電動車両
【課題】車載の高圧系部品が車両外部の電源または電気負荷と電気的に接続されているとき、漏洩電流およびノイズを低減し、かつ、高圧系部品が車両外部の電源または電気負荷と電気的に接続されていないときも、ノイズの増大を抑制可能な電動車両を提供する。
【解決手段】浮遊容量Ｃ１１は、インバータ２０，３０やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を含む高圧系部品と車両アース７０との間の固有の浮遊容量を示す。容量Ｃ１２は、高圧系部品と車両アースとの間に介挿される。接続スイッチＳＷは、信号ＩＧが活性化されているとき、ＥＣＵ６０によってオンされ、信号ＩＧが非活性化されているとき、ＥＣＵ６０によってオフされる。
【解決手段】浮遊容量Ｃ１１は、インバータ２０，３０やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を含む高圧系部品と車両アース７０との間の固有の浮遊容量を示す。容量Ｃ１２は、高圧系部品と車両アースとの間に介挿される。接続スイッチＳＷは、信号ＩＧが活性化されているとき、ＥＣＵ６０によってオンされ、信号ＩＧが非活性化されているとき、ＥＣＵ６０によってオフされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両に関し、特に、車両に搭載された蓄電装置と車両外部の電源または電気負荷との間で電力を授受可能な電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平４−２９５２０２号公報は、車両外部の交流電源と車載直流電源との間で電力を授受可能な電動機駆動および動力処理装置を開示する。この装置は、直流電源と、２つのインバータと、２つの誘導電動機と、制御ユニットと、入力／出力ポートと、ＥＭＩフィルタとを備える。各誘導電動機は、Ｙ結線された巻線を含み、各巻線の中性点に入力／出力ポートが接続される。
【０００３】
この装置においては、再充電モード時、入力／出力ポートに接続される単相電源から各巻線の中性点に与えられる交流電力を直流電力に変換して直流電源を充電することができる。また、各巻線の中性点間に正弦波の調整された交流電力を発生し、その発生した交流電力を入力／出力ポートに接続される外部装置へ出力することができる。
【０００４】
ＥＭＩフィルタは、各巻線の中性点と入力／出力ポートとの間に設けられ、入力／出力ポートに現れる高周波のノイズを低減させる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−２９５２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公報に開示される装置において、再充電モード時、直流電源、インバータおよび誘導電動機を含む高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量が大きいと、車両アースと車両外部のアースとの間に大きな漏洩電流が流れ得る。また、ＥＭＩフィルタがＹコンデンサから成る場合、上記浮遊容量とＹコンデンサの静電容量とは、車両アースに対して電気的に並列接続される関係になる。ここで、安全性の観点から、対地容量については規格により上限値が定められているので、高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量が大きいと、Ｙコンデンサの静電容量を大きくすることができなくなる。その結果、ＥＭＩフィルタによるノイズ低減効果を十分に得られない可能性がある。
【０００６】
一方、入力／出力ポートに単相電源が接続されていないとき、すなわち駆動モード時は、高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量が小さいと、いわゆるラジオノイズが増大し、車両の電子制御装置を含む種々の車載電子機器に悪影響を与え得る。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、車載の高圧系部品が車両外部の電源または電気負荷と電気的に接続されているとき、漏洩電流およびノイズを低減し、かつ、高圧系部品が車両外部の電源または電気負荷と電気的に接続されていないときも、ノイズの増大を抑制可能な電動車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、電動車両は、蓄電装置と、インバータと、車両走行用の電動機と、接続部と、電力変換装置と、ノイズフィルタと、浮遊容量切替手段とを備える。インバータは、蓄電装置の電力を受けて動作する。電動機は、インバータによって駆動される。接続部は、車両外部の電源または電気負荷に接続可能である。電力変換装置は、接続部を介して車両外部の電源から蓄電装置の充電および蓄電装置から車両外部の電気負荷への給電の少なくとも一方を実行可能に構成される。ノイズフィルタは、接続部を電力変換装置と接続する電力線と車両アースとの間に配設される。浮遊容量切替手段は、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されているとき、蓄電装置、インバータ、電動機および電力変換装置を含む高圧系部品と車両アースとの間に静電容量を介挿することによって、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されていないときよりも高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量を低減させる。
【０００９】
好ましくは、浮遊容量切替手段は、絶縁材と、接続スイッチとを含む。絶縁材は、高圧系部品と車両アースとの間に介挿可能な静電容量に対応し、車両アースに高圧系部品を固定する。接続スイッチは、車両アースと高圧系部品との間に絶縁材に電気的に並列接続される。そして、接続スイッチは、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されているときオフされ、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されていないときオンされる。
【００１０】
さらに好ましくは、絶縁材の静電容量は、高圧系部品と車両アースとの間の固有の浮遊容量よりも小さい。なお、固有の浮遊容量とは、高圧系部品と車両アースとの間に静電容量が介挿されていないときの高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量を意味する。
【００１１】
好ましくは、接続スイッチは、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されているか否かに応じてオン／オフされる。
【００１２】
好ましくは、ノイズフィルタは、ラインバイパスコンデンサを含む。
【発明の効果】
【００１３】
この発明においては、車両外部の電源または電気負荷に接続部を接続することによって、車両外部の電源から蓄電装置の充電および蓄電装置から車両外部の電気負荷への給電の少なくとも一方が可能である。そして、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されているとき、浮遊容量切替手段により高圧系部品と車両アースとの間に静電容量が介挿されることによって高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量が低減するので、漏洩電流が抑制されるとともにノイズフィルタの容量を大きくすることが可能となる。一方、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されていないときは、高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量は低減しないので、ラジオノイズが増大することはない。
【００１４】
したがって、この発明によれば、車両外部の電源または電気負荷と電気的に接続されているとき、漏洩電流およびノイズを低減し、かつ、車両外部の電源または電気負荷と電気的に接続されていないときも、ノイズの増大を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電動車両のパワートレーン構成を示す全体ブロック図である。図１を参照して、電動車両１００は、蓄電装置Ｂと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、電子制御装置（Electronic Control Unit：以下「ＥＣＵ」と称する。）６０と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、正極線ＰＬ１，ＰＬ２と、負極線ＮＬ１，ＮＬ２とを備える。また、電動車両１００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、ノイズフィルタ４０と、プラグ５０とをさらに備える。
【００１７】
この電動車両１００では、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、図示されない動力伝達機構と連結され、動力伝達機構にさらに連結される駆動軸を介して回転駆動力が車輪へ伝達される。なお、電動車両１００がハイブリッド車両から成る場合、図示されないエンジンをモータジェネレータＭＧ１に連結し、エンジンの発生する運動エネルギーを用いてモータジェネレータＭＧ１により発電が行なわれる。
【００１８】
また、この電動車両１００は、後ほど説明するように、車両外部の電源または電気負荷を総括的に示す外部負荷８０にプラグ５０を接続することによって、蓄電装置Ｂと外部負荷８０との間で電力を授受することができる。
【００１９】
蓄電装置Ｂは、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１を介して昇圧コンバータ１０に接続される。蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、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成る。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタも採用可能であり、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による発電電力やプラグ５０に接続される外部負荷８０からの電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をモータジェネレータＭＧ２へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００２０】
平滑コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間に接続される。平滑コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間の電圧変動を平滑化する。
【００２１】
昇圧コンバータ１０は、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１と、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２との間に接続される。昇圧コンバータ１０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭＣに基づいて、蓄電装置Ｂから出力される直流電力を昇圧して正極線ＰＬ２へ出力する。また、昇圧コンバータ１０は、信号ＰＷＭＣに基づいて、インバータ２０，３０から供給される電力を蓄電装置Ｂの電圧レベルに降圧して蓄電装置Ｂを充電する。昇圧コンバータ１０は、たとえば、昇降圧型のチョッパ回路によって構成される。
【００２２】
平滑コンデンサＣ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間に接続される。平滑コンデンサＣ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間の電圧変動を平滑化する。
【００２３】
インバータ２０，３０は、互いに並列して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２に接続される。そして、インバータ２０，３０は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２から供給される直流電力を交流電力に変換してそれぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ出力する。また、インバータ２０，３０は、それぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２により発電された電力を直流電力に変換して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２へ出力する。
【００２４】
なお、各インバータ２０，３０は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路から成る。そして、インバータ２０，３０は、それぞれＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２に応じてスイッチング動作を行なうことにより、対応のモータジェネレータを駆動する。
【００２５】
また、インバータ２０，３０は、車両外部の電源（たとえば系統電源）としての外部負荷８０から蓄電装置Ｂへの充電時、プラグ５０および電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる交流電力を直流電力に変換して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２へ出力し、蓄電装置Ｂを充電する。また、インバータ２０，３０は、交流電気負荷（たとえば家電）としての外部負荷８０への給電時、所定の周波数（たとえば商用電源周波数）を有する交流電圧を中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生させ、プラグ５０から外部負荷８０へ交流電力が出力される。
【００２６】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、三相交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石を有する三相永久磁石同期モータから成る。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、Ｙ結線された三相コイルを含み、モータジェネレータＭＧ１の三相コイルはインバータ２０に接続され、モータジェネレータＭＧ２の三相コイルはインバータ３０に接続される。そして、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれインバータ２０，３０によって駆動される。
【００２７】
電力線ＡＣＬ１は、モータジェネレータＭＧ１の三相コイルの中性点Ｎ１とプラグ５０との間に配線される。電力線ＡＣＬ２は、モータジェネレータＭＧ２の三相コイルの中性点Ｎ２とプラグ５０との間に配線される。
【００２８】
ノイズフィルタ４０は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２と車両アース７０との間に配設される。ノイズフィルタ４０は、コンデンサＣ９，Ｃ１０を含むラインバイパスコンデンサ（Ｙコンデンサとも称される。）から成る。すなわち、コンデンサＣ９は、電力線ＡＣＬ１と車両アース７０との間に接続され、コンデンサＣ１０は、電力線ＡＣＬ２と車両アース７０との間に接続される。このノイズフィルタ４０は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているとき、インバータ２０，３０の高周波スイッチングに起因して発生するコモンモードノイズを抑制する。
【００２９】
プラグ５０は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２に接続される。プラグ５０は、電動車両１００と外部負荷８０との間で電力を授受するための電力インターフェースである。この電力インターフェースは、電力授受が可能な構成であれば、無線式や有線式など如何なる方式でもよい。
【００３０】
ＥＣＵ６０は、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＭＣを生成し、その生成した信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。また、ＥＣＵ６０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２をそれぞれインバータ２０，３０へ出力する。
【００３１】
ここで、外部電源としての外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電が要求されると、ＥＣＵ６０は、中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる外部負荷８０からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置Ｂを充電するようにインバータ２０，３０を制御する。また、交流電気負荷としての外部負荷８０への給電が要求されると、ＥＣＵ６０は、中性点Ｎ１，Ｎ２間に交流電圧を発生して外部負荷８０へ出力するようにインバータ２０，３０を制御する。
【００３２】
容量Ｃ３〜Ｃ８は、蓄電装置Ｂ、昇圧コンバータ１０、インバータ２０，３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２から成る高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を示す。より具体的には、容量Ｃ３は、正極線ＰＬ１と車両アース７０との間の浮遊容量を示し、容量Ｃ４は、負極線ＮＬ１と車両アース７０との間の浮遊容量を示す。容量Ｃ５は、正極線ＰＬ２と車両アース７０との間の浮遊容量を示し、容量Ｃ６は、負極線ＮＬ２と車両アース７０との間の浮遊容量を示す。容量Ｃ７は、モータジェネレータＭＧ１と車両アース７０との間の浮遊容量を示し、容量Ｃ８は、モータジェネレータＭＧ２と車両アース７０との間の浮遊容量を示す。なお、車両アース７０としては、たとえば車両ボディや車両フレームなどが用いられる。
【００３３】
ここで、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているとき、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が大きいと、車両アース７０と外部負荷８０のアース９０との間に大きな漏洩電流が流れ得る。また、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が大きいと、ノイズフィルタ４０の容量を大きくすることができないという問題が発生する。
【００３４】
図２は、図１に示した電動車両１００の対地容量と漏洩電流との関係を示した図である。図２を参照して、横軸は、対地容量（車両アース７０に対する容量）を示し、縦軸は、車両アース７０と外部負荷８０のアース９０との間に流れ得る漏洩電流を示す。図示されるように、対地容量と漏洩電流とは比例関係にある。漏洩電流には、安全性の観点から規格値ＩＲ（上限値）が定められている。Ｃｍａｘは、漏洩電流の規格値ＩＲに対応する対地容量の最大値を示す。すなわち、電動車両１００の対地容量は、最大値Ｃｍａｘ以下に抑える必要がある。
【００３５】
Ｃｈは、高圧系部品の浮遊容量を示す（点Ｐ１）。ここで、図１に示されるように、高圧系部品の浮遊容量とノイズフィルタ４０とは、車両アース７０に対して電気的に並列に接続される関係にあるので、ノイズフィルタ４０の静電容量をＣｆとすると、ノイズフィルタ４０が設けられることによって対地容量はＣｆだけ増加する（点Ｐ２）。
【００３６】
そして、上述のように、トータルの対地容量（Ｃｈ＋Ｃｆ）は最大値Ｃｍａｘ以下に抑える必要があるので、高圧系部品の浮遊容量Ｃｈが大きいと、ノイズフィルタ４０の静電容量Ｃｆを大きくすることができなくなる。そうすると、ノイズフィルタ４０によるノイズ低減効果が十分に得られなくなる。
【００３７】
そこで、この実施の形態１では、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているとき、高圧系部品と車両アース７０との間に静電容量を介挿することによって、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を低減させる。具体的には、たとえば、高絶縁性の絶縁材を介して高圧系部品を車両アース７０に固定する。
【００３８】
図３は、高圧系部品と車両アース７０との間に静電容量が介挿された様子を概念的に示した図である。図３を参照して、容量Ｃ１１は、高圧系部品の固有の浮遊容量を総括的に示す。ここで、固有の浮遊容量とは、高圧系部品と車両アース７０との間に静電容量が介挿されていないときの高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を意味する。容量Ｃ１２は、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を低減させるために高圧系部品と車両アース７０との間に介挿される静電容量を示す。より具体的には、容量Ｃ１２は、高圧系部品を車両アース７０に固定する絶縁材の静電容量を示す。
【００３９】
容量Ｃ１２を有する静電容量が高圧系部品と車両アース７０との間に介挿されることにより、高圧系部品の対地容量（車両アース７０に対する容量）は、Ｃｔ＝Ｃ１１×Ｃ１２／（Ｃ１１＋Ｃ１２）となる。したがって、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量Ｃｔは、高圧系部品の固有の浮遊容量Ｃ１１よりも小さくなり、静電容量の小さい高絶縁性の絶縁材を容量Ｃ１２として採用することによって浮遊容量Ｃｔを十分に小さくすることができる。
【００４０】
高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が低減すると、漏洩電流が低減し、また、プラグ５０に接続された外部負荷８０へのノイズも低減するが、一方でいわゆるラジオノイズが増大し、ＥＣＵ６０（図１）を含む車載電子機器に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００４１】
そこで、この実施の形態１では、プラグ５０が外部負荷８０に接続されていないときは、高圧系部品のケースを車両アース７０と電気的に短絡させることによって絶縁材（容量Ｃ１２）の効果を無くし、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を増加させる。すなわち、この実施の形態１では、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているときと、プラグ５０が外部負荷８０に接続されていないときとで、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が切替えられる。
【００４２】
図４は、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量の切替手段の構成を具体的に示した図である。図４を参照して、電動車両１００は、接続スイッチＳＷをさらに備える。接続スイッチＳＷは、容量Ｃ１２に並列接続される。より具体的には、接続スイッチＳＷは、容量Ｃ１２を有する絶縁材によって固定される高圧系部品のケースと車両アース７０との間に接続される。接続スイッチＳＷは、常開リレーであってもよいし、常閉リレーであってもよい。
【００４３】
接続スイッチＳＷは、ＥＣＵ６０によってオン／オフされる。たとえば、信号ＩＧは、車両が走行可能状態にシステム起動されているときに活性化され、かつ、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているときなど車両が走行可能状態でないときは非活性化される信号であるとして、接続スイッチＳＷは、信号ＩＧが活性化されているとき、ＥＣＵ６０によってオンされ、信号ＩＧが非活性化されているとき、ＥＣＵ６０によってオフされる。
【００４４】
この図４では、接続スイッチＳＷがＥＣＵ６０によってオフされている場合が示されている。これにより、静電容量Ｃ１２を有する絶縁材が高圧系部品と車両アース７０との間に介挿された状態が形成され、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量は、高圧系部品固有の浮遊容量Ｃ１１よりも小さくなる。
【００４５】
図５は、図４に示した接続スイッチＳＷがオンされた状態を示した図である。図５を参照して、接続スイッチＳＷがオンされているとき、静電容量Ｃ１２を有する絶縁材は電気的に機能せず、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量はＣ１１となる。したがって、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているときよりも大きくなる。
【００４６】
このようにして、車両が走行可能状態にシステム起動されているか否かを示す信号ＩＧに応じて、静電容量Ｃ１２を有する絶縁材および接続スイッチＳＷを用いて、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が切替えられる。
【００４７】
次に、外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電時および蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電時におけるインバータ２０，３０の動作について説明する。
【００４８】
図６は、図１に示したインバータ２０，３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の零相等価回路を示した図である。図６を参照して、インバータ２０，３０の各々は、上述のように三相ブリッジ回路から成り、各インバータにおける６個のスイッチング素子のオン／オフの組合わせは８パターン存在する。その８つのスイッチングパターンのうち２つは相間電圧が零となり、そのような電圧状態は零電圧ベクトルと称される。零電圧ベクトルについては、上アームの３つのスイッチング素子は互いに同じスイッチング状態（全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの３つのスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。
【００４９】
外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電時または蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電時、インバータ２０，３０においては、ＥＣＵ６０によって零電圧ベクトルが制御される。したがって、外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電時または蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電時、各インバータの上アームの３つのスイッチング素子は互いに同じスイッチング状態とみなすことができ、下アームの３つのスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができるので、この図６では、インバータ２０の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム２０Ａとしてまとめて示され、インバータ２０の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム２０Ｂとしてまとめて示されている。同様に、インバータ３０の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム３０Ａとしてまとめて示され、インバータ３０の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム３０Ｂとしてまとめて示されている。
【００５０】
そして、図６に示されるように、この零相等価回路は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる単相交流電力を入力とする単相ＰＷＭコンバータとみることができる。そこで、インバータ２０，３０の各々において零電圧ベクトルを変化させ、インバータ２０，３０を単相ＰＷＭコンバータのアームとして動作するようにスイッチング制御することによって、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２から入力される交流電力を直流電力に変換して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２へ出力することができる。
【００５１】
また、この零相等価回路は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２から供給される直流電圧を用いて中性点Ｎ１，Ｎ２間に単相交流電圧を生じさせる単相ＰＷＭインバータとみることもできる。そこで、インバータ２０，３０の各々において零電圧ベクトルを変化させ、インバータ２０，３０を単相ＰＷＭインバータのアームとして動作するようにスイッチング制御することによって、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２から供給される直流電力を交流電力に変換してプラグ５０から外部負荷８０へ給電することができる。
【００５２】
このようにして、外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電および蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電が行なわれる。
【００５３】
以上のように、この実施の形態１においては、外部負荷８０にプラグ５０を接続することによって、外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電および蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電の少なくとも一方が可能である。そして、外部負荷８０にプラグ５０が接続されているとき、高圧系部品と車両アース７０との間に絶縁材（容量Ｃ１２）が介挿されることによって高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が低減するので、漏洩電流が抑制されるとともにノイズフィルタ４０の容量を大きくすることが可能となる。一方、外部負荷８０にプラグ５０が接続されていないときは、接続スイッチＳＷがオンされることにより絶縁材は容量として機能せず、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量は低減しないので、ラジオノイズが増大することはない。
【００５４】
したがって、この実施の形態１によれば、電動車両１００が外部負荷８０と電気的に接続されているとき、漏洩電流およびノイズを低減し、かつ、電動車両１００が外部負荷８０と電気的に接続されていないときも、ノイズの増大を抑制することができる。
【００５５】
［実施の形態２］
実施の形態１では、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を切替えるための接続スイッチＳＷは、信号ＩＧに応答してＥＣＵ６０によりオン／オフされるものとしたが、この実施の形態２では、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているか否かに応じて接続スイッチＳＷのオン／オフが切替えられる。
【００５６】
図７は、実施の形態２における、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量の切替手段の構成を具体的に示した図である。図７を参照して、実施の形態２による電動車両は、接続スイッチＳＷを備えるとともに信号生成部１２０をさらに備える。信号生成部１２０は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているか否かを検知する。そして、信号生成部１２０は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているとき、接続スイッチＳＷをオフするための信号を生成して接続スイッチＳＷへ出力し、プラグ５０が外部負荷８０に接続されていないときは、接続スイッチＳＷをオンするための信号を生成して接続スイッチＳＷへ出力する。
【００５７】
なお、この図７では、プラグ５０が外部負荷８０に接続されており、接続スイッチＳＷが信号生成部１２０によってオフされている場合が示されている。これにより、静電容量Ｃ１２を有する絶縁材が高圧系部品と車両アース７０との間に介挿された状態が形成され、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量は、高圧系部品固有の浮遊容量Ｃ１１よりも小さくなる。
【００５８】
図８は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されていないときの状態を示した図である。図８を参照して、プラグ５０が外部負荷８０に接続されていないとき、信号生成部１２０は、接続スイッチＳＷをオンさせる。したがって、上述のように、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているときよりも大きくなる。
【００５９】
以上のように、この実施の形態２においては、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているか否かに応じて、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が切替えられる。したがって、この実施の形態２によれば、接続スイッチＳＷの切替信号を生成するための制御ロジックをＥＣＵ６０に設ける必要がなく、ＥＣＵ６０のコスト上昇を抑制できる。
【００６０】
なお、上記の実施の形態１，２においては、外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電時または蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電時、インバータ２０，３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を用いて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２に接続されるプラグ５０を介して外部負荷８０と電力を授受するものとしたが、外部負荷８０と電力を授受するための専用のインバータを別途設けてもよい。
【００６１】
図９は、そのような専用のインバータを別途備えた電動車両の全体ブロック図である。図９を参照して、電動車両１００Ａは、図１に示した電動車両１００の構成においてインバータ１１０をさらに備える。
【００６２】
インバータ１１０は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２と、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２との間に接続される。電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２には、図１に示した電動車両１００と同様に、ノイズフィルタ４０が設けられる。そして、インバータ１１０は、プラグ５０に接続される外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電時、ＥＣＵ６０Ａからの信号ＰＷＭＩ３に基づいて、プラグ５０から入力される交流電力を直流電力に変換して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２へ出力する。そして、インバータ１１０から正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２に供給される直流電力を昇圧コンバータ１０により蓄電装置Ｂの電圧レベルに変換して蓄電装置Ｂを充電することができる。
【００６３】
また、インバータ１１０は、蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電時、ＥＣＵ６０Ａからの信号ＰＷＭＩ３に基づいて、商用電源周波数を有する交流電圧を生成し、その生成した交流電圧を電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２およびプラグ５０を介して外部負荷８０へ出力する。なお、電動車両１００Ａのその他の構成は、図１に示した電動車両１００と同じである。
【００６４】
なお、この発明は、エンジンさらにを搭載したハイブリッド車両、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池をさらに搭載した燃料電池車など、各種電動車両に適用可能である。なお、ハイブリッド車両においては、シリーズ型、パラレル型、シリーズ／パラレル型のいずれのハイブリッド車両にもこの発明は適用可能である。
【００６５】
なお、上記において、インバータ２０，３０は、この発明における「インバータ」の一実施例に対応し、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、この発明における「電動機」の一実施例に対応する。また、プラグ５０は、この発明における「接続部」の一実施例に対応し、インバータ２０，３０、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２および昇圧コンバータ１０は、この発明における「電力変換装置」の一実施例を形成する。また、インバータ１１０も、この発明における「電力変換装置」の一実施例に対応する。
【００６６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の実施の形態１による電動車両のパワートレーン構成を示す全体ブロック図である。
【図２】図１に示す電動車両の対地容量と漏洩電流との関係を示した図である。
【図３】高圧系部品と車両アースとの間に静電容量が介挿された様子を概念的に示した図である。
【図４】高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量の切替手段の構成を具体的に示した図である。
【図５】図４に示す接続スイッチがオンされた状態を示した図である。
【図６】図１に示すインバータおよびモータジェネレータの零相等価回路を示した図である。
【図７】実施の形態２における、高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量の切替手段の構成を具体的に示した図である。
【図８】プラグが外部負荷に接続されていないときの状態を示した図である。
【図９】外部負荷と電力を授受するための専用のインバータを別途備えた電動車両の全体ブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 昇圧コンバータ、２０，３０，１１０ インバータ、２０Ａ，３０Ａ 上アーム、２０Ｂ，３０Ｂ 下アーム、４０ ノイズフィルタ、５０ プラグ、６０ ＥＣＵ、７０ 車両アース、８０ 外部負荷、９０ アース、１００，１００Ａ 電動車両、１２０ 信号生成部、Ｂ 蓄電装置、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＮＬ１，ＮＬ２ 負極線、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力線、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、Ｃ３〜Ｃ８ 浮遊容量、Ｃ９，Ｃ１０ コンデンサ、Ｃ１１，Ｃ１２ 容量、ＳＷ 接続スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両に関し、特に、車両に搭載された蓄電装置と車両外部の電源または電気負荷との間で電力を授受可能な電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平４−２９５２０２号公報は、車両外部の交流電源と車載直流電源との間で電力を授受可能な電動機駆動および動力処理装置を開示する。この装置は、直流電源と、２つのインバータと、２つの誘導電動機と、制御ユニットと、入力／出力ポートと、ＥＭＩフィルタとを備える。各誘導電動機は、Ｙ結線された巻線を含み、各巻線の中性点に入力／出力ポートが接続される。
【０００３】
この装置においては、再充電モード時、入力／出力ポートに接続される単相電源から各巻線の中性点に与えられる交流電力を直流電力に変換して直流電源を充電することができる。また、各巻線の中性点間に正弦波の調整された交流電力を発生し、その発生した交流電力を入力／出力ポートに接続される外部装置へ出力することができる。
【０００４】
ＥＭＩフィルタは、各巻線の中性点と入力／出力ポートとの間に設けられ、入力／出力ポートに現れる高周波のノイズを低減させる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−２９５２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公報に開示される装置において、再充電モード時、直流電源、インバータおよび誘導電動機を含む高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量が大きいと、車両アースと車両外部のアースとの間に大きな漏洩電流が流れ得る。また、ＥＭＩフィルタがＹコンデンサから成る場合、上記浮遊容量とＹコンデンサの静電容量とは、車両アースに対して電気的に並列接続される関係になる。ここで、安全性の観点から、対地容量については規格により上限値が定められているので、高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量が大きいと、Ｙコンデンサの静電容量を大きくすることができなくなる。その結果、ＥＭＩフィルタによるノイズ低減効果を十分に得られない可能性がある。
【０００６】
一方、入力／出力ポートに単相電源が接続されていないとき、すなわち駆動モード時は、高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量が小さいと、いわゆるラジオノイズが増大し、車両の電子制御装置を含む種々の車載電子機器に悪影響を与え得る。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、車載の高圧系部品が車両外部の電源または電気負荷と電気的に接続されているとき、漏洩電流およびノイズを低減し、かつ、高圧系部品が車両外部の電源または電気負荷と電気的に接続されていないときも、ノイズの増大を抑制可能な電動車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、電動車両は、蓄電装置と、インバータと、車両走行用の電動機と、接続部と、電力変換装置と、ノイズフィルタと、浮遊容量切替手段とを備える。インバータは、蓄電装置の電力を受けて動作する。電動機は、インバータによって駆動される。接続部は、車両外部の電源または電気負荷に接続可能である。電力変換装置は、接続部を介して車両外部の電源から蓄電装置の充電および蓄電装置から車両外部の電気負荷への給電の少なくとも一方を実行可能に構成される。ノイズフィルタは、接続部を電力変換装置と接続する電力線と車両アースとの間に配設される。浮遊容量切替手段は、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されているとき、蓄電装置、インバータ、電動機および電力変換装置を含む高圧系部品と車両アースとの間に静電容量を介挿することによって、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されていないときよりも高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量を低減させる。
【０００９】
好ましくは、浮遊容量切替手段は、絶縁材と、接続スイッチとを含む。絶縁材は、高圧系部品と車両アースとの間に介挿可能な静電容量に対応し、車両アースに高圧系部品を固定する。接続スイッチは、車両アースと高圧系部品との間に絶縁材に電気的に並列接続される。そして、接続スイッチは、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されているときオフされ、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されていないときオンされる。
【００１０】
さらに好ましくは、絶縁材の静電容量は、高圧系部品と車両アースとの間の固有の浮遊容量よりも小さい。なお、固有の浮遊容量とは、高圧系部品と車両アースとの間に静電容量が介挿されていないときの高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量を意味する。
【００１１】
好ましくは、接続スイッチは、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されているか否かに応じてオン／オフされる。
【００１２】
好ましくは、ノイズフィルタは、ラインバイパスコンデンサを含む。
【発明の効果】
【００１３】
この発明においては、車両外部の電源または電気負荷に接続部を接続することによって、車両外部の電源から蓄電装置の充電および蓄電装置から車両外部の電気負荷への給電の少なくとも一方が可能である。そして、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されているとき、浮遊容量切替手段により高圧系部品と車両アースとの間に静電容量が介挿されることによって高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量が低減するので、漏洩電流が抑制されるとともにノイズフィルタの容量を大きくすることが可能となる。一方、車両外部の電源または電気負荷に接続部が接続されていないときは、高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量は低減しないので、ラジオノイズが増大することはない。
【００１４】
したがって、この発明によれば、車両外部の電源または電気負荷と電気的に接続されているとき、漏洩電流およびノイズを低減し、かつ、車両外部の電源または電気負荷と電気的に接続されていないときも、ノイズの増大を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電動車両のパワートレーン構成を示す全体ブロック図である。図１を参照して、電動車両１００は、蓄電装置Ｂと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、電子制御装置（Electronic Control Unit：以下「ＥＣＵ」と称する。）６０と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、正極線ＰＬ１，ＰＬ２と、負極線ＮＬ１，ＮＬ２とを備える。また、電動車両１００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、ノイズフィルタ４０と、プラグ５０とをさらに備える。
【００１７】
この電動車両１００では、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、図示されない動力伝達機構と連結され、動力伝達機構にさらに連結される駆動軸を介して回転駆動力が車輪へ伝達される。なお、電動車両１００がハイブリッド車両から成る場合、図示されないエンジンをモータジェネレータＭＧ１に連結し、エンジンの発生する運動エネルギーを用いてモータジェネレータＭＧ１により発電が行なわれる。
【００１８】
また、この電動車両１００は、後ほど説明するように、車両外部の電源または電気負荷を総括的に示す外部負荷８０にプラグ５０を接続することによって、蓄電装置Ｂと外部負荷８０との間で電力を授受することができる。
【００１９】
蓄電装置Ｂは、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１を介して昇圧コンバータ１０に接続される。蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、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成る。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタも採用可能であり、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による発電電力やプラグ５０に接続される外部負荷８０からの電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をモータジェネレータＭＧ２へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００２０】
平滑コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間に接続される。平滑コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間の電圧変動を平滑化する。
【００２１】
昇圧コンバータ１０は、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１と、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２との間に接続される。昇圧コンバータ１０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭＣに基づいて、蓄電装置Ｂから出力される直流電力を昇圧して正極線ＰＬ２へ出力する。また、昇圧コンバータ１０は、信号ＰＷＭＣに基づいて、インバータ２０，３０から供給される電力を蓄電装置Ｂの電圧レベルに降圧して蓄電装置Ｂを充電する。昇圧コンバータ１０は、たとえば、昇降圧型のチョッパ回路によって構成される。
【００２２】
平滑コンデンサＣ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間に接続される。平滑コンデンサＣ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間の電圧変動を平滑化する。
【００２３】
インバータ２０，３０は、互いに並列して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２に接続される。そして、インバータ２０，３０は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２から供給される直流電力を交流電力に変換してそれぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ出力する。また、インバータ２０，３０は、それぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２により発電された電力を直流電力に変換して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２へ出力する。
【００２４】
なお、各インバータ２０，３０は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路から成る。そして、インバータ２０，３０は、それぞれＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２に応じてスイッチング動作を行なうことにより、対応のモータジェネレータを駆動する。
【００２５】
また、インバータ２０，３０は、車両外部の電源（たとえば系統電源）としての外部負荷８０から蓄電装置Ｂへの充電時、プラグ５０および電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる交流電力を直流電力に変換して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２へ出力し、蓄電装置Ｂを充電する。また、インバータ２０，３０は、交流電気負荷（たとえば家電）としての外部負荷８０への給電時、所定の周波数（たとえば商用電源周波数）を有する交流電圧を中性点Ｎ１，Ｎ２間に発生させ、プラグ５０から外部負荷８０へ交流電力が出力される。
【００２６】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、三相交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石を有する三相永久磁石同期モータから成る。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、Ｙ結線された三相コイルを含み、モータジェネレータＭＧ１の三相コイルはインバータ２０に接続され、モータジェネレータＭＧ２の三相コイルはインバータ３０に接続される。そして、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれインバータ２０，３０によって駆動される。
【００２７】
電力線ＡＣＬ１は、モータジェネレータＭＧ１の三相コイルの中性点Ｎ１とプラグ５０との間に配線される。電力線ＡＣＬ２は、モータジェネレータＭＧ２の三相コイルの中性点Ｎ２とプラグ５０との間に配線される。
【００２８】
ノイズフィルタ４０は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２と車両アース７０との間に配設される。ノイズフィルタ４０は、コンデンサＣ９，Ｃ１０を含むラインバイパスコンデンサ（Ｙコンデンサとも称される。）から成る。すなわち、コンデンサＣ９は、電力線ＡＣＬ１と車両アース７０との間に接続され、コンデンサＣ１０は、電力線ＡＣＬ２と車両アース７０との間に接続される。このノイズフィルタ４０は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているとき、インバータ２０，３０の高周波スイッチングに起因して発生するコモンモードノイズを抑制する。
【００２９】
プラグ５０は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２に接続される。プラグ５０は、電動車両１００と外部負荷８０との間で電力を授受するための電力インターフェースである。この電力インターフェースは、電力授受が可能な構成であれば、無線式や有線式など如何なる方式でもよい。
【００３０】
ＥＣＵ６０は、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＭＣを生成し、その生成した信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。また、ＥＣＵ６０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２をそれぞれインバータ２０，３０へ出力する。
【００３１】
ここで、外部電源としての外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電が要求されると、ＥＣＵ６０は、中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる外部負荷８０からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置Ｂを充電するようにインバータ２０，３０を制御する。また、交流電気負荷としての外部負荷８０への給電が要求されると、ＥＣＵ６０は、中性点Ｎ１，Ｎ２間に交流電圧を発生して外部負荷８０へ出力するようにインバータ２０，３０を制御する。
【００３２】
容量Ｃ３〜Ｃ８は、蓄電装置Ｂ、昇圧コンバータ１０、インバータ２０，３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２から成る高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を示す。より具体的には、容量Ｃ３は、正極線ＰＬ１と車両アース７０との間の浮遊容量を示し、容量Ｃ４は、負極線ＮＬ１と車両アース７０との間の浮遊容量を示す。容量Ｃ５は、正極線ＰＬ２と車両アース７０との間の浮遊容量を示し、容量Ｃ６は、負極線ＮＬ２と車両アース７０との間の浮遊容量を示す。容量Ｃ７は、モータジェネレータＭＧ１と車両アース７０との間の浮遊容量を示し、容量Ｃ８は、モータジェネレータＭＧ２と車両アース７０との間の浮遊容量を示す。なお、車両アース７０としては、たとえば車両ボディや車両フレームなどが用いられる。
【００３３】
ここで、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているとき、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が大きいと、車両アース７０と外部負荷８０のアース９０との間に大きな漏洩電流が流れ得る。また、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が大きいと、ノイズフィルタ４０の容量を大きくすることができないという問題が発生する。
【００３４】
図２は、図１に示した電動車両１００の対地容量と漏洩電流との関係を示した図である。図２を参照して、横軸は、対地容量（車両アース７０に対する容量）を示し、縦軸は、車両アース７０と外部負荷８０のアース９０との間に流れ得る漏洩電流を示す。図示されるように、対地容量と漏洩電流とは比例関係にある。漏洩電流には、安全性の観点から規格値ＩＲ（上限値）が定められている。Ｃｍａｘは、漏洩電流の規格値ＩＲに対応する対地容量の最大値を示す。すなわち、電動車両１００の対地容量は、最大値Ｃｍａｘ以下に抑える必要がある。
【００３５】
Ｃｈは、高圧系部品の浮遊容量を示す（点Ｐ１）。ここで、図１に示されるように、高圧系部品の浮遊容量とノイズフィルタ４０とは、車両アース７０に対して電気的に並列に接続される関係にあるので、ノイズフィルタ４０の静電容量をＣｆとすると、ノイズフィルタ４０が設けられることによって対地容量はＣｆだけ増加する（点Ｐ２）。
【００３６】
そして、上述のように、トータルの対地容量（Ｃｈ＋Ｃｆ）は最大値Ｃｍａｘ以下に抑える必要があるので、高圧系部品の浮遊容量Ｃｈが大きいと、ノイズフィルタ４０の静電容量Ｃｆを大きくすることができなくなる。そうすると、ノイズフィルタ４０によるノイズ低減効果が十分に得られなくなる。
【００３７】
そこで、この実施の形態１では、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているとき、高圧系部品と車両アース７０との間に静電容量を介挿することによって、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を低減させる。具体的には、たとえば、高絶縁性の絶縁材を介して高圧系部品を車両アース７０に固定する。
【００３８】
図３は、高圧系部品と車両アース７０との間に静電容量が介挿された様子を概念的に示した図である。図３を参照して、容量Ｃ１１は、高圧系部品の固有の浮遊容量を総括的に示す。ここで、固有の浮遊容量とは、高圧系部品と車両アース７０との間に静電容量が介挿されていないときの高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を意味する。容量Ｃ１２は、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を低減させるために高圧系部品と車両アース７０との間に介挿される静電容量を示す。より具体的には、容量Ｃ１２は、高圧系部品を車両アース７０に固定する絶縁材の静電容量を示す。
【００３９】
容量Ｃ１２を有する静電容量が高圧系部品と車両アース７０との間に介挿されることにより、高圧系部品の対地容量（車両アース７０に対する容量）は、Ｃｔ＝Ｃ１１×Ｃ１２／（Ｃ１１＋Ｃ１２）となる。したがって、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量Ｃｔは、高圧系部品の固有の浮遊容量Ｃ１１よりも小さくなり、静電容量の小さい高絶縁性の絶縁材を容量Ｃ１２として採用することによって浮遊容量Ｃｔを十分に小さくすることができる。
【００４０】
高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が低減すると、漏洩電流が低減し、また、プラグ５０に接続された外部負荷８０へのノイズも低減するが、一方でいわゆるラジオノイズが増大し、ＥＣＵ６０（図１）を含む車載電子機器に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００４１】
そこで、この実施の形態１では、プラグ５０が外部負荷８０に接続されていないときは、高圧系部品のケースを車両アース７０と電気的に短絡させることによって絶縁材（容量Ｃ１２）の効果を無くし、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を増加させる。すなわち、この実施の形態１では、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているときと、プラグ５０が外部負荷８０に接続されていないときとで、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が切替えられる。
【００４２】
図４は、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量の切替手段の構成を具体的に示した図である。図４を参照して、電動車両１００は、接続スイッチＳＷをさらに備える。接続スイッチＳＷは、容量Ｃ１２に並列接続される。より具体的には、接続スイッチＳＷは、容量Ｃ１２を有する絶縁材によって固定される高圧系部品のケースと車両アース７０との間に接続される。接続スイッチＳＷは、常開リレーであってもよいし、常閉リレーであってもよい。
【００４３】
接続スイッチＳＷは、ＥＣＵ６０によってオン／オフされる。たとえば、信号ＩＧは、車両が走行可能状態にシステム起動されているときに活性化され、かつ、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているときなど車両が走行可能状態でないときは非活性化される信号であるとして、接続スイッチＳＷは、信号ＩＧが活性化されているとき、ＥＣＵ６０によってオンされ、信号ＩＧが非活性化されているとき、ＥＣＵ６０によってオフされる。
【００４４】
この図４では、接続スイッチＳＷがＥＣＵ６０によってオフされている場合が示されている。これにより、静電容量Ｃ１２を有する絶縁材が高圧系部品と車両アース７０との間に介挿された状態が形成され、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量は、高圧系部品固有の浮遊容量Ｃ１１よりも小さくなる。
【００４５】
図５は、図４に示した接続スイッチＳＷがオンされた状態を示した図である。図５を参照して、接続スイッチＳＷがオンされているとき、静電容量Ｃ１２を有する絶縁材は電気的に機能せず、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量はＣ１１となる。したがって、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているときよりも大きくなる。
【００４６】
このようにして、車両が走行可能状態にシステム起動されているか否かを示す信号ＩＧに応じて、静電容量Ｃ１２を有する絶縁材および接続スイッチＳＷを用いて、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が切替えられる。
【００４７】
次に、外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電時および蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電時におけるインバータ２０，３０の動作について説明する。
【００４８】
図６は、図１に示したインバータ２０，３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の零相等価回路を示した図である。図６を参照して、インバータ２０，３０の各々は、上述のように三相ブリッジ回路から成り、各インバータにおける６個のスイッチング素子のオン／オフの組合わせは８パターン存在する。その８つのスイッチングパターンのうち２つは相間電圧が零となり、そのような電圧状態は零電圧ベクトルと称される。零電圧ベクトルについては、上アームの３つのスイッチング素子は互いに同じスイッチング状態（全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの３つのスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。
【００４９】
外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電時または蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電時、インバータ２０，３０においては、ＥＣＵ６０によって零電圧ベクトルが制御される。したがって、外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電時または蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電時、各インバータの上アームの３つのスイッチング素子は互いに同じスイッチング状態とみなすことができ、下アームの３つのスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができるので、この図６では、インバータ２０の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム２０Ａとしてまとめて示され、インバータ２０の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム２０Ｂとしてまとめて示されている。同様に、インバータ３０の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム３０Ａとしてまとめて示され、インバータ３０の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム３０Ｂとしてまとめて示されている。
【００５０】
そして、図６に示されるように、この零相等価回路は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる単相交流電力を入力とする単相ＰＷＭコンバータとみることができる。そこで、インバータ２０，３０の各々において零電圧ベクトルを変化させ、インバータ２０，３０を単相ＰＷＭコンバータのアームとして動作するようにスイッチング制御することによって、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２から入力される交流電力を直流電力に変換して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２へ出力することができる。
【００５１】
また、この零相等価回路は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２から供給される直流電圧を用いて中性点Ｎ１，Ｎ２間に単相交流電圧を生じさせる単相ＰＷＭインバータとみることもできる。そこで、インバータ２０，３０の各々において零電圧ベクトルを変化させ、インバータ２０，３０を単相ＰＷＭインバータのアームとして動作するようにスイッチング制御することによって、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２から供給される直流電力を交流電力に変換してプラグ５０から外部負荷８０へ給電することができる。
【００５２】
このようにして、外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電および蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電が行なわれる。
【００５３】
以上のように、この実施の形態１においては、外部負荷８０にプラグ５０を接続することによって、外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電および蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電の少なくとも一方が可能である。そして、外部負荷８０にプラグ５０が接続されているとき、高圧系部品と車両アース７０との間に絶縁材（容量Ｃ１２）が介挿されることによって高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が低減するので、漏洩電流が抑制されるとともにノイズフィルタ４０の容量を大きくすることが可能となる。一方、外部負荷８０にプラグ５０が接続されていないときは、接続スイッチＳＷがオンされることにより絶縁材は容量として機能せず、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量は低減しないので、ラジオノイズが増大することはない。
【００５４】
したがって、この実施の形態１によれば、電動車両１００が外部負荷８０と電気的に接続されているとき、漏洩電流およびノイズを低減し、かつ、電動車両１００が外部負荷８０と電気的に接続されていないときも、ノイズの増大を抑制することができる。
【００５５】
［実施の形態２］
実施の形態１では、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量を切替えるための接続スイッチＳＷは、信号ＩＧに応答してＥＣＵ６０によりオン／オフされるものとしたが、この実施の形態２では、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているか否かに応じて接続スイッチＳＷのオン／オフが切替えられる。
【００５６】
図７は、実施の形態２における、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量の切替手段の構成を具体的に示した図である。図７を参照して、実施の形態２による電動車両は、接続スイッチＳＷを備えるとともに信号生成部１２０をさらに備える。信号生成部１２０は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているか否かを検知する。そして、信号生成部１２０は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているとき、接続スイッチＳＷをオフするための信号を生成して接続スイッチＳＷへ出力し、プラグ５０が外部負荷８０に接続されていないときは、接続スイッチＳＷをオンするための信号を生成して接続スイッチＳＷへ出力する。
【００５７】
なお、この図７では、プラグ５０が外部負荷８０に接続されており、接続スイッチＳＷが信号生成部１２０によってオフされている場合が示されている。これにより、静電容量Ｃ１２を有する絶縁材が高圧系部品と車両アース７０との間に介挿された状態が形成され、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量は、高圧系部品固有の浮遊容量Ｃ１１よりも小さくなる。
【００５８】
図８は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されていないときの状態を示した図である。図８を参照して、プラグ５０が外部負荷８０に接続されていないとき、信号生成部１２０は、接続スイッチＳＷをオンさせる。したがって、上述のように、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量は、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているときよりも大きくなる。
【００５９】
以上のように、この実施の形態２においては、プラグ５０が外部負荷８０に接続されているか否かに応じて、高圧系部品と車両アース７０との間の浮遊容量が切替えられる。したがって、この実施の形態２によれば、接続スイッチＳＷの切替信号を生成するための制御ロジックをＥＣＵ６０に設ける必要がなく、ＥＣＵ６０のコスト上昇を抑制できる。
【００６０】
なお、上記の実施の形態１，２においては、外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電時または蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電時、インバータ２０，３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を用いて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２に接続されるプラグ５０を介して外部負荷８０と電力を授受するものとしたが、外部負荷８０と電力を授受するための専用のインバータを別途設けてもよい。
【００６１】
図９は、そのような専用のインバータを別途備えた電動車両の全体ブロック図である。図９を参照して、電動車両１００Ａは、図１に示した電動車両１００の構成においてインバータ１１０をさらに備える。
【００６２】
インバータ１１０は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２と、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２との間に接続される。電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２には、図１に示した電動車両１００と同様に、ノイズフィルタ４０が設けられる。そして、インバータ１１０は、プラグ５０に接続される外部負荷８０から蓄電装置Ｂの充電時、ＥＣＵ６０Ａからの信号ＰＷＭＩ３に基づいて、プラグ５０から入力される交流電力を直流電力に変換して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２へ出力する。そして、インバータ１１０から正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２に供給される直流電力を昇圧コンバータ１０により蓄電装置Ｂの電圧レベルに変換して蓄電装置Ｂを充電することができる。
【００６３】
また、インバータ１１０は、蓄電装置Ｂから外部負荷８０への給電時、ＥＣＵ６０Ａからの信号ＰＷＭＩ３に基づいて、商用電源周波数を有する交流電圧を生成し、その生成した交流電圧を電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２およびプラグ５０を介して外部負荷８０へ出力する。なお、電動車両１００Ａのその他の構成は、図１に示した電動車両１００と同じである。
【００６４】
なお、この発明は、エンジンさらにを搭載したハイブリッド車両、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池をさらに搭載した燃料電池車など、各種電動車両に適用可能である。なお、ハイブリッド車両においては、シリーズ型、パラレル型、シリーズ／パラレル型のいずれのハイブリッド車両にもこの発明は適用可能である。
【００６５】
なお、上記において、インバータ２０，３０は、この発明における「インバータ」の一実施例に対応し、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、この発明における「電動機」の一実施例に対応する。また、プラグ５０は、この発明における「接続部」の一実施例に対応し、インバータ２０，３０、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２および昇圧コンバータ１０は、この発明における「電力変換装置」の一実施例を形成する。また、インバータ１１０も、この発明における「電力変換装置」の一実施例に対応する。
【００６６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の実施の形態１による電動車両のパワートレーン構成を示す全体ブロック図である。
【図２】図１に示す電動車両の対地容量と漏洩電流との関係を示した図である。
【図３】高圧系部品と車両アースとの間に静電容量が介挿された様子を概念的に示した図である。
【図４】高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量の切替手段の構成を具体的に示した図である。
【図５】図４に示す接続スイッチがオンされた状態を示した図である。
【図６】図１に示すインバータおよびモータジェネレータの零相等価回路を示した図である。
【図７】実施の形態２における、高圧系部品と車両アースとの間の浮遊容量の切替手段の構成を具体的に示した図である。
【図８】プラグが外部負荷に接続されていないときの状態を示した図である。
【図９】外部負荷と電力を授受するための専用のインバータを別途備えた電動車両の全体ブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 昇圧コンバータ、２０，３０，１１０ インバータ、２０Ａ，３０Ａ 上アーム、２０Ｂ，３０Ｂ 下アーム、４０ ノイズフィルタ、５０ プラグ、６０ ＥＣＵ、７０ 車両アース、８０ 外部負荷、９０ アース、１００，１００Ａ 電動車両、１２０ 信号生成部、Ｂ 蓄電装置、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＮＬ１，ＮＬ２ 負極線、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力線、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、Ｃ３〜Ｃ８ 浮遊容量、Ｃ９，Ｃ１０ コンデンサ、Ｃ１１，Ｃ１２ 容量、ＳＷ 接続スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置と、
前記蓄電装置の電力を受けて動作するインバータと、
前記インバータによって駆動される車両走行用の電動機と、
車両外部の電源または電気負荷に接続可能な接続部と、
前記接続部を介して前記電源から前記蓄電装置の充電および前記蓄電装置から前記電気負荷への給電の少なくとも一方を実行可能に構成された電力変換装置と、
前記接続部を前記電力変換装置と接続する電力線と車両アースとの間に配設されるノイズフィルタと、
前記電源または前記電気負荷に前記接続部が接続されているとき、前記蓄電装置、前記インバータ、前記電動機および前記電力変換装置を含む高圧系部品と前記車両アースとの間に静電容量を介挿することによって、前記電源または前記電気負荷に前記接続部が接続されていないときよりも前記高圧系部品と前記車両アースとの間の浮遊容量を低減させる浮遊容量切替手段とを備える電動車両。
【請求項２】
前記浮遊容量切替手段は、
前記静電容量に対応し、前記車両アースに前記高圧系部品を固定する絶縁材と、
前記車両アースと前記高圧系部品との間に前記絶縁材に電気的に並列接続される接続スイッチとを含み、
前記接続スイッチは、前記電源または前記電気負荷に前記接続部が接続されているときオフされ、前記電源または前記電気負荷に前記接続部が接続されていないときオンされる、請求項１に記載の電動車両。
【請求項３】
前記絶縁材の静電容量は、前記高圧系部品と前記車両アースとの間の固有の浮遊容量よりも小さい、請求項２に記載の電動車両。
【請求項４】
前記接続スイッチは、前記電源または前記電気負荷に前記接続部が接続されているか否かに応じてオン／オフされる、請求項２または請求項３に記載の電動車両。
【請求項５】
前記ノイズフィルタは、ラインバイパスコンデンサを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項１】
蓄電装置と、
前記蓄電装置の電力を受けて動作するインバータと、
前記インバータによって駆動される車両走行用の電動機と、
車両外部の電源または電気負荷に接続可能な接続部と、
前記接続部を介して前記電源から前記蓄電装置の充電および前記蓄電装置から前記電気負荷への給電の少なくとも一方を実行可能に構成された電力変換装置と、
前記接続部を前記電力変換装置と接続する電力線と車両アースとの間に配設されるノイズフィルタと、
前記電源または前記電気負荷に前記接続部が接続されているとき、前記蓄電装置、前記インバータ、前記電動機および前記電力変換装置を含む高圧系部品と前記車両アースとの間に静電容量を介挿することによって、前記電源または前記電気負荷に前記接続部が接続されていないときよりも前記高圧系部品と前記車両アースとの間の浮遊容量を低減させる浮遊容量切替手段とを備える電動車両。
【請求項２】
前記浮遊容量切替手段は、
前記静電容量に対応し、前記車両アースに前記高圧系部品を固定する絶縁材と、
前記車両アースと前記高圧系部品との間に前記絶縁材に電気的に並列接続される接続スイッチとを含み、
前記接続スイッチは、前記電源または前記電気負荷に前記接続部が接続されているときオフされ、前記電源または前記電気負荷に前記接続部が接続されていないときオンされる、請求項１に記載の電動車両。
【請求項３】
前記絶縁材の静電容量は、前記高圧系部品と前記車両アースとの間の固有の浮遊容量よりも小さい、請求項２に記載の電動車両。
【請求項４】
前記接続スイッチは、前記電源または前記電気負荷に前記接続部が接続されているか否かに応じてオン／オフされる、請求項２または請求項３に記載の電動車両。
【請求項５】
前記ノイズフィルタは、ラインバイパスコンデンサを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−３３８９１（Ｐ２００９−３３８９１Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９６２９６（Ｐ２００７−１９６２９６）
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【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２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]