JP2010130845A

JP2010130845A - インバータの放電装置

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Publication number: JP2010130845A
Application number: JP2008304918A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Azuma; 和幸東
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: JP5375052B2

Abstract

【課題】モータの有無に拘らず平滑用蓄電手段の電荷を放電することができる放電制御装置を提供する。
【解決手段】直流電源の出力を平滑化する蓄電手段５と、前記蓄電手段の両端子にそれぞれ接続された複数対のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６と、前記各スイッチング素子に並列に接続された整流素子Ｄ１〜Ｄ６と、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御して前記直流電源の直流電力を交流電力に変換する制御手段９，１０とを備え、前記制御手段は、前記蓄電手段に蓄電された電荷が前記スイッチング素子及び前記整流素子に変位電流として流れるように、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、インバータの放電装置に関するものである。

インバータを介して直流電源にて交流モータを駆動するものが知られている（特許文献１）。この装置では、インバータやモータを保守、点検、修理する前に、平滑用蓄電手段（平滑用コンデンサ）に溜まった電荷をモータの巻き線抵抗に流して放電させる。

特許第３２８９５６７号公報

しかしながら、上記従来の放電装置では、モータを脱離した場合やモータの巻き線が断線した場合には、平滑用コンデンサの電荷を放電することができないという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、モータの有無に拘らず平滑用蓄電手段の電荷を放電することができるインバータの放電装置を提供することである。

本発明は、インバータの蓄電手段に蓄電された電荷を、当該インバータのスイッチング素子回路に変位電流として流すことによって上記課題を解決する。

本発明によれば、スイッチング素子をＯＮしたときに当該スイッチング素子回路に変位電流（リカバリ電流）が流れるので、モータの有無に拘らず、蓄電手段に蓄電された電荷を放電させることができる。

以下、上記発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、上記発明の実施形態に係る電気自動車の駆動電源装置を示すブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力の永久磁石モータ４を走行駆動源として走行する車両であり、モータ４は電気自動車の車軸に結合されている。

本例の電気自動車は、上述した三相交流モータ４と、モータ４の電源である、二次電池などで構成されるバッテリ１（直流電源）と、バッテリ１の直流電力を交流電力に変換するインバータ３と、直流電力を平滑化するためのコンデンサ５（蓄電手段）とを備え、バッテリ１は、リレー２（スイッチ手段）を介してインバータ３に接続されている。

リレー２は、車両のキースイッチ１２のＯＮ／ＯＦＦ操作に連動して、車両コントローラ１１により開閉駆動する。すなわち、キースイッチ１２がＯＮのときリレー２が閉じ、ＯＦＦのときリレー１２が開く。

インバータ３は、複数のスイッチング素子（絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴ）Ｔｒ１〜Ｔｒ６と、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６に並列に接続され、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の電流方向とは逆方向に電流が流れる整流素子（ダイオード）Ｄ１〜Ｄ６を有し、バッテリ１の直流電力を交流電力に変換して、モータ４に供給する。本例では、２つのスイッチング素子を直列に接続した３対の回路がバッテリ１に並列に接続され、各対のスイッチング素子間とモータ４の３相入力部とがそれぞれ接続されている。

図１に示す例でいえば、スイッチング素子Ｔｒ１とＴｒ２、スイッチング素子Ｔｒ３とＴｒ４、スイッチング素子Ｔｒ５とＴｒ６がそれぞれ直列に接続され、スイッチング素子Ｔｒ１とＴｒ２の間とモータ４のＵ相、スイッチング素子Ｔｒ３とＴｒ４の間とモータ４のＶ相、スイッチング素子Ｔｒ５とＴｒ６の間とモータ４のＷ相がそれぞれ接続されている。これらモータ４の各相Ｕ，Ｖ，Ｗに接続されるスイッチング素子の間の位置が上記発明に係る出力手段に相当する。なお、インバータ４の動作の詳細については後述する。

リレー２とインバータ３との間には、直流電力を平滑化するためのコンデンサ５がバッテリ１と並列に接続されている。

車両コントローラ１１は、中央演算装置ＣＰＵ、リードオンリメモリＲＯＭおよびランダムアクセスメモリＲＡＭを備え、電気自動車のアクセル信号、ブレーキ信号、シフトポジション信号等に基づいてトルク指令値Ｔ^＊を算出し、モータコントローラ１０に出力するとともに、起動要求指令と停止要求指令をモータコントローラ１０に出力する。さらに、車両コントローラ１１は、バッテリ１とインバータ３の間のリレー２を開閉する制御信号を出力し、これと同時にリレー開閉情報をモータコントローラ１０へ出力する。

モータコントローラ１０は、インバータ３の動作を制御する。すなわち、モータコントローラ１０は、車両コントローラ１１からのトルク指令値Ｔ^＊に基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成し、これをゲート駆動回路９へ出力する。ゲート駆動回路９は、生成されたＰＷＭ信号に基づいてインバータ３を構成する各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦ制御する。

ゲート駆動回路９は、スイッチング素子Ｔｒ１〜ＴＲ６の過熱異常や過電流異常状態を検出し、ＩＧＢＴ異常信号をモータコントローラ１０へ出力する機能を備える。

また、ゲート駆動回路９は、コンデンサ５の電圧を検出する電圧センサ８からの信号を入力し、モータコントローラ１０が認識できる波形レベルに変換し、コンデンサ電圧信号としてモータコントローラ１０へ出力する。

以上のような制御を行う際に、モータコントローラ１０は、モータ４に設けられた回転子位置センサ７（例えばレゾルバやエンコーダなど。回転数検出手段）からの出力であってモータ４の回転子位置θを示す位置センサ信号と、インバータ３からモータ４に供給される各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する電流センサ６（電流検出手段）からのフィードバック信号と、コンデンサ５の両端子間に接続された電圧センサ８（電圧検出手段）からのコンデンサ電圧信号を読み込む。

以上のゲート駆動回路９及びモータコントローラ１０が上記発明に係る制御手段に相当する。

図２は、モータコントローラ１０の要部を示すブロック図である。本例のモータコントローラ１０は、電流指令値算出部２１と、電流制御部２２と、ｄ−ｑ／３相変換部２３と、ＰＷＭ信号生成部２４と、３相／ｄ−ｑ変換部２５と、θ（位相）演算部２６と、回転数（電気角速度）演算部２７と、放電制御部２８とを備える。

電流指令値演算部２１は、車両コントローラ１１により算出されるトルク指令値Ｔ^＊と、回転数演算部２７により演算されるモータ４の回転速度とに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を算出する。ここで、ｄ軸電流とは、モータ４に流れる３相電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）の励磁電流成分であり、ｑ軸電流とはトルク電流成分である。

電流制御部２３は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊と、後述する３相／ｄ−ｑ変換部２５から入力されるｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑとに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を算出する。具体的には、電流指令値と実電流との偏差（Ｉｄ^＊−Ｉｄ）、（Ｉｑ^＊−Ｉｑ）をそれぞれ演算し、演算した偏差に対して、ＰＩ（比例・積分）演算を行うことにより、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を算出することができる。

ｄ−ｑ／３相変換部２３は、電流制御部２２により算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を、後述するθ(位相)演算部２６で算出された位相θに基づいて、３相交流電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に変換する。変換された３相交流電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊は、ＰＷＭ信号生成部２４に出力される。

ＰＷＭ信号生成部２４は、３相交流電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊と、三角波信号（キャリア信号）とに基づいて、インバータ３を制御するためのＰＷＭ信号を生成する。

３相／ｄ−ｑ変換部２５は、電流センサ信号（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）をｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換する。

θ(位置)演算部２６は、回転子位置センサ７からの信号に基づき、回転位相θを演算する。また、回転数演算部２７は、この回転位相θを微分演算することで回転数（電気角速度）ωを演算する。

本例の放電制御部２８は、車両コントローラ１１からリレー２のＯＦＦに伴う停止指令信号およびリレー遮断情報を入力すると、コンデンサ５に蓄電された電荷を放電するスイッチング素子の駆動条件の設定を行う。

ここでは、トルク電圧成分であるｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊と、励磁電圧成分であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊をともに０（ゼロ）Ｖに設定する。

なお本例において、モータ４を駆動制御する通常のモータ電流制御時と、モータ４の保守点検時などのようにコンデンサ５の蓄電荷を放電する放電制御時とのぞれぞれのｑ軸電圧指令値Ｖｄ^＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊は、Ｖｄ^＊Ｖｄ^＊切替信号により切り替え選択できるように構成されている。

図３は、放電制御部２８にて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊をともに０Ｖに設定した場合の、ゲート駆動回路からの各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６へのゲート駆動信号ＧＵＰ、ＧＵＮ、ＧＶＰ、ＧＶＮ、ＧＷＰ、ＧＷＮと、インバータ出力端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと、コンデンサ５からの出力電流Ｉcapとを示すタイミングチャートである。なお、図３におけるＴはスイッチング素子のＯＮ周期を示し、ＤＴは、Ｈｉサイドのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５がＯＦＦ、かつＬｏサイドのスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６がＯＦＦの期間（デッドタイム）を示す。

コンデンサ５からの出力電流Ｉcapとは、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６がＯＦＦからＯＮになる際に生じる変位電流（リカバリ電流）のことであり、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６または整流素子Ｄ１〜Ｄ６の接合容量Ｃｊと、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のスイッチング時の電圧変化量ｄＶ／ｄｔとの積でその電流値が求められる（Ｉcap＝Ｃｊ×ｄＶ／ｄｔ）。

この変位電流Ｉcapは、Ｈｉサイドのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５およびＬｏサイドのスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６が交互に駆動する周波数、すなわち三角波信号のキャリア周波数ｆｓｗの２倍の周波数２ｆｓｗで発生し、特に駆動周波数を高くすることでコンデンサ５の放電時間を短縮することができる。

このときの放電時間Ｔdischargeは、コンデンサ５の静電容量をＣ、バッテリ電圧をＶｄｃ、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のスイッチング速度をｄＶ／ｄｔとしたときに、次式１で算出することができる。

［式１］
Ｔdischarge＝Ｃ×Ｖｄｃ／(∫Ｉcap ｄｔ×２ｆｓｗ)
本例における放電処理時のゲート駆動信号は、Ｈｉサイドのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のＯＮ期間と、Ｌｏサイドのスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６のＯＮ期間とが互いに重ならない周波数とされている。また、Ｈｉサイドのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のＯＮ及びＯＦＦの周期は同一とされ位相差もゼロとされている。また、Ｌｏサイドのスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６のＯＮ及びＯＦＦの周期は同一とされ位相差もゼロとされている。

次に、本例の放電処理について説明する。

図４は、電気自動車の走行終了時、すなわちキースイッチ１２をＯＦＦした時に、モータコントローラ１０により行われる処理内容を示すフローチャートである。

ステップＳ１０では、車両コントローラ１１から入力される信号に基づいて、リレー２の遮断が完了したか否かを判定する。リレー２の遮断が完了していないと判定するとステップＳ１０で待機するが、リレー２の遮断が完了したと判定するとステップＳ２０へ進む。

ステップＳ２０では、回転数(電気角速度)ωに基づいて、モータ４の回転子の回転数が所定値以下(ゼロ近傍)であるか否かを判定する。モータ４の回転子が所定の回転数以下になっていないと判定するとステップＳ２０で待機するが、所定の回転数以下になったと判定するとステップＳ３０へ進む。

ステップＳ３０では、コンデンサ５に蓄積されている電荷の放出が完了したか否かをコンデンサ５の電圧値に基づいて判定する。すなわち、電圧センサ８に基づき検出されたコンデンサ電圧信号が放電完了電圧の閾値より低ければ、放電が完了したと判定してステップＳ９０へ進み、そうでない場合はステップＳ４０へ進む。

電圧センサ８により検出されたコンデンサ５の電圧が放電完了電圧以上の場合には放電処理が必要となるので、ステップＳ４０へ進み、インバータ３の各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を駆動するＰＷＭ信号の停止命令を解除設定したのち、ステップＳ５０へ進む。このステップＳ４０の処理は、キースイッチのＯＦＦによって、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６に対するＰＷＭ駆動信号の停止命令が車両コントローラ１１からモータコントローラ１０へ出力されているからである。

ステップＳ５０では、ＰＷＭ信号生成部２４の三角波信号（キャリア信号）の周波数ｆｓｗを通常の電流制御時よりも高く設定する。たとえば、モータ４を駆動制御する通常運転時のキャリア周波数が５ｋＨｚである場合は、これをたとえば３５ｋＨｚに設定する。

さらにステップＳ５０にて、放電制御部２８から出力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊をともに０Ｖに設定する。この０Ｖに設定されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊は、ｄ−ｑ／３相変換部２３において、回転子位相θに基づいて３相交流電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に変換され、これがＰＷＭ信号生成部２４に出力される。そして、ＰＷＭ信号生成部２４からＰＷＭ信号の出力を開始した後、ステップＳ６０へ進む。ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊をともに０Ｖに設定することで、モータ４の回転数がゼロとなり、放電処理を行っている間にモータ４が駆動することが防止される。

ステップＳ６０では、電流センサ６からの電流センサ信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを３相／ｄ−ｑ変換部２５でｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換し、この変換されたｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに基づき、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑの前回演算値と比べた変化量が所定値（ゼロまたはゼロ近傍の値）以下であるかどうかを判定する。この変化量がゼロ、すなわち回転子位置センサ信号θ、インバータ３を構成するスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６、整流素子Ｄ１〜Ｄ６、ゲート駆動回路９に異常がないことを確認した後、ステップＳ７０へ進む。

ステップＳ６０において、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑの変化量が所定値（ゼロ又はゼロ近傍）以下でない場合は、回転子位置センサ信号θ、インバータ３を構成するスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６、整流素子Ｄ１〜Ｄ６、ゲート駆動回路９のいずれかに異常が発生したものと判断し、ステップＳ７０をジャンプしてステップＳ８０へ進み、放電処理を終了する。なおこれに代えて、いずれかのスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６又は整流素子Ｄ１〜Ｄ６が動作異常であると判断された場合であって、モータ４の回転数が所定値未満であるときは、動作異常と判断されたスイッチング素子を除くスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ駆動して放電処理を継続してもよい。

ステップＳ７０では、これまでの放電継続時間が、予め設定された放電規定時間以上であれば、ステップＳ８０へ進む。放電継続時間が放電規定時間以内の場合はステップＳ６０へ戻り、放電規定時間を越えるまでコンデンサ５の放電を継続する。

ステップＳ８０では、インバータ３の各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を駆動するＰＷＭ信号を停止させたのち、ステップＳ９０へ進む。ステップＳ９０では、コンデンサ５の放電処理を終了する。

なお、リレー２が溶着などにより短絡している場合には、放電処理を開始してから一定時間（例えば１秒）経過しても、所定電圧（例えば６０Ｖ）以下に下がらない可能性がある。そのため本例のステップＳ７０では、コンデンサ５の電圧値に基づいて放電が完了したか否かを判定するのではなく、放電継続時間が所定の放電規定時間を越えたかどうかを判定する。これにより、リレー２が溶着などにより短絡している場合でも放電を中止することができる。この場合、図示しない報知装置により異常が発生している旨をドライバへ報知することもできる。

図５は、図４の放電処理に基づいて動作した場合の各構成部の状態を示すタイミングチャートである。図５に示すように、キースイッチ１２がＯＦＦされると、車両コントローラ１１はリレー２を遮断する。リレー２が遮断された後、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊をゼロに設定することで、スイッチング素子の駆動による変位電流Ｉcapが発生し、コンデンサ５の放電処理が実施される。

以上のとおり、本例の駆動電源装置では、平滑用コンデンサ５に蓄電された電荷を放電するにあたり、モータ４のコイルに放電するのではなく、モータ４に対するｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊をゼロに設定することでモータ４を非回転状態とし、この状態でインバータ３のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、スイッチング素子がＯＮした瞬間に当該スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６及び整流素子Ｄ１〜Ｄ６に流れるリカバリ電流を平滑用コンデンサ５の放電処理に利用する。

この結果、モータ４を取り外した状態やモータ４のコイルが断線した状態であっても、平滑用コンデンサ５に蓄電された電荷を放電処理することができる。また、放電処理に際し、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６に対するＰＷＭ信号の周波数を高くすることで放電時間を短縮することができる。

なお、放電処理時のｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊およびq軸電圧指令値Ｖｑ^＊は、ｄ−ｑ／３相変換部２３及びＰＷＭ信号生成部２４を介してＰＷＭ信号としたが、これらｄ−ｑ／３相変換部２３及びＰＷＭ信号生成部２４を介さずに直接所望のＰＷＭ信号を生成することもできる。

《第２実施形態》
図６は、上記発明の他の実施形態に係る電気自動車の駆動電源装置の処理手順を示すフローチャートである。本例では、上述した第１実施形態の放電処理（図４）に比べてステップＳ６１およびステップＳ６２が追加されている点が相違する。その他の駆動電源装置のハードウェア構成やソフトウェア構成のうち図４と共通部分に関しては第１実施形態と同一であるため、その部分の説明をここに援用し、具体的な記載は省略する。

本例のステップＳ６１では、電圧センサ８により検出されたコンデンサ電圧信号が所定の経過電圧以上の場合は、ステップＳ６１へ進み、ＰＷＭ信号のキャリア周波数ｆｓｗをさらに高周波数に設定する。このステップＳ６１〜Ｓ６２による処理は、コンデンサ５の電圧が想定外に高く、何らかの異常が生じている場合においても所望の放電時間（例えば１秒）を実現するため、リカバリ電流による放電間隔を短くするものである。なお、ステップＳ６１においてコンデンサ電圧が所定の経過電圧未満の場合は、ステップＳ６２をジャンプしてステップＳ７０へ進む。

これにより、コンデンサ５に異常な高電圧等が発生した場合でも、コンデンサ５の放電時間を所定時間内に完了させることができる。

なお、ステップＳ５０におけるＰＷＭ信号のキャリア周波数ｆｓｗをモータ４の駆動制御時の周波数に設定し、ステップＳ６２のキャリア周波数ｆｓｗをこれより高い周波数に設定するように構成してもよい。

《第３実施形態》
図７は、上記発明の他の実施形態に係る電気自動車の駆動電源装置の処理手順を示すフローチャートである。本例では、上述した第１実施形態の放電処理（図４）に比べてステップＳ４６およびステップＳ６３，Ｓ６４が追加されている点が相違する。その他の駆動電源装置のハードウェア構成やソフトウェア構成のうち図４と共通部分に関しては第１実施形態と同一であるため、その部分の説明をここに援用し、具体的な記載は省略する。

本例の放電処理では、回転子位置センサ７、インバータ３を構成するスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６、整流素子Ｄ１〜Ｄ６、ゲート駆動回路９等に異常が発生した場合において、モータ４に発生するトルクを最小限に抑制しつつ、放電処理を継続できるようしたものである。

たとえば、モータ４の回転子が回転しているにも拘らず、回転子位置センサ７の異常により回転数をゼロ付近と認識した場合には、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のＯＮ期間を最小値に設定すれば、モータ４に通電される電流量を最小限にすることができる。

すなわち、ステップＳ６３では、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のＯＮ期間を最小値に設定し、駆動を開始し、ステップＳ６４に進む。

ステップＳ６４では、電流センサ信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを３相／ｄ−ｑ変換部２５で変換したｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに基づき、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑの前回演算値と比べた変化量が所定値（トルクが発生しないレベル）以下であるかどうかを判定する。この変化量が所定値以下であることが確認されたらステップＳ７０へ進む。ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑの変化量が所定値以下でない場合は、ステップＳ８０へ進み放電を中止する。

図８は、上記ステップＳ６３の処理におけるスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のゲート信号波形を示すタイミングチャートである。すなわち、放電制御部２８にて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊をともに０Ｖに設定した場合の、ゲート駆動回路からの各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６へのゲート駆動信号ＧＵＰ、ＧＵＮ、ＧＶＰ、ＧＶＮ、ＧＷＰ、ＧＷＮと、インバータ出力端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと、コンデンサ５からの出力電流Ｉcapとを示すタイミングチャートである。

図８におけるＴはスイッチング素子のＯＮ周期を示し、ＤＴは、Ｈｉサイドのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５がＯＦＦ、かつＬｏサイドのスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６がＯＦＦの期間（デッドタイム）を示す。

本例における放電処理時のゲート駆動信号は、Ｈｉサイドのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のＯＮ期間と、Ｌｏサイドのスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６のＯＮ期間とが互いに重ならない周波数とされている。また、Ｈｉサイドのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のＯＮ及びＯＦＦの周期は同一とされ位相差もゼロとされている。また、Ｌｏサイドのスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６のＯＮ及びＯＦＦの周期は同一とされ位相差もゼロとされている。

さらに、図３に示す実施形態に比べて、デッドタイムＤＴが大きく設定されている。

モータ４が回転している場合のインバータ３のスイッチング動作による放電動作において、モータ４に負トルクが発生しない条件は、モータ４からＬｏサイドのスイッチング素子を介してコンデンサ５に流れ込むモータ電流ｉＬや、モータ４からＨｉサイドのスイッチング素子に接続された整流素子を介してコンデンサ５に流れ込むモータ電流ｉＬを流さないことであり、この条件を式２に示す。モータ線間電圧をＶｕｖ、整流素子Ｄ１〜Ｄ６の順方向電圧をＶｆとすると、
［式２］

式２において、モータ線間電圧Ｖｕｖは、モータ回転数と比例するため、デッドタイムＤＴを大きくすれば、モータ４が回転している時の負トルクを抑制することができる。

また、ゲート信号ＧＵＮがＯＮ期間ｔonはｉＬ１の電流がコンデンサ５へ流れ込み、ＯＦＦ期間ｔoffは整流素子を介してｉＬ２の電流がコンデンサ５へ流れこむこととし、コンデンサ５の両端電圧をＶｄｃ、モータ回転時のモータ線間電圧をＶｕｖとすると、ｉＬ１、ｉＬ２は式３及び式４のように記述できる。

［式３］

［式４］

ｉＬ１＝ｉＬ２より、Ｖｄｃは式５で表わされる。

［式５］

式５より、スイッチングオフ時間ｔoffを大きくする、すなわちデッドタイムＤＴを大きくすることで、昇圧動作の影響を抑制し、モータ線間電圧Ｖｕｖとインバータ直流Ｖｄｃを同等にすることが可能となる。

なお図８に示すように、インバータ出力端子Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、上述した第１実施形態（図３参照）と同じ変位電流Ｉcapが得られていることがわかる。

また既述したとおり、インバータ３を構成するスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の過熱異常や過電流異常の状態は、ゲート駆動回路９からＩＧＢＴ異常信号としてモータコントローラ１０へ入力されている（図１参照）。通常、モータ４の駆動制御中は、ＩＧＢＴ異常信号に基づき、ＰＷＭ信号を停止する処置が実行されるが、本例の放電制御中はＩＧＢＴ異常時のＰＷＭ信号の停止処理は行わず（図７のステップＳ４５）、図示しないゲート駆動回路９内に設けられた各スイッチング素子のゲート停止回路でゲート信号の出力停止を継続することになる。

発明の実施形態に係る電気自動車の駆動電源装置を示すブロック図である。図１のモータコントローラの要部を示すブロック図である。図１に示す駆動電源装置の放電処理の動作を示すタイミングチャートである。図１に示す駆動電源装置の放電処理手順を示すフローチャートである。図４の放電処理時における各構成部の動作状態を示すタイミングチャートである。図１に示す駆動電源装置の放電処理手順の他例を示すフローチャートである。図１に示す駆動電源装置の放電処理手順のさらに他例を示すフローチャートである。図７のステップＳ６３処理におけるスイッチング素子のゲート信号波形を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１…バッテリ
２…リレー
３…インバータ
４…モータ
５…コンデンサ
６…電流センサ
７…回転子位置センサ
８…電圧センサ
９…ゲート駆動回路
１０…モータコントローラ
１１…車両コントローラ
Ｔｒ１〜Ｔｒ６…スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６…整流素子

Claims

直流電源の出力を平滑化する蓄電手段と、
前記蓄電手段の両端子にそれぞれ接続された複数対のスイッチング素子と、
前記各スイッチング素子に並列に接続された整流素子と、
前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御して前記直流電源の直流電力を交流電力に変換する制御手段と、を備えたインバータの放電装置において、
前記制御手段は、前記蓄電手段に蓄電された電荷が前記スイッチング素子及び前記整流素子に変位電流として流れるように、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することを特徴とするインバータの放電装置。
請求項１に記載のインバータの放電装置において、
前記制御手段は、前記対をなすスイッチング素子のＯＮ期間が互いに重ならない周波数で当該スイッチング素子を交互にＯＮ／ＯＦＦ駆動させることを特徴とするインバータの放電装置。
請求項２に記載のインバータの放電装置において、
前記制御手段は、前記蓄電手段の同一の端子側に接続された複数のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ駆動周期および位相を同一とすることを特徴とするインバータの放電装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のインバータの放電装置において、
前記制御手段は、所定の放電時間が経過したら放電処理を終了することを特徴とするインバータの放電装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のインバータの放電装置において、
前記直流電源と前記インバータとの電気的接続を入切するスイッチ手段を備え、
前記制御手段は、前記スイッチ手段が接続されているか否かを検出し、当該スイッチ手段が接続されていない場合にのみ、前記蓄電手段に蓄電された電荷が前記スイッチング素子及び前記整流素子に変位電流として流れるように、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することを特徴とするインバータの放電装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のインバータの放電装置において、
前記制御手段により変換された交流電力をモータへ出力する出力手段を備え、
前記制御手段は、前記出力手段を介して前記モータへ出力する励磁電圧指令値およびトルク電圧指令値をゼロに設定することを特徴とするインバータの放電装置。
請求項６に記載のインバータの放電装置において、
前記制御手段は、前記蓄電手段に蓄電された電荷を放電する場合の前記スイッチング素子に対するＯＮ／ＯＦＦ駆動周波数を、前記モータを駆動制御する場合の前記スイッチング素子に対するＯＮ／ＯＦＦ駆動周波数より高い周波数に設定することを特徴とするインバータの放電装置。
請求項６又は７に記載のインバータの放電装置において、
前記蓄電手段の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された前記蓄電手段の電圧が所定値以上である場合は、前記蓄電手段に蓄電された電荷を放電する場合の前記スイッチング素子に対するＯＮ／ＯＦＦ駆動周波数を、前記蓄電手段の電圧が前記所定値未満である場合のＯＮ／ＯＦＦ駆動周波数に比べて、高く設定することを特徴とするインバータの放電装置。
請求項６〜８のいずれか一項に記載のインバータの放電装置において、
前記モータの回転数を検出する回転数検出手段を備え、
前記制御手段は、前記回転数検出手段により検出された前記モータの回転数が所定回転数以下の場合にのみ、前記蓄電手段に蓄電された電荷が前記スイッチング素子及び前記整流素子に変位電流として流れるように、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することを特徴とするインバータの放電装置。
請求項９に記載のインバータの放電装置において、
前記モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段により検出された前記各相に流れる電流の変化量を検出し、当該変化量に基づいて前記回転数検出手段、前記スイッチング素子、前記整流素子および前記制御手段の動作異常を判断することを特徴とするインバータの放電装置。
請求項１０に記載のインバータの放電装置において、
前記制御手段は、前記いずれかのスイッチング素子、前記いずれかの整流素子又は前記回転数検出手段が動作異常であると判断した場合に放電処理を終了することを特徴とするインバータの放電装置。
請求項１０に記載のインバータの放電装置において、
前記制御手段は、前記いずれかのスイッチング素子又は前記整流素子が動作異常であると判断した場合に、
前記回転数検出手段により検出された前記モータの回転数が所定値以上であるときは放電処理を終了し、前記モータの回転数が所定値未満であるときは動作異常と判断されたスイッチング素子を除くスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ駆動することを特徴とするインバータの放電装置。
請求項１０に記載のインバータの放電装置において、
前記制御手段は、前記電流検出手段により検出された前記各相に流れる電流の変化量が所定値以上である場合に、前記スイッチング素子のＯＮ期間を最小値に設定することを特徴とするインバータの放電装置。
請求項１３に記載のインバータの放電装置において、
前記制御手段は、前記スイッチング素子のＯＮ期間を最小値に設定した後の、前記電流検出手段により検出された前記各相に流れる電流の変化量が所定値未満である場合は、前記蓄電手段に蓄電された電荷が前記スイッチング素子及び前記整流素子に変位電流として流れるように、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することを特徴とするインバータの放電装置。