JP2016077027A - 自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】衝突時に高電圧電力ラインの平滑用のコンデンサに蓄えられた電荷をより確実に安定して放電する。【解決手段】車両の衝突を検知したときには、右衝突のときには、高電圧の駆動電圧系電力ラインに接続された機器のうち右衝突により破損しにくい位置に配置されたモータMG1或いはモータMG2により平滑用のコンデンサの電荷を放電し、左衝突のときには、左衝突により破損しにくい位置に配置された空調装置のコンプレッサ或いはモータMG2により平滑用のコンデンサの電荷を放電し、正突のときには、正突により破損しにくい位置に配置されたモータMG2により平滑用のコンデンサの電荷を放電する。これにより、平滑用のコンデンサに蓄えられた電荷をより確実に安定して放電することができる。【選択図】図3

Description

本発明は、自動車に関し、詳しくは、平滑用のコンデンサが接続された高電圧電力ラインから電力の供給を受ける複数の高電圧機器を搭載する自動車に関する。
従来、この種の自動車としては、バッテリからの直流電力を昇圧して2つのモータジェネレータのインバータに供給する高電圧電力ラインに、平滑コンデンサと放電回路とが取り付けられているものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。放電回路は、放電用の抵抗とスイッチング素子とを直列に接続して構成されている。そして、この自動車では、衝突情報を取得したときには、スイッチング素子をオンとすることにより、平滑コンデンサの電荷を放電用の抵抗で放電し、放電用の抵抗で熱として消費している。
特開2014−124045号公報
しかしながら、上述の自動車では、自動車の衝突により放電回路に破損が生じたときには、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電回路に放電することができない場合が生じる。こうした問題に、インバータのスイッチング素子を制御してモータジェネレータにd軸電流を流してモータジェネレータからトルクを発生させずに電力消費するようにして平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電することも考えられるが、モータジェネレータにも破損が生じているときには放電を行うことができない。このため、車両の衝突時に平滑コンデンサに蓄えられた電荷をより確実に安定して放電することが望まれる。
本発明の自動車は、衝突時に高電圧電力ラインの平滑用のコンデンサに蓄えられた電荷をより確実に安定して放電することを主目的とする。
本発明の自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の自動車は、
平滑用のコンデンサが接続された高電圧電力ラインから電力の供給を受ける複数の高電圧機器を搭載する自動車において、
車両の衝突および衝突形態を検知する衝突形態検知手段と、
車両の衝突が検知されたときには、検知された衝突形態に基づいて前記複数の高電圧機器のうち破損の可能性が低い高電圧機器を放電する機器として選択し、該選択した高電圧機器に前記コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるように制御する放電制御手段と、
を備えることを特徴とする。
本発明の自動車では、車両の衝突が検知されたときには、まず、検知された衝突形態に基づいて平滑用のコンデンサが接続された高電圧電力ラインから電力の供給を受ける複数の高電圧機器のうち破損の可能性が低い高電圧機器を放電する機器として選択する。そして、この選択した高電圧機器にコンデンサに蓄えられた電荷が放電されるように制御する。したがって、車両衝突時に高電圧電力ラインの平滑用のコンデンサに蓄えられた電荷をより確実に安定して放電することができる。ここで、衝突形態としては、車両が前方正面から衝突している正突や、車両が右前方から衝突している右衝突,車両が左前方から衝突している左衝突などを挙げることができる。高電圧機器としては、発電機や電動機、乗員室の空気調和用のコンプレッサなどを挙げることができる。破損の可能性が低い高電圧機器は、例えば、衝突箇所から最も離れた位置に搭載されている機器や、車両の構造により破損しにくい場所に配置されている機器を考えることができる。
こうした本発明の自動車において、前記複数の高電圧機器は、乗員室より前方の機器室に配置されているものとすることもできる。この場合において、車両が右前方から衝突しているときには前記複数の高電圧機器のうち最も左側に配置された機器を前記放電する機器として選択し、車両が左前方から衝突しているときには前記複数の高電圧機器のうち最も右側に配置された機器を前記放電する機器として選択し、車両が前方正面から衝突しているときには前記複数の高電圧機器のうち最も後方に配置されている機器を前記放電する機器として選択するものとしてもよい。衝突箇所から離れた位置は破損しにくい位置に相当するから、こうした位置に配置された高電圧機器を放電する機器として選択することにより、コンデンサの電荷をより確実に安定して放電することができる。
また、複数の高電圧機器が乗員室より前方の機器室に配置されている態様の本発明の自動車において、車両の両サイドの強度を保持するサイドメンバは、車両が衝突したときに前記機器室の範囲内の前方位置で内側に折れると共に前記機器室の範囲内の後方位置で外側に折れるよう設計されており、車両が右前方から衝突しているときには前記複数の高電圧機器のうち最も左側前方に配置された機器または右側後方に配置された機器を前記放電する機器として選択し、車両が左前方から衝突しているときには前記複数の高電圧機器のうち最も右側前方に配置された機器または左側後方に配置された機器を前記放電する機器として選択し、車両の前方正面から衝突しているときには前記複数の高電圧機器のうち最も後方に配置されている機器を前記放電する機器として選択するものとしてもよい。ここで、サイドメンバを車両が衝突したときに折れやすく設計するのは、サイドメンバの折れによって衝突の衝撃を吸収し、乗員室への衝撃を緩和することに基づいている。そして、サイドメンバの折れる方向を予め設計しておくことにより、車両の衝突の際に破損する機器をある程度特定することができるようにすることができる。即ち、車両が右前方から衝突しているときには、右側のサイドメンバは機器室の範囲内の前方位置で内側に折れると共に機器室の範囲内の後方位置で外側に折れる。このため、機器室の左側前方に配置された機器や機器室の右側後方に配置された機器は破損しにくい位置に配置されていることになる。同様に、車両が右前方から衝突しているときには、機器室の左側前方に配置された機器や機器室の右側後方に配置された機器は破損しにくい位置に配置されていることになる。このため、破損しにくい位置に配置された高電圧機器を放電する機器として選択することにより、コンデンサの電荷をより確実に安定して放電することができる。
本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20が搭載する高電圧機器の配置を説明する説明図である。 モータMG1,MG2を含む電機系の構成の概略を示す構成図である。 HVECU70により実行される放電制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例のハイブリッド自動車120が搭載する高電圧機器の配置を説明する説明図である。
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、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20が搭載する高電圧機器の配置を説明する説明図であり、図2は、モータMG1,MG2を含む電機系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、乗員室の前方のエンジン室21に、エンジン22と、2つのモータMG1,MG2と、プラネタリギヤ30と、空調装置60のコンプレッサ61と、を備える。また、実施例のハイブリッド自動車20は、車両前方の右側と左側には加速度センサとして構成された右サテライトセンサ92rと左サテライトセンサ92lが取り付けられている。
エンジン22は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されており、エンジン室21の略中央に配置されている。2つのモータMG1,MG2は、例えば同期発電電動機として構成されており、エンジン22の車両における左側に前方からモータMG1,モータMG2の順に配置されている。モータMG1とモータMG2との間の両モータの回転子の内側には、プラネタリギヤ30が配置されている。プラネタリギヤ30の3つの回転要素であるサンギヤ,リングギヤ,キャリアには、モータMG1の回転子,モータMG2の回転子,エンジン22のクランクシャフトが接続されている。また、プラネタリギヤ30のリングギヤには、図示しない前輪の車軸がギヤ機構により連結されている。
2つのモータMG1,MG2は、図2に示すように、インバータ41,42と昇圧コンバータ55とシステムメインリレー56とを介してバッテリ50に接続されている。インバータ41,42と昇圧コンバータ55は、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、HVECUという)70と通信するモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により制御されている。
インバータ41,42は、6つのトランジスタT11〜T16,T21〜26と、トランジスタT11〜T16,T21〜T26に逆方向に並列接続された6つのダイオードD11〜D16,D21〜D26と、により構成されている。トランジスタT11〜T16,T21〜T26は、それぞれ駆動電圧系電力ライン54aの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう2個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータMG1,MG2の三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。したがって、インバータ41,42に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタT11〜T16,T21〜T26のオン時間の割合を調節することにより、三相コイルに回転磁界を形成でき、モータMG1,MG2を回転駆動することができる。なお、駆動電圧系電力ライン54aには、平滑用のコンデンサ57が取り付けられている。
昇圧コンバータ55は、2つのトランジスタT51,T52と、トランジスタT51,T52に逆方向に並列接続された2つのダイオードD51,D52と、リアクトルLと、により構成されている。2つのトランジスタT51,T52は、それぞれ駆動電圧系電力ライン54aの正極母線,駆動電圧系電力ライン54aおよび電池電圧系電力ライン54bの負極母線に接続されている。また、リアクトルLは、トランジスタT51,T52同士の接続点と電池電圧系電力ライン54bの正極母線とに接続されている。したがって、トランジスタT51,T52をオンオフすることにより、電池電圧系電力ライン54bの電力を昇圧して駆動電圧系電力ライン54aに供給したり、駆動電圧系電力ライン54aの電力を降圧して電池電圧系電力ライン54bに供給したりすることができる。なお、電池電圧系電力ライン54bには平滑用のコンデンサ58が取り付けられている。
モータECU40は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。モータECU40には、モータMG1,MG2や昇圧コンバータ55を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、モータMG1,MG2の各相に流れる相電流,コンデンサ57の端子間に取り付けられた電圧センサ57aからのコンデンサ57の電圧VH,コンデンサ58の端子間に取り付けられた電圧センサ58aからのコンデンサ58の電圧VL,昇圧コンバータ55のトランジスタT51,T52同士の接続点とリアクトルLとの間に取り付けられた電流センサ55aからのリアクトル電流IL(リアクトルL側から接続点側に流れるときが正の値)などが入力ポートを介して入力されている。また、モータECU40からは、インバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜T26へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ55のトランジスタT51,T52へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
システムメインリレー56は、電池電圧系電力ライン54bの正極母線に設けられた正極側リレーSMRBと、電池電圧系電力ライン54bの負極母線に設けられた負極側リレーSMRGと、負極側リレーSMRGをバイパスするように互いに直列接続されたプリチャージ用リレーSMRPおよびプリチャージ用抵抗Rと、を備える。なお、システムメインリレー56とバッテリ50との間には、バッテリ電圧を検出する電圧センサ51aとバッテリ50に流れる電流を検出する電流センサ51bとが取り付けられている。
空調装置60は、乗員室の空気調和を行なうエアコンディショナーとして構成されており、空調装置60の構成要素のコンプレッサ61が空調用インバータ62を介して電池電圧系電力ライン54bに接続されている。空調用インバータ62は、6つのトランジスタT61〜T66と、トランジスタT61〜T66に逆方向に並列接続された6つのダイオードD61〜D66と、により構成されている。トランジスタT61〜T66は、それぞれ電池電圧系電力ライン54bの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう2個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にコンプレッサ61の図示しない三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。
HVECU70は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。HVECU70には、走行制御に必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されていると共に、右サテライトセンサ92rからの右側加速度信号Grや左サテライトセンサ92lからの左側加速度センサGlなども入力ポートを介して入力されている。HVECU70からは、システムメインリレー56への制御信号や、空調用インバータ62のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。HVECU70は、エンジン22を駆動制御する図示しないエンジン用電子制御ユニットやモータECU40などと通信可能に接続されており、これらと各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
実施例のハイブリッド自動車20では、車両の両サイドの強度を保持する図示しないサイドメンバは、車両が衝突したときにエンジン室21において前方から1/4程度の位置で内側に折れると共に、エンジン室21において前方から3/4程度の位置で外側に折れるよう設計されている。このようにサイドメンバを設計するのは、車両が衝突した際に、サイドメンバの折れによって衝突の衝撃を吸収し、乗員室への衝撃を緩和するためである。
こうして構成されたハイブリッド自動車20では、HVECU70は、右サテライトセンサ92rからの右側加速度信号Grや左サテライトセンサ92lからの左側加速度信号Glの一方が閾値以上のときに車両が衝突したと判定し、システムメインリレー56をオフとしてバッテリ50を切り離し、モータECU40に衝突発生用の制御信号を出力して昇圧コンバータ55や2つのモータMG1,MG2を停止し、コンデンサ57,58に蓄えられている電荷を放電する放電制御を実行する。図3は、HVECU70により実行される放電制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
放電制御ルーチンが実行されると、HVECU70は、まず、衝突を検知したときの右サテライトセンサ92rにより検出された右側加速度信号Grと左サテライトセンサ92lにより検出された左側加速度信号Glを入力する(ステップS100)。そして、右側加速度信号Grに所定値Aを加えたものと左側加速度信号Glとを比較すると共に(ステップS110)、左側加速度信号Glに所定値Aを加えたものと右側加速度信号Grとを比較する(ステップS120)。ここで、所定値Aは、車両の衝突が通常の右衝突や左衝突のときの右側加速度信号Grと左側加速度信号Glとの差分より若干小さい値として設定されるものである。
右側加速度信号Grに所定値Aを加えたものが左側加速度信号Glより大きく且つ左側加速度信号Glに所定値Aを加えたものが右側加速度信号Grより大きいときには、車両が正面から衝突した正突であると判定し(ステップS130)、エンジン室21において最も後方に配置されたモータMG2を放電する機器として選択してモータMG2によるコンデンサ57,58の放電を実行して(ステップS140)、本ルーチンを終了する。モータMG2による放電は、HVECU70からモータECU40にその旨の制御信号を送信し、モータECU40がインバータ42のトランジスタT21〜T26をスイッチング制御してモータMG2にd軸電流を流すことにより行なわれる。モータMG2にd軸電流を流すと、モータMG2からはトルクを出力することなく、コンデンサ57,58の電荷をモータMG2に放電することができる。
右側加速度信号Grに所定値Aを加えたものが左側加速度信号Glより小さいときには、車両が左側から衝突した左衝突であると判定し(ステップS150)、エンジン室21の最も右側に配置された空調装置60のコンプレッサ61か、或いは、エンジン室の左側後方に配置されたモータMG2のいずれかを放電する機器として選択し、選択した機器によるコンデンサ57,58の放電を実行して(ステップS160)、本ルーチンを終了する。空調装置60のコンプレッサ61が放電する機器の候補となるのは、コンプレッサ61が配置されているエンジン室21の右側前方は、衝突箇所(車両左前方)とは反対側(車両右側)であり、左衝突によっては破損しにくい位置となるからである。また、モータMG2が放電する機器の候補となるのは、モータMG2が配置されているエンジン室21の左側後方は、左衝突によっては破損しにくい位置となるからである。左衝突により車両左側のサイドメンバは、エンジン室21における前方から1/4程度の位置で車両内側に折れるため、エンジン室21の左側前方に配置されたモータMG1を破損する可能性は高くなるが、エンジン室21における前方から3/4程度の位置で車両外側に折れるため、エンジン室21の左側後方に配置されたモータMG2を破損する可能性は低くなる。このため、モータMG2を放電する機器の候補とすることができる。コンプレッサ61とモータMG2のうちのいずれを選択するかについては、例えば、衝突箇所とは反対側の前方に配置されているもの(コンプレッサ61)を優先するものとしたり、衝突箇所と同一側の後方に配置されているもの(モータMG2)を優先するものとしたり、いずれでも構わない。いずれか一方により、優先された機器を放電する機器として選択し、その選択した機器によっては放電できないときに、もう一方の機器を放電する機器として選択すればよい。コンプレッサ61による放電は、HVECU70とモータECU40とにより実行される。HVECU70では、モータECU40へその旨の制御信号を送信すると共に、空調用インバータ62のトランジスタT61〜T66をスイッチング制御することによりコンプレッサ61を駆動する。制御信号を受信したモータECU40は、コンデンサ57の電圧がコンデンサ58の電圧に一致するまでコンデンサ58の電圧を衝突時の電圧に保持するように昇圧コンバータ55のトランジスタT51,T52をスイッチング制御し、コンデンサ57の電圧がコンデンサ58の電圧に一致した以降はトランジスタT51をオンとする。これにより、コンデンサ57,58の電荷を放電することができる。モータMG2による放電については上述した。
左側加速度信号Glに所定値Aを加えたものが右側加速度信号Grより小さいときには、車両が右側から衝突した右衝突であると判定し(ステップS170)、エンジン室21の左側前方に配置されたモータMG1か、或いは、エンジン室21の左側後方に配置されたモータMG2のいずれかを放電する機器として選択し、選択した機器によるコンデンサ57,58の放電を実行して(ステップS180)、本ルーチンを終了する。モータMG1かモータMG2のいずれを放電する機器として選択するかについては、モータMG1を優先し、次にモータMG2とするのが好ましい。右衝突では、右側のサイドメンバがエンジン室21における前方から1/4程度の位置で内側に折れて空調装置60のコンプレッサ61を介してエンジン22に衝撃を与える。右衝突の衝撃が大きいときには、エンジン22に作用した衝撃はエンジン22を介してその左斜め後方に配置されたモータMG2に作用する場合が生じる。このため、右衝突では、モータMG2よりモータMG1の方が破損しにくくなると考えられ、放電する機器の選択としては、モータMG2よりモータMG1を優先する方が好ましいのである。なお、モータMG1による放電は、HVECU70からモータECU40にその旨の制御信号を送信し、モータECU40がインバータ41のトランジスタT11〜T16をスイッチング制御してモータMG1にd軸電流を流すことにより行なわれる。モータMG1にd軸電流を流すと、モータMG1からはトルクを出力することなく、コンデンサ57,58の電荷をモータMG1に放電することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20では、車両の衝突を検知したときには、衝突形態を判定し、衝突形態に基づいて破損しにくい機器を選択し、平滑用のコンデンサ57,58に蓄えられた電荷を選択した機器に放電する。即ち、衝突形態が右衝突のときには、駆動電圧系電力ライン54aに接続されたモータMG1,モータMG2,コンプレッサ61などの高電圧機器のうち右衝突により破損しにくい位置に配置されたモータMG1或いはモータMG2により平滑用のコンデンサ57,58に蓄えられた電荷を放電し、衝突形態が左衝突のときには、左衝突により破損しにくい位置に配置された空調装置60のコンプレッサ61或いはモータMG2により平滑用のコンデンサ57,58に蓄えられた電荷を放電し、衝突形態が正突のときには、正突により破損しにくい位置に配置されたモータMG2により平滑用のコンデンサ57,58に蓄えられた電荷を放電する。これにより、平滑用のコンデンサ57,58に蓄えられた電荷をより確実に安定して放電することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG1,プラネタリギヤ30,モータMG2の配置として車両前方からモータMG1,プラネタリギヤ30,モータMG2の順に配置するものとしたが、図4の変形例の自動車120に示すように、車両左側からモータMG2,プラネタリギヤ30,モータMG1の順に配置するものとしてもよい。この場合、右衝突では、衝突の反対側のモータMG2が破損しにくい機器として放電する機器に選択され、左衝突では、衝突の反対側のコンプレッサ61が破損しにくい機器として放電する機器に選択される。そして、正突では、モータMG1或いはモータMG2が破損しにくい機器として放電する機器に選択される。
実施例のハイブリッド自動車20では、バッテリ50とインバータ41,42の間に昇圧コンバータ55を備えるものとしたが、昇圧コンバータ55を備えないものとしてもよい。その場合、平滑用のコンデンサはコンデンサ57,58のうちの一方でよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、HVECU70により放電制御ルーチンを実行して放電する機器を選択し、モータECU40により或いはモータECU40とHVECU70とにより放電を実行したが、モータECU40とHVECU70とを単一の電子制御ユニットによって構成するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、乗員室の前方のエンジン室21に高電圧機器としてのモータMG1やモータMG2,コンプレッサ61が搭載されるものとしたが、乗員室の後方にこれらが搭載されるものとしてもよい。この場合、追突などによる車両後部への衝突に対して本発明を適用すればよい。
実施例では、本発明をハイブリッド自動車に適用した場合に説明したが、高電圧電力ラインに平滑用のコンデンサを有すると共に高電圧電力ラインに複数の機器が接続されているものであれば本発明を定適用することができるから、エンジンを備えない電気自動車や燃料電池を搭載する燃料電池車などの種々の自動車に適用するものとしてもよい。
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、自動車製造産業などに利用可能である。
20,120 ハイブリッド自動車、21 エンジン室、22 エンジン、30 プラネタリギヤ、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、50 バッテリ、51a 電圧センサ、51b 電流センサ、54a 駆動電圧系電力ライン、54b 電池電圧系電力ライン、55 昇圧コンバータ、55a 電流センサ 56 システムメインリレー、57,58 コンデンサ、57a,58a 電圧センサ、60 空調装置、61 コンプレッサ、62 空調用インバータ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、92r 右サテライトセンサ、92l 左サテライトセンサ、D11〜D16,D21〜D26,D51,D52,D61〜D66 ダイオード、MG1,MG2 モータ、L リアクトル、R プリチャージ用抵抗、SMRB 正極側リレー、SMRG 負極側リレー、SMRP プリチャージ用リレー、T11〜T16,T21〜T26,T51,T52,T61〜T66 トランジスタ。

Claims (1)

  1. 平滑用のコンデンサが接続された高電圧電力ラインから電力の供給を受ける複数の高電圧機器を搭載する自動車において、
    車両の衝突および衝突形態を検知する衝突形態検知手段と、
    車両の衝突が検知されたときには、検知された衝突形態に基づいて前記複数の高電圧機器のうち破損の可能性が低い高電圧機器を選択し、該選択した高電圧機器に前記コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるように制御する放電制御手段と、
    を備えることを特徴とする自動車。
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