電気自動車
【課題】標高の高い場所においてモータに供給することのできる最大電圧を高める電気自動車を提供する。
【解決手段】電気自動車１００は、車輪駆動用のモータＭＧへ電力を供給するメインバッテリＭＢと、補機類へ電力を供給するサブバッテリＳＢと、電圧コンバータ４０と、ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２を備える。サブバッテリＳＢの出力電圧はメインバッテリＭＢの出力電圧よりも低く、電圧コンバータ４０が、メインバッテリＭＢの出力電圧あるいはモータＭＧの回生電力の電圧をサブバッテリＳＢの充電に適した電圧まで降圧する。ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２は、電圧コンバータ４０の入力側あるいは出力側に接続される。電気自動車１００は、車両が位置する標高が標高閾値を上回った場合に、Ｙコンデンサの容量を小さくする。
【解決手段】電気自動車１００は、車輪駆動用のモータＭＧへ電力を供給するメインバッテリＭＢと、補機類へ電力を供給するサブバッテリＳＢと、電圧コンバータ４０と、ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２を備える。サブバッテリＳＢの出力電圧はメインバッテリＭＢの出力電圧よりも低く、電圧コンバータ４０が、メインバッテリＭＢの出力電圧あるいはモータＭＧの回生電力の電圧をサブバッテリＳＢの充電に適した電圧まで降圧する。ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２は、電圧コンバータ４０の入力側あるいは出力側に接続される。電気自動車１００は、車両が位置する標高が標高閾値を上回った場合に、Ｙコンデンサの容量を小さくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪駆動用の電動モータ（以下、単にモータと称する）を備えた電気自動車に関する。本明細書における電気自動車には、車輪駆動用のモータとエンジンを有するハイブリッド車が含まれる。また、電気自動車には、燃料電池車も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、車輪駆動用のモータへ電力を供給するメインバッテリと、補機類へ電力を供給するサブバッテリを備えることが多い。ここで、「補機類」とは、カーオーディオやエンジンコントローラなどの電子機器、ルームランプ、インパネ照明など、車輪駆動用のモータほどの大電力は要しないデバイスを指す。別言すれば、「補機類」とは、メインバッテリを搭載しない従来のエンジン車のバッテリの供給対象であるデバイスに相当する。
【０００３】
電気自動車では、メインバッテリの電力、あるいは、モータの回生電力を使って補機バッテリを充電する。補機バッテリの電圧は、１２Ｖ、２４Ｖ、あるいは４２Ｖなど、せいぜい５０Ｖ程度である。これに対してメインバッテリの出力電圧やモータの回生電力の電圧は補機バッテリの電圧よりも高く、通常は１００Ｖ以上である。そのため、電気自動車はメインバッテリの出力電圧やモータの回生電力の電圧を補機バッテリ充電に適した電圧まで降圧させる電圧コンバータ（ＤＣＤＣコンバータ）を備える。この電圧コンバータが備えるスイッチング素子のスイッチング動作がノイズ（ノイズ電磁波）を発生する。電圧コンバータが発生するノイズは、ラジオ放送の電波受信に影響を及ぼすため、ラジオノイズと呼ばれる。ラジオノイズを低減するための技術が例えば特許文献１に開示されている。ラジオノイズを低減する典型的な方策は、回路にコンデンサを挿入することである。特許文献１の技術もコンデンサを挿入することによってラジオノイズを低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２３５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ラジオノイズ低減のためには、コンデンサの容量を大きくすればよい。一般に、回路が発生するノイズは、ノーマルモードノイズ（或いはディファレンシャルモードノイズ）とコモンモードノイズの２種類に分けられる。ノーマルモードノイズを除去するためのコンデンサはＸコンデンサ（あるいはアクロス・ザ・ライン・コンデンサ）と呼ばれ、コモンモードノイズを除去するためのコンデンサはＹコンデンサ（あるいは、ライン・バイパス・コンデンサ）と呼ばれる。コモンモードノイズは、グランドライン（アースライン）に対する信号の揺れ（高周波成分）に起因する。Ｙコンデンサは、信号線とグランドライン（アースライン）との間に挿入される。
【０００６】
他方、車輪駆動用のモータには誘導モータを使うことが一般的であり、誘導モータ（以下、単にモータと称する）にはサージ電圧が発生する。モータに供給することができる電圧の最大値（最大電圧）を定める要因の一つが、サージ電圧の大きさである。即ち、モータに供給する最大電圧は、モータが耐えられるサージ電圧の大きさによって定められる。なお、「最大電圧」は、厳密には、サージ電圧による破壊を回避するための設計においてモータに供給可能とされる電圧の最大値である。
【０００７】
発明者の検討によると、Ｙコンデンサが誘導モータに発生するサージ電圧に影響することが判明した。おそらくは、Ｙコンデンサに蓄積された電荷がモータに流れ、サージ電圧が大きくなるものと推定される。従って、ラジオノイズの抑制とモータの最大電圧とはトレードオフの関係となる。本明細書は、このトレードオフの関係を巧みに利用し、標高の高い場所においてモータに供給することのできる最大電圧を高める技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が提供する電気自動車は、車輪駆動用のモータへ電力を供給するメインバッテリと、補機類へ電力を供給するサブバッテリと、電圧コンバータと、Ｙコンデンサを備える。サブバッテリの出力電圧は前述したようにメインバッテリの出力電圧よりも低く、電圧コンバータが、そのメインバッテリの出力電圧あるいはモータの回生電力の電圧をサブバッテリ充電に適した電圧まで降圧する。Ｙコンデンサは、電圧コンバータの入力側あるいは出力側（高圧側あるいは低圧側）に接続される。本明細書が開示する技術の特徴は、車両が位置する標高が標高閾値を上回った場合に、Ｙコンデンサの容量を小さくすることにある。「Ｙコンデンサの容量を小さくする」ことの一例は、Ｙコンデンサとして複数のコンデンサを並列に接続するとともに各コンデンサにスイッチ（半導体スイッチ）を設け、標高に応じてスイッチを制御すればよい。標高が高くなるにつれて接続するコンデンサの数を減らせばよい。
【０００９】
標高とモータの最大電圧とＹコンデンサ容量との関係を以下に説明する。標高がある程度高くなると、ラジオ電波も弱くなるから、車両搭乗者がラジオを聴くモチベーションが低くなる。従って、標高の高い場所（以下、「高所」と称する）では、Ｙコンデンサを小さくしてラジオノイズを許容しても影響が少ない。他方、回路の耐電圧（あるいは絶縁抵抗）は気圧が低くなるほど（典型的には標高が高くなるほど）低下する。即ち高所ではモータの最大電圧を小さくしなければならない。これは、気圧が低くなるほど放電し易くなるからである。従って、標高が高くなるほどＹコンデンサの容量を小さくしてサージ電圧を小さくすれば、高所におけるモータの最大電圧を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電気自動車における電力系の回路図である。
【図２】Ｙコンデンサの構成の一例を示す図である。
【図３】標高とＹコンデンサ容量の関係を示すグラフである。
【図４】フルブリッジ電圧コンバータとコモンモードフィルタの回路図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、電気自動車の電力系の回路図を示す。電気自動車１００は、車輪駆動用のモータＭＧと、モータＭＧに電力を供給するためのメインバッテリＭＢと、補機に電力を供給するためのサブバッテリＳＢと、パワーコントローラ２０と、カーナビゲーション１０を備える。メインバッテリＭＢの出力電圧は２００Ｖであり、サブバッテリＳＢの出力電圧は１２Ｖである。なお、図１は、電気自動車１００が有するコンポーネントの一部を示していることに留意されたい。例えば、図１には、サブバッテリＳＢから電力の供給を受ける補機（例えば、ルームランプやオーディオなど）の図示を省略している。
【００１２】
パワーコントローラ２０は、メインバッテリＭＢの電圧をモータ駆動に適した電圧（例えば６００Ｖ）に昇圧し、次いで直流電力を交流電流に変換してモータＭＧへ供給する。パワーコントローラ２０は、また、メインバッテリＭＢの出力、あるいは、モータＭＧの回生電力をサブバッテリＳＢの充電に適した電圧に降圧する。パワーコントローラ２０には、メインバッテリＭＢの電圧をモータ駆動に適した電圧に昇圧する第１電圧コンバータ２３、インバータ２１、メインバッテリＭＢの出力、あるいは、モータＭＧの回生電力をサブバッテリＳＢの充電に適した電圧に降圧する第２電圧コンバータ４０、その他の回路、及び、それらのモジュールを制御する制御モジュール２５が含まれる。また、パワーコントローラ２０内の制御モジュール２５は、カーナビゲーション１０と接続しており、カーナビゲーションから標高のデータを取得する。具体的には、カーナビゲーション１０は、標高データを含む地図情報とＧＰＳシステムを有しているので、ＧＰＳシステムで自車位置を特定し、地図と照合することによって、現在位置における標高を特定する。
【００１３】
パワーコントローラ２０の内部の構成をさらに詳しく説明する。メインバッテリＭＢは、システムメインリレーＳＭＲを介して第１電圧コンバータ２３に繋がっている。システムメインリレーＳＭＲは、駆動系のいわゆるメインスイッチであり、制御モジュール２５からの信号ＳＣによって制御される。第１電圧コンバータ２３のメインバッテリＭＢ側の端子間には、平滑化コンデンサＣ１が挿入されている。
【００１４】
第１電圧コンバータ２３は、リアクトルＬ１、２個のトランジスタＴｒ７、Ｔｒ８、それぞれのトランジスタに並列に接続されているダイオードＤ７、Ｄ８で構成されている。図１に示す第１電圧コンバータ２３の回路構成は、昇降圧コンバータであり、メインバッテリＭＢの電圧を昇圧してインバータ側へ出力することと、インバータ側の電圧を降圧してメインバッテリ側へ出力することができる。第１電圧コンバータのインバータ側を高圧側と称し、メインバッテリ側を低圧側と称することがある。モータＭＧが発生する回生電力は、インバータ２１を逆に辿って交流電力から直流電力に変換された後、第１電圧コンバータ２３で降圧されてメインバッテリ側（低圧側）から出力される。図１に示す第１電圧コンバータ２３の回路構成は良く知られており、詳しい説明は省略する。
【００１５】
第１電圧コンバータ２３のインバータ側（高圧側）の端子間には平滑化コンデンサＣ２が接続されている。平滑化コンデンサＣ２は、第１電圧コンバータ２３のインバータ側出力電流の脈動を抑制する。また、第１電圧コンバータ２３のインバータ側の端子間には電圧センサＶｄが接続されている。電圧センサＶｄの計測値（インバータ入力電圧ＶＨ）は、制御モジュール２５に送られる。
【００１６】
インバータ２１は、トランジスタＴｒと還流ダイオードＤの組で構成されるスイッチング回路を６個備えており、それらのスイッチング回路によって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相交流電力を生成し出力する。インバータ２１の回路構成も良く知られているので詳しい説明は省略する。
【００１７】
インバータ２１のトランジスタ（Ｔｒ１〜Ｔｒ６）をスイッチングさせるＰＷＭ指令（ＰＷＭＢ）、及び、第１電圧コンバータ２３のトランジスタ（Ｔｒ７、Ｔｒ８）をスイッチングさせるＰＷＭ指令（ＰＷＭＡ）は、制御モジュール２５が生成し、出力する。
【００１８】
第１電圧コンバータ２３のメインバッテリ側（低圧側）の端子には、コモンモードフィルタ３０を介して第２電圧コンバータ４０の高圧側の端子が接続されている。第２電圧コンバータ４０の低圧側にはサブバッテリＳＢが接続されている。第２電圧コンバータ４０は、メインバッテリＭＢの出力、あるいは、モータＭＧが発生する回生電力（正確にはインバータ２１を逆に辿ってメインバッテリＭＢと同等電圧の直流電力に変換された回生電力）の電圧を、サブバッテリＳＢの充電に適した電圧（１２Ｖ）に降圧する。第２電圧コンバータ４０の回路構成の具体例は後述する。
【００１９】
第１電圧コンバータ２３のメインバッテリ側と第２電圧コンバータ４０の高圧側の間に接続されているコモンモードフィルタ３０は、２個のＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２で構成される。２個のＹコンデンサは、２本の信号線（電力線）の夫々とグランドとの間に挿入されている。「コモンモードフィルタ」とは、グランド電位に対する信号線（電力線）の電圧の揺れを抑制するフィルタであり、典型的にはグランド線と信号線の間に挿入されるコンデンサを主たる部品として構成される。このコンデンサがＹコンデンサ、あるいは、ライン・パス・コンデンサと呼ばれる。第１電圧コンバータ２３のメインバッテリ側と第２電圧コンバータ４０の高圧側の間に接続されているコモンモードフィルタ３０は、第２電圧コンバータ４０内でスイッチング回路の動作に起因するコモンモードノイズを低減する。電気自動車におけるこのコモンモードノイズは、カーラジオやテレビの電波受信に影響を与えるので、ラジオノイズの一因となる。コモンモードフィルタ３０は、ラジオノイズ低減を主たる目的として備えられている。
【００２０】
図１のコモンモードフィルタ３０は、信号線（電力線）とグランド線との間に挿入されたＹコンデンサＹＣ１（ＹＣ２）からなる最も単純なフィルタである。
【００２１】
図１においてはＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２は夫々一つのコンデンサとして描かれているが、詳細には図２に示すように、３個のコンデンサＣａ、Ｃｂ、Ｃｃが半導体スイッチ１３２を介して並列に接続された回路構成を有している。半導体スイッチ１３２は、３個のコンデンサＣａ、Ｃｂ、Ｃｃを夫々、回路に接続したり回路から切断したりする。その切り換えは、制御モジュール２５からの指令信号ＣＭＤによって制御される。３個のコンデンサ全てが回路に接続されたときのトータルの容量はＹＣ＿ａであり、１個のコンデンサが切り離され２個のコンデンサが接続されたときのトータルの容量はＹＣ＿ｂであり、２個のコンデンサが切り離され１個のコンデンサのみが接続されたときのトータルの容量はＹＣ＿ｃである。相対的な容量の関係は、ＹＣ＿ａ＞ＹＣ＿ｂ＞ＹＣ＿ｃである。
【００２２】
電気自動車１００は、車両が位置する標高に応じてＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２の容量を変更する。具体的には、図３に示すように、標高がＡＬ１以下のとき３個のコンデンサＣａ、Ｃｂ、Ｃｃを全て接続し、ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２の容量をＹＣ＿ａにする。標高がＡＬ１より高くＡＬ２以下である場合には、１個のコンデンサを切り離し、ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２の容量をＹＣ＿ｂにする。標高がＡＬ２よりも高い場合には、２個のコンデンサを切り離し、ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２の容量をＹＣ＿ｃにする。即ち、標高が高くなるにつれて、Ｙコンデンサの容量を小さくする。別言すれば、電気自動車１００は、車両が位置する標高が既定の標高閾値（例えば図３の標高ＡＬ１、ＡＬ２）を上回った場合に、Ｙコンデンサの容量を小さくする。Ｙコンデンサの容量の切り換えは、カーナビゲーション１０から送られる現在位置の標高データに基づいて制御モジュール２５が行う。制御モジュール２５は、具体的には、指令信号ＣＭＤによって、図２に示した半導体スイッチ１３２を制御する。標高閾値（例えば図３の標高ＡＬ１、ＡＬ２）は、予め定められ、制御モジュール２５に記憶されている。
【００２３】
Ｙコンデンサの容量を標高に応じて変更することの利点を説明する。電気自動車１００では、モータＭＧにサージ電圧が発生するが、その大きさはＹコンデンサの容量が大きくなるほど大きくなる。また、サージ電圧が大きいほど、モータＭＧに供給する電力の電圧の最大値（最大電圧）は小さくしなければならない。インバータ２１からモータＭＧに供給されている電圧とサージ電圧の和がモータＭＧの耐圧を超えるとモータＭＧが損傷するからである。Ｙコンデンサの容量を小さくすれば、サージ電圧が小さくなり、その分インバータ２１が供給してよい最大電圧を高めることができる。なお、標高が高くなるほど、気圧が低下して放電が飛び易くなるため、モータの耐圧は低下する。他方、ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２は、ラジオノイズを低減するために備えられている。標高が高くなれば、ラジオやテレビの電波も弱くなり、電気自動車の搭乗者がラジオやテレビを使用する可能性が低くなる。そこで、標高が高くなるにつれて（標高閾値を上回った場合に）、Ｙコンデンサの容量を小さくしても支障は小さい。ラジオ電波／テレビ電波が届かない程度に標高が高い場所では、Ｙコンデンサの容量を極端に小さくしても、支障はほとんどない。そこで、実施例の電気自動車１００は、標高が高くなるにつれてＹコンデンサの容量を小さくする。そうすることによって、高地での最高電圧を高めることができる。即ち、高地での走行性能を向上させることができる。
【００２４】
図４に、第２電圧コンバータ４０の回路構成の一例と、別のコモンモードフィルタ１３０の一例を示す。図４は、図１の回路図の一部（第２電圧コンバータ４０とコモンモードフィルタ３０）に対応しておりであり、コモンモードフィルタ１３０の高圧側端子Ｔ１、Ｔ２が、図１の第１電圧コンバータ２３のバッテリ側端子と接続する。
【００２５】
第２電圧コンバータ４０は、トランス４５を中心に低圧側にダイオードＤ４１、Ｄ４２、リアクトルＬ４１、及びコンデンサＣ４１が図の通り接続されており、高圧側に４個のトランジスタＴｒ４１、Ｔｒ４２、Ｔｒ４３、Ｔｒ４４とコンデンサＸＣが図の通り接続された回路構成を有している。第２電圧コンバータ４０は、トランス４５を介して、低圧側と高圧側が絶縁されている。図４に示す第２電圧コンバータ４０の回路構成は、フルブリッジ型と呼ばれる良く知られた回路であり、詳しい説明は省略する。
【００２６】
コモンモードフィルタ１３０は、夫々の信号線（電力線）にコイルＹＬ１、ＹＬ２が嵌挿されており、コイルの両側でグランドラインとの間にＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２、ＹＣ３、及び、ＹＣ３が接続されている。図４のコモンモードフィルタ１３０の回路構成も良く知られており、詳細な説明は省略する。このコモンモードフィルタのＹコンデンサＹＣ１〜ＹＣ４も、詳細には図２に示したように３個のコンデンサの並列接続からなり、標高差に応じてその容量が変更される。容量変更のアルゴリズムは、前述のコモンモードフィルタ３０の場合と同じであり、図３のマップに従って切り換えられる。
【００２７】
実施例に関する留意点を述べる。実施例では、Ｙコンデンサは、第２電圧コンバータ４０の高圧側（メインバッテリ側）に接続されている。Ｙコンデンサは、第２電圧コンバータ４０の低圧側（サブバッテリ側）に接続されていてもよい。
【００２８】
車両の標高を取得するセンサは、カーナビゲーション１０に代えて気圧センサを利用してもよい。標高と気圧はほぼ比例の関係にあるので、気圧から標高を推定できるからである。
【００２９】
実施例では各Ｙコンデンサは３個のコンデンサの並列回路で構成されている。並列接続されるコンデンサの数は３個に限られない。
【００３０】
実施例の電気自動車１００は、１個のモータを備えた車両である。本明細書が開示する技術は、車輪駆動用のモータを複数備えた電気自動車や、モータとエンジンを備えたハイブリッド車に適用することもできる。また、燃料電池車に適用することも可能である。
【００３１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３２】
１０：カーナビゲーション
２０：パワーコントローラ
２１：インバータ
２３：第１電圧コンバータ
２５：制御モジュール
３０、１３０：コモンモードフィルタ
４０：第１電圧コンバータ
４５：トランス
１００：電気自動車
１３２：半導体スイッチ
Ｃ１、Ｃ２：平滑化フィルタ
Ｃ４１、Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、ＸＣ：コンデンサ
Ｄ：還流ダイオード
Ｌ：リアクトル
ＭＢ：メインバッテリ
ＭＧ：モータ
ＳＢ：サブバッテリ
Ｔｒ：トランジスタ
ＸＣ コンデンサ
ＹＣ１、ＹＣ２、ＹＣ３、ＹＣ４：Ｙコンデンサ
ＹＬ１、ＹＬ２：コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪駆動用の電動モータ（以下、単にモータと称する）を備えた電気自動車に関する。本明細書における電気自動車には、車輪駆動用のモータとエンジンを有するハイブリッド車が含まれる。また、電気自動車には、燃料電池車も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、車輪駆動用のモータへ電力を供給するメインバッテリと、補機類へ電力を供給するサブバッテリを備えることが多い。ここで、「補機類」とは、カーオーディオやエンジンコントローラなどの電子機器、ルームランプ、インパネ照明など、車輪駆動用のモータほどの大電力は要しないデバイスを指す。別言すれば、「補機類」とは、メインバッテリを搭載しない従来のエンジン車のバッテリの供給対象であるデバイスに相当する。
【０００３】
電気自動車では、メインバッテリの電力、あるいは、モータの回生電力を使って補機バッテリを充電する。補機バッテリの電圧は、１２Ｖ、２４Ｖ、あるいは４２Ｖなど、せいぜい５０Ｖ程度である。これに対してメインバッテリの出力電圧やモータの回生電力の電圧は補機バッテリの電圧よりも高く、通常は１００Ｖ以上である。そのため、電気自動車はメインバッテリの出力電圧やモータの回生電力の電圧を補機バッテリ充電に適した電圧まで降圧させる電圧コンバータ（ＤＣＤＣコンバータ）を備える。この電圧コンバータが備えるスイッチング素子のスイッチング動作がノイズ（ノイズ電磁波）を発生する。電圧コンバータが発生するノイズは、ラジオ放送の電波受信に影響を及ぼすため、ラジオノイズと呼ばれる。ラジオノイズを低減するための技術が例えば特許文献１に開示されている。ラジオノイズを低減する典型的な方策は、回路にコンデンサを挿入することである。特許文献１の技術もコンデンサを挿入することによってラジオノイズを低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２３５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ラジオノイズ低減のためには、コンデンサの容量を大きくすればよい。一般に、回路が発生するノイズは、ノーマルモードノイズ（或いはディファレンシャルモードノイズ）とコモンモードノイズの２種類に分けられる。ノーマルモードノイズを除去するためのコンデンサはＸコンデンサ（あるいはアクロス・ザ・ライン・コンデンサ）と呼ばれ、コモンモードノイズを除去するためのコンデンサはＹコンデンサ（あるいは、ライン・バイパス・コンデンサ）と呼ばれる。コモンモードノイズは、グランドライン（アースライン）に対する信号の揺れ（高周波成分）に起因する。Ｙコンデンサは、信号線とグランドライン（アースライン）との間に挿入される。
【０００６】
他方、車輪駆動用のモータには誘導モータを使うことが一般的であり、誘導モータ（以下、単にモータと称する）にはサージ電圧が発生する。モータに供給することができる電圧の最大値（最大電圧）を定める要因の一つが、サージ電圧の大きさである。即ち、モータに供給する最大電圧は、モータが耐えられるサージ電圧の大きさによって定められる。なお、「最大電圧」は、厳密には、サージ電圧による破壊を回避するための設計においてモータに供給可能とされる電圧の最大値である。
【０００７】
発明者の検討によると、Ｙコンデンサが誘導モータに発生するサージ電圧に影響することが判明した。おそらくは、Ｙコンデンサに蓄積された電荷がモータに流れ、サージ電圧が大きくなるものと推定される。従って、ラジオノイズの抑制とモータの最大電圧とはトレードオフの関係となる。本明細書は、このトレードオフの関係を巧みに利用し、標高の高い場所においてモータに供給することのできる最大電圧を高める技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が提供する電気自動車は、車輪駆動用のモータへ電力を供給するメインバッテリと、補機類へ電力を供給するサブバッテリと、電圧コンバータと、Ｙコンデンサを備える。サブバッテリの出力電圧は前述したようにメインバッテリの出力電圧よりも低く、電圧コンバータが、そのメインバッテリの出力電圧あるいはモータの回生電力の電圧をサブバッテリ充電に適した電圧まで降圧する。Ｙコンデンサは、電圧コンバータの入力側あるいは出力側（高圧側あるいは低圧側）に接続される。本明細書が開示する技術の特徴は、車両が位置する標高が標高閾値を上回った場合に、Ｙコンデンサの容量を小さくすることにある。「Ｙコンデンサの容量を小さくする」ことの一例は、Ｙコンデンサとして複数のコンデンサを並列に接続するとともに各コンデンサにスイッチ（半導体スイッチ）を設け、標高に応じてスイッチを制御すればよい。標高が高くなるにつれて接続するコンデンサの数を減らせばよい。
【０００９】
標高とモータの最大電圧とＹコンデンサ容量との関係を以下に説明する。標高がある程度高くなると、ラジオ電波も弱くなるから、車両搭乗者がラジオを聴くモチベーションが低くなる。従って、標高の高い場所（以下、「高所」と称する）では、Ｙコンデンサを小さくしてラジオノイズを許容しても影響が少ない。他方、回路の耐電圧（あるいは絶縁抵抗）は気圧が低くなるほど（典型的には標高が高くなるほど）低下する。即ち高所ではモータの最大電圧を小さくしなければならない。これは、気圧が低くなるほど放電し易くなるからである。従って、標高が高くなるほどＹコンデンサの容量を小さくしてサージ電圧を小さくすれば、高所におけるモータの最大電圧を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電気自動車における電力系の回路図である。
【図２】Ｙコンデンサの構成の一例を示す図である。
【図３】標高とＹコンデンサ容量の関係を示すグラフである。
【図４】フルブリッジ電圧コンバータとコモンモードフィルタの回路図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、電気自動車の電力系の回路図を示す。電気自動車１００は、車輪駆動用のモータＭＧと、モータＭＧに電力を供給するためのメインバッテリＭＢと、補機に電力を供給するためのサブバッテリＳＢと、パワーコントローラ２０と、カーナビゲーション１０を備える。メインバッテリＭＢの出力電圧は２００Ｖであり、サブバッテリＳＢの出力電圧は１２Ｖである。なお、図１は、電気自動車１００が有するコンポーネントの一部を示していることに留意されたい。例えば、図１には、サブバッテリＳＢから電力の供給を受ける補機（例えば、ルームランプやオーディオなど）の図示を省略している。
【００１２】
パワーコントローラ２０は、メインバッテリＭＢの電圧をモータ駆動に適した電圧（例えば６００Ｖ）に昇圧し、次いで直流電力を交流電流に変換してモータＭＧへ供給する。パワーコントローラ２０は、また、メインバッテリＭＢの出力、あるいは、モータＭＧの回生電力をサブバッテリＳＢの充電に適した電圧に降圧する。パワーコントローラ２０には、メインバッテリＭＢの電圧をモータ駆動に適した電圧に昇圧する第１電圧コンバータ２３、インバータ２１、メインバッテリＭＢの出力、あるいは、モータＭＧの回生電力をサブバッテリＳＢの充電に適した電圧に降圧する第２電圧コンバータ４０、その他の回路、及び、それらのモジュールを制御する制御モジュール２５が含まれる。また、パワーコントローラ２０内の制御モジュール２５は、カーナビゲーション１０と接続しており、カーナビゲーションから標高のデータを取得する。具体的には、カーナビゲーション１０は、標高データを含む地図情報とＧＰＳシステムを有しているので、ＧＰＳシステムで自車位置を特定し、地図と照合することによって、現在位置における標高を特定する。
【００１３】
パワーコントローラ２０の内部の構成をさらに詳しく説明する。メインバッテリＭＢは、システムメインリレーＳＭＲを介して第１電圧コンバータ２３に繋がっている。システムメインリレーＳＭＲは、駆動系のいわゆるメインスイッチであり、制御モジュール２５からの信号ＳＣによって制御される。第１電圧コンバータ２３のメインバッテリＭＢ側の端子間には、平滑化コンデンサＣ１が挿入されている。
【００１４】
第１電圧コンバータ２３は、リアクトルＬ１、２個のトランジスタＴｒ７、Ｔｒ８、それぞれのトランジスタに並列に接続されているダイオードＤ７、Ｄ８で構成されている。図１に示す第１電圧コンバータ２３の回路構成は、昇降圧コンバータであり、メインバッテリＭＢの電圧を昇圧してインバータ側へ出力することと、インバータ側の電圧を降圧してメインバッテリ側へ出力することができる。第１電圧コンバータのインバータ側を高圧側と称し、メインバッテリ側を低圧側と称することがある。モータＭＧが発生する回生電力は、インバータ２１を逆に辿って交流電力から直流電力に変換された後、第１電圧コンバータ２３で降圧されてメインバッテリ側（低圧側）から出力される。図１に示す第１電圧コンバータ２３の回路構成は良く知られており、詳しい説明は省略する。
【００１５】
第１電圧コンバータ２３のインバータ側（高圧側）の端子間には平滑化コンデンサＣ２が接続されている。平滑化コンデンサＣ２は、第１電圧コンバータ２３のインバータ側出力電流の脈動を抑制する。また、第１電圧コンバータ２３のインバータ側の端子間には電圧センサＶｄが接続されている。電圧センサＶｄの計測値（インバータ入力電圧ＶＨ）は、制御モジュール２５に送られる。
【００１６】
インバータ２１は、トランジスタＴｒと還流ダイオードＤの組で構成されるスイッチング回路を６個備えており、それらのスイッチング回路によって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相交流電力を生成し出力する。インバータ２１の回路構成も良く知られているので詳しい説明は省略する。
【００１７】
インバータ２１のトランジスタ（Ｔｒ１〜Ｔｒ６）をスイッチングさせるＰＷＭ指令（ＰＷＭＢ）、及び、第１電圧コンバータ２３のトランジスタ（Ｔｒ７、Ｔｒ８）をスイッチングさせるＰＷＭ指令（ＰＷＭＡ）は、制御モジュール２５が生成し、出力する。
【００１８】
第１電圧コンバータ２３のメインバッテリ側（低圧側）の端子には、コモンモードフィルタ３０を介して第２電圧コンバータ４０の高圧側の端子が接続されている。第２電圧コンバータ４０の低圧側にはサブバッテリＳＢが接続されている。第２電圧コンバータ４０は、メインバッテリＭＢの出力、あるいは、モータＭＧが発生する回生電力（正確にはインバータ２１を逆に辿ってメインバッテリＭＢと同等電圧の直流電力に変換された回生電力）の電圧を、サブバッテリＳＢの充電に適した電圧（１２Ｖ）に降圧する。第２電圧コンバータ４０の回路構成の具体例は後述する。
【００１９】
第１電圧コンバータ２３のメインバッテリ側と第２電圧コンバータ４０の高圧側の間に接続されているコモンモードフィルタ３０は、２個のＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２で構成される。２個のＹコンデンサは、２本の信号線（電力線）の夫々とグランドとの間に挿入されている。「コモンモードフィルタ」とは、グランド電位に対する信号線（電力線）の電圧の揺れを抑制するフィルタであり、典型的にはグランド線と信号線の間に挿入されるコンデンサを主たる部品として構成される。このコンデンサがＹコンデンサ、あるいは、ライン・パス・コンデンサと呼ばれる。第１電圧コンバータ２３のメインバッテリ側と第２電圧コンバータ４０の高圧側の間に接続されているコモンモードフィルタ３０は、第２電圧コンバータ４０内でスイッチング回路の動作に起因するコモンモードノイズを低減する。電気自動車におけるこのコモンモードノイズは、カーラジオやテレビの電波受信に影響を与えるので、ラジオノイズの一因となる。コモンモードフィルタ３０は、ラジオノイズ低減を主たる目的として備えられている。
【００２０】
図１のコモンモードフィルタ３０は、信号線（電力線）とグランド線との間に挿入されたＹコンデンサＹＣ１（ＹＣ２）からなる最も単純なフィルタである。
【００２１】
図１においてはＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２は夫々一つのコンデンサとして描かれているが、詳細には図２に示すように、３個のコンデンサＣａ、Ｃｂ、Ｃｃが半導体スイッチ１３２を介して並列に接続された回路構成を有している。半導体スイッチ１３２は、３個のコンデンサＣａ、Ｃｂ、Ｃｃを夫々、回路に接続したり回路から切断したりする。その切り換えは、制御モジュール２５からの指令信号ＣＭＤによって制御される。３個のコンデンサ全てが回路に接続されたときのトータルの容量はＹＣ＿ａであり、１個のコンデンサが切り離され２個のコンデンサが接続されたときのトータルの容量はＹＣ＿ｂであり、２個のコンデンサが切り離され１個のコンデンサのみが接続されたときのトータルの容量はＹＣ＿ｃである。相対的な容量の関係は、ＹＣ＿ａ＞ＹＣ＿ｂ＞ＹＣ＿ｃである。
【００２２】
電気自動車１００は、車両が位置する標高に応じてＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２の容量を変更する。具体的には、図３に示すように、標高がＡＬ１以下のとき３個のコンデンサＣａ、Ｃｂ、Ｃｃを全て接続し、ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２の容量をＹＣ＿ａにする。標高がＡＬ１より高くＡＬ２以下である場合には、１個のコンデンサを切り離し、ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２の容量をＹＣ＿ｂにする。標高がＡＬ２よりも高い場合には、２個のコンデンサを切り離し、ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２の容量をＹＣ＿ｃにする。即ち、標高が高くなるにつれて、Ｙコンデンサの容量を小さくする。別言すれば、電気自動車１００は、車両が位置する標高が既定の標高閾値（例えば図３の標高ＡＬ１、ＡＬ２）を上回った場合に、Ｙコンデンサの容量を小さくする。Ｙコンデンサの容量の切り換えは、カーナビゲーション１０から送られる現在位置の標高データに基づいて制御モジュール２５が行う。制御モジュール２５は、具体的には、指令信号ＣＭＤによって、図２に示した半導体スイッチ１３２を制御する。標高閾値（例えば図３の標高ＡＬ１、ＡＬ２）は、予め定められ、制御モジュール２５に記憶されている。
【００２３】
Ｙコンデンサの容量を標高に応じて変更することの利点を説明する。電気自動車１００では、モータＭＧにサージ電圧が発生するが、その大きさはＹコンデンサの容量が大きくなるほど大きくなる。また、サージ電圧が大きいほど、モータＭＧに供給する電力の電圧の最大値（最大電圧）は小さくしなければならない。インバータ２１からモータＭＧに供給されている電圧とサージ電圧の和がモータＭＧの耐圧を超えるとモータＭＧが損傷するからである。Ｙコンデンサの容量を小さくすれば、サージ電圧が小さくなり、その分インバータ２１が供給してよい最大電圧を高めることができる。なお、標高が高くなるほど、気圧が低下して放電が飛び易くなるため、モータの耐圧は低下する。他方、ＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２は、ラジオノイズを低減するために備えられている。標高が高くなれば、ラジオやテレビの電波も弱くなり、電気自動車の搭乗者がラジオやテレビを使用する可能性が低くなる。そこで、標高が高くなるにつれて（標高閾値を上回った場合に）、Ｙコンデンサの容量を小さくしても支障は小さい。ラジオ電波／テレビ電波が届かない程度に標高が高い場所では、Ｙコンデンサの容量を極端に小さくしても、支障はほとんどない。そこで、実施例の電気自動車１００は、標高が高くなるにつれてＹコンデンサの容量を小さくする。そうすることによって、高地での最高電圧を高めることができる。即ち、高地での走行性能を向上させることができる。
【００２４】
図４に、第２電圧コンバータ４０の回路構成の一例と、別のコモンモードフィルタ１３０の一例を示す。図４は、図１の回路図の一部（第２電圧コンバータ４０とコモンモードフィルタ３０）に対応しておりであり、コモンモードフィルタ１３０の高圧側端子Ｔ１、Ｔ２が、図１の第１電圧コンバータ２３のバッテリ側端子と接続する。
【００２５】
第２電圧コンバータ４０は、トランス４５を中心に低圧側にダイオードＤ４１、Ｄ４２、リアクトルＬ４１、及びコンデンサＣ４１が図の通り接続されており、高圧側に４個のトランジスタＴｒ４１、Ｔｒ４２、Ｔｒ４３、Ｔｒ４４とコンデンサＸＣが図の通り接続された回路構成を有している。第２電圧コンバータ４０は、トランス４５を介して、低圧側と高圧側が絶縁されている。図４に示す第２電圧コンバータ４０の回路構成は、フルブリッジ型と呼ばれる良く知られた回路であり、詳しい説明は省略する。
【００２６】
コモンモードフィルタ１３０は、夫々の信号線（電力線）にコイルＹＬ１、ＹＬ２が嵌挿されており、コイルの両側でグランドラインとの間にＹコンデンサＹＣ１、ＹＣ２、ＹＣ３、及び、ＹＣ３が接続されている。図４のコモンモードフィルタ１３０の回路構成も良く知られており、詳細な説明は省略する。このコモンモードフィルタのＹコンデンサＹＣ１〜ＹＣ４も、詳細には図２に示したように３個のコンデンサの並列接続からなり、標高差に応じてその容量が変更される。容量変更のアルゴリズムは、前述のコモンモードフィルタ３０の場合と同じであり、図３のマップに従って切り換えられる。
【００２７】
実施例に関する留意点を述べる。実施例では、Ｙコンデンサは、第２電圧コンバータ４０の高圧側（メインバッテリ側）に接続されている。Ｙコンデンサは、第２電圧コンバータ４０の低圧側（サブバッテリ側）に接続されていてもよい。
【００２８】
車両の標高を取得するセンサは、カーナビゲーション１０に代えて気圧センサを利用してもよい。標高と気圧はほぼ比例の関係にあるので、気圧から標高を推定できるからである。
【００２９】
実施例では各Ｙコンデンサは３個のコンデンサの並列回路で構成されている。並列接続されるコンデンサの数は３個に限られない。
【００３０】
実施例の電気自動車１００は、１個のモータを備えた車両である。本明細書が開示する技術は、車輪駆動用のモータを複数備えた電気自動車や、モータとエンジンを備えたハイブリッド車に適用することもできる。また、燃料電池車に適用することも可能である。
【００３１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３２】
１０：カーナビゲーション
２０：パワーコントローラ
２１：インバータ
２３：第１電圧コンバータ
２５：制御モジュール
３０、１３０：コモンモードフィルタ
４０：第１電圧コンバータ
４５：トランス
１００：電気自動車
１３２：半導体スイッチ
Ｃ１、Ｃ２：平滑化フィルタ
Ｃ４１、Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、ＸＣ：コンデンサ
Ｄ：還流ダイオード
Ｌ：リアクトル
ＭＢ：メインバッテリ
ＭＧ：モータ
ＳＢ：サブバッテリ
Ｔｒ：トランジスタ
ＸＣ コンデンサ
ＹＣ１、ＹＣ２、ＹＣ３、ＹＣ４：Ｙコンデンサ
ＹＬ１、ＹＬ２：コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪駆動用のモータへ電力を供給するメインバッテリと、
補機類へ電力を供給するバッテリであり出力電圧がメインバッテリより低いサブバッテリと、
メインバッテリの出力電圧、又は、モータの回生電力の電圧をサブバッテリの充電に適した電圧に降圧する電圧コンバータと、
電圧コンバータに接続されているＹコンデンサと、
を備えており、
車両が位置する標高が既定の標高閾値を上回った場合に、Ｙコンデンサの容量を小さくすることを特徴とする電気自動車。
【請求項１】
車輪駆動用のモータへ電力を供給するメインバッテリと、
補機類へ電力を供給するバッテリであり出力電圧がメインバッテリより低いサブバッテリと、
メインバッテリの出力電圧、又は、モータの回生電力の電圧をサブバッテリの充電に適した電圧に降圧する電圧コンバータと、
電圧コンバータに接続されているＹコンデンサと、
を備えており、
車両が位置する標高が既定の標高閾値を上回った場合に、Ｙコンデンサの容量を小さくすることを特徴とする電気自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−５９１５８（Ｐ２０１３−５９１５８Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４９２８（Ｐ２０１１−１９４９２８）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【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２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【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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