JP6428735B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本明細書は、高電圧電源の電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換装置を開示する。

電気自動車は、高電圧電源の電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換装置を備える。電力変換装置は、高電圧電源から供給される電流（電圧）を平滑化する平滑化コンデンサを備えている。高電圧電源の出力電圧は１００ボルト以上であり、その電圧が平滑化コンデンサに印加される。車両が衝突した際、高電圧を維持した平滑化コンデンサが放置されているのは好ましくない。そこで、電力変換装置は、車両が衝突したときに平滑化コンデンサを速やかに放電する放電回路も備えている。たとえば、特許文献１、２に、放電回路を備えた電力変換装置が開示されている。電気自動車は、電子デバイスへの電力供給用として、出力電圧が高電圧電源よりも低いサブ電源を備えており、電力変換装置の内部の制御器も、サブ電源から電力供給を受けて動作する。衝突時にサブ電源からの電力供給が途絶えると、電力変換装置の制御器が停止し、放電回路を起動できなくなるおそれがある。そこで、特許文献１の電力変換装置はバックアップ電源を備えている。

なお、本明細書における電気自動車には、走行用のモータとエンジンの双方を含むハイブリッド車、及び、燃料電池を搭載した電気自動車が含まれる。

特開２０１１−２５９５１７号公報 特開２０１６−１０３４４５号公報

電力変換装置にバックアップ電源を備えると、電力変換装置が大型化してしまう。そこで、電力変換装置の制御器とサブ電源を主電力線のほかに予備電力線で接続し、主電力線からの電力供給が途絶えても予備電力線を使って制御器への供給電力を確保することが考えられる。なお、主電力線は、複数の他の装置へ電力を供給する共通電力線であり、車内に広く配策されているため、衝突時に断線し易い。また、主電力線は、車両のメインスイッチがオフされたときに主電力線を遮断するスイッチが挿入されている。そのスイッチは別の制御装置によって制御されるため、別の制御装置が衝突時に破損すると、スイッチが開き、主電力線も断線する。

主電力線の他に予備電力線でサブ電源と電力変換装置を接続する場合、次の課題がある。通常時には、車両のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がオフされたときに電力変換装置の制御器とサブ電源の間を遮断するため、予備電力線にもスイッチが必要となる。そのスイッチは、電力変換装置の制御器によって制御されるべきである。電力変換装置の外部の装置によってそのスイッチを制御する構成では、衝突時に外部の装置が故障するとスイッチを制御できなくなってしまうからである。しかし、衝突時に主電力線に接続されている別の装置が短絡すると、その別の装置のヒューズが切れるまで、サブ電源の出力電圧が一時的に低下する。そうすると、電力変換装置の制御器へ供給される電力電圧が低下し、制御器が一瞬停止する。主電力線のスイッチを制御する別の制御装置が停止してしまうと、主電力線のスイッチが切れ、主電力線は使えなくなる。一方、制御器が停止すると予備電力線のスイッチが切れて予備電力線による電力供給も途絶えてしまう。別の装置のヒューズが切れてサブ電源の出力電圧が復帰しても、予備電力線のスイッチが切れたままだと、制御器が復帰できない。本明細書が開示する技術は、上記の課題を解決する。

本明細書が開示する電力変換装置は、制御器が一時的に停止しても、予備電力線のスイッチが切れないようにそのスイッチの状態を保持するコンデンサ（電圧保持コンデンサ）を備える。制御器が一時的に停止しても予備電力線の導通状態が保持されるため、サブ電源の電圧が回復すれば、制御器は復帰できる。衝突後に一時的に制御器が停止してもすぐに復帰できるので、放電回路を作動させることができる。

本明細書が開示する電力変換装置の一態様は、平滑化コンデンサと放電回路と制御器と第１スイッチと第２スイッチと電圧保持コンデンサを備えている。平滑化コンデンサは、高電圧電源から供給される電流を平滑化するために備えられている。放電回路は、平滑化コンデンサを放電する回路である。制御器は、出力電圧が高電圧電源よりも低いサブ電源から電力供給を受けて放電回路を制御する。具体的には、制御器は、車両が衝突したことを示す信号（あるいは放電指令）を外部のデバイスから受けると、放電回路を起動し、平滑化コンデンサを放電する。制御器は、主電力線と予備電力線の２本の電力線でサブ電源と接続されている。電圧保持コンデンサは、制御器からの制御電圧の供給が停止したときに所定の間第１スイッチの制御電圧入力端の電圧を閾値電圧以上に保持する容量を有している。主電力線は、複数の他の装置に電力を供給する電力線であり、その途中に、別の装置によって導通と遮断が制御される外部スイッチが挿入されている。

第１スイッチと第２スイッチは、制御器によって制御される。第１スイッチは、予備電力線の途中に挿入されている。第１スイッチは、制御器から閾値電圧を超える制御電圧が制御電圧入力端に印加されると制御器をサブ電源に接続し、制御電圧が閾値電圧を下回ると制御器をサブ電源から切り離すノーマルオープン型である。電圧保持コンデンサは、第１スイッチの制御電圧入力端と電力変換装置のグランドとの間に接続されている。電圧保持コンデンサが充電されている間は、第１スイッチによる制御器とサブ電源の接続が保持される。第２スイッチは、第１スイッチの制御電圧入力端とグランドとの間に接続されており、閉じられると（導通すると）電圧保持コンデンサを放電する。

上記の電力変換装置は、制御器が主電力線と予備電力線でサブ電源に接続されているので、主電力線が断線しても制御器は電力供給を受けられる。また、電圧保持コンデンサを備えることによって、予備電力線の電圧が低下して制御器が一時的に停止しても、サブ電源と制御器の接続を保持できる。それゆえ、サブ電源の出力電圧が回復すると、制御器が直ちに復帰できる。第２スイッチは、平時にメインスイッチ（イグニッションスイッチ）のオフに応答して予備電力線を遮断するために設けられている。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電力変換装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である。 サブバッテリの電力系統と、電力変換装置内の電力供給回路を示す図である。 通常時のモータ制御器の起動と停止のシーケンスを示すタイムチャートである。 衝突時にサブバッテリの出力電圧の一時低下によってモータ制御器が停止した後、モータ制御器が復帰するまでのシーケンスを示すタイムチャートである。

図面を参照して実施例の電力変換装置１０を説明する。図１に、電力変換装置１０を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。電気自動車１００は、走行用のモータ５によって走行する。電力変換装置１０は、メインバッテリ３の直流電力をモータ５の駆動電力に変換するデバイスである。メインバッテリ３と電力変換装置１０は、システムメインリレー４を介して接続されている。システムメインリレー４は、車両全体を統括するＨＶ制御器８によって制御される。ＨＶ制御器８は、車両のメインスイッチ８１（イグニッションスイッチ）がオンされると、システムメインリレー４を閉じる。ＨＶ制御器８は、メインスイッチ８１がオフされると、システムメインリレー４を開く。メインスイッチ８１がオフされると、電力変換装置１０は、高電圧のメインバッテリ３から遮断される。メインバッテリ３は、例えば、リチウムイオンバッテリである。

電力変換装置１０は、電圧コンバータ３０、インバータ３３、モータ制御器３４を備えている。電圧コンバータ３０は、いわゆる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、メインバッテリ３の電圧を昇圧してインバータ３３に供給する昇圧機能と、インバータ３３から送られてくる直流電力を降圧してメインバッテリ３へ供給する降圧機能を有する。なお、「インバータ３３から送られてくる直流電力」とは、運転者がブレーキを踏んだ時に車両の運動エネルギでモータ５が発電する回生電力である。モータ５が発電した回生電力は、インバータ３３が交流電力から直流電力に変換して電圧コンバータ３０へ送る。

モータ制御器３４は、電圧コンバータ３０とインバータ３３と放電回路３２を制御する。通常時、モータ制御器３４は、車両全体を統括する上位のＨＶ制御器８からの指令を受け、電圧コンバータ３０とインバータ３３を制御する。具体的には、ＨＶ制御器８は、アクセルペダル開度から車両の目標出力を決め、その目標出力をモータ制御器３４に送る。モータ制御器３４は、目標出力が実現されるように、電圧コンバータ３０とインバータ３３を制御する。モータ制御器３４は、電源回路３５、プロセッサ３６、メモリ３７などで構成される。モータ制御器３４は、サブバッテリ６から電力供給を受けて動作する。電源回路３５は、サブバッテリ６の電圧（例えば１２ボルト）を、プロセッサ３６やメモリ３７の駆動電圧（例えば５ボルト）に変換するＤＣ−ＤＣコンバータである。メモリ３７には、モータ５を制御するためのプログラムや、後述する放電回路３２を制御するためのプログラムが格納されている。プロセッサ３６は、メモリ３７からプログラムを読み出し、プログラムに従ってモータ５や放電回路３２を制御する。

電圧コンバータ３０とインバータ３３の間には平滑化コンデンサ３１が並列に接続されている。平滑化コンデンサ３１は、電圧コンバータ３０とインバータ３３の間に流れる電流（電圧）の脈動を抑制するために備えられている。メインバッテリ３の出力電圧は１００ボルト以上であり、走行中、平滑化コンデンサ３１には常に１００ボルト以上の電圧が印加されている。それゆえ、電力変換装置１０は、車両が衝突したときに平滑化コンデンサ３１を放電する放電回路３２を備えている。放電回路３２は、放電抵抗３２１とスイッチ３２２の直列接続であり、その直列接続回路が、平滑化コンデンサ３１に並列に接続されている。エアバッグ制御器９は、加速度センサ９１により車両が衝突したことを検知すると、その旨をＨＶ制御器８に通知するとともに、電力変換装置１０のモータ制御器３４へ放電指令を送信する。モータ制御器３４は、放電指令に応答して、放電回路３２のスイッチ３２２を閉じ、放電抵抗３２１を平滑化コンデンサ３１に接続し、平滑化コンデンサ３１を放電する。

電力変換装置１０のモータ制御器３４、ＨＶ制御器８、及び、エアバッグ制御器９は、サブバッテリ６の電力で動作する。サブバッテリ６の出力電圧は、メインバッテリ３の出力電圧よりも低く、例えば１２ボルトである。サブバッテリ６には他にも多くの装置（例えばランプ４４）なども接続されている。なお、電力変換装置１０とサブバッテリ６は、主電力線と予備電力線の２本の電力線で接続されているが、図１では単純にサブバッテリ６と電力変換装置１０を１本の線でつないである。また、サブバッテリ６と各負荷装置を接続する電力線には過電流防止のヒューズが設けられているが、それらのヒューズも図示を省略してある。サブバッテリ６と他のデバイスとの接続構造については図２を用いて後に説明する。

先に述べたように、電力変換装置１０は、車両が衝突したとき、エアバッグ制御器９から放電指令を受け、平滑化コンデンサ３１を放電する。しかし、サブバッテリ６から多くのデバイスに電力を供給する電力線（後述する主電力線７）は、車内に広く配策されており、車両の衝突と同時に切断してしまうおそれがある。サブバッテリ６から電力変換装置１０（モータ制御器３４）への電力供給が途絶えると、平滑化コンデンサ３１を放電できない。あるいは、車両が衝突したとき、例えばランプ４４が破壊されて短絡すると、サブバッテリ６の出力電圧が低下する。図１では図示を省略しているが、サブバッテリ６とランプ４４を結ぶ電力線にはヒューズが接続されており、ランプ４４が短絡すると短時間でヒューズが切れ、電力線はランプ４４から遮断され、電圧は回復する。しかし、一時的な電圧降下により電力変換装置１０のモータ制御器３４が停止してしまい、電圧復旧時に再起動しないと、平滑化コンデンサ３１を放電できない。そこで、電力変換装置１０は、衝突時にサブバッテリ６からの電力供給が途絶えないように、２本の電力線（後述する主電力線７と予備電力線５０）でサブバッテリ６と接続されている。次に、サブバッテリ６から電力変換装置１０（モータ制御器３４）への電力供給ルートについて詳しく説明する。

図２は、サブバッテリ６の電力系統と、電力変換装置１０の内部の電力供給回路のブロック図である。図２では、電力変換装置１０に備えられている電圧コンバータ３０、インバータ３３、平滑化コンデンサ３１、放電回路３２については図示を省略した。

サブバッテリ６と電力変換装置１０のモータ制御器３４とは、主電力線７と予備電力線５０の２本の電力線で接続されている。なお、主電力線７は、車内に広く配策されており、ランプ４４、その他、多数の負荷装置が接続されている。予備電力線５０は、サブバッテリ６とモータ制御器３４を一対一で接続する専用線である。また、ＨＶ制御器８は、別の電力線でサブバッテリ６と直接に接続されている。その別の電力線の途中には、ヒューズ４１ｂが挿入されている。予備電力線５０の途中にもヒューズ４１ｃが挿入されている。

主電力線７の途中には、ヒューズ４１ａとＩＧＣＴリレー４３が接続されている。ヒューズ４１ａは、他のヒューズ４１ｂ−４１ｄよりも容量が大きい。ＩＧＣＴリレー４３は、車両全体を統括するＨＶ制御器８によって制御される。ＨＶ制御器８は、車両のメインスイッチ８１（図１参照）がオンされると、先に述べたシステムメインリレー４とともに、ＩＧＣＴリレー４３を閉じる。ＩＧＣＴリレー４３が閉じると、主電力線７にサブバッテリ６の電力が流れる。ＩＧＣＴリレー４３が閉じると、電力変換装置１０のモータ制御器３４や、ランプ４４に電力が供給される。なお、詳しくは後述するが、メインスイッチ８１がオフされている間、予備電力線５０の途中に挿入されている予備線スイッチ５１も開いており、電力変換装置１０はサブバッテリ６から遮断される。

図２に示されているように、予備電力線５０の途中に挿入されている予備線スイッチ５１は、電力変換装置１０の筐体内に配置されている。詳しくは後述するが、予備線スイッチ５１は、モータ制御器３４によって制御される。サブバッテリ６とモータ制御器３４は、主電力線７と予備電力線５０の２本の電力線で接続されている。主電力線７の途中には、電力変換装置１０の外部のデバイスであるＨＶ制御器８によって、導通と遮断が制御されるスイッチ（ＩＧＣＴリレー４３）が挿入されている。予備電力線５０の途中には、モータ制御器３４によって導通と遮断が制御される予備線スイッチ５１が挿入されている。予備電力線５０の途中には、ヒューズ４１ｃも挿入されている。

電力変換装置１０の内部の電力供給系の回路について接続する。主電力線７は、電力変換装置１０のモータ制御器３４の電源回路３５に接続されている。先に述べたように、電源回路３５は、サブバッテリ６の電圧を、モータ制御器３４のプロセッサ３６やメモリ３７の駆動電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータである。主電力線７の途中には、逆流防止用のダイオード１５が接続されている。主電力線７とグランド９０の間には、２個の抵抗素子１３、１４が直列に接続されている。抵抗素子１３、１４の中点は、モータ制御器３４のＴ１端子に接続されている。即ち、Ｔ１端子には、抵抗素子１３、１４で分圧された主電力線７の電圧が印加される。Ｔ１端子は、主電力線７の電圧が正常範囲か否かをモニタするための端子である。また、主電力線７とグランド９０の間には、ノイズ除去用のコンデンサ１２が接続されている。

予備電力線５０について説明する。予備電力線５０の途中に、トランジスタ１９が接続されている。トランジスタ１９は、ｐチャネル型電界効果トランジスタであり、ゲート電圧がゲート閾値電圧を下回ると、ソースＳからドレインＤへ電流が流れる。ゲート電圧がゲート閾値電圧を上回ると、ソースＳからドレインＤへ電流が流れなくなる。トランジスタ１９のソースＳとゲートＧは、抵抗素子１８を介して接続されている。また、ゲートＧには、抵抗素子２０を介してトランジスタ２１のドレインＤが接続されている。トランジスタ２１のソースＳはグランド９０が接続されている。トランジスタ２１のソースとゲートは、抵抗素子２２を介して接続されている。トランジスタ２１は、ｎチャネル型電界効果トランジスタであり、ゲート電圧がゲート閾値電圧を上回ると、ドレインＤからソースＳへ電流が流れる。ゲート電圧がゲート閾値電圧を下回ると、ドレインＤからソースＳへ電流が流れなくなる。トランジスタ２１のゲートＧは、抵抗素子２６と、逆流防止用のダイオード２７を介してモータ制御器３４のＴ３端子に接続している。モータ制御器３４は、Ｔ３端子を通じて、トランジスタ２１（及びトランジスタ１９）を制御する。トランジスタ２１のゲートとグランド９０の間に、コンデンサ２３が接続されている。

予備電力線５０とグランド９０の間には、２個の抵抗素子２４、２５が直列に接続されており、その中点が、モータ制御器３４のＴ２端子に接続されている。Ｔ２端子には、抵抗素子２４、２５で分圧された予備電力線５０の電圧が印加される。Ｔ２端子は、予備電力線５０の電圧が正常範囲か否かをモニタするための端子である。予備電力線５０の途中に接続されているダイオード１６は、逆流防止用のダイオードである。また、予備電力線５０とグランド９０の間に接続されているダイオード１７は回路保護のためのダイオードである。

以上の回路構成の動作を説明する。当初、モータ制御器３４のＴ３端子の電圧は、ゲート閾値電圧よりも低いＬＯＷレベルに設定されている。そうすると、トランジスタ２１のゲートＧがＬＯＷレベルに保持され、トランジスタ２１のドレイン／ソースの間が遮断される。トランジスタ２１が遮断されると、トランジスタ１９のゲートＧがサブバッテリ６の電位に保持される。トランジスタ１９は、ｐチャネル型電界効果トランジスタであるから、ゲートＧがＨＩＧＨレベルのとき、ソース／ドレインの間が遮断される。

モータ制御器３４がＴ３端子の電圧をゲート閾値電圧を上回るＨＩＧＨレベルに引き上げると、トランジスタ２１のゲートＧがＨＩＧＨレベルとなり、トランジスタ２１のドレイン／ソース間が導通する。そうすると、トランジスタ１９のゲートＧがグランド９０と導通し、その電位がグランドレベル（即ち、ゲート閾値電圧を下回るＬＯＷレベル）に下がる。ゲートＧがＬＯＷレベルに下がると、トランジスタ１９のソース／ドレイン間が導通する。即ち、サブバッテリ６とモータ制御器３４の間が導通する。モータ制御器３４は、予備電力線５０を介してもサブバッテリ６から電力供給を受けることができる。

図２の破線５１の回路が一つのスイッチを構成する。そのスイッチを、予備線スイッチ５１と称する。予備線スイッチ５１の動作をまとめると、次の通りである。予備線スイッチ５１は、予備電力線５０の導通と遮断を切り換える。トランジスタ２１のゲートＧが、予備線スイッチ５１の制御電圧入力端５１ａに相当する。モータ制御器３４は、Ｔ３端子を介して、予備線スイッチ５１の制御電圧入力端５１ａに印加する電圧を制御する。モータ制御器３４からゲート閾値電圧を超える制御電圧が制御電圧入力端５１ａに印加されると予備線スイッチ５１はモータ制御器３４をサブバッテリ６に接続する。制御電圧がゲート閾値電圧を下回ると、予備線スイッチ５１は、モータ制御器３４をサブバッテリ６から切り離す。予備線スイッチ５１は、いわゆるノーマルオープン型である。

予備線スイッチ５１の制御電圧入力端５１ａ（トランジスタ２１のゲートＧ）とグランド９０の間には、コンデンサ２３が接続されている。このコンデンサ２３は、Ｔ３端子の電圧レベルがＨＩＧＨレベルになった後、ＬＯＷレベルに下がってもゲートＧの電圧をＨＩＧＨレベルに保持する。なお、制御電圧入力端５１ａとＴ３端子の間には、逆流防止用のダイオード２７が接続されているため、制御電圧入力端５１ａからＴ３端子へ向けては電流は流れない。

予備線スイッチ５１の制御電圧入力端５１ａには、トランジスタ２８を介してモータ制御器３４のＴ４端子が接続されている。モータ制御器３４がＴ４端子の電圧レベルをＨＩＧＨレベルに上げると、トランジスタ２８のコレクタ／エミッタ間が導通する。その結果、予備線スイッチ５１の制御電圧入力端５１ａがグランド９０と導通し、コンデンサ２３が放電する。コンデンサ２３が放電すると、予備線スイッチ５１の制御電圧入力端５１ａの電圧がゲート閾値電圧を下回り、予備線スイッチ５１が開き、予備電力線５０が遮断する。トランジスタ２８は、コンデンサ２３を放電して予備線スイッチ５１を開くためのスイッチに相当する。トランジスタ２８のゲートとグランド９０の間に接続されている抵抗素子２９は、ノイズ防止用である。

図２の電力供給系の回路の利点を説明する。モータ制御器３４は、主電力線７と予備電力線５０の２本の電力線でサブバッテリ６と接続されている。例えば、車両が衝突したとき、ＨＶ制御器８がダメージを受けて故障すると、ＩＧＣＴリレー４３が開かれ、主電力線７が遮断される。あるいは、車内に広く配策されている主電力線７は、衝突の衝撃で断線するおそれもある。衝突の衝撃で主電力線７から電力変換装置１０への電力供給がストップする可能性がある。

主電力線７が遮断されても、サブバッテリ６とモータ制御器３４は、予備電力線５０で接続されている。しかし、サブバッテリ６と接続している別の負荷装置（例えばランプ４４）が短絡すると、予備電力線５０の電圧（即ち、サブバッテリ６の出力電圧）が低下する。ランプ４４が短絡して過電流が流れるとヒューズ４１ｄが切れてランプ４４がサブバッテリ６から切り離される。短絡したランプ４４がサブバッテリ６から切り離されると、サブバッテリ６の出力電圧が回復するので、モータ制御器３４への電力供給も回復する。ところが、モータ制御器３４への電力供給が一時的にでも低下すると、モータ制御器３４が停止し、Ｔ３端子の電圧が下がる。Ｔ３端子の電圧が下がり、予備線スイッチ５１の制御電圧入力端５１ａの電圧（制御電圧）がゲート閾値電圧を下回ると、予備線スイッチ５１が開き、サブバッテリ６とモータ制御器３４の間が遮断される。そうすると、サブバッテリ６の出力電圧が回復してもモータ制御器３４へ電力が供給されず、モータ制御器３４は復帰できなくなる。

しかし、電力変換装置１０は、予備線スイッチ５１の制御電圧入力端５１ａの電圧を保持する電圧保持コンデンサ（コンデンサ２３）を備えている。電圧保持コンデンサ（コンデンサ２３）のおかげで、モータ制御器３４が一時的に停止しても、予備線スイッチ５１は導通状態を保持する。それゆえ、予備電力線５０を通じた電力供給が途絶えることがない。従って、主電力線７による電力供給が途絶えるとともに、サブバッテリ６の出力電圧が一時的に降下しても、モータ制御器３４は一時的な停止から直ちに回復することができる。

図３を参照して、モータ制御器３４の起動と停止のシーケンスを説明する。なお、後に図４を参照して衝突時にモータ制御器３４が一時停止してから復帰するまでのシーケンスを説明する。

通常時、サブバッテリ６の電圧は常に１２ボルトである（図３の（ａ））。時刻ｔ１に運転者が車両のメインスイッチ８１をオンにする（ｂ）。メインスイッチに連動してＨＶ制御器８が起動する（ｃ）。時刻ｔ２にＨＶ制御器８がＩＧＣＴリレー４３を閉じるので、主電力線７が導通する（ｄ、ｅ）。主電力線７が導通し、主電力線７を介してモータ制御器３４に電力が供給されるので、時刻ｔ３にモータ制御器３４が起動する（ｆ）。モータ制御器３４は、起動後、予備線スイッチ５１の故障チェックなどを行ったのち、時刻ｔ４にＴ３端子の電圧をＨＩＧＨレベルに切り換える（ｇ）。Ｔ４端子の電圧をＨＩＧＨレベルに切り換えることは、予備線スイッチ５１を閉じる指令を出力することに相当する。図３の（Ａ）の期間は、モータ制御器３４の初期化に要する時間を確保するための待ち時間である。

時刻ｔ４にＴ３端子の電圧がＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに切り換わるので電圧保持コンデンサ（コンデンサ２３）の電圧が上昇する。時刻ｔ５に電圧保持コンデンサ（コンデンサ２３）の電圧が予備線スイッチ５１の閾値電圧Ｖｔｈ（トランジスタ２１のゲート閾値電圧）を上回り、予備線スイッチ５１が閉じる。予備線スイッチ５１が閉じると、予備電力線５０を通じてサブバッテリ６からモータ制御器３４への電力供給が開始される。時刻ｔ５以降、主電力線７と予備電力線５０の両方を通じて、サブバッテリ６からモータ制御器３４へ電力が供給される。

時刻ｔ６以降は、モータ制御器３４の停止シーケンスとなる。時刻ｔ６に運転者がメインスイッチ８１（図１参照）をオフする。時刻ｔ６の後、時刻ｔ７にモータ制御器３４は、Ｔ３端子の電圧をＨＩＧＨからＬＯＷに切り換え、次いで時刻ｔ８にＴ４端子の電圧をＬＯＷからＨＩＧＨへ切り換える。図３の（Ｂ）の期間は、他のデバイスの終了処理を行う時間を確保するための待ち時間である。図３の（Ｃ）の期間は、Ｔ３端子とＴ４端子が短絡しないための遅延時間である。

Ｔ３端子の電圧がＬＯＷレベルに切り換わり、Ｔ４端子の電圧がＨＩＧＨレベルに切り換わると、トランジスタ２８がオンし、電圧保持コンデンサ（コンデンサ２３）の放電が開始される。電圧保持コンデンサ（コンデンサ２３）の電圧が徐々に降下し、時刻ｔ９に閾値電圧Ｖｔｈを下回り、予備線スイッチ５１が開く。時刻ｔ９に予備線スイッチ５１が開き、予備電力線５０が遮断される。このとき、まだ、モータ制御器３４は、主電力線７を介してサブバッテリ６から電力供給を受けている。時刻ｔ１０にＨＶ制御器８がＩＧＣＴリレー４３を開くとともに動作を停止する。ＩＧＣＴリレー４３が開くので、主電力線７が遮断され、モータ制御器３４が停止する。

次に、図４を参照して、衝突時のモータ制御器の一時停止と復帰のシーケンスを説明する。時刻ｔ１から時刻ｔ５までは、図３のシーケンスと同じである。時刻ｔ１１に車両が衝突したとする。衝突の衝撃により、ＨＶ制御器８がダメージを受け、ＩＧＣＴリレー４３が開いてしまう（図４、（ｃ）、（ｄ））。ＩＧＣＴリレー４３が開くので、主電力線７が遮断される（ｅ）。同時に、ＨＶ制御器８で短絡が生じ、サブバッテリ６の出力電圧が下がる（ａ）。サブバッテリ６の出力電圧が下がるので、時刻ｔ１１にモータ制御器３４も停止する（ｆ）。モータ制御器３４が停止するので、Ｔ３端子の電圧もＬＯＷレベルに下がる（ｇ）。

時刻ｔ１２に短絡したＨＶ制御器８とサブバッテリ６の間のヒューズ４１ａが溶断し、短絡したＨＶ制御器８がサブバッテリ６から切り離される。その結果、時刻ｔ１２にサブバッテリ６の電圧が回復する（ａ）。時刻ｔ１１にサブバッテリ６の電圧が下がるので、モータ制御器３４が停止し、Ｔ３端子の電圧もＬＯＷレベルに下がる（ｇ）。しかし、予備線スイッチ５１の制御電圧入力端５１ａに接続されている電圧保持コンデンサ（コンデンサ２３）の電荷により、制御電圧入力端５１ａの電圧は、閾値電圧Ｖｔｈを上回った状態を維持する（ｉ）。図４のグラフ（ｉ）は、電圧保持コンデンサの電圧であるが、これは、予備線スイッチ５１の制御電圧入力端５１ａの電圧に等しい。電圧保持コンデンサの電荷により、時刻ｔ１３まで、制御電圧入力端５１ａの電圧（電圧保持コンデンサの電圧）は、閾値電圧Ｖｔｈを上回った状態を維持する。即ち、少なくとも時刻ｔ１３まで、予備線スイッチ５１は閉じた状態を維持する。先に述べたように、時刻ｔ１２にサブバッテリ６の電圧が回復する。時刻ｔ１２には、予備線スイッチ５１は閉じたままであるので、時刻ｔ１２以降、サブバッテリ６の電力は予備電力線５０を通じてモータ制御器３４に供給される。時刻ｔ１２にモータ制御器３４が再起動する。モータ制御器３４が再起動したのち、再起動時の時間遅延の後、モータ制御器３４は、時刻ｔ１３にＴ３端子の電圧をＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルへ切り換える。時刻ｔ１３以降は、Ｔ３端子から制御電圧入力端５１ａ（即ち電圧保持コンデンサ）へ電力が供給され、電圧保持コンデンサの電圧がＨＩＧＨレベルに維持される。なお、モータ制御器３４は、時刻ｔ１２に再起動し、時刻ｔ１３にＴ３端子の電圧をＨＩＧＨに引き上げる。時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の時間（Ｄ）は、再起動に伴う初期化処理に要する時間である。

図４で示したように、衝突時にサブバッテリ６の電圧が一時的に低下しても、予備線スイッチ５１の制御電圧入力端５１ａに接続された電圧保持コンデンサ（コンデンサ２３）により、予備線スイッチ５１が閉じた状態（即ち、サブバッテリ６とモータ制御器３４が接続された状態）が保持される。それゆえ、サブバッテリ６の電圧が回復すると直ちにモータ制御器３４が再起動する。モータ制御器３４は再起動すると、放電回路３２を駆動し、平滑化コンデンサ３１を放電する。

実施例の電力変換装置１０は、衝突時にサブバッテリ６の電圧が一時的に低下してモータ制御器３４が停止しても、サブバッテリ６の電圧回復とともにモータ制御器３４が再起動し、平滑化コンデンサ３１を放電することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。主電力線７は、車内に広く配策されており、多数の他の負荷装置が接続されている。一方、予備電力線５０は、サブバッテリ６と電力変換装置１０（モータ制御器３４）を一対一で接続する専用線である。それゆえ、予備電力線５０は、衝突時に遮断され難い。実施例の電力変換装置１０は、放電抵抗３２１とスイッチ３２２の直列接続の放電回路３２を備える。電力変換装置１０は、モータ５、インバータ３３、電圧コンバータ３０を放電回路として活用してもよい。

実施例のメインバッテリ３が請求項の「高電圧電源」の一例に相当する。高電圧電源は、燃料電池であってもよい。請求項のサブバッテリ６が請求項の「サブ電源」の一例に相当する。実施例のモータ制御器３４が請求項の「制御器」の一例に相当する。実施例の予備線スイッチ５１が、請求項の「第１スイッチ」の一例に相当する。第１スイッチはノーマルオープン型であればよく、実施例の予備線スイッチ５１の構造に限定されるものではない。実施例のトランジスタ２８が、請求項の「第２スイッチ」の一例に相当する。第２スイッチは、コンデンサ２３の高電位側とグランドを接続したり切り離したりするスイッチであり、トランジスタに限られない。実施例のコンデンサ２３が、請求項の「電圧保持コンデンサ」の一例に相当する。実施例のＩＧＣＴリレー４３が、請求項の「外部スイッチ」の一例に相当する。実施例のＨＶ制御器８が、請求項の「別の装置」の一例に相当する。

本明細書が開示する技術は、ハイブリッド車、燃料電池車に適用することも好適である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

３：メインバッテリ
４：システムメインリレー
５：モータ
６：サブバッテリ
７：主電力線
８：ＨＶ制御器
９：エアバッグ制御器
１０：電力変換装置
１２、２３：コンデンサ
１３、１４、１８、２０、２２、２４、２５、２６、２９：抵抗素子
１５、１６、１７、２７：ダイオード
１９、２１、２８：トランジスタ
３０：電圧コンバータ
３１：平滑化コンデンサ
３２：放電回路
３３：インバータ
３４：モータ制御器
３５：電源回路
３６：プロセッサ
３７：メモリ
４１ａ−４１ｄ：ヒューズ
４３：ＩＧＣＴリレー
４４：ランプ
５０：予備電力線
５１：予備線スイッチ
５１ａ：制御電圧入力端
８１：メインスイッチ
９０：グランド
９１：加速度センサ
１００：電気自動車
３２１：放電抵抗
３２２：スイッチ

Claims (1)

1. 高電圧電源の電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換装置であり、
   前記高電圧電源から供給される電流を平滑化する平滑化コンデンサと、
   前記平滑化コンデンサを放電する放電回路と、
   主電力線及び予備電力線を介して、出力電圧が前記高電圧電源よりも低いサブ電源から電力供給を受けて前記放電回路を制御する制御器と、
   前記予備電力線の途中に挿入されており、前記制御器から閾値電圧を超える制御電圧が制御電圧入力端に印加されると前記制御器を前記サブ電源に接続し、前記制御電圧が前記閾値電圧を下回ると前記制御器を前記サブ電源から切り離すノーマルオープン型の第１スイッチと、
   前記第１スイッチの前記制御電圧入力端と前記電力変換装置のグランドとの間に接続されている電圧保持コンデンサと、
   前記制御器によって制御される第２スイッチであって、前記制御電圧入力端と前記グランドとの間に接続されており、電圧保持コンデンサを放電する第２スイッチと、
   を備えており、
   前記電圧保持コンデンサは、前記制御器からの前記制御電圧の供給が停止したときに所定の間前記第１スイッチの前記制御電圧入力端の電圧を前記閾値電圧以上に保持する容量を有しており、
   前記主電力線には、別の装置によって導通と遮断が制御される外部スイッチが挿入されている、電力変換装置。

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