JP5979055B2 - 電源装置 - Google Patents

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本発明は、電源装置に関し、詳しくは、バッテリからの電力を昇圧して駆動機器を駆動する駆動回路に供給する昇圧コンバータより駆動回路側に取り付けられた平滑用のコンデンサの放電を行なう放電回路を備える電源装置に関する。
従来、この種の電源装置としては、バッテリの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータと、昇圧コンバータよりインバータ側に取り付けられた平滑用のコンデンサと、コンデンサを放電するための抵抗と、昇圧コンバータのインバータ側にシステムリレーを介して接続されたキャパシタと、を備え、システムリレーをオフした状態でコンデンサを放電したときにキャパシタの電圧とキャパシタを流れる電流とに基づいてキャパシタが放電していないと判断できるときにはシステムリレーが健全であると判定するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
バッテリと、入力端子および出力端子間に流れる電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子を有するスイッチング素子を用いて構成されたインバータと、インバータの正極母線と負極母線とに接続された平滑用のコンデンサと、を備え、コンデンサを充電した後にインバータのスイッチング素子をオンとして短絡させたときにセンス端子に流れる微少電流により異常時放電が正常になされているか否かをチェックするものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2007−244123号公報 特開2011−188710号公報
電源装置としては、第1バッテリと、モータを駆動するインバータと、第1バッテリと第1システムリレーを介して接続され第1バッテリからの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータと、昇圧コンバータよりインバータ側に第2システムリレーを介して接続された第2バッテリと、インバータの正極母線と負極母線に平滑用のコンデンサと、を備え、更に、コンデンサを急速放電する放電回路を設けるものを考えることができる。この電源装置における放電回路の動作チェックを行なう場合、放電回路を構成する抵抗やスイッチング素子の部品寿命を考慮して行なう必要がある。
本発明の電源装置は、放電回路を構成する部品の寿命を考慮した動作チェックの手法を提案することを主目的とする。
本発明の電源装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電源装置は、
第1バッテリと、前記第1バッテリに第1システムリレーを介して接続され前記第1バッテリからの電力を昇圧して駆動機器を駆動する駆動回路に供給する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータより前記駆動回路側に第2システムリレーを介して接続された第2バッテリと、前記昇圧コンバータより前記駆動回路側に取り付けられた平滑用のコンデンサと、前記コンデンサに並列に取り付けられて前記コンデンサを放電可能な放電回路と、を備える電源装置であって、
前記第1システムリレーのオンとすると共に前記第2システムリレーをオフとした状態で前記コンデンサの電圧が前記第1バッテリの電圧に至るまで前記駆動機器により放電されるよう駆動回路を制御する放電制御を実行し、前記放電制御を終了した後に前記放電回路による放電により前記放電回路の動作をチェックする放電回路動作チェック手段、
を備えることを要旨とする。
この本発明の電源装置では、第1システムリレーをオンとすると共に第2システムリレーをオフとした状態でコンデンサの電圧が第1バッテリの電圧に至るまで駆動機器により放電されるよう駆動回路を制御する放電制御を実行し、この放電制御を終了した後に放電回路による放電により放電回路の動作をチェックする。即ち、コンデンサの電圧を第2バッテリの電圧からより低い第1バッテリの電圧にしてから放電回路の動作をチェックするのである。第1バッテリの電圧が作用している状態で放電回路の動作をチェックすることにより、第1バッテリの電圧より高い第2バッテリの電圧が作用した状態で放電回路の動作をチェックする場合に比して、放電回路の部品の寿命を長くすることができる。
こうした本発明の電源装置において、前記放電回路は、スイッチング素子と放電抵抗とが直列に接続されて構成されており、前記放電回路動作チェック手段は、前記放電回路による放電の際に前記第1バッテリの電圧と前記放電抵抗に流れる電流とから得られる前記放電抵抗の抵抗値が所定範囲内であるか否かにより正常か否かを判定する手段である、ものとすることもできる。
本発明の一実施例としての電源装置を含む駆動装置20の構成の概略を示す構成図である。 実施例の電子制御ユニット70により実行される急速放電回路動作チェックルーチンの一例を示すフローチャートである。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての電源装置を備える駆動装置20の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置20は、図示するように、例えばリチウムイオン二次電池として構成された第1バッテリ30と、例えば同期発電電動機として構成されたモータMGと、モータMGを駆動するインバータINVと、第1バッテリ30が接続された電力ライン(以下、電池電圧系電力ライン34という)とインバータINVが接続された電力ライン(以下、駆動電圧系電力ライン44という)とに接続されて電池電圧系電力ライン34の電力を昇圧して駆動電圧系電力ライン44に供給する昇圧コンバータ40と、電池電圧系電力ライン34に取り付けられて第1バッテリ30を遮断する第1システムリレー32と、駆動電圧系電力ライン44に取り付けられた平滑用のコンデンサ46と、同じく駆動電圧系電力ライン44に取り付けられてコンデンサ46を放電する急速放電回路42と、例えば第1バッテリ30より高電圧のリチウムイオン二次電池として構成された第2バッテリ50と、第2バッテリ50を駆動電圧系電力ライン44に接続する第2システムリレー52と、商用電源にプラグ61を差し込んで第2バッテリ50を充電する充電器60と、第2バッテリ50と充電器60とを接続する充電用システムリレー62と、装置全体を制御する電子制御ユニット70と、を備える。
昇圧コンバータ40は、2つのトランジスタT31,T32とトランジスタT31,T32に逆方向に並列接続された2つのダイオードD31,D32とリアクトルLとからなる昇圧コンバータとして構成されている。2つのトランジスタT31,T32は、それぞれ駆動電圧系電力ライン44の正極母線,駆動電圧系電力ライン44および電池電圧系電力ライン34の負極母線に接続されており、トランジスタT31,T32の接続点と電池電圧系電力ライン34の正極母線とにリアクトルLが接続されている。したがって、トランジスタT31,T32をオンオフすることにより、電池電圧系電力ライン34の電力を昇圧して駆動電圧系電力ライン44に供給したり、駆動電圧系電力ライン44の電力を降圧して電池電圧系電力ライン34に供給したりすることができる。電池電圧系電力ライン34の正極母線と負極母線とには平滑用のコンデンサ36が接続されている。
インバータINVは、6つのトランジスタT11〜T16と、トランジスタT11〜T16に逆方向に並列接続された6つのダイオードD11〜D16と、により構成されている。トランジスタT11〜T16は、それぞれ駆動電圧系電力ライン44の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう2個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータMGの三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。駆動電圧系電力ライン44の正極母線と負極母線とには平滑用のコンデンサ46が接続されている。
急速放電回路42は、放電抵抗Rとスイッチング素子としてのトランジスタT41とが直列に駆動電圧系電力ライン44の正極母線と負極母線とに接続されて構成されている。スイッチング素子をオンとすることにより、コンデンサ46を含む閉回路を形成し、コンデンサ46を急速放電する。
電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に、処理プログラムを記憶するROM74やデータを一時的に記憶するRAM76,記憶したデータを保持する不揮発性のフラッシュメモリ78,入出力ポートを備える。電子制御ユニット70には、コンデンサ36の電圧(電池電圧系電圧VL)を検出する電圧センサ38からの電池電圧系電圧VLや、コンデンサ46の電圧(駆動電圧系電力ライン44の電圧)を検出する電圧センサ48からの駆動電圧系電圧VH,急速放電回路42に取り付けられた電流センサ43からの放電電流I,モータMGの回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ22からの回転位置θm,図示しない電流センサにより検出されるモータMGに印加される相電流などが入力ポートを介して入力されており、電子制御ユニット70からは、第1システムリレー32や第2システムリレー52,充電用システムリレー62への駆動信号や、インバータINVのトランジスタT11〜T16へのスイッチング制御信号,昇圧コンバータ40のトランジスタT31,T32へのスイッチング制御信号,急速放電回路42のトランジスタT41へのスイッチング制御信号,充電器60への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
次に、こうして構成された駆動装置20の動作、特に急速放電回路42の動作をチェックする際の動作について説明する。図2は、電子制御ユニット70により実行される急速放電回路動作チェックルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、例えば、駆動装置20がレディオフやシステムオフされたときなど、モータMGを明らかに駆動しないと判断されるときに実行される。
急速放電回路動作チェックルーチンが実行されると、電子制御ユニット70のCPU72は、まず、第2システムリレー52をオフして駆動電圧系電力ライン44から第2バッテリ50を遮断し(ステップS110)、モータMGにd軸電流を流すようにインバータINVのトランジスタT11〜T16をスイッチング制御してコンデンサ46を放電するディスチャージを開始する(ステップS120)。ここで、モータMGにはd軸電流を流すだけなのでモータMGからはトルクは出力されない。
電圧センサ38からの電池電圧系電圧VLと電圧センサ48からの駆動電圧系電圧VHとを入力すると共に(ステップS130)、入力した電池電圧系電圧VLと駆動電圧系電圧VHとが一致しているか否かを判定し(ステップS140)、電池電圧系電圧VLと駆動電圧系電圧VHとが一致するまでこうした電圧の入力と比較の処理(ステップS130,S140)を繰り返す。即ち、モータMGのディスチャージにより駆動電圧系電圧VHが電池電圧系電圧VLに一致するのを待つのである。
駆動電圧系電圧VHが電池電圧系電圧VLに一致すると、モータMGによるディスチャージを終了し(ステップS150)、急速放電回路42のトランジスタT41をオンとして急速放電を開始すると共に(ステップS160)、電流センサ43からの放電電流Iを入力し(ステップS170)、直ちに急速放電回路42のトランジスタT41をオフして急速放電を停止する(ステップS180)。なお、急速放電回路42のトランジスタT41をオンしている時間は、放電抵抗Rに安定して電流が流れ、その放電電流Iを電流センサ43によって精度良く検出することができる程度の時間に設定されている。
そして、電池電圧系電圧VLを放電電流Iで除して放電抵抗Rの抵抗値Rr(=VL/I)を計算し(ステップS190)、計算した抵抗値Rrが閾値Rrrefより大きいことから正常値であるのを確認し(ステップS200)、本ルーチンを終了する。閾値Rrrefは、抵抗値Rrが正常範囲であることを確認できる下限値として設定されるものである。駆動装置20がレディオフやシステムオフされて本ルーチンが実行され、本ルーチンが終了したときには、第1システムリレー32をオフして第1バッテリ30を切り離すと共に、コンデンサ46のモータMGによるディスチャージを行なう、などの処理が行なわれる。なお、計算した抵抗値Rrが閾値Rrrefより小さいときには、急速放電回路42に異常が生じている判定して故障出力などが行なわれる。
以上説明した実施例の駆動装置20が備える電源装置では、第1システムリレー32がオンで第2システムリレー52をオフとした状態でモータMGにより駆動電圧系電力ライン44に取り付けられたコンデンサ46を放電して駆動電圧系電圧VHを電池電圧系電圧VLに一致させた後に、急速放電回路42のトランジスタT41を短時間だけオンとして急速放電回路42の動作をチェックすることにより、即ち、第1バッテリ30の電圧(電池電圧系電圧VL)が作用した状態で急速放電回路42の動作をチェックすることにより、第2システムリレー52をオンの状態として第2バッテリ50の電圧が作用した状態で急速放電回路42の動作をチェックする場合に比して、急速放電回路42に作用する電圧を低くした状態で動作のチェックを行なうことができる。この結果、急速放電回路42を構成する部品、トランジスタT41や放電抵抗Rの寿命を長くすることができる。また、高い電圧を検出する電圧センサ48より低い電圧を検出する電圧センサ38の方が検出精度が高いから、放電抵抗Rの抵抗値Rrをより精度良く得ることができる。
実施例の駆動装置20が備える電源装置では、第2バッテリ50に充電用システムリレー62を介して接続された充電器60を備えるものとしたが、こうした充電器60を備えないものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、第1バッテリ30が「第1バッテリ」に相当し、第1システムリレーが「第1システムリレー」に相当し、昇圧コンバータ40が「昇圧コンバータ」に相当し、インバータINVが「駆動回路」に相当し、モータMGが「駆動機器」に相当し、第2システムリレー52が「第2システムリレー」に相当し、第2バッテリ50が「第2バッテリ」に相当し、コンデンサ46が「コンデンサ」に相当し、急速放電回路42が「放電回路」に相当し、図2の急速放電回路動作チェックルーチンを実行する電子制御ユニット70が「放電回路動作チェック手段」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電源装置やこれを備える駆動装置の製造産業などに利用可能である。
20 駆動装置、22 回転位置センサ、30 第1バッテリ、32 第1システムリレー、34 電池電圧系電力ライン、36 コンデンサ、38 電圧センサ、40 昇圧コンバータ、42 急速放電回路、43 電流センサ、44 駆動電圧系電力ライン、46 コンデンサ、48 電圧センサ、50 第2バッテリ、52 第2システムリレー、60 充電器、61 プラグ、62 充電用システムリレー、70 電子制御ユニット、72 CPU、74 RAM、76 ROM、78 フラッシュメモリ、D11〜D16,D31,D32 ダイオード、L リアクトル、MG モータ、R 放電抵抗、T11〜T16,T31,T32,T41 トランジスタ。

Claims (1)

  1. 第1バッテリと、前記第1バッテリに第1システムリレーを介して接続され前記第1バッテリからの電力を昇圧して駆動機器を駆動する駆動回路に供給する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータより前記駆動回路側に第2システムリレーを介して接続された第2バッテリと、前記昇圧コンバータより前記駆動回路側に取り付けられた平滑用のコンデンサと、前記コンデンサに並列に取り付けられて前記コンデンサを放電可能な放電回路と、を備える電源装置であって、
    前記第1システムリレーをオンとすると共に前記第2システムリレーをオフとした状態で前記コンデンサの電圧が前記第1バッテリの電圧に至るまで前記駆動機器により放電されるよう駆動回路を制御する放電制御を実行し、前記放電制御を終了した後に前記放電回路による放電により前記放電回路の動作をチェックする放電回路動作チェック手段を備え、
    前記放電回路は、スイッチング素子と放電抵抗とが直列に接続されて構成されており、
    前記放電回路動作チェック手段は、前記放電回路による放電の際に前記第1バッテリの電圧と前記放電抵抗に流れる電流とから得られる前記放電抵抗の抵抗値が所定範囲内であるか否かにより正常か否かを判定する手段である、
    電源装置。
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