JP6077742B2 - ハイブリッド自動車の残留高電圧放電システムおよびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車の残留高電圧放電システムおよびその方法に係り、より詳しくは、モータを利用してハイブリッド高電圧部品間の残留高電圧を放電させるハイブリッド自動車の残留高電圧放電システムおよびその方法に関する。

韓国公開特許第２００８−００５４２９２号には、燃料電池自動車の場合、ブレーキレジスタ、チョッパ、スーパーキャップなどによって構成される燃料電池スーパーキャップシステムが搭載された燃料電池車両の維持補修のために点検が必要な場合、放電スイッチなどの別の信号の入力を運転手から受け、車両のエンジンを切る前にチョッパのディスチャージスイッチをデューティ１００％にオン（ＯＮ）させた後、ブレーキレジスタによってスーパーキャップの電気エネルギーが減少して電圧が設定電圧に低下するまでチョッパ制御を行うことによってスーパーキャップを放電させる方法が開示されている。

さらに、韓国登録特許第０８０２６７９号には、ハイブリッド車両の場合、車両キーオフ（ｋｅｙ−ｏｆｆ）時にモータ制御器（ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ：ＭＣＵ）からＬＤＣ（ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ＤＣ−ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）に電圧放電のための信号を送信するロジックにより、ＤＣリンク電圧を１２Ｖ補助バッテリに充電されるように放電させるハイブリッドインバータＤＣリンク電圧放電システムおよび方法が開示されている。

しかし、従来のＬＤＣのようなＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチングを利用した放電方法は、放電抵抗のような受動素子（数十〜数百秒）による放電時に比べ、その時間（数秒以内）と発熱を減らすことはできるが、内部キャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）容量が大きかったり１２Ｖバッテリの充電可能量が小さくて車両電装品のエネルギー消耗量が小さい場合に、その時間は増加することがあり、発熱も増加することがあるという問題があった。

韓国公開特許第２００８−００５４２９２号 韓国登録特許第０８０２６７９号 特表２０１１−５１４２８２号公報

本発明は、高電圧部品の整備時および車両衝突の発生時などのように、運転手および車両作業者が高電圧の危険に遭遇する状況を事前に防ぐことができるシステムおよびその方法を提供することを目的とする。

本発明は、高電圧バッテリと前記高電圧バッテリを制御するバッテリ制御器を含むハイブリッド自動車の残留高電圧放電システムであって、前記高電圧バッテリと連結し、前記高電圧バッテリを充電または放電させる高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、前記高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータと連結し、１つ以上のモータを制御するモータ制御器、前記モータ制御器と連結し、前記モータによって前記残留高電圧を放電させる放電制御部、放電制御が終了すれば前記高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータとモータ制御器を終了させるショットダウン制御部、を含むことを特徴とする。

前記放電制御部は、モータが２つである場合には、放電制御を実行するモータを決定する放電制御実行判断部をさらに含むことを特徴とする。

前記放電制御部は、放電時間および内部残留電圧を予め設定された値と比較して放電制御を終了する放電制御終了部を含むことを特徴とする。

前記ショットダウン制御部は、前記モータ制御器と高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ制御を中断することによってショットダウンシーケンスを完了することを特徴とする。

また、本発明は、ハイブリッド自動車の内部残留高電圧放電方法であって、自動車のキーオフ状態であるかを確認する段階、高電圧バッテリの入出力パワーを遮断する段階、高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータの放電スイッチを切って残留高電圧を放電させる段階、放電制御が終了すれば、ショットダウンを制御する段階、を含むことを特徴とする。

前記放電する残留高電圧は、１つ以上のモータを駆動させることによって実行されることを特徴とする。

前記残留高電圧を放電させる段階は、前記モータが２つの場合には、どのモータを駆動させるかを判断する段階をさらに含むことを特徴とする。

前記残留高電圧を放電させる段階は、放電時間が予め設定された値以上であるかを判断する段階をさらに含むことを特徴とする。

前記残留高電圧を放電させる段階は、内部残留電圧が予め設定された値以上であるかを判断する段階をさらに含むことを特徴とする。

前記ショットダウン制御段階は、前記モータ制御器電流制御を終了して高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータの制御を終了する段階、前記モータ制御器と前記高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータをオフする段階、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、モータを利用することにより、放電時間を数十ミリ秒（ｍｓｅｃ）以内に短縮して発熱を減らすことができ、大容量のキャパシタを含むシステムであっても、時間あたりの放電量調節ができ、放電時間を少なく維持することができる。
また、放電させようとする内部残留高電圧をエネルギー源とするため、放電制御完了直後に電源オフ状態に進入することができる。
さらに、２つ以上のモータを用いるハイブリッド自動車の場合、１つのモータまたはその制御器（パワーモジュール）に故障が発生しても、他の１つのモータを利用することによって同じ放電制御を実施することができる。

本発明の実施形態に係るシステムの構成図である。 本発明の実施形態に係る放電制御によるフローチャートである。 本発明の実施形態に係る放電制御実行判断部および放電制御終了判断部における制御フローチャートである。 本発明の実施形態に係るショットダウン制御部における制御フローチャートである。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車の残留高電圧放電システムは、モータを利用した迅速で、高温の発熱がない内部残留高電圧を放電させるシステムおよびこれを利用した制御方法である。
図１は、本発明の実施形態に係るシステム構成図であり、高電圧バッテリ１００と高電圧バッテリ１００の充電および放電を制御するバッテリ制御器１５０を含み、高電圧バッテリ１００と連結し、電圧を昇圧または降圧することによって高電圧バッテリ１００を充電または放電させる高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００、高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００と連結し、１つ以上のモータを駆動させて残留高電圧を放電させるモータ制御器３００、残留高電圧の放電を制御する放電制御部４００、放電制御が終了すれば高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００とモータ制御器３００を終了させるショットダウン制御部５００を含む。

高電圧バッテリ１００は、入出力パワーを接続したり遮断したりするメインリレー（ｍａｉｎ ｒｅｌａｙ）１１０を含み、バッテリ制御器（Ｂａｔｔｅｒｙ ＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）１５０は、メインリレー１１０を制御することによって高電圧バッテリ１００を充電または放電させる。
ＢＭＳ１５０は、高電圧バッテリ１００の電圧、電流、温度などの情報を総合検出してＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）状態および充放電電流量を管理制御し、これに対する情報をネットワークを介してＨＣＵ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に提供する。

また、高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、充電スイッチ２４０と放電スイッチ２２０のような多数のパワーモジュールを含み、モータ制御器３００は、高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００と連結し、多数のトランジスタおよびダイオードのようなパワーモジュールを含む第１モータパワーモジュール３２０および第２モータパワーモジュール３４０を含む。
本発明の実施形態によれば、放電のためには少なくとも１つのモータが必要であるが、本発明の実施形態では２つのモータを例示した。前記２つのモータはそれぞれ第１モータ３１０と第２モータ３３０であり、これらはそれぞれ第１モータパワーモジュール３２０と第２モータパワーモジュール３４０によって駆動される。

前記モータが２つの場合には、どのモータを利用して放電を行うのかが決定されなければならないが、これは放電制御実行判断部４２０で行われる。このとき、必ず１つのモータのみによって放電が行われるのではなく、２つのモータすべてによって放電が行われてもよい。
また、第１モータ３１０と第２モータ３３０によって放電を行いながら、それぞれのモータに流れる電流の大きさを測定するが、第１、２モータ３１０、３３０によって高い電流を放電させれば、短時間に放電させることはできるが、電流の強度が増加することによって発熱量が増加するため、予め設定された電流の大きさを越えないようにすることによって時間あたりの放電量を調節する。
また、放電制御部４００は、モータ制御器３００と連結し、モータ３１０、３３０駆動を制御する。

前記システムによって放電制御を実施する途中に、放電時間と内部残留電圧をそれぞれの予め設定された値（Ｔ_ｐ、Ｉ_ｐ）と比較し、放電時間が予め設定された値（Ｔ_ｐ）を超過したにもかかわらず放電が続いていれば、これは高電圧バッテリ１００のメインリレー１１０が閉じていて高電圧バッテリ１００の高電圧が放電される場合である。これを防ぐため、前記内部残留電圧を予め設定された値（Ｉ_ｐ）と比較する理由は、予め設定された値（Ｉ_ｐ）よりも小さい場合であれば、放電させる残留電圧が低い状態であるため、これ以上の放電が不必要となるからである。本発明の実施形態に係る放電制御は、放電させようとする内部残留高電圧をエネルギー源とするためであり、これにより、放電制御完了直後にパワーオフの状態に進入することができる。
このときの残留電圧は、高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の入力側高電圧（図１のａ地点における電圧、Ｖ_ａ）とモータ制御器３００の入力側高電圧（図１のｂ地点における電圧、Ｖ_ｂ）を意味する。

以下、本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車の内部に残留する高電圧を放電させる過程について、より具体的に説明する。
本発明の実施形態によれば、運転手の意志とは関係なく追加の操作が必要ないようにキーオフ（ＫＥＹ−ＯＦＦ）時に常時実行され、衝突感知時および高電圧入力コネクタ分離感知時にも実行される。
図２は、本発明の実施形態に係る放電制御のフローチャートである。図３は、本発明の実施形態に係るモータによる放電制御実行判断部４２０と制御終了判断部４４０における制御フローチャートである。図４は、本発明の実施形態に係るショットダウン制御部５００における制御フローチャートである。以下、図２〜図４を参照しながら説明する。

まず、運転手が運行を中止するために車を止めてキーをオフ（Ｓ１００）してエンジンを切る。エンジンを切った後にはモータのトルクを０に制御（Ｓ２００）し、モータの充放電パワーを０にする。したがって、高電圧バッテリ１００の入出力遮断（Ｓ３００）時に、高電圧バッテリ１００のメインリレー１１０が融着することを防ぐ。メインリレー１１０の融着は、電流が流れる間にメインリレー１１０を操作する場合にアーク（ａｒｃ）が発生しながら、メインリレー１１０が付着することを意味する。
上述において、モータトルクを０に制御せずにモータの充放電パワーが０にならなければ、充電する電流によって通電する場合があるため、このときにメインリレー１１０を操作すれば融着することがあるためである。

高電圧バッテリ１００のメインリレー１１０を遮断した後に、高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の放電スイッチ２２０を入れる（Ｓ４００）。これは、高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータとインバータなどの高電圧部品の残留電圧が存在する部分に高電圧ｐａｔｈを与える。したがって、残留電流放電時に、残留電圧が存在する部分が同時に放電する。
残留高電圧の放電は放電制御部４００で行われるが、放電制御部４００は、放電制御実行判断部４２０によってどのモータを駆動させるかを判断する（Ｓ５００）。

これについては、図３を参照しながら具体的に説明する。
まず、第１、２モータ３１０、３３０が故障しているかを判断（Ｓ５１０）するが、第１モータ３１０が正常であるかを判断（Ｓ５２０）し、第１モータ３１０が正常であれば、第１モータ３１０を利用した電流制御によって放電を実施する（Ｓ５３０）。しかし、第１モータ３１０が故障していれば、第２モータ３３０が正常であるかを判断（Ｓ５４０）し、第２モータ３３０が正常であれば、第２モータ３３０を利用した電流制御によって放電を実施する（Ｓ５５０）。しかし、第１、２モータがすべてが故障していれば、放電制御を終了する（Ｓ５８０）。

上述では、第１モータ３１０または第２モータ３３０のうちのいずれか１つのみを駆動させることについて説明したが、第１、２モータ３１０、３３０すべてを駆動させてもよい。また、２つ以上のモータで構成されている場合は、その数に応じて持続的に比較したり、比較せずにすべてのモータまたは一部のモータのみを利用して放電制御を行うことも可能である。
本発明の実施形態に係るモータを利用した放電制御は、公知の同期座標系を利用した電流制御方法を利用したものであって、Ｄ軸電流とＱ軸電流を入力して電圧指令であるＶ_ｄｓとＶ_ｑｓを計算した後、座標変換によって３相にかかる電圧に変換する方式であるが、このとき、モータに流れる電流によるトルクは発生しないようにする。これは、当業者に周知の事項であるため、これについての詳しい説明は省略する。

上述において、放電を実行するモータが決定されて放電制御が実施された後には、一定時間後には放電制御が終了するかを判断しなければならないが、これは放電制御終了判断部４４０で行われる。
図３で、放電時間を予め設定された値（Ｔ_ｐ）と比較し（Ｓ５６０）、放電時間が予め設定された値よりも小さければ、放電制御が正常に行われたものと判断し、内部残留電圧を予め設定された値（Ｉ_ｐ）と比較する（Ｓ５７０）。高電圧バッテリ１００のメインリレー１１０の融着のような故障に備え、内部残留電圧が一定時間後にも継続して一定の電圧以下に下降しないときは、前記高電圧バッテリ１００の電圧が放電されるものと判断して放電制御を終了する。
内部残留電圧が予め設定された値よりも小さければ、放電制御が正常に行われたものと判断して放電制御を終了する（Ｓ５８０）。

放電制御が終了すればショットダウン制御を実施する。図４は、本発明の実施形態に係るショットダウン制御部５００における制御フローチャートであるが、以下ではこれを参照しながら説明する。
ショットダウン制御部５００は、モータ制御器３００と高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００制御によって行われる。放電制御が完了（Ｓ７１０）すれば、モータ制御器３００の電流制御を終了し、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）スイッチをオフ（Ｓ７２０）する。
この後、放電スイッチ２２０による放電制御を終了するために、ＰＷＭスイッチをオフする（Ｓ７３０）。すなわち、高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の制御を終了する。

その後、モータ制御器３００と高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００のパワーモジュール２２０、２４０、３２０、３４０の電源をオフ（Ｓ７４０、Ｓ７７０）することにより、すべての制御を完了する。このとき、モータ制御器３００と高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００のパワーモジュール２２０、２４０、３２０、３４０の電源をオフした後、実際に切れるまでの若干の時間遅延が発生することがある。従って、パワーモジュール２２０、２４０、３２０、３４０の電源オフを確認（Ｓ７５０、Ｓ７８０）した後、モータ制御器３００と高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００のパワーモジュールのオフの状態を確認した後、モータ制御器３００と高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の電源を切る（Ｓ７６０、Ｓ７９０）。
このようにすることにより、すべての放電制御が完了する。
本発明の実施形態によれば、２つ以上のモータおよびパワーモジュールを用いることができるため、いずれか１つのモータまたはパワーモジュールに故障が発生しても放電制御が可能となる。

以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

１００：高電圧バッテリ
１１０：メインリレー（ｍａｉｎ ｒｅｌａｙ）
１５０：バッテリ制御器（ＢＭＳ）
２００：高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＨＤＣ）
２２０：放電スイッチ
２４０：充電スイッチ
３００：モータ制御器（ＭＣＵ）
３１０：第１モータ
３２０：第１モータパワーモジュール
３３０：第２モータ
３４０：第２モータパワーモジュール
４００：放電制御部
４２０：放電制御実行判断部
４４０：放電制御終了判断部
５００：ショットダウン制御部

Claims (10)

1. 高電圧バッテリと前記高電圧バッテリを制御するバッテリ制御器を含むハイブリッド自動車の残留高電圧を放電するシステムであって、
   前記高電圧バッテリと連結し、前記高電圧バッテリを充電または放電させる高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、
   前記高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータと連結し、１つ以上のモータを制御するモータ制御器、
   前記モータ制御器と連結し、前記モータによって前記残留高電圧を放電させる放電制御部、
   放電制御が終了すれば前記高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータとモータ制御器を終了させるショットダウン制御部、を含み、
   前記高電圧バッテリの入出力パワーが遮断されて前記残留高電圧が放電される前に、前記高電圧バッテリのメインリレーが融着することを防ぐため、前記モータ制御器は、前記モータのトルクを０に制御して前記モータの充放電パワーを０にすることを特徴とするハイブリッド自動車の残留高電圧放電システム。
2. 前記放電制御部は、モータが２つである場合には、放電制御を実行するモータを決定する放電制御実行判断部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の残留高電圧放電システム。
3. 前記放電制御部は、放電時間および内部残留電圧を予め設定された値と比較して放電制御を終了する放電制御終了部を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の残留高電圧放電システム。
4. 前記ショットダウン制御部は、前記モータ制御器と高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ制御を中断することによってショットダウンシーケンスを完了することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の残留高電圧放電システム。
5. ハイブリッド自動車の内部残留高電圧放電方法であって、
   自動車のキーオフ状態であるかを確認する段階、
   高電圧バッテリの入出力パワーを遮断する段階、
   前記高電圧バッテリの入出力パワーが遮断される前に、前記高電圧バッテリのメインリレーが融着することを防ぐため、前記自動車のモータのトルクを０に制御して前記モータの充放電パワーを０にした後、高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータの放電スイッチを切って残留高電圧を前記モータによって放電させる段階、
   放電制御が終了すれば、ショットダウンを制御する段階、
   を含むことを特徴とするハイブリッド自動車の残留高電圧放電方法。
6. 前記放電する残留高電圧は、１つ以上のモータを駆動させることによって実行されることを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド自動車の残留高電圧放電方法。
7. 前記残留高電圧を放電させる段階は、前記モータが２つの場合には、どのモータを駆動させるかを判断する段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド自動車の残留高電圧放電方法。
8. 前記残留高電圧を放電させる段階は、放電時間が予め設定された値以上であるかを判断する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド自動車の残留高電圧放電方法。
9. 前記残留高電圧を放電させる段階は、内部残留電圧が予め設定された値以上であるかを判断する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド自動車の残留高電圧放電方法。
10. 前記ショットダウンを制御する段階は、
    モータ制御器の電流制御を終了して高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータの制御を終了する段階、
    前記モータ制御器と前記高電圧ＤＣ−ＤＣコンバータをオフする段階、
    を含むことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド自動車の残留高電圧放電方法。
    

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