JP5817767B2 - 電気自動車 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、電気自動車に関する。特に、電力変換装置に組み込まれているコンデンサを放電するための放電装置を備える電気自動車に関する。本明細書における「電気自動車」には、燃料自動車や、走行用のモータとエンジンを共に備えるハイブリッド車も含む。

電気自動車の走行用のモータは、一般に、定格出力が数十キロワットに達する。そのため、モータに駆動電力を供給する電力変換装置には大電流が流れる。電力変換装置は、典型的には、直流電力を交流電力に変換するインバータであり、電流を平滑するコンデンサを有する。このコンデンサは、供給する電流の脈動を抑制するためのものであり、電気自動車では電力変換装置に流れる電流が大きいため大容量のものが採用される。そのような電気自動車は、コンデンサが蓄える電力が不要となった場合にコンデンサを速やかに放電する装置（放電装置）を備えていることが望ましい。コンデンサが蓄える電力が不要となる場合とは、典型的には、車両にアクシデント（故障や衝突など）が生じた場合である。放電装置の例としては、衝突の際、例えば、通電による発熱量が大きくかつ耐熱性の高い放電抵抗にコンデンサを接続することで、コンデンサに蓄えられた電力を熱エネルギに変換して消費させるものがある。また、放電装置の別の例として、特許文献１に開示されるものもある。

再公表特許ＷＯ２０１０／１３１３４０号公報

ところで、そのような放電装置は、メインバッテリの出力電圧よりも低い電圧で動作する補機（カーエアコン、カーナビゲーション装置、ルームランプなど）の一種であり、補機バッテリから電力供給を受けて動作する。電気自動車では、典型的には、メインバッテリから供給される直流電力の電圧を降圧コンバータで降圧して補機バッテリを充電する。補機バッテリからこれらの補機群への電力供給は、車内に張り巡らされている電力供給ハーネスを介して行われる。このため、衝突したときに、電力供給ハーネスあるいは補機の一部が車両のボディなどの金属部分に接触して地絡する虞がある。地絡した場合には、補機バッテリや降圧コンバータに過電流が流れ、補機バッテリあるいは降圧コンバータが備える過電流保護回路が作動する。過電流保護回路は、典型的には、電力供給ハーネスを電力システムから遮断する。なお、より確実な安全確保のため、衝突が検知された際、過電流を検知せずとも電力供給ハーネスを電力システムから切り離すことも考えられる。総じて言えば、電気自動車は、予め定められた特定の異常（上記の過電流や衝突など）が検知されると電力供給ハーネスを電力システムから切り離すように構成されていることがある。すると、特定の異常が検知されると電力供給ハーネスが電力システムから切り離されて電力供給ハーネスから補機群への電力供給が行われなくなるが、放電装置は補機の一つであり、衝突時も上記の理由から動作する必要がある。本明細書は、電力供給ハーネスから電力供給が行われなくても放電装置が動作する電気自動車を提供する。

本明細書が開示する電気自動車は、上記課題に対して、電力供給ハーネスを電力システムから切り離す遮断装置よりも上流（降圧バッテリ側）で放電装置に電力供給を行うようにした。本明細書が開示する電気自動車は、メインバッテリ、補機バッテリ、電力変換装置、放電装置、電力供給ハーネス、降圧コンバータ、及び、遮断装置を備える。メインバッテリは、走行用のモータに供給する電力を蓄える。電力変換装置は、メインバッテリから供給される直流電力をモータの駆動電力に変換する。放電装置は、電力変換装置に組み込まれているコンデンサを放電する。補機バッテリは、モータよりも駆動電圧が低い補機群に直流電力を供給する。補機バッテリは、出力電圧がメインバッテリよりも低い。電力供給ハーネスは、補機バッテリと補機群を電気的に接続し、補機群に電力を供給する。電力供給ハーネスは、車両のボディ内に配索されている。降圧コンバータは、入力端がメインバッテリに接続されているとともに、出力端が電力供給ハーネスに接続されており、メインバッテリの出力電圧を補機群の駆動電圧まで降圧する。そして、遮断装置は、電圧コンバータの出力端と電力供給ハーネスとの間に挿入されており、予め定められた特定の異常が検知された際に降圧コンバータを電力供給ハーネスから切り離す。ここで、「予め定められた特定の異常」の典型は、衝突の検知、電力供給ハーネスに過電流が流れた場合、あるいは、電力供給ハーネスが接地短絡を生じた場合などである。

遮断装置は、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチ、あるいは、電磁リレーなどのメカニカルスイッチでよい。そのような構成により、例えば電力供給ハーネスあるいは補機の一部が車両のボディなどの金属部分に接触して降圧コンバータに過電流が流れた場合、遮断装置が降圧コンバータを電力供給ハーネスから電気的に切り離す。このため、降圧コンバータは、地絡した回路から切り離され、作動し続けることができる。従って、遮断装置よりも降圧コンバータに近い箇所（遮断装置よりも電流の上流側）から電力供給を受けられる放電装置に対して電力の供給を継続することができる。過電流が流れた際、遮断装置が降圧コンバータを電力供給ハーネスから電気的に切り離すことで、放電装置は、その後も降圧コンバータから電力供給を受けることができ、電力供給ハーネスから電力供給が行われなくても放電装置が動作する。

上記の電気自動車は、さらに、第１、第２電力供給経路と、給電経路切換装置を備える。第１電力供給経路は、放電装置の受電端と電力供給ハーネスを接続する。第２電力供給経路は、受電端と降圧コンバータの出力端を接続する。給電経路切換装置は、遮断装置が動作すると、放電装置の受電端への電力供給を、第１電力供給経路から第２電力供給経路に切り換える。なお、「放電装置の受電端」とは、放電装置を駆動するための電力を受ける端子を意味する。電力供給ハーネスが正常に機能している場合には、放電装置も電力供給ハーネスから電力供給を受けることが好ましい。電力供給ハーネスには、多くの補機が接続されており、電圧が安定している。他方、遮断装置よりも降圧コンバータ側に近い箇所（電流の上流側）では、降圧コンバータが作動しているときには、補機バッテリの出力電圧よりも高い電圧が供給され、降圧コンバータが作動していないときには、補機バッテリと遮断装置を介して補機バッテリの出力電圧よりも低い電圧が供給されることになるので、電圧が安定しない。そのため、給電経路切換装置によって放電装置の受電端への電力供給を、電力供給ハーネスが機能している場合（遮断装置が動作していないとき）には第１電力供給経路を通じて受け、電力供給ハーネスが機能していない場合（遮断装置が動作しているとき）には第２電力供給経路を通じて受けられるようにするとよい。

例えば、給電経路切換装置は、第１電力供給経路に挿入されている第１ダイオードと、第２電力供給経路に挿入されている第２ダイオードと、第２ダイオードを通じて受電端に供給される電圧を第１ダイオードを通じて供給される電圧よりも低くする電圧降下デバイスとによって構成されている。これにより、電圧降下デバイスが介在する分、第２ダイオードが挿入された第２電力供給経路による受電端の電位の方が、第１ダイオードが挿入された第１電力供給経路による受電端の電位よりも低くなる。そのため、遮断装置が動作していない導通状態にあっては、どちらの電力供給経路も受電端と接続してはいるが、このような電位差により放電装置は第１ダイオードが挿入された電力供給経路から受電する。つまり、放電装置は、第１電力供給経路から電力供給を受ける。これに対し、遮断装置が動作して遮断状態になると、放電装置は、第２ダイオードが挿入された第２電力供給経路から受電する。この給電経路切換装置は、機械的なスイッチやリレーを用いる必要がなく、また切換制御も要しない。このため、回路構成や制御プログラムが簡素になる。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

実施例のハイブリッド車の構成を示すブロック図である。 降圧コンバータの構成を示すブロック図である。 降圧コンバータが実行するハーネス遮断処理の流れを示すフローチャート図である。 実施例のハイブリッド車の他の構成を示すブロック図である。

図面を参照して実施例の電気自動車を説明する。実施例の電気自動車は、走行用として、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車２である。図１にハイブリッド車２のブロック図を示す。ハイブリッド車２は、走行用の駆動源として、モータＭＧとエンジンＥＧを備えている。モータＭＧの出力トルクとエンジンＥＧの出力トルクは、動力分配機構ＤＧで適宜に分配／合成され、車軸ＤＳ（即ち車輪）へ伝達される。なお、図１は、本明細書が注目する技術の説明に要する部品だけを表しており、説明に関係のない一部の部品は図示を省略していることに留意されたい。

モータＭＧを駆動するための電力はメインバッテリ３から供給される。メインバッテリ３の出力電圧は、例えば３００ボルトである。ハイブリッド車２は、メインバッテリ３の他に、カーナビゲーション装置８やルームランプ９など、メインバッテリ３の出力電圧よりも低い電圧で駆動するデバイス群に電力を供給するための補機バッテリ６も備える。後述するパワーコントロールユニット５（以下「ＰＣＵ５」と称する）の大電流系回路を除く信号処理回路（ＰＷＭ生成回路など）も補機の一種である。また、「メインバッテリ」／「補機バッテリ」との呼称は、２つのバッテリを区別するための便宜上のものである。

メインバッテリ３は、システムメインリレー４を介してＰＣＵ５に接続される。システムメインリレー４は、メインバッテリ３と車両の駆動系を接続したり切断したりするスイッチである。システムメインリレー４は、上位コントローラ８０により切り換えられる。一方、補機バッテリ６は、電力供給ハーネス７を介して、ＰＣＵ５、カーナビゲーション装置８、ルームランプ９などの低電圧で動作する複数の補機（以下「補機群」と称する）に接続される。電力供給ハーネス７は、補機群の設置箇所に合わせてハイブリッド車２の車内に張り巡らされており、端部が降圧コンバータ６０の出力端６０ｂに接続されている。なお、出力端６０ｂは、高電位側の出力端であり、低電位側の出力端は車体に接地している。図１において、補機バッテリ６、カーナビゲーション装置８、ルームランプ９の一端が接地していることに留意されたい。即ち、補機群の電力供給端の低電位側は、車体を通じてグランド電位に共通化されている。

ＰＣＵ５は、メインバッテリ３の直流電力をモータＭＧの駆動に適した交流電力に変換する。ＰＣＵ５は、メインバッテリ３の電圧をモータＭＧの駆動に適した電圧（例えば６００ボルト）まで昇圧する電圧コンバータ回路２０、昇圧後の直流電力を交流に変換するインバータ回路３０、放電回路４０、コントローラ５０、及び、降圧コンバータ６０を含む。インバータ回路３０の出力がモータＭＧへの供給電力に相当する。

なお、ハイブリッド車２は、エンジンＥＧの駆動力、あるいは車両の減速エネルギを利用してモータＭＧで発電することもできる。モータＭＧが発電する場合、インバータ回路３０が交流を直流に変換し、さらに電圧コンバータ回路２０がメインバッテリ３よりも僅かに高い電圧まで降圧し、メインバッテリ３へ供給する。

電圧コンバータ回路２０は、リアクトル２１とＩＧＢＴなどのスイッチングトランジスタ２２、２４を主とする回路である。このスイッチングトランジスタ２２、２４には、夫々保護用のダイオードが逆並列に接続されている。スイッチングトランジスタ２２、２４やその周辺回路は、例えば、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）としてパッケージ化されている場合もある。

インバータ回路３０は、モータＭＧのＵ、Ｖ、Ｗの各相に対応してスイッチング制御するスイッチングトランジスタ３１、３２、３３、３４、３５、３６（以下、これらの符号は「３１−３６」と総称する）を主とする回路である。これらのスイッチングトランジスタ３１−３６には、夫々保護用のダイオードが逆並列に接続されている。スイッチングトランジスタ３１−３６やその周辺回路も、スイッチングトランジスタ２２、２４と同様に、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）としてパッケージ化されている場合がある。

電圧コンバータ回路２０やインバータ回路３０は、いずれもコントローラ５０に接続されており、夫々を構成するスイッチングトランジスタの制御端子がコントローラ５０により制御される。即ち、電圧コンバータ回路２０やインバータ回路３０は、コントローラ５０が生成したＰＷＭ信号が供給され、そのＰＷＭ信号に基づいて交流に変換したりするためのスイッチング制御を行う。

このような電圧コンバータ回路２０の高電圧側（即ちインバータ回路側）にはコンデンサ１４が電圧コンバータ回路２０と並列に接続されている。また、電圧コンバータ回路２０の低電圧側（即ちメインバッテリ側）にはコンデンサ１２が電圧コンバータ回路２０と並列に接続されている。コンデンサ１４は、インバータ回路３０に入力される電流を平滑化するために挿入されている。またコンデンサ１２は、電圧コンバータ回路２０に入力される電流を平滑化するために挿入されている。なお、ＰＣＵ５は、２つの電圧センサ５１、５２を備えており、夫々、コンデンサ１２の両端電圧ＶＬ、及び、コンデンサ１４の両端電圧ＶＨを計測する。

なお、電圧コンバータ回路２０のスイッチングトランジスタ２２の高電位側や、インバータ回路３０のスイッチングトランジスタ３１、３３、３５の高電位側の電線をＰ線と称する。これに対し、電圧コンバータ回路２０のスイッチングトランジスタ２４の低電位側（グランド側）や、スイッチングトランジスタ３２、３４、３６の低電位側の電線をＮ線と称する。コンデンサ１２及びコンデンサ１４は、Ｐ線とＮ線の間に挿入されている。メインバッテリ３からモータＭＧへは大電流が供給されるので、コンデンサ１２及びコンデンサ１４はともに大容量である。

放電回路４０は、電圧コンバータ回路２０とインバータ回路３０に対して並列に接続されている。別言すれば、Ｐ線とＮ線の間に放電回路４０が接続されている。放電回路４０は、高耐熱性の放電抵抗４２とスイッチングトランジスタ４４の直列接続で構成される。スイッチングトランジスタ４４の制御端子は、コントローラ５０に接続されており、スイッチングトランジスタ４４のオンオフ（開閉）は、コントローラ５０が制御する。放電抵抗４２とスイッチングトランジスタ４４とコントローラ５０が放電装置に相当する。

スイッチングトランジスタ４４をオンにすると、放電抵抗４２がＰ線とＮ線の間に接続されて、コンデンサ１４、放電抵抗４２及びスイッチングトランジスタ４４による閉回路が構成される。このため、コンデンサ１４に蓄えられた電荷が放電抵抗４２に流れる。放電抵抗４２に流れた電力は、熱エネルギとなって散逸する。即ち、放電抵抗４２は自身が発熱することによりコンデンサ１４を放電する。

また、Ｐ線には、リアクトル２１及びスイッチングトランジスタ２２の保護用ダイオードを介してコンデンサ１２が電気的に接続されている。このため、スイッチングトランジスタ４４をオンにすると、コンデンサ１２、リアクトル２１、スイッチングトランジスタ２２の保護用ダイオード、放電抵抗４２及びスイッチングトランジスタ４４による閉回路が構成されて、コンデンサ１２に蓄えられた電荷が放電抵抗４２に流れる。これにより、放電抵抗４２がコンデンサ１２も放電する。

このような放電回路４０によるコンデンサの放電動作は、コントローラ５０により直接的に制御されるが、放電回路４０の駆動を指示するのは、コントローラ５０の上位システムに相当する上位コントローラ８０である。上位コントローラ８０は、加速度センサを含むエアバッグシステムのエアバッグコントローラ９０から受信する衝突信号をトリガにして下位のコントローラ５０に対して放電回路４０の駆動信号を送信する。これを受信したコントローラ５０は、放電回路４０のスイッチングトランジスタ４４をオンにする制御を行ってコンデンサ１４などに蓄えられた電荷を放電抵抗４２に流して放電する。

コントローラ５０は、マイクロコンピュータ、メモリ、入出力インタフェースなどの電子部品で構成される情報処理装置である。このコントローラ５０には、電圧コンバータ回路２０、インバータ回路３０、放電回路４０、及び、上位コントローラ８０が接続されており、また電圧センサ５１、５２、さらには実施例では、降圧コンバータ６０も接続されている。前述した電圧コンバータ回路２０やインバータ回路３０のスイッチング制御はこのコントローラ５０によって実行される。

コントローラ５０は、エアバッグコントローラ９０の衝突信号をトリガにして、システムメインリレー４をオフにするとともにスイッチングトランジスタ４４をオンにする。すると、メインバッテリ３とＰＣＵ５の電気的な接続が切断された後、放電抵抗４２がコンデンサ１２、１４に接続されるため、これらのコンデンサ１２、１４に蓄えられた電力を熱エネルギに変換、つまり蓄積された残留電荷を消費する。

コントローラ５０は、衝突信号を受信した後に放電回路４０を駆動し、コンデンサ１２、１４を放電しなければならない。車両が衝突した際、車内に張り巡らされている電力供給ハーネスが切断する、あるいは、電力供給ハーネス７やいずれかの補機が地絡する可能性がある。図１の符号ＣＳが示す二点鎖線内は、電力供給ハーネス７の地絡を表している。コントローラ５０も補機群の一つであり、通常は電力供給ハーネス７から給電を受けている。電力供給ハーネス７が地絡した際にコントローラ５０が動作不能となることは好ましくない。そこで、ハイブリッド車２では、コントローラ５０は通常は電力供給ハーネス７から給電を受けるが電力供給ハーネス７が地絡、あるいは、断絶した場合にはコンデンサ１２あるいは１４に蓄えられた電荷で動作するように電力供給経路を切り換える仕組みを備えている。その仕組みを以下で説明する。

降圧コンバータ６０は、メインバッテリ３の電圧を入力して補機群の駆動電圧まで降圧させて出力する電圧変換装置である。降圧コンバータ６０は、その入力端６０ａがシステムメインリレー４の出力側に接続されており、また出力端６０ｂが遮断スイッチ７１を介して電力供給ハーネス７に接続されている。これにより、降圧コンバータ６０は電力供給ハーネス７を介して補機バッテリ６を充電する。なお、図１では、降圧コンバータ６０に接続されるグランドの記号表記が省略されているが、降圧コンバータ６０の基準電位（マイナス側）はグランド（ハイブリッド車２のボディ）に接続されていることに留意されたい。

降圧コンバータ６０の構成は図２に図示されている。ここからは図２を参照して説明する。図２に、降圧コンバータ６０の構成を示すブロック図を示す。降圧コンバータ６０は、電圧変換回路６１、制御ユニット６２、電源ユニット６３などにより構成されている。入力端６０ａは電圧変換回路６１に接続されており、入力端６０ａから入力される電圧（メインバッテリ３による高電圧）を電圧変換回路６１が降圧して出力端６０ｂに出力する。降圧は、例えば、スイッチングトランジスタによるスイッチング制御（ＰＷＭ制御）によって行われる。この制御は制御ユニット６２から出力される制御信号（ＰＷＭ信号）に基づく。

制御ユニット６２は、主に、電圧変換回路６１に対するスイッチング制御を行う制御回路である。スイッチング制御は、典型的には、ＰＷＭ制御により行われ、電圧変換回路６１が目標の出力電圧を出力するように制御ユニット６２がスイッチングトランジスタをオンオフする。制御ユニット６２は、電流センサ６５により計測される出力電流も監視しており、電圧変換回路６１の出力電流が予め決められたスイッチングトランジスタの最大出力電流値に近づくとスイッチング制御を停止してスイッチングトランジスタなどの電子部品を保護する（過電流保護回路）。

電圧変換回路６１や制御ユニット６２は、電源ユニット６３から駆動電力の供給を受けて上述した動作を行う。実施例の制御ユニット６２は、このようなスイッチング制御のほかに、後述するハーネス遮断処理も行う。そのため、制御ユニット６２は、遮断信号を遮断スイッチ７１に対して出力する。これについては、再び図１を参照しながら説明する。図１に示すように、降圧コンバータ６０は、出力端６０ｂに遮断スイッチ７１と、直列接続されたダイオード７３、７４のアノード側を接続している。ダイオード７４はコントローラ５０の受電端５０ａに接続されている。なお、以下、出力端６０ｂと遮断スイッチ７１の間の電気接続のことを「電力供給経路Ｋ」と称し、またダイオード７３、７４を介した出力端６０ｂとコントローラ５０の受電端５０ａとの間の電気接続のことを「電力供給経路Ｌ」と称する。

遮断スイッチ７１は、通常、オン状態（導通状態）を維持するノーマルオンタイプ（ノーマルクローズ）のスイッチングデバイスである。例えば、遮断スイッチ７１は、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチや、電磁リレーなどのメカニカルスイッチなどであり、いずれの場合も、降圧コンバータ６０の制御ユニット６２から出力される遮断信号がオンオフ制御用の制御端子に入力されている。実施例では、遮断スイッチ７１は、遮断信号が入力されるとオン（導通）状態からオフ（遮断）状態に移行し、その入力がなくなるとオン（導通）状態に戻る。

ダイオード７３及びダイオード７４は同方向に直列に接続され、コントローラ５０の受電端５０ａの方向にカソード側を向けて電力供給経路Ｌに挿入されている。ダイオード７３、７４は、例えば、シリコンダイオードで、順方向降下電圧が、例えば０．６ボルトに設定されている。このため、電力供給経路Ｌからコントローラ５０の受電端５０ａに供給される駆動電力は、降圧コンバータ６０の出力端６０ｂの電圧に対して、１．２ボルト低い電圧になる。なお、これらのダイオード７３、７４は、電圧降下による給電圧の低下がコントローラ５０の動作に影響を与えない範囲で３個以上を直列に接続してもよい。

コントローラ５０の受電端５０ａは、電力供給経路Ｍからも駆動電力の供給を受ける。即ち、コントローラ５０の受電端５０ａには、遮断スイッチ７１に接続される電力供給ハーネス７もダイオード７２を介して接続されている。電力供給経路Ｍに挿入されるダイオードは、ダイオード７２だけであり、ダイオード７３、７４と同様の順方向降下電圧に設定されている。このため、電力供給経路Ｍを介してコントローラ５０の受電端５０ａに供給される電圧は、電力供給ハーネス７の電圧に対して０．６ボルト低い電圧となる。

したがって、遮断スイッチ７１がオン状態の場合には、コントローラ５０の受電端５０ａに供給可能な電力供給経路は、ダイオード７３、７４を含む電力供給経路Ｌと、ダイオード７２を含む電力供給経路Ｍと、の２ルートが存在する。しかし、電力供給経路Ｌにおける電圧降下は、電力供給経路Ｍにおける電圧降下よりも大きいので、受電端５０ａにおける電圧は、電力供給経路Ｌを介して供給される電圧よりも電力供給経路Ｍを介して供給される電圧の方が高い。それゆえ、コントローラ５０は、電力供給経路Ｍから駆動電力の供給を受ける。換言すると、電力供給経路Ｍを経由して受電端５０ａに印可される電圧は、電力供給経路Ｌを経由する電圧よりも、ダイオード１個分の降下電圧だけ高くなることから、受電端５０ａは電力供給経路Ｍから駆動電力の供給を受ける。なお、ダイオード７３、７４が挿入されているので、電力供給経路Ｍから供給される電力が電力供給経路Ｌを逆流することはない。

コントローラ５０の受電端５０ａは、電力供給経路Ｍ、Ｌのうち、供給電力の電位が高い方から駆動電力の供給を受けることになる。しかし、遮断スイッチ７１がオフ状態になる場合には、後述するように、電力供給ハーネス７の電圧がグラント電位程度に低下していることから、電力供給ハーネス７から電力供給経路Ｍを経由したルートでコントローラ５０に駆動電力が供給されることはなく、専ら、電力供給経路Ｌを経由した駆動電力の供給になる。なお、その場合、ダイオード７２が挿入されているので、電力供給経路Ｌから供給される電力が電力供給経路Ｍを逆流することはない。

また、前述した電力供給経路Ｋや電力供給経路Ｌは、いずれもＰＣＵ５の装置内で接続されているのに対して、この電力供給経路Ｍの電力供給ハーネス７に対する接続はＰＣＵ５の外部で行われる。そのため、ダイオード７２のアノード側に相当する電力供給経路Ｍの端部には、電力供給ハーネス７に設けられた図示しないレセプタに着脱自在に設けられるコネクタＣＮが取り付けられている。実施例では、ＰＣＵ５が電力供給ハーネス７から駆動電力の供給を受けるための通常ルートとして電力供給経路Ｍを位置づけている。

これは、電力供給ハーネス７を経由した電力供給経路Ｍの方が、降圧コンバータ６０側の電力供給経路Ｋに接続された電力供給経路Ｌよりも電圧が安定しているからである。詳細には、電力供給ハーネス７は、一定の電力を消費するカーナビゲーション装置８やルームランプ９などの多くの補機が接続されて、比較的電圧が安定しているのに対して、遮断スイッチ７１よりも降圧コンバータ６０の出力端６０ｂに近い箇所（電力供給経路Ｋ）では、降圧コンバータ６０が作動しているときには、補機バッテリ６の出力電圧よりも高い電圧が供給され、降圧コンバータ６０が作動していないときには、補機バッテリ６と遮断スイッチ７１を介して補機バッテリ６の出力電圧よりも低い電圧が供給されるなど、電圧が安定しないからである。なお、図１に示す一点鎖線で囲まれる範囲において、電力供給ハーネス７、電力供給ハーネス７に介在する遮断スイッチ７１、電力供給経路Ｌ（ダイオード７２及びダイオード７３を含む）、並びに、電力供給経路Ｍ（ダイオード７２を含む）に構成される回路を、以下、給電経路切換回路７０と称する。

このように実施例のハイブリッド車２は、駆動電力をコントローラ５０に供給するルートとして、通常ルートの電力供給経路Ｍに加えて電力供給経路Ｌを有する。これにより、コントローラ５０は、遮断スイッチ７１よりも電流上流からも電力供給経路Ｌを経由して駆動電力の供給を受けられる。このため、給電経路切換回路７０は、次に説明するハーネス遮断処理と連動して、たとえ、電力供給ハーネス７あるいは補機群の一部がハイブリッド車２のボディなどの金属部分に接触して降圧コンバータ６０に過電流が流れ、その結果遮断スイッチ７１により電力供給ハーネス７が遮断されても、その後、コントローラ５０が駆動電力の供給を電力供給経路Ｌから受けられるように制御する。

ここで、降圧コンバータ６０によるハーネス遮断処理を説明する。図３に、降圧コンバータ６０が実行する処理の流れを示すフローチャート図を示す。なお、図３の処理は、上位コントローラ８０が発信する衝突信号を受信すると起動される。衝突信号は、前述したように、放電回路４０の駆動信号として、上位コントローラ８０からコントローラ５０を介して送信されてくる。降圧コンバータ６０は、衝突信号を受信すると、ハイブリッド車２が他車両などに衝突をしている可能性があるため、ステップＳ１２により過電流の検出判定処理を行う。なお、衝突が検知されると、コントローラ５０がコンデンサ１２、１４の放電も行うため、図３の処理には、コントローラ５０が実行する放電処理（ステップＳ１４）も含めてある。

図３の処理は、ハイブリッド車２の衝突後に行われる処理であり、まず、ステップＳ１２において、降圧コンバータ６０に過電流が生じているか否かが判定される。過電流が生じる典型は、衝突による衝撃などによって電力供給ハーネス７や補機群などがボディなどの金属部分に接触して地絡したことによる。過電流の検知は、具体的には、電流センサ６５（図２参照）により計測された電圧変換回路６１の出力電流値に基づいて、規定値を超えた電流が検出されたか否かにより判定される。この既定値は、降圧コンバータ６０の具体的な特性で定まり、実験やシミュレーションなどにより予め定められる。規定値を超えた電流が検出された場合には（Ｓ１２；ＹＥＳ）、次のステップＳ１３による遮断スイッチ制御処理に移り、直ちに遮断スイッチ７１をオフ状態に制御する。規定値を超えた電流が検出されない場合には（Ｓ１２；ＮＯ）、電力供給ハーネス７は正常に電力供給を行える状態であると判断できるため、遮断スイッチ制御処置（Ｓ１３）はスキップし、次のＳ１４の処理に移る。なお、電力供給ハーネス７や補機群などが地絡している場合には、電力供給ハーネス７の電位はグランド電位（又はグランド電位相当）まで低下しているため、コントローラ５０をはじめカーナビゲーション装置８やルームランプ９などの補機には駆動電力が供給されない。

ステップＳ１２にて過電流が検知された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３の処理が実行される。ステップＳ１３では、遮断スイッチ７１の制御処理が行われる。この処理は、ノーマルオンタイプ（ノーマルクローズタイプ）である遮断スイッチ７１をオフ状態（非導通）に制御するもので、この制御によって、電力供給ハーネス７を、降圧コンバータ６０の出力端６０ｂから電気的に切り離す。降圧コンバータ６０は、その出力が地絡状態にある電力供給ハーネス７から切り離されるため、電圧変換回路６１には過電流が流れることなく、また過電流保護回路による出力禁止制御も解除される。

次に、ステップＳ１４の処理であるが、この処理はコントローラ５０が実行する。前述したように、コントローラ５０は、衝突信号を受信するとシステムメインリレー４を遮断して、メインバッテリ３をＰＣＵ５から切り離す。従ってＰＣＵ５はメインバッテリ３から電力供給を受けられない。しかしこのとき、降圧コンバータ６０の入力端６０ａに接続されているコンデンサ１２には電荷が蓄積されている。そのため、コンデンサ１２の残留電荷による電力を降圧コンバータ６０が入力端６０ａに受けることにより、降圧コンバータ６０は出力端６０ｂに降圧した電力を出力することができる。コントローラ５０は、電力供給経路Ｌを経由して降圧コンバータ６０から駆動電力の供給を受けることが可能となることから、コントローラ５０は前述の放電回路４０を作動させることによるコンデンサ１２、１４の放電制御が可能になる。

このように遮断スイッチ７１を作動させて降圧コンバータ６０を電力供給ハーネス７から切り離すことによって、また、コンデンサ１２の残留電荷を降圧コンバータ６０の入力電力に用いることによって、コントローラ５０に対する駆動電力の供給を継続することが可能になる。ステップＳ１３の後、あるいは、過電流が検知されなかった場合にはステップＳ１２の判断がＮＯの場合、コントローラ５０は、ステップＳ１４の処理を実行する。ステップＳ１４において、コントローラ５０は、放電回路４０のスイッチングトランジスタ４４をオンする。そうすると、放電抵抗４２がコンデンサ１４と接続され、コンデンサ１４が放電される。

コンデンサ１４が十分に放電されないままコンデンサ１２の残存電荷がなくなると、コントローラ５０が停止し、コンデンサ１４の放電も止まってしまう。そこで、本実施例では、コンデンサ１４の残存電荷を使ってコントローラ５０に対する駆動電力の供給を持続させてコンデンサ１２、１４の放電を確実に完了させる。そのための処理がステップＳ１５〜Ｓ１７による処理である。

ステップＳ１５では、コンデンサ１４の残留電荷によって得られるコンデンサ１４の両端電圧ＶＨを電圧コンバータ回路２０により降圧させて出力する処理を行う。具体的には、コントローラ５０によるスイッチングトランジスタ２２、２４のスイッチング制御（ＰＷＭ制御）によって、電圧コンバータ回路２０の出力、つまりコンデンサ１２の両端電圧ＶＬがメインバッテリ３の電圧相当に低下するように降圧させる。コンデンサ１４の電圧ＶＨは電圧センサ５１により、またコンデンサ１２の電圧ＶＬは電圧センサ５２により、夫々計測されてコントローラ５０に入力されている。コントローラ５０は、それらのセンサのデータを使い、コンデンサ１４の電圧ＶＨがコンデンサ１２の電圧ＶＬ以下になるまで、ステップＳ１４による降圧制御を続ける（Ｓ１６；ＮＯ）。

そして、コンデンサ１４の電圧ＶＨがコンデンサ１２の電圧ＶＬ以下まで低下した場合には（Ｓ１６；ＹＥＳ）、両コンデンサＣ１２、１４を直結させるために、ステップＳ１７により、スイッチングトランジスタ２２をオン状態に、スイッチングトランジスタ２４をオフ状態に維持する。これにより、コンデンサ１２とコンデンサ１４が直流的に並列接続される。

このステップＳ１７による両コンデンサの直結は、例えば、電圧センサ５２が計測する電圧ＶＬが予め設定された安全な電圧以下に低下するまで継続する。又は、コンデンサ１２から供給される電力による電圧が低下して、降圧コンバータ６０によるコントローラ５０の駆動電力の供給が不能になるまで継続する。なお、降圧コンバータ６０によるコントローラ５０への駆動電力の供給が不能になった場合には、コントローラ５０による放電処理は強制終了する。なお、そのような場合には、両コンデンサ１２、１４の残存電荷量は十分に低下している。

なお、ステップＳ１２、Ｓ１３は、図３で示したフローチャートの中の処理とは別に、定期的に過電流を監視する一つの独立したルーチンとしても存在する。あるいは、ステップＳ１２、Ｓ１３の処理は、定期的に起動されるルーチンではなく、過電流を検知するセンサの信号で起動する割り込み処理として構築されてもよい。

次に、実施例の変形例について図４を参照して説明する。なお、図４において図１と実質的に同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。本変形例は、上述した給電経路切換回路７０を、リレー７５を用いた給電経路切換回路１７０により構成した点が図上記実施例を異なる。

リレー７５は、オンオフ状態が排他的に設定される第１スイッチ７５ａと第２スイッチ７５ｂにより構成されている。リレー７５は、例えば、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）など半導体スイッチにより構成される無接点リレー（半導体リレー）である。また電磁リレーなどのメカニカルリレーでもよい。

リレー７５の第１スイッチ７５ａを電力供給経路Ｍに介在させ、第２スイッチ７５ｂを電力供給経路Ｌに介在させる。そして、通常時においては、コントローラ５０に対して電力供給ハーネス７から駆動電力を供給するため、第１スイッチ７５ａをオン状態、第２スイッチ７５ｂをオフ状態になるように降圧コンバータ１６０によってリレー７５を制御する。

本変形例における電力供給ハーネス遮断処理では、図３に示すフローチャートのステップＳ１３と同時に、リレー７５の制御が加わる。そこでは、コントローラ５０に対して降圧コンバータ１６０から駆動電力を供給するため、第１スイッチ７５ａをオフ状態、第２スイッチ７５ｂをオン状態になるように降圧コンバータ１６０によってリレー７５を制御する。

このように給電経路切換回路１７０や降圧コンバータ１６０を構成することによって、電力供給経路Ｌ及び電力供給経路Ｍの切り換えが排他的かつ論理的に行われるため、電力供給経路Ｌ、Ｍの切り換えが確実に行われる。第１スイッチ７５ａと第２スイッチ７５ｂは、図４の回路図上では独立したスイッチとして描かれているが、ノーマルオープンとノーマルクローズを併せ持つ一つの切換リレーで構成することができる。その場合、電力供給経路Ｍにノーマルオープン側の接点を接続し、電力供給経路Ｌにノーマルクローズ側の接点を接続し、電力供給ハーネス７から、切換リレーを駆動する電力を供給すればよい。電力供給ハーネス７からの給電により、ノーマルクローズ側、即ち、電力供給経路Ｌは開放され、ノーマルオープン側、即ち、電力供給経路Ｍが導通状態となる。電力供給ハーネス７が地絡する、あるいは、切断すると、切換リレーへの給電が途絶え、ノーマルオープン側、即ち、電力供給経路Ｍが開放され、ノーマルクローズ側、即ち、電力供給経路Ｌが導通状態に切り換わる。つまり、コントローラ５０への電力供給経路が、電力供給経路Ｍから電力供給経路Ｌに受動的に切り換わる。この場合、電力供給経路ＬとＭの切換を一つの切換リレーで構成することができるので、前述した給電経路切換回路７０のようにダイオード７２、７３、７４を使用する場合に比べて、部品点数が減る。

上記の変形例は、給電経路切換回路の主要部品として、ダイオード７２、７３、及び、７４の代わりにリレー７５を用いた。ダイオードを用いた給電経路切換回路７０は、電気的なスイッチング動作を含まないので、電力供給ハーネス７が切り離されると直ちに電力供給経路が切り換わる。これに対して変形例の給電経路切換回路１７０は、電気的なスイッチング動作を含むので、図１の給電経路切換回路７０と比較すると、電力供給ハーネス７が切り離された後に給電経路が切り換わるまでの時間を要する。従って、給電経路切換回路は、図１のダイオードを利用した回路の方がリレーを利用した回路よりも好ましいことに留意されたい。

なお、上記の実施例及びその変形例では、電力供給経路Ｍと電力供給ハーネス７の接続をコネクタＣＮにより行う。そのため、このコネクタＣＮの接触不良などにより電力供給経路Ｍによる電力供給ハーネス７とコントローラ５０の受電端５０ａの電気的な接続が不安定になっても、遮断スイッチ７１を介した電力供給経路Ｌによる接続ルートが確保されているため、コネクタＣＮの接触不良による瞬断耐量の向上も可能になる。

実施例の技術に関する留意点を述べる。実施例では、降圧コンバータ６０の過電流が検知されると、電力供給ハーネス７を遮断した。電力供給ハーネス７を遮断する条件は、過電流に限られない。例えば、より一層の安全確保の観点から、衝突が検知されると直ちに電力供給ハーネスを遮断するように構成してもよい。上記で説明したように、図３のフローチャートの処理は、降圧コンバータ６０が衝突信号を受信すると起動され、まずステップＳ１２にて、過電流が検知されたか否かを判断する。ステップＳ１２の処理を除外すれば、降圧コンバータ６０は上位コントローラ８０から衝突信号を受信すると直ちに電力供給ハーネス７を遮断する（Ｓ１３）。即ち、図３のフローチャートにおいてステップＳ１２を削除した処理が、衝突が検知されると直ちに電力供給ハーネスを遮断する処理に相当する。また、降圧コンバータ６０は、過電流検知ではなく、他のセンサにて地絡が発生したことが検知された場合に電力供給ハーネス７を遮断するよう構成されていてもよい。

実施例のハイブリッド車２は、遮断スイッチ７１が動作すると、コントローラ５０の受電端５０ａへの電力供給を、電力供給ハーネス７を介した電力供給経路Ｍから、遮断スイッチ７１よりも降圧コンバータ６０側からの電力供給経路Ｌに切り換える。コントローラ５０の受電端５０ａへの電力供給を切り換えることが好ましいが、電力供給経路Ｍを外し、コントローラ５０は常に遮断スイッチ７１よりも降圧コンバータ６０側から電力供給を受けるようにしてもよい。そのように構成しても、電力供給ハーネス７を遮断した後にもコントローラ５０は動作を続けることができる。

モータＭＧが走行用のモータの一例に相当する。電圧コンバータ回路２０及びインバータ回路３０が電力変換装置の一例に相当する。カーナビゲーション装置８及びルームランプ９が補機の一例に相当する。放電回路４０及びコントローラ５０が放電装置の一例に相当する。遮断スイッチ７１が遮断装置の一例に相当する。ダイオード７２が第１ダイオードの一例に相当する。ダイオード７３及びダイオード７４のいずれか一方が第２ダイオードの一例に相当し、残りの他方が電圧降下デバイスの一例に相当する。電力供給経路Ｌが「遮断装置よりも降圧コンバータ側からの電力供給経路」の一例に相当し、電力供給経路Ｍが「電力供給ハーネスを介した電力供給経路」の一例に相当する。

放電回路は、実施例の放電抵抗に限られない。例えば、コンデンサ１２、１４の残存電荷でモータを回転させることで、コンデンサ１２、１４の残存電荷を消費してもよい。

実施例のハイブリッド車２では、降圧コンバータ６０が、電力供給ハーネス７を遮断するよう遮断スイッチ７１を制御した。そのような構成に代えて、コントローラ５０が小さな予備電源を備えており、降圧コンバータ６０の過電流が流れたとき（あるいは他の既定の特定の異常が検知されたとき）、コントローラ５０がその予備電源を使って図３のフローチャートの処理を実行してもよい。予備電源の典型は、キャパシタである。

実施例ではハイブリッド車２を扱ったが、本明細書が開示する技術はエンジンを備えない、いわゆるピュア電気自動車に適用することも好適である。あるいは、本明細書が開示する技術は、燃料電池車に適用することもできる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：ハイブリッド車
３：メインバッテリ
５：ＰＣＵ
６：補機バッテリ
７：電力供給ハーネス
８：カーナビゲーション装置
９：ルームランプ
１２、１４：コンデンサ
２０：電圧コンバータ回路
３０：インバータ回路
３１−３６：スイッチングトランジスタ
４０：放電回路
４２：放電抵抗
４４：スイッチングトランジスタ
５０：コントローラ
５０ａ：受電端
６０：降圧コンバータ
６０ａ：入力端
６０ｂ：出力端
７０：給電経路切換回路
７１：遮断スイッチ
７２、７３、７４：ダイオード
７５：リレー
７５ａ：第１スイッチ
７５ｂ：第２スイッチ
８０：上位コントローラ
９０：エアバッグコントローラ
Ｋ、Ｌ、Ｍ：電力供給経路
ＥＧ：エンジン
ＤＧ：動力分配器
ＤＳ：車軸
ＭＧ：モータ

Claims (3)

1. 走行用のモータに供給する電力を蓄えるメインバッテリと、
   前記メインバッテリから供給される直流電力を前記モータの駆動電力に変換する電力変換装置と、
   前記電力変換装置に組み込まれているコンデンサを放電する放電装置と、
   前記モータよりも駆動電圧が低い補機群に直流電力を供給する補機バッテリと、
   前記補機バッテリと前記補機群を接続する電力供給ハーネスと、
   入力端が前記メインバッテリに接続されているとともに、出力端が前記電力供給ハーネスに接続されており、前記メインバッテリの出力電圧を前記補機群の駆動電圧まで降圧する降圧コンバータと、
   前記出力端と電力供給ハーネスとの間に挿入されており、予め定められた特定の異常が検知された際に前記降圧コンバータを電力供給ハーネスから切り離す遮断装置と、
   前記放電装置の受電端と前記電力供給ハーネスを接続する第１電力供給経路と、
   前記受電端と前記降圧コンバータの出力端を接続する第２電力供給経路と、
   前記遮断装置が動作すると、前記放電装置への電力供給経路を、前記第１電力供給経路から前記第２電力供給経路に切り換える給電経路切換装置と、を備えており、
   前記給電経路切換装置は、前記第１電力供給経路に挿入されている第１ダイオードと、前記第２電力供給経路に挿入されている第２ダイオードと、前記第２ダイオードを通じて前記受電端に供給される電圧を前記第１ダイオードを通じて供給される電圧よりも低くする電圧降下デバイスとによって構成されていることを特徴とする電気自動車。
2. 前記遮断装置は、前記電力供給ハーネスに過電流が流れた際に前記降圧コンバータを前記電力供給ハーネスから切り離すことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
3. 前記放電装置は、車両の衝突が検出されると、前記メインバッテリと前記電力変換装置を電気的に遮断するとともに、前記電力変換装置に組み込まれているコンデンサに放電抵抗を接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気自動車。

Images