JP2017028773A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線又は電力制御ユニットがショートモードの故障を発生してもサブバッテリを充電することが可能な技術を提供する。【解決手段】本明細書で開示する電気自動車２では、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側のメイン電源配線１０又はＰＣＵ１２内でショートモードの故障が検出された場合、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作及び降圧動作を停止し、かつ、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作を開始することで、メインバッテリ４からサブ電源配線２４に電力を供給する。これにより、サブ電源配線２４を介してサブバッテリ２２が充電される。そのため、当該電気自動車２は、ＥＣＵ６０による退避走行の制御を行うことが可能になる。【選択図】図４

Description

本明細書が開示する技術は、走行用のモータを備える電気自動車に関する。本明細書における電気自動車には、エンジンを備えることなく走行用のモータだけを備える電気自動車と、走行用のモータ及びエンジンの両者を備えるハイブリッド車の双方を含む。

特許文献１に、メインバッテリと、メインバッテリに接続されたメイン電源配線と、メイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを備える電力制御ユニットと、メインバッテリと電力制御ユニットの間でメイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、メインバッテリより低電圧のサブバッテリと、サブバッテリに接続されたサブ電源配線と、スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線とサブ電源配線の間を接続しておりサブ電源配線からメイン電源配線へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が可能なＤＣ−ＤＣコンバータと、を備える電気自動車が開示されている。

上記のような電気自動車においては、スイッチを非導通から導通へ切り換える際に、メインバッテリの電圧と、電力制御ユニットの平滑コンデンサの電圧が相違している場合、スイッチが導通に切り換わった直後に、メイン電源配線に大きな突入電流が流れることがある。そこで、スイッチを非導通から導通に切り換える前に、メインバッテリの電圧と平滑コンデンサの電圧が一致するように、平滑コンデンサのプリチャージを行う。特許文献１の電気自動車では、スイッチが非導通から導通に切り換わる前に、ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧動作を行うことにより、サブバッテリから電力を供給して平滑コンデンサのプリチャージを行う。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータでは内部のインダクタやトランスにより出力電流の急変が抑制されるため、平滑コンデンサに大きな突入電流が流れ難い。また、特許文献１の電気自動車では、ＤＣ−ＤＣコンバータが降圧動作を行うことにより、メインバッテリ又は平滑コンデンサの電圧をサブバッテリに適した電圧に降圧してサブバッテリの充電を行う。

特開２００７−３１８８４９号公報

上記の電気自動車では、昇圧動作や降圧動作を行うＤＣ−ＤＣコンバータがスイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線に常に接続されている。また、メインバッテリは、メイン電源配線を介して接続される以外、ＤＣ−ＤＣコンバータに対しては他の接続ルートがない。そのため、例えば、スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線が低電圧側と短絡状態（地絡状態）になるショートモードの故障が、電力制御ユニットや平滑コンデンサなどに発生した場合には、メインバッテリや平滑コンデンサの電圧は低電圧側に落ちる。保護回路や保護ヒューズを備えている場合には、これらが機能して短絡回路が切断される。したがって、たとえＤＣ−ＤＣコンバータが正常に降圧動作をすることが可能であったとしても、当該ＤＣ−ＤＣコンバータはサブバッテリを充電することができない。本明細書では、スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線又は電力制御ユニットがショートモードの故障を発生してもサブバッテリを充電することが可能な技術を提供する。

本明細書が開示する電気自動車は、メイン電源配線が接続されたメインバッテリと、メイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを備える電力制御ユニットと、メインバッテリと電力制御ユニットの間でメイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、メインバッテリより低電圧でありサブ電源配線が接続されたサブバッテリと、スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線とサブ電源配線の間を接続しておりサブ電源配線とメイン電源配線の間において昇圧動作及び降圧動作が可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、スイッチよりもメインバッテリ側のメイン電源配線とサブ電源配線の間を接続しておりメイン電源配線からサブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータを備えている。そして、スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線又は電力制御ユニットにショートモードの故障が検出された場合、第１ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧動作及び降圧動作を停止し、かつ、第２ＤＣ−ＤＣコンバータが降圧動作を開始することで、メインバッテリからサブ電源配線に電力を供給する。ショートモードの故障は、典型的には、スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線がそれよりも電圧の低い低電圧側（例えば、グランド側又はアース側）と短絡状態（地絡状態）になる故障である。

上記の電気自動車では、スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線又は電力制御ユニットにショートモードの故障が検出された場合、第１ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧動作及び降圧動作を停止し、かつ、第２ＤＣ−ＤＣコンバータが降圧動作を開始することで、メインバッテリからサブ電源配線に電力を供給する。これにより、このようなショートモードの故障がスイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線又は電力制御ユニットに発生した場合においても、第２ＤＣ−ＤＣコンバータの降圧動作によってサブ電源配線を介してサブバッテリが充電される。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

実施例の電気自動車の電気系統のブロック図である。 実施例の電力制御ユニットの構成例を示す回路図である。 実施例の第１ＤＣ−ＤＣ及び第２ＤＣ−ＤＣの構成例を示す回路図である。 実施例の電気自動車において、ＳＭＲよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線又は電力制御ユニットがショートモードの故障を発生した場合におけるサブバッテリの充電時の電流経路を示す説明図である。 実施例の電気自動車において、上記ショートモードの故障を発生した場合にＥＣＵが実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。

図面を参照して実施例の電気自動車を説明する。図１に、実施例の電気自動車２の電気系統のブロック図を示す。本実施例の電気自動車２は、エンジン６１の動力を利用して走行したり、メインバッテリ４の電力を利用して走行したりするハイブリッド車である。メインバッテリ４の電力を利用して走行する場合、電気自動車２は、メインバッテリ４から供給される電力により第２モータ８を駆動し、第２モータ８の動力によって駆動輪（図示せず）を回転させる。エンジン６１を利用して走行する場合には、電気自動車２は、第１モータ６をセルモータとして使用しエンジン６１を始動させる。そして、電気自動車２は、動力分割機構６２によって、エンジン６１が発生させた動力の一部を駆動輪に伝達する一方で、その残りの動力を第１モータ６に伝達させて第１モータ６に発電させる。第１モータ６で発電した電力は、第２モータ８に供給して駆動輪の回転に利用したり、メインバッテリ４に充電したりすることもできる。

なお、エンジン６１を利用して走行している際に、さらにメインバッテリ４からも第２モータ８に電力を供給して、駆動輪を回転させることも可能である。以下では、メインバッテリ４から電力を供給することなく、第２モータ８で発電した電力だけで第１モータ６を駆動して走行することを、バッテリレス走行という。走行中の電気自動車２が減速する際には、第２モータ８で回生発電し、第２モータ８で発電した電力をメインバッテリ４に充電することができる。

メインバッテリ４は、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である。本実施例では、メインバッテリ４の電圧は約３００Ｖ（ボルト）である。メインバッテリ４は、メイン電源配線１０を介して電力制御ユニット（ＰＣＵ）１２に接続されている。メイン電源配線１０は、メインバッテリ４の正極端子に接続された正極線１０ａと、メインバッテリ４の負極端子に接続された負極線１０ｂを備えている。

メインバッテリ４は、正極線１０ａ及び負極線１０ｂのメインバッテリ４側を介してＳＭＲ２０に接続されている。ＳＭＲ２０は、メイン電源配線１０の正極線１０ａの導通と非導通を切り換えるスイッチ２０ａと、メイン電源配線１０の負極線１０ｂの導通と非導通を切り換えるスイッチ２０ｂを備えている。即ち、ＳＭＲ２０は、メイン電源配線１０の導通と非導通を切り換える。なお、非導通は、遮断という場合もある。本実施例では、メインバッテリ４とＳＭＲ２０の間にヒューズ５ａ、５ｂが設けられている。ヒューズ５ａは、定格以上の電流が正極線１０ａに流れると溶断して非導通になり、ヒューズ５ｂも同様に定格以上の電流が負極線１０ｂに流れると溶断して非導通になる。ヒューズ５ａ、５ｂは、予め定められた大きさ以上の電流が正極線１０ａや負極線１０ｂに流れた場合に電流を遮断してメインバッテリ４などを保護する。

ＰＣＵ１２は、メインバッテリ４と、第１モータ６及び第２モータ８との間に設けられている。ＰＣＵ１２は、制御回路１３（図２参照）、平滑コンデンサ１４、１５、電圧センサ１４ａ、コンバータ１６及びインバータ１７を備えている。平滑コンデンサ１４は、メイン電源配線１０の電圧を平滑化する。電圧センサ１４ａは、平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬを測定する。平滑コンデンサ１５は、コンバータ１６とインバータ１７の間の電圧を平滑化する。これらは、図２に示すように、筐体５８に収容されている。図２に、ＰＣＵ１２の構成例を示す。ここからは、図２も併せて参照する。

コンバータ１６は、メインバッテリ４から供給される電力の電圧を、必要に応じて第１モータ６や第２モータ８の駆動に適した電圧まで昇圧する。またコンバータ１６は、第１モータ６や第２モータ８が発電した電力の電圧を、メインバッテリ４への充電に適した電圧まで降圧させたりもする。本実施例では、第１モータ６や第２モータ８の駆動に用いる電圧は約６００Ｖである。コンバータ１６は、メイン電源配線１０の正極線１０ａに一端側が直列に接続されるインダクタ１６ａと、互いに直列に接続されるスイッチング素子１６ｂ、１６ｃと、これらのスイッチング素子１６ｂ、１６ｃに並列に接続された還流ダイオード１６ｄ、１６ｅとを備えている。インダクタ１６ａの他端側は、スイッチング素子１６ｂとスイッチング素子１６ｃの間に接続されている。直列接続されたスイッチング素子１６ｂ、１６ｃの両端には、平滑コンデンサ１５とインバータ１７が接続されている。なお、正極線１０ａ側（高電圧側）に接続されるスイッチング素子１６ｂのことを上アームといい、負極線１０ｂ側（低電圧側）に接続されるスイッチング素子１６ｃのことを下アームともいう。

インバータ１７は、コンバータ１６から供給される直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力に変換して第１モータ６や第２モータ８を駆動する三相交流電力を供給したり、第１モータ６や第２モータ８が発電した三相交流電力を直流電力に変換してコンバータ１６へ供給したりする。また、インバータ１７は、第１モータ６及び第２モータ８の一方が発電した三相交流電力を、一旦、直流電力に変換しさらに三相交流電力に変換して、第１モータ６及び第２モータ８の他方に供給したりもする。即ち、インバータ１７は、第１インバータ（ＩＮＶ−Ａ）１８と第２インバータ（ＩＮＶ−Ｂ）１９の２つのインバータを備えている。これらは同様に構成されている。そのため、ここでは第１インバータ１８の構成を説明する。

第１インバータ１８は、スイッチング素子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆと、これらのスイッチング素子１８ａ−１８ｆに夫々並列に接続された還流ダイオード１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｍを備えている。スイッチング素子１８ａとスイッチング素子１８ｂは直列に接続されており、またスイッチング素子１８ｃとスイッチング素子１８ｄも直列に接続されている。スイッチング素子１８ｅとスイッチング素子１８ｆも直列に接続されている。これらの直列接続されたスイッチング素子１８ａ、１８ｂ、スイッチング素子１８ｃ、１８ｄ及びスイッチング素子１８ｅ、１８ｆは、平滑コンデンサ１５に並列に接続されている。スイッチング素子１８ａとスイッチング素子１８ｂの間、スイッチング素子１８ｃとスイッチング素子１８ｄの間、スイッチング素子１８ｅとスイッチング素子１８ｆの間、には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子が接続されている。これらの端子には、第１モータ６の三相コードが接続される。第２インバータ１９の端子には、第２モータ８の三相コードが接続される。なお、高電圧側に接続されるスイッチング素子１８ａ、１８ｃ、１８ｅのことを上アームといい、低電圧側に接続されるスイッチング素子１８ｂ、１８ｄ、１８ｆのことを下アームともいう。

制御回路１３は、ＥＣＵ６０と通信可能であり、ＥＣＵ６０からの指示に従って、コンバータ１６のスイッチング素子１６ｂ、１６ｃと、第１インバータ１８のスイッチング素子１８ａ−１８ｆと、第２インバータ１９のスイッチング素子（図示せず）の動作を制御する。例えば、制御回路１３は、コンバータ１６に対して、スイッチング素子１６ｂ、１６ｃが交互にオン／オフするようにスイッチング素子１６ｂ、１６ｃのオン／オフのタイミングを調整する。昇圧動作では、スイッチング素子１６ｃのオン期間（スイッチング素子１６ｂのオフ期間）にインダクタ１６ａに蓄積された電気エネルギが、スイッチング素子１６ｂのオン期間（スイッチング素子１６ｃのオフ期間）に平滑コンデンサ１５側に流れる。これにより、平滑コンデンサ１４側から入力された電圧（メインバッテリ４の電圧）が昇圧されて平滑コンデンサ１５側に出力される。逆に、平滑コンデンサ１５側から入力された電圧が降圧されて平滑コンデンサ１４側に出力される降圧動作では、スイッチング素子１６ｂのオン期間（スイッチング素子１６ｃのオフ期間）にインダクタ１６ａに蓄積された電気エネルギが、スイッチング素子１６ｃのオン期間（スイッチング素子１６ｂのオフ期間）に負極線１０ｂ側に流れる。昇圧動作及び降圧動作は、いずれもスイッチング素子１６ｂ、１６ｃのオン／オフのタイミングを調整してデューティ比を最適な値に設定することによって、昇圧動作では第１モータ６や第２モータ８の駆動に適した電圧に昇圧したり、降圧動作ではメインバッテリ４の充電に適した電圧に降圧したりする。

電気自動車２は、メインバッテリ４よりも電圧が低いサブバッテリ２２を備えている。サブバッテリ２２は、典型的には、鉛蓄電池で構成される二次電池である。本実施例では、サブバッテリ２２の電圧は約１３Ｖである。サブバッテリ２２は、サブ電源配線２４を介して、パワーステアリングやエアーコンディショナなどの補機２６に接続されている。ＥＣＵ６０も補機２６の一つとして、サブバッテリ２２から駆動電力の供給を受ける。サブ電源配線２４は、サブバッテリ２２の正極端子に接続された正極線２４ａと、サブバッテリ２２の負極端子に接続された負極線２４ｂを備えている。サブ電源配線２４の負極線２４ｂは、典型的には、接地電位（基準電位）である。

ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側のメイン電源配線１０とサブ電源配線２４とは、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介して接続されている。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８は、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作を行い、またサブ電源配線２４からメイン電源配線１０へ昇圧して電力を供給する昇圧動作を行う。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８は、いわゆる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ）である。電気自動車２では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が降圧動作を行うことで、ＳＭＲ２０の導通／非導通に関わらず、第１モータ６や第２モータ８が発電した電力をサブバッテリ２２に充電する。また、電気自動車２では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作を行うことで、ＳＭＲ２０の導通／非導通に関わらず、サブバッテリ２２の電力を利用して第１モータ６や第２モータ８を駆動する。

ＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４側のメイン電源配線１０とサブ電源配線２４とは、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介して接続されている。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作を行う。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、いわゆる単方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ）である。電気自動車２では、ＳＭＲ２０の導通時に、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が降圧動作を行い、かつ第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作を行う。これにより、メインバッテリ４からの電力や、第１モータ６や第２モータ８が発電した電力を、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の両方を介して、サブバッテリ２２に充電する。この場合、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のいずれか一方を介してサブバッテリ２２に充電する場合に比べて、サブバッテリ２２に供給される電流が大きくなる。そのため、サブバッテリ２２の充電に要する時間が短くなる。

電気自動車２は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）６０を備えている。ＥＣＵ６０には、電圧センサ１４ａなど、電気自動車２に搭載された各種のセンサの検出信号が入力される。本実施例では、電圧センサ１４ａから平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬの検出信号が入力される。ＥＣＵ６０は、ＰＣＵ１２、ＳＭＲ２０、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０など、電気自動車２の電気系統を構成する各構成要素の動作を制御する。また、ＥＣＵ６０は、エンジン６１の点火機構、燃料噴射機構、給排気機構等の動作を制御する。ＥＣＵ６０は、電圧センサ１４ａから入力される検出信号に基づいて、平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬが０Ｖ（ゼロボルト）又は０Ｖに近い電圧である場合に、正極線１０ａ（高電圧側）と負極線１０ｂ（低電圧側）が短絡（地絡）してショートモードの故障が発生したと判断する。

図３に、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の構成例を示す。以下の説明では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８に関しメイン電源配線１０側（ＰＣＵ１２側）を一次側といい、サブ電源配線２４側（サブバッテリ２２側）を二次側という。同様に、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に関しメイン電源配線１０側（メインバッテリ４側）を一次側といい、サブ電源配線２４側（サブバッテリ２２側）を二次側という。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８は、一次側フィルタ３２、一次側回路３４、トランス３６、二次側回路３８、二次側フィルタ４０及び制御回路４２を備えている。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８は、トランス３６を介する絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータである。本実施例では、一次側フィルタ３２、一次側回路３４、トランス３６、二次側回路３８、二次側フィルタ４０及び制御回路４２は、筐体５６内に収容されている。

一次側フィルタ３２は、コンデンサ３２ａで構成されており、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のメイン電源配線１０側でのノイズの発生を抑制する。一次側回路３４は、スイッチング素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄと、これらのスイッチング素子３４ａ−３４ｄに夫々並列に接続された還流ダイオード３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈを備えている。スイッチング素子３４ａとスイッチング素子３４ｂは直列に接続されており、またスイッチング素子３４ｃとスイッチング素子３４ｄも直列に接続されている。これらの直列接続されたスイッチング素子３４ａ、３４ｂ及びスイッチング素子３４ｃ、３４ｄは、一次側フィルタ３２のコンデンサ３２ａに並列に接続されている。一次側回路３４は、スイッチング回路といわれる場合もある。

トランス３６は、一次側コイル３６ａと二次側コイル３６ｂを備えている。これらのコイルは所定の巻線比でコアに巻回されている。この巻線比に応じて、トランス３６では、一次側コイル３６ａから二次側コイル３６ｂへ降圧して電力を供給し、また二次側コイル３６ｂから一次側コイル３６ａへ昇圧して電力を供給する。一次側コイル３６ａの一端は、スイッチング素子３４ａとスイッチング素子３４ｂの間に接続されており、また一次側コイル３６ａの他端は、スイッチング素子３４ｃとスイッチング素子３４ｄの間に接続されている。

二次側回路３８は、スイッチング素子３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと、これらのスイッチング素子３８ａ−３８ｄに並列に接続された還流ダイオード３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、並びにインダクタ３８ｉ及びコンデンサ３８ｊを備えている。スイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｂは直列に接続されており、またスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｄも直列に接続されている。インダクタ３８ｉとコンデンサ３８ｊは、トランス３６側から見てＬ型のローパスフィルタを構成するように接続されており、これらは、直列接続されたスイッチング素子３８ａ、３８ｂ及びスイッチング素子３８ｃ、３８ｄに対して、並列に接続されている。二次側コイル３６ｂの一端は、スイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｂの間に接続されており、また二次側コイル３６ｂの他端は、スイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｄの間に接続されている。二次側回路３８は、スイッチング回路といわれる場合もある。

二次側フィルタ４０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のサブ電源配線２４側でのノイズの発生を抑制する。本実施例では、二次側フィルタ４０は、二次側回路３８から見て、インダクタ４０ａとコンデンサ４０ｂによりＬ型のローパスフィルタを構成している。

制御回路４２は、ＥＣＵ６０（図１参照）と通信可能である。制御回路４２は、ＥＣＵ６０からの指示に従って、一次側回路３４のスイッチング素子３４ａ−３４ｄと、二次側回路３８のスイッチング素子３８ａ−３８ｄの動作を制御する。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の動作について説明する。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が降圧動作をする場合には、一次側回路３４において直流電力から交流電力に変換し、トランス３６において降圧して、二次側回路３８において交流電力から直流電力に変換する。この場合、二次側回路３８ではスイッチング素子３８ａ−３８ｄは動作することなく、還流ダイオード３８ｅ−３８ｈによる整流と、インダクタ３８ｉ及びコンデンサ３８ｊによる平滑化がなされる。これにより、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する。この際、制御回路４２が一次側回路３４のスイッチング素子３４ａ−３４ｄのオン／オフのタイミングを調整することで、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が降圧動作をするときのデューティ比を調整することが可能になる。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の降圧動作においては、デューティ比が大きくなるほどメイン電源配線１０（ＰＣＵ１２）からサブ電源配線２４へ供給される電力が増加する。

逆に、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作をする場合には、二次側回路３８において直流電力から交流電力に変換し、トランス３６において昇圧して、一次側回路３４において交流電力から直流電力に変換する。この場合には、一次側回路３４ではスイッチング素子３４ａ−３４ｄは動作することなく、還流ダイオード３４ｅ−３４ｈにより整流されて一次側フィルタ３２において平滑化される。これにより、サブ電源配線２４からメイン電源配線１０へ昇圧して電力を供給する。この際、制御回路４２が二次側回路３８のスイッチング素子３８ａ−３８ｄのオン／オフのタイミングを調整することで、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作をするときのデューティ比を調整することが可能になる。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の昇圧動作においては、デューティ比が大きくなるほどサブ電源配線２４からメイン電源配線１０（ＰＣＵ１２）へ供給される電力が増加する。

なお、図３に示した第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の一次側フィルタ３２、一次側回路３４、二次側回路３８、二次側フィルタ４０の具体的な回路構成はあくまでも一例であって、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８としては、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作と、サブ電源配線２４からメイン電源配線１０へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が可能であれば、どのような構成のものを用いてもよい。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、一次側フィルタ４４、一次側回路４６、トランス４８、二次側回路５０、二次側フィルタ５２及び制御回路５４を備えている。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータである。一次側フィルタ４４、一次側回路４６、トランス４８、二次側回路５０、二次側フィルタ５２及び制御回路５４は、筐体５７内に収容されている。

一次側フィルタ４４は、コンデンサ４４ａで構成されており、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のメイン電源配線１０側でのノイズの発生を抑制する。一次側回路４６は、スイッチング素子４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄと、これらのスイッチング素子４６ａ−４６ｄに並列に接続された還流ダイオード４６ｅ、４６ｆ、４６ｇ、４６ｈを備えている。スイッチング素子４６ａとスイッチング素子４６ｂは直列に接続されており、またスイッチング素子４６ｃとスイッチング素子４６ｄも直列に接続されている。これらのスイッチング素子４６ａ、４６ｂ及びスイッチング素子４６ｃ、４６ｄは、一次側フィルタ４４のコンデンサ４４ａに並列に接続されている。一次側回路４６は、スイッチング回路といわれる場合もある。

トランス４８は、一次側コイル４８ａと二次側コイル４８ｂを備えている。これらのコイルは所定の巻線比でコアに巻回されている。この巻線比に応じて、トランス４８では、一次側コイル４８ａから二次側コイル４８ｂに降圧して電力を供給する。一次側コイル４８ａの一端は、スイッチング素子４６ａとスイッチング素子４６ｂの間に接続されており、一次側コイル４８ａの他端は、スイッチング素子４６ｃとスイッチング素子４６ｄの間に接続されている。

二次側回路５０は、ダイオード５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、インダクタ５０ｅ、及びコンデンサ５０ｆを備えている。ダイオード５０ａ−５０ｄは、トランス４８の二次側コイル４８ｂから出力される交流電圧を直流電圧に整流し得るブリッジ回路を構成している。インダクタ５０ｅとコンデンサ５０ｆは、トランス４８側から見てＬ型のローパスフィルタを構成するように接続されており、これらは、整流回路としてブリッジ接続されたダイオード５０ａ−５０ｄに対して、並列に接続されている。二次側回路５０は、スイッチング回路といわれる場合もある。

二次側フィルタ５２は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のサブ電源配線２４側でのノイズの発生を抑制する。本実施例では、二次側フィルタ５２は、二次側回路５０から見て、インダクタ５２ａとコンデンサ５２ｂによりＬ型のローパスフィルタを構成している。

制御回路５４は、ＥＣＵ６０（図１参照）と通信可能である。制御回路５４は、ＥＣＵ６０からの指示に従って、一次側回路４６のスイッチング素子４６ａ−４６ｄの動作を制御する。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の動作を説明する。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作をする場合、一次側回路４６において直流電力から交流電力に変換し、トランス４８において降圧して、二次側回路５０において交流電力から直流電力に変換する。この場合、二次側回路５０ではダイオード５０ａ−５０ｄによる整流と、インダクタ５０ｅ及びコンデンサ５０ｆによる平滑化がなされる。これにより、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する。この際、制御回路５４が一次側回路４６のスイッチング素子４６ａ−４６ｄのオン／オフのタイミングを調整することで、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作をするときのデューティ比を調整することが可能になる。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の降圧動作においては、デューティ比が大きくなるほどメイン電源配線１０（メインバッテリ４）からサブ電源配線２４へ供給される電力が増加する。

なお、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０としては、図３に示すような、一次側回路４６がスイッチング素子４６ａ−４６ｄを備えており、制御回路５４が一次側回路４６の動作を制御する構成に限られない。例えば、二次側回路５０がスイッチング素子を備えており、制御回路５４が二次側回路５０の動作を制御する構成にしてもよい。また、一次側回路４６と二次側回路５０の夫々がスイッチング素子を備えており、制御回路５４が一次側回路４６と二次側回路５０のそれぞれの動作を制御する構成にしてもよい。また図３に示した第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の一次側フィルタ４４、一次側回路４６、二次側回路５０、二次側フィルタ５２の具体的な回路構成はあくまでも一例であって、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０としては、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能であれば、どのような構成のものを用いてもよい。

図１に示す電気自動車２において、ＳＭＲ２０を非導通から導通へ切り換える際に、メインバッテリ４の電圧と、ＰＣＵ１２の平滑コンデンサ１４の電圧が相違すると、ＳＭＲ２０が導通に切り換わった直後にメイン電源配線１０に大きな突入電流が流れる。そこで、電気自動車２においては、ＳＭＲ２０を非導通から導通へ切り換える前に、平滑コンデンサ１４のプリチャージを行う。プリチャージでは、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作を行うと共に、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作を行う。この場合、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のサブ電源配線２４側には、サブバッテリ２２から供給される電流に加えて、メインバッテリ４から第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介して供給される電流も入力される。これにより、平滑コンデンサ１４には、サブバッテリ２２から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介して電力が供給されるだけでなく、メインバッテリ４からも第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０及び第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介して電力が供給される。このような構成を採ることで、プリチャージに要する時間を短縮することが可能になり、またサブバッテリ２２の充電電力量が低減することを抑制することが可能になる。

ところで、図４に示すように、例えば、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側のメイン電源配線１０の正極線１０ａ（高電圧側）を負極線１０ｂ（低電圧側）と短絡状態（地絡状態）にするショートモードの故障がＰＣＵ１２に発生した場合には、メインバッテリ４や平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬは負極線１０ｂ（低電圧側）に落ちて０Ｖ又はそれに近い電圧になる。例えば、ＰＣＵ１２の平滑コンデンサ１４内で巻回されている電極フィルム同士がショートしたり、コンバータ１６の下アームを構成するスイッチング素子１６ｃの両端子間がショートしたりした場合には、正極線１０ａと負極線１０ｂが短絡状態になる。このほか、メイン電源配線１０の途中において、正極線１０ａと負極線１０ｂが短絡していても同様に平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬが０Ｖ又はそれに近い電圧になる。このような短絡状態においては、メイン電源配線１０（正極線１０ａ及び負極線１０ｂ）に定格以上の大電流が流れる。そのため、メインバッテリ４とＳＭＲ２０の間に設けられているヒューズ５ａ、５ｂの少なくとも一方が溶断して、ヒューズ５ａ、５ｂ（ＳＭＲ２０）よりもＰＣＵ１２側のメイン電源配線１０に流れる電流が遮断される。

このようにＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側のメイン電源配線１０に電流を流すことができない場合には、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作を行ってもＰＣＵ１２に電力を供給することができないばかりか、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の出力ショートによる故障にも繋がり得る。また、サブバッテリ２２は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の昇圧動作により無駄な電力を消費する一方で、積極的な充電がなされない。そこで、本実施例の電気自動車２では、ＥＣＵ６０による第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の制御として、図５に示す制御処理を実行する。図５に、本実施例の電気自動車２において、上記のショートモードの故障を発生した場合にＥＣＵ６０が実行する制御処理の流れを表すフローチャートを示す。この制御処理は、例えば、電気自動車２のパワーボタン（始動スイッチ）が押下されてレディ状態になった直後から開始され、それ以後、所定周期（例えば、５ミリ秒ごと）で繰り返し実行される。

本制御処理では、ＥＣＵ６０は、まずステップＳ２により、電圧センサ１４ａから入力される検出信号に基づいて、平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬを取得する。つまり、メイン電源配線１０の正極線１０ａ（高電圧側）の電圧ＶＬを得る。次のステップＳ４では、ＥＣＵ６０は、電圧センサ１４ａで検出される平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬ（高電圧側電圧ＶＬ）が０Ｖであるか否かを判断する。なお、ステップＳ４では、電圧ＶＬが０Ｖに近い電圧値（例えば、１Ｖ未満）であるか否かを判断してもよい。完全なショート（デッドショート）ではなく、短絡抵抗値がある値になるレアショートの場合もあり得るためである。

平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬが０Ｖ又は０Ｖに近い電圧値である場合には（Ｓ４；ＹＥＳ）、ステップＳ６に処理を移行して第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８に動作（昇圧動作及び降圧動作）を停止させる。これにより、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８による昇圧動作が止まるため、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の出力ショートによる故障を抑制するとともに、サブバッテリ２２の電力消費が軽減される。これに対して、平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬが０Ｖ又は０Ｖに近い電圧値でない場合には（Ｓ４；ＮＯ）、メイン電源配線１０が短絡状態（地絡状態）になるショートモードの故障は発生していないと判断されるため、本制御処理を終えて（エンド）、次回の実行開始に備える。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の動作を停止させると（Ｓ６）、ＥＣＵ６０は、続くステップＳ８により、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に動作を開始させる。これにより、メインバッテリ４からサブバッテリ２２に対する充電が始まる。そのため、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の昇圧動作によりサブバッテリ２２が蓄電した電力をある程度消費していたとしもそれを補うことが可能になる。

ところで、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側のメイン電源配線１０が短絡状態である場合には、ＰＣＵ１２のコンバータ１６は下アームのスイッチング素子１６ｃが機能しないため、昇圧動作や降圧動作を行うことができない（図２参照）。そのため、ＥＣＵ６０は、続くステップＳ１０の退避走行モードの処理として、まずスイッチング素子１６ｃの上アームのスイッチング素子１６ｂをオフ状態に固定する制御をコンバータ１６の制御回路１３に行わせる。退避走行とは、上記のようなメイン電源配線１０のショートモードなど、電気自動車２の走行に支障が生じ得る故障が発生した場合に、当該電気自動車２を安全な場所に移動させたり、例えば、修理工場が走行可能距離の範囲内に存在すればそこまで当該電気自動車２を移動させたりする走行のことである。

本実施例では、例えば、退避走行モードでは、メインバッテリ４から電力を供給することなく、第２モータ８で発電した電力だけで第１モータ６を駆動して走行する、バッテリレス走行を行う。なお、退避走行モードの処理（Ｓ１０）の開始前に当該電気自動車２がエンジン６１を利用して走行している場合には、ステップＳ１０の退避走行モードの処理は、バッテリレス走行に切り換えることなく、エンジン６１による走行を継続可能にＥＣＵ６０が制御する。

即ち、バッテリレス走行は、退避走行モードの処理（Ｓ１０）において、エンジン６１を始動させることができない場合に実施される。バッテリレス走行では、第２モータ８で発電した三相交流電力を第２インバータ（ＩＮＶ−Ｂ）１９で直流電力に変換した後、第１インバータ（ＩＮＶ−Ａ）１８に渡してこの直流電力をさらに三相交流電力に戻して第１モータ６に供給する。これらの処理を実行するＥＣＵ６０やＰＣＵ１２の制御回路１３には、サブバッテリ２２から電力が供給される。

ステップＳ１０による退避走行モードの処理が完了すると、本制御処理が終了する。このように、本実施例の電気自動車２では、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側のメイン電源配線１０又はＰＣＵ１２内でショートモードの故障が検出された場合、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作及び降圧動作を停止し、かつ、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作を開始することで、メインバッテリ４からサブ電源配線２４に電力を供給する。これにより、サブ電源配線２４を介してサブバッテリ２２が充電されるため、当該電気自動車２は、ＥＣＵ６０による退避走行の制御を行うことが可能になる。

本実施例では、電気自動車２として、走行用の第１モータ６及び第２モータ８とエンジン（内燃機関）の両者を備えるハイブリッド車を例示して説明したが、メインバッテリ、ＳＭＲ、サブバッテリ、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＰＣＵなどの図１に示すような電気系統を備えた車両であれば、エンジンを備えることなく走行用のモータだけを備える電気自動車についても、本明細書及び図面に開示する上記の技術を適用することが可能である。この場合、上記の制御処理による退避走行モードの処理（Ｓ１０）は、バッテリレス走行に対するものだけになる。

実施例技術に関する留意点を述べる。ＰＣＵ１２が電力制御ユニットの一例に相当する。また、平滑コンデンサ１４が平滑コンデンサの一例に相当する。さらに、ＳＭＲ２０のスイッチ２０ａ、２０ｂがスイッチの一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電気自動車
４：メインバッテリ
５ａ、５ｂ：ヒューズ
６：第１モータ
８：第２モータ
１０：メイン電源配線
１２：ＰＣＵ
１４、１５：平滑コンデンサ
１４ａ：電圧センサ
１６：コンバータ
１７：インバータ
２０：ＳＭＲ
２０ａ、２０ｂ：スイッチ
２２：サブバッテリ
２４：サブ電源配線
２６：補機
２８：第１ＤＣ−ＤＣコンバータ
３０：第２ＤＣ−ＤＣコンバータ
６０：ＥＣＵ
６１：エンジン
６２：動力分割機構

Claims (1)

1. メインバッテリと、
   前記メインバッテリに接続されたメイン電源配線と、
   前記メイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを備える電力制御ユニットと、
   前記メインバッテリと前記電力制御ユニットの間で、前記メイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、
   前記メインバッテリより低電圧のサブバッテリと、
   前記サブバッテリに接続されたサブ電源配線と、
   前記スイッチよりも前記電力制御ユニット側の前記メイン電源配線と前記サブ電源配線の間を接続しており、前記サブ電源配線から前記メイン電源配線へ昇圧して電力を供給する昇圧動作及び前記メイン電源配線から前記サブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記スイッチよりも前記メインバッテリ側の前記メイン電源配線と前記サブ電源配線の間を接続しており、前記メイン電源配線から前記サブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータを備えており、
   前記スイッチよりも前記電力制御ユニット側の前記メイン電源配線又は前記電力制御ユニットにショートモードの故障が検出された場合、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧動作及び降圧動作を停止し、かつ、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータが降圧動作を開始することで、前記メインバッテリから前記サブ電源配線に電力を供給することが可能に構成されている、ことを特徴とする電気自動車。

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