JP4742109B2 - 電気自動車 - Google Patents
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Description
この発明は、電気自動車に関するものであり、特に、スイッチングデバイスのノイズ低減に関するものである。
従来、駆動用の電力源である比較的高圧な燃料電池と、この燃料電池よりも低圧なバッテリとが並列接続され、これら燃料電池とバッテリとの間に双方向に昇降圧が可能な双方向DC−DCコンバータを備えた電気自動車が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、燃料電池を用いない電気自動車やハイブリッド車両などにおいては、電気配線の内部抵抗による損失を低減するために、バッテリの電力をDC−DCコンバータによって昇圧して駆動用のモータに供給する技術が知られている。
特開2002−118981号公報
また、燃料電池を用いない電気自動車やハイブリッド車両などにおいては、電気配線の内部抵抗による損失を低減するために、バッテリの電力をDC−DCコンバータによって昇圧して駆動用のモータに供給する技術が知られている。
ところで、上述した従来の電気自動車のように、車両駆動用の高電圧回路に配置されるDC−DCコンバータの場合、スイッチング素子やDC−DCコンバータの駆動制御を電流センサおよび電圧センサの検出結果に基づいて行っている。そして、これら電流センサおよび電圧センサは、前述の車両駆動用の高電圧回路のマイナス側をグランドとしている。一方、電流センサおよび電圧センサの検出結果が入力され、DC−DCコンバータを実際に制御する制御装置であるマイコンにあっては、高電圧回路のマイナス側にグランドを接続するとスイッチングノイズの影響により正常に機能しなくなる虞があるため、高電圧側のグランドではなく12Vバッテリ系のグランドに接続される。
しかしながら、このように電流センサおよび電圧センサと制御装置とのグランドがそれぞれ異なると、電流センサおよび電圧センサの検出結果を制御装置に入力する際に、デジタル変換回路や絶縁回路が必要になり、センシング精度の低下やコストアップといった課題が発生していた。
しかしながら、このように電流センサおよび電圧センサと制御装置とのグランドがそれぞれ異なると、電流センサおよび電圧センサの検出結果を制御装置に入力する際に、デジタル変換回路や絶縁回路が必要になり、センシング精度の低下やコストアップといった課題が発生していた。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、部品点数の増加を抑制しつつDC−DCコンバータを制御する制御装置におけるセンシング精度を向上し、車両としての効率を向上することができる電気自動車を提供するものである。
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、直流電源(例えば、実施の形態における燃料電池11)に接続されたスイッチングデバイス(例えば、実施の形態におけるスイッチングデバイス31)と、該スイッチングデバイスの入力電圧又は出力電圧の少なくともどちらか一方を検出する検出装置(例えば、実施の形態における電圧センサV1,V2)と、該検出装置の検出電圧が入力され、前記スイッチングデバイスに複数の信号線(例えば、実施の形態における駆動信号ライン45)を介して駆動信号を送信する制御装置(例えば、実施の形態におけるコントローラ32)とを備え、前記スイッチングデバイス、前記検出装置、および、前記制御装置が全て同一のグランド(例えば、実施の形態における高圧GND40)に接続されたDC−DCコンバータ(例えば、実施の形態におけるDC−DCコンバータ30)を有する電気自動車において、前記制御装置の接地線(例えば、実施の形態における接地線44)の全長を、前記信号線の全長よりも長く設定すると共に、前記接地線を信号線群から離間して布設することを特徴とする。
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載の発明において、前記接地線は、その一部がコイル状に巻回されて形成されることを特徴とする。
請求項1に記載した発明によれば、接地線の全長を信号線の全長よりも長く設定することでスイッチングデバイスと同一の接地に接続された制御装置の接地線のインピーダンスを増加させて、高電圧系の接地から制御装置に回り込むスイッチングノイズを抑制すると共に、制御装置の接地線と他の信号線とを離間することで、接地線のスイッチングノイズが信号線に影響を及ぼすのを低減することができる。したがって、スイッチングノイズの影響を低減しつつ、従来と比較してA/D変換器や絶縁回路を省略できる分だけ、部品点数を低減して小型化やコストの低減を図ることができ、さらに、A/D変換器や絶縁回路を介さない分だけDC−DCコンバータの入出力電圧等のセンシング精度が向上して車両としての効率を向上させることができる効果がある。
請求項2に記載した発明によれば、制御装置に接続される接地線の一部をコイル状に巻回して形成することで、このコイル状に巻回された部分のインダクタンスを増加させることができるため、スイッチングノイズにより接地線に流れる交流電流を抑制することができる効果がある。
次に、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1はこの実施形態における電気自動車の高電圧回路10および低電圧回路20の間に介装されたDC−DCコンバータ30を示したものである。この実施形態の電気自動車は、比較的高電圧な電源として燃料電池(FC)11を備えており、この燃料電池11で発電した電力をインバータであるパワードライブユニット(以下、PDUと称す)を介してブラシレスモータ(MOT)15に供給するようになっている。また、燃料電池11で発電した電力および昇圧された後述するバッテリ21の電力は、燃料電池用のエアポンプ(A/P)13に供給されてこのエアポンプ13の駆動により燃料電池11のカソード側に空気を送り込むようになっている。PDU12は電気自動車の各種制御処理を行う図示しないECU(電子制御ユニット)からの制御指令に基づいて、各相の電流をPWM制御してブラシレスモータ15の駆動および回生を行うものである。
図1はこの実施形態における電気自動車の高電圧回路10および低電圧回路20の間に介装されたDC−DCコンバータ30を示したものである。この実施形態の電気自動車は、比較的高電圧な電源として燃料電池(FC)11を備えており、この燃料電池11で発電した電力をインバータであるパワードライブユニット(以下、PDUと称す)を介してブラシレスモータ(MOT)15に供給するようになっている。また、燃料電池11で発電した電力および昇圧された後述するバッテリ21の電力は、燃料電池用のエアポンプ(A/P)13に供給されてこのエアポンプ13の駆動により燃料電池11のカソード側に空気を送り込むようになっている。PDU12は電気自動車の各種制御処理を行う図示しないECU(電子制御ユニット)からの制御指令に基づいて、各相の電流をPWM制御してブラシレスモータ15の駆動および回生を行うものである。
一方、DC−DCコンバータ30はスイッチングデバイス31と、このスイッチングデバイス31を制御するコントローラ32とを備えており、高電圧側の入出力端子33,34が上述した燃料電池11とブラシレスモータ15との間に接続され、低電圧側の入出力端子35,36が、燃料電池11と比較して低電圧に設定された直流電源であるバッテリ(BATT)21に接続されている。DC−DCコンバータ30は、スイッチングデバイス31のスイッチング動作により高電圧側の入出力端子33,34と低電圧側の入出力端子35,36との間において双方向の電力授受を可能とすべく昇圧および降圧を可能としている。
より具体的には、DC−DCコンバータ30は、ブラシレスモータ15の回生時には、PDU12を介して高電圧側の入出力端子33,34に印加される電圧を降圧して低電圧側の入出力端子35,36に接続されたバッテリ21を充電し、他方、バッテリ21に充電された電力により高電圧側をアシストする場合には、低電圧側の入出力端子35,36に印加されるバッテリ電圧を燃料電池11の出力電圧と同等の電圧に昇圧する。なお、DC−DCコンバータ30の高電圧側の入出力端子33,34間にはスイッチングデバイスと並列に平滑用のコンデンサ37が接続され、低電圧側の入出力端子35,36のうち+側の入出力端子35には、スイッチングデバイス31との間に平滑用のリアクトル38が直列に接続されている。
また、燃料電池11の−側端子16とバッテリ21の−側端子22とが高圧GND40を介して接続され、この高圧GND40が基準電位であるシグナル接地として利用されている。ここで、「高圧GND」とは、比較的高電圧な電源である燃料電池11の−側端子16の電位を基準電位としていることから高圧GNDと称している。また、高圧GND40は、DC−DCコンバータ30内を経由して燃料電池11の−側端子16とバッテリ21の−側端子22とを接続している。
スイッチングデバイス31は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やFET(Field effect transistor)などで構成されたものであり、コントローラ32からの制御信号に従って昇圧および降圧のためのスイッチング動作を行うものである。
コントローラ32は、DC−DCコンバータ30のスイッチングデバイス31の駆動を制御するものであり、駆動信号ライン45を介してスイッチングデバイス31に駆動制御信号を出力するように構成されている。コントローラ32には、図2,3に示すように、スイッチングデバイス31の入出力電圧を検出する電圧センサV1,V2と、スイッチングデバイス31の入出力電流を検出する電流センサI1,I2とがそれぞれ接続されるとともに、スイッチングデバイス31の温度を検出する図示しない温度センサがシリアルライン41を介して接続されている。コントローラ32は、これら電圧センサV1,V2、電流センサI1,I2、および、温度センサの検出結果に基づいてDC−DCコンバータ30に対する入出力電圧、入出力電流、および、スイッチングデバイス31の温度を監視しながらスイッチングデバイス31の駆動制御を行っている。
コントローラ32は、DC−DCコンバータ30のスイッチングデバイス31の駆動を制御するものであり、駆動信号ライン45を介してスイッチングデバイス31に駆動制御信号を出力するように構成されている。コントローラ32には、図2,3に示すように、スイッチングデバイス31の入出力電圧を検出する電圧センサV1,V2と、スイッチングデバイス31の入出力電流を検出する電流センサI1,I2とがそれぞれ接続されるとともに、スイッチングデバイス31の温度を検出する図示しない温度センサがシリアルライン41を介して接続されている。コントローラ32は、これら電圧センサV1,V2、電流センサI1,I2、および、温度センサの検出結果に基づいてDC−DCコンバータ30に対する入出力電圧、入出力電流、および、スイッチングデバイス31の温度を監視しながらスイッチングデバイス31の駆動制御を行っている。
電圧センサV1,V2および電流センサI1,I2は、スイッチングデバイス31の低電圧側の入出力端子35に接続される+側のライン43、および、高電圧側の入出力端子33に接続される+側のライン42にそれぞれ取り付けられている。
また、コントローラ32のシグナル接地は、接地線44を介して上述したDC−DCコンバータ30の内部で、スイッチングデバイス31よりも入出力端子34側の高圧GND40に接続されている。
また、コントローラ32のシグナル接地は、接地線44を介して上述したDC−DCコンバータ30の内部で、スイッチングデバイス31よりも入出力端子34側の高圧GND40に接続されている。
ところで、コントローラ32とスイッチングデバイス31との間の駆動信号ライン45、シリアルライン41、および、接地線44は、単一のコネクタ部を介してコントローラ32に接続される。より具体的には、図4に示すように、例えば、駆動信号ライン45、シリアルライン41、および、接地線44の各端部がオス型のコネクタ50に接続され、一方、コントローラ32側にメス型のコネクタ51が設けられ、このメス型のコネクタ51にオス型のコネクタ50が押し込まれて挿入されることで駆動信号ライン45、シリアルライン41、および、接地線44がコントローラ32の回路と電気的に接続されることとなる。なお、図3、図4において、図示都合上、駆動信号ライン45を一本の線で示しているが、実際には、スイッチングデバイス31が備えるスイッチング素子の数に応じた複数の駆動信号ライン45で構成されており、これら複数の駆動信号ライン45により、信号線群が構成される。
駆動信号ライン45とシリアルライン41とは、1本のワイヤーハーネス53として構成され、このワイヤーハーネス53のコネクタ50近傍の周囲にノイズカット用のフェライトコア54が装着されている。フェライトコア54としては、円筒形状のコアや分割形状のコアなど適宜用いればよく、被装着箇所に想定されるノイズの周波数成分に対応する周波数特性を有したコアを適宜用いればよい。
コネクタ50に接続された接地線44は、上述したワイヤーハーネス53とは個別に樹脂チューブ56に挿通されて離間されるとともに、その全長がワイヤーハーネス53すなわち駆動信号ライン45の全長およびシリアルライン41の全長よりも十分に長く設定されて、コネクタ50近傍の樹脂チューブ内の所定の長さL(例えば、60mm程度)の区間において複数回(例えば、6〜7回程度)コイル状に巻回された後に樹脂チューブの枝管57を介して上述した高圧GND40に接続される。
ここで、図5は、高圧GND40およびコントローラ32の接地線44に重畳するコモンモードのスイッチングノイズの一例を示すものである。燃料電池11、バッテリ21、および、スイッチングデバイス31の近傍においては、相対的に大きなスイッチングノイズが重畳しているが、コントローラ32近傍の接地線44では、接地線44の全長がワイヤーハーネス53よりも十分に長く設定されていることで、インピーダンスが相対的に増加してスイッチングノイズに起因する電流が流れ難くなっている。また、接地線44が複数回巻回されることで、接地線44のインダクタンスが相対的に増加し、スイッチングノイズのうち特に高周波成分が低減されている。なお、図5においては、図示都合上、接地線44の巻回および駆動信号ライン45を省略している。
したがって、上述の実施の形態によれば、接地線44の全長を駆動信号ライン45とシリアルライン41とで構成されるワイヤーハーネス53の全長よりも長く設定することでスイッチングデバイス31と同一の高圧GND40に接続されたコントローラ32の接地線44のインピーダンスを増加させて、高圧GND40からコントローラ32に回り込むスイッチングノイズを抑制すると共に、さらにコントローラ32の接地線44とワイヤーハーネス53とを離間することで、接地線44のスイッチングノイズが駆動信号ライン45やシリアルライン41に影響を及ぼすのを低減することができ、この結果、スイッチングノイズの影響を低減しつつ、従来と比較してA/D変換器や絶縁回路を省略できる分だけ、小型化やコストの低減を図ることができ、さらに、A/D変換器や絶縁回路を介さない分だけDC−DCコンバータ30の入出力電圧等のセンシング精度が向上して車両としての効率を向上させることができる。
さらに、コントローラ32に接続される接地線44の一部をコイル状に巻回して形成することで、このコイル状に巻回された部分のインダクタンスを増加させることができるため、スイッチングノイズにより接地線44に流れる交流電流を抑制することができ、この結果、スイッチングノイズの影響をさらに低減することができる。
なお、上述の実施の形態では、ワイヤーハーネス53にフェライトコア54を設けた場合について説明したが、この構成に限られず、例えば、フェライトコア54を省略しても良い。また、上述の実施の形態では、ワイヤーハーネス53をフェライトコア54に1貫通させる場合について説明したが、ワイヤーハーネス53を介して送受信される信号が減衰し過ぎない程度で、複数回貫通させるようにしても良い。
また、上述の実施の形態では、高電圧側の直流電源として燃料電池11を用いた場合について説明したが、比較的高電圧の電源であればこの構成に限られず、例えば、蓄電池や他の発電機であってもよい。
11 燃料電池(直流電源)
31 スイッチングデバイス
V1,V2 電圧センサ(検出装置)
45 駆動信号ライン(信号線)
32 コントローラ(制御装置)
40 高圧GND(接地)
30 DC−DCコンバータ
44 接地線
31 スイッチングデバイス
V1,V2 電圧センサ(検出装置)
45 駆動信号ライン(信号線)
32 コントローラ(制御装置)
40 高圧GND(接地)
30 DC−DCコンバータ
44 接地線
Claims (2)
- 直流電源に接続されたスイッチングデバイスと、
該スイッチングデバイスの入力電圧又は出力電圧の少なくともどちらか一方を検出する検出装置と、
該検出装置の検出電圧が入力され、前記スイッチングデバイスに複数の信号線を介して駆動信号を送信する制御装置とを備え、
前記スイッチングデバイス、前記検出装置、および、前記制御装置が全て同一のグランドに接続されたDC−DCコンバータを有する電気自動車において、
前記制御装置の接地線の全長を、前記信号線の全長よりも長く設定すると共に、前記接地線を、信号線群から離間して布設することを特徴とする電気自動車。 - 前記接地線は、その一部がコイル状に巻回されて形成されることを特徴とする請求項1に記載の電気自動車。
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