JP2021072699A - 電動自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧バッテリ充電時において、オフ保持動作を実行する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する電動自動車は、走行用モータと、高圧バッテリと、電力変換回路と、オフ保持回路と、ドロッパ方式電源とを備える。高圧バッテリは、走行用モータに電力を供給する。電力変換回路は、高圧バッテリと走行用モータとの間に設けられ、高圧バッテリから走行用モータへの供給電力を調節する。オフ保持回路は、高圧バッテリの充電時に、電力変換回路のスイッチング素子をオフ状態に保持する。ドロッパ方式電源は、高圧バッテリとオフ保持回路との間に設けられ、高圧バッテリからオフ保持回路へ動作電力を供給する。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、電動自動車に関する。

特許文献１に、電動自動車（例えば電気自動車やハイブリッド自動車）に搭載される電力変換回路が開示されている。この電力変換回路は、高圧バッテリと、走行用モータとの間に設けられており、高圧バッテリから走行用モータへの供給電力を調整する。電力変換回路のスイッチング素子は、ドライバ回路によって制御されており、通常、ドライバ回路の動作電力は絶縁電源によって供給される。

特開２０１１−５５５８２号公報

上記のような電動自動車では、インフラ電源網によって高圧バッテリが充電されるものも多い。そのような電動自動車において、充電中の高圧バッテリが電力変換回路に接続される場合は、意図しない短絡を避けるために、電力変換回路のスイッチング素子をオフ状態に保持する保護動作（以降、オフ保持動作と称する）が必要とされる。オフ保持動作を実行するためには、ドライバ回路に動作電力を供給する必要があり、そのためには、絶縁電源を動作させる必要がある。しかしながら、絶縁電源を動作させると、そのスイッチングに起因するノイズが問題となるため、家電製品と同様のＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）指令への適合が必要とされる。

しかしながら、従来の電動自動車では、高圧バッテリの充電中に絶縁電源を動作させると、ＥＭＣ指令に対して不適となり得るおそれがある、そのため、高圧バッテリの充電中は、絶縁電源によってドライバ回路へ電力を供給することができず、前述したオフ保持動作を実行できないという問題がある。本明細書は、このような問題を回避又は抑制し得る技術を提供する。

本明細書が開示する電動自動車は、走行用モータと、高圧バッテリと、電力変換回路と、オフ保持回路と、ドロッパ方式電源とを備える。高圧バッテリは、走行用モータに電力を供給する。電力変換回路は、高圧バッテリと走行用モータとの間に設けられ、高圧バッテリから走行用モータへの供給電力を調節する。オフ保持回路は、高圧バッテリの充電時に、電力変換回路のスイッチング素子をオフ状態に保持する。ドロッパ方式電源は、高圧バッテリとオフ保持回路との間に設けられ、高圧バッテリからオフ保持回路へ動作電力を供給する。

上記した電動自動車は、ドロッパ方式電源を備えており、ドロッパ方式電源は、高圧バッテリ充電時に、オフ保持回路へ動作電力を供給する。ドロッパ方式電源は、高圧バッテリからの電力を降圧することによって、オフ保持回路へ供給するため、例えば絶縁電源のようなスイッチング動作を必要としない。従って、充電時において、ＥＭＣ指令に適合しつつ、スイッチング素子のオフ保持動作を実行することができる。

本明細書が開示する他の電動自動車は、走行用モータと、電力変換回路と、ドライバ回路と、絶縁電源とを備える。電力変換回路は、高圧バッテリと走行用モータとの間に設けられ、高圧バッテリから走行用モータへの供給電力を調節する。ドライバ回路は、電力変換回路のスイッチング素子を制御する。絶縁電源は、ドライバ回路へ動作電力を供給する。ドライバ回路は、高圧バッテリの充電時に、スイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持動作を実行する。絶縁電源は、電動自動車の走行時と、高圧バッテリの充電時との間で、動作周波数を変化させる。

上記した電動自動車では、ドライバ回路が、高圧バッテリの充電時に、スイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持動作を実行する。このとき、ドライバ回路には絶縁電源から動作電力が供給されるので、絶縁電源はＥＭＣ指令を満足しながら動作する必要がある。この点に関して、絶縁電源は、電動自動車の走行時と、高圧バッテリの充電時との間で、動作周波数を変化させることができる。従って、走行時には従前の実績ある動作周波数を採用しつつ、充電時にはＥＭＣ指令を満足し得る動作周波数を一時的に採用することができる。充電時であっても絶縁電源を利用することができるので、充電時のオフ保持動作のために別の電源をさらに備える必要がない。そのため、電動自動車の省スペース、低コスト化を図ることができる。

実施例１の電動自動車１０における内部構造を示す電子回路図。 オフ保持回路２０ａの一変形例について示すブロック図。 実施例２の電動自動車１００における内部構造を示す電子回路図。 実施例２の絶縁電源２２について説明するブロック図。 周波数調整部１２３における周波数の調整について説明するグラフ。

本技術の一実施形態では、電動自動車が、オフ保持回路又はその他の回路へ動作電力を供給する電源として、前述したドロッパ式電源と、前述した周波数可変式の絶縁電源との両者を併せ持ってもよい。

（実施例１）図１を参照して、実施例の電動自動車１０について説明する。電動自動車１０は、例えば電気自動車、ハイブリッド車等である。図１に示すように、電動自動車１０は、走行用モータ１２と、高圧バッテリ１４と、システムメインリレー（ＳＭＲ１６）と、電力変換回路１８とを備える。高圧バッテリ１４は、走行用モータ１２に電力を供給する電源である。電力変換回路１８は、例えばインバータ回路やコンバータ回路である。電力変換回路１８は、高圧バッテリ１４と走行用モータ１２との間に設けられており、高圧バッテリ１４から走行用モータ１２への供給電力を調節する。走行用モータ１２は車輪（図示省略）に接続されており、走行用モータ１２を駆動することで、電動自動車１０を走行させることができる。

電力変換回路１８は、六つのスイッチング素子１８ａを備えており、三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のインバータ回路構造を有している。スイッチング素子１８ａの一端は、高圧バッテリ１４の負極１４ｂに接続されており、スイッチング素子１８ａの他端は、高圧バッテリ１４の正極１４ａに接続されている。電力変換回路１８は、六つのスイッチング素子１８ａを選択的にスイッチングすることで、高圧バッテリ１４から供給された直流電力を、走行用モータ１２へ供給される三相交流電力に変換する。

電力変換回路１８のスイッチング素子１８ａは、ＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）素子である。即ち、スイッチング素子１８ａは、ＩＧＢＴ構造と、それに対して逆並列に接続されたダイオード構造とを有している。スイッチング素子１８ａの一端には、ＩＧＢＴ構造のエミッタ及びダイオード構造のアノードが接続されており、スイッチング素子１８ａの他端には、ＩＧＢＴ構造のコレクタ及びダイオード構造のカソードが接続されている。但し、スイッチング素子１８ａは、ＲＣ−ＩＧＢＴ素子に限定されず、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）素子又は他の種類のスイッチング素子であってもよい。

ＳＭＲ１６は、高圧バッテリ１４と電力変換回路１８との間に配置されており、高圧バッテリ１４と電力変換回路１８との間を接続又は開放する。ＳＭＲ１６は、二つのスイッチ１６ａ、１６ｂを有している。一方のスイッチ１６ａは、高圧バッテリ１４の正極１４ａと電力変換回路１８の他端とに接続されており、他方のスイッチ１６ｂは、高圧バッテリ１４の負極１４ｂと電力変換回路１８の一端とに接続されている。ＳＭＲ１６は、例えば、後述する制御回路２６によって制御される。通常、電動自動車１０の使用時には、ＳＭＲ１６がオンされて、高圧バッテリ１４が電力変換回路１８へ電気的に接続される。一方、電動自動車１０の非使用時には、ＳＭＲ１６がオフされて、高圧バッテリ１４が電力変換回路１８から電気的に切断される。但し、電動自動車１０の非使用時であっても、高圧バッテリ１４の充電時には、ＳＭＲ１６をオンする必要があることから、高圧バッテリ１４が電力変換回路１８に電気的に接続される。

電動自動車１０は、ドライバ回路２０と、制御回路２６と、絶縁電源２２と、上位ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３２とを備える。ドライバ回路２０は、各々のスイッチング素子１８ａに接続されており、各々のスイッチング素子１８ａを選択的にスイッチングすることができる。ドライバ回路２０と制御回路２６との間は電気的に絶縁されており、ドライバ回路２０は、制御回路２６にフォトカプラ２４を介して接続される。ドライバ回路２０は、制御回路２６から出力される制御信号に基づいて、スイッチング素子１８ａの動作を制御するように構成されている。

制御回路２６は、ＣＰＵ３０と電源制御部２８とを有している。制御回路２６は、上位ＥＣＵ３２に接続されている。制御回路２６のＣＰＵ３０は、上位ＥＣＵ３２から情報がＣＰＵ３０に入力されると、ドライバ回路２０や電源制御部２８に対して各種の信号を出力する。電源制御部２８は、ＣＰＵ３０から制御信号を受け取ると、絶縁電源２２に動作信号を出力する。絶縁電源２２は、スイッチング方式の電源であり、電源制御部２８からの動作信号を受け取ると、不図示のスイッチング素子をスイッチングすることによって、ドライバ回路２０へ動作電力を供給する。

なお、ドライバ回路２０は、オフ保持回路２０ａを有している。オフ保持回路２０ａは、電力変換回路１８のスイッチング素子１８ａをオフ状態に保持する。このオフ保持回路２０ａによる動作のことを、オフ保持動作とも称する。例えば、電力変換回路１８や走行用モータ１２等で異常が生じた場合に、保護動作として、ドライバ回路２０は、制御回路２６からの制御信号に基づいて、オフ保持回路２０ａによるオフ保持動作を実行する。また、後述するように、高圧バッテリ１４がインフラ電源網によって充電されるときも、ドライバ回路２０は、オフ保持回路２０ａによってオフ保持動作を実行する。

電動自動車１０は、ドロッパ電源３４をさらに備える。ドロッパ電源３４は、走行用モータ１２と、電力変換回路１８との間に配置されている。ドロッパ電源３４は、抵抗（不図示）を有しており、高圧バッテリ１４からの電力を降圧し、調整することによって電力を供給することができる。ドロッパ電源３４は、オフ保持回路２０ａに接続されており、オフ保持回路２０ａへ動作電力を供給する。これにより、本実施例における電動自動車１０では、ドロッパ電源３４からの供給電力によっても、オフ保持動作を実行することができる。

ここで、上述した電動自動車１０は、インフラ電源網によって高圧バッテリ１４を充電することができる。この場合、前述したように、ＳＭＲ１６をオンする必要があることから、高圧バッテリ１４が電力変換回路１８に電気的に接続されてしまう。このように、充電中の高圧バッテリ１４が電力変換回路１８に接続される場合は、意図しない短絡を避けるために、電力変換回路１８のオフ保持動作が必要とされる。このオフ保持動作を実行するためには、ドライバ回路２０（特に、オフ保持回路２０ａ）に動作電力を供給する必要があり、そのためには、絶縁電源２２を動作させる必要がある。しかしながら、絶縁電源２２を動作させると、そのスイッチングに起因するノイズが問題となるため、家電製品と同様のＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）指令への適合が必要とされる。

上記の課題を解決するために、本実施例における電動自動車１０は、ドロッパ電源３４を備えており、ドロッパ電源３４は、高圧バッテリ１４の充電時に、オフ保持回路２０ａへ動作電力を供給する。ドロッパ電源３４は、高圧バッテリ１４からの電力を降圧することによって、オフ保持回路２０ａへ供給するため、絶縁電源２２のようなスイッチング動作を必要としない。従って、充電時において、ＥＭＣ指令に適合しつつ、スイッチング素子１８ａのオフ保持動作を実行することができる。なお、この場合において、ＣＰＵ３０は、上位ＥＣＵ３２から充電中である充電情報を受け取ると、電源制御部２８に対して、絶縁電源２２の駆動を停止する停止信号を出力してもよい。

なお、本実施例において、オフ保持回路２０ａは、ドライバ回路２０内に設けられている。この構成に限定されず、オフ保持回路２０ａは、ドライバ回路２０とは別に設けられていてもよい。この場合、ドロッパ電源３４は、少なくともオフ保持回路２０ａのみに動作電力を供給すればよい。このような構成によると、ドライバ回路２０に故障が生じた場合であっても、スイッチング素子１８ａのオフ保持動作を実行することができる。

但し、オフ保持回路２０ａの具体的な構成は特に限定されず、変更可能である。図２を参照して、オフ保持回路２０ａの一変形例について説明する。図２に示すように、オフ保持回路２０ａは、ダイオードと、スイッチング素子とを有していてもよい。この場合、ダイオードのアノードが、電力変換回路１８におけるスイッチング素子１８ａのゲートに接続されており、ダイオードのカソードがオフ保持回路２０ａのスイッチング素子の一端に接続されている。オフ保持回路２０ａのスイッチング素子の他端は、接地端子に接続されている。従って、オフ保持回路２０ａのスイッチング素子がオンされると、電力変換回路１８のスイッチング素子１８ａが接地端子と接続され、オフ状態に固定される。

（実施例２）図３−図５を参照して、実施例２の電動自動車１００について説明する。図３に示すように、実施例２の電動自動車１００は、実施例１の電動自動車１０におけるドロッパ電源３４を備えていない。それに伴い、図４に示すように、実施例２の電動自動車１００における絶縁電源２２は、周波数調整部１２３を有している。周波数調整部１２３は、ＣＰＵ３０からの指令を受けて、絶縁電源２２の動作周波数を変化させることができる。なお、実施例２の電動自動車１００は、これらの点を除く他の部分については、実施例１と同様に構成することができるため、重複する説明は省略する。

本実施例の電動自動車１００においても、インフラ電源網によって高圧バッテリ１４が充電されるときは、ドライバ回路２０（特に、オフ保持回路２０ａ）によるオフ保持動作が実行される。但し、本実施例の電動自動車１００では、ドロッパ電源３４が存在しないことから、高圧バッテリ１４の充電時でも、絶縁電源２２によってドライバ回路２０（特に、オフ保持回路２０ａ）へ動作電力が供給される。このとき、絶縁電源２２は、ＥＭＣ指令を満足しながら動作する必要がある。

上記の点に関して、図５に示すように、絶縁電源２２における周波数調整部１２３は、電動自動車１００の走行時と、高圧バッテリ１４の充電時との間で、動作周波数を変化させることができる。従って、絶縁電源２２の動作周波数を変化させることにより、絶縁電源２２の動作に起因するノイズ周波数を変化させることができる。これにより、高圧バッテリ１４の充電時には、絶縁電源２２で生じるノイズ周波数を、ＥＭＣ指令に不適となる範囲Ｘ内に位置する周波数Ａから、ＥＭＣ指令に適合する範囲（即ち、範囲Ｘを除く範囲）に位置する周波数Ｂへ、変化させることができる。また、充電時であっても、絶縁電源２２を利用することができるので、充電時のオフ保持動作のために別の電源をさらに備える必要がない。そのため、電動自動車１００の省スペース、低コスト化を図ることができる。但し、上記の構成に限定されず、実施例２における電動自動車１００は、実施例１におけるドロッパ電源３４を備えていてもよい。

以上、本明細書が開示する技術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、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、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の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。

１０、１００：電動自動車
１２：走行用モータ
１４：高圧バッテリ
１４ａ：正極
１４ｂ：負極
１６：ＳＭＲ
１８：電力変換回路
１８ａ：スイッチング素子
２０：ドライバ回路
２０ａ：オフ保持回路
２２：絶縁電源
２４：フォトカプラ
２６：制御回路
２８：電源制御部
３０：ＣＰＵ
３２：上位ＥＣＵ
３４：ドロッパ電源
１２３：周波数調整部

Claims (3)

1. 走行用モータと、
   前記走行用モータに電力を供給する高圧バッテリと、
   前記高圧バッテリと前記走行用モータとの間に設けられ、前記高圧バッテリから前記走行用モータへの供給電力を調節する電力変換回路と、
   前記高圧バッテリの充電時に、前記電力変換回路のスイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持回路と、
   前記高圧バッテリと前記オフ保持回路との間に設けられ、前記高圧バッテリから前記オフ保持回路へ動作電力を供給するドロッパ方式電源と、
   を備える電動自動車。
2. 前記オフ保持回路又はその他の回路へ動作電力を供給する絶縁電源をさらに備え、
   前記絶縁電源は、前記電動自動車の走行時と、前記高圧バッテリの充電時との間で、動作周波数を変化させる、請求項１に記載の電動自動車。
3. 走行用モータと、
   前記走行用モータに電力を供給する高圧バッテリと、
   前記高圧バッテリと前記走行用モータとの間に設けられ、前記高圧バッテリから前記走行用モータへの供給電力を調節する電力変換回路と、
   前記電力変換回路のスイッチング素子を制御するドライバ回路と、
   前記ドライバ回路へ動作電力を供給する絶縁電源と、を備え、
   前記ドライバ回路は、前記高圧バッテリの充電時に、前記スイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持動作を実行し、
   前記絶縁電源は、電動自動車の走行時と、前記高圧バッテリの充電時との間で、動作周波数を変化させる、
   電動自動車。

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