JP6999224B2

JP6999224B2 - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP6999224B2
Application number: JP2016241210A
Authority: JP
Inventors: 智紀谷内
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2036-12-13
Also published as: JP2018098896A

Description

本発明は、車両に搭載されたバッテリからの電力により走行駆動力を発生する駆動手段を制御する車両の制御装置に関する。

従来、バッテリからの電力により走行駆動力を発生する駆動手段を備えた車両として、電気自動車やハイブリッド車両などの電動車両が種々開発されている。この種の電動車両では近年、バッテリの出力電圧を昇圧コンバータにより２倍程度に昇圧し、インバータにより直流を交流に変換して駆動手段である交流モータに給電するようになっている（特許文献１参照）。このように、昇圧コンバータによりバッテリの出力電圧を昇圧することにより、電流を下げて抵抗発熱を抑えることができるとともに、バッテリが低電圧のもので済み、バッテリを小型にすることが可能なるという利点がある。

国際公開２０１２／１６４６８０号公報（段落００２３～００３７および図１）

ところで、従来の電動車両では、バッテリの正、負出力端子間および昇圧コンバータの正、負出力端子間に、直流電力の安定化図るために平滑コンデンサがそれぞれ設けられており、昇圧コンバータが作動してモータに給電している間は、これら平滑コンデンサに電荷が蓄積される。

このように、平滑コンデンサに電荷が蓄積されている状態で、車両の衝突が生じた場合、昇圧コンバータの正、負出力端子間の平滑コンデンサに蓄えられた高圧電力による感電などの周囲への悪影響を未然に防止するために、上記した特許文献１に記載の電動車両では、車両の衝突が発生したときの平滑コンデンサの電圧が所定電圧以上であれば、負荷であるモータに平滑コンデンサの残留電荷を放電することが提案されている。

しかし、上記した特許文献１に記載のように、負荷であるモータに平滑コンデンサの残留電荷を放電する構成の場合、衝突によりモータが破損してモータに放電できない状態では、平滑コンデンサには電荷が残ったままになり、昇圧コンバータの正、負出力端子間の平滑コンデンサに蓄えられた高圧電力による感電などの周囲への悪影響を防止することができないという問題がある。

一方、バッテリの正、負出力端子間の平滑コンデンサの残留電荷を放電するために、放電だけを目的とした専用の放電装置を設けることも考えられるが、高コストになるという新たな問題が生じる。

本発明は、平滑コンデンサに蓄えられた高圧電力による周囲への悪影響を確実に防止できるようにすることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の車両の制御装置は、車両に搭載されたバッテリからの電力により走行駆動力を発生する駆動手段を制御する車両の制御装置において、前記バッテリの出力電圧を昇圧して前記駆動手段に供給する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータと前記駆動手段との間の電力線および接地線に接続されて前記昇圧コンバータより昇圧された高電圧で駆動される高電圧補機と、前記バッテリと前記昇圧コンバータとの間の電力線および接地線に接続された第１の平滑コンデンサと、前記第１の平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１の電圧検出手段と、前記昇圧コンバータと前記駆動手段との間の電力線および接地線に接続された第２の平滑コンデンサと、前記第２の平滑コンデンサの両端電圧を検出する第２の電圧検出手段と、前記第２の電圧検出手段による検出電圧が第２の所定電圧より高い状態で、車両のフードの開放が生じれば、前記第１の平滑コンデンサ及び前記第２の平滑コンデンサを前記高電圧補機に放電し、前記第２の電圧検出手段による検出電圧が前記第２の所定電圧より高くなく、前記第１の電圧検出手段による検出電圧が第１の所定電圧より高い状態で、前記フードの開放が生じれば、前記第１の平滑コンデンサ及び前記第２の平滑コンデンサを前記高電圧補機に放電し、車両の衝突が生じても、前記駆動手段が破損していないときには、前記第１の平滑コンデンサ及び前記第２の平滑コンデンサを前記駆動手段に放電する放電制御を行う制御手段とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、電圧検出手段により検出される平滑コンデンサの両端電圧が所定電圧より高い状態で、車両のフードの開放が生じれば、制御手段により、昇圧コンバータと駆動手段との間の電力線および接地線に接続された高電圧補機に平滑コンデンサの残留電荷が放電されるため、車両の衝突により駆動手段が破損しても、高電圧補機に平滑コンデンサの残留電荷を確実に放電することができ、平滑コンデンサに蓄えられた高圧電力による周囲への悪影響を未然に防止することが可能になる。

本発明に係る車両の制御装置の一実施形態のブロック図である。図１の動作説明用フローチャートである。

本発明に係る車両の制御装置をハイブリット車両に適用した場合の一実施形態について、図１および図２を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態で前、後、左、右は運転席に座った状態における前、後、左、右を意味する。

図１に示すように、ハイブリット車両（以下、単に車両ともいう）１は、バッテリ２と、バッテリ２の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ３と、昇圧コンバータ３の直流出力を交流に変換するインバータ４ａと、インバータ４ａにより変換された交流電力が供給され前輪ＦＲ，ＦＬを駆動する駆動手段である交流モータから成るモータ５ａと、エンジンＥＧの駆動力により発電する交流モータ５ｂと、交流モータ５ｂの交流電力を直流に変換するインバータ４ｂと、バッテリ２の正、負出力端子に接続された電力線ＰＬ１および接地線ＧＬに接続されＤＶ－ＤＣコンバータ６を介して直流電力が供給される低電圧補機７および補機バッテリ８と、昇圧コンバータ３の正、負出力端子間に接続された高電圧補機である電動エアコンプレッサ９とを備える。また、電動エアコンプレッサ９は、好ましくは、衝突時の衝撃が緩和されるエンジンＥＧの後方に配置するとよい。

この電動エアコンプレッサ９は、昇圧コンバータ３により昇圧された直流出力を交流に変換するインバータ１０を内蔵し、インバータ１０の出力により駆動される交流モータ（図示せず）により駆動されて圧縮動作を行うようになっている。

さらに、図１に示すように、バッテリ２の正、負出力端子間にはバッテリ２の電圧変動抑制用の第１平滑コンデンサ１１が接続され、昇圧コンバータ３の正、負出力端子間には昇圧コンバータ３の電圧変動抑制用の第２平滑コンデンサ１１が接続され、第１、第２平滑コンデンサ１１，１２の両端電圧をそれぞれ検出する第１、第２電圧検出手段１３，１４が設けられている。なお、図１において、ＲＲは右後輪、ＲＬは左後輪、ＲＤは右前ドア、ＬＤは左前ドアである。

バッテリ２は充放電可能に構成され、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子により構成され、例えば出力は１００Ｖ～２００Ｖ程度である。そして、図１には示されていないが、バッテリ２と昇圧コンバータ３とを結ぶ電力線ＰＬ１および接地線ＧＬにはそれぞれリレーが介挿され、後述する制御手段からの制御信号によってリレーが制御されることにより、バッテリ２と昇圧コンバータ３との間での電力の供給と遮断とが切り換えられる。

昇圧コンバータ３は、図１に示すように、スイッチング素子３１，３２と、これらスイッチング素子３１，３２にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード３３，３４と、リアクトル３５とを備える。そして、両スイッチング素子３１，３２は、電力線ＰＬ１および接地線ＧＬの間に、昇圧コンバータ３の出力線である電力線ＰＬ２から接地線ＧＬに向かう方向を順方向として直列に接続されており、後述する制御手段からの制御信号によりオン、オフされ、スイッチング素子３２のオン期間にリアクトル３５に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子３１およびダイオード３３を介して、出力側の電力線ＰＬ２へ供給することにより、バッテリ２の出力電圧を２倍程度に昇圧する。なお、スイッチング素子３１，３２には、ＩＧＢＴや、電力用ＭＯＳトランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等を使用するとよい。

ところで、図１に示すように、電気自動車（以下、車両ともいう）１には、衝突を検出するＧセンサなどから成る衝突センサ１６を備えるとともに、車両前部のフードの開閉を検知するフードセンサ１７を備えており、後述する制御手段に衝突センサ１６およびフードセンサ１７それぞれからの検知信号が出力されるようになっている。

また、図１に示すように、電気自動車１には、マイクロコンピュータ構成の制御手段２０が設けられ、この制御手段２０により、上記したリレーが制御されてバッテリ２と昇圧コンバータ３との間での電力の供給と遮断との切り換え制御が行われ、昇圧コンバータ３のスイッチング素子３１，３２のオン、オフが制御されて、バッテリ２の出力電圧の昇圧が行われる。さらに、制御手段２０は、第１、第２電圧検出手段１３，１４による第１、第２平滑コンデンサ１１，１２の両端電圧を取得し、第１、第２平滑コンデンサ１１，１２の両端の検出電圧Ｖ１，Ｖ２がそれぞれ予め設定された第１、第２の所定電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２より高い状態であるときに、衝突センサ１６の出力に基づき車両１の衝突を検知するか、または、フードセンサ１７の出力に基づきフードの開放を検知すると、第１、第２平滑コンデンサ１１，１２の残留電荷により作業者が感電するなど、周辺への悪影響を防止するために、第１平滑コンデンサ１１の残留電荷をダイオード３３を介して電動エアコンプレッサ９に放電し、第２平滑コンデンサ１２の残留電荷を電動エアコンプレッサ９に放電する制御を行う。このとき、第１、第２の所定電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２は、感電などによる周辺への悪影響が生じる懸念のある電圧値に設定され、第１の所定電圧は第２の所定電圧より低いか或いは同じ値（Ｖｔ１≦Ｖｔ２）であるとよい。

具体的には、制御手段２０により、両スイッチング素子３１，３２がオフされた状態で、第１平滑コンデンサ１１の残留電荷による電流がダイオード３３を経て電動エアコンプレッサ９の交流モータのｄ軸にのみ流れる制御が行われ、電動エアコンプレッサ９により第１平滑コンデンサ１１の残留電荷が放電される。同様に、制御手段２０により、両スイッチング素子３１，３２がオフされた状態で、第２平滑コンデンサ１２の残留電荷による電流が電動エアコンプレッサ９の交流モータのｄ軸にのみ流れる制御が行われ、電動エアコンプレッサ９により第１平滑コンデンサ１１の残留電荷が放電される。このとき、電動エアコンプレッサ９の交流モータのｑ軸に電流が流れると、交流モータがトルクを発生して回転するため、制御手段２０により、トルクの発生に寄与しないｄ軸にのみ電流が流れるような制御が行われる。

次に、制御手段２０による、平滑コンデンサ１１，１２の放電制御の動作について図２を参照して説明する。

図２に示すように、制御手段２０により、衝突センサ１６の出力に基づき車両の衝突があったかどうかの判定がなされ（ステップＳ１）、この判定結果がＹＥＳつまり衝突があると判定さればステップＳ３に移行し、衝突がなく判定結果がＮＯであれば、フードセンサ１７の出力に基づき車両前部のフードが開放されたかどうかの判定がなされ（ステップＳ２）、フードが開放されて判定結果がＹＥＳであればステップＳ３に移行し、フードの開放がなく判定結果がＮＯであれば動作は終了する。

そして、ステップＳ３において、制御手段２０により、第２電圧検出手段１４により検出される第２平滑コンデンサ１２の両端電圧である検出電圧Ｖ２が予め設定された第２の所定電圧Ｖｔ２より高いかどうかの判定がなされ（ステップＳ３）、第２電圧検出手段１４による検出電圧Ｖ２が第２の所定電圧Ｖｔ２より高くて（Ｖ２＞Ｖｔ２）判定結果がＹＥＳであればステップＳ５に移行し、第２電圧検出手段１４による検出電圧Ｖ２が第２の所定電圧Ｖｔ２以下で判定結果がＮＯであれば、制御手段２０により、第１電圧検出手段１３により検出される第１平滑コンデンサ１１の両端電圧である検出電圧Ｖ１が予め設定された第１の所定電圧Ｖｔ１より高いかどうかの判定がなされ（ステップＳ３）、第１電圧検出手段１３による検出電圧Ｖ１が第１の所定電圧Ｖｔ１より高くて（Ｖ１＞Ｖｔ１）判定結果がＹＥＳであればステップＳ５に移行し、第１電圧検出手段１３による検出電圧Ｖ１が第１の所定電圧Ｖｔ１以下で判定結果がＮＯであれば動作は終了する。こうして、高圧側の第２平滑コンデンサ１２の残留電荷を優先的に放電する前処理が行われる。

続いて、ステップＳ５では、昇圧コンバータ３の両スイッチング素子３１，３２がオフ状態に保持されて、平滑コンデンサ１１，１２の放電が可能な状態に制御され（ステップＳ５）、制御手段２０により、平滑コンデンサ１１，１２の残留電荷による電流が、電動エアコンプレッサ９の交流モータのｄ軸にのみ流れる制御が行われ（ステップＳ６）、その後、制御手段２０により、第１電圧検出手段１３により検出される第１平滑コンデンサ１１の両端電圧である検出電圧Ｖ１が予め設定された第１の所定電圧Ｖｔ１より低くて感電などの周辺への悪影響を及ぼすおそれのない安全な第３の所定電圧Ｖｔ３以下になったかどうかの判定がなされ（ステップＳ７）、この判定結果がＮＯであれば上記したステップＳ５に戻り、判定結果がＹＥＳであれば、制御手段２０により、第２電圧検出手段１３により検出される第２平滑コンデンサ１２の両端電圧である検出電圧Ｖ２が予め設定された第２の所定電圧Ｖｔ２より低くて感電などの周辺への悪影響を及ぼすおそれのない安全な第４の所定電圧Ｖｔ４以下なったかどうかの判定がなされ（ステップＳ８）、この判定結果がＮＯであれば上記したステップＳ５に戻り、判定結果がＹＥＳであれば動作は終了する。

したがって、上記した実施形態によれば、第１、第２電圧検出手段１３，１４により検出される第１、第２平滑コンデンサ１１，１２の両端電圧が、それぞれ予め設定された第１、第２の所定電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２より高い状態で、衝突センサ１６により車両１の衝突が検知されるか、または、フードセンサ１７により車両１のフードの開放が検知されると、制御手段２０により、高電圧補機である電動エアコンプレッサ９に第１、第２平滑コンデンサ１１，１２の残留電荷が放電されるため、車両１の衝突によりモータ５ａが破損しても、電動エアコンプレッサ９の交流モータのｄ軸に第１、第２平滑コンデンサ１１，１２の残留電荷による電流を通流して、第１、第２平滑コンデンサ１１，１２を放電することができ、第１、第２平滑コンデンサ１１，１２に蓄えられた高圧電力による感電などの周囲への悪影響を確実に防止することができる。

また、高電圧補機である電動エアコンプレッサ９を、昇圧コンバータ３とモータ５ａとの間の電力線ＰＬ２および接地線ＧＬに接続したため、第２平滑コンデンサ１２だけでなく、第１平滑コンデンサ１１の残留電荷も放電することが可能になり、通常設けられる高圧補機である電動エアコンプレッサ９を利用することで、専用の放電装置を別途設ける必要がなく安価な構成で済む。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。

例えば、上記した実施形態では、高電圧補機を電動エアコンプレッサ９として説明したが、冷却水ポンプなどの昇圧コンバータ３による高電圧で駆動される交流モータを備えたその他の高電圧補機により、平滑コンデンサ１１，１２の残留電荷の放電を行うようにしてもよい。

また、上記した実施形態では、車両１の衝突が発生したときに、電動エアコンプレッサ９などの高電圧補機のみにより平滑コンデンサ１１，１２の放電を行う場合について説明したが、車両１の衝突が生じても、モータ５ａが破損していないときには、破損していないモータ５ａのｄ軸に平滑コンデンサ１１，１２の残留電荷による電流を通流して、平滑コンデンサ１１，１２の放電を行うべく、制御手段２０によりインバータ４ａを制御するようにしてもよい。

また、上記した実施形態では、第１、第２平滑コンデンサ１１，１２の両方の放電を行うとして説明したが、少なくとも昇圧コンバータ３とモータ５ａとの間の電力線ＰＬ２および接地線ＧＬに接続された第２平滑コンデンサの残留電荷のみを放電できればよい。

また、上記した実施形態では、ハイブリッド車両に本発明を適用した例について説明したが、電気自動車や燃料電池車両などにも本発明を適用することができるのはいうまでもない。

１ …ハイブリッド車両
２ …バッテリ
３ …昇圧コンバータ
５ａ，５ｂ …モータ（駆動手段）
１２ …第２平滑コンデンサ
１４ …第２電圧検出手段
２０ …制御手段
ＰＬ２ …電力線
ＧＬ …接地線

Claims

車両に搭載されたバッテリからの電力により走行駆動力を発生する駆動手段を制御する車両の制御装置において、
前記バッテリの出力電圧を昇圧して前記駆動手段に供給する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータと前記駆動手段との間の電力線および接地線に接続されて前記昇圧コンバータより昇圧された高電圧で駆動される高電圧補機と、
前記バッテリと前記昇圧コンバータとの間の電力線および接地線に接続された第１の平滑コンデンサと、
前記第１の平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
前記昇圧コンバータと前記駆動手段との間の電力線および接地線に接続された第２の平滑コンデンサと、
前記第２の平滑コンデンサの両端電圧を検出する第２の電圧検出手段と、
前記第２の電圧検出手段による検出電圧が第２の所定電圧より高い状態で、車両のフードの開放が生じれば、前記第１の平滑コンデンサ及び前記第２の平滑コンデンサを前記高電圧補機に放電し、前記第２の電圧検出手段による検出電圧が前記第２の所定電圧より高くなく、前記第１の電圧検出手段による検出電圧が第１の所定電圧より高い状態で、前記フードの開放が生じれば、前記第１の平滑コンデンサ及び前記第２の平滑コンデンサを前記高電圧補機に放電し、車両の衝突が生じても、前記駆動手段が破損していないときには、前記第１の平滑コンデンサ及び前記第２の平滑コンデンサを前記駆動手段に放電する放電制御を行う制御手段と
を備えることを特徴とする車両の制御装置。