JP2016052138A - 放電制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の衝突時に、車輪の回転によってモータに発生する誘起電力から放電制御装置を保護する。
【解決手段】車両の車輪を回転させるモータの駆動装置に設けられたコンデンサの電荷を車両の衝突時に放電するための放電バイパス回路を制御する放電制御装置であって、車両の衝突時に慣性によって車輪が回転する時間に基づいて設定された期間の間、放電バイパス回路に放電させる制御回路を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電制御装置に関する。
電気自動車やハイブリッド自動車は、運転時、モータを駆動するための駆動装置に設置されたコンデンサに高圧電力が蓄えられ、衝突が発生した場合、該コンデンサに蓄えられた電力を急速放電回路によって安全かつ急速に放電する。急速放電回路は、例えば、抵抗器及びスイッチング素子が直列接続されたものであると共にコンデンサに対して並列に接続された放電バイパス回路を備え、衝突時に、スイッチング素子をオン状態にして、抵抗器によってコンデンサに蓄えられた電力を消費することで、安全かつ急速に放電する。下記特許文献１には、上記急速放電回路の１つの形態が開示されている。
特開２０１３−１８７９４１号公報
ところで、上記従来技術において、急速放電回路には、上記放電バイパス回路のスイッチング素子を制御するための放電制御装置が設けられ、この放電制御装置への電力が上記駆動装置から供給される形態のものがあり、この形態である場合、衝突時、慣性で回転し続ける車輪によって回転駆動されるモータに誘起電圧が発生し、該誘起電力が駆動装置を介して放電制御装置に印加されて、上記放電制御装置が破壊されるおそれがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、車両の衝突時に、車輪の回転によってモータに発生する誘起電力から放電制御装置を保護することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、車両の車輪を回転させるモータの駆動装置に設けられたコンデンサの電荷を前記車両の衝突時に放電するための放電バイパス回路を制御する放電制御装置であって、前記車両の衝突時に慣性によって前記車輪が回転する時間に基づいて設定された期間の間、前記放電バイパス回路に放電させる制御回路を具備する、という手段を採用する。
本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記制御回路は、前記車両の衝突時、前記放電バイパス回路への放電指示である出力信号と共に前記出力信号に対する反転信号を出力し、またリセット信号が入力されると前記出力信号の出力を停止するフリップフロップ回路と、前記フリップフロップ回路の前記反転信号を前記期間の分だけ遅延させたものを前記リセット信号として前記フリップフロップ回路に出力する遅延回路とを有する、という手段を採用する。
本発明によれば、車両の車輪を回転させるモータの駆動装置に設けられたコンデンサの電荷を車両の衝突時に放電するための放電バイパス回路を制御する放電制御装置であって、車両の衝突時に慣性によって車輪が回転する時間に基づいて設定された期間の間、放電バイパス回路に放電させる制御回路を具備することによって、車両の衝突時に、車輪の回転によってモータに発生する誘起電力から放電制御装置を保護することができる。
本発明の一実施形態に係る放電制御装置及びその周囲を含む機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る放電制御装置の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る放電制御装置の動作を示すタイミングチャートである。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る放電制御装置Ａは、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）あるいはハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）等の移動車両に搭載され、モータＭを駆動するための駆動装置Ｄｖに設けられたコンデンサＣｄの電荷を移動車両の衝突時に放電するための放電バイパス回路Ｈを制御するものである（図１参照）。放電制御装置Ａは、図２に示すように、レギュレータ回路Ｒｇ、信号回路Ｓｃ、フォトカプラＰｃ及び制御回路Ｃｔを有する。
レギュレータ回路Ｒｇは、モータＭを駆動するための駆動装置Ｄｖに電力を供給する高圧バッテリＢ１から駆動装置ＤｖのコンデンサＣｄを介して供給される電力の電圧を降下させて、制御回路Ｃｔに駆動電力として供給するものである。
信号回路Ｓｃは、後述するゲートドライブ回路ＧｄとフォトカプラＰｃとの間に設けられ、ゲートドライブ回路Ｇｄと信号線及び電力線を介して接続され、フォトカプラＰｃと信号線を介して接続されている。例えば、信号回路Ｓｃは、ゲートドライブ回路Ｇｄから電力線を介して０Ｖまたは、信号線を介して放電指示信号としてロー電圧が入力された場合、放電指示信号をフォトカプラＰｃに出力する。
フォトカプラＰｃは、信号回路Ｓｃと制御回路Ｃｔとの間に設けられ、信号回路Ｓｃと制御回路Ｃｔとの間を光信号を用いて通信を仲介する絶縁素子である。フォトカプラＰｃを設けるのは、信号回路Ｓｃ及びゲートドライブ回路Ｇｄと、制御回路Ｃｔとの駆動電力の電圧が異なるためである。例えば、制御回路Ｃｔは、信号回路Ｓｃ及びゲートドライブ回路Ｇｄよりも高い電圧によって駆動される。
制御回路Ｃｔは、放電バイパス回路Ｈを制御するものであり、第１フリップフロップ回路Ｆ１、第１シュミットトリガＳｔ１、第２フリップフロップ回路Ｆ２、第１否定回路Ｎ１、遅延回路Ｔｃ、第２否定回路Ｎ２及び第２シュミットトリガＳｔ２を有する。
第１フリップフロップ回路Ｆ１は、入力端Ｔｐ１がフォトカプラＰｃを介して信号回路Ｓｃに接続され、Ｑ出力端Ｔ１が第１シュミットトリガＳｔ１を介して第２フリップフロップ回路Ｆ２の入力端Ｔｐ２に接続される。また、第１フリップフロップ回路Ｆ１は、リセット端Ｔｒ１が第１否定回路Ｎ１、遅延回路Ｔｃ、第２否定回路Ｎ２及びシュミットトリガＳｔを介して第２フリップフロップ回路Ｆ２のＱダッシュ出力端Ｔ２２に接続される。
第１フリップフロップ回路Ｆ１は、入力端Ｔｐ１にフォトカプラＰｃを介して信号回路Ｓｃから放電指示信号が入力されると、放電バイパス回路Ｈへの放電指示である放電指示信号をＱ出力端Ｔ１から出力する。なお、第１フリップフロップ回路Ｆ１から出力された放電指示信号は、第１シュミットトリガＳｔ１によってワンショットパルスに変換され、ワンショットパルスとして第２フリップフロップ回路Ｆ２の入力端Ｔｐ２に入力される。
第２フリップフロップ回路Ｆ２は、入力端Ｔｐ２が第１シュミットトリガＳｔ１を介して第１フリップフロップ回路Ｆ１のＱ出力端Ｔ１に接続される。また、第２フリップフロップ回路Ｆ２は、Ｑ出力端Ｔ２１が放電バイパス回路Ｈの後述するスイッチング素子ＳＷに接続され、Ｑダッシュ出力端Ｔ２２が第１否定回路Ｎ１、遅延回路Ｔｃ、第２否定回路Ｎ２及び第２シュミットトリガＳｔ２を介して第１フリップフロップ回路Ｆ１のリセット端Ｔｒ１と第２フリップフロップ回路Ｆ２のリセット端Ｔｒ２とに接続される。
第２フリップフロップ回路Ｆ２は、入力端Ｔｐ２に第１シュミットトリガＳｔ１から放電指示信号が入力されると、Ｑ出力端Ｔ２１から放電バイパス回路Ｈのスイッチング素子ＳＷにオン信号を出力する。放電バイパス回路Ｈでは、スイッチング素子ＳＷにオン信号が入力されると、スイッチング素子ＳＷがオン状態となり、放電状態となる。また、第２フリップフロップ回路Ｆ２は、Ｑ出力端Ｔ２１からオン信号を出力する際に、Ｑダッシュ出力端Ｔ２２からオン信号と異なる電位を有する反転信号を出力する。
第１シュミットトリガＳｔ１は、第１フリップフロップ回路Ｆ１のＱ出力端Ｔ１と第２フリップフロップ回路Ｆ２の入力端Ｔｐ２との間に設けられ、第１フリップフロップ回路Ｆ１のＱ出力端Ｔ１から放電指示信号が入力されると、ワンショットパルスである放電指示信号を第２フリップフロップ回路Ｆ２の入力端Ｔｐ２に出力する。
第１否定回路Ｎ１は、入力端が第２フリップフロップ回路Ｆ２のＱダッシュ出力端Ｔ２２に接続され、第２フリップフロップ回路Ｆ２のＱダッシュ出力端Ｔ２２から入力される反転信号を論理否定、つまり電位を反転して遅延回路Ｔｃに出力する。
遅延回路Ｔｃは、抵抗とコンデンサからなる積分回路であり、第１否定回路Ｎ１から入力される反転信号を遅延させて、第２否定回路Ｎ２に出力する。この遅延回路Ｔｃの遅延時間は、移動車両の衝突時に慣性によって車輪が回転し続ける時間に基づいて設定されている。
第２否定回路Ｎ２は、入力端が遅延回路Ｔｃに接続され、遅延回路Ｔｃによって遅延された反転信号を論理否定、つまり電位を反転して第２シュミットトリガＳｔ２に出力するものである。
第２シュミットトリガＳｔ２は、入力端が第２否定回路Ｎ２のリセット端Ｔｒ１に接続され、第２否定回路Ｎ２から反転信号が入力されると、ワンショットパルスをリセット信号として第１フリップフロップ回路Ｆ１のリセット端Ｔｒ１及び第２フリップフロップ回路Ｆ２のリセット端Ｔｒ２に出力する。
また、放電制御装置Ａの周囲には、上述した放電バイパス回路Ｈ、モータＭ、駆動装置Ｄｖ、高圧バッテリＢ１及びゲートドライブ回路Ｇｄに加えて、モータ制御装置Ｍｃ、コンタクタＣａ、バッテリ制御装置Ｂｃ及び低圧バッテリＢ２が設置されている（図１参照）。
放電バイパス回路Ｈは、抵抗器Ｒ及びスイッチング素子ＳＷが直列接続されたものであり、駆動装置ＤｖのコンデンサＣｄに対して並列に接続される。この放電バイパス回路Ｈは、移動車両の衝突時に、第２フリップフロップ回路Ｆ２からオン信号がスイッチング素子ＳＷに入力されることによってスイッチング素子ＳＷがオン状態となり、駆動装置Ｄｖに設けられたコンデンサＣｄの電荷を抵抗器Ｒによって放電する。
モータＭは、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相のモータであり、移動車両の車輪に回転軸が接続され、車輪を回転する。
駆動装置Ｄｖは、インバータ回路等からなり、高圧バッテリＢ１から供給される直流電力をインバータ回路によってＵ相、Ｖ相及びＷ相からなる３相の駆動電力に変換して、モータＭに供給する。例えば、駆動装置Ｄｖは、インバータ回路の前段に、平滑コンデンサであるコンデンサＣｄを有する。
高圧バッテリＢ１は、駆動装置Ｄｖを介してモータＭ及び放電制御装置Ａに電力を供給するものであり、低圧バッテリＢ２よりも高い電圧に設定されている。
ゲートドライブ回路Ｇｄは、モータ制御装置Ｍｃと放電制御装置Ａとの間に設けられ、モータ制御装置Ｍｃから入力される放電指示信号に基づいて信号回路Ｓｃに放電指示信号を出力する。
モータ制御装置Ｍｃは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成され、上記ＲＯＭに記憶された各種演算制御プログラムに基づいて各種の演算処理を行うと共に演算処理結果に基づいて駆動装置Ｄｖ及びゲートドライブ回路Ｇｄ等を制御する。
コンタクタＣａは、駆動装置ＤｖのコンデンサＣｄの一端と、高圧バッテリＢ１の一端との間に設けられ、バッテリ制御装置Ｂｃから入力される制御信号に基づいてオン状態あるいはオフ状態となるスイッチング素子である。例えば、コンタクタＣａは、バッテリ制御装置Ｂｃから制御信号が入力され、放電バイパス回路Ｈのスイッチング素子ＳＷがオン状態となる直前に、オン状態からオフ状態に切り替わる。
バッテリ制御装置Ｂｃは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成され、上記ＲＯＭに記憶された各種演算制御プログラムに基づいて各種の演算処理を行うと共に演算処理結果に基づいてコンタクタＣａ等を制御する。
低圧バッテリＢ２は、モータ制御装置Ｍｃ及びバッテリ制御装置Ｂｃに電力を供給するものであり、高圧バッテリＢ１よりも低い電圧に設定されている。
次に、このように構成された放電制御装置Ａの動作について説明する。
放電制御装置Ａは、モータＭを駆動するための駆動装置Ｄｖに設けられたコンデンサＣｄの電荷を移動車両の衝突時に放電するための放電バイパス回路Ｈを制御するものであり、以下の特徴的な処理を実行する。
放電制御装置Ａにおいて、制御回路Ｃｔは、移動車両の衝突時に慣性によって車輪が回転し続ける時間に基づいて設定された期間の間、放電バイパス回路Ｈに放電させる。具体的には、まず、第１フリップフロップ回路Ｆ１は、入力端Ｔｐ１にフォトカプラＰｃを介して信号回路Ｓｃから放電指示信号が入力されると、放電バイパス回路Ｈへの放電指示である放電指示信号をＱ出力端Ｔ１から出力する（図３参照）。
なお、移動車両の衝突時に慣性によって車輪が回転し続ける時間に基づいて設定された期間は、通常のコンデンサＣｄの電荷が放電される放電時間より長い。
また、ゲートドライブ回路Ｇｄは、モータ制御装置Ｍｃから入力される放電指示信号に基づいて信号回路Ｓｃに信号線を介してロー電圧である放電指示信号を出力する。また、モータ制御装置Ｍｃは、移動車両の衝突を検出すると、ゲートドライブ回路Ｇｄに放電指示信号を出力する。また、モータ制御装置Ｍｃからゲートドライブ回路Ｇｄに放電指示信号が出力される直前、コンタクタＣａは、バッテリ制御装置Ｂｃから制御信号が入力され、オン状態からオフ状態に切り替わる。これによって、放電バイパス回路Ｈと高圧バッテリＢ１とが切り離され、高圧バッテリＢ１の電力が放電バイパス回路Ｈによって放電されることを回避できる。
続いて、第１シュミットトリガＳｔ１は、第１フリップフロップ回路Ｆ１のＱ出力端Ｔ１から放電指示信号が入力されると、ワンショットパルスである放電指示信号を第２フリップフロップ回路Ｆ２の入力端Ｔｐ２に出力する。
そして、第２フリップフロップ回路Ｆ２は、入力端Ｔｐ２に第１シュミットトリガＳｔ１から放電指示信号が入力されると、Ｑ出力端Ｔ２１から放電バイパス回路Ｈのスイッチング素子ＳＷにオン信号を出力する。また、第２フリップフロップ回路Ｆ２は、Ｑ出力端Ｔ２１がオン信号を出力する際に、Ｑダッシュ出力端Ｔ２２から反転信号を出力する（図３参照）。
そして、第１否定回路Ｎ１は、第２フリップフロップ回路Ｆ２のＱダッシュ出力端Ｔ２２から入力される反転信号を論理否定、つまり電位を反転して遅延回路Ｔｃに出力する。
そして、遅延回路Ｔｃは、第１否定回路Ｎ１から入力される反転信号を遅延させて、第２否定回路Ｎ２に出力する。この遅延回路Ｔｃの遅延時間は、移動車両の衝突時に慣性によって車輪が回転し続ける時間に対応するように設定されている。つまり、反転信号が遅延回路Ｔｃから出力されるタイミングは、上記遅延時間分だけ遅れる。
そして、第２否定回路Ｎ２は、遅延回路Ｔｃによって遅延された反転信号を論理否定、つまり電位を反転して第２シュミットトリガＳｔ２に出力する。
そして、第２シュミットトリガＳｔ２は、第２否定回路Ｎ２から反転信号が入力されると、ワンショットパルスをリセット信号として第１フリップフロップ回路Ｆ１のリセット端Ｔｒ１及び第２フリップフロップ回路Ｆ２のリセット端Ｔｒ２に出力する。第１フリップフロップ回路Ｆ１は、リセット端Ｔｒ１にリセット信号が入力されると、Ｑ出力端Ｔ１からの放電指示信号の出力を停止する。また、第２フリップフロップ回路Ｆ２は、リセット端Ｔｒ２にリセット信号が入力されると、Ｑ出力端Ｔ２１からのオン信号の出力と、Ｑダッシュ出力端Ｔ２２からの反転信号の出力とを停止する。
つまり、第１フリップフロップ回路Ｆ１及び第２フリップフロップ回路Ｆ２にリセット信号が入力されるまでの間は、第２フリップフロップ回路Ｆ２からオン信号が出力され続けるため、放電バイパス回路Ｈによる放電が継続する。
放電制御装置Ａでは、第２フリップフロップ回路Ｆ２がオン信号の出力を開始してから、第１フリップフロップ回路Ｆ１及び第２フリップフロップ回路Ｆ２にリセット信号が入力されるまでの時間は、遅延回路Ｔｃに設定された遅延時間に対応した時間となっている。つまり、放電制御装置Ａにおいて、制御回路Ｃｔは、移動車両の衝突時に慣性によって車輪が回転し続ける時間に基づいて設定された期間の間、放電バイパス回路Ｈに放電させる。
このような本実施形態によれば、移動車両の車輪を回転させるモータＭの駆動装置Ｄｖに設けられたコンデンサＣｄの電荷を移動車両の衝突時に放電するための放電バイパス回路Ｈを制御する放電制御装置Ａであって、車両の衝突時に慣性によって車輪が回転する時間に基づいて設定された期間の間、放電バイパス回路Ｈに放電させる制御回路Ｃｔを具備することによって、車両の衝突時に、車輪の回転によってモータＭに発生する誘起電力から放電制御装置Ａを保護することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
本実施形態は、移動車両以外の装置に搭載されてもよい。
Ａ…放電制御装置、Ｄｖ…駆動装置、Ｃｄ…コンデンサ、Ｈ…放電バイパス回路、Ｒｇ…レギュレータ回路、Ｓｃ…信号回路、Ｐｃ…フォトカプラ、Ｃｔ…制御回路、Ｍ…モータ、Ｇｄ…ゲートドライブ回路、Ｂ１…高圧バッテリ、Ｍｃ…モータ制御装置、Ｃａ…コンタクタ、Ｂｃ…バッテリ制御装置、Ｂ２…低圧バッテリ、Ｔｐ１…入力端、Ｔ１…Ｑ出力端、Ｔｐ２…入力端、Ｔ２１…Ｑ出力端、Ｔ２２…Ｑダッシュ出力端、Ｔｒ１…リセット端、Ｔｒ２…リセット端、Ｆ１…第１フリップフロップ回路、Ｓｔ１…第１シュミットトリガ、Ｆ２…第２フリップフロップ回路、Ｎ１…第１否定回路、Ｔｃ…遅延回路、Ｎ２…第２否定回路、Ｓｔ２…第２シュミットトリガ、Ｒ…抵抗器、ＳＷ…スイッチング素子

Claims (2)

  1. 車両の車輪を回転させるモータの駆動装置に設けられたコンデンサの電荷を前記車両の衝突時に放電するための放電バイパス回路を制御する放電制御装置であって、
    前記車両の衝突時に慣性によって前記車輪が回転する時間に基づいて設定された期間の間、前記放電バイパス回路に放電させる制御回路を具備することを特徴とする放電制御装置。
  2. 前記制御回路は、
    前記車両の衝突時、前記放電バイパス回路への放電指示である出力信号と共に前記出力信号に対する反転信号を出力し、またリセット信号が入力されると前記出力信号の出力を停止するフリップフロップ回路と、
    前記フリップフロップ回路の前記反転信号を前記期間の分だけ遅延させたものを前記リセット信号として前記フリップフロップ回路に出力する遅延回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の放電制御装置。
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