JP4830345B2

JP4830345B2 - 車両駆動装置

Info

Publication number: JP4830345B2
Application number: JP2005145776A
Authority: JP
Inventors: 正樹沓名; 賢樹岡村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-18
Also published as: JP2006325322A

Description

本発明は、車両駆動装置に関し、特に直流電源の電圧に直流電圧変換を行ない回転電機を駆動する車両駆動装置に関する。

近年、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車、電気自動車および燃料電池自動車が大きな注目を集めている。

このような車両においては、直流電源から直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、モータを駆動するインバータに昇圧した直流電圧を供給することも提案されている。

特開２００４−２２２３６２号公報（特許文献１）には、制御装置が昇圧コンバータの故障を検出すると、交流モータの回生発電を禁止するようにインバータおよび交流モータを制御する旨が開示されている。
特開２００４−２２２３６２号公報特開２００３−１８９５９９号公報

ハイブリッド自動車において、昇圧コンバータの出力側の電圧を検知する昇圧電圧センサの故障が発生したときには、昇圧コンバータの昇圧制御を停止しバッテリ電圧を昇圧せずにそのままインバータに供給して車両の走行を取り敢えず継続させることが考えられる。

しかし、昇圧出力側の電圧センサが故障していると、現在の昇圧電圧値を検知できない。たとえば、昇圧出力側つまりインバータ側の電圧値とバッテリ電圧値との差が大きい状態で、昇圧コンバータ内部でインバータ側とバッテリ側とを結合させると、急激なサージ電流が流れて昇圧コンバータに故障が生じる恐れがある。したがって昇圧電圧とバッテリ電圧との差が十分小さくなってから両者を昇圧コンバータ内部で結合することが望ましい。

この発明の目的は、故障発生確率が低減された車両駆動装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両駆動装置であって、直流電源と、直流電源の電圧変換を行なう直流電圧変換部と、直流電圧変換部の出力ノードの電圧を平滑化する第１のコンデンサと、直流電圧変換部および第１のコンデンサから電力を受けて回転電機を駆動する駆動部と、第１のコンデンサの端子間電圧を検知する第１の電圧検知部と、直流電源と直流電圧変換部との間で授受される電流を検知する電流検知部と、第１の電圧検知部の出力を受け、直流電圧変換部を制御する制御部とを備える。制御部は、第１の電圧検知部に異常が発生した場合は、電流検知部の出力に応じて第１のコンデンサの放電状態を判定する。

この発明は、他の局面においては、車両駆動装置であって、直流電源と、直流電源の電圧変換を行なう直流電圧変換部と、直流電圧変換部の出力ノードの電圧を平滑化する第１のコンデンサと、直流電圧変換部の入力ノードの電圧を平滑化する第２のコンデンサと、直流電圧変換部および第１のコンデンサから電力を受けて回転電機を駆動する駆動部と、第１のコンデンサの端子間電圧を検知する第１の電圧検知部と、第２のコンデンサの端子間電圧を検知する第２の電圧検知部と、第１、第２の電圧検知部の出力を受け、直流電圧変換部を制御する制御部とを備える。制御部は、第１の電圧検知部に異常が発生した場合は、第２の電圧検知部の出力に応じて第１のコンデンサの放電状態を判定する。

好ましくは、制御部は、第１の電圧検知部に異常が発生した場合には、直流電圧変換部の動作を停止させ、かつ駆動部に回転電機の力行運転を行なわせる指令を与えて第１のコンデンサを放電させる。

好ましくは、直流電圧変換部は、直流電源から駆動部に向けての昇圧動作と駆動部から直流電源に向けての降圧動作が可能に構成される。制御部は、第１の電圧検知部に異常が発生した場合には、直流電圧変換部に対して降圧動作を行なわせて第１のコンデンサを放電させる。

好ましくは、直流電圧変換部は、直流電源から駆動部に向けての昇圧動作と駆動部から直流電源に向けての降圧動作が可能に構成される。制御部は、第１の電圧検知部に異常が発生した場合において回転電機が力行運転を行なっているときには、直流電圧変換部の動作を停止させ、駆動部に回転電機の力行運転を引き続き行なわせる指令を与えて第１のコンデンサを放電させる。また、制御部は、第１の電圧検知部に異常が発生した場合において回転電機が力行運転を行なっていないときには、直流電圧変換部に対して降圧動作を行なわせて第１のコンデンサを放電させる。

好ましくは、直流電圧変換部は、直流電圧変換部の入力ノードに一方端が接続されるリアクトルと、制御部の制御の下で出力ノードとリアクトルの他方端とを導通させる第１のスイッチング素子と、制御部の制御の下でリアクトルの他方端と接地ノードとを導通させる第２のスイッチング素子とを含む。制御部は、第１のコンデンサの放電状態が所定の状態になった場合に、第１のスイッチング素子を導通状態に固定し、かつ第２のスイッチング素子を非導通状態に固定する。

本発明によれば、昇圧電圧による駆動からバッテリ電圧駆動に移行する際に、昇圧側の電圧値とバッテリ側の電圧値との偏差を確実に所定範囲内にすることができる。そのため、バッテリ電圧駆動時における問題点を回避することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について詳しく説明する。なお、図中同一または相当の部品には同一の符号を付し、それらの説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に係る車両１００の構成を示す回路図である。なお車両１００は、モータで車輪を駆動する電気自動車、燃料電池自動車やモータとエンジンとを車両の駆動に併用するハイブリッド自動車のいずれであってもよい。

図１を参照して、車両１００は、バッテリＢと、電圧センサ１０と、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１と、インバータ１４と、温度センサ３５と、電流センサ２４と、制御装置３０とを備える。

バッテリＢは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池である。電圧センサ１０は、バッテリＢから出力される直流電圧値ＶＢを検出し、検出した直流電圧値ＶＢを制御装置３０へ出力する。システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。コンデンサＣ１は、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２オン時において、バッテリＢの端子間電圧を平滑化する。

車両１００は、さらに、電圧センサ２１と、電流センサ１１と、昇圧コンバータ１２と、コンデンサＣ２と、電圧センサ１３とを含む。

電流センサ１１は、バッテリＢと昇圧コンバータ１２との間に流れる直流電流を検出し、その検出した電流を直流電流値ＩＢとして制御装置３０へ出力する。

昇圧コンバータ１２は、一方端がシステムメインリレーＳＲ１を介してバッテリＢの正極と接続されるリアクトルＬ１と、電圧ＶＨを出力する昇圧コンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

電圧センサ２１は昇圧コンバータ１２の入力側の電圧を電圧値ＶＬとして検知する。電流センサ１１はリアクトルＬ１に流れる電流を電流値ＩＢとして検知する。コンデンサＣ２は昇圧コンバータ１２の出力側に接続され昇圧コンバータ１２から送られたエネルギを蓄積するとともに、電圧の平滑化を行なう。電圧センサ１３は、昇圧コンバータ１２の出力側の電圧すなわちコンデンサＣ２の電極間の電圧を電圧値ＶＨとして検知する。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から昇圧電圧を受けてモータジェネレータＭ１を駆動する。また、インバータ１４は、回生制動に伴いモータジェネレータＭ１において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

モータジェネレータＭ１は、車両１００の図示しない駆動輪を駆動するためのトルクを発生するためのモータである。このモータは、たとえば、エンジンによって駆動される発電機の機能を持ち、かつ、エンジンに対して電動機として動作しエンジンの始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組込まれるものであってもよい。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、昇圧コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭ１は、三相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数ＭＲＮ１、電圧値ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流値ＩＢ、およびモータ電流値ＭＣＲＴ１を受ける。そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示ＰＷＵおよび降圧指示ＰＷＤを出力する。さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して、昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１とモータジェネレータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

次に、昇圧コンバータ１２の動作について簡単に説明する。昇圧コンバータ１２は、力行運転時にはバッテリＢからの電力をインバータ１４に供給する順方向変換回路としての昇圧回路として動作する。逆に、回生運転時には、昇圧コンバータ１２は、バッテリＢにモータジェネレータＭ１で発電された電力を回生する逆方向変換回路としての降圧回路としても動作する。

昇圧コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のオンとオフとを行なうことにより、昇圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンの状態においては、バッテリＢの正極からリアクトルＬ１、ＩＧＢＴ素子Ｑ２を経由してバッテリＢの負極に電流が流れる経路が形成される。この電流が流れている間に、リアクトルＬ１にエネルギが蓄積される。

そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフ状態にすると、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギはダイオードＤ１を介してインバータ１４側に流れる。これによりコンデンサＣ２の電極間の電圧が増大する。したがって、インバータ１４に与えられる昇圧コンバータ１２の出力電圧は昇圧される。

一方、昇圧コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のオンとオフとを行なうことにより降圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオンの状態においては、インバータ１４から回生される電流は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１、リアクトル、バッテリＢへと流れる。

また、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオフの状態においては、リアクトルＬ１、バッテリＢおよびダイオードＤ２からなるループが形成され、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギがバッテリＢに回生される。この逆方向変換においては、インバータ１４が電力を供給する時間よりも、バッテリＢが電力を受ける時間の方が長くなり、インバータ１４における電圧は降圧されてバッテリＢに回生される。昇圧コンバータ１２の動作は、以上の力行動作と回生動作とを適切に制御することで行なわれる。

なお、よりいっそう損失を低減するために以上の動作においてダイオードＤ１，Ｄ２にそれぞれ順方向の電流が流れるタイミングに同期させてそれぞれＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２を導通させる同期制御を行ってもよい。

なお、回生制御には、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動が含まれる。また、フットブレーキを操作しない場合であっても、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速させたりまたは加速を中止させたりするときが含まれる。

要約すると、車両１００は、バッテリＢと、バッテリＢの電圧変換を行なう昇圧コンバータ１２と、昇圧コンバータ１２の出力ノードの電圧を平滑化するコンデンサＣ２と、昇圧コンバータ１２およびコンデンサＣ２から電力を受けてモータジェネレータＭ１を駆動するインバータ１４と、コンデンサＣ２の端子間電圧を検知する電圧センサ１３と、バッテリＢと昇圧コンバータ１２との間で授受される電流を検知する電流センサ１１と、電圧センサ１３の出力を受け、昇圧コンバータ１２を制御する制御装置３０とを備える。

制御装置３０は、電圧センサ１３に異常が発生した場合は、電流センサ１１の出力に応じてコンデンサＣ２の放電状態を判定する。

図２は、実施の形態１において制御装置３０が実行するプログラムの制御構造を示したフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間経過毎または所定の条件が成立する毎に呼出されて実行される。

図２を参照して、まず処理が開始されると制御装置３０はステップＳ１において電圧センサ１３に異常が発生していないかどうかを判断する。たとえば電圧センサ１３が出力する電圧値ＶＨがずっと固定値であることや、または電圧値ＶＨが適切な所定の範囲から値が外れてしまっていることなどを検知することにより、電圧センサ１３が異常であると判断する。

電圧センサ１３に異常がなく正しい電圧値ＶＨが測定されている場合には、処理はステップＳ６に進み制御は再びメインルーチンに戻される。

一方、ステップＳ１において電圧センサ１３に異常が発生していると判断された場合には処理はステップＳ２に進む。

ステップＳ２においては、上アームすなわち図１のＩＧＢＴＱ１および下アームすなわち図１のＩＧＢＴ素子Ｑ２は、共に非導通状態に制御される。そしてステップＳ３においてモータまたは発電機である図１のモータジェネレータＭ１を力行運転させる。力行運転を行なうことによりモータジェネレータＭ１で電力が消費される。これによりコンデンサＣ２に蓄積されていた電荷は消費され電圧は降下する。

続いて、ステップＳ４において電流センサ１１で検知される電流値ＩＢが正であるか否かが判断される。電流値ＩＢが正でない場合には電流値ＩＢが正の値になるまでステップＳ４が繰返される。

一方、ステップＳ４において、電流センサ１１で検知された電流値ＩＢが正の値になったと判断された場合にはステップＳ５に進む。

ステップＳ５では昇圧コンバータ１２内部の上アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ１を導通状態に固定し、かつ、下アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ２を非導通状態に固定する。そして処理はステップＳ６に進み、制御がメインルーチンに戻される。

図３は、実施の形態１において行なわれる制御を説明するための動作波形図である。
図３において昇圧電圧ＶＨは図１の電圧センサ１３で計測された値ではなく実際のコンデンサＣ２の端子間の電圧値である。

時刻ｔ１において図１の電圧センサ１３の出力値に異常が検知されたものとする（図２のステップＳ１）。するとＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は共に非導通状態に固定され昇圧コンバータ１２の昇圧動作は停止される。

図４は、図３の時刻ｔ１における電流の流れる向きを説明するための図である。
図４に示すようにコンデンサＣ２の電極間の電圧ＶＨがバッテリ電圧ＶＢよりも大きければＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２を共にオフ状態に固定すると、ダイオードＤ１，Ｄ２には共に逆方向のバイアスがかかることになる。したがってモータジェネレータＭ１が力行運転を行なうとインバータ１４およびモータジェネレータＭ１で電流が消費され、この電流はコンデンサＣ２から矢印に示す電流Ｉ１のように供給される。これによりコンデンサＣ２の電極間の電圧ＶＨは次第に低下していく。

再び図３を参照して、時刻ｔ２においてコンデンサＣ２の電極間電圧ＶＨがバッテリ電圧ＶＢよりも小さくなるとバッテリ電流ＩＢが流れ始める。

図５は、図３の時刻ｔ２においてバッテリ電流ＩＢが流れ始めることを説明するための図である。

図５に示すようにコンデンサＣ２の電極間電圧ＶＨがバッテリ電圧ＶＢよりも小さくなると、ダイオードＤ１は順方向のバイアスがかかることになる。これによりダイオードＤ１に順方向電流Ｉ２が矢印に示すように流れることが可能となる。したがって電流センサ１１においてもバッテリ電流ＩＢが正の値として検出される。

このように、電流センサ１１においてバッテリ電流値ＩＢが正の値であることを確認するために、０よりも少し大きい所定のしきい値を超えて流れたことを検知すると、図１の制御装置３０はＩＧＢＴ素子Ｑ１を導通状態に固定しＩＧＢＴ素子Ｑ２を非導通状態に固定する。

図６は、図３の時刻ｔ２以降の状態を説明するための図である。
図６に示すように、ＩＧＢＴ素子Ｑ１が導通状態とされＩＧＢＴ素子Ｑ２が非導通状態にされると、インバータはＩＧＢＴ素子Ｑ１によってリアクトルＬ１を介してバッテリＢに接続されることになる。これにより図６の矢印に示す経路でモータジェネレータＭ１の力行運転時においてはバッテリからインバータへ電流が供給され、逆にモータジェネレータＭ１の回生運転時にはインバータからバッテリに向けて充電電流が流れることが可能となる。

以上説明したように、実施の形態１においては、昇圧側の電圧をバッテリ電圧値と等しくなるように制御できる。電流センサの出力によって実際の昇圧電圧値がバッテリ電圧値に到達したことを確認してから昇圧コンバータの上アームを導通させバッテリ電圧によるモータ駆動を実施できるので、コンデンサＣ２から急激にバッテリに向けて電流が流れることはない。このためサージ電流や過電流は発生せず、過電流による昇圧コンバータが内蔵されたインテリジェントパワーモジュールの破壊を防ぐことができる。

［実施の形態２］
図７は、実施の形態２において制御装置３０で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

図７を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ１１において電圧センサ１３の異常の有無が判断される。たとえば電圧値ＶＨがずっと固定値である場合や、または電圧値ＶＨが所定のレンジから外れてしまった場合には、電圧センサ１３が異常であると判断される。

ステップＳ１１において電圧センサ１３の異常がないと判断された場合には、ステップＳ１５に処理が進み制御はメインルーチンに戻る。

一方ステップＳ１１において電圧センサ１３に異常があると判断された場合には、ステップＳ１２に処理が進む。ステップＳ１２では、上アームすなわち図１のＩＧＢＴ素子Ｑ１はスイッチング動作を行ない下アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ２は非導通状態になるように制御が行なわれる。このようにするとコンデンサＣ２からリアクトルに向けて電流が流れこれが遮断される結果ダイオードＤ２に転流電流が流れるので、昇圧コンバータ１２はコンデンサＣ２からバッテリＢに向けて降圧動作を行なうことになる。

続いてステップＳ１３において、制御装置３０は、電流センサ１１の観測する電流値ＩＢが正となるか否かを判断する。バッテリ電流値ＩＢが正の値でない場合には正の値となるまでステップＳ１３の観測が継続される。

ステップＳ１３においてバッテリ電流値ＩＢが正の値になったことが観測されるとステップＳ１４に処理が進む。

ステップＳ１４では上アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ１が導通状態に制御され、下アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ２が非導通状態に制御される。そして処理はステップＳ１５に進み制御はメインルーチンに戻される。

図８は、実施の形態２においてバッテリ電流ＩＢの変化を説明するための動作波形図である。

図８を参照して、まず時刻ｔ１において電圧センサ１３の異常が検知されたとする。すると図７のステップＳ１２において上アームはスイッチング動作され、下アームは非導通状態に制御される。

図９は、図８の時刻ｔ１においてバッテリ電流の向きを説明するための図である。
図９を参照して、時刻ｔ１においてはコンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨはバッテリ電圧ＶＢよりもまだ高いのでＩＧＢＴ素子Ｑ１が導通されるとリアクトルＬ１に図９の矢印で示す向きにバッテリ電流ＩＢが流れる。そして、この電流によりリアクトルＬ１に蓄積されたエネルギがＩＧＢＴ素子Ｑ１のオフ期間に放出される。このときダイオードＤ２の順方向に転流電流が流れ、やはり矢印に示すようにバッテリ電流ＩＢが流れる。このような降圧動作を昇圧コンバータ１２に行なわせることにより、コンデンサＣ２に蓄積されていた電荷は放電され次第に端子間電圧ＶＨは低下していく。

再び図８を参照して、降圧動作により電圧値ＶＨが次第に低下していき時刻ｔ２においてバッテリ電圧ＶＢと等しくなり、さらに時刻ｔ２以降ＶＨ＜ＶＢとなると、電流センサ１１で検出されていた電流の向きは負から正に変化する。

図１０は、図８の時刻ｔ２以降の電流の流れる向きを説明するための図である。
図１０において電圧値がＶＨ＜ＶＢになった瞬間においてＩＧＢＴ素子Ｑ１がスイッチングを継続していたとしても、ＩＧＢＴ素子Ｑ１の導通時にはＩＧＢＴ素子を通じて図１０の矢印に示すような電流が流れ、ＩＧＢＴ素子Ｑ１の非導通時においてはダイオードＤ１の順方向電流としてやはり同様な電流が流れる。

このような状態となると制御装置３０はＩＢ＞０を検出して、上アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ１を導通状態とし、下アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ２を非導通状態に固定する。これにより先に図６で説明したようにモータジェネレータＭ１に力行運転も回生運転も行なわせることができる。

実施の形態２においても実施の形態１で説明した効果と同様な効果を奏することができる。加えてモータジェネレータＭ１が力行運転をしていないときにおいてもコンデンサＣ２の蓄積電荷を放電させて昇圧コンバータの出力側の電圧を低下させることができる。

［実施の形態３］
図１１は、実施の形態３において制御装置３０で実行されるプログラムの制御構造を示したフローチャートである。

図１１を参照して、まず処理が開始されると制御装置３０はステップＳ３１において電圧センサ１３に異常が発生していないかどうかを判断する。たとえば電圧センサ１３が出力する電圧値ＶＨがずっと固定値であることや、または電圧値ＶＨが適切な所定の範囲から値が外れてしまっていることなどを検知することにより、電圧センサ１３が異常であると判断する。

電圧センサ１３に異常がなく正しい電圧値ＶＨが測定されている場合には、処理はステップＳ３６に進み制御は再びメインルーチンに戻される。

一方、ステップＳ３１において電圧センサ１３に異常が発生していると判断された場合には処理はステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２においては、上アームすなわち図１のＩＧＢＴＱ１および下アームすなわち図１のＩＧＢＴ素子Ｑ２は、共に非導通（ＯＦＦ）状態に制御される。そしてステップＳ３３においてモータまたは発電機である図１のモータジェネレータＭ１を力行運転させる。力行運転を行なうことによりモータジェネレータＭ１で電力が消費される。これによりコンデンサＣ２に蓄積されていた電荷は消費され電圧は降下する。

ステップＳ３３が終了すると続いてステップＳ３４の処理が行なわれる。ステップＳ３４においては電圧センサ２１が出力する電圧値ＶＬと電圧センサ１０が出力する電圧値ＶＢの比較が行なわれ、ＶＬ＜ＶＢが成立するか否かが判断される。ＶＬ＜ＶＢが成立しない場合にはこれが成立するまでステップＳ３４において観測が行なわれる。

一方、ステップＳ３４においてＶＬ＜ＶＢが成立した場合には処理はステップＳ３５に進む。

ステップＳ３５では昇圧コンバータ１２内部の上アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ１を導通状態に固定し、かつ、下アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ２を非導通状態に固定する。そして処理はステップＳ３６に戻り、制御がメインルーチンに戻される。

図１２は、図１１におけるステップＳ３４の電圧比較を説明するための動作波形図である。

図１２において電圧ＶＨは電圧センサ１３の観測値ではなく実際の電圧を示している。時刻ｔ１において電圧ＶＨを観測する電圧センサ１３の異常が発見され、時刻ｔ１〜ｔ２の間コンデンサＣ２に蓄積された電荷を放電させるようにモータジェネレータの力行運転が行なわれる。このとき実施の形態１および２においては電流センサ１１の観測するバッテリ電流ＩＢが正の値となることにより昇圧コンバータの上アームを導通状態に切換える例を示した。

しかし電流センサを設けないシステムも考えられるし電流センサが故障している場合も考えられる。このような場合には、電圧センサ２１で観測した電圧値ＶＬが一瞬低くなることを検知すればよい。

つまり今までゼロであったバッテリ電流が流れ始める瞬間には、コンデンサＣ１から電流が補填されるので、コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬは一瞬低下する。この瞬間を監視しておくことによりコンデンサＣ２の端子間電圧がコンデンサＣ１の端子間電圧およびバッテリ電圧よりも低下したことを検知することができる。これにより実施の形態１と同様な効果を得ることができる。

［実施の形態４］
図１３は、実施の形態４において制御装置３０によって行なわれるプログラムの制御構造を示したフローチャートである。

図１３を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ４１において電圧センサ１３の異常の有無が判断される。たとえば電圧値ＶＨがずっと固定値である場合や、または電圧値ＶＨが所定のレンジから外れてしまった場合には、電圧センサ１３が異常であると判断される。

ステップＳ４１において電圧センサ１３の異常がないと判断された場合には、ステップＳ４５に処理が進み制御はメインルーチンに戻る。

一方、ステップＳ４１において電圧センサ１３に異常があると判断された場合には、ステップＳ４２に処理が進む。ステップＳ４２では、上アームすなわち図１のＩＧＢＴ素子Ｑ１はスイッチング動作を行ない下アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ２は非導通状態になるように制御が行なわれる。このようにするとコンデンサＣ２からリアクトルに向けて電流が流れこれが遮断される結果ダイオードＤ２に転流電流が流れるので、昇圧コンバータ１２はコンデンサＣ２からバッテリＢに向けて降圧動作を行なうことになる。

続いてステップＳ４３において、電圧センサ２１が出力する電圧値ＶＬと電圧センサ１０が出力する電圧値ＶＢの比較が行なわれ、ＶＬ＜ＶＢが成立するか否かが判断される。ＶＬ＜ＶＢが成立しない場合にはこれが成立するまでステップＳ４３において観測が行なわれる。

一方、ステップＳ４３においてＶＬ＜ＶＢが成立した場合には処理はステップＳ４４に進む。ステップＳ４４では上アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ１が導通状態に制御され、下アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ２が非導通状態に制御される。そして処理はステップＳ４５に進み制御はメインルーチンに戻される。

図１４は、実施の形態４においてバッテリ電流ＩＢと電圧値ＶＬの関係を説明するための動作波形図である。

図１４においてＶＨは電圧センサ１３の観測値ではなく実際の電圧を示している。時刻ｔ１においてＶＨを観測する電圧センサ１３の異常が発見され、時刻ｔ１〜ｔ２の間コンデンサＣ２に蓄積された電荷を放電させるようにモータジェネレータの力行運転が行なわれる。このとき実施の形態１および２においては電流センサ１１の観測するバッテリ電流ＩＢが正の値となることにより昇圧コンバータの上アームを導通状態に切換える例を示した。

しかし実施の形態４では実施の形態３の場合と同様に、電圧センサ２１で観測した電圧値ＶＬが一瞬低くなることを検知する。

つまり、時刻ｔ２においてバッテリ電流ＩＢは負の値から正の値に変化する。この瞬間にはコンデンサＣ１から電流が補填されるのでコンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬは一瞬低下する。この瞬間を監視しておくことによりコンデンサＣ２の端子間電圧がコンデンサＣ１の端子間電圧およびバッテリ電圧よりも低下したことを検知することができる。

したがって、実施の形態４によっても実施の形態２と同様な効果を奏することができる。

［実施の形態５］
図１５は、実施の形態５において制御装置３０が実行するプログラムの制御構造を示したフローチャートである。

図１５を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ５１において電圧センサ１３の出力異常が発生していないかどうかが判断される。ステップＳ５１において電圧センサが正常であると判断された場合にはステップＳ５８に処理が進み制御はメインルーチンに戻る。

一方、ステップＳ５１において電圧センサ１３に異常が発生したと検知された場合にはステップＳ５２に処理が進む。電圧センサの異常は、たとえば測定された電圧値ＶＨがずっと固定値となっている場合や、または所定の範囲から測定値ＶＨが外れてしまっている場合などである。

ステップＳ５２においては、制御装置３０はモータジェネレータＭ１が力行運転中か否かを判断する。制御装置３０によってインバータ１４は制御されているので、現在モータジェネレータＭ１が力行運転を行なっているか回生運転を行なっているかは制御装置３０の中の情報として制御装置３０自身が持っている。

モータジェネレータＭ１が力行運転中であり電力を消費している場合には、ステップＳ５３に処理が進む。ステップＳ５３においては昇圧コンバータ１２の上アームおよび下アームは共にオフ状態に制御され、そしてステップＳ５４において現在実行しているモータジェネレータの力行運転が続行される。ステップＳ５４の処理が終了すると続いてステップＳ５６に進む。

一方、ステップＳ５２においてモータジェネレータが力行運転中でないと判断された場合には処理はステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では昇圧コンバータの上アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ１はスイッチング動作が行なわれ、下アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ２は非導通状態になるように制御される。そして処理はステップＳ５６に進む。

続いて、ステップＳ５６において電流センサ１１で検知される電流値ＩＢが正であるか否かが判断される。電流値ＩＢが正でない場合には電流値ＩＢが正の値になるまでステップＳ５６が繰返される。

一方、ステップＳ５６において、電流センサ１１で検知された電流値ＩＢが正の値になったと判断された場合にはステップＳ５７に処理が進む。

ステップＳ５７では昇圧コンバータ１２内部の上アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ１を導通状態に固定し、かつ、下アームすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ２を非導通状態に固定する。そして処理はステップＳ５８に進み、制御がメインルーチンに戻される。

図１６は、図１５に示したフローチャートの変形例を示すフローチャートである。
図１６に示したフローチャートは図１５に示したフローチャートにおいてステップＳ５６の処理に代えてステップＳ５６Ａの処理を含む。他の処理については、図１６は図１５と同様であるので説明は繰返さない。

ステップＳ５６Ａにおいては実施の形態３および実施の形態４と同様に、コンデンサＣ１の端子間の電圧ＶＬを観測することによりバッテリ電流の向きが変化したことを検知する。これによりＩＧＢＴ素子Ｑ１を導通状態に固定するタイミングを知ることができる。

以上説明したように、実施の形態５においてはモータジェネレータが力行運転を行なっているときにはこれによってコンデンサＣ１の電圧を消費させ、力行運転を行なっていないときにはコンデンサＣ１の電圧を降圧させてバッテリに流すことによってコンデンサＣ１を放電させるので必要に応じた放電の仕方を選択することが可能となる。

［他の変形例］
図１７は本発明が適用される他の車両システムの構成を示した図である。

図１７の構成は、図１に示した構成においてモータジェネレータＭ１に代えてモータジェネレータＭＧ１を含み、さらにインバータ１４と並列接続されるインバータ１４Ａおよびこれによって駆動されるモータジェネレータＭＧ２をさらに備える点が図１に示した構成と異なる。他の部分については図１７の構成は図１と同様であるので説明は繰返さない。

このような２モータを搭載する構成のシステムにおいても本発明は同様に適用できる。たとえば、昇圧電圧ＶＨを観測するセンサが故障したときに昇圧コンバータのスイッチングを停止して駆動輪に同期して回転するモータジェネレータＭＧ２を停止するとともに、発電機であるモータジェネレータＭＧ１は力行制御を行なってモータジェネレータＭＧ１に電流を消費させることによりコンデンサＣ２の放電を行なわせることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る車両１００の構成を示す回路図である。実施の形態１において制御装置３０が実行するプログラムの制御構造を示したフローチャートである。実施の形態１において行なわれる制御を説明するための動作波形図である。図３の時刻ｔ１における電流の流れる向きを説明するための図である。図３の時刻ｔ２においてバッテリ電流ＩＢが流れ始めることを説明するための図である。図３の時刻ｔ２以降の状態を説明するための図である。実施の形態２において制御装置３０で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。実施の形態２においてバッテリ電流ＩＢの変化を説明するための動作波形図である。図８の時刻ｔ１においてバッテリ電流の向きを説明するための図である。図８の時刻ｔ２以降の電流の流れる向きを説明するための図である。実施の形態３において制御装置３０で実行されるプログラムの制御構造を示したフローチャートである。図１１におけるステップＳ３４の電圧比較を説明するための動作波形図である。実施の形態４において制御装置３０によって行なわれるプログラムの制御構造を示したフローチャートである。実施の形態４においてバッテリ電流ＩＢと電圧値ＶＬの関係を説明するための動作波形図である。実施の形態５において制御装置３０が実行するプログラムの制御構造を示したフローチャートである。図１５に示したフローチャートの変形例を示すフローチャートである。本発明が適用される他の車両システムの構成を示した図である。

符号の説明

１０，１３，２１電圧センサ、１１，２４電流センサ、１２昇圧コンバータ、１４，１４Ａインバータ、１５Ｕ相アーム、１６Ｖ相アーム、１７Ｗ相アーム、２０電圧変換部、３０制御装置、３５温度センサ、１００車両、Ｂバッテリ、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ダイオード、Ｌ１リアクトル、Ｍ１，ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、Ｑ１〜Ｑ８ＩＧＢＴ素子、ＳＲ１，ＳＲ２システムメインリレー。

Claims

直流電源と、
前記直流電源の電圧変換を行なう直流電圧変換部と、
前記直流電圧変換部の出力ノードの電圧を平滑化する第１のコンデンサと、
前記直流電圧変換部および前記第１のコンデンサから電力を受けて回転電機を駆動する駆動部と、
前記第１のコンデンサの端子間電圧を検知する第１の電圧検知部と、
前記直流電源と前記直流電圧変換部との間で授受される電流を検知する電流検知部と、
前記第１の電圧検知部の出力を受け、前記直流電圧変換部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１の電圧検知部に異常が発生した場合は、前記電流検知部の出力に応じて前記直流電圧変換部の出力ノードの電圧と前記直流電源の電圧との大小関係を判定する、車両駆動装置。
直流電源と、
前記直流電源の電圧変換を行なう直流電圧変換部と、
前記直流電圧変換部の出力ノードの電圧を平滑化する第１のコンデンサと、
前記直流電圧変換部の入力ノードの電圧を平滑化する第２のコンデンサと、
前記直流電圧変換部および前記第１のコンデンサから電力を受けて回転電機を駆動する駆動部と、
前記第１のコンデンサの端子間電圧を検知する第１の電圧検知部と、
前記第２のコンデンサの端子間電圧を検知する第２の電圧検知部と、
前記第１、第２の電圧検知部の出力を受け、前記直流電圧変換部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１の電圧検知部に異常が発生した場合は、前記第２の電圧検知部の出力に応じて前記直流電圧変換部の出力ノードの電圧と前記直流電源の電圧との大小関係を判定する、車両駆動装置。
前記制御部は、前記第１の電圧検知部に異常が発生した場合には、前記直流電圧変換部の動作を停止させ、かつ前記駆動部に前記回転電機の力行運転を行なわせる指令を与えて前記第１のコンデンサを放電させる、請求項１または２に記載の車両駆動装置。
前記直流電圧変換部は、前記直流電源から前記駆動部に向けての昇圧動作と前記駆動部から前記直流電源に向けての降圧動作が可能に構成され、
前記制御部は、前記第１の電圧検知部に異常が発生した場合には、前記直流電圧変換部に対して前記降圧動作を行なわせて前記第１のコンデンサを放電させる、請求項１または２に記載の車両駆動装置。
前記直流電圧変換部は、前記直流電源から前記駆動部に向けての昇圧動作と前記駆動部から前記直流電源に向けての降圧動作が可能に構成され、
前記制御部は、前記第１の電圧検知部に異常が発生した場合において前記回転電機が力行運転を行なっているときには、前記直流電圧変換部の動作を停止させ、前記駆動部に前記回転電機の力行運転を引き続き行なわせる指令を与えて前記第１のコンデンサを放電させ、
前記制御部は、前記第１の電圧検知部に異常が発生した場合において前記回転電機が力行運転を行なっていないときには、前記直流電圧変換部に対して前記降圧動作を行なわせて前記第１のコンデンサを放電させる、請求項１または２に記載の車両駆動装置。
前記直流電圧変換部は、
前記直流電圧変換部の入力ノードに一方端が接続されるリアクトルと、
前記制御部の制御の下で前記出力ノードと前記リアクトルの他方端とを導通させる第１のスイッチング素子と、
前記制御部の制御の下で前記リアクトルの他方端と接地ノードとを導通させる第２のスイッチング素子とを含み、
前記制御部は、前記電流検知部の出力が、前記第１のコンデンサの電極間電圧が前記直流電源の電圧よりも小さくなった状態であることを示す範囲の値である場合に、前記第１のスイッチング素子を導通状態に固定し、かつ前記第２のスイッチング素子を非導通状態に固定する、請求項１に記載の車両駆動装置。
前記直流電圧変換部は、
前記直流電圧変換部の入力ノードに一方端が接続されるリアクトルと、
前記制御部の制御の下で前記出力ノードと前記リアクトルの他方端とを導通させる第１のスイッチング素子と、
前記制御部の制御の下で前記リアクトルの他方端と接地ノードとを導通させる第２のスイッチング素子とを含み、
前記制御部は、前記第２の電圧検知部の出力が、前記第１のコンデンサの電極間電圧が前記直流電源の電圧よりも小さくなった状態であることを示す範囲の値である場合に、前記第１のスイッチング素子を導通状態に固定し、かつ前記第２のスイッチング素子を非導通状態に固定する、請求項２に記載の車両駆動装置。