JP2012039689A - 平滑コンデンサの電荷開放装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平滑コンデンサの電荷開放装置に関し、強制放電抵抗を用いずに、平滑コンデンサの電荷の開放時に電荷を速やかに０まで開放することができるようにする。
【解決手段】電気自動車の走行のためのモータに電力を供給するバッテリ１と、バッテリ１と前記モータとの間の直流電流が流れる通電路２，３に装備された平滑コンデンサ５と、通電路２，３に接続されたエアコンヒータ１０と、バッテリ１の使用終了指令を受けると、バッテリ１の放電を停止し、平滑コンデンサ５とエアコンヒータ１０とを通電させ平滑コンデンサ１の電荷を開放する制御手段８とを備えるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高電圧バッテリの通電路に装備された平滑コンデンサの電荷を開放するための装置に関するものである。

走行用駆動源としてモータ・ジェネレータを備えた電気自動車（ハイブリッド電気自動車を含む）では、走行用の高電圧バッテリの直流電流を電力変換器により交流電流に変換してモータ・ジェネレータを駆動するが、高電圧バッテリに接続された通電路には、モータ駆動時にインバータに内蔵された電力変換器から発生する電圧変動を吸収する目的で、直流電流の電圧を平滑化する平滑コンデンサが装備される。

例えば図３は、電気自動車の電源回路の要部構成図であり、従来の平滑コンデンサの電荷開放装置を説明する構成図である。図３に示すように、高電圧バッテリ１のＰ端子及びＮ端子に接続された通電路２，３はインバータ４に接続され、インバータ４は図示しないモータへ接続されている。インバータ４内には、通電路２，３を流れる電流の電圧を平滑化するために平滑コンデンサ５が通電路２，３間に装備される。

電気自動車の停止時など高電圧バッテリ１の使用を終了したら、平滑コンデンサ５に蓄えられた電荷の不要な放電を防止するために、平滑コンデンサ５に蓄えられた電荷は速やかに除去する必要がある。
このため、平滑コンデンサ５には、強制放電抵抗６が並列に装備されている。この強制放電抵抗６には、制御回路７が付設され、制御回路７は、コントローラ８から高電圧バッテリ１の使用開始信号を受けると強制放電抵抗６の通電を停止し、コントローラ８から高電圧バッテリ１の使用終了の信号（電源シャットダウン信号）を受けると強制放電抵抗６を通電する。強制放電抵抗６には定格電力が十分に大きなものが適用され、これにより平滑コンデンサ５に蓄えられた電荷は速やかに除去される。

また、事故などにより制御回路７が強制放電抵抗６を通電できないような異常事態に備え、常に放電をする常時放電抵抗９が、平滑コンデンサ５及び強制放電抵抗６と並列に装備されている。ただし、この常時放電抵抗９は常時通電しているので、放電はゆっくりと行われ、平滑コンデンサ５への電荷の蓄積には支障がないようになっている。
しかし、インバータ４内に強制放電抵抗６及び常時放電抵抗９の両方を装備するのは、コストの増大やインバータ４内のスペース的な制約からインバータ４の設計上の制約も大きくなってしまうというデメリットがある。特に、定格電力が十分に大きな強制放電抵抗６は、高価であり、比較的大きな設置スペースも要する。

この点、特許文献１には、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を除去するために、平滑コンデンサからの直流電流を電力変換器で交流電流に変換してＬＣフィルタで消費させたり、あるいは、平滑コンデンサからの直流電流を電力変換器して機能するコンバータで交流電流に変換してモータ・ジェネレータで消費させたり、ＤＣ−ＤＣコンバータを作動させ、平滑コンデンサの電圧を降圧して補機用バッテリの充電あるいは補機の駆動に使用することで、平滑コンデンサを放電することにより、強制放電抵抗を不要とする技術が記載されている。

特開２００５−２８７１３７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、強制放電抵抗を不要とすることはできるものの、ＬＣフィルタやモータ・ジェネレータや補機の作動最低電圧、若しくは、補機用バッテリの電圧までしか平滑コンデンサの電荷は放出されず、平滑コンデンサの電荷を０まで開放することはできない。
本発明は、かかる課題を解決するために創案されたもので、強制放電抵抗を不要としながら、平滑コンデンサの電荷の開放時に電荷を速やかに０まで開放することができるようにした、平滑コンデンサの電荷開放装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の平滑コンデンサの電荷開放装置は、電気自動車の走行のためのモータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリと前記モータとの間の直流電流が流れる通電路に装備された平滑コンデンサと、前記通電路に接続されたエアコンヒータと、前記バッテリの使用終了指令を受けると、前記バッテリの放電を停止し、前記平滑コンデンサと前記エアコンヒータとを通電させ前記平滑コンデンサの電荷を開放する制御手段とを備えていることを特徴としている。

前記平滑コンデンサの電圧を監視する電圧監視手段を備え、前記制御手段は、前記電圧監視手段により、前記平滑コンデンサの電圧が予め設定された閾値よりも低下したら、前記平滑コンデンサと前記エアコンヒータとの通電を終了することが好ましい。
また、前記エアコンヒータには、電力消費状態を変更可能なスイッチが装備されていることが好ましい。

さらに、前記平滑コンデンサと並列に、前記平滑コンデンサの電荷を緩慢に開放する常時放電抵抗を備え、前記平滑コンデンサ及び前記常時放電抵抗はモータコントロールユニット内に装備されることが好ましい。

本発明の平滑コンデンサの電荷開放装置によれば、制御手段は、バッテリの使用終了指令を受けると、バッテリの放電を停止し、平滑コンデンサとエアコンヒータとを通電させ平滑コンデンサの電荷を開放する。エアコンヒータは、一般に定格電力が十分に大きいので、平滑コンデンサと通電すると平滑コンデンサの電荷を速やかに消費する。この結果、平滑コンデンサの電荷は速やかに開放され、且つ、０まで開放可能である。しかも、電気自動車では、多くの場合、エアコンヒータを装備しているので、強制放電抵抗を不要としながら部品増を招くことなく配線変更や制御ロジック等のみで実施することができ、コスト抑制に寄与する。

平滑コンデンサの電圧が予め設定された閾値よりも低下したら、平滑コンデンサとエアコンヒータとの通電を終了するので、平滑コンデンサの電圧を確実に低下させることができ、閾値の設定によっては電圧を０まで低下することができる。
さらに、エアコンヒータに電力消費状態を変更可能なスイッチを装備すると、平滑コンデンサの放電状態を変更でき、例えば、通常は、平滑コンデンサの放電速度を最大として速やかに放電を完了し、自動車の雰囲気温度が高い場合などエアコンヒータの加熱を抑えたい場合には、平滑コンデンサの放電速度を低下させ、エアコンヒータの放熱影響を抑えることができる。

さらに、平滑コンデンサと並列に、平滑コンデンサの電荷を緩慢に開放する常時放電抵抗を備えれば、万一、平滑コンデンサとエアコンヒータとの通電が不能になっても、緩慢ではあるが、平滑コンデンサの電圧を確実に低下させることができる。
また、平滑コンデンサをモータコントロールユニット内に装備する場合、通常、常時放電抵抗や強制放電抵抗もモータコントロールユニット内に装備するが、強制放電抵抗が不要なので、モータコントロールユニット内のスペースに余裕ができ、設計自由度も高まる。

本発明の一実施形態にかかる平滑コンデンサの電荷開放装置を説明する構成図である。 本発明の一実施形態にかかる平滑コンデンサの電荷開放装置による電荷開放処理を説明するフローチャートである。 背景技術にかかる平滑コンデンサの電荷開放装置を説明する構成図である。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１，図２は本実施形態にかかる平滑コンデンサの電荷開放装置を説明するもので、図１は構成図であり、図２は本装置による電荷開放処理を説明するフローチャートである。
図１に示すように、高電圧バッテリ１のＰ端子及びＮ端子に接続された通電路２，３はインバータ４に接続され、インバータ４は図示しないモータへ接続されている。

インバータ４内には、通電路２，３を流れる電流の電圧を平滑化するために平滑コンデンサ５が通電路２，３間に装備される。また、インバータ４内の通電路２，３よりもモータ側には、図示しないが、電力変換器が備えられ、通電路２，３を流れる直流電流を電力変換器により交流電流に変換してモータに供給するようになっている。逆に、回生制動時には、モータで発電された交流電流を電力変換器により直流電流に変換して高電圧バッテリ１に供給するようになっている。

また、この電気自動車には、エアコンの暖房機能のために、電力により発熱するエアコンヒータ（電気ヒータ）１０が装備されている。このエアコンヒータ１０は、高電圧バッテリ１とインバータ４との間の通電路２，３に接続されており、高電圧バッテリ１の電力によって発熱する。ヒータとしての要求から、エアコンヒータ１０には、定格電力が十分に大きなものが適用され、速やかに大きな熱量を発生することができるようになっている。また、エアコンヒータ１０は、図示しないエアコンコントローラにより制御される。

そして、電気自動車の停止時などに、電源スイッチ１２をオフ（高電圧バッテリ１の使用終了）としたら、平滑コンデンサ５に蓄えられた電荷の不要な放電を防止するために、平滑コンデンサ５に蓄えられた電荷は速やかに除去する必要がある。
本装置では、この電源停止時の平滑コンデンサ５の放電を、エアコンヒータ１０を用いて行なうようにしている。

つまり、車両全体を統括制御するコントローラ（制御手段）８は、電源スイッチ１２からオン指令（電力供給指令）を受けると、インバータ４，高電圧バッテリ１の等に電力供給信号を送り、インバータ４を作動状態とし、高電圧バッテリ１を電力供給状態とする。また、コントローラ８は、電源スイッチ１２からオフ指令（電力供給停止指令）を受けると、インバータ４，高電圧バッテリ１等に電力供給停止信号（電源シャットダウン信号）を送り、インバータ４を停止状態とし、高電圧バッテリ１を電力供給停止状態とすると共に、エアコンコントローラに作動信号を送りエアコンヒータ１０を作動状態として、平滑コンデンサ５に蓄えられた電荷をエアコンヒータ１０で消費して除去するようにしているのである。

また、平滑コンデンサ５の電圧を監視する電圧センサ（電圧監視手段）１１が装備され、コントローラ８は、上記の平滑コンデンサ５の電荷放出時にこの電圧センサ１１により検出された平滑コンデンサ５の電圧が予め設定された閾値よりも低下したら、エアコンヒータ１０の作動を停止、即ち、平滑コンデンサ５とエアコンヒータ１０との通電を終了するようになっている。

なお、事故などにより平滑コンデンサ５に蓄えられた電荷をエアコンヒータ１０で消費して除去することができないような異常事態に備え、常に放電をする常時放電抵抗９が、平滑コンデンサ５と並列にインバータ４内に装備されている。ただし、この常時放電抵抗９は常時通電しているので、放電はゆっくりと行われ、平滑コンデンサ５への電荷の蓄積には支障がないようになっている。

本発明の一実施形態にかかる平滑コンデンサの電荷開放装置は、上述のように構成されているので、例えば図２のフローチャートに示すように、平滑コンデンサの電荷開放処理が行なわれる。なお、このフローチャートでは、コントローラ８の処理と、この処理に呼応したエアコンコントローラの処理及びインバータ４の処理とを説明する。
図２に示すように、コントローラ８は電源スイッチ１２からオフ指令（電力供給停止指令）を受けると、インバータ４及びエアコンコントローラに電力供給停止信号（高電圧終了モードオンの信号）を送る（ステップＳ１０）。エアコンコントローラでは、高電圧終了モードオンの信号を受けるとステップＳ２０の判定の後、ステップＳ２２に進みヒータ１０を駆動する。そして、コントローラ８からのシステムダウン信号を待つ（ステップＳ２４）。

一方、インバータ４は、高電圧終了モードオンの信号を受けるとステップＳ３０の判定の後、コンデンサ電圧を監視する（ステップＳ３２）。なお、図示しないが、この時には、高電圧バッテリ１を電力供給停止状態とする。インバータ４は、コンデンサ電圧が閾値よりも低下したかを判定し（ステップＳ３４）、コンデンサ電圧が閾値よりも低下したら、放電終了信号をコントローラ８に出力し（ステップＳ３６）、コントローラ８からのシステムダウン信号を待つ（ステップＳ３８）。

コントローラ８は、放電終了信号を受けるとステップＳ１２の判定の後、システムダウン信号をエアコンコントローラ及びインバータ４に出力する。
エアコンコントローラでは、システムダウン信号を受けるとステップＳ２４の判定の後、ヒータ１０を停止し、制御を終了する。
インバータ４では、システムダウン信号を受けるとステップＳ３８の判定の後、システムダウンの各処理を実施し（ステップＳ４０）、制御を終了する。

したがって、本平滑コンデンサの電荷開放装置によれば、平滑コンデンサ５の電荷の放出を、定格電力が十分に大きいエアコンヒータ１０を用いて行なうので、平滑コンデンサ５の電荷を速やかに消費し、平滑コンデンサ５の電荷開放を速やかに完了することができる。
電気自動車では、多くの場合、エアコンヒータ１０を装備しているので、従来要した強制放電抵抗を不要としながら部品増を招くことなく配線変更や制御ロジック等のみで実施することができ、コスト抑制に寄与する。

また、平滑コンデンサ５の電圧が予め設定された閾値よりも低下したら、平滑コンデンサ５とエアコンヒータ１０との通電を終了するので、平滑コンデンサ５の電圧を確実に低下させることができ、閾値の設定によっては電圧を０まで低下することができる。
さらに、平滑コンデンサ５と並列に、平滑コンデンサ５の電荷を緩慢に開放する常時放電抵抗９を備えているので、万一、平滑コンデンサ５とエアコンヒータ１０との通電が不能になっても、常時放電抵抗９により、緩慢ではあるが、平滑コンデンサ５の電圧を確実に低下させることができる。

また、平滑コンデンサ５をインバータ４内に装備する場合、通常、常時放電抵抗９や強制放電抵抗もインバータ４内に装備するが、強制放電抵抗が不要なので、インバータ４内のスペースに余裕ができ、設計自由度も高まる。
なお、エアコンヒータ１０に電力消費状態を変更可能なスイッチを装備すれば、平滑コンデンサ５の放電状態を変更でき、例えば、通常は、平滑コンデンサ５の放電速度を最大として速やかに放電を完了し、自動車の雰囲気温度が高い場合などエアコンヒータ１０の加熱を抑えたい場合には、平滑コンデンサ５の放電速度を低下させ、エアコンヒータ１０の放熱影響を抑えることができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲でかかる実施形態を適宜変更して実施しうることはもちろんである。

１ 高電圧バッテリ
２，３ 通電路
４ インバータ
５ 平滑コンデンサ
８ コントローラ（制御手段）
９ 常時放電抵抗
１０ エアコンヒータ（電気ヒータ）
１１ 電圧センサ（電圧監視手段）
１２ 電源スイッチ

Claims (4)

1. 電気自動車の走行のためのモータに電力を供給するバッテリと、
   前記バッテリと前記モータとの間の直流電流が流れる通電路に装備された平滑コンデンサと、
   前記通電路に接続されたエアコンヒータと、
   前記バッテリの使用終了指令を受けると、前記バッテリの放電を停止し、前記平滑コンデンサと前記エアコンヒータとを通電させ前記平滑コンデンサの電荷を開放する制御手段とを備えている
   ことを特徴とする、平滑コンデンサの電荷開放装置。
2. 前記平滑コンデンサの電圧を監視する電圧監視手段を備え、
   前記制御手段は、前記電圧監視手段により、前記平滑コンデンサの電圧が予め設定された閾値よりも低下したら、前記平滑コンデンサと前記エアコンヒータとの通電を終了することを特徴とする、請求項１記載の平滑コンデンサの電荷開放装置。
3. 前記エアコンヒータには、電力消費状態を変更可能なスイッチが装備されている
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の平滑コンデンサの電荷開放装置。
4. 前記平滑コンデンサと並列に、前記平滑コンデンサの電荷を緩慢に開放する常時放電抵抗を備え、前記平滑コンデンサ及び前記常時放電抵抗はモータコントロールユニット内に装備される
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の平滑コンデンサの電荷開放装置。

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