JP6508138B2 - 電動車両用の電力変換装置 - Google Patents

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Description

本明細書は、バッテリ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に関する技術を開示する。
電動車両の電力変換装置は、メインバッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用モータに供給するインバータ回路を備える。また、電力変換装置は、インバータ回路に供給する前にメインバッテリの電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路を備える。電力変換装置は、インバータ回路と昇圧コンバータ回路を利用して、メインバッテリの直流電力をモータの駆動電力に変換する。
電力変換装置には、昇圧コンバータ回路のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦによる出力電圧の脈動を抑制するため、昇圧コンバータ回路とインバータ回路の間に平滑化コンデンサが配置される。平滑化コンデンサは容量が大きいために、車両の衝突時には、平滑化コンデンサを速やかに放電することが求められる。
特許文献１には、車両の衝突時に、平滑化コンデンサを放電する技術が開示されている。特許文献１の電力変換装置は、平滑化コンデンサの電力を、インバータ回路を通じてモータに流して放電させる。通常時では、インバータ回路を制御するコントローラには、エアコン等の補機に電力を供給する補機バッテリから電力が供給される。しかしながら、衝突時には、補機バッテリの破損、補機バッテリとインバータ回路のコントローラとの間の断線等によって、補機バッテリからインバータ回路のコントローラに電力が供給されない状況が生じ得る。特許文献１の電力変換装置は、衝突時にインバータ回路のコントローラに確実に電力を供給するために、衝突時に利用されるバックアップ電源を備える。
特開２０１５−７３３５３号公報
バックアップ電源は、通常の走行には用いられないものであり、搭載せずに済むことが好ましい。本明細書は、バックアップ電源を用いずに、補機バッテリ以外からインバータ回路のコントローラに電力を供給することができる技術を提供する。
本明細書で開示される技術は、メインバッテリと、メインバッテリより低電圧の補機バッテリとを有する電動車両のための電力変換装置に関する。電力変換装置は、メインバッテリと接続されており、メインバッテリの電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路と、昇圧コンバータ回路と接続されているとともに、昇圧コンバータ回路の出力を交流に変換して走行用のモータに出力するインバータ回路と、昇圧コンバータ回路とインバータ回路とを接続する高圧配線の高電位線と低電位線の間に接続されている平滑化コンデンサと、ＤＣＤＣコンバータと、コントローラを備える、ＤＣＤＣコンバータは、メインバッテリと昇圧コンバータ回路とを接続しているメイン配線の高電位線と低電位線と、補機バッテリ側のサブ配線の高電位線と低電位線と、高圧配線の高電位線と低電位線とに接続されている。コントローラは、補機バッテリ及びＤＣＤＣコンバータに接続されているとともに、インバータ回路を駆動させる。ＤＣＤＣコンバータは、１次側コイルと、１次側コイルと磁気的に結合しているとともにコントローラに接続されている２次側コイルと、１次側コイルとメインバッテリとを通電する通電状態と通電しない非通電状態とに切り替える第１スイッチと、１次側コイルと平滑化コンデンサとを通電する通電状態と通電しない非通電状態とに切り替える第２スイッチと、を備えている。ＤＣＤＣコンバータは、車両の衝突が検知された際に、第１スイッチを非導通状態にするとともに第２スイッチを導通状態にして、第２スイッチを通じて、平滑化コンデンサに蓄えられた電力をコントローラに供給してインバータ回路を駆動させ、インバータ回路を通じて、平滑化コンデンサに蓄えられた電力をモータに供給する。
走行時には、大容量の平滑化コンデンサに、大きな電力が蓄えられている。上記の構成では、車両の衝突時に、平滑化コンデンサの電力を用いて、インバータ回路を駆動させる。これにより、平滑化コンデンサの電力を、インバータ回路を通じてモータに供給することができる。この構成によれば、インバータ回路を駆動させるために、専用のバックアップ電源を用いなくても、インバータ回路を駆動するための電力を、平滑化コンデンサからインバータ回路に供給することができる。
本明細書は、昇圧コンバータ回路とインバータ回路を有するとともに、緊急時にインバータ回路に接続されている平滑化コンデンサを放電する電動車両用の電力変換装置に関し、車両衝突時に、平滑化コンデンサの電力を利用してインバータ回路を駆動させる技術を提供する。この技術によれば、衝突時にインバータ回路を駆動するためのバックアップ電源を車両に搭載せずに済む。これにより、車両を軽量化することができる。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。
実施例のハイブリッド車の模式的ブロック図である。 実施例のハイブリッド車の電気系及び駆動系のブロック図である。 第１実施例のＤＣＤＣコンバータの回路図である。 第１実施例の衝突検知時の放電処理のフローチャートである。 第２実施例のＤＣＤＣコンバータの回路図である。 第３実施例のＤＣＤＣコンバータの回路図である。 第３実施例の衝突検知時の放電処理のフローチャートである。
図１、図２に示すように、本実施例のパワーコントロールユニット１０（以下「ＰＣＵ１０」と称する）は、ハイブリッド車１に搭載される。ハイブリッド車１は、走行用の駆動源として、エンジン４１とモータ４４を備えている。エンジン４１の出力トルクとモータ４４の出力トルクは、動力分配機構４２（図２参照）で適宜に分配／合成され、車軸４３（即ち車輪）へ伝達される。なお、図１、図２は、本明細書が注目する技術の説明に要する部品だけを表しており、説明に関係のない一部の部品は図示を省略している。
モータ４４を駆動するための電力はメインバッテリ３から供給される。なお、図２に示す符号４４ａは、モータ４４のステータに組み込まれている三相コイルを示している。メインバッテリ３の出力電圧は、例えば３００ボルトである。ハイブリッド車１は、メインバッテリ３の他に、エアコン２４、エアバックシステム２５など、メインバッテリ３の出力電圧よりも低い電圧で駆動するデバイス群に電力を供給するための補機バッテリ２１も備える。以下、それらのデバイスを「補機」と総称する。ＰＣＵ１０の大電流系回路を除く信号処理回路（ＰＷＭ信号を生成するＰＣＵコントローラ１６など）も補機の一種であり、後述する制御回路８０とＰＣＵコントローラ１６も補機の一種である。後述するように、制御回路８０とＰＣＵコントローラ１６とＤＣＤＣコンバータ１４は、補機側スイッチ７６を介して補機バッテリ２１に接続されている。また、「メインバッテリ」／「補機バッテリ」との呼称は、２つのバッテリを区別するための便宜上のものである。
メインバッテリ３は、システムメインリレー４とメイン配線８の高電位線８ａ及び低電位線８ｂを介してＰＣＵ１０に接続される。システムメインリレー４は、メインバッテリ３と車両の駆動系を接続したり切断したりするスイッチである。ＰＣＵ１０は、メインバッテリ３の直流電力を昇圧し、交流に変換してモータ４４に供給する。ＰＣＵ１０は、昇圧コンバータ回路１２とインバータ回路１３を備えている。昇圧コンバータ回路１２は、高電位線８ａ及び低電位線８ｂとシステムメインリレー４を介してメインバッテリ３に接続されている。
昇圧コンバータ回路１２は、２個のスイッチング素子ＳＷ、リアクトルＲＥ、及び、夫々のスイッチング素子ＳＷに逆並列に接続されているダイオードで構成されている。昇圧コンバータ回路１２は、高圧配線１１の高電位線１１ａと低電位線１１ｂを介してインバータ回路１３に接続されている。インバータ回路１３は、６個のスイッチング素子ＳＷと各スイッチング素子ＳＷに逆並列に接続されているダイオードで構成されている。スイッチング素子ＳＷは典型的にはトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。
ＰＣＵ１０は、また、昇圧コンバータ回路１２に入力される電圧を平滑化するコンデンサ５と、インバータ回路１３に入力される電圧（昇圧コンバータ回路１２で昇圧後の電圧）を平滑化するコンデンサ７を備えている。コンデンサ５は、高電位線８ａと低電位線８ｂとの間に接続されている。コンデンサ７は、高電位線１１ａと低電位線１１ｂとの間に配置されている。これらのコンデンサ５、７は、スイッチング素子ＳＷのＯＮ／ＯＦＦによって電圧に重畳する高周波の脈動（ノイズ）を除去するために備えられている。
ＰＣＵ１０は扱う電流が大きいため、コンデンサ５、７も大容量である。車両停止後や衝突時などに、コンデンサ５、７にいつまでも多くの電力が蓄積されているのは好ましくない。そこで、ＰＣＵ１０は、車両が衝突した場合には、モータ４４を介してコンデンサ５、７に蓄えられた電力を速やかに放電する。より具体的には、ＰＣＵ１０は、車両が衝突したことが検知されると、コンデンサ５、７に蓄えられた電力を、インバータ回路１３を通じてモータ４４のコイル４４ａに流し、コンデンサ５、７を放電する。別言すれば、モータのコイル４４ａを放電抵抗として活用する。なお、放電時には、モータ４４に回転トルクを生じさせない経路で放電する。
昇圧コンバータ回路１２、インバータ回路１３が備えるスイッチング素子ＳＷは、ＰＣＵ１０に内蔵されているＰＣＵコントローラ１６により制御される。具体的には、ＰＣＵコントローラ１６は、車両を統括する統括コントローラ（図示省略）からモータ４４の出力目標を受け取り、その出力目標が実現するように各スイッチング素子ＳＷを駆動するＰＷＭ信号を生成して供給する。なお、統括コントローラは、スロットル開度や車速、及び、メインバッテリ３の残量などからモータ４４の出力目標を決定する。また、前述したように、ＰＣＵコントローラ１６は、エアバックシステム２５から、エアバックが作動したことを示す信号を受信すると、モータ４４を介してコンデンサ５、７を放電する。エアバックシステムは加速度センサを備えており、車両の加速度が所定の閾値を超えると車両が衝突したと判断してエアバックを作動させるとともに、エアバック作動を知らせる信号を出力する。
ＰＣＵ１０は、さらに、ＤＣＤＣコンバータ１４を備える。ＤＣＤＣコンバータ１４は、メインバッテリ３の電力を降圧して補機バッテリ２１側に供給することもできるし、補機バッテリ２１の電力を昇圧してメインバッテリ３側に供給することもできる、いわゆる双方向のＤＣＤＣコンバータである。ＤＣＤＣコンバータ１４は、制御回路８０によってその動作が制御される。
図３に示すように、ＤＣＤＣコンバータ１４は、トランス６０を備える、いわゆる絶縁型コンバータである。ＤＣＤＣコンバータ１４は、トランス６０の他に、メインバッテリ側回路５１と、補機バッテリ側回路６１と、制御回路８０と、補機側スイッチ７６を備える。メインバッテリ側回路５１は、配線３０を介してメイン配線８の高電位線８ａと低電位線８ｂに接続されている。メインバッテリ側回路５１は、フィルタ５２と、コンデンサ５４と、スイッチング素子５６ａ、５８ａと、ダイオード５６ｂ、５８ｂと、を備える。フィルタ５２は、メイン配線８側でのノイズの発生を抑制するコンデンサである。
フィルタ５２とトランス６０との間には、コンデンサ５４と、スイッチング素子５６ａ、５８ａと、ダイオード５６ｂ、５８ｂが配置されている。スイッチング素子５６ａとダイオード５６ｂとは並列に接続されており、スイッチング素子５８ａとダイオード５８ｂとは並列に接続されている。
メインバッテリ側回路５１は、トランス６０を介して、補機バッテリ側回路６１に結合している。補機バッテリ側回路６１は、スイッチング素子６２ａ、６４ａと、ダイオード６２ｂ、６４ｂと、整流回路６５と、平滑回路７０を備える。スイッチング素子６２ａとダイオード６２ｂとは並列に接続されており、スイッチング素子６４ａとダイオード６４ｂとは並列に接続されている。スイッチング素子６２ａとスイッチング素子６４ａとの間に、整流回路６５が接続されている。整流回路６５は、コイル６６とコンデンサ６８とを備える。コイル６６は、整流回路６５のチョークコイル（即ちインダクタ）として機能する。整流回路６５のサブ配線９側には、平滑回路７０が配置されている。平滑回路７０は、コイル７２とコンデンサ７４とを備える。整流回路６５及び平滑回路７０は、ＤＣＤＣコンバータ１４によってメイン配線８からサブ配線９に向かう電力を整流し、平滑する。平滑回路７０のサブ配線９側には、補機側スイッチ７６が配置されている。補機側スイッチ７６は、スイッチング素子７６ａとダイオード７６ｂとを備える。補機側スイッチ７６は、スイッチング素子７６ａのオンオフが切り換えられることによって、補機バッテリ側回路６１からサブ配線９に電力が供給可能な状態と不可能な状態とに切り換えられる。補機バッテリ側回路６１は、サブ配線９の高電位線９ａと低電位線９ｂを介して補機バッテリ２１に接続されている。
スイッチング素子５６ａ，５８ａ，６２ａ，６４ａ，７６ａは、制御回路８０によって制御されている。具体的には、制御回路８０は、スイッチング素子５６ａ，５８ａ，６２ａ，６４ａ，７６ａに信号を送信することによって、オンオフを切り換える。制御回路８０がスイッチング素子５６ａ，５８ａのオンオフを切り換えることによって、ＤＣＤＣコンバータ１４は、メイン配線８の電圧を降圧して、サブ配線９に供給する。また、制御回路８０がスイッチング素子６２ａ，６４ａのオンオフを切り換えることによって、ＤＣＤＣコンバータ１４は、サブ配線９の電圧を昇圧して、メイン配線８に供給する。
また、制御回路８０は、補機側スイッチ７６とサブ配線９の高電位線９ａと低電位線９ｂを介して補機バッテリ２１に接続されている。補機側スイッチ７６がオンである間は、補機バッテリ２１が動作電源となる。制御回路８０は、補機側スイッチ７６がオフにされ、制御回路８０への電力の供給が途切れた場合に、短時間の間、制御回路８０を駆動させるための電力を蓄えておくコンデンサ８０ａを有する。
ＤＣＤＣコンバータ１４は、さらに、高圧電力側回路７７を備える。高圧電力側回路７７は、配線５０を介して、昇圧コンバータ回路１２とコンデンサ７との間の高圧配線１１の高電位線１１ａと低電位線１１ｂに接続されている。高圧電力側回路７７は、スイッチング素子７６ａと、ダイオード７６ｂと、コイル７５と、を備える。スイッチング素子７６ａとダイオード７６ｂとは、並列に接続されている。スイッチング素子７６ａは、コイル７５に直列に接続されている。コイル７５は、整流回路６５のコイル６６と鉄心を通じて磁気結合している。コイル７５と鉄心とコイル６６とによって、トランスが構成されており、高圧電力側回路７７の電圧が降圧されて、補機バッテリ側回路６１に供給される。降圧された電圧が、ＰＣＵコントローラ１６と制御回路８０にも供給される。
図２に示すように、補機バッテリ２１は、サブ配線９を介して、エアコン２４、エアバックシステム２５、カーナビゲーション装置、ルームランプ、エアバックシステム、統括コントローラなどの補機と接続している。また、前述したＰＣＵコントローラ１６とＤＣＤＣコンバータ１４と制御回路８０も、サブ配線９と補機側スイッチ７６を介して補機バッテリ２１から電力の供給を受ける。
次に、車両が衝突したときのハイブリッド車１の処理を説明する。ＰＣＵコントローラ１６は、車両が衝突した際にインバータ回路１３を駆動し、コンデンサ５、７に蓄えられた電力をモータ４４（モータコイル４４ａ）で消費する（即ち放電する）。放電時には、モータ４４に回転トルクが生じない経路を放電するように、インバータ回路１３が制御される。それため、ＰＣＵコントローラ１６は、衝突検知後、コンデンサ５、７の放電が完了するまでの間、インバータ回路１３を駆動するＰＷＭ信号を生成し続けなければならない。通常時では、ＰＣＵコントローラ１６は、補機バッテリ２１から電力が供給されている。しかしながら、サブ配線９は、車両のボディに張り巡らされており、衝突時には途中で切断する場合がある。サブ配線９が切断されたり、あるいは、補機バッテリ２１そのものが破損したりして補機バッテリ２１からの電力供給が途絶える可能性がある。
ハイブリッド車１では、衝突が検知されると、コンデンサ５、７に蓄えられた電力が、ＤＣＤＣコンバータ１４を介してＰＣＵコントローラ１６に供給され、インバータ回路１３が動作し続ける。
次に、衝突が検出された際に制御回路８０が実行する放電処理を説明する。ハイブリッド車１のシステムが起動すると、補機側スイッチ７６がオンにされて、補機バッテリ２１からＰＣＵコントローラ１６、制御回路８０などの補機に電力が供給される。また、制御回路８０は、状況に応じて、ＤＣＤＣコンバータ１４にメインバッテリ側回路５１と補機バッテリ側回路６１を駆動させて、メイン配線８とサブ配線９との間で電力を融通し合う。ハイブリッド車１のシステムが起動されると、制御回路８０は、衝突を監視している。具体的には、制御回路８０は、エアバックシステム２５が備える加速度センサの計測値が所定の閾値を超えることをもって「衝突」と判断する。エアバック作動の信号（衝突を知らせる信号）がエアバックシステム２５からＰＣＵコントローラ１６に通知されると図４の放電処理が起動される。
放電処理では、Ｓ１２において、制御回路８０は、補機側スイッチ７６をオンからオフに切り換える。これにより、補機バッテリ２１がＤＣＤＣコンバータ１４とＰＣＵコントローラ１６と制御回路８０から遮断される。制御回路８０は、制御回路８０に搭載されたコンデンサ８０ａによって短期間駆動される。次いで、Ｓ１４において、制御回路８０は、高圧電力側回路７７を駆動させる。具体的には、制御回路８０は、スイッチング素子７６ａのオンオフの切り換えを制御する。このとき、メインバッテリ側回路５１が駆動されている場合には、メインバッテリ側回路５１を停止した後で、高圧電力側回路７７を駆動させる。この結果、コンデンサ５、７に蓄電されている電力が、コイル７５とコイル６６のトランスによって降圧され、補機バッテリ側回路６１に供給される。これにより、コンデンサ５、７の電力が制御回路８０及びＰＣＵコントローラ１６に供給される。
ＰＣＵコントローラ１６は、電力が供給されると、インバータ回路１３を駆動させて、コンデンサ５、７に蓄えられた電力をモータ４４（モータコイル４４ａ）で消費する（即ち放電する）。なお、この処理は、ＰＣＵコントローラ１６によって実行されるため、制御回路８０の動作を示す図４のフローチャートには表現されていない。次いで、Ｓ１６では、制御回路８０は、コンデンサ７に蓄えられた電力が閾値以下になることを監視している。具体的には、コンデンサ７の電圧値を検知する電圧センサ（図示省略）の検出値が所定値（例えば６０Ｖ）以下の場合に、制御回路８０は、コンデンサ７に蓄えらえた電力が閾値以下になったと判断する（Ｓ１６でＹＥＳ）。Ｓ１６でＹＥＳの場合、制御回路８０は、高圧電力側回路７７を停止して、放電処理を終了する。
上記の放電処理では、コンデンサ５、７に蓄電されている電力が、制御回路８０及びＰＣＵコントローラ１６に供給されて、ＤＣＤＣコンバータ１４及びＰＣＵコントローラ１６が駆動される。この構成によれば、ＰＣＵコントローラ１６を駆動するための専用のバックアップ電源を用いずに、補機バッテリ２１以外からインバータ回路１３に電力を供給することができる。
また、双方向のＤＣＤＣコンバータに、高圧電力側回路７７を追加することによって、ＤＣＤＣコンバータ１４を構成することができる。
なお、ＰＣＵ１０は、例えば、通常の走行中にＤＣＤＣコンバータ１４のメインバッテリ側回路５１の故障が発生した場合など、ＤＣＤＣコンバータ１４を用いて、メイン配線８とサブ配線９との間で電力のやり取りができない状況が発生した場合に、高圧電力側回路７７を駆動させてもよい。これにより、コンデンサ５，７の電力をサブ配線９に供給して、ハイブリッド車１に退避走行を実行させてもよい。
（第２実施例）
図５を参照して、第１実施例と異なる点を説明する。第２実施例のＰＣＵ１０は、ＤＣＤＣコンバータ２１４の構成が第１実施例のＤＣＤＣコンバータ１４の構成と異なる。他の構成については、第１実施例と同様であるため説明を省略する。
ＤＣＤＣコンバータ２１４は、３電源間の双方向のＤＣＤＣコンバータであり、トランス２６０を備える絶縁型コンバータである。ＤＣＤＣコンバータ２１４は、メインバッテリ側回路２５１と、補機バッテリ側回路２６１と、高圧電力側回路２７７と、トランス２６０と、補機側スイッチ２７６と、制御回路２８０を備える。補機側スイッチ２７６は、補機側スイッチ７６と同様の構成を有する。
メインバッテリ側回路２５１は、配線３０を介してメイン配線８の高電位線８ａと低電位線８ｂに接続されている。メインバッテリ側回路２５１は、メイン配線８とトランス２６０との間に配置されている。トランス２６０は、補機バッテリ側回路２６１にも接続されている。ＤＣＤＣコンバータ２１４は、メインバッテリ側回路２５１とトランス２６０と補機バッテリ側回路２６１の組合せによって、メイン配線８からサブ配線９へ降圧して電力を供給する降圧動作を行うこともできるし、サブ配線９からメイン配線８へ昇圧して電力を供給する昇圧動作を行うこともできる。即ち、ＤＣＤＣコンバータ２１４は、いわゆる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータということができる。
メインバッテリ側回路２５１は、フィルタ２４４と、スイッチング回路２４６と、逆流防止スイッチ２４５を備える。フィルタ２４４は、フィルタ５２と同様のコンデンサを備える。逆流防止スイッチ２４５は、スイッチング素子のオンとオフを切り替えることによって、メインバッテリ側回路２５１からメイン配線８に電力が供給可能な状態（即ちスイッチング素子がオンの状態）と不可能な状態（即ちスイッチング素子がオフの状態）を切り換える。
スイッチング回路２４６は、スイッチング素子２４６ａ、２４６ｂ、２４６ｃ、２４６ｄと、それぞれのスイッチング素子２４６ａ、２４６ｂ、２４６ｃ、２４６ｄに並列に接続された還流ダイオード２４６ｅ、２４６ｆ、２４６ｇ、２４６ｈを備えている。スイッチング素子２４６ａとスイッチング素子２４６ｂは直列に接続されており、スイッチング素子２４６ｃとスイッチング素子２４６ｄは直列に接続されている。
スイッチング回路２４６は、トランス２６０に接続されている。トランス２６０は、３個のコイル２６０ａ、２６０ｂ、２６０ｃを備える。コイル２６０ａは、スイッチング回路２４６に接続されている。コイル２６０ｂは、補機バッテリ側回路２６１のスイッチング回路２３４に接続されている。コイル２６０ｃは、高圧電力側回路２７７のスイッチング回路２３８に接続されている。トランス２６０では、コイル２６０ａからコイル２６０ｂへ降圧して電力を供給することもできるし、コイル２６０ｂからコイル２６０ａへ昇圧して電力を供給することもできる。さらに、トランス２６０では、コイル２６０ｃからコイル２６０ｂへ降圧して電力を供給することもできる。
コイル２６０ａの一端は、スイッチング素子２４６ａとスイッチング素子２４６ｂの間に接続されており、コイル２６０ａの他端は、スイッチング素子２４６ｃとスイッチング素子２４６ｄの間に接続されている。
コイル２６０ｂに接続されている補機バッテリ側回路２６１は、サブ配線９の高電位線９ａと低電位線９ｂに接続されている。補機バッテリ側回路２６１は、スイッチング回路２３８と、整流回路２６５と、平滑回路２７０を備える。整流回路２６５は、整流回路６５と同様のコイルとコンデンサを備える。平滑回路２７０は、平滑回路２７０と同様にコイルとコンデンサを備える。
スイッチング回路２３８は、スイッチング素子２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃ、２３８ｄと、それぞれのスイッチング素子２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃ、２３８ｄに並列に接続された還流ダイオード２３８ｅ、２３８ｆ、２３８ｇ、２３８ｈと、を備えている。スイッチング素子２３８ａとスイッチング素子２３８ｂは直列に接続されており、スイッチング素子２３８ｃとスイッチング素子２３８ｄは直列に接続されている。コイル２６０ｂの一端は、スイッチング素子２３８ａとスイッチング素子２３８ｂの間に接続されており、コイル２６０ｂの他端は、スイッチング素子２３８ｃとスイッチング素子２３８ｄの間に接続されている。
コイル２６０ｃに接続されている高圧電力側回路２７７は、配線５０を介して高圧配線１１の高電位線１１ａと低電位線１１ｂに接続されている。高圧電力側回路２７７は、フィルタ２３３と、スイッチング回路２３４と、逆流防止スイッチ２３１と、を備える。フィルタ２３３は、高圧配線１１側でのノイズの発生を抑制するコンデンサを備える。逆流防止スイッチ２３１は、スイッチング素子のオンとオフを切り替えることによって、高圧配線１１から高圧電力側回路２７７に電力が供給可能な状態（即ちスイッチング素子がオンの状態）と不可能な状態（即ちスイッチング素子がオフの状態）を切り換える。
スイッチング回路２３４は、スイッチング素子２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄと、それぞれのスイッチング素子２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄに並列に接続された還流ダイオード２３４ｅ、２３４ｆ、２３４ｇ、２３４ｈを備えている。スイッチング素子２３４ａとスイッチング素子２３４ｂは直列に接続されており、スイッチング素子２３４ｃとスイッチング素子２３４ｄは直列に接続されている。コイル２６０ｃの一端は、スイッチング素子２３４ａとスイッチング素子２３４ｂの間に接続されており、コイル２６０ｃの他端は、スイッチング素子２３４ｃとスイッチング素子２３４ｄの間に接続されている。
メインバッテリ側回路２５１、補機バッテリ側回路２６１及び高圧電力側回路２７７は、制御回路２８０によって制御されている。具体的には、制御回路２８０は、スイッチング回路２４６のスイッチング素子２４６ａ、２４６ｂ、２４６ｃ、２４６ｄ、スイッチング回路２３４のスイッチング素子２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ及びスイッチング回路２３８のスイッチング素子２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃ、２３８ｄと、逆流防止スイッチ２４５、２３１と、補機側スイッチ２７６の動作を制御する。
通常時には、制御回路２８０は、メインバッテリ側回路２５１と補機バッテリ側回路２６１とを駆動させて、降圧動作又は昇圧動作のいずれかを実行する。降圧動作を実行する際には、メインバッテリ側回路２５１のスイッチング回路２４６においてスイッチング素子２４６ａ、２４６ｂ、２４６ｃ、２４６ｄが動作してメイン配線８から供給される直流電力を交流電力へと変換する。そして、変換された交流電圧はトランス２６０において降圧され、補機バッテリ側回路２６１によって交流電力から直流電力へと変換する。
一方、昇圧動作を実行する際には、補機バッテリ側回路２６１のスイッチング回路２３８においてスイッチング素子２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃ、２３８ｄが動作して、サブ配線９から供給される直流電力から交流電力へと変換する。そして、変換された交流電圧はトランス２６０において昇圧され、メインバッテリ側回路２５１によって交流電力から直流電力へと変換する。
通常時には、制御回路２８０は、高圧電力側回路２７７の逆流防止スイッチ２３１をオフにすることによって、高圧配線１１に意図せずに電力が供給されることを防止することができる。
一方で、衝突時には、制御回路２８０は、高圧電力側回路２７７と補機バッテリ側回路２６１とを駆動させて、降圧動作を実行する。これにより、コンデンサ５、７の電力を、ＤＣＤＣコンバータ２１４を介してサブ配線９側に供給する。具体的には、高圧電力側回路２７７のスイッチング回路２３４においてスイッチング素子２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄが動作して高圧配線１１から供給される直流電力を交流電力へと変換する。そして、変換された交流電圧はトランス２６０において降圧され、補機バッテリ側回路２６１によって交流電力から直流電力へと変換する。
衝突時には、制御回路２８０は、メインバッテリ側回路２５１の逆流防止スイッチ２４５をオフにすることによって、メイン配線８に意図せずに電力が供給されることを防止することができる。
衝突が検出される際のＤＣＤＣコンバータ２１４の制御回路２８０が実行する放電処理を説明する。エアバックシステムからＰＣＵコントローラ１６に衝突を知らせる信号が通知されると放電処理が起動される。制御回路２８０は、図３の放電処理と同様の処理手順で放電処理を実行する。この結果、衝突が検知されると、ＤＣＤＣコンバータ２１４では、コンデンサ５、７に蓄電されている電力が、高圧電力側回路２７７とトランス２６０と補機バッテリ側回路２６１との降圧動作によって、制御回路２８０及びＰＣＵコントローラ１６に電力が供給される。
この構成では、双方向のＤＣＤＣコンバータに高圧電力側回路２７７を追加することによって、ＤＣＤＣコンバータ２１４を構成することができる。これにより、コンデンサ５、７の電力を降圧してサブ配線９に供給することができる。
（第３実施例）
図６を参照して、第１実施例と異なる点を説明する。第３実施例のハイブリッド車１は、ＤＣＤＣコンバータ３１４の構成が第１実施例のＤＣＤＣコンバータ１４の構成と異なる。他の構成については、第１実施例と同様であるため説明を省略する。
ＤＣＤＣコンバータ３１４は、ＤＣＤＣコンバータ１４と同様のメインバッテリ側回路５１と、トランス６０と、補機バッテリ側回路６１と、を備える。一方において、ＤＣＤＣコンバータ３１４は、ＤＣＤＣコンバータ１４の高圧電力側回路７７に対応する回路を備えていない。一方で、ＤＣＤＣコンバータ３１４では、高圧配線１１とメインバッテリ側回路５１とが、配線５０を介して接続されている。ＤＣＤＣコンバータ３１４は、高圧配線１１とメインバッテリ側回路５１との間に配置されている高圧側スイッチ３４７と、メイン配線８とメインバッテリ側回路５１との間に配置されているメイン側スイッチ３４５と、をさらに備える。
メイン側スイッチ３４５は、スイッチング素子とダイオードとが並列に接続されている。メイン側スイッチ３４５は、制御回路８０に制御されて、オンとオフが切り換わる。メイン側スイッチ３４５がオンである場合、メイン配線８からメインバッテリ側回路５１に電力が供給可能となり、オフである場合、メイン配線８からメインバッテリ側回路５１に電力が供給不可能となる。通常時では、メイン側スイッチ３４５は、オンで維持されている。
高圧側スイッチ３４７は、スイッチング素子とダイオードとが並列に接続されている。高圧側スイッチ３４７は、制御回路８０に制御されて、オンとオフが切り換わる。高圧側スイッチ３４７がオンである場合、高圧配線１１からメインバッテリ側回路５１に電力が供給可能となり、オフである場合、高圧配線１１からメインバッテリ側回路５１に電力が供給不可能となる。通常時では、高圧側スイッチ３４７は、オフで維持されている。
図７を参照して、衝突が検出される際のＤＣＤＣコンバータ３１４の制御回路８０が実行する放電処理を説明する。第１実施例と同様に、衝突が検知されると放電処理が開始され、まず、Ｓ３１２において、制御回路８０は、Ｓ１２と同様に、補機側スイッチ７６をオンからオフに切り換える。次いで、Ｓ３１４において、制御回路８０は、メイン側スイッチ３４５をオンからオフに切り換える。続くＳ３１６では、制御回路８０は、高圧側スイッチ３４７をオフからオンに切り換える。
次いで、Ｓ３１８では、制御回路８０は、メインバッテリ側回路５１が駆動しているか否かを判断する。具体的には、制御回路８０は、メインバッテリ側回路５１のスイッチング素子５６ａ、５８ａのオンオフを制御しているか否かを判断する。そして、スイッチング素子５６ａ、５８ａのオンオフを制御していない場合に、制御回路８０は、メインバッテリ側回路５１が駆動していないと判断して（Ｓ３１８でＮＯ）、Ｓ３２０において、メインバッテリ側回路５１を駆動して、Ｓ３２２に進む。
一方、スイッチング素子５６ａ、５８ａのオンオフを制御している場合に、制御回路８０は、メインバッテリ側回路５１が駆動していると判断して（Ｓ３１８でＹＥＳ）、Ｓ３２０をスキップして、Ｓ３２２に進む。Ｓ３２２では、制御回路８０は、第１実施例のＳ１６と同様の処理を実行する。
この構成によれば、双方向のＤＣＤＣコンバータに、メイン側スイッチ３４５と高圧側スイッチ３４７とを付加することによって、ＤＣＤＣコンバータ３１４を構成することができる。
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。
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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。
（特徴１）本明細書で開示される電力変換装置では、ＤＣＤＣコンバータは、サブ配線の高電位線と低電位線に接続されており、第１コイルとコンデンサとを有する整流回路と、平滑化コンデンサに接続されており、第１コイルに対して磁気結合される第２コイルと、を備えていてもよい。ＤＣＤＣコンバータは、車両の衝突が検知された際に、第１コイルと第２コイルを用いて平滑化コンデンサに蓄えられた電力を降圧し、コントローラに供給してもよい。この構成によれば、第１コイルと第２コイルとを用いてトランスを構成することができる。これにより、平滑化コンデンサから供給された電力を降圧することができる。
（特徴２）本明細書で開示される電力変換装置では、ＤＣＤＣコンバータは、メイン配線の高電位線と低電位線に接続されている第３コイルと、サブ配線の高電位線と低電位線に接続されている第４コイルと、平滑化コンデンサに接続されている第５コイルと、を含むトランスを備え、ＤＣＤＣコンバータは、車両の衝突が検知された際に、トランスを通じて、平滑化コンデンサに蓄えられた電力を降圧して、コントローラに供給してもよい。この構成によれば、メイン配線側の電力とサブ配線側の電力との昇降圧用のトランスと、平滑化コンデンサから供給された電力を降圧するトランスと、を共用することができる。
（特徴３）本明細書で開示される電力変換装置では、ＤＣＤＣコンバータは、メインバッテリとＤＣＤＣコンバータとを通電する通電状態と通電しない非通電状態とに切り替える第１スイッチと、平滑化コンデンサとＤＣＤＣコンバータとを通電する通電状態と通電しない非通電状態とに切り替える第２スイッチと、を備えていてもよい。ＤＣＤＣコンバータは、車両の衝突が検知された際に、第１スイッチを非通電状態にし、第２スイッチを通電状態にして、第２スイッチを通じて、平滑化コンデンサに蓄えられた電力をコントローラに供給してもよい。この構成によれば、第１スイッチと第２スイッチを切り換えることによって、ＤＣＤＣコンバータを介して、平滑化コンデンサから供給された電力をコントローラに供給することができる。
１ ：ハイブリッド車
３ ：メインバッテリ
４ ：システムメインリレー
５ ：コンデンサ
６ ：メイン配線
７ ：コンデンサ
８ ：メイン配線
９ ：サブ配線
１０ ：パワーコントロールユニット
１１ ：高圧配線
１２ ：昇圧コンバータ回路
１３ ：インバータ回路
１４ ：ＤＣＤＣコンバータ
１６ ：ＰＣＵコントローラ
２１ ：補機バッテリ
２２ ：補機系電力供給線
２４ ：サブ電源配線
３０ ：配線
４１ ：エンジン
４４ ：モータ
５０ ：配線
５１ ：メインバッテリ側回路
６０ ：トランス
６１ ：補機バッテリ側回路
７７ ：高圧電力側回路

Claims (1)

  1. メインバッテリと、前記メインバッテリより低電圧の補機バッテリとを有する電動車両のための電力変換装置であり、
    前記メインバッテリと接続されており、前記メインバッテリの電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路と、
    前記昇圧コンバータ回路と接続されており、前記昇圧コンバータ回路の出力を交流に変換して走行用のモータに出力するインバータ回路と、
    前記昇圧コンバータ回路と前記インバータ回路とを接続する高圧配線の高電位線と低電位線の間に接続されている平滑化コンデンサと、
    前記メインバッテリと前記昇圧コンバータ回路とを接続しているメイン配線の高電位線と低電位線と、前記補機バッテリ側のサブ配線の高電位線と低電位線と、前記高圧配線の前記高電位線と前記低電位線と、に接続されているＤＣＤＣコンバータと、
    前記補機バッテリ及び前記ＤＣＤＣコンバータに接続されているとともに、前記インバータ回路を駆動させるコントローラと、を備え、
    前記ＤＣＤＣコンバータは、
    １次側コイルと、
    前記１次側コイルと磁気的に結合しているとともに、前記コントローラに接続されている２次側コイルと、
    前記１次側コイルと前記メインバッテリとを通電する通電状態と通電しない非通電状態とに切り替える第１スイッチと、
    前記１次側コイルと前記平滑化コンデンサとを通電する通電状態と通電しない非通電状態とに切り替える第２スイッチと、を備えており、
    車両の衝突が検知された際に、前記第１スイッチを非導通状態にするとともに前記第２スイッチを導通状態にして、前記第２スイッチを通じて、前記平滑化コンデンサに蓄えられた電力を前記コントローラに供給して前記インバータ回路を駆動させ、前記インバータ回路を通じて、前記平滑化コンデンサに蓄えられた電力を前記モータに供給する、電力変換装置。
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