JP2017034939A - 電力制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、低電圧電源の電力で充電されるバックアップ電源を備えた電力制御ユニットに関し、通常時にダイオードの短絡異常を検知する技術を提供する。【解決手段】ＰＣＵ１０は、コントローラ１８と電源３０を備えている。電源３０は、コントローラ１８に電力を供給するサブバッテリ９０によって充電される。サブバッテリ９０とコントローラ１８の間には第１ダイオード２３が挿入されている。第１ダイオード２３のアノードと電源３０の電力入力端の間には第２ダイオード２４が挿入されている。電源３０の電力出力端は第１ダイオード２３のカソードに接続されている。コントローラ１８は、車両衝突時以外でサブバッテリ９０と第１ダイオード２３の間が遮断された後に第１ダイオード２３のアノード側電圧を計測し、アノード側電圧が予め定められた閾値電圧よりも大きい場合に、ダイオードで短絡異常が生じていることを示す信号を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、走行用のモータを駆動する電力制御ユニットに関する。

電動車両は走行用のモータと、そのモータを駆動する電力制御ユニットを備える。電力制御ユニットの典型は、インバータである。電力制御ユニットは、インバータ回路の前段に、直流電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路を備える場合もある。インバータ回路の入力側には、直流電流の脈動を平滑化する平滑コンデンサが接続される。走行用のモータの定格出力は数十キロワットであり、平滑コンデンサにも大電力が蓄積される。車両が衝突したときの安全を確保するため、車両衝突時には平滑コンデンサは速やかに放電されることが望ましい。そのため、電力制御ユニットは平滑コンデンサを放電する放電回路を有する。

一方、電動車両はモータ用の電力を蓄える高電圧電源のほか、高電圧電源よりも出力電圧が低く、様々な電子デバイスに電力を供給する低電圧電源を備える。高電圧電源も低電圧電源も直流電源である。高電圧電源の出力は例えば１００ボルト以上であり、低電圧電源の出力は例えば１２〜２４ボルトである。電力制御ユニットにおいてインバータ回路や放電回路を制御するコントローラも、低電圧電源から電力が供給される。電力制御ユニットにおいてインバータ回路や放電回路を制御するコントローラを以下ではユニットコントローラと称する。

車両衝突時には、低電圧電源からユニットコントローラへの電力供給が途絶える虞がある。低電圧電源からの電力供給が途絶えたときであっても平滑コンデンサを放電できるように、電力制御ユニットはバックアップ電源を備える。その一例が、特許文献１、２に開示されている。特許文献１、２に開示された車両用の電力制御ユニットでは、バックアップ電源は通常時（車両衝突が検知されていない間）には低電圧電源で充電される。

特開２０１５−０７３３５３号公報 特開２０１４−２０４６２７号公報

バックアップ電源は、通常時は使われることがなく、低電圧電源が利用不能という希な状況が生じたときに使用される。バックアップ電源は、その希な状況が生じたときに確実に動作しなければならない。それゆえ、通常時にバックアップ電源（及びその周辺回路）の機能チェック（異常診断）を行うことが重要である。一方、車載の電気回路には、どこかで短絡（あるいは地絡）が生じた場合でもその短絡（あるいは地絡）が他のデバイスに及ぼす影響を抑えるべく、様々な箇所にダイオードが挿入される。低電圧電源とバックアップ電源とユニットコントローラの間にもいくつかのダイオードが挿入される。そのようなダイオードはどこかで短絡（あるいは地絡）した場合に備えて挿入されるものであるため、ダイオード以外が正常である場合には、ダイオード自体に短絡異常が生じていてもユニットコントローラの動作には支障がない。ところがダイオードが短絡異常を生じたまま走行している間に車両が衝突してバックアップ電源を利用する状況になると、ダイオードの短絡異常がバックアップ電源の利用を阻害する虞がある。すなわち、平滑コンデンサの放電が適切に行われないことが生じ得る。本明細書は、低電圧電源の電力で充電されるバックアップ電源を備えた電力制御ユニットに関し、通常時にダイオードの短絡異常を検知する技術を提供する。以下では、高電圧電源と低電圧電源をより一般的に、前者を「第１直流電源」と表記し、後者を「第２直流電源」と表記することがある。

本明細書が開示する電力制御ユニットは、インバータ回路と、平滑コンデンサと、ユニットコントローラと、バックアップ電源を備えている。インバータ回路は、第１直流電源の出力電力を交流に変換してモータに出力する。平滑コンデンサは、インバータ回路の入力側に接続されており、インバータ回路に入力される電流を平滑化する。ユニットコントローラは、インバータ回路を制御するとともに、車両が衝突したときに平滑コンデンサを放電させる。バックアップ電源は、ユニットコントローラに電力を供給する第２直流電源によって充電され、第２直流電源からユニットコントローラへの電力供給が途絶えたときにユニットコントローラへ電力を供給する。第２直流電源とユニットコントローラとバックアップ電源は、第１ダイオードと第２ダイオードで以下の通り接続されている。第１ダイオードは、第２直流電源とユニットコントローラの間の電力線に挿入されている。第１ダイオードのアノードが第２直流電源側に接続されており、カソードがユニットコントローラの電力入力端に接続されている。第２ダイオードは、アノードが第１ダイオードのアノードに接続されており、カソードがバックアップ電源の電力入力端に接続されている。バックアップ電源の電力出力端は第１ダイオードのカソードに接続されている。さらに、この電力制御ユニットは、異常診断コントローラを備える。異常診断コントローラは、車両衝突時以外で第２直流電源と第１ダイオードの間が電気的に遮断された後に第１ダイオードのアノード側電圧を計測する。そして、異常診断コントローラは、アノード側電圧が予め定められた閾値電圧よりも大きい場合に、第１ダイオードと第２ダイオードの少なくとも一方で短絡異常が生じていることを示す信号を出力する。

上記の電力制御ユニットでは、第１ダイオードあるいは第２ダイオードが短絡異常を生じていても、通常の走行時には第２直流電源からユニットコントローラへ電力が供給され、ユニットコントローラの動作に支障はない。しかし、第１ダイオード、あるいは、第２ダイオードが短絡した状態で車両が衝突し、そのときに第１直流電源とユニットコントローラの間の電力線が地絡してしまうと、バックアップ電源まで地絡してしまい、ユニットコントローラが平滑コンデンサを放電できなくなってしまう。上記の電力制御ユニットは、上記した事態が生じる前に、第１ダイオードと第２ダイオードのいずれかで短絡異常が生じたことを車両のユーザあるいはサービススタッフに知らせることができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は実施例にて説明する。なお、実施例では、第１ダイオード又は第２ダイオードの短絡異常以外の異常の検知についても言及する。

実施例の電力制御ユニット（ＰＣＵ）のブロック図である。 バックアップ電源の異常診断処理のフローチャート図である。 一例のバックアップ電源のブロック図である。

図面を参照して実施例の電力制御ユニットを説明する。実施例の電力制御ユニットは、電気自動車に搭載されている。図１に、電力制御ユニット１０を含む電気自動車２の電力系のブロック図を示す。図１においてデバイス間（電気部品間）を接続する実線は電力線を表し、破線は信号線を表している。以下では、説明を簡単にするため、電力制御ユニット１０を単純にＰＣＵ１０と表記する。ＰＣＵは、Power Control Unitの略である。

電気自動車２は、メインバッテリ３の電力を使ってモータ４で走行する。メインバッテリ３は直流電源であり、モータ４は三相交流モータである。また、メインバッテリ３の定格電圧は３００ボルトであり、モータ４の定格電圧は６００ボルトである。メインバッテリ３とモータ４の間にＰＣＵ１０が接続されている。ＰＣＵ１０は、メインバッテリ３の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路１２と、昇圧された直流電力を交流に変換するインバータ回路１４を備えている。インバータ回路１４によって交流に変換された電力がモータ４に供給される。即ち、昇圧コンバータ回路１２とインバータ回路１４によって、モータ４は目標の回転数と目標の出力に調整される。すなわち、ＰＣＵ１０はモータ４を駆動する。昇圧コンバータ回路１２とインバータ回路１４の詳細な説明は省略する。

昇圧コンバータ回路１２の入力側には、第１コンデンサ１３ａが並列に接続されており、昇圧コンバータ回路１２の出力側には、第２コンデンサ１３ｂが並列に接続されている。第１コンデンサ１３ａは、昇圧コンバータ回路１２への入力電流を平滑化する。第２コンデンサ１３ｂは、昇圧コンバータ回路１２の出力電流を平滑化する。別言すれば、第１コンデンサ１３ａと第２コンデンサ１３ｂは、いずれも、インバータ回路１４の入力側に接続されている。メインバッテリ３の定格電圧は３００ボルトであるため、通常の走行中において、第１コンデンサ１３ａには最大で３００ボルト程度の電圧が印加される。また、昇圧コンバータ回路１２の定格電圧は６００ボルトであるため、通常の走行中において、第２コンデンサ１３ｂには最大で６００ボルト程度の電圧が印加される。ＰＣＵ１０は、車両衝突時にそれらのコンデンサを速やかに放電する放電回路１５を備えている。

放電回路１５は、放電抵抗１６とスイッチ１７を備えている。放電抵抗１６は、第２コンデンサ１３ｂに並列に接続されている。スイッチ１７は、放電抵抗１６に直列に接続されており、通常走行時は、放電抵抗１６を第２コンデンサ１３ｂから遮断している。ユニットコントローラ１８は、上位のコントローラ（車両全体を統括制御する統括コントローラ５）からの指令を受けて、スイッチ１７を閉じ（すなわち、放電抵抗１６を第２コンデンサ１３ｂと接続し）、第２コンデンサ１３ｂを放電する。第２コンデンサ１３ｂと第１コンデンサ１３ａは昇圧コンバータ回路１２を介して電気的に接続している。それゆえ、第２コンデンサ１３ｂを放電すると、同時に第１コンデンサ１３ａも放電される。第１コンデンサ１３ａと第２コンデンサ１３ｂの放電は、約５秒で完了する。以下では、説明の便宜のため、第１コンデンサ１３ａと第２コンデンサ１３ｂを合わせて平滑コンデンサ１３と総称する。

ユニットコントローラ１８は、放電回路１５のスイッチ１７の制御だけでなく、昇圧コンバータ回路１２とインバータ回路１４も制御する。すなわち、ユニットコントローラ１８は、通常走行時は昇圧コンバータ回路１２とインバータ回路１４を制御し、モータ４に適切な電力を供給する。そして、車両衝突時には、放電回路１５を制御し、平滑コンデンサ１３を放電する。

統括コントローラ５は、エアバック６から車両衝突を示す信号を受信すると、ユニットコントローラ１８へ、平滑コンデンサ１３の放電を指令する。ユニットコントローラ１８は、統括コントローラ５の指令を受け、放電回路１５を制御し、平滑コンデンサ１３を放電する。統括コントローラ５とユニットコントローラ１８には、警告灯７と不揮発性メモリ８が接続されている。詳しくは後述するが、ユニットコントローラ１８は、通常時にバックアップ電源３０（及びその周辺のダイオード）の機能をチェックする。バックアップ電源３０とその周辺のダイオードについては後に説明する。ユニットコントローラ１８は、バックアップ電源３０（あるいはその周辺のダイオード）の異常を検知すると、異常が生じたことを統括コントローラ５へ通知する。その通知を受けた統括コントローラ５は、警告灯７を点灯させる。また、ユニットコントローラ１８は、バックアップ電源３０（あるいはその周辺のダイオード）の異常を検知すると、その異常を示すエラーコードを不揮発性メモリ８に記憶する。不揮発性メモリ８には、車両のコンディションに関わる情報が蓄えられている。不揮発性メモリ８に蓄えられた情報は、車両のメンテナンス時にサービススタッフが利用する。このようにユニットコントローラ１８は、バックアップ電源３０（あるいはその周辺のダイオード）の異常を検知すると、異常を示す信号（異常を通知する信号）を外部に出力する。

ユニットコントローラ１８は、ＴＴＬレベルの電圧で動作する素子を多数含む電子回路であり、サブバッテリ９０から電力の供給を受けて動作する。サブバッテリ９０の電力線９２は、車両内部に張り巡らされており、様々な電気デバイスが接続されている。電力線９２には、ＰＣＵ１０（ユニットコントローラ１８）ほか、例えば、ワイパモータ９３やオーディオ９４が接続されている。ユニットコントローラ１８、ワイパモータ９３、オーディオ９４など、サブバッテリ９０の電力で動作するデバイスは、補機と総称される。サブバッテリ９０の出力電圧は、メインバッテリ３の出力電圧よりはるかに低く、例えば１２〜２４ボルトである。メインバッテリ３がモータ４を駆動する電力を蓄えているのに対して、サブバッテリ９０は、補機を駆動する電力を蓄えている。

複数の補機に電力を供給する電力線９２とサブバッテリ９０は、スイッチ９１によって接続されている。スイッチ９１は、統括コントローラ５により制御される。車両のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がＯＮされると、統括コントローラ５は、スイッチ９１を閉じる。そうすると、ユニットコントローラ１８を含む補機にサブバッテリ９０の電力が供給される。車両のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がＯＦＦされると、統括コントローラ５は、スイッチ９１を開く。そうすると、ユニットコントローラ１８を含む補機への電力供給が止まる。

車両が衝突すると、サブバッテリ９０が使用不能になる虞がある。あるいは車両が衝突すると、車両内部に張り巡らされた電力線９２が切断したり、地絡する虞がある。いずれにしても、衝突時には、サブバッテリ９０からＰＣＵ１０（ユニットコントローラ１８）への電力供給が途絶える虞がある。衝突時にユニットコントローラ１８への電力供給が途絶えると、平滑コンデンサ１３を放電することができなくなる。そこで、ＰＣＵ１０は、サブバッテリ９０の電力に頼らずにユニットコントローラ１８が動作できるように、バックアップ電源３０を備える。

バックアップ電源３０は、サブバッテリ９０によって充電され、サブバッテリ９０からユニットコントローラ１８への電力供給が途絶えたときにユニットコントローラ１８に電力を供給する。ＰＣＵ１０は、第１ダイオード２３、第２ダイオード２４、第３ダイオード２５を備えており、それらのデバイスを介してサブバッテリ９０とバックアップ電源３０とユニットコントローラ１８が相互に接続されている。第１ダイオード２３は、サブバッテリ９０からユニットコントローラ１８へ電力を供給する電力線２６（ＰＣＵ１０の内部の電力線）に挿入されている。なお、説明の便宜上、サブバッテリ９０とユニットコントローラ１８を接続する電力線のうち、ＰＣＵ１０の外部の部分を電力線９２と称し、ＰＣＵ１０の内部の部分を電力線２６と称する。別言すれば、電力線９２は、サブバッテリ９０とＰＣＵ１０を接続する電力線であり、電力線２６は、ＰＣＵ１０の内部でサブバッテリ９０の電力をユニットコントローラ１８の電力入力端１８ａへ供給する電力線である。

第１ダイオード２３のアノードはサブバッテリ９０の側に接続されており、カソードはユニットコントローラ１８の電力入力端１８ａに接続されている。第２ダイオード２４は第１ダイオード２３のアノードとバックアップ電源３０の間に接続されている。第２ダイオード２４のアノードは第１ダイオード２３のアノードに接続されており、第２ダイオード２４のカソードはバックアップ電源３０の電力入力端３０ａに接続されている。バックアップ電源３０の電力出力端３０ｂは、第１ダイオード２３のカソードに接続されている。なお、バックアップ電源３０の電力出力端３０ｂと第１ダイオード２３のカソードを接続する電力線には、第３ダイオード２５が挿入されている。第３ダイオード２５はバックアップ電源３０と第１ダイオード２３のカソードの間に接続されている。第３ダイオード２５のアノードはバックアップ電源３０の電力出力端３０ｂに接続されており、カソードは第１ダイオード２３のカソードに接続されている。ユニットコントローラ１８は、電圧モニタ用の端子１８ｂを備えており、その端子１８ｂは、第１ダイオード２３のアノードに接続されている。なお、端子１８ｂは、電圧モニタ用だけでなく、ＰＣＵ１０内の他のデバイスへサブバッテリ９０の電力を供給するための中継端子として利用されてもよい。

なお、上記で説明した結線は、サブバッテリ９０とバックアップ電源３０の正極についての結線である。サブバッテリ９０の負極とバックアップ電源３０の負極はグランドに接続している。バックアップ電源３０の負極については、図３を参照されたい。図示は省略しているが、ユニットコントローラ１８の負極もグランドに接続している。別言すれば、サブバッテリ９０とバックアップ電源３０とユニットコントローラ１８は、共通の線（グランド線）に接続されている。

通常時（正常走行時）は、ユニットコントローラ１８は第１ダイオード２３を介してサブバッテリ９０から電力供給を受け、昇圧コンバータ回路１２とインバータ回路１４を制御する。同時に、第２ダイオード２４を介してバックアップ電源３０にもサブバッテリ９０の電力が供給され、バックアップ電源３０が充電される。詳しくは図３を参照して説明するが、バックアップ電源３０は電気二重層キャパシタを備えており、その電気二重層キャパシタが電力を蓄える。

車両が衝突すると、サブバッテリ９０が使用不能となる虞がある。あるいは、車両が衝突すると、補機に共通の電力線９２が切断したり地絡する可能性もある。いずれにしても、車両が衝突すると、サブバッテリ９０からユニットコントローラ１８への電力供給が途絶える虞がある。図１に示した回路では、サブバッテリ９０から電力供給が途絶えても、バックアップ電源３０がユニットコントローラ１８へ電力を供給することができる。それゆえ、車両衝突後でも、しばらくの間は、ユニットコントローラ１８は動作を続けることができる。車両衝突が検知されたとき、ユニットコントローラ１８は、バックアップ電源３０から電力供給を受けて、放電回路１５を制御し、平滑コンデンサ１３を放電する。

次に、第１−第３ダイオード２３、２４、２５の役割を説明する。自動車に搭載されるデバイス、特に、走行に関わるデバイスには、異常が生じてもできるだけ走行不能に陥らないように様々な安全対策が施される。ＰＣＵ１０は、走行に関わるデバイスの典型であり、様々な安全対策が講じられる。第１―第３ダイオード２３、２４、２５も、安全対策の一つである。第１ダイオード２３と第２ダイオード２４は、電力線９２（ＰＣＵ１０とサブバッテリ９０を接続する電力線）が地絡したときにバックアップ電源３０の電力がＰＣＵ１０の外に放出されないようにするために備えられている。第３ダイオード２５は、バックアップ電源３０の内部で地絡した場合に、ユニットコントローラ１８の電力入力端１８ａの電位がゼロになってしまうことを防止するために備えられている。すなわち、第３ダイオード２５は、通常走行時の安全対策であり、走行中にバックアップ電源３０が地絡したときにユニットコントローラ１８への電力供給が途絶えないように備えられている。

上記したように、第１−第３ダイオード２３、２４、２５は、安全対策のために備えられている。それゆえ、他に異常がない場合には、第１−第３ダイオード２３、２４、２５のいずれかで短絡異常が生じていても、走行に影響はない。一方、例えば第１ダイオード２３と第２ダイオード２４の一方が短絡異常を生じた状態で車両が衝突し、電力線９２が地絡すると、バックアップ電源３０の電力がＰＣＵ１０の外に放電されてしまう。その結果、平滑コンデンサ１３を放電できなくなる可能性が生じる。それゆえ、通常走行時に定期的に第１、第２ダイオード２３、２４の状態をチェックする必要がある。また、バックアップ電源３０が十分な電力を蓄積し得るか否かもチェックする必要がある。実施例のＰＣＵ１０は、不図示のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がオフされたときに、バックアップ電源３０と第１、第２ダイオード２３、２４の異常診断を行う。異常診断では、バックアップ電源３０が十分な電力を蓄えられ得るか否かをチェックする。ＰＣＵ２０は、第１ダイオード２３のアノード側電圧を計測することで、さらに第１ダイオード２３又は第２ダイオード２４の短絡異常を検知することができる。なお、第３ダイオード２５は、通常走行時にバックアップ電源３０が地絡したときのために備えられている。通常走行中にバックアップ電源３０が地絡すると、ユニットコントローラ１８の電力入力端１８ａの電位がゼロとなり、ユニットコントローラ１８は電力供給を受けられなくなる。第３ダイオード２５は、そのような事態を回避するために備えられている。

次に、ユニットコントローラ１８が行うバックアップ電源３０とその周辺のダイオードの異常診断処理を説明する。図２に、異常診断処理のフローチャートを示す。図２のフローチャートの処理を実行するとき、ユニットコントローラ１８は、バックアップ電源３０とその周辺のダイオードの異常診断コントローラとして機能する。

図２のフローチャートの処理は、車両のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がオフされ、統括コントローラ５がスイッチ９１を開放し、サブバッテリ９０とユニットコントローラ１８の間が電気的に遮断された後に開始される。すなわち、ユニットコントローラ１８は、車両衝突時以外でサブバッテリ９０とユニットコントローラ１８の間が電気的に遮断された後に図２の異常診断処理を実行する。

先に述べたように、ユニットコントローラ１８は、サブバッテリ９０からの電力供給が途絶えてもしばらくはバックアップ電源３０からの電力供給によって動作することができる。ユニットコントローラ１８は、バックアップ電源３０からの電力供給を受けて図２のフローチャートの処理を実行する。なお、ユニットコントローラ１８にはバックアップ電源３０よりもさらに容量の小さいサブバックアップ電源（キャパシタ）が内蔵されている。ユニットコントローラ１８は、バックアップ電源３０からの電力供給が受けられない場合でも、サブバックアップ電源により即時に動作停止しないように構成される。

異常診断において、ユニットコントローラ１８は、まず、自身の電力入力端１８ａの電圧（入力端電圧）が予め定められた入力端閾値電圧Vth_iよりも大きいか否かを確認する（Ｓ２）。すなわち、ユニットコントローラ１８は、放電回路１５を作動させるのに十分な電力がバックアップ電源３０から供給されているか否かを確認する。ステップＳ２の判断がＮＯの場合、バックアップ電源３０の供給電力が十分でないか、あるいは、第２ダイオード２４又は第３ダイオード２５が開放異常である可能性が高い。なお、「開放異常」とは、ダイオードの内部で断線が生じる異常を意味する。第２ダイオード２４が開放異常を生じていると、バックアップ電源３０が充電されない。また、第３ダイオード２５が開放異常を生じていると、バックアップ電源３０からユニットコントローラ１８へ電力が供給されない。ユニットコントローラ１８は、そのことを示すエラーコード「１０１」をプログラム内での変数であるエラーフラグ「ＥｒｒＦｌａｇ」に代入する（Ｓ３）。プログラム内での変数であるエラーフラグ「ＥｒｒＦｌａｇ」は、物理的には、不揮発性メモリ８の所定のメモリ領域に割り当てられている。「ＥｒｒＦｌａｇ」に所定のエラーコードを代入することは、バックアップ電源３０あるいはその周辺のダイオードにおける異常発生を示す信号をユニットコントローラ１８が出力することを意味する。電力入力端１８ａの電圧が予め定められた入力端閾値電圧Vth_iよりも大きい場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ユニットコントローラ１８はステップＳ４の処理に移る。

次にユニットコントローラ１８は、電圧モニタ用の端子１８ｂに加わっている電圧（第１ダイオード２３のアノード側電圧）を計測し、そのアノード電圧が、予め定められたアノード側閾値電圧Vth_aより小さいか否かを確認する（Ｓ４）。第１ダイオード２３のアノード側電圧がアノード側閾値電圧Vth_aより高いということは、バックアップ電源３０の電力が第１ダイオード２３のアノード側に届いていることを意味している。図１のブロック図から理解されるように、この場合、第１ダイオード２３と第２ダイオード２４の少なくとも一方が短絡異常を生じている可能性が高い。その場合、ユニットコントローラ１８は、そのことを示すエラーコード「１０２」をエラーフラグ「ＥｒｒＦｌａｇ」に代入する（Ｓ５）。すなわち、ユニットコントローラ１８は、車両衝突時以外でサブバッテリ９０とユニットコントローラ１８の間が電気的に遮断された後に第１ダイオード２３のアノード側電圧を計測し、アノード側電圧が予め定められた閾値電圧（アノード側閾値電圧Vth_a）よりも大きい場合に、第１ダイオード２３と第２ダイオード２４の少なくとも一方での短絡異常発生を示す信号を出力する。ここで、「短絡異常発生を示す信号を出力する」とは、所定のエラーコードを不揮発性メモリ８の所定のメモリ領域（変数「ＥｒｒＦｌａｇ」に割り当てられたメモリ領域）に格納することを意味する。そのメモリ領域は、不揮発性メモリ８に割り当てられている。すなわち、ステップＳ５の処理は、ユニットコントローラ１８が、第１ダイオード２３又は第２ダイオード２４で短絡異常が生じていることを示す信号を出力する。

アノード側電圧がアノード側閾値電圧Vth_aより小さい場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ユニットコントローラ１８はステップＳ６の処理に移る。

次にユニットコントローラ１８は、電力入力端１８ａの電圧の経時変化を計測し、バックアップ電源３０の電圧降下率を求める。ステップＳ２で求めた電力入力端１８ａの初期電圧と、電圧降下率から、放電回路１５を駆動するのに十分な電圧が持続する時間（予想持続時間）を求めることができる。ユニットコントローラ１８は、予想持続時間が、平滑コンデンサ１３を放電するのに最低必要な時間（閾値時間Ｔｔｈ）よりも大きいか否かをチェックする（Ｓ６）。予想持続時間が閾値時間Ｔｔｈよりも小さい場合、ユニットコントローラ１８は、そのことを示すエラーコード「１０３」をエラーフラグ「ＥｒｒＦｌａｇ」に代入する（Ｓ７）。すなわち、ユニットコントローラ１８は、所定の異常が生じていることを示す信号を出力する。予想持続時間が閾値時間Ｔｔｈよりも大きい場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、ユニットコントローラ１８は、バックアップ電源３０には異常が生じていないとして、処理を終了する。

上記の処理において、ステップＳ２とＳ６の処理は、バックアップ電源３０の出力電圧を使った診断である。一方、ステップＳ４の処理は、第１ダイオード２３のアノード側電圧を使った診断である。ＰＣＵ１０は、第１ダイオード２３のアノード側電圧を計測することにより、バックアップ電源３０の出力電圧のモニタリングだけでは検知できない第１ダイオード２３又は第２ダイオード２４の短絡異常を検知することができる。

先に述べたように、第１―第３ダイオード２３、２４、２５も、安全対策の一つである。それゆえ、例えば、第１ダイオード２３あるいは第２ダイオード２４が短絡異常を生じていても、ユニットコントローラ１８はサブバッテリ９０から電力供給を受けることができ、走行に支障はない。しかし、第１ダイオード２３又は第２ダイオード２４が短絡異常を生じたままで車両が衝突し、電力線９２が地絡すると、バックアップ電源３０の電力がＰＣＵ３０の外へ放出されてしまう。その結果、平滑コンデンサ１３の放電が不十分となる虞がある。実施例のＰＣＵ１０は、通常時の診断によってバックアップ電源３０の周辺に挿入されている安全対策のダイオード（第１ダイオード２３、第２ダイオード２４）の短絡異常を検知することができる。

図２のフローチャートによって検知し得る異常モードをまとめると以下の通りである。ステップＳ２の判断がＮＯの場合、バックアップ電源３０の異常と第２ダイオード２４の開放異常と第３ダイオード２５の開放異常のいずれかが発生している可能性が高い。ステップＳ４の判断のＮＯの場合、第１ダイオード２３の短絡異常と第２ダイオード２４の少なくとも一方で短絡異常が発生している可能性が高い。ステップＳ６の判断がＮＯの場合、バックアップ電源３０の充電能力が低下している可能性が高い。

バックアップ電源３０の構成の一例を説明する。図３にバックアップ電源３０の一例のブロック図を示す。バックアップ電源３０は、電気二重層キャパシタ３３を２個備えている。２個の電気二重層キャパシタ３３は、直列に接続されている。バックアップ電源３０の電力入力端３０ａと電気二重層キャパシタ３３の間にはチョッパ型の降圧コンバータ回路３１が接続されている。降圧コンバータ回路３１は、スイッチング素子３１１、ダイオード３１２、リアクトル３１３により構成されている。バックアップ電源３０の電力出力端３０ｂと電気二重層キャパシタ３３の間にはチョッパ型の昇圧コンバータ回路３２が接続されている。昇圧コンバータ回路３２は、スイッチング素子３２１、ダイオード３２２、リアクトル３２３により構成されている。スイッチング素子３１１、３２１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。図２の降圧コンバータ回路３１の構成、及び、昇圧コンバータ回路３２の構成も良く知られているので詳しい説明は省略する。降圧コンバータ回路３１のスイッチング素子３１１と昇圧コンバータ回路３２のスイッチング素子３２１は、デューティコントローラ３５で制御される。デューティコントローラ３５は、昇圧コンバータ回路３２の出力側から電力供給を受けて動作する。デューティコントローラ３５は、サブバッテリ９０からの電力供給が途絶えても、電気二重層キャパシタ３３からの電力供給を受けて動作を継続することができる。

バックアップ電源３０は、降圧コンバータ回路３１によってサブバッテリ９０の電圧を降圧し、電気二重層キャパシタ３３に供給する。電気二重層キャパシタ３３は、サブバッテリ９０の出力電圧よりも低い電圧で充電される。また、電気二重層キャパシタ３３に蓄積された電力は、昇圧コンバータ回路３２によってユニットコントローラ１８へ供給される。バックアップ電源３０においてサブバッテリ９０の出力電圧よりも低い電圧で電力を蓄えるのは、電圧が低い方が電気二重層キャパシタ３３の経時劣化を抑制できるからである。

図３の回路構成のバックアップ電源３０を用いたときの異常診断について捕捉する。図２のステップＳ４において、第１ダイオード２３のアノード側電圧がアノード側閾値電圧Vth_aよりも高い場合、第１ダイオード２３と第２ダイオード２４の少なくとも一方が短絡異常を生じている可能性が高い、と説明した。図３に示すように、電気二重層キャパシタ３３と第２ダイオード２４の間にはスイッチング素子３１１が接続されている。スイッチング素子３１１はＭＯＳＦＥＴであり、その寄生ダイオードにより逆電流が流れ得る。それゆえ、第２ダイオード２４が短絡異常を生じている場合、電気二重層キャパシタ３３から第１ダイオード２３のアノード側に電流が流れる。即ち、第２ダイオード２４が短絡異常を生じている場合、第１ダイオード２３のアノード側の電圧が高くなる。

また、バックアップ電源３０は、降圧コンバータ回路３１と昇圧コンバータ回路３２を備えている。このことを利用すると、ステップＳ４の判断がＮＯの場合、第１ダイオード２３と第２ダイオード２４のどちらが短絡異常を生じているか、次の処理により判定することができる。即ち、ステップＳ４の判断がＮＯの場合、昇圧コンバータ回路３２を動作させる。そして、再度、第１ダイオード２３のアノード側電圧を計測する。第１ダイオード２３のカソード側電圧が、昇圧コンバータ回路３２の昇圧後の電圧に等しければ、第１ダイオード２３が短絡故障を生じていると判定できる。第１ダイオード２３のカソード側電圧が、昇圧コンバータ回路３２の昇圧前の電圧（すなわち、電気二重層キャパシタ３３の電圧）に等しければ、第２ダイオード２４が短絡異常を生じていると判定することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のＰＣＵ１０（電力制御ユニット）は、サブバッテリ９０とユニットコントローラ１８とバックアップ電源３０が３個のダイオード（第１−第３ダイオード２３、２４、２５）を介して相互に接続されている。本明細書が開示する技術の利点は、第３ダイオード２５を備えなくとも得ることができる。すなわち、車両衝突時以外で第１ダイオード２３のアノード電圧を計測することで、第１ダイオード２３と第２ダイオード２４の少なくとも一方で短絡異常を生じていることを検知することができる。本明細書が開示するＰＣＵ１０は、第１、第２ダイオード２３、２４に加えて、第３ダイオード２５を備えることが好ましい。第３ダイオード２５は、バックアップ電源３０の電力出力端３０ｂと第１ダイオード２３のカソードとの間の電力線に挿入されている。第３ダイオード２５は、そのアノードがバックアップ電源３０の電力出力端３０ｂに接続され、カソードが第１ダイオード２３のカソードに接続される。第３ダイオード２５は、通常走行中にバックアップ電源３０が地絡したときに、第１ダイオード２３のカソード、すなわち、ユニットコントローラ１８の電力入力端１８ａの電位がグランド電位まで低下し、サブバッテリ９０の電力がユニットコントローラ１８に供給されなくなることを回避する。

図３のバックアップ電源３０の回路構成は一例である。バックアップ電源３０は、より単純に、図２の降圧コンバータ回路３１、昇圧コンバータ回路３２、デューティコントローラ３５を備えず、単に電気二重層キャパシタ３３のみで構成されていてもよい。また、バックアップ電源３０には、電気二重層キャパシタ３３に代えて、鉛電池やリチウムリオン電池などの繰り返し充電可能な電池を採用してもよい。

実施例のメインバッテリ３が請求項の第１直流電源の一例に相当する。実施例のサブバッテリ９０が請求項の第２直流電源の一例に相当する。第１直流電源は、燃料電池であってもよい。また、第２直流電源の典型は、リチウムイオン電池や鉛電池などの繰り返し充電可能なバッテリである。第２直流電源は、例えば、大出力の第１直流電源の出力電圧を利用して充電される。

実施例におけるユニットコントローラ１８や統括コントローラ５は、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）などのコンピュータとメモリ、及び、いくつかの入出力ポートで構成されている。実施例では、ユニットコントローラ１８が、第１ダイオード２３と第２ダイオード２４の短絡異常を検知する異常診断コントローラを兼ねた。異常診断コントローラはユニットコントローラ以外の別のコントローラが担当してもよい。

近年は衝突直前を知らせるセンサも実用化されている。衝突が不可避となったことを通知する信号に基づいて平滑コンデンサを放電することも、本明細書が開示する技術の目的上、「車両が衝突したときに平滑コンデンサを放電する」ということと等価であり、そのようなセンサを利用した実施態様も、本明細書が開示する技術の範囲に含まれる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。本明細書また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、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、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
３：メインバッテリ
４：モータ
５：統括コントローラ
６：エアバック
７：警告灯
８：不揮発性メモリ
１０：電力制御ユニット
１２：昇圧コンバータ回路
１３ａ、１３ｂ：平滑コンデンサ
１４：インバータ回路
１５：放電回路
１８：ユニットコントローラ（異常診断コントローラ）
２０：バックアップ電源
２３：第１ダイオード
２４：第２ダイオード
２５：第３ダイオード
２６：電力線
３０：バックアップ電源
３１：降圧コンバータ回路
３２：昇圧コンバータ回路
３３：電気二重層キャパシタ
３５：デューティコントローラ
９０：サブバッテリ
９１：スイッチ
９２：電力線

Claims (1)

1. 走行用のモータを駆動する電力制御ユニットであり、
   第１直流電源の出力電力を交流に変換してモータに出力するインバータ回路と、
   前記インバータ回路の入力側に接続されており、前記インバータ回路に入力される電流を平滑化する平滑コンデンサと、
   前記インバータ回路を制御するとともに、車両が衝突したときに前記平滑コンデンサを放電させるユニットコントローラと、
   前記ユニットコントローラに電力を供給する第２直流電源によって充電され、前記第２直流電源から前記ユニットコントローラへの電力供給が途絶えたときに前記ユニットコントローラへ電力を供給するバックアップ電源と、
   前記第２直流電源と前記ユニットコントローラの間の電力線に挿入されており、アノードが前記第２直流電源側に接続されており、カソードが前記ユニットコントローラの電力入力端に接続されている第１ダイオードと、
   アノードが前記第１ダイオードのアノードに接続されており、カソードが前記バックアップ電源の電力入力端に接続されている第２ダイオードと、
   異常診断コントローラと、
   を備えており、
   前記バックアップ電源の電力出力端は前記第１ダイオードのカソードに接続されており、
   前記異常診断コントローラは、車両衝突時以外で前記第２直流電源と前記第１ダイオードの間が遮断された後に前記第１ダイオードのアノード側電圧を計測し、前記アノード側電圧が予め定められた閾値電圧よりも大きい場合に、前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの少なくとも一方で短絡異常が生じていることを示す信号を出力する、
   ことを特徴とする電力制御ユニット。

Images