JP2006166495A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電エネルギを低減することにより燃費が向上するインバータ制御装置を提供する。
【解決手段】直流電力と交流電力を相互に変換するインバータ７の直流電力側に並列に接続された、直流電力を安定させることを目的とする平滑コンデンサ６と、インバータ７が搭載された車両のシステムがオフしてから所定時間が経過するまでに、平滑コンデンサ６の電圧が零でない所定電圧になるまで平滑コンデンサ６に蓄電されている電力を放電する放電制御部２４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はインバータ制御装置に関し、特に、インバータの直流電圧を安定させる平滑コンデンサの充放電を制御するインバータ制御装置に関する。

従来より、車両システムをオフする際に、インバータ内のコンデンサに蓄電された電力を規定時間内に電圧が零になるまで放電させて作業安全性を確保する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−９６９４５号公報

市場での車両の使い方として、例えば路線バスのように、停留所や信号待ち時に車両システムをオフすることもある。この場合、停留所や信号待ちの度にコンデンサの充放電を繰り返し行うため、コンデンサやコンデンサをプリチャージする際に使用するリレーの寿命を低下させてしまう。更に、放電した電力分を車両の走行に使えなくなるため、燃費が低下してしまう。

本発明の特徴は、直流電力と交流電力を相互に変換するインバータの直流電力側に並列に接続された、直流電力を安定させることを目的とする平滑コンデンサと、インバータが搭載された車両のシステムがオフしてから所定時間が経過するまでに、平滑コンデンサの電圧が零でない所定電圧になるまで平滑コンデンサに蓄電されている電力を放電する放電制御部とを備えるインバータ制御装置であることを要旨とする。

本発明によれば、放電エネルギを低減することにより燃費が向上するインバータ制御装置を提供することが出来る。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係わるインバータ制御装置を含む車両駆動システムは、車両の動力源となる駆動用モータ１４と、駆動用モータ１４へ電力源となる直流電力を蓄電するバッテリ１３と、バッテリ１３の直流電力を交流電力へ変換して駆動用モータ１４へ供給するインバータ７と、インバータ７の上記動作を制御する第１の実施の形態に係わるインバータ制御装置とを備える。

本発明の第１の実施の形態に係わるインバータ制御装置は、インバータ７の直流電力側に並列に接続された平滑コンデンサ６と、インバータ７が搭載された車両のシステムがオフしてから所定時間が経過するまでに、平滑コンデンサ６の電圧が零でない所定電圧になるまで平滑コンデンサ６に蓄電されている電力を放電する放電制御部２４と、所定時間内に車両のシステムを再起動する場合であって、バッテリ１３の電圧と平滑コンデンサ６の電圧との差が所定差よりも大きい場合に限り、バッテリ１３に蓄電された電力を用いて平滑コンデンサ６を充電する充電制御部２５と、バッテリ１３のエネルギを用いて平滑コンデンサ６を充電する際にオンされる充電スイッチ２と、システム起動中にバッテリ１３のエネルギを平滑コンデンサ６以降の段に通電させる際にオンされるプラス側スイッチ３及びＧＮＤ側スイッチ４と、充電スイッチ２をオンした際に突入電流を回避してシステムメインリレーの溶着を防止するプリチャージ抵抗５と、システムメインリレーよりも駆動用モータ１４側の直流電圧を測定するシステム電圧モニタ８と、バッテリ１３の直流電圧を測定するバッテリ電圧モニタ９とを備える。

ここで、「所定電圧」とは、作業者が平滑コンデンサ６の高圧部分に触れても問題がない電圧値を示す。「高圧部分」とは、車両のシステムがオフされ、即ちシステムメインリレーがオフされてバッテリ１３から切り離された側の高電圧部分、つまり平滑コンデンサ６の電位が現れる部位を示す。また、「所定時間」とは、車両のシステムがオフしてから作業者が平滑コンデンサ６の高圧部分に触れることが出来る状態になるまでの時間を示す。更に、「所定差」は、車両のシステムを再起動する際にバッテリ１３から平滑コンデンサ６へ流れ込む電流値が許容範囲内となる電位差を示し、バッテリ１３及び平滑コンデンサ６の仕様、特にバッテリ１３及び平滑コンデンサ６の電圧と容量及び温度特性により決定される。

放電制御部２４は、車両に異常が発生した場合及び車両のシステムから強電部分が切り離された場合、つまりＩＬＫ信号１１がオン状態である場合、平滑コンデンサ６の電圧が零になるまで平滑コンデンサ６に蓄電されている電力を完全に放電する。充電制御部２５は、所定時間内に車両のシステムを再起動する場合であっても、バッテリ１３の電圧と平滑コンデンサ６の電圧との差が所定差以下であれば、バッテリ１３に蓄電された電力を用いて平滑コンデンサ６を充電しない。

バッテリ１３は、インバータ７の直流電力側に並列に接続された強電バッテリであり、インバータ７に対して直流電力を供給する。また、駆動用モータ１４が回生制動を行う時には、駆動用モータ１４が発電する交流電力をインバータ７が直流電力へ変換し、バッテリ１３はインバータ７から直流電力を受けて電力を蓄電する。平滑コンデンサ６は、バッテリ１３とインバータ７の中間においてバッテリ１３とインバータ７に対して並列に接続されている。プラス側スイッチ３及びＧＮＤ側スイッチ４は、バッテリ１３と平滑コンデンサ６の間に配置されている。システム電圧モニタ８は、インバータ７と平滑コンデンサ６の間において並列に接続されている。バッテリ電圧モニタ９は、バッテリ１３に対して並列に接続されている。充電スイッチ２及びプリチャージ抵抗５は、互いに直列に接続され、且つバッテリ１３と平滑コンデンサ６の間においてプラス側スイッチ３に対して並列に接続されている。平滑コンデンサ６は、インバータへ供給される直流電力を安定させる機能を有する。

放電制御部２４及び充電制御部２５は、インバータ制御装置を含む車両駆動システム全体を制御するＥＣＵ１内に配置されている。ＥＣＵ１は、車両のシステムが起動（オン）されている時のみ送信されるイグニション（ＩＧＮ）信号１０と、作業者が車両駆動システム内の高電圧システムの作業を行う際若しくは高電圧システムが異常である際に送信されるインターロック（ＩＬＫ）信号１１と、車両に搭載された他のシステムで異常が発生した際に送信されるシステム異常信号１２とを受信する。

ＥＣＵ１は、ＩＧＮ信号１０を受信した後、バッテリ１３の電圧及び平滑コンデンサ６の電圧を検出し、その状態に応じて３つのシステムメインリレーとしての充電スイッチ２、プラス側スイッチ３及びＧＮＤ側スイッチ４とインバータ７とを制御することにより、バッテリ１３の直流電力を交流電力へ変換して駆動用モータ１４へ供給する。

平滑コンデンサ６に蓄電された電力が少ない時に、平滑コンデンサ６はバッテリ１３のエネルギを用いて充電される。充電スイッチ２は、バッテリ１３のエネルギを用いて平滑コンデンサ６を充電する際にのみオンされる。平滑コンデンサ６に蓄電された電力が少ない場合、バッテリ１３から平滑コンデンサ６へ電流密度の高い突入電流が流れてシステムメインリレーが溶着するおそれがあるため、充電スイッチ２に対して直列にプリチャージ抵抗５を接続してこれを回避している。平滑コンデンサ６の充電が完了した後に、プラス側スイッチ３及びＧＮＤ側スイッチ４がオンされてバッテリ１３内の電力が平滑コンデンサ６以降の段に通電される。

システム電圧モニタ８は、システムメインリレーよりも駆動用モータ１４側の直流電圧を測定し、システムメインリレーがオフであり、且つ車両のシステムが正常である時、システム電圧モニタ８の測定値は零となる。バッテリ電圧モニタ９はバッテリ１３の直流電圧を測定し、バッテリ電圧モニタ９の測定値は常時バッテリ１３の電圧値となる。なお、ＥＣＵ１は、システム電圧モニタ８の測定値とバッテリ電圧モニタ９の測定値との差異に基づいて、システムメインリレーの溶着を判断している。

次に、図２を参照して、図１の車両駆動システムのオフ及び再起動時におけるインバータ制御装置の処理手順を説明する。

（イ）先ずＳ１１段階において、操作者（例えば、車両の運転者）がキー操作を行うことにより、ＥＣＵ１の放電制御部２４はＩＧＮ信号１０の受信が停止したこと、即ちイグニッションがオフ状態となったことを検知する。Ｓ１２段階において、放電制御部２４は、車両のシステムが正常であるか否か、或いはＩＬＫ信号１１又はシステム異常信号１２が受信されている否かを判断して、システム全体が正常であることを確認する。ここで、ＩＬＫ信号１１を検出するのは、操作者の意思によらずＩＬＫ信号１１を検出した場合はシステムとして正常でないからである。

（ロ）システム全体が正常でない場合（Ｓ１２段階においてＮＯ）Ｓ２１段階に進み、放電制御部２４は、従来どおりの平滑コンデンサ６の放電処理を行う。即ち、平滑コンデンサ６に蓄電された電力の総てを放電する。一方、システム全体が正常である場合（Ｓ１２段階においてＹＥＳ）Ｓ１３段階に進み、放電制御部２４は、ＩＬＫ信号１１が受信されているか否かに基づいて、車両のシステムをオフした後に作業者が作業する必要があるか否かを判断する。即ち、ＩＬＫ信号１１を検出した場合、作業者が車両駆動システム内の高電圧システムの作業を行う必要があるか、若しくは高電圧システムが異常であると判断する。

（ハ）作業者が作業する必要がない場合（Ｓ１３段階においてＮＯ）Ｓ２１段階に進み、放電制御部２４は、従来どおりの平滑コンデンサ６の放電処理を行う。一方、作業者が作業する必要がある場合（Ｓ１３段階においてＹＥＳ）Ｓ１４段階に進み、放電制御部２４は、平滑コンデンサ６の電力を放電する際の「所定電圧」としての目標放電電圧を設定し、Ｓ１５段階において、平滑コンデンサ６の放電を実行する。

（ニ）Ｓ１６段階において、ＥＣＵ１の充電制御部２５は、平滑コンデンサ６の放電中（Ｓ１８段階）に再びＩＧＮ信号１０を受信しないかどうかを監視する。平滑コンデンサ６の放電を開始してから「所定時間」内に再びＩＧＮ信号１０を受信した場合（Ｓ１６段階においてＹＥＳ）Ｓ１７段階に進み、充電制御部２５は、バッテリ１３の電圧と平滑コンデンサ６の電圧との差が「所定差」αよりも大きいか否か判断する。一方、平滑コンデンサ６の放電中（Ｓ１８段階）にＩＧＮ信号１０を受信しない場合（Ｓ１８段階においてＹＥＳ）、放電制御部２４は、システム電圧モニタ８を用いて平滑コンデンサ６の電圧をモニタしながら平滑コンデンサ６を放電し、平滑コンデンサ６の電圧が「所定電圧」になった時点で放電を完了して本処理は終了する。

（ホ）バッテリ１３の電圧と平滑コンデンサ６の電圧との差が「所定差」α以上である場合（Ｓ１７段階においてＮＯ）、Ｓ２０段階に進み、充電制御部２５は、バッテリ１３に蓄電された電力及びプリチャージ抵抗５を用いて平滑コンデンサ６を充電（プリチャージ）する。バッテリ１３の電圧と平滑コンデンサ６の電圧との差が「所定差」αよりも小さい場合（Ｓ１７段階においてＹＥＳ）、Ｓ１９段階に進み、充電制御部２５は、プリチャージを行わなくともシステムメインリレーが溶着するおそれがないため、平滑コンデンサ６を充電しない。

図３を参照して、図２に示したフローチャートに従った処理手順におけるシステム状態及び従来技術及び本発明の実施の形態での平滑コンデンサの電圧の時間変化を説明する。

ＩＧＮ信号１０の受信が停止されることにより車両システムがオフ状態になったことが検知される。これと同時に、従来技術及び本発明の実施の形態（以後、「従来技術」及び「実施形態」と略す）の平滑コンデンサ６の放電が開始され、平滑コンデンサ６の電圧が低下し始める。平滑コンデンサ６の放電が開始されてから「所定時間」が経過した時に、従来技術及び実施形態の平滑コンデンサ６の電圧は「所定電圧」となる。ここで、「所定時間」とはわが国の法規により規定された時間（法規規定時間）であり、「所定電圧」とは法規規定時間に対応して、わが国の法規により規定された電圧（法規規定電圧）である。従来技術では、「所定時間」が経過した後も平滑コンデンサ６の放電が継続され、平滑コンデンサ６の電圧は「所定電圧」よりも低下して零にまでなる。これに対して、従来技術では、「所定時間」が経過した後は平滑コンデンサ６の放電が停止され、平滑コンデンサ６の電圧は「所定電圧」のまま維持される。したがって、実施形態によれば、従来技術に比べて、「所定電圧」から零（接地電位）までの平滑コンデンサ６に蓄積された電力エネルギＱ（＝Ｃ×Ｖ）を無駄にすることが無い。Ｃは平滑コンデンサ６の容量、Ｖは「所定電圧」を示す。

また、「所定時間」が経過した後にシステムを起動する際に、従来技術では、平滑コンデンサ６を零から起動時の定常電圧値まで充電する必要があるが、実施形態では、平滑コンデンサ６を「所定電圧」から起動時の定常電圧値まで充電すれば足りる。したがって、実施形態で充電に必要な時間は従来技術に比べて短くなり、システム起動時間を短縮することが出来る。

なお、上記の法規によれば、図４に示すように、車両システムがオフされてから起動時の定常電圧値（起動時システム電圧）から徐々に平滑コンデンサ６の電圧が低下していき、車両システムがオフしてから法規規定時間までに平滑コンデンサ６の電圧は法規規定電圧まで低下することにより作業者の安全性を確保することが義務付けられている。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、放電制御部２４が車両のシステムをオフしてから「所定時間」内に平滑コンデンサ６の電圧を零でない「所定電圧」まで放電することにより、平滑コンデンサ６の寿命が向上し、システムの起動時のプリチャージ時間（例えば通常５００ｍｓ程度）を短縮することが出来るため、従来技術に比べてスムースにシステムを立ち上げあることが出来る。また、平滑コンデンサ６の放電エネルギが減少する分、次回始動時に必要な充電エネルギが減少して燃費が向上する。

また、放電制御部２４が、車両に異常が発生した場合及び車両のシステムから強電部分が切り離された場合、つまりＩＬＫ信号１１がオン状態である場合、平滑コンデンサ６の電圧が零になるまで平滑コンデンサ６に蓄電されている電力を完全に放電することにより、作業者が強電設備の作業を行う可能性がある場合には、確実に平滑コンデンサ６を放電することができる。

更に、充電制御部２５が、所定時間内に車両のシステムを再起動する場合であっても、バッテリ１３の電圧と平滑コンデンサ６の電圧との差が所定差以下であれば、平滑コンデンサ６を充電しないことにより、プリチャージ抵抗５によるエネルギ損失及びプリチャージリレー使用頻度が低減して、装置全体の寿命が向上する。

なお、バッテリ１３の電池容量が大きい場合、蓄電エネルギが高いため、電流が流出してもバッテリ１３の電池電圧は低下せず、「所定差」を小さくするためには平滑コンデンサ６の電圧を上げる必要がある。また、車両のシステムがオフしてから直ぐに再起動された場合、バッテリ１３と平滑コンデンサ６の温度差が大きくなる状況は考え難いが、両者は異なる温度特性を有するため、「所定差」を決定する際に両者の温度特性を無視することは出来ない。

（第２の実施の形態）
図５（ａ）に示すように、本発明の第２の実施の形態に係わるインバータ制御装置を含む車両駆動システムは、図１と同様に、車両の動力源となる駆動用モータ１４と、駆動用モータ１４へ電力源となる直流電力を蓄電するバッテリ１３と、バッテリ１３の直流電力を交流電力へ変換して駆動用モータ１４へ供給するインバータ７と、インバータ７の上記動作を制御する第２の実施の形態に係わるインバータ制御装置とを備える。

本発明の第２の実施の形態に係わるインバータ制御装置は、インバータ７の直流電力側に並列に接続された平滑コンデンサ６と、インバータ７が搭載された車両のシステムがオフしてから所定時間が経過するまでに、平滑コンデンサ６の電圧が零でない所定電圧になるまで平滑コンデンサ６に蓄電されている電力を放電する放電制御部２４と、所定時間内に車両のシステムを再起動する場合であって、バッテリ１３の電圧と平滑コンデンサ６の電圧との差が所定差よりも大きい場合に限り、バッテリ１３に蓄電された電力を用いて平滑コンデンサ６を充電する充電制御部２５と、バッテリ１３のエネルギを用いて平滑コンデンサ６を充電する際にオンされる充電スイッチ２と、システム起動中にバッテリ１３のエネルギを平滑コンデンサ６以降の段に通電させる際にオンされるプラス側スイッチ３及びＧＮＤ側スイッチ４と、充電スイッチ２をオンした際に突入電流を回避してシステムメインリレーの溶着を防止するプリチャージ抵抗５と、システムメインリレーよりも駆動用モータ１４側の直流電圧を測定するシステム電圧モニタ８と、バッテリ１３の直流電圧を測定するバッテリ電圧モニタ９と、平滑コンデンサ６の内部温度を推定する温度センサ１５とを備える。図１に比して、温度センサ１５を更に備える点が異なる。

放電制御部２４及び充電制御部２５は、インバータ制御装置を含む車両駆動システム全体を制御するＥＣＵ１内に配置されている。ＥＣＵ１は、車両のシステムが起動（オン）されている時のみ送信されるイグニション（ＩＧＮ）信号１０と、作業者が車両駆動システム内の高電圧システムの作業を行う際若しくは高電圧システムが異常である際に送信されるインターロック（ＩＬＫ）信号１１と、車両に搭載された他のシステムで異常が発生した際に送信されるシステム異常信号１２とを受信する。

なお、「所定電圧」、「所定時間」及び「所定差」は、第１の実施の形態と同じであり説明を省略する。

図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）の充電制御部２５は、車両のシステムがオフしてから再起動されるまでの放置時間を演算する放置時間演算部２６と、放置時間演算部２６が演算した放置時間に基づき、バッテリ１３の電圧と平滑コンデンサ６の電圧との差が「所定差」よりも大きいか否かを判断する電位差状態判断部２７とを備える。即ち、電位差状態判断部２７は、平滑コンデンサ６の自己放電特性から平滑コンデンサ６の電圧を推測する。

そのほか、充電制御部２５は、車両のシステムがオフしてからの経過時間と平滑コンデンサ６の残存電圧との関係を示す自己放電特性の情報を記憶する機能を備える。例えば、図７に示すように、平滑コンデンサ６の自己放電特性において、放置時間が長くなるにしたがって平滑コンデンサ６の残存電圧が低下する。この場合、電位差状態判断部２７は、放置時間が長くなるにしたがって平滑コンデンサ６の電圧が低下する自己放電特性を活用することになる。なお、平滑コンデンサ６の自己放電特性は、平滑コンデンサ６の温度及び劣化を考慮していることが望ましい。例えば、図７に示すように、電位差状態判断部２７は、平滑コンデンサ６の温度が常温よりも高くなるにしたがって放置時間を長く設定し、平滑コンデンサ６の劣化が進むにしたがって放置時間を短く設定しても構わない。温度が低下すると、平滑コンデンサ６の容量が低下し、微小な自己放電であれ、常温よりも電圧低下速度は高くなるからである。また、劣化が進行しても同様であると共に、温度と劣化は互いに独立していると考えられる。

次に、図６を参照して、図５の車両駆動システムのオフ及び再起動時におけるインバータ制御装置の処理手順を説明する。

（イ）先ず本処理は、操作者（例えば、車両の運転者）がキー操作を行うことにより、ＥＣＵ１の放電制御部２４はＩＧＮ信号１０の受信が停止したこと、即ちイグニッションがオフ状態となったことを検知することにより開始される。Ｓ３１段階において、ＥＣＵ１は前回の起動時に車両のシステムがダイアグ情報を検出していないか否かを判断する。ダイアグ情報を検出していない場合（Ｓ３１段階においてＹＥＳ）Ｓ３２段階に進み、ダイアグ情報を検出している場合（Ｓ３１段階においてＮＯ）Ｓ４０段階に進む。

（ロ）Ｓ３２段階において、放置時間演算部２６は、車両のシステムがオフしてから再起動されるまでの放置時間を演算するため、タイマーをスタートさせる。Ｓ３３段階において、放置時間演算部２６は、再びＩＧＮ信号１０を受信しないかどうかを監視する。ＩＧＮ信号１０を受信するまで次の段階に進まない。この間、タイマーのカウントは継続される。

（ハ）再びＩＧＮ信号１０を受信してシステムが再起動された場合（Ｓ３３段階においてＹＥＳ）、Ｓ３４段階に進み、温度センサ１５を用いて平滑コンデンサ６の内部温度を推定する。これは、システムの再起動時の平滑コンデンサ６の電圧を推定する際に自己放電特性を考慮する必要があるためである。Ｓ３５段階において、放置時間演算部２６は、タイマーをストップする。

（ニ）Ｓ３６段階において、電位差状態判断部２７は、放置時間演算部２６が演算した放置時間と、温度センサ１５により推定される平滑コンデンサ６の内部温度と、ＥＣＵ１内部で算出される平滑コンデンサ６の劣化程度を用いて平滑コンデンサ６の電圧を推定する。例えば、図７に示す自己放電特性から求められる「自己放電特性照合値」と「温度係数」と「劣化係数」とを乗算することにより平滑コンデンサ６の電圧を算出する。

（ホ）Ｓ３７段階において、バッテリ電圧モニタ９を用いてバッテリ１３の電圧（Ｖｂ）を測定する。Ｓ３８段階において、電位差状態判断部２７は、バッテリ１３の電圧と平滑コンデンサ６の推定電圧との差が「所定差」αよりも大きいか否か判断する。バッテリ１３の電圧と平滑コンデンサ６の推定電圧との差が「所定差」α以上である場合（Ｓ３８段階においてＮＯ）、Ｓ４２段階に進み、充電制御部２５は、バッテリ１３に蓄電された電力及びプリチャージ抵抗５を用いて平滑コンデンサ６を充電（プリチャージ）する。バッテリ１３の電圧と平滑コンデンサ６の推定電圧との差が「所定差」αよりも小さい場合（Ｓ１７段階においてＹＥＳ）、Ｓ３９段階に進み、充電制御部２５は、プリチャージを行わなくともシステムメインリレーが溶着するおそれがないため、平滑コンデンサ６を充電しない。

（ヘ）一方、Ｓ３１段階においてダイアグが検出された場合、Ｓ４０段階に進み、平滑コンデンサ６の電圧を「所定電圧」に留めることなく零ボルトまで放電させる。なぜなら、平滑コンデンサ６にエネルギが残存していると作業者の安全性を確保するための配慮作業が必要となり、結果的に作業性が落ちるためである。Ｓ４１段階において、放置時間演算部２６は、再びＩＧＮ信号１０を受信しないかどうかを監視する。ＩＧＮ信号１０を受信するまで次の段階に進まない。ＩＧＮ信号１０を受信した後、Ｓ４２段階に進む。

図８（ａ）に示すように、バッテリ１３と平滑コンデンサ６の電圧差が所定差αよりも小さい場合、プリチャージが不要であるため、充電スイッチ２はオンされることなく、プラス側スイッチ３がオンされて平滑コンデンサ６が充電される。一方、図８（ｂ）に示すように、バッテリ１３と平滑コンデンサ６の電圧差が所定差α以上である場合、プリチャージが必要であるため、充電スイッチ２はオンした後にプラス側スイッチ３がオンされて平滑コンデンサ６が充電される。

第２の実施の形態は、バッテリ１３の電圧が比較的低い場合において特に有効である。なぜなら、車両のシステムがオフした後の平滑コンデンサ６の電圧は最大でも法規で定められた電圧値であり、この法規規定電圧とバッテリ１３の電圧との差が小さい時のみプリチャージが不要となるからである。例えば、平滑コンデンサ６の電圧Ｖｃが６０Ｖであり、システムメインリレーが溶着しない電位差αが５０Ｖである場合、バッテリ１３の電圧Ｖｂが４００Ｖであるシステムに対しては適用不可能であるが、バッテリ１３の電圧Ｖｂが１００Ｖであるシステムに対しては適用可能である。

以上説明したように、第２の実施の形態によれば、システムがオフした後に電圧が低下していく平滑コンデンサ６の自己放電特性を考慮に入れてプリチャージの要否を判断することにより、システムメインリレーの溶着を確実に回避することが出来る。平滑コンデンサ６の自己放電特性を考慮に入れない場合、バッテリ１３と平滑コンデンサ６の電位差を実際よりも小さく評価してしまい、システムメインリレーの溶着が発生するおそれがある。

平滑コンデンサ６の自己放電特性を考慮に入れることにより、システムの再起動時に平滑コンデンサ６の電圧を測定する必要が無くなり、起動時間を短縮することができる。

平滑コンデンサ６の自己放電特性に影響を与える温度及び劣化程度を考慮に入れることにより、平滑コンデンサ６の電圧をさらに精度良く推定することが出来る。

平滑コンデンサ６の温度が常温よりも高くなるにしたがって放置時間を長く設定し、平滑コンデンサ６の劣化が進むにしたがって放置時間を短く設定することにより、平滑コンデンサ６の電圧をさらに精度良く推定することが出来る。

なお、放電制御部２４が車両のシステムがオフする際に平滑コンデンサ６に蓄電されている電力を放電していた場合、充電制御部２５は、放置時間に係わらず平滑コンデンサ６を充電することが望ましい。

温度センサ１５の代わりに、車両のシステム内の雰囲気の温度を測定する雰囲気温度モニタを用いて平滑コンデンサ６の内部温度を推定しても構わない。

平滑コンデンサ６の劣化程度を、システムの初回起動時からの積算時間を基準として計算してもよいが、使用温度条件又は頻度などを基準とした経時劣化を適用して計算しても構わない。この場合、積算時間と劣化の関係を示すテーブルを設定してこれを参照する。

（第３の実施の形態）
図９に示すように、本発明の第３の実施の形態に係わるインバータ制御装置を含む車両駆動システムは、図１と同様に、車両の動力源となる駆動用モータ１４と、駆動用モータ１４へ電力源となる直流電力を蓄電するバッテリ１３と、バッテリ１３の直流電力を交流電力へ変換して駆動用モータ１４へ供給するインバータ７と、インバータ７の上記動作を制御する第３の実施の形態に係わるインバータ制御装置とを備える。

本発明の第３の実施の形態に係わるインバータ制御装置は、インバータ７の直流電力側に並列に接続された平滑コンデンサ６と、インバータ７が搭載された車両のシステムがオフしてから所定時間が経過するまでに、平滑コンデンサ６の電圧が零でない所定電圧になるまで平滑コンデンサ６に蓄電されている電力を放電する放電制御部２４と、バッテリ１３のエネルギを用いて平滑コンデンサ６を充電する際にオンされる充電スイッチ２と、システム起動中にバッテリ１３のエネルギを平滑コンデンサ６以降の段に通電させる際にオンされるプラス側スイッチ３及びＧＮＤ側スイッチ４と、充電スイッチ２をオンした際に突入電流を回避してシステムメインリレーの溶着を防止するプリチャージ抵抗５と、システムメインリレーよりも駆動用モータ１４側の直流電圧を測定するシステム電圧モニタ８と、バッテリ１３の直流電圧を測定するバッテリ電圧モニタ９と、平滑コンデンサ６に対して並列に接続された放電回路１６とを備える。図１に比して、放電回路１６を更に備える点が異なる。

放電制御部２４は、インバータ制御装置を含む車両駆動システム全体を制御するＥＣＵ１内に配置されている。ＥＣＵ１は、車両のシステムが起動（オン）されている時のみ送信されるイグニション（ＩＧＮ）信号１０と、作業者が車両駆動システム内の高電圧システムの作業を行う際若しくは高電圧システムが異常である際に送信されるインターロック（ＩＬＫ）信号１１と、車両に搭載された他のシステムで異常が発生した際に送信されるシステム異常信号１２とを受信する。

放電回路１６は、インバータ制御装置に供給される電源電圧が第２の所定電圧以下である時に、平滑コンデンサ６の電圧が零になるまで平滑コンデンサ６に蓄電されている電力を強制的に放電する。更に、放電回路１６は、車両のシステムがオフしている時であっても、インバータ制御装置に供給される電源電圧が第２の所定電圧以下であれば、平滑コンデンサ６の電圧が零になるまで平滑コンデンサ６に蓄電されている電力を放電することが望ましい。ここで、「第２の所定電圧」とは、インバータ制御装置が起動できなくなる若しくはインバータ制御装置の機能が保証できなくなる電圧値を示す。

なお、「所定電圧」及び「所定時間」は、第１の実施の形態と同じであり説明を省略する。

図１０に示すように、図９の放電回路は、正常時において非通電となるノーマルクローズタイプの放電スイッチ２２と、放電スイッチ２２が通電となることで平滑コンデンサ６から電流が流れて平滑コンデンサ６に蓄積されたエネルギを消費する放電抵抗２３とを備える。また、ＥＣＵ１は、ＥＣＵ１に１２Ｖの電圧を供給する電源２０と、バックアップ電源２１とを備える。

ＥＣＵ１に１２Ｖ電源電圧が供給されている場合、電源２０から放電スイッチ２２に電力が供給されて放電スイッチ２２が励磁されることにより、放電スイッチ２２は非通電となり、平滑コンデンサ６のエネルギは放電抵抗２３には通電されない。一方、ＥＣＵ１に１２Ｖ電源電圧が供給されていない場合、電源２０から放電スイッチ２２に電力が供給されないため放電スイッチ２２が励磁されず、放電スイッチ２２は通電となり、平滑コンデンサ６のエネルギは放電抵抗２３に通電される。なお、バックアップ電源２１は、瞬断時間は放電スイッチ２２へ励磁電流を供給することができる容量を有する。放電スイッチ２２は、１２Ｖ電源電圧が規定値以下に低下した際には励磁されなくなる。また、放電抵抗２３は、平滑コンデンサ６に法規規定電圧が蓄電されている状態から通電しても放電スイッチ２２が溶融しない程度の抵抗値を有する。

次に、図１１を参照して、図９の車両駆動システムのオフ時におけるインバータ制御装置の処理手順を説明する。

（イ）先ずＳ５１段階において、操作者（例えば、車両の運転者）がキー操作を行うことにより、ＥＣＵ１の放電制御部２４はＩＧＮ信号１０の受信が停止したこと、即ちイグニッションがオフ状態となったことを検知することによりシステムがオフされたか否かを常時判断する。これにより、システムが起動している間は放電スイッチ２２への励磁を停止し、消費電力を低減することが出来る。システムがオフされた場合（Ｓ５１段階においてＹＥＳ）Ｓ５２段階に進み、システムがオフされていない場合（Ｓ５１段階においてＮＯ）Ｓ５６段階に進む。

（ロ）Ｓ５２段階において、放電制御部２４は、システム電圧モニタ８を用いて平滑コンデンサ６に零でない電圧が存在するか否かを判断する。なぜなら、システムが起動している間にシステム異常信号１２を受信した場合にはシステムをオフする時に平滑コンデンサ６内のエネルギを放電する処理手順となっているからである。電圧が存在する場合（Ｓ５２段階においてＹＥＳ）Ｓ５３段階に進み、電圧が存在しない場合（Ｓ５２段階においてＮＯ）Ｓ５６段階に進む。

（ハ）Ｓ５３段階において、放電制御部２４は、ＥＣＵ１内の１２Ｖ電源電圧が低下することを監視する。例えば、ユーザや作業者が１２Ｖ電源（バッテリ）端子を外したこと、及び１２Ｖ電源の自己放電による電圧低下を監視する。１２Ｖ電源電圧が低下するまで次に段階には進まない。

（ニ）１２Ｖ電源電圧が低下した場合（Ｓ５３段階においてＹＥＳ）Ｓ５４段階に進み、１２Ｖ電源電圧が低下した状態が規定時間（電圧低下時間）、継続することを監視する。１２Ｖ電源電圧が低下した状態が規定時間継続するまで次の段階には進まない。これは、１２Ｖ電源電圧の低下が瞬断であれば１２Ｖ電源電圧の低下ではないと判断するためである。電圧低下時間は、システムが保証する瞬断判定時間とし、瞬断判定時間は、図１０の放電スイッチ２２を励磁できるようにバックアップ電源２１を保有する必要がある。１２Ｖ電源電圧が低下した状態が規定時間継続した後、Ｓ５５段階に進み、放電スイッチ２２への励磁を停止して、平滑コンデンサ６のエネルギを放電抵抗２３に通電させて放電する。

（ホ）一方、システムがオフされていない場合（Ｓ５１段階においてＮＯ）Ｓ５６段階に進み、上述した第３の実施の形態に係わる制御を適用しないと判断して、放電スイッチ２２への励磁を停止して消費電力の低減を図る。

以上説明したように、放電回路１６がインバータ制御装置に供給される１２Ｖ電源電圧が第２の所定電圧以下である時に、平滑コンデンサ６の電圧が零になるまで平滑コンデンサ６に蓄電されている電力を放電することにより、ユーザや作業者が１２Ｖ電源（バッテリ）端子を外したり、１２Ｖ電源の自己放電によって電圧が低下した場合でも、確実に平滑コンデンサ６に蓄積されたエネルギを放電できるため、インバータ制御装置の安全性が向上する。

図１２（ａ）に示すように、システムをオフ状態とした時に、平滑コンデンサ６の電圧は放電により低下する。ＥＣＵ１内の１２Ｖ電源電圧の低下が見られない場合、放電スイッチ２２への励磁が継続され、平滑コンデンサ６の電圧は零でない所定電圧に維持される。図１２（ｂ）に示すように、システムをオフ状態とした時に、先ず、平滑コンデンサ６の電圧は放電により所定電圧まで低下する。その後、ＥＣＵ１内の１２Ｖ電源電圧の低下が見られる場合、放電スイッチ２２への励磁が停止されて、平滑コンデンサ６のエネルギは総て放電されて電圧は零となる。図１２（ｃ）に示すように、システムがオン状態である時にシステムに異常が発生した場合、システムをオフ状態としたと同時に、平滑コンデンサ６の電圧は完全に放電されて電圧は零になる。

以上説明したように、「第２の所定電圧」として、インバータ制御装置が起動できなくなる若しくはインバータ制御装置の機能が保証できなくなる電圧値を選択することで、インバータ制御装置の機能が保証される電圧範囲内では平滑コンデンサ６に蓄積されたエネルギを確実に管理することが出来る。

放電回路１６は、車両のシステムがオフしている時であっても対応することにより、システム電源が無いために平滑コンデンサ６が蓄積するエネルギを放電できない、という事態を回避することが出来る。

放電回路１６は、正常時において非通電となるノーマルクローズタイプの放電スイッチを備えることにより、ユーザや作業者が１２Ｖ電源（バッテリ）端子を外したり、１２Ｖ電源の自己放電によって電圧が低下した場合でも、確実に平滑コンデンサ６に蓄積されたエネルギを放電できるため、システムがオフ状態である時にも対応することが出来る。

上記のように、本発明は、第１乃至第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の第１の実施の形態に係わるインバータ制御装置を含む車両駆動システムを示すブロック図である。 図１の車両駆動システムのオフ及び再起動時におけるインバータ制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 図２に示したフローチャートに従った処理手順におけるシステム状態及び従来技術及び本発明の実施の形態での平滑コンデンサの電圧の時間変化を示すタイムチャートである。 車両システムがオフされた後に放電により平滑コンデンサの電圧が低下していく時の時間変化を示すグラフである。 図５（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係わるインバータ制御装置を含む車両駆動システムを示すブロック図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の充電制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 図５の車両駆動システムのオフ及び再起動時におけるインバータ制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 平滑コンデンサの自己放電特性の一例を示すグラフである。 図８（ａ）は、プリチャージが不要である時のバッテリと平滑コンデンサの電圧差、平滑コンデンサの電圧及びスイッチ開閉の時間変化を示すグラフであり、図８（ｂ）は、プリチャージが必要である時のバッテリと平滑コンデンサの電圧差、平滑コンデンサの電圧及びスイッチ開閉の時間変化を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係わるインバータ制御装置を含む車両駆動システムを示すブロック図である。 図９の放電回路の詳細な構成を示すブロック図である。 図９の車両駆動システムのオフ時におけるインバータ制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 図１２（ａ）は１２Ｖ電源電圧が低下しない通常時のシステム状態、１２Ｖ電源電圧、平滑コンデンサの電圧、放電スイッチの時間変化を示すグラフであり、図１２（ｂ）は１２Ｖ電源電圧が低下する放電必要時のシステム状態、１２Ｖ電源電圧、平滑コンデンサの電圧、放電スイッチの時間変化を示すグラフであり、図１２（ｃ）はシステム異常による放電必要時のシステム状態、１２Ｖ電源電圧、平滑コンデンサの電圧、放電スイッチの時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１…ＥＣＵ
２…充電スイッチ
３…プラス側スイッチ
４…ＧＮＤ側スイッチ
５…プリチャージ抵抗
６…平滑コンデンサ
７…インバータ
８…システム電圧モニタ
９…バッテリ電圧モニタ
１０…ＩＧＮ信号
１１…ＩＬＫ信号
１２…システム異常信号
１３…バッテリ
１４…駆動用モータ
１５…温度センサ
１６…放電回路
２０…電源
２１…バックアップ電源
２２…放電スイッチ
２３…放電抵抗
２４…放電制御部
２５…充電制御部
２６…放置時間演算部
２７…電位差状態判断部

Claims (15)

1. 直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を前記直流電力に変換するインバータの直流電力側に並列に接続され、前記直流電力を安定させる平滑コンデンサと、
   前記インバータが搭載された車両のシステムがオフしてから所定時間が経過するまでに、前記平滑コンデンサの電圧が零でない所定電圧になるまで前記平滑コンデンサに蓄電されている電力を放電する放電制御部
   とを備えたことを特徴とするインバータ制御装置。
2. 前記所定電圧は、作業者が前記平滑コンデンサの高圧部分に触れても問題がない電圧値であることを特徴とする請求項１記載のインバータ制御装置。
3. 前記放電制御部は、前記車両に異常が発生した場合及び前記車両のシステムから強電部分が切り離された場合、前記平滑コンデンサの電圧が零になるまで前記平滑コンデンサに蓄電されている電力を完全に放電することを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ制御装置。
4. 前記所定時間内に前記車両のシステムを再起動する場合であって、前記インバータの直流電力側に並列に接続されたバッテリの電圧と前記平滑コンデンサの電圧との差が所定差よりも大きい場合に限り、前記バッテリに蓄電された電力を用いて前記平滑コンデンサを充電する充電制御部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載のインバータ制御装置。
5. 前記所定差は、前記車両のシステムを再起動する際に前記バッテリから前記平滑コンデンサへ流れ込む電流値が許容範囲内となる電位差であることを特徴とする請求項４記載のインバータ制御装置。
6. 前記所定時間は、前記車両のシステムがオフしてから作業者が前記平滑コンデンサの高圧部分に触れることが出来る状態になるまでの時間であることを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載のインバータ制御装置。
7. 前記充電制御部は、前記平滑コンデンサの自己放電特性から前記平滑コンデンサの電圧を推測することを特徴とする請求項４記載のインバータ制御装置。
8. 前記充電制御部は、
   前記車両のシステムがオフしてから再起動されるまでの放置時間を演算する放置時間演算部と、
   前記放置時間に基づき、前記バッテリの電圧と前記平滑コンデンサの電圧との差が前記所定差よりも大きいか否かを判断する電位差状態判断部
   とを備えることを特徴とする請求項７記載のインバータ制御装置。
9. 前記電位差状態判断部は、前記放置時間が長くなるにしたがって前記平滑コンデンサの電圧が低下する前記自己放電特性を活用することを特徴とする請求項８記載のインバータ制御装置。
10. 前記電位差状態判断部は、前記平滑コンデンサの温度が常温よりも高くなるにしたがって前記放置時間を長く設定し、前記平滑コンデンサの劣化が進むにしたがって前記放置時間を短く設定することを特徴とする請求項９記載のインバータ制御装置。
11. 前記放電制御部が車両のシステムがオフする際に前記平滑コンデンサに蓄電されている電力を放電していた場合、前記充電制御部は、前記放置時間に係わらず前記平滑コンデンサを充電することを特徴とする請求項４記載のインバータ制御装置。
12. 前記インバータ制御装置に供給される電源電圧が第２の所定電圧以下である時に、前記平滑コンデンサの電圧が零になるまで前記平滑コンデンサに蓄電されている電力を放電する放電回路を更に備えることを特徴とする請求項１記載のインバータ制御装置。
13. 前記第２の所定電圧は、前記インバータ制御装置が起動できなくなる若しくは前記インバータ制御装置の機能が保証できなくなる電圧値であることを特徴とする請求項１２記載のインバータ制御装置。
14. 前記放電回路は、前記車両のシステムがオフしている時であっても、前記インバータ制御装置に供給される前記電源電圧が前記第２の所定電圧以下であれば、前記平滑コンデンサの電圧が零になるまで前記平滑コンデンサに蓄電されている電力を放電することを特徴とする請求項１２又は１３記載のインバータ制御装置。
15. 前記放電回路は、正常時において非通電となるノーマルクローズタイプの放電スイッチを備えることを特徴とする請求項１２乃至１４何れか１項記載のインバータ制御装置。

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