JP5954356B2 - 電動車両 - Google Patents

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Description

本発明は、電動車両、特に、衝突時にシステムメインリレーのオフを検知する制御部を備える電動車両に関する。
近年、電気自動車や、ハイブリッド車両等の電動車両が多く用いられるようになってきている。電動車両では、バッテリの直流電力を昇圧コンバータで昇圧した後、インバータでモータ駆動用の交流電力に変換してモータを駆動する方法が多く用いられる。昇圧コンバータやインバータ等には供給される直流電力を安定化するために、大容量の平滑コンデンサが用いられており、昇圧コンバータやインバータが動作している間は、この平滑コンデンサには印加電圧に応じた電荷が蓄積されている。
電動車両が衝突したような場合には、平滑コンデンサに蓄積された電荷は速やかに放電することが必要となる。この方法として、電動車両が衝突した際に、システムメインリレーをオフにしてバッテリと平滑コンデンサを遮断した後、平滑コンデンサの電圧をDC/DCコンバータで降圧して補機駆動回路に供給し、補機を駆動することによって平滑コンデンサの電荷を放電する方法が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
特開2011−10406号公報 特開2010−178595号公報
ところで、特許文献1,2に記載された従来技術では、平滑コンデンサの電荷を補機回路で放電する場合、システムメインリレーがオフとなってバッテリと平滑コンデンサの接続が遮断された状態となっていることが必要である。このため、電動車両が衝突するとECUからシステムメインリレーをオフとする信号が出力される。ところが、電動車両の衝突により平滑コンデンサの放電を制御する制御装置がECUから正しい信号を取得できなかったり、システムメインリレーをオフとする信号が出力されてもシステムメインリレーがオフになっていなかったりする場合がある。
そこで、本発明は、システムメインリレーをオフとする信号と異なる手段によってシステムメインリレーのオフを検知することを目的とする。
本発明の電動車両は、電圧変換回路と、前記電圧変換回路の一次側に接続される一次側平滑コンデンサと、前記電圧変換回路の一次側で前記一次側平滑コンデンサと並列に接続されるバッテリと、前記一次側平滑コンデンサと前記バッテリとの間に接続されるシステムメインリレーと、前記電圧変換回路の二次側に接続される二次側平滑コンデンサと、前記電圧変換回路の二次側で前記二次側平滑コンデンサと並列に接続されるインバータ回路と、前記インバータ回路に接続される車両駆動用の電動機と、前記電圧変換回路の一次側電圧を検出する第1の電圧センサと、衝突を検知する衝突センサと、前記電圧変換回路の二次側電圧を検出する第2の電圧センサと、前記電動機の回転数を検出する回転数センサと前記電圧変換回路の動作を調整する制御部と、を備え、前記電圧変換回路が一次側電圧を昇圧して二次側から出力する昇圧動作と二次側電圧を降圧して一次側から出力する降圧動作とが可能な昇降圧回路であり、前記制御部は、前記衝突センサによって衝突を検知した場合に、前記電圧変換回路を動作させた状態で前記第1の電圧センサで前記一次側電圧を検出し、検出した前記一次側電圧が変化していることで前記システムメインリレーのオフを検知するシステムメインリレーオフ検知手段と、前記回転数センサで検出した前記電動機の回転数に基づいて前記電動機の逆起電圧を計算する逆起電圧計算手段と、を備え、前記システムメインリレーオフ検知手段は、前記第2の電圧センサで検出した二次側電圧が前記逆起電圧計算手段で計算した前記電動機の逆起電圧よりも大きい場合に、前記電圧変換回路を昇圧動作させた状態で前記第1の電圧センサで前記一次側電圧を検出し、検出した前記一次側電圧が低下していることで前記システムメインリレーのオフを検知する第1のシステムメインリレーオフ検知手段を有すること、を特徴とする。
本発明の電動車両は、電圧変換回路と、前記電圧変換回路の一次側に接続される一次側平滑コンデンサと、前記電圧変換回路の一次側で前記一次側平滑コンデンサと並列に接続されるバッテリと、前記一次側平滑コンデンサと前記バッテリとの間に接続されるシステムメインリレーと、前記電圧変換回路の二次側に接続される二次側平滑コンデンサと、前記電圧変換回路の二次側で前記二次側平滑コンデンサと並列に接続されるインバータ回路と、前記インバータ回路に接続される車両駆動用の電動機と、前記電圧変換回路の一次側電圧を検出する第1の電圧センサと、衝突を検知する衝突センサと、前記電圧変換回路の二次側電圧を検出する第2の電圧センサと、前記電動機の回転数を検出する回転数センサと、前記電圧変換回路の動作を調整する制御部と、を備え、前記電圧変換回路が一次側電圧を昇圧して二次側から出力する昇圧動作と二次側電圧を降圧して一次側から出力する降圧動作とが可能な昇降圧回路であり、前記制御部は、前記衝突センサによって衝突を検知した場合に、前記電圧変換回路を動作させた状態で前記第1の電圧センサで前記一次側電圧を検出し、検出した前記一次側電圧が変化していることで前記システムメインリレーのオフを検知するシステムメインリレーオフ検知手段と、前記回転数センサで検出した前記電動機の回転数に基づいて前記電動機の逆起電圧を計算する逆起電圧計算手段と、を備え、前記システムメインリレーオフ検知手段は、前記第2の電圧センサで検出した二次側電圧が前記逆起電圧計算手段で計算した前記電動機の逆起電圧よりも大きい場合に前記電圧変換回路を降圧動作させた状態で前記第1の電圧センサで前記一次側電圧を検出し、検出した前記一次側電圧が上昇していることで前記システムメインリレーのオフを検知する第2のシステムメインリレーオフ検知手段を有すること、を特徴とする。
本発明の電動車両において、前記システムメインリレーオフ検知手段は、前記第2の電圧センサで検出した二次側電圧が前記逆起電圧計算手段で計算した前記電動機の逆起電圧よりも小さいか等しい場合に、前記電圧変換回路を昇圧動作させた状態で前記第1の電圧センサで前記一次側電圧を検出し、検出した前記一次側電圧が低下していることで前記システムメインリレーのオフを検知する第3のシステムメインリレーオフ検知手段を有すること、としても好適である。
本発明は、システムメインリレーをオフとする信号と異なる手段によってシステムメインリレーのオフを検知することができるという効果を奏する。
本発明の実施形態における電動車両の制御系統を示す系統図である。 本発明の実施形態における電動車両に搭載される制御部のシステムメインリレーのオフを検知する動作を示すフローチャートである。 電動車両の衝突直後における電流の流れを示す説明図である。 本発明の実施形態において電圧変換器の二次側電圧がモータの逆起電圧よりも小さいか等しい場合に電圧変換回路を昇圧動作させてシステムメインリレーのオフを検知する際の電流の流れを示す説明図である。 本発明の実施形態において電圧変換器の二次側電圧がモータの逆起電圧よりも小さいか等しい場合に電圧変換回路を昇圧動作させてシステムメインリレーのオフを検知する際の電流の流れを示す説明図である。 本発明の実施形態において電圧変換器の二次側電圧がモータの逆起電圧よりも大きい場合に電圧変換回路を昇圧動作させてシステムメインリレーのオフを検知する際の電流の流れを示す説明図である。 本発明の実施形態において電圧変換器の二次側電圧がモータの逆起電圧よりも大きい場合に電圧変換回路を昇圧動作させてシステムメインリレーのオフを検知する際の電流の流れを示す説明図である。 本発明の実施形態において電圧変換器の二次側電圧がモータの逆起電圧よりも大きい場合に電圧変換回路を降圧動作させてシステムメインリレーのオフを検知する際の電流の流れを示す説明図である。 本発明の実施形態において電圧変換器の二次側電圧がモータの逆起電圧よりも大きい場合に電圧変換回路を降圧動作させてシステムメインリレーのオフを検知する際の電流の流れを示す説明図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態の電動車両100は、バッテリ10と、昇降圧コンバータ20と、インバータ30と、車両駆動用の電動機であるモータ50と、バッテリ10と昇降圧コンバータ20との間に接続されたシステムメインリレー16及びフューズ17と、バッテリ10から供給される直流電力の電圧を降圧して補機19に供給する補機用DC/DCコンバータ18と、昇降圧コンバータ20とインバータ30と補機用DC/DCコンバータ18と補機19との動作を調整する制御部70と、を備えている。また、電動車両100は、電動車両100の衝突を検出する衝突センサ64と、システムメインリレー16のオン・オフを行うとともに電動車両100全体の制御を行うECU82を備えている。なお、図1において一点鎖線は信号線を示す。
昇降圧コンバータ20は、バッテリ10のマイナス側に接続されたインバータ30と共通のマイナス側電路11と、バッテリ10のプラス側に接続された低圧電路12と、昇降圧コンバータ20のプラス側出力端であり、インバータ30のプラス側入力端である高圧電路13とを含んでいる。マイナス側電路11と低圧電路12は昇降圧コンバータ20の一次側電路を構成し、マイナス側電路11と高圧電路13は昇降圧コンバータ20の二次側電路及びインバータ30の一次側電路を構成する。
昇降圧コンバータ20は、低圧電路12と高圧電路13との間に接続された上アームスイッチング素子23aと、マイナス側電路11と低圧電路12との間に接続された下アームスイッチング素子23bと、低圧電路12に直列に接続されたリアクトル21と、低圧電路12とマイナス側電路11との間に接続された一次側平滑コンデンサ14と、一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLを検出する低電圧センサ61とを含んでいる。また、各スイッチング素子23a,23bには、それぞれダイオード24a,24bが逆並列に接続されている。昇降圧コンバータ20は、上アームスイッチング素子23aをオフとした状態で、下アームスイッチング素子23bをオンとしてリアクトル21にバッテリ10からの電気エネルギを蓄積した後、下アームスイッチング素子23bをオフとしてリアクトル21に蓄積した電気エネルギで電圧を上昇させて高圧電路13に昇圧した電圧を出力する。また、昇降圧コンバータ20は、下アームスイッチング素子23bをオフとした状態で、上アームスイッチング素子23aをオンとしてリアクトル21にインバータ30の電圧を降圧して電気エネルギとして蓄積した後、上アームスイッチング素子23aをオフとしてリアクトル21に蓄積した電気エネルギによりバッテリ10を充電する。
昇降圧コンバータ20の各スイッチング素子23a,23bとリアクトル21と各ダイオード24a,24bは、電圧変換回路である昇降圧回路20Aを構成し、マイナス側電路11と低圧電路12は昇降圧回路20Aの一次側電路を構成し、マイナス側電路11と高圧電路13は昇降圧回路20Aの二次側電路を構成する。従って、一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLは昇降圧回路20Aの一次側電圧となり、一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLを検出する低電圧センサ61は昇降圧回路20Aの一次側電圧を検出する第1の電圧センサとなる。
インバータ30は、高圧電路13とマイナス側電路11との間でU,V,Wの各相に対してそれぞれ2つずつ直列に接続される6個のスイッチング素子(33a,33b(U相))(34a,34b(V相))(35a,35b(W相))を備えている。図1に示す上側のスイッチング素子は上アームスイッチング素子33a,34a,35aであり、下側のスイッチング素子は、下アームスイッチング素子33b,34b,35bである。各上アームスイッチング素子33a,34a,35aと各下アームスイッチング素子33b,34b,35bの間にはU,V,Wの各相の出力線39U,39V,39Wが接続されている。U,V,Wの各出力線39U,39V,39Wはそれぞれモータ50のU,V,Wの各相コイル51,52,53の一端に接続されている。各相コイル51,52,53の他端は中性点54に接続されている。また、U,V,W相の各上アームスイッチング素子33a〜35a,各下アームスイッチング素子33b〜35bには、それぞれダイオード36a〜38a,36b〜38bが逆並列に接続されている。インバータ30は、上アームスイッチング素子33a〜35a,下アームスイッチング素子33b〜35bの6個のスイッチング素子をオン・オフさせて昇降圧コンバータ20から供給される昇圧直流電力を交流電力に変換して車両駆動用のモータ50に供給するとともに、モータ50で発電した交流電力を直流電力に変換して昇降圧コンバータ20を介してバッテリ10に充電する。インバータ30の各スイッチング素子33a〜35a,33b〜35bと各ダイオード36a〜38a,36b〜38b、U,V,Wの各相の出力線39U,39V,39Wは、インバータ回路30Aを構成する。また、マイナス側電路11と高圧電路13はインバータ回路30Aの一次側電路を構成する。
また、インバータ30は、インバータ回路30Aの一次側電路(昇降圧回路20Aの二次側電路)の高圧電路13とマイナス側電路11との間に接続される二次側平滑コンデンサ15を備えており、二次側平滑コンデンサ15には、両端の高電圧VHを検出する高電圧センサ62が取り付けられている。二次側平滑コンデンサ15の両端の高電圧VHはインバータ回路30Aの一次側電圧であり、且つ、昇降圧回路20Aの二次側電圧となるので、二次側平滑コンデンサ15の両端の高電圧VHを検出する高電圧センサ62は昇降圧回路20Aの二次側電圧を検出する第2の電圧センサとなる。また、モータ50には、ロータの回転数を検出する回転数センサ63が取り付けられている。
昇降圧コンバータ20の各スイッチング素子23a,23b、インバータ30の各スイッチング素子33a〜35a,33b〜35bは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは電力用バイポーラトランジスタ等の電力用半導体スイッチング素子である。バッテリ10は、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池のような充放電可能な二次電池である。また、電動車両100の衝突を検出する衝突センサ64は、例えば、加速度センサ(Gセンサ)によって電動車両100が衝突したか否かを検出するものである。
制御部70は、内部に演算及び情報処理を行うCPU71と、記憶部72と、各機器、センサとの接続を行う機器・センサインターフェース73と、を備えており、CPU71と記憶部72と機器・センサインターフェース73とはデータバス74によって接続されているコンピュータである。記憶部72の中には、昇降圧コンバータ20、インバータ30等の動作を制御する制御プログラム75と、制御データ76と、後で説明する逆起電圧計算プログラム77と、システムメインリレーオフ検知プログラム78とが格納されている。また、システムメインリレーオフ検知プログラム78はその中に、第1、第2、第3のシステムメインリレーオフ検知プログラム79,80,81を含んでいる。昇降圧コンバータ20の各スイッチング素子23a,23b、インバータ30の各スイッチング素子33a〜35a,33b〜35b、補機用DC/DCコンバータ18、補機19は機器・センサインターフェース73を介して制御部70に接続され、制御部70の指令によって動作する。また、低電圧センサ61、高電圧センサ62、回転数センサ63、衝突センサ64は、機器・センサインターフェース73を介して制御部70に接続され、各センサ61,62,63,64の信号は、制御部70に入力される。
ECU82は、制御部70と同様、内部に演算及び情報処理を行うCPU83と、記憶部84と、各機器、センサとの接続を行う機器・センサインターフェース85と、を備えており、CPU83と記憶部84と機器・センサインターフェース85とはデータバス86によって接続されているコンピュータである。記憶部84の中には、電動車両100全体の制御を行う制御プログラム87と制御データ88が格納されている。システムメインリレー16は、機器・センサインターフェース85を介してECU82に接続されており、ECU82の指令によってオン・オフ動作を行う。また、衝突センサ64も機器・センサインターフェース85を介してECU82に接続されており、検出した信号はECU82に入力される。ECU82と制御部70とはデータバス69によって接続されており、ECU82がシステムメインリレー16をオン・オフさせる信号は、データバス69を介して制御部70に入力される。
以上のように構成された電動車両100が衝突した際の制御部70の動作について、図2〜図9を参照しながら説明する。なお、図3〜図9では、昇降圧コンバータ20、インバータ30の各スイッチング素子23a,23b,33a〜35a,33b〜35bは、単純なオンオフスイッチとして簡略表示する。
衝突前、電動車両100は走行中で、昇降圧コンバータ20、インバータ30、モータ50、補機19は通常の制御プログラムに従って動作しており、一次側平滑コンデンサ14、二次側平滑コンデンサ15には、それぞれ低電圧VL、高電圧VHに応じた電荷が溜まっている。図2のステップS101に示すように、制御部70は、衝突センサ64の信号を機器・センサインターフェース73を介して受信し、図2のステップS102に示すように電動車両100が衝突したかどうかを判断する。この判断は、例えば、衝突センサ64で検出した加速度が所定の閾値以上の場合に電動車両100が衝突したと判断するようにしてもよい。制御部70は、図2のステップS102で電動車両100が衝突していないと判断した場合には、図2のステップS101に戻って衝突センサ64の信号を受信し、電動車両100の衝突の監視を継続する。
制御部70は、図2のステップS102で電動車両100が衝突したと判断した場合には、図2のステップS103に示すように、昇降圧コンバータ20の各スイッチング素子23a,23b及び、インバータ30の各スイッチング素子33a〜35a,33b〜35bを全てオフにする指令を出力し、図3に示すように、昇降圧コンバータ20の各スイッチング素子23a,23b及び、インバータ30の各スイッチング素子33a〜35a,33b〜35bをすべてオフとして昇降圧コンバータ20とインバータ30の動作を停止する。
また、図1に示すECU82も制御部70と同様に衝突センサ64の信号を機器・センサインターフェース85を介して受信し、電動車両100の衝突を監視する。そして、ECU82は、例えば、衝突センサ64から受信した加速度信号が所定の閾値を超えていた場合には電動車両100が衝突したと判断し、システムメインリレー16をオフとする信号を出力する。この信号は、データバス69を介して制御部70にも入力される。
衝突直後は、電動車両100の車輪はまだ回転を続けており、これによってモータ50が回転し、モータ50の回転によってモータ50の逆起電力が発生している。衝突の際の高電圧VHがモータ50の逆起電力による逆起電圧以下の場合(高電圧VH≦逆起電圧)には、この逆起電力によって図3に示す矢印91のように、モータ50のU相コイル51、U相出力線39U、ダイオード36a、高圧電路13、二次側平滑コンデンサ15、マイナス側電路11、ダイオード37b,38b、V,W相出力線39V,39W、V相,W相コイル52,53、中性点54、U相コイル51のように電流が流れ、二次側平滑コンデンサ15の両端の高電圧VHはモータ50の逆起電圧まで上昇する。逆に、衝突の際の高電圧VHがモータ50の逆起電圧よりも高い場合には、上記のような電流は流れず、高電圧VHは、衝突の際の電圧となっている。昇降圧回路20Aの一次側電圧である一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLは、昇降圧コンバータ20のスイッチング素子23a,23bがオフで、昇降圧回路20Aがインバータ30と遮断されているので、衝突直前と同様、バッテリ10の電圧と同一の電圧になっている。なお、衝突の際の高電圧VHがモータ50の逆起電圧以下の場合(高電圧VH≦逆起電圧)の電流の流れ方は、図3の矢印91に限定されず、例えば、U相電流がインバータ30からモータ50に向かい、V相、W相電流がモータ50からインバータ30に向かうような回路を流れる場合もある。
制御部70のCPU71は、ECU82からシステムメインリレー16をオフとする信号を受信したかどうかに拘わらず、図2のステップS102で電動車両100が衝突したと判断したら、図2のステップS103で昇降圧コンバータ20及びインバータ30を停止した後、図2のステップS104に進み、図1に示す逆起電圧計算プログラム77(逆起電圧計算手段)を実行する。制御部70は、図2のステップS104に示すように、図1に示す回転数センサ63からモータ50の回転数を取得する。そして、制御部70のCPU71は、図2のステップS105に示すように、検出したモータ50の回転数からモータ50の逆起電圧を下記の(式1)により計算する。
モータ50の逆起電圧(V)=モータ50の回転数ω×逆起電圧係数φ − (式1)
また、制御部70は、図2のステップS106に示すように、図1に示す高電圧センサ62によって昇降圧回路20Aの二次側電圧である高電圧VHを検出する。そして、制御部70のCPU71は、図2のステップS107に示すように、昇降圧回路20Aの二次側電圧である高電圧VHと、モータ50の逆起電圧とを比較する。そして、昇降圧回路20Aの二次側電圧である高電圧VHがモータ50の逆起電圧よりも大きくない場合(小さいか等しい、つまり、高電圧VH≦逆起電圧で、図2のステップS107の判断が「NO」の場合)には、図2のステップS109に進み、制御部70のCPU71は、図1に示す第3のシステムメインリレーオフ検知プログラム81を実行し、昇降圧回路20Aを昇圧動作させる。
制御部70のCPU71は、図4に示すように、昇降圧回路20Aの下アームスイッチング素子23bをオンとする指令を出力する。この指令によって、図4に示すように、下アームスイッチング素子23bがオンとなる。すると、図4の矢印92で示すように、一次側平滑コンデンサ14、リアクトル21、下アームスイッチング素子23b、一次側平滑コンデンサ14の回路が形成され、一次側平滑コンデンサ14に溜まっている電荷によってリアクトル21に電気エネルギが蓄積される。
この状態で、システムメインリレー16が実際にオフとなっており、バッテリ10と一次側平滑コンデンサ14との通電が遮断されている場合には、リアクトル21に蓄積される電気エネルギは、すべて一次側平滑コンデンサ14に溜まっていた電荷によるものであるから、リアクトル21に電気エネルギが蓄えられると一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLが低下してくる。逆に、システムメインリレー16が実際にオフとなっていない場合には、バッテリ10と一次側平滑コンデンサ14とが通電状態となっているので、図4の破線で示す矢印92aのようにバッテリ10の電力がシステムメインリレー16を通ってリアクトル21に蓄積される。このため、一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLは、ほとんど低下しない。
制御部70のCPU71は、所定のオン時間だけ昇降圧回路20Aの下アームスイッチング素子23bをオンとしてリアクトル21に所定の電気エネルギを蓄積したら、図5に示すように、下アームスイッチング素子23bをオフとする。すると、リアクトル21に蓄えられた電気エネルギにより出力電圧が昇圧され、図5の矢印93に示すように、リアクトル21、ダイオード24a、高圧電路13、二次側平滑コンデンサ15、マイナス側電路11、一次側平滑コンデンサ14、リアクトル21の回路に電流が流れる。これにより、二次側平滑コンデンサ15の両端の高電圧VHは、昇降圧回路20Aの出力電圧まで上昇する。なお、後で説明するように、昇降圧回路20Aの出力電圧はモータ50の逆起電圧よりも高くなるように制御されるので、下アームスイッチング素子23bをオフとした際には、図4において矢印91で示したモータ50とインバータ30との間の電流の流れはなくなる。図5では電流の流れなくなった電流の経路を破線の矢印91で示している。
制御部70は、所定のオフ時間だけ昇降圧回路20Aの下アームスイッチング素子23bをオフとしたら、再度、下アームスイッチング素子23bをオンとして再度リアクトル21に一次側平滑コンデンサ14の電荷を電気エネルギとして蓄積する。このように、制御部70は、昇降圧回路20Aの下アームスイッチング素子23bのオン・オフを繰り返すことによって、一次側電圧である低電圧VLを二次側電圧である高電圧VHに昇圧して、高圧電路13に出力する。従って、昇圧動作は、昇降圧回路20Aの一次側電圧を昇圧して二次側から出力するものであり、一次側平滑コンデンサ14の電荷を二次側平滑コンデンサ15の電荷に移動させるものである。このため、システムメインリレー16が実際にオフとなっている場合、昇降圧回路20Aが昇圧動作を行うと一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLは低下する。
一方、システムメインリレー16が実際にオフとなっていない場合(オン故障の場合)には、図5の破線の矢印93aに示すように、リアクトル21、ダイオード24a、高圧電路13、二次側平滑コンデンサ15、マイナス側電路11、バッテリ10、リアクトル21の回路に電流が流れ、二次側平滑コンデンサ15の両端の高電圧VHは、昇降圧回路20Aの出力電圧まで上昇する。しかし、昇降圧回路20Aが昇圧動作を行ってもバッテリ10に蓄えられた電力が二次側平滑コンデンサ15の電荷として移動するだけで一次側平滑コンデンサ14の電荷が減少せず、一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLはほとんど低下しない。
そこで、制御部70は、図2のステップS109に示すように、昇降圧回路20Aを昇圧動作させている際に、図2のステップS110に示すように昇降圧回路20Aの一次側電圧である一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLを低電圧センサ61によって検出する。そして、図2のステップS111で低電圧VLが低下していると判断した場合には、図2のステップS112に進んでシステムメインリレー16がオフであると検知し、図2のステップS113に示すように、一次側平滑コンデンサ14、二次側平滑コンデンサ15の電荷を補機19で消費して放電させ、例えば、各平滑コンデンサ14,15の各電圧VL,VHが所定の閾値電圧以下となった場合に図2のステップS114に示すように放電が終了したと判断して第3のシステムメインリレーオフ検知プログラム81を終了する。また、制御部70は、図2のステップS111で低電圧VLが低下していないと判断した場合には、図2のステップS118に進んでシステムメインリレー16のオン故障を検知し、図2のステップS119に進んでダイアグにシステムメインリレー16のオン故障を表示して図1に示す第3のシステムメインリレーオフ検知プログラム81を終了する。
先に図3を参照して説明したように、昇降圧回路20Aの二次側電圧である高電圧VHがモータ50の逆起電圧より小さいか等しい場合(高電圧VH≦逆起電圧)には、図4の矢印91で示すように、モータ50とインバータ30との間に電流が流れて、モータ50の逆起電圧によって高電圧VHがモータ50の逆起電圧まで上昇している。このため、昇降圧回路20Aの昇圧動作によって一次側平滑コンデンサ14の電荷を二次側平滑コンデンサ15の電荷に移動させる場合には、昇降圧回路20Aの出力電圧をモータ50による逆起電圧よりも高くなるようにする必要がある。昇降圧回路20Aの出力電圧は、下アームスイッチング素子23bのオン時間のオン時間とオフ時間の合計時間に対する比率、つまり、下アームスイッチング素子23bのオン・オフのデューティ比によって決まり、デューティ比が大きくなると昇圧電圧は高くなり、デューティ比が小さくなると昇圧電圧は低くなる。このため、制御部70は、昇降圧回路20Aの出力電圧がモータ50による逆起電圧よりも高くなるように下アームスイッチング素子23bのオン・オフのデューティ比を制御する。例えば、制御部70は、昇圧動作の際に、図2のステップS105で計算した逆起電圧と低電圧センサ61で検出した一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLに基づいて、昇降圧回路20Aの出力電圧がモータ50による逆起電圧よりも高くなるように下アームスイッチング素子23bのオン・オフのデューティ比を調整するようにしてもよい。
次に、制御部70が図1に示す第1、第2のシステムメインリレーオフ検知プログラム79,80を実行する際の動作について説明する。先に図3から図5を参照して説明した動作と同様の動作については、簡略に説明する。
先に説明した実施形態と同様、図2のステップS101、S102に示すように、制御部70は、衝突センサ64からの信号を受信して電動車両100が衝突したかどうかを監視し、図2のステップS102で電動車両100が衝突したと判断した場合には、図2のステップS103に示すように、昇降圧コンバータ20及びインバータ30を停止する。そして、制御部70は、図2のステップS104に示すように、回転数センサ63によってモータ50の回転数を検出し、図2のステップS105で、先に述べた(式1)によってモータ50の逆起電圧を計算し、図2のステップS106に示すように、昇降圧回路20Aの二次側電圧である高電圧VHを高電圧センサ62によって検出し、計算した逆起電圧と高電圧VHとを比較する。この結果、昇降圧回路20Aの二次側電圧である高電圧VHの方がモータ50の逆起電圧よりも大きい場合(高電圧VH>逆起電圧、図2のステップS107で「YES」となる場合)には、制御部70は、図2のステップS108に進み、昇圧動作(第1のシステムメインリレーオフ検出プログラム79)あるいは降圧動作(第2のシステムメインリレーオフ検出プログラム80)を選択する。この場合、後で説明するように、昇圧動作(第1のシステムメインリレーオフ検出プログラム79)と降圧動作(第2のシステムメインリレーオフ検出プログラム80)のどちらを選択してもシステムメインリレー16のオフの検知を行うことができるが、例えば、検出した高電圧VHと逆起電圧との差が小さい場合には昇圧動作(第1のシステムメインリレーオフ検出プログラム79)を選択し、動作中に何らかの要因で高電圧VHが逆起電圧以下となった(高電圧VH≦逆起電圧)場合でも、システムメインリレーオフの検知動作を継続できるようにし、高電圧VHと逆起電圧との差が大きく、動作中に高電圧VHが逆起電圧以下となる(高電圧VH≦逆起電圧)ことはないような場合には、降圧動作(第2のシステムメインリレーオフ検出プログラム80)を選択するようにししてもよい。また、短い時間でシステムメインリレー16のオフを検知できるように、高電圧センサ62で検出した高電圧VHが所定の閾値を超えている場合には降圧動作(第2のシステムメインリレーオフ検出プログラム80)を選択し、高電圧センサ62で検出した高電圧VHが所定の閾値以下の場合には昇圧動作(第1のシステムメインリレーオフ検出プログラム79)を選択してもよい。
以下では、制御部70が昇圧動作を選択し、CPU71が図1に示す第1のシステムメインリレーオフ検知プログラム79を実行する場合について説明する。制御部70は、図2のステップS108で昇圧動作(第1のシステムメインリレーオフ検出プログラム79)を選択したら(図2のステップS108がYESの場合)、図2のステップS109に進み、昇降圧回路20Aを昇圧動作させる。
制御部70のCPU71は、先に図4、図5を参照して説明したのと同様、昇降圧回路20Aの下アームスイッチング素子23bのオン・オフを繰り返すことによって、昇圧を行う。昇圧動作の際に下アームスイッチング素子23bをオンとすると、図6に矢印92で示すようなリアクトル21、下アームスイッチング素子23b、一次側平滑コンデンサ14、リアクトル21の回路に電流が流れてリアクトル21に電気エネルギが蓄積され、下アームスイッチング素子23bをオフとすると、図7に矢印93で示すようなリアクトル21、ダイオード24a、高圧電路13、二次側平滑コンデンサ15、マイナス側電路11、一次側平滑コンデンサ14、リアクトル21の回路に電流が流れて二次側平滑コンデンサ15の両端の高電圧VHは、昇降圧回路20Aの出力電圧まで上昇する。なお、第1のシステムメインリレーオフ検知プログラム79を実行している際は、昇降圧回路20Aの二次側電圧である高電圧VHの方がモータ50の逆起電圧よりも大きいので、図4、図5を参照して説明した第3のシステムメインリレーオフ検知プログラムを実行している際のようにモータ50からインバータ30に電流が流れることはない。
制御部70は、このように昇降圧回路20Aの下アームスイッチング素子23bのオン・オフを繰り返すことによって、一次側電圧である低電圧VLを二次側電圧である高電圧VHに昇圧して、高圧電路13に出力し、一次側平滑コンデンサ14の電荷を二次側平滑コンデンサ15の電荷に移動させる。このため、システムメインリレー16が実際にオフとなっている場合、昇降圧回路20Aが昇圧動作を行うと一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLは低下する。一方、システムメインリレー16が実際にオフとなっていない場合には、先に図5を参照して説明したと同様、昇降圧回路20Aが昇圧動作を行ってもバッテリ10に蓄えられた電力が二次側平滑コンデンサ15の電荷として移動するだけで一次側平滑コンデンサ14の電荷が減少せず、一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLはほとんど低下しない。
そこで、制御部70は、図2のステップS109に示すように、昇降圧回路20Aを昇圧動作させている際に、図2のステップS110に示すように昇降圧回路20Aの一次側電圧である一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLを低電圧センサ61によって検出し、図2のステップS111で低電圧VLが低下していると判断した場合には、図2のステップS112に進んでシステムメインリレー16がオフであると検知し、図2のステップS113に示すように、一次側平滑コンデンサ14、二次側平滑コンデンサ15の電荷を補機19で消費して放電し、図2のステップS114に示すように放電が終了したら第1のシステムメインリレーオフ検知プログラム79を終了する。また、図2のステップS111で低電圧VLが低下していないと判断した場合には、図2のステップS118に進んでシステムメインリレー16のオン故障を検知し、図2のステップS119に進んでダイアグにシステムメインリレー16のオン故障を表示して図1に示す第1のシステムメインリレーオフ検知プログラム79を終了する。
次に、制御部70が降圧動作を選択し、CPU71が図1に示す第2のシステムメインリレーオフ検知プログラム80を実行する場合について説明する。制御部70は、図2のステップS108で昇圧動作を選択せず降圧動作(第2のシステムメインリレーオフ検出プログラム80)を選択したら(図2のステップS108がNOの場合)、図2のステップS115に進み、昇降圧回路20Aを降圧動作させる。
制御部70のCPU71は、図8に示すように、昇降圧回路20Aの上アームスイッチング素子23aをオンとする指令を出力する。この指令によって、図8に示すように、上アームスイッチング素子23aがオンとなる。すると、図8の矢印94で示すように、二次側平滑コンデンサ15、高圧電路13、上アームスイッチング素子23a、リアクトル21、一次側平滑コンデンサ14、マイナス側電路11、二次側平滑コンデンサ15の回路が形成され、二次側平滑コンデンサ15の高電圧VHの電荷は降圧されてリアクトル21に電気エネルギとして蓄積される。
制御部70のCPU71は、所定のオン時間だけ昇降圧回路20Aの上アームスイッチング素子23aをオンとしてリアクトル21に所定の電気エネルギを蓄積したら、図9に示すように、上アームスイッチング素子23aをオフとする。すると、リアクトル21に蓄えられた電気エネルギにより図9の矢印95に示すように、リアクトル21、一次側平滑コンデンサ14、ダイオード24b、リアクトル21の回路に電流が流れる。これにより、降圧動作の際に一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLが上昇する。
制御部70は、所定のオフ時間だけ昇降圧回路20Aの上アームスイッチング素子23aをオフとしたら、再度、上アームスイッチング素子23aをオンとして再度リアクトル21に二次側平滑コンデンサ15の電荷を電気エネルギとして蓄積する。このように、制御部70は、昇降圧回路20Aの上アームスイッチング素子23aのオン・オフを繰り返すことによって、昇降圧回路20Aの二次側電圧を降圧して一次側から出力し、二次側平滑コンデンサ15の電荷を一次側平滑コンデンサ14の電荷に移動させる。従って、システムメインリレー16が実際にオフとなっている場合、昇降圧回路20Aが降圧動作を行うと、移動した電荷により一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLは上昇する。
一方、システムメインリレー16が実際にオフとなっていない場合(オン故障の場合)には、図9の破線の矢印95aに示すように、リアクトル21、バッテリ10、ダイオード24b、リアクトル21の回路に電流が流れ、降圧動作によって二次側平滑コンデンサ15の電荷がバッテリ10に移動してバッテリ10が充電されてしまうだけで一次側平滑コンデンサ14の電荷は増加せず、一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLはほとんど上昇しない。
そこで、制御部70は、図2のステップS115に示すように、昇降圧回路20Aを降圧動作させている際に、図2のステップS116に示すように昇降圧回路20Aの一次側電圧である一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLを低電圧センサ61によって検出し、図2のステップS117で低電圧VLが上昇していると判断した場合には、図2のステップS112に進んでシステムメインリレー16がオフであると検知し、図2のステップS113に示すように、一次側平滑コンデンサ14、二次側平滑コンデンサ15の電荷を補機19で消費して放電し、図2のステップS114に示すように放電が終了したら第2のシステムメインリレーオフ検知プログラム80を終了する。また、図2のステップS117で低電圧VLが上昇していないと判断した場合には、図2のステップS118に進んでシステムメインリレー16のオン故障を検知し、図2のステップS119に進んでダイアグにシステムメインリレー16のオン故障を表示して図1に示す第2のシステムメインリレーオフ検知プログラム80を終了する。
以上説明した実施形態は、電動車両100の衝突後、昇降圧回路20Aを昇圧動作、あるいは降圧動作させ、その際の昇降圧回路20Aの一次側電圧である一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLが低下、あるいは上昇した場合(変化した場合)にシステムメインリレー16のオフを検知し、低電圧VLが変化しない場合には、システムメインリレー16のオン故障を検知するので、システムメインリレー16をオフとする信号の受信の有無にかかわらず、システムメインリレー16のオフを検知することができるという効果を奏する。
なお、高電圧VHが逆起電圧より小さいか等しい(高電圧VH≦逆起電圧)場合でも、第2のシステムメインリレーオフ検知プログラム80のように、昇降圧回路20Aに降圧動作を行わせ、一次側平滑コンデンサ14の両端の低電圧VLが上昇した場合にシステムメインリレー16のオフを検知することは可能であるが、システムメインリレー16が実際にオフとなっていた場合、モータ50の回転がゼロになるまで低電圧VLが上昇してしまい低圧側部品の損傷を招く可能性がある。このため、例えば、低電圧VLが所定の閾値電圧まで上昇した場合には、降圧動作を停止して昇圧動作に切り替えて、その際に低電圧VLの低下によりシステムメインリレー16のオフ検知を行うようにしてもよい。また、システムメインリレー16が実際にオフとなっていない場合(オン故障の場合)に降圧動作を行うと高電圧VHが増減を繰り返し、動作が安定しない場合があるので、高電圧センサ62で検出した高電圧VHの変動幅が所定の閾値よりも大きい場合に、システムメインリレー16のオン故障を検知するようにしてもよいし、先と同様、降圧動作を停止して昇圧動作に切り替え、その際に低電圧VLの低下によりシステムメインリレー16がオフ検知を行うようにしてもよい。
本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲により規定されている本発明の技術的範囲ないし本質から逸脱することない全ての変更及び修正を包含するものである。例えば、各実施形態では、制御部70とは別のECU82が電動車両100の衝突時に衝突センサ64の信号を受信しシステムメインリレー16をオフとする信号を出力し、その信号は、制御部70にも入力されることとして説明したが、制御部70が衝突センサ64の信号を受信しシステムメインリレー16をオフとする信号を出力する構成であってもよい。
10 バッテリ、11 マイナス側電路、12 低圧電路、13 高圧電路、14 一次側平滑コンデンサ、15 二次側平滑コンデンサ、16 システムメインリレー、17 フューズ、18 コンバータ、19 補機、20 昇降圧コンバータ、20A 昇降圧回路、21 リアクトル、23a,23b,33a,34a,35a,33b,34b,35b 各スイッチング素子、24a,24b,36a,37a,38a,36b,37b,38b ダイオード、30 インバータ、30A インバータ回路、39U,39V,39W 出力線、50 モータ、51,52,53 コイル、54 中性点、61 低電圧センサ、62 高電圧センサ、63 回転数センサ、64 衝突センサ、69,74,86 データバス、70 制御部、71,83 CPU、72,84 記憶部、73,85 機器・センサインターフェース、75,87 制御プログラム、76,87 制御データ、77 逆起電圧計算プログラム、78 システムメインリレーオフ検知プログラム、79,80,81 システムメインリレーオフ検知プログラム、82 ECU、91〜95a 矢印、100 電動車両。

Claims (3)

  1. 電動車両であって、
    電圧変換回路と、
    前記電圧変換回路の一次側に接続される一次側平滑コンデンサと、
    前記電圧変換回路の一次側で前記一次側平滑コンデンサと並列に接続されるバッテリと、
    前記一次側平滑コンデンサと前記バッテリとの間に接続されるシステムメインリレーと、
    前記電圧変換回路の二次側に接続される二次側平滑コンデンサと、
    前記電圧変換回路の二次側で前記二次側平滑コンデンサと並列に接続されるインバータ回路と、
    前記インバータ回路に接続される車両駆動用の電動機と、
    前記電圧変換回路の一次側電圧を検出する第1の電圧センサと、
    衝突を検知する衝突センサと、
    前記電圧変換回路の二次側電圧を検出する第2の電圧センサと、
    前記電動機の回転数を検出する回転数センサと
    前記電圧変換回路の動作を調整する制御部と、を備え、
    前記電圧変換回路が一次側電圧を昇圧して二次側から出力する昇圧動作と二次側電圧を降圧して一次側から出力する降圧動作とが可能な昇降圧回路であり、
    前記制御部は、前記衝突センサによって衝突を検知した場合に、前記電圧変換回路を動作させた状態で前記第1の電圧センサで前記一次側電圧を検出し、検出した前記一次側電圧が変化していることで前記システムメインリレーのオフを検知するシステムメインリレーオフ検知手段と、
    前記回転数センサで検出した前記電動機の回転数に基づいて前記電動機の逆起電圧を計算する逆起電圧計算手段と、を備え、
    前記システムメインリレーオフ検知手段は、
    前記第2の電圧センサで検出した二次側電圧が前記逆起電圧計算手段で計算した前記電動機の逆起電圧よりも大きい場合に、前記電圧変換回路を昇圧動作させた状態で前記第1の電圧センサで前記一次側電圧を検出し、検出した前記一次側電圧が低下していることで前記システムメインリレーのオフを検知する第1のシステムメインリレーオフ検知手段を有すること、
    を特徴とする電動車両。
  2. 電動車両であって、
    電圧変換回路と、
    前記電圧変換回路の一次側に接続される一次側平滑コンデンサと、
    前記電圧変換回路の一次側で前記一次側平滑コンデンサと並列に接続されるバッテリと、
    前記一次側平滑コンデンサと前記バッテリとの間に接続されるシステムメインリレーと、
    前記電圧変換回路の二次側に接続される二次側平滑コンデンサと、
    前記電圧変換回路の二次側で前記二次側平滑コンデンサと並列に接続されるインバータ回路と、
    前記インバータ回路に接続される車両駆動用の電動機と、
    前記電圧変換回路の一次側電圧を検出する第1の電圧センサと、
    衝突を検知する衝突センサと、
    前記電圧変換回路の二次側電圧を検出する第2の電圧センサと、
    前記電動機の回転数を検出する回転数センサと、
    前記電圧変換回路の動作を調整する制御部と、を備え、
    前記電圧変換回路が一次側電圧を昇圧して二次側から出力する昇圧動作と二次側電圧を降圧して一次側から出力する降圧動作とが可能な昇降圧回路であり、
    前記制御部は、前記衝突センサによって衝突を検知した場合に、前記電圧変換回路を動作させた状態で前記第1の電圧センサで前記一次側電圧を検出し、検出した前記一次側電圧が変化していることで前記システムメインリレーのオフを検知するシステムメインリレーオフ検知手段と、
    前記回転数センサで検出した前記電動機の回転数に基づいて前記電動機の逆起電圧を計算する逆起電圧計算手段と、を備え、
    前記システムメインリレーオフ検知手段は、
    前記第2の電圧センサで検出した二次側電圧が前記逆起電圧計算手段で計算した前記電動機の逆起電圧よりも大きい場合に前記電圧変換回路を降圧動作させた状態で前記第1の電圧センサで前記一次側電圧を検出し、検出した前記一次側電圧が上昇していることで前記システムメインリレーのオフを検知する第2のシステムメインリレーオフ検知手段を有すること、
    を特徴とする電動車両。
  3. 請求項1または2に記載の電動車両であって
    記システムメインリレーオフ検知手段は、
    前記第2の電圧センサで検出した二次側電圧が前記逆起電圧計算手段で計算した前記電動機の逆起電圧よりも小さいか等しい場合に、前記電圧変換回路を昇圧動作させた状態で前記第1の電圧センサで前記一次側電圧を検出し、検出した前記一次側電圧が低下していることで前記システムメインリレーのオフを検知する第3のシステムメインリレーオフ検知手段を有すること、
    を特徴とする電動車両。
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