JP2013208008A

JP2013208008A - 電気自動車

Info

Publication number: JP2013208008A
Application number: JP2012077351A
Authority: JP
Inventors: Takamitsu Tajima; 孝光田島; Kotaro Shigeno; 高太郎繁野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP5808707B2

Abstract

【課題】架線から電鉄分野におけるような高電圧が印加されたとしても、モータ及びこのモータに電力を供給するインバータに前記高電圧より低い適切な電圧を印加することが可能な電気自動車を提供する。
【解決手段】高圧バッテリ２４のバッテリ電圧Ｖｂを架線給電電圧Ｖｈ相当まで昇圧する第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の他に、架線Ｌに接触して前記架線Ｌから高電圧の架線供給電圧Ｖｈの電力を受ける架線接触端子ＣＴとモータ２０を駆動するインバータ２２の直流端子２６との間に第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を設けたので、たとえ架線Ｌから高電圧である架線給電電圧Ｖｈが印加されても第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２が電気的な緩衝装置となってインバータ２２への高電圧の印加が回避される。
【選択図】図１

Description

この発明は、車載の蓄電装置から供給される電力及び（又は）車載の架線接触端子を通じて架線から供給される電力を車載のインバータにより変換し車両駆動用のモータに供給する電気自動車に関する。

従来から、架線からの電力により、又は車載のバッテリの電力により駆動されるモータにより走行する電気自動車が提案されている（特許文献１）。

このような電気自動車では、前記架線と車載の集電器との接触状態において、前記架線から供給された電力により車載のバッテリが充電されると共に、車載のインバータを通じて前記電力が変換されてモータに供給されることで走行する。この電気自動車では、前記架線の存在しない道路上を走行するとき、前記バッテリから前記インバータを介して前記モータに電力が供給される（特許文献１の要約）。

特許文献２には、電鉄分野の電気車の制御装置が開示されている。

再公表ＷＯ２００９／００１７８８号再公表ＷＯ２００８／０１８１３１号

特許文献２に開示された電気車では、駆動用のモータに電力を供給するインバータに並列に、蓄電装置を入力電力源とするＤＣ／ＤＣコンバータが接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータは、前記蓄電装置の電圧を、リアクトルと上下アームスイッチング素子により前記インバータの入力電圧まで昇圧している。

そして、前記インバータの入力端子間にスイッチを介して集電装置が設けられ、この集電装置が架線と摺接して前記架線から電力を受電するようになっている。

このように構成される電気車は、基本的には、前記蓄電装置の電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧された電圧の電力又は前記架線からの電力により前記インバータを介して前記モータが駆動される。

特許文献２に係る電気車では、前記架線と車載の前記集電装置との接触時に、前記架線からの突入電流を防止するために、前記集電装置が前記架線から離隔した位置にあって、前記蓄電装置のみの電力により走行する走行モードから、車載の前記集電装置を前記架線に接触させ前記架線の電力により走行モードに遷移する際、まず、前記スイッチの開状態において、前記架線と前記集電装置とを接触させ、この接触状態において、前記蓄電装置の電力を利用し前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記インバータの入力電圧を前記架線の電圧まで徐々に昇圧し、前記インバータの入力電圧と前記架線の電圧との電圧差が十分に小さい値となったときに、前記スイッチを開状態から閉状態とすることで、電圧差により突入電流を生じたり、スイッチの接点が荒れることを回避できると開示されている（特許文献２の［００２５］、［００２６］）。

しかしながら、上記従来技術に係る電鉄分野の電気車の制御装置は、架線電圧が６００［Ｖ］〜１５００［Ｖ］（特許文献２の［００２２］）のインフラに適用可能な高耐圧用となっており、汎用の１００［Ｖ］〜２００［Ｖ］程度の電源で動作可能な電気自動車に、このような技術をそのまま適用することが、コスト上、寸法上きわめて困難である。

もし、適用したとすると、架線の高圧電圧が直接インバータ及びこのインバータを介してモータに印加されることとなり、インバータの電力消費が大きくなり、発熱を防止する発熱対策にもコストが増加する。また、モータも高耐圧のモータが必要となり、コストが増加し、且つモータ自体も大型化する。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、たとえ架線から電鉄分野におけるような高電圧が印加されたとしても、モータ及びこのモータに電力を供給するインバータに前記高電圧より低い適切な電圧を印加することが可能となって、前記インバータの発熱の防止、並びに前記インバータ及び前記モータの小型化を図ることを可能とする電気自動車を提供することを目的とする。

この発明に係る電気自動車は、車載の蓄電装置から供給される電力及び／又は車載の架線接触端子を通じて架線から供給される電力をインバータにより変換し車両駆動用のモータに供給する電気自動車において、前記蓄電装置の端子と前記架線接触端子との間に設けられる第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記架線接触端子と前記インバータの端子との間に設けられる第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記架線接触端子を通じて前記架線からの給電時に、前記インバータへの印加電圧が前記モータの要求電力に対応するように、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記架線接触端子が前記架線から離隔している非給電時に、前記蓄電装置の電圧が所定電圧以上の場合には、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態に制御すると共に、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを、前記インバータへの印加電圧が前記モータの前記要求電力に対応するように制御する一方、前記蓄電装置の電圧が前記所定電圧未満の場合には、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを、前記インバータへの印加電圧が前記モータの前記要求電力に対応するように制御すると共に、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態に制御することを特徴とする。

この発明によれば、架線接触端子とインバータの端子との間に第２ＤＣ／ＤＣコンバータを設けるようにしたので、たとえ架線から高電圧が印加されても第２ＤＣ／ＤＣコンバータが電気的な緩衝装置となり前記インバータへの高電圧の印加が回避され、結果として前記インバータの発熱を抑制できると共に、前記インバータ及びモータに対して前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記架線の前記高電圧より低い適切な電圧を印加することができる。

この場合において、前記制御装置は、前記架線に対し前記架線接触端子が離隔している状態から接触状態に遷移する際、前記架線接触端子間の電圧を架線給電電圧相当の電圧となるように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御すると共に、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記インバータへの印加電圧が前記モータの要求電力に対応するように制御することで、前記電気自動車を前記モータの要求電力に対応して走行させながらの前記架線に対する前記架線接触端子の接触時に、前記架線からの前記電気自動車側への大きな突入電流の発生を防止できる。つまり、前記架線に対し前記電気自動車の前記架線接触端子が接触する際に、前記モータの要求電力を制限する必要がなく、且つ突入電流の発生を防止できる。

なお、前記制御装置は、前記架線に対し前記架線接触端子が離隔している状態から接触状態に遷移したとき、前記架線を通じ、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給される前記蓄電装置への充電電流が徐々に大きくなるように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御した後、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力間電位差が所定値以内となったとき、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態に制御することで前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング損失を低減でき、前記蓄電装置への充電の効率を高くすることができる。

また、前記制御装置は、前記モータの回生時には、前記第１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態に制御することで、前記回生時における前記第１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失が低減でき、より効率的に回生電力を回収することができる。

この発明によれば、架線接触端子とインバータの端子との間に第２ＤＣ／ＤＣコンバータを設けるようにしたので、たとえ架線から電鉄分野におけるような高電圧が印加されたとしても、モータ及びこのモータに電力を供給する前記インバータに前記高電圧より低い適切な電圧を印加することが可能となって、前記インバータの発熱が防止されると共に、前記インバータ及び前記モータの小型化を図ることができる。

この実施形態に係る電気自動車を備える車両給電交通システムの構成を示す回路ブロック図である。電気自動車中、インバータの回路図である。この実施形態に係る電気自動車を備える車両給電交通システムのメインフローチャートである。この実施形態に係る電気自動車を備える車両給電交通システムの給電制御フローチャートである。電気自動車の走行モードを説明する図表である。電気自動車の走行モードの遷移と各物理量との関係の一例を説明するタイムチャートである。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この実施形態に係る電気自動車１０と、この電気自動車１０に対して架線Ｌ（正極側の架線Ｌ１と負極側の架線Ｌ２）を介して直流の高電圧である架線給電電圧（単に、給電電圧ともいう。）Ｖｈの電力を供給する外部電源装置１２と、からなる車両給電交通システム１４の構成を示している。

外部電源装置１２は、送電のみの電源装置、あるいは蓄電装置を含む充放電可能な電源装置により構成することができる。この実施形態では、充放電可能な電源装置を採用している。

電気自動車１０は、架線Ｌに対して接触給電乃至接触充電可能な架線接触端子ＣＴ（正極側の架線接触端子ＣＴ１と負極側の架線接触端子ＣＴ２）が一端（架線Ｌ側の端）に係合された受電アームＡＭ（正極側の受電アームＡＭ１と負極側の受電アームＡＭ２）を備える。

受電アームＡＭは、アーム伸縮式、アーム傾動式（アームの他端が支点として車体に取り付けられ、架線接触端子ＣＴが係合した前記一端が車体から離れる。）、又はアーム伸縮式とアーム傾動式とを併合した構成のものを用いることができる。

受電アームＡＭの他端（電気自動車１０の本体側）は、コンタクタＳ（正極側のコンタクタＳ１と負極側のコンタクタＳ２）の一端側に電気的に接続される。

コンタクタＳの他端側は、正極側の配線２８ｐ及び負極側の配線２８ｎからなる配線２８に接続される。

電気自動車１０は、上記した架線接触端子ＣＴが一端に係合された受電アームＡＭ、及びコンタクタＳの他、車両駆動用のモータ２０と、このモータ２０に３相の交流電力を供給する電力変換装置であるインバータ２２と、蓄電装置としての高圧バッテリ２４と、高圧バッテリ２４が低圧側に接続され高圧側がコンタクタＳの他端側である配線２８に接続されると共に前記インバータ２２の直流入力側の直流端子２６（正極側の直流端子２６ａと負極側の直流端子２６ｂ）を通じて前記インバータ２２に前記高圧バッテリ２４の電圧を昇圧した電力を供給する第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、第１コンバータともいう。）３１と、インバータ２２の直流端子２６が低圧側に接続され高圧側が前記コンタクタＳの他端側である配線２８に接続される第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、第２コンバータともいう。）３２と、制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）４０とを備える。ＥＣＵ４０は、インバータ２２、第１及び第２コンバータ３１、３２、コンタクタＳ、受電アームＡＭ、及びモータ２０を制御する。

なお、図示はしないが、モータ２０の回転軸はトランスミッションを通じて、あるいはインホイールモータとして駆動輪に係合される。

高圧バッテリ２４は、リチウムイオン２次電池等の２次電池又はキャパシタ等が使用される。この実施形態では２次電池が使用されている。

図２は、インバータ２２の公知の回路図を示す。インバータ２２は、３相フルブリッジ型の構成とされ、モータ２０の力行時には、直流／交流変換を行い、直流を３相の交流電力に変換してモータ２０のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに供給する一方、モータ２０の回生時には、交流／直流変換後の直流電力を直流端子２６間から第２コンバータ３２を通じて正極側配線２８ｐ及び負極側配線２８ｎ間に供給し、例えば、第１コンバータ３１を通じて高圧バッテリ２４を充電等する。

インバータ２２は、ＥＣＵ４０により駆動されるＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等のスイッチング素子であるトランジスタ５１ｕ、５１ｖ、５１ｗ、５２ｕ、５２ｖ、５２ｗと、逆方向接続されたダイオード５３ｕ、５３ｖ、５３ｗ、５４ｕ、５４ｖ、５４ｗとから構成される。

トランジスタ５１ｕとダイオード５３ｕとでＵ相の上アーム素子ＵＭｕを、トランジスタ５２ｕとダイオード５４ｕとでＵ相の下アーム素子ＬＭｕを構成する。トランジスタ５１ｖとダイオード５３ｖでＶ相の上アーム素子ＵＭｖを、トランジスタ５２ｖと、ダイオード５４ｖとでＶ相の下アーム素子ＬＭｖを構成する。トランジスタ５１ｗとダイオード５３ｗでＷ相の上アーム素子ＵＭｗを、トランジスタ５２ｗと、ダイオード５４ｗとでＷ相の下アーム素子ＬＭｗを構成する。

上アーム側のトランジスタ５１ｕ、５１ｖ、５１ｗは、ＥＣＵ４０から供給されるＰＷＭ（パルス幅変調）信号Ｐｕｕ、Ｐｕｖ、Ｐｕｗによりスイッチングされ、下アーム側のトランジスタ５２ｕ、５２ｖ、５２ｗは、ＥＣＵ４０から供給されるＰＷＭ信号Ｐｌｕ、Ｐｌｖ、Ｐｌｗによりスイッチングされる。

再び、図１において、電圧センサとして、インバータ２２の直流端子２６間の電圧（モータ電圧ともいう。）Ｖｍを検出する電圧センサ３４と、高圧バッテリ２４の端子間電圧（バッテリ電圧という。）Ｖｂを検出する電圧センサ３６と、スイッチＳ間の直流電圧（線間電圧という。）Ｖ０を検出する電圧センサ３８と、を備え、各検出電圧は、ＥＣＵ４０により読み取られる。

電流センサとして、インバータ２２の直流端子２６ａに流れる電流（モータ電流という。）Ｉｍを検出する電流センサ４４と、高圧バッテリ２４に流れる電流（バッテリ電流という。）Ｉｂを検出する電流センサ４６と、第２コンバータ３２に流れる電流（入力電流という。）Ｉ０を検出する電流センサ４８と、を備え、各検出電流は、ＥＣＵ４０により読み取られる。

電圧センサ３６と電流センサ４６と図示しない温度センサとにより高圧バッテリ２４のＳＯＣ（０［％］〜１００［％］の充電状態又は充電量）を検出するＳＯＣセンサ５６が構成され、ＳＯＣセンサ５６の出力に基づきＥＣＵ４０により充電量ＳＯＣが算出される。

モータ電圧Ｖｍは、ステップダウンコンバータ（ＳＤＣ）５２により降圧されて公称値＋１２［Ｖ］の低圧バッテリ５４を充電する。

低圧バッテリ５４は、図示しないライト等の補機等に電力を供給すると共に、ＥＣＵ４０に電力を供給する。

第１コンバータ３１は、公知の構成であり、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２が逆方向に接続されるスイッチング素子であるトランジスタＱ１、Ｑ２と、リアクトルＲａと、コンデンサＣ１、Ｃ２とから構成される。トランジスタＱ１、Ｑ２としては、ＭＯＳＦＥＴあるいはＩＧＢＴ等の電力スイッチング素子が採用される。

トランジスタＱ１は、ＥＣＵ４０から供給されるＰＷＭ（パルス幅変調）信号Ｐ１によりスイッチングされ、トランジスタＱ２は、ＥＣＵ４０から供給されるＰＷＭ信号Ｐ２によりスイッチングされる。

トランジスタＱ１とダイオードＤ１が上アーム素子ＵＭ１とされ、トランジスタＱ２とダイオードＤ２が下アーム素子ＬＭ１とされる。

第２コンバータ３２も、公知の構成であり、それぞれダイオードＤ３、Ｄ４が逆方向に接続されるスイッチング素子であるトランジスタＱ３、Ｑ４と、リアクトルＲｂと、コンデンサＣ３とから構成される。トランジスタＱ３、Ｑ４としては、ＭＯＳＦＥＴあるいはＩＧＢＴ等の電力スイッチング素子が採用される。

トランジスタＱ３は、ＥＣＵ４０から供給されるＰＷＭ信号Ｐ３によりスイッチングされ、トランジスタＱ４は、ＥＣＵ４０から供給されるＰＷＭ信号Ｐ４によりスイッチングされる。

トランジスタＱ３とダイオードＤ３が上アーム素子ＵＭ２とされ、トランジスタＱ４とダイオードＤ４が下アーム素子ＬＭ２とされる。

基本的には以上のように構成される、この実施形態に係る電気自動車１０と、この電気自動車１０に対して架線Ｌ（正極側の架線Ｌ１と負極側の架線Ｌ２）を介して直流の高電圧である架線給電電圧（単に、給電電圧ともいう。）Ｖｈの電力を供給する外部電源装置１２と、からなる車両給電交通システム１４の動作について図３のメインフローチャート、図４の給電制御フローチャート、及び図５の走行モード説明図表６０を参照して説明する。なお、フローチャートに係るプログラムの実行主体は電気自動車１０のＥＣＵ４０である。

ステップＳ１にて、ＥＣＵ４０は、図示しないイグニッションスイッチ（電源スイッチ）がオン状態にあるか否かを判定し、オン状態である場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２にて、電気自動車１０が回生状態にあるか否かをモータ電流Ｉｍの向き等によって判定する。

回生状態にない場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、力行状態であると判定し、ステップＳ３にて、充電量ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔｈ以下に低下しているか否かを判定し、充電量ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔｈを上回っている場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ４、Ｓ５にて、高圧バッテリ２４のバッテリ電圧Ｖｂが高電圧であるときの走行モードＩ（図５参照）の力行制御を行う。

すなわち、ステップＳ４にて、第１コンバータ３１を第１直結状態（ＰＷＭ信号Ｐ１、Ｐ２ともデューティ０［％］）にして、高圧バッテリ２４のバッテリ電圧Ｖｂによる電力をダイオードＤ１を介して第２コンバータ３２の入力側の配線２８間に直接且つ連続的に供給する。ステップＳ５にて、ＥＣＵ４０は、図示しないアクセルペダル等の操作に基づくモータ２０の駆動トルクを算出し、駆動トルクを発生するモータ要求電力となるように目標電力（モータ電流Ｉｍとモータ電圧Ｖｍ）を決定し、バッテリ電圧Ｖｂを参照して第２コンバータ３２のＰＷＭ信号Ｐ３、Ｐ４のデューティを決定する。

このように走行モードＩでの力行制御では、高圧バッテリ２４の電力が、直結状態に制御されている第１コンバータ３１（ダイオードＤ１）を介して第２コンバータ３２の入力側に供給され、第２コンバータ３２は、モータ２０の要求トルクに応じたモータ電圧Ｖｍの制御を行う。第１コンバータ３１をスイッチングしない分、電力損失を低減することができる。

一方、ステップＳ３の判定が肯定的である場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ６、Ｓ７にて、高圧バッテリ２４のバッテリ電圧Ｖｂが低電圧であるときの走行モードＶのＳＯＣ低下時制御を行う。

このＳＯＣ低下時制御では、理解の便宜のために、ステップＳ７の処理について最初に説明すると、第２コンバータ３２のスイッチング損失をゼロ値にするために、第２コンバータ３２の上アーム素子ＵＭ２のＰＷＭ信号Ｐ３のデューティを１００［％］にすると共に、下アーム素子ＬＭ２のＰＷＭ信号Ｐ４のデューティを０［％］にする。これにより第２コンバータ３２は直結制御状態とされ、インバータ２２の入力電圧である線間電圧Ｖ０がオン状態になっているトランジスタＱ３を通じてインバータ２２の直流端子２６ａ、２６ｂ間に供給される。このとき、ステップＳ６において、第１コンバータ３１は、高圧バッテリ２４のバッテリ電圧Ｖｂをモータ２０の要求トルクに応じて昇圧してモータ電圧Ｖｍの制御を行う。すなわち、走行モードＶのＳＯＣ低下時制御では、高圧バッテリ２４の電圧低下分を第１コンバータ３１の昇圧動作により補償するように動作する。

上述したステップＳ２にて、回生状態であると判定した場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ステップＳ８、Ｓ９にて、走行モードＶＩでのモータ２０の回生制御を行う。このとき、インバータ２２のＰＷＭ信号Ｐｕｕ、Ｐｕｖ、Ｐｕｗ、Ｐｌｕ、Ｐｌｖ、Ｐｌｗのデューティを、全て０［％］とし、理解の便宜のために、ステップＳ９の処理から先に説明すると、回生電力を高圧バッテリ２４に最大限充電する（取りきる）ために、第２コンバータ３２を直結状態（Ｐ３とＰ４のデューティ０［％］）にすると共に、ステップＳ８にて第１コンバータ３１を直結状態（Ｐ１のデューティ１００［％］、Ｐ２のデューティ０［％］）にすることで、モータ２０から流れてくる回生電流であるモータ電流ＩｍをリアクトルＲｂ、ダイオードＤ３、トランジスタＱ１、及びリアクトルＲａを通じて高圧バッテリ２４に流し、高圧バッテリ２４を充電する。第１及び第２コンバータ３１、３２共に、スイッチングしていないので電力損失の発生を最小限にすることができる。

上述したステップＳ１〜ステップＳ９の処理の間で、コンタクタＳ１、Ｓ２は、オフ状態（開状態）になっている。

次いで、ステップＳ１０にて、ＥＣＵ４０は、走行モードＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶに係る給電制御処理を実行する。

この場合、図４に示すステップ１０ａにて、電気自動車１０が架線Ｌから電力を給電される給電モードがオン（ＯＮ）可能な状態になっているか否かを、電気自動車１０が走行している道路が、架線Ｌが設けられている道路であるか否か、又は電気自動車１０が走行している区間が、架線Ｌが設けられている区間であるか否かにより判定する。

ステップＳ１０ａの判定が肯定的であるとき（ステップＳ１０ａ：ＹＥＳ）、遅滞なく高圧バッテリ２４の充電動作が開始されるものと推測されるので、ステップＳ１０ｂにて、第２コンバータ３２は、高圧バッテリ２４の電力によりモータ２０の要求トルクに応じたモータ電圧Ｖｍの制御を行う。

次いで、ステップＳ１０ｃにて、走行モードＩＩの「給電直前」の処理であるコンデンサＣ１のプリチャージ処理を行う。

電気自動車１０の架線接触端子ＣＴが架線Ｌとの離隔状態から接触状態に遷移するときに、静電容量の大きな平滑コンデンサであるコンデンサＣ１及び高圧バッテリ２４に過大な突入電流が流れてコンデンサＣ１及び高圧バッテリ２４が劣化することを防止するために、前記突入電流を制限することを目的として、配線２８の線間電圧Ｖ０と架線給電電圧Ｖｈとの電位差が所定電圧差以内となるまで、第１コンバータ３１を動作させて線間電圧Ｖ０を昇圧する（実際上、線間電圧Ｖ０が架線給電電圧Ｖｈ相当の電圧となるように第１コンバータ３１を昇圧制御する。）。

次いで、ステップＳ１０ｄにて、受電アームＡＭが展開される。これにより受電アームＡＭが伸長乃至傾動を開始する。

次に、ステップＳ１０ｅにて、受電アームＡＭの先端の架線接触端子ＣＴが架線Ｌに接触したか否かを、図示しない近接センサ等を用いて判定する。

ステップＳ１０ｅの判定が肯定的となったとき（ステップＳ１０ｅ：ＹＥＳ）、ステップ１０ｆにて、給電用のコンタクタＳをオフ状態（開状態）からオン状態（閉状態）にする。これにより、線間電圧Ｖ０が架線Ｌの電圧である架線給電電圧Ｖｈになる（Ｖ０＝Ｖｈ）。

次いで、ステップＳ１０ｇにて、ＥＣＵ４０は、走行モードＩＩＩの「給電初期」制御処理を実行する。

この「給電初期」制御では、電気自動車１０の架線接触端子ＣＴが架線Ｌとの離隔状態から接触状態に遷移するときに、コンデンサＣ１及び高圧バッテリ２４の劣化を防止するために、コンデンサＣ１及び高圧バッテリ２４に過大な突入電流が流れることをより具体的に制限する。すなわち、充電電流であるバッテリ電流Ｉｂの増加量（時間変化量ΔＩｂ／Δｔ）が所定増加量（閾値増加量）以上にならないように制限する。換言すれば、架線接触端子ＣＴを介して架線Ｌから高圧バッテリ２４に流れ込む充電電流であるバッテリ電流Ｉｂが徐々に大きくなるように、いわゆるレートリミットをかけながら高圧バッテリ２４の充電量ＳＯＣを、ステップＳ１０ｈの判定が肯定的（線間電圧Ｖ０とバッテリ電圧Ｖｂとの差が所定値以内）となるまで増加させる。

ステップＳ１０ｈの判定において、線間電圧Ｖ０とバッテリ電圧Ｖｂとの差が所定値以内となったとき（ステップＳ１０ｈ：ＹＥＳ）、第１コンバータ３１を直結状態（Ｐ１のデューティ１００［％］、Ｐ２のデューティ０［％］）にしても高圧バッテリ２４には、過大な突入電流が流れることがないと判定し、ステップＳ１０ｉにて、第１コンバータ３１を直結状態にし、スイッチングさせないことで充電効率を上げて高圧バッテリ２４への充電を継続する。

ステップＳ１０ｊにて、高圧バッテリ２４が所定の満充電状態となったか否かを充電量ＳＯＣにより判定し、満充電状態となったとき（ステップＳ１０ｊ：ＹＥＳ）、ステップＳ１０ｋにて、給電用のコンタクタＳ１、Ｓ２をオン状態（閉状態）からオフ状態（開状態）に遷移させる。

次いで、ステップＳ１０ｌにて、受電アームＡＭを縮小乃至逆方向に傾動させて電気自動車１０の所定位置に収納する。

このようにして走行中での給電制御を終了し、ステップＳ１に戻る。なお、ステップＳ１０ａの判定において、電気自動車１０の給電モードがオン（ＯＮ）可能な状態になっていないときには（ステップＳ１０ａ：ＮＯ）、ステップＳ１０ａ〜ステップＳ１０ｌまでの給電制御フローは、スキップされてステップＳ１に戻る。

次に、図６のタイムチャートを参照して、電気自動車１０の走行モードＩ〜ＶＩの遷移と各物理量との関係の一例について説明する。

なお、理解の便宜のため、モータ電力Ｐｍは、力行時には正の一定値に制御され、回生時には負の一定値に制御されているものとし、同様に、力行時及び回生時とも電圧センサ３４で検出されるモータ電圧Ｖｍが一定値に制御されているものとして説明する。

時点ｔ０〜ｔ１の間での走行モードＩ（コンタクタＳ１、Ｓ２：オフ状態）の「力行」制御時には、第１コンバータ３１が直結状態に制御されているので、充電量ＳＯＣの減少に応じて、バッテリ電圧Ｖｂ及び線間電圧Ｖ０が減少し、モータ電力Ｐｍをインバータ２２により一定に保持しているので、充電量ＳＯＣの減少に応じて、放電電流としてのバッテリ電流Ｉｂ及び第２コンバータ３２への入力電流Ｉ０が増加する。

時点ｔ１〜ｔ２の間での走行モードＩＩの「給電直前」制御時、すなわち、電気自動車１０の架線接触端子ＣＴと架線Ｌとの接触直前時には、コンデンサＣ１に過大な突入電流が流れないように、コンデンサＣ１の両端電圧、すなわち線間電圧Ｖ０を徐々に架線給電電圧Ｖｈ近傍まで増加させる（コンデンサＣ１をプリチャージする。）。時点ｔ１〜ｔ２の間でもモータ電力Ｐｍが一定の力行状態にあるので入力電流Ｉ０、充電量ＳＯＣ、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂも徐々に減少する。

時点ｔ２にて、受電アームＡＭが展開されて、架線接触端子ＣＴが架線Ｌに接触される。時点ｔ２〜ｔ３の間での走行モードＩＩＩの「給電初期」制御時には、充電電流であるバッテリ電流Ｉｂａｔが徐々に増加するように第１コンバータ３１により制御し、バッテリ電圧Ｖｂと架線給電電圧Ｖｈとの差が所定値以内となるまでバッテリ電圧Ｖｂが増加したときに、第１コンバータ３１を直結状態（Ｐ１のデューティ１００［％］、Ｐ２のデューティ０［％］）にする（時点ｔ３）。

時点ｔ３〜ｔ４の間での走行モードＩＶの「給電」制御時には、急速充電を行い、高圧バッテリ２４の充電量ＳＯＣが満充電状態になったとき（時点ｔ４）、コンタクタＳ１、Ｓ２をオン状態からオフ状態に遷移させて充電を終了し、受電アームＡＭも収納する。

なお、時点ｔ２〜ｔ４の高圧バッテリ２４の外部給電による充電（ｂａｔ充電）時には、外部電源装置１２を定電圧としているが、外部電源装置１２の定電力化を図るために架線給電電圧Ｖｈを変動させるようにしてもよい。

以下、時点ｔ４〜ｔ５の間での走行モードＩ（第１コンバータ３１：直結、第２コンバータ３２：Ｖｍ制御）の「力行」制御時中の時点ｔ５において充電量ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔｈ以下の値となったときには、時点ｔ５〜ｔ６にて、走行モードＶ（第１コンバータ３１：Ｖｍ制御、第２コンバータ３２：直結）の「ＳＯＣ低下時」の制御とし、モータ電力Ｐｍを保持してトルクを維持するため線間電圧Ｖ０を第１コンバータ３１により増加させて保持する。

時点ｔ６〜ｔ７の走行モードＶＩの「回生」制御時は、第１及び第２コンバータ３１、３２が共に直結状態にされ、バッテリ電圧Ｖｂと充電量ＳＯＣが増加する。

［実施形態のまとめ］
以上説明したように上述した実施形態に係る電気自動車１０は、車載の蓄電装置としての高圧バッテリ２４から供給される電力及び（又は）車載の架線接触端子ＣＴを通じて架線Ｌから供給される電力をインバータ２２により変換し車両駆動用のモータ２０に供給する。

この場合、高圧バッテリ２４の正負端子と架線接触端子ＣＴとの間に設けられる第１コンバータ３１と、架線接触端子ＣＴとインバータ２２の直流端子２６ａ、２６ｂとの間に設けられる第２コンバータ３１と、第１及び第２コンバータ３１、３２を制御するＥＣＵ４０と、を備え、ＥＣＵ４０は、架線接触端子ＣＴを通じての架線Ｌからの給電時に、インバータ２２への印加電圧（直流電圧Ｖ０）がモータ２０の要求電力に対応するように、第２コンバータ３２を制御し、架線接触端子ＣＴが架線Ｌから離隔している非給電時に、高圧バッテリ２４の電圧が所定電圧以上である充電量ＳＯＣが閾値充電量ＳＯＣｔｈ以上（ステップＳ３：ＮＯ）の場合には、第１コンバータ３１を直結状態に制御する（ステップＳ４）と共に、第２コンバータ３２を、インバータ２２への印加電圧であるモータ電圧Ｖｍがモータ２０の前記要求電力に対応するように制御する（ステップＳ５）一方、高圧バッテリ２４の電圧が前記所定電圧未満である充電量ＳＯＣが閾値充電量ＳＯＣｔｈ未満（ステップＳ３：ＹＥＳ）の場合には、第１コンバータ３１を、インバータ２２への印加電圧であるモータ電圧Ｖｍが前記モータ２０の前記要求電力に対応するように制御する（ステップＳ６）と共に、前記第２コンバータ３２を直結状態に制御する（ステップＳ７）。

この実施形態によれば、高圧バッテリ２４のバッテリ電圧Ｖｂを架線給電電圧Ｖｈ相当まで昇圧する第１コンバータ３１の他に、架線Ｌに接触して架線Ｌから高電圧の架線供給電圧Ｖｈの電力を受ける架線接触端子ＣＴとモータ２０を駆動するインバータ２２の直流端子２６との間に第２コンバータ３２を設けたので、たとえ架線Ｌから高電圧である架線給電電圧Ｖｈが印加されても第２コンバータ３２が電気的な緩衝装置となりインバータ２２への高電圧の印加が回避される。

結果として、インバータ２２の発熱を抑制できると共に、インバータ２２及びモータ２０に対して第２コンバータ３２を介して前記高電圧より低い適切な電圧を印加することができる。

この場合において、ＥＣＵ４０は、架線Ｌに対し架線接触端子ＣＴが離隔している状態から接触状態に遷移する際、架線接触端子ＣＴ間の電圧が架線給電電圧Ｖｈ相当の電圧となるように第１コンバータ３１によりバッテリ電圧Ｖｂを昇圧制御する（ステップＳ１０ｃ）と共に、第２コンバータ３２は、インバータ２２への印加電圧がモータ２０の要求電力に対応するように制御する（ステップＳ１０ｂ）ことで、架線Ｌに対する架線接触端子ＣＴの接触時に、大きな突入電流の発生を防止できる。また、架線Ｌに対する架線接触端子ＣＴの接触時に、モータ２０の要求電力を制限する必要がない。

なお、前記ＥＣＵ４０は、架線Ｌに対し架線接触端子ＣＴが離隔している状態から接触状態に遷移したとき、架線Ｌを通じ、第１コンバータ３１を介して供給される高圧バッテリ２４への充電電流が徐々に大きくなるように第１コンバータ３１を制御した（ステップＳ１０ｇ）後、第１コンバータ３１の入出力間電位差が所定値以内となったとき（ステップＳ１０ｈ：ＹＥＳ）、第１コンバータ３１を直結状態に制御する（ステップＳ１０ｉ）ことで、スイッチング損失を低減でき、外部電源装置１２から架線Ｌ、受電アームＡＭ、コンタクタＳ、及び第１コンバータ３１を通じての高圧バッテリ２４への充電の効率を高くすることができる。

また、ＥＣＵ４０は、モータ２０の回生時（ステップＳ２：ＹＥＳ）には、第１及び第２コンバータ３１、３２を直結状態に制御する（ステップＳ８、Ｓ９）ようにしているので、回生時における電力損失が低減でき、より効率的に回生電力を回収することができる。

このように、この実施形態によれば、架線接触端子ＣＴとインバータ２２の直流端子２６との間に第２コンバータ３２を設けるようにしたので、たとえ架線Ｌから電鉄分野におけるような高電圧が印加されたとしても、モータ２０及びこのモータ２０に電力を供給するインバータ２２に前記高電圧より低い適切な電圧を印加することが可能となって、インバータ２２の発熱の防止、並びにインバータ２２及びモータ２０の小型化を図ることができる。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…電気自動車１２…外部電源装置
１４…車両給電交通システム２０…モータ
２２…インバータ２４…高圧バッテリ
３１…第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（第１コンバータ）
３２…第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２コンバータ）
ＡＭ…受電アームＣＴ…架線接触端子
Ｌ…架線

Claims

車載の蓄電装置から供給される電力及び／又は車載の架線接触端子を通じて架線から供給される電力をインバータにより変換し車両駆動用のモータに供給する電気自動車において、
前記蓄電装置の端子と前記架線接触端子との間に設けられる第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記架線接触端子と前記インバータの端子との間に設けられる第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記架線接触端子を通じて前記架線からの給電時に、前記インバータへの印加電圧が前記モータの要求電力に対応するように、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記架線接触端子が前記架線から離隔している非給電時に、前記蓄電装置の電圧が所定電圧以上の場合には、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態に制御すると共に、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを、前記インバータへの印加電圧が前記モータの前記要求電力に対応するように制御する一方、前記蓄電装置の電圧が前記所定電圧未満の場合には、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを、前記インバータへの印加電圧が前記モータの前記要求電力に対応するように制御すると共に、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態に制御する
ことを特徴とする電気自動車。
請求項１記載の電気自動車において、
前記制御装置は、
前記架線に対し前記架線接触端子が離隔している状態から接触状態に遷移する際、
前記架線接触端子間の電圧を架線給電電圧相当の電圧となるように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御すると共に、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記インバータへの印加電圧が前記モータの要求電力に対応するように制御する
ことを特徴とする電気自動車。
請求項２記載の電気自動車において、
前記制御装置は、
前記架線に対し前記架線接触端子が離隔している状態から接触状態に遷移したとき、前記架線を通じ、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給される前記蓄電装置への充電電流が徐々に大きくなるように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御した後、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力間電位差が所定値以内となったとき、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態に制御する
ことを特徴とする電気自動車。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気自動車において、
前記制御装置は、
前記モータの回生時には、前記第１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態に制御する
ことを特徴とする電気自動車。