの電力を前記所定の電圧レベルに昇圧するための指令を生成し、その生成した指令を前記充電指令として前記第１および第２のインバータへ出力し、
   前記第１のインバータは、交流生成指令に従って、所定の周波数を有する第１の交流電圧を前記第１の回転電機の巻線の中性点に発生させ、
   前記第２のインバータは、前記交流生成指令に従って、前記所定の周波数を有し、かつ、前記第１の交流電圧の位相を反転した第２の交流電圧を前記第２の回転電機の巻線の中性点に発生させ、
   前記制御装置は、前記外部接続端子に外部交流負荷が接続されているとき、前記第１および第２の回転電機の中性点間に前記所定の周波数を有する交流電圧の生成を指示する指令をさらに生成し、その生成した指令を前記交流生成指令として前記第１および第２のインバータへ出力する、内燃機関の始動装置。
8. 前記外部電源は、商用交流電源である、請求項７に記載の内燃機関の始動装置。
9. 請求項７に記載の内燃機関の始動装置と、
   前記第１の回転電機に連結される前記内燃機関と、
   前記第２の回転電機に連結され、前記第２の回転電機が発生する駆動力によって駆動される駆動輪とを備える車両。

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