電力制御装置
【課題】インバータと、リアクトル、スイッチング素子および整流素子を有する昇圧コンバータと、平滑用の第１および第２コンデンサとを備えた電力制御装置において、昇圧コンバータのリアクトルと第１および第２コンデンサの劣化を個別に判定可能とする。
【解決手段】電力制御装置２０は、第１リレー４１および第１コンデンサ３１とリアクトルＬとの間に配置された第２リレー４２と、昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとダイオードＤ１との間に配置された第３リレー４３と、リアクトルＬに直列に接続されると共にトランジスタＴｒ２に並列に接続された抵抗素子３３とを備える。
【解決手段】電力制御装置２０は、第１リレー４１および第１コンデンサ３１とリアクトルＬとの間に配置された第２リレー４２と、昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとダイオードＤ１との間に配置された第３リレー４３と、リアクトルＬに直列に接続されると共にトランジスタＴｒ２に並列に接続された抵抗素子３３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータと、リアクトル、スイッチング素子および整流素子を有する昇圧コンバータと、入力側および出力側の平滑コンデンサとを備えた電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電力制御装置としては、動力を入出力可能な電動機を駆動するためのインバータ回路と、システムメインリレーを介して直流電源の正極側に接続されるリアクトルを有すると共に直流電源の電圧を昇圧してインバータ回路に供給する昇圧回路と、昇圧回路の直流電源側の電圧を平滑化する第１コンデンサと、昇圧回路のインバータ回路側の電圧を平滑化する第２コンデンサとを備え、インバータ回路に過電流が流れたときに、システムメインリレーをオフすると共に電動機がトルクを出力することなく電力を消費するようにインバータ回路を制御することで第１および第２コンデンサに蓄えられた電荷を放電させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電力制御装置では、インバータ回路に過電流が流れたのに伴う第１および第２コンデンサの放電に際して、第１および第２コンデンサの放電継続時間が計測され、当該放電継続時間が所定の閾値よりも短い場合には、第１および第２コンデンサの少なくとも一方が異常である（正常時に比べて容量が低下している）と判定される。なお、この種の電力制御装置として、バッテリにスイッチを介して接続されると共にバッテリからの直流電力を交流電力に変換するパワートランジスタ部と、パワートランジスタ部に対して並列に接続される電解コンデンサとを備え、スイッチの投入から電解コンデンサが充電されて所定電圧に到達するまでの充電時間を測定すると共に当該充電時間が基準時間より短いときに電解コンデンサが劣化したと判定するものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８９２１４号公報
【特許文献２】特開平５−２１５８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された電力制御装置では、第１および第２コンデンサの何れに劣化が生じているかを判別することができない。また、特許文献１に記載された電力制御装置では、第１および第２コンデンサに加えて、昇圧回路のリアクトルにも劣化を生じるおそれもあるが、特許文献１には、昇圧回路のリアクトルの劣化判定について何ら記載されていない。
【０００５】
本発明は、インバータと、リアクトル、スイッチング素子および整流素子を有する昇圧コンバータと、平滑用の第１および第２コンデンサとを備えた電力制御装置において、昇圧コンバータのリアクトルと第１および第２コンデンサの劣化を個別に判定可能とすることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電力制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の電力制御装置は、直流電源からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、スイッチング素子がオンされたときにリアクトルにエネルギを蓄積すると共に該スイッチング素子がオフされたときに整流素子を介して前記直流電源からの電圧に該リアクトルに蓄積されたエネルギを重畳して出力する昇圧コンバータと、前記直流電源と前記昇圧コンバータの前記リアクトルとの間に配置された第１のスイッチと、前記第１のスイッチよりも前記昇圧コンバータ側で前記直流電源に対して該昇圧コンバータと並列に接続された第１のコンデンサと、前記昇圧コンバータに対して前記インバータと並列に接続された第２のコンデンサと、前記直流電源に流れる電流を取得する電流取得手段と、前記第１のコンデンサの端子間電圧を取得する第１電圧取得手段と、前記第２のコンデンサの端子間電圧を取得する第２電圧取得手段とを含む電力制御装置において、
前記第１のスイッチおよび前記第１のコンデンサと前記リアクトルとの間に配置された第２のスイッチと、
前記昇圧コンバータの前記リアクトルと前記整流素子との間に配置される第３のスイッチと、
前記リアクトルに直列に接続されると共に前記スイッチング素子に並列に接続された抵抗とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電力制御装置では、インバータがシャットダウンされた状態で第２および第３のスイッチをオフすると共に第１のスイッチのみをオンすれば、直流電源からの電力が第１コンデンサのみに供給されて第１コンデンサが充電され、充電の進行に伴って第１コンデンサの端子間電圧が所定電圧（直流電源の端子間電圧）に収束する。従って、第１のスイッチのみをオンしてから第１電圧取得手段により取得される第１コンデンサの端子間電圧が所定電圧となるまでの時間が例えば予め定められた閾値よりも短い場合には、第１コンデンサが劣化してその容量が低下していると判定することができる。また、インバータがシャットダウンされた状態で第３のスイッチをオフすると共に第１および第２のスイッチをオンすれば、直流電源からの電流が昇圧コンバータのリアクトルおよび抵抗を流れ、当該電流は、リアクトルおよび抵抗の特性に従って徐々に増加すると共にやがて一定値に収束する。従って、第１および第２のスイッチをオンしてから電流取得手段により取得される直流電源を流れる電流が一定値に達するまでの時間が予め定められた閾値よりも短い場合には、リアクトルが劣化してインダクタンスが低下していると判定することができる。更に、インバータがシャットダウンされた状態で第１、第２および第３のスイッチのすべてをオンすれば、直流電源からの電力がリアクトル、第３スイッチおよび昇圧コンバータの整流素子を介して第２コンデンサへと供給されて第２コンデンサが充電され、充電の進行に伴って第２コンデンサの端子間電圧が所定電圧（直流電源の端子間電圧）に収束する。従って、第１、第２および第３のスイッチのすべてをオンしてから第２電圧取得手段により取得される第２コンデンサの端子間電圧が所定電圧となるまでの時間が予め定められた閾値よりも短い場合には、第２コンデンサが劣化してその容量が低下していると判定することができる。この結果、本発明の電力制御装置では、昇圧コンバータのリアクトルと第１および第２コンデンサの劣化を個別に判定することが可能となる。また、抵抗をリアクトルに直列かつスイッチング素子に並列に接続することで、当該抵抗を第１コンデンサに蓄積された電荷を放電させるための放電抵抗としても用いることが可能となり、部品点数の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例に係るパワーコントロールユニット２０を搭載した電気自動車１０の概略構成図である。
【図２】電気自動車１０においてスタートスイッチ５１がオンされた後の第１および第２コンデンサ３１，３２の端子間電圧ＶＬ，ＶＨおよびバッテリ電流Ｉｂの時間変化の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例に係る電力制御装置としてのパワーコントロールユニット２０を搭載した電気自動車１０の概略構成図である。同図に示すように、実施例の電気自動車１０は、例えば同期発電電動機として構成されて駆動輪１８ａ，１８ｂにデファレンシャルギヤ１６を介して回転子が接続されたモータ１１と、モータ１１と電力のやり取りが可能な例えばリチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池であるバッテリ（直流電源）１２と、モータ１１とバッテリ１２との間でやり取りされる電力を制御するパワーコントロールユニット（電力制御装置）２０と、パワーコントロールユニット２０や車両全体をコントロールする電子制御ユニット４０等とを備える。また、パワーコントロールユニット２０は、モータ１１とバッテリ１２との間に介設されると共にモータ１１を駆動するインバータ２２と、バッテリ１２に第１リレー（第１のスイッチ）４１および電力ライン３８を介して接続されると共にバッテリ１２からの電力を昇圧してインバータ２２に供給可能な昇圧コンバータ２３と、第１リレー４１よりも昇圧コンバータ２３側でバッテリ１２に対して昇圧コンバータ２３と並列に接続された第１コンデンサ３１と、昇圧コンバータ２３に対してインバータ２２と並列に接続された第２コンデンサ３２等とを備える。
【００１２】
第１リレー４１は、バッテリ１２の正極端子と電力ライン３８の正極母線３８ａとに接続された正極側リレー４１ａと、バッテリ１２の負極端子と電力ライン３８の負極母線３８ｂとに接続された負極側リレー４１ｂと、正極側リレー４１ａをオンする際の突入電流を回避するために正極側リレー４１ａに並列接続された回避用リレー４１ｃおよび抵抗素子４１ｄとにより構成されている。また、インバータ２２は、複数のスイッチング素子のスイッチングによりバッテリ１２からの直流電力を交流電力に変換してモータ１１の三相コイルに回転磁界を形成するための相電流を供給してモータ１１を回転駆動させることが可能な周知のインバータとして構成されている。
【００１３】
昇圧コンバータ２３は、第１リレー４１を介してバッテリ１２の正極端子に接続される一端を有するリアクトルＬと、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である２つのトランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ１，Ｔｒ２と、ダイオード（整流素子）Ｄ１，Ｄ２とにより構成されている。トランジスタＴｒ１のエミッタはリアクトルＬの他端に接続されると共にトランジスタＴｒ１のコレクタはインバータ２２側に接続される。ダイオードＤ１のアノードはリアクトルＬの他端に接続されると共にダイオードＤ１のカソードはインバータ２２側に接続される。トランジスタＴｒ２のエミッタは負極母線３８ｂに接続されると共にトランジスタＴｒ２のコレクタはリアクトルＬの他端に接続される。ダイオードＤ２のアノードは負極母線３８ｂに接続されると共にダイオードＤ１のカソードはリアクトルＬの他端に接続される。従って、リアクトルＬの他端は、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２の中点に接続され、ダイオードＤ１はトランジスタＴｒ１に逆方向に並列接続され、ダイオードＤ２はトランジスタＴｒ２に逆方向に並列接続される。
【００１４】
２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のうちの図中下側に位置するトランジスタ（下アーム）Ｔｒ２と２つのダイオードＤ１，Ｄ２のうちの図中上側に位置するダイオードＤ１とは、リアクトルＬと共にバッテリ１２からの電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路を構成する。すなわち、トランジスタＴｒ２がオンされるとリアクトルＬにエネルギが蓄積され、その後にトランジスタＴｒ２がオフされると、バッテリ１２からの電圧にリアクトルＬに蓄積されたエネルギが重畳されて昇圧された電圧がダイオードＤ１を介して出力される。また、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のうちの図中上側に位置するトランジスタ（上アーム）Ｔｒ１と２つのダイオードＤ１，Ｄ２のうちの図中下側に位置するダイオードＤ２とは、リアクトルＬと共にモータ１１からの電圧を降圧する降圧チョッパ回路を構成する。従って、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をオン／オフ制御すれば、昇圧コンバータ２３によりバッテリ１２からの電圧を昇圧してインバータ２２に供給したり、モータ１１からの電圧を降圧してバッテリ１２に供給したりすることが可能となる。
【００１５】
更に、実施例のパワーコントロールユニット２０では、第１リレー４１および第１コンデンサ３１と昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとの間、すなわち、第１リレー４１を構成する正極側リレー４１ａおよび回避用リレー４１ｃと昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとの間に第１コンデンサ３１（正極母線との接続点）よりもリアクトルＬ側に位置するように第２リレー（第２のスイッチ）４２が配置されている。第２リレー４２をオンすることにより第１リレー４１を介してバッテリ１２とリアクトルＬとを電気的に接続すると共に第２リレー４２をオフすることによりバッテリ１２とリアクトルＬとの電気的接続を解除することができる。また、昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとダイオードＤ１のアノードとの間には、第３リレー（第３のスイッチ）４３が配置されている。第３リレー４３をオンすることによりリアクトルＬとダイオードＤ１のアノードとを電気的に接続すると共に第３リレー４３をオフすることによりリアクトルＬとダイオードＤ１のアノードとの電気的接続を解除することができる。加えて、実施例のパワーコントロールユニット２０は、リアクトルＬに直列に接続されると共にトランジスタＴｒ２に並列に接続された抵抗素子３３を有する。すなわち、抵抗素子３３の一端は、リアクトルＬとダイオードＤ１のアノードと間に接続されており、当該抵抗素子３３の他端は、負極母線３８ｂに接続されている。かかる抵抗素子３３は、第１コンデンサ３１に蓄積された電荷を放電させるための放電抵抗としても用いられるものである。
【００１６】
第１コンデンサ３１は、昇圧コンバータ２３とバッテリ１２との間で電圧を平滑化するものであり、第１コンデンサ３１の端子間には、当該第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬを検出する電圧センサ３４が配置されている。また、第２コンデンサ３２は、昇圧コンバータ２３とインバータ２２との間で電圧を平滑化するものであり、第２コンデンサ３２の端子間には、当該第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨを検出する電圧センサ３５が配置されている。更に、パワーコントロールユニット２０は、昇圧コンバータ２３とインバータ２２との間で第２コンデンサ３２に並列に接続された抵抗素子３６を有する。抵抗素子３６は、第２コンデンサ３２に蓄積された電荷を放電させるための放電抵抗として用いられるものである。そして、正極母線３８ａには、バッテリ１２を流れる電流であるバッテリ電流Ｉｂを検出する電流センサ３７が設置されている。
【００１７】
電子制御ユニット４０には、スタートスイッチ５１からの始動指示信号、アクセルペダル５４の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５５からのアクセル開度、車速センサ５８からの車速、電流センサ３７からのバッテリ電流Ｉｂ、電圧センサ３４からの第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬ、電圧センサ３５からの第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨ等が入力ポートを介して入力される。電子制御ユニット４０からは、インバータ２２へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ２３へのスイッチング制御信号、第１〜第３リレー４１〜４３へのオンオフ信号等が出力ポートを介して出力される。
【００１８】
実施例の電気自動車１０の走行に際して、電子制御ユニット４０は、アクセルペダル５４の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５５からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じて走行のためにモータ１１に要求される要求トルクを設定する。そして、設定した要求トルクとモータ１１の回転数とに基づいて要求トルクやモータ１１の回転数が大きいほど大きくなる傾向にインバータ２２に作用させるべき目標電圧を設定し、第１〜第３リレー４１〜４３をすべてオンした状態で端子間電圧ＶＨが目標電圧となるように所定のデューティ比を用いてトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をオン／オフ制御すると共に、モータ１１から要求トルクに応じたトルクが出力されるようインバータ２２をスイッチング制御する。
【００１９】
次に、実施例の電気自動車１０において、第１コンデンサ３１，３２および昇圧コンバータ２３のリアクトルＬの劣化の有無を判定する手順について説明する。実施例では、運転者によりスタートスイッチ５１がオンされてバッテリ１２から昇圧コンバータ２３やインバータ２２を介してモータ１１に電力を供給し始める際に、電子制御ユニット４０により以下の手順に従って第１〜第３リレー４１〜４３がオンオフ制御されると共に第１コンデンサ３１，３２および昇圧コンバータ２３のリアクトルＬの劣化の有無が判定される。図２に、電気自動車１０においてスタートスイッチ５１がオンされた後の第１〜第３リレー４１〜４３のオンオフ状態、第１および第２コンデンサ３１，３２の端子間電圧ＶＬ，ＶＨおよびバッテリ電流Ｉｂの時間変化の一例を示す。なお、以下に説明する劣化判定の開始から完了までの間、インバータ２２はシャットダウンされる。
【００２０】
運転者によりスタートスイッチ５１がオンされると、電子制御ユニット４０は、第２および第３リレー４２，４３をオフしたまま、第１リレー４１の負極側リレー４１ｂおよび回避用リレー４１ｃをオンする（以下、負極側リレー４１ｂおよび回避用リレー４１ｃをオンすることを「第１リレー４１をオンする」という）と共に抵抗素子４１ｄを介して第１コンデンサ３１へと電流を流すことで第１コンデンサ３１に突入電流が流れてしまうことを抑制するために正極側リレー４１ａをオフする（図２の時刻ｔ１）。これにより、バッテリ１２からの電力が第１コンデンサ３１のみに供給されて第１コンデンサ３１が充電され、図２に示すように、充電の進行に伴って第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢに収束する（図２の時刻ｔ２）。電子制御ユニット４０は、第１リレー４１をオンしてから第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢに収束するまでの経過時間Δｔ１を計測し、計測した経過時間Δｔ１と予め定められた閾値ｔｒｅｆ１とを比較することにより第１コンデンサ３１の劣化の有無を判定する。ここで、閾値ｔｒｅｆ１は、第１コンデンサ３１に劣化が生じていない状態で第１コンデンサ３１に電圧ＶＢを印加し始めてから充電が完了するまでの時間として第１コンデンサ３１の容量等に基づいて実験・解析等により予め定められる。従って、例えば経過時間Δｔ１が閾値ｔｒｅｆ１よりも所定時間以上短い場合には、第１コンデンサ３１が劣化して容量が低下していると判定することが可能であり、例えば経過時間Δｔ１が閾値ｔｒｅｆ１を中心とした許容範囲内に含まれる場合には、第１コンデンサ３１は劣化していないと判定することができる。なお、バッテリ１２から第１コンデンサ３１に流れる電流（バッテリ電流Ｉｂ）は、第１コンデンサ３１および抵抗素子４１ｄの特性に従って第１リレー４１をオンした直後に最も大きくなり、第１コンデンサ３１の充電が進むにつれて徐々に小さくなって第１コンデンサ３１の充電が完了した段階で概ねゼロとなる。
【００２１】
上述のようにして第１コンデンサ３１の劣化の有無を判定すると、電子制御ユニット４０は、第１リレー４１をオンすると共に第３リレー４３をオフしたまま、第２リレー４２をオンする（図２の時刻ｔ３）。これにより、バッテリ１２から昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとそれに直列に接続された抵抗素子３３とに電流が流れ、バッテリ電流Ｉｂは、リアクトルＬおよび抵抗素子３３の特性に従って徐々に増加すると共にやがて一定値に収束する（図２の時刻ｔ４）。電子制御ユニット４０は、第２リレー４２をオンしてからバッテリ電流Ｉｂが一定値に収束するまでの経過時間Δｔ２を計測し、計測した経過時間Δｔ２と予め定められた閾値ｔｒｅｆ２とを比較することによりリアクトルＬの劣化の有無を判定する。ここで、閾値ｔｒｅｆ２は、リアクトルＬに劣化が生じていない状態でリアクトルＬおよび抵抗素子３３に電圧ＶＢを印加し始めてから当該リアクトルＬおよび抵抗素子３３に流れる電流（バッテリ電流Ｉｂ）が一定値に収束するまでの時間としてリアクトルＬのインダクタンス等に基づいて実験・解析等により予め定められる。従って、例えば経過時間Δｔ２が閾値ｔｒｅｆ２よりも所定時間以上短い場合には、リアクトルＬが劣化してインダクタンスが低下していると判定することが可能であり、例えば経過時間Δｔ２が閾値ｔｒｅｆ２を中心とした許容範囲内に含まれる場合には、リアクトルＬは劣化していないと判定することができる。
【００２２】
続いて、電子制御ユニット４０は、第１リレー４１および第２リレー４２をオンしたまま第３リレー４３をオンする（図２の時刻ｔ５）。これにより、バッテリ１２からの電力が昇圧コンバータ２３のリアクトルＬ、第３リレー４３およびダイオードＤ１を介して第２コンデンサ３２に供給されて当該第２コンデンサ３２が充電され、充電の進行に伴って第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢに収束する（図２の時刻ｔ６）。電子制御ユニット４０は、第３リレー４３をオンしてから第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢに収束するまでの経過時間Δｔ３を計測し、計測した経過時間Δｔ３と予め定められた閾値ｔｒｅｆ１とを比較することにより第２コンデンサ３２の劣化の有無を判定する。ここで、閾値ｔｒｅｆ３は、第２コンデンサ３２に劣化が生じていない状態で第２コンデンサ３２に電圧ＶＢを印加し始めてから充電が完了するまでの時間として第２コンデンサ３２の容量等に基づいて実験・解析等により予め定められる。従って、例えば経過時間Δｔ３が閾値ｔｒｅｆ３よりも所定時間以上短い場合には、第２コンデンサ３２が劣化して容量が低下していると判定することが可能であり、例えば経過時間Δｔ２が閾値ｔｒｅｆ２を中心とした許容範囲内に含まれる場合には、第２コンデンサ３２は劣化していないと判定することができる。
【００２３】
以上説明したように、実施例のパワーコントロールユニット２０では、インバータ２２がシャットダウンされた状態で第２および第３リレー４２，４３をオフすると共に第１リレー４１すなわち負極側リレー４１ｂおよび回避用リレー４１ｃのみをオンすれば、バッテリ１２からの電力が第１コンデンサ３１のみに供給されて第１コンデンサ３１が充電され、充電の進行に伴って第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬが所定電圧（バッテリ１２の端子間電圧ＶＢ）に収束する。従って、第１リレー４１のみをオンしてから電圧センサ３４により取得される第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢとなるまでの経過時間Δｔ１が例えば予め定められた閾値ｔｒｅｆ１よりも所定時間以上短い場合には、第１コンデンサ３１が劣化してその容量が低下していると判定することができる。また、インバータ２２がシャットダウンされた状態で第３リレー４３をオフすると共に第１および第２リレー４１，４２をオンすれば、バッテリ１２からの電流が昇圧コンバータ２３のリアクトルＬおよび抵抗素子３３を流れ、当該電流は、リアクトルＬおよび抵抗素子３３の特性に従って徐々に増加すると共にやがて一定値に収束する。従って、第１および第２リレー４１，４２をオンしてから電流センサ３７により取得されるバッテリ電流Ｉｂが一定値に達するまでの経過時間Δｔ２が例えば予め定められた閾値ｔｒｅｆ２よりも所定時間以上短い場合には、リアクトルＬが劣化してインダクタンスが低下していると判定することができる。更に、インバータ２２がシャットダウンされた状態で第１リレー４１、第２リレー４２および第３リレー４３のすべてをオンすれば、バッテリ１２からの電力がリアクトルＬ、第３リレー４３および昇圧コンバータ２３のダイオード（整流素子）Ｄ１を介して第２コンデンサ３２へと供給されて当該第２コンデンサ３２が充電され、充電の進行に伴って第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨが所定電圧（バッテリ１２の端子間電圧ＶＢ）に収束する。従って、第１リレー４１、第２リレー４２および第３リレー４３のすべてをオンしてから電圧センサ３５により取得される第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢとなるまでの経過時間Δｔ３が例えば予め定められた閾値ｔｒｅｆ３よりも所定時間以上短い場合には、第２コンデンサ３２が劣化してその容量が低下していると判定することができる。この結果、実施例のパワーコントロールユニット２０を搭載した電気自動車１０では、昇圧コンバータ２３のリアクトルＬと第１および第２コンデンサ３１，３２の劣化を個別に判定することが可能となる。
【００２４】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ１２からの直流電力を交流電力に変換するインバータ２２が「インバータ」に相当し、トランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ２がオンされたときにリアクトルＬにエネルギを蓄積すると共にトランジスタＴｒ２がオフされたときにダイオード（整流素子）Ｄ１を介してバッテリ１２からの電圧にリアクトルＬに蓄積されたエネルギを重畳して出力する昇圧コンバータ２３が「昇圧コンバータ」に相当し、バッテリ１２と昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとの間に配置された第１リレー４１が「第１のスイッチ」に相当し、第１リレー４１よりも昇圧コンバータ２３側でバッテリ１２に対して昇圧コンバータ２３と並列に接続された第１コンデンサ３１が「第１のコンデンサ」に相当し、昇圧コンバータ２３に対してインバータ２２と並列に接続された第２コンデンサ３２が「第２のコンデンサ」に相当し、バッテリ１２に流れるバッテリ電流Ｉｂを取得する電流センサ３７が「電流取得手段」に相当し、第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬを取得する電圧センサ３４が「第１電圧取得手段」に相当し、第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＬを取得する電圧センサ３５が「第２電圧取得手段」に相当し、第１リレー４１および第１コンデンサ３１とリアクトルＬとの間に配置された第２リレー４２が「第２のスイッチ」に相当し、昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとダイオードＤ１との間に配置される第３リレー４３が「第３のスイッチ」に相当し、リアクトルＬに直列に接続されると共にトランジスタＴｒ２に並列に接続された抵抗素子３３が「抵抗」に相当する。ただし、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載された発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載された発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。
【００２５】
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、インバータと、リアクトル、スイッチング素子および整流素子を有する昇圧コンバータと、平滑用の第１および第２コンデンサとを備えた電力制御装置の製造産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 電気自動車、１１ モータ、１２ バッテリ、１６ デファレンシャルギヤ、１８ａ，１８ｂ 駆動輪、２２ インバータ、２３ 昇圧コンバータ、３１ 第１コンデンサ、３２ 第２コンデンサ、３３，３６ 抵抗素子、３４，３５ 電圧センサ、３７ 電流センサ、３８ 電力ライン、３８ａ 正極母線、３８ｂ 負極母線、４０ 電子制御ユニット、４１ 第１リレー、４１ａ 正極側リレー、４１ｂ 負極側リレー、４１ｃ 回避用リレー、４１ｄ 抵抗素子、４２ 第２リレー、４３ 第３リレー、５１ スタートスイッチ、５４ アクセルペダル、５５ アクセルペダルポジションセンサ、５８ 車速センサ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｔｒ１，Ｔｒ２ トランジスタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータと、リアクトル、スイッチング素子および整流素子を有する昇圧コンバータと、入力側および出力側の平滑コンデンサとを備えた電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電力制御装置としては、動力を入出力可能な電動機を駆動するためのインバータ回路と、システムメインリレーを介して直流電源の正極側に接続されるリアクトルを有すると共に直流電源の電圧を昇圧してインバータ回路に供給する昇圧回路と、昇圧回路の直流電源側の電圧を平滑化する第１コンデンサと、昇圧回路のインバータ回路側の電圧を平滑化する第２コンデンサとを備え、インバータ回路に過電流が流れたときに、システムメインリレーをオフすると共に電動機がトルクを出力することなく電力を消費するようにインバータ回路を制御することで第１および第２コンデンサに蓄えられた電荷を放電させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電力制御装置では、インバータ回路に過電流が流れたのに伴う第１および第２コンデンサの放電に際して、第１および第２コンデンサの放電継続時間が計測され、当該放電継続時間が所定の閾値よりも短い場合には、第１および第２コンデンサの少なくとも一方が異常である（正常時に比べて容量が低下している）と判定される。なお、この種の電力制御装置として、バッテリにスイッチを介して接続されると共にバッテリからの直流電力を交流電力に変換するパワートランジスタ部と、パワートランジスタ部に対して並列に接続される電解コンデンサとを備え、スイッチの投入から電解コンデンサが充電されて所定電圧に到達するまでの充電時間を測定すると共に当該充電時間が基準時間より短いときに電解コンデンサが劣化したと判定するものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８９２１４号公報
【特許文献２】特開平５−２１５８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された電力制御装置では、第１および第２コンデンサの何れに劣化が生じているかを判別することができない。また、特許文献１に記載された電力制御装置では、第１および第２コンデンサに加えて、昇圧回路のリアクトルにも劣化を生じるおそれもあるが、特許文献１には、昇圧回路のリアクトルの劣化判定について何ら記載されていない。
【０００５】
本発明は、インバータと、リアクトル、スイッチング素子および整流素子を有する昇圧コンバータと、平滑用の第１および第２コンデンサとを備えた電力制御装置において、昇圧コンバータのリアクトルと第１および第２コンデンサの劣化を個別に判定可能とすることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電力制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の電力制御装置は、直流電源からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、スイッチング素子がオンされたときにリアクトルにエネルギを蓄積すると共に該スイッチング素子がオフされたときに整流素子を介して前記直流電源からの電圧に該リアクトルに蓄積されたエネルギを重畳して出力する昇圧コンバータと、前記直流電源と前記昇圧コンバータの前記リアクトルとの間に配置された第１のスイッチと、前記第１のスイッチよりも前記昇圧コンバータ側で前記直流電源に対して該昇圧コンバータと並列に接続された第１のコンデンサと、前記昇圧コンバータに対して前記インバータと並列に接続された第２のコンデンサと、前記直流電源に流れる電流を取得する電流取得手段と、前記第１のコンデンサの端子間電圧を取得する第１電圧取得手段と、前記第２のコンデンサの端子間電圧を取得する第２電圧取得手段とを含む電力制御装置において、
前記第１のスイッチおよび前記第１のコンデンサと前記リアクトルとの間に配置された第２のスイッチと、
前記昇圧コンバータの前記リアクトルと前記整流素子との間に配置される第３のスイッチと、
前記リアクトルに直列に接続されると共に前記スイッチング素子に並列に接続された抵抗とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電力制御装置では、インバータがシャットダウンされた状態で第２および第３のスイッチをオフすると共に第１のスイッチのみをオンすれば、直流電源からの電力が第１コンデンサのみに供給されて第１コンデンサが充電され、充電の進行に伴って第１コンデンサの端子間電圧が所定電圧（直流電源の端子間電圧）に収束する。従って、第１のスイッチのみをオンしてから第１電圧取得手段により取得される第１コンデンサの端子間電圧が所定電圧となるまでの時間が例えば予め定められた閾値よりも短い場合には、第１コンデンサが劣化してその容量が低下していると判定することができる。また、インバータがシャットダウンされた状態で第３のスイッチをオフすると共に第１および第２のスイッチをオンすれば、直流電源からの電流が昇圧コンバータのリアクトルおよび抵抗を流れ、当該電流は、リアクトルおよび抵抗の特性に従って徐々に増加すると共にやがて一定値に収束する。従って、第１および第２のスイッチをオンしてから電流取得手段により取得される直流電源を流れる電流が一定値に達するまでの時間が予め定められた閾値よりも短い場合には、リアクトルが劣化してインダクタンスが低下していると判定することができる。更に、インバータがシャットダウンされた状態で第１、第２および第３のスイッチのすべてをオンすれば、直流電源からの電力がリアクトル、第３スイッチおよび昇圧コンバータの整流素子を介して第２コンデンサへと供給されて第２コンデンサが充電され、充電の進行に伴って第２コンデンサの端子間電圧が所定電圧（直流電源の端子間電圧）に収束する。従って、第１、第２および第３のスイッチのすべてをオンしてから第２電圧取得手段により取得される第２コンデンサの端子間電圧が所定電圧となるまでの時間が予め定められた閾値よりも短い場合には、第２コンデンサが劣化してその容量が低下していると判定することができる。この結果、本発明の電力制御装置では、昇圧コンバータのリアクトルと第１および第２コンデンサの劣化を個別に判定することが可能となる。また、抵抗をリアクトルに直列かつスイッチング素子に並列に接続することで、当該抵抗を第１コンデンサに蓄積された電荷を放電させるための放電抵抗としても用いることが可能となり、部品点数の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例に係るパワーコントロールユニット２０を搭載した電気自動車１０の概略構成図である。
【図２】電気自動車１０においてスタートスイッチ５１がオンされた後の第１および第２コンデンサ３１，３２の端子間電圧ＶＬ，ＶＨおよびバッテリ電流Ｉｂの時間変化の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例に係る電力制御装置としてのパワーコントロールユニット２０を搭載した電気自動車１０の概略構成図である。同図に示すように、実施例の電気自動車１０は、例えば同期発電電動機として構成されて駆動輪１８ａ，１８ｂにデファレンシャルギヤ１６を介して回転子が接続されたモータ１１と、モータ１１と電力のやり取りが可能な例えばリチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池であるバッテリ（直流電源）１２と、モータ１１とバッテリ１２との間でやり取りされる電力を制御するパワーコントロールユニット（電力制御装置）２０と、パワーコントロールユニット２０や車両全体をコントロールする電子制御ユニット４０等とを備える。また、パワーコントロールユニット２０は、モータ１１とバッテリ１２との間に介設されると共にモータ１１を駆動するインバータ２２と、バッテリ１２に第１リレー（第１のスイッチ）４１および電力ライン３８を介して接続されると共にバッテリ１２からの電力を昇圧してインバータ２２に供給可能な昇圧コンバータ２３と、第１リレー４１よりも昇圧コンバータ２３側でバッテリ１２に対して昇圧コンバータ２３と並列に接続された第１コンデンサ３１と、昇圧コンバータ２３に対してインバータ２２と並列に接続された第２コンデンサ３２等とを備える。
【００１２】
第１リレー４１は、バッテリ１２の正極端子と電力ライン３８の正極母線３８ａとに接続された正極側リレー４１ａと、バッテリ１２の負極端子と電力ライン３８の負極母線３８ｂとに接続された負極側リレー４１ｂと、正極側リレー４１ａをオンする際の突入電流を回避するために正極側リレー４１ａに並列接続された回避用リレー４１ｃおよび抵抗素子４１ｄとにより構成されている。また、インバータ２２は、複数のスイッチング素子のスイッチングによりバッテリ１２からの直流電力を交流電力に変換してモータ１１の三相コイルに回転磁界を形成するための相電流を供給してモータ１１を回転駆動させることが可能な周知のインバータとして構成されている。
【００１３】
昇圧コンバータ２３は、第１リレー４１を介してバッテリ１２の正極端子に接続される一端を有するリアクトルＬと、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である２つのトランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ１，Ｔｒ２と、ダイオード（整流素子）Ｄ１，Ｄ２とにより構成されている。トランジスタＴｒ１のエミッタはリアクトルＬの他端に接続されると共にトランジスタＴｒ１のコレクタはインバータ２２側に接続される。ダイオードＤ１のアノードはリアクトルＬの他端に接続されると共にダイオードＤ１のカソードはインバータ２２側に接続される。トランジスタＴｒ２のエミッタは負極母線３８ｂに接続されると共にトランジスタＴｒ２のコレクタはリアクトルＬの他端に接続される。ダイオードＤ２のアノードは負極母線３８ｂに接続されると共にダイオードＤ１のカソードはリアクトルＬの他端に接続される。従って、リアクトルＬの他端は、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２の中点に接続され、ダイオードＤ１はトランジスタＴｒ１に逆方向に並列接続され、ダイオードＤ２はトランジスタＴｒ２に逆方向に並列接続される。
【００１４】
２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のうちの図中下側に位置するトランジスタ（下アーム）Ｔｒ２と２つのダイオードＤ１，Ｄ２のうちの図中上側に位置するダイオードＤ１とは、リアクトルＬと共にバッテリ１２からの電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路を構成する。すなわち、トランジスタＴｒ２がオンされるとリアクトルＬにエネルギが蓄積され、その後にトランジスタＴｒ２がオフされると、バッテリ１２からの電圧にリアクトルＬに蓄積されたエネルギが重畳されて昇圧された電圧がダイオードＤ１を介して出力される。また、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のうちの図中上側に位置するトランジスタ（上アーム）Ｔｒ１と２つのダイオードＤ１，Ｄ２のうちの図中下側に位置するダイオードＤ２とは、リアクトルＬと共にモータ１１からの電圧を降圧する降圧チョッパ回路を構成する。従って、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をオン／オフ制御すれば、昇圧コンバータ２３によりバッテリ１２からの電圧を昇圧してインバータ２２に供給したり、モータ１１からの電圧を降圧してバッテリ１２に供給したりすることが可能となる。
【００１５】
更に、実施例のパワーコントロールユニット２０では、第１リレー４１および第１コンデンサ３１と昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとの間、すなわち、第１リレー４１を構成する正極側リレー４１ａおよび回避用リレー４１ｃと昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとの間に第１コンデンサ３１（正極母線との接続点）よりもリアクトルＬ側に位置するように第２リレー（第２のスイッチ）４２が配置されている。第２リレー４２をオンすることにより第１リレー４１を介してバッテリ１２とリアクトルＬとを電気的に接続すると共に第２リレー４２をオフすることによりバッテリ１２とリアクトルＬとの電気的接続を解除することができる。また、昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとダイオードＤ１のアノードとの間には、第３リレー（第３のスイッチ）４３が配置されている。第３リレー４３をオンすることによりリアクトルＬとダイオードＤ１のアノードとを電気的に接続すると共に第３リレー４３をオフすることによりリアクトルＬとダイオードＤ１のアノードとの電気的接続を解除することができる。加えて、実施例のパワーコントロールユニット２０は、リアクトルＬに直列に接続されると共にトランジスタＴｒ２に並列に接続された抵抗素子３３を有する。すなわち、抵抗素子３３の一端は、リアクトルＬとダイオードＤ１のアノードと間に接続されており、当該抵抗素子３３の他端は、負極母線３８ｂに接続されている。かかる抵抗素子３３は、第１コンデンサ３１に蓄積された電荷を放電させるための放電抵抗としても用いられるものである。
【００１６】
第１コンデンサ３１は、昇圧コンバータ２３とバッテリ１２との間で電圧を平滑化するものであり、第１コンデンサ３１の端子間には、当該第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬを検出する電圧センサ３４が配置されている。また、第２コンデンサ３２は、昇圧コンバータ２３とインバータ２２との間で電圧を平滑化するものであり、第２コンデンサ３２の端子間には、当該第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨを検出する電圧センサ３５が配置されている。更に、パワーコントロールユニット２０は、昇圧コンバータ２３とインバータ２２との間で第２コンデンサ３２に並列に接続された抵抗素子３６を有する。抵抗素子３６は、第２コンデンサ３２に蓄積された電荷を放電させるための放電抵抗として用いられるものである。そして、正極母線３８ａには、バッテリ１２を流れる電流であるバッテリ電流Ｉｂを検出する電流センサ３７が設置されている。
【００１７】
電子制御ユニット４０には、スタートスイッチ５１からの始動指示信号、アクセルペダル５４の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５５からのアクセル開度、車速センサ５８からの車速、電流センサ３７からのバッテリ電流Ｉｂ、電圧センサ３４からの第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬ、電圧センサ３５からの第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨ等が入力ポートを介して入力される。電子制御ユニット４０からは、インバータ２２へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ２３へのスイッチング制御信号、第１〜第３リレー４１〜４３へのオンオフ信号等が出力ポートを介して出力される。
【００１８】
実施例の電気自動車１０の走行に際して、電子制御ユニット４０は、アクセルペダル５４の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５５からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じて走行のためにモータ１１に要求される要求トルクを設定する。そして、設定した要求トルクとモータ１１の回転数とに基づいて要求トルクやモータ１１の回転数が大きいほど大きくなる傾向にインバータ２２に作用させるべき目標電圧を設定し、第１〜第３リレー４１〜４３をすべてオンした状態で端子間電圧ＶＨが目標電圧となるように所定のデューティ比を用いてトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をオン／オフ制御すると共に、モータ１１から要求トルクに応じたトルクが出力されるようインバータ２２をスイッチング制御する。
【００１９】
次に、実施例の電気自動車１０において、第１コンデンサ３１，３２および昇圧コンバータ２３のリアクトルＬの劣化の有無を判定する手順について説明する。実施例では、運転者によりスタートスイッチ５１がオンされてバッテリ１２から昇圧コンバータ２３やインバータ２２を介してモータ１１に電力を供給し始める際に、電子制御ユニット４０により以下の手順に従って第１〜第３リレー４１〜４３がオンオフ制御されると共に第１コンデンサ３１，３２および昇圧コンバータ２３のリアクトルＬの劣化の有無が判定される。図２に、電気自動車１０においてスタートスイッチ５１がオンされた後の第１〜第３リレー４１〜４３のオンオフ状態、第１および第２コンデンサ３１，３２の端子間電圧ＶＬ，ＶＨおよびバッテリ電流Ｉｂの時間変化の一例を示す。なお、以下に説明する劣化判定の開始から完了までの間、インバータ２２はシャットダウンされる。
【００２０】
運転者によりスタートスイッチ５１がオンされると、電子制御ユニット４０は、第２および第３リレー４２，４３をオフしたまま、第１リレー４１の負極側リレー４１ｂおよび回避用リレー４１ｃをオンする（以下、負極側リレー４１ｂおよび回避用リレー４１ｃをオンすることを「第１リレー４１をオンする」という）と共に抵抗素子４１ｄを介して第１コンデンサ３１へと電流を流すことで第１コンデンサ３１に突入電流が流れてしまうことを抑制するために正極側リレー４１ａをオフする（図２の時刻ｔ１）。これにより、バッテリ１２からの電力が第１コンデンサ３１のみに供給されて第１コンデンサ３１が充電され、図２に示すように、充電の進行に伴って第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢに収束する（図２の時刻ｔ２）。電子制御ユニット４０は、第１リレー４１をオンしてから第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢに収束するまでの経過時間Δｔ１を計測し、計測した経過時間Δｔ１と予め定められた閾値ｔｒｅｆ１とを比較することにより第１コンデンサ３１の劣化の有無を判定する。ここで、閾値ｔｒｅｆ１は、第１コンデンサ３１に劣化が生じていない状態で第１コンデンサ３１に電圧ＶＢを印加し始めてから充電が完了するまでの時間として第１コンデンサ３１の容量等に基づいて実験・解析等により予め定められる。従って、例えば経過時間Δｔ１が閾値ｔｒｅｆ１よりも所定時間以上短い場合には、第１コンデンサ３１が劣化して容量が低下していると判定することが可能であり、例えば経過時間Δｔ１が閾値ｔｒｅｆ１を中心とした許容範囲内に含まれる場合には、第１コンデンサ３１は劣化していないと判定することができる。なお、バッテリ１２から第１コンデンサ３１に流れる電流（バッテリ電流Ｉｂ）は、第１コンデンサ３１および抵抗素子４１ｄの特性に従って第１リレー４１をオンした直後に最も大きくなり、第１コンデンサ３１の充電が進むにつれて徐々に小さくなって第１コンデンサ３１の充電が完了した段階で概ねゼロとなる。
【００２１】
上述のようにして第１コンデンサ３１の劣化の有無を判定すると、電子制御ユニット４０は、第１リレー４１をオンすると共に第３リレー４３をオフしたまま、第２リレー４２をオンする（図２の時刻ｔ３）。これにより、バッテリ１２から昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとそれに直列に接続された抵抗素子３３とに電流が流れ、バッテリ電流Ｉｂは、リアクトルＬおよび抵抗素子３３の特性に従って徐々に増加すると共にやがて一定値に収束する（図２の時刻ｔ４）。電子制御ユニット４０は、第２リレー４２をオンしてからバッテリ電流Ｉｂが一定値に収束するまでの経過時間Δｔ２を計測し、計測した経過時間Δｔ２と予め定められた閾値ｔｒｅｆ２とを比較することによりリアクトルＬの劣化の有無を判定する。ここで、閾値ｔｒｅｆ２は、リアクトルＬに劣化が生じていない状態でリアクトルＬおよび抵抗素子３３に電圧ＶＢを印加し始めてから当該リアクトルＬおよび抵抗素子３３に流れる電流（バッテリ電流Ｉｂ）が一定値に収束するまでの時間としてリアクトルＬのインダクタンス等に基づいて実験・解析等により予め定められる。従って、例えば経過時間Δｔ２が閾値ｔｒｅｆ２よりも所定時間以上短い場合には、リアクトルＬが劣化してインダクタンスが低下していると判定することが可能であり、例えば経過時間Δｔ２が閾値ｔｒｅｆ２を中心とした許容範囲内に含まれる場合には、リアクトルＬは劣化していないと判定することができる。
【００２２】
続いて、電子制御ユニット４０は、第１リレー４１および第２リレー４２をオンしたまま第３リレー４３をオンする（図２の時刻ｔ５）。これにより、バッテリ１２からの電力が昇圧コンバータ２３のリアクトルＬ、第３リレー４３およびダイオードＤ１を介して第２コンデンサ３２に供給されて当該第２コンデンサ３２が充電され、充電の進行に伴って第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢに収束する（図２の時刻ｔ６）。電子制御ユニット４０は、第３リレー４３をオンしてから第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢに収束するまでの経過時間Δｔ３を計測し、計測した経過時間Δｔ３と予め定められた閾値ｔｒｅｆ１とを比較することにより第２コンデンサ３２の劣化の有無を判定する。ここで、閾値ｔｒｅｆ３は、第２コンデンサ３２に劣化が生じていない状態で第２コンデンサ３２に電圧ＶＢを印加し始めてから充電が完了するまでの時間として第２コンデンサ３２の容量等に基づいて実験・解析等により予め定められる。従って、例えば経過時間Δｔ３が閾値ｔｒｅｆ３よりも所定時間以上短い場合には、第２コンデンサ３２が劣化して容量が低下していると判定することが可能であり、例えば経過時間Δｔ２が閾値ｔｒｅｆ２を中心とした許容範囲内に含まれる場合には、第２コンデンサ３２は劣化していないと判定することができる。
【００２３】
以上説明したように、実施例のパワーコントロールユニット２０では、インバータ２２がシャットダウンされた状態で第２および第３リレー４２，４３をオフすると共に第１リレー４１すなわち負極側リレー４１ｂおよび回避用リレー４１ｃのみをオンすれば、バッテリ１２からの電力が第１コンデンサ３１のみに供給されて第１コンデンサ３１が充電され、充電の進行に伴って第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬが所定電圧（バッテリ１２の端子間電圧ＶＢ）に収束する。従って、第１リレー４１のみをオンしてから電圧センサ３４により取得される第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢとなるまでの経過時間Δｔ１が例えば予め定められた閾値ｔｒｅｆ１よりも所定時間以上短い場合には、第１コンデンサ３１が劣化してその容量が低下していると判定することができる。また、インバータ２２がシャットダウンされた状態で第３リレー４３をオフすると共に第１および第２リレー４１，４２をオンすれば、バッテリ１２からの電流が昇圧コンバータ２３のリアクトルＬおよび抵抗素子３３を流れ、当該電流は、リアクトルＬおよび抵抗素子３３の特性に従って徐々に増加すると共にやがて一定値に収束する。従って、第１および第２リレー４１，４２をオンしてから電流センサ３７により取得されるバッテリ電流Ｉｂが一定値に達するまでの経過時間Δｔ２が例えば予め定められた閾値ｔｒｅｆ２よりも所定時間以上短い場合には、リアクトルＬが劣化してインダクタンスが低下していると判定することができる。更に、インバータ２２がシャットダウンされた状態で第１リレー４１、第２リレー４２および第３リレー４３のすべてをオンすれば、バッテリ１２からの電力がリアクトルＬ、第３リレー４３および昇圧コンバータ２３のダイオード（整流素子）Ｄ１を介して第２コンデンサ３２へと供給されて当該第２コンデンサ３２が充電され、充電の進行に伴って第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨが所定電圧（バッテリ１２の端子間電圧ＶＢ）に収束する。従って、第１リレー４１、第２リレー４２および第３リレー４３のすべてをオンしてから電圧センサ３５により取得される第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＨがバッテリ１２の端子間電圧ＶＢとなるまでの経過時間Δｔ３が例えば予め定められた閾値ｔｒｅｆ３よりも所定時間以上短い場合には、第２コンデンサ３２が劣化してその容量が低下していると判定することができる。この結果、実施例のパワーコントロールユニット２０を搭載した電気自動車１０では、昇圧コンバータ２３のリアクトルＬと第１および第２コンデンサ３１，３２の劣化を個別に判定することが可能となる。
【００２４】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ１２からの直流電力を交流電力に変換するインバータ２２が「インバータ」に相当し、トランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ２がオンされたときにリアクトルＬにエネルギを蓄積すると共にトランジスタＴｒ２がオフされたときにダイオード（整流素子）Ｄ１を介してバッテリ１２からの電圧にリアクトルＬに蓄積されたエネルギを重畳して出力する昇圧コンバータ２３が「昇圧コンバータ」に相当し、バッテリ１２と昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとの間に配置された第１リレー４１が「第１のスイッチ」に相当し、第１リレー４１よりも昇圧コンバータ２３側でバッテリ１２に対して昇圧コンバータ２３と並列に接続された第１コンデンサ３１が「第１のコンデンサ」に相当し、昇圧コンバータ２３に対してインバータ２２と並列に接続された第２コンデンサ３２が「第２のコンデンサ」に相当し、バッテリ１２に流れるバッテリ電流Ｉｂを取得する電流センサ３７が「電流取得手段」に相当し、第１コンデンサ３１の端子間電圧ＶＬを取得する電圧センサ３４が「第１電圧取得手段」に相当し、第２コンデンサ３２の端子間電圧ＶＬを取得する電圧センサ３５が「第２電圧取得手段」に相当し、第１リレー４１および第１コンデンサ３１とリアクトルＬとの間に配置された第２リレー４２が「第２のスイッチ」に相当し、昇圧コンバータ２３のリアクトルＬとダイオードＤ１との間に配置される第３リレー４３が「第３のスイッチ」に相当し、リアクトルＬに直列に接続されると共にトランジスタＴｒ２に並列に接続された抵抗素子３３が「抵抗」に相当する。ただし、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載された発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載された発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。
【００２５】
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、インバータと、リアクトル、スイッチング素子および整流素子を有する昇圧コンバータと、平滑用の第１および第２コンデンサとを備えた電力制御装置の製造産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 電気自動車、１１ モータ、１２ バッテリ、１６ デファレンシャルギヤ、１８ａ，１８ｂ 駆動輪、２２ インバータ、２３ 昇圧コンバータ、３１ 第１コンデンサ、３２ 第２コンデンサ、３３，３６ 抵抗素子、３４，３５ 電圧センサ、３７ 電流センサ、３８ 電力ライン、３８ａ 正極母線、３８ｂ 負極母線、４０ 電子制御ユニット、４１ 第１リレー、４１ａ 正極側リレー、４１ｂ 負極側リレー、４１ｃ 回避用リレー、４１ｄ 抵抗素子、４２ 第２リレー、４３ 第３リレー、５１ スタートスイッチ、５４ アクセルペダル、５５ アクセルペダルポジションセンサ、５８ 車速センサ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｔｒ１，Ｔｒ２ トランジスタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、スイッチング素子がオンされたときにリアクトルにエネルギを蓄積すると共に該スイッチング素子がオフされたときに整流素子を介して前記直流電源からの電圧に該リアクトルに蓄積されたエネルギを重畳して出力する昇圧コンバータと、前記直流電源と前記昇圧コンバータの前記リアクトルとの間に配置された第１のスイッチと、前記第１のスイッチよりも前記昇圧コンバータ側で前記直流電源に対して該昇圧コンバータと並列に接続された第１のコンデンサと、前記昇圧コンバータに対して前記インバータと並列に接続された第２のコンデンサと、前記直流電源に流れる電流を取得する電流取得手段と、前記第１のコンデンサの端子間電圧を取得する第１電圧取得手段と、前記第２のコンデンサの端子間電圧を取得する第２電圧取得手段とを含む電力制御装置において、
前記第１のスイッチおよび前記第１のコンデンサと前記リアクトルとの間に配置された第２のスイッチと、
前記昇圧コンバータの前記リアクトルと前記整流素子との間に配置される第３のスイッチと、
前記リアクトルに直列に接続されると共に前記スイッチング素子に並列に接続された抵抗とを備えることを特徴とする電力制御装置。
【請求項１】
直流電源からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、スイッチング素子がオンされたときにリアクトルにエネルギを蓄積すると共に該スイッチング素子がオフされたときに整流素子を介して前記直流電源からの電圧に該リアクトルに蓄積されたエネルギを重畳して出力する昇圧コンバータと、前記直流電源と前記昇圧コンバータの前記リアクトルとの間に配置された第１のスイッチと、前記第１のスイッチよりも前記昇圧コンバータ側で前記直流電源に対して該昇圧コンバータと並列に接続された第１のコンデンサと、前記昇圧コンバータに対して前記インバータと並列に接続された第２のコンデンサと、前記直流電源に流れる電流を取得する電流取得手段と、前記第１のコンデンサの端子間電圧を取得する第１電圧取得手段と、前記第２のコンデンサの端子間電圧を取得する第２電圧取得手段とを含む電力制御装置において、
前記第１のスイッチおよび前記第１のコンデンサと前記リアクトルとの間に配置された第２のスイッチと、
前記昇圧コンバータの前記リアクトルと前記整流素子との間に配置される第３のスイッチと、
前記リアクトルに直列に接続されると共に前記スイッチング素子に並列に接続された抵抗とを備えることを特徴とする電力制御装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１１５０１８（Ｐ２０１２−１１５０１８Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１１７８（Ｐ２０１０−２６１１７８）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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