JP2016163425A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源装置に過電圧が発生したとき、車両の退避走行を可能とする。
【解決手段】過電圧判定部３８により一次側電圧ＶＬが所定閾値Ｖth以上となったと判定されたとき、コンバータ３０の総てのスイッチング素子の状態及びインバータ４０、６０の総てのスイッチング素子の状態をオフ状態に維持し、過電圧判定部３８により一次側電圧ＶＬが所定閾値Ｖth以上である状態が所定時間ｔprd以上継続したと判定されたとき、コンバータ３０に昇圧動作を行わせるとともにインバータ４０、６０の複数のレグのスイッチング素子の各状態をオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えることにより二次側電圧ＶＨを交流電圧へと変換して発電電動機８１、８２に印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の駆動力を発生する駆動源として発電電動機を搭載した車両に適用され、充放電可能な蓄電池と、コンバータと、インバータと、を備える電源装置に関する。

スイッチング素子を含んで構成されたコンバータ及びインバータを含む電源装置において、電源装置の一次側電圧（低圧側電圧）及び／又は二次側電圧（高圧側電圧）に所定閾値以上の電圧である過電圧が発生する場合がある。過電圧が発生したときに、電源装置の内外において機器破壊が起こらないようにコンバータ及びインバータの各スイッチング素子を強制的に停止（以下、「シャットダウン」とも称呼する。）する保護制御を行う電源装置が知られている。このコンバータは、スイッチング素子を含む上アーム及び上アームに直列接続されたスイッチング素子を含む下アームを有し、下アームのスイッチング素子をスイッチングさせることにより蓄電池から印加される一次側電圧を昇圧し、昇圧した電圧を二次側電圧としてインバータに印加するようになっている。又、このコンバータは、上アームのスイッチング素子をスイッチングさせることにより二次側電圧を降圧し、降圧した電圧を一次側電圧として蓄電池に印加するようになっている。

上記保護制御によってコンバータ及びインバータの各スイッチング素子のシャットダウンが行われると、電源装置の二次側電圧は、高圧側回路（二次側電圧にて動作する回路）中の放電抵抗による電力消費によって低下する。或いは、電源装置の一次側電圧は、低圧側回路（一次側電圧にて動作する回路）に接続された補機類による電力消費によって低下する。

そこで、従来の電源装置の一つ（以下、「従来装置」と称呼する。）は、上記二次側電圧及び／又は一次側電圧が低下し、電源装置及びその周辺回路等の状態が車両の退避走行が可能な状態になったと判断された場合には、コンバータの各スイッチング素子をシャットダウンさせ、蓄電池からの放電のみで退避走行を行っていた。

更に、コンバータ中に過電圧が発生したか否かを判定する過電圧判定回路が故障した場合においても、一次側電圧が所定閾値を超えたことを示す過電圧信号が発生することがある。この場合においても従来装置は、過電圧発生時と同様に、コンバータ及びインバータの各スイッチング素子のシャットダウンを行い、その後、車両の退避走行が可能な状態になったと判断された場合には、蓄電池からの放電のみで退避走行を行っていた。

従来装置は、この方法によって蓄電池から出力する直流電圧を昇圧せずに直接インバータに印加する。更に、従来装置は、インバータによりこの直流電圧を交流電圧に変換して発電電動機を駆動させ、車両を安全な場所へ避難させる退避走行を可能にする（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００９−２０１１９５号公報

しかしながら、車両の上記退避走行時にはコンバータによって昇圧されていない電圧（蓄電池の電圧）にてインバータを動作させるので、インバータが出力する交流電圧は通常走行時よりも低くなってしまう。よって、従来装置は、退避走行時において発電電動機による十分な駆動力を得られないことがある。

本発明は上記問題に対処するために為されたものである。即ち、本発明の目的の一つは、電源装置に過電圧が発生したとき、大きな駆動力での車両の退避走行を可能とする電源装置を提供することにある。

コンバータの一次側電圧が過電圧状態となるのはコンバータの上アームの故障、もしくはシステムメインリレーの故障のみである。よって、コンバータの下アームの故障により一時側電圧が過電圧状態となることはないため、コンバータの下アームは動作させることが可能であり、昇圧制御を実施することが可能となる。

このような知見に基づいてなされた本発明の電源装置（以下、「本発明装置」と称呼する。）は、車両の駆動力を発生する駆動源として発電電動機を搭載した車両に適用され、充放電可能な蓄電池と、コンバータと、過電圧判定部と、インバータと、制御部と、を備える。

前記コンバータは、スイッチング素子を含む上アーム及び前記上アームに直列接続されたスイッチング素子を含む下アームを有する。前記コンバータは、前記制御部により前記下アームの前記スイッチング素子の状態がオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えられることにより前記蓄電池から前記コンバータに印加される一次側電圧を昇圧して同昇圧した電圧を二次側電圧として前記インバータに印加する、「電圧変換動作」を行うように構成される。

前記過電圧判定部は、前記一次側電圧が所定閾値以上であるか否かを判定するように構成される。

前記インバータは、スイッチング素子を含む上アーム及び前記上アームに直列接続されたスイッチング素子を含む下アームを含むレグを複数有する。前記インバータは、前記制御部により前記複数のレグの前記スイッチング素子の各状態がオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えられることにより前記二次側電圧を交流電圧へと変換して前記発電電動機に印加する、「直流交流変換動作」を行うように構成される。

前記制御部は、前記コンバータに前記「電圧変換動作」を行わせ且つ前記インバータに前記「直流交流変換動作」を行わせるとともに、前記過電圧判定部により前記一次側電圧が前記所定閾値以上となったと判定されたときには前記コンバータの総てのスイッチング素子の状態及び前記インバータの総てのスイッチング素子の状態をオフ状態に維持する。即ち、コンバータの各アーム及びインバータの各レグのスイッチング素子は総てシャットダウンされ、上記電圧変換動作及び上記直流交流変換動作が停止する。

その後、前記制御部は、前記過電圧判定部により前記一次側電圧が前記所定閾値以上である状態が所定時間以上継続したと判定されたときには前記コンバータの前記上アームの前記スイッチング素子の状態をオフ状態に維持したまま前記コンバータの前記下アームのスイッチング素子の状態をオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えることにより前記一次側電圧を昇圧させ同昇圧させた電圧を前記二次側電圧として前記インバータに印加させるとともに前記インバータの前記複数のレグの前記スイッチング素子の各状態をオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えることにより前記二次側電圧を前記交流電圧へと変換させて前記発電電動機に印加させるように構成される。

前述したように、一次側電圧の過電圧状態が所定時間以上継続した場合、電源装置（コンバータ及びインバータ）のうち、コンバータの上アームのみが故障し、下アームは作動可能である。つまり、この場合、コンバータは昇圧動作の機能を損なっていないことになる。よって、制御部は、コンバータの上アームのスイッチング素子のみオフ状態を維持（シャットダウンを継続）し、コンバータの下アームのスイッチング素子には昇圧動作を行わせる。その結果、退避走行モードであってもコンバータの昇圧動作及びインバータの直流交流変換動作が可能となり負荷装置（発電電動機）へ通常走行時と同等の電圧印加が可能となるので、大きな駆動力にて車両の退避走行をさせることができる。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る「電源装置」が適用された車両の概略構成図である。 図２は、図１に示した電源装置の作用を説明するタイムチャートである。 図３は、実施形態に係る電源装置の「走行モード決定ルーチン」を示したフローチャートである。

＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る「電源装置」について説明する。本実施形態に係る「電源装置」はハイブリッド自動車に適用されている。但し、本実施形態は、発電電動機を車両駆動力の発生源（駆動源）として有する車両にも適用することができる。

（構成）
図１に示したように、ハイブリッド車両（以下、「車両」とも称呼する。）１０は、本発明の実施形態に係る電源装置１１、負荷装置１２及び駆動装置１３等を備えている。

電源装置１１は、蓄電池２１、第１電圧センサ２２、第２電圧センサ２３、コンバータ３０、第１インバータ４０、第２インバータ６０及びシステムメインリレーＳＭＲ１〜３を備えている。

負荷装置１２は、第１発電電動機８１、第２発電電動機８２及び内燃機関８３を備えている。

駆動装置１３は、動力分割機構９０、減速機構９１、車軸９２、ディファレンシャルギア９３及び駆動輪９４を備えている。

蓄電池２１は充放電が可能な二次電池を複数組み合わせることにより構成されている。本実施形態の二次電池はリチウムイオン電池であるが、ニッケル水素電池及び他の二次電池であってもよい。
蓄電池２１の正極端子（Ｐ１）及び負極端子（Ｎ１）は、一対の給電線（ＰＬ１，ＮＬ１）のそれぞれの一端と接続されている。一対の給電線（ＰＬ１，ＮＬ１）のそれぞれの他端はコンバータ３０の一対の低圧側端子部（Ｐ２，Ｎ２）とそれぞれ接続されている。

システムメインリレー（以下、「リレー」と称呼する。）ＳＭＲ１〜３は、図示しない「車両１０のパワースイッチ」と連動して蓄電池２１とコンバータ３０との間の回路の接続又は遮断を行う装置である。リレーＳＭＲ１は、端子Ｎ１と抵抗ＲＬの一端との間に接続される。リレーＳＭＲ２は、端子Ｎ１と端子Ｎ２との間に接続される。リレーＳＭＲ３は、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間に接続される。リレーＳＭＲ１〜３は、電子制御装置（以下、「制御部」と称呼する。）１００からの信号によって開閉させられる。

コンバータ３０は、前述した一対の低圧側端子部（Ｐ２，Ｎ２）と、一対の高圧側端子部（Ｐ３，Ｎ３）と、電圧変換部と、を備えている。本明細書において、一対の低圧側端子部（Ｐ２，Ｎ２）間の電圧は一次側電圧ＶＬと称呼され、一対の高圧側端子部（Ｐ３，Ｎ３）間の電圧は二次側電圧ＶＨと称呼される。電圧変換部は、一次側電圧ＶＬを二次側電圧ＶＨへと、及び、その逆へと変換することができる。

コンバータ３０の電圧変換部は、コンデンサ３１、リアクトル３２、第１のＩＧＢＴ３３、ダイオード３４、第２のＩＧＢＴ３５、ダイオード３６、コンデンサ３７及び過電圧判定部３８を備えている。

コンデンサ３１は、リレーＳＭＲ１〜３よりも高圧端子部（Ｐ３，Ｎ３）側において、一対の給電線（ＰＬ１，ＮＬ１）と接続された一対の電力線の間に挿入されている。コンデンサ３１は、一次側電圧ＶＬを平滑化する。
リアクトル３２は、コンデンサ３１よりも高圧側端子部（Ｐ３，Ｎ３）側において給電線ＰＬ１と接続された電力線に直列に挿入されている。

第１のＩＧＢＴ３３にはダイオード３４が逆並列接続され、第２のＩＧＢＴ３５にはダイオード３６が逆並列接続されている。第１のＩＧＢＴ３３及び第２のＩＧＢＴ３５は、ダイオード３４のアノードとダイオード３６のカソードとが中間接続点Ｑにおいて接続されるように互いに直列に接続され、一対の高圧側端子部（Ｐ３，Ｎ３）間に挿入されている。この中間接続点Ｑには、リアクトル３２が接続されている。

第１のＩＧＢＴ３３とダイオード３４とによって構成される回路は、上アーム３０ａと称呼される。第２のＩＧＢＴ３５とダイオード３６とによって構成される回路は、下アーム３０ｂと称呼される。即ち、上アーム３０ａと下アーム３０ｂとは直列に接続されている。
コンデンサ３７は、一対の高圧側端子部（Ｐ３，Ｎ３）間に挿入されている。コンデンサ３７は、二次側電圧ＶＨを平滑化する。

過電圧判定部３８は、一対の低圧側端子部（Ｐ２，Ｎ２）間に挿入されている。過電圧信号はＯＶＬ信号を出力する。過電圧判定部３８は、（Ｐ２，Ｎ２）間の電圧（一次側電圧ＶＬ）が所定閾値Ｖth以上であると判定したときに、ＯＶＬ信号として「１」を出力し、一次側電圧ＶＬがＶth未満であると判定したときに、ＯＶＬ信号として「０」を出力するようになっている。

コンバータ３０は、第１のＩＧＢＴ３３が後述する制御部１００からのＰＷＭ（パルス幅変調）信号に基づいてスイッチングされる（オン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えられる）ことによって、二次側電圧ＶＨを一次側電圧ＶＬに変換する降圧動作を実行する。この場合において、コンバータ３０は、一次側電圧ＶＬを蓄電池２１に印加する。

コンバータ３０は、第２のＩＧＢＴ３５が後述する制御部１００からのＰＷＭ信号に基づいてスイッチングされる（オン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えられる）ことによって、一次側電圧ＶＬを二次側電圧ＶＨに変換する昇圧動作を実行する。この場合において、コンバータ３０は、二次側電圧ＶＨを第１インバータ４０及び第２インバータ６０に印加する。なお、コンバータ３０において、ＩＧＢＴの代わりにパワーＭＯＳＦＥＴ等を使用することもできる。

第１インバータ４０は、一対の入力端子部（Ｐ４，Ｎ４）を備える。一対の入力端子部（Ｐ４，Ｎ４）は、コンバータ３０の一対の高圧側端子部（Ｐ３，Ｎ３）にそれぞれ接続されている。第１インバータ４０は、Ｕ相レグ、Ｖ相レグ及びＷ相レグを含んでいる。これらのレグは、それぞれが一対の入力端子部（Ｐ４，Ｎ４）間に挿入され、互いに並列に接続されている。

第１インバータ４０のＵ相レグは、ＩＧＢＴ４１及びＩＧＢＴ４２を備える。ＩＧＢＴ４１及びＩＧＢＴ４２には、ダイオード５１及びダイオード５２がそれぞれ逆並列接続されている。ＩＧＢＴ４１とＩＧＢＴ４２とは、ダイオード５１のアノードとダイオード５２のカソードとが接続されるように、互いに直列に接続されている。ＩＧＢＴ４１とＩＧＢＴ４２との接続点は、第１発電電動機８１の図示しないＵ相コイルに接続されている。

第１インバータ４０のＶ相レグは、ＩＧＢＴ４３及びＩＧＢＴ４４を備える。ＩＧＢＴ４３及びＩＧＢＴ４４には、ダイオード５３及びダイオード５４がそれぞれ逆並列接続されている。ＩＧＢＴ４３とＩＧＢＴ４４とは、ダイオード５３のアノードとダイオード５４のカソードとが接続されるように、互いに直列に接続されている。ＩＧＢＴ４３とＩＧＢＴ４４との接続点は、第１発電電動機８１の図示しないＶ相コイルに接続されている。

第１インバータ４０のＷ相レグは、ＩＧＢＴ４５及びＩＧＢＴ４６を備える。ＩＧＢＴ４５及びＩＧＢＴ４６には、ダイオード５５及びダイオード５６がそれぞれ逆並列接続されている。ＩＧＢＴ４５とＩＧＢＴ４６とは、ダイオード５５のアノードとダイオード５６のカソードとが接続されるように、互いに直列に接続されている。ＩＧＢＴ４５とＩＧＢＴ４６との接続点は、第１発電電動機８１の図示しないＷ相コイルに接続されている。

第２インバータ６０は、一対の入力端子部（Ｐ５，Ｎ５）を備える。一対の入力端子部（Ｐ５，Ｎ５）は、コンバータ３０の一対の高圧側端子部（Ｐ３，Ｎ３）にそれぞれ接続されている。第２インバータ６０は、Ｕ相レグ、Ｖ相レグ及びＷ相レグを含んでいる。これらのレグは、それぞれが一対の入力端子部（Ｐ５，Ｎ５）間に挿入され、互いに並列に接続されている。なお、第２インバータ６０のＵ相レグ、Ｖ相レグ及びＷ相レグの構成は、第１インバータ４０のそれぞれのレグの構成と同様であるので、説明を省略する。なお、第１インバータ４０及び第２インバータ６０において、ＩＧＢＴの代わりにパワーＭＯＳＦＥＴ等の他のスイッチング素子を使用することもできる。

第１インバータ４０及び第２インバータ６０は、それらの各ＩＧＢＴが制御部１００からのＰＷＭ信号に基づいてスイッチングされることによって制御される。

より具体的に述べると、第１インバータ４０は、第１の態様にてＩＧＢＴ４１〜４６が制御部１００からのＰＷＭ信号に基づいてスイッチングされる（オン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えられる）ことによって、入力端子部（Ｐ４，Ｎ４）間の直流電力を三相交流電力へと変換する。この態様において、第１インバータ４０は、この三相交流電力の電圧をＵ相、Ｖ相及びＷ相の各レグにおける二つのＩＧＢＴの接続点から第１発電電動機８１へ出力する。

更に、第１インバータ４０は、第２の態様にてＩＧＢＴ４１〜４６が制御部１００からのＰＷＭ信号に基づいてスイッチングされる（オン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えられる）ことによって、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各レグにおける二つのＩＧＢＴの接続点から入力される第１発電電動機８１からの三相交流電力を直流電力へと変換する。この態様において、第１インバータ４０は、この直流電力の電圧を二次側電圧ＶＨとして入力端子部（Ｐ４，Ｎ４）間に出力する。

同様に、第２インバータ６０は、第１の態様にてＩＧＢＴ６１〜６６が制御部１００からのＰＷＭ信号に基づいてスイッチングされる（オン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えられる）ことによって、入力端子部（Ｐ５，Ｎ５）間の直流電力を三相交流電力へと変換する。この態様において、第２インバータ５０は、この三相交流電力の電圧をＵ相、Ｖ相及びＷ相の各レグにおける二つのＩＧＢＴの接続点から第２発電電動機８２へ出力する。

更に、第２インバータ６０は、第２の態様にてＩＧＢＴ６１〜６６が制御部１００からのＰＷＭ信号に基づいてスイッチングされる（オン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えられる）ことによって、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各レグにおける二つのＩＧＢＴの接続点から入力される第２発電電動機８２からの三相交流電力を直流電力へと変換する。この態様において、第２インバータ６０は、この直流電力の電圧を二次側電圧ＶＨとして入力端子部（Ｐ５，Ｎ５）間に出力する。

第１発電電動機８１及び第２発電電動機８２は、いずれも内部に永久磁石を有するロータと、三相コイルが巻回されたステータを含む。第１発電電動機８１及び第２発電電動機８２は、発電電動機として動作するとともに発電機として動作することも可能である。第１発電電動機８１は、主に発電機として用いられ、更に、内燃機関８３の始動時には内燃機関８３のクランキングを行う。第２発電電動機８２は、主として発電電動機として用いられ、車両１０の駆動力を発生させる。なお、第１発電電動機８１及び第２発電電動機８２は、回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサを備え、回転位置検出センサからの信号が制御部１００に送られる。

内燃機関８３は、ガソリン燃料機関であり、制御部１００によって吸入空気量及び燃料噴射量等が制御されることによってトルクを発生する。

動力分割機構９０は遊星歯車機構を備え、内燃機関８３、第１発電電動機８１及び第２発電電動機８２からのトルクを変換し、そのトルクを減速機構９１及び車軸９２を介してディファレンシャルギア９３に出力するようになっている。ディファレンシャルギア９３に出力されたトルクは、駆動輪９４に伝達される。なお、動力分割機構９０及びその制御方法は周知であり、特開２００９−１２６４５０号公報（米国公開特許番号 ＵＳ２０１０／０２４１２９７）、及び、特開平９−３０８０１２号公報（米国出願日１９９７年３月１０日の米国特許第６，１３１，６８０号）等に詳細に記載されている。これらは、参照することにより本願明細書に組み込まれる。

コンバータ３０の一対の低圧側端子部（Ｐ２，Ｎ２）の間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９５を介して補機蓄電装置９６が接続されている。補機蓄電装置９６に蓄積された電力は、図示しない前照灯等の電装機器の駆動の他、制御部１００を動作させるためにも用いられる。

制御部１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含むマイクロコンピュータを主要部品として有する電子制御ユニットである。なお、制御部１００は、車両１０のシステム全体を制御するコントローラ、内燃機関８３を制御するエンジンコントローラ、第１インバータ４０及び第２インバータ６０等を制御するＭＧコントローラ、蓄電池２１の監視等を行う電池コントローラ、図示しない制動装置を制御するブレーキコントローラ等の複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit ）から構成されていてもよい。これらのコントローラは互いに通信線を通じて情報を交換する。

制御部１００は、リレーＳＭＲ１〜３に対して指令を送り、蓄電池２１とコンバータ３０とを電気的に接続したり遮断したりすることができる。

制御部１００は、車両１０の走行速度、アクセルペダルの踏込量、内燃機関８３の回転速度、第１発電電動機８１の回転速度、第２発電電動機８２の回転速度、蓄電池２１の残容量（ＳＯＣ）、第１電圧センサ２２により計測される一次側電圧ＶＬ及び第２電圧センサ２３により計測される二次側電圧ＶＨ等を取得するようになっている。

なお、制御部１００は、内燃機関８３を停止した状態において、第１発電電動機８１及び第２発電電動機８２の少なくとも一方を作動させながら車両１０を走行させるＥＶ走行モード、並びに内燃機関８３、第１発電電動機８１及び第２発電電動機８２の少なくとも一つを作動させながら車両１０を走行させるＨＶ走行モード、のいずれかを選択的に実現することができる。制御部１００は、蓄電池２１の残容量、車速及び図示しないアクセルペダルの踏込量等に基づいて何れのモードによって走行するかを決定する。

係るＨＶ走行モード及びＥＶ走行モードによるハイブリッド車両の走行制御は周知であり、例えば、特開２００９−１２６４５０号公報（米国公開特許番号 ＵＳ２０１０／０２４１２９７）及び特開平９−３０８０１２号公報（米国出願日１９９７年３月１０日の米国特許第６，１３１，６８０号）等に詳細に記載されている。これらは、参照することにより本願明細書に組み込まれる。

（作動）
以下、電源装置１１の作動について、図２を参照しながら説明する。図２には、一次側電圧（第１電圧センサ２２出力）ＶＬ、ＯＶＬ信号、カウンタｃ、コンバータ３０の上アーム３０ａの作動−強制停止状態、コンバータ３０の下アーム３０ｂの作動−強制停止状態及び第１インバータ４０の作動−強制停止状態についてのタイムチャートが示される。なお、第２インバータ６０の作動−強制停止状態は、第１インバータ４０と同様であり、図示及び説明を省略する。

上記「作動状態」とは、以下に定義される状態をいう。
・コンバータ３０の上アーム３０ａの場合：
上アーム３０ａのスイッチング素子（ＩＧＢＴ３３）の状態をオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えることにより二次側電圧ＶＨを降圧する降圧動作を行っている状態。
・コンバータ３０の下アーム３０ｂの場合：
下アーム３０ｂのスイッチング素子（ＩＧＢＴ３５）の状態をオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えることにより蓄電池２１からコンバータ３０に印加される一次側電圧ＶＬを昇圧する昇圧動作を行っている状態。
・第１インバータ４０（第２インバータ６０）の場合：
複数のレグのスイッチング素子（ＩＧＢＴ４１〜４６）の各状態をオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えることにより二次側電圧ＶＨを交流電圧へと変換している状態。又は、ＩＧＢＴ４１〜４６の各状態をオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えることにより第１発電電動機８１（第２発電電動機８２）から供給される交流電力を直流電力へと変換している状態。

上記「強制停止状態」とは、以下に定義される状態をいう。
コンバータ３０、第１インバータ４０（第２インバータ６０）において、各スイッチング素子の状態を常にオフ状態に維持している状態。

なお、以下に述べる「通常動作」とは、コンバータ３０の上アーム３０ａ、下アーム３０ｂ及び第１インバータ４０（第２インバータ６０）が総て「作動状態」にあることをいう。更に、以下に述べる「通常走行」とは、電源装置１１が「通常動作」している状態にて電源装置１１を搭載した車両１０が走行していることをいう。

先ず、一次側電圧ＶＬの値が所定閾値Ｖthよりも低い状態であるにもかかわらず、ＯＶＬ信号が発生する場合について図２（Ａ）を参照しながら説明する。電源装置１１に何らの異常も発生しておらず、通常動作している場合、一次側電圧ＶＬは所定閾値Ｖthよりも低い。この状態が図２（Ａ）の時刻ｔ０に示された状態に相当している。即ち、通常動作において、コンバータ３０の上アーム３０ａ、下アーム３０ｂ及び第１インバータ４０は総て「作動状態」である。カウンタｃは、後述するように、ＯＶＬ信号が「０」から「１」へと変化した時点からインクリメントを開始し、その値がｃmax となるまで、インクリメントを行う。なお、カウンタｃの値は、電源装置１１が通常動作している場合には「０」に設定されている。ＯＶＬ信号は、一次側電圧ＶＬの値が所定閾値Ｖthよりも低いので「０」の値を示す。

通常動作が行われている場合に、一次側電圧ＶＬの値が所定閾値より低い値を示しているにもかかわらず、過電圧判定部３８の故障によってＯＶＬ信号が「０」から「１」へと変化すると（時刻ｔ１）、カウンタｃの値が「１」ずつ増大され始める（インクリメントされ始める）。加えて、コンバータ３０の上アーム３０ａ、下アーム３０ｂ及び第１インバータ４０は「作動状態」から「強制停止状態」へと移行させられる。その結果、第１発電電動機８１及び第２発電電動機８２への電力の供給は停止するため、それらは車両の駆動力を発生できなくなる。

この状態（即ち、カウンタｃの値がインクリメントされている状態）が所定時間ｔprd 継続した時刻ｔ２になると、カウンタｃの値は閾値ｃmax に到達する。このとき、コンバータ３０の下アーム３０ｂ及び第１インバータ４０の状態は「強制停止状態」から「作動状態」へと移行させられる。一方、コンバータ３０の上アーム３０ａの状態は「強制停止状態」に維持される。なお、カウンタｃの値は閾値ｃmax に到達した後、「０」に設定される。

この場合、電源装置１１は、コンバータ３０に「過電圧異常」が発生していると判断し、車両の走行モードを「退避走行モード」へ移行する。

次に、低圧側回路に過電圧が発生して一次側電圧ＶＬが所定閾値Ｖthを超えた後、再び所定閾値Ｖthを下回る（一次側電圧ＶＬが正常値に復帰する）場合について図２（Ｂ）を参照しながら説明する。

電源装置１１に何らの異常も発生しておらず、通常動作している場合、一次側電圧ＶＬは所定閾値Ｖthよりも低い。この状態が図２（Ｂ）の時刻ｔ０に示された状態に相当している。即ち、通常動作において、コンバータ３０の上アーム３０ａ、下アーム３０ｂ及び第１インバータ４０は総て「作動状態」である。

通常動作が行われている場合に何等かの原因により第１電圧センサ２２により検出される一次側電圧ＶＬが上昇を開始し時刻ｔ３にて所定閾値Ｖthを超えると、ＯＶＬ信号が「０」から「１」へと変化し、カウンタｃの値が「１」ずつ増大され始める。加えて、コンバータ３０の上アーム３０ａ、下アーム３０ｂ及び第１インバータ４０は「作動状態」から「強制停止状態」へと移行させられる。

この状態において、何等かの原因により一次側電圧ＶＬが低下を開始し一次側電圧ＶＬが時刻ｔ４（時刻ｔ５になる前）にて所定閾値Ｖthを下回ると、ＯＶＬ信号が「１」から「０」へと変化し、コンバータ３０の下アーム３０ｂ及び第１インバータ４０の状態は「強制停止状態」から「作動状態」へと移行させられる。一方、コンバータ３０の上アーム３０ａの状態は「強制停止状態」に維持される。

この場合、電源装置１１は、コンバータ３０に「過電圧異常」が発生していると判断し、車両の走行モードを「退避走行モード」へ移行する。なお、一次側電圧ＶＬが所定閾値Ｖthを超えてから再び所定閾値Ｖthを下回るまでの時間は復帰時間ｔrcv と称呼される。

このように、電源装置１１は、コンバータ３０の昇圧動作が可能な状態にて車両の退避走行を可能にする。その結果、本電源装置によれば、大きな駆動力にて車両を退避させることが可能となる。なお、周知の制御方法により、上記退避走行モードにおいても、図示しないアクセルペダルの踏込量に応じて第１発電電動機８１及び第２発電電動機８２が発生するトルクが変更されるようになっている。

＜具体的作動＞
次に、電源装置１１の具体的作動について、図３を参照しながら説明する。図３は、制御部１００のＣＰＵが実行する「走行モード決定ルーチン」を示している。

以下、（Ａ）通常走行中である（過電圧が発生していない）場合、（Ｂ）通常走行中にＯＶＬ信号が「０」から「１」に変化した場合及び（Ｃ）退避走行中の場合、について場合分けをして説明する。以下において、強制停止フラグＸstopは、コンバータ３０の上アーム３０ａ、下アーム３０ｂ及びインバータ（第１インバータ４０及び第２インバータ６０）の総てが強制停止状態となっているとき、その値が「１」に設定され、それ以外のときは「０」に設定されるフラグである。

（Ａ）通常走行中である場合。
ＣＰＵは図３に示した「走行モード決定ルーチン」を所定時期の経過毎に実行するようになっている。従って、適当なタイミングにてＣＰＵは図３のステップ３００から処理を開始し、ステップ３１０に進んで本電源装置が適用される車両が退避走行中でないか否かを判定する。前述の仮定によれば、車両は退避走行中ではない。従って、ＣＰＵはステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３２０に進んでＯＶＬ信号が「０」から「１」へ変化したか否かを判定する。

現時点において、ＯＶＬ信号は「０」を維持している。即ち、ＯＶＬ信号は「０」から「１」へと変化していない。従って、ＣＰＵはステップ３２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３７０に進み、強制停止フラグＸstopの値が「１」であるか否かを判定する。現時点において、コンバータ３０の上アーム３０ａ、下アーム３０ｂ及びインバータ（第１インバータ４０及び第２インバータ６０）は強制停止状態となっていないので、強制停止フラグＸstopの値は「０」である。従って、ＣＰＵはステップ３７０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３８０に進み、カウンタｃの値を「０」に設定してステップ３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。即ち、車両１０の通常走行が継続される。

（Ｂ）通常走行中にＯＶＬ信号が「０」から「１」に変化した場合。
適当なタイミングにてＣＰＵは図３のステップ３００から処理を開始し、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３２０に進む。

前述の仮定によれば、現時点において、ＯＶＬ信号が「０」から「１」に変化している。従って、ＣＰＵはステップ３２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３３０に進み、コンバータ３０の上アーム３０ａ並びに下アーム３０ｂ及びインバータ（第１インバータ４０及び第２インバータ６０）を「強制停止状態」にするとともに、強制停止フラグＸstopの値を「１」に設定する。

その後、ＣＰＵはステップ３４０に進んで、カウンタｃの値を「１」に設定してステップ３５０に進み、カウンタｃの値が所定値ｃmax （所定時間ｔprd ）以上であるか否かを判定する。現時点においてカウンタｃの値は「１」に設定されており、所定値ｃmax に達していない（所定時間ｔprd に達していない）。よって、ＣＰＵはステップ３５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

その後、ＣＰＵは適当なタイミングになると図３に示したルーチンを再び実行する。即ち、所定のタイミングにて、ＣＰＵは再びステップ３００から処理を開始し、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３２０に進み、「Ｎｏ」と判定してステップ３７０に進む。現時点において、強制停止フラグＸstopの値は「１」である。従って、ＣＰＵはステップ３７０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３４０に進み、カウンタｃの値を「２」に設定してステップ３５０に進む。現時点においてカウンタｃの値は「２」に設定されているので、所定値ｃmax よりも小さい。よって、ＣＰＵはステップ３５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

以上から理解されるように、カウンタｃの値が所定値ｃmax 以上とならない期間において、ＣＰＵはステップ３００〜ステップ３２０、ステップ３７０、ステップ３４０〜ステップ３５０及びステップ３９５の処理を繰り返し実行する。よって、カウンタｃの値は、適当なタイミングになると「１」ずつ増大し、その後、所定値ｃmax 以上となる。

カウンタｃの値が所定値ｃmax 以上となると、ＣＰＵはステップ３５０に進んだとき、そのステップ３５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３６０に進み、コンバータ３０の上アーム３０ａの「強制停止状態」を維持し、コンバータ３０の下アーム３０ｂ、インバータ４０及び６０を「作動状態」に移行させる。更に、ＣＰＵはステップ３６０にてカウンタｃの値を「０」に設定するとともに、強制停止フラグＸstopの値を「０」に設定し、ステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

つまり、ＣＰＵはステップ３６０にて、車両１０を「退避走行モード」に移行する。前述したように「退避走行モード」は、コンバータ３０の上アーム３０ａのスイッチング素子のみを強制停止して下アーム３０ｂのスイッチング素子は作動しているので、コンバータ３０は昇圧動作が行える。よって、本電源装置は、通常の走行状態と同等の二次電圧下で車両１０の退避走行を可能にする。なお、このときＣＰＵは車室内にある警告ランプを点灯させ、バックアップＲＡＭに「低圧側回路に過電圧が発生している旨」を書き込んでもよい。

（Ｃ）退避走行中である場合。
適当なタイミングにてＣＰＵは図３のステップ３００から処理を開始し、ステップ３１０に進み「Ｎｏ」と判定してステップ３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。即ち、車両１０の退避走行が継続される。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る電源装置によれば、低圧側回路に過電圧が発生した可能性があると判定された状態が所定時間以上継続した場合には、コンバータの上アームが故障したと判断してコンバータの上アームのスイッチング素子のみを強制停止させる。その結果、退避走行モードであってもコンバータの昇圧動作が可能となり、大きな駆動力にて車両の退避走行をさせることができる。

＜その他の実施形態＞
本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

前述したように、本実施形態はハイブリッド自動車への適用に限らず、発電電動機を車両駆動力の発生源（駆動源）として有する車両にも適用することができる。例えば、本実施形態は、電気自動車、燃料電池自動車にも適用することができる。

１１…電源装置、１２…負荷装置、２１…蓄電池、２２…第１電圧センサ、３０…コンバータ、３０ａ…上アーム、３０ｂ…下アーム、３２…リアクトル、３３…第１のＩＧＢＴ、３４…ダイオード、３５…第２のＩＧＢＴ、３６…ダイオード、３８…過電圧判定部、４０…第１インバータ、６０…第２インバータ、８１…第１発電電動機、８２…第２発電電動機、８３…内燃機関、１００…電子制御装置。

Claims (1)

1. 車両の駆動力を発生する駆動源として発電電動機を搭載した車両に適用され、充放電可能な蓄電池と、コンバータと、過電圧判定部と、インバータと、制御部と、を備える電源装置において、
   前記コンバータは、
   スイッチング素子を含む上アーム及び前記上アームに直列接続されたスイッチング素子を含む下アームを有し、前記下アームの前記スイッチング素子の状態がオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えられることにより前記蓄電池から前記コンバータに印加される一次側電圧を昇圧して同昇圧した電圧を二次側電圧として前記インバータに印加する、電圧変換動作を行うように構成され、
   前記過電圧判定部は、
   前記一次側電圧が所定閾値以上であるか否かを判定するように構成され、
   前記インバータは、
   スイッチング素子を含む上アーム及び前記上アームに直列接続されたスイッチング素子を含む下アームを含むレグを複数有し、前記複数のレグの前記スイッチング素子の各状態がオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えられることにより前記二次側電圧を交流電圧へと変換して前記発電電動機に印加する、直流交流変換動作を行うように構成され、
   前記制御部は、前記コンバータに前記電圧変換動作を行わせ且つ前記インバータに前記直流交流変換動作を行わせるとともに、前記過電圧判定部により前記一次側電圧が前記所定閾値以上となったと判定されたときには前記コンバータの総てのスイッチング素子の状態及び前記インバータの総てのスイッチング素子の状態をオフ状態に維持し、前記過電圧判定部により前記一次側電圧が前記所定閾値以上である状態が所定時間以上継続したと判定されたときには前記コンバータの前記上アームの前記スイッチング素子の状態をオフ状態に維持したまま前記コンバータの前記下アームのスイッチング素子の状態をオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えることにより前記一次側電圧を昇圧させ同昇圧させた電圧を前記二次側電圧として前記インバータに印加させるとともに前記インバータの前記複数のレグの前記スイッチング素子の各状態をオン状態とオフ状態との間で繰り返し切り替えることにより前記二次側電圧を前記交流電圧へと変換させて前記発電電動機に印加させるように構成された、
   電源装置。
   

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