JP2022170057A - 電動車両 - Google Patents

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JP2022170057A JP2021075932A JP2021075932A JP2022170057A JP 2022170057 A JP2022170057 A JP 2022170057A JP 2021075932 A JP2021075932 A JP 2021075932A JP 2021075932 A JP2021075932 A JP 2021075932A JP 2022170057 A JP2022170057 A JP 2022170057A
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Abstract

【課題】モータを駆動するインバータに異常が生じてそのインバータを駆動停止するときに、そのインバータ以外の電力機器にも異常が生じるのを抑制する。【解決手段】駆動輪に連結されたモータと、モータを駆動すると共にスイッチング素子を有するインバータと、インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、電力ラインに接続されると共にスイッチング素子を有する少なくとも1つの電力機器と、制御装置と、を備える電動車両であって、制御装置は、インバータの異常時にモータの回転数が所定回転数以上であるときには、インバータおよび上述の少なくとも1つの電力機器の全てを駆動停止する。【選択図】図3

Description

本発明は、電動車両に関する。
従来、この種の電動車両としては、バッテリと、前輪を駆動するフロントモータと、バッテリの直流電力を交流電力に変換してフロントモータに供給するフロントインバータと、後輪を駆動するリアモータと、バッテリの直流電力を交流電力に変換してリアモータに供給するリアインバータと、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2015-61414号公報
上述の電動車両において、フロントモータおよびリアモータを駆動して高車速で走行しているときにフロントインバータに異常が生じてフロントインバータを駆動停止すると、フロントモータの回転に伴って発生する逆起電圧によって、フロントインバータとリアインバータとバッテリとが接続された電力ラインの電圧がかなり高くなる場合がある。この場合にリアインバータのスイッチング素子のスイッチングを行なうと、リアインバータにも異常を生じる可能性がある。
本発明の電動車両は、モータを駆動するインバータに異常が生じてそのインバータを駆動停止するときに、そのインバータ以外の電力機器にも異常が生じるのを抑制することを主目的とする。
本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電動車両は、
駆動輪に連結されたモータと、
前記モータを駆動すると共にスイッチング素子を有するインバータと、
前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、
前記電力ラインに接続されると共にスイッチング素子を有する少なくとも1つの電力機器と、
制御装置と、
を備える電動車両であって、
前記制御装置は、前記インバータの異常時に前記モータの回転数が所定回転数以上であるときには、前記インバータおよび前記少なくとも1つの電力機器の全てを駆動停止する、
ことを要旨とする。
本発明の電動車両では、インバータの異常時にモータの回転数が所定回転数以上であるときには、インバータおよび上述の少なくとも1つの電力機器の全てを駆動停止する。これにより、インバータに異常が生じてそのインバータを駆動停止するときにおいて、モータの回転によって発生する逆起電圧により電力ラインの電圧がかなり高くなるときに、上述の少なくとも1つの電力機器にも異常が生じるのを抑制することができる。
本発明の電動車両において、前記駆動輪とは異なる第2駆動輪に連結された第2モータを更に備え、前記少なくとも1つの電力機器は、前記第2モータを駆動する第2インバータを有し、前記制御装置は、前記インバータの異常時に前記モータの回転数が前記所定回転数未満であるときには、前記インバータを駆動停止すると共に前記第2インバータを駆動するものとしてもよい。第2モータから退避走行用のトルクが出力されるように第2インバータを駆動することにより、退避走行を行なうことができる。
本発明の電動車両において、前記蓄電装置よりも定格電圧の低い第2蓄電装置を更に備え、前記少なくとも1つの電力機器は、前記電力ラインの電力を降圧して前記第2蓄電装置が接続された第2電力ラインに供給可能な降圧装置を有し、前記制御装置は、前記インバータの異常時に前記モータの回転数が前記所定回転数未満であるときには、前記インバータを駆動停止すると共に前記降圧装置を駆動するものとしてもよい。降圧装置を駆動することにより、電力ラインの電力を降圧して第2電力ラインに供給することができ、第2蓄電装置の電圧が低くなるのを抑制することができる。
本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 モータ32,44やインバータ34,46などを含む電気系の構成の概略を示す構成図である。 メインECU70により実行される異常時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2は、モータ32,44やインバータ34,46などを含む電気系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図1に示すように、モータ32と、インバータ34と、エンジン42と、エンジン用電子制御ユニット(以下、「エンジンECU」という)43と、モータ44と、インバータ46と、変速機48と、降圧装置50と、高電圧バッテリ60と、低電圧バッテリ62と、メイン電子制御ユニット(以下、「メインECU」という)70とを備える。
モータ32は、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを有する同期発電電動機として構成されている。このモータ32の回転子は、前輪22fにデファレンシャルギヤ24fを介して連結された駆動軸26fに接続されている。インバータ34は、モータ32の駆動に用いられると共に電力ライン28に接続されている。このインバータ34は、図2に示すように、6つのスイッチング素子としてのトランジスタT11~T16と、6つのトランジスタT11~T16のそれぞれに並列に接続された6つのダイオードD11~D16とを有する。トランジスタT11~T16は、それぞれ、電力ライン28の正極側ライン28pおよび負極側ライン28nに対してソース側およびシンク側になるように2個ずつペアで配置されている。また、トランジスタT11~T16の対となるトランジスタの接続点の各々には、モータ32の三相コイルの各々が接続されている。したがって、インバータ34に電圧が作用しているときに、メインECU70によって対となるトランジスタT11~T16のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ32が回転駆動される。電力ライン28の正極側ライン28pおよび負極側ライン28nには、コンデンサ35が取り付けられている。実施例では、インバータ34およびコンデンサ35は、同一のケースに収容されている。
エンジン42は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。図1に示すように、エンジン42のクランクシャフトは、モータ44の回転子に接続されている。エンジン42は、エンジンECU43によって運転制御されている。
エンジンECU43は、図示しないが、CPUやROM、RAM、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。エンジンECU43には、エンジン42を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。エンジンECU43に入力される信号としては、例えば、エンジン42のクランクシャフトの回転位置を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランク角θcrを挙げることができる。エンジンECU43からは、エンジン42を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンECU24は、メインECU70と通信ポートを介して接続されている。エンジンECU43は、クランクポジションセンサからのクランク角θcrに基づいてエンジン42の回転数Neを演算している。
モータ44は、モータ32と同様に、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを有する同期発電電動機として構成されている。このモータ44の回転子は、エンジン42のクランクシャフトおよび変速機48の入力軸に接続されている。インバータ46は、モータ44の駆動に用いられると共に電力ライン28に接続されている。このインバータ46は、図2に示すように、6つのスイッチング素子としてのトランジスタT21~T26と、6つのトランジスタT21~T26のそれぞれに並列に接続された6つのダイオードD21~D26とを有する。トランジスタT21~T26は、それぞれ、電力ライン28の正極側ライン28pおよび負極側ライン28nに対してソース側およびシンク側になるように2個ずつペアで配置されている。また、トランジスタT21~T26の対となるトランジスタの接続点の各々には、モータ44の三相コイルの各々が接続されている。したがって、インバータ46に電圧が作用しているときに、メインECU70によって対となるトランジスタT21~T26のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ44が回転駆動される。電力ライン28の正極側ライン28pおよび負極側ライン28nには、コンデンサ47が取り付けられている。実施例では、インバータ46とコンデンサ47と降圧装置50とは、同一のケースに収容されている。
変速機48は、例えば4段変速や5段変速、6段変速などの自動変速機として構成されており、入力軸や出力軸、複数の遊星歯車、油圧駆動の複数の摩擦係合要素(クラッチやブレーキ)を有する。図1に示すように、変速機48の入力軸は、モータ44の回転子に接続されており、変速機48の出力軸は、後輪22rにデファレンシャルギヤ24rを介して連結された駆動軸26rに接続されている。変速機48は、メインECU70によって制御される、具体的には、複数の摩擦係合要素が係脱されることにより、複数の前進段や後進段を形成して、入力軸と出力軸との間で動力を伝達する。
降圧装置50は、図2に示すように、第1降圧コンバータ52と、第2降圧コンバータ54とコンデンサ57とを備える。第1降圧コンバータ52は、電力ライン28と電力ライン56とに接続されており、2つのスイッチング素子としてのトランジスタT31,T32と、2つのトランジスタT31,T32のそれぞれに並列に接続された2つのダイオードD31,D32と、リアクトルLとを有する。トランジスタT31は、電力ライン28の正極側ライン28pに接続されている。トランジスタT32は、トランジスタT31と電力ライン28,56の負極側ライン28n,56nとに接続されている。リアクトルLは、トランジスタT31,T32の接続点と電力ライン56の正極側ライン56pとに接続されている。第1降圧コンバータ52は、メインECU70によってトランジスタT31,T32のオン時間の割合が調節されることにより、電力ライン28の電力を降圧して電力ライン56に供給する。第2降圧コンバータ54は、電力ライン56と電力ライン64とに接続されており、メインECU70によって制御されることにより、電力ライン58の電力を降圧して電力ライン64に供給する。なお、第2降圧コンバータ54は、第1降圧コンバータ52と同様の構成であってもよいし、異なる構成、例えば、トランスを有するいわゆる絶縁型コンバータの構成であってもよい。コンデンサ57は、電力ライン56の正極側ライン56pおよび負極側ライン56nに取り付けられている。
高電圧バッテリ60は、定格電圧が数百V程度のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などとして構成されており、図1に示すように、電力ライン28に接続されている。低電圧バッテリ62は、定格電圧が高電圧バッテリ60よりも低い12V程度のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池、鉛蓄電池などとして構成されており、図示しない補機(例えば、ライト類やオーディオシステム、ナビゲーション装置など)と共に電力ライン64に接続されている。
メインECU70は、図示しないが、CPUやROM、RAM、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。メインECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。メインECU70に入力される信号としては、例えば、モータ32の回転子の回転位置を検出する回転位置センサ(例えばレゾルバ)32aからのモータ32の回転子の回転位置θmfや、モータ44の回転子の回転位置を検出する回転位置センサ(例えばレゾルバ)44aからのモータ44の回転子の回転位置θmrも挙げることができる。変速機48の入力軸や出力軸の回転数を検出する回転数センサからの入力軸や出力軸の回転数Nin,Noutも挙げることができる。高電圧バッテリ60の端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからの高電圧バッテリ60の電圧Vb1や、高電圧バッテリ60の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからの高電圧バッテリ60の電流Ib1も挙げることができる。低電圧バッテリ62の端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからの低電圧バッテリ62の電圧Vb2、低電圧バッテリ62の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからの低電圧バッテリ62の電流Ib2も挙げることができる。スタートスイッチ80からのスタート信号や、シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ88からの車速Vも挙げることができる。
メインECU70からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。メインECU70から出力される信号としては、例えば、インバータ34のトランジスタT11~T16への制御信号や、インバータ46のトランジスタT21~T26への制御信号、変速機48への制御信号を挙げることができる。降圧装置50の第1降圧コンバータ52のトランジスタT31,T32への制御信号、降圧装置50の第2降圧コンバータ54への制御信号も挙げることができる。メインECU70は、上述したように、エンジンECU43と通信ポートを介して接続されている。メインECU70は、回転位置センサ34a,46aからのモータ32,44の回転子の回転位置θmf,θmrに基づいてモータ32,44の回転数Nmf,Nmrを演算している。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、メインECU70とエンジンECU43との協調制御により、アクセル開度Accおよび車速Vに基づいて走行用の要求トルクTd*を設定し、設定した要求トルクTd*により走行するようにモータ32(インバータ34)やエンジン42、モータ44(インバータ46)、変速機48を制御する。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、インバータ34の異常時の動作について説明する。ここで、インバータ34の異常としては、トランジスタT11~T16やダイオードD11~D16のうちの少なくとも1つの過熱やオン固着、オフ固着などを挙げることができる。図3は、メインECU70により実行される異常時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、インバータ34の異常時に繰り返し実行される。
図3の異常時処理ルーチンが実行されると、メインECU70は、最初に、モータ32の回転数Nmfを入力する(ステップS100)。ここで、モータ32の回転数Nmfは、回転数センサ32aにより検出されたモータ32の回転子の回転位置θmfに基づいて演算された値が入力される。
こうしてデータを入力すると、入力したモータ32の回転数Nmfを閾値Nmfrefと比較する(ステップS110)。ここで、閾値Nmfrefは、インバータ34の駆動停止時において、インバータ46や第1降圧コンバータ52を駆動する(トランジスタT21~T26やトランジスタT31,T32をスイッチングする)とトランジスタT21~T26やダイオードD21~D26、トランジスタT31,T32、ダイオードD31,D32のうちの少なくとも一部にも異常を生じる可能性があるか否かを判定するのに用いられる閾値である。この閾値Nmfrefは、トランジスタT21~T26やダイオードD21~D26、トランジスタT31,T32、ダイオードD31,D32の仕様に基づいて定められる。インバータ34の駆動停止時において、モータ32の回転に伴って発生する逆起電圧が電力ライン28の電圧よりも高いときには、その逆起電圧に起因する電力が整流回路として機能するインバータ34を介して電力ライン28に供給され、電力ライン28の電圧が高くなる。電力ライン28の電圧がかなり高いときに、インバータ46や降圧装置50の第1降圧コンバータ52を駆動すると、トランジスタT21~T26やダイオードD21~D26、トランジスタT31,T32、ダイオードD31,D32のうちの少なくとも一部に異常を生じる可能性がある。ステップS110の処理は、これを考慮して行なわれる処理である。
ステップS110でモータ32の回転数Nmfが閾値Nmfref以上であるときには、インバータ34、インバータ46、降圧装置50(第1降圧コンバータ52および第2降圧コンバータ54)の全てを駆動停止するまたは駆動停止で保持して(ステップS120)、本ルーチンを終了する。ここで、インバータ34、インバータ46、第1降圧コンバータ52の駆動停止では、トランジスタT11~T16,T21~T26,T31,T32の全てがオフにされる。こうした処理により、インバータ34に異常が生じてインバータ34を駆動停止するときにおいて、モータ32の回転に伴って発生する逆起電圧により電力ライン28の電圧がかなり高くなるときに、インバータ46のトランジスタT21~T26やダイオードD21~D26、第1降圧コンバータ52のトランジスタT31,T32やダイオードD31,D32のうちの少なくとも一部にも異常が生じるのを抑制することができる。なお、実施例では、このときには、メインECU70は、エンジンECU43に、エンジン42の燃料カットを実行させるものとした。インバータ34およびインバータ46を駆動停止すると、モータ32およびモータ44に引き摺りトルク(モータ32およびモータ44の回転数Nmf,Nmrを小さくする方向のトルク)が発生する。したがって、モータ32およびモータ44の引き摺りトルクや、エンジン42の燃料カットによる制動トルク(いわゆるエンジンブレーキ)により、車速Vが低下する。なお、メインECU70は、エンジンECU43に、エンジン42を無負荷運転(アイドル運転)させるものとしてもよい。
ステップS110でモータ32の回転数Nmが閾値Nmfref未満であるときには、インバータ34を駆動停止するまたは駆動停止で保持すると共に、インバータ46や降圧装置50(第1降圧コンバータ52および第2降圧コンバータ54)の駆動を許可して(ステップS130)、本ルーチンを終了する。この場合、モータ44から退避走行用のトルクが出力されるようにインバータ46を駆動する。これにより、退避走行を行なうことができる。また、第1降圧コンバータ52および第2降圧コンバータ54を駆動することにより、電力ライン28の電力を電力ライン56を介して電力ライン64に供給することができ、低電圧バッテリ62の電圧が低くなるのを抑制することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20では、インバータ34の異常時にモータ32の回転数Nmfが閾値Nmfref以上であるときには、インバータ34、インバータ46、降圧装置50の全てを駆動停止する。これにより、インバータ34に異常が生じてインバータ34を駆動停止するときにおいて、モータ32の回転に伴って発生する逆起電圧により電力ライン28の電圧がかなり高くなるときに、インバータ46のトランジスタT21~T26やダイオードD21~D26、第1降圧コンバータ52のトランジスタT31,T32やダイオードD31,D32のうちの少なくとも一部にも異常が生じるのを抑制することができる。
また、実施例のハイブリッド自動車20では、インバータ34の異常時にモータ32の回転数Nmfが閾値Nmfref未満であるときには、インバータ34を駆動停止すると共に、インバータ46や降圧装置50(第1降圧コンバータ52および第2降圧コンバータ54)を駆動する。モータ44から退避走行用のトルクが出力されるようにインバータ46を駆動することにより、退避走行を行なうことができる。また、降圧装置50を駆動することにより、電力ライン28の電力を電力ライン64に供給することができ、低電圧バッテリ62の電圧が低くなるのを抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、インバータ34の異常時にモータ32の回転数Nmfが閾値Nmfref未満であるときには、インバータ34を駆動停止すると共に、インバータ46や降圧装置50(第1降圧コンバータ52および第2降圧コンバータ54)を駆動するものとした。しかし、このときには、インバータ34およびインバータ46を駆動停止すると共に、降圧装置50を駆動するものとしてもよい。また、このときには、インバータ34および降圧装置50を駆動停止すると共に、インバータ46を駆動するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、降圧装置50は、第1降圧コンバータ52および第2降圧コンバータ54を備えるものとした。しかし、1つの降圧コンバータだけを備えるものとしてもよい。即ち、電力ライン28の電力を1つの降圧コンバータにより降圧して電力ライン64に供給するものとしてもよい。
実施例では、図1や図2に示したように、モータ32とインバータ34とエンジン42とモータ44とインバータ46と変速機48と降圧装置50(第1降圧コンバータ52および第2降圧コンバータ54)と高電圧バッテリ60と低電圧バッテリ62とを備えるハイブリッド自動車20について説明した。しかし、ハイブリッド自動車20のハード構成のうちモータ44およびインバータ46を備えないハイブリッド自動車としてもよい。また、ハイブリッド自動車20のハード構成のうち降圧装置50を備えずに(電力ライン28と電力ライン64との間で電力の授受をせずに)、エンジン42からの動力を用いて発電してその電力を電力ライン64に供給するオルタネータを備えるハイブリッド自動車としてもよい。さらに、ハイブリッド自動車20のハード構成のうちエンジン42を備えないまたはエンジン42および変速機48を備えない電気自動車としてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ32が「モータ」に相当し、インバータ34が「インバータ」に相当し、高電圧バッテリ60が「蓄電装置」に相当し、インバータ46や降圧装置50が「少なくとも1つの電力機器」に相当し、メインECU70が「制御装置」に相当する。また、モータ44が「第2モータ」に相当し、インバータ46が「第2インバータ」に相当する。さらに、低電圧バッテリ62が「第2蓄電装置」に相当し、降圧装置50が「降圧装置」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電動車両の製造産業などに利用可能である。
20 ハイブリッド自動車、22 エンジン、22f 前輪、22r 後輪、24f,24r デファレンシャルギヤ、26f,26r 駆動軸、28 電力ライン、28n 負極側ライン、28p 正極側ライン、32 モータ、32a 回転数センサ、34 インバータ、34a 回転位置センサ、35 コンデンサ、42 エンジン、43 エンジンECU、44 モータ、46 インバータ、47 コンデンサ、48 変速機、50 降圧装置、52 第1降圧コンバータ、54 第2降圧コンバータ、56 電力ライン、56n 負極側ライン、56p 正極側ライン、57 コンデンサ、60 高電圧バッテリ、62 低電圧バッテリ、64 電力ライン、67a 電圧センサ、70 メインECU、80 スタートスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、D11~D16,D21~D26,D31,D32 ダイオード、T11~T16,T21~T26,T31,T32 トランジスタ。

Claims (3)

  1. 駆動輪に連結されたモータと、
    前記モータを駆動すると共にスイッチング素子を有するインバータと、
    前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、
    前記電力ラインに接続されると共にスイッチング素子を有する少なくとも1つの電力機器と、
    制御装置と、
    を備える電動車両であって、
    前記制御装置は、前記インバータの異常時に前記モータの回転数が所定回転数以上であるときには、前記インバータおよび前記少なくとも1つの電力機器の全てを駆動停止する、
    電動車両。
  2. 請求項1記載の電動車両であって、
    前記駆動輪とは異なる第2駆動輪に連結された第2モータを更に備え、
    前記少なくとも1つの電力機器は、前記第2モータを駆動する第2インバータを有し、
    前記制御装置は、前記インバータの異常時に前記モータの回転数が前記所定回転数未満であるときには、前記インバータを駆動停止すると共に前記第2インバータを駆動する、
    電動車両。
  3. 請求項1または2記載の電動車両であって、
    前記蓄電装置よりも定格電圧の低い第2蓄電装置を更に備え、
    前記少なくとも1つの電力機器は、前記電力ラインの電力を降圧して前記第2蓄電装置が接続された第2電力ラインに供給可能な降圧装置を有し、
    前記制御装置は、前記インバータの異常時に前記モータの回転数が前記所定回転数未満であるときには、前記インバータを駆動停止すると共に前記降圧装置を駆動する、
    電動車両。
JP2021075932A 2021-04-28 2021-04-28 電動車両 Pending JP2022170057A (ja)

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