JP6339785B2 - 電動車用電力変換システム - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車に用いられる電動車用電力変換システムに関するものである。
電動車に用いられる電力変換システムとしては、特許文献１に示すように、直流主電源（例えば４８Ｖバッテリー）からの直流電圧を単一の昇圧回路により昇圧してインバータ回路により交流電圧に変換し、モータジェネレータに出力する力行動作と、モータジェネレータからの回生電力をインバータ回路及び昇圧回路を介して、直流主電源、車両の補機（例えば電動パワーステアリング、エアコンディショナ、ＥＣＵ等）及び直流補助電源（例えば補機用１２Ｖ／２４Ｖバッテリー）に供給する回生動作とを行うものがある。
そして、この電力変換システムにおいて、イグニッションキーＯＦＦ操作や故障発生により電力変換システムが停止する場合、又は、車両衝突等の事故により停止した場合には、電気安全的観点から、電力変換システムの昇圧回路又はインバータ回路等の主回路電極間に実装される平滑コンデンサ（直流リンクコンデンサ）に蓄電された電荷を所定の規定時間内に強制放電（アクティブ放電）し、平滑コンデンサの端子間電圧を所定の安全な値まで低減させる必要がある。
従来は、特許文献１に示すように、抵抗器及び半導体スイッチ素子を直列接続して構成された放電専用回路を主回路電極間に接続し、直流主電源の出力端子に接続された電路の開閉を行うスイッチを遮断した後に、放電専用回路の半導体スイッチ素子をＯＮにすることで、抵抗器により平滑コンデンサに蓄電された電荷を強制放電させるように構成している（図４参照）。
しかしながら、前記放電専用回路が故障した場合には、平滑コンデンサの強制放電処理が実行されず、所定の規定時間が経過しても、平滑コンデンサの端子間電圧が高電圧のままになってしまう。
特開２００６−２２４７７２号公報
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、放電専用回路を有する電動車用電力変換システムにおいて、放電専用回路が故障した場合でも、平滑コンデンサに蓄電された電荷を確実に放電できることを主たる所期課題とするものである。
すなわち本発明に係る電動車用電力変換システムは、直流主電源に接続され、当該直流主電源からの直流電圧を昇圧回路及びインバータ回路を介してモータジェネレータに出力するモータ駆動電力系統と、前記モータ駆動電力系統を制御する制御回路とを具備し、前記モータ駆動電力系統が、前記直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、抵抗器及び半導体スイッチ素子を直列接続して構成され、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電専用回路とを備え、前記制御回路が、前記放電専用回路の故障を検知した場合に、前記昇圧回路の互いに直列接続された電力半導体からなる上アーム及び下アーム、又は、前記インバータ回路の電力半導体からなる上アーム及び下アームを同時にＯＮにして、前記昇圧回路の上アーム及び下アーム、又は、前記インバータ回路の上アーム及び下アームの寄生抵抗成分を用いて、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電制御部を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る電動車用電力変換システムの制御装置は、直流主電源に接続され、当該直流主電源からの直流電圧を昇圧回路及びインバータ回路を介してモータジェネレータに出力するモータ駆動電力系統を備え、前記モータ駆動電力系統が、前記直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、抵抗器及び半導体スイッチ素子を直列接続して構成され、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電専用回路とを備える電動車用電力変換システムの制御装置であって、前記放電専用回路の故障を検知した場合に、前記昇圧回路の互いに直列接続された電力半導体からなる上アーム及び下アーム、又は、前記インバータ回路の電力半導体からなる上アーム及び下アームを同時にＯＮにして、前記昇圧回路の上アーム及び下アーム、又は、前記インバータ回路の上アーム及び下アームの寄生抵抗成分を用いて、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電制御部を備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る電動車用電力変換システムの制御プログラムは、直流主電源に接続され、当該直流主電源からの直流電圧を昇圧回路及びインバータ回路を介してモータジェネレータに出力するモータ駆動電力系統を備え、前記モータ駆動電力系統が、前記直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、抵抗器及び半導体スイッチ素子を直列接続して構成され、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電専用回路とを備える電動車用電力変換システムの制御プログラムであって、前記放電専用回路の故障を検知した場合に、前記昇圧回路の互いに直列接続された電力半導体からなる上アーム及び下アーム、又は、前記インバータ回路の電力半導体からなる上アーム及び下アームを同時にＯＮにして、前記昇圧回路の上アーム及び下アーム、又は、前記インバータ回路の上アーム及び下アームの寄生抵抗成分を用いて、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電制御部としての機能をコンピュータに備えさせることを特徴とする。
このように構成した電動車用電力変換システム、その制御装置又はその制御プログラムによれば、放電制御部が、放電専用回路の故障を検知するので、放電専用回路が故障していない場合には、従来通り、放電専用回路によって平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させて、平滑コンデンサの端子間電圧を所定時間内に所定の安全な値まで低減させることができる。また、放電専用回路が故障している場合には、昇圧回路の上アーム及び下アーム、又は、インバータ回路の上アーム及び下アームを同時にＯＮにして、昇圧回路の上アーム及び下アーム、又は、インバータ回路の上アーム及び下アームの寄生抵抗成分を用いて、平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させることができ、平滑コンデンサの端子間電圧を所定時間内に所定の安全な値まで低減させることができる。ここで、昇圧回路の上アーム及び下アーム、又は、インバータ回路の上アーム及び下アームを用いて放電しているので、新規の回路や部品を追加する必要が無く、既存の回路を用いて平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させることができ、平滑コンデンサの放電機能を冗長化することができる。
また、本発明に係る電動車用電力変換システムは、直流主電源に接続され、当該直流主電源からの直流電圧をインバータ回路を介してモータジェネレータに出力するモータ駆動電力系統と、前記モータ駆動電力系統を制御する制御回路とを具備し、前記モータ駆動電力系統が、前記直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、抵抗器及び半導体スイッチ素子を直列接続して構成され、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電専用回路とを備え、前記制御回路が、前記放電専用回路の故障を検知した場合に、前記インバータ回路の電力半導体からなる上アーム及び下アームを同時にＯＮにして、前記上アーム及び前記下アームの寄生抵抗成分を用いて、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電制御部を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る電動車用電力変換システムの制御装置は、直流主電源に接続され、当該直流主電源からの直流電圧をインバータ回路を介してモータジェネレータに出力するモータ駆動電力系統を備え、前記モータ駆動電力系統が、前記直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、抵抗器及び半導体スイッチ素子を直列接続して構成され、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電専用回路とを備える電動車用電力変換システムの制御装置であって、前記放電専用回路の故障を検知した場合に、前記インバータ回路の電力半導体からなる上アーム及び下アームを同時にＯＮにして、前記上アーム及び前記下アームの寄生抵抗成分を用いて、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電制御部を備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る電動車用電力変換システムの制御プログラムは、直流主電源に接続され、当該直流主電源からの直流電圧をインバータ回路を介してモータジェネレータに出力するモータ駆動電力系統を備え、前記モータ駆動電力系統が、前記直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、抵抗器及び半導体スイッチ素子を直列接続して構成され、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電専用回路とを備える電動車用電力変換システムの制御プログラムであって、前記放電専用回路の故障を検知した場合に、前記インバータ回路の電力半導体からなる上アーム及び下アームを同時にＯＮにして、前記上アーム及び前記下アームの寄生抵抗成分を用いて、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電制御部としての機能をコンピュータに備えさせることを特徴とする。
このように構成した電動車用電力変換システム、その制御装置又はその制御プログラムによれば、放電制御部が、放電専用回路の故障を検知するので、放電専用回路が故障していない場合には、従来通り、放電専用回路によって平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させて、平滑コンデンサの端子間電圧を所定時間内に所定の安全な値まで低減させることができる。また、放電専用回路が故障している場合には、インバータ回路の上アーム及び下アームを同時にＯＮにして、上アーム及び下アームの寄生抵抗成分を用いて、平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させることができ、平滑コンデンサの端子間電圧を所定時間内に所定の安全な値まで低減させることができる。ここで、インバータ回路の上アーム及び下アームを用いて放電しているので、新規の回路や部品を追加する必要が無く、既存の回路を用いて平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させることができ、平滑コンデンサの放電機能を冗長化することができる。
放電専用回路の故障を検知するための具体的な実施の態様としては、前記放電制御部は、前記平滑コンデンサの放電処理開始から所定の設定時間以内に、前記平滑コンデンサの端子間電圧が所定の目標電圧に放電できたか否かにより、前記放電専用回路の故障を検知するものであることが望ましい。
前記平滑コンデンサが、前記直流主電源及び前記昇圧回路の間に設けられた第１平滑コンデンサと、前記昇圧回路及び前記インバータ回路の間に設けられた第２平滑コンデンサとからなることが望ましい。
このように構成した本発明によれば、放電専用回路が故障した場合に、昇圧回路の上アーム及び下アーム、又は、インバータ回路の上アーム及び下アームを同時にＯＮして、平滑コンデンサに蓄電された電荷を昇圧回路の上アーム及び下アーム、又は、インバータ回路の上アーム及び下アームの寄生抵抗成分を用いて放電することによって、平滑コンデンサに蓄電された電荷を確実に放電できる。
本実施形態における電動車用電力変換システムの回路構成を示す図。 同実施形態における放電制御部による放電処理を示すフローチャート。 同実施形態における昇圧回路を用いた放電処理を示す模式図。 従来の放電専用回路を用いた放電処理を示す模式図。 変形実施形態における複数の昇圧回路を並列接続した回路構成を主として示す図。
以下に本発明に係る電動車用電力変換システムの一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る電動車用電力変換システム１００は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車に搭載されてモータジェネレータ５を力行運転又は回生運転させるものである。なお、モータジェネレータ５を用いたハイブリッド自動車の方式としては、パラレル方式、スプリット方式（シリーズパラレル方式）又はシリーズ方式の何れであっても良い。
この電動車用電力変換システム１００は、図１に示すように、直流主電源２からの直流電圧を昇圧回路３により昇圧してインバータ回路４により三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ５に出力する力行動作と、モータジェネレータ５からの回生電力をインバータ回路４及び昇圧回路３を介して、直流主電源、車両の補機６及び直流補助電源７に供給する回生動作とを行うものである。
具体的に電動車用電力変換システム１００は、直流主電源２（例えば４８Ｖのリチウムイオンバッテリ）と、当該直流主電源２の出力端子に接続された電路の開閉を行う電路スイッチ８（ＤＣコンタクタ）と、当該電路スイッチ８の下流に設けられた第１平滑コンデンサ９（直流リンクコンデンサ）と、当該第１平滑コンデンサ９を介して接続され、車両の各補機（例えば電動パワーステアリング、エアコンディショナ、ＥＣＵ等）６及び直流補助電源（例えば１２Ｖ／２４Ｖバッテリ）７に給電する補機類電力系統Ｓ１と、前記第１平滑コンデンサ９を介して前記補機類電力系統Ｓ１と並列に接続され、モータジェネレータ５を力行運転又は回生運転するモータ駆動電力系統Ｓ２とを備えている。なお、第１平滑コンデンサ９は、モータ駆動電力系統Ｓ２に含まれるものとする。
補機類電力系統Ｓ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を有するものであり、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力段には、車両の各補機６と直流補助電源７とが並列に接続されている。
モータ駆動電力系統Ｓ２は、直流主電源２からの直流電圧の電圧変換を行う昇圧回路３と、当該昇圧回路３から出力される直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ５に出力するインバータ回路４とを備えている。
昇圧回路３は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の電力半導体３１ａ、３１ｂと、リアクトル３２と、第２平滑コンデンサ３３とを有している。具体的に昇圧回路３は、直接接続された電力半導体からなる上アーム３１ａ及び下アーム３１ｂを有しており、上アーム３１ａの半導体端子（例えばコレクタ端子又はドレイン端子）にインバータ回路４の正極入力端子が接続され、下アーム３１ｂの半導体端子（例えばエミッタ端子又はソース端子）に直流主電源２の負極端子が接続されている。また、上アーム３１ａの半導体端子と下アーム３１ｂの半導体端子との間、つまり昇圧回路３の出力段には、第２平滑コンデンサ３３が上アーム３１ａ及び下アーム３１ｂに対して並列に接続されている。さらに、上アーム３１ａの他方の端子（エミッタ端子又はソース端子）と下アーム３１ｂの他方の端子（コレクタ端子又はドレイン端子）との間（直列接続点）に、リアクトル３２の一方の端子が接続されるとともに、当該リアクトル３２の他方の端子が直流主電源２の正極端子に接続されている。なお、前記昇圧回路３の上アーム３１ａ及び下アーム３１ｂは、還流ダイオードを逆並列接続して構成したものであっても良い。
このように構成された昇圧回路３には、上アーム３１ａ及び下アーム３１ｂを駆動するための駆動回路３４が設けられている。この駆動回路３４により、上アーム３１ａ及び下アーム３１ｂを所定のデューティ比により交互にスイッチングさせることによって、リアクトル３２を充放電させて、力行方向（昇圧）及び回生方向（降圧）の方向に電力を運搬する。なお、駆動回路３４には、後述する制御回路１１により、駆動指令信号（制御信号）が入力される。
また、昇圧回路３に設けた第２平滑コンデンサ３３が、インバータ回路４の入力段における平滑コンデンサとして機能するように構成している。つまり、昇圧回路３とインバータ回路４とで第２平滑コンデンサ３３を共用としている。
インバータ回路４は、図１に示すように、直列接続された上アーム４１ａ及び下アーム４１ｂを並列接続して構成された３相のブリッジ回路４ｕ、４ｖ、４ｗ及びそれら各ブリッジ回路４ｕ、４ｖ、４ｗの上アーム４１ａ及び下アーム４１ｂを駆動するための駆動回路４２により構成されている。上アーム４１ａ及び下アーム４１ｂは、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の電力半導体からなる。なお、駆動回路には、後述する制御回路１１により、駆動指令信号（制御信号）が入力される。
上記の通り構成された補機類電力系統Ｓ１及びモータ駆動電力系統Ｓ２は、制御回路１１により制御される。この制御回路１１は、電動車の運転に必要な力行・回生電力制御を行うために、統括コントローラ（例えば上位ＥＣＵ）から要求される運転指令に基づいて、昇圧回路３とインバータ回路４との最適電力連係を取りながら、各電力半導体駆動指令信号を生成し、当該電力半導体駆動指令信号をスイッチング指令として、各駆動回路に与える。これにより、電動車用電力変換システム１００が、直流主電源２からの直流電圧を昇圧回路３により昇圧してインバータ回路４により交流電圧に変換し、モータジェネレータ５に出力する力行動作と、モータジェネレータ５からの回生電力をインバータ回路４及び昇圧回路３を介して、直流主電源、車両の補機６及び直流補助電源７に供給する回生動作とを行う。なお、制御回路１１は、昇圧回路３及びインバータ回路４それぞれに対応して物理的に分離した構成とすることも可能であるが、部品点数削減のコスト削減のため、共用化及び一体化することが望ましい。
そして本実施形態の電動車用電力変換システム１００において、モータ駆動電力系統Ｓ２は、各平滑コンデンサ９、３３に蓄電された電荷を放電させる放電専用回路１２を備えている。なお、図１における符号１５は、自然放電抵抗器である。
この放電専用回路１２は、抵抗器１２１及びＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチ素子１２２を直列接続して構成されており、電力変換システム１００の主回路電極間に接続して設けられている。具体的に放電専用回路１２は、昇圧回路３とインバータ回路４との間における主回路電極間に接続して設けられている。このように構成された放電専用回路１２には、半導体スイッチ素子１２２を駆動するための駆動回路１２３が設けられている。この駆動回路１２３により、半導体スイッチ素子１２２をＯＮさせることによって、放電専用回路１２による放電機能を発揮するように構成されている。なお、駆動回路１２２には、制御回路１１により、駆動指令信号（制御信号）が入力される。
しかして本実施形態の制御回路１１は、各平滑コンデンサ９、３３に蓄電された電荷を放電専用回路１２又は昇圧回路３を用いて放電させる放電制御部１１１を有している。なお、制御回路１１は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェイス、ＡＤ変換器等を備えた専用乃至汎用のコンピュータ回路であり、メモリに格納された制御プログラムに従って放電制御部１１１等の機能を発揮する。
この放電制御部１１１は、放電専用回路１２の故障の有無を検知する故障検知機能を有しており、放電専用回路１２の故障の有無に基づいて、平滑コンデンサ９、３３に蓄電された電荷を放電させる回路を放電専用回路１２と昇圧回路３とで切り替えるものである。
具合的に放電制御部１１１は、電力変換システム１００の停止を示す信号、例えばインバータ回路４の停止を示すインバータ停止信号を取得するとともに、電路スイッチ８がＯＦＦ（遮断）されたことを示すスイッチＯＦＦ信号を取得して、各平滑コンデンサ９、３３の放電処理を開始する。そして、放電制御部１１１は、電路スイッチ８及び昇圧回路３の間に設けられて、第１平滑コンデンサ９の端子間電圧を検知する第１電圧検出部１３からの第１電圧検出信号を取得するとともに、昇圧回路３及びインバータ回路５の間に設けられ、第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧を検知する第２電圧検出部１４からの第２電圧検出信号を取得する。そして、これらの電圧検出信号を用いて、放電専用回路１２の故障の有無を検出し、放電専用回路１２が故障していない場合には、放電専用回路１２を用いて平滑コンデンサ９、３３を放電し、放電専用回路１２が故障している場合には、昇圧回路３の上下アーム３１ａ、３１ｂ及びインバータ回路４の上下アーム４１ａ、４１ｂを用いて平滑コンデンサ９、３３を放電する。
ここで、放電制御部１１１における放電専用回路１２の故障検出方法の一例について説明する。
放電制御部１１１は、予め設定された強制放電処理開始からの所定時間である故障検知時間Ｔｃと、当該故障検知時間Ｔｃ経過時における第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧の目標値Ｖｃとを用いて、前記故障検知時間内に前記目標値Ｖｃまで放電できなかった場合に、放電専用回路１２の故障を検知する。第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧は、第１平滑コンデンサ９の端子間電圧よりも大きく、強制放電処理開始により先ず第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧が減少するため、第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧で故障検出する方法が現実的である。
例えば、故障検知時間Ｔｃ経過までに所定時間間隔（例えば０．１秒間隔）で第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧を検出して、目標値Ｖｃまで放電できているか否かにより判断する。ただし、故障検知時間Ｔｃ経過時における端子間電圧の目標値Ｖｃは、当該強制放電処理による第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧−放電時間特性曲線により決定する。なお、放電専用回路１２の故障検出は、故障検知時間Ｔｃにおける端子間電圧の減少率や減少量等の変化態様から判断しても良い。
次に、放電制御部１１１の機能とともに、電力変換システム１００における平滑コンデンサ９、３３の放電処理について、図２及び図３を参照して説明する。
まず、放電制御部１１１は、イグニッションキーのＯＦＦや故障発生による電力変換システム１００の停止又は車両衝突等の事故による電力変換システム１００の停止に伴うインバータ回路４の停止信号を取得する（ステップＳｐ１）。また、放電制御部１１１は、前記電力変換システム１００の停止に伴う電路スイッチ８のＯＦＦ処理が行われたことを示すスイッチＯＦＦ信号を取得する（ステップＳｐ２）。なお、電路スイッチ８のＯＦＦ処理は、放電制御部１１１により行うように構成しても良い。
上記のインバータ停止信号及びスイッチＯＦＦ信号を取得した放電制御部１１１は、放電専用回路１２を用いた平滑コンデンサ９、３３の放電処理を開始する（ステップＳｐ３）。具体的に放電制御部１１１は、放電専用回路１２の駆動回路１２３に対して、半導体スイッチ素子１２２をＯＮにする駆動指令信号（制御信号）を出力するとともに、昇圧回路３の上アーム３１ａのみをＯＮにする駆動指令信号（制御信号）を出力する。これにより、第１平滑コンデンサ９に蓄電された電荷及び第２平滑コンデンサ３３に蓄電された電荷が、放電専用回路１２の抵抗器１２１により放電されることになる。また、放電専用回路１２による放電は、端子間電圧が大きい第２平滑コンデンサ３３から行われ、その端子間電圧が、第１平滑コンデンサ９の端子間電圧と同じになった以降は、第２平滑コンデンサ３３の放電とともに第１平滑コンデンサ９の放電が行われる。
ここで、放電制御部１１１は、放電専用回路１２を用いた放電処理開始とともに、各電圧検出部１３、１４から各電圧検出信号を取得し、前記故障検知時間Ｔｃ内に前記目標値Ｖｃまで放電できたか否かにより、放電専用回路１２の故障の有無を検出する（ステップＳｐ４）。具体的に放電制御部１１１は、第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧が、故障検知時間Ｔｃ内にその目標値Ｖｃまで放電できていない場合に、放電専用回路１２の故障を検出する。
そして、放電制御部１１１は、第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧が、故障検知時間Ｔｃ内にその目標値Ｖｃまで放電できている場合、つまり放電専用回路１２が故障していない場合には、そのまま放電処理を継続して、放電許容時間Ｔｄ以内に所定の安全電圧である目標値Ｖｄに放電させて、放電処理を終了させる（ステップＳｐ５）。
一方で、放電制御部１１１は、第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧が、故障検知時間Ｔｃ内にその目標値Ｖｃまで放電できていない場合、つまり放電専用回路１２が故障している場合には、昇圧回路３を用いた各平滑コンデンサ９、３３の放電処理を開始する（ステップＳｐ６）。具体的に放電制御部１１１は、図３に示すように、昇圧回路３の上アーム３１ａ及び下アーム３１ｂ、及び、インバータ回路４の上アーム４１ａ及び下アーム４１ｂを同時にＯＮにする駆動指令信号（制御信号）を出力する。これにより、第２平滑コンデンサ３３に蓄電された電荷及び第２平滑コンデンサ９に蓄電された電荷が、上アーム３１ａ及び下アーム３１ｂ、及び、上アーム４１ａ及び下アーム４１ｂの寄生抵抗成分によって放電されることになる。また、昇圧回路３による放電は、端子間電圧が大きい第２平滑コンデンサ３３から行われ、その端子間電圧が、第１平滑コンデンサ９の端子間電圧と同じになった以降は、第２平滑コンデンサ３３の放電とともに第１平滑コンデンサ９の放電が行われる。なお、インバータ回路４の上下アーム４１ａ、４１ｂを用いた放電は、３相のブリッジ回路４ｕ、４ｖ、４ｗ全ての上下アーム４１ａ、４１ｂを同時にＯＮしても良いし、何れか１相のブリッジ回路の上下アーム４１ａ、４１ｂを同時にＯＮしても良い。
ここで、放電制御部１１１は、昇圧回路３を用いた放電処理開始とともに、上述した放電専用回路１２を用いた放電処理と同様に、各電圧検出部１３、１４から各電圧検出信号を取得し、前記故障検知時間Ｔｃ’内に目標値Ｖｃ’まで放電できたか否かにより、昇圧回路３及びインバータ回路４を用いた放電処理の異常の有無を検出する（ステップＳｐ７）。ここで、昇圧回路３及びインバータ回路４を用いた放電処理の故障検知時間Ｔｃ’及び目標値Ｖｃ’は、前記放電専用回路１２を用いた放電処理の故障検知時間Ｔｃ及び目標値Ｖｃと同じであっても良いし、異なる値としても良い。そして、放電制御部１１１は、第１平滑コンデンサ９の端子間電圧が、故障検知時間Ｔｃ１’内にその目標値Ｖｃ１’まで放電できたか否か、及び、第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧が、故障検知時間Ｔｃ２’内にその目標値Ｖｃ２’まで放電できたか否かにより、昇圧回路３及びインバータ回路４を用いた放電処理の異常を検出する。
そして、放電制御部１１１は、各平滑コンデンサ９、３３それぞれの端子間電圧が、故障検知時間Ｔｃ’内にその目標値Ｖｃ’まで放電できている場合、つまり昇圧回路３を用いた放電処理の異常が無い場合には、そのまま放電処理を継続して、放電許容時間Ｔｄ以内に所定の安全電圧である目標値Ｖｄに放電させて、放電処理を終了させる（ステップＳｐ８）。ここで、放電専用回路１２の故障検知時間Ｔｃと、昇圧回路３を用いた放電処理における故障検知時間Ｔｃ’と、昇圧回路３を用いた放電処理時間との合計時間が、放電許容時間Ｔｄ以下としている。また、一度放電専用回路１２の故障を検知して昇圧回路３を用いた放電処理を行った場合には、次回以降は、放電専用回路１２の故障検出処理を行うことなく、最初から昇圧回路３を用いた放電処理を行う。
一方で、放電制御部１１１は、第１平滑コンデンサ９又は第２平滑コンデンサ３３の何れか一方の端子間電圧が、故障検知時間Ｔｃ’内にその目標値Ｖｃ’まで放電できていない場合、つまり昇圧回路３を用いた放電処理の異常がある場合には、放電処理を終了して、車両側に設けたディスプレイやスピーカ等を介して、電力変換システム１００の放電機能が故障している旨を例えば運転者等に報知する（ステップＳｐ９）。
このように構成した電動車用電力変換システム１００によれば、放電制御部１１１が、放電専用回路１２の故障を検知するので、放電専用回路１２が故障していない場合には、従来通り、放電専用回路１２によって各平滑コンデンサ９、３３に蓄電された電荷を放電させて、各平滑コンデンサ９、３３の端子間電圧を所定時間内に所定の安全な値まで低減させることができる。
また、放電専用回路１２が故障している場合には、昇圧回路３の上下アーム３１ａ、３１ｂ、及び、インバータ回路４の上下アーム４１ａ、４１ｂを同時にＯＮにして、各平滑コンデンサ９、３３に蓄電された電荷を、昇圧回路３及びインバータ回路４の上下アームの寄生抵抗成分により放電させることができ、各平滑コンデンサ９、３３の端子間電圧を所定時間内に所定の安全な値まで低減させることができる。ここで、昇圧回路３の上下アーム３１ａ、３１ｂ、及び、インバータ回路４の上下アーム４１ａ、４１ｂを用いているので、新規の回路や部品を追加する必要が無く、既存の回路を用いて各平滑コンデンサ９、３３に蓄電された電荷を放電させることができ、各平滑コンデンサ９、３３の放電機能を冗長化することができる。
さらに、放電専用回路１２が故障している場合でも、各平滑コンデンサ９、３３に蓄電された電荷を、最大で４つの放電冗長化手段で放電することができる。具体的には、（１）昇圧回路４の上下アーム３１ａ、３１ｂを用いた放電冗長化手段、（２）インバータ回路４のブリッジ回路４ｕの上下アーム４１ａ、４１ｂを用いた放電冗長化手段、（３）インバータ回路４のブリッジ回路４ｖの上下アーム４１ａ、４１ｂを用いた放電冗長化手段、（４）インバータ回路４のブリッジ回路４ｗの上下アーム４１ａ、４１ｂを用いた放電冗長化手段で放電することができる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態の放電制御部１１１は、第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧を用いて放電専用回路１２の故障を検出するように構成しているが、第１平滑コンデンサ９の端子間電圧を用いて、又は、第１平滑コンデンサ９の端子間電圧及び第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧の両方を用いて、放電専用回路１２の故障を検出しても良い。この場合、第１平滑コンデンサ９の端子間電圧と第２平滑コンデンサ３３の端子間電圧とが同じになった以降に故障検出を行うように構成することになる。
また、モータ駆動電力系統Ｓ２は、昇圧回路３を備えず、直流主電源２とインバータ回路４とが直接接続される構成であっても良い。この場合、放電専用回路１２が故障しているときには、インバータ回路４の上アーム４１ａ及び下アーム４１ｂを同時にＯＮにして、各平滑コンデンサ９、３３に蓄電された電荷を、インバータ回路４の上下アーム４１ａ、４１ｂの寄生抵抗成分により放電させる。これにより、昇圧回路３を備えない場合であっても、各平滑コンデンサ９、３３の端子間電圧を所定時間内に所定の安全な値まで低減させることができる。
さらに、モータ駆動電力系統Ｓ２は、放電専用回路１２が設けられていない構成であっても良い。この場合、放電制御部１１１は、ステップＳｐ１からステップＳｐ５までの処理を省略し、ステップＳｐ６以降の制御内容を実施する。これにより、モータ駆動電力系統Ｓ２に放電専用回路１２が設けられていない構成であっても各平滑コンデンサ９、３３に蓄電された電荷を放電させることができる。
その上、図５に示すように、昇圧回路３が、直流主電源２に対して複数並列に接続されるとともに、並列接続された昇圧回路３それぞれに独立して駆動回路３４が設けられており、駆動回路３４に制御信号を出力する制御回路１１が、少なくとも１つの昇圧回路３が故障した場合に、その故障した昇圧回路３の動作を停止させて、残りの正常な昇圧回路数に応じた電力制御値を設定して、その電力制御値に基づいて、残りの正常な昇圧回路３及びインバータ回路４を制御するように構成しても良い。
これならば、昇圧回路３を複数並列に設けているので、電力変換システム１００の冗長性を向上させることができる。このとき、オルタネータを省略した構成において昇圧回路３を複数並列に設けることによって、直流主電源２、車両の補機６及び直流補助電源７への電力供給を確実にすることができる。また、昇圧回路３を複数並列に設けることによって、電流を各昇圧回路３に分散させることができ、昇圧回路３の高効率化、部品の小型化及び長寿命化等の性能向上を図ることができる。さらに、少なくとも１つの昇圧回路３が故障した場合に、残りの正常な昇圧回路数により処理可能な電力制限値を設定し、当該電力制限値により残りの正常な昇圧回路３及びインバータ回路４を制御しているので、一部の昇圧回路３の故障後においても継続して電力制限的にモータジェネレータを動作させて、直流主電源２、車両の補機６及び直流補助電源７への回生電力の充電が可能となる。これにより、リンプホームモードシステムを構築することができ、車両乗員を運転により安全に退避させたり、修理工場へ車両を移動させることが可能となる。
そして、並列接続された昇圧回路３それぞれの出力段に平滑コンデンサ３３を設けており、前記各平滑コンデンサ３３が、インバータ回路４の入力段における平滑コンデンサとして機能するように構成しても良い。これならば、並列接続された昇圧回路３それぞれの出力段に平滑コンデンサ３３を設けているので、電流分散により、インバータ回路４と電力をやり取りする際の平滑コンデンサ３３の充放電におけるリップル電流を減らすことができ、従来と比べて平滑コンデンサ３３の小型化や損失減を図ることができ、性能を向上させることができる。また、昇圧回路３の個数が増えた分だけ、放電冗長化手段を増やすことができる。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
１００・・・電動車用電力変換システム
２ ・・・直流主電源
３ ・・・昇圧回路
３１ａ・・・上アーム
３１ｂ・・・下アーム
３３ ・・・第２平滑コンデンサ
４ ・・・インバータ回路
４１ａ・・・上アーム
４２ｂ・・・下アーム
５ ・・・モータジェネレータ
６ ・・・補機
７ ・・・直流補助電源
８ ・・・電路スイッチ
９ ・・・第１平滑コンデンサ
１０ ・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１ ・・・制御回路
１１１・・・放電制御部
１２ ・・・放電専用回路
１２１・・・抵抗器
１２２・・・半導体スイッチ素子

Claims (5)

  1. 直流主電源に接続され、当該直流主電源からの直流電圧を昇圧回路及びインバータ回路を介してモータジェネレータに出力するモータ駆動電力系統と、
    前記モータ駆動電力系統を制御する制御回路とを具備し、
    前記モータ駆動電力系統が、前記直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、抵抗器及び半導体スイッチ素子を直列接続して構成され、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電専用回路とを備え、
    前記制御回路が、前記放電専用回路の故障を検知した場合に、前記昇圧回路の互いに直列接続された電力半導体からなる上アーム及び下アーム、並びに、前記インバータ回路の電力半導体からなる上アーム及び下アームを同時にＯＮにして、前記昇圧回路の上アーム及び下アーム、並びに、前記インバータ回路の上アーム及び下アームの寄生抵抗成分を用いて、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電制御部を備える電動車用電力変換システム。
  2. 前記放電制御部は、前記平滑コンデンサの放電処理開始から所定の設定時間以内に、前記平滑コンデンサの端子間電圧が所定の目標電圧に放電できたか否かにより、前記放電専用回路の故障を検出するものである請求項１記載の電動車用電力変換システム。
  3. 前記平滑コンデンサが、前記直流主電源及び前記昇圧回路の間に設けられた第１平滑コンデンサと、前記昇圧回路及び前記インバータ回路の間に設けられた第２平滑コンデンサとからなる請求項１記載の電動車用電力変換システム。
  4. 直流主電源に接続され、当該直流主電源からの直流電圧を昇圧回路及びインバータ回路を介してモータジェネレータに出力するモータ駆動電力系統を備え、前記モータ駆動電力系統が、前記直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、抵抗器及び半導体スイッチ素子を直列接続して構成され、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電専用回路とを備える電動車用電力変換システムの制御装置であって、
    前記放電専用回路の故障を検知した場合に、前記昇圧回路の互いに直列接続された電力半導体からなる上アーム及び下アーム、並びに、前記インバータ回路の電力半導体からなる上アーム及び下アームを同時にＯＮにして、前記昇圧回路の上アーム及び下アーム、並びに、前記インバータ回路の上アーム及び下アームの寄生抵抗成分を用いて、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電制御部を備える電動車用電力変換システムの制御装置。
  5. 直流主電源に接続され、当該直流主電源からの直流電圧を昇圧回路及びインバータ回路を介してモータジェネレータに出力するモータ駆動電力系統を備え、前記モータ駆動電力系統が、前記直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、抵抗器及び半導体スイッチ素子を直列接続して構成され、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電専用回路とを備える電動車用電力変換システムの制御プログラムであって、
    前記放電専用回路の故障を検知した場合に、前記昇圧回路の互いに直列接続された電力半導体からなる上アーム及び下アーム、並びに、前記インバータ回路の電力半導体からなる上アーム及び下アームを同時にＯＮにして、前記昇圧回路の上アーム及び下アーム、並びに、前記インバータ回路の上アーム及び下アームの寄生抵抗成分を用いて、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷を放電させる放電制御部としての機能をコンピュータに備えさせることを特徴とする電動車用電力変換システムの制御プログラム。
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