電源装置
【課題】高圧側のコンデンサおよび低圧側のコンデンサの放電を迅速に行なうと共にインバータの過熱を抑制する。
【解決手段】システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときには、昇圧コンバータ４０の上アームをオフとした状態で下アームをスイッチングすることにより、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を昇圧コンバータ４０に流してその電力を消費し、モータ３２の回転が停止したときにインバータ３４の下アームをオンとした状態で上アームをスイッチングすることにより、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷をインバータ３４に流してその電力を消費する。これにより、迅速に低圧側コンデンサ４６と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電することができ、インバータ３４の過熱を抑制することができる。
【解決手段】システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときには、昇圧コンバータ４０の上アームをオフとした状態で下アームをスイッチングすることにより、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を昇圧コンバータ４０に流してその電力を消費し、モータ３２の回転が停止したときにインバータ３４の下アームをオンとした状態で上アームをスイッチングすることにより、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷をインバータ３４に流してその電力を消費する。これにより、迅速に低圧側コンデンサ４６と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電することができ、インバータ３４の過熱を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関し、詳しくは、バッテリと、インバータと、バッテリとインバータとの間に設けられた昇圧コンバータと、インバータの正極母線と負極母線とに接続された平滑コンデンサと、バッテリを遮断するシステムメインリレーと、昇圧コンバータよりバッテリ側の電力ラインに取り付けられたフィルタコンデンサと、を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電源装置としては、二つのバッテリと、モータの駆動回路としてのインバータと、上アームと下アームとの二つのスイッチング素子により構成され二つのバッテリとインバータとに接続された昇圧コンバータと、二つのバッテリを各々遮断する二つのシステムメインリレーと、インバータに取り付けられた平滑コンデンサと、昇圧コンデンサのバッテリ側に取り付けられたコンデンサと、を備える装置において、二つのバッテリの一方との接続から他方への接続に切り替えるときには、双方のシステムメインリレーをオフとし、昇圧コンバータの上アームをオフとした状態で下アームをスイッチングすることにより、コンデンサの電荷をインバータ側に放電し、その後、接続するバッテリ側のシステムメインリレーをオンとするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、バッテリと、走行用モータの駆動回路としてのインバータと、バッテリからの直流電力を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータと、インバータ側に取り付けられた高圧側コンデンサと、高圧側コンデンサと並列に接続された放電抵抗と、を備え、高圧側の電圧センサからの信号に異常が生じたときには、昇圧コンバータを停止すると共に、高圧側電圧を低圧側電圧まで直線的に低下させ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】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−００４６６８号公報
【特許文献２】特開２００９−２６１１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
緊急時の対応としてバッテリを緊急遮断したときには、昇圧コンバータの高圧側および低圧側に接続された機器が予期しない駆動を生じさせない等の要請からコンデンサに蓄えられている電荷を放電する必要がある。この場合、上述の前者の装置では、低圧側のコンデンサの電荷をインバータ側に放電するために、高圧側電圧が低圧側電圧以下となる必要がある。したがって、上述の後者の装置のように、高圧側電圧を低圧側電圧まで低下させ、その後、高圧側のコンデンサの放電と共に低圧側のコンデンサの電荷を高電圧側に放電するものとなる。後者の装置では放電抵抗を備えるため、高圧側のコンデンサの電荷は放電抵抗によって熱として消費されるが、放電抵抗を備えていないものでは、インバータのスイッチングロスやモータでのロスにより熱として消費することも考えられる。例えば、インバータが備えるスイッチング素子における下アームをオンとした状態で上アームをスイッチングすることにより高圧側のコンデンサの電荷をインバータで消費し、高圧側のコンデンサの電荷を放電している最中に高圧側電圧が低圧側電圧相当に至ったときに昇圧コンバータの上アームをオフとした状態で下アームをスイッチングして低圧側のコンデンサの電荷をインバータ側に放電し、高圧側のコンデンサの電荷と共にインバータによって消費することが考えられる。また、低圧側のコンデンサの電荷をインバータ側に放電する手法としては、昇圧コンバータの下アームをオフの状態で上アームをオンとすることによっても行なうことができる。
【０００６】
上述のように、バッテリを緊急遮断したときに高圧側のコンデンサからの放電による電力をインバータで消費し、その際中に高圧側電圧が低圧側電圧相当に至ったときに低圧側のコンデンサの電荷をインバータ側に放電して高圧側のコンデンサからの放電による電力も低圧側のコンデンサからの放電による電力もインバータで消費するものは、高圧側電圧が低圧側電圧相当に至った以降に低圧側のコンデンサの放電を開始するため、高圧側のコンデンサと低圧側のコンデンサの電荷のすべてを放電するのに時間を要してしまう。また、高圧側のコンデンサからの放電による電力も低圧側のコンデンサからの放電による電力もインバータで消費するため、インバータが過熱する場合も生じる。
【０００７】
本発明の電源装置は、高圧側のコンデンサおよび低圧側のコンデンサの放電を迅速に行なうと共にインバータの過熱を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電源装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００９】
本発明の電源装置は、
バッテリと、複数のスイッチング素子を有し直流電力を交流電力に変換して三相交流電動機に供給するインバータと、前記バッテリが接続される低圧側電力ラインの直流電力を昇圧して前記インバータが接続される高圧側電力ラインに供給するコンバータであって前記高圧側電力ライン間に上アームと下アームとからなる直列配置の二つのスイッチング素子と前記二つのスイッチング素子の中間点と前記低圧側電力ラインにおける正極側のラインとの間に取り付けられたリアクトルとを有する昇圧コンバータと、前記高圧側電力ラインに取り付けられた高圧側コンデンサと、前記低圧側電力ラインに取り付けられ前記バッテリを遮断するシステムメインリレーと、前記低圧側電力ラインの前記システムメインリレーより前記昇圧コンバータ側に取り付けられた低圧側コンデンサと、を備える電源装置であって、
前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断時には、前記インバータのスイッチング素子をスイッチングすることにより前記高圧側コンデンサからの放電による電力を前記インバータおよび／または前記三相交流電動機で消費する第１放電制御と、前記昇圧コンバータの上アームをオフとすると共に下アームをスイッチングすることにより前記低圧側コンデンサからの放電による電力を前記昇圧コンバータで消費する第２放電制御と、を独立に実行する緊急遮断時制御手段を備える、
ことを特徴とする。
【００１０】
この本発明の電源装置では、システムメインリレーによるバッテリの緊急遮断時には、インバータのスイッチング素子をスイッチングすることにより高圧側コンデンサからの放電による電力をインバータや三相交流電動機で消費する第１放電制御と、昇圧コンバータの上アームをオフとすると共に下アームをスイッチングすることにより低圧側コンデンサからの放電による電力を昇圧コンバータで消費する第２放電制御と、を独立に実行する。ここで、第１放電制御では、インバータの各相の下アームをオンのオンの状態とすると共にインバータの各相の上アームをスイッチングすることにより、高圧側コンデンサ，インバータの上アーム，インバータの下アームを経由する閉回路を形成し、インバータのスイッチング素子における損失により高圧側コンデンサからの放電による電力を消費し、三相交流電動機にｄ軸電流だけが流れるようにインバータをスイッチング制御することにより、高圧側コンデンサ，インバータ，三相交流電動機を経由する閉回路を形成し、三相交流電動機の損失により高電圧コンデンサからの放電による電力を消費する。第２放電制御では、昇圧コンバータの上アームをオフとした状態で下アームをスイッチングすることにより、低圧側コンデンサ，昇圧コンバータのリアクトル，昇圧コンバータの下アームを経由する閉回路を形成し、昇圧コンバータのリアクトルや下アームの損失により低圧側コンデンサからの放電による電力を消費する。このように、第１放電制御による高圧側コンデンサからの放電による電力の消費と第２放電制御による低圧側コンデンサからの放電による電力の消費とは異なる閉回路を形成して行なわれるから、第１放電制御と第２放電制御とを独立に実行することができる。「独立に」とは、「個別に」や「一方が他方に従属することなく」の意味であり、第１放電制御と第２放電制御との関係とすれば、第１放電制御の実行と第２放電制御の実行とを個別に一方が他方に従属することなく行なうことができることを意味している。これらのことから、本発明の電源装置では、高圧側電力ラインの電圧が低圧側電力ラインの電圧相当に至ったときに低圧側コンデンサの放電を開始するものに比して、高圧側コンデンサおよび低圧側コンデンサの放電を迅速に行なうことができる。また、第２放電制御では低圧側コンデンサからの放電による電力は昇圧コンバータによって消費するから、高圧側コンデンサからの放電による電力も低圧側コンデンサからの放電による電力もインバータで消費するものに比して、インバータの過熱を抑制することができる。
【００１１】
こうした本発明の電源装置において、前記緊急遮断時制御手段は、前記第１放電制御については前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断後であって前記三相交流電動機が略停止した以降に実行し、前記第２放電制御については前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断の直後に実行する手段である、ものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例としての電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】電子制御ユニット５０により実行される緊急遮断時高圧側制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】電子制御ユニット５０により実行される緊急遮断時低圧側制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電しているときの電流の流れる様子の一例を示す説明図である。
【図５】低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を放電しているときの電流の流れる様子の一例を示す説明図である。
【図６】緊急遮断時のモータ３２の回転数Ｎｍや実施例および比較例における高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電している際のインバータ３４のゲート電圧や高圧側電圧ＶＨ等および低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を放電している際の昇圧コンバータ４０のゲート電圧や低圧側電圧ＶＬ等の時間変化の一例を示す説明図である。
【図７】比較例における低圧側コンデンサ４６と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電しているときの電流の流れる様子の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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】
【００１４】
図１は本発明の一実施例としての電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電源装置２０は、図示するように、例えば同期発電電動機として構成されて車両の走行用の動力を出力する三相交流モータ３２と共に車両に搭載され、モータ３２を駆動するためのインバータ３４と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ３６と、インバータ３４が接続された電力ライン（以下、高圧側電力ラインという）４４とバッテリ３６が接続された電力ライン（以下、低圧側電力ラインという）４２とに接続されて高圧側電力ライン４４の電圧ＶＨを低圧側電力ライン４２の電圧ＶＬ以上かつ最大許容電圧ＶＨｍａｘ以下の範囲内で調節すると共に高圧側電力ライン４４と低圧側電力ライン４２との間で電力のやりとりを行なう昇圧コンバータ４０と、バッテリ３６を遮断するための低圧側電力ライン４２に取り付けられたシステムメインリレー（ＳＭＲ）４３と、低圧側電力ライン４２のシステムメインリレー４３と昇圧コンバータ４０との間に取り付けられて低圧側の電圧を平滑する低圧側コンデンサ４６と、高圧側電力ライン４４に取り付けられて高圧側の電圧を平滑する高圧側コンデンサ４８と、電源装置２０全体をコントロールすると共にモータ３２を駆動制御する電子制御ユニット５０と、を備える。
【００１５】
インバータ３４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、高圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用している状態でトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合を制御することにより、三相コイルに回転磁界を形成でき、モータ３２を回転駆動することができる。
【００１６】
昇圧コンバータ４０は、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれ高圧側電力ライン４４の正極母線と高圧側電力ライン４４および低圧側電力ライン４２の負極母線とに接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと高圧側電力ライン４４および低圧側電力ライン４２の負極母線とにはそれぞれバッテリ３６の正極端子と負極端子とが接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフ制御することにより、低圧側電力ライン４２の電力を昇圧して高圧側電力ライン４４に供給したり、高圧側電力ライン４４の電力を降圧して低圧側電力ライン４２に供給したりすることができる。
【００１７】
システムメインリレー４３は、図２に示すように、低圧側電力ライン４２の正極側ラインに取り付けられた正極側リレー４３ａと、低圧側電力ライン４２の負極側ラインに取り付けられた負極側リレー４３ｂとにより構成されている。
【００１８】
電子制御ユニット５０は、図示しないＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、図示しないが、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭと、データを一時的に記憶するＲＡＭと、図示しない入出力ポートと、を備える。電子制御ユニット５０には、モータ３２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２のロータの回転位置や、モータ３２とインバータ３４との接続ライン（電力ライン）に取り付けられた電流センサ３３ｕ，３３ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，バッテリ３６の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ３６の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ３６に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度，低圧側コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからの低圧側コンデンサ４６の電圧（低圧側電力ライン４２の電圧）ＶＬや高圧側コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからの高圧側コンデンサ４８の電圧（高圧側電力ライン４４の電圧）ＶＨ，その他、車両の駆動制御に必要な信号、例えば、イグニッションスイッチからのイグニッション信号やシフトレバーの操作位置を検出するセンサからの信号，アクセルペダルの踏み込み量を検出するセンサからの信号，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するセンサからの信号，車速センサからの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号，システムメインリレー４３への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２のロータの回転位置に基づいてモータ３２の回転数Ｎｍも演算している。
【００１９】
次に、こうして構成された実施例の電源装置２０の動作、特に衝突などによりシステムメインリレー４３によりバッテリ３６を緊急遮断したときの低圧側コンデンサ４６や高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電する際の動作について説明する。図２は、緊急遮断時に高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電するために実施例の電子制御ユニット５０により実行される緊急遮断時高圧側制御ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図３は、緊急遮断時に低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を放電するために実施例の電子制御ユニット５０により実行される緊急遮断時低圧側制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図２のルーチンと図３のルーチンは、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときに、同時に並行して電子制御ユニット５０により実行される。以下、順に説明する。
【００２０】
緊急遮断時高圧側制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、インバータ３４の各相の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６をオンとし（ステップＳ１００）、モータ３２の回転数Ｎｍを入力すると共に入力した回転数Ｎｍが値０となるのを待つ（ステップＳ１１０，Ｓ１２０）。モータ３２の回転数Ｎｍが値０となると、インバータ３４の上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングを開始し（ステップＳ１３０）、電圧センサ４８ａからの高圧側コンデンサ４８の電圧ＶＨを入力すると共に電圧ＶＨが値０となるのを待って（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）、高圧側コンデンサ４８の電圧ＶＨが値０となったときにインバータ３４の上アームおよび下アームのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のすべてをオフとして（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。
【００２１】
インバータ３４の各相の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６をオンとした状態でインバータ３４の上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングしているときの電流の流れる様子を図４に示す。図示するように、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷は、上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングにより、高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１１，Ｔ１４を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１２，Ｔ１５を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１３，Ｔ１６を経由する閉回路にそれぞれ流れ、この電荷の放電による電力は各閉回路におけるトランジスタＴ１１，Ｔ１４，トランジスタＴ１２，Ｔ１５，トランジスタＴ１３，Ｔ１６で損失として消費される。
【００２２】
緊急遮断時低圧側制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ４０の上アームのトランジスタＴ３１をオフとし（ステップＳ２００）、昇圧コンバータ４０の下アームのトランジスタＴ３２のスイッチングを開始し（ステップＳ２１０）、電圧センサ４６ａからの低圧側コンデンサ４６の電圧ＶＬを入力すると共に電圧ＶＬが値０となるのを待って(ステップＳ２２０，Ｓ２３０）、低圧側コンデンサ４６の電圧ＶＬが値０となったときに昇圧コンバータ４０の下アームのトランジスタＴ３２をオフとして（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。
【００２３】
昇圧コンバータ４０の上アームのトランジスタＴ３１をオフとした状態で昇圧コンバータ４０の下アームのトランジスタＴ３２のスイッチングしているときの電流の流れる様子を図５に示す。図示するように、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷は、下アームのトランジスタＴ３２のスイッチングにより、低圧側コンデンサ４６，リアクトルＬ，トランジスタＴ３２を経由する閉回路に流れ、この電荷の放電による電力は閉回路におけるトランジスタＴ３２で損失として消費される。
【００２４】
図６は、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときのモータ３２の回転数Ｎｍと、実施例および比較例における高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電している際のインバータ３４のゲート電圧や高圧側電圧ＶＨ等および低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を放電している際の昇圧コンバータ４０のゲート電圧や低圧側電圧ＶＬ等の時間変化の一例を示す説明図である。比較例としては、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときには、モータ３２の回転数Ｎｍが値０となるのを待ってインバータ３４の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６をオンとした状態で上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３をスイッチングすることにより高圧側コンデンサ４８の電荷の放電による電力をインバータ３４で消費し、高圧側コンデンサ４８の電圧ＶＨが低圧側コンデンサ４６の電圧ＶＬに等しくなったときに、トランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３をスイッチングを継続しながら昇圧コンバータ４０の上アームのトランジスタＴ３１をオフとした状態で下アームのとトランジスタ３２をスイッチングして低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を高圧側に放電し、この放電による電力は高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力と共にインバータ３４によって消費されるものを想定した。比較例における低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電しているときの電流の流れる様子の一例を図７に示す。図示するように、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷も高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷もその放電による電力はインバータ３４によって消費される。
【００２５】
実施例の電源装置２０では、図６に示すように、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断された時間Ｔ１に図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンと図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンとが同時に実行され、高圧側ではインバータ３４の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６がオフとされ、低圧側では昇圧コンバータ４０の上アームのトランジスタＴ３１がオフとされた状態で下アームのトランジスタＴ３２のスイッチングが開始される。低圧側では、こうした下アームのトランジスタＴ３２のスイッチングにより、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷は低圧側コンデンサ４６，リアクトルＬ，トランジスタＴ３２を経由する閉回路に流れ、その電力はリアクトルＬやトランジスタＴ３２の損失によって消費される。そして、低圧側電圧ＶＬが値０に至った時間Ｔ２に、低圧側では昇圧コンバータ４０の下アームのトランジスタＴ３２をオフとして低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷の放電を終了する。高圧側では、モータ３２の回転数Ｎｍが値０となる時間Ｔ３にインバータ３４の上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングを開始し、上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングにより、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷は、高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１１，Ｔ１４を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１２，Ｔ１５を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１３，Ｔ１６を経由する閉回路にそれぞれ流れ、その電力はトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の損失によって消費される。そして、高圧側電圧ＶＨが値０に至った時間Ｔ５に、インバータ３４の上下アームのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をオフとして高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電を終了する。
【００２６】
一方、比較例では、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断された時間Ｔ１に、高圧側ではインバータ３４の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６がオフとされ、低圧側では昇圧コンバータ４０の上下アームのトランジスタＴ３１，Ｔ３２がオフとされ、この状態でモータ３２の回転数Ｎｍが値０となるのを待つ。モータＭＧ２の回転数Ｎｍが値０となる時間Ｔ３に、高圧側では、モータ３２の回転数Ｎｍが値０となる時間Ｔ３にインバータ３４の上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングを開始し、上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングにより、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力をトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の損失によって消費する。高圧側のインバータ３４のスイッチングにより高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力をインバータ３４で消費している最中に高圧側電圧ＶＨが低下して低圧側電圧ＶＬに一致する時間Ｔ４では、昇圧コンバータ４０の上アームであるトランジスタＴ３１をオンとして低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷が高圧側に放電し、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷とが共にインバータ３４に放電され、その放電による電力はインバータ３４により消費される。そして、低圧側電圧ＶＬと高圧側電圧ＶＨとが共に値０に至った時間Ｔ６にインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のすべてをオフとして低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電を終了する。
【００２７】
比較例では、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷の放電は、高圧側電圧ＶＨが低下して低圧側電圧ＶＬに一致する時間Ｔ４から開始され、この時間Ｔ４から低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷とが共にインバータ３４に放電されるため、放電が完了する時間が実施例の時間Ｔ５に比して時間Ｔ６と遅くなる。即ち、実施例は、比較例に比して迅速に低圧側コンデンサ４６や高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電することができるのである。また、比較例では、低圧側コンデンサ４６と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力のすべてをインバータ３４で消費するが、実施例では、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷の放電による電力は昇圧コンバータ４０で消費し、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力はインバータ３４で消費するため、比較例に比して、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の過熱を抑制することができる。
【００２８】
以上説明した実施例の電源装置２０によれば、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときに図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンと図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンとが同時に実行して、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷の放電による電力は昇圧コンバータ４０で消費し、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力はインバータ３４で消費することにより、迅速に低圧側コンデンサ４６と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電することができると共に、低圧側コンデンサ４６と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力のすべてをインバータ３４で消費する比較例に比して、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の過熱を抑制することができる。
【００２９】
実施例の電源装置２０では、走行用の動力を出力する三相交流モータ３２と共に車両に搭載されるものとしたが、車両に搭載されるものに限定されるものではなく、車両以外の駆動装置に組み込まれるものとしても構わない。
【００３０】
実施例の電源装置２０では、インバータ３４の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６がオフとした状態で上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングすることにより、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を、高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１１，Ｔ１４を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１２，Ｔ１５を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１３，Ｔ１６を経由する閉回路にそれぞれ流し、その電力をトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の損失によって消費するものとしたが、モータ３２にｄ軸電流だけが流れるようインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチングすることにより、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を、インバータ３４とモータ３２に流し、その電力をインバータ３４やモータ３２の損失によって消費するものとしてもよい。
【００３１】
実施例の電源装置２０では、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときには電子制御ユニット５０により図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンと図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンとを同時に平行して実行するものとしたが、図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンの実行を開始した後に、ある程度の時間が経過した後に図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンの実行を開始するものとしてもよい。
【００３２】
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３６が「バッテリ」に相当し、モータ３２が「三相交流電動機」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、トランジスタＴ３１，Ｔ３２とリアクトルＬとにより構成された昇圧コンバータ４０が「昇圧コンバータ」に相当し、高圧側コンデンサ４８が「高圧側コンデンサ」に相当し、システムメインリレー４３が「システムメインリレー」に相当し、低圧側コンデンサ４６が「低圧側コンデンサ」に相当する。そして、図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンによる制御が「第１放電制御」に相当し、図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンによる制御が「第２放電制御」に相当し、図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンと図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンとを実行する電子制御ユニット５０が「緊急遮断時制御手段」に相当する。
【００３３】
なお、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は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載し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。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明について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り、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３４】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、電源装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
２０ 電源装置、３２ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３３ｕ，３３ｖ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、４０ 昇圧コンバータ、４２ 低圧側電力ライン、４３ システムメインリレー、４３ａ 正極側リレー、４３ｂ 負極側リレー、４４ 高圧側電力ライン、４６ 低圧側コンデンサ、４６ａ 電圧センサ、４８ 高圧側コンデンサ、４８ａ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関し、詳しくは、バッテリと、インバータと、バッテリとインバータとの間に設けられた昇圧コンバータと、インバータの正極母線と負極母線とに接続された平滑コンデンサと、バッテリを遮断するシステムメインリレーと、昇圧コンバータよりバッテリ側の電力ラインに取り付けられたフィルタコンデンサと、を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電源装置としては、二つのバッテリと、モータの駆動回路としてのインバータと、上アームと下アームとの二つのスイッチング素子により構成され二つのバッテリとインバータとに接続された昇圧コンバータと、二つのバッテリを各々遮断する二つのシステムメインリレーと、インバータに取り付けられた平滑コンデンサと、昇圧コンデンサのバッテリ側に取り付けられたコンデンサと、を備える装置において、二つのバッテリの一方との接続から他方への接続に切り替えるときには、双方のシステムメインリレーをオフとし、昇圧コンバータの上アームをオフとした状態で下アームをスイッチングすることにより、コンデンサの電荷をインバータ側に放電し、その後、接続するバッテリ側のシステムメインリレーをオンとするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、バッテリと、走行用モータの駆動回路としてのインバータと、バッテリからの直流電力を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータと、インバータ側に取り付けられた高圧側コンデンサと、高圧側コンデンサと並列に接続された放電抵抗と、を備え、高圧側の電圧センサからの信号に異常が生じたときには、昇圧コンバータを停止すると共に、高圧側電圧を低圧側電圧まで直線的に低下させ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】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−００４６６８号公報
【特許文献２】特開２００９−２６１１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
緊急時の対応としてバッテリを緊急遮断したときには、昇圧コンバータの高圧側および低圧側に接続された機器が予期しない駆動を生じさせない等の要請からコンデンサに蓄えられている電荷を放電する必要がある。この場合、上述の前者の装置では、低圧側のコンデンサの電荷をインバータ側に放電するために、高圧側電圧が低圧側電圧以下となる必要がある。したがって、上述の後者の装置のように、高圧側電圧を低圧側電圧まで低下させ、その後、高圧側のコンデンサの放電と共に低圧側のコンデンサの電荷を高電圧側に放電するものとなる。後者の装置では放電抵抗を備えるため、高圧側のコンデンサの電荷は放電抵抗によって熱として消費されるが、放電抵抗を備えていないものでは、インバータのスイッチングロスやモータでのロスにより熱として消費することも考えられる。例えば、インバータが備えるスイッチング素子における下アームをオンとした状態で上アームをスイッチングすることにより高圧側のコンデンサの電荷をインバータで消費し、高圧側のコンデンサの電荷を放電している最中に高圧側電圧が低圧側電圧相当に至ったときに昇圧コンバータの上アームをオフとした状態で下アームをスイッチングして低圧側のコンデンサの電荷をインバータ側に放電し、高圧側のコンデンサの電荷と共にインバータによって消費することが考えられる。また、低圧側のコンデンサの電荷をインバータ側に放電する手法としては、昇圧コンバータの下アームをオフの状態で上アームをオンとすることによっても行なうことができる。
【０００６】
上述のように、バッテリを緊急遮断したときに高圧側のコンデンサからの放電による電力をインバータで消費し、その際中に高圧側電圧が低圧側電圧相当に至ったときに低圧側のコンデンサの電荷をインバータ側に放電して高圧側のコンデンサからの放電による電力も低圧側のコンデンサからの放電による電力もインバータで消費するものは、高圧側電圧が低圧側電圧相当に至った以降に低圧側のコンデンサの放電を開始するため、高圧側のコンデンサと低圧側のコンデンサの電荷のすべてを放電するのに時間を要してしまう。また、高圧側のコンデンサからの放電による電力も低圧側のコンデンサからの放電による電力もインバータで消費するため、インバータが過熱する場合も生じる。
【０００７】
本発明の電源装置は、高圧側のコンデンサおよび低圧側のコンデンサの放電を迅速に行なうと共にインバータの過熱を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電源装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００９】
本発明の電源装置は、
バッテリと、複数のスイッチング素子を有し直流電力を交流電力に変換して三相交流電動機に供給するインバータと、前記バッテリが接続される低圧側電力ラインの直流電力を昇圧して前記インバータが接続される高圧側電力ラインに供給するコンバータであって前記高圧側電力ライン間に上アームと下アームとからなる直列配置の二つのスイッチング素子と前記二つのスイッチング素子の中間点と前記低圧側電力ラインにおける正極側のラインとの間に取り付けられたリアクトルとを有する昇圧コンバータと、前記高圧側電力ラインに取り付けられた高圧側コンデンサと、前記低圧側電力ラインに取り付けられ前記バッテリを遮断するシステムメインリレーと、前記低圧側電力ラインの前記システムメインリレーより前記昇圧コンバータ側に取り付けられた低圧側コンデンサと、を備える電源装置であって、
前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断時には、前記インバータのスイッチング素子をスイッチングすることにより前記高圧側コンデンサからの放電による電力を前記インバータおよび／または前記三相交流電動機で消費する第１放電制御と、前記昇圧コンバータの上アームをオフとすると共に下アームをスイッチングすることにより前記低圧側コンデンサからの放電による電力を前記昇圧コンバータで消費する第２放電制御と、を独立に実行する緊急遮断時制御手段を備える、
ことを特徴とする。
【００１０】
この本発明の電源装置では、システムメインリレーによるバッテリの緊急遮断時には、インバータのスイッチング素子をスイッチングすることにより高圧側コンデンサからの放電による電力をインバータや三相交流電動機で消費する第１放電制御と、昇圧コンバータの上アームをオフとすると共に下アームをスイッチングすることにより低圧側コンデンサからの放電による電力を昇圧コンバータで消費する第２放電制御と、を独立に実行する。ここで、第１放電制御では、インバータの各相の下アームをオンのオンの状態とすると共にインバータの各相の上アームをスイッチングすることにより、高圧側コンデンサ，インバータの上アーム，インバータの下アームを経由する閉回路を形成し、インバータのスイッチング素子における損失により高圧側コンデンサからの放電による電力を消費し、三相交流電動機にｄ軸電流だけが流れるようにインバータをスイッチング制御することにより、高圧側コンデンサ，インバータ，三相交流電動機を経由する閉回路を形成し、三相交流電動機の損失により高電圧コンデンサからの放電による電力を消費する。第２放電制御では、昇圧コンバータの上アームをオフとした状態で下アームをスイッチングすることにより、低圧側コンデンサ，昇圧コンバータのリアクトル，昇圧コンバータの下アームを経由する閉回路を形成し、昇圧コンバータのリアクトルや下アームの損失により低圧側コンデンサからの放電による電力を消費する。このように、第１放電制御による高圧側コンデンサからの放電による電力の消費と第２放電制御による低圧側コンデンサからの放電による電力の消費とは異なる閉回路を形成して行なわれるから、第１放電制御と第２放電制御とを独立に実行することができる。「独立に」とは、「個別に」や「一方が他方に従属することなく」の意味であり、第１放電制御と第２放電制御との関係とすれば、第１放電制御の実行と第２放電制御の実行とを個別に一方が他方に従属することなく行なうことができることを意味している。これらのことから、本発明の電源装置では、高圧側電力ラインの電圧が低圧側電力ラインの電圧相当に至ったときに低圧側コンデンサの放電を開始するものに比して、高圧側コンデンサおよび低圧側コンデンサの放電を迅速に行なうことができる。また、第２放電制御では低圧側コンデンサからの放電による電力は昇圧コンバータによって消費するから、高圧側コンデンサからの放電による電力も低圧側コンデンサからの放電による電力もインバータで消費するものに比して、インバータの過熱を抑制することができる。
【００１１】
こうした本発明の電源装置において、前記緊急遮断時制御手段は、前記第１放電制御については前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断後であって前記三相交流電動機が略停止した以降に実行し、前記第２放電制御については前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断の直後に実行する手段である、ものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例としての電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】電子制御ユニット５０により実行される緊急遮断時高圧側制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】電子制御ユニット５０により実行される緊急遮断時低圧側制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電しているときの電流の流れる様子の一例を示す説明図である。
【図５】低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を放電しているときの電流の流れる様子の一例を示す説明図である。
【図６】緊急遮断時のモータ３２の回転数Ｎｍや実施例および比較例における高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電している際のインバータ３４のゲート電圧や高圧側電圧ＶＨ等および低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を放電している際の昇圧コンバータ４０のゲート電圧や低圧側電圧ＶＬ等の時間変化の一例を示す説明図である。
【図７】比較例における低圧側コンデンサ４６と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電しているときの電流の流れる様子の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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】
【００１４】
図１は本発明の一実施例としての電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電源装置２０は、図示するように、例えば同期発電電動機として構成されて車両の走行用の動力を出力する三相交流モータ３２と共に車両に搭載され、モータ３２を駆動するためのインバータ３４と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ３６と、インバータ３４が接続された電力ライン（以下、高圧側電力ラインという）４４とバッテリ３６が接続された電力ライン（以下、低圧側電力ラインという）４２とに接続されて高圧側電力ライン４４の電圧ＶＨを低圧側電力ライン４２の電圧ＶＬ以上かつ最大許容電圧ＶＨｍａｘ以下の範囲内で調節すると共に高圧側電力ライン４４と低圧側電力ライン４２との間で電力のやりとりを行なう昇圧コンバータ４０と、バッテリ３６を遮断するための低圧側電力ライン４２に取り付けられたシステムメインリレー（ＳＭＲ）４３と、低圧側電力ライン４２のシステムメインリレー４３と昇圧コンバータ４０との間に取り付けられて低圧側の電圧を平滑する低圧側コンデンサ４６と、高圧側電力ライン４４に取り付けられて高圧側の電圧を平滑する高圧側コンデンサ４８と、電源装置２０全体をコントロールすると共にモータ３２を駆動制御する電子制御ユニット５０と、を備える。
【００１５】
インバータ３４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、高圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用している状態でトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合を制御することにより、三相コイルに回転磁界を形成でき、モータ３２を回転駆動することができる。
【００１６】
昇圧コンバータ４０は、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれ高圧側電力ライン４４の正極母線と高圧側電力ライン４４および低圧側電力ライン４２の負極母線とに接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと高圧側電力ライン４４および低圧側電力ライン４２の負極母線とにはそれぞれバッテリ３６の正極端子と負極端子とが接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフ制御することにより、低圧側電力ライン４２の電力を昇圧して高圧側電力ライン４４に供給したり、高圧側電力ライン４４の電力を降圧して低圧側電力ライン４２に供給したりすることができる。
【００１７】
システムメインリレー４３は、図２に示すように、低圧側電力ライン４２の正極側ラインに取り付けられた正極側リレー４３ａと、低圧側電力ライン４２の負極側ラインに取り付けられた負極側リレー４３ｂとにより構成されている。
【００１８】
電子制御ユニット５０は、図示しないＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、図示しないが、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭと、データを一時的に記憶するＲＡＭと、図示しない入出力ポートと、を備える。電子制御ユニット５０には、モータ３２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２のロータの回転位置や、モータ３２とインバータ３４との接続ライン（電力ライン）に取り付けられた電流センサ３３ｕ，３３ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，バッテリ３６の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ３６の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ３６に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度，低圧側コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからの低圧側コンデンサ４６の電圧（低圧側電力ライン４２の電圧）ＶＬや高圧側コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからの高圧側コンデンサ４８の電圧（高圧側電力ライン４４の電圧）ＶＨ，その他、車両の駆動制御に必要な信号、例えば、イグニッションスイッチからのイグニッション信号やシフトレバーの操作位置を検出するセンサからの信号，アクセルペダルの踏み込み量を検出するセンサからの信号，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するセンサからの信号，車速センサからの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号，システムメインリレー４３への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２のロータの回転位置に基づいてモータ３２の回転数Ｎｍも演算している。
【００１９】
次に、こうして構成された実施例の電源装置２０の動作、特に衝突などによりシステムメインリレー４３によりバッテリ３６を緊急遮断したときの低圧側コンデンサ４６や高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電する際の動作について説明する。図２は、緊急遮断時に高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電するために実施例の電子制御ユニット５０により実行される緊急遮断時高圧側制御ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図３は、緊急遮断時に低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を放電するために実施例の電子制御ユニット５０により実行される緊急遮断時低圧側制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図２のルーチンと図３のルーチンは、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときに、同時に並行して電子制御ユニット５０により実行される。以下、順に説明する。
【００２０】
緊急遮断時高圧側制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、インバータ３４の各相の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６をオンとし（ステップＳ１００）、モータ３２の回転数Ｎｍを入力すると共に入力した回転数Ｎｍが値０となるのを待つ（ステップＳ１１０，Ｓ１２０）。モータ３２の回転数Ｎｍが値０となると、インバータ３４の上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングを開始し（ステップＳ１３０）、電圧センサ４８ａからの高圧側コンデンサ４８の電圧ＶＨを入力すると共に電圧ＶＨが値０となるのを待って（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）、高圧側コンデンサ４８の電圧ＶＨが値０となったときにインバータ３４の上アームおよび下アームのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のすべてをオフとして（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。
【００２１】
インバータ３４の各相の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６をオンとした状態でインバータ３４の上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングしているときの電流の流れる様子を図４に示す。図示するように、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷は、上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングにより、高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１１，Ｔ１４を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１２，Ｔ１５を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１３，Ｔ１６を経由する閉回路にそれぞれ流れ、この電荷の放電による電力は各閉回路におけるトランジスタＴ１１，Ｔ１４，トランジスタＴ１２，Ｔ１５，トランジスタＴ１３，Ｔ１６で損失として消費される。
【００２２】
緊急遮断時低圧側制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ４０の上アームのトランジスタＴ３１をオフとし（ステップＳ２００）、昇圧コンバータ４０の下アームのトランジスタＴ３２のスイッチングを開始し（ステップＳ２１０）、電圧センサ４６ａからの低圧側コンデンサ４６の電圧ＶＬを入力すると共に電圧ＶＬが値０となるのを待って(ステップＳ２２０，Ｓ２３０）、低圧側コンデンサ４６の電圧ＶＬが値０となったときに昇圧コンバータ４０の下アームのトランジスタＴ３２をオフとして（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。
【００２３】
昇圧コンバータ４０の上アームのトランジスタＴ３１をオフとした状態で昇圧コンバータ４０の下アームのトランジスタＴ３２のスイッチングしているときの電流の流れる様子を図５に示す。図示するように、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷は、下アームのトランジスタＴ３２のスイッチングにより、低圧側コンデンサ４６，リアクトルＬ，トランジスタＴ３２を経由する閉回路に流れ、この電荷の放電による電力は閉回路におけるトランジスタＴ３２で損失として消費される。
【００２４】
図６は、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときのモータ３２の回転数Ｎｍと、実施例および比較例における高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電している際のインバータ３４のゲート電圧や高圧側電圧ＶＨ等および低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を放電している際の昇圧コンバータ４０のゲート電圧や低圧側電圧ＶＬ等の時間変化の一例を示す説明図である。比較例としては、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときには、モータ３２の回転数Ｎｍが値０となるのを待ってインバータ３４の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６をオンとした状態で上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３をスイッチングすることにより高圧側コンデンサ４８の電荷の放電による電力をインバータ３４で消費し、高圧側コンデンサ４８の電圧ＶＨが低圧側コンデンサ４６の電圧ＶＬに等しくなったときに、トランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３をスイッチングを継続しながら昇圧コンバータ４０の上アームのトランジスタＴ３１をオフとした状態で下アームのとトランジスタ３２をスイッチングして低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷を高圧側に放電し、この放電による電力は高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力と共にインバータ３４によって消費されるものを想定した。比較例における低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電しているときの電流の流れる様子の一例を図７に示す。図示するように、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷も高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷もその放電による電力はインバータ３４によって消費される。
【００２５】
実施例の電源装置２０では、図６に示すように、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断された時間Ｔ１に図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンと図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンとが同時に実行され、高圧側ではインバータ３４の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６がオフとされ、低圧側では昇圧コンバータ４０の上アームのトランジスタＴ３１がオフとされた状態で下アームのトランジスタＴ３２のスイッチングが開始される。低圧側では、こうした下アームのトランジスタＴ３２のスイッチングにより、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷は低圧側コンデンサ４６，リアクトルＬ，トランジスタＴ３２を経由する閉回路に流れ、その電力はリアクトルＬやトランジスタＴ３２の損失によって消費される。そして、低圧側電圧ＶＬが値０に至った時間Ｔ２に、低圧側では昇圧コンバータ４０の下アームのトランジスタＴ３２をオフとして低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷の放電を終了する。高圧側では、モータ３２の回転数Ｎｍが値０となる時間Ｔ３にインバータ３４の上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングを開始し、上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングにより、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷は、高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１１，Ｔ１４を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１２，Ｔ１５を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１３，Ｔ１６を経由する閉回路にそれぞれ流れ、その電力はトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の損失によって消費される。そして、高圧側電圧ＶＨが値０に至った時間Ｔ５に、インバータ３４の上下アームのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をオフとして高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電を終了する。
【００２６】
一方、比較例では、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断された時間Ｔ１に、高圧側ではインバータ３４の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６がオフとされ、低圧側では昇圧コンバータ４０の上下アームのトランジスタＴ３１，Ｔ３２がオフとされ、この状態でモータ３２の回転数Ｎｍが値０となるのを待つ。モータＭＧ２の回転数Ｎｍが値０となる時間Ｔ３に、高圧側では、モータ３２の回転数Ｎｍが値０となる時間Ｔ３にインバータ３４の上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングを開始し、上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングにより、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力をトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の損失によって消費する。高圧側のインバータ３４のスイッチングにより高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力をインバータ３４で消費している最中に高圧側電圧ＶＨが低下して低圧側電圧ＶＬに一致する時間Ｔ４では、昇圧コンバータ４０の上アームであるトランジスタＴ３１をオンとして低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷が高圧側に放電し、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷とが共にインバータ３４に放電され、その放電による電力はインバータ３４により消費される。そして、低圧側電圧ＶＬと高圧側電圧ＶＨとが共に値０に至った時間Ｔ６にインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のすべてをオフとして低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電を終了する。
【００２７】
比較例では、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷の放電は、高圧側電圧ＶＨが低下して低圧側電圧ＶＬに一致する時間Ｔ４から開始され、この時間Ｔ４から低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷とが共にインバータ３４に放電されるため、放電が完了する時間が実施例の時間Ｔ５に比して時間Ｔ６と遅くなる。即ち、実施例は、比較例に比して迅速に低圧側コンデンサ４６や高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電することができるのである。また、比較例では、低圧側コンデンサ４６と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力のすべてをインバータ３４で消費するが、実施例では、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷の放電による電力は昇圧コンバータ４０で消費し、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力はインバータ３４で消費するため、比較例に比して、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の過熱を抑制することができる。
【００２８】
以上説明した実施例の電源装置２０によれば、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときに図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンと図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンとが同時に実行して、低圧側コンデンサ４６に蓄えられた電荷の放電による電力は昇圧コンバータ４０で消費し、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力はインバータ３４で消費することにより、迅速に低圧側コンデンサ４６と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電することができると共に、低圧側コンデンサ４６と高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷の放電による電力のすべてをインバータ３４で消費する比較例に比して、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の過熱を抑制することができる。
【００２９】
実施例の電源装置２０では、走行用の動力を出力する三相交流モータ３２と共に車両に搭載されるものとしたが、車両に搭載されるものに限定されるものではなく、車両以外の駆動装置に組み込まれるものとしても構わない。
【００３０】
実施例の電源装置２０では、インバータ３４の下アームのトランジスタＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６がオフとした状態で上アームのトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３のスイッチングすることにより、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を、高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１１，Ｔ１４を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１２，Ｔ１５を経由する閉回路，高圧側コンデンサ４８，トランジスタＴ１３，Ｔ１６を経由する閉回路にそれぞれ流し、その電力をトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の損失によって消費するものとしたが、モータ３２にｄ軸電流だけが流れるようインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチングすることにより、高圧側コンデンサ４８に蓄えられた電荷を、インバータ３４とモータ３２に流し、その電力をインバータ３４やモータ３２の損失によって消費するものとしてもよい。
【００３１】
実施例の電源装置２０では、システムメインリレー４３によりバッテリ３６が緊急遮断されたときには電子制御ユニット５０により図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンと図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンとを同時に平行して実行するものとしたが、図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンの実行を開始した後に、ある程度の時間が経過した後に図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンの実行を開始するものとしてもよい。
【００３２】
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３６が「バッテリ」に相当し、モータ３２が「三相交流電動機」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、トランジスタＴ３１，Ｔ３２とリアクトルＬとにより構成された昇圧コンバータ４０が「昇圧コンバータ」に相当し、高圧側コンデンサ４８が「高圧側コンデンサ」に相当し、システムメインリレー４３が「システムメインリレー」に相当し、低圧側コンデンサ４６が「低圧側コンデンサ」に相当する。そして、図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンによる制御が「第１放電制御」に相当し、図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンによる制御が「第２放電制御」に相当し、図２の緊急遮断時高圧側制御ルーチンと図３の緊急遮断時低圧側制御ルーチンとを実行する電子制御ユニット５０が「緊急遮断時制御手段」に相当する。
【００３３】
なお、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は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載し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。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明について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り、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３４】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、電源装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
２０ 電源装置、３２ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３３ｕ，３３ｖ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、４０ 昇圧コンバータ、４２ 低圧側電力ライン、４３ システムメインリレー、４３ａ 正極側リレー、４３ｂ 負極側リレー、４４ 高圧側電力ライン、４６ 低圧側コンデンサ、４６ａ 電圧センサ、４８ 高圧側コンデンサ、４８ａ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、複数のスイッチング素子を有し直流電力を交流電力に変換して三相交流電動機に供給するインバータと、前記バッテリが接続される低圧側電力ラインの直流電力を昇圧して前記インバータが接続される高圧側電力ラインに供給するコンバータであって前記高圧側電力ライン間に上アームと下アームとからなる直列配置の二つのスイッチング素子と前記二つのスイッチング素子の中間点と前記低圧側電力ラインにおける正極側のラインとの間に取り付けられたリアクトルとを有する昇圧コンバータと、前記高圧側電力ラインに取り付けられた高圧側コンデンサと、前記低圧側電力ラインに取り付けられ前記バッテリを遮断するシステムメインリレーと、前記低圧側電力ラインの前記システムメインリレーより前記昇圧コンバータ側に取り付けられた低圧側コンデンサと、を備える電源装置であって、
前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断時には、前記インバータのスイッチング素子をスイッチングすることにより前記高圧側コンデンサからの放電による電力を前記インバータおよび／または前記三相交流電動機で消費する第１放電制御と、前記昇圧コンバータの上アームをオフとすると共に下アームをスイッチングすることにより前記低圧側コンデンサからの放電による電力を前記昇圧コンバータで消費する第２放電制御と、を独立に実行する緊急遮断時制御手段を備える、
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置であって、
前記緊急遮断時制御手段は、前記第１放電制御については前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断後であって前記三相交流電動機が略停止した以降に実行し、前記第２放電制御については前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断の直後に実行する手段である、
電源装置。
【請求項１】
バッテリと、複数のスイッチング素子を有し直流電力を交流電力に変換して三相交流電動機に供給するインバータと、前記バッテリが接続される低圧側電力ラインの直流電力を昇圧して前記インバータが接続される高圧側電力ラインに供給するコンバータであって前記高圧側電力ライン間に上アームと下アームとからなる直列配置の二つのスイッチング素子と前記二つのスイッチング素子の中間点と前記低圧側電力ラインにおける正極側のラインとの間に取り付けられたリアクトルとを有する昇圧コンバータと、前記高圧側電力ラインに取り付けられた高圧側コンデンサと、前記低圧側電力ラインに取り付けられ前記バッテリを遮断するシステムメインリレーと、前記低圧側電力ラインの前記システムメインリレーより前記昇圧コンバータ側に取り付けられた低圧側コンデンサと、を備える電源装置であって、
前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断時には、前記インバータのスイッチング素子をスイッチングすることにより前記高圧側コンデンサからの放電による電力を前記インバータおよび／または前記三相交流電動機で消費する第１放電制御と、前記昇圧コンバータの上アームをオフとすると共に下アームをスイッチングすることにより前記低圧側コンデンサからの放電による電力を前記昇圧コンバータで消費する第２放電制御と、を独立に実行する緊急遮断時制御手段を備える、
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置であって、
前記緊急遮断時制御手段は、前記第１放電制御については前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断後であって前記三相交流電動機が略停止した以降に実行し、前記第２放電制御については前記システムメインリレーによる前記バッテリの緊急遮断の直後に実行する手段である、
電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７４７０９（Ｐ２０１３−７４７０９Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１１６７７（Ｐ２０１１−２１１６７７）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【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２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【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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