JP2014135827A - 回転電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路が肥大化することを抑制しつつ、制御回路の電源を喪失したとしてもインバータの平滑コンデンサの蓄積電荷を放電させる。
【解決手段】車両を駆動する第１回転電機１１と付属機器を駆動する第２回転電機２１とをそれぞれ高圧直流電源６０に対して並列接続される第１インバータ１０及び第２インバータ２０を介して制御する回転電機制御装置は、両インバータ１０，２０と高圧直流電源６０との間に介在される平滑コンデンサ７と、平滑コンデンサ７と並列接続されて高圧直流電源６０よりも低電圧の電源電圧を生成する第２低圧直流電源６２と、第２低圧直流電源６２から電力供給され、高圧直流電源６０と平滑コンデンサと７の電気的接続が遮断された際に、平滑コンデンサ７の電荷を放電させる放電制御を実行する放電制御部３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の駆動力源となる交流の第１回転電機と、この車両に搭載される付属機器の駆動力源となる交流の第２回転電機とを制御する回転電機制御装置に関する。

架線からの電力供給を受けない電気自動車やハイブリッド自動車では、一般的に駆動力源としての回転電機に直流のバッテリから電力が供給される。また、回転電機は、電動機としての機能に留まらず、車両や内燃機関などの運動エネルギーにより発電を行う発電機としての機能も併せ持っている。回転電機により発電された電力は、バッテリに回生されて蓄電される。多くの場合、回転電機として交流回転電機が利用され、バッテリは直流電源であるから、バッテリと回転電機との間には、一般的に、直流電力と交流電力との間で電力変換を行うインバータが備えられる。

ところで、バッテリと回転電機の間、より具体的にはバッテリとインバータとの間には、開閉装置（コンタクタ）が備えられている場合がある。コンタクタが閉状態においてバッテリとインバータ（及び回転電機）とが電気的に接続され、コンタクタが開状態においてバッテリとインバータ（及び回転電機）との電気的接続が遮断される。例えば、車両のメインスイッチがオフ状態となった場合や、車両のメインスイッチがオン状態であっても、インバータとバッテリとの電気的接続を切り離す必要が生じた場合などに、このコンタクタが開状態となる。コンタクタが開状態となると、例えば２００〜４００［Ｖ］のバッテリとインバータとの接続は解除されるが、インバータのバッテリ側に備えられている平滑コンデンサの電位は瞬時には低下しない。バッテリとインバータとの電気的接続が遮断されている状態では、この平滑コンデンサに蓄積された電荷をできるだけ早く放電させて、平滑コンデンサの電位を低下させることが好ましい。

特開２０１１−２３４５０７号公報（特許文献１）には、急速放電抵抗と放電用スイッチング素子との直列回路が、平滑用コンデンサと並列に設けられ、コンタクタが開状態となった際に放電用スイッチング素子をオン状態とする放電制御回路を備えた構成が開示されている。放電用スイッチング素子がオン状態となることにより、急速放電抵抗を介して平滑コンデンサに蓄積された電荷が放電される（特許文献１：図２、第２５、２９〜３３段落等）。ここで、インバータ及び急速放電回路を制御するコントローラは、低電圧電源（１２［Ｖ］系電源）から電力を供給されて動作する。一方、放電用スイッチング素子は、インバータを含む高電圧系（２００〜４００［Ｖ］）の回路の一部である。低電圧系の回路と高電圧系の回路とは一般的に絶縁されており、コントローラ或いは放電制御回路からのスイッチング制御信号は、フォトカプラやトランスなどの絶縁素子を介して伝達される。このため、急速放電回路を設けた場合、絶縁素子が増加して回路全体の小型化を妨げる可能性がある。また、低電圧電源とコントローラとの接続が遮断されたような場合には、インバータも急速放電回路も制御することができなくなる。その結果、インバータの駆動によって平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させることも、急速放電回路によって平滑コンデンサの蓄積電荷を放電することも困難となり、平滑コンデンサの電位の低下に時間を要する可能性がある。

特開２０１１−２３４５０７号公報

上記背景に鑑みて、回路が肥大化することを抑制しつつ、制御回路の電源を喪失したとしてもインバータの平滑コンデンサの蓄積電荷を放電させることができる技術が望まれる。

上記課題に鑑みた本発明に係る回転電機制御装置の特徴構成は、
車両の駆動力源となる交流の第１回転電機と、前記車両に搭載される付属機器の駆動力源となる交流の第２回転電機とを制御する回転電機制御装置であって、
高圧直流電源と前記第１回転電機との間に介在され、直流と交流との間で電力変換を行う第１インバータと、
前記高圧直流電源と前記第２回転電機との間に介在され、直流と交流との間で電力変換を行う第２インバータと、
前記高圧直流電源に対して互いに並列に接続される前記第１インバータ及び第２インバータと前記高圧直流電源との間に介在される平滑コンデンサと、
前記高圧直流電源よりも低電圧の電源であり、前記高圧直流電源とは絶縁された第１低圧直流電源から供給される電力により動作し、前記第１インバータを制御する第１インバータ制御部と、
前記平滑コンデンサと並列接続され、前記高圧直流電源と基準電位が共通し、前記高圧直流電源よりも低電圧の電源電圧を生成する第２低圧直流電源と、
前記第２低圧直流電源から供給される電力により動作し、前記第２インバータを制御する第２インバータ制御部と、
前記第２低圧直流電源から供給される電力により動作し、前記高圧直流電源と前記平滑コンデンサとの電気的接続が遮断された際に、前記平滑コンデンサの電荷を放電させる放電制御を実行する放電制御部と、を備える点にある。

この特徴構成によれば、放電制御を実行する放電制御部に電力を供給する電源は、平滑コンデンサに並列接続されて、電源電圧を生成する第２低圧直流電源である。従って、高圧直流電源や第１低圧直流電源などの電源を喪失したとしても、平滑コンデンサの残存電荷を利用して、放電制御を実行するための電源を確保することができる。平滑コンデンサの残存電荷が少なく、第２低圧直流電源が充分な電力を放電制御部に供給できない場合には、平滑コンデンサを急速に放電させる必要性も低いので問題はない。また、放電制御部と平滑コンデンサとは、共に高圧直流電源と基準電位が共通となるから、放電制御の実行に際して、フォトカプラやトランスなどの絶縁素子を用いたアイソレーション回路を必要としない。従って、回路構成の簡素化を図ることができる。また、この構成によれば、平滑コンデンサの残存電荷を放電制御部においても消費することができる。例えば放電抵抗等に電荷を消費させるような放電制御を行う場合には、放電時間を短縮できたり、また、同じ放電時間であっても放電抵抗の電流容量を小さく（あるいは抵抗値を大きく）することができたりする。このように、本特徴構成によれば、回路が肥大化することを抑制しつつ、制御回路の電源を喪失したとしても確実にインバータの平滑コンデンサの蓄積電荷を放電させることができる。

放電制御部は、高圧直流電源と平滑コンデンサとの電気的接続が遮断された際に、放電制御を実行する。従って、放電制御部は、高圧直流電源と平滑コンデンサとの電気的接続が遮断されたこと、或いは放電制御が必要であること、を知る必要がある。例えば、高圧直流電源と平滑コンデンサとの電気的接続が遮断されたという情報を取得可能な他の制御装置などから、放電制御部が当該情報を取得できるように構成されていると好適である。１つの態様として、前記放電制御部は、前記第１インバータ制御部と通信可能に構成され、前記第１インバータ制御部からの放電指令に基づいて、前記放電制御を実行すると好適である。ところで、第１インバータ制御部と放電制御部との通信が何らかの事象、例えば故障等によって不通となる可能性もあり、そのような場合でも速やかに放電制御が実行されることが望ましい。そこで、前記放電制御部は、さらに、前記第１インバータ制御部との通信が途絶したことの判定に基づいても、前記放電制御を実行するように構成されていると好適である。つまり、前記放電制御部は、前記放電指令に基づいて、又は、前記第１インバータ制御部との通信が途絶したことの判定に基づいて前記放電制御を実行すると好適である。

放電制御部が、第１インバータ制御部との通信が途絶したことの判定に基づいて放電制御を実行する場合、通信回路の故障によっても放電制御が開始される可能性がある。平滑コンデンサと高圧直流電源との接続が維持されている状態で放電制御が実行されると、高圧直流電源の正負両極間が短絡状態となり好ましくない。そこで、放電制御部は、放電制御を開始した後の平滑コンデンサの端子間電圧を監視して、放電制御の継続の要否を判定すると好適である。１つの態様として、本発明に係る回転電機制御装置は、前記平滑コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出部を備えて構成され、前記放電制御部は、前記放電制御を開始した後、前記端子間電圧が低下しない場合は、前記高圧直流電源と前記平滑コンデンサとが電気的に接続されていると判定して、前記放電制御を終了すると好適である。

放電制御によって平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費する態様として、放電抵抗と放電制御スイッチとが直列に接続された放電回路を利用することができる。簡単な回路構成で、効果的に平滑コンデンサの電荷を消費させることができる。具体的には、放電抵抗と放電制御スイッチとが直列に接続された放電回路が、前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記放電制御部は、前記放電制御スイッチを制御して前記放電回路を導通状態とし、前記放電抵抗に前記平滑コンデンサの電荷を消費させて前記放電制御を実行すると好適である。

また、放電制御によって平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費する態様として、既存の回路を用いると、放電制御のための回路を特別に設ける必要が無く、放電制御のためのコスト増加を抑制することができる。例えば、前記放電制御部は、前記第２インバータ制御部に含まれ、前記第２インバータを制御して、前記第２回転電機に前記平滑コンデンサの電荷を消費させて前記放電制御を実行すると好適である。尚、上述した放電回路を利用した放電と、第２回転電機を利用した放電とを併用することを妨げるものではない。

ところで、車両の駆動力源となる第１回転電機は、第２回転電機に比べて高出力の回転電機である。例えば、車両が故障したり破損したりしたような場合に、車輪が回転を続けていると、その運動エネルギーによって比較的大きな電力が発電される。そして、発電された電力は、高圧直流電源との接続が遮断されている場合には、平滑コンデンサの充電に用いられることになる。つまり、放電制御が実行されても、平滑コンデンサに電力が供給され、平滑コンデンサの放電が遅れることとなる。このような場合、第１インバータ制御部により第１インバータを制御して回生電流を還流させて、平滑コンデンサへの充電を抑制することが可能であるが、第１インバータ制御部が電源を喪失していてこのような制御が実施できない可能性もある。そこで、回転電機制御装置には、放電制御を実行する際に、第１回転電機による回生電流を還流させる構造を備えておくことが好ましい。

例えば、前記第１回転電機が多相交流回転電機であり、前記第１インバータは、前記高圧直流電源の正極側の正極電源ラインに接続される上段側スイッチング素子と、前記高圧直流電源の負極側の負極電源ラインに接続される下段側スイッチング素子とが直列接続されたアームが、多相交流の相数に応じた複数相並列接続されたブリッジ回路である場合、回転電機制御装置は以下のように構成されていると好適である。即ち、回転電機制御装置は、前記第２低圧直流電源から供給される電力により動作し、全ての前記下段側スイッチング素子が導通状態となるように各下段側スイッチング素子をスイッチングする下段短絡制御を実行する短絡制御部を備え、前記放電制御部は、前記放電制御を実行する際に、さらに前記短絡制御部に前記下段短絡制御を実行させると好適である。下段側スイッチング素子が導通状態となることによって、回生電力を平滑コンデンサの充電に用いることなく、電流を還流させることができる。

回転電機制御装置の構成を模式的に示すブロック図 平滑コンデンサの放電特性の一例を示すグラフ 一般的な放電回路を備えた回転電機制御装置の構成を示すブロック図

以下、本発明の回転電機制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１のブロック図は、回転電機制御装置の構成を模式的に示している。回転電機制御装置１００は、ハイブリッド車両や電気車両などの車両の駆動力源となる交流の第１回転電機１１と、この車両に搭載される付属機器（補機）の駆動力源となる交流の第２回転電機２１とを制御する。ここで、補機とは、例えば電動オイルポンプやエアコンディショナーである。尚、図１に示す例では、第１回転電機１１及び第２回転電機２１は、それぞれ１つずつであるが、それぞれ複数個備えられていてもよい。車両の駆動力源としての第１回転電機１１は、多相交流（ここでは３相交流）により動作する回転電機であり、電動機としても発電機としても機能することができる。本実施形態においては、第２回転電機２１も同様に３相交流により動作する回転電機である。

鉄道のように架線から電力の供給を受けることができない自動車のような車両では、回転電機を駆動するための電力源としてニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどの直流電源を搭載している。本実施形態では、第１回転電機１１及び第２回転電機２１に電力を供給するための大電圧大容量の直流電源として、例えば電源電圧２００〜４００［Ｖ］の高圧バッテリ６０（高圧直流電源）が備えられている。高圧バッテリ６０は、例えば第１回転電機１１により発電された電力を蓄電可能である。

第１回転電機１１及び第２回転電機２１は、交流の回転電機であるから、高圧バッテリ６０とそれぞれの回転電機（１１，２１）との間には、直流と交流との間で電力変換を行うインバータが備えられている。高圧バッテリ６０と第１回転電機１１との間には第１インバータ１０が備えられ、高圧バッテリ６０と第２回転電機２１との間には第２インバータ２０が備えられている。第１インバータ１０及び第２インバータ２０は、高圧バッテリ６０に対して互いに並列に接続されている。

第１インバータ１０及び第２インバータ２０と、高圧バッテリ６０との間には、直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ７が備えられている。平滑コンデンサ７は、第１回転電機１１及び第２回転電機２１の消費電力の変動に応じて変動する直流電圧を安定化させる。平滑コンデンサ７と高圧バッテリ６０との間には、平滑コンデンサ７から回転電機（１１，２１）までの回路と、高圧バッテリ６０との電気的な接続を切り離すことが可能なコンタクタ９が備えられている。本実施形態において、このコンタクタ９は、車両の最も上位の制御装置の１つである車両ＥＣＵ（electronic control unit）２００からの指令に基づいて開閉するメカニカルリレーであり、例えばシステムメインリレー（ＳＭＲ：system main relay）と称される。

車両には、高圧バッテリ６０の他に、高圧バッテリ６０よりも低電圧の電源である低圧バッテリ６１（第１低圧直流電源）も搭載されている。低圧バッテリ６１の電源電圧（＋Ｂ）は、例えば１２〜２４［Ｖ］である。低圧バッテリ６１は、オーディオシステムや灯火装置、室内照明、計器類のイルミネーション、パワーウィンドウなどの電装品や、これらを制御する制御装置に電力を供給する。尚、低圧バッテリ６１と高圧バッテリ６０とは、互いに絶縁されており、互いにフローティングの関係にある。

第１インバータ１０を制御する第１インバータ制御部１は、高圧バッテリ６０よりも低電圧の電源であり、高圧バッテリ６０とは絶縁された低圧バッテリ６１から供給される電力により動作する。第１インバータ制御部１は、マイクロコンピュータなどの論理演算プロセッサを中核として構成されている。第１インバータ制御部１は、当該プロセッサや周辺ＩＣなどのハードウェアと、プログラムなどのソフトウェアとの協働によって実現される種々の機能部を有して構成されている。

第１インバータ１０は、高圧バッテリ６０の正極ＰＴ側の正極バスＰＢ（正極電源ライン）に接続される上段側スイッチング素子１２と、高圧バッテリ６０の負極ＮＴ側の負極バスＮＢ（負極電源ライン）に接続される下段側スイッチング素子１３とが直列接続されたアーム１４が、多相交流の相数に応じた複数相並列接続されたブリッジ回路として構成されている。本実施形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）を利用する形態を例示している。尚、インバータの回路構成は、第２インバータ２０についても同様である。

第１インバータ１０は高圧バッテリ６０に接続されているが、上述したように、第１インバータ１０を制御する第１インバータ制御部１は、低圧バッテリ６１に接続されている。また、高圧バッテリ６０と低圧バッテリ６１とは絶縁されており、第１インバータ１０と第１インバータ制御部１とは、互いに電気的にフローティングの関係にある。従って、第１インバータ制御部１により生成された制御信号、具体的にはＩＧＢＴのゲート駆動信号は、アイソレーション回路ＩＳを介して第１インバータ制御部１から第１インバータ１０に伝達される。本実施形態では、第１インバータ制御部１から第１インバータ１０に制御信号を伝達する第１アイソレーション回路ＩＳ１が絶縁素子であるフォトカプラＰＣを用いて構成されている例を示している。

また、第１インバータ制御部１は低圧バッテリ６１からの電力供給により動作するのに対して、第１インバータ１０のＩＧＢＴは高圧バッテリ６０の正負両極間に接続されているから、第１インバータ制御部１が生成するゲート駆動信号の電圧ではＩＧＢＴを駆動することができない。このため、ゲート駆動信号の電圧を昇圧するために、例えば半導体ＩＣであるドライバＤＲを用いたドライバ回路ＤＣがアイソレーション回路ＩＳと第１インバータ１０との間に設けられている。本実施形態では、第１アイソレーション回路ＩＳ１と第１インバータ１０との間に、第１ドライバ回路ＤＣ１が設けられている。本実施形態では、第１ドライバ回路ＤＣ１の電源となるゲート駆動電源６３が、低圧バッテリ６１から電力を供給される形態で構成されている。ゲート駆動電源６３は、トランスを用いて構成されており、低圧バッテリ６１から電力の供給を受けるが、低圧バッテリ６１とは絶縁されたフローティング電源である。ゲート駆動電源６３の電源電圧は例えば１５［Ｖ］である。尚、本実施形態では、低圧バッテリ６１及びトランスを利用してゲート駆動電源６３が構成される例を示したが、高圧バッテリ６０から電力の供給を受けて構成される形態を採ることも可能である。

第２インバータ２０を制御する第２インバータ制御部２は、高圧バッテリ６０よりも低電圧の電源であり、高圧バッテリ６０と基準電位が共通する電源であって、高圧バッテリ６０よりも低電圧の電源である低圧電源回路６２（第２低圧直流電源）から供給される電力により動作する。低圧電源回路６２は、高圧バッテリ６０の正極ＰＴ側の正極バスＰＢ、及び負極ＮＴ側の負極バスＮＢに接続され、高圧バッテリ６０よりも低い一定の電圧（例えば１５［Ｖ］程度）を生成して出力する定電圧回路である。この低圧電源回路６２は、例えばトランスや、レギュレータＩＣ等を用いて構成されている。

つまり、低圧電源回路６２は、平滑コンデンサ７と並列接続されると共に、高圧バッテリ６０と基準電位が共通し、高圧バッテリ６０よりも低電圧の電源として機能する。ここで、基準電位とは、負極バスＮＢの電位であり、負極バスＮＢはコンタクタ９が閉じている場合に高圧バッテリ６０の負極ＮＴと同電位となるから、図１に示す高圧回路系ＨＶの負極Ｎである。コンタクタ９が閉じている場合には、低圧電源回路６２は、高圧バッテリ６０から電力の供給を受けて所定の電圧（１５［Ｖ］）を生成して出力する。コンタクタ９が開放されている場合には、低圧電源回路６２は、平滑コンデンサ７に残存する電荷を利用して、所定の電圧（１５［Ｖ］）を生成して出力する。

ところで、上述したように、回転電機制御装置１００は、高圧バッテリ６０に接続される高圧回路系ＨＶと、低圧バッテリ６１に接続される低圧回路系ＬＶとの２系統の回路に大きく分類される。これら２つの回路系の間では、アイソレーション回路ＩＳを介して信号の授受が行われる。図１のブロック図では、これら２つの回路系の境界を絶縁ラインＩＬで示している。実際の回路基板や、回路ブロックにおいても、これら２つの回路系の境界には、所定の絶縁領域が設定されている。

ここで、コンタクタ９が閉じた状態から開放状態へ切り替わった場合を考える。上述したように、コンタクタ９はメカニカルリレーによって構成されているので、高圧バッテリ６０からインバータ（１０，２０）側への電力の供給は直ちに遮断される。しかし、コンタクタ９とインバータ（１０，２０）との間には、平滑コンデンサ７が接続されており、この平滑コンデンサ７は、高圧バッテリ６０と同電位となるまで充電されている。従って、コンタクタ９が開放状態となっても、平滑コンデンサ７に蓄積された電荷からインバータ（１０，２０）へ電力が供給される。その電力の供給は、平滑コンデンサ７が充分に放電するまで継続される。

高圧バッテリ６０の電源電圧は、上述したように２００〜４００［Ｖ］である。従って、コンタクタ９を開放状態とした後でも、平滑コンデンサ７の端子間電圧はすぐには低下しない。例えば、第１回転電機１１や第２回転電機２１、第１インバータ１０や第２インバータ２０のメンテナンス等を行う場合には、平滑コンデンサ７の電位が充分に低下するまで待機する必要がある。この待機時間は、短いほど好ましい。そこで、平滑コンデンサ７の残存電荷を早く放電することができるように、放電回路５が設けられる。図１に示すように、放電回路５は、放電抵抗５１と、放電制御スイッチとして機能するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）５２との直列回路として構成され、平滑コンデンサ７に並列に接続される。ＦＥＴ５２がオン状態となると、放電回路５が高圧回路系ＨＶの正極Ｐと負極Ｎとを短絡する。コンタクタ９が開放されている状態では、平滑コンデンサ７の両端を放電回路５によって短絡することとなり、平滑コンデンサ７に蓄積されている残存電荷が放電抵抗５１によって消費される。

放電制御スイッチとして機能するＦＥＴ５２の制御は、放電制御部３によって実行される。放電制御部３は、放電制御スイッチとして機能するＦＥＴ５２を制御して放電回路５を導通状態とし、放電抵抗５１に平滑コンデンサ７の電荷を消費させて放電制御を実行する。本実施形態では、放電制御部３は、第２インバータ制御部２の一部として構成されている。第１インバータ制御部１と同様に、第２インバータ制御部２も、マイクロコンピュータなどの論理演算プロセッサを中核として構成されている。つまり、第２インバータ制御部２も、当該プロセッサや周辺ＩＣなどのハードウェアと、プログラムなどのソフトウェアとの協働によって実現される種々の機能部を有して構成されている。放電制御部３も、そのような機能部の１つである。放電制御部３は、低圧電源回路６２から供給される電力により動作し、高圧バッテリ６０と平滑コンデンサ７との電気的接続が遮断された際に、平滑コンデンサ７の電荷を放電させる放電制御を実行する機能部である。

尚、高圧バッテリ６０と平滑コンデンサ７との電気的接続を遮断するコンタクタ９の制御は、車両ＥＣＵ２００などの上位の制御装置によって実行される。例えば、コンタクタ９が開放状態に制御されたことを示す情報は、車両ＥＣＵ２００から第１インバータ制御部１に伝達され、第１インバータ制御部１は、その情報に基づいて第１回転電機１１の駆動を停止する制御を行う。また、図１に示すように、第１インバータ制御部１と第２インバータ制御部２とは、通信用アイソレーション回路ＩＳ３を介して通信線８によって接続されている。第１インバータ制御部１と第２インバータ制御部２（放電制御部３）とは、例えばシリアル通信などによって双方向通信可能に構成されている。本実施形態では、例えば車両ＥＣＵ２００からの情報に基づいて、第１インバータ制御部１から第２インバータ制御部２へ“放電指令”が伝達される。放電制御部３はこの放電指令に基づいて放電制御を実行する。つまり、第１インバータ制御部１と放電制御部３とは、通信可能に構成され、放電制御部３は、第１インバータ制御部１からの放電指令に基づいて放電制御を実行する。

ところで、平常時には、ユーザーが車両のメインスイッチをオフ状態に操作し、そのメインスイッチの操作状態に基づいて、車両ＥＣＵ２００がコンタクタ９を開放状態へと制御することによって、高圧バッテリ６０と平滑コンデンサ７との接続が遮断される。一方、車両が故障したり、破損したような場合には、車両ＥＣＵ２００が自動的にコンタクタ９を開放状態へと制御したり、コンタクタ９が破損して開放状態へ遷移したりすることがある。また、このような場合には、第１インバータ制御部１と第２インバータ制御部２（放電制御部３）との通信も途絶する可能性がある。上述したように、第１インバータ制御部１と第２インバータ制御部２（放電制御部３）とは、双方向通信可能に構成されている。従って、第２インバータ制御部２は、第１インバータ制御部１との通信が成立しない場合には、車両や第１インバータ制御部１に故障や破損が生じたと判定することができる。そして、放電制御部３は、その判定結果に基づいて放電制御を実行することができる。つまり、放電制御部３は、第１インバータ制御部１との通信が途絶したことの判定に基づいて、放電制御を実行することもできる。

尚、第１インバータ制御部１と第２インバータ制御部２との通信が成立しない場合には、単純に通信線８の断線や、通信用アイソレーション回路ＩＳ３の故障、第１インバータ制御部１や第２インバータ制御部２の通信回路の故障などの可能性もある。そのような場合には、コンタクタ９は開放状態ではなく、放電制御が実行されると高圧バッテリ６０が短絡状態となって高圧バッテリ６０の電力を無駄に消費することになる。また、放電抵抗５１にも長時間、大きな電流が流れ続けることになる。従って、好適な態様として、放電制御部３は、平滑コンデンサ７の端子間電圧（高圧回路系ＨＶの正負両極間電圧、Ｐ−Ｎ間電圧）を監視するとよい。そして、放電制御部３は、放電制御を実行してもこの電圧が低下しない場合には、放電制御を中止すると好適である。例えば、図１に示すように、平滑コンデンサ７の端子間電圧を検出する電圧検出部４が備えられる。ここでは、平滑コンデンサ７の端子間電圧（高圧回路系ＨＶの正負両極間電圧）を分圧抵抗によって分圧して検出する形態を例示している。放電制御部３は、放電制御を開始した後、端子間電圧が低下しない場合は、高圧バッテリ６０と平滑コンデンサ７とが電気的に接続されていると判定して、放電制御を終了する。

ところで、コンタクタ９が開放される状態、例えば、車両のメインスイッチがオフ状態とされた際に、電動オイルポンプやエアコンディショナーなどの補機を所定時間駆動させることが可能な場合には、これらの補機に平滑コンデンサ７の残存電荷を消費させてもよい。つまり、放電回路５の代わりに第２回転電機２１を用い、放電制御部３として第２インバータ制御部２自身が機能することができる。つまり、放電制御部３として機能する第２インバータ制御部２は、第２インバータ２０を制御して、第２回転電機２１に平滑コンデンサ７の電荷を消費させて放電制御を実行することができる。

この場合、第２回転電機２１にトルクを発生させないように電流を流すと好適である。回転電機の制御方法には、ロータに備えられた永久磁石の磁束の方向に沿ったｄ軸と、ｄ軸に直交するｑ軸との直交ベクトル座標系で、電流を制御するベクトル制御という手法が知られている。ｄ軸に沿った電流は、ステータに発生させる界磁を作り出す電流であり、ｑ軸に沿った電流はロータを回転させるトルクを作り出す電流である。つまり、１つの態様として、放電制御部３として機能する第２インバータ制御部２は、第２回転電機２１にトルクを発生させないように、ｄ軸電流（界磁電流）を流すように第２回転電機２１を制御すると好適である。尚、補機がオイルポンプやエアコンディショナー、エアコンプレッサーなどの場合には、第２回転電機２１にトルクが生じて補機が動作しても問題はない。このような場合は、第２インバータ制御部２は、ｑ軸電流（トルク電流）も含めて第２回転電機２１に電流を流してもよい。尚、当然ながら、第２インバータ制御部２は、放電回路５と第２回転電機２１との両方に平滑コンデンサ７の残存電荷を消費させて放電制御を実行してもよい。

尚、車両の駆動力源となる第１回転電機１１は、補機を駆動する第２回転電機２１に比べて高出力の電動機及び発電機である。このため、例えば、車両が故障したり破損したような場合に、車輪が回転を続けていると、その運動エネルギーによって比較的大きな電力が発電されることがある。そして、発電された電力は、コンタクタ９が開放状態となっていると、高圧バッテリ６０の充電には用いられず、平滑コンデンサ７の充電に用いられることになる。つまり、放電制御が実行されていても、平滑コンデンサ７に電荷が供給されるので、平滑コンデンサ７の放電が遅れることとなる。

この際、第１インバータ制御部１により第１インバータ１０を制御して、発電により生じた電流を還流させる方法も考えられるが、車両が故障したり破損したりして車輪が回転を続けているような場合には、第１インバータ制御部１も正常に機能できない可能性がある。そこで、図１に示すように、第１インバータ１０には、付加回路として短絡制御部１５が備えられる。短絡制御部１５は、全ての下段側スイッチング素子１３が導通状態となるように各下段側スイッチング素子１３をスイッチングする下段短絡制御を実行する回路である。短絡制御部１５は、低圧電源回路６２から供給される電力により動作するように構成されている。同じく低圧電源回路６２から供給される電力により動作する放電制御部３は、放電制御を実行する際に、さらに短絡制御部１５に下段短絡制御を実行させる。尚、当然ながら、回転電機制御装置１００は、短絡制御部１５を備えることなく構成されていてもよい。

放電制御部３（第２インバータ制御部２）及び短絡制御部１５は、共に平滑コンデンサ７に並列に接続された低圧電源回路６２から電力の供給を受けて動作するので、高圧バッテリ６０及び低圧バッテリ６１からの電力供給に依存することなく動作することができる。そして、低圧電源回路６２からの電力供給が途絶える際には、平滑コンデンサ７に電力を供給できる電荷が残っていないこととなるから、平滑コンデンサ７を放電させるという目的は充分に達成される。また、放電制御部３（第２インバータ制御部２）、短絡制御部１５、平滑コンデンサ７、低圧電源回路６２は、全て高圧回路系ＨＶに属する回路であるから、互いにアイソレーション回路ＩＳを介することなく接続が可能である。従って、フォトカプラなどの比較的高価な電子部品の使用量を削減することができ、回転電機制御装置１００のコストを低減することができる。

さらに、本発明に係る回転電機制御装置１００では、コンタクタ９が開放状態となり、高圧バッテリ６０からの電力供給が途絶えた後にも、第２インバータ制御部２（放電制御部３）が動作するので、その電力は平滑コンデンサ７が負担することとなる。従って、放電抵抗５１による直接的な消費に加えて、第２インバータ制御部２の動作によっても平滑コンデンサ７の残存電荷を減少させることができる。このように抵抗（放電抵抗５１）と制御回路（第２インバータ制御部２）とにより残存電荷を消費させる本構成と、単に抵抗のみによって残存電荷を消費させる一般的な構成とにおいて、抵抗値が同じ場合には、本構成の方がより迅速に平滑コンデンサ７の端子間電圧を目標値まで低下させることができる。また、平滑コンデンサ７の端子間電圧を目標値まで低下させる時間が同じ場合には、本構成の方が放電抵抗５１に負担させる消費電力を小さくすることができる。つまり、放電抵抗５１に流れる電流が少なくなり、放電抵抗５１の抵抗値を大きくすることができ、コストの低減を図ることや、熱設計の余裕度の向上を図ることが可能である。

図２は、平滑コンデンサ７の電荷を、放電抵抗５１のみで消費させる場合（Ａ）と、放電抵抗５１及び第２インバータ制御部２で消費させる場合（Ｂ）との比較例を示すグラフである。ここでは、コンタクタ９を開放した時の平滑コンデンサ７の端子間電圧（当初端子間電圧Ｖ０、例えば４００［Ｖ］）を、所定放電時間Ｔｔ（例えば約２．５秒）で目標端子間電圧Ｖｔ（例えば６０［Ｖ］）に低下させる場合のシミュレーション結果を例示している。平滑コンデンサ７の容量を“Ｃ［Ｆ］”、放電抵抗５１の抵抗値を“Ｒ［Ω］”、負荷としての第２インバータ制御部２（放電制御部３を含む）の消費電力を“Ｐ［Ｗ］”、平滑コンデンサ７の両端電圧を時間“ｔ”の関数“ＶＣ（ｔ）”として、放電抵抗５１と負荷との並列回路に対する平滑コンデンサ７の両端電圧の過渡応答を示す放電特性は、下記式(1)に従う。尚、放電抵抗５１のみを利用する場合（Ａ）は“Ｐ＝０”とする。

シミュレーション結果によれば、“Ａ”では放電抵抗５１として約３［ｋΩ］の抵抗値が必要であるのに対して、“Ｂ”では約４［ｋΩ］の抵抗値となる。例えば、１２［ｋΩ］の抵抗器を並列接続して放電抵抗５１を構成する場合、“Ａ”では４つの抵抗器を並列接続する必要があるが、“Ｂ”では３つの抵抗器を並列接続すれば足りる。つまり、“Ｂ”では、抵抗器の数を１つ削減することができる。“Ａ”に比べて“Ｂ”の方が、より低コストで、所定放電時間Ｔｔ内で目標端子間電圧Ｖｔまでの放電が可能である。

図３は、比較のために示す一般的な回転電機制御装置３００のブロック図である。この回転電機制御装置３００では、第１インバータ制御部１Ｂ及び第２インバータ制御部２Ｂが、共に低圧回路系ＬＶの領域に構成されている。このため、この構成では、第２インバータ制御部２Ｂと第２ドライバ回路ＤＣ２との間に、ゲート駆動信号を伝達するために第２アイソレーション回路ＩＳ２が必要となる。

ところで、車両の駆動力源となる第１回転電機１１に比べて、補機を駆動する第２回転電機２１はその動作も簡潔である。従って、第１インバータ制御部（１，１Ｂ）に比べて第２インバータ制御部（２，２Ｂ）の規模は一般的に小さくなる。また、第２インバータ制御部（２、２Ｂ）は、補機を制御するものであるから、第１インバータ制御部（１，１Ｂ）に比べて、車両ＥＣＵ２００などの他のＥＣＵとの連携も少ない。従って、第２インバータ制御部２は、他のＥＣＵが設置される低圧回路系ＬＶではなく高圧回路系ＨＶに設置されても、アイソレーション回路ＩＳなどを多く設けて他のＥＣＵと密に通信する必要性も低い。この点に着目し、本発明に係る回転電機制御装置１００は、フォトカプラなどの使用量が増大することを抑制しつつ、図１に示すように、第２インバータ制御部２を高圧回路系ＨＶに配置している。

尚、図１に例示した形態では、第２インバータ制御部２が放電回路５を制御し、その第２インバータ制御部２が高圧回路系ＨＶに設けられたことにより、第１インバータ制御部１と第２インバータ制御部２とが通信用アイソレーション回路ＩＳ３を介して接続されている。図３に示す一般的な構成例のように、第２インバータ制御部２が低圧回路系ＬＶに設けられた場合には、このようなアイソレーション回路（ＩＳ３）は不要である。通信が必要な場合は、互いにＣＡＮ（controller area network）などの付図示の車内通信バスに接続するように構成することができる。しかし、上述したように、ゲート駆動信号を伝達するために第２アイソレーション回路ＩＳ２が必要となるため、本発明に係る形態の方がフォトカプラなどの絶縁部品の数は抑制されている。

さらに、制御系の回路が全て低圧回路系ＬＶに設置された場合には、図３に示すように放電回路５Ｂの放電制御スイッチ（ＦＥＴ５２Ｂ）も低圧回路系ＬＶから制御する必要がある。このため、低圧回路系ＬＶから高圧回路系ＨＶのＦＥＴ５２Ｂを制御するために、アイソレーション回路ＩＳ（ＩＳ４）が必要となる。同様に、電圧監視のための検出信号も、アイソレーション回路ＩＳ（ＩＳ４）を介して低圧回路系ＬＶへ伝達する必要が生じる。図３では、第１インバータ制御部１Ｂが放電回路５Ｂを制御する形態を例示しているが、第２インバータ制御部２Ｂも低圧回路系ＬＶに属するので、第２インバータ制御部２Ｂが放電回路５Ｂを制御しても同様である。何れにしても、アイソレーション回路ＩＳ（ＩＳ４）が必要となる。

また、図３に示す回路構成では、第１インバータ１０に短絡制御部１５を付加することも困難である。図３に示す一般的な構成例との比較から明らかなように、本発明に係る回転電機制御装置１００は、フォトカプラなどの絶縁部品を増大させることなく、平滑コンデンサ７の残存電荷を迅速に放電させることが可能な機能を付加することが可能である。即ち、本発明によれば、回路が肥大化することを抑制しつつ、制御回路の電源を喪失したとしても確実にインバータの平滑コンデンサの蓄積電荷を放電させることが可能である。

本発明は、車両の駆動力源となる交流の第１回転電機と、前記車両に搭載される付属機器の駆動力源となる交流の第２回転電機とを制御する回転電機制御装置に利用することができる。

１ ：第１インバータ制御部
２ ：第２インバータ制御部
３ ：放電制御部
４ ：電圧検出部
５ ：放電回路
７ ：平滑コンデンサ
１０ ：第１インバータ
１１ ：第１回転電機
１２ ：上段側スイッチング素子
１３ ：下段側スイッチング素子
１４ ：アーム
１５ ：短絡制御部
２０ ：第２インバータ
２１ ：第２回転電機
５１ ：放電抵抗
６０ ：高圧バッテリ（高圧直流電源）
６１ ：低圧バッテリ（第１低圧直流電源）
６２ ：低圧電源回路（第２低圧直流電源）
１００ ：回転電機制御装置
ＮＴ ：高圧バッテリの負極
ＰＴ ：高圧バッテリの正極

Claims (6)

1. 車両の駆動力源となる交流の第１回転電機と、前記車両に搭載される付属機器の駆動力源となる交流の第２回転電機とを制御する回転電機制御装置であって、
   高圧直流電源と前記第１回転電機との間に介在され、直流と交流との間で電力変換を行う第１インバータと、
   前記高圧直流電源と前記第２回転電機との間に介在され、直流と交流との間で電力変換を行う第２インバータと、
   前記高圧直流電源に対して互いに並列に接続される前記第１インバータ及び第２インバータと前記高圧直流電源との間に介在される平滑コンデンサと、
   前記高圧直流電源よりも低電圧の電源であり、前記高圧直流電源とは絶縁された第１低圧直流電源から供給される電力により動作し、前記第１インバータを制御する第１インバータ制御部と、
   前記平滑コンデンサと並列接続され、前記高圧直流電源と基準電位が共通し、前記高圧直流電源よりも低電圧の電源電圧を生成する第２低圧直流電源と、
   前記第２低圧直流電源から供給される電力により動作し、前記第２インバータを制御する第２インバータ制御部と、
   前記第２低圧直流電源から供給される電力により動作し、前記高圧直流電源と前記平滑コンデンサとの電気的接続が遮断された際に、前記平滑コンデンサの電荷を放電させる放電制御を実行する放電制御部と、
   を備える回転電機制御装置。
2. 前記放電制御部は、前記第１インバータ制御部と通信可能に構成され、前記第１インバータ制御部からの放電指令に基づいて、又は前記第１インバータ制御部との通信が途絶したことの判定に基づいて、前記放電制御を実行する請求項１に記載の回転電機制御装置。
3. 前記平滑コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出部を備え、
   前記放電制御部は、前記放電制御を開始した後、前記端子間電圧が低下しない場合は、前記高圧直流電源と前記平滑コンデンサとが電気的に接続されていると判定して、前記放電制御を終了する請求項２に記載の回転電機制御装置。
4. 放電抵抗と放電制御スイッチとが直列に接続された放電回路が、前記平滑コンデンサに並列に接続され、
   前記放電制御部は、前記放電制御スイッチを制御して前記放電回路を導通状態とし、前記放電抵抗に前記平滑コンデンサの電荷を消費させて前記放電制御を実行する請求項１から３の何れか一項に記載の回転電機制御装置。
5. 前記放電制御部は、前記第２インバータ制御部に含まれ、前記第２インバータを制御して、前記第２回転電機に前記平滑コンデンサの電荷を消費させて前記放電制御を実行する請求項１から３の何れか一項に記載の回転電機制御装置。
6. 前記第１回転電機は多相交流回転電機であり、
   前記第１インバータは、前記高圧直流電源の正極側の正極電源ラインに接続される上段側スイッチング素子と、前記高圧直流電源の負極側の負極電源ラインに接続される下段側スイッチング素子とが直列接続されたアームが、多相交流の相数に応じた複数相並列接続されたブリッジ回路であって、
   前記第２低圧直流電源から供給される電力により動作し、全ての前記下段側スイッチング素子が導通状態となるように各下段側スイッチング素子をスイッチングする下段短絡制御を実行する短絡制御部を備え、
   前記放電制御部は、前記放電制御を実行する際に、さらに前記短絡制御部に前記下段短絡制御を実行させる請求項１から５の何れか一項に記載の回転電機制御装置。
   
   

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