JP2008278732A

JP2008278732A - 電気自動車

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Publication number: JP2008278732A
Application number: JP2007184208A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Oshima; 邦明尾島; Minoru Sasaki; 佐々木　　実
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2027-07-13
Also published as: JP4567711B2

Abstract

【課題】電圧計で平滑コンデンサの電圧を検出することなく、平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別できる電気自動車を提供すること。
【解決手段】電気自動車は、直流電力を交流電力に変換するインバータ７０と、直流電力を出力するバッテリ３０と、第１平滑コンデンサを含んで構成され、バッテリ３０から出力される直流電力の電圧を昇圧して、インバータ７０に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、インバータ７０の電圧およびバッテリ３０の電圧に基づいて、第１平滑コンデンサの充電が完了したか否かを判別する制御装置５と、を備える。制御装置５は、第１平滑コンデンサの充電前の状態で、インバータ７０の電圧がバッテリ３０の電圧から所定電圧分低い値以下であり、かつ、第１平滑コンデンサの充電後の状態で、インバータ７０の電圧とバッテリ３０の電圧との差が所定範囲内であれば、第１平滑コンデンサの充電が正常に完了したと判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車に関する。

従来より、電気自動車の動力源として、バッテリを備えた駆動システムがある。この駆動システムは、例えば、バッテリのほかに、車両を駆動するモータと、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータと、を備える。
この電気自動車によれば、バッテリからの直流電力をインバータで交流電力に変換してモータに供給することで、モータを駆動する。

ここで、モータを駆動するためには、インバータに高電圧の直流電力を供給する必要がある。そこで、バッテリとインバータとの間に、バッテリからの直流電力の電圧を昇圧する昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータを設ける手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この手法では、この昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータを経由するライン、あるいは、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータを経由しないラインを、走行状況に応じて切り替える。

この提案によれば、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータでバッテリからの電力を昇圧するので、バッテリを高電圧化することなく、モータに高電圧の交流電力を供給できる。また、モータに供給する交流電力の電流を少なくできるので、バッテリからモータに至る配線の内部抵抗による発熱を抑制できる。

また、インバータの入力端には、高調波成分を多く含んだ電流が流れる場合があるが、バッテリには、この高調波成分を多く含んだ電流を流すことができない。そこで、インバータと並列に平滑コンデンサを接続する手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この提案によれば、平滑コンデンサで電圧の波形を平滑化でき、バッテリに流れる電流から高調波成分を除去できる。また、平滑コンデンサに対してプリチャージを行うことで、突入電流が過大になるのを防止できる。

このように、駆動システムには、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータおよび平滑コンデンサが設けられる。この駆動システムでは、電圧計で平滑コンデンサの電圧を検出し、平滑コンデンサの電圧がバッテリの電圧に略等しくなると、平滑コンデンサのプリチャージが正常に完了したと判別し、モータの駆動を開始する。
特開２００４−３６４４８５号公報特開平６−４６５０７号公報

しかしながら、平滑コンデンサの電圧を検出する電圧計が故障すると、平滑コンデンサのプリチャージが正常に完了しても、プリチャージが正常に完了したことを検知できず、モータの駆動を開始できない場合があった。

本発明は、電圧計で平滑コンデンサの電圧を検出することなく、平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別できる電気自動車を提供することを目的とする。

本発明の電気自動車は、車輌を駆動するモータ（例えば、後述のモータ９０）と、直流電力を出力する電源（例えば、後述のバッテリ３０）と、第１の平滑コンデンサ（例えば、後述の第１平滑コンデンサ５８）を含んで構成され、前記電源から出力される直流電力の電圧を昇圧する昇圧手段（例えば、後述のＤＣ／ＤＣコンバータ５０）と、第２の平滑コンデンサ（例えば、後述の平滑コンデンサ８１）を含んで構成され、前記昇圧手段により昇圧された直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータ（例えば、後述のインバータ７０）と、前記第１の平滑コンデンサおよび前記第２の平滑コンデンサを充電するコンデンサ充電手段（例えば、後述のプリチャージ）と、前記電源の電圧を検出する電源電圧検出手段（例えば、後述の電圧計４５）と、前記昇圧手段より前記モータ側の電圧を検出するモータ側電圧検出手段（例えば、後述の電圧計８２）と、前記電源電圧検出手段で検出した前記電源の電圧、および、前記モータ側電圧検出手段で検出した前記昇圧手段より前記モータ側の電圧に基づいて、前記第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別する充電完了判別手段（例えば、後述の制御装置５）と、を備えた電気自動車であって、前記充電完了判別手段は、充電前の前記モータ側電圧検出手段の電圧値が前記電源電圧検出手段の電圧値から所定電圧分低い値以下であり、かつ、充電後の前記モータ側電圧検出手段の電圧値と前記電源電圧検出手段の電圧値との差が所定範囲内であれば、前記充電が正常に完了したと判別することを特徴とする。

この発明によれば、電気自動車に、昇圧手段よりモータ側の電圧を検出するモータ側電圧検出手段と、このモータ側電圧検出手段により検出した電圧値と電源電圧検出手段により検出した電圧値とに基づいて第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別する充電完了判別手段と、を設けた。第１の平滑コンデンサの電圧が変化すると、これに応じて昇圧手段よりモータ側の電圧が変化するので、第１の平滑コンデンサの電圧を検出する手段を用いることなく、第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別できる。

また、第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したと充電完了判別手段で判別するための条件として、以下の２つの条件を設けた。第１の条件は、第１の平滑コンデンサの充電前の状態において、モータ側電圧検出手段により検出した電圧値が電源電圧検出手段により検出した電圧値から所定電圧分低い値以下であることである。第２の条件は、第１の平滑コンデンサの充電後の状態において、モータ側電圧検出手段により検出した電圧値と、電源電圧検出手段により検出した電圧値と、の差が所定範囲内であることである。
よって、第１の平滑コンデンサの充電前の状態において、昇圧手段よりモータ側に前回起動時の電圧が残っており、モータ側電圧検出手段により検出した電圧値が電源電圧検出手段により検出した電圧値から所定電圧分低い値より大きい場合、上述の第１の条件を満たさないこととなる。したがって、第１の平滑コンデンサの充電前の状態において、昇圧手段よりモータ側に前回起動時の電圧が残っている場合であっても、第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したと誤って判別するのを防止できる。

この場合、前記コンデンサ充電手段による充電の開始時期を判断する充電開始判断手段（例えば、後述の制御装置５Ａ）をさらに備え、当該充電開始判断手段は、前記モータ側電圧検出手段の電圧値が前記電源電圧検出手段の電圧値から所定電圧分低い値以上になった後を、前記コンデンサ充電手段による充電の開始時期とすることが好ましい。

上述のように、第１の平滑コンデンサの充電前の状態において、昇圧手段よりモータ側に前回起動時の電圧が残っており、モータ側電圧検出手段により検出した電圧値が電源電圧検出手段により検出した電圧値から所定電圧分低い値より大きい場合、第１の平滑コンデンサを充電しても、充電が正常に完了していないと判別される。したがって、この場合、第１の平滑コンデンサの充電を開始しても、無駄な充電を行うことになる。
そこで、この発明によれば、電気自動車に、コンデンサ充電手段による充電の開始時期を判断する充電開始判断手段を設け、モータ側電圧検出手段により検出した電圧値が電源電圧検出手段により検出した電圧値から所定電圧分低い値以上になった後を、コンデンサ充電手段による充電の開始時期とした。このため、充電開始判断手段により充電の開始時期であると判断した後、第１の平滑コンデンサの充電を開始することで、無駄な充電を防止できる。

この場合、前記第１の平滑コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧検出手段（例えば、後述の電圧計６１）と、前記コンデンサ電圧検出手段が正常に動作しているか否かを判別する故障判別手段と、を備え、前記充電完了判別手段は、前記故障判別手段により前記コンデンサ電圧検出手段が正常に動作していると判別した場合、前記電源電圧検出手段の電圧値と前記コンデンサ電圧検出手段の電圧値との差が所定範囲内であれば、正常に完了したと判別することが好ましい。

上述のように、昇圧手段の第１の平滑コンデンサの電圧が変化すると、これに応じて昇圧手段よりモータ側の電圧が変化するので、第１の平滑コンデンサの電圧の代わりに昇圧手段よりモータ側の電圧を用いても、第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別できる。しかしながら、昇圧手段よりモータ側に前回起動時の電圧が残っているため、昇圧手段よりモータ側の電圧値と第１の平滑コンデンサの電圧値とが異なる場合があり、第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別する精度が若干低下するおそれがあった。
そこで、この発明によれば、電気自動車に、第１の平滑コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧検出手段と、コンデンサ電圧検出手段が正常に動作しているか否かを判別する故障判別手段と、を設けた。そして、故障判別手段によりコンデンサ電圧検出手段が正常に動作していると判別した場合には、コンデンサ電圧検出手段により検出した電圧値と、電源電圧検出手段により検出した電圧値と、の差が所定範囲内であれば、第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したと判別した。このため、コンデンサ電圧検出手段が正常に動作する場合には、昇圧手段よりモータ側の電圧ではなく第１の平滑コンデンサの電圧を用いて、第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを高精度に判別できる。

一方、コンデンサ電圧検出手段が正常に動作せず、故障判別手段によりコンデンサ電圧検出手段が正常に動作していないと判別した場合には、上述のように、昇圧手段よりモータ側の電圧と電源の電圧とに基づいて、第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別する。よって、コンデンサ電圧検出手段が故障した場合でも、第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別できる。

この場合、前記モータ側電圧検出手段は、前記インバータに供給される電力の電圧を検出することが好ましい。

従来より、電気自動車には、インバータに供給される電力の電圧を検出する電圧計が設けられる。そこで、この発明によれば、上述の従来の電気自動車が備える電圧計をモータ側電圧検出手段として利用したので、新たな構成を設けることなく、昇圧手段よりモータ側の電圧を検出できる。

この場合、前記モータ側電圧検出手段は、前記昇圧手段により昇圧された電圧を検出することが好ましい。

従来より、電気自動車には、昇圧手段により昇圧された電圧を検出する電圧計が設けられる。そこで、この発明によれば、上述の従来の電気自動車が備える電圧計をモータ側電圧検出手段として利用したので、新たな構成を設けることなく、昇圧手段よりモータ側の電圧を検出できる。

本発明によれば、電気自動車に、昇圧手段よりモータ側の電圧を検出するモータ側電圧検出手段と、このモータ側電圧検出手段により検出した電圧値と電源電圧検出手段により検出した電圧値とに基づいて第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別する充電完了判別手段と、を設けた。第１の平滑コンデンサの電圧が変化すると、これに応じて昇圧手段よりモータ側の電圧が変化するので、第１の平滑コンデンサの電圧を検出する手段を用いることなく、第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る電気自動車が備える駆動システム１のブロック図である。
駆動システム１は、充電完了判別手段としての制御装置５、電源としてのバッテリ３０、昇圧手段としてのＤＣ／ＤＣコンバータ５０、パワードライブユニットを構成するインバータ７０、およびモータ９０を備える。

バッテリ３０は、直流電力を出力する。このバッテリ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０を介して、インバータ７０に接続され、インバータ７０は、モータ９０に接続される。
バッテリ３０とＤＣ／ＤＣコンバータ５０とは、リレー回路４０により断続される。
バッテリ３０の正極側端子Ｐ３と負極側端子Ｐ４との間には、バッテリ３０の電圧（以降、ＶＢＡＴと呼ぶ）を検出する電源電圧検出手段としての電圧計４５が接続されている。

インバータ７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０を介してバッテリ３０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ９０に供給することで、モータ９０を駆動する。このインバータ７０の正極側端子Ｐ９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の正極側端子Ｐ７に接続され、インバータ７０の負極側端子Ｐ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の負極側端子Ｐ８に接続される。
インバータ７０の正極側端子Ｐ９と負極側端子Ｐ１０との間には、電圧の波形を平滑化する第２の平滑コンデンサとしての平滑コンデンサ８１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０よりモータ９０側の電圧として平滑コンデンサ８１の電圧（以降、ＶＰＩＮと呼ぶ）を検出するモータ側電圧検出手段としての電圧計８２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０、インバータ７０、平滑コンデンサ８１などに残留した電圧を低下させるディスチャージ抵抗８３と、が接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、直流電圧を昇圧して出力する。このＤＣ／ＤＣコンバータ５０の正極側端子Ｐ５は、リレー回路４０を介してバッテリ３０の正極側端子Ｐ３に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の負極側端子Ｐ６は、リレー回路４０を介してバッテリ３０の負極側端子Ｐ４に接続される。
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、電圧の波形を平滑化する平滑コンデンサを含んで構成される。
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の正極側端子Ｐ５と負極側端子Ｐ６との間には、上述の平滑コンデンサと、この平滑コンデンサの電圧（以降、Ｖ１と呼ぶ）を検出する電圧計６１と、が接続されている。また、正極側端子Ｐ７と負極側端子Ｐ８との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０が出力する電圧（以降、Ｖ２と呼ぶ）を検出する電圧計６２が接続されている。

リレー回路４０は、バッテリ３０の正極側端子Ｐ３をＤＣ／ＤＣコンバータ５０の正極側端子Ｐ５に断続する正極側メインコンタクタ４１およびプリチャージコンタクタ４３と、バッテリ３０の負極側端子Ｐ４をＤＣ／ＤＣコンバータ５０の負極側端子Ｐ６に断続する負極側メインコンタクタ４２と、プリチャージコンタクタ４３に直列に接続された抵抗４４と、を備える。プリチャージコンタクタ４３および抵抗４４が直列に接続されたものは、正極側メインコンタクタ４１に並列に接続される。

制御装置５は、正極側メインコンタクタ４１、負極側メインコンタクタ４２、プリチャージコンタクタ４３、およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０を制御するとともに、後述の第１平滑コンデンサ５８のプリチャージが正常に完了したか否かを判別する。

図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の回路図である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、第１トランジスタ５１、第２トランジスタ５２、第１ダイオード５３、第２ダイオード５４、リアクタ５５、第１抵抗５６、第２抵抗５７、第１の平滑コンデンサとしての第１平滑コンデンサ５８、および第２平滑コンデンサ５９を備える。
このＤＣ／ＤＣコンバータ５０には、正極側端子Ｐ５、Ｐ７および負極側端子Ｐ６、Ｐ８が設けられている。

リアクタ５５の一端側は、正極側端子Ｐ５に接続されている。
第１トランジスタ５１および第２トランジスタ５２は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Mode Transistor）で構成される。第１トランジスタ５１のコレクタは、リアクタ５５の他端側に接続され、エミッタは、負極側端子Ｐ６、Ｐ８に接続され、ゲートは、図示しない制御回路に接続される。第２トランジスタ５２のコレクタは、正極側端子Ｐ７に接続され、エミッタは、リアクタ５５の他端側に接続され、ゲートは、図示しない制御回路に接続される。

また、第１トランジスタ５１のエミッタ・コレクタ間には、エミッタからコレクタに向かって順方向に第１ダイオード５３が接続され、第２トランジスタ５２のエミッタ・コレクタ間には、エミッタからコレクタに向かって順方向に第２ダイオード５４が接続される。

第１抵抗５６および第１平滑コンデンサ５８の一端側は、正極側端子Ｐ５に接続され、他端側は、負極側端子Ｐ６に接続される。
第２抵抗５７および第２平滑コンデンサ５９の一端側は、正極側端子Ｐ７に接続され、他端側は、負極側端子Ｐ８に接続される。

このＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、以下のように動作する。
すなわち、まず、第１トランジスタ５１および第２トランジスタ５２をオフ状態とし、正極側端子Ｐ５に直流電力を供給すると、この直流電力に応じた電圧が第１平滑コンデンサ５８に印加され、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージが開始される。

次に、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージが完了した後、第１トランジスタ５１をオンすると、正極側端子Ｐ５からリアクタ５５および第１トランジスタ５１を介して負極側端子Ｐ６に電流が流れる。この電流により、リアクタ５５は励磁され、磁気エネルギが蓄積される。

次に、第１トランジスタ５１をオフすると、リアクタ５５に、蓄積された磁気エネルギにより逆起電力が発生する。この逆起電力は、第１平滑コンデンサ５８の電圧に重畳され、正極側端子Ｐ７から出力される。

なお、第１平滑コンデンサ５８にプリチャージを行う期間では、第１トランジスタ５１および第２トランジスタ５２がオフ状態のため、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は停止しているが、リアクタ５５および第２ダイオード５４を介して、バッテリ３０からインバータ７０に向かって電流が流れる。このため、第１平滑コンデンサ５８にプリチャージを行う期間では、平滑コンデンサ８１にも、プリチャージが行われる。

また、第１トランジスタ５１および第２トランジスタ５２のオンオフの制御は、制御装置５により、モータ９０から要求される電力値に応じて行われる。具体的には、電圧Ｖ２に応じて、第１トランジスタ５１および第２トランジスタ５２のスイッチング周期を制御する。

以上の駆動システム１においてプリチャージを行う手順を、図３のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳＴ１において、プリチャージの開始前の平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮの値をＶＰＩＮ２として、制御装置５が備える記憶領域に格納する。

次に、ステップＳＴ２において、プリチャージを開始する。具体的には、制御装置５により、正極側メインコンタクタ４１をオフ状態とし、プリチャージコンタクタ４３および負極側メインコンタクタ４２をオン状態とする。すると、バッテリ３０から出力される直流電力は、オン状態のプリチャージコンタクタ４３および負極側メインコンタクタ４２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に供給され、第１平滑コンデンサ５８の充電が開始される。
また、ステップＳＴ２では、プリチャージを開始すると同時に、制御装置５が備えるタイマにより、プリチャージを行っている時間の計時を開始する。

次に、ステップＳＴ３において、プリチャージを開始してから所定時間が経過したか否かを判別する。具体的には、上述の制御装置５のタイマで計時している時間が所定時間Ｔになったか否かを判別する。この判別がＹＥＳであれば、ステップＳＴ４に移り、ＮＯであれば、ステップＳＴ３を繰り返す。

ステップＳＴ４において、制御装置５により、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴと平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮとの差分が所定範囲内であるか否かを判別する。具体的には、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴと平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮとの差分が所定値Ａ以下であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳであれば、ステップＳＴ５に移り、ＮＯであれば、ステップＳＴ８に移る。

ステップＳＴ５において、制御装置５により、プリチャージの開始前の平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮがバッテリ３０の電圧ＶＢＡＴから所定電圧分低い値以下か否かを判別する。具体的には、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴから電圧ＶＰＩＮ２を減算した値が所定値Ｂ以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳであれば、ステップＳＴ６に移り、ＮＯであれば、ステップＳＴ８に移る。
なお、所定値Ｂは、平滑コンデンサ８１に残る前回起動時の電圧がある程度低下して、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージが正常に行われるように設定される。例えば、本実施形態では、所定値Ｂを０とし、プリチャージの開始前の平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮがバッテリ３０の電圧ＶＢＡＴと比べて同電位または低い場合には、ステップＳＴ６に移り、高い場合には、ステップＳＴ８に移ることとする。

ステップＳＴ６において、制御装置５により、プリチャージが正常に完了したと判別し、正極側メインコンタクタ４１をオン状態とするとともに、ステップＳＴ７において、プリチャージコンタクタ４３をオフ状態とする。

ステップＳＴ８において、制御装置５により、プリチャージが正常に完了していないと判別し、ステップＳＴ９において、プリチャージコンタクタ４３および負極側メインコンタクタ４２をオフ状態とする。

図４は、第１平滑コンデンサ５８が正常に動作する場合のプリチャージのタイミングチャートである。
ここで、正極側メインコンタクタ４１、負極側メインコンタクタ４２、およびプリチャージコンタクタ４３は、Ｌレベルでオフ状態とし、Ｈレベルでオン状態とする。
また、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴは、時刻ｔ０ではＶＣ３とし、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、時刻ｔ０ではＶＣ３より低いＶＣ１とする。すなわち、時刻ｔ０では、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴより低いものとする。

時刻ｔ１において、プリチャージコンタクタ４３をオン状態とし、時刻ｔ２において、負極側メインコンタクタ４２をオン状態とする。すると、バッテリ３０から出力される直流電力は、オン状態のプリチャージコンタクタ４３および負極側メインコンタクタ４２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に供給され、第１平滑コンデンサ５８の充電が開始される。

ここで、第１平滑コンデンサ５８の一端側は、リアクタ５５および第２ダイオード５４を介して平滑コンデンサ８１の一端側に接続され、第１平滑コンデンサ５８の他端側は、平滑コンデンサ８１の他端側に接続されている。このため、第１平滑コンデンサ５８の電圧Ｖ１が変化すると、これに応じて平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮも変化する。その結果、時刻ｔ２から所定時間Ｔの経過後の時刻ｔ３では、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、ＶＣ３まで上昇する。すなわち、時刻ｔ３では、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴに等しくなる。

時刻ｔ３において、時刻ｔ０および時刻ｔ３におけるＶＰＩＮおよびＶＢＡＴに基づいて、プリチャージが完了したと判別する。そして、正極側メインコンタクタ４１をオン状態とし、時刻ｔ４において、プリチャージコンタクタ４３をオフ状態とする。すると、バッテリ３０から出力される直流電力は、オン状態の正極側メインコンタクタ４１および負極側メインコンタクタ４２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に供給される。このため、第１平滑コンデンサ５８の電圧Ｖ１は維持されるので、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮもＶＣ３で維持される。

図５は、第１平滑コンデンサ５８に不具合が発生した場合のプリチャージのタイミングチャートである。
ここで、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴは、時刻ｔ１０ではＶＣ３とし、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、時刻ｔ１０ではＶＣ１とする。すなわち、時刻ｔ１０では、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴより低いものとする。

時刻ｔ１１において、プリチャージコンタクタ４３をオン状態とし、時刻ｔ１２において、負極側メインコンタクタ４２をオン状態とする。すると、バッテリ３０から出力される直流電力は、オン状態のプリチャージコンタクタ４３および負極側メインコンタクタ４２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に供給される。ところが、第１平滑コンデンサ５８の不具合により、第１平滑コンデンサ５８に充電できないので、時刻ｔ１２から所定時間Ｔの経過後の時刻ｔ１３では、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴより電位の低いＶＣ２までしか上昇しない。すなわち、時刻ｔ１３では、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴと異なる。

時刻ｔ１３において、時刻ｔ１０および時刻ｔ１３におけるＶＰＩＮおよびＶＢＡＴに基づいて、プリチャージが完了していないと判別する。そして、時刻ｔ１４において、プリチャージコンタクタ４３および負極側メインコンタクタ４２をオフ状態とする。すると、バッテリ３０から出力される直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に供給されないので、第１平滑コンデンサ５８の電圧Ｖ１が徐々に低下し、これに応じて平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮも徐々に低下する。

図６は、平滑コンデンサ８１に前回起動時の電圧が残っている場合のプリチャージのタイミングチャートである。
ここで、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴは、時刻ｔ２０ではＶＣ３とし、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、時刻ｔ２０ではＶＣ３より高いＶＣ４とする。すなわち、時刻ｔ２０では、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴより高いものとする。

時刻ｔ２１において、プリチャージコンタクタ４３をオン状態とし、時刻ｔ２２において、負極側メインコンタクタ４２をオン状態とする。すると、バッテリ３０から出力される直流電力は、オン状態のプリチャージコンタクタ４３および負極側メインコンタクタ４２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に供給される。ところが、平滑コンデンサ８１に残る電圧は、この平滑コンデンサ８１と並列に接続されたディスチャージ抵抗８３により消費される。このため、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは徐々に低下して、時刻ｔ２２から所定時間Ｔの経過後の時刻ｔ２３では、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、ＶＣ３まで低下する。すなわち、時刻ｔ２３では、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴに等しくなる。

時刻ｔ２３において、時刻ｔ２０および時刻ｔ２３におけるＶＰＩＮおよびＶＢＡＴに基づいて、プリチャージが完了していないと判別する。そして、正極側メインコンタクタ４１をオフ状態とし、時刻ｔ２４において、プリチャージコンタクタ４３をオフ状態とする。すると、バッテリ３０から出力される直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に供給されないので、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮは、時刻ｔ２０から時刻ｔ２４までと同様に、徐々に低下する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）平滑コンデンサ８１の電圧を検出する電圧計８２と、この電圧計８２により検出した電圧値と電圧計４５により検出した電圧値とに基づいて第１平滑コンデンサ５８のプリチャージが正常に完了したか否かを判別する制御装置５と、を設けた。第１平滑コンデンサ５８の電圧が変化すると、これに応じて平滑コンデンサ８１の電圧が変化するので、第１平滑コンデンサ５８の電圧を検出する電圧計６１を用いることなく、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージが正常に完了したか否かを判別できる。

（２）第１平滑コンデンサ５８のプリチャージが正常に完了したと制御装置５で判別するための条件として、以下の２つの条件を設けた。第１の条件は、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージ前の状態において、電圧計８２により検出した電圧値が電圧計４５により検出した電圧値から所定電圧分低い値以下であることである。第２の条件は、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージ後の状態において、電圧計８２により検出した電圧値と、電圧計４５により検出した電圧値と、の差が所定範囲内であることである。
よって、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージ前の状態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０よりモータ９０側に前回起動時の電圧が残っており、電圧計８２により検出した電圧値が電圧計４５により検出した電圧値から所定電圧分低い値より大きい場合、上述の第１の条件を満たさないこととなる。したがって、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージ前の状態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０よりモータ９０側に前回起動時の電圧が残っている場合であっても、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージが正常に完了したと誤って判別するのを防止できる。

〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２実施形態に係るプリチャージの開始時期を判断するフローチャートである。

まず、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオンされると、充電開始判断手段としての制御装置５Ａにより、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮがバッテリ３０の電圧から所定電圧分低い値以上であるか否かを判別する。具体的には、バッテリ３０の電圧ＶＢＡＴから電圧ＶＰＩＮ２を減算した値が所定値Ｂ以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳであれば、プリチャージを開始し、ＮＯであれば、ステップＳＴ１１を繰り返す。

本実施形態によれば、上述の（１）、（２）に加え、以下のような効果がある。
（３）バッテリ３０によるプリチャージの開始時期を判断する制御装置５Ａを設け、電圧計８２により検出した電圧値が電圧計４５により検出した電圧値から所定電圧分低い値以上になった後を、バッテリ３０によるプリチャージの開始時期とした。このため、制御装置５Ａによりプリチャージの開始時期であると判断した後、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージを開始することで、無駄なプリチャージを防止できる。

〔第３実施形態〕
図８は、本発明の第３実施形態に係る電気自動車が備える駆動システム１Ｂのブロック図である。
本実施形態では、駆動システム１Ｂが、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池１０と、燃料電池１０に反応ガスを供給する反応ガス供給装置２３と、を備える点が、第１実施形態と異なる。

燃料電池１０は、反応ガス供給装置２３に接続され、水素ガスおよび空気が供給されると、電気化学反応により直流電力を発生する。この燃料電池１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０およびバッテリ３０と並列に、インバータ７０に接続される。
燃料電池１０とインバータ７０とは、第１リレー回路２０により断続される。

インバータ７０は、燃料電池１０またはＤＣ／ＤＣコンバータ５０を介してバッテリ３０から供給される直流電力を、交流電力に変換してモータ９０に供給することで、モータ９０を駆動する。このインバータ７０の正極側端子Ｐ９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の正極側端子Ｐ７に加えて、第１リレー回路２０を介して燃料電池１０の正極側端子Ｐ１に接続され、インバータ７０の負極側端子Ｐ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の負極側端子Ｐ８に加えて、第１リレー回路２０を介して燃料電池１０の負極側端子Ｐ２に接続される。

第１リレー回路２０は、燃料電池１０の正極側端子Ｐ１をインバータ７０の正極側端子Ｐ９に断続する正極側コンタクタ２１と、燃料電池１０の負極側端子Ｐ２をインバータ７０の負極側端子Ｐ１０に断続する負極側コンタクタ２２と、を備える。

以上の駆動システム１Ａは、以下のように動作する。
すなわち、まず、第２リレー回路４０の正極側メインコンタクタ４１をオフした状態で、プリチャージコンタクタ４３をオンするとともに、負極側メインコンタクタ４２をオンして、第１平滑コンデンサ５８を充電する（以降、１次プリチャージと呼ぶ）。

この１次プリチャージは、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮおよびバッテリ３０の電圧ＶＢＡＴに基づいて、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージが正常に完了したと判別するまで行う。具体的には、本実施形態では、電圧ＶＰＩＮが電圧ＶＢＡＴに等しくなるまで行う。
その後、プリチャージコンタクタ４３をオフするとともに、正極側メインコンタクタ４１をオンして、平滑コンデンサ８１を充電する（以降、２次プリチャージと呼ぶ）。

この２次プリチャージは、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮおよびバッテリ３０の電圧ＶＢＡＴに基づいて、平滑コンデンサ８１のプリチャージが正常に完了したと判別するまで行う。具体的には、本実施形態では、電圧ＶＰＩＮが燃料電池１０の電圧に等しくなるまで行う。
その後、第２リレー回路４０の正極側メインコンタクタ４１および負極側メインコンタクタ４２をオフするとともに、第１リレー回路２０の正極側コンタクタ２１および負極側コンタクタ２２をオンして、燃料電池１０からインバータ７０に直流電力を供給し、インバータ７０で交流電力に変換して、モータ９０を駆動する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（４）電圧計８２により検出した電圧ＶＰＩＮ、および電圧計４５により検出した電圧ＶＢＡＴに基づいて、第１平滑コンデンサ５８の１次プリチャージが正常に完了したか否かを判別する制御装置５Ｂを設けた。第１平滑コンデンサ５８の電圧が変化すると、これに応じて平滑コンデンサ８１の電圧が変化するので、第１平滑コンデンサ５８の電圧を検出する電圧計６１を用いることなく、１次プリチャージが正常に完了したか否かを判別できる。

（５）第１平滑コンデンサ５８のプリチャージが正常に完了したと制御装置５で判別するための条件として、以下の２つの条件を設けた。第１の条件は、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージ前の状態において、電圧計８２により検出した電圧値が電圧計４５により検出した電圧値から所定電圧分低い値以下であることである。第２の条件は、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージ後の状態において、電圧計８２により検出した電圧値と、電圧計４５により検出した電圧値と、の差が所定範囲内であることである。
よって、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージ前の状態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０よりモータ９０側に前回起動時の電圧が残っており、電圧計８２により検出した電圧値が電圧計４５により検出した電圧値から所定電圧分低い値より大きい場合、上述の第１の条件を満たさないこととなる。したがって、第１平滑コンデンサ５８のプリチャージ前の状態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０よりモータ９０側に前回起動時の電圧が残っている場合であっても、１次プリチャージが正常に完了したと誤って判別するのを防止できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。

また、上述の各実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０よりモータ９０側の電圧として、平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮを用いたが、これに限らず、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０が出力する電圧Ｖ２を用いてもよい。

また、上述の各実施形態では、プリチャージを行う際に、プリチャージの開始前の平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮを用いたが、これに限らない。例えば、電気自動車の運転終了時に平滑コンデンサ８１の電圧ＶＰＩＮを検出しておき、この検出値を次回起動時においてプリチャージを行う際に用いてもよい。

例えば、上述の第３実施形態では、バッテリ３０でインバータ７０の平滑コンデンサ８１をプリチャージして、このプリチャージがほぼ完了したと判別した後に、燃料電池１０をインバータ７０に接続したが、これに限らず、燃料電池１０でインバータ７０の平滑コンデンサ８１をプリチャージして、このプリチャージがほぼ完了したと判別した後に、バッテリ３０をインバータ７０に接続する構成としてもよい。

なお、上述の各実施形態に係る駆動システム１、１Ａ、１Ｂは、ＥＶ（Electric Vehicle）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）に適用できる。

本発明の第１実施形態に係る電気自動車が備える駆動システムのブロック図である。前記駆動システムが備えるＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。前記駆動システムにおいてプリチャージを行う手順を説明するための図である。第１平滑コンデンサが正常に動作する場合のプリチャージのタイミングチャートである。第１平滑コンデンサに不具合が発生した場合のプリチャージのタイミングチャートである。平滑コンデンサに前回起動時の電圧が残っている場合のプリチャージのタイミングチャートである。本発明の第２実施形態に係るプリチャージの開始時期を判断するフローチャートである。本発明の第３実施形態に係る電気自動車が備える駆動システムのブロック図である。

符号の説明

１、１Ｂ、１００…駆動システム
５、５Ａ、５Ｂ…制御装置
１０…燃料電池
３０…バッテリ
４１…正極側メインコンタクタ
４２…負極側メインコンタクタ
４３…プリチャージコンタクタ
４５、６１、８２…電圧計
５８…第１平滑コンデンサ
７０…インバータ
８１…平滑コンデンサ

Claims

車輌を駆動するモータと、
直流電力を出力する電源と、
第１の平滑コンデンサを含んで構成され、前記電源から出力される直流電力の電圧を昇圧する昇圧手段と、
第２の平滑コンデンサを含んで構成され、前記昇圧手段により昇圧された直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータと、
前記第１の平滑コンデンサおよび前記第２の平滑コンデンサを充電するコンデンサ充電手段と、
前記電源の電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記昇圧手段より前記モータ側の電圧を検出するモータ側電圧検出手段と、
前記電源電圧検出手段で検出した前記電源の電圧、および、前記モータ側電圧検出手段で検出した前記昇圧手段より前記モータ側の電圧に基づいて、前記第１の平滑コンデンサの充電が正常に完了したか否かを判別する充電完了判別手段と、を備えた電気自動車であって、
前記充電完了判別手段は、充電前の前記モータ側電圧検出手段の電圧値が前記電源電圧検出手段の電圧値から所定電圧分低い値以下であり、かつ、充電後の前記モータ側電圧検出手段の電圧値と前記電源電圧検出手段の電圧値との差が所定範囲内であれば、前記充電が正常に完了したと判別することを特徴とする電気自動車。
請求項１に記載の電気自動車において、
前記コンデンサ充電手段による充電の開始時期を判断する充電開始判断手段をさらに備え、
当該充電開始判断手段は、前記モータ側電圧検出手段の電圧値が前記電源電圧検出手段の電圧値から所定電圧分低い値以上になった後を、前記コンデンサ充電手段による充電の開始時期とすることを特徴とする電気自動車。
請求項１または２に記載の電気自動車において、
前記第１の平滑コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧検出手段と、
前記コンデンサ電圧検出手段が正常に動作しているか否かを判別する故障判別手段と、を備え、
前記充電完了判別手段は、前記故障判別手段により前記コンデンサ電圧検出手段が正常に動作していると判別した場合、前記電源電圧検出手段の電圧値と前記コンデンサ電圧検出手段の電圧値との差が所定範囲内であれば、正常に完了したと判別することを特徴とする電気自動車。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気自動車において、
前記モータ側電圧検出手段は、前記インバータに供給される電力の電圧を検出することを特徴とする電気自動車。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気自動車において、
前記モータ側電圧検出手段は、前記昇圧手段により昇圧された電圧を検出することを特徴とする電気自動車。