JP6845843B2 - 車両の電源システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両の電源システムに関する。より詳しくは、放電開始条件が成立した場合には、蓄電装置と電動発電機とを接続する主回路における電荷を放電させる放電制御を行う車両の電源システムに関する。
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両は、電源システムを搭載しており、この電源システムから供給される電力を用いてモータを駆動することによって走行する。電源システムは、高電圧バッテリと、この高電圧バッテリの出力電圧を変換するDCDCコンバータと、DCDCコンバータの直流出力を交流に変換し、モータに供給するインバータと、を備える。またこれらDCDCコンバータやインバータ等によって構成される高電圧回路には、複数の大容量の平滑コンデンサが設けられる。
ところで車両の走行中は、電源システムの直流電力を安定化させるため、上記複数の平滑コンデンサには電荷を蓄積しておく必要があるが、例えば車両が衝突した場合には、これら平滑コンデンサに蓄積されている電荷は速やかに放電することが求められている。そこで多くの車両では、衝突時には平滑コンデンサに蓄積されている電荷を何らかの負荷に放電させ、高電圧回路の電圧を速やかに低下させる放電制御が実行される(例えば、特許文献1参照)。
ところで衝突によって自走できなくなった車両は、牽引車によって移動される場合がある。この場合、牽引によって駆動輪が回転すると、モータに誘起電力が発生し、高電圧回路の電圧が再び上昇する場合がある。特許文献1の発明では、このような事態を想定して、モータによる誘起電圧が所定の閾値を超えた場合には、コンデンサの電荷を放電抵抗で消費させる放電制御を行っている。
特開2016−52140号公報
ところで特許文献1の発明では、車両の牽引時、すなわち、車両が衝突し、車両が停止した後、牽引車が到着するまである程度の時間(少なくとも数分以上の時間)が経過した後に発生する事象を想定している。しかしながら、車両の衝突時に放電制御を行った後、車両が停止するまでの間に再び高電圧回路の電圧が上昇する事象は、最初の放電制御を行った直後においても生じ得る。例えば、車両が坂道で衝突した場合や、車両がオブリーク(斜め)衝突した場合等においては、車両が動き続け駆動輪が回転することでモータに誘起電力が発生し、上記のような電圧の再上昇が最初の放電制御を行ってから車両が停止するまでの間に生じ得る。しかしながら特許文献1の発明では、放電制御の直後における電圧の再上昇については十分に検討されていない。
本発明は、車両の衝突直後において、最初の放電制御を行ってから車両が停止するまでの間に主回路の電圧が再上昇した場合であっても再度放電制御を実行できる車両の電源システムを提供することを目的とする。
(1)本発明に係る車両(例えば、後述の車両V)の電源システム(例えば、後述の電源システム1)は、蓄電装置(例えば、後述の高電圧バッテリ21)と、車両の駆動輪(例えば、後述の駆動輪W)に連結された電動発電機(例えば、後述の駆動モータM)と、前記蓄電装置と前記電動発電機とを接続し、前記蓄電装置と前記電動発電機との間で電力の授受を行う主回路(例えば、後述の高電圧回路2)と、前記電動発電機及び前記主回路を制御する制御装置(例えば、後述のシステムECU8、及び制御回路25d)と、前記主回路における電圧である主回路電圧を検出する主回路電圧センサ(例えば、後述の2次側電圧センサ94)と、前記制御装置に電力を供給する主電源(例えば、後述の低電圧バッテリ31)と、を備え、前記制御装置は、放電開始条件が成立した場合に前記主回路における電荷を放電させ前記主回路電圧を低下させる第1放電制御(例えば、図12の時刻t2〜t3の間で実行される1回目の放電制御)を行う放電制御部(例えば、後述の放電制御部85)と、前記車両が停止状態であるか否かを判定するとともに、前記第1放電制御が終了してから前記車両が前記停止状態であると判定されるまでの監視期間において前記主回路電圧を監視する監視部(例えば、後述の車両状態監視部86)と、を備え、前記放電制御部は、前記監視部によって前記主回路電圧の上昇が検出された場合には、前記主回路における電荷を放電させ前記主回路電圧を低下させる第2放電制御(例えば、図12の時刻t7〜t8の間で実行される2回目の放電制御)を行うことを特徴とする。
(2)この場合、前記主電源から前記制御装置への電力の供給ができなくなった場合に前記制御装置に電力を供給する副電力供給装置をさらに備えることが好ましい。
(3)この場合、前記副電力供給装置は、前記主回路と前記制御装置とを接続し、前記主電源から前記制御装置への電力の供給ができなくなった場合に、前記主回路における電力を前記制御装置に供給する副給電回路(例えば、後述のバックアップ電源ユニット5)を備えることが好ましい。
(4)この場合、前記副電力供給装置は、前記主電源と前記制御装置とを接続する電力供給線に接続された蓄電素子(例えば、後述のバックアップコンデンサC3)を備えることが好ましい。
(5)この場合、前記監視部によって前記主回路電圧が監視されている間は、前記監視部によって前記主回路電圧が監視されていない間よりも、前記制御装置の消費電力を低くすることが好ましい。
(6)この場合、前記電動発電機の回転角度を検出するレゾルバをさらに備え、
前記監視部によって前記主回路電圧が監視されている間は、前記レゾルバへの電力の供給を停止又は低減することが好ましい。
(7)この場合、前記主回路は、前記電動発電機との間で電力を変換する電力変換器と、前記蓄電装置と前記電力変換器との間で電圧を変換する電圧変換器と、を備え、前記制御装置は、マイクロコンピュータと、当該マイクロコンピュータからの指令に応じて前記電力変換器及び前記電圧変換器を駆動する駆動回路と、を備え、前記監視部によって前記主回路電圧が監視されている間は、前記駆動回路のうち少なくとも前記電圧変換器の駆動に係る回路への電力の供給を停止又は低減することが好ましい。
(8)この場合、前記監視部によって前記主回路電圧が監視されている間は、前記監視部によって前記主回路電圧が監視されていない間よりも、前記マイクロコンピュータの制御周期を長くすることが好ましい。
(9)この場合、前記主回路は、当該主回路における電力を降圧して前記主電源に供給するDCDCコンバータをさらに備え、前記制御装置は、前記DCDCコンバータを駆動する制御回路を備え、前記監視部によって前記主回路電圧が監視されている間は、前記制御回路への電力の供給を停止することが好ましい。
(1)本発明の制御装置は、放電開始条件が成立した場合に、主回路における電荷を放電させ主回路電圧を低下させる第1放電制御を行う放電制御部と、車両が停止状態であるか否かを判定するとともに、第1放電制御が終了してから車両が停止状態であると判定されるまでの監視期間において主回路電圧を監視する監視部と、を備える。また本発明の電源システムでは、第1放電制御を行うことによって主回路電圧が低下した後においても、監視部によって、車両が停止状態になるまで主回路電圧を監視するとともに、放電制御部は、この監視期間の間に主回路電圧の上昇が検出された場合には、第2放電制御を行い、主回路電圧を再び低下させる。これにより、衝突時に第1放電制御が行われてから車両が停止状態になるまでの間に、何らかの理由により主回路電圧が再上昇した場合には、これに応じて第2放電制御が行われる。よって本発明によれば、車両の衝突直後において、第1放電制御を行ってから車両が停止するまでの間に主回路電圧が再上昇した場合であっても、第2放電制御を実行できる。
(2)ところで車両が衝突すると、主電源と制御装置とを接続する電力線が断線したり、主電源が故障したりする場合がある。この場合、制御装置には十分な電力を継続的に供給できなくなり、制御装置は、十分な監視期間にわたり継続して主回路電圧を監視できなくなったり、主回路電圧の上昇が検出された場合に、第2放電制御を行うことができなくなったりするおそれがある。これに対し本発明の電源システムでは、主電源から制御装置へ電力を供給できなくなった場合には、衝突によって高電圧となっている主回路から、主電源を喪失した制御装置へ、副電力供給装置を介して電力が供給されるため、第1放電制御を行った後もなお、監視期間にわたり監視部による主回路電圧を継続して監視することができ、主回路電圧が再上昇した場合には第2放電制御を行うことができるので、再上昇した主回路電圧を再び低下させることができる。
(3)本発明の電源システムでは、副電力供給装置は、主回路と制御装置とを接続し、主電源から制御装置への電力の供給ができなくなった場合に、主回路における電力を制御装置に供給する副給電回路を備える。これにより制御装置では、放電制御における放電対象である主回路における電力を消費して放電制御を行うことができるので、主回路電圧を速やかに低下させることができる。
(4)本発明の電源システムでは、副電力供給装置は、主電源と制御装置とを接続する電力供給線に接続された蓄電素子を備える。このように電力供給線に接続された蓄電素子は、主電源から制御装置へ電力を供給できる間は、主電源から供給される電力によって常時満充電となる。このため上記のように第1放電制御を行った後において、監視部による監視期間を長くすることができる。
(5)上述のように、車両が衝突すると、主電源から制御装置へ電力を供給できなくなる場合がある。またこの場合、副電力供給装置から制御装置へ電力が供給されるが、副電力供給装置から制御装置へ供給できる電力には限りがある。これに対し本発明の電源システムでは、監視部によって主回路電圧が監視されている間は、監視部によって主回路電圧が監視されていない間よりも、制御装置の消費電力を低くする。これにより、第1放電制御が終わった後、副電力供給装置から制御装置へ電力を供給できる時間を延ばすことができるので、より長時間にわたり主回路電圧を監視できる。
(6)本発明では、監視部によって主回路電圧が監視されている間は、レゾルバへの電力の供給を停止又は低減する。これにより、第1放電制御が終わった後、副電力供給装置から制御装置へ電力を供給できず時間を延ばすことができるので、より長時間にわたり主回路電圧を監視できる。
(7)本発明では、監視部によって主回路電圧が監視されている間は、主回路における電力変換器及び電圧変換器を駆動する駆動回路のうち、第1及び第2放電制御を行う際に駆動する必要のない電圧変換器の駆動に係る回路への電力の供給を停止又は低減する。これにより、第1放電制御が終わった後、副電力供給装置から制御装置へ電力を供給できる時間を延ばすことができるので、より長時間にわたり主回路電圧を監視できる。
(8)本発明では、監視部によって主回路電圧が監視されている間は、監視部によって主回路電圧が監視されていない間よりも、マイクロコンピュータの制御周期を長くする。これにより、マイクロコンピュータにおける消費電力を低減できるので、第1放電制御が終わった後、副電力供給装置から制御装置へ電力を供給できる時間を延ばすことができるので、より長時間にわたり主回路電圧を監視できる。
(9)本発明では、監視部によって主回路電圧が監視されている間は、主回路のDCDCコンバータを駆動する制御回路への電力の供給を停止する。これにより、制御装置における消費電力を低減できるので、第1放電制御が終わった後、副電力供給装置から制御装置へ電力を供給できる時間を延ばすことができるので、より長時間にわたり主回路電圧を監視できる。
本発明の一実施形態に係る電源システムを搭載する電動車両の構成を示す図である。 放電処理のメインタスクの具体的な手順を示すフローチャートである(その1)。 放電処理のメインタスクの具体的な手順を示すフローチャートである(その2)。 放電開始判定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 図2A及び図2Bのメインタスクにおける空転停止制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 図2A及び図2Bのメインタスクにおける放電制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 図2A及び図2Bのメインタスクにおける車両状態監視処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 図2A及び図2Bのメインタスクにおける放電終了処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 急速放電処理による駆動モータの回転数及び2次側電圧の時間変化の具体例を示すタイムチャートである。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る電源システム1を搭載する電動車両V(以下、単に「車両」という)の構成を示す図である。なお本実施形態では、車両Vとして、エンジンEと駆動モータMと発電機Gとを備える所謂ハイブリッド車両を例に説明するが、本発明はこれに限るものではない。本発明に係る電源システムは、ハイブリッド車両に限らず、電気自動車や燃料電池自動車等、バッテリに蓄電された電力を用いて走行する車両であれば、どのような車両にも適用可能である。
車両Vは、電源システム1と、エンジンEと、電動発電機である駆動モータMと、発電機Gと、駆動輪Wと、車速センサSPと、を備える。駆動モータMは、主として車両Vが走行するための動力を発生する。駆動モータMの出力軸は、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Wに連結されている。電源システム1から駆動モータMに電力を供給することにより駆動モータMで発生させたトルクは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Wに伝達され、駆動輪Wを回転させ、車両Vを走行させる。また駆動モータMは、車両Vの減速回生時には発電機として作用する。駆動モータMによって発電された電力は、電源システム1が備える後述の高電圧バッテリ21に充電される。車速センサSPは、駆動輪Wの回転速度、すなわち車両Vの速度である車速に応じたパルス信号を生成し、後述のシステムECU8へ送信する。
また駆動モータMの出力軸には、出力軸の回転角度を検出するための第1レゾルバR1が取り付けられている。第1レゾルバR1は、電源システム1のシステムECU8から交流電力が供給されると励磁し、駆動モータMの出力軸の回転角度に応じた信号をシステムECU8に送信する。
エンジンEの出力軸であるクランクシャフトは、図示しない動力伝達機構を介して発電機Gに接続されている。発電機Gは、エンジンEの動力によって駆動され、電力を発生する。発電機Gによって発電された電力は、高電圧バッテリ21に充電される。なおエンジンEは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Wに接続されており、エンジンEの動力を用いて駆動輪Wを駆動させることも可能となっている。
また発電機Gの出力軸には、出力軸の回転角度を検出するための第2レゾルバR2が取り付けられている。第2レゾルバR2は、電源システム1のシステムECU8から交流電力が供給されると励磁し、発電機Gの出力軸の回転角度に応じた信号をシステムECU8に送信する。
電源システム1は、高電圧バッテリ21と駆動モータM及び発電機Gとを接続し、高電圧バッテリ21と駆動モータM及び発電機Gとの間で電力の授受を行う高電圧回路2と、低電圧バッテリ31が設けられた低電圧回路3と、バックアップ電源ユニット5と、駆動モータM、発電機G、高電圧回路2、低電圧回路3、及びバックアップ電源ユニット5等を制御するシステムECU8と、を備える。
高電圧回路2は、高電圧バッテリ21と、電圧変換器としての高電圧DCDCコンバータ22と、高電圧バッテリ21の正負両極と高電圧DCDCコンバータ22の低圧側正極端子221及び低圧側負極端子222とを接続する第1電力線26p,26nと、電力変換器としての第1インバータ23と、第2インバータ24と、高電圧DCDCコンバータ22の高圧側正極端子223及び高圧側負極端子224と各インバータ23,24の直流入出力側とを接続する第2電力線27p,27nと、第1電力線26p,26nに接続された低電圧DCDCコンバータ25と、その制御回路25dと、第2電力線27p,27nに接続された第2平滑コンデンサC2と、を備える。
高電圧バッテリ21は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。以下では、この高電圧バッテリ21として、電極間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う所謂リチウムイオン蓄電池を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。
第1電力線26p,26nには、それぞれ正極コンタクタ28p及び負極コンタクタ28nが設けられている。これらコンタクタ28p,28nは、外部からの指令信号が入力されていない状態では開成して高電圧バッテリ21の両電極と第1電力線26p,26nとの導通を絶ち、指令信号が入力されている状態では閉成して高電圧バッテリ21と第1電力線26p,26nとを接続するノーマルオープン型である。これらコンタクタ28p,28nは、バッテリECU6から送信される指令信号に応じ、低電圧バッテリ31から供給される電力を用いて開閉する。なお正極コンタクタ28pは、高電圧回路2に設けられる複数の平滑コンデンサへの突入電流を緩和するためのプリチャージ抵抗を有するプリチャージコンタクタとなっている。
高電圧DCDCコンバータ22は、第1電力線26p,26nと第2電力線27p,27nとの間に設けられる。高電圧DCDCコンバータ22の低圧側正極端子221及び低圧側負極端子222は、それぞれ上述のように第1電力線26p,26nを介して高電圧バッテリ21に接続される。高電圧DCDCコンバータ22の高圧側正極端子223及び高圧側負極端子224は、それぞれ上述のように第2電力線27p,27nを介して第1インバータ23及び第2インバータ24に接続される。
高電圧DCDCコンバータ22は、リアクトルLと、第1平滑コンデンサC1と、ハイアーム素子225Hと、ローアーム素子225Lと、負母線227と、を組み合わせて構成される双方向DCDCコンバータである。
負母線227は、低圧側負極端子222と高圧側負極端子224とを接続する配線である。第1平滑コンデンサC1は、その一端側が低圧側正極端子221に接続され、その他端側が負母線227に接続される。リアクトルLは、その一端側が低圧側正極端子221に接続され、その他端側がハイアーム素子225Hとローアーム素子225Lとの接続ノードに接続される。
ハイアーム素子225Hは、IGBTやMOSFET等の既知のパワースイッチング素子と、このパワースイッチング素子に並列に接続されたダイオードと、を備える。ローアーム素子225Lは、IGBTやMOSFET等の既知のパワースイッチング素子と、このパワースイッチング素子に並列に接続されたダイオードと、を備える。これらハイアーム素子225H、及びローアーム素子225Lは、高圧側正極端子223と負極母線227との間で、直列に、この順で接続される。
ハイアーム素子225Hのパワースイッチング素子のコレクタは高圧側正極端子223に接続され、そのエミッタはローアーム素子225Lのコレクタに接続される。ローアーム素子225Lのパワースイッチング素子のエミッタは、負母線227に接続される。ハイアーム素子225Hに設けられるダイオードの順方向は、リアクトルLから高圧側正極端子223へ向かう向きである。またローアーム素子225Lに設けられるダイオードの順方向は、負母線227からリアクトルLへ向かう向きである。
これらハイアーム素子225H及びローアーム素子225Lは、それぞれシステムECU8が備えるゲートドライブ回路90によって生成されるゲート駆動信号によってオン又はオフにされる。
高電圧DCDCコンバータ22は、システムECU8のゲートドライブ回路90から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記素子225H,225Lをオン/オフ駆動することにより、昇圧機能と降圧機能を発揮する。昇圧機能とは、低圧側の端子221,222に印加される電圧を昇圧して高圧側の端子223,224に出力する機能をいい、これにより第1電力線26p,26nから第2電力線27p,27nへ電流が流れる。また降圧機能とは、高圧側の端子223,224に印加される電圧を降圧して低圧側の端子221,222に出力する機能をいい、これにより第2電力線27p,27nから第1電力線26p,26nへ電流が流れる。なお以下では、第1電力線26p,26nの間の電位差を1次側電圧V1という。また第2電力線27p,27nの間の電位差を2次側電圧V2という。
第1インバータ23及び第2インバータ24は、例えば、複数のスイッチング素子(例えば、IGBT)をブリッジ接続して構成されるブリッジ回路を備えた、パルス幅変調によるPWMインバータであり、直流電力と交流電力とを変換する機能を備える。第1インバータ23は、その直流入出力側において第2電力線27p,27nに接続され、交流入出力側において駆動モータMのU相、V相、W相の各コイルに接続されている。第2インバータ24は、その直流入出力側において第2電力線27p,27nに接続され、交流入出力側において発電機GのU相、V相、W相の各コイルに接続されている。
第1インバータ23は、駆動モータMのU相に接続されたハイ側U相スイッチング素子及びロー側U相スイッチング素子と、駆動モータMのV相に接続されたハイ側V相スイッチング素子及びロー側V相スイッチング素子と、駆動モータMのW相に接続されたハイ側W相スイッチング素子及びロー側W相スイッチング素子と、を相毎にブリッジ接続して構成される。
第1インバータ23は、システムECU8のゲートドライブ回路90から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記各相のスイッチング素子をオン/オフ駆動することにより、高電圧DCDCコンバータ22から供給される直流電力を交流電力に変換して駆動モータMに供給したり、駆動モータMから供給される交流電力を直流電力に変換して高電圧DCDCコンバータ22に供給したりする。
また第1インバータ23には、各スイッチング素子の温度を検出し、検出値に応じた信号をシステムECU8へ送信するチップ温度センサ(図示せず)が設けられている。
第2インバータ24は、発電機GのU相に接続されたハイ側U相スイッチング素子及びロー側U相スイッチング素子と、発電機GのV相に接続されたハイ側V相スイッチング素子及びロー側V相スイッチング素子と、発電機GのW相に接続されたハイ側W相スイッチング素子及びロー側W相スイッチング素子と、を相毎にブリッジ接続して構成される。
またこれら第1インバータ23及び第2インバータ24には、それぞれ駆動モータMの各相を流れる電流に応じた信号をシステムECU8へ送信する電流センサ(図示せず)が設けられている。システムECU8では、これら電流センサから送信される信号を用いることによって、駆動モータMや発電機Gの出力軸の回転角度を把握することができる。このため、システムECU8では、レゾルバR1,R2が故障した場合であっても、これら電流センサから送信される信号を用いてインバータ23,24の制御を継続することができる。
第2インバータ24は、システムECU8のゲートドライブ回路90から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記各相のスイッチング素子をオン/オフ駆動することにより、高電圧DCDCコンバータ22から供給される直流電力を交流電力に変換して発電機Gに供給したり、発電機Gから供給される交流電力を直流電力に変換して高電圧DCDCコンバータ22に供給したりする。
また第2インバータ24には、各スイッチング素子の温度を検出し、検出値に応じた信号をシステムECU8へ送信するチップ温度センサ(図示せず)が設けられている。
低電圧DCDCコンバータ25は、第1電力線26p,26nに対し、高電圧DCDCコンバータ22と並列に接続されている。制御回路25dは、バックアップ電源ユニット5から供給される電力を用いることによって低電圧DCDCコンバータ25のスイッチング素子をオン/オフ駆動することによって、第1電力線26p,26n間の電圧V1を降圧し、低電圧バッテリ31に供給し、低電圧バッテリ31を充電する。
低電圧回路3は、低電圧バッテリ31と、第1システム制御電力線32と、第1ダイオード33と、衝突検知部35と、バッテリECU36と、を備える。
低電圧バッテリ31は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。本実施形態では、バッテリ3として、電極に鉛を用いた鉛バッテリを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。また以下では、低電圧バッテリ31として、その出力電圧は高電圧バッテリ21の出力電圧よりも低いものを用いた場合について説明する。なお以下では、この低電圧バッテリ31を、作業者によるメンテナンス性を考慮して、車両Vの図示しないエンジンルームのうち車両前方側に設けた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。
第1システム制御電力線32は、低電圧バッテリ31とシステムECU8とを接続し、低電圧バッテリ31からシステムECU8へ電力を供給する給電線である。なお以下では、第1システム制御電力線32の電圧、すなわち低電圧バッテリ31の出力電圧をVBと表記する。
第1ダイオード33は、第1システム制御電力線32に設けられる。第1ダイオード33の順方向は、低電圧バッテリ31からシステムECU8へ向かう向きであり、低電圧バッテリ31からシステムECU8への電流を許容する。
衝突検知部35は、加速度センサ(図示せず)の検出信号を用いることによって、車両Vが衝突又は横転したか否かを判定し、衝突又は横転したと判定した場合には、バッテリECU36へ衝突検知信号を送信する。衝突検知部35は、低電圧バッテリ31から供給される電力を用いて作動する。
バッテリECU36は、コンタクタ28p,28nのオン/オフや高電圧バッテリ21及び低電圧バッテリ31の状態の監視等に関する制御を担うマイクロコンピュータである。バッテリECU36は、低電圧バッテリ31から供給される電力を用いて作動する。
バッテリECU36は、図示しないバッテリセンサユニットを備える。このバッテリセンサユニットは、高電圧バッテリ21の電圧、電流、及び温度など、高電圧バッテリ21の内部状態を推定するために必要な複数のセンサによって構成される。バッテリECU36は、このバッテリセンサユニットによる検出信号を用いることによって高電圧バッテリ21の内部状態(例えば、バッテリ温度や充電状態等)を推定する。
バッテリECU36は、運転者によってスタートスイッチがオンにされると、低電圧バッテリ31から供給される電力の下で起動し、高電圧回路2に設けられている複数の平滑コンデンサC1〜C2のプリチャージを開始する。より具体的には、バッテリECU36は、コンタクタ28p,28nをオンにし、高電圧バッテリ21を第1電力線26p,26nに接続することによって平滑コンデンサC1〜C2のプリチャージを行う。なおバッテリECU36は、平滑コンデンサC1〜C2のプリチャージを行う際には、負極コンタクタ28nをオンにするとともに、正極コンタクタ28pのうちプリチャージ抵抗を有するコンタクタをオンにする。またバッテリECU36は、平滑コンデンサC1〜C2のプリチャージが完了した後、正極コンタクタ28pのうちプリチャージ抵抗を有さないコンタクタをオンにする。これにより、プリチャージの実行時における平滑コンデンサC1〜C2への突入電流を緩和することができる。
バッテリECU36は、以上のようにしてコンタクタ28p,28nをオンにした後、運転者によって電源システム1を停止するためにスタートスイッチがオフにされた場合、又は衝突検知部35から衝突検知信号を受信した場合には、コンタクタ28p,28nをオフにし、高電圧バッテリ21を第1電力線26p,26nから切り離す。
またこのバッテリECU36は、システムECU8とCANバス(図示せず)を介してCAN通信を行うことが可能となっている。そこでバッテリECU36は、バッテリセンサユニットを用いることで推定した高電圧バッテリ21の内部状態に関する情報を、CAN通信を介してシステムECU8へ送信する。またバッテリECU36は、以上のような手順によって平滑コンデンサC1〜C2のプリチャージを行っている間は、実行中のプリチャージが阻害されないように、その旨を示す信号を、CAN通信を介してシステムECU8へ送信する。またバッテリECU36は、衝突検知部35から衝突検知信号を受信した場合には、上記のようにコンタクタ28p、28nをオフにするとともに、CAN通信を介して放電許可信号をシステムECU8へ送信する。放電許可信号とは、後述の急速放電処理(図2A及び図2B参照)の実行を許可する信号である。
バックアップ電源ユニット5は、第3電力線51p,51nと、第2システム制御電力線53と、第2ダイオード54と、降圧装置55と、電源IC56と、遮断スイッチ57と、を備える。
第3電力線51p,51nは、高電圧回路2の第2電力線27p,27nと低電圧DCDCコンバータ25の制御回路25dとを接続し、第2電力線27p,27nから制御回路25dへ電力を供給する給電線である。
降圧装置55は、第3電力線51p,51nに設けられる。降圧装置55は、その一次側が第2電力線27p側に接続され、その二次側が制御回路25d側に接続されたトランスと、このトランスの一次側に流れる電流を断続するスイッチング素子と、を備える絶縁型のDCDCコンバータである。電源IC56は、スタートスイッチがオンにされ、上述のようにコンタクタ28p,28nがオンにされた後、第1電力線26p(又は第2電力線27p)から供給される電力を用いて降圧装置55のスイッチング素子をオン/オフ駆動することにより、第2電力線27pから供給される電力を降圧して制御回路25d側へ出力する。
第2システム制御電力線53は、第3電力線51pのうち制御回路25dと降圧装置55との間と、第1システム制御電力線32のうち第1ダイオード33よりもシステムECU8側とを接続し、降圧装置55からシステムECU8へ電力を供給する給電線である。なお以下では、第2システム制御電力線53の電圧、すなわち降圧装置55の出力電圧をVccと表記する。なお以下では、第2システム制御電力線53を第1システム制御電力線32に接続する場合について説明するが、本発明はこれに限らない。第2システム制御電力線53は、第1システム制御電力線32を介さずにシステムECU8に直接接続してもよい。
第2ダイオード54は、第2システム制御電力線53に設けられる。第2ダイオード54の順方向は、降圧装置55からシステムECU8へ向かう向きであり、降圧装置55からシステムECU8への電流を許容する。
遮断スイッチ57は、第3電力線51p,51nのうち、第2システム制御電力線53よりも制御回路25dとの間に設けられ、降圧装置55と制御回路25dとの接続を断続する。遮断スイッチ57は、システムECU8から送信される指令信号に応じて開閉する。システムECU8は、運転者によってスタートスイッチがオンにされると、遮断スイッチ57を閉成し、降圧装置55と制御回路25dとを接続する。またシステムECU8は、後に図10を参照して説明する車両状態監視処理の実行時には、遮断スイッチ57を開成し、降圧装置55と制御回路25dとを遮断する。
ここで降圧装置55の出力電圧Vccの設定について説明する。図1に示すように、車両Vの走行制御を担うシステムECU8には、電力供給源である低電圧バッテリ31及び降圧装置55がそれぞれダイオード33,54を介して接続されている。このためシステムECU8には、これら2つの電力供給源のうちより高電位である方から選択的に電力を供給することが可能となっている。本実施形態では、低電圧バッテリ31をシステムECU8の主電源とし、降圧装置55を低電圧バッテリ31に不具合が生じ(より具体的には、車両Vが衝突することにより、低電圧バッテリ31とシステムECU8との接続が消失した場合や、低電圧バッテリ31が正常でない状態になった場合等)、低電圧バッテリ31からシステムECU8への電力の供給ができなくなった場合におけるシステムECU8のバックアップ電源として用いるようにするため、降圧装置55の出力電圧Vccは、システムECU8の作動電圧範囲内でありかつ低電圧バッテリ31が正常である状態における出力電圧VBより低くなるように設定される。ここで低電圧バッテリ31が正常でない状態とは、例えば低電圧バッテリ31の劣化が過度に進行することにより、その出力電圧が新品時よりも大きく低下した状態をいう。
システムECU8は、マイクロコンピュータであるメインマイコン80と、このメインマイコン81から送信される指令信号に応じて高電圧DC−DCコンバータ22、第1インバータ23、及び第2インバータ24のスイッチング素子をオン/オフ駆動するゲートドライブ回路90と、高電圧回路2の電圧を検出する1次側電圧センサ93及び2次側電圧センサ94と、バックアップコンデンサC3と、を備える。
システムECU8を構成するメインマイコン80、ゲートドライブ回路90、電圧センサ93,94、及びバックアップコンデンサC3は、低電圧バッテリ31又はバックアップ電源ユニット5から供給される電力を用いて作動する。システムECU8は、運転者によって電源システム1を始動するためにスタートスイッチ(図示せず)がオンにされると、低電圧バッテリ31から供給される電力の下で起動し、その後は低電圧バッテリ31又はバックアップ電源ユニット5から供給される電力を用いて作動する。
1次側電圧センサ93は、第1電力線26p,26nの間の電位差である1次側電圧V1を検出し、検出値に応じた信号をメインマイコン80へ送信する。2次側電圧センサ94は、第2電力線27p,27nの間の電位差である2次側電圧V2を検出し、検出値に応じた信号をメインマイコン80へ送信する。
バックアップコンデンサC3は、例えば第1システム制御電力線32のうち第1ダイオード33とメインマイコン80との間に接続されている。このため低電圧バッテリ31がシステムECU8に対する主電源として機能している間は、バックアップコンデンサC3は、低電圧バッテリ31から供給される電力によって常時満充電となっている。また上述のように低電圧バッテリ31からシステムECU8への電力の供給ができなくなった場合には、このバックアップコンデンサC3に蓄えられた電力はメインマイコン80やゲートドライブ回路90で適宜消費される。したがってこのバックアップコンデンサC3は、上述のバックアップ電源ユニット5とともにシステムECU8のバックアップ電源として機能する。
本実施形態では、バックアップコンデンサC3を、第1システム制御電力線32のうち第1ダイオード33とメインマイコン80との間に接続した場合について説明するが、本発明はこれに限らない。バックアップコンデンサC3は、第2システム制御電力線53のうち第2ダイオード54より降圧装置55側又は第3電力線51pのうち降圧装置55と制御回路25dとの間に接続してもよい。この場合、降圧装置55から供給される電力によってバックアップコンデンサC3を常時満充電にできる。このような位置にバックアップコンデンサC3を接続することにより、バックアップコンデンサC3に蓄えられた電力を、メインマイコン80及びゲートドライブ回路90に加えてさらに制御回路25dにも供給することができる。
メインマイコン80は、車両Vの走行制御、より具体的には高電圧回路2を構成する各種装置、駆動モータM、及び発電機G等の制御を総括的に担うマイクロコンピュータである。図1には、メインマイコン80によって実現されるモジュールのうち、後述の図2A及び図2Bに示す放電処理の実行に係るもののみを図示する。ここで放電処理とは、衝突等の何らかの異常が生じていないか否かを判定し、異常が生じたと判定した場合には、高電圧となっている高電圧回路2の平滑コンデンサC2に蓄えられている電荷を放電させる一連の処理をいう。
メインマイコン80には、後述の図2A及び図2Bの放電処理の実行に係るモジュールとして、後述の放電開始判定処理(S2参照)の実行に係る放電開始判定部81と、後述の空転停止制御処理(S6参照)の実行に係る空転停止制御部84と、後述の放電制御処理(S9参照)の実行に係る放電制御部85と、後述の車両状態監視処理(S12参照)の実行に係る車両状態監視部86と、後述の放電終了処理(S14参照)の実行に係る放電終了部87と、が構成されている。
図2A及び図2Bは、システムECU8における放電処理のメインタスクの具体的な手順を示すフローチャートである。図2A及び図2Bに示す放電処理は、車両Vが起動されている間において、所定の制御周期の下でシステムECU8において繰り返し実行される。ここでシステムECU8のメインマイコン80は、そのクロック周波数を変化させることにより、メインタスクの制御周期を通常周期T1と、この通常周期T1よりも長い省電力周期T2と、で切り替えることが可能となっている。メインマイコン80は、放電モードフラグの値が“3”でない場合、すなわち車両状態監視部86によって車両の状態が監視されていない場合には、メインタスクの制御周期を通常周期T1とし、放電モードフラグの値が“3”である場合、すなわち車両状態監視部86によって車両の状態が監視されている場合には、メインタスクの制御周期を省電力周期T2とする(後述の図6のS61参照)。
以下、フローチャートの具体的な手順について詳細に説明する前に、システムECU8において定義されている各種フラグ及びその値が示す内容について説明する。
システムECU8には、放電モードフラグと、車両停止判定フラグと、が規定されている。
放電モードフラグは、0,1,2,3,4の何れかの値を取り得る。放電モードフラグは、メインタスクの進行ステージを示すフラグである。放電モードフラグの値が“0”であることは、後述の放電開始条件が未成立であることを意味する。放電モードフラグの値が“1”であることは、放電開始条件が成立した後であって、後述の空転停止制御処理の実行中であることを意味する。放電モードフラグの値が“2”であることは、放電開始条件が成立した後であって、後述の放電制御処理の実行中であることを意味する。放電モードフラグの値が“3”であることは、放電開始条件が成立した後であって、放電制御処理が実行されたことにより2次側電圧が十分に低下した状態であること、換言すれば後述の車両状態監視処理の実行中であることを意味する。また放電モードフラグの値が“4”であることは、放電開始条件が成立した後、車両状態監視処理が実行されたことにより車両が停止状態であると判定された後であることを意味する。
車両停止判定フラグは、0,1の何れかの値を取り得る。車両停止判定フラグは、車両状態監視処理による判定結果を示すフラグである。車両停止判定フラグの値が“0”であることは、車両状態監視処理による監視前又は監視中であることを意味する。車両停止判定フラグの値が“1”であることは、車両状態監視処理により、車両は停車状態であると判定されたことを意味する。
図2Aのメインタスクに戻り、始めにS1では、システムECU8の放電開始判定部81は、放電モードフラグが“0”であるか否かを判定する。S1の判定結果がNOである場合、すなわち、前回以前の制御周期において既に放電開始条件(図3のS21参照)が成立したと判定されている場合には、放電開始判定部81は、S5に移る。またS1の判定結果がYESである場合、すなわち、未だ放電開始条件が成立していない場合には、放電開始判定部81は、S2に移り、放電開始判定処理(図3参照)を実行した後、S3に移る。図3を参照して後に詳述するように、この放電開始判定処理では、所定の放電開始条件が成立したか否かを判定し、この判定結果に応じて放電モードフラグの値を“0”又は“1”にする。
図3は、放電開始判定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
始めにS21では、放電開始判定部81は、放電開始条件が成立したか否かを判定する。この放電開始条件は、例えばシステムECU8がバッテリECU36からCAN通信を介して放電許可信号を受信すること等、車両が衝突した場合に成立し得る条件によって構成される。S21の判定結果がNOである場合、すなわち放電開始条件が成立していない場合には、放電開始判定部81は、図3の放電開始判定処理を終了し、図2AのS3に移る。またS21の判定結果がYESである場合、すなわち放電開始条件が成立した場合には、放電開始判定部81は、S22に移る。
S22では、放電開始判定部81は、放電モードフラグの値を“0”から“1”にし、第1インバータ23、第2インバータ24、及び高電圧DC−DCコンバータ22の全てのスイッチング素子のゲートをオフにし、図3の放電開始判定処理を終了し、図2AのS3に移る。
図2Aに戻り、S3では、放電開始判定部81は、放電モードフラグの値が“0”であるか否かを判定する。S3の判定結果がYESである場合、すなわち放電開始条件が成立していない場合、放電開始判定部81は、図2A及び図2Bのメインタスクを終了する。またS3の判定結果がNOである場合、すなわち上記放電開始条件が成立した後である場合、放電開始判定部81は、S5に移り、S5〜S14によって構成される急速放電処理が開始される。
図2A及び図2Bに示すように、急速放電処理は、空転停止制御処理(S6)と、放電制御処理(S9)と、車両状態監視処理(S12)と、放電終了処理(S14)と、に分けられている。
始めにS5では、システムECU8の空転停止制御部84は、放電モードフラグの値が“1”であるか否かを判定する。S5の判定結果がYESである場合、空転停止制御部84は、S6に移り、空転停止制御処理を実行した後、S7に移る。この空転停止制御処理は、後に図4を参照して説明するように、2次側電圧の上昇を抑制しながら駆動モータMの回転を減速又は停止させる空転停止制御を実行する処理である。またS5の判定結果がNOである場合、すなわち空転停止制御が完了した後である場合には、空転停止制御部84は、S6の空転停止制御処理を実行せずに、S8に移る。
またS7では、空転停止制御部84は、放電モードフラグの値が“1”であるか否かを判定する。S7の判定結果がYESである場合、すなわち空転停止制御の実行中である場合には、空転停止制御部84は、以降の処理(S8〜S14)を行うことなく直ちに図2A及び図2Bのメインタスクを終了する。S7の判定結果がYESである場合、すなわち空転停止制御が完了した後である場合には、空転停止制御部84は、S8に移る。
次にS8では、システムECU8の放電制御部85は、放電モードフラグの値が“2”であるか否かを判定する。S8の判定結果がYESである場合、放電制御部85は、S9に移り、放電制御処理を実行した後、S10に移る。この放電制御処理は、後に図5を参照して説明するように、高電圧回路2における平滑コンデンサC1,C2等に蓄えられた電荷を放電する放電制御を実行する処理である。またS8の判定結果がNOである場合、すなわち放電制御処理が完了した後である場合には、放電制御部85は、S9の放電制御処理を実行せずにS11に移る。
またS10では、放電制御部85は、放電モードフラグの値が“2”であるか否かを判定する。S10における判定結果がYESである場合、すなわち放電制御処理の実行中である場合には、放電制御部85は、以降の処理を実行することなく直ちに図2A及び図2Bのメインタスクを終了する。S10における判定結果がYESである場合、すなわち放電制御処理が完了した後である場合には、放電制御部85は、S11に移る。
次にS11では、システムECU8の車両状態監視部86は、放電モードフラグの値が“3”であるか否かを判定する。S11の判定結果がYESである場合、車両状態監視部86は、S12に移り、車両状態監視処理を実行した後、S13に移る。この車両状態監視処理は、後に図6を参照して説明するように、放電制御が終わった後の車両の状態を監視する処理である。またS11の判定結果がNOである場合、すなわち車両状態監視処理において車両が停止状態であると判定された後である場合には、車両状態監視部86は、S12の車両状態監視処理を実行せずにS14に移る。S13では、車両状態監視部86は、車両停止判定フラグの値が“1”であるか否かを判定する。S13の判定結果がNOである場合、すなわち車両状態監視処理において車両が停止したと確認されていない場合には、車両状態監視部86は、図2A及び図2Bのメインタスクを終了する。S13の判定結果がYESである場合、車両状態監視部86は、S14に移る。
次にS14では、システムECU8の放電終了部87は、後に図7を参照して説明する放電終了処理を実行した後、図2A及び図2Bのメインタスクを終了する。
次に、急速放電処理を構成する空転停止制御処理(S6)と、放電制御処理(S9)と、車両状態監視処理(S12)と、放電終了処理(S14)と、の具体的な内容について、順に説明する。
図4は、図2A及び図2Bのメインタスクにおける空転停止制御処理(S6)の具体的な手順を示すフローチャートである。この空転停止制御処理は、図2Aに示すように、放電モードフラグの値が“1”である場合にのみ実行されるようになっている。この空転停止制御処理では、空転停止制御部84は、2次側電圧V2の上昇を抑制しながら駆動モータMの回転を減速又は停止させる。
S41では、空転停止制御部84は、空転停止制御を実行し、S42に移る。この空転停止制御では、空転停止制御部84は、駆動モータMの回転速度を減速させる既知の制御手法(例えば、三相短絡制御等)を実行する。これにより駆動輪の慣性によって回転し続ける駆動モータMの回転速度を、摩擦のみによって減速させる場合よりも速く減速させることができる。
S42では、空転停止制御部84は、空転停止制御を終了する時期に達したか否か、より具体的には例えば駆動モータMの回転数が所定の判定回転数以下になったか否かを判定する。
S42の判定結果がYESである場合、すなわち、空転停止制御を終了する時期に達した場合には、空転停止制御部84は、S43に移る。S43では、空転停止制御部84は、第1インバータ23の全てのスイッチング素子のゲートをオフにし、さらに空転停止制御が終了したことを明示するべく放電モードフラグの値を“1”から“2”に変更し、図2A及び図2BのメインタスクのS7に移る。
またS42の判定結果がNOである場合、すなわち空転停止制御を終了する時期に達していない場合には、空転停止制御部84は、放電モードフラグの値を“1”で維持したまま、図2A及び図2BのメインタスクのS7に移る。
図5は、図2A及び図2Bのメインタスクにおける放電制御処理(S9)の具体的な手順を示すフローチャートである。この放電制御処理は、図2Bに示すように、放電モードフラグの値が“2”である場合にのみ実行されるようになっている。この放電制御処理では、放電制御部85は、高電圧回路2の第2平滑コンデンサC2に蓄えられている電荷を放電させることにより、2次側電圧V2を低下させる。
始めにS51では、システムECU8の放電制御部85は、放電制御を実行する。この放電制御では、放電制御部85は、2次側電圧を速やかに低下させる既知の制御手法(例えば、第1インバータ23及び第2インバータ24のスイッチング制御によって第2平滑コンデンサC2に蓄えられている電荷を放電させる手法や、図示しない放電抵抗を用いて第2平滑コンデンサC2に蓄えられている電荷を放電させる手法等)を実行する。
S52では、放電制御部85は、2次側電圧センサ94を利用して取得した2次側電圧V2が、放電制御処理の終了時期を判定するために2次側電圧に対して設定された放電終了判定電圧以下であるか否かを判定する。S52の判定結果がNOである場合、すなわち2次側電圧V2がまだ十分に低下していないと判定される場合には、放電制御部85は、次の制御周期も引き続き放電制御を実行するべく、放電モードフラグの値を“2”で維持したまま、図2A及び図2BのメインタスクのS10に移る。S52における判定結果がYESである場合、放電制御部85は、S53に移る。
S53では、放電制御部85は、第1インバータ23及び第2インバータ24の全てのスイッチング素子のゲートをオフにした後、放電制御処理が終了したことを明示するべく放電モードフラグの値を“3”にし、図2A及び図2BのメインタスクのS10に移る。
図6は、図2A及び図2Bのメインタスクにおける車両状態監視処理(S12参照)の具体的な手順を示すフローチャートである。この車両状態監視処理は、図2Bに示すように、放電モードフラグの値が“3”である場合のみ、すなわち放電制御部85によって放電制御を実行することによって2次側電圧V2が放電終了判定電圧以下まで低下したと判定された場合にのみ実行されるようになっている。この車両状態監視処理では、車両状態監視部86は、車両Vが停止状態であるか否かを判定するとともに、放電制御部85による放電制御が終了してから車両Vが停止状態であると判定されるまでの監視期間において、2次側電圧V2を監視する。
始めにS61では、車両状態監視部86は、車両状態監視処理の実行中における2次側電圧V2、ひいては降圧装置55の出力電圧Vccの急激な低下が抑制されるよう、消費電力低減処理を実行する。より具体的には、車両状態監視部86は、2次側電圧V2を監視している間は、2次側電圧V2を監視していない間よりも、バックアップ電源ユニット5の電力の供給先であるシステムECU8及び制御回路25dにおける消費電力を低くする。より具体的には、車両状態監視部86は、以下の(A)〜(D)の処理のうちの少なくとも何れかを実行することにより、監視期間中のシステムECU8及び制御回路25dにおける消費電力を低減する。
(A)車両状態監視部86により2次側電圧V2を監視している間は、第1レゾルバR1及び第2レゾルバR2を励磁するための励磁出力電源を停止する。これにより、バックアップ電源ユニット5からレゾルバR1,R2への電力の供給が停止されるので、システムECU8における消費電力が低減される。
(B)車両状態監視部86により2次側電圧V2を監視している間は、2次側電圧V2を監視していない間よりも、ゲートドライブ回路90における消費電力を低減する。より具体的には、車両状態監視部86により2次側電圧V2を監視している間は、ゲートドライブ回路90のうち空転停止制御及び放電制御の実行に必要のない回路、すなわちゲートドライブ回路90のうち高電圧DC−DCコンバータ22の駆動に係る回路への電力の供給を停止する。これにより、バックアップ電源ユニット5からゲートドライブ回路90への電力の供給が低減されるので、システムECU8における消費電力が低減される。
(C)車両状態監視部86により2次側電圧V2を監視している間は、2次側電圧V2を監視していない間よりもメインマイコン80のクロック周波数を低くし、メインタスクの制御周期を通常周期T1よりも長い省電力周期T2にする。これにより、システムECU8における消費電力が低減される。
(D)車両状態監視部86により2次側電圧V2を監視している間は、遮断スイッチ57を開成し、バックアップ電源ユニット5の降圧装置55から低電圧DCDCコンバータ25の制御回路25dへの電力の供給を停止する。これにより、低電圧DCDCコンバータ25の制御回路25dにおける消費電力が低減される。
S62では、車両状態監視部86は、2次側電圧センサ94を利用して取得した2次側電圧V2が、上述の放電終了判定電圧と同じかそれよりもやや高く設定された再上昇判定電圧以下であるか否かを判定する。S62の判定結果がYESである場合、車両状態監視部86は、S63に移る。
S63では、車両状態監視部86は、車両停止状況確認処理を実行した後、S64に移る。この車両停止状況確認処理では、車両状態監視部86は、車両が停止状態であるか否かを判定するために用いることができる各種情報を取得する。ここで車両が停止状態であるか否かを判定するために用いることができる各種情報とは、例えば、車速センサSPによって得られる車速に関する情報、エンジンの回転数に関する情報、駆動モータMの回転数に関する情報、発電機Gの回転数に関する情報、ハンドルの操作状態に関する情報、ブレーキの操作状態に関する情報、アクセルペダルの操作状態に関する情報、及びエンジンの稼動状態に関する情報等が挙げられる。
S64では、車両状態監視部86は、S63で取得した情報を用いることによって、車両が停止状態であるか否かを判定する。S64の判定結果がYESである場合、車両状態監視部86は、車両が停止状態であること、すなわち上記放電制御によって低下した2次側電圧V2が再び上昇に転じるおそれはないと判断し、S65に移る。S65では、車両状態監視部86は、車両が停止状態であることを明示するべく、車両停止判定フラグの値を“1”にし、さらに放電モードフラグの値を“3”から“4”に変更した後、図2A及び図2BのメインタスクのS14に移る。またS64の判定結果がNOである場合、すなわち車両が停止状態でなく、その後2次側電圧V2が再び上昇に転じる可能性がある場合には、車両状態監視部86は、引き続き監視を継続するべく、放電モードフラグの値を“3”で維持したまま、図2A及び図2BのメインタスクのS14に移る。
またS62の判定結果がNOである場合、車両状態監視部86は、S66に移る。ここでS62の判定結果がNOである場合とは、2次側電圧V2が放電終了判定電圧及び再上昇判定電圧より高い場合である。S66では、車両状態監視部86は、再び上昇した2次側電圧を低下させるため、再び空転停止制御処理及び放電制御処理を実行する必要があると判断し、放電モードフラグの値を“1”にし、図2A及び図2BのメインタスクのS14に移る。なお、本実施形態では、放電制御が終了した後、再び2次側電圧V2が上昇した場合には、空転停止制御処理及び放電制御処理を実行する場合について説明するが、本発明はこれに限らない。より具体的には、放電制御が終了した後、再び2次側電圧V2が上昇した場合には、空転停止制御処理を行わずに放電制御処理から再開するようにしてもよい。この場合、S66では、車両状態監視部86は、放電モードフラグの値を“2”にすればよい。
以上のような図6の車両状態監視処理によれば、車両状態監視部86は、放電制御が終了してから車両が停止状態であると判定されるまでの監視期間(より具体的には、放電モードフラグの値が“3”になってから(図5のS53参照)、S64において車両が停止状態であると判定されるまでの期間)において、2次側電圧V2が再上昇判定電圧以下であるか否かを判定する(S62参照)。また車両状態監視部86は、この監視期間内に2次側電圧V2が再上昇判定電圧より高いと判定した場合には、放電モードフラグの値を“3”から“1”又は“2”に戻し、空転停止制御や放電制御を再び行う。
図7は、図2A及び図2Bのメインタスクにおける放電終了処理(S14)の具体的な手順を示すフローチャートである。図2Bに示すように、この放電終了処理は、放電モードフラグの値が“4”である場合又は車両停止判定フラグの値が“1”である場合のみ、すなわち図6の車両状態監視処理において車両が停止状態であると判定された場合(S64、S65参照)にのみ実行されるようになっている。
始めにS71では、システムECU8の放電終了部87は、第1レゾルバR1及び第2レゾルバR2を励磁するための励磁出力電源を起動し、S72に移る。S72では、放電終了部87は、レゾルバR1,R2の励磁出力電源の起動が完了したか否かを判定する。S72の判定結果がNOである場合、放電終了部87は、励磁出力電源の起動が完了するのを待つべく、図2A及び図2Bのメインタスクを終了する。S72の判定結果がYESである場合、放電終了部87は、放電モードフラグ及び車両停止判定フラグの値を“0”にリセットし、図7の放電終了処理を終了する。
図8は、以上のような急速放電処理による駆動モータMの回転数、2次側電圧V2、及び放電モードフラグの値の時間変化の具体例を示すタイムチャートである。図8では、時刻t0において車両Vが衝突した場合を示す。なお図8では、理解を容易にするため、2次側電圧V2に対して設定される閾値である再上昇判定電圧(図6のS62参照)は、放電終了判定電圧(図5のS52参照)と等しい大きさに設定した場合を図示する。また図8には、本実施形態による制御例を実線で示し、放電制御が終わった後に車両状態監視処理行わなかった場合の比較例を破線で示す。
始めに時刻t1では、放電終了部87は、放電開始条件が成立したと判定することにより、放電モードフラグの値を“1”にし(図3のS22参照)、急速放電処理を開始する。
時刻t1以降、システムECU8は、放電モードフラグの値が“1”に切り替わることにより、空転停止制御処理を開始する(図2AのS5〜S7参照)。これにより駆動モータMの回転数は、時刻t1以降において徐々に低下する。また平滑コンデンサC2に蓄えられている電力は、バックアップ電源ユニット5、空転停止制御処理を実行するシステムECU8、及び図示しない放電抵抗等によって消費されるため、時刻t1以降では、2次側電圧V2も徐々に低下する。
その後時刻t2では、システムECU8は、駆動モータMの回転数が所定の判定回転数以下になったと判定し(図4のS42参照)、これに応じて放電モードフラグの値を“2”にする(図4のS43参照)。
時刻t2以降、システムECU8は、放電モードフラグの値が“2”に切り替わることにより、放電制御処理を開始する(図2BのS8〜S10参照)。図8に示すように、時刻t1〜t2の間で空転停止制御処理を行うことによって駆動モータMの回転数が判定回転数以下となり、一旦は駆動モータMによる誘起電圧の大幅な上昇を抑制できるものの、2次側電圧V2は依然として高いままである。これに対しシステムECU8は、時刻t2以降の放電制御処理において、2次側電圧V2を速やかに低下させる放電制御を実行する。これにより時刻t2以降では、2次側電圧V2が速やかに低下する。
その後時刻t3では、システムECU8は、2次側電圧V2が放電終了判定電圧以下になったと判定し(図5のS52参照)、これに応じて放電モードフラグの値を“3”にする(図5のS53参照)。
時刻t3以降、システムECU8は、放電モードフラグの値が“2”から“3”に切り替わり、放電制御が終了したことに応じて、車両状態監視処理を開始する(図2BのS11〜S13参照)。この車両状態監視処理では、システムECU8は、放電制御が終了してから車両Vが停止状態であると判定されるまでの監視期間において、2次側電圧V2が再上昇判定電圧以下で維持されているか否かを監視する(図6のS62〜S64参照)。またシステムECU8は、監視期間中でありかつ2次側電圧V2が再上昇判定電圧以下である間は、上記(A)〜(D)の少なくとも何れかの消費電力低減処理を実行する。これにより、図8に示すように2次側電圧V2の低下速度が放電制御の実行中よりも低下するので、システムECU8はできるだけ長い期間にわたり2次側電圧V2の再上昇を監視できる。
その後時刻t4では、衝突後の車両Vが、例えば坂道を下り始めた後、時刻t6において再び停止する。このため時刻t4〜t6の間では、駆動輪W及びこれに連結されている駆動モータMの回転数が上昇し、この駆動モータMで発生する誘起電圧によって2次側電圧V2が再び上昇する。
これに対し図8において破線で示す比較例の電源システムでは、時刻t3において放電制御が終了した後は、車両の状態を監視していないため、時刻t6以降では、平滑コンデンサC2に溜まった電荷は、放電抵抗でしか消費されない。
これに対しシステムECU8は、車両状態監視処理による監視期間中である時刻t5において、2次側電圧V2が再上昇判定電圧より高くなったと判定し(図6のS62参照)、これに応じて放電モードフラグの値を“3”から“1”に戻す。これにより、時刻t5〜t7の間において空転停止制御処理が再び実行され、その後時刻t7以降では放電制御処理が再び実行され、時刻t8以降では車両状態監視処理が再び実行される。これにより本実施形態に係る電源システム1では、放電制御が終わった後、車両が停止状態になるまでの間に2次側電圧V2が再び上昇した場合であっても、破線で示す比較例よりも2次側電圧V2を速やかに低下させることができる。
以上のような電源システム1によれば、以下の効果を奏する。
(1)システムECU8は、放電開始条件が成立した場合に、2次側電圧V2が放電終了判定電圧以下になるまで平滑コンデンサC2における電荷を放電させる放電制御を行う放電制御部85と、車両Vが停止状態であるか否かを判定するとともに、放電制御が終了してから車両が停止状態であると判定されるまでの監視期間において2次側電圧が再上昇判定電圧以下であるか否かを判定する車両状態監視部86と、を備える。また電源システム1では、放電制御を行うことによって2次側電圧V2が放電終了判定電圧以下になった後においても、車両状態監視部86によって、車両Vが停止状態になるまで2次側電圧V2を監視するとともに、放電制御部85は、この監視期間の間に2次側電圧V2の上昇が検出された場合には、再び放電制御を行う。これにより、衝突時に最初の放電制御が行われてから車両が停止状態になるまでの間に、何らかの理由により2次側電圧V2が再上昇した場合には、これに応じて再び放電制御が行われる。よって電源システム1によれば、車両の衝突直後において、最初の放電制御を行ってから車両が停止状態になるまでの間に2次側電圧V2が再上昇判定電圧を超えた場合であっても、再び放電制御を実行することができる。
(2)ところで車両Vが衝突すると、電力線が断線したり低電圧バッテリ31が故障したりすることにより、低電圧バッテリ31からシステムECU8へ電力を供給できなくなる場合がある。この場合、システムECU8には十分な電力を継続的に供給できなくなり、システムECU8は、十分な監視期間にわたり継続して2次側電圧V2を監視できなくなったり、2次側電圧V2の上昇が検出された場合に、再度放電制御を行うことができなくなったりするおそれがある。これに対し電源システム1では、低電圧バッテリ31からシステムECU8へ電力を供給できなくなった場合には、衝突によって高電圧となっている高電圧回路2から、電源を喪失したシステムECU8へ、バックアップ電源ユニット5を介して電力が供給されるため、初回の放電制御を行った後もなお、監視期間にわたり車両状態監視部86による2次側電圧V2を継続して監視することができる。よって電源システム1によれば、2次側電圧V2の再上昇した場合には、再び放電制御を行うことができるので、再上昇した2次側電圧V2を再び低下させることができる。
(3)電源システム1は、高電圧回路2とシステムECU8とを接続し、低電圧バッテリ31からシステムECU8への電力の供給ができなくなった場合に、高電圧回路2における電力をシステムECU8に供給するバックアップ電源ユニット5を備える。これによりシステムECU8では、放電制御における放電対象である高電圧回路2の平滑コンデンサC2における電力を消費して放電制御を行うことができるので、2次側電圧V2を放電終了判定電圧まで速やかに低下させることができる。
(4)システムECU8は、低電圧バッテリ31とメインマイコン80とを接続する第1システム制御電力線32に接続されたバックアップコンデンサC3を備える。このように第1システム制御電力線32に接続されたバックアップコンデンサC3は、低電圧バッテリ31からメインマイコン80へ電力を供給できる間は、低電圧バッテリ31から供給される電力によって常時満充電となる。このため上記のように2次側電圧V2が放電終了判定電圧以下になった後において、車両状態監視部86による監視期間を長くすることができる。
(5)上述のように、車両Vが衝突すると、低電圧バッテリ31からシステムECU8へ電力を供給できなくなる場合がある。またこの場合、バックアップ電源ユニット5からシステムECU8へ電力が供給されるが、バックアップ電源ユニット5からシステムECU8へ供給できる電力には限りがある。これに対し電源システム1では、車両状態監視部86によって2次側電圧V2が監視されている間は、車両状態監視部86によって2次側電圧V2が監視されていない間よりも、システムECU8や制御回路25dの消費電力を低くする。これにより、初回の放電制御が終わった後、バックアップ電源ユニット5からシステムECU8へ電力を供給できる時間を延ばすことができるので、より長時間にわたり2次側電圧V2を監視できる。
(6)車両状態監視部86は、2次側電圧Vを監視している間は、レゾルバR1,R2への電力の供給を停止又は低減する(消費電力低減処理(A)参照)。これにより、初回の放電制御が終わった後、バックアップ電源ユニット5からシステムECU8へ電力を供給できず時間を延ばすことができるので、より長時間にわたり2次側電圧V2を監視できる。
(7)車両状態監視部86は、2次側電圧Vを監視している間は、高電圧回路2における高電圧DCDCコンバータ22及びインバータ23,24を駆動するゲートドライブ回路90のうち、放電制御を行う際に駆動する必要のない高電圧DCDCコンバータ22の駆動に係る回路への電力の供給を停止又は低減する。これにより、初回の放電制御が終わった後、バックアップ電源ユニット5からシステムECU8へ電力を供給できる時間を延ばすことができるので、より長時間にわたり2次側電圧V2を監視できる。
(8)車両状態監視部86は、2次側電圧V2を監視している間は、2次側電圧V2を監視していない間よりも、メインマイコン80のメインタスクの制御周期を長くする。これにより、メインマイコン80における消費電力を低減できるので、初回の放電制御が終わった後、バックアップ電源ユニット5からシステムECU8へ電力を供給できる時間を延ばすことができるので、より長時間にわたり2次側電圧V2を監視できる。
(9)車両状態監視部86は、2次側電圧Vを監視している間は、低電圧DCDCコンバータ25を駆動する制御回路25dへの電力の供給を停止する。これにより、制御回路25dにおける消費電力を低減できるので、初回の放電制御が終わった後、バックアップ電源ユニット5からシステムECU8へ電力を供給できる時間を延ばすことができるので、より長時間にわたり2次側電圧V2を監視できる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。例えば上記実施形態では、放電開始条件が成立した場合には、始めに空転停止制御を開始し、この空転停止制御が終了してから放電制御を開始する場合について説明したが、これら空転停止制御及び放電制御を実行する順序はこれに限らない。例えば空転停止制御と放電制御とは同時に並行して行ってもよいし、空転停止制御を開始した後、この空転停止制御が終了する前に放電制御を開始してもよい。
V…車両
M…駆動モータ(電動発電機)
G…発電機
W…駆動輪
1…電源システム
2…高電圧回路(主回路)
21…高電圧バッテリ(蓄電装置)
22…高電圧DC−DCコンバータ(電圧変換器)
23…第1インバータ(電力変換器)
24…第2インバータ(電力変換器)
25…低電圧DCDCコンバータ
25d…駆動回路(制御装置)
C2…第2平滑コンデンサ
3…低電圧回路
31…低電圧バッテリ(主電源)
32…第1システム制御電力線(電力供給線)
5…バックアップ電源ユニット(副電力供給装置、副給電回路)
8…システムECU(制御装置)
80…メインマイコン(マイクロコンピュータ)
85…放電制御部(放電制御部)
86…車両状態監視部(監視部)
90…ゲートドライブ回路(駆動回路)
94…2次側電圧センサ(主回路電圧センサ)
C3…バックアップコンデンサ(副電力供給装置、蓄電素子)

Claims (11)

  1. 蓄電装置と、車両の駆動輪に連結された電動発電機と、
    前記蓄電装置と前記電動発電機とを接続し、前記蓄電装置と前記電動発電機との間で電力の授受を行う主回路と、
    前記電動発電機及び前記主回路を制御する制御装置と、
    前記主回路における電圧である主回路電圧を検出する主回路電圧センサと、
    前記制御装置に電力を供給する主電源と、を備える車両の電源システムであって、
    前記制御装置は、
    放電開始条件が成立した場合に前記主回路における電荷を放電させ前記主回路電圧を低下させる第1放電制御を行う放電制御部と、
    前記車両が停止状態であるか否かを判定するとともに、前記電動発電機の回転数が所定回転数以下まで低下しかつ前記第1放電制御が終了してから前記車両が前記停止状態であると判定されるまでの監視期間において前記主回路電圧を監視する監視部と、を備え、
    前記放電制御部は、前記監視部によって前記主回路電圧の上昇が検出された場合には、前記主回路における電荷を放電させ前記主回路電圧を低下させる第2放電制御を行うことを特徴とする車両の電源システム。
  2. 前記電動発電機の回転数が前記所定回転数以下である場合、当該電動発電機による誘起電圧の上昇は抑制されることを特徴とする請求項1に記載の車両の電源システム。
  3. 蓄電装置と、車両の駆動輪に連結された電動発電機と、
    前記蓄電装置と前記電動発電機とを接続し、前記蓄電装置と前記電動発電機との間で電力の授受を行う主回路と、
    前記電動発電機及び前記主回路を制御する制御装置と、
    前記主回路における電圧である主回路電圧を検出する主回路電圧センサと、
    前記制御装置に電力を供給する主電源と、を備える車両の電源システムであって、
    前記制御装置は、
    放電開始条件が成立した場合に前記主回路における電荷を放電させ前記主回路電圧を低下させる第1放電制御を行う放電制御部と、
    前記車両が停止状態であるか否かを判定するとともに、前記第1放電制御が終了してから前記車両が前記停止状態であると判定されるまでの監視期間において前記主回路電圧を監視する監視部と、を備え、
    前記放電制御部は、前記監視部において前記電動発電機の回転数の上昇による前記主回路電圧の上昇が検出された場合には、前記主回路における電荷を放電させ前記主回路電圧を低下させる第2放電制御を行うことを特徴とする車両の電源システム。
  4. 前記主電源から前記制御装置への電力の供給ができなくなった場合に前記制御装置に電力を供給する副電力供給装置をさらに備えることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の車両の電源システム。
  5. 前記副電力供給装置は、前記主回路と前記制御装置とを接続し、前記主電源から前記制御装置への電力の供給ができなくなった場合に、前記主回路における電力を前記制御装置に供給する副給電回路を備えることを特徴とする請求項に記載の車両の電源システム。
  6. 前記副電力供給装置は、前記主電源と前記制御装置とを接続する電力供給線に接続された蓄電素子を備えることを特徴とする請求項4又は5に記載の車両の電源システム。
  7. 前記監視部によって前記主回路電圧が監視されている間は、前記監視部によって前記主回路電圧が監視されていない間よりも、前記制御装置の消費電力を低くすることを特徴とする請求項4から6の何れかに記載の車両の電源システム。
  8. 前記電動発電機の回転角度を検出するレゾルバをさらに備え、
    前記監視部によって前記主回路電圧が監視されている間は、前記レゾルバへの電力の供給を停止又は低減することを特徴とする請求項4から7の何れかに記載の車両の電源システム。
  9. 前記主回路は、前記電動発電機との間で電力を変換する電力変換器と、前記蓄電装置と前記電力変換器との間で電圧を変換する電圧変換器と、を備え、
    前記制御装置は、マイクロコンピュータと、当該マイクロコンピュータからの指令に応じて前記電力変換器及び前記電圧変換器を駆動する駆動回路と、を備え、
    前記監視部によって前記主回路電圧が監視されている間は、前記駆動回路のうち少なくとも前記電圧変換器の駆動に係る回路への電力の供給を停止又は低減することを特徴とする請求項4から8の何れかに記載の車両の電源システム。
  10. 前記監視部によって前記主回路電圧が監視されている間は、前記監視部によって前記主回路電圧が監視されていない間よりも、前記マイクロコンピュータの制御周期を長くすることを特徴とする請求項に記載の車両の電源システム。
  11. 前記主回路は、当該主回路における電力を降圧して前記主電源に供給するDCDCコンバータをさらに備え、
    前記制御装置は、前記DCDCコンバータを駆動する制御回路を備え、
    前記監視部によって前記主回路電圧が監視されている間は、前記制御回路への電力の供給を停止することを特徴とする請求項4から10の何れかに記載の車両の電源システム。
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