JP5979055B2

JP5979055B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP5979055B2
Application number: JP2013064366A
Authority: JP
Inventors: 廷夫勘崎; 倫央山葺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2014192957A

Description

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、７２ＣＰＵ、７４ＲＡＭ、７６ＲＯＭ、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

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。