JP2006280129A - 電源制御装置および電源制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンデンサのプリチャージ時間を短縮可能な電源制御装置を提供する。
【解決手段】 イグニッションキーがオンされると（ステップＳ５）、制御装置４０は、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３をオンする（ステップＳ１０）。次いで、制御装置４０は、昇圧コンバータ２０を駆動して昇圧コンバータ２０に昇圧動作を実行させる（ステップＳ２０）。そして、制御装置４０は、コンデンサＣ２の両端の電圧ＶＭがプリチャージ電圧Ｖｃｈｇを超えたと判定すると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、リレーＳＭＲ２をオンし（ステップＳ４０）、その後リレーＳＭＲ１をオフする（ステップＳ５０）。
【選択図】 図２

Description

この発明は、電源制御装置および電源制御装置の制御方法に関し、特に、システムの起動時にコンデンサのプリチャージ制御を実行する電源制御装置および電源制御装置の制御方法に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。

このハイブリッド自動車および電気自動車においては、直流電源からの電力供給および遮断を制御するためのシステムメインリレーが一般に設けられている。このシステムメインリレーの構成としては、直流電源の正極に直列に接続されるリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒと、直流電源の正極にリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒに並列に接続されるリレーＳＭＲ２と、直流電源の負極に接続されるリレーＳＭＲ３とを含むものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

制限抵抗Ｒは、突入電流が流れるのを防止するために設けられる。すなわち、直流電源を電気回路にいきなり直結すると、直流電源からの直流電圧を平滑化する未充電状態のコンデンサに直流電源から突入電流が流れ、リレーが溶着するおそれがある。そこで、まず制限抵抗Ｒに直列に接続されるリレーＳＭＲ１をオンして直流電源からの電流を制限しつつコンデンサをプリチャージし、プリチャージの完了後にリレーＳＭＲ２をオンすることによって突入電流の防止が図られる（以下、この制御を「プリチャージ制御」と称する。）。
特開２０００−１３４７０７号公報

しかしながら、従来のプリチャージ制御では、コンデンサのプリチャージが完了するまでに時間がかかるという問題がある。すなわち、コンデンサへのプリチャージが進むにつれて、直流電源とコンデンサとの電圧差が小さくなり、直流電源からコンデンサへのプリチャージ電流の駆動力が減少する。そうすると、プリチャージの効率が低下し、その結果、コンデンサのプリチャージが完了するまでに時間がかかってしまう。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コンデンサのプリチャージ時間を短縮可能な電源制御装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、コンデンサのプリチャージ時間を短縮可能な電源制御装置の制御方法を提供することである。

この発明によれば、電源制御装置は、直流電源と、直流電源からの直流電圧を昇圧するコンバータと、コンバータを介して直流電源から電荷の供給を受ける第１のコンデンサと、直流電源の一方の極とコンバータとの間に直列に接続される第１のリレーおよび抵抗と、直流電源の一方の極とコンバータとの間に第１のリレーおよび抵抗に並列に接続される第２のリレーと、直流電源の他方の極とコンバータとの間に接続される第３のリレーと、第１および第３のリレーをオンして第１のコンデンサを充電（プリチャージ）し、かつ、第１のコンデンサの充電が完了すると第２のリレーをオンするプリチャージ制御を実行する制御手段とを備え、制御手段は、プリチャージ制御の実行時、直流電源から第１のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータを制御する。

好ましくは、第１のコンデンサは、電源ラインと接地ラインとの間に接続され、コンバータは、電源ラインに一端が接続される第１のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子の他端と接地ラインとの間に接続される第２のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子に並列に接続され、電源ラインにカソードが接続される第１のダイオードと、第２のスイッチング素子に並列に接続され、接地ラインにアノードが接続される第２のダイオードと、第１および第２のスイッチング素子の接続点に一端が接続され、第１のリレーおよび抵抗からなる回路および第２のリレーに他端が接続されるリアクトルとを含み、制御手段は、プリチャージ制御の実行時、第１のスイッチング素子をオフして第２のスイッチング素子をスイッチング制御する。

この発明による電源制御装置においては、直流電源からの直流電圧を昇圧して第１のコンデンサに供給するコンバータが備えられる。そして、プリチャージ制御の実行時、直流電源から第１のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータが動作するので、直流電源と第１のコンデンサとの電圧差に応じて受動的に第１のコンデンサの充電が行なわれるのではなく、コンバータによって能動的に第１のコンデンサの充電が行なわれる。これにより、第１のコンデンサの充電が進行して直流電源と第１のコンデンサとの電圧差が減少してきても、第１のコンデンサの充電効率（プリチャージの効率）は低下しない。

したがって、この発明による電源制御装置によれば、第１のコンデンサの充電時間（プリチャージ時間）を短縮することができる。

好ましくは、電源制御装置は、第１から第３のリレーおよび抵抗によって構成されるシステムメインリレーとコンバータとの間においてコンバータに並列に接続され、直流電源から電荷の供給を受ける第２のコンデンサをさらに備え、制御手段は、第１のコンデンサの充電完了後、第１のコンデンサから第２のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータをさらに制御する。

好ましくは、第１のコンデンサは、電源ラインと接地ラインとの間に接続され、コンバータは、電源ラインに一端が接続される第１のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子の他端と接地ラインとの間に接続される第２のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子に並列に接続され、電源ラインにカソードが接続される第１のダイオードと、第２のスイッチング素子に並列に接続され、接地ラインにアノードが接続される第２のダイオードと、第１および第２のスイッチング素子の接続点に一端が接続され、第１のリレーおよび抵抗からなる回路および第２のリレーに他端が接続されるリアクトルとを含み、制御手段は、プリチャージ制御の実行時、第１のスイッチング素子をオフして第２のスイッチング素子をスイッチング制御し、第１のコンデンサの充電完了後、第２のスイッチング素子をオフして第１のスイッチング素子をスイッチング制御する。

この電源制御装置においては、プリチャージ制御の実行時、直流電源から第１のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータが動作するので、第２のコンデンサよりも先に第１のコンデンサの充電が完了する。そして、第１のコンデンサの充電が完了すると、第１のコンデンサから第２のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータが動作する。これにより、充電の完了した第１のコンデンサを用いて第２のコンデンサが充電される。

したがって、この電源制御装置によれば、第２のコンデンサの充電時間を短縮することができる。

好ましくは、電源制御装置は、直流電源から出力される電流を検出する電流センサをさらに備え、制御手段は、電流センサによって検出された電流が所定の上限値を下回っているとき、直流電源から第１のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータを制御する。

この電源制御装置においては、プリチャージ制御の実行時、直流電源から第１のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータが動作するので、第１および第３のリレーが即座に溶着するような突入電流は流れないけれども、直流電源から大きな充電電流（プリチャージ電流）が継続して第１および第３のリレーに流される。ここで、制御手段は、第１のコンデンサの充電が進行して直流電源からの充電電流が所定の上限値を下回ってからコンバータの制御を開始する。

したがって、この電源制御装置によれば、第１および第３のリレーの溶着を防止することができる。

また、この発明によれば、電源制御装置の制御方法は、直流電源と、直流電源からの直流電圧を昇圧するコンバータと、コンバータを介して直流電源から電荷の供給を受ける第１のコンデンサと、直流電源の一方の極とコンバータとの間に直列に接続される第１のリレーおよび抵抗と、直流電源の一方の極とコンバータとの間に第１のリレーおよび抵抗に並列に接続される第２のリレーと、直流電源の他方の極とコンバータとの間に接続される第３のリレーとを備える電源制御装置の制御方法であって、第１および第３のリレーをオンする第１のステップと、第１および第３のリレーがオンされると直流電源から第１のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータを制御する第２のステップと、第１のコンデンサの充電が完了すると第２のリレーをオンする第３のステップとを含む。

この発明による電源制御装置の制御方法においては、プリチャージ制御が開始されると、直流電源から第１のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータを制御するので、直流電源と第１のコンデンサとの電圧差に応じて受動的に第１のコンデンサの充電が行なわれるのではなく、コンバータによって能動的に第１のコンデンサの充電が行なわれる。これにより、第１のコンデンサの充電が進行して直流電源と第１のコンデンサとの電圧差が減少してきても、第１のコンデンサの充電効率は低下しない。

したがって、この発明による電源制御装置の制御方法によれば、第１のコンデンサの充電時間を短縮することができる。

好ましくは、電源制御装置は、第１から第３のリレーおよび抵抗によって構成されるシステムメインリレーとコンバータとの間においてコンバータに並列に接続され、かつ、直流電源から電荷の供給を受ける第２のコンデンサをさらに備え、制御方法は、第１のコンデンサの充電完了後、第１のコンデンサから第２のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータを制御する第４のステップをさらに含む。

この電源制御装置の制御方法においては、プリチャージ制御の実行時、直流電源から第１のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータを制御するので、第２のコンデンサよりも先に第１のコンデンサの充電が完了する。そして、第１のコンデンサの充電が完了すると、第１のコンデンサから第２のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータを制御する。これにより、充電の完了した第１のコンデンサを用いて第２のコンデンサが充電される。

したがって、この電源制御装置の制御方法によれば、第２のコンデンサの充電時間を短縮することができる。

好ましくは、電源制御装置は、直流電源から出力される電流を検出する電流センサをさらに備え、制御方法の第２のステップは、第１および第３のリレーがオンされ、かつ、電流センサによって検出された電流が所定の上限値を下回っているとき、直流電源から第１のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータを制御する。

この電源制御装置の制御方法においては、プリチャージ制御の実行時、直流電源から第１のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータを制御するので、第１および第３のリレーが即座に溶着するような突入電流は流れないけれども、直流電源から大きな充電電流が継続して第１および第３のリレーに流される。ここで、第１のコンデンサの充電が進行して直流電源からの充電電流が所定の上限値を下回ってからコンバータの制御が開始される。

したがって、この電源制御装置の制御方法によれば、第１および第３のリレーの溶着を防止することができる。

この発明によれば、プリチャージ制御時、直流電源から第１のコンデンサへ電荷を供給するようにコンバータが動作するので、第１のコンデンサの充電時間を短縮することができる。

また、第１のコンデンサの充電が完了すると、充電の完了した第１のコンデンサを用いて第２のコンデンサを充電するので、第２のコンデンサの充電時間を短縮することができる。

さらに、直流電源からの充電電流が所定の上限値を下回ってから昇圧コンバータの動作を開始するので、第１および第３のリレーの溶着を防止することができる。

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。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電源制御装置を備える負荷駆動装置の概略ブロック図である。図１を参照して、負荷駆動装置１００は、バッテリＢと、システムメインリレー１０と、昇圧コンバータ２０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、インバータ３０と、制御装置４０と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、電流センサ４１と、電圧センサ４２，４４とを備える。

この負荷駆動装置１００は、ハイブリッド自動車または電気自動車に搭載される。そして、モータジェネレータＭＧは、駆動輪（図示せず）と連結され、駆動輪を駆動する電動機としてハイブリッド自動車または電気自動車に組込まれる。なお、モータジェネレータＭＧは、エンジン（図示せず）と連結され、エンジン始動を行ない得る電動機として動作し、かつ、エンジンによって駆動される発電機として動作するものとしてハイブリッド自動車に組込まれてもよい。

システムメインリレー１０は、抵抗Ｒと、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３とを含む。抵抗ＲおよびリレーＳＭＲ１は、バッテリＢの正極と電源ラインＰＬ１との間に直列に接続される。リレーＳＭＲ２は、バッテリＢの正極と電源ラインＰＬ１との間に抵抗ＲおよびリレーＳＭＲ１に並列に接続される。リレーＳＭＲ３は、バッテリＢの負極と接地ラインＳＬとの間に接続される。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に配設される。昇圧コンバータ２０は、リアクトルＬと、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続される。各パワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。

インバータ３０は、Ｕ相アーム３１、Ｖ相アーム３２およびＷ相アーム３３を含む。Ｕ相アーム３１、Ｖ相アーム３２およびＷ相アーム３３は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム３１は、直列に接続されたパワートランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｖ相アーム３２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ５，Ｑ６からなり、Ｗ相アーム３３は、直列に接続されたパワートランジスタＱ７，Ｑ８からなる。各パワートランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、モータジェネレータＭＧの各相コイルの中性点と反対側のコイル端にそれぞれ接続される。コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に配設される。

バッテリＢは、充放電可能な直流電源であって、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なる。電流センサ４１は、バッテリＢから出力される電流ＩＢを検出し、その検出した電流ＩＢを制御装置４０へ出力する。電圧センサ４２は、バッテリＢの電圧ＶＢを検出し、その検出した電圧ＶＢを制御装置４０へ出力する。

リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、それぞれ制御装置４０からの信号ＳＥ１〜ＳＥ３によってオン／オフされる。具体的には、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、それぞれＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥ１〜ＳＥ３によってオンされ、それぞれＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥ１〜ＳＥ３によってオフされる。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。

昇圧コンバータ２０は、制御装置４０からの信号ＰＷＣに基づいて、バッテリＢから受ける直流電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。具体的には、昇圧コンバータ２０は、制御装置４０からの信号ＰＷＣに基づいて、パワートランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによってバッテリＢからの直流電圧を昇圧する。そして、昇圧コンバータ２０は、その昇圧した昇圧電圧をパワートランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ出力する。

また、昇圧コンバータ２０は、制御装置４０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ３０から受ける直流電圧をバッテリＢの電圧レベルに降圧してバッテリＢを充電する。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ４４は、コンデンサＣ２の両端の電圧ＶＭを検出し、その検出した電圧ＶＭを制御装置４０へ出力する。

インバータ３０は、制御装置４０からの信号ＰＷＭに基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧへ出力する。また、インバータ３０は、制御装置４０からの信号ＰＷＭに基づいて、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２に供給する。

制御装置４０は、電流センサ４１から電流ＩＢを受け、電圧センサ４２，４４からそれぞれ電圧ＶＢ，ＶＭを受ける。また、制御装置４０は、この負荷駆動装置１００の外部に設けられた外部ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）からモータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲを受け、イグニッションキー（図示せず）から信号ＩＧを受ける。

制御装置４０は、イグニッションキーからＨレベルの信号ＩＧを受けると、後述する方法によりシステムメインリレー１０のリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３のオン／オフを制御し、コンデンサＣ１，Ｃ２をプリチャージするプリチャージ制御を実行する。

ここで、制御装置４０は、プリチャージ制御の実行時、昇圧コンバータ２０を駆動し、昇圧コンバータ２０に昇圧動作を実行させる。具体的には、制御装置４０は、たとえば電圧ＶＭの目標値を電圧ＶＢよりも大きい電圧レベルに設定する。そして、制御装置４０は、電圧ＶＢ，ＶＭに基づいて信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ２０のパワートランジスタＱ２へ出力する。

また、制御装置４０は、コンデンサＣ１，Ｃ２のプリチャージが完了すると、モータジェネレータＭＧを駆動するための制御を開始する。具体的には、制御装置４０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲ、モータ回転数および電圧ＶＢ，ＶＭに基づいて信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ２０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。また、制御装置４０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲ、各相モータ電流および電圧ＶＭに基づいて信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ３０のパワートランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

なお、モータ回転数および各相モータ電流は、それぞれ図示されない回転センサおよび電流センサによって検出される。

なお、上記において、バッテリＢ、システムメインリレー１０、コンデンサＣ１，Ｃ２および昇圧コンバータ２０がこの負荷駆動装置１００の電源制御装置に対応する。

図２は、図１に示した制御装置４０によるプリチャージ制御のフローチャートである。図２を参照して、一連の処理が開始され、イグニッションキーがオンされる（ステップＳ５）。そうすると、制御装置４０は、Ｈレベルの信号ＳＥ１，ＳＥ３を生成してそれぞれリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３へ出力し、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３をオンする（ステップＳ１０）。これにより、コンデンサＣ１，Ｃ２のプリチャージが開始される。

次いで、制御装置４０は、電圧ＶＢ，ＶＭに基づいて信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ２０のパワートランジスタＱ２へ出力する。すなわち、制御装置４０は、昇圧コンバータ２０を駆動して昇圧コンバータ２０に昇圧動作を実行させる（ステップＳ２０）。

その後、制御装置４０は、電圧ＶＭが所定のプリチャージ電圧Ｖｃｈｇを超えたか否かを判定する（ステップＳ３０）。そして、制御装置４０は、電圧ＶＭがプリチャージ電圧Ｖｃｈｇを超えたと判定すると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、Ｈレベルの信号ＳＥ２を生成してリレーＳＭＲ２へ出力し、リレーＳＭＲ２をオンする（ステップＳ４０）。また、制御装置４０は、Ｌレベルの信号ＳＥ１を生成してリレーＳＭＲ１へ出力し、リレーＳＭＲ１をオフする（ステップＳ５０）。これでプリチャージ制御に関する一連の処理が終了する。

図３は、図１に示した制御装置４０によるプリチャージ制御時の電圧ＶＭの変化を示す図である。図３を参照して、実線は、制御装置４０によるプリチャージ制御時の電圧ＶＭの変化を示す。点線は、比較のために、プリチャージ制御時に昇圧コンバータ２０を駆動しない従来のプリチャージ制御が行なわれた場合の電圧ＶＭの変化を示す。

まず、従来のプリチャージ制御が行なわれた場合の電圧ＶＭの変化（点線）について説明する。タイミングｔ１において、制御装置４０は、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３をオンする。そうすると、抵抗ＲおよびリレーＳＭＲ１ならびに昇圧コンバータ２０のダイオードＤ１を介してバッテリＢからコンデンサＣ２へのプリチャージが開始され、電圧ＶＭが上昇し始める。なお、コンデンサＣ１のプリチャージも開始される。

バッテリＢからコンデンサＣ２へのプリチャージ電流の大きさは、電圧ＶＢと電圧ＶＭとの電圧差に応じて決まるため、コンデンサＣ２のプリチャージが進んで電圧ＶＭが上昇するにつれて、プリチャージ電流は小さくなる。したがって、図に示されるように、電圧ＶＭが上昇するにつれて電圧ＶＭの上昇率は小さくなり、プリチャージの効率が低下する。

そして、タイミングｔ３において、リレーＳＭＲ２を接続可能な所定のプリチャージ電圧Ｖｃｈｇを電圧ＶＭが超えると、制御装置４０は、リレーＳＭＲ２をオンし、リレーＳＭＲ１をオフする。そうすると、抵抗Ｒを介することなく、リレーＳＭＲ２および昇圧コンバータ２０のダイオードＤ１を介してバッテリＢからコンデンサＣ２へチャージが行なわれ、電圧ＶＭは電圧ＶＢとなる。

次に、制御装置４０によるプリチャージ制御時の電圧ＶＭの変化（実線）について説明する。タイミングｔ１においてリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３がオンされると、コンデンサＣ２のプリチャージが開始され、電圧ＶＭが上昇し始める。

ここで、制御装置４０は、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３をオンすると、電圧ＶＢ，ＶＭに基づいて信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ２０のパワートランジスタＱ２へ出力する。そうすると、昇圧コンバータ２０において昇圧動作が行なわれ、コンデンサＣ２のプリチャージが促進される。

すなわち、電圧ＶＢと電圧ＶＭとの電圧差に応じて受動的にコンデンサＣ２のプリチャージが行なわれるのではなく、昇圧コンバータ２０によって能動的にコンデンサＣ２のプリチャージが行なわれるので、電圧ＶＭが上昇してもプリチャージの効率が低下しない。

そして、タイミングｔ３よりも早いタイミングｔ２において、電圧ＶＭがリレーＳＭＲ２を接続可能な所定のプリチャージ電圧Ｖｃｈｇを超えると、制御装置４０は、リレーＳＭＲ２，ＳＭＲ１をそれぞれオン，オフし、昇圧コンバータ２０を停止する。そうすると、抵抗Ｒを介することなく、リレーＳＭＲ２および昇圧コンバータ２０のダイオードＤ１を介してバッテリＢからコンデンサＣ２へチャージが行なわれ、電圧ＶＭは電圧ＶＢとなる。

再び図１を参照して、負荷駆動装置１００の全体動作について説明する。制御装置４０は、イグニッションキーからＨレベルの信号ＩＧを受けると、Ｈレベルの信号ＳＥ１，ＳＥ３を生成してそれぞれリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３へ出力する。そうすると、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３がオンされ、バッテリＢから抵抗ＲおよびリレーＳＭＲ１を介して電源ラインＰＬ１へ電流が供給され、さらに、リアクトルＬおよびダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ電流が供給される。

制御装置４０は、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３をオンすると、電圧センサ４２，４４からの電圧ＶＢ，ＶＭに基づいて信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ２０のパワートランジスタＱ２へ出力する。そうすると、昇圧コンバータ２０は、昇圧動作を実行し、これによりコンデンサＣ２のプリチャージが促進される。

そして、電圧ＶＭが所定のプリチャージ電圧Ｖｃｈｇに到達すると、制御装置４０は、Ｈレベルの信号ＳＥ２を生成してリレーＳＭＲ２へ出力し、その後Ｌレベルの信号ＳＥ１を生成してリレーＳＭＲ１へ出力する。そうすると、リレーＳＭＲ２，ＳＭＲ１がそれぞれオン，オフされ、バッテリＢからリレーＳＭＲ２を介して電源ラインＰＬ１へ電流が供給される。これにより、突入電流を発生させることなくバッテリＢからコンデンサＣ１，Ｃ２へ直流電圧を供給できる。

その後、車両システムの起動完了が確認されると、制御装置４０は、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数および電圧ＶＢ，ＶＭに基づいて信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ２０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。そうすると、昇圧コンバータ２０は、制御装置４０からの信号ＰＷＣに基づいてバッテリＢからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

また、制御装置４０は、トルク指令値ＴＲ、モータ電流および電圧ＶＭに基づいて信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ３０のパワートランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。そうすると、インバータ３０は、制御装置４０からの信号ＰＷＭに基づいて電源ラインＰＬ２からの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧを駆動する。

その後、制御装置４０は、イグニッションキーからＬレベルの信号ＩＧを受けると、Ｌレベルの信号ＳＥ２，ＳＥ３を生成してそれぞれリレーＳＭＲ２，ＳＭＲ３へ出力する。そうすると、リレーＳＭＲ２，ＳＭＲ３がオフされ、負荷駆動装置１００の全体動作が終了する。

以上のように、この実施の形態１によれば、プリチャージ制御の実行時、プリチャージ制御の実行時、昇圧コンバータ２０が昇圧動作を行なうので、コンデンサＣ２のプリチャージの効率が向上する。したがって、プリチャージ時間が短縮され、その結果、車両のシステム起動時間が短縮される。

［実施の形態２］
この発明の実施の形態２による電源制御装置を備える負荷駆動装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１における負荷駆動装置１００と同じである。

図４は、この発明の実施の形態２における制御装置によるプリチャージ制御のフローチャートである。図４を参照して、この処理フローは、図２に示した実施の形態１における制御装置４０の処理フローにおいて、ステップＳ３０とステップＳ４０との間にステップＳ３５をさらに含む。

ステップＳ３０において電圧ＶＭがプリチャージ電圧Ｖｃｈｇを超えたと判定されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、制御装置４０は、昇圧コンバータ２０のパワートランジスタＱ１をオン／オフするための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ２０のパワートランジスタＱ１へ出力する。すなわち、制御装置４０は、コンデンサＣ２のプリチャージが完了すると、昇圧コンバータ２０の上アームのパワートランジスタＱ１をスイッチングさせ、プリチャージの完了したコンデンサＣ２を用いてコンデンサＣ１をプリチャージする。

このような制御をするのは、以下の理由による。プリチャージ制御時に昇圧コンバータ２０が昇圧動作を行なうことにより、コンデンサＣ２のプリチャージが促進され、コンデンサＣ１よりも先にコンデンサＣ２のプリチャージが完了する。一方、コンデンサＣ１においては、コンデンサＣ１の両端の電圧が上昇するにつれてプリチャージの効率が低下するところ、プリチャージの完了したコンデンサＣ２からコンデンサＣ１へ電荷を供給することによって、コンデンサＣ１のプリチャージ時間の短縮を図ったものである。

なお、コンデンサＣ２によるコンデンサＣ１のプリチャージを見越して、コンデンサＣ２のプリチャージを完了するプリチャージ電圧Ｖｃｈｇは、多少高めに設定しておくことが好ましい。

そして、ステップＳ３５において昇圧コンバータ２０の上アームがスイッチングされ、コンデンサＣ１のプリチャージが完了すると、制御装置４０は、Ｈレベルの信号ＳＥ２を生成してリレーＳＭＲ２へ出力し、リレーＳＭＲ２をオンする（ステップＳ４０）。

以上のように、この実施の形態２によれば、先にプリチャージが完了したコンデンサＣ２を用いてコンデンサＣ１をプリチャージするので、コンデンサＣ１のプリチャージ時間が短縮される。その結果、車両のシステム起動時間が短縮される。

［実施の形態３］
この発明の実施の形態３による電源制御装置を備える負荷駆動装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１における負荷駆動装置１００と同じである。

図５は、この発明の実施の形態３における制御装置によるプリチャージ制御のフローチャートである。図５を参照して、この処理フローは、図２に示した実施の形態１における制御装置４０の処理フローにおいて、ステップＳ１０とステップＳ２０との間にステップＳ１５をさらに含む。

ステップＳ１０においてリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３がオンされると、制御装置４０は、バッテリＢからの電流ＩＢが所定の上限値Ｉｓｕｐ１を下回っているか否かを判定する（ステップＳ１５）。そして、制御装置４０は、電流ＩＢが上限値Ｉｓｕｐ１を下回っていると判定すると（ステップＳ１５においてＹＥＳ）、昇圧コンバータ２０を駆動して昇圧コンバータ２０に昇圧動作を実行させる（ステップＳ２０）。すなわち、制御装置４０は、バッテリＢからの電流ＩＢが所定の上限値Ｉｓｕｐ１を下回ってからでないと、昇圧コンバータ２０の駆動を開始しない。

このような制御をするのは、以下の理由による。プリチャージ制御時に昇圧コンバータ２０が駆動されることにより、バッテリＢからの電流ＩＢは増大する。そして、昇圧コンバータ２０が継続して駆動されることにより、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３の溶着が発生し得るところ、バッテリＢからの電流ＩＢがリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３の溶着を防止可能な所定の上限値Ｉｓｕｐ１を下回ってから昇圧コンバータ２０の駆動を開始することとしたものである。

図６は、この発明の実施の形態３における制御装置によるプリチャージ制御時の電圧ＶＭおよび電流ＩＢの変化を示す図である。図６を参照して、実線は、この実施の形態３における制御装置によるプリチャージ制御時の電圧ＶＭおよび電流ＩＢの変化を示す。点線は、比較のために、プリチャージ制御時に昇圧コンバータ２０を駆動しない従来のプリチャージ制御が行なわれた場合の電圧ＶＭおよび電流ＩＢの変化を示す。

従来のプリチャージ制御における電圧ＶＭの変化（点線）については、図３において説明したとおりである。このときの電流ＩＢの変化については、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３がオンされるタイミングｔ１において、電流ＩＢは、突入電流に相当する電流値Ｉｓｕｐ２以下に抑えられ、その後徐々に減少する。

次に、この実施の形態３における制御装置よるプリチャージ制御時の電圧ＶＭおよび電流ＩＢの変化（実線）について説明する。タイミングｔ１において、制御装置４０は、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３をオンする。そうすると、抵抗ＲおよびリレーＳＭＲ１ならびに昇圧コンバータ２０のダイオードＤ１を介してバッテリＢからコンデンサＣ２へのプリチャージが開始される。プリチャージが開始されると、電圧ＶＭが上昇し、電圧ＶＢと電圧ＶＭとの電圧差は小さくなるから、電流ＩＢは減少する。

そして、タイミングｔ２において、電流ＩＢが所定の上限値Ｉｓｕｐ１を下回ると、制御装置４０は、電圧ＶＢ，ＶＭに基づいて信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ２０のパワートランジスタＱ２へ出力する。そうすると、昇圧コンバータ２０は昇圧動作を開始し、コンデンサＣ２のプリチャージが促進される。このとき、電流ＩＢは、所定の上限値Ｉｓｕｐ１を下回っているので、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３に溶着が発生することはない。

そして、タイミングｔ４よりも早いタイミングｔ３において、電圧ＶＭがリレーＳＭＲ２を接続可能な所定のプリチャージ電圧Ｖｃｈｇを超えると、制御装置４０は、リレーＳＭＲ２，ＳＭＲ１をそれぞれオン，オフし、昇圧コンバータ２０を停止する。そうすると、抵抗Ｒを介することなく、リレーＳＭＲ２および昇圧コンバータ２０のダイオードＤ１を介してバッテリＢからコンデンサＣ２へチャージが行なわれ、電圧ＶＭは電圧ＶＢとなる。

以上のように、この実施の形態３によれば、バッテリＢからの電流ＩＢがリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３の溶着を防止可能な所定の上限値Ｉｓｕｐ１を下回ってから昇圧コンバータ２０を駆動するので、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３の溶着が防止される。

図７は、この発明による電源制御装置が適用されたハイブリッド自動車の概略ブロック図である。図７を参照して、ハイブリッド自動車１１０は、バッテリＢと、システムメインリレー１０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ２０と、インバータ３０，３５と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構５２と、エンジン５４と、ギヤ５６と、駆動輪５８とを備える。

バッテリＢ、システムメインリレー１０、コンデンサＣ１，Ｃ２および昇圧コンバータ２０は、このハイブリッド自動車１１０における電源制御装置に対応する。

昇圧コンバータ２０は、バッテリＢからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧をインバータ３０，３５へ出力する。また、昇圧コンバータ２０は、インバータ３０，３５から受ける直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。

インバータ３０は、エンジン５４の出力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を昇圧コンバータ２０へ出力する。また、インバータ３０は、エンジン５４の始動時、昇圧コンバータ２０からの直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。

インバータ３５は、昇圧コンバータ２０からの直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。また、インバータ３５は、駆動輪５８からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を昇圧コンバータ２０へ出力する。

モータジェネレータＭＧ１は、エンジン５４によって駆動される発電機として動作するものとしてこのハイブリッド自動車１１０に組み込まれる。また、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車１１０の駆動輪５８を駆動する電動機としてハイブリッド自動車１１０に組み込まれる。

モータジェネレータＭＧ１は、エンジン５４の出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ３０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ３０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジン５４の始動も行なう。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３５から受ける３相交流電圧によってハイブリッド自動車１１０の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車１１０の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ３５へ出力する。

エンジン５４は、動力分割機構５２およびギヤ５６を介して駆動輪５８を駆動するとともに、動力分割機構５２を介してモータジェネレータＭＧ１に回転力を与える。また、エンジン５４は、モータジェネレータＭＧ１からの駆動力を受けて始動する。

動力分割機構は５２は、エンジン５４からの出力を駆動輪５８の駆動力およびモータジェネレータＭＧ１に与える回転力に分割する。また、動力分割機構５２は、エンジン５４の始動時、モータジェネレータＭＧ１からの駆動力をエンジン５４へ伝達する。ギヤ５６は、モータジェネレータＭＧ２および動力分割機構５２からの回転数を減速して駆動輪５８へ出力する。

なお、上記において、昇圧コンバータ２０は、この発明における「コンバータ」に対応する。また、バッテリＢは、この発明における「直流電源」に対応し、コンデンサＣ１，Ｃ２は、それぞれこの発明における「第２のコンデンサ」および「第１のコンデンサ」に対応する。さらに、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、それぞれこの発明における「第１のリレー」、「第２のリレー」および「第３のリレー」に対応し、制御装置４０は、この発明における「制御手段」に対応する。また、さらに、パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、それぞれこの発明における「第１のスイッチング素子」および「第２のスイッチング素子」に対応し、ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれこの発明における「第１のダイオード」および「第２のダイオード」に対応する。

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。

この発明の実施の形態１による電源制御装置を備える負荷駆動装置の概略ブロック図である。 図１に示す制御装置によるプリチャージ制御のフローチャートである。 図１に示す制御装置によるプリチャージ制御時の電圧の変化を示す図である。 この発明の実施の形態２における制御装置によるプリチャージ制御のフローチャートである。 この発明の実施の形態３における制御装置によるプリチャージ制御のフローチャートである。 この発明の実施の形態３における制御装置によるプリチャージ制御時の電圧および電流の変化を示す図である。 この発明による電源制御装置が適用されたハイブリッド自動車の概略ブロック図である。

符号の説明

１０ システムメインリレー、２０ 昇圧コンバータ、３０，３５ インバータ、３１ Ｕ相アーム、３２ Ｖ相アーム、３３ Ｗ相アーム、４０ 制御装置、４１ 電流センサ、４２，４４ 電圧センサ、５２ 動力分割機構、５４ エンジン、５６ ギヤ、５８ 駆動輪、１００ 負荷駆動装置、１１０ ハイブリッド自動車、Ｂ バッテリ、Ｒ 抵抗、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３ リレー、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン、Ｌ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８ パワートランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＭＧ，ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (8)

1. 直流電源と、
   前記直流電源からの直流電圧を昇圧するコンバータと、
   前記コンバータを介して前記直流電源から電荷の供給を受ける第１のコンデンサと、
   前記直流電源の一方の極と前記コンバータとの間に直列に接続される第１のリレーおよび抵抗と、
   前記直流電源の一方の極と前記コンバータとの間に前記第１のリレーおよび前記抵抗に並列に接続される第２のリレーと、
   前記直流電源の他方の極と前記コンバータとの間に接続される第３のリレーと、
   前記第１および第３のリレーをオンして前記第１のコンデンサを充電し、かつ、前記第１のコンデンサの充電が完了すると前記第２のリレーをオンするプリチャージ制御を実行する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記プリチャージ制御の実行時、前記直流電源から前記第１のコンデンサへ電荷を供給するように前記コンバータを制御する、電源制御装置。
2. 前記第１のコンデンサは、電源ラインと接地ラインとの間に接続され、
   前記コンバータは、
   前記電源ラインに一端が接続される第１のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子の他端と前記接地ラインとの間に接続される第２のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子に並列に接続され、前記電源ラインにカソードが接続される第１のダイオードと、
   前記第２のスイッチング素子に並列に接続され、前記接地ラインにアノードが接続される第２のダイオードと、
   前記第１および第２のスイッチング素子の接続点に一端が接続され、前記第１のリレーおよび前記抵抗からなる回路および前記第２のリレーに他端が接続されるリアクトルとを含み、
   前記制御手段は、前記プリチャージ制御の実行時、前記第１のスイッチング素子をオフして前記第２のスイッチング素子をスイッチング制御する、請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記第１から第３のリレーおよび前記抵抗によって構成されるシステムメインリレーと前記コンバータとの間において前記コンバータに並列に接続され、前記直流電源から電荷の供給を受ける第２のコンデンサをさらに備え、
   前記制御手段は、前記第１のコンデンサの充電完了後、前記第１のコンデンサから前記第２のコンデンサへ電荷を供給するように前記コンバータをさらに制御する、請求項１に記載の電源制御装置。
4. 前記第１のコンデンサは、電源ラインと接地ラインとの間に接続され、
   前記コンバータは、
   前記電源ラインに一端が接続される第１のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子の他端と前記接地ラインとの間に接続される第２のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子に並列に接続され、前記電源ラインにカソードが接続される第１のダイオードと、
   前記第２のスイッチング素子に並列に接続され、前記接地ラインにアノードが接続される第２のダイオードと、
   前記第１および第２のスイッチング素子の接続点に一端が接続され、前記第１のリレーおよび前記抵抗からなる回路および前記第２のリレーに他端が接続されるリアクトルとを含み、
   前記制御手段は、前記プリチャージ制御の実行時、前記第１のスイッチング素子をオフして前記第２のスイッチング素子をスイッチング制御し、前記第１のコンデンサの充電完了後、前記第２のスイッチング素子をオフして前記第１のスイッチング素子をスイッチング制御する、請求項３に記載の電源制御装置。
5. 前記直流電源から出力される電流を検出する電流センサをさらに備え、
   前記制御手段は、前記電流センサによって検出された電流が所定の上限値を下回っているとき、前記直流電源から前記第１のコンデンサへ電荷を供給するように前記コンバータを制御する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電源制御装置。
6. 電源制御装置の制御方法であって、
   前記電源制御装置は、
   直流電源と、
   前記直流電源からの直流電圧を昇圧するコンバータと、
   前記コンバータを介して前記直流電源から電荷の供給を受ける第１のコンデンサと、
   前記直流電源の一方の極と前記コンバータとの間に直列に接続される第１のリレーおよび抵抗と、
   前記直流電源の一方の極と前記コンバータとの間に前記第１のリレーおよび前記抵抗に並列に接続される第２のリレーと、
   前記直流電源の他方の極と前記コンバータとの間に接続される第３のリレーとを備え、
   前記制御方法は、
   前記第１および第３のリレーをオンする第１のステップと、
   前記第１および第３のリレーがオンされると前記直流電源から前記第１のコンデンサへ電荷を供給するように前記コンバータを制御する第２のステップと、
   前記第１のコンデンサの充電が完了すると前記第２のリレーをオンする第３のステップとを含む、電源制御装置の制御方法。
7. 前記電源制御装置は、前記第１から第３のリレーおよび前記抵抗によって構成されるシステムメインリレーと前記コンバータとの間において前記コンバータに並列に接続され、かつ、前記直流電源から電荷の供給を受ける第２のコンデンサをさらに備え、
   前記制御方法は、前記第１のコンデンサの充電完了後、前記第１のコンデンサから前記第２のコンデンサへ電荷を供給するように前記コンバータを制御する第４のステップをさらに含む、請求項６に記載の電源制御装置の制御方法。
8. 前記電源制御装置は、前記直流電源から出力される電流を検出する電流センサをさらに備え、
   前記制御方法の第２のステップは、前記第１および第３のリレーがオンされ、かつ、前記電流センサによって検出された電流が所定の上限値を下回っているとき、前記直流電源から前記第１のコンデンサへ電荷を供給するように前記コンバータを制御する、請求項６または請求項７に記載の電源制御装置の制御方法。

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