JP2012005299A - 電力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧電力機器および高圧バッテリが接続された高圧電力ラインからの電力を電圧変換して低圧電力機器および低圧バッテリが接続された低圧電力ラインに供給するＤＣ／ＤＣコンバータの異常をより適正に検出する。
【解決手段】平滑コンデンサ３５のディスチャージ制御の実行中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８を少なくとも所定時間だけ駆動制御する。そして、ディスチャージ制御が実行されている最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８が駆動されているときの平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの変化の傾きが予め定められた正常範囲内であるときにはＤＣ／ＤＣコンバータ２８は正常であると判定し、ディスチャージ制御が実行されている最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８が駆動されているときの端子間電圧Ｖｃの変化の傾きが正常範囲外であるときにはＤＣ／ＤＣコンバータ２８に異常が発生していると判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、高圧電力機器および高圧バッテリが接続された高圧電力ラインからの電力を電圧変換して低圧電力機器および低圧バッテリが接続された低圧電力ラインに供給するＤＣ／ＤＣコンバータを備えた電力装置に関する。

従来、この種の電力装置としては、主バッテリと、主バッテリよりも低電圧で充放電される補機バッテリと、主バッテリからの電圧を開閉スイッチを介して入力するインバータ回路と、主バッテリとインバータ回路との間に設けられた平滑コンデンサと、平滑コンデンサと補機バッテリとの間に設けられると共に主バッテリまたは平滑コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを電圧変換して補機バッテリに供給するＤＣ／ＤＣコンバータとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電力装置では、主バッテリと平滑コンデンサとの接続を解除した状態でＤＣ／ＤＣコンバータを駆動して平滑コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを補機バッテリに供給することにより、平滑コンデンサのディスチャージを実行している。

特開２００３−０６１２０９号公報

ところで、上述のような電力装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生していると主バッテリまたは平滑コンデンサから補機バッテリへと電力を供給することができなくなり、補機バッテリの電圧が低下して補機の駆動に必要な電力を補機バッテリから供給し得なくなってしまうおそれがある。従って、このようなＤＣ／ＤＣコンバータの異常を補機バッテリの電圧が低下する前に確実に検出することが望ましい。

本発明の電力装置は、高圧電力機器および高圧バッテリが接続された高圧電力ラインからの電力を電圧変換して低圧電力機器および低圧バッテリが接続された低圧電力ラインに供給するＤＣ／ＤＣコンバータの異常をより適正に検出することを主目的とする。

本発明の電力装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電力装置は、高圧電力ラインを介して高圧電力機器と電力をやり取りする高圧バッテリと、低圧電力ラインを介して低圧電力機器と電力をやり取りする低圧バッテリと、前記高圧バッテリにリレーを介して接続されると共に前記高圧電力機器を駆動するインバータと、前記インバータの前記高圧バッテリ側の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記高圧電力ラインからの電力を電圧変換して前記低圧電力ラインに供給するＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた電力装置であって、
前記リレーのオフ要求がなされたときに、該リレーをオフして前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷がディスチャージされるよう前記インバータを制御するディスチャージ制御を実行すると共に該ディスチャージ制御を実行している最中に前記ＤＣ／ＤＣコンバータを少なくとも所定時間だけ駆動制御する制御手段と、
前記ディスチャージ制御が実行されている最中に前記ＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されているときの前記平滑コンデンサの端子間電圧の変化度合が予め定められた正常範囲内であるときには該ＤＣ／ＤＣコンバータは正常であると判定し、前記変化度合が前記正常範囲外であるときには該ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生していると判定する異常判定手段と、
を備えることを要旨とする。

本発明の電力装置では、リレーのオフ要求がなされたときに、当該リレーをオフして平滑コンデンサに蓄えられた電荷がディスチャージされるようインバータを制御するディスチャージ制御を実行すると共に当該ディスチャージ制御を実行している最中にＤＣ／ＤＣコンバータを少なくとも所定時間だけ駆動制御する。すなわち、ディスチャージ制御を実行している最中にＤＣ／ＤＣコンバータを駆動したときに、ＤＣ／ＤＣコンバータが正常であれば、平滑コンデンサに蓄えられた電荷がＤＣ／ＤＣコンバータで電圧変換されて低圧電力ライン側（低圧バッテリ）へと供給されるため、平滑コンデンサのディスチャージが促進され、ＤＣ／ＤＣコンバータを非駆動としたときよりも平滑コンデンサの端子間電圧の変化度合が負側に大きくなる。従って、ディスチャージ制御が実行されている最中にＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されているときの平滑コンデンサの端子間電圧の変化度合が予め定められた正常範囲内であるときにはＤＣ／ＤＣコンバータは正常であると判定すると共に、ディスチャージ制御が実行されている最中にＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されているときの平滑コンデンサの端子間電圧の変化度合が正常範囲外であるときにはＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生していると判定することができる。これにより、高圧電力機器および高圧バッテリが接続された高圧電力ライン側からの電力を電圧変換して低圧電力機器および低圧バッテリが接続された低圧電力ライン側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータの異常をより適正に検出することができる。なお、平滑コンデンサの端子間電圧の変化度合の正常範囲は、ディスチャージ制御を実行している最中にＤＣ／ＤＣコンバータを非駆動としたときの平滑コンデンサの端子間電圧の変化度合よりも所定値だけ負側に大きな範囲として実験・解析等により予め定めることができる。

本発明の実施例に係る電力装置を搭載した電気自動車１０の概略構成図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータ２８の駆動時および非駆動時それぞれの場合におけるディスチャージ制御の実行による平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの時間変化の様子を例示する説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係る電力装置を搭載した電気自動車１０の概略構成図である。実施例の電気自動車１０は、図示するように、駆動輪３０ａ，３０ｂにデファレンシャルギヤ３１を介して連結された駆動軸３２に動力を入出力可能なモータ２２と、モータ２２を駆動するインバータ２４と高圧電力ライン３３とを介してモータ２２と電力のやり取りを行なうメインバッテリ２６と、インバータ２４とメインバッテリ２６との接続および接続の解除を実行するシステムメインリレーＳＭＲと、低圧電力ライン３４を介して補機２３と電力のやり取りを行う補機バッテリ２７と、高圧電力ライン３３と低圧電力ライン３４とに接続されて高圧電力ライン３３からの電力を降圧して低圧電力ライン３４へ出力可能なＤＣ／ＤＣコンバータ２８と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット４０とを備える。

高圧電力機器としてのモータ２２は、電動機として機能すると共に発電機としても機能する周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ２４は、複数のスイッチング素子により構成されており、メインバッテリ２６から供給される直流電流を擬似的な三相交流電流に変換してモータ２２に供給する。メインバッテリ２６は、実施例では、例えば、定格出力電圧が２００〜３００Ｖのニッケル水素二次電池またはリチウムイオン二次電池として構成されており、電子制御ユニット４０によって管理されている。また、高圧電力ライン３３には、インバータ２４とメインバッテリ２６との間の電圧を平滑化する平滑コンデンサ３５が設置されている。

補機バッテリ２７は、実施例では、定格出力電圧が１２Ｖの鉛蓄電池として構成されており、低圧電力ライン３４を介して補機２３と接続されている。低圧電力ライン３４に接続される低圧電力機器としての補機２３には、例えばヘッドライトやルームランプ，カーオーディオ等の複数の電力機器が含まれる（何れも図示せず）。なお、補機バッテリ２７は、図示しない電力ラインを介して電子制御ユニット４０にも接続されており、電子制御ユニット４０にも電力を供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、いずれも図示しないスイッチング素子やトランスなどを含み、スイッチング素子をオンオフすることにより高圧電力ライン３３からの電力を降圧して低圧電力ライン３４に出力可能である。これにより、メインバッテリ２６からの電力やモータ２２で発電された電力などを補機バッテリ２７へと供給することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、電子制御ユニット４０からの制御信号により制御される。

電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ４２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ４４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ４６と、図示しない入出力ポートとを備える。電子制御ユニット４０には、アクセルペダル５３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ５８からの車速Ｖ、平滑コンデンサ３５の端子間に設置された電圧センサ３６からの端子間電圧Ｖｃなどが入力ポートを介して入力される。電子制御ユニット４０からは、モータ２２を駆動制御するためのインバータ２４のスイッチング素子へのスイッチング制御信号やＤＣ／ＤＣコンバータ２８へのスイッチング制御信号、システムメインリレーＳＭＲへのオンオフ制御信号などが出力ポートを介して出力される。また、電子制御ユニット４０は、運転者によりシステムが停止されたとき等、システムメインリレーＳＭＲのオフ要求がなされたときに、システムメインリレーＳＭＲをオフして平滑コンデンサ３５に残った電荷をディスチャージするようインバータ２４をスイッチング制御するディスチャージ制御を実行する。ここで、ディスチャージ制御は、例えば、モータ２２のロータに形成される磁束の方向（ｄ軸）に電流を流すことで、モータ２２からトルクが出力されずに電力が消費されるようにインバータ２４をスイッチング制御することにより平滑コンデンサ３５に蓄えられた電荷をディスチャージするものであってもよいし、インバータ２４のスイッチング損失により平滑コンデンサ３５に蓄えられた電荷をディスチャージするものであってもよい。

実施例の電気自動車１０は、基本的には、電子制御ユニット４０によって実行される次のような駆動制御によって走行する。すなわち、電子制御ユニット４０は、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ５８からの車速Ｖとに応じて走行のために駆動軸３２に要求される要求トルクを設定し、メインバッテリ２６を充放電することができる最大電力としての入出力制限の範囲内で要求トルクに応じたモータ２２のトルク指令を設定し、モータ２２がトルク指令で駆動されるようインバータ２４をスイッチング制御する。実施例の電気自動車１０は、こうした制御により、メインバッテリ２６の入出力制限の範囲内でアクセル開度Ａｃｃに応じた要求トルクを駆動軸３２に出力して走行する。

次に、上述のように構成された電気自動車１０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８に異常が発生しているか否かを判定するための手法について説明する。実施例の電子制御ユニット４０は、上述したインバータ２４のディスチャージ制御を実行する際にＤＣ／ＤＣコンバータ２８を少なくとも所定時間だけ駆動制御すると共に、以下の手順に従ってＤＣ／ＤＣコンバータ２８の異常の有無を判定する。

図２は、ディスチャージ制御の実行による平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの時間変化の様子を例示する説明図である。図中実線は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８を駆動した場合の端子間電圧Ｖｃの変化の様子を示し、図中点線は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８を非駆動とした場合の端子間電圧Ｖｃの変化の様子を示す。図示するように、ディスチャージ制御を実行している最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８を駆動したときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８が正常であれば、平滑コンデンサ３５に蓄えられた電荷がＤＣ／ＤＣコンバータ２８で電圧変換されて低圧電力ライン３４側（補機バッテリ２７）へと供給されるため、平滑コンデンサ３５のディスチャージが促進され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８を非駆動としたときよりも平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの変化の傾き（変化度合）が負側に大きくなる。従って、ディスチャージ制御が実行されている最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８が駆動されているときの平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの変化の傾きが予め定められた正常範囲（図中一点鎖線で示した範囲）内であるときにはＤＣ／ＤＣコンバータ２８は正常であると判定し、ディスチャージ制御が実行されている最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８が駆動されているときの平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの変化の傾きが正常範囲外であるときにはＤＣ／ＤＣコンバータ２８に異常が発生していると判定する。実施例では、平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの変化の傾きの正常範囲は、ディスチャージ制御を実行している最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８を非駆動としたときの平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの変化の傾きよりも所定値だけ負側に大きな範囲として実験・解析等により予め定められる。

以上説明した実施例の電力装置を備えた電気自動車１０では、システムメインリレーＳＭＲのオフ要求がなされたときに、システムメインリレーＳＭＲをオフして平滑コンデンサ３５に蓄えられた電荷がディスチャージされるようインバータ２４を制御するディスチャージ制御を実行すると共に当該ディスチャージ制御を実行している最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８を少なくとも所定時間だけ駆動制御する。そして、ディスチャージ制御が実行されている最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８が駆動されているときの平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの変化の傾きが予め定められた正常範囲内であるときにはＤＣ／ＤＣコンバータ２８は正常であると判定し、ディスチャージ制御が実行されている最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８が駆動されているときの平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの変化の傾きが正常範囲外であるときにはＤＣ／ＤＣコンバータ２８に異常が発生していると判定する。これにより、モータ２２およびメインバッテリ２６が接続された高圧電力ライン３３からの電力を電圧変換して補機２３および補機バッテリ２７が接続された低圧電力ライン３４に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２８の異常をより適正に検出することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、高圧電力ライン３３を介してモータ２２と電力をやり取りするメインバッテリ２６が「高圧バッテリ」に相当し、低圧電力ライン３４を介して補機２３と電力をやり取りする補機バッテリ２７が「低圧バッテリ」に相当し、メインバッテリ２６にシステムメインリレーＳＭＲを介して接続されると共にモータ２２を駆動するインバータ２４が「インバータ」に相当し、インバータ２４のメインバッテリ２６側の電圧を平滑化する平滑コンデンサ３５が「平滑コンデンサ」に相当し、高圧電力ライン３３からの電力を電圧変換して低圧電力ライン３４に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２８が「ＤＣ／ＤＣコンバータ」に相当し、システムメインリレーＳＭＲのオフ要求がなされたときに、当該システムメインリレーＳＭＲをオフして平滑コンデンサ３５に蓄えられた電荷がディスチャージされるようインバータ２４を制御するディスチャージ制御を実行すると共に当該ディスチャージ制御を実行している最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８を少なくとも所定時間だけ駆動制御する電子制御ユニット４０が「制御手段」に相当し、ディスチャージ制御が実行されている最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８が駆動されているときの平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの変化度合が予め定められた正常範囲内であるときには当該ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は正常であると判定し、ディスチャージ制御が実行されている最中にＤＣ／ＤＣコンバータ２８が駆動されているときの平滑コンデンサ３５の端子間電圧Ｖｃの変化度合が正常範囲外であるときには当該ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生していると判定する電子制御ユニット４０が「異常判定手段」に相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、高圧電力機器および高圧バッテリが接続された高圧電力ラインからの電力を電圧変換して低圧電力機器および低圧バッテリが接続された低圧電力ラインに供給するＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた電力装置、および、それを備えた電気自動車の製造産業等に利用可能である。

１０ 電気自動車、２２ モータ、２３ 補機、２４ インバータ、２６ メインバッテリ、２７ 補機バッテリ、２８ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０ａ，３０ｂ 駆動輪、３１ デファレンシャルギヤ、３２ 駆動軸、３３ 高圧電力ライン、３４ 低圧電力ライン、３５ 平滑コンデンサ、３６ 電圧センサ、４０ 電子制御ユニット、４２ ＣＰＵ
、４４ ＲＯＭ、４６ ＲＡＭ、５３ アクセルペダル、５４ アクセルペダルポジションセンサ、５８ 車速センサ。

Claims (1)

1. 高圧電力ラインを介して高圧電力機器と電力をやり取りする高圧バッテリと、低圧電力ラインを介して低圧電力機器と電力をやり取りする低圧バッテリと、前記高圧バッテリにリレーを介して接続されると共に前記高圧電力機器を駆動するインバータと、前記インバータの前記高圧バッテリ側の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記高圧電力ラインからの電力を電圧変換して前記低圧電力ラインに供給するＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた電力装置であって、
   前記リレーのオフ要求がなされたときに、該リレーをオフして前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷がディスチャージされるよう前記インバータを制御するディスチャージ制御を実行すると共に該ディスチャージ制御を実行している最中に前記ＤＣ／ＤＣコンバータを少なくとも所定時間だけ駆動制御する制御手段と、
   前記ディスチャージ制御が実行されている最中に前記ＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されているときの前記平滑コンデンサの端子間電圧の変化度合が予め定められた正常範囲内であるときには該ＤＣ／ＤＣコンバータは正常であると判定し、前記変化度合が前記正常範囲外であるときには該ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生していると判定する異常判定手段と、
   を備える電力装置。

Images