JPWO2011089723A1 - 電力制御ユニットおよび電力制御ユニットの制御方法 - Google Patents

電力制御ユニットおよび電力制御ユニットの制御方法 Download PDF

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Abstract

電力制御ユニット（１３０）は、コンバータ（２００）と、コンバータ（２００）の一方側に接続されたフィルタコンデンサ（２３０）と、コンバータ（２００）の他方側に接続された平滑コンデンサ（２３２）と、フィルタコンデンサ（２３０）から電力が供給されることにより、コンバータ（２００）を制御するように作動するＭＧ−ＥＣＵ（１７２）と、これらを収容するケース（２３６）とを備える。ＭＧ−ＥＣＵ（１７２）は、フィルタコンデンサ（２３０）および平滑コンデンサ（２３２）を放電するために、ＩＰＭ（２０４）の下アームのｎｐｎ型トランジスタ（２５０）のオン／オフと、ＩＰＭ（２０４）の上アームのｎｐｎ型トランジスタ（２４０）のオン／オフとを交互に繰返すように、かつ上アームのｎｐｎ型トランジスタ（２４０）がオンである時間が、下アームのｎｐｎ型トランジスタ（２５０）がオンである時間よりも長くなるようにコンバータ（２００）を制御する。

Description

本発明は、電力制御ユニットおよび電力制御ユニットの制御方法に関し、特に、電力制御ユニット内に設けられたコンデンサを放電する技術に関する。
従来より、電動モータが駆動源として用いられるハイブリッド車および電気自動車などが知られている。電動モータには車両に搭載されたバッテリなどから電力が供給される。電動モータには、たとえばコンバータにより昇圧された電力が供給される。電動モータに電力を供給する電気回路には、ノイズを除去するためのフィルタコンデンサおよび電圧を平滑化するための平滑コンデンサなどのコンデンサが設けられる。
車両の走行時にはコンデンサは有効に機能するが、停車時などにおいてはコンデンサに溜まった電荷は不要である。必要以上に長くコンデンサに電荷が溜まっていると、コンデンサの劣化を促進するなどの悪影響があり得る。そこで、コンデンサを放電する技術が提案されている。
特開２００４−２０１４３９号公報（特許文献１）は、放電抵抗を用いずにコンデンサに残留する電荷を消費可能な電圧変換システムを開示する。電圧変換システムは、電源と、インバータと、電圧変換器と、第１および第２のコンデンサと、制御装置とを備える。電圧変換器は、電源とインバータとの間に接続される。第１のコンデンサは、電圧変換器の電源側に挿入される。第２のコンデンサは、電圧変換器のインバータ側に挿入される。制御装置は、停止信号に応じて、第１のコンデンサの残留電荷および第２のコンデンサの残留電荷を消費するように、電圧変換器を制御する。
特開２００４−２０１４３９号公報
しかしながら、特開２００４−２０１４３９号公報に記載の電圧変換システムにおいては、たとえば制御装置の電源の電圧が低下することにより制御装置への電力供給が停止すると、コンデンサの残留電荷を消費するように電圧変換器を制御することが不可能になり得る。したがって、コンデンサの電圧が高い場合であっても放電が停止され得る。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、コンデンサを正常に放電することである。
電力制御ユニットは、一方側の電圧以上の電圧を他方側から出力し、他方側の電圧以下の電圧を一方側から出力するコンバータと、コンバータの一方側に接続された第１のコンデンサと、コンバータの他方側に接続された第２のコンデンサと、第１のコンデンサに蓄えられた電力が供給されることにより、コンバータを制御するように作動する制御装置と、第１のコンデンサ、第２のコンデンサ、コンバータおよび制御装置を収容する筐体とを備える。コンバータは、第１のコンデンサの正極側端子と負極側端子との間に接続された第１のスイッチング素子と、第１のコンデンサの正極側端子と第２のコンデンサの正極側端子との間に接続された第２のスイッチング素子とを含む。制御装置は、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサを放電するために、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を交互にオンにするように、かつ第２のスイッチング素子をオンにする時間が第１のスイッチング素子をオンにする時間よりも長くなるようにコンバータを制御する。
この構成によると、コンデンサを制御する制御装置には、第１のコンデンサから電力が供給される。たとえば、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを放電するように制御する際、第１のコンデンサの正極側端子と負極側端子との間に接続された第１のスイッチング素子と、第１のコンデンサの正極側端子と第２のコンデンサの正極側端子との間に接続された第２のスイッチング素子とが交互にオンにされる。第２のスイッチング素子をオンにする時間が第１のスイッチング素子をオンにする時間よりも長くされる。これにより、第１のコンデンサの電圧と第２のコンデンサの電圧との差が小さくなるように、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを放電することができる。そのため、第２のコンデンサの電圧が高い場合には、制御装置の電源である第１のコンデンサの電圧を、制御装置が正常に作動できるように維持することができる。その結果、第２のコンデンサの電圧が低下することに起因して制御装置が正常に作動することができる電圧の下限値以下に第１のコンデンサの電圧が低下するまで、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを正常に放電するようにコンバータを制御することができる。
別の実施形態において、制御装置は、一定のデューティー比で第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子が作動するようにコンバータを制御する。
この構成によると、第１のコンデンサならびに第２のコンデンサを放電するときのコンバータのデューティー比が一定に維持される。これにより、第１のコンデンサの電圧と第２のコンデンサの電圧との比率を一定に維持することができる。
さらに別の実施形態において、制御装置は、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの放電中に、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子が作動する周波数を小さくするようにコンバータを制御する。
この構成によると、第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子が作動する周波数を小さくすることにより、コンバータ内を流れる電流をできるだけ大きくすることができる。そのため、第１のコンデンサの電圧および第２のコンデンサの電圧を速やかに低減することができる。
電力制御ユニットの制御方法は、一方側の電圧以上の電圧を他方側から出力し、他方側の電圧以下の電圧を一方側から出力するコンバータと、コンバータの一方側に接続された第１のコンデンサと、コンバータの他方側に接続された第２のコンデンサと、第１のコンデンサに蓄えられた電力が供給されることにより、コンバータを制御するように作動する制御装置と、第１のコンデンサ、第２のコンデンサ、コンバータおよび制御装置を収容する筐体とが設けられた電力制御ユニットの制御方法である。コンバータは、第１のコンデンサの正極側端子と負極側端子との間に接続された第１のスイッチング素子と、第１のコンデンサの正極側端子と第２のコンデンサの正極側端子との間に接続された第２のスイッチング素子とを含む。制御方法は、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を交互にオンにするように、かつ第２のスイッチング素子をオンにする時間が第１のスイッチング素子をオンにする時間よりも長くなるようにコンバータを制御するステップを備える。
この構成によると、コンデンサを制御する制御装置には、第１のコンデンサから電力が供給される。たとえば、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを放電するように制御する際、第１のコンデンサの正極側端子と負極側端子との間に接続された第１のスイッチング素子と、第１のコンデンサの正極側端子と第２のコンデンサの正極側端子との間に接続された第２のスイッチング素子とが交互にオンにされる。第２のスイッチング素子をオンにする時間が第１のスイッチング素子をオンにする時間よりも長くされる。これにより、第１のコンデンサの電圧と第２のコンデンサの電圧との差が小さくなるように、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを放電することができる。そのため、第２のコンデンサの電圧が高い場合には、制御装置の電源である第１のコンデンサの電圧を、制御装置が正常に作動できるように維持することができる。その結果、第２のコンデンサの電圧が低下することに起因して制御装置が正常に作動することができる電圧の下限値以下に第１のコンデンサの電圧が低下するまで、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを正常に放電するようにコンバータを制御することができる。
別の実施形態において、コンバータを制御するステップは、一定のデューティー比で第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子が作動するようにコンバータを制御するステップを含む。
この構成によると、第１のコンデンサならびに第２のコンデンサを放電するときのコンバータのデューティー比が一定に維持される。これにより、第１のコンデンサの電圧と第２のコンデンサの電圧との比率を一定に維持することができる。
さらに別の実施形態において、コンバータを制御するステップは、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの放電中に、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子が作動する周波数を小さくするようにコンバータを制御するステップを含む。
この構成によると、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子が作動する周波数を小さくすることにより、コンバータ内を流れる電流をできるだけ大きくすることができる。そのため、第１のコンデンサの電圧および第２のコンデンサの電圧を速やかに低減することができる。
本発明によれば、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを正常に放電することができる。
ハイブリッド車の概略図である。 動力分割機構の共線図を示す図である。 エンジンを示す図である。 電力制御ユニットを示す図である。 ＭＧ−ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 電力の流れを示す図（その１）である。 電力の流れを示す図（その２）である。 電力の流れを示す図（その３）である。 電力の流れを示す図（その４）である。 ＩＰＭが周波数Ａで作動した場合の電圧と、ＩＰＭが周波数Ｂで作動した場合の電圧とを示す図である。 ＩＰＭが作動する周波数を変更した場合の電圧を示す図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る電力制御ユニットを搭載したハイブリッド車について説明する。なお、ハイブリッド車の代わりに、電動モータのみを駆動源として有する電気自動車を用いるようにしてもよい。
ハイブリッド車は、エンジン１００と、第１ＭＧ（Motor Generator）１１０と、第２ＭＧ１２０と、電力制御ユニット１３０と、動力分割機構１４０と、バッテリ１５０とを備える。
この車両は、エンジン１００および第２ＭＧ１２０のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。たとえば、アクセル開度および車速等に基づいて設定される車両の目標出力パワーを、エンジン１００の出力パワーと第２ＭＧ１２０の出力パワーとで分担するように、エンジン１００および第２ＭＧ１２０が制御される。車両の目標出力パワーは、燃費および出力限界などの種々のパラメータを考慮して最適と考えられる割合で、エンジン１００の出力パワーと第２ＭＧ１２０の出力パワーとで分担される。
エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０は、動力分割機構１４０を介して接続されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１４０により、２経路に分割される。一方は減速機１４２を介して前輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１ＭＧ１１０を駆動させて発電する経路である。
第１ＭＧ１１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第１ＭＧ１１０は、動力分割機構１４０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。第１ＭＧ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０の残存容量、すなわちＳＯＣ（State Of Charge）に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第１ＭＧ１１０により発電された電力はそのまま第２ＭＧ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、第１ＭＧ１１０により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が降圧されてバッテリ１５０に蓄えられる。
第１ＭＧ１１０が発電機として作用している場合、第１ＭＧ１１０は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン１００の負荷となるようなトルクをいう。第１ＭＧ１１０が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第１ＭＧ１１０は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン１００の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン１００の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、第２ＭＧ１２０についても同様である。
第２ＭＧ１２０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第２ＭＧ１２０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１ＭＧ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。
第２ＭＧ１２０の駆動力は、減速機１４２を介して前輪１６０に伝えられる。これにより、第２ＭＧ１２０はエンジン１００をアシストしたり、第２ＭＧ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。
ハイブリッド車の回生制動時には、減速機１４２を介して前輪１６０により第２ＭＧ１２０が駆動され、第２ＭＧ１２０が発電機として作動する。これにより第２ＭＧ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第２ＭＧ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。
バッテリ１５０から第１ＭＧ１１０および第２ＭＧへの電力の供給ならびに第１ＭＧ１１０および第２ＭＧからバッテリ１５０への電力の供給などは、電力制御ユニット１３０を介して電力が供給される。なお、電力制御ユニット１３０については後で説明する。
動力分割機構１４０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第１ＭＧ１１０の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤは第２ＭＧ１２０の回転軸および減速機１４２に連結される。
エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０が、遊星歯車からなる動力分割機構１４０を介して連結されることで、エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の回転数は、図２に示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。
図１に戻って、バッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。
本実施の形態において、エンジン１００は、ＰＭ（Power train Manager）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０により制御される。第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２により制御される。ＰＭ−ＥＣＵ１７０とＭＧ−ＥＣＵ１７２とは双方向に通信可能に接続される。ＰＭ−ＥＣＵ１７０は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２に対して第１ＭＧ１１０の発電電力および第２ＭＧ１２０の駆動電力などを指令する。
図３を参照して、エンジン１００についてさらに説明する。エンジン１００は、エアクリーナ１００２から吸入された空気とインジェクタ１００４から噴射される燃料との混合気を、燃焼室内で点火プラグ１００６により点火して燃焼させる内燃機関である。点火時期は、出力トルクが最大になるＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）になるように制御されるが、ノッキングが発生した場合など、エンジン１００の運転状態に応じて遅角されたり、進角されたりする。
混合気が燃焼すると、燃焼圧によりピストン１００８が押し下げられ、クランクシャフト１０１０が回転する。燃焼後の混合気（排気ガス）は、エンジン１００に設けられた三元触媒１０１２により浄化された後、車外に排出される。三元触媒１０１２は、特定の温度まで暖機されることによって浄化作用を発揮する。エンジン１００に吸入される空気の量は、スロットルバルブ１０１４により調整される。
エンジン１００を制御するＰＭ−ＥＣＵ１７０には、ノックセンサ３００と、水温センサ３０２と、タイミングロータ３０４に対向して設けられたクランクポジションセンサ３０６と、スロットル開度センサ３０８と、エアフローメータ３１０と、アクセル開度センサ３１２と、車速センサ３１４とが接続されている。
ノックセンサ３００は、エンジン１００のシリンダブロックに設けられる。ノックセンサ３００は、圧電素子により構成されている。ノックセンサ３００は、エンジン１００の振動により電圧を発生する。電圧の大きさは、振動の大きさと対応した大きさとなる。ノックセンサ３００は、電圧を表わす信号をＰＭ−ＥＣＵ１７０に送信する。
水温センサ３０２は、エンジン１００のウォータージャケット内の冷却水の温度を検出し、検出結果を表わす信号を、ＰＭ−ＥＣＵ１７０に送信する。
タイミングロータ３０４は、クランクシャフト１０１０に設けられており、クランクシャフト１０１０と共に回転する。タイミングロータ３０４の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ３０６は、タイミングロータ３０４の突起に対向して設けられている。タイミングロータ３０４が回転すると、タイミングロータ３０４の突起と、クランクポジションセンサ３０６とのエアギャップが変化するため、クランクポジションセンサ３０６のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ３０６は、起電力を表わす信号を、ＰＭ−ＥＣＵ１７０に送信する。ＰＭ−ＥＣＵ１７０は、クランクポジションセンサ３０６から送信された信号に基づいて、クランク角およびエンジン回転数ＮＥ（クランクシャフト１０１０の回転数）を検出する。
スロットル開度センサ３０８は、スロットル開度を検出し、検出結果を表わす信号をＰＭ−ＥＣＵ１７０に送信する。
エアフローメータ３１０は、エンジン１００に吸入される空気量を検出し、検出結果を表わす信号をＰＭ−ＥＣＵ１７０に送信する。
アクセル開度センサ３１２は、アクセルペダルの開度を検出し、検出結果を表わす信号をＰＭ−ＥＣＵ１７０に送信する。車速センサ３１４は、車速を検出し、検出結果を表わす信号をＰＭ−ＥＣＵ１７０に送信する。
図４を参照して、電力制御ユニット１３０について説明する。電力制御ユニット１３０は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２と、コンバータ２００と、第１インバータ２１０と、第２インバータ２２０と、フィルタコンデンサ２３０と、平滑コンデンサ２３２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３４と、これらを収容するケース２３６とを含む。
ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０から入力される信号などに基づいて、コンバータ２００、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０を制御するように作動する。
コンバータ２００は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２により定められるデューティー比（オンの時間とオフの時間の比率）に従って作動する。コンバータ２００は、リアクトル２０２と、ＩＰＭ（Intelligent Power Module)２０４とを含む。ＩＰＭ２０４は、上アームとしてのｎｐｎ型トランジスタ２４０と、ｎｐｎ型トランジスタ２４０のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにｎｐｎ型トランジスタ２４０に接続されるダイオード２４２と、下アームとしてのｎｐｎ型トランジスタ２５０と、ｎｐｎ型トランジスタ２５０のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにｎｐｎ型トランジスタ２５０に接続されるダイオード２５２とを含む。
ｎｐｎ型トランジスタ２４０と、ｎｐｎ型トランジスタ２５０とは、スイッチング素子である。ｎｐｎ型トランジスタ２４０は、フィルタコンデンサ２３０の正極側端子と、平滑コンデンサ２３２の正極側端子との間に接続される。ｎｐｎ型トランジスタ２５０は、フィルタコンデンサ２３０の正極側端子と負極側端子との間に接続される。ｎｐｎ型トランジスタ２４０と、ｎｐｎ型トランジスタ２５０とは、直列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタ２４０ならびにｎｐｎ型トランジスタ２５０は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２により制御される。
なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。
リアクトル２０２は、バッテリ１５０の正極側に一端が接続され、ｎｐｎ型トランジスタ２４０とｎｐｎ型トランジスタ２５０との接続点に他端が接続される。
バッテリ１５０から放電された電力を第１ＭＧ１１０もしくは第２ＭＧ１２０に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に第１ＭＧ１１０もしくは第２ＭＧ１２０により発電された電力をバッテリ１５０に充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。
すなわち、コンバータ２００は、フィルタコンデンサ２３０が接続された一方側の電圧以上の電圧を平滑コンデンサ２３２が接続された他方側から出力する。逆に、コンバータ２００は、他方側の電圧以下の電圧を一方側から出力する。
第１インバータ２１０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第１ＭＧ１１０の各コイルの中性点１１２とは異なる端部にそれぞれ接続される。
第１インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第１ＭＧ１１０に供給する。また、第１インバータ２１０は、第１ＭＧ１１０により発電された交流電流を直流電流に変換する。
第２インバータ２２０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第２ＭＧ１２０の各コイルの中性点１２２とは異なる端部にそれぞれ接続される。
第２インバータ２２０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第２ＭＧ１２０に供給する。また、第２インバータ２２０は、第２ＭＧ１２０により発電された交流電流を直流電流に変換する。
フィルタコンデンサ２３０は、ノイズを除去するために、バッテリ１５０とコンバータ２００との間に設けられる。平滑コンデンサ２３２は、コンバータ２００の出力電圧を平滑化するために、コンバータ２００と２つのインバータ２１０，２２０との間に設けられる。すなわち、コンバータ２００の一方側（入力側）にフィルタコンデンサ２３０が接続され、他方側（出力側）に平滑コンデンサ２３２が接続される。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２３４は、フィルタコンデンサ２３０側の電圧（バッテリ１５０の電圧）ＶＬを降圧して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３４から出力された電力は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２ならびにＤＣ／ＤＣコンバータ２３４の作動のために用いられる。
ケース２３６は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２と、コンバータ２００と、第１インバータ２１０と、第２インバータ２２０と、フィルタコンデンサ２３０と、平滑コンデンサ２３２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３４とを収容する。
ケース２３６は、外部からの衝撃からＭＧ−ＥＣＵ１７２と、コンバータ２００と、第１インバータ２１０と、第２インバータ２２０と、フィルタコンデンサ２３０と、平滑コンデンサ２３２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３４とを保護するように、強固に形成される。
ケース２３６の外部から、電源としてバッテリ１５０が接続される。すなわち、フィルタコンデンサ２３０には、ケース２３６の外部のバッテリ１５０が接続される。フィルタコンデンサ２３０とバッテリ１５０との間、すなわち、電力制御ユニット１３０とバッテリ１５０との間には、ＳＭＲ（System Main Relay）２６０が設けられる。
ＳＭＲ２６０は、フィルタコンデンサ２３０（電力制御ユニット１３０）とバッテリ１５０とを電気的に接続した状態および遮断した状態を切換える。ＳＭＲ２６０が開いた状態であると、フィルタコンデンサ２３０（電力制御ユニット１３０）がバッテリ１５０から遮断される。ＳＭＲ２６０が閉じた状態であると、フィルタコンデンサ２３０（電力制御ユニット１３０）とバッテリ１５０とが接続される。
ＳＭＲ２６０の状態は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０により制御される。たとえば、ＰＭ−ＥＣＵ１７０が起動すると、ＳＭＲ２６０が閉じられる。車両が停止した場合などにおいて、ＰＭ−ＥＣＵ１７０からオフ信号が送信されると、ＳＭＲ２６０が開かれる。
たとえば、通常時においてＳＭＲ２６０が閉じられていると、ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、バッテリ１５０からＤＣ／ＤＣコンバータ２３４を介して電力が供給されることにより、コンバータ２００、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０を制御するように作動する。
また、ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、たとえばＳＭＲ２６０が開かれていると、フィルタコンデンサ２３０に蓄えられた電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２３４を介して供給されることにより、コンバータ２００、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０を制御するように作動可能である。すなわち、ＭＧ−ＥＣＵ１７２の電源としてフィルタコンデンサ２３０が用いられ得る。
本実施の形態において、ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、たとえば停車時において、ＰＭ−ＥＣＵ１７０から放電指令信号を受信すると、一定のデューティー比でコンバータ２００が作動するように制御することによって、フィルタコンデンサ２３０を放電するようにコンバータ２００を制御する。また、ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、一定のデューティー比でコンバータ２００が作動するように制御することによって、平滑コンデンサ２３２を放電するようにコンバータ２００を制御する。フィルタコンデンサ２３０と平滑コンデンサ２３２とは交互に放電される。
より具体的には、フィルタコンデンサ２３０および平滑コンデンサ２３２を放電するために、ＩＰＭ２０４の下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０のオン／オフと、ＩＰＭ２０４の上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０のオン／オフとが交互に繰返される。すなわち、ｎｐｎ型トランジスタ２５０がオンである間にｎｐｎ型トランジスタ２４０がオフにされ、ｎｐｎ型トランジスタ２５０がオフである間にｎｐｎ型トランジスタ２４０がオンにされる。さらに、上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０がオンである時間（下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０がオフである時間）が、上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０がオフである時間（下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０がオンである時間）よりも長くされる。すなわち、上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０のデューティー比が５０％よりも大きくされる。下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０のデューティー比が５０％よりも小さくされる。たとえば、下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０のデューティー比が１０％程度に維持される。なお、デューティー比はこれに限らない。
フィルタコンデンサ２３０ならびに平滑コンデンサ２３２を放電するときのコンバータ２００のデューティー比は、たとえば、実験およびシミュレーションなどの結果に基づいて開発者により定められる。一例では、フィルタコンデンサ２３０の電圧ＶＬと平滑コンデンサ２３２の電圧ＶＨとが略同じなるように、フィルタコンデンサ２３０ならびに平滑コンデンサ２３２を放電するときのコンバータ２００のデューティー比が定められる。
フィルタコンデンサ２３０ならびに平滑コンデンサ２３２を放電する際、フィルタコンデンサ２３０に蓄えられた電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２３４を介してＭＧ−ＥＣＵ１７２に供給される。
また、フィルタコンデンサ２３０ならびに平滑コンデンサ２３２を放電する際、ＩＰＭ２０４は、力行および回生時と同じ周波数で作動する。
図５を参照して、ＭＧ−ＥＣＵ１７２が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に説明するプログラムは、たとえば停車時において、ＰＭ−ＥＣＵ１７０から放電指令信号を受信した場合に実行される。
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、フィルタコンデンサ２３０を放電するようにコンバータ２００を制御する。
Ｓ１０２にて、ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、平滑コンデンサ２３２を放電するようにコンバータ２００を制御する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電力制御ユニット１３０の作動態様について説明する。
ＭＧ−ＥＣＵ１７２がＰＭ−ＥＣＵ１７０から放電指令信号を受信すると、フィルタコンデンサ２３０を放電するようにコンバータ２００が制御されるとともに（Ｓ１００）、平滑コンデンサ２３２を放電するようにコンバータ２００が制御される（Ｓ１０２）。
一定のデューティー比でＩＰＭ２０４の下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０のオン／オフと、ＩＰＭ２０４の上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０のオン／オフとが交互に繰返されることによって、フィルタコンデンサ２３０および平滑コンデンサ２３２が交互に放電される。
上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０がオフであり、下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０がオンであると、図６において矢印で示すように、フィルタコンデンサ２３０から放電された電力が、リアクトル２０２および下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０に流れる。そのため、フィルタコンデンサ２３０に残留する電荷を、リアクトル２０２の損失ならびにＩＰＭ２０４の下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０の損失により消費することができる。
その後、上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０がオフに維持されながら、下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０がオフにされると、リアクトル２０２の特性により、図７において矢印で示すように、リアクトル２０２からＩＰＭ２０４の上アームのダイオード２４２の方向に電力が流れる。そのため、リアクトル２０２の損失ならびにＩＰＭ２０４の上アームのダイオード２４２の損失により電力をさらに消費することができる。
その後、下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０がオフに維持されながら、上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０がオンにされると、図８において矢印で示すように、平滑コンデンサ２３２から放電された電力が、リアクトル２０２ならびに上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０に流れる。そのため、平滑コンデンサ２３２に残留する電荷を、リアクトル２０２の損失ならびにＩＰＭ２０４の上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０の損失により消費することができる。
その後、下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０がオフに維持されながら、上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０がオフにされると、リアクトル２０２の特性により、図９において矢印で示すように、ＩＰＭ２０４の下アームのダイオード２５２からリアクトル２０２の方向に電力が流れる。そのため、リアクトル２０２の損失ならびにＩＰＭ２０４の下アームのダイオード２５２の損失により電力をさらに消費することができる。
平滑コンデンサ２３２を放電する際、上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０がオンである時間（下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０がオフである時間）が、上アームのｎｐｎ型トランジスタ２４０がオフである時間（下アームのｎｐｎ型トランジスタ２５０がオンである時間）よりも長くされる。
これにより、フィルタコンデンサ２３０の電圧ＶＬと平滑コンデンサ２３２の電圧ＶＨとの差が小さくなるように、フィルタコンデンサ２３０と平滑コンデンサ２３２とを放電することができる。そのため、平滑コンデンサ２３２の電圧ＶＨが高い場合には、ＭＧ−ＥＣＵ１７２の電源であるフィルタコンデンサ２３０の電圧ＶＬを、ＭＧ−ＥＣＵ１７２が正常に作動できるように維持することができる。その結果、平滑コンデンサ２３２の電圧ＶＨが低下することに起因してＭＧ−ＥＣＵ１７２が正常に作動することができる電圧の下限値以下にフィルタコンデンサ２３０の電圧ＶＬが低下するまで、フィルタコンデンサ２３０ならびに平滑コンデンサ２３２を正常に放電するようにコンバータ２００を制御することができる。すなわち、フィルタコンデンサ２３０の電圧ＶＬならびに平滑コンデンサ２３２ＶＨの電圧を十分に低減することができる。
さらに、一定のデューティー比でコンバータ２００が作動するようにコンバータ２００を制御することにより、放電中のフィルタコンデンサ２３０の電圧と平滑コンデンサ２３２の電圧との比率を一定にすることができる。そのため、フィルタコンデンサ２３０と平滑コンデンサ２３２の電圧とが略同じ状態を維持し易くすることができる。よって、より好適にフィルタコンデンサ２３０の電圧を維持することができる。
ところで、フィルタコンデンサ２３０とバッテリ１５０とが接続されていると、バッテリ１５０からフィルタコンデンサ２３０に電力が供給され続ける。したがって、フィルタコンデンサ２３０の放電が不可能である。
一方、フィルタコンデンサ２３０とバッテリ１５０とが接続されていても、フィルタコンデンサ２３０の電圧ＶＬと平滑コンデンサ２３２の電圧ＶＨとが同じになるまでは平滑コンデンサ２３２の放電が可能である。そのため、ＳＭＲ２６０が閉じているか開いているかにかかわらず、フィルタコンデンサ２３０および平滑コンデンサ２３２を放電するようにコンバータ２００が制御される。すなわち、ＳＭＲ２６０が閉じていても、フィルタコンデンサ２３０および平滑コンデンサ２３２を放電するようにコンバータ２００が制御される。そのため、少なくとも平滑コンデンサ２３２の電圧が低下される。その後、ＳＭＲ２６０が開かれると、平滑コンデンサ２３２の電圧に加えて、フィルタコンデンサ２３０の電圧が低下される。
これにより、ＳＭＲ２６０によりフィルタコンデンサ２３０とバッテリ１５０とが遮断される前に平滑コンデンサ２３２を放電する分だけ早く放電を完了することができる。
なお、図１０に示すように、ＩＰＭ２０４が周波数Ａ（Ａは正数）で作動する場合にフィルタコンデンサ２３０の電圧ＶＬおよび平滑コンデンサ２３２の電圧ＶＨが低下する速度は、ＩＰＭ２０４が周波数Ａよりも小さい周波数Ｂ（Ｂは正数）で作動する場合にフィルタコンデンサ２３０の電圧ＶＬおよび平滑コンデンサ２３２の電圧ＶＨが低下する速度よりも遅い。すなわち、ＩＰＭ２０４が作動するときの周波数が小さいほど、より速くフィルタコンデンサ２３０および平滑コンデンサ２３２を放電することができる。一方、ＩＰＭ２０４が作動するときの周波数が小さいほど、ＩＰＭ２０４に流れる電流、すなわちコンバータ２００内に流れる電流が大きくなり得る。
したがって、ＩＰＭ２０４が作動する周波数、すなわちコンバータ２００が作動する周波数を変更することにより、コンバータ２００内に流れる電流を制御することができる。
そこで、フィルタコンデンサ２３０および平滑コンデンサ２３２の放電中に、ＩＰＭ２０４が作動する周波数、すなわちコンバータ２００が作動する周波数を小さくするようにコンバータ２００を制御してもよい。
たとえば、コンバータ２００内に流れる電流を電流センサを用いて監視するとともに、コンバータ２００内に流れる電流がコンバータ２００の定格電流を超えない程度にできるだけ大きくなるように、コンバータ２００が作動する周波数を小さくしてもよい。
この場合、電圧が低下することにより低下した電流を増大するように、コンバータ２００が作動する周波数が小さくされる。したがって、図１１に示すように、フィルタコンデンサ２３０の電圧ＶＬおよび平滑コンデンサ２３２の電圧ＶＨが低いほど、より小さい周波数でＩＰＭ２３２が作動し得る。言い換えると、放電を開始してからの経過時間が長いほど、より小さい周波数でＩＰＭ２３２が作動し得る。このようにすれば、放電に要する時間を短くすることができる。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１００ エンジン、１１０ 第１ＭＧ、１２０ 第２ＭＧ、１３０ 電力制御ユニット、１４０ 動力分割機構、１４２ 減速機、１５０ バッテリ、１６０ 前輪、１７０ ＰＭ−ＥＣＵ、１７２ ＭＧ−ＥＣＵ、２００ コンバータ、２０２ リアクトル、２１０ 第１インバータ、２２０ 第２インバータ、２３０ フィルタコンデンサ、２３２ 平滑コンデンサ、２３４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２３６ ケース、２４０ ｎｐｎ型トランジスタ、２４２ ダイオード、２５０ ｎｐｎ型トランジスタ、２５２ ダイオード、２６０ ＳＭＲ。

Claims (6)

  1. 一方側の電圧以上の電圧を他方側から出力し、前記他方側の電圧以下の電圧を前記一方側から出力するコンバータと、
    前記コンバータの前記一方側に接続された第１のコンデンサと、
    前記コンバータの前記他方側に接続された第２のコンデンサと、
    前記第１のコンデンサに蓄えられた電力が供給されることにより、前記コンバータを制御するように作動する制御装置と、
    前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記コンバータおよび前記制御装置を収容する筐体とを備え、
    前記コンバータは、
    前記第１のコンデンサの正極側端子と負極側端子との間に接続された第１のスイッチング素子と、
    前記第１のコンデンサの正極側端子と前記第２のコンデンサの正極側端子との間に接続された第２のスイッチング素子とを含み、
    前記制御装置は、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサを放電するために、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子を交互にオンにするように、かつ前記第２のスイッチング素子をオンにする時間が前記第１のスイッチング素子をオンにする時間よりも長くなるように前記コンバータを制御する、電力制御ユニット。
  2. 前記制御装置は、一定のデューティー比で前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子が作動するように前記コンバータを制御する、請求の範囲１に記載の電力制御ユニット。
  3. 前記制御装置は、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサの放電中に、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子が作動する周波数を小さくするように前記コンバータを制御する、請求の範囲１に記載の電力制御ユニット。
  4. 一方側の電圧以上の電圧を他方側から出力し、前記他方側の電圧以下の電圧を前記一方側から出力するコンバータと、前記コンバータの前記一方側に接続された第１のコンデンサと、前記コンバータの前記他方側に接続された第２のコンデンサと、前記第１のコンデンサに蓄えられた電力が供給されることにより、前記コンバータを制御するように作動する制御装置と、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記コンバータおよび前記制御装置を収容する筐体とが設けられ、前記コンバータは、前記第１のコンデンサの正極側端子と負極側端子との間に接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のコンデンサの正極側端子と前記第２のコンデンサの正極側端子との間に接続された第２のスイッチング素子とを含む電力制御ユニットの制御方法であって、
    前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサを放電するために、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子を交互にオンにするように、かつ前記第２のスイッチング素子をオンにする時間が前記第１のスイッチング素子をオンにする時間よりも長くなるように前記コンバータを制御するステップを備える、電力制御ユニットの制御方法。
  5. 前記コンバータを制御するステップは、一定のデューティー比で前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子が作動するように前記コンバータを制御するステップを含む、請求の範囲４に記載の電力制御ユニットの制御方法。
  6. 前記コンバータを制御するステップは、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサの放電中に、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子が作動する周波数を小さくするように前記コンバータを制御するステップを含む、請求の範囲４に記載の電力制御ユニットの制御方法。
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