WO2012157036A1

WO2012157036A1 - 車両の電源システム

Info

Publication number: WO2012157036A1
Application number: PCT/JP2011/061018
Authority: WO
Inventors: 山本　晃
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-11-22
Also published as: US20140084828A1; EP2709255A1; JPWO2012157036A1; CN103534918A

Abstract

　モータ（Ｍ１）を駆動するための駆動装置に地絡故障が発生した場合、車両アースの電位が変動するため、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１００）内部では、一対のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）からなるＹコンデンサの接続点を介して高圧検出部（１４０）に高圧ノイズが侵入する。制御装置は、駆動装置の地絡故障が発生した場合には、高圧システムにおけるインバータの直流側電圧を低下させることで、高圧検出部（１４０）に侵入する高圧ノイズの量を低減する。

Description

車両の電源システム

　この発明は、車両の電源システムに関し、より特定的には、車載蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生する駆動装置と、車載蓄電装置から電力を受けて動作する補機とを備えた車両の電源システムに関する。

　従来より、電動機によって車両駆動力を発生可能に構成された、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等の電動車両では、当該電動機を駆動するための電力を蓄積する蓄電装置（たとえば、メインバッテリ）と、低電圧の補機駆動用の蓄電装置（たとえば、補機バッテリ）との２種類を搭載する構成が採用されている。走行用電動機の駆動に適した出力電圧と、ヘッドライトや空調機器等の補機あるいは電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic　Control　Unit）等の制御機器の定格電圧とが大きく異なるからである。

　このような構成では、特開２０１０－１０４１０６号公報（特許文献１）に記載されるように、メインバッテリの出力電圧を電圧変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）が降圧し、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を補機および補機バッテリに供給することが一般的である。

特開２０１０－１０４１０６号公報特開２００７－２０９１５８号公報特開２００６－２４６６５３号公報特開２００５－１３０６９８号公報

　上記の電動車両において、メインバッテリやメインバッテリを昇圧する昇圧回路を含む高圧電圧系統において地絡故障が発生すると、高圧電圧系統からの漏電電流によって車両アースの電位が変動する。従来の電動車両では、この車両アースの電位の変動によって誤作動するのを回避するために、高圧電圧系統から漏電が発生すると、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止させる動作停止制御を行ない、ＤＣ／ＤＣコンバータを強制的に停止させることが考えられている。

　しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止することによって、補機および補機バッテリへの給電経路が遮断されるため、補機が正常に動作できなくなる虞がある。

　それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、駆動装置に地絡故障が発生した場合であっても、補機に安定して電力を供給可能な車両の電源システムを提供することである。

　この発明のある局面に従えば、車両の電源システムは、蓄電装置と、蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生するための駆動装置と、蓄電装置から電力を受けて動作する補機とを備える。車両の電源システムは、蓄電装置の端子間に直列に接続され、かつ、その接続点が車両アースに接続された一対のコンデンサと、一対のコンデンサの出力電圧を降圧して補機に供給するための電圧変換器と、一対のコンデンサの出力電圧を検出する電圧検出部と、駆動装置の地絡故障を検出するための漏電検出器と、漏電検出器により駆動装置の地絡故障が検出された場合には、車両アースの電位の変動を抑制するように、電源システムを制御するための制御装置とを備える。

　好ましくは、駆動装置は、車両駆動用の電動機を駆動するインバータと、インバータの直流側電圧を可変制御するためのコンバータとを含む。制御装置は、漏電検出器により駆動装置の地絡故障が検出された場合には、インバータの直流側電圧を第１の値から第２の値へ低下させるようにコンバータを制御する。

　好ましくは、制御装置は、電動機の動作状態に応じて、コンバータの電圧指令値を設定する電圧指令値設定部と、インバータの直流側電圧が電圧指令値に一致するように、コンバータの電圧変換動作を制御する電圧変換制御部とを含む。電圧指令値設定部は、漏電検出器により駆動装置の地絡故障が検出された場合には、電圧指令値を第１の値から第２の値へ低下させる。

　好ましくは、電圧指令値設定部は、電圧指令値を、第１の値から第２の値までの間で徐々に低下させる。

　好ましくは、一対のコンデンサの各々は、可変容量型のコンデンサである。制御装置は、漏電検出器の検出値により駆動装置の地絡故障が検出された場合には、一対のコンデンサの容量を第１の値から第２の値へ低下させる。

　本発明によれば、車載蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生する駆動装置と、車載蓄電装置から電力を受けて動作する補機とを備える車両の電源システムにおいて、駆動装置に地絡故障が発生した場合であっても、補機に安定して電力を供給することができる。

本発明の実施の形態に従う電源システムを搭載した電動車両の概略構成図である。図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータの詳細な構成を説明するための回路図である。高圧システムの地絡故障が発生した場合における低圧システムの状態を説明する概要図である。高圧システムに地絡故障が発生した場合に、高圧検出部から出力されるパルス信号の波形の一例を示す図である。従来の電源システムにおいて、高圧システムに短絡故障が作動した場合のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するタイミングチャートである。高圧システムに地絡故障が作動した場合における本発明の実施の形態１に係る電源システムの動作を説明するタイミングチャートである。本実施の形態１に従う制御装置の制御構造を示すブロック図である。高圧システムに地絡故障が作動した場合における本発明の実施の形態１の変更例に係る電源システムの動作を説明するタイミングチャートである本発明の実施の形態２に従う電源システムに搭載されるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を説明するための回路図である。Ｙコンデンサの容量と、Ｙコンデンサから高圧検出部に侵入する高圧ノイズの量との関係を示す図である。

　以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

　［実施の形態１］
　図１は、本発明の実施の形態１に従う電源システムを搭載した電動車両の概略構成図である。

　図１を参照して、電動車両５は、メインバッテリ１０と、コンバータ１２と、インバータ１４と、車両駆動用のモータＭ１と、動力伝達ギヤ１５と、駆動輪１６と、制御装置５０と、漏電検出器６０とを備える。図１の構成から、モータＭ１、動力伝達ギヤ１５および、駆動輪１６を除いた部分によって、電動車両５の電源システムが構成される。

　メインバッテリ１０は、モータＭ１を駆動するための電力を蓄積する「蓄電装置」の一例として示される。メインバッテリ１０は、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。あるいは、電気二重層キャパシタによって、あるいは二次電池とキャパシタとの組合せ等によって蓄電装置を構成してもよい。

　コンバータ１２は、正線ＰＬおよび負線ＮＬの間の電圧ＶＬ（すなわち、メインバッテリ１０の入出力電圧）と、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬの間の電圧ＶＨ（すなわち、インバータ１４の直流側電圧）との間で、双方向の直流電圧変換を実行するように構成される。すなわち、メインバッテリ１０の入出力電圧ＶＬと、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬ間の直流電圧ＶＨとは、双方向に昇圧または降圧される。コンバータ１２における昇降圧動作は、制御装置５０からのスイッチング指令に従ってそれぞれ制御される。また、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬの間には、平滑コンデンサＣが接続される。

　インバータ１４は、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬ間の直流電力と、モータＭ１に入出力される交流電力との間で、双方向の電力変換を実行する。具体的には、インバータ１４は、制御装置５０からのスイッチング指令に応じて、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬ間の直流電圧ＶＨを三相交流電圧に変換して、モータＭ１に供給する。この三相交流電圧によって、モータＭ１の出力トルクが制御される。

　モータＭ１の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ１５を介して駆動輪１６に伝達されて、電動車両５を走行させる。一方、電動車両５の回生制動時には、モータＭ１は、駆動輪１６の減速に伴って交流電力を発電する。このとき、インバータ１４は、制御装置５０からのスイッチング指令に応じて、モータＭ１が発生する交流電力を直流電力に変換し、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬへ供給する。この直流電力は、さらに、コンバータ１２によってメインバッテリ１０に供給される。これにより、減速時や降坂走行時にメインバッテリ１０が充電される。

　なお、モータＭ１の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータＭ１を協調的に動作させることによって、電動車両５の必要な車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いてメインバッテリ１０を充電することも可能である。すなわち、電動車両５は、走行用電動機を搭載する車両を包括的に示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料自動車等を含む。

　漏電検出器６０は、メインバッテリ１０の負極側（すなわち、負線ＮＬ）と車体に接続された接地ノード（車両アース）との間に接続される。漏電検出器６０は、上述したメインバッテリ系（以下、高圧システムという）における漏電を検出する。漏電検出器６０は、高圧システムに漏電が発生したことを示す信号ＤＥＬを制御装置５０へ出力する。

　制御装置５０は、代表的には、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）と、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）やＲＯＭ（Read　Only　Memory）などのメモリ領域と、入出力インターフェイスとを主体として構成された電子制御装置（ＥＣＵ）により構成される。そして、制御装置５０は、予めＲＯＭなどに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭに読出して実行することによって、車両走行およびメインバッテリ１０の充放電に係る制御を実行する。なお、ＥＣＵの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

　電動車両５は、上述した高圧システムに加えて、補機電源系のシステム（以下、低圧システムという）をさらに備える。なお、高圧システムは、車両アースから絶縁されているのに対して、低圧システムは、車両アースを基準として動作する。

　具体的には、電動車両５は、補機バッテリ２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００と、補機負荷１１０とをさらに備える。補機バッテリ２０は、たとえば鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ２０の電圧は、メインバッテリ１０の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖ程度である。補機バッテリ２０から補機負荷１１０に対して電力が供給される。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、正線ＰＬおよび負線ＮＬ間の電圧ＶＬ（メインバッテリ１０の出力電圧）を降圧して、電源配線ＡＭＤに出力する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃは、接地ノードＧ１および電源配線ＡＭＤの間の直流電圧に相当する。

　補機負荷１１０は、電源配線ＡＭＤまたは補機バッテリ２０から電圧の供給を受けて動作する。補機負荷１１０は、オーディオ機器、ナビゲーション機器、照明機器（ハザードランプ、室内灯、ヘッドランプ等）などを含む。さらに、補機負荷１１０は、電動パワーステアリング機構、電動オイルポンプ、電子制御の小型モータ等の車両走行に直接用いられる走行系負荷を含む。また、制御装置５０（ＥＣＵ）についても、補機バッテリ２０または電源配線ＡＭＤからの電力によって動作する。補機負荷１１０は、電源配線ＡＭＤまたは補機バッテリ２０からの電圧によって動作するこれらの補機負荷を代表的に示したものである。

　図２は、図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータ１００の詳細な構成を説明するための回路図である。

　図２を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、コンバータ部１２０と、コンバータ部１２０を制御するための制御部１３０とから成る。

　コンバータ部１２０は、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３と、フルブリッジ回路を構成する電力用半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４と、トランスＴｒと、変換回路（ＡＣ／ＤＣ）１２２とを含む。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４にそれぞれ対応して、逆並列ダイオードＤ１～Ｄ４が設けられる。

　コンデンサＣ１およびＣ２は、正線ＰＬおよび負線ＮＬの間に直列接続され、かつ、その接続点（ノードＮ）が接地ノードＧ１に接続されている。コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２は、同一容量のものである。一対のコンデンサＣ１，Ｃ２の直列接続体は、Ｙコンデンサを構成する。そして、このＹコンデンサと、インダクタＬ１およびコンデンサＣ３とは、ＬＣフィルタを構成する。ＬＣフィルタは、正線ＰＬおよび負線ＮＬへのコモンモード電流の重畳によって入力電圧ＶＬ（正線ＰＬおよび負線ＮＬ間の電圧）が変動するのを抑制する。

　電力用半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４（以下、単に「スイッチング素子」と称する）として、図２にはトランジスタが例示される。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオンオフは、制御部１３０からの信号Ｓ１～Ｓ４に応じて制御される。フルブリッジ回路は、メインバッテリ１０からの電圧ＶＬを交流電圧に変換して、トランスＴｒの一次側コイル１０１に出力する。すなわち、一次側コイル１０１に生じる交流電圧の振幅、周波数および位相は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４によって制御できる。

　トランスＴｒは、一次側コイル１０１と、二次側コイル１０２，１０３と、一次側コイル１０１および二次側コイル１０２，１０３を電磁的に結合するための鉄心とを含む。

　二次側コイル１０２および１０３には、一次側コイル１０１の電圧に応じた交流電圧がそれぞれ発生される。二次側コイル１０２に生じる交流電圧の振幅は、一次側コイル１０１の交流電圧と、一次側コイル１０１および二次側コイル１０２の巻数比とによって決まる。同様に、二次側コイル１０３に生じる交流電圧の振幅は、一次側コイル１０１の交流電圧と、一次側コイル１０１および二次側コイル１０３の巻数比とによって決まる。

　二次側コイル１０２の一方端は、変換回路１２２を介して電源配線ＡＭＤに接続される。二次側コイル１０２の他方端は接地ノードＧ１に接続される。二次側コイル１０３の一方端は、二次側コイル１０２の他方端と同様に接地ノードＧ１に接続される。二次側コイル１０３の他方端は、二次側コイル１０２の一方端と同様に、変換回路１２２を介して電源配線ＡＭＤに接続される。二次側コイル１０２の一方端および二次側コイル１０３の一方端同士、ならびに、二次側コイル１０２の他方端および二次側コイル１０３の他方端同士が同位相となるように、一次側コイル１０１から二次側コイル１０２，１０３へ交流電圧が伝達される。

　変換回路１２２は、二次側コイル１０２，１０３に伝達された交流電圧を直流電圧に変換して電源配線ＡＭＤおよび接地ノードＧ１の間に出力する。変換回路１２２が変換した直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃに相当する。

　変換回路１２２は、ダイオードＤ５，Ｄ６と、インダクタＬ２と、コンデンサＣ４とを有する。ダイオードＤ５は、二次側コイル１０２に生じた交流電圧を整流する。ダイオードＤ６は、二次側コイル１０３に生じた交流電圧を整流する。ダイオードＤ５，Ｄ６によって整流された電圧は、インダクタＬ２およびコンデンサＣ４によるＬＣフィルタによって、直流電圧に変換される。

　以上に示す構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃは、一次側のフルブリッジ回路によって発生する一次側コイル１０１の交流電圧の振幅に応じて制御することができる。したがって、制御部１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃの目標値である電圧指令値と、電源配線ＡＭＤの電圧との比較に基づいて、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオンオフ（デューティ）を制御する。

　具体的には、制御部１３０は、高圧検出部１４０と、フォトカプラ１６０と、マイコン１８０とを含む。

　高圧検出部１４０は、一対のコンデンサＣ１およびＣ２から成るＹコンデンサの端子間の電圧ＶＬ（すなわち、正線ＰＬおよび負線ＮＬ間の電圧）を検出し、その検出結果をフォトカプラ１６０を介してマイコン１８０へ出力する。

　具体的には、高圧検出部１４０は、ＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）回路（図示せず）を含む。ＰＷＭ回路は、一定周波数で発振する発振回路と、当該発振回路により生成される三角波信号と電圧ＶＬの振幅とを比較するコンパレータとからなる。ＰＷＭ回路は、電圧ＶＬの振幅を、振幅が一定のパルスの幅に変調する。高圧検出部１４０は、ＰＷＭ回路によって変調されたパルス信号をフォトカプラ１６０へ出力する。

　フォトカプラ１６０は、トランスＴｒの一次側と二次側とを絶縁するための絶縁回路を構成する。フォトカプラ１６０は、発光素子である発光ダイオードと、受光素子であるフォトトランジスタとからなる。高圧検出部１４０からのパルス信号に応答して発光ダイオードが発光すると、この発光ダイオードからの光信号に基づいてフォトトランジスタがオンオフされる。

　マイコン１８０は、フォトカプラ１６０のフォトトランジスタのオンオフ（デューティ）に基づいて、電圧ＶＬの検出値を取得する。さらに、マイコン１８０は、電源配線ＡＭＤおよび接地ノードＧ１の間に設けられた低圧検出部（図示せず）から出力電圧Ｖｄｃの検出値を取得する。マイコン１８０は、電圧指令値から電圧Ｖｄｃの検出値を減算すると、電圧Ｖｄｃを電圧指令値に一致させるための制御演算（たとえば比例積分制御）を実行する。そして、マイコン１８０は、算出結果に基づいてデューティ指令値を設定すると、その設定したデューティ指令値に従って、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオンオフを制御するための信号Ｓ１～Ｓ４を生成してコンバータ部１２０へ出力する。

　ここで、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング制御において、マイコン１８０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のデューティ指令値に上限値（以下、「デューティ指令上限値」という）を設けている。このデューティ指令上限値は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の内部に設けられる素子（スイッチング素子およびダイオード等）に過電圧が印加されるのを回避するために設けられる。デューティ指令上限値は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００に入力される電圧ＶＬに応じて可変の値をとる。

　具体的には、デューティ指令上限値は、正線ＰＬおよび負線ＮＬ間の電圧ＶＬの電圧範囲に基づいて設定される。電圧ＶＬの電圧範囲は、メインバッテリ１０の出力電圧範囲によって定まる。メインバッテリ１０の出力電圧は、高圧システムにおけるメインバッテリ１０およびモータＭ１間での電力のやり取り、すなわち、メインバッテリ１０の充放電に応じて変動する。デューティ指令上限値は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の内部の素子に印加される電圧が、当該素子の耐圧を超えることがないように、電圧ＶＬ（すなわち、メインバッテリ１０の出力電圧）に応じて可変に設定される。

　このように、予め設定されたデューティ指令上限値を超えない範囲でスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のデューティを制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、内部の素子の損傷を防止しつつ、出力電圧を補機バッテリ２０および補機負荷１１０に供給することができる。

　しかしながら、図１に示す電動車両５において、モータＭ１に電力を供給するための電力ケーブルあるいはインバータ１４が車両アースに短絡するといった、高圧システムの地絡故障が発生した場合には、高圧システムと車両アース（接地ノードＧ１）との間に漏電経路が形成される。これにより、接地ノードＧ１の電位が変動する。この場合、接地ノードＧ１を基準として動作する低圧システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００において、図３に示すように、接地ノードＧ１に接続されるＹコンデンサの接続点（ノードＮ）を経由して、高圧検出部１４０に高電圧のノイズ（以下、高圧ノイズという）が侵入するという不具合が生じる。

　図４は、高圧システムに地絡故障が発生した場合に、高圧検出部１４０から出力されるパルス信号の波形の一例を示す図である。なお、図４は、インバータ１４およびモータＭ１間に配設された電力ケーブルが地絡した場合を想定している。

　図４を参照して、高圧システムの正常時には、高圧検出部１４０からは電圧ＶＬの検出値に応じたデューティのパルス信号が出力される。これに対して、電力ケーブルに地絡故障が発生した場合には、接地ノードＧ１の電位の変動に応じて、高圧ノイズが高圧検出部１４０に侵入する。なお、この高圧ノイズは、インバータ１４に含まれるスイッチング素子がターンオンまたはターンオフするタイミングごとに発生する。高圧検出部１４０は、高圧ノイズの影響によって電圧ＶＬの検出値を正確に検出することが困難となる。この場合には、高圧検出部１４０からマイコン１８０に対して電圧ＶＬの検出値を伝達することができないという通信異常が発生する。

　上記のように高圧検出部１４０に通信異常が発生すると、誤った電圧検出値に基づいてコンバータ部１２０が制御されてしまうため、これに起因してＤＣ／ＤＣコンバータ１００が過大な電圧を出力してしまう虞がある。このような不具合を回避するため、従来の電源システムでは、高圧検出部１４０に通信異常が発生すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ内部の素子もしくはＤＣ／ＤＣコンバータに接続される補機負荷および補機バッテリを保護するための内部保護機能が作動することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の動作停止制御を行なっていた。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の電圧の出力を強制的に停止させていた。

　図５は、従来の電源システムにおいて、高圧システムに短絡故障が作動した場合のＤＣ／ＤＣコンバータ１００の動作を説明するタイミングチャートである。

　図５を参照して、時刻ｔ１において、高圧検出部１４０に通信異常が生じたと判定されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の制御部１３０は、一次側のフルブリッジ回路のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のデューティ指令値を０（％）まで低下させる。これにより、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４はすべてオフ状態とされる。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃは略０Ｖまで低下する。さらに、制御部１３０は、通信異常の発生を示す信号ＮＯＤＤをＨ（論理ハイ）レベルに活性化させて制御装置５０へ出力する。

　したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力を停止した時刻ｔ１以降においては、出力電圧Ｖｄｃによって補機バッテリ２０を充電することができなくなるため、電源配線ＡＭＤに対する補機バッテリ２０の放電が促進される。そして、この放電によって補機バッテリ２０の出力電圧が低下すると、補機負荷１１０の動作に支障が生じる虞がある。

　ここで、上記の問題点を解決するためには、高圧検出部１４０への高圧ノイズの侵入を回避する対策を講じることが望まれる。この対策の１つとして、地絡故障時に高圧ノイズの侵入経路となるＹコンデンサをＤＣ／ＤＣコンバータ１００から排除することが考えられる。しかしながら、Ｙコンデンサを排除すると、高圧システムと車両アースとの浮遊容量が小さい場合には、いわゆるラジオノイズが増大して、制御装置５０を含む車載電子機器に悪影響を与えることが懸念される。

　あるいは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の内部に設けられるフィルタを強化することが考えられる。しかしながら、フィルタを強化することで高圧ノイズの侵入を遮断できる反面、高圧検出部１４０の検出感度を落としてしまう虞がある。

　そこで、本実施の形態に係る電源システムでは、高圧システムに地絡故障が発生した場合には、高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量が小さくなるように、高圧システムを制御する。具体的には、インバータ１４の直流側電圧（すなわち、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬの間の電圧ＶＨ）を低下させることによって、車両アースの電位の変動を抑制する。これにより、高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量を、高圧検出部１４０に通信異常を発生させないレベルにまで低減する。以下では、インバータ１４の直流側電圧に相当する、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬの間の電圧ＶＨをシステム電圧ＶＨとも称する。

　図６は、、高圧システムに地絡故障が作動した場合における本発明の実施の形態１に係る電源システムの動作を説明するタイミングチャートである。

　図６を参照して、時刻ｔ１までは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は作動中であり、かつ、高圧システムの制御装置５０は、通常動作の指令を出している。このとき、時刻ｔ１において、漏電検出器６０からの信号ＤＥＬにより高圧システムに地絡故障が発生したと判定されると、制御装置５０は、システム電圧ＶＨを所定電圧Ｖ１から所定電圧Ｖ２に低下させる。なお、時刻ｔ１までの所定電圧Ｖ１は、後述する制御構造に従って、モータＭ１の動作点（回転速度およびトルク）に応じて設定されたシステム電圧ＶＨである。一方、所定電圧Ｖ２は、予め実験等によって取得されたシステム電圧ＶＨと高圧ノイズの量との関係に基づいて、高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量が所定の許容量を下回るように設定されたシステム電圧ＶＨである。

　上記のように、高圧ノイズはインバータ１４に含まれるスイッチング素子がターンオンまたはターンオフするタイミングごとに発生するところ、システム電圧ＶＨが大きくなるに従って、接地ノードＧ１の電位の変動が大きくなることによって高圧ノイズの量が増大する。したがって、制御装置５０は、システム電圧ＶＨを低下させることで高圧ノイズの量を低減させるようにしている。

　これにより、高圧検出部１４０では、侵入する高圧ノイズの量が低減したことによって、時刻ｔ１以降においても通信異常が発生することなく、通信異常の発生を示す信号ＮＯＤＤはＬレベルのままである。この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の動作停止制御が行なわれず、時刻ｔ１以降においてもＤＣ／ＤＣコンバータ１００の作動が継続される。

　次に、制御装置５０によるコンバータ１２およびインバータ１４の制御について説明する。図７は、本実施の形態１に従う制御装置５０の制御構造を示すブロック図である。図７に示す各機能ブロックは、代表的に制御装置５０が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その機能の一部または全部を専用のハードウェアとして実装してもよい。

　図７を参照して、制御装置５０は、システム電圧指令値設定部５２と、信号発生部５４と、モータ制御用電圧指令値設定部５６と、信号発生部５８とを含む。

　電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ（図１）の両端の電圧、すなわち、システム電圧ＶＨを検出し、その検出値ＶＨを、システム電圧指令値設定部５２およびモータ制御用電圧指令値設定部５６へ出力する。

　電流センサ１７は、モータＭ１に流れるモータ電流を検出し、その検出値をモータ制御用電圧指令値設定部５６へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図７に示すように電流センサ１７は、２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。

　回転角センサ（レゾルバ）１９は、モータＭ１のロータの回転角θおよびモータＭ１の単位時間あたりの回転数（モータ回転数）Ｎを検出し、検出結果を表わす信号をシステム電圧指令値設定部５２へ出力する。

　システム電圧指令値設定部５２は、モータＭ１の指令動作点（トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍおよびモータ回転数Ｎ）に基づいて、システム電圧指令値ＶＨｃｏｍを算出する。なお、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍは、アクセルペダルの操作量を示すアクセル開度の検出値に基づいて算出される。

　信号発生部５４は、システム電圧指令値ＶＨｃｏｍに従って実際にコンバータ１２のスイッチング素子をオンオフ制御するためのスイッチング制御信号ＰＷＣを発生する。コンバータ１２がスイッチング制御信号ＰＷＣに従ったスイッチング動作を行なうことにより、システム電圧ＶＨが、システム電圧指令値ＶＨｃｏｍで指令された電圧となる。

　モータ制御用電圧指令値設定部５６は、モータＭ１の指令動作点（トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍおよびモータ回転数Ｎ）、モータ電流ｉｖ，ｉｗおよびシステム電圧ＶＨに基づいて、モータＭ１の各相コイルに印加する電圧の操作量である各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算し、その演算結果を信号発生部５８へ出力する。

　信号発生部５８は、各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに従って実際にインバータ１４のスイッチング素子をオンオフ制御するためのスイッチング制御信号ＰＷＭを発生する。インバータ１４がスイッチング制御信号ＰＷＭに従ったスイッチング動作を行なうことにより、各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗで指令された電圧がモータＭ１の各相コイルに印加される。これにより、モータＭ１の出力トルクが、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに応じた値となる。

　ここで、モータＭ１またはインバータ１４において短絡故障が発生した場合、漏電検出器６０は、高圧システムに漏電が発生したことを示す信号ＤＥＬをシステム電圧指令値設定部５２へ出力する。システム電圧指令値設定部５２は、高圧システムにおいて漏電が発生したことを示す信号ＤＥＬを受けると、システム電圧指令値ＶＨｃｏｍを、モータＭ１の指令動作点に基づいて算出される所定電圧Ｖ１から所定電圧Ｖ２へ低下させる。

　信号発生部５４は、システム電圧ＶＨをフィードバック制御し、システム電圧ＶＨがシステム電圧指令値ＶＨｃｏｍ（＝所定電圧Ｖ２）となるようにスイッチング制御信号ＰＷＣを生成する。これにより、図６で説明したようにシステム電圧ＶＨが低下したことに伴ない、高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量が減少する。この結果、高圧検出部１４０に通信異常が発生することなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、作動を継続する。

　（変更例）
　なお、図６で説明したように、時刻ｔ１においてシステム電圧ＶＨを低下させることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の作動が継続される一方で、高圧システムでは、モータＭ１のトルクがいきなり減少してモータＭ１の指定動作点に従った出力を確保することが困難となる可能性がある。このようなモータＭ１の出力低下を回避するために、システム電圧指令値設定部５２は、システム電圧指令値ＶＨｃｏｍを所定電圧Ｖ１から所定電圧Ｖ２までの間で徐々に変化させる構成とすることができる。

　具体的には、図８に示すように、時刻ｔ１において、漏電検出器６０からの信号ＤＥＬにより高圧システムに地絡故障が発生したと判定されると、制御装置５０内部のシステム電圧指令値設定部５２は、システム電圧指令値ＶＨｃｏｍを所定電圧Ｖ１から所定電圧Ｖ３に低下させる。なお、時刻ｔ１までの所定電圧Ｖ１は、後述する制御構造に従って、モータＭ１の動作点（回転速度およびトルク）に応じて設定されたシステム電圧指令値ＶＨｃｏｍである。一方、所定電圧Ｖ３は、所定電圧Ｖ１から所定量ΔＶを減算した値である。この所定量ΔＶは、システム電圧ＶＨの時間軸に対する変化量を抑制するレート処理に用いられるレート値であり、電動車両５の仕様に基づいて定められる。

　さらに、システム電圧指令値設定部５２は、時刻ｔ１よりも後の時刻ｔ２において、システム電圧ＶＨを所定電圧Ｖ３から所定電圧Ｖ４に低下させる。所定電圧Ｖ４は、所定電圧Ｖ３から所定量ΔＶを減算した値である。

　なお、図８においては、システム電圧ＶＨ＝所定電圧Ｖ２となる時刻ｔ１～ｔ２までの間は、高圧ノイズの量が大きいために、高圧検出部１４０の通信異常が発生してしまい、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は動作を停止する。そして、時刻ｔ２において、システム電圧指令値ＶＨｃｏｍを所定電圧Ｖ２から所定電圧Ｖ３までさらに低下させると、高圧ノイズの量が減少することによって、高圧検出部１４０の通信異常が解消する。この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は動作を再開し、時刻ｔ２以降再び動作中となる。

　以上のように、本発明の実施の形態１に従う電源システムによれば、高圧システムの地絡故障が発生した場合には、システム電圧ＶＨを低下させることによって車両アースの電位の変動を抑制する。これにより、高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量が低減されるため、高圧検出部１４０に通信異常が発生するのを防止できる。この結果、低圧システムにおいては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の動作停止制御が行なわれることなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の作動を継続することができる。

　［実施の形態２］
　実施の形態１では、高圧システムの地絡故障が発生した場合には、システム電圧を低下させることで車両アースの電位の変動を抑制することによって、高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量を低減した。実施の形態２では、高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量をＤＣ／ＤＣコンバータの内部で低減させる構成について説明する。

　図９は、本発明の実施の形態２に従う電源システムに搭載されるＤＣ／ＤＣコンバータ１００Ａの構成を説明するための回路図である。

　図９を参照して、本発明の実施の形態によるＤＣ／ＤＣコンバータ１００Ａは、図２に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１００と比較して、Ｙコンデンサを構成する一対のコンデンサＣ１，Ｃ２を可変容量型コンデンサとする点において異なる。コンデンサＣ１，Ｃ２は、制御部１３０からの制御信号に基づいて容量可変であり、その容量を変更することによって正線ＰＬおよび負線ＮＬと車両アース（接地ノードＧ１）との間の容量を可変にする。

　図９に示す構成において、漏電検出器６０から高圧システムに漏電が発生したことを示す信号ＤＥＬを受けると、制御装置５０Ａは、制御部１３０Ａ内部のマイコン１８０Ａに信号ＤＥＬを送信する。マイコン１８０は、制御装置５０Ａから信号ＤＥＬを受けると、制御信号ＣＮＴをコンデンサＣ１，Ｃ２に向けて出力することにより、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を低下させる。

　図１０は、Ｙコンデンサの容量と、Ｙコンデンサから高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量との関係を示す図である。図１０の示す関係は、インバータ１４およびモータＭ１間に配設された電力ケーブルが地絡した場合を想定して、Ｙコンデンサの容量を変化させたときに高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量を実験等によって求めたものである。

　図９に示す構成において、Ｙコンデンサは、インダクタＬ１およびコンデンサＣ３とともにＬＣフィルタを構成する。Ｙコンデンサは、インバータ１４のスイッチング動作に起因して発生する高周波のコモンモード電圧を低減するように、容量を大きく設計される。その一方で、Ｙコンデンサの容量を大きくすると、正線ＰＬおよび負線ＮＬと車両アースとの間の容量が大きくなるために、高圧システムの地絡故障が発生した場合には、高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量が増大する。

　そこで、マイコン１８０は、制御装置５０Ａから信号ＤＥＬを受けると、図１０に示す関係に基づいて、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を低下させることにより、高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量を低減する。このとき、マイコン１８０は、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を、コモンモード電圧低減フィルタとしての設計値から、高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量を所定の許容量未満に抑えることが可能な値にまで低下させる。

　以上のように、本発明の実施の形態２に従う電源システムによれば、高圧システムの地絡故障が発生した場合には、Ｙコンデンサの容量を低下させることによって高圧検出部１４０に侵入する高圧ノイズの量を低減する。これにより、高圧検出部１４０に通信異常が発生するのを防止できる。この結果、低圧システムにおいては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の動作停止制御が行なわれることなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の作動を継続することができる。

　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。

　この発明は、蓄電装置と、前記蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生する駆動装置と、前記蓄電装置から電力を受けて動作する補機とを搭載した車両に適用することができる。

　５　電動車両、１０　メインバッテリ、１２　コンバータ、１３　電圧センサ、１４　インバータ、１５　動力伝達ギヤ、１５　電流センサ、１６　駆動輪、１７　電流センサ、１９　回転角センサ、２０　補機バッテリ、５０，５０Ａ　制御装置、５２　システム電圧指令値設定部、５４，５８　信号発生部、５６　モータ制御用電圧指令値設定部、６０　漏電検出器、１００，１００Ａ，１００Ｂ　コンバータ、１０１　一次側コイル、１０２，１０３　二次側コイル、１１０　補機負荷、１２０　コンバータ部、１２２　変換回路、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ　制御部、１４０　高圧検出部、１６０　フォトカプラ、１８０，１８０Ａ　マイコン、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３　コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２　インダクタ、Ｍ１　モータ、ＭＮＬ　負母線、ＭＰＬ　正母線、ＮＬ　負線、ＰＬ　正線。

Claims

　蓄電装置（１０）と、前記蓄電装置（１０）から電力を受けて車両駆動力を発生するための駆動装置と、前記蓄電装置（１０）から電力を受けて動作する補機（１１０）とを備えた車両の電源システムであって、
　前記蓄電装置（１０）の端子間に直列に接続され、かつ、その接続点が車両アースに接続された一対のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）と、
　前記一対のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の出力電圧を降圧して前記補機（１１０）に供給するための電圧変換器（１００）と、
　前記一対のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の出力電圧を検出する電圧検出部（１４０）と、
　前記駆動装置の地絡故障を検出するための漏電検出器（６０）と、
　前記漏電検出器（６０）により前記駆動装置の地絡故障が検出された場合には、前記車両アースの電位の変動を抑制するように、前記電源システムを制御するための制御装置（５０，５０Ａ）とを備える、車両の電源システム。
　前記駆動装置は、
　車両駆動用の電動機（Ｍ１）を駆動するインバータ（１４）と、
　前記インバータ（１４）の直流側電圧を可変制御するためのコンバータ（１２）とを含み、
　前記制御装置（５０）は、前記漏電検出器（６０）により前記駆動装置の地絡故障が検出された場合には、前記インバータ（１４）の直流側電圧を第１の値から第２の値へ低下させるように前記コンバータ（１２）を制御する、請求項１に記載の車両の電源システム。
　前記制御装置（５０）は、
　前記電動機（Ｍ１）の動作状態に応じて、前記コンバータ（１２）の電圧指令値を設定する電圧指令値設定部（５２）と、
　前記インバータ（１４）の直流側電圧が前記電圧指令値に一致するように、前記コンバータ（１２）の電圧変換動作を制御する電圧変換制御部（５４）とを含み、
　前記電圧指令値設定部（５２）は、前記漏電検出器（６０）により前記駆動装置の地絡故障が検出された場合には、前記電圧指令値を前記第１の値から前記第２の値へ低下させる、請求項２に記載の車両の電源システム。
　前記電圧指令値設定部（５２）は、前記電圧指令値を、前記第１の値から前記第２の値までの間で徐々に低下させる、請求項３に記載の車両の電源システム。
　前記一対のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の各々は、可変容量型のコンデンサであり、
　前記制御装置（５０Ａ）は、前記漏電検出器（６０）の検出値により前記駆動装置の地絡故障が検出された場合には、前記一対のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の容量を第１の値から第２の値へ低下させる、請求項１に記載の車両の電源システム。