JP2009051242A - ハイブリッド電気自動車用電圧変換装置 - Google Patents

ハイブリッド電気自動車用電圧変換装置 Download PDF

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Abstract

【課題】走行用バッテリを使用可能か否かに拘わらず、電圧変換回路による変換電圧出力を安定して得ることのできるハイブリッド電気自動車用電圧変換装置を提供する。
【解決手段】走行用バッテリ14をインバータ10のバッテリ接続端子10aに接続する際に、インバータ10への突入電流を抑制するプリチャージ処理を行うコンタクタユニット12と、バッテリ接続端子10aの電圧を異なる電圧に変換して出力するDC/DCコンバータ24とを備え、走行用バッテリ14を使用不可能な場合には、走行用バッテリ14をインバータ10から切り離すと共に、エンジン6が駆動する発電機8の電力をインバータ10で調整して走行用モータ2に供給する。コントローラ28は、DC/DCコンバータ24の制御電源が投入されると、バッテリ接続端子10aに所定電圧V2が印加されてから所定時間t2の経過後にDC/DCコンバータ24の作動を開始させる。
【選択図】図1

Description

本発明はハイブリッド電気自動車用の電圧変換装置に関するものであって、特にエンジンを発電機の駆動専用とし、発電機で発電した電力をバッテリに蓄えると共に、バッテリから供給される電力で作動するモータにより駆動輪を駆動するようにしたシリーズ式ハイブリッド電気自動車用の電圧変換装置に関する。
従来より、エンジンを専ら発電機の駆動に用いて発電機の発電電力を走行用バッテリに蓄えておき、インバータを介して走行用バッテリの電力を走行用モータに供給し、走行用モータの駆動力により車両の駆動輪を駆動するようにした、いわゆるシリーズ式ハイブリッド電気自動車が開発され実用化されている。
このようなハイブリッド電気自動車においても、車両に搭載される各種電装品や制御装置への電力供給を行うため、走行用バッテリとは別に、走行用バッテリよりも低い電圧の電装品用バッテリが設けられている。そして、このような電装品用バッテリを充電するため、走行用バッテリの電圧を電装品用バッテリの電圧に変換するための電圧変換装置を設けることが、例えば特許文献1などによって提案されている。
特許文献1のハイブリッド電気自動車では、走行用バッテリをインバータに接続する際に走行用バッテリからインバータに突入電流が流れるため、走行用バッテリとインバータとの間に設けられたメインコンタクタをオンする前に、走行用バッテリからインバータへの突入電流を抑制するプリチャージ処理が行われる。そして、このようなプリチャージ処理が完了し、メインコンタクタがオンとなって走行用バッテリとインバータとが接続されると、電圧変換装置であるDC/DCコンバータが作動を開始するようになっている。
一方、走行用バッテリが何らかの理由によって使用できなくなった場合にも走行を可能とするため、走行用バッテリをインバータから切り離した状態で、インバータによって発電機の発電電力を直接走行用モータに供給する非常走行モードに移行可能としたシリーズ式ハイブリッド電気自動車が開発されている。
特開2006−280109号公報
ところが、このような非常走行モードに移行した場合、走行用バッテリがインバータから切り離されてしまうため、特許文献1の電圧変換装置ではメインコンタクタがオフとなって電圧変換装置が作動しなくなる。このため、非常走行モードでは電装品用のバッテリの充電が行われず、長時間非常走行モードが継続した場合や、前照灯などへの電力供給が必要となる夜間においては、非常走行モードを継続することが困難となる可能性がある。
一方、特許文献1の電圧変換装置のようにメインコンタクタがオンにならない状態においても、発電機の出力はインバータを介して得られることから、メインコンタクタがオンしたか否かにかかわらず、発電機の出力を電圧変換回路により変換して電装品用バッテリの充電を行うように電圧変換装置を構成することが考えられる。
しかしながら、このような構成においては、走行用バッテリが使用可能な状態にあって走行用バッテリがインバータに接続されると、プリチャージ処理中に電圧変換装置が作動を開始してしまう可能性がある。プリチャージ処理の完了は、インバータへの突入電流が減少してインバータに印加される電圧が所定電圧以上に上昇したことをもって判断されるが、プリチャージ処理が完了する前に電圧変換装置が作動を開始すると、走行用バッテリから電圧変換装置に電流が流れることによって、インバータに印加される電圧が十分に上昇せず、プリチャージ処理を完了することができなくなるおそれがある。
本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、走行用バッテリを使用可能であるか否かに拘わらず、電圧変換回路による変換電圧出力を安定して得ることのできるハイブリッド電気自動車用電圧変換装置を提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明のハイブリッド電気自動車用電圧変換装置は、エンジンにより駆動される発電機と、上記発電機が出力する電力を充電可能な走行用バッテリと、上記走行用バッテリの電力が供給されて駆動力を出力する走行用モータと、上記走行用バッテリが接続されるバッテリ接続部を有し、上記バッテリ接続部を介して上記発電機から上記走行用バッテリに充電される電力を調整すると共に、上記バッテリ接続部を介して上記走行用バッテリから上記走行用モータに供給される電力を調整するインバータと、上記走行用バッテリと上記インバータのバッテリ接続部との間に介装され、上記走行用バッテリと上記インバータとを断接可能であると共に、上記走行用バッテリと上記インバータとの接続を開始する際には上記走行用バッテリから上記インバータへの突入電流を抑制するプリチャージ処理を行うコンタクタ手段と、上記インバータのバッテリ接続部に接続され、上記バッテリ接続部の電圧を異なる電圧に変換して出力する電圧変換回路と、上記走行用バッテリを使用不可能な場合には、上記コンタクタ手段を制御して上記走行用バッテリと上記インバータとの接続を切断すると共に、上記発電機が出力する電力を上記インバータにより調整して上記走行用モータに供給する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記電圧変換回路の制御電源が投入されると、上記インバータのバッテリ接続部に所定電圧が印加されていると判定してから所定時間が経過した後に上記電圧変換回路の作動を開始させることを特徴とする(請求項1)。
このように構成されたハイブリッド電気自動車用電圧変換装置によれば、走行用バッテリとインバータのバッテリ接続部との間にはコンタクタ手段が介装されており、走行用バッテリとインバータとはコンタクタ手段によって断接可能となっている。そして、走行用バッテリとインバータとの接続を開始する際には、コンタクタ手段によりプリチャージ処理が行われることにより、走行用バッテリからインバータへの突入電流が抑制される。
走行用バッテリがコンタクタ手段を介してインバータに接続されている場合、エンジンによって駆動された発電機から出力される電力は、インバータによって調整された後、インバータのバッテリ接続部にコンタクタ手段を介して接続された走行用バッテリに充電される。走行用バッテリに充電された電力は、インバータによって調整された後に走行用モータに供給され、走行用モータの出力する駆動力によってハイブリッド電気自動車が走行する。このとき、インバータのバッテリ接続部に接続された電圧変換回路は、バッテリ接続部に印加されている電圧を変換して出力する。
また、走行用バッテリを使用不可能な場合、制御手段はコンタクタ手段を制御して走行用バッテリとインバータとの接続を切断すると共に、発電機が出力する電力をインバータにより調整して走行用モータに供給する。これにより、走行用バッテリを使用不可能な場合であっても、走行用モータによるハイブリッド電気自動車の走行を可能とする。このときも、インバータのバッテリ接続部には発電機の出力した電圧がインバータを介して印加されており、インバータのバッテリ接続部に接続された電圧変換回路は、このバッテリ接続部に印加されている電圧を変換して出力する。
更に、制御手段は、電圧変換回路の制御電源が投入されたときに、インバータのバッテリ接続部に所定電圧が印加されていると判定してから所定時間が経過した後に電圧変換回路の作動を開始させる。
より具体的には、上記ハイブリッド電気自動車用電圧変換装置において、上記所定時間は、上記コンタクタ手段による上記プリチャージ処理の開始から完了までに要する時間以上の長さに設定される(請求項2)。
或いは、上記ハイブリッド電気自動車用電圧変換装置において、上記所定時間は、上記コンタクタ手段が上記走行用バッテリと上記インバータとの接続を遮断した後に、上記インバータのバッテリ接続部における電圧が上記所定電圧以下となるまでに要する時間以上の長さに設定される(請求項3)。
本発明のハイブリッド電気自動車用電圧変換装置によれば、走行用バッテリを使用不可能な場合にも、発電機が出力する電力をインバータにより調整して走行用モータに供給することにより、走行用モータによるハイブリッド電気自動車の走行を可能とする。このとき、インバータのバッテリ接続部に接続された電圧変換回路は、バッテリ接続部に印加されている電圧を変換して出力するので、走行用バッテリとは別に設けられた電装品用バッテリなどに安定して電力を供給することが可能となる。
また、走行用バッテリの使用が可能であって、走行用バッテリとインバータとの接続を開始する際にはコンタクタ手段によるプリチャージ処理が行われてインバータへの突入電流が抑制されるが、電圧変換回路の制御電源が投入されると、制御手段はインバータのバッテリ接続部に所定電圧が印加されていると判定してから所定時間が経過した後に電圧変換回路の作動を開始させる。従って、コンタクタ手段によるプリチャージ処理が完了してから電圧変換回路の作動を開始することが可能となる。この結果、プリチャージ処理によってインバータに十分な電圧が印加されていない状態で電圧変換回路が作動開始することに起因してプリチャージ処理が完了しなくなるといった不具合の発生を防止することができる。
更に、請求項2のハイブリッド電気自動車用電圧変換装置によれば、コンタクタ手段によるプリチャージ処理の開始から完了までに要する時間以上の長さに上記所定時間を設定したので、走行用バッテリの使用が可能な場合に、コンタクタ手段によるプリチャージ処理が確実に完了した後に電圧変換回路の作動を開始することができる。この結果、プリチャージ処理によってインバータに十分な電圧が印加されていない状態から電圧変換回路が作動開始することに起因してプリチャージ処理が完了しなくなるといった不具合の発生を確実に防止することができる。
また、運転者がハイブリッド電気自動車の運転を終え、キースイッチのオフ操作などを行って、コンタクタ手段により走行用バッテリとインバータとの接続を遮断した場合、これに伴って電圧変換回路の制御電源も遮断され、電圧変換回路は作動を停止する。このとき、インバータに蓄積された電力が放電完了するまでにはある程度の時間を要するのが一般的であり、放電と共にインバータのバッテリ接続部の電圧が徐々に低下していく。このような状態でバッテリ接続部の電圧が上記所定電圧まで低下していないときに、再び運転者のキースイッチのオン操作などにより電圧変換回路の制御電源が投入されると、単にバッテリ接続部の電圧が上記所定電圧以上であることをもって電圧変換回路の作動を開始させた場合には、コンタクタ手段のプリチャージ処理が完了する前に電圧変換回路が作動を開始することになる。このため、このような場合にもプリチャージ処理が完了しなくなるという不具合が生じる可能性がある。
そこで、請求項3のハイブリッド電気自動車用電圧変換装置によれば、コンタクタ手段が走行用バッテリとインバータとの接続を遮断した後に、インバータのバッテリ接続部における電圧が所定電圧以下となるまでに要する時間以上の長さに上記所定時間を設定するようにしたので、インバータの放電によってバッテリ接続部の電圧が一旦所定電圧より低くなった後、再びプリチャージ処理によってバッテリ接続部の電圧が所定電圧以上になってから電圧変換回路の作動を開始することが可能となる。この結果、上記不具合の発生を確実に防止することができる。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車用の電圧変換装置1の全体構成図である。
図1に示すように、ハイブリッド電気自動車には走行用モータ2が搭載されており、走行用モータ2の駆動力は左右の駆動輪4に伝達されてハイブリッド電気自動車が走行するようになっている。
エンジン6は専ら発電機8の駆動に用いられるものであって、エンジン6の出力軸は発電機8の回転軸に連結されている。発電機8の出力はインバータ10に接続されており、発電機8の出力電力はインバータ10によって調整されることにより、走行用モータ2に供給可能であると共に、コンタクタユニット(コンタクタ手段)12を介してインバータ10のバッテリ接続端子(バッテリ接続部)10aに接続された高圧の走行用バッテリ14に充電可能となっている。
走行用バッテリ14に蓄えられた電力は、インバータ10のバッテリ接続端子10aを介し、インバータ10で調整された後に走行用モータ2に供給されるようになっている。従って、走行用モータ2にはインバータ10を介して走行用バッテリ14及び発電機8からの電力を供給することができる。
図1に示すようにコンタクタユニット12は、走行用バッテリ14の一方の端子とバッテリ接続端子10aの一方との間に介装されたメインコンタクタ16と、このメインコンタクタ16に連動してオン・オフする連動接点18と、メインコンタクタ16をバイパスするように直列に接続されたプリチャージコンタクタ20及び減流抵抗22とからなっている。
インバータ10のバッテリ接続端子10aには、バッテリ端子10aの電圧を低電圧(例えば24V)に変換して出力するDC/DCコンバータ(電圧変換回路)24が接続されている。DC/DCコンバータ24の出力には、ハイブリッド電気自動車の前照灯や各種制御装置などの電装品(図示せず)に電力を供給するための低圧の電装品用バッテリ26が接続されており、DC/DCコンバータ24が出力する電力により電装品用バッテリ26を充電することができるようになっている。
コントローラ(制御手段)28には、バッテリ14の電圧Vbや、インバータ10のバッテリ接続端子10aにおける電圧Vinvのほか、ハイブリッド電気自動車の走行状態などを検出するための各種センサからの情報が入力され、コントローラ28はこれらの情報に基づき、インバータ10、コンタクタユニット12、及びDC/DCコンバータ24の作動を制御する。
コントローラ28は、インバータ10を介して発電機8から走行用バッテリ14や走行用モータ2に供給される電力、及び走行用バッテリ14から走行用モータ2に供給される電力を適正に調整するためにインバータ10を制御するが、このときエンジン6の運転制御を行うエンジン制御ユニット30との間で情報の交換を行い、エンジン6が適正に運転されるようエンジン制御ユニット30に指令を発する。
また、コントローラ28及びDC/DCコンバータ24には、図示しないキースイッチがオン操作されることによって投入される制御電源が接続されており、この制御電源の投入に伴ってコントローラ28はコンタクタユニット12の制御を開始し、走行用バッテリ14が使用可能である場合には、インバータ10への走行用バッテリ14の接続に伴って発生する突入電流を抑制するためのプリチャージ処理を行った後、メインコンタクタ16をオンして走行用バッテリ14のインバータ10への接続を完了する。
このようなプリチャージ処理を伴うコンタクタユニット12の制御は、図2に示すフローチャートに従い、コントローラ28によって実行される。
まず、上述したように、キースイッチがオン操作されることによって制御電源が投入されると、コントローラ28はコンタクタユニット12の制御を開始し、ステップS11において、走行用バッテリ14が使用可能であるか否かを判定する。コントローラ28は、走行用バッテリ28の電圧、温度、残存充電量、内部抵抗などの情報に基づき走行用バッテリ14が使用可能であるか否かを判定しており、何らかの理由により走行用バッテリ14を使用不可能であると判定した場合にはコンタクタユニット12の制御を終了する。従って、この場合には走行用バッテリ14がインバータ10に接続されない。
このように走行用バッテリ14が使用できない場合であってもハイブリッド電気自動車を走行可能とするため、コントローラ28は、ステップS11で走行用バッテリ14が使用不可能と判定した場合に非常走行モードの制御を実行する。この非常走行モードにおいてコントローラ28は、エンジン制御ユニット30に指令を発してエンジン6を制御すると共にインバータ10を制御し、エンジン6によって駆動される発電機8の電力をインバータ10で適正な値に調整した後に走行用モータ2に供給することにより、ハイブリッド電気自動車の走行を可能とする。
一方、ステップS11で走行用バッテリ14の使用が可能であると判定した場合、コントローラ28はステップS12でプリチャージコンタクタ20をオンにする。これにより走行用バッテリ14はプリチャージコンタクタ20及び減流抵抗22を介してインバータ10のバッテリ接続端子10aに接続される。この結果、インバータ10への突入電流がプリチャージコンタクタ20及び減流抵抗22を介して流れるが、この突入電流は減流抵抗22によって適正に抑制され、インバータ10への充電が進むにつれて徐々に減少していく。
次のステップS13でコントローラ28は、タイマTpのカウントを開始させ、プリチャージコンタクタ20をオンさせてからの経過時間、即ちプリチャージ処理開始後の経過時間をタイマTpによって計測する。
次にステップS14に処理を進めると、コントローラ28は走行用バッテリ14の電圧Vbとバッテリ接続端子10aの電圧Vinvとの差の絶対値が所定電圧V1以下になったか否かを判定する。この所定電圧V1は、メインコンタクタ18をオンすることにより走行用バッテリ14を直接バッテリ接続端子10aに接続しても、過大な突入電流が流れない程度にインバータ10が充電された状態にあるときのバッテリ接続端子10aの電圧に対応するものである。
バッテリ端子10aの電圧Vinvは、突入電流の減少と共に徐々に上昇していくが、プリチャージコンタクタ20をオンした直後は十分に上昇しておらず、走行用バッテリ14の電圧Vbとバッテリ接続端子10aの電圧Vinvとの差の絶対値が所定電圧V1より高い。このため、コントローラ28は処理をステップS15に進め、ステップS13でスタートさせたタイマTpのカウントした時間tpが所定時間t1以上となったか否かを判定する。そして、タイマTpのカウントした時間tpが所定時間t1に達していない間は、コントローラ28は処理をステップS14に戻し、再び走行用バッテリ14の電圧Vbとバッテリ接続端子10aの電圧Vinvとの差の絶対値が所定電圧V1以下になったか否かを判定する。
このようにしてステップS14とステップS15の処理を繰り返し、タイマTpのカウントした時間tpが所定時間t1に達する前に、ステップS14で走行用バッテリ14の電圧Vbとバッテリ接続端子10aの電圧Vinvとの差の絶対値が所定電圧V1以下になったと判定すると、コントローラ28は処理をステップS16に進め、メインコンタクタ18をオンにする。このとき、走行用バッテリ14の電圧Vbとバッテリ接続端子10aの電圧Vinvとの差の絶対値は所定電圧V1以下になっているので、メインコンタクタ18をオンにしても過大な突入電流が流れず、走行用バッテリ14はバッテリ接続端子10aに直接接続される。
コントローラ28は、ステップS16でメインコンタクタ16を接続することによりプリチャージ処理が不要となるので、次のステップS17でプリチャージコンタクタ20をオフとし、コンタクタユニット12の制御を終了する。
このようにして、走行用バッテリ14がバッテリ接続端子10aに直接接続されると、コントローラ28はインバータ10の運転を開始すると共にエンジン制御ユニット30に指令を送り、インバータ10を介して発電機8から走行用バッテリ14や走行用モータ2に供給される電力、及び走行用バッテリ14から走行用モータ2に供給される電力が適正となるようにインバータ10及びエンジン6を制御する。
そして、走行用バッテリ14や発電機8から走行用モータ2に電力が供給されることにより、走行用モータ2の駆動力が駆動輪4に伝達され、ハイブリッド電気自動車が走行する。このときのコントローラ28によるエンジン6及びインバータ10の制御は公知の方法に従って行われるものであり、ここでは詳細な説明を省略する。
なお、ステップS14で走行用バッテリ14の電圧Vbとバッテリ接続端子10aの電圧Vinvとの差の絶対値が所定電圧V1以下になったと判定する前にタイマTpがカウントした時間tp、即ちプリチャージ処理を開始してから経過した時間tpが所定時間t1に達した場合、コントローラ28は何らかの理由によってプリチャージ処理が完了できなかったものと判断してステップS18に処理を進め、エラー表示を行った後、コンタクタユニット12の制御を終了する。この場合には、プリチャージ処理が完了していないため、コントローラ28はインバータ10を作動させない。
以上のようにしてコンタクタユニット12の制御が行われるのと並行し、コントローラ28はキースイッチのオン操作によって制御電源が投入されると、DC/DCコンバータ24の作動制御を図3のフローチャートに従い、所定の制御周期で実行する。
以下では、まず前述のコンタクタユニット12の制御において、コントローラ28が走行用バッテリ14を使用可能であると判定した場合について説明する。
制御電源が投入されてDC/DCコンバータ24の作動制御が開始されると、コントローラ28はステップS21で、インバータ10のバッテリ接続端子10aにおける電圧Vinvが所定電圧V2以上であるか否かを判定する。この所定電圧V2は、走行用バッテリ14の許容出力電圧の下限値に基づいて設定されるものであり、バッテリ接続端子10aに走行用バッテリ14もしくはこれに相当する高圧電源が接続されていることを判断するために用いられる。
走行用バッテリ14がインバータ10から切り離された後、十分な時間が経過している場合、前述のようにしてプリチャージ処理が行われることによりバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが徐々に上昇して行くが、DC/DCコンバータ24の作動制御が開始された当初は、バッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2に達しておらず、コントローラ28は処理をステップS22に進める。
ステップS22では、後述するタイマTcをリセットするが、DC/DCコンバータ24の作動制御を開始した時点で既にタイマTcがリセットされており、ここではタイマTcのリセット状態が維持されて処理がステップS23に進められる。
ステップS23ではフラグF2の値を0とする。フラグF2は、その値が0及び1のいずれであるかによって、タイマTcがカウントを行っているか否かを示すものであり、その値が1である場合にタイマTcがカウントを行っていることを示す。従って、ここではまだタイマTcがカウントを行っていないことからF2の値を0とする。
次に処理をステップS24に進めると、コントローラ28はDC/DCコンバータ24を停止状態とする。ステップS24に処理が進められた時点でDC/DCコンバータ24は既に停止しており、ここではDC/DCコンバータ24が停止状態を維持することになる。
次のステップS25でコントローラ28はフラグF1の値を0とし、その制御周期を終了する。フラグF1は、その値が0及び1のいずれであるかによって、DC/DCコンバータ24が作動しているか否かを否かを示すものであり、その値が1である場合にDC/DCコンバータ24が作動していることを示す。従って、ここではまだDC/DCコンバータ24が作動していないことからF1の値を0とする。
次の制御周期においてもステップS21から処理が行われ、プリチャージ処理によってバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2に達するまでの間は、上述のようにしてステップS21乃至S25の処理が制御周期毎に繰り返されることになる。
プリチャージ処理によってバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2に達すると、コントローラ28は処理をステップS26に進め、メインコンタクタ16に連動する連動接点18の作動状態に基づき、メインコンタクタ16がオンしたか否かを判定する。
プリチャージ制御が完了しておらず、メインコンタクタ16がオンになっていないとステップS26で判断した場合、コントローラ28は処理をステップS27に進め、DC/DCコンバータ24の作動状態を示すフラグF1の値が1であるか否かを判定する。この時点でDC/DCコンバータ24は作動しておらず、上述のようにしてフラグF1の値は0とされているので、コントローラ28はフラグF1の値が1ではないと判断して処理をステップS28に進める。
ステップS28でコントローラ28は、タイマTcの作動状態を示すフラグF2の値が1であるか否かを判定する。このタイマTcはバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2に達してから経過した時間を計測するためのものであり、この時点ではまだタイマTcのカウントは開始されていない。このため、上述のようにしてフラグF2の値は0とされており、コントローラ28はフラグF2の値が1ではないと判断して処理をステップS29に進め、ステップS29でタイマTcのカウントを開始させる。
次にステップS30に処理が進むと、タイマTcのカウントが開始されたことからコントローラ28はフラグF2の値を1とし、ステップS31に処理を進める。
ステップS31でコントローラ28は、タイマTcによってカウントされた時間tcが所定時間t2以上となったか否かを判定する。この所定時間t2は、前述のプリチャージ処理を開始してから完了するまでに要する時間より長く、且つインバータ10から走行用バッテリ14を切り離したときに、インバータ10の放電によってバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2より低くなるまでに要する時間よりも長い時間に設定されている。
ステップS31で、タイマTcによってカウントされた時間tcが所定時間t2に達していないと判断した場合、コントローラ28はその制御周期を終了する。
次の制御周期でコントローラ28は再びステップS21から処理を開始するが、前述のようにプリチャージ処理によって既にバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2に達しているので、コントローラ28は処理をステップS21からステップS26に進め、メインコンタクタ16がオンとなったか否かを再び判定する。
メインコンタクタ14がオンになっていなければ、処理はステップS27に進められ、コントローラ28はDC/DCコンバータ24の作動状態を示すフラグF1の値が1であるか否かを判定する。この時点ではまだDC/DCコンバータ24は作動しておらず、フラグF1の値は0のままであるので、コントローラ28はフラグF1の値が1ではないと判断して処理をステップS28に進める。
ステップS28でコントローラ28は、タイマTcの作動状態を示すフラグF2の値が1であるか否かを判定するが、フラグF2の値は既に1となっているので、コントローラ28は処理をステップS31に進め、タイマTcによってカウントされた時間tcが所定時間t2以上となったか否かを判定する。
従って、メインコンタクタ16がオンとならず、しかもタイマTcによってカウントされた時間tc、即ちバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2に達してから経過した時間tcが所定時間t2に達していない限りは、制御周期毎にステップS21、S26乃至S28及びS31の処理が繰り返される。
所定時間tcは、前述したようにプリチャージ処理を開始してから完了するまでに要する時間より長く設定されているので、タイマTcによってカウントされた時間tcが所定時間t2に達したとコントローラ28がステップS31で判定する前にプリチャージ処理が完了し、前述のようにしてメインコンタクタ16がオンになる。
メインコンタクタ16がオンになると、コントローラ28は処理をステップS26からステップS32に進める。ステップS32でコントローラ28は、DC/DCコンバータ24の作動を開始させ、次のステップS33でフラグF1の値を1とした後、その制御周期を終了する。これによりDC/DCコンバータ24は、インバータ10のバッテリ接続端子10aに印加された電圧を電装品用バッテリ26の充電用の電圧に変換してして出力し、電装品用バッテリ26が適正に充電される。
次の制御周期以降でも、制御電源が投入されてメインコンタクタ16がオン状態にある限りは、ステップS21、S26、S32及びS33の処理が繰り返され、DC/DCコンバータ24の作動が継続される。
このように、走行用バッテリ14が使用可能である場合には、キースイッチ操作によって制御電源が投入され、プリチャージ処理が行われることによってメインコンタクタ16がオンとなってからDC/DCコンバータ24の作動が開始されるので、プリチャージ処理中にDC/DCコンバータ24の作動が開始してプリチャージ処理が終了しなくなるといった不具合が防止される。
なお、キースイッチがオフ操作されて制御電源が遮断されると、メインコンタクタ16がオフとなり、走行用バッテリ14がインバータ10から切り離される。また、これと同時に、DC/DCコンバータ24の作動制御が中止され、これに合わせてタイマTcがリセットされると共に、フラグF1及びF2の値が0とされる。こうして走行用バッテリ14がインバータ10から切り離されると、インバータ10に蓄えられた電力が徐々に放電されることにより、バッテリ接続端子10aの電圧Vinvは徐々に低下していく。
このような状態でキースイッチが再びオン操作されると、コントローラ28は再び図2のフローチャートに従ってコンタクタユニット12の制御を開始すると共に、図3のフローチャートに従ってDC/DCコンバータ24の作動制御を開始する。
ここで、メインコンタクタ14がオフとなってからさほど時間が経過していない場合などでは、バッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2より低い電圧まで低下していないことがある。このような場合、DC/DCコンバータ24の作動制御のステップS21において、コントローラ28はバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2以上であると判定し、ステップS21からステップS26に処理が進められる。
この時点では、メインコンタクタ14がオンとなっていないことから、コントローラ28は処理をステップS27に進める。フラグF1及びF2の値は、前回DC/DCコンバータ24の作動制御を中止した時点で0とされているので、コントローラ28は前述のようにして処理をステップS27からステップS28を経てステップS29に進め、タイマTcのカウントを開始させる。そして、コントローラ28は、次のステップS30でフラグF2の値を1とした後、ステップS31でタイマTcのカウントした時間tcが所定時間t2以上となったか否かを判定する。従って、前述したように、タイマTcのカウントした時間tcが所定時間t2に達していない間は、ステップS21、S26乃至S28及びS31の処理が制御周期毎に繰り返され、DC/DCコンバータ24は停止状態を維持することになる。
所定時間t2は、前述したように、プリチャージ処理を開始してから完了するまでに要する時間より長く、且つインバータ10から走行用バッテリ14を切り離したときにインバータ10の放電によってバッテリ接続端子の電圧Vinvが所定電圧V2より低くなるまでに要する時間よりも長い時間に設定されている。従って、インバータ10の放電によってバッテリ接続端子の電圧Vinvが所定電圧V2より低くなる前に、プリチャージ処理によってバッテリ接続端子の電圧Vinvが所定電圧V2以上に上昇した場合には、前述したようにタイマTcがカウントした時間tcが所定時間t2に達する前にメインコンタクタ16がオンとなり、処理がステップS26からステップS32に進んでDC/DCコンバータ24が作動を開始する。
また、キースイッチのオン操作からプリチャージ処理が開始されるまでの間に、インバータ10の放電によってバッテリ接続端子の電圧Vinvが所定電圧V2より低くなる場合も考えられる。この場合も、所定時間t2はインバータ10から走行用バッテリ14を切り離したときにインバータ10の放電によってバッテリ接続端子の電圧Vinvが所定電圧V2より低くなるまでに要する時間よりも長い時間に設定されているので、インバータ10の放電によってバッテリ接続端子の電圧Vinvが所定電圧V2より低くなるまでの間にタイマTcがカウントした時間tcが所定時間t2に達することはなく、DC/DCコンバータ24は停止状態を維持している。そして、コントローラ28はステップS21においてバッテリ接続端子の電圧Vinvが所定電圧V2より低いと判断するので、処理はステップS21からステップS22に進むようになる。
この場合、コントローラ28はステップS22でタイマTcをリセットし、次のステップS23ではフラグF2の値を0とする。更に、次のステップS24でコントローラ28はDC/DCコンバータ24を停止状態に維持し、ステップS25でフラグF1の値を0とした後にその制御周期を終了する。
次の制御周期においてもステップS21から処理が行われるが、前述したように、プリチャージ処理によってバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2に達するまでの間は、ステップS21乃至S25の処理が制御周期毎に繰り返され、DC/DCコンバータ24は停止状態を維持する。
プリチャージ処理によってバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2に達した後の制御は前述の通りであって、プリチャージ処理を完了してメインコンタクタ16がオンとなった後にDC/DCコンバータ24の作動が開始される。
このように、インバータ10から走行用バッテリ14を切り離した後、インバータ10からの放電が十分行われていない状態で、再びキースイッチのオン操作が行われたような場合であっても、プリチャージ処理中にDC/DCコンバータ24が作動を開始してプリチャージ処理が完了しなくなるといった不具合が発生することはない。
次に、前述のコンタクタユニット12の制御においてコントローラ28が走行用バッテリ14を使用不可能であると判定した場合の、DC/DCコンバータ24の作動制御について以下に説明する。
この場合も、コントローラ28はキースイッチのオン操作によって制御電源が投入されると、図3のフローチャートに従い、所定の制御周期でDC/DCコンバータ24の作動制御を実行する。
制御が開始されると、まずステップS21で、インバータ10のバッテリ接続端子10aにおける電圧Vinvが所定電圧V2以上であるか否かを判定する。
前述したように、キースイッチがオン操作されてコンタクタユニット12の制御を開始したときに走行用バッテリ14を使用できないと判定すると、コントローラ28は走行用バッテリ14をバッテリ接続端子10aに接続せず、非常走行モードの制御を開始し、エンジン6により発電機8を駆動して発電機8からインバータ10に電力を供給する。
バッテリ接続端子10aは走行用バッテリ14が接続されているときに発電機8からの電力を走行用バッテリ14に充電するために使用されるものであることから、バッテリ接続端子10aには正常な走行用バッテリ14の電圧に相当する電圧が、発電機8の発電に伴い、インバータ10を介して印加される。
非常走行モードの制御を開始した直後で発電機8の出力電圧が十分に立ち上がっていない場合には、ステップS21でバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2に達していないと判定するので、コントローラ28は前述のようにしてステップS22乃至S25の処理を行い、その制御周期を終了する。従って、発電機8の出力電圧が上昇し、ステップS21でバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2以上となったと判定するまでは、DC/DCコンバータ24が停止状態に維持される。
発電機8の出力電圧が上昇し、ステップS21でバッテリ接続端子10aの電圧Vinvが所定電圧V2以上となったと判定すると、コントローラ28は処理をステップS21からステップS26に進める。
ステップS26でコントローラ28は、連動接点18の状態に基づき、メインコンタクタ16がオンしたか否かを判定するが、走行用バッテリ14が使用不可能であることからメインコンタクタ16がオンとなることはなく、処理は常にステップS26からステップS27に進むことになる。
ステップS27乃至S31の処理は前述したとおりであって、ステップS29でタイマTcのカウントを開始した後、ステップS31でタイマTcがカウントした時間tcが所定時間t2以上になったと判定するまでは、ステップS21、S26乃至S28及びS31の処理が制御周期毎に繰り返される。
そして、タイマTcがカウントした時間tcが所定時間t2に達すると、コントローラ28は処理をステップS31からステップS32に進め、DC/DCコンバータ24の作動を開始させる。
DC/DCコンバータ24が作動を開始すると、ステップS33でフラグF1の値が1とされるので、次の制御周期以降においてコントローラ28は、処理をステップS21からステップS26を経てステップS27に進めたとき、フラグF1の値が1であると判定してステップS32に処理を進め、DC/DCコンバータ24の作動が維持される。
このように、走行用バッテリ14が使用不可能であって、発電機8の出力電力のみを用いて走行用モータ2に電力を供給する非常走行モードにおいても、DC/DCコンバータ24が作動することによって、電装品用バッテリ26の充電が可能となる。この結果、非常走行モードが比較的長時間継続したり、夜間に非常走行モードでの走行を行って前照灯などへの電力供給が増大したりする場合であっても、DC/DCコンバータ24から電装品用バッテリ26を充電することにより、電装品用バッテリ26からの安定した電力供給を実現できる。
以上のように、本実施形態の電圧変換装置1においては、走行用バッテリ14を使用可能な場合、走行用バッテリ14をインバータ10に接続する際のプリチャージ処理が完了してからDC/DCコンバータ24の作動が開始されるので、プリチャージ処理中にDC/DCコンバータ24の作動が開始されてプリチャージ処理が完了しなくなるという不具合を確実に防止することができる。
また、走行用バッテリ14を使用不可能な場合、発電機8の出力電力のみを用いて走行用モータ2に電力を供給する非常走行モードにおいても、DC/DCコンバータ24が作動することにより電装品用バッテリ26が充電され、電装品用バッテリ26からの安定した電力供給を維持することができる。
以上で本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車用電圧変換装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態においてコンタクタユニット12は、走行用バッテリ14の一方の端子とバッテリ接続端子10aの一方との間に介装されたメインコンタクタ16と、このメインコンタクタ16をバイパスするように直列に接続されたプリチャージコンタクタ20及び減流抵抗22とにより構成したが、コンタクタユニットの構成はこれに限られるものではない。例えば、プリチャージコンタクタに直列に減流抵抗を接続すると共に、この減流抵抗を短絡するようにメインコンタクタを接続し、上記実施形態と同様にコンタクタユニットを制御するようにしても良い。
また、上記実施形態では、メインコンタクタ16に連動する連動接点18の作動状態に基づき、メインコンタクタ16の作動状態を判定するようにしたが、メインコンタクタ16の作動状態の判定方法はこれに限られるものではない。例えば、メインコンタクタ16の両端の電圧変動に基づきメインコンタクタ16の作動状態を判定するようにしても良いし、その他にも様々な判定法法を適用可能である。
更に、上記実施形態においてコンタクタユニット12は、走行用バッテリ14の一方の端子とバッテリ接続端子10aの一方との間に介装されたが、走行用バッテリ14の他方の端子とバッテリ接続端子10aの他方との間にも同様のコンタクタユニット12を介装し、それぞれのコンタクタユニット12を同時且つ同様に制御するようにしても良い。
本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車用電圧変換装置の全体構成図である。 コンタクタユニットの制御のフローチャートである。 図1の電圧変換装置におけるDC/DCコンバータの作動制御のフローチャートである。
符号の説明
1 電圧変換装置
2 走行用モータ
6 エンジン
8 発電機
10 インバータ
10a バッテリ接続端子(バッテリ接続部)
12 コンタクタユニット(コンタクタ手段)
14 走行用バッテリ
24 DC/DCコンバータ(電圧変換回路)
28 コントローラ(制御手段)

Claims (3)

  1. エンジンにより駆動される発電機と、
    上記発電機が出力する電力を充電可能な走行用バッテリと、
    上記走行用バッテリの電力が供給されて駆動力を出力する走行用モータと、
    上記走行用バッテリが接続されるバッテリ接続部を有し、上記バッテリ接続部を介して上記発電機から上記走行用バッテリに充電される電力を調整すると共に、上記バッテリ接続部を介して上記走行用バッテリから上記走行用モータに供給される電力を調整するインバータと、
    上記走行用バッテリと上記インバータのバッテリ接続部との間に介装され、上記走行用バッテリと上記インバータとを断接可能であると共に、上記走行用バッテリと上記インバータとの接続を開始する際には上記走行用バッテリから上記インバータへの突入電流を抑制するプリチャージ処理を行うコンタクタ手段と、
    上記インバータのバッテリ接続部に接続され、上記バッテリ接続部の電圧を異なる電圧に変換して出力する電圧変換回路と、
    上記走行用バッテリを使用不可能な場合には、上記コンタクタ手段を制御して上記走行用バッテリと上記インバータとの接続を切断すると共に、上記発電機が出力する電力を上記インバータにより調整して上記走行用モータに供給する制御手段とを備え、
    上記制御手段は、上記電圧変換回路の制御電源が投入されると、上記インバータのバッテリ接続部に所定電圧が印加されていると判定してから所定時間が経過した後に上記電圧変換回路の作動を開始させることを特徴とするハイブリッド電気自動車用電圧変換装置。
  2. 上記所定時間は、上記コンタクタ手段による上記プリチャージ処理の開始から完了までに要する時間以上の長さに設定されることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド電気自動車用電圧変換装置。
  3. 上記所定時間は、上記コンタクタ手段が上記走行用バッテリと上記インバータとの接続を遮断した後に、上記インバータのバッテリ接続部における電圧が上記所定電圧以下となるまでに要する時間以上の長さに設定されることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド電気自動車用電圧変換装置。
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