JP6365226B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両に関し、詳しくは、車両の衝突が検知されたときにバッテリからの電力を変換して電動機に供給する電力変換装置が有する平滑コンデンサの電荷を放電する放電制御部に電力を供給するためのバックアップ電源装置を備える電動車両に関する。

従来、この種の電動車両としては、車両の衝突が検知されたときにインバータの電力母線に接続されたコンデンサの電荷をコンバータや電動機に放電する放電制御を行なう放電制御部に電力を供給するバックアップ電源装置を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このバックアップ電源装置では、インバータの電力母線に接続された一次コイルと放電制御部に接続された二次コイルとを有するトランスと、一次コイルに取り付けられたスイッチング素子と、を備え、スイッチング素子のオンオフをデューティ制御することにより一次コイルに流れる電流を調整して電力母線の電力を降圧して放電制御部に供給している。

特開２０１１−２５９５１７号公報

しかしながら、上述の電動車両では、バックアップ電源装置は車両の衝突が検知されたときに動作するものであるため、車両の衝突が検知されなければバックアップ電源装置が正常に動作するか否かの判定を行なうことができない。このため、通常時にバックアップ電源装置が正常に動作するか否かの異常判定を行なう手法が必要となる。

本発明の電動車両は、車両の衝突が検知されたときに電力変換装置が有する平滑コンデンサの電荷を放電する放電制御部に電力供給するためのバックアップ電源装置の異常判定を通常時に行なう手法を提案することを主目的とする。

本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動車両は、
駆動用バッテリと、補機用バッテリと、走行用の動力を入出力する電動機と、平滑コンデンサを有し、前記駆動用バッテリからの電力を変換して前記電動機に供給する電力変換装置と、前記補機用バッテリからの電力の供給を受け、車両の衝突が検知されたときに前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるよう前記電力変換装置を制御する放電制御手段と、前記平滑コンデンサが接続された電力母線から電力の供給を受けて前記放電制御手段に電力を供給可能なバックアップ電源装置と、を備える電動車両において、
前記バックアップ電源装置が作動していないときに前記放電制御手段に供給されている電圧を第１電圧として検出し、前記第１電圧より所定電圧だけ高い電圧が前記バックアップ電源装置から前記放電制御手段に供給されるように前記バックアップ電源装置が作動しているときに前記放電制御手段に供給されている電圧を第２電圧として検出し、前記第２電圧が前記第１電圧と前記所定電圧との和の電圧から所定範囲内のときには前記バックアップ電源装置は正常であると判定し、前記第２電圧が前記所定範囲外のときには前記バックアップ電源装置に異常が生じていると判定する異常判定手段、
を備えることを特徴とする。

この本発明の電動車両では、走行用の動力を入出力する電動機と、駆動用バッテリからの電力を変換して電動機に供給する電力変換装置と、車両の衝突が検知されたときに電力変換装置が有する平滑コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるよう電力変換装置を制御する放電制御手段と、を備える。また、本発明の電動車両は、平滑コンデンサが接続された電力母線から電力の供給を受けて放電制御手段に電力を供給可能なバックアップ電源装置と、バックアップ電源装置の異常を判定する異常判定装置と、を備える。異常判定装置は、まず、バックアップ電源装置が作動していないときに放電制御手段に供給されている電圧を第１電圧として検出する。続いて、この第１電圧より所定電圧だけ高い電圧がバックアップ電源装置から放電制御手段に供給されるようにバックアップ電源装置が作動しているときに放電制御手段に供給されている電圧を第２電圧として検出する。そして、第２電圧が第１電圧と所定電圧との和の電圧から所定範囲内のときにはバックアップ電源装置は正常であると判定し、第２電圧が前記所定範囲外のときにはバックアップ電源装置に異常が生じていると判定する。このように、車両の衝突が検出されていない通常時に、バックアップ電源装置の異常判定を行なうことができる。

本発明の一実施例としての電動車両２０の構成の概略を示す構成図である。 バックアップ電源装置６０の構成の概略を示す構成図である。 ＭＧＥＣＵ５２により実行される異常判定処理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動車両２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電動車両２０は、駆動用バッテリ２２と、補機用バッテリ３２と、昇圧コンバータ４４と、インバータ５０と、モータＭＧと、モータ用電子制御ユニット(以下、ＭＧＥＣＵという）５２と、バックアップ電源装置６０と、衝突検知部５４と、を備える。衝突検知部５４は、例えば、加速度センサ等によって車両の衝突を検知するものを用いることができる。衝突検知部５４は、車両の衝突を検知すると、衝突検知信号を出力する。

駆動用バッテリ２２は、例えばリチウムイオン電池セルを直列および並列に接続して定格出力が比較的高い１００Ｖ〜３００Ｖ程度の組電池として構成されている。駆動用バッテリ２２の端子に接続された電力ラインにはシステムメインリレー２４が取り付けられており、システムメインリレー２４をオフとすることより駆動用バッテリ２２を切り離すことができるようになっている。システムメインリレー２４は、衝突検知部５４からの衝突検知信号によりオフされる。

補機用バッテリ３２は、例えば定格出力が１２Ｖ程度の鉛蓄電池として構成されている。補機用バッテリ３２の端子に接続された電力ラインにはリレー３４が取り付けられており、リレー３４をオフとすることにより補機用バッテリ３２を切り離すことができるようになっている。

モータＭＧは、例えば同期型の三相交流電動機として構成されている。モータＭＧには、駆動用バッテリ２２の直流電力が昇圧コンバータ４４およびインバータ５０によって三相交流電力に変換されて供給される。昇圧コンバータ４４は、例えば、リアクトルと二つのスイッチング素子により構成されており、駆動用バッテリ２２からの直流電力を昇圧する。インバータ５０は、図示しない６個のスイッチング素子と６個のダイオードとによって構成された周知のインバータ回路であり、昇圧コンバータ４４により昇圧された直流電力を三相交流電力に変換してモータＭＧの三相コイルに供給する。昇圧コンバータ４４とインバータ５０とを接続する電力母線（正極母線４６ａ，負極母線４６ｂ）には、平滑用のコンデンサ４８が接続されている。また、駆動用バッテリ２２と昇圧コンバータ４４との間には、平滑用のコンデンサ４２が取り付けられている。昇圧コンバータ４４とインバータ５０と平滑用の２つのコンデンサ４２，４８は、駆動用バッテリ３２の直流電力を三相交流電力に変換してモータＭＧに供給する電力変換装置として機能する。

ＭＧＥＣＵ５２は、図示しないがＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵの他にＲＯＭやＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートなどを備える。ＭＧＥＣＵ５２は、補機用バッテリ３２からの直流電力が供給されて動作する。なお、補機用バッテリ３２とＭＧＥＣＵ５２との間には、補機用バッテリ３２からＭＧＥＣＵ５２の方向を順方向とするダイオード３６が取り付けられている。ＭＧＥＣＵ５２には、モータＭＧ１を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。また、ＭＧＥＣＵ５２からは、昇圧コンバータ４４やインバータ５０の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、ＭＧＥＣＵ５２の補機用バッテリ３２からの電力の入力端子近傍には、入力電圧Ｖａを検出する電圧センサ３８が取り付けられており、電圧センサ３８からの入力電圧Ｖａは、ＭＧＥＣＵ５２の入力ポートを介してＭＧＥＣＵ５２に入力されている。さらに、ＭＧＥＣＵ５２には、衝突検知部５４からの衝突検知信号が入力ポートを介して入力されている。ＭＧＥＣＵ５２は、衝突検知信号を入力すると、コンデンサ４８に蓄えられた電荷がモータＭＧに放電されるようにインバータ５０の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御する放電制御部として機能する。放電制御は、具体的には、インバータ５０のスイッチング素子をスイッチング制御してモータＭＧにｄ軸電流を流し、モータＭＧからトルクを出力しないようにして電力消費することにより行なわれる。

バックアップ電源装置６０は、昇圧コンバータ４４とインバータ５０との間の正極母線４６ａに接続されていると共に、ＭＧＥＣＵ５２とダイオード３６との間の電力ラインに接続されており、正極母線４６ａからの電力を降圧してＭＧＥＣＵ５２に供給する。バックアップ電源装置６０は、衝突検知部５４からの衝突検知信号が入力されていない通常時には作動せず、衝突検知部５４からの衝突検知信号が入力されると起動して作動する。バックアップ電源装置６０は、昇圧コンバータ４４やインバータ５０，２つの平滑用のコンデンサ４２，４８，ＭＧＥＣＵ５２などと共に筐体４０に収納されている。この筐体４０に収納されたユニットをパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）と称する。

図２は、バックアップ電源装置６０の構成の概略を示す構成図である。バックアップ電源装置６０は、正極母線４６ａに接続された電源回路６２と、電源回路６２から電力供給を受ける制御回路６４と、を備える。電源回路６２は、制御回路６４に安定した電圧を供給するものであり、例えば、ツェナーダイオードにより構成したりＤＣ／ＤＣコンバータにより構成することができる。制御回路６４には、衝突検知部５４により衝突が検知されたときに出力される制御信号が入力されている。また、バックアップ電源装置６０は、正極母線４６ａに一次コイルの正極側の端子が接続されると共に二次コイルの正極側の端子がＭＧＥＣＵ５２に接続されたトランスＳ１と、トランスＳ１の一次コイルの負極側の端子と負極母線４６ｂとの間に取り付けられたスイッチング素子（トランジスタ）Ｔ１と、を備える。スイッチング素子Ｔ１は、制御回路６４からの信号によりオンオフする。トランスＳ１の二次コイルの負極側の端子は接地されており、二次コイルの両端子間にはコンデンサＣ１が取り付けられている。また、二次コイルの正極側の端子とコンデンサＣ１との間には、二次コイルからＭＧＥＣＵ５２の方向を順方向とするダイオードＤ１が取り付けられている。

バックアップ電源装置６０は、トランスＳ１の一次コイルを一次コイルとすると共に二次コイルの正極側の端子が制御回路６４に接続されたトランスＳ２を備える。トランスＳ２の二次コイルの負極側の端子は負極母線４６ｂに接続されており、この二次コイルの両端子間にはコンデンサＣ２が取り付けられている。また、この二次コイルの正極側の端子とコンデンサＣ２との間には、二次コイルから制御回路６４の方向を順方向とするダイオードＤ２が取り付けられている。

バックアップ電源装置６０の制御回路６４は、トランスＳ１の二次コイルの正極側の電圧に対して目標電圧が設定されると、目標電圧に対応する比較電圧を設定し、トランスＳ２の正極側から入力される電圧と比較電圧とを比較することによりスイッチング素子Ｔ１をオンオフし、トランスＳ１の二次コイルの正極側の電圧を目標電圧とする。

こうして構成された電動車両２０では、バックアップ電源装置６０が正常に機能するか否かの判定を行なっている。図３は、ＭＧＥＣＵ５２により実行されるバックアップ電源装置６０の異常を判定するための異常判定処理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、所定条件が成立したとき（例えば、電動車両２０のシステム起動がされて走行が開始されてから所定時間経過したときなど）に実行される。

異常判定処理ルーチンが実行されると、ＭＧＥＣＵ５２は、まず、電圧センサ３８からの入力電圧Ｖａを入力して電圧Ｖａ（１）として記憶する処理を実行する（ステップＳ１００）。続いて、電圧Ｖａ（１）が正常範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この判定は、例えば、補機用バッテリ３２の出力電圧の正常範囲にあるか否かの判定により行なうことができる。電圧Ｖａ（１）が正常範囲外のときには、バックアップ電源装置６０の異常判定を行なうことができない状態になると判断し、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１１０で電圧Ｖａ（１）が正常範囲内であると判定されると、バックアップ電源装置６０を起動し（ステップＳ１２０）、バックアップ電源装置６０の出力電圧の目標電圧Ｖａ＊として電圧Ｖａ（１）に所定電圧Ｖｓｅｔを加えた電圧を設定し（ステップＳ１３０）、所定時間が経過するのを待つ（ステップＳ１４０）。ここで、所定電圧Ｖｓｅｔは、バックアップ電源装置６０の起動を確認するのに必要な電圧であり、目標電圧Ｖａ＊が電圧Ｖａ（１）に加えられたときでもＭＧＥＣＵ５２に印加される電圧として許容される許容電圧以下となる電圧が用いられ、例えば２Ｖや３Ｖなどを用いることができる。このように目標電圧Ｖａ＊が設定されると、トランスＳ１の二次コイルの正極側の端子の電圧が目標電圧Ｖａ＊となるように制御回路６４によりスイッチング素子Ｔ１がスイッチング制御される。所定時間経過するのを待つのは、バックアップ電源装置６０の出力電圧が目標電圧Ｖａ＊に落ち着くのを待つためである。したがって、所定時間は、バックアップ電源装置６０の出力電圧が目標電圧Ｖａ＊に落ち着くのに要する時間より若干長い時間として定めることができる。

目標電圧Ｖａ＊を設定して所定時間経過すると、電圧センサ３８からの入力電圧Ｖａを入力して電圧Ｖａ（２）として記憶し（ステップＳ１５０）、電圧Ｖａ（２）が正常範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１６０）。この判定は、電圧Ｖａ（２）が目標電圧Ｖａ＊（電圧Ｖａ（１）＋所定電圧Ｖｓｅｔ）から許容範囲内になるか否かを判定することにより行なうことができる。電圧Ｖａ（２）が正常範囲内のときには、バックアップ電源装置６０は正常に機能すると正常判定を行ない（ステップＳ１７０）、バックアップ電源装置６０の作動を停止して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。電圧Ｖａ（２）が正常範囲外のときには、バックアップ電源装置６０に異常が生じていると異常判定を行ない（ステップＳ１８０）、バックアップ電源装置６０の作動を停止して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。

バックアップ電源装置６０に異常が生じているか否かの判定手法として、ダイオードＤ２のアノード側電圧をモニタし、その電圧が閾値内にあるときに正常判定するものもあるが、この場合、バックアップ電源装置６０のコンデンサＣ１やダイオードＤ１、トランスＳ１に回路故障が生じていても異常判定することができない。実施例の電動車両２０では、バックアップ電源装置６０のコンデンサＣ１やダイオードＤ１，トランスＳ１に回路故障が生じているときには、電圧Ｖａ（２）が正常範囲内にならないため、バックアップ電源装置６０に異常が生じていると判定することができる。

以上説明した実施例の電動車両２０によれば、バックアップ電源装置６０が作動していないときのＭＧＥＣＵ５２の入力電圧Ｖａを検出して電圧Ｖａ（１）として記憶し、電圧Ｖａ（１）に所定電圧Ｖｓｅｔを加えた電圧を目標電圧Ｖａ＊としてバックアップ電源装置６０を作動させてＭＧＥＣＵ５２の入力電圧Ｖａを検出して電圧Ｖａ（２）として記憶し、電圧Ｖａ（２）が正常範囲内であるか否かにより、バックアップ電源装置６０に異常が生じているか否かを判定することができる。したがって、衝突検知部５４により車両の衝突が検出されていない通常時でも、バックアップ電源装置６０に異常が生じているか否かの判定を行なうことができる。

実施例の電動車両２０では、放電制御として、インバータ５０のスイッチング素子をスイッチング制御してモータＭＧにｄ軸電流を流し、モータＭＧからトルクを出力しないようにして電力消費するものとしたが、昇圧コンバータ４４のスイッチング素子をスイッチング制御して昇圧コンバータ４４で電力消費するものとしてもよい。

実施例の電動車両２０では、昇圧コンバータ４４を備えるものとしたが、これを備えないものとしてもよい。

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、電動車両の製造産業などに利用可能である。

２０ 電動車両、２２ 駆動用バッテリ、２４ システムメインリレー、３２ 補機用バッテリ、３４ リレー、３６ ダイオード、３８ 電圧センサ、４０ 筐体、４２ コンデンサ、４４ 昇圧コンバータ、４６ａ 正極母線、４６ｂ 負極母線、４８ コンデンサ、５０ インバータ、５２ モータ用電子制御ユニット（ＭＧＥＣＵ）、５４ 衝突検知部、６０ バックアップ電源装置、６２ 電源回路、６４ 制御回路、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｓ１，Ｓ２ トランス、Ｔ１ スイッチング素子、ＭＧ モータ。

Claims (1)

1. 駆動用バッテリと、
   補機用バッテリと、
   走行用の動力を入出力する電動機と、
   平滑コンデンサを有し、前記駆動用バッテリからの電力を変換して前記電動機に供給する電力変換装置と、
   前記補機用バッテリからの電力の供給を受け、車両の衝突が検知されたときに前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるよう前記電力変換装置を制御する放電制御手段と、
   前記平滑コンデンサが接続された電力母線から電力の供給を受けて前記放電制御手段に電力を供給可能なバックアップ電源装置と、
   を備える電動車両において、
   前記バックアップ電源装置が作動していないときに前記放電制御手段に供給されている電圧を第１電圧として検出し、前記第１電圧より所定電圧だけ高い電圧が前記バックアップ電源装置から前記放電制御手段に供給されるように前記バックアップ電源装置が作動しているときに前記放電制御手段に供給されている電圧を第２電圧として検出し、前記第２電圧が前記第１電圧と前記所定電圧との和の電圧から所定範囲内のときには前記バックアップ電源装置は正常であると判定し、前記第２電圧が前記所定範囲外のときには前記バックアップ電源装置に異常が生じていると判定する異常判定手段、
   を備えることを特徴とする電動車両。

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