JP5064368B2 - Ｄｃ／ｄｃコンバータシステム - Google Patents

Description

この発明は、第１電力装置と第２電力装置との間に配され電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータを備えるＤＣ／ＤＣコンバータシステムに関する。

メインバッテリを高圧電源とし、この高圧電源を、コントローラを通じて車両走行用モータに供給するとともに、前記コントローラを動作させる電源として低圧電源を備える電気自動車の短絡検出回路が提案されている（特許文献１）。

この電気自動車の短絡検出回路では、メインバッテリとコントローラとの間にヒューズを挿入し、コントローラ及び車両走行用モータに過電流や短絡が生じたときにヒューズを溶断し、メインバッテリから過大な電流が流れ出ることを防止してメインバッテリを保護するように構成されている。

特開平９−２８４９０２号公報

しかしながら、ヒューズが溶断した場合、ヒューズを交換するまでメインバッテリの電力を車両走行用モータに供給することができなくなり、その結果、電気自動車を走行させることができなくなるという問題がある。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータの両側に接続されている第１電力装置及び（又は）第２電力装置に過電流が連続して流れることを確実に回避できるＤＣ／ＤＣコンバータシステムを提供することを目的とする。

この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータシステムは、第１電力装置と第２電力装置との間に配され電圧変換を行うスイッチング素子と、供給される入力スイッチング駆動信号を増幅して前記スイッチング素子を駆動するための出力スイッチング駆動信号を発生する駆動回路とを有するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記入力スイッチング駆動信号を発生して前記駆動回路に送出するとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された電流センサから電流測定信号を受け取る制御部と、前記駆動回路に電力を供給する電源と、を備え、前記制御部は、前記駆動回路に前記入力スイッチング駆動信号を送出しない場合に、前記電流測定信号により過電流を検知したとき、前記電源から前記駆動回路に供給される前記電力を遮断することを特徴とする。

この発明によれば、制御部は、前記駆動回路に前記入力スイッチング駆動信号を送出しない場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータに過電流が流れたことを検知したとき、駆動回路への供給電力を遮断するようにしたので、駆動回路の動作を完全に停止させ、スイッチング素子のスイッチング動作が確実に停止され、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作が停止するので、ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる過電流の継続が防止される。これにより、第１電力装置及び（又は）第２電力装置に過電流が継続して流れることを回避できる。

この場合、前記制御部に指令を送出する上位制御部を、さらに備え、前記制御部は、前記上位制御部を介さず直接に前記電源から前記駆動回路への前記電力の供給を遮断することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの通過電流（１次電流及び２次電流）の遮断速度が向上し、第１電力装置等の周辺部品に対する制御部による保護性能が向上する。

ここで、さらに、前記電源から前記駆動回路に電力を供給する電源路を開閉するためのリレー接点を設け、前記制御部は、前記電流測定信号により前記過電流を検知したとき、前記電源から前記リレー接点を通じて前記駆動回路に供給される前記電力を遮断するために前記リレー接点を開くように構成することで、システム構成を簡素化できる。

なお、前記第１電力装置を、ヒューズが直列に接続された蓄電装置とし、前記電流センサは、前記蓄電装置から前記ヒューズを通じての放電電流又は前記蓄電装置への前記ヒューズを通じての充電電流を、前記電流測定信号として前記制御部に送出する構成とすることで、ヒューズ溶断前に前記電力を遮断できる可能性が高くなる。

この発明によれば、駆動回路に入力スイッチング駆動信号を送出していないにも拘わらず、スイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータに過電流が流れたことを検知したとき前記スイッチング素子の駆動回路への供給電力を遮断するようにしたので、前記スイッチング素子のスイッチング動作が確実に停止され、ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる過電流の継続が防止される。

これにより、第１電力装置及び（又は）第２電力装置に過電流が継続して流れることを確実に防止できる。

以下、この発明の一実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータシステムが適用された車両等の実施形態について図面を参照して説明する。

Ａ．全体的な構成の説明
［全体構成］
図１は、この実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータシステムが適用された燃料電池車両１０の概略全体構成図を示している。

この燃料電池車両１０は、基本的には、１次側１Ｓに１次電圧Ｖ１を発生する第１直流電源装置（第１電力装置）としてのバッテリ１２と２次側２Ｓに２次電圧Ｖ２を発生する第２直流電源装置（第２電力装置）としての燃料電池（Fuel Cell）１４とから構成されるハイブリッド直流電源装置（ハイブリッド電力システム）と、このハイブリッド直流電源装置から電力が供給される負荷である走行用のモータ１６とから構成される。

［燃料電池とそのシステム］
燃料電池１４は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池１４には、反応ガス供給部１８が配管を通じて接続されている。反応ガス供給部１８は、一方の反応ガスである水素（燃料ガス）を貯留する水素タンクと、他方の反応ガスである空気（酸化剤ガス）を圧縮するコンプレッサを備えている。反応ガス供給部１８から燃料電池１４に供給された水素と空気の燃料電池１４内での電気化学反応により生成された発電電流がダイオード１５を介してモータ１６とバッテリ１２に供給される。

燃料電池システム１１は、燃料電池１４及び反応ガス供給部１８とこれらを制御する燃料電池制御部（ＦＣ制御部）４４とから構成される。

［ＤＣ／ＤＣコンバータ］
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、一方側が１次側１Ｓに接続されたバッテリ１２に接続され、他方側が燃料電池１４とモータ１６との接続点である２次側２Ｓに接続されたチョッパ型の電圧変換装置である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、１次電圧Ｖ１を２次電圧Ｖ２（Ｖ１≦Ｖ２）に電圧変換（昇圧変換）するとともに、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１に電圧変換（降圧変換）する昇降圧チョッパ型の電圧変換装置である。

［インバータとモータ及びドライブ系］
インバータ２２は、３相フルブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、直流を３相の交流に変換してモータ１６に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後の直流を２次側２ＳからＤＣ／ＤＣコンバータ２０を通じて１次側１Ｓに供給し、バッテリ１２を充電等する。

モータ１６は、トランスミッション２４を通じて車輪２６を回転する。なお、実際上、インバータ２２とモータ１６を併せて負荷２３という。

［高圧バッテリ］
１次側１Ｓに接続される高圧(High Voltage)のバッテリ１２は、蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えばリチウムイオン２次電池又はキャパシタ等を利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。

［各種センサ、メインスイッチ及び通信線］
メインスイッチ（電源スイッチ）３４と各種センサ３６が統括制御部４０に接続される。メインスイッチ３４は、燃料電池車両１０及び燃料電池システム１１をオン（起動又は始動）オフ（停止）するイグニッションスイッチとしての機能を有する。各種センサ３６は、車両状態及び環境状態等の状態情報を検出する。通信線３８としては、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等が使用される。

［制御部］
通信線３８に対して、統括制御部４０、ＦＣ制御部４４、モータ制御部４６、コンバータ制御部４８、及びバッテリ制御部５２が相互に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、このＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御するコンバータ制御部４８とによりＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０が形成される。

各制御部４０、４４、４６、４８、５２は、それぞれマイクロコンピュータを含み、メインスイッチ３４等の各種スイッチ及び各種センサ３６の状態情報を検出するとともに制御部４０、４４、４６、４８、５２同士で共有し、これらスイッチ及びセンサからの状態情報及び互いに他の制御部からの情報（指令等）を入力とし、各ＣＰＵがメモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する機能実現部（機能実現手段）として動作する。制御部４０、４４、４６、４８、５２は、ＣＰＵ、メモリの他、必要に応じて、タイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェースを有する。

Ｂ．詳細な構成の説明
図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の詳細な構成を含む、この実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータシステム１５０の詳細な構成を示している。

このＤＣ／ＤＣコンバータシステム１５０は、基本的には、高圧のバッテリ１２（第１電力装置）と燃料電池１４（第２電力装置）との間に配され、電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ２０を搭載する駆動基板２０２（第１基板）と、この駆動基板２０２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を駆動制御するコンバータ制御部４８を搭載する制御基板２００（第２基板）と、制御基板２００と駆動基板２０２に低電圧Ｖｃｃの電力を供給する低圧電源２０８と、ＤＣ／ＤＣコンバータシステム１５０を統括的に制御する統括制御部４０と、から構成される。

なお、低圧電源２０８のグラウンドは、燃料電池車両１０のシャーシグラウンドとされる。

コンバータ制御部４８は、１次電流過電流判断部（Ｉ１過電流判断部）７０と、ゲート遮断判断部７２と、駆動デューティ算出部８０と、駆動信号発生部７４とを備える。

コンバータ制御部４８が搭載される制御基板２００の駆動回路７９（７９ｕ、７９ｖ、７９ｗ）に対して電力を供給する低電圧Ｖｃｃは、低圧電源２０８からリレー２１０のリレー接点２１０ｃを介して供給される。リレー接点２１０ｃを開閉するリレーコイル２１０ｉには、低圧電源２０８から常時電力が供給されている統括制御部４０からリレー駆動信号が供給される。

統括制御部４０は、メインスイッチ３４がオン状態にされているときリレーコイル２１０ｉにリレー駆動信号を供給してリレー接点２１０ｃを閉じる一方、メインスイッチ３４がオフ状態にされているときリレー駆動信号を遮断してリレー接点２１０ｃを開く。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、１次側１Ｓと２次側２Ｓとの間に配される３相の相アームＵＡ、ＶＡ、ＷＡと、リアクトル９０と、相アーム駆動回路であるスイッチング素子の駆動回路７９（７９ｕ、７９ｖ、７９ｗ）とから構成される。

駆動基板２０２に搭載されている駆動回路７９は、それぞれ増幅回路であり、上述したように、低圧電源２０８からリレー２０６のリレー接点２０６ｃを介して低電圧Ｖｃｃが電力として供給される。リレー接点２０６ｃを開閉するリレーコイル２０６ｉには、制御基板２００の１次電流過電流判断部（Ｉ１過電流判断部）７０からリレー駆動信号が供給される。

リレー２０６は、基本的には、メインスイッチ３４がオン状態にされ、低電圧Ｖｃｃがリレー接点２１０ｃを通じて制御基板２００に印加されたとき、１次電流過電流判断部７０からのリレー駆動信号がリレーコイル２０６ｉに供給されることでリレー接点２０６ｃが閉じられる。メインスイッチ３４がオフ状態にされ、リレー接点２１０ｃが開かれて低電圧Ｖｃｃが制御基板２００に印加されなくなったとき、１次電流過電流判断部７０からのリレー駆動信号の供給が遮断され、リレー接点２０６ｃが開かれる。

なお、リレー接点２０６ｃが閉じられているときに、電流センサ１０１の電流測定信号である１次電流Ｉ１により、所定時間ｔａの間、閾値電流Ｉｔｈ以上の過電流が流れていると判定したとき、１次電流過電流判断部７０は、リレー駆動信号の供給を遮断してリレー接点２０６ｃを開き、スイッチング素子駆動回路７９（７９ｕ、７９ｖ、７９ｗ）への低電圧Ｖｃｃの電力供給を停止するように構成されている。前記所定時間ｔａは、ヒューズ１３が溶断しない短時間に設定される。バッテリ１２の定格電流を上回らない値に前記閾値電流Ｉｔｈを設定することが好ましい。

なお、リレー２０６、２１０は、リレーコイル２０６ｉ、２１０ｉにリレー駆動信号が供給されるとリレー接点２０６ｃ、２１０ｃが閉じるａ接点のリレーである。

上述した３相アーム中、Ｕ相アームＵＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子８１ｕとダイオード８３ｕ）と下アーム素子（下アームスイッチング素子８２ｕとダイオード８４ｕ）とで構成される。

Ｖ相アームＶＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子８１ｖとダイオード８３ｖ）と下アーム素子（下アームスイッチング素子８２ｖとダイオード８４ｖ）とで構成される。

Ｗ相アームＷＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子８１ｗとダイオード８３ｗ）と下アーム素子（下アームスイッチング素子８２ｗとダイオード８４ｗ）とで構成される。

上アームスイッチング素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗと下アームスイッチング素子８２ｕ、８２ｖ、８２ｗには、それぞれ例えばＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が採用される。

リアクトル９０は、各相アームＵＡ、ＶＡ、ＷＡの中点（共通接続点）とバッテリ１２の正極との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する作用を有する。

上アームスイッチング素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗは、コンバータ制御部４８の駆動信号発生部７４で発生される入力ゲート駆動信号ＵＨｉ、ＶＨｉ、ＷＨｉが、それぞれ駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗで増幅されたゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＨ、ＶＨ、ＷＨのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子８２ｕ、８２ｖ、８２ｗは、コンバータ制御部４８の駆動信号発生部７４で発生される入力ゲート駆動信号ＵＬｉ、ＶＬｉ、ＷＬｉが、それぞれ駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗで増幅されたゲート駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬのハイレベルによりそれぞれオンにされる。

なお、コンバータ制御部４８は、１次側平滑コンデンサ９４に並列に設けられた電圧センサ９１により１次電圧Ｖ１を検出し、電流センサ１０１により１次電流Ｉ１を検出し、２次側平滑コンデンサ９６に並列に設けられた電圧センサ９２により２次電圧Ｖ２を検出し、電流センサ１０２により２次電流Ｉ２を検出する。

上アームスイッチング素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗと下アームスイッチング素子８２ｕ、８２ｖ、８２ｗには、それぞれ温度センサ６９が取り付けられ、上アームスイッチング素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗと下アームスイッチング素子８２ｕ、８２ｖ、８２ｗのそれぞれの検出温度Ｔｕｈ（８１ｕ）、Ｔｖｈ（８１ｖ）、Ｔｗｈ（８１ｗ）、Ｔｕｌ（８２ｕ）、Ｔｖｌ（８２ｖ）、Ｔｗｌ（８２ｗ）は、コンバータ制御部４８中、ゲート遮断判断部７２により検出される。

ゲート遮断判断部７２は、例えば、検出温度Ｔｕｈ（８１ｕ）、Ｔｖｈ（８１ｖ）、Ｔｗｈ（８１ｗ）、Ｔｕｌ（８２ｕ）、Ｔｖｌ（８２ｖ）、Ｔｗｌ（８２ｗ）中、いずれかの検出温度が、上下アームスイッチング素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗ、８２ｕ、８２ｖ、８２ｗの動作素子温度上限値に対応して定められた上限閾値温度Ｔｔｈになったときに、駆動信号発生部７４に対して入力ゲート駆動信号ＵＨｉ、ＶＨｉ、ＷＨｉ、ＵＬｉ、ＶＬｉ、ＷＬｉの駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗへの出力を停止させる。

［ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作］
図３のタイムチャートは、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０の３相アーム交替駆動動作の説明図である。

降圧動作（回生動作）に係る降圧チョッパ制御では、負荷２３や燃料電池１４から流れ出す２次電流Ｉ２がＤＣ／ＤＣコンバータ２０を通過して１次電流Ｉ１としてバッテリ１２を充電等する。昇圧動作（力行動作）に係る昇圧チョッパ制御では、バッテリ１２から流れ出す１次電流Ｉ１がＤＣ／ＤＣコンバータ２０を通過し２次電流Ｉ２としてモータ１６を含む負荷２３を駆動する。

スイッチング周期を２π＝Ｔ、上下アームスイッチング素子８１、８２に対してハイレベルの駆動信号が送信される期間をＴｏｎとすると、デッドタイムｄｔを無視すれば、降圧チョッパ制御での駆動デューティ（ＯＮデューティ）は、（１）式で表され、昇圧チョッパ制御での駆動デューティは、（２）式で表される。

駆動デューティは、駆動デューティ算出部８０により算出される。
Ｔｏｎ／Ｔ＝Ｖ１／Ｖ２ …（１）
Ｔｏｎ／Ｔ＝（１−Ｖ１／Ｖ２） …（２）

駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの波形中、ハッチングを付けた「ＯＮ」と表示している期間Ｔｏｎは、駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬが供給されているアームスイッチング素子（例えば、駆動信号ＵＨに対応するアームスイッチング素子は上アームスイッチング素子８１ｕ）が通流している（電流が流れている）期間を示している。ハッチングを付けていない「ＯＮ」と表示している期間（期間はＴｏｎに等しい）は、駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬが供給されているアームスイッチング素子（例えば、駆動信号ＵＬに対応するアームスイッチング素子は下アームスイッチング素子８２ｕ）が通流していない（電流が流れていない）期間を示している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の降圧チョッパ制御及び昇圧チョッパ制御のいずれの動作の場合にも、１スイッチング周期２π毎に、同じ相の上アームスイッチング素子８１（８１ｕ〜８１ｗ）及び下アームスイッチング素子８２（８２ｕ〜８２ｗ）にハイレベルの駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを出力する。また、駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは、ＵＶＷ相を交替（ローテーション）して出力する。降圧チョッパ制御では、駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨにより上アームスイッチング素子８１（８１ｕ〜８１ｗ）を通流させ、昇圧チョッパ制御では、駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬにより下アームスイッチング素子８２（８２ｕ〜８２ｗ）を通流させる。

この場合、上下アームスイッチング素子８１、８２間が同時に通流して２次電圧Ｖ２が短絡することを防止するために、各駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは、それぞれデッドタイムｄｔを挟んでハイレベルの「ＯＮ」とするようにしている。すなわち、デッドタイムｄｔを挟んで、いわゆる同期スイッチングを行っている。

降圧チョッパ制御では、まず、駆動信号ＵＨにより上アームスイッチング素子８１ｕ（Ｕ相）のみが通流している期間には、２次電流Ｉ２が上アームスイッチング素子８１ｕを通じてリアクトル９０に１次電流Ｉ１として流れ、リアクトル９０にエネルギが蓄積されるとともに、バッテリ１２に充電される。

次に、駆動信号ＵＬのみがハイレベルとなっている期間には、当該下アームスイッチング素子８２ｕは通流せず、ダイオード８４ｕ、８４ｖ、８４ｗが導通してリアクトル９０に蓄積されているエネルギが放出され、バッテリ１２に充電される。以下、同様に、Ｖ相、Ｗ相と繰り返す。

昇圧チョッパ制御では、まず、駆動信号ＵＬ（Ｕ相）のみがハイレベルとされている期間（ハッチングで示す期間）には、バッテリ１２からの１次電流Ｉ１によりリアクトル９０にエネルギが蓄積される。なお、このとき、２次側平滑コンデンサ９６から負荷２３に電流が供給されている。

次に、駆動信号ＶＨ（Ｖ相）のみがハイレベルとされている期間には、当該上アームスイッチング素子８１ｖは通流せず、ダイオード８３ｕ、８３ｖ、８３ｗが導通してリアクトル９０に蓄積されているエネルギが放出され、リアクトル９０からの１次電流Ｉ１がＤＣ／ＤＣコンバータ２０を通過し、２次電流Ｉ２として２次側平滑コンデンサ９６を充電するとともに、負荷２３に供給される。以下、同様にＶ相、Ｗ相と繰り返す。

このように、３相アーム交替駆動動作では、Ｕ相アームＵＡと、Ｖ相アームＶＡと、Ｗ相アームＷＡとが交替してスイッチングする。

Ｃ．動作説明
次に、この実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータシステム１５０の動作について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ１において、コンバータ制御部４８は、統括制御部４０から送出された２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍを受領する。

ここで、統括制御部４０は、燃料電池１４の状態、バッテリ１２の状態、モータ１６の状態、及び図示しない補機の状態の他、各種センサ３６からの入力（負荷要求）に基づき決定した燃料電池車両１０の総負荷要求量から、燃料電池１４が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）と、バッテリ１２が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）と、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量の配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部４４、モータ制御部４６及びコンバータ制御部４８に指令を送出する。

ステップＳ１において、コンバータ制御部４８の駆動デューティ算出部８０は、統括制御部４０から送出された２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍを受領する。

ステップＳ２において、コンバータ制御部４８の駆動デューティ算出部８０では、電圧センサ９２により検出される２次電圧Ｖ２が、統括制御部４０から受領した２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍとなるスイッチング素子の駆動デューティＴｏｎ／Ｔを算出し、算出した駆動デューティＴｏｎ／Ｔを駆動信号発生部７４に供給する。

駆動信号発生部７４が、供給された駆動デューティＴｏｎ／Ｔに応じた入力ゲート駆動信号ＵＨｉ、ＶＨｉ、ＷＨｉ、ＵＬｉ、ＶＬｉ、ＷＬｉを発生すると、それらを受けた駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗは、増幅したゲート駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを上下アームスイッチング素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗ、８２ｕ、８２ｖ、８２ｗに供給する。

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、２次電圧Ｖ２が２次電圧指令電圧Ｖ２ｃｏｍとなるよう、３相アーム交替駆動動作で動作する。

次に、ステップＳ３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の３相アーム交替駆動動作中、各温度センサ６９により検出された上アームスイッチング素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗと下アームスイッチング素子８２ｕ、８２ｖ、８２ｗのそれぞれの検出温度Ｔｕｈ、Ｔｖｈ、Ｔｗｈ、Ｔｕｌ、Ｔｖｌ、Ｔｗｌが、ゲート遮断判断部７２により閾値温度Ｔｔｈ以上の温度であるかどうかが判断される。

閾値温度Ｔｔｈを下回る温度である場合には、上下アームスイッチング素子８１、８２が故障するおそれがないので３相アーム交替駆動動作が継続される。

その一方、検出温度Ｔｕｈ、Ｔｖｈ、Ｔｗｈ、Ｔｕｌ、Ｔｖｌ、Ｔｗｌのいずれかが、ゲート遮断判断部７２により閾値温度Ｔｔｈ以上の温度であると判断した場合、ステップＳ４において、ゲート遮断判断部７２は、ゲート駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを遮断させるためにゲート遮断フラグＦｇｃをオンにし、駆動デューティ算出部８０と１次電流過電流判断部７０に送出するとともに、統括制御部４０に送出する。

このとき、駆動デューティ算出部８０は、駆動信号発生部７４に対して、全ての入力ゲート駆動信号ＵＨｉ、ＶＨｉ、ＷＨｉ、ＵＬｉ、ＶＬｉ、ＷＬｉをローレベルとする。

この指示により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０（主には、駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗ）が正常に動作していれば、ゲート駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬが全てローレベルとなるので、上下アームスイッチング素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗ、８２ｕ、８２ｖ、８２ｗの全てがオフ状態となって１次電流Ｉ１及び２次電流Ｉ２は、流れなくはずである。

しかし、駆動信号発生部７４やＤＣ／ＤＣコンバータ２０が故障する場合があり、その場合には、検出温度Ｔｕｈ、Ｔｖｈ、Ｔｗｈ、Ｔｕｌ、Ｔｖｌ、Ｔｗｌのいずれかが、閾値温度Ｔｔｈ以上の温度であるにも拘わらずＤＣ／ＤＣコンバータ２０のスイッチング動作が継続される場合がある。

そこで、ステップＳ５において、１次電流過電流判断部７０は、ゲート遮断フラグＦｇｃがオンになっているかどうかを判断し、オンになっていた場合には、ステップＳ６において、検出している１次電流Ｉ１が閾値電流Ｉｔｈを上回る過電流値となっていてその状態が所定時間ｔｔｈ継続しているかどうかを判定する（Ｉ１＞Ｉｔｈかつ所定時間ｔｔｈ継続）。

Ｉ１＞Ｉｔｈである状態が所定時間ｔｔｈを超えたと判断した場合には、１次電流過電流判断部７０は、ステップＳ７において、１次電流異常確定フラグＦｄをオンにして、リレーコイル２０６ｉへのリレー駆動信号をオフにする。

これにより、リレー２０６のリレー接点２０６ｃが開き、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を構成する駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗへの低圧電源Ｖｃｃからの低電圧Ｖｃｃの電力の供給が停止されるので、駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗは、確実にオフ状態となり、上下アームスイッチング素子８１（８１ｕ、８１ｖ、８１ｗ）、８２（８２ｕ、８２ｖ、８２ｗ）も確実にオフ状態になる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が停止状態となる。

なお、他の実施例として、図４のフローチャートにおいて、矢印付き２点鎖線で示す迂回ルートのように、ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５の処理を省略して、ステップＳ２の処理後、直接、ステップＳ６の１次電流Ｉ１の過電流判断を行うように構成を変更してもよい。

以上説明したように、上述した実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータシステム１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が、第１電力装置としてのバッテリ１２と第２電力装置としての燃料電池１４との間に配され電圧変換を行う上下アームスイッチング素子８１、８２と、供給される入力スイッチング駆動信号である入力ゲート駆動信号ＵＨｉ、ＶＨｉ、ＷＨｉ、ＵＬｉ、ＶＬｉ、ＷＬｉを増幅して前記上下アームスイッチング素子８１、８２を駆動するための出力スイッチング駆動信号であるゲート駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを発生する駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗとを有する。

また、コンバータ制御部４８の駆動デューティ算出部８０は、入力ゲート駆動信号ＵＨｉ、ＶＨｉ、ＷＨｉ、ＵＬｉ、ＶＬｉ、ＷＬｉを発生して駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗに送出する。

さらに、コンバータ制御部４８の１次電流過電流判断部７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に接続された電流センサ１０１、１０２から電流測定信号としての１次電流Ｉ１（必要に応じて２次電流Ｉ２）を受け取る。

ＤＣ／ＤＣコンバータシステム１５０は、さらに、駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗに低電圧Ｖｃｃの電力を供給する低圧電源２０８を備える。

そして、１次電流過電流判断部７０は、測定している１次電流Ｉ１の閾値電流Ｉｔｈ以上の過電流を所定時間ｔｔｈ検知したとき、低圧電源２０８から駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗに供給される低電圧Ｖｃｃの電力を遮断するように構成している。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に過電流が流れたことを検知したときに駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗへの供給電力を遮断するようにしたので、上下アームスイッチング素子８１、８２のスイッチング動作が確実に停止し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に流れる過電流の継続が防止される。これにより、バッテリ１２に過電流が継続して流れることを回避できる。

この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が搭載される駆動基板２０２と、コンバータ制御部４８が搭載される制御基板２００を分けているので、駆動基板２０２への供給電力を遮断することにより駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗへの供給電力を遮断できるので、システム構成を簡素化できる。

ここで、さらに、低圧電源２０８から駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗに電力を供給する電源路を開閉するためのリレー接点２０６ｃを設け、１次電流過電流判断部７０は、１次電流Ｉ１により前記過電流を検知したとき、低圧電源２０８からリレー接点２０６ｃを通じて駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗに供給される電力を遮断するためにリレー接点２０６ｃを開くようにリレーコイル２０６ｉに対するリレー駆動信号を遮断することで、システム構成を簡素化できる。

なお、バッテリ１２には、ヒューズ１３が直列に接続されているが、１次電流Ｉ１の過電流を検出してＤＣ／ＤＣコンバータ２０を停止させているので、ヒューズ１３の溶断前に駆動回路７９ｕ、７９ｖ、７９ｗへの電力の供給を遮断できる可能性が高くなる。

上述したように、コンバータ制御部４８は、温度センサ６９に基づくゲート遮断の判断後（ゲート遮断フラグＦｇｃ＝オン）に、上下アームスイッチング素子８１、８２の過電流を検出した場合には、上位の制御部である統括制御部４０を介さずにコンバータ制御部４８の１次電流過電流判断部７０が直接駆動基板２０２への低電圧Ｖｃｃの電力の供給を遮断するようにしたので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の通過電流（１次電流Ｉ１及び２次電流Ｉ２）の遮断速度が向上し、高圧のバッテリ１２等の周辺部品に対するコンバータ制御部４８による保護性能が向上する。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、３相アームのＤＣ／ＤＣコンバータ２０に限らず、単相上下アームのみのＤＣ／ＤＣコンバータシステム、昇圧機能のみのＤＣ／ＤＣコンバータシステムに適用する等、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

この発明の一実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータシステムが組み込まれた燃料電池車両の概略全体構成図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータシステムの詳細な構成を示す回路図である。 ３相アーム交替駆動動作の説明に供されるタイムチャートである。 ＤＣ／ＤＣコンバータシステムの動作説明に供されるフローチャートである。

符号の説明

１０…燃料電池車両 １１…燃料電池システム
１２…バッテリ １４…燃料電池
１６…モータ ２０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
４８…コンバータ制御部 ５０…ＤＣ／ＤＣコンバータ装置
７０…１次電流過電流判断部 ７９、７９ｕ、７９ｖ、７９ｗ…駆動回路
１５０…ＤＣ／ＤＣコンバータシステム
２０６…リレー ２０６ｃ、２１０ｃ…リレー接点
２０６ｉ、２１０ｉ…リレーコイル ２０８…低圧電源

Claims (4)

1. 第１電力装置と第２電力装置との間に配され電圧変換を行うスイッチング素子と、供給される入力スイッチング駆動信号を増幅して前記スイッチング素子を駆動するための出力スイッチング駆動信号を発生する駆動回路とを有するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記入力スイッチング駆動信号を発生して前記駆動回路に送出するとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された電流センサから電流測定信号を受け取る制御部と、
   前記駆動回路に電力を供給する電源と、を備え、
   前記制御部は、前記駆動回路に前記入力スイッチング駆動信号を送出しない場合に、前記電流測定信号により過電流を検知したとき、前記電源から前記駆動回路に供給される前記電力を遮断する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータシステム。
2. 請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータシステムにおいて、
   前記制御部に指令を送出する上位制御部を、さらに備え、
   前記制御部は、前記上位制御部を介さず直接に前記電源から前記駆動回路への前記電力の供給を遮断する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータシステム。
3. 請求項１又は２記載のＤＣ／ＤＣコンバータシステムにおいて、
   さらに、前記電源から前記駆動回路に電力を供給する電源路を開閉するためのリレー接点を設け、
   前記制御部は、
   前記電流測定信号により前記過電流を検知したとき、前記電源から前記リレー接点を通じて前記駆動回路に供給される前記電力を遮断するために前記リレー接点を開く
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータシステム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータシステムにおいて、
   前記第１電力装置を、ヒューズが直列に接続された蓄電装置とし、前記電流センサは、前記蓄電装置から前記ヒューズを通じての放電電流又は前記蓄電装置への前記ヒューズを通じての充電電流を、前記電流測定信号として前記制御部に送出する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータシステム。

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