JP5233725B2

JP5233725B2 - 電動車両の制御装置

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Publication number: JP5233725B2
Application number: JP2009032928A
Authority: JP
Inventors: 哲山田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: JP2010193558A

Description

本発明は、駆動系にモータを有し、インバータとバッテリの間に２つのリレーを有するモータ回路を備えた電動車両の制御装置に関する。

従来、溶着検出回路等の専用の回路を付加することなく、バッテリの＋側、−側のどちらのリレーが故障しているかを診断することを目的とするリレー溶着検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載されているリレー溶着の判定手法は、＋側リレーと−側リレーが共にオン、かつ＋側リレーに並列接続されたプリチャージリレーがオフの状態から、＋側リレーとプリチャージリレーがオフ、かつ−側リレーがオンの状態である第１の状態に変更する。第１の状態における負荷回路側の電圧値が、予め決められた第１の時間経過後において予め決められた第１の値以上変化しない場合に、＋側リレーを溶着と判定する。第１の状態から、＋側リレーと−側リレーがオフ、かつプリチャージリレーがオンの状態である第２の状態に変更し、第２の状態における負荷回路側の電圧値が、予め決められた第２の時間経過後において予め決められた第２の値以上変化しない場合に、−側リレーを溶着と判定する。

特開2005-116485号公報

しかしながら、従来のリレー溶着検出装置にあっては、システムを緊急停止させるような故障が発生した際、部品保護の観点から高電圧リレーを直ちに遮断するが、このとき、モータ高電圧回路系を流れる電流の方向が、システム正常時に停止させる場合と逆方向になってしまうことが全く考慮されていないため、モータ高電圧回路に有する充電抵抗と半導体スイッチング素子を破損させる可能性がある、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、システムを停止させる故障が発生した際、モータ回路に有する充電抵抗と半導体スイッチング素子の破損を防止し、充電抵抗と半導体スイッチング素子の寿命延長を図ることができる電動車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電動車両の制御装置では、
駆動系に有するモータと、
前記モータに接続されるインバータとバッテリの間に設定され、前記インバータと前記バッテリの導通・非導通を切り替える第１リレーおよび第２リレーと、前記インバータの両端子間に接続された平滑コンデンサと、前記両リレーの何れか一方に対し並列に接続された充電抵抗および半導体スイッチング素子と、を有するモータ回路と、
車両停止要求が検出されると、前記平滑コンデンサの放電と前記リレーの遮断によりシステムを停止するシステム停止制御手段と、
を備えている。
この電動車両の制御装置において、
前記システム停止制御手段は、前記半導体スイッチング素子に逆向きに電流が流れ込まないシステム状態による正常時は、半導体スイッチング素子に並列接続されるリレーから先に遮断し、その後、半導体スイッチング素子の反対側のリレーを遮断し、半導体スイッチング素子に逆向きに電流が流れる可能性のあるシステム状態による異常時は、半導体スイッチング素子の反対側のリレーから先に遮断し、その後、半導体スイッチング素子に並列接続されるリレーを遮断する。

よって、本発明の電動車両の制御装置にあっては、システム停止制御手段において、システム状態が正常時か異常時かで、２つの第１リレーと第２リレーを遮断する順序が変えられる。
すなわち、少なくとも半導体スイッチング素子に並列に接続されるリレーを遮断した際、半導体スイッチング素子に逆向きに電流が流れる可能性のあるシステム状態による異常時は、半導体スイッチング素子の反対側のリレーから先に遮断することで、モータ回路を逆向きに電流が流れようとしても、リレーの位置にて逆向き電流の流れが遮断される。つまり、充電抵抗と半導体スイッチング素子の破損に至る電流経路の形成が阻止される。
この結果、システムを停止させる故障が発生した際、モータ回路に有する充電抵抗と半導体スイッチング素子の破損を防止し、充電抵抗と半導体スイッチング素子の寿命延長を図ることができる。

実施例１の制御装置が適用された後輪駆動によるＦＲハイブリッド車両（電動車両の一例）を示す全体システム図である。実施例１の制御装置が適用されたＦＲハイブリッド車両におけるモータ/ジェネレータMGのモータ高電圧回路の一例を示すブロック図である。実施例１の統合コントローラ１０にて実行されるシステム停止制御処理の流れを示すフローチャートである。異常時のシステム停止制御によりモータ高電圧回路に逆向き電流が流れる理由を示す説明図である。実施例１の統合コントローラ１０にて実行されるシステム起動制御におけるイグニッションSW・スタートSW・第１高電圧リレー・プリチャージFET・平滑コンデンサ電圧・第２高電圧リレーの各特性を示すタイムチャートである。統合コントローラ１０が検出する第２高電圧リレー３２が遮断されてしまう異常の検出例を示す説明図である。モータコントローラ２が検出する平滑コンデンサ３３の過電圧の検出例を示す説明図である。実施例１の統合コントローラ１０にて実行されるシステム停止制御（正常時）における車両停止要求・第２高電圧リレー・平滑コンデンサ電圧・第１高電圧リレーの各特性を示すタイムチャートである。実施例１の統合コントローラ１０にて実行されるシステム停止制御（異常時）における車両停止要求・第１高電圧リレー・第２高電圧リレーの各特性を示すタイムチャートである。

以下、本発明の電動車両の制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の制御装置が適用された後輪駆動によるＦＲハイブリッド車両（電動車両の一例）を示す全体システム図である。

実施例１におけるＦＲハイブリッド車両の駆動系は、図１に示すように、エンジンEngと、フライホイールFWと、第１クラッチCL1と、モータ/ジェネレータMGと、第２クラッチCL2と、自動変速機ATと、プロペラシャフトPSと、ディファレンシャルDFと、左ドライブシャフトDSLと、右ドライブシャフトDSRと、左後輪RLと、右後輪RRと、を有する。なお、FLは左前輪、FRは右前輪である。

前記エンジンEngは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、エンジンコントローラ１からのエンジン制御指令に基づいて、エンジン始動制御やエンジン停止制御やスロットルバルブのバルブ開度制御やフューエルカット制御等が行われる。なお、エンジン出力軸には、フライホイールFWが設けられている。

前記第１クラッチCL1は、前記エンジンEngとモータ/ジェネレータMGの間に介装されたクラッチであり、第１クラッチコントローラ５からの第１クラッチ制御指令に基づいて、第１クラッチ油圧ユニット６により作り出された第１クラッチ制御油圧により、締結・スリップ締結（半クラッチ状態）・開放が制御される。この第１クラッチCL1としては、例えば、ダイアフラムスプリングによる付勢力にて完全締結を保ち、ピストン１４ａを有する油圧アクチュエータ１４を用いたストローク制御により、スリップ締結から完全開放までが制御されるノーマルクローズの乾式単板クラッチが用いられる。

前記モータ/ジェネレータMGは、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータ/ジェネレータであり、モータコントローラ２からの制御指令に基づいて、インバータ３により作り出された三相交流を印加することにより制御される。このモータ/ジェネレータMGは、高電圧バッテリ４からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この動作状態を「力行」と呼ぶ）、ロータがエンジンEngや駆動輪から回転エネルギーを受ける場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能し、高電圧バッテリ４を充電することもできる（以下、この動作状態を「回生」と呼ぶ）。なお、このモータ/ジェネレータMGのロータは、ダンパーを介して自動変速機ATの変速機入力軸に連結されている。

前記第２クラッチCL2は、前記モータ/ジェネレータMGと左右後輪RL,RRの間に介装されたクラッチであり、ＡＴコントローラ７からの第２クラッチ制御指令に基づいて、第２クラッチ油圧ユニット８により作り出された制御油圧により、締結・スリップ締結・開放が制御される。この第２クラッチCL2としては、例えば、比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できるノーマルオープンの湿式多板クラッチや湿式多板ブレーキが用いられる。なお、第１クラッチ油圧ユニット６と第２クラッチ油圧ユニット８は、自動変速機ATに付設されるAT油圧コントロールバルブユニットCVUに内蔵している。

前記自動変速機ATは、例えば、前進７速/後退１速等の有段階の変速段を車速やアクセル開度等に応じて自動的に切り換える有段変速機であり、前記第２クラッチCL2は、専用クラッチとして新たに追加したものではなく、自動変速機ATの各変速段にて締結される複数の摩擦締結要素のうち、トルク伝達経路に設定される最適なクラッチやブレーキを選択している。そして、前記自動変速機ATの出力軸は、プロペラシャフトPS、ディファレンシャルDF、左ドライブシャフトDSL、右ドライブシャフトDSRを介して左右後輪RL,RRに連結されている。

実施例１のハイブリッド駆動系は、電気車両走行モード（以下、「EVモード」という。）と、ハイブリッド車走行モード（以下、「HEVモード」という。）と、駆動トルクコントロール走行モード（以下、「WSCモード」という。）等の走行モードを有する。

前記「EVモード」は、第１クラッチCL1を開放状態とし、モータ/ジェネレータMGの動力のみで走行するモードである。前記「HEVモード」は、第１クラッチCL1を締結状態とし、モータアシスト走行モード・走行発電モード・エンジン走行モードの何れかにより走行するモードである。前記「WSCモード」は、「HEVモード」からのP,N→Dセレクト発進時、あるいは、「EVモード」や「HEVモード」からのDレンジ発進時等において、モータ/ジェネレータMGの回転数制御により第２クラッチCL2のスリップ締結状態を維持し、第２クラッチCL2を経過するクラッチ伝達トルクが、車両状態やドライバー操作に応じて決まる要求駆動トルクとなるようにクラッチトルク容量をコントロールしながら発進するモードである。なお、「WSC」とは「Wet Start clutch」の略である。

次に、ハイブリッド車両の制御系を説明する。
実施例１におけるＦＲハイブリッド車両の制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、インバータ３と、高電圧バッテリ４と、第１クラッチコントローラ５と、第１クラッチ油圧ユニット６と、ＡＴコントローラ７と、第２クラッチ油圧ユニット８と、ブレーキコントローラ９と、統合コントローラ１０と、を有して構成されている。なお、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、第１クラッチコントローラ５と、ＡＴコントローラ７と、ブレーキコントローラ９と、統合コントローラ１０とは、情報交換が互いに可能なＣＡＮ通信線１１を介して接続されている。

前記エンジンコントローラ１は、エンジン回転数センサ１２からのエンジン回転数情報と、統合コントローラ１０からの目標エンジントルク指令と、他の必要情報を入力する。そして、エンジン動作点（Ne,Te）を制御する指令を、エンジンEngのスロットルバルブアクチュエータ等へ出力する。

前記モータコントローラ２は、モータ/ジェネレータMGのロータ回転位置を検出するレゾルバ１３からの情報と、統合コントローラ１０からの目標MGトルク指令および目標MG回転数指令と、他の必要情報を入力する。そして、モータ/ジェネレータMGのモータ動作点（Nm,Tm）を制御する指令をインバータ３へ出力する。なお、このモータコントローラ２では、高電圧バッテリ４の充電容量をあらわすバッテリSOCを監視していて、このバッテリSOC情報は、モータ/ジェネレータMGの制御情報に用いられると共に、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給される。

前記第１クラッチコントローラ５は、油圧アクチュエータ１４のピストン１４ａのストローク位置を検出する第１クラッチストロークセンサ１５からのセンサ情報と、統合コントローラ１０からの目標CL1トルク指令と、他の必要情報を入力する。そして、第１クラッチCL1の締結・スリップ締結・開放を制御する指令をAT油圧コントロールバルブユニットCVU内の第１クラッチ油圧ユニット６に出力する。

前記ＡＴコントローラ７は、アクセル開度センサ１６と、車速センサ１７と、他のセンサ類１８（変速機入力回転数センサ、インヒビタースイッチ等）からの情報を入力する。そして、Ｄレンジを選択しての走行時、アクセル開度APOと車速VSPにより決まる運転点がシフトマップ上で存在する位置により最適な変速段を検索し、検索された変速段を得る制御指令をAT油圧コントロールバルブユニットCVUに出力する。なお、シフトマップとは、アクセル開度と車速に応じてアップシフト線とダウンシフト線を書き込んだマップをいう。上記自動変速制御に加えて、統合コントローラ１０から目標CL2トルク指令を入力した場合、第２クラッチCL2のスリップ締結を制御する指令をAT油圧コントロールバルブユニットCVU内の第２クラッチ油圧ユニット８に出力する第２クラッチ制御を行う。また、統合コントローラ１０から変速制御変更指令が出力された場合、通常に変速制御に代え、変速制御変更指令にしたがった変速制御を行う。

前記ブレーキコントローラ９は、４輪の各車輪速を検出する車輪速センサ１９と、ブレーキストロークセンサ２０からのセンサ情報と、統合コントローラ１０からの回生協調制御指令と、他の必要情報を入力する。そして、例えば、ブレーキ踏み込み制動時、ブレーキストロークBSから求められる要求制動力に対し回生制動力だけでは不足する場合、その不足分を機械制動力（液圧制動力やモータ制動力）で補うように、回生協調ブレーキ制御を行う。

前記統合コントローラ１０は、車両全体の消費エネルギーを管理し、最高効率で車両を走らせるための機能を担うもので、モータ回転数Nmを検出するモータ回転数センサ２１や他のセンサ・スイッチ類２２からの必要情報およびＣＡＮ通信線１１を介して情報を入力する。そして、エンジンコントローラ１へ目標エンジントルク指令、モータコントローラ２へ目標MGトルク指令および目標MG回転数指令、第１クラッチコントローラ５へ目標CL1トルク指令、ＡＴコントローラ７へ目標CL2トルク指令、ブレーキコントローラ９へ回生協調制御指令を出力する。

図２は、実施例１の制御装置が適用されたＦＲハイブリッド車両におけるモータ/ジェネレータMGのモータ高電圧回路の一例を示すブロック図である。以下、図２に基づいてモータ高電圧回路構成を説明する。

実施例１のモータ/ジェネレータMG（モータ）のモータ高電圧回路３０（モータ回路）は、図２に示すように、前記インバータ３と前記高電圧バッテリ４（バッテリ）の間に設定されていて、第１高電圧リレー３１（第１リレー）と、第２高電圧リレー３２（第２リレー）と、平滑コンデンサ３３と、充電抵抗３４と、プリチャージFET３５（半導体スイッチング素子）と、を有する。

前記インバータ３と前記高電圧バッテリ４の間には、並列接続により第１高電圧リレー３１と第２高電圧リレー３２を有し、インバータ３と高電圧バッテリ４の導通・非導通を切り替える。前記インバータ３のバッテリ端子間には、システム起動時に充電し、システム停止時に放電する平滑コンデンサ３３が設けられている。また、第２高電圧リレー３２には、並列に充電抵抗３４とプリチャージFET３５が接続されている。なお、充電抵抗３４とプリチャージFET３５については、第１高電圧リレー３１側に並列接続したものであっても良い。

前記両高電圧リレー３１，３２とプリチャージFET３５は、パワートレイン系の動作点の決定および車両システムの監視を行なう統合コントローラ１０により操作される。
また、高電圧バッテリ３を監視するバッテリ監視ユニット３６と、統合コントローラ１０からの指令によってモータ/ジェネレータMGの回生・駆動電流を制御すると共に、平滑コンデンサ３３の充放電を制御するモータコントローラ２と、を有する。

システム起動時には、モータ/ジェネレータMGを動作させるため、統合コントローラ１０によって、第１高電圧リレー３１、第２高電圧リレー３２、プリチャージFET３５を操作し、インバータ２の平滑コンデンサ３３の充電を実施する。

また、システム停止時には、平滑コンデンサ３３内の電荷を放電するため、統合コントローラ１０は、第１高電圧リレー３１、第２高電圧リレー３２、プリチャージFET３５を操作し、平滑コンデンサ３３の放電を実施する。平滑コンデンサ３３の放電は、モータコントローラ２による強制放電処理が動作する。このシステム停止時は、統合コントローラ１０が運転者の意思、システムの状態を監視し、モータ/ジェネレータMCより強制放電可能状態の通知を受信すると、まず、プリチャージFET３５に並列接続された第２高電圧リレー３２を遮断する。次に、統合コントローラ１０は、第２高電圧リレー３２の遮断をモータコントローラ２に通知すると、モータコントローラ２は、平滑コンデンサ３３を放電するための強制放電処理を実施する。そして、平滑コンデンサ３３内に蓄えられた電荷が放電されるのを確認したら、統合コントローラ１０は、もう片側の第１高電圧リレー３１の遮断を実施する。

図３は、実施例１の統合コントローラ１０にて実行されるシステム停止制御処理の流れを示すフローチャートである（システム停止制御手段）。以下、図３に示すフローチャートの各ステップについて説明する。なお、この演算は、一定周期毎(例えば、10ms)で演算される。

ステップS101では、統合コントローラ１０が車両停止要求の受信の有無により、車両停止要求を検出したか否かを判断し、YES（車両停止要求の受信有り）の場合はステップS102へ進み、NO（車両停止要求の受信無し）の場合はステップS108へ進む。
ここでの車両停止要求とは、運転者の要求(イグニッションOFF)、または、システム異常による停止要求を指す。

ステップS102では、ステップS101での車両停止要求の受信有りとの判断に続き、インバータ３が強制放電できない故障による車両停止要求か否かを判断し、YES（システム故障発生時）の場合はステップS103へ進み、NO（システム正常時）の場合はステップS109へ進む。
ここで、故障の情報は、モータコントローラ２からの故障情報の通知や統合コントローラ１０で検出したものである。また、インバータ３が強制放電できない故障とは、第２高電圧リレー３２を先に遮断することによって、プリチャージFET３５側に電流が流れる可能性のあるシステム故障発生時のことである。例えば、統合コントローラ１０が検出する第２高電圧リレー３２が遮断されてしまう異常、あるいは、モータコントローラ２が検出する平滑コンデンサ３３の過電圧や強制放電を実施できない異常(例えば、トルクを制御するためのスイッチング制御ができない異常)等である。詳しくは、図６及び図７に基づいて後述する。

ステップS103では、ステップS102でのシステム故障発生時であるとの判断に続き、第１高電圧リレー３１を遮断する指令を出力し、ステップS104へ進む。

ステップS104では、ステップS103での第１高電圧リレー３１の遮断指令出力に続き、第１高電圧リレー３１が遮断したか否かを判断し、YES（第１高電圧リレー３１の遮断終了）の場合はステップS105へ進み、NO（第１高電圧リレー３１の遮断中）の場合はステップS104の判断を繰り返す。
ここで、第１高電圧リレー３１が遮断したかどうかの判断は、リレーの応答時間相当経過することで判断するようにしても良い。

ステップS105では、ステップS104での第１高電圧リレー３１の遮断終了の判断に続き、第２高電圧リレー３２を遮断する指令を出力し、ステップS106へ進む。

ステップS106では、ステップS105での第２高電圧リレー３２の遮断指令出力に続き、第２高電圧リレー３２が遮断したか否かを判断し、YES（第２高電圧リレー３２の遮断終了）の場合はステップS107へ進み、NO（第２高電圧リレー３２の遮断中）の場合はステップS106の判断を繰り返す。
ここで、第２高電圧リレー３２が遮断したかどうかの判断は、リレーの応答時間相当経過することで判断するようにしても良い。

ステップS107では、ステップS106での第２高電圧リレー３２の遮断終了の判断に続き、統合コントローラ１０のシャットダウン処理を実施し、エンドへ進む。

ステップS108では、ステップS101での車両停止要求の受信無しとの判断に続き、統合コントローラ１０による通常制御（例えば、正常時のシステム起動制御等）を実行し、エンドへ進む。

ステップS109では、ステップS102でのシステム正常時であるとの判断に続き、正常時のシステム停止制御（第２高電圧リレー３２の遮断→平滑コンデンサ３３の放電→第１高電圧リレー３１の遮断）を実行し、エンドへ進む。

次に、作用を説明する。
まず、「異常時のシステム停止制御により逆向き電流が流れる理由」の説明を行い、続いて、実施例１のＦＲハイブリッド車両の制御装置における作用を、「正常時のシステム起動制御作用」、「逆向きに電流が流れる異常検出作用」、「正常時のシステム停止制御作用」、「異常時のシステム停止制御作用」、「第２高電圧リレーの溶着診断作用」に分けて説明する。

［異常時のシステム停止制御により逆向き電流が流れる理由］
以下、図４を用いて、異常時のシステム停止制御により逆向き電流が流れる理由を説明する。

車両を緊急停止させる故障が発生した際、統合コントローラは、部品保護の観点から、高電圧リレーを直ちに遮断する場合がある。そこで統合コントローラが通常通り、プリチャージFETに並列接続された第２高電圧リレーから即遮断を実施すると、図４の点線矢印Ａに示すような系で電流が流れ、充電抵抗およびプリチャージFET（平滑コンデンサを充電するために設けられた半導体のスイッチ素子）を破損する可能性がある。

例えば、モータコントローラの故障時は、モータコントローラの自己保護機能が働き、IGBTのゲートを遮断する。特に、運転時に、IGBTのゲートの遮断が実施されると、誘起電圧が発生し、高電圧バッテリの電圧より、平滑コンデンサの電圧が高くなる可能性がある。なお、「IGBT（＝絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）Insulated Gate Bipolar Transistorの略」とは、電流を制御するスイッチング素子で、ゲートを遮断すると電流がカットされる。

したがって、高電圧バッテリの電圧が平滑コンデンサの電圧より高い正常時にシステム停止する場合の電流の流れ方向に対し、故障による異常時にシステム停止する場合には、平滑コンデンサ側から充電抵抗、プリチャージFET側に、正常時の電流の流れ方向と逆向きの電流が流れ込む可能性が大きくなる。

また、統合コントローラは、第２高電圧リレーの遮断を実施した後、平滑コンデンサの電荷が放電されていくことをモニタすることで、第２高電圧リレーの溶着診断を実施している。つまり、平滑コンデンサの電圧低下により溶着診断を実施するもので、電圧低下が確認されると、「溶着無し」と診断する。

しかし、モータコントローラに故障が発生し、IGBTのゲート遮断が実施されてしまうと、モータコントローラが強制放電フェーズに移行できない。つまり、モータコントローラの強制放電機能を失陥してしまう。その際に本診断を実施してしまうと、第２高電圧リレーが溶着していないにもかかわらず、第２高電圧リレーの溶着と誤診断してしまう。

［正常時のシステム起動制御作用］
以下、図３及び図５を用いて、正常時のシステム起動制御作用を説明する。

ＦＲハイブリッド車両のシステムは、統合コントローラ１０を中心に構成され、統合コントローラ１０によって、システムの統合制御を実施している。以下に統合コントローラ１０の主な役割を示す。
・運転者の操作、車両システム状態に応じて、運転者が望む最適な運転モードを選択する。
・最適な運転状態を実現するため、各アクチュエータ(高電圧リレー、DC/DCコンバータ等)を制御し、エンジン・高電圧モータ（MG）へのトルク配分を算出し、各ECUへ指令を送信する。
・車両システムの監視を実施し、フェールセーフ走行への切り替えや警告灯の点灯を実施する。

このＦＲハイブリッド車両にて、走行前にイグニッションスイッチを入れると、図３のフローチャートにおいて、ステップS101→ステップS108→エンドへと進む流れが繰り返され、以下の手順を経過して、ハイブリッドシステムを起動し、走行可能モードに遷移する（図５参照）。
(1) 運転者が運転意思を示す動作を示したのを統合コントローラ１０が検知する(イグニッション信号ONかつスタート信号ON：時刻t1）。
(2) 統合コントローラ１０は高電圧リレーを接続しても問題ないと判定したら、まず第１高電圧リレー３１を接続する（時刻t2）。
(3) 第１高電圧リレー３１の接続が完了したら、プリチャージFET３５を接続し、インバータ３の平滑コンデンサ３３の充電を実施する（時刻t3）。
(4) 平滑コンデンサ３３の充電が完了したら、統合コントローラ１０は第２高電圧リレー３２を接続する（時刻t4）。
(5) 第２高電圧リレー３２の接続が完了したら、第２高電圧リレー３２へのプリチャージFET３５の接続を遮断する。この状態で高電圧投入が完了する（時刻t5）。
(6) 高電圧投入が完了し、走行しても問題ないと統合コントローラ１０が判断したら、走行可能モードに遷移する。

したがって、走行前にイグニッションスイッチを入れると、第１高電圧リレー３１の接続→プリチャージFET３５の接続→平滑コンデンサ３３の充電→第２高電圧リレー３２の接続→プリチャージFET３５の接続遮断、という手順を経過して、ハイブリッドシステムを起動させることができる。

［逆向きに電流が流れる異常検出作用］
以下、図６及び図７を用いて、逆向きに電流が流れる異常検出作用を説明する。

まず、統合コントローラ１０が検出する第２高電圧リレー３２が遮断されてしまう異常の検出例について説明する。
統合コントローラ１０は、第２高電圧リレー３２を駆動すると同時に、接続状態をモニタしている。例えば、第２高電圧リレー３２を接続したい時には、CPU１０ａのリレー駆動指令のポートをHiして、電流を駆動回路１０ｂ（リレーソレノイド）に流し出す。
その際に、CPU１０ａの入力ポートのリレー駆動状態をモニタし、電流が流れていないと判断できたら、第２高電圧リレー３２と統合コントローラ１０を接続するハーネスが断線していると判断する。言い換えると、統合コントローラ１０の意図に反して、第２高電圧リレー３２が遮断されてしまう異常と判断する。

次に、モータコントローラ２が検出する平滑コンデンサ３３の過電圧の検出例について説明する。
モータコントローラ２は、平滑コンデンサ３３の状態をセンサにてモニタしている。そして、平滑コンデンサ３３の状態が、モータ・インバータの動作保証電圧を上回った場合、モータコントローラ２は統合コントローラ１０に対して、過電圧であることを送信する。統合コントローラ１０は、モータコントローラ２より、過電圧を受信したら、高電圧リレーを遮断する。
その際、第２高電圧リレー３２から遮断すると、平滑コンデンサ３３の電圧が、高電圧バッテリ４の電圧より高くなり、プリチャージFET３５側に電流が流れこむ可能性がある。この状態を防ぐため、統合コントローラ１０は、第１高電圧リレー３１から遮断する。

［正常時のシステム停止制御作用］
以下、図３及び図８を用いて、正常時のシステム停止制御作用を説明する。

車両の走行後、正常な車両停止要求を検出すると、図３のフローチャートにおいて、ステップS101→ステップS102→ステップS109→エンドへと進む流れが繰り返され、以下の手順を経過して、ハイブリッドシステムを停止（シャットダウン）する（図８参照）。
(1) 統合コントローラ１０は、車両システムの停止要求を検知する。ここでの停止要求とは、運転者の車両停止意思(イグニッションOFF)または、車両停止しなくてはならない故障が発生時である（時刻t6）。
(2) 統合コントローラは、インバータが強制放電できる状態であると判定したら、第２高電圧リレーを遮断し、MCに通知する（時刻t7）。
(3) モータコントローラ２は、第２高電圧リレー３２の遮断を受信すると、強制放電状態に移行する（時刻t7〜t8）。
(4) 統合コントローラ１０は、平滑コンデンサ３３の電荷が低下していくことを確認したら、第１高電圧リレー３１を遮断する(時刻t8)。
(5) 第１高電圧リレー３１の遮断が終了したら、統合コントローラ１０のシャットダウン処理に移行する。

したがって、プリチャージFET３５に逆向きに電流が流れ込まない正常なシステム状態の時には、車両停止要求を検出すると、プリチャージFET３５に並列接続される第２高電圧リレー３２から遮断し、平滑コンデンサ３３の電荷低下を確認したら、第１高電圧リレー３１を遮断する、という手順により、正常時のシステム停止を行うことができる。

［異常時のシステム停止制御作用］
以下、図３及び図９を用いて、異常時のシステム停止制御作用を説明する。

車両の走行後、インバータ３が平滑コンデンサ３３を強制放電できない故障による異常な車両停止要求を検出すると、図３のフローチャートにおいて、ステップS101→ステップS102→ステップS103へ進み、ステップS103にて第１高電圧リレー３１を遮断する。そして、ステップS104にて第１高電圧リレー３１の遮断完了が判断されるとステップS105へ進み、ステップS105にて第２高電圧リレー３２を遮断する。そして、ステップS106にて第２高電圧リレー３２の遮断完了が判断されるとステップS107→エンドへと進み、ハイブリッドシステムを停止（シャットダウン）する。

すなわち、異常時のハイブリッドシステムの停止制御は、以下に示す手順を経過して行われる（図９参照）。
(1) 統合コントローラ１０は、車両システムの停止要求を検知する。ここでの停止要求とは、運転者の車両停止意思(イグニッションOFF)または、車両停止しなくてはならない故障が発生時である（時刻t9）。
(2) 統合コントローラ１０は、車両停止要求のうち、プリチャージFET３５側に電流が流れる可能性のあるシステム故障を検出したら、第１高電圧リレー３１を遮断する（時刻t10）。
(3) 第１高電圧リレー３１の遮断が完了したら、第２高電圧リレー３２を遮断する（時刻t11）。
(4) 第２高電圧リレー３２の遮断が完了したら、統合コントローラ１０のシャットダウン処理に移行する。

すなわち、少なくともプリチャージFET３５に並列に接続される第２高電圧リレー３２を遮断した際に、プリチャージFET３５に逆向きに電流が流れる可能性のあるシステム停止時には、第１高電圧リレー３１と第２高電圧リレー３２の遮断する順序を、正常時のシステム停止の場合とは異ならせている。つまり、プリチャージFET３５に逆向きに電流が流れる可能性のあるシステム停止時には、プリチャージFET３５の反対側の第１高電圧リレー３１から先に遮断し、その後、プリチャージFET３５に並列接続される第２高電圧リレー３２を遮断するようにしている。

したがって、充電抵抗３４とプリチャージFET３５に逆向きに電流が流れる可能性がある場合、充電抵抗３４とプリチャージFET３５の破損を確実に防止でき、充電抵抗３４とプリチャージFET３５の寿命が延び、モータ高電圧回路３０の耐久信頼性を確保することができる。

［第２高電圧リレーの溶着診断作用］
統合コントローラ１０は、上記のように、システム停止制御において、第２高電圧リレー３２の遮断を実施した後、平滑コンデンサ３３の電荷が放電されていくことをモニタすることで、第２高電圧リレー３２の溶着診断を実施している。

これに対し、実施例１では、正常時のシステム停止制御では、第２高電圧リレー３２の遮断→平滑コンデンサ３３の電荷低下確認→第１高電圧リレー３１の遮断、という手順とし、平滑コンデンサ３３の電荷低下により溶着診断を実施している。

しかし、プリチャージFET３５の反対側の第１高電圧リレー３１から先に遮断する場合には、平滑コンデンサ３３の電圧低下を判断せずに、第１高電圧リレー３１の遮断が完了したら、直ちに第２高電圧リレー３２を遮断している。つまり、少なくともプリチャージFET３５に並列に接続される第２高電圧リレー３２を遮断した際に、プリチャージFET３５に逆向きに電流が流れる可能性のあるシステム停止時には、平滑コンデンサ３３の電圧低下による溶着診断の実施を禁止している。

したがって、正常時のシステム停止制御において、平滑コンデンサ３３の電荷低下により溶着診断の実施を確保しながら、異常時のシステム停止制御において、平滑コンデンサ３３の電荷低下による溶着診断の実施を禁止することで、例えば、モータコントローラ２に故障が発生し、IGBTのゲート遮断が実施されてしまうような場合に第２高電圧リレー３２が溶着であると誤診断してしまうことを防止することができる。

また、実施例１では、システム停止時に第２高電圧リレー３２の溶着診断を実施できなかった際は、次回のシステム起動時にシステム異常を検出してなければ、次回のシステム起動時に第２高電圧リレー３２の溶着診断を実施するようにしている。

したがって、システム停止制御時にノイズ等により一時的にシステム異常状態と判定されるような場合、走行前のシステム起動時に、溶着診断による第２高電圧リレー３２の故障を検出することができる。なお、システム起動時には、システム停止時とは逆に、平滑コンデンサ３３の電圧上昇により溶着診断を実施するもので（図５参照）、電圧上昇が確認されると、「溶着無し」と診断する。

次に、効果を説明する。
実施例１のＦＲハイブリッド車両の制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 駆動系に有するモータ（モータ/ジェネレータMG）と、前記モータに接続されるインバータ３とバッテリ（高電圧バッテリ４）の間に設定され、前記インバータ３と前記高電圧バッテリ４の導通・非導通を切り替える第１リレー（第１高電圧リレー３１）および第２リレー（第２高電圧リレー３２）と、前記インバータ３の両端子間に接続された平滑コンデンサ３３と、両高電圧リレー３１，３２の何れか一方に対し並列に接続された充電抵抗３４および半導体スイッチング素子（プリチャージFET３５）と、を有するモータ回路（モータ高電圧回路３０）と、車両停止要求が検出されると、前記平滑コンデンサ３３の放電と前記両リレーの遮断によりシステムを停止するシステム停止制御手段と、を備えた電動車両（ＦＲハイブリッド車両）の制御装置において、前記システム停止制御手段（図３）は、前記半導体スイッチング素子に逆向きに電流が流れ込まないシステム状態による正常時は、半導体スイッチング素子に並列接続されるリレー（第２高電圧リレー３２）から先に遮断し、その後、半導体スイッチング素子の反対側のリレー（第１高電圧リレー３１）を遮断し、半導体スイッチング素子に逆向きに電流が流れる可能性のあるシステム状態による異常時は、半導体スイッチング素子の反対側のリレー（第１高電圧リレー３１）から先に遮断し、その後、半導体スイッチング素子に並列接続されるリレー（第２高電圧リレー３２）を遮断する。
このため、システムを停止させる故障が発生した際、モータ回路（モータ高電圧回路３０）に有する充電抵抗３４と半導体スイッチング素子（プリチャージFET３５）の破損を防止し、充電抵抗３４と半導体スイッチング素子（プリチャージFET３５）の寿命延長を図ることができる。

以上、本発明の電動車両の制御装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、第２高電圧リレー３２を先に遮断することによって、プリチャージFET３５側に電流が流れる可能性のあるシステム故障の検出例として、統合コントローラ１０が検出する第２高電圧リレー３２が遮断されてしまう異常と、モータコントローラ２が検出する平滑コンデンサ３３の過電圧異常や強制放電を実施できない異常(例えば、トルクを制御するためのスイッチング制御ができない異常)等とする例を示した。しかし、システム故障としては、これ以外に、例えば、モータコントローラ２−統合コントローラ１０間の通信異常や、電圧センサ等の故障で、統合コントローラ１０が車両状態を判断できない時、等も含まれる。

実施例１では、ＦＲハイブリッド車両のハイブリッドシステムに本発明のシステム停止制御を適用した例を示したが、例えば、ＦＦハイブリッド車両や電気自動車や燃料電池車等の他の電動車両に対しても本発明のシステム停止制御を適用することができる。要するに、駆動系にモータを有し、インバータとバッテリの間に２つのリレーを有するモータ回路を備えた電動車両であれば適用できる。

Eng エンジン
MG モータ/ジェネレータ（モータ）
AT 自動変速機
CL1 第１クラッチ
CL2 第２クラッチ
RL 左後輪
RR 右後輪
１エンジンコントローラ
２モータコントローラ
３インバータ
４高電圧バッテリ（バッテリ）
５第１クラッチコントローラ
６第１クラッチ油圧ユニット
７ＡＴコントローラ
８第２クラッチ油圧ユニット
９ブレーキコントローラ
１０統合コントローラ
３０モータ高電圧回路（モータ回路）
３１第１高電圧リレー（第１リレー）
３２第２高電圧リレー（第２リレー）
３３平滑コンデンサ
３４充電抵抗
３５プリチャージFET（半導体スイッチング素子）

Claims

駆動系に有するモータと、
前記モータに接続されるインバータとバッテリの間に設定され、前記インバータと前記バッテリの導通・非導通を切り替える第１リレーおよび第２リレーと、前記インバータの両端子間に接続された平滑コンデンサと、前記両リレーの何れか一方に対し並列に接続された充電抵抗および半導体スイッチング素子と、を有するモータ回路と、
車両停止要求が検出されると、前記平滑コンデンサの放電と前記両リレーの遮断によりシステムを停止するシステム停止制御手段と、
を備えた電動車両の制御装置において、
前記システム停止制御手段は、前記半導体スイッチング素子に逆向きに電流が流れ込まないシステム状態による正常時は、半導体スイッチング素子に並列接続されるリレーから先に遮断し、その後、半導体スイッチング素子の反対側のリレーを遮断し、半導体スイッチング素子に逆向きに電流が流れる可能性のあるシステム状態による異常時は、半導体スイッチング素子の反対側のリレーから先に遮断し、その後、半導体スイッチング素子に並列接続されるリレーを遮断することを特徴とする電動車両の制御装置。