JP4048787B2

JP4048787B2 - 負荷駆動装置

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Publication number: JP4048787B2
Application number: JP2002021194A
Authority: JP
Inventors: 良二沖
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-01-30
Also published as: JP2003230269A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、負荷駆動装置および放電制御方法並びに放電制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体に関し、特に、電気自動車やハイブリッド自動車において駆動モータやエアコンなどの電気負荷を駆動制御するに際して、主電源遮断時に装置内部の残留電荷を放電させる放電機構を備えた負荷駆動装置および放電制御方法並びに放電制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ますます高まりつつある省エネ・環境問題を背景に、電気自動車、ハイブリッド自動車が大きく注目されている。電気自動車（Electric Vehicle、以下ＥＶと称する。）やハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle、以下ＨＶと称する。）は、自動車に搭載された主電池をエネルギー源としてモータを駆動して走行する。
【０００３】
ＥＶやＨＶに用いられるモータとしては、３相誘導モータあるいは同期モータが使用される。そして、ＥＶやＨＶに搭載される主電池などの主電源から出力される直流電圧をインバータに供給し、交流に変換して前記モータを駆動する技術が知られている。このインバータの入力端には、インバータに入力される直流電圧を平滑化するために、あるいは直流電圧を少なくとも一時的に貯蔵するためにコンデンサが備えられる。そして、主電源から出力された直流電圧は、このコンデンサにより平滑化されて前記インバータに供給される。
【０００４】
ＥＶあるいはＨＶを上述したモータを用いて駆動するには、直流電圧にして数１０Ｖから数１００Ｖもの電圧が必要とされることがある。そこで、車両システムへの電源の供給が遮断された後は、上述したコンデンサに残留する電荷など、システム内の残留電荷を適切に放電する必要がある。
【０００５】
特開平９−１２１５９２号公報には、交流電源と、平滑回路を含むコンバータと、インバータと、モータとを備えたモータ制御装置において、交流電源遮断時にコンバータ内の平滑コンデンサの残留電荷を、専用の放電抵抗を用いずに、モータ制御装置内に内蔵されている回生放電抵抗を用いて消費させる装置が提案されている。
【０００６】
また、特開平１１−３３２２４８号公報には、蓄電式の空気調和装置において、蓄電池の放電停止時にチョッパ部に設けられたコンデンサの残留電荷を蓄電池に放電し、さらにコンデンサに並列に設けた放電抵抗により消費させる装置が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−１２１５９２号公報に記載の発明は、残留電荷をモータ制御装置内において放電させるものであり、特開平１１−３３２２４８号公報に記載の発明は、残留電荷を蓄電池およびコンデンサに並列に接続した放電抵抗に放電させるものである。これらはいずれも、システムの主要装置である駆動系回路において放電するものであり、このような重要性の高い装置内において放電を行なうことは、システムの耐電圧要求が高められてしまうことになり好ましくない。
【０００８】
すなわち、システムにおける主要装置である駆動系回路を電源遮断時の放電電圧に耐え得るように設計する必要性が生じるため、駆動系回路に用いられる種々の素子を高い耐電圧性能を有するものにしなければならなくなるおそれがあり、これは、システムの高コスト化につながるものだからである。
【０００９】
また、残留電荷の放電は、安全性確保のため確実になされるものでなければならず、装置内の素子の故障もできる限り想定したうえで放電を行なうことができる回路構成としなければならない。
【００１０】
そこで、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、残留電荷の放電を行なう際に、システムの中で重要性の高い駆動負荷および駆動系回路において行なわずに補機系の負荷に対して行なうことによって、システム全体として故障に対する耐久性を向上できる負荷駆動装置を提供するものである。
【００１１】
また、この発明の別の目的は、残留電荷の放電制御において、システムの中で重要性の高い駆動負荷および駆動系回路において行なわずに補機系の負荷に対して行なうことによって、システム全体として故障に対する耐久性を向上させることができる放電制御方法を提供するものである。
【００１２】
さらに、この発明の別の目的は、残留電荷の放電制御において、システムの中で重要性の高い駆動負荷および駆動系回路において行なわずに補機系の負荷に対して行なうことによって、システム全体として故障に対する耐久性を向上させることができる放電制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、負荷駆動装置は、第１の電気負荷を駆動する負荷駆動回路を含む主回路と、主回路に接続され、第２の電気負荷を動作させる補機回路と、制御回路とを備え、制御回路は、主回路に供給される主電源が遮断されるときに負荷駆動回路を停止し、主電源が遮断された後、主回路の残留電荷を補機回路に供給するように主回路を制御する。
【００１４】
好ましくは、主回路は、主電源から供給される直流電圧を昇圧して負荷駆動回路へ出力するコンバータと、負荷駆動回路とコンバータとの間に接続され、コンバータにより昇圧された直流電圧を平滑化する平滑回路とをさらに含み、補機回路は、主電源とコンバータとの間に接続され、主電源が遮断された後、制御回路は、平滑回路の残留電荷をコンバータを介して補機回路に供給するようにコンバータを制御し、コンバータは、平滑回路の残留電荷により生ずる電圧を降圧して補機回路へ出力する。
【００１５】
好ましくは、主回路は、主電源とコンバータとの間に接続されるもう１つの平滑回路をさらに含み、主電源が遮断された後、もう１つの平滑回路の残留電荷が補機回路に供給される。
【００１６】
好ましくは、コンバータは、コレクタが負荷駆動回路と接続される第１のノードに接続され、エミッタが第２のノードに接続される第１のスイッチングトランジスタと、コレクタが第２のノードに接続され、エミッタが負荷駆動回路と主電源の負極ノードとを接続する第３のノードに接続される第２のスイッチングトランジスタと、アノードが第２のノードに接続され、カソードが第１のノードに接続される第１のダイオードと、アノードが第３のノードに接続され、カソードが第２のノードに接続される第２のダイオードと、一方が第２のノードに接続され、もう一方が主電源の正極ノードに接続されるコイルとを含み、制御回路は、主電源が遮断された後、第１のスイッチングトランジスタをオンし、第２のスイッチングトランジスタをオフする。
【００１７】
好ましくは、制御回路は、補機回路の入力電圧を検出し、主電源が遮断された後、入力電圧が所定値より低くなったと判断したとき、第１のスイッチングトランジスタをオフし、補機回路を停止する。
【００１８】
好ましくは、第２の電気負荷は、車載エアコンであり、補機回路は、車載エアコンを駆動するインバータを含み、第１の電気負荷は、車両の駆動力を発生する駆動モータであり、負荷駆動回路は、駆動モータを駆動するインバータである。
【００１９】
好ましくは、第２の電気負荷は、補機用電源であり、補機回路は、入力される電力を所定の電圧に変換して補機用電源へ出力するもう１つのコンバータを含み、第１の電気負荷は、車両の駆動力を発生する駆動モータであり、負荷駆動回路は、駆動モータを駆動するインバータである。
【００２０】
また、この発明によれば、放電制御方法は、主回路と、主回路に接続される補機回路とを備えた負荷駆動装置における放電制御方法であって、主回路は、第１の電気負荷を駆動する負荷駆動回路と、主電源から供給される直流電圧を昇圧して負荷駆動回路へ出力するコンバータと、負荷駆動回路とコンバータとの間に接続され、コンバータにより昇圧された直流電圧を平滑化する平滑回路とを含み、補機回路は、主電源とコンバータとの間に接続されて第２の電気負荷を動作させ、放電制御方法は、主回路および補機回路に供給される主電源が遮断されるとき、負荷駆動回路を停止する第１のステップと、負荷駆動回路が停止した後、平滑回路の残留電荷により生ずる電圧をコンバータにより降圧して補機回路へ出力する第２のステップと、第２のステップにおいて平滑回路の残留電荷が補機回路に放電されているとき、補機回路の入力電圧を検出する第３のステップと、検出された入力電圧が所定値より低いと判断したとき、コンバータおよび補機回路を停止する第４のステップとを備える。
【００２１】
また、この発明によれば、記録媒体は、主回路と、主回路に接続される補機回路とを備えた負荷駆動装置における放電制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、主回路は、第１の電気負荷を駆動する負荷駆動回路と、主電源から供給される直流電圧を昇圧して負荷駆動回路へ出力するコンバータと、負荷駆動回路とコンバータとの間に接続され、コンバータにより昇圧された直流電圧を平滑化する平滑回路とを含み、補機回路は、主電源とコンバータとの間に接続されて第２の電気負荷を動作させ、記録媒体は、主回路および補機回路に供給される主電源が遮断された後、負荷駆動回路を停止する第１のステップと、負荷駆動回路が停止した後、平滑回路の残留電荷により生ずる電圧をコンバータにより降圧して補機回路へ出力する第２のステップと、第２のステップにおいて平滑回路の残留電荷が補機回路に放電されているとき、補機回路の入力電圧を検出する第３のステップと、検出された入力電圧が所定値より低いと判断したとき、コンバータおよび補機回路を停止する第４のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。
【００２２】
この発明による負荷駆動装置および放電制御方法によれば、主電源遮断時における装置内部の残留電荷の放電において、システムの主回路である駆動系において放電を行なわずに、補機系の第２の電気負荷に放電を行なうようにしたので、システムにおいて重要性の高い第１の電気負荷および駆動系回路の耐久性を向上させることができる。
【００２３】
また、この発明による負荷駆動装置によれば、残留電荷の放電先である補機系の第２の電気負荷は、コンバータを介して第１の電気負荷と反対側に接続するようにしたので、もしコンバータが故障したとしても、コンバータの入力側に備えられる、たとえば主電池用の平滑コンデンサの放電が一切不可能になるという事態を避けることができ、さらに安全性に配慮したものとなっている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２５】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１による、ＥＶもしくはＨＶに搭載される負荷駆動装置の回路構成を示す回路図である。
【００２６】
図１を参照して、負荷駆動装置１００は、システム・メイン・リレー２（System Main Relay、以下ＳＭＲ２と称する。）と、コンバータ３と、駆動系インバータ４と、コンデンサ５，６，８と、エアコンインバータ７（以下、Ａ／Ｃインバータ７と称する。）と、制御回路９と、ノードＮ１〜Ｎ４とを備える。また、コンバータ３は、スイッチングトランジスタ３１，３２と、ダイオード３３，３４と、コイル３５とを含む。
【００２７】
主電池１は、電気負荷であるモータ・ジェネレータ１０およびエアコンコンプレッサ１１（以下、Ａ／Ｃコンプレッサ１１と称する。）に電力を供給する直流電源である。
【００２８】
モータ・ジェネレータ１０は、ＥＶもしくはＨＶの走行用の３相交流誘導モータもしくは同期モータであって、モータ・ジェネレータ１０の駆動力がＥＶもしくはＨＶの車輪に伝達される。モータ・ジェネレータ１０は、ＥＶもしくはＨＶが減速する場合は発電機としても使用され、減速時の発電作用（回生発電）により発電された電圧を後述のコンバータ３を用いて降圧し、主電池１に供給したり、あるいは後述のＡ／Ｃコンプレッサ１１などの補機類に供給したりすることができる。
【００２９】
なお、モータ・ジェネレータ１０は、ＥＶであればそのまま駆動軸あるいは車輪（図示せず）に対して駆動トルクを与えることができるような駆動系に配置され、ＨＶであればエンジン（図示せず）に接続される。
【００３０】
Ａ／Ｃコンプレッサ１１は、主電池１から供給される電力により動作する電動式のＡ／Ｃ用コンプレッサである。Ａ／Ｃコンプレッサ１１は、主電池１から供給される電力により動作するともに、後述するように、ＳＭＲ２がＯＦＦしたときにコンデンサ５，６，８の残留電荷の放電先として用いられる。
【００３１】
ＳＭＲ２は、主電池１とコンデンサ６との間に接続され、主電池１からモータ・ジェネレータ１０およびＡ／Ｃコンプレッサ１１への電力の供給および遮断を行なうシステムのメインリレーである。ＳＭＲ２は、イグニッション・キー（以下、ＩＧキーと称する。）がＯＮされると、制御回路９からの指令に基づいてＯＮし、主電池１をノードＮ１，Ｎ４に接続する。また、ＳＭＲ２は、ＩＧキーがＯＦＦされると、制御回路９からの指令に基づいてＯＦＦし、主電池１から出力される電力を遮断する。
【００３２】
コンバータ３は、チョッパ式のコンバータであって、コンデンサ６とコンデンサ５との間に接続される。コンバータ３は、ＳＭＲ２がＯＮされたとき、制御回路９からの指令に基づいて、主電池１からの直流電圧を昇圧して駆動系インバータ４に供給する。また、コンバータ３は、ＳＭＲ２がＯＦＦされたとき、後述するように、制御回路９からの指令に基づいて、コンバータ３と駆動系インバータ４との間に並列接続されたコンデンサ５の残留電荷を降圧してＡ／Ｃコンプレッサ１１に放電する。
【００３３】
スイッチングトランジスタ３１は、コレクタがノードＮ３に、エミッタがノードＮ２にそれぞれ接続され、制御回路９からの指令をゲートに受けてスイッチング動作を行なう。
【００３４】
スイッチングトランジスタ３２は、コレクタがノードＮ２に、エミッタがノードＮ４にそれぞれ接続され、制御回路９からの指令をゲートに受けてスイッチング動作を行なう。
【００３５】
ダイオード３３は、アノードがノードＮ２に、カソードがノードＮ３にそれぞれ接続され、コンバータ３が昇圧コンバータとして動作するときに通電する。
【００３６】
ダイオード３４は、アノードがノードＮ４に、カソードがノードＮ２にそれぞれ接続され、コンバータ３が降圧コンバータとして動作するときに通電する。
【００３７】
コイル３５は、エネルギーを蓄積するリアクトルとして動作し、主電池１の正極と接続されるノードＮ１と、スイッチングトランジスタ３１，３２およびダイオード３３，３４が接続されるノードＮ２との間に接続される。
【００３８】
駆動系インバータ４は、コンバータ３により昇圧された直流電圧を３相交流電圧に変換してモータ・ジェネレータ１０に供給する変換回路である。
【００３９】
コンデンサ５，６，８は、それぞれ駆動系インバータ４、主電池１およびＡ／Ｃインバータ７に対して並列に接続されており、電圧変動に起因する各装置に対しての影響を低減するための平滑コンデンサである。
【００４０】
Ａ／Ｃインバータ７は、主電池１から供給される直流電圧を交流電圧に変換してＡ／Ｃコンプレッサ１１に供給する変換回路であって、ＳＭＲ２とコンバータ３との間に接続される。また、Ａ／Ｃインバータ７は、主電池１からの供給電源が遮断された後も、制御回路９からの指令に基づいて動作を継続し、コンデンサ５，６，８の残留電荷を交流に変換して放電先であるＡ／Ｃコンプレッサ１１へ出力する。
【００４１】
制御回路９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）および入出力装置（以上、いずれも図示せず）などを含むマイクロコンピュータである。
【００４２】
制御回路９は、ＩＧキーがＯＮしているときと判断したときは、ＳＭＲ２をＯＮして主電池１をノードＮ１，Ｎ４に接続する。これにより、主電池１から負荷駆動装置１００に電力が供給される。そして、制御回路９は、主電池１から供給される電力に基づいてモータ・ジェネレータ１０にモータトルク指令に応じたトルクを発生させるため、コンバータ３および駆動系インバータ４を制御する。モータトルクの制御については後述する。また、制御回路９は、Ａ／Ｃインバータ７を制御し、これによってＡ／Ｃコンプレッサ１１が駆動される。
【００４３】
一方、制御回路９は、ＩＧキーがＯＦＦしていると判断したときは、ＳＭＲ２をＯＦＦにして主電池１から供給される電力を遮断する。そして、制御回路９は、スイッチングトランジスタ３２をＯＦＦにするとともに、駆動系インバータ４を停止する。また、制御回路９は、コンデンサ５の残留電荷をコンバータ３の低電圧側に接続されたＡ／Ｃコンプレッサ１１に放電するため、スイッチングトランジスタ３１をＯＮにする。そして、制御回路９は、ノードＮ１とノードＮ４との間にかかる電圧ＶＣを検出し、検出電圧ＶＣに基づいてコンデンサ５，６，８の放電が終了したと判断したとき、スイッチングトランジスタ３１をＯＦＦにしてＡ／Ｃインバータ７を停止する。
【００４４】
なお、制御回路９は、スイッチングトランジスタ３１，３２のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を制御することで、コンバータ３において直流電圧を相互に昇降圧することが可能である。この実施の形態１および後述する実施の形態２においては、コンバータ３において主電池１の電圧を昇圧して駆動系インバータ４へ出力し、また、駆動系インバータ４の入力側に備えられるコンデンサ５の電圧を降圧して出力する制御について記述している。
【００４５】
なお、図１には図示しないが、主電池１とＳＭＲ２との間にＤＣ／ＤＣコンバータが接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して図示しない補機系に電力が供給される。この場合、この補機系のシステムは、図示しない別のスイッチ（たとえば、周知のアクセサリースイッチなど）により起動または非起動される。
【００４６】
図２は、制御回路９によるモータ・ジェネレータ１０のトルク制御を機能的に説明するための機能ブロック図である。
【００４７】
図２を参照して、制御回路９は、モータ制御用相電圧演算部９１と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部９２と、インバータ入力電圧指令演算部９３と、コンバータ用デューティ比演算部９４と、コンバータ用ＰＷＭ信号演算部９５とを含む。
【００４８】
モータ制御用相電圧演算部９１は、モータトルク指令値と、モータ・ジェネレータ１０の各相の電流値と、駆動系インバータ４の入力電圧とを入力してモータ・ジェネレータ１０の各相コイルの電圧を演算し、インバータ用ＰＷＭ信号変換部９２へ出力する。
【００４９】
ここで、モータトルク指令値は、たとえば、アクセルペダルの開度から算出される要求パワーを達成するのに必要なモータトルク値として与えられる。たとえば、パラレル式ＨＶであれば、モータトルク指令値は、エンジントルクとモータトルクとの合計が駆動軸トルクとして出力されるように与えられる。
【００５０】
また、モータ・ジェネレータ１０の各相の電流値は、図示しない電流センサにより検出される。また、駆動系インバータ４の入力電圧は、図示しない電圧センサにより検出される。
【００５１】
インバータ用ＰＷＭ信号変換部９２は、モータ制御用相電圧演算部９１による演算結果に基づいて、駆動系インバータ４内の各トランジスタ（図示せず）をＯＮ／ＯＦＦするＰＷＭ信号を生成し、駆動系インバータ４へ出力する。
【００５２】
このＰＷＭ信号に基づいて前記各トランジスタがスイッチングし、モータ・ジェネレータ１０の各相の駆動電流が制御され、モータトルク指令値に応じたモータトルク制御が行なわれる。
【００５３】
一方、インバータ入力電圧指令演算部９３は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数を入力して駆動系インバータ４の入力電圧の最適値（目標値）を演算する。
【００５４】
コンバータ用デューティ比演算部９４は、インバータ入力電圧指令演算部９３により算出された駆動系インバータ４の入力電圧の目標値と、駆動系インバータ４の入力電圧と、主電池１の電圧とを入力し、駆動系インバータ４の入力電圧をその目標値にするためのデューティ比を演算する。すなわち、コンバータ用デューティ比演算部９４は、駆動系インバータ４の入力電圧（すなわち、コンバータ３の出力電圧）が、インバータ入力電圧指令演算部９３により算出された駆動系インバータ４の入力電圧の目標値になるようにコンバータ３に含まれるスイッチングトランジスタ３１，３２のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を演算する。
【００５５】
コンバータ用ＰＷＭ信号変換部９５は、コンバータ用デューティ比演算部９４により算出されたデューティ比の演算結果に基づいて、コンバータ３のスイッチングトランジスタ３１，３２をＯＮ／ＯＦＦするＰＷＭ信号を生成し、コンバータ３へ出力する。
【００５６】
このＰＷＭ信号に基づいてスイッチングトランジスタ３１，３２がスイッチングし、駆動系インバータ４の入力電圧が目標値に制御される。
【００５７】
なお、スイッチングトランジスタ３２のオンデューティ比を大きくすることによって、コイル３５の蓄積電力は大きくなるため、コンバータ３は、主電池１から供給される電源電圧をより昇圧して駆動系インバータ４へ出力することができる。一方、スイッチングトランジスタ３１のオンデューティ比を大きくすると、電源ライン（図１に示すノードＮ３）の電圧は低下する。従って、これらスイッチングトランジスタ３１，３２のデューティ比を制御することによって、電源ラインの電圧を主電池１以上の電圧に任意に制御することができる。特に、モータ・ジェネレータ１０は回生により発電することができるが、回生時には電源ラインの電圧が高くなるため、ＰＷＭ制御によりスイッチングトランジスタ３１がＯＮされ、電源ラインの電圧が所定値に維持される。
【００５８】
再び図１を参照して、負荷駆動装置１００においては、Ａ／Ｃインバータ７は、主電池１から供給される電源によりＡ／Ｃコンプレッサ１１を駆動するとともに、主電池１からの供給電源が遮断された後は、コンデンサ５，６，８の残留電荷をＡ／Ｃコンプレッサ１１へ放電する機能を有する。ここで、コンデンサ６は、コンバータ３と主電池１との間に接続され、一方、コンデンサ５は、コンバータ３と駆動系インバータ４との間に接続されているため、Ａ／Ｃインバータ７を負荷駆動装置１００に接続する構成としては、コンバータ３と駆動系インバータ４との間に接続する構成と、コンバータ３と主電池１との間に接続する構成とが考えられる。
【００５９】
ここで、ＥＶにおいて、Ａ／Ｃを駆動系回路に接続し、主電池からの電力を用いて動作させるシステムが特開２０００−５９９１９号公報に記載されている。特開２０００−５９９１９号公報には、主電池と、主電池から出力される直流電圧により駆動される駆動インバータと、主電池と駆動インバータとの間に接続されるコンデンサと、コンデンサと並列に接続されるＡ／Ｃインバータと、主電池とＡ／Ｃインバータとの間に接続されるＡ／Ｃリレーと、Ａ／Ｃリレーを介して外部充電器から主電池に充電するための充電回路とを備えるシステム構成が開示されている。
【００６０】
特開２０００−５９９１９号公報に記載の発明の目的は、充電の際に過電圧が発生したときにＡ／Ｃリレーにより充電回路を遮断することによりモータ駆動系の回路を保護しようというものであり、コンデンサの残留電荷を補機系のＡ／Ｃに放電することを意図した本発明の目的と異なるものである。
【００６１】
特開２０００−５９９１９号公報に記載されたシステムにおいては、駆動系インバータとＡ／Ｃインバータとが共通のコンデンサに接続されているが、本発明の目的である補機系のＡ／Ｃに放電を行なう際に、同様なシステム構成とすることは問題が発生する。
【００６２】
すなわち、負荷駆動装置１００において、Ａ／Ｃインバータ７をノードＮ３，Ｎ４に接続して、駆動系インバータ４とＡ／Ｃインバータ７とを共通のコンデンサ５に接続した場合、コンデンサ５の残留電荷はＡ／Ｃコンプレッサ１１に放電可能であるが（ただし、放電経路中に降圧回路が必要である。）、コンバータ３に含まれるダイオード３３が故障すると、コンデンサ６の残留電荷は、もはやＡ／Ｃコンプレッサ１１にもモータ・ジェネレータ１０のいずれにも放電することができなくなる。
【００６３】
一方、上述したように、Ａ／Ｃインバータ７をノードＮ１，Ｎ４に接続すると、上述した問題は発生しない。この場合、スイッチングトランジスタ３１が故障すると、コンデンサ５の残留電荷は、コンバータ３を介してＡ／Ｃコンプレッサ１１に放電不可となるが、その場合は異常発生時の最終手段としてモータ・ジェネレータ１０に放電する機能をバックアップとして備えておけば、残留電荷が一切放電できなくなる事態は発生しない。
【００６４】
さらに、コンデンサ５は、コンバータ３の高電圧側に備えられたものであり、Ａ／Ｃコンプレッサ１１に放電するためには降圧する必要があることから、放電の際にコンバータ３を降圧コンバータとして用いれば、別途降圧回路を設ける必要がなく、装置構成もシンプルになる。
【００６５】
以上のことから、負荷駆動装置１００においては、Ａ／Ｃインバータ７は、コンバータ３と主電池１との間に接続される。
【００６６】
負荷駆動装置１００においては、ＩＧキーがＯＮされると、制御回路９によりＳＭＲ２がＯＮされ、主電池１から電力が供給される。そして、コンバータ３は、上述したように、制御回路９から受けるＰＷＭ信号に基づいて、主電池１から出力される直流電圧を駆動系インバータ４の入力電圧の目標値に昇圧して駆動系インバータ４へ出力する。駆動系インバータ４は、コンバータ３から出力され、コンデンサ５により平滑化された直流電圧を入力し、上述したように、制御回路９から受けるＰＷＭ信号に基づいて３相交流電圧に変換してモータ・ジェネレータ１０へ出力する。これによって、モータ・ジェネレータ１０が駆動される。
【００６７】
また、Ａ／Ｃインバータ７は、主電池１から出力され、コンデンサ８により平滑化された直流電圧を入力し、制御回路９からの指令に基づいてＡ／Ｃコンプレッサ１１に対応する交流電圧に変換してＡ／Ｃコンプレッサ１１へ出力する。
【００６８】
一方、ＩＧキーがＯＦＦされると、制御回路９によりＳＭＲ２はＯＦＦされ、主電池１からの電力供給が遮断される。そして、制御回路９から受けるＰＷＭ信号に基づいて、駆動系インバータ４は停止し、スイッチングトランジスタ３２はＯＦＦされ、スイッチングトランジスタ３１はＯＮされる。これにより、コンデンサ５の残留電荷は、駆動系インバータ４に放電されずに、スイッチングトランジスタ３１を介してノードＮ２に流れ、コイル３５により降圧されてＡ／Ｃインバータ７を介してＡ／Ｃコンプレッサ１１に放電される。また、コンデンサ６，８の残留電荷も同様に、Ａ／Ｃインバータ７を介してＡ／Ｃコンプレッサ１１に放電される。
【００６９】
放電中は、制御回路９により検出電圧ＶＣに基づいてコンデンサ５，６，８の放電状態が監視され、コンデンサ５，６，８の放電が終了するまでＡ／Ｃインバータ７は駆動される。そして、制御回路９により放電が終了したと判断されると、制御回路９からのＰＷＭ信号の出力が停止され、コンバータ３およびＡ／Ｃインバータ７は停止する。従って、Ａ／Ｃコンプレッサ１１も停止する。
【００７０】
図３は、ＩＧキーがＯＦＦされたときの制御回路９による放電制御の処理を説明するためのフローチャートである。図３を参照して、ＩＧキーがＯＦＦされると、制御回路９は、ＳＭＲ２をＯＦＦする（ステップＳ１）。そして、制御回路９は、スイッチングトランジスタ３２をＯＦＦし、かつ、駆動系インバータ４を停止し（ステップＳ２）、スイッチングトランジスタ３１をＯＮする（ステップＳ３）。そして、制御回路９は、Ａ／Ｃインバータ７をＳＭＲ２のＯＦＦ後も継続して駆動させる。これにより、コンデンサ５，６，８の残留電荷は、Ａ／Ｃコンプレッサ１１に放電され、消費される（ステップＳ４）。
【００７１】
そして、制御回路９は、検出電圧ＶＣが小さい値である所定の電圧Ｖ０以上であり、コンデンサ５，６，８からの放電が十分に終了していないと判断しているときは（ステップＳ５）、放電制御を継続する。
【００７２】
一方、制御回路９は、ステップＳ５において、検出電圧ＶＣが所定の電圧Ｖ０より小さくなり、コンデンサ５，６，８からの放電が十分に終了したと判断すると、スイッチングトランジスタ３１をＯＦＦするとともにＡ／Ｃインバータ７を停止し（ステップＳ６）、放電制御を終了する。
【００７３】
このようにして、コンデンサ５，６，８の残留電荷の放電がＡ／Ｃコンプレッサ１１に対して行なわれる。
【００７４】
なお、上述した説明においては、コンデンサ５の残留電荷を放電する際、制御回路９による指示に基づいてスイッチングトランジスタ３１をＯＮし、コイル３５により降圧してＡ／Ｃコンプレッサ１１に放電するとしたが、制御回路９によりスイッチングトランジスタ３１のスイッチングを制御して、より精度よく電圧を降圧させながら放電を行なうようにしてもよい。
【００７５】
また、上述した主電池１は、最終的に直流電源として機能するものであればよく、たとえば、２次電池、燃料電池、あるいはパワーキャパシタなどであってもよい。また、主電池１は、交流電圧を直流に変換して生成される直流電圧を供給できるシステムであってもよい。
【００７６】
また、ＨＶにおいては、モータだけでなく燃焼機関（エンジン）を備えるのでシステムを起動するためのスイッチとしてＩＧキーを選ぶことができるが、燃焼機関を持たないＥＶにおいては、走行許可スイッチのＯＮ／ＯＦＦによりＳＭＲ２がＯＮ／ＯＦＦするようにすればよい。
【００７７】
以上のように、実施の形態１による負荷駆動装置１００によれば、主電源をＯＦＦしたときにおける負荷駆動装置１００内の残留電荷の放電において、システムの主回路である駆動系において放電を行なわずに、補機系のＡ／Ｃコンプレッサ１１に放電を行なうようにしたので、システムにおいて重要性の高いモータ・ジェネレータ１０および駆動系回路の耐久性を向上させることができる。
【００７８】
また、実施の形態１による負荷駆動装置１００によれば、残留電荷の放電先であるＡ／Ｃコンプレッサ１１は、コンバータ３と主電池１との間に接続するようにしたので、もしコンバータ３におけるダイオード３３が故障したとしても、主電池１用の平滑コンデンサであるコンデンサ６が孤立し、放電が一切不可能になるという事態を避けることができ、さらに安全性に配慮したものとなっている。
【００７９】
［実施の形態２］
実施の形態２においては、負荷駆動装置内のコンデンサの残留電荷の放電先として、Ａ／Ｃコンプレッサに加えて、補機系電池やパワーステアリングモータ（以下、パワーステアリングについてはＰ／Ｓと称する。）なども用いられる。
【００８０】
図４は、実施の形態２による、ＥＶもしくはＨＶに搭載される負荷駆動装置の回路構成を示す回路図である。
【００８１】
図４を参照して、負荷駆動装置１０１は、負荷駆動装置１００に加えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１と、コンデンサ２０２，２０４と、Ｐ／Ｓコントローラ２０３とをさらに備える。
【００８２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１は、Ａ／Ｃインバータ７と並列に接続され、主電池１から供給される直流電圧を補機系電池２０５に対応した所定の電圧に変換して補機系電池２０５へ出力する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１は、主電池１からの供給電源が遮断された後も、制御回路９からの指令に基づいて動作を継続し、コンデンサ５，６，２０２の残留電荷をその放電先として使用される補機系電池２０５へ出力する。
【００８３】
Ｐ／Ｓコントローラ２０３は、操舵を電動でアシストするＰ／Ｓモータ２０６を駆動するためのコントローラであって、主電池１から供給される直流電圧を入力して、Ｐ／Ｓモータ２０６の駆動電力および駆動信号を出力する。また、Ｐ／Ｓコントローラ２０３は、主電池１からの供給電源が遮断された後も、制御回路９からの指令に基づいて動作を継続し、コンデンサ５，６，２０４の残留電荷をその放電先として使用されるＰ／Ｓモータ２０６へ出力する。
【００８４】
コンデンサ２０２，２０４は、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータ２０１およびＰ／Ｓコントローラ２０３の直近に並列に接続され、各装置へのリップルの影響を除去するための平滑コンデンサである。
【００８５】
補機系電池２０５は、前照灯その他補機用の電池であり、充電可能な１２Ｖ電池である。補機系電池２０５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１と接続され、モータ・ジェネレータ１０やＡ／Ｃコンプレッサ１１などに主電池１から供給される直流電力の余剰分および主電源遮断時にコンデンサ５，６，２０２から放電される残留電荷を蓄電する。また、補機系電池２０５には、モータ・ジェネレータ１０が制動時に発電機として動作しているときに、モータ・ジェネレータ１０において発電された電力も充電される。
【００８６】
Ｐ／Ｓモータ２０６は、従来の油圧式に代わり、Ｐ／Ｓを電動で動作させるためのモータである。Ｐ／Ｓモータ２０６は、Ｐ／Ｓコントローラ２０３と接続され、主電池１から供給される直流電力を電源として動作するとともに、主電源遮断時には、コンデンサ５，６，２０４から放電される残留電荷の放電先として使用される。
【００８７】
負荷駆動装置１０１においても、負荷駆動装置１００において説明したのと同様に、ＩＧキーがＯＮされると、制御回路９はＳＭＲ２をＯＮし、主電池１からモータ・ジェネレータ１０およびＡ／Ｃコンプレッサ１１に電力が供給される。
【００８８】
また、負荷駆動装置１０１においては、ＳＭＲ２がＯＮされると、Ａ／Ｃインバータ７と並列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２０１およびＰ／Ｓコントローラ２０３を介して、補機系電池２０５およびＰ／Ｓモータ２０６に主電池１から電力がさらに供給される。
【００８９】
一方、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、ＩＧキーがＯＦＦされると、制御回路９はＳＭＲ２をＯＦＦし、主電池１からの電力供給が遮断される。そして、制御回路９は、駆動系インバータ４を停止するとともにスイッチングトランジスタ３２をＯＦＦし、スイッチングトランジスタ３１をＯＮする。そして、実施の形態１と同様に、コンデンサ５の残留電荷は、駆動系インバータ４に放電されずに、スイッチングトランジスタ３１を介してノードＮ２に流れ、コイル３５により降圧されてノードＮ１に流れるが、実施の形態２においては、Ａ／Ｃコンプレッサ１１に加え、補機系電池２０５およびＰ／Ｓモータ２０６に対しても分散して放電される。また、コンデンサ６，８，２０２，２０４の残留電荷も同様に、Ａ／Ｃコンプレッサ１１、補機系電池２０５およびＰ／Ｓモータ２０６に分散して放電される。
【００９０】
そして、制御回路９は、検出電圧ＶＣに基づいてコンデンサ５，６，８，２０２，２０４の放電状態を監視し、コンデンサ５，６，８，２０２，２０４の残留電荷の放電が終了するまでＡ／Ｃインバータ７、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１およびＰ／Ｓコントローラ２０３を駆動する。そして、制御回路９は、検出電圧ＶＣに基づいて放電が終了したと判断すると、スイッチングトランジスタ３１をＯＦＦし、Ａ／Ｃインバータ７、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１およびＰ／Ｓコントローラ２０３を停止する。これにより、Ａ／Ｃコンプレッサ１１およびＰ／Ｓモータ２０６は停止し、補機系電池２０５への充電も終了する。
【００９１】
なお、上述した実施の形態２においては、Ａ／Ｃインバータ７とＤＣ／ＤＣコンバータ２０１とは並列に接続されるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１の後段に直列にＡ／Ｃインバータ７が接続され、Ａ／Ｃコンプレッサ１１を補機系の電圧で駆動できるようにしてもよい。同様に、Ｐ／Ｓコントローラ２０３についても、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１の後段に直列にＰ／Ｓコントローラ２０３が接続されるような構成としてもよい。
【００９２】
以上のように、実施の形態２による負荷駆動装置１０１によれば、主電源をＯＦＦしたときにおける負荷駆動装置１０１内の残留電荷の放電において、システムの主回路である駆動系において放電を行なわずに、補機系のＡ／Ｃコンプレッサ１１、Ｐ／Ｓモータ２０６および補機系電池２０５に放電を行なうようにしたので、システムにおいて重要性の高いモータ・ジェネレータ１０および駆動系回路の耐久性を向上させることができ、かつ、放電先の負荷を分散させることによって、より迅速に残留電荷の放電を行なうことができる。
【００９３】
また、実施の形態２による負荷駆動装置１０１によれば、残留電荷の放電先であるＡ／Ｃコンプレッサ１１、Ｐ／Ｓモータ２０６および補機系電池２０５は、それぞれコンバータ３と主電池１との間に並列に接続するようにしたので、もしコンバータ３におけるダイオード３３が故障したとしても、主電池１用の平滑コンデンサであるコンデンサ６が孤立し、放電が一切不可能になるという事態を避けることができ、実施の形態１と同様、安全性に配慮したものとなっている。
【００９４】
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、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による負荷駆動装置の回路構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す負荷駆動装置における制御回路によるモータ・ジェネレータのトルク制御を機能的に説明するための機能ブロック図である。
【図３】図１に示す負荷駆動装置における制御回路による放電制御の処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２による負荷駆動装置の回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１主電池、２ＳＭＲ、３コンバータ、４駆動系インバータ、５，６，８，２０２，２０４コンデンサ、７Ａ／Ｃインバータ、９制御回路、１０モータ・ジェネレータ、１１Ａ／Ｃコンプレッサ、３１，３２スイッチングトランジスタ、３３，３４ダイオード、３５コイル、９１モータ制御用相電圧演算部、９２インバータ用ＰＷＭ信号変換部、９３インバータ入力電圧指令演算部、９４コンバータ用デューティ比演算部、９５コンバータ用ＰＷＭ信号変換部、１００，１０１負荷駆動装置、２０１ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０３Ｐ／Ｓコントローラ、２０５補機系電池、２０６Ｐ／Ｓモータ、Ｎ１〜Ｎ４ノード。

Claims

主電源と第１の電気負荷との間に設けられる主回路と、
前記主回路に接続され、第２の電気負荷を動作させる補機回路と、
制御回路とを備え、
前記主回路は、
前記第１の電気負荷を駆動する負荷駆動回路と、
前記主電源から供給される直流電圧を昇圧して前記負荷駆動回路へ出力するコンバータと、
前記負荷駆動回路と前記コンバータとの間に接続される第１の平滑回路と、
前記主電源と前記コンバータとの間に接続される第２の平滑回路とを含み、
前記主電源と前記コンバータとの間に設けられるシステムメインリレーをさらに備え、
前記補機回路および前記第２の平滑回路は、前記システムメインリレーと前記コンバータとの間に接続され、
前記コンバータは、
コレクタが前記負荷駆動回路と接続される第１のノードに接続され、エミッタが第２のノードに接続される第１のスイッチングトランジスタと、
コレクタが前記第２のノードに接続され、エミッタが前記負荷駆動回路と前記主電源の負極ノードとを接続する第３のノードに接続される第２のスイッチングトランジスタと、
アノードが前記第２のノードに接続され、カソードが前記第１のノードに接続される第１のダイオードと、
アノードが前記第３のノードに接続され、カソードが前記第２のノードに接続される第２のダイオードと、
一方が前記第２のノードに接続され、もう一方が前記主電源の正極ノードに接続されるコイルとを含み、
前記制御回路は、前記システムメインリレーにより前記主電源と前記コンバータとの間で電力が遮断されると、前記負荷駆動回路を停止し、
前記主電源が遮断された後、
前記制御回路は、前記第１の平滑回路の残留電荷を前記コンバータを介して前記補機回路へ供給するように、前記第１のスイッチングトランジスタをオンし、かつ、前記第２のスイッチングトランジスタをオフし、
前記コンバータは、前記第１の平滑回路の残留電荷により生ずる電圧を降圧して前記補機回路へ出力し、
前記制御回路は、さらに前記補機回路を動作させることによって、前記コンバータからの前記第１の平滑回路の残留電荷、および前記第２の平滑回路の残留電荷を前記第２の電気負荷へ放電させ、
前記制御回路は、さらに、前記第１のスイッチングトランジスタが故障した場合、前記負荷駆動回路を動作させることによって、前記第１の平滑回路の残留電荷を前記第１の電気負荷へ放電させる、負荷駆動装置。
前記第２の電気負荷は、複数の補機を含み、
前記補機回路は、前記複数の補機に対応して設けられる複数の駆動回路を含み、
前記制御回路は、前記システムメインリレーにより前記主電源と前記コンバータとの間で電力が遮断された後、前記複数の駆動回路を動作させることによって前記第１および第２の平滑回路の残留電荷を前記複数の補機へ放電させる、請求項１に記載の負荷駆動装置。
前記第２の電気負荷は、車載エアコンであり、
前記補機回路は、前記車載エアコンを駆動するインバータを含み、
前記第１の電気負荷は、車両の駆動力を発生する駆動モータであり、
前記負荷駆動回路は、前記駆動モータを駆動するインバータである、請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置。
前記第２の電気負荷は、補機用電源であり、
前記補機回路は、入力される電力を所定の電圧に変換して前記補機用電源へ出力するもう１つのコンバータを含み、
前記第１の電気負荷は、車両の駆動力を発生する駆動モータであり、
前記負荷駆動回路は、前記駆動モータを駆動するインバータである、請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置。
主電源と第１の電気負荷との間に設けられる主回路と、
前記主回路に接続され、補機である第２の電気負荷を駆動する補機駆動回路と、
制御回路とを備え、
前記主回路は、
前記第１の電気負荷を駆動する負荷駆動回路と、
前記主電源から供給される直流電圧を昇圧して前記負荷駆動回路へ出力するコンバータと、
前記負荷駆動回路と前記コンバータとの間に接続され、前記コンバータにより昇圧された直流電圧を平滑化する平滑回路とを含み、
前記補機駆動回路は、前記主電源と前記コンバータとの間に接続され、
前記コンバータは、
コレクタが前記負荷駆動回路と接続される第１のノードに接続され、エミッタが第２のノードに接続される第１のスイッチングトランジスタと、
コレクタが前記第２のノードに接続され、エミッタが前記負荷駆動回路と前記主電源の負極ノードとを接続する第３のノードに接続される第２のスイッチングトランジスタと、
アノードが前記第２のノードに接続され、カソードが前記第１のノードに接続される第１のダイオードと、
アノードが前記第３のノードに接続され、カソードが前記第２のノードに接続される第２のダイオードと、
一方が前記第２のノードに接続され、もう一方が前記主電源の正極ノードに接続されるコイルとを含み、
前記制御回路は、前記主電源が遮断されると前記負荷駆動回路を停止し、
前記主電源が遮断された後、
前記制御回路は、前記平滑回路の残留電荷を前記コンバータを介して前記補機駆動回路へ供給するように、前記第１のスイッチングトランジスタをオンし、かつ、前記第２のスイッチングトランジスタをオフし、
前記コンバータは、前記平滑回路の残留電荷により生ずる電圧を降圧して前記補機駆動回路へ出力し、
前記制御回路は、さらに前記補機駆動回路を動作させることによって、前記コンバータからの前記平滑回路の残留電荷を前記第２の電気負荷へ放電させ、
前記制御回路は、さらに、前記第１のスイッチングトランジスタが故障した場合、前記負荷駆動回路を動作させることによって、前記平滑回路の残留電荷を前記第１の電気負荷へ放電させる、負荷駆動装置。
前記第２の電気負荷は、複数の補機を含み、
前記補機駆動回路は、前記複数の補機に対応して設けられる複数の駆動回路を含み、
前記制御回路は、前記主電源が遮断された後、前記複数の駆動回路を動作させることによって、前記コンバータから供給される前記平滑回路の残留電荷を前記複数の補機へ放電させる、請求項５に記載の負荷駆動装置。
前記主回路は、前記主電源と前記コンバータとの間に接続されるもう１つの平滑回路をさらに含み、
前記制御回路は、前記主電源が遮断された後、前記補機駆動回路を動作させることによって、前記コンバータからの前記平滑回路の残留電荷、および前記もう１つの平滑回路の残留電荷を前記第２の電気負荷へ放電させる、請求項５または請求項６に記載の負荷駆動装置。
前記第２の電気負荷は、車載エアコンであり、
前記補機駆動回路は、前記車載エアコンを駆動するインバータを含み、
前記第１の電気負荷は、車両の駆動力を発生する駆動モータであり、
前記負荷駆動回路は、前記駆動モータを駆動するインバータである、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。