JP2020145871A

JP2020145871A - 電源システム

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Publication number: JP2020145871A
Application number: JP2019041290A
Authority: JP
Inventors: 尭志野澤; Takashi Nozawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2039-03-07
Also published as: JP7115366B2

Abstract

【課題】第１蓄電装置よりも低電圧の第２蓄電装置からの電力を昇圧する電圧変換装置を用いたコンデンサのプリチャージの異常が発生した際に、当該コンデンサやそれに接続された機器の故障の発生を抑制する。【解決手段】第１蓄電装置と、第１蓄電装置よりも低電圧の第２蓄電装置とを含む電源システムの制御装置は、第１蓄電装置と第１電圧変換装置との間のリレーが開成された状態で第２電圧変換装置によって昇圧された第２蓄電装置からの電力により第１および第２コンデンサがプリチャージされている間に、第１蓄電装置と第１コンデンサとの電圧差が所定範囲外になり、かつ第１コンデンサの電圧が所定電圧以上になった場合、第１電圧変換装置の上アーム素子および下アーム素子をオンさせると共に、第２電圧変換装置を停止させる。【選択図】図２

Description

本開示は、第１蓄電装置と、第１蓄電装置よりも低電圧の第２蓄電装置とを含む電源システムに関する。

従来、電気自動車の電気システムとして、第１蓄電装置と、第１蓄電装置の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換して駆動用モータに供給するインバータと、第１蓄電装置と平滑コンデンサとの間に設けられたシステムメインリレーと、第１蓄電装置より低電圧の第２蓄電装置と、システムメインリレーと平滑コンデンサとの間に設けられ、第１蓄電装置または平滑コンデンサの電圧を降圧して第２蓄電装置に供給し、第２蓄電装置の電圧を昇圧して平滑コンデンサに供給する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、システム全体を制御する制御装置とを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この電気システムの制御装置は、イグニッションスイッチのオン操作による起動指示を受信すると、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧動作するように制御し、平滑コンデンサの電圧がプリチャージ完了閾値に達した際に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作を停止させると共にシステムメインリレーを閉成させる。

特開２００７−３１８８４９号公報

上述のような電気システムにおいて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにより平滑コンデンサをプリチャージしている間に、当該双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの異常等により平滑コンデンサの電圧が耐電圧を超えてしまうと、平滑コンデンサのみならず、それに接続された各種補機にも故障が発生してしまうおそれがある。

そこで、本開示は、第１蓄電装置よりも低電圧の第２蓄電装置からの電力を昇圧する電圧変換装置を用いたコンデンサのプリチャージの異常が発生した際に、当該コンデンサやそれに接続された機器の故障の発生を抑制することを主目的とする。

本開示の電源システムは、第１蓄電装置と、前記第１蓄電装置よりも低電圧の第２蓄電装置とを含む電源システムにおいて、それぞれリレーを介して前記第１蓄電装置に接続される正極側電力ラインおよび負極側電力ラインと、前記正極側電力ラインおよび高電圧電力ラインに接続される上アーム素子と、前記正極側電力ラインおよび前記負極側電力ラインに接続される下アーム素子とを含む第１電圧変換装置と、前記リレーと前記第１電圧変換装置との間で前記正極側電力ラインおよび前記負極側電力ラインに接続される第１コンデンサと、前記高電圧電力ラインおよび前記負極側電力ラインに接続される第２コンデンサと、前記リレーと前記第１コンデンサとの間で前記正極側電力ラインおよび前記負極側電力ラインに接続され、前記第１蓄電装置および前記第１電圧変換装置側からの電力を降圧して前記第２蓄電装置側に供給すると共に、前記第２蓄電装置からの電力を昇圧して前記第１蓄電装置および前記第１電圧変換装置側に供給することができる第２電圧変換装置と、前記リレーが開成された状態で前記第２電圧変換装置によって昇圧された前記第２蓄電装置からの電力により前記第１および第２コンデンサがプリチャージされている間に、前記第１蓄電装置と前記第１コンデンサとの電圧差が所定範囲外になり、かつ前記第１コンデンサの電圧が所定電圧以上になった場合、前記第１電圧変換装置の前記上アーム素子および前記下アーム素子をオンさせると共に、前記第２電圧変換装置を停止させる制御装置とを含むものである。

本開示の電源システムでは、リレーが開成された状態で第２電圧変換装置によって昇圧された第２蓄電装置からの電力により第１および第２コンデンサがプリチャージされている間に、第１蓄電装置と第１コンデンサとの電圧差と、第１コンデンサの電圧とが監視される。そして、第１蓄電装置と第１コンデンサとの電圧差が所定範囲外になり、かつ第１コンデンサの電圧が所定電圧以上になった場合、第１電圧変換装置の上アーム素子および下アーム素子がオンされると共に、第２電圧変換装置が停止させられる。これにより、専用の異常検出回路等を用いることなく第２電圧変換装置による第１および第２コンデンサのプリチャージの異常を検出すると共に、異常が検出された際に第１電圧変換装置の上アーム素子および下アーム素子をオンさせて第１および第２コンデンサの双方を放電させることができる。この結果、第２電圧変換装置を用いた第１および第２コンデンサのプリチャージの異常が発生した際に、第１および第２コンデンサやそれらに接続された機器の故障の発生を良好に抑制することが可能となる。

本開示の電源システムを含む車両を示す概略構成図である。本開示の電源システムの制御装置により実行されるルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、図面を参照しながら本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の電源システム１を含む車両としてのハイブリッド車両Ｖを示す概略構成図である。同図に示すハイブリッド車両Ｖは、電源システム１に加えて、エンジンＥＧや、シングルピニオン式のプラネタリギヤＰＧ、電源システム１と電力をやり取りするモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２、車両全体を制御するハイブリッド電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）１０等を含む。また、電源システム１は、高電圧バッテリ（第１蓄電装置）２や、それぞれ図示しないコイルに励磁電流が供給された際に閉成する正極側システムメインリレーＳＭＲＢおよび負極側システムメインリレーＳＭＲＧ、正極側および負極側システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧを介して高電圧バッテリ２に接続されると共にモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２を駆動する電力制御装置（以下、「ＰＣＵ」という）３、高電圧バッテリ２よりも低電圧の低電圧バッテリ（第２蓄電装置）４、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２電圧変換装置）５等を含む。

エンジンＥＧは、ガソリンや軽油、ＬＰＧといった炭化水素系の燃料と空気との混合気の爆発燃焼により動力を発生する内燃機関であり、図示しないエンジン電子制御ユニットにより制御される。プラネタリギヤＰＧは、モータジェネレータＭＧ１（ロータ）に連結されるサンギヤと、出力軸に接続されると共にモータジェネレータＭＧ２（ロータ）に連結されるリングギヤと、複数のピニオンギヤを回転自在に支持すると共にエンジンＥＧのクランクシャフトに連結されるプラネタリキャリヤとを含む。出力軸は、デファレンシャルギヤＤＦやドライブシャフトＤＳを介して左右の駆動輪ＤＷに連結される。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、何れも同期発電電動機（三相交流電動機）である。モータジェネレータＭＧ１は、主に、負荷運転されるエンジンＥＧにより駆動されて電力を生成する発電機として動作する。また、モータジェネレータＭＧ２は、主に、高電圧バッテリ２からの電力およびモータジェネレータＭＧ１からの電力の少なくとも何れか一方により駆動されて駆動トルクを発生する電動機として動作すると共に、ハイブリッド車両Ｖの制動に際して回生制動トルクを出力する。更に、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、ＰＣＵ３を介して高電圧バッテリ２と電力をやり取りすると共に、当該ＰＣＵ３を介して相互に電力をやり取りすることができる。

ＨＶＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータである。ＨＶＥＣＵ１０は、ＣＡＮ等の通信線を介してエンジン電子制御装置等と接続されると共に、スタートスイッチＳＳ、アクセルペダルポジションセンサ、シフトポジションセンサ、車速センサといった各種センサ等と接続されている。ハイブリッド車両Ｖの走行に際して、ＨＶＥＣＵ１０は、アクセル開度や車速に基づいて走行に要求される要求トルクを設定すると共に、エンジンＥＧへの要求パワーおよび目標回転数、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対するトルク指令値等を設定する。

また、ＨＶＥＣＵ１０は、正極側システムメインリレーＳＭＲＢおよび負極側システムメインリレーＳＭＲＧを開閉制御する。すなわち、ＨＶＥＣＵ１０は、運転者によりスタートスイッチＳＳがオンされてハイブリッド車両Ｖのシステム起動が要求されると、正極側システムメインリレーＳＭＲＢおよび負極側システムメインリレーＳＭＲＧの図示しないコイルに励磁電流を供給して両者を閉成（オン）させ、高電圧バッテリ２とＰＣＵ３とを電気的に接続する。更に、運転者によりスタートスイッチＳＳがオフされてハイブリッド車両Ｖのシステム停止が要求されると、ＨＶＥＣＵ１０は、正極側システムメインリレーＳＭＲＢおよび負極側システムメインリレーＳＭＲＧへの励磁電流の供給を遮断して両者を開成（オフ）させ、高電圧バッテリ２とＰＣＵ３との電気的接続を解除する。

電源システム１を構成する高電圧バッテリ２は、例えば２００〜４００Ｖの定格出力電圧を有するリチウムイオン二次電池またはニッケル水素二次電池である。高電圧バッテリ２の正極端子には、正極側システムメインリレーＳＭＲＢを介して正極側電力ラインＰＬが接続され、高電圧バッテリ２の負極端子には、負極側システムメインリレーＳＭＲＧを介して負極側電力ラインＮＬが接続される。また、高電圧バッテリ２には、当該高電圧バッテリ２の端子間電圧ＶＢを検出する電圧センサ２１や、当該高電圧バッテリ２を流れる電流（充放電電流）ＩＢを検出する電流センサ２２が設けられている。電圧センサ２１により検出される高電圧バッテリ２の端子間電圧ＶＢや電流センサ２２により検出される電流ＩＢは、図示しない信号線を介して直接、あるいは高電圧バッテリ２を管理する図示しない電源管理電子制御装置によりＨＶＥＣＵ１０に送信される。

電源システム１を構成するＰＣＵ３は、モータジェネレータＭＧ１を駆動する第１インバータ３１と、モータジェネレータＭＧ２を駆動する第２インバータ３２と、高電圧バッテリ２からの電力を昇圧すると共にモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２側からの電圧を降圧することができる昇降圧コンバータ（第１電圧変換装置）３３と、第１および第２インバータ３１，３２や昇降圧コンバータ３３を制御するモータ電子制御ユニット（以下、「ＭＧＥＣＵ」という）３０とを含む。

第１および第２インバータ３１，３２は、図示しない６つのトランジスタ（例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ））と、各トランジスタに逆方向に並列接続された図示しない６つのダイオードとにより構成されるものである。６つのトランジスタは、高電圧電力ラインＨＰＬと負極側電力ラインＮＬとに対してソース側とシンク側とになるよう２個ずつ対をなす。また、対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々が電気的に接続される。

昇降圧コンバータ３３は、２つのトランジスタ（例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）Ｔｒａ，Ｔｒｂと、各トランジスタＴｒａ，Ｔｒｂに対して逆方向に並列接続された２つのダイオードＤａ，Ｄｂと、リアクトルＬとを含む。リアクトルＬの一端は、正極側電力ラインＰＬに電気的に接続され、リアクトルＬの他端には、一方のトランジスタ（上アーム素子）Ｔｒａのエミッタと他方のトランジスタ（下アーム素子）Ｔｒｂのコレクタとが電気的に接続される。また、上記一方のトランジスタＴｒａのコレクタは、上記高電圧電力ラインＨＰＬに電気的に接続され、上記他方のトランジスタＴｒｂのエミッタは、負極側電力ラインＮＬに電気的に接続される。

更に、ＰＣＵ３は、フィルタコンデンサ（第１コンデンサ）３４、平滑コンデンサ（第２コンデンサ）３５、電圧センサ３６および３７を含む。フィルタコンデンサ３４の正極端子は、正極側システムメインリレーＳＭＲＢと昇降圧コンバータ３３との間で正極側電力ラインＰＬ（リアクトルＬの一端）に電気的に接続され、フィルタコンデンサ３４の負極端子は、負極側システムメインリレーＳＭＲＧと昇降圧コンバータ３３との間で負極側電力ラインＮＬに電気的に接続される。これにより、昇降圧コンバータ３３の高電圧バッテリ２側の電圧（昇降圧コンバータ３３に印加される電圧）は、フィルタコンデンサ３４により平滑化される。また、電圧センサ３６は、フィルタコンデンサ３４の端子間電圧（昇圧前電圧）ＶＬを検出する。

平滑コンデンサ３５の正極端子は、昇降圧コンバータ３３と第１、第２インバータ３１，３２との間で高電圧電力ラインＨＰＬ（昇降圧コンバータ３３のトランジスタＴｒａのコレクタ）に電気的に接続され、平滑コンデンサ３５の負極端子は、昇降圧コンバータ３３と第１、第２インバータ３１，３２との間で負極側電力ラインＮＬや昇降圧コンバータ３３のトランジスタＴｒｂのエミッタに電気的に接続される。これにより、昇降圧コンバータ３３により昇圧された電圧は、平滑コンデンサ３５により平滑化される。また、電圧センサ３７は、平滑コンデンサ３５の端子間電圧（昇圧後電圧）ＶＨを検出する。電圧センサ３６により検出されるフィルタコンデンサ３４の端子間電圧ＶＬや電圧センサ３７により検出される平滑コンデンサ３５の端子間電圧ＶＨは、ＭＧＥＣＵ３０に送信されると共に、図示しない信号線を介して直接、あるいはＭＧＥＣＵ３０によりＨＶＥＣＵ１０に送信される。

ＭＧＥＣＵ３０は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータであり、ＣＡＮ等の通信線を介してＨＶＥＣＵ１０等と接続される。また、ＭＧＥＣＵ３０は、ＨＶＥＣＵ１０からの指令信号や、モータジェネレータＭＧ１のロータの回転位置を検出する図示しないレゾルバの検出値、モータジェネレータＭＧ２のロータの回転位置を検出するレゾルバの検出値、昇降圧コンバータ３３の図示しない電流センサからの電流値、電圧センサ３６，３７からの端子間電圧ＶＬ，ＶＨ、図示しない電流センサにより検出されるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流等を入力する。ＭＧＥＣＵ３０は、これらの入力信号に基づいて、第１および第２インバータ３１，３２や昇降圧コンバータ３３へのゲート信号（スイッチング制御信号）を生成し、これらをスイッチング制御する。

電源システム１を構成する低電圧バッテリ４は、例えば１２Ｖの定格出力電圧を有する鉛蓄電池であり、低電圧電力ラインを介して複数の補機（低電圧補機）と接続される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤＣ）５は、正極側システムメインリレーＳＭＲＢとＰＣＵ３との間で正極側電力ラインＰＬに接続されると共に、負極側システムメインリレーＳＭＲＧとＰＣＵ３との間で負極側電力ラインＮＬに接続される。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、上記低電圧電力ラインを介して低電圧バッテリ４および複数の補機と接続される。なお、正極側電力ラインＰＬおよび負極側電力ラインＮＬには、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５に加えて、空気調和装置の圧縮機（インバータコンプレッサ）やＡＣ１００Ｖへの変換器といった高電圧補機が接続される。

そして、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、正極側電力ラインＰＬ側、すなわち高電圧バッテリ２およびＰＣＵ３（昇降圧コンバータ３３）側の電力を降圧して低電圧電力ライン側、すなわち各種補機や低電圧バッテリ４に供給すると共に、低電圧バッテリ４からの電力を昇圧して正極側電力ラインＰＬ側、すなわち高電圧バッテリ２およびＰＣＵ３側に供給することができる。本実施形態において、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、電圧変換回路５０や、当該電圧変換回路５０の高電圧バッテリ２およびＰＣＵ３側への出力電圧を検出する電圧センサ５１、電圧変換回路５０の低電圧バッテリ４側への出力電圧を検出する図示しない電圧センサ、電圧センサ５１等の検出値が目標電圧Ｖｔａｇになるように電圧変換回路５０をフィードバック制御する電子制御装置（以下、「ＤＤＣＥＣＵ」という）５５等を含む。また、本実施形態において、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５（電圧変換回路５０）の目標電圧Ｖｔａｇは、ＨＶＥＣＵ１０により設定され、ＨＶＥＣＵ１０から通信線を介してＤＤＣＥＣＵ５５に送信される。

次に、図２を参照しながら、運転者によりスタートスイッチＳＳがオンされてハイブリッド車両Ｖがシステム起動される際の電源システム１の制御手順について説明する。図２は、スタートスイッチＳＳがオンされてハイブリッド車両Ｖのシステム起動が要求された際にＨＶＥＣＵ１０により実行されるルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、昇降圧コンバータ３３のトランジスタＴｒａを「上アーム素子Ｔｒａ」といい、トランジスタＴｒｂを「下アーム素子Ｔｒｂ」という。

運転者によりスタートスイッチＳＳがオンされると、ＨＶＥＣＵ１０（ＣＰＵ）は、図２に示すように、電圧センサ２１により検出された高電圧バッテリ２の端子間電圧ＶＢを取得し、ＰＣＵ３のフィルタコンデンサ３４および平滑コンデンサ３５をプリチャージする際の目標電圧Ｖｔａｇに当該端子間電圧ＶＢを設定すると共に、設定した目標電圧Ｖｔａｇを双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５のＤＤＣＥＣＵ５５に送信する（ステップＳ１００）。ＨＶＥＣＵ１０からの目標電圧Ｖｔａｇを受信したＤＤＣＥＣＵ５５は、正極側および負極側システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧが開成された状態で、電圧センサ５１の検出値が目標電圧Ｖｔａｇになるようにする電圧変換回路５０のフィードバック制御を開始し、電圧センサ５１の検出値が目標電圧Ｖｔａｇになると、当該検出値が目標電圧Ｖｔａｇに維持されるように電圧変換回路５０をフィードバック制御する。

ステップＳ１００の処理の後、ＨＶＥＣＵ１０は、電圧センサ２１により検出された高電圧バッテリ２の端子間電圧ＶＢと、電圧センサ３６により検出されたフィルタコンデンサ３４の端子間電圧ＶＬとを取得し、端子間電圧ＶＢと端子間電圧ＶＬとの差分の絶対値｜ＶＢ−ＶＬ｜が予め定められた比較的小さい値α（正の値、例えば、３０Ｖ程度）よりも大きいか否か（−αから＋αまでの範囲（所定範囲）外であるか否か）を判定する（ステップＳ１１０）。また、ステップＳ１１０にて絶対値｜ＶＢ−ＶＬ｜が値αよりも大きいと判定した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ＨＶＥＣＵ１０は、ステップＳ１００にて目標電圧ＶｔａｇをＤＤＣＥＣＵ５５に送信してから予め定められた時間ｔｒｅｆが経過したか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０にて用いられる閾値としての時間ｔｒｅｆは、目標電圧ＶｔａｇがＤＤＣＥＣＵ５５に送信されてからフィルタコンデンサ３４の端子間電圧ＶＬおよび平滑コンデンサ３５の端子間電圧ＶＨが双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５を用いたプリチャージにより目標電圧Ｖｔａｇに達したとみなすことができる時間として定められる。

ステップＳ１２０にてＤＤＣＥＣＵ５５への目標電圧Ｖｔａｇの送信後に時間ｔｒｅｆが経過していないと判定した場合、ＨＶＥＣＵ１０は、ステップＳ１１０の判定処理を再度実行し、ステップＳ１１０にて絶対値｜ＶＢ−ＶＬ｜が値α以下（−αから＋αまでの範囲内）になったと判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ＨＶＥＣＵ１０は、正極側システムメインリレーＳＭＲＢおよび負極側システムメインリレーＳＭＲＧを閉成させる（ステップＳ１８０）。この際、フィルタコンデンサ３４の端子間電圧ＶＬおよび平滑コンデンサ３５の端子間電圧ＶＨは、目標電圧Ｖｔａｇすなわち高電圧バッテリ２の端子間電圧ＶＢに近い値になっていることから、正極側および負極側システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧが閉成された際に正極側電力ラインＰＬ等やＰＣＵ３に大きな突入電流が流れるのを抑制することが可能となる。ステップＳ１８０の処理の後、ＨＶＥＣＵ１０は、車両状態をハイブリッド車両Ｖの走行が許容されるＲＥＡＤＹ−ＯＮ状態へと移行させ（ステップＳ１９０）、図２のルーチンを終了させる。

一方、ステップＳ１１０にて絶対値｜ＶＢ−ＶＬ｜が値αよりも大きいと判定し、かつステップＳ１２０にてＤＤＣＥＣＵ５５への目標電圧Ｖｔａｇの送信後に時間ｔｒｅｆが経過したと判定した場合（ステップＳ１１０，Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ＨＶＥＣＵ１０は、電圧センサ３６により検出されたフィルタコンデンサ３４の端子間電圧ＶＬを取得し、端子間電圧ＶＬが予め定められた過電圧閾値Ｖｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１３０にて用いられる過電圧閾値Ｖｒｅｆは、高電圧バッテリ２の定格電圧よりも高く、かつフィルタコンデンサ３４、平滑コンデンサ３５並びに高電圧補機の耐電圧よりも低い値に定められる。

ステップＳ１３０にてフィルタコンデンサ３４の端子間電圧ＶＬが過電圧閾値Ｖｒｅｆ以上であると判定された場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電圧変換回路５０、電圧センサ５１あるいはＤＤＣＥＣＵ５５等の異常によりフィルタコンデンサ３４が目標電圧Ｖｔａｇを超えて過充電されていることになる。このため、ステップＳ１３０にて端子間電圧ＶＬが過電圧閾値Ｖｒｅｆ以上であると判定した場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、ＨＶＥＣＵ１０は、昇降圧コンバータ３３の上アーム素子Ｔｒａおよび下アーム素子Ｔｒｂの双方をオンさせるようにＭＧＥＣＵ３０に指令信号（ＯＮ指令）を送信する（ステップＳ１４０）。

ＨＶＥＣＵ１０からの指令信号を受信したＭＧＥＣＵ３０は、電圧センサ３６により検出される端子間電圧ＶＬが所定値以下になるまで昇降圧コンバータ３３の上アーム素子Ｔｒａおよび下アーム素子Ｔｒｂの双方をオンさせる。これにより、フィルタコンデンサ３４および平滑コンデンサ３５に蓄えられた電荷を負極側電力ラインＮＬに流して（逃がして）フィルタコンデンサ３４および平滑コンデンサ３５を速やかに放電させることができる。なお、フィルタコンデンサ３４および平滑コンデンサ３５の放電中、ＭＧＥＣＵ３０は、上アーム素子Ｔｒａおよび下アーム素子Ｔｒｂの温度を監視し、上アーム素子Ｔｒａ等の温度が許容温度を超えないように当該上アーム素子Ｔｒａ等を適宜オフさせる。

ステップＳ１４０にてＭＧＥＣＵ３０に指令信号を送信した後、ＨＶＥＣＵ１０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の作動を停止させるようにＤＤＣＥＣＵ５５に指令信号を送信する（ステップＳ１５０）。また、ＨＶＥＣＵ１０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５によるプリチャージに異常が発生したことを示すために、図示しないインストルメントパネル等に設けられた警告灯を点灯させる（ステップＳ１６０）。更に、ＨＶＥＣＵ１０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の作動およびＲＥＡＤＹ−ＯＮ状態への移行を禁止し（ステップＳ１７０）、図２のルーチンを終了させる。一方、ステップＳ１３０にてフィルタコンデンサ３４の端子間電圧ＶＬが過電圧閾値Ｖｒｅｆ未満であると判定した場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、ＨＶＥＣＵ１０は、何らかの異常により双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５が低電圧バッテリ４からの電圧を昇圧し得なくなっているとみなし、ステップＳ１４０の処理をスキップした上で、ステップＳ１５０からＳ１７０の処理を実行し、図２のルーチンを終了させる。

上述のような図２のルーチンが実行される結果、電源システム１を搭載したハイブリッド車両Ｖでは、専用の異常検出回路等を用いることなく双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５によるフィルタコンデンサ３４および平滑コンデンサ３５のプリチャージの異常を検出すると共に、異常が検出された際に、昇降圧コンバータ３３の上アーム素子Ｔｒａおよび下アーム素子Ｔｒｂの双方をオンさせてフィルタコンデンサ３４および平滑コンデンサ３５の双方を放電させることができる。この結果、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５を用いたフィルタコンデンサ３４および平滑コンデンサ３５のプリチャージの異常が発生した際に、フィルタコンデンサ３４、平滑コンデンサ３５並びにそれらに接続された高電圧補機の故障の発生を良好に抑制することが可能となる。

また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５への動作停止指令の送信（ステップＳ１５０）に先立って、昇降圧コンバータ３３の上アーム素子Ｔｒａおよび下アーム素子Ｔｒｂをオンさせることで（ステップＳ１４０）、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の動作が停止するまでにフィルタコンデンサ３４の端子間電圧ＶＬおよび平滑コンデンサ３５の端子間電圧ＶＨが耐電圧を超えてしまうのを良好に抑制することができる。更に、平滑コンデンサ３５をフィルタコンデンサ３４と同時に放電させることで、ステップＳ１７０の処理後に運転者によりスタートスイッチＳＳがオフされた際等に改めて平滑コンデンサ３５を放電させる必要がなくなる。

以上説明したように、本開示の電源システム１は、高電圧バッテリ２と、当該高電圧バッテリ２よりも低電圧の低電圧バッテリ４と、それぞれ正極側システムメインリレーＳＭＲＢまたは負極側システムメインリレーＳＭＲＧを介して高電圧バッテリ２に接続される正極側電力ラインＰＬおよび負極側電力ラインＮＬと、正極側電力ラインＰＬおよび高電圧電力ラインＨＰＬに接続される上アーム素子Ｔｒａと、正極側電力ラインＰＬおよび負極側電力ラインＮＬに接続される下アーム素子Ｔｒｂとを含む昇降圧コンバータ３３と、正極側および負極側システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧと昇降圧コンバータ３３との間で正極側電力ラインＰＬおよび負極側電力ラインＮＬに接続されるフィルタコンデンサ３４と、高電圧電力ラインＨＰＬおよび負極側電力ラインＮＬに接続される平滑コンデンサ３５と、正極側および負極側システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧとフィルタコンデンサ３４との間で正極側電力ラインＰＬおよび負極側電力ラインＮＬに接続され、高電圧バッテリ２および昇降圧コンバータ３３側からの電力を降圧して低電圧バッテリ４側に供給すると共に、低電圧バッテリ４からの電力を昇圧して高電圧バッテリ２および昇降圧コンバータ３３側に供給することができる双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、制御装置としてのＨＶＥＣＵ１０を含む。

ＨＶＥＣＵ１０は、正極側および負極側システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧが開成された状態で双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５によって昇圧された低電圧バッテリ４からの電力によりフィルタコンデンサ３４および平滑コンデンサ３５がプリチャージされている間に、高電圧バッテリ２とフィルタコンデンサ３４との電圧差｜ＶＢ−ＶＬ｜と、フィルタコンデンサ３４の端子間電圧ＶＬとを監視する（ステップＳ１１０，Ｓ１３０）。そして、ＨＶＥＣＵ１０は、電圧差｜ＶＢ−ＶＬ｜が所定範囲（−αから＋αまでの範囲）外になり、かつ端子間電圧ＶＬが過電圧閾値（所定電圧）Ｖｒｅｆ以上になった場合（ステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ＭＧＥＣＵ３０と協働して昇降圧コンバータ３３の上アーム素子Ｔｒａおよび下アーム素子Ｔｒｂをオンさせると共に（ステップＳ１４０）、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５を停止させる（ステップＳ１５０）。これにより、電源システム１では、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５を用いたフィルタコンデンサ３４および平滑コンデンサ３５のプリチャージの異常が発生した際に、フィルタコンデンサ３４、平滑コンデンサ３５並びにそれらに接続された高電圧補機の故障の発生を良好に抑制することが可能となる。

なお、図２のステップＳ１３０では、フィルタコンデンサ３４の端子間電圧ＶＬの代わりに、平滑コンデンサ３５の端子間電圧ＶＨが過電圧閾値Ｖｒｅｆと比較されてもよい。また、上述の電源システム１を含む車両は、動力分配用のプラネタリギヤＰＧを有する２モータ式（シリーズパラレル方式）のハイブリッド車両Ｖに限られるものではない。すなわち、本開示の発明が適用される車両は、１モータ式のハイブリッド車両であってもよく、シリーズ式のハイブリッド車両であってもよく、パラレル式のハイブリッド車両であってもよく、プラグイン式のハイブリッド車両であってもよく、電気自動車であってもよい。更に、ＰＣＵ３は、２つ以上の昇降圧コンバータを含むものであってもよい。

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記発明を実施するための形態は、あくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、電源システムの製造産業等において利用可能である。

１電源システム、２高電圧バッテリ、３電力制御装置（ＰＣＵ）、４低電圧バッテリ、５双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０電圧変換回路、５５電子制御装置（ＤＤＣＥＣＵ）、１０ハイブリッド電子制御装置（ＨＶＥＣＵ）、２１，３６，３７，５１電圧センサ、２２電流センサ、３０モータ電子制御装置（ＭＧＥＣＵ）、３１第１インバータ、３２第２インバータ、３３昇降圧コンバータ、３４フィルタコンデンサ、３５平滑コンデンサ、Ｄａ，Ｄｂダイオード、ＤＦデファレンシャルギヤ、ＤＳドライブシャフト、ＤＷ駆動輪、ＥＧエンジン、ＨＰＬ高電圧電力ライン、Ｌリアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、ＮＬ負極側電力ライン、ＰＧプラネタリギヤ、ＰＬ正極側電力ライン、ＳＭＲＢ正極側システムメインリレー、ＳＭＲＧ負極側システムメインリレー、Ｔｒａ，Ｔｒｂトランジスタ、Ｖハイブリッド車両。

Claims

第１蓄電装置と、前記第１蓄電装置よりも低電圧の第２蓄電装置とを含む電源システムにおいて、
それぞれリレーを介して前記第１蓄電装置に接続される正極側電力ラインおよび負極側電力ラインと、
前記正極側電力ラインおよび高電圧電力ラインに接続される上アーム素子と、前記正極側電力ラインおよび前記負極側電力ラインに接続される下アーム素子とを含む第１電圧変換装置と、
前記リレーと前記第１電圧変換装置との間で前記正極側電力ラインおよび前記負極側電力ラインに接続される第１コンデンサと、
前記高電圧電力ラインおよび前記負極側電力ラインに接続される第２コンデンサと、
前記リレーと前記第１コンデンサとの間で前記正極側電力ラインおよび前記負極側電力ラインに接続され、前記第１蓄電装置および前記第１電圧変換装置側からの電力を降圧して前記第２蓄電装置側に供給すると共に、前記第２蓄電装置からの電力を昇圧して前記第１蓄電装置および前記第１電圧変換装置側に供給することができる第２電圧変換装置と、
前記リレーが開成された状態で前記第２電圧変換装置によって昇圧された前記第２蓄電装置からの電力により前記第１および第２コンデンサがプリチャージされている間に、前記第１蓄電装置と前記第１コンデンサとの電圧差が所定範囲外になり、かつ前記第１コンデンサの電圧が所定電圧以上になった場合、前記第１電圧変換装置の前記上アーム素子および前記下アーム素子をオンさせると共に、前記第２電圧変換装置を停止させる制御装置とを備える電源システム。