JP5621453B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用電源装置にかかり、特に、ハイブリッド自動車等の車両で使用する車両用電源装置に関する。

近年、環境問題等を考慮して、モータとエンジンとを併用して走行するハイブリッド自動車が注目を集めている。

ハイブリッド自動車では、エンジンを搭載しているので、排気ガスを浄化する触媒装置が必要であるが、この触媒装置は排気ガスを酸化、還元できる温度範囲が決まっており、温度が低下すると排気ガスの浄化能が低くなる。そこで、触媒装置として電気加熱式触媒装置（以下「ＥＨＣ（Electrical Heating Catalyzer）」とも称する。）を排気通路に設け、触媒温度が低下した場合に加熱することによって排気ガスを浄化する技術が提案されている。

このような電気加熱式触媒装置では、触媒を加熱するためのヒータ用の電源が必要となるため、例えば、特許文献１に記載の技術が提案されている。

特許文献１に記載の技術では、外部電源を利用して充電可能なプラグインハイブリッド車において、充電器の電圧変換部を用いて外部電源から蓄電池の充電時においては外部電源から、走行時においては蓄電池から、必要に応じて電気加熱式触媒装置の動作電力を供給することが提案されている。

特開平２００９−２７４４７９号公報

ところで、電気加熱式触媒装置は、数ｋＷの電力が必要となるため、ハイブリッド自動車などでは電力確保のために、高電圧バッテリ（特に昇圧コンバータ出力）に接続することが考えられる。

このとき、リレースイッチと直列にトランジスタなどの半導体スイッチを設けて、半導体スイッチをオフした後にリレースイッチをオフして動作停止を行うように構成することが考えられるが、半導体スイッチやドライブ回路が故障し、動作停止できなくなった場合には、リレースイッチで遮断しなければならない。

しかしながら、昇圧コンバータの出力電圧（最大６５０ｖ程度の電圧）をリレースイッチで遮断しなけらばならないため、非常に高い性能のリレースイッチが必要となってしまい、装置の大型化及びコストアップに繋がる。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、昇圧コンバータ出力を利用して車載機器へ電力を供給して動作を停止させる場合に、高性能のリレースイッチを設けることなく動作停止させることを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、自動車の走行用の駆動手段を駆動するための電力を蓄電する蓄電池の電圧を昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段に接続され、昇圧された電圧が印加される車載機器と、前記昇圧手段の一方の出力端子と前記車載機器の一方の電極との間に設けられたリレースイッチと、前記昇圧手段の他方の出力端子と前記車載機器の他方の電極との間に設けられた半導体スイッチと、前記車載機器に印加された電圧を検出する検出手段と、前記車載機器への電圧の印加を停止する際に、前記半導体スイッチをオフするように前記半導体スイッチを制御した後に、前記昇圧手段によって昇圧された電圧が前記検出手段によって検出されない場合に、リレースイッチをオフするように前記リレースイッチを制御し、かつ前記半導体スイッチをオフするように前記半導体スイッチを制御した後に、前記昇圧手段によって昇圧された電圧が前記検出手段によって検出された場合に、前記昇圧手段による昇圧を停止または昇圧度合を低下させるように前記昇圧手段を制御した後に、前記リレースイッチをオフするように前記リレースイッチを制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、昇圧手段では、自動車の走行用の駆動手段を駆動するための電力を蓄電する蓄電池の電圧が昇圧される。また、車載機器は、昇圧手段に接続された電圧が印加される。すなわち、蓄電池に蓄電された電圧が昇圧されて、走行用のモータ等の駆動手段や車載機器に電力が供給される。

また、リレースイッチは、昇圧手段の一方の出力端子と車載機器の一方の電極との間に設けられ、半導体スイッチは、昇圧手段の他方の出力端子と車載機器の他方の電極との間に設けられている。すなわち、リレースイッチ及び半導体スイッチによって車載機器への電力供給のオンオフが可能とされている。

また、検出手段では、車載機器に印加された電圧が検出される。そして、制御手段では、車載機器への電圧の印加を停止する際に、半導体スイッチをオフするように半導体スイッチが制御された後に、昇圧手段によって昇圧された電圧が検出手段によって検出されない場合に、リレースイッチをオフするようにリレースイッチが制御される。すなわち、半導体スイッチによって車載機器への供給電圧を遮断してからリレースイッチをオフするので、高性能なリレースイッチが不要となる。

しかしながら、半導体スイッチの故障や、半導体スイッチを動作させるドライブ回路の故障が発生した場合には、半導体スイッチによって電力供給を遮断できなくなってしまうため、リレースイッチで電力を遮断する必要がある。このような場合のフェールセーフを考えると、高耐圧のリレースイッチが必要となってしまう。

そこで、制御手段では、半導体スイッチをオフするように半導体スイッチが制御されたときに、昇圧手段によって昇圧された電圧が検出手段によって検出された場合に、昇圧手段による昇圧を停止または昇圧度合を低下させるように昇圧手段が制御された後に、リレースイッチをオフするようにリレースイッチが制御される。これによって、昇圧手段によって昇圧される前の電圧まで低下または昇圧度合が低下されるので、高性能なリレースイッチを用いることなく、車載機器への電力供給の遮断が可能となる。

なお、制御手段は、請求項２に記載の発明のように、車載機器へ電圧を印加する際に、リレースイッチをオンするようにリレースイッチを制御した後に、半導体スイッチをオンするように半導体スイッチを制御するようにしてもよい。すなわち、車載機器に電圧を印加する際にも、電圧が印加される前にリレースイッチをオンしてから半導体スイッチをオンすることにより、耐圧の低いリレースイッチを使用することが可能となる。

また、請求項３に記載の発明のように、車載機器の他方の電極と半導体スイッチとの間に設けられた他のリレースイッチを更に備え、制御手段が、リレースイッチ及び他のリレースイッチの各々を制御するようにしてもよい。

また、車載機器としては、請求項４に記載の発明のように、排気ガス経路に設けられた触媒を加熱する電気加熱式触媒装置を適用することができる。

以上説明したように本発明によれば、半導体スイッチがオフされない場合であっても、昇圧コンバータをオフしてからリレースイッチをオフするように制御することにより、昇圧コンバータ出力を利用して車載機器へ電力を供給して動作を停止させる場合に、高性能なリレースイッチを設けることなく動作停止させることができる、という効果がある。

本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の制御装置で行われる異常確認処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の変形例の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の概略構成を示す図である。

本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置１０は、エンジンとモータを備えたハイブリッド自動車に搭載した例を説明する。なお、本実施の形態では、ハイブリッド自動車に搭載した例を説明するが、これに限るものではなく、プラグインハイブリッド自動車や電気自動車を適用するようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置１０は、ハイブリッド自動車等の走行用の電力を蓄電するバッテリパック１２を備えている。車両用電源装置１０は、当該バッテリパック１２に蓄電された電力を用いて走行用のモータ１４を動作させる。

バッテリパック１２は、図１に示すように、高電圧バッテリ１６、及びリレースイッチ１８、２０を備えており、高電圧バッテリ１６の各出力端子にそれぞれリレースイッチ１８、２０が接続されている。

また、バッテリパック１２は、昇圧コンバータ２２を介してモータ１４を駆動するためのインバータ２４に接続されており、高電圧バッテリ１６の電圧が昇圧コンバータ２２によって昇圧されてインバータ２４に供給される。これによって、インバータ２４によってモータ１４が駆動されてハイブリッド自動車の走行が可能となる。

また、昇圧コンバータ２２の出力は、リレースイッチ２６及び半導体スイッチ２８を介して電気加熱式触媒装置３０が接続されている。具体的には、電気加熱式触媒装置３０の一方の電極と昇圧コンバータ２２の一方の出力端子との間にリレースイッチ２６が接続され、電気加熱式触媒装置３０の他方の電極と昇圧コンバータ２２の他方の出力端子との間に半導体スイッチ２８が接続されている。

なお、リレースイッチ１８、２０、２６としては、例えば、コイルを有してコイルに発生する電磁誘導によってスイッチをオンオフする一般的なものを適用することができる。

電気加熱式触媒装置３０は、エンジンの排気ガスの経路中に設けられ、排気ガスを浄化する。また、電気加熱式触媒装置３０は、エンジンを停止した走行用のモータ１４による走行により触媒が冷却されて排気ガスの浄化能力が低下してしまうため、触媒の加熱のためにエンジン始動を行わずに、触媒を加熱するようにしたシステムである。

また、電気加熱式触媒装置３０の両端の電圧を検出する電圧検出回路３２が設けられている。電圧検出回路３２の検出結果は、制御装置３４に出力される。

制御装置３４には、リレースイッチ２６、及び半導体スイッチ２８が接続されており、制御装置３４の制御によってリレースイッチ２６や半導体スイッチ２８のオンオフが制御される。

制御装置３４は、例えば、触媒温度が予め定めた必要温度以下の場合に、リレースイッチ２６をオンした後に半導体スイッチ２８をオンすることにより、電気加熱式触媒装置３０へ電力を供給して触媒を加熱する。一方、触媒温度が必要温度以上になった場合には、半導体スイッチ２８をオフした後に、リレースイッチ２６をオフすることにより電力供給を停止する。

ところで、電気加熱式触媒装置３０は、昇圧コンバータ２２の出力電圧で駆動するため、最大６５０ｖ程度の高電圧が印加される。そこで、電力を供給する際には、リレースイッチ２６をオンしてから半導体スイッチ２８をオンし、電力を停止する際には、半導体スイッチ２８をオフしてからリレースイッチ２６をオフするように制御する。すなわち、リレースイッチ２６は、電圧が印加されていない状態でオンオフすることにより、高耐圧（最大６５０ｖ以上の耐圧）のものを使用する必要がなくなる。

しかしながら、半導体スイッチ２８の故障や、半導体スイッチ２８を動作させるドライブ回路の故障が発生した場合には、半導体スイッチ２８によって電力を遮断できなくなってしなうため、リレースイッチ２６で電力を遮断する必要がある。このような場合のフェールセーフを考えると、高耐圧のリレースイッチが必要となってしまう。

そこで、本実施の形態では、制御装置３４が、電気加熱式触媒装置３０をオフする際に、半導体スイッチ２８へオフ指令を出力したときに、電圧検出回路３２によって電気加熱式触媒装置３０への印加電圧を監視し、半導体スイッチ２８へオフ指令が出力されたにも拘わらず、電気加熱式触媒装置３０へ電力が供給されている場合には、昇圧コンバータ２２による電圧の昇圧をオフするように昇圧コンバータ２２を制御するようになっている。これによって、電気加熱式触媒装置３０への供給電圧を高電圧バッテリ１６の電圧（約４２０ｖ程度）まで低下されるので、昇圧コンバータ２２をオフしてからリレースイッチ２６をオフする制御を行うようにしている。これによって、高性能なリレースイッチを用いることなく、電気加熱式触媒装置３０への電力供給の遮断が可能となる。

続いて、上述のように構成された本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置１０の制御装置３４で行われる処理の一例について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置１０の制御装置３４で行われる異常確認処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図２の処理は、電気加熱式触媒装置３０による触媒の加熱が不要となり、半導体スイッチ２８をオフする指令が制御装置３４から出力されたときに開始されるものとする。

まず、ステップ１００では、電気加熱式触媒装置（ＥＨＣ）３０の電極間の電圧が検出されてステップ１０２へ移行する。すなわち、電圧検出回路３２によって電気加熱式触媒装置３０の電極間電圧が検出される。

ステップ１０２では、電圧が０Ｖか否かが判定される。すなわち、オフ指令が出力されて電気加熱式触媒装置３０の電極間電圧が０になったか否かを判定し、該判定が肯定された場合には、半導体スイッチ２８及びそのドライブ回路が正常に動作しているので、当該処理を終了する。一方、判定が否定された場合にはステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４では、昇圧コンバータ２２にオフ指示が出力されて、昇圧コンバータ２２による昇圧が停止されてステップ１０６へ移行する。

ステップ１０６では、再び電気加熱式触媒装置３０の電極間の電圧が検出されてステップ１０８へ移行する。すなわち、電圧検出回路３２によって電気加熱式触媒装置３０の電極間電圧が検出される。

ステップ１０８では、バッテリ電圧まで低下したか否かが制御装置３４によって判定される。すなわち、昇圧コンバータ２２による昇圧が停止されて、高圧バッテリ１６の端子間電圧まで電圧が低下したか否かを判定し、該判定が否定された場合にはステップ１０８に戻って電気加熱式触媒装置３０の電極間電圧が監視されて、バッテリ電圧まで低下したところでステップ１１０へ移行する。

ステップ１１０では、リレースイッチ２６のオフ指令が出力されて一連の処理を終了する。このように、半導体スイッチ２８やドライブ回路の故障等によって電気加熱式触媒装置３０の端子間電圧が低下しない場合でも、昇圧コンバータ２２をオフして電気加熱式触媒装置３０の電極間電圧をバッテリ電圧まで低下させてからリレースイッチ２６をオフするので、耐圧の低いリレースイッチを使用することができ、高性能なリレースイッチを使用することなく、車両用電源装置を構成することができる。

次に、本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の変形例について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の変形例の概略構成を示す図である。なお、上記の実施の形態と同一構成については同一符号で示す。

上記の実施の形態では、電気加熱式触媒装置３０は、半導体スイッチ２８及びリレースイッチ２６を介して接続された例を説明したが、変形例では、リレースイッチ３６を更に備えている点が相違する。

すなわち、図３に示すように、バッテリパック１２が昇圧コンバータ２２を介してモータ１４を駆動するためのインバータ２４に接続されており、この点は、上記の実施の形態と同一の構成されている。

そして、変形例では、電気加熱式触媒装置３０の一方の電極が、リレースイッチ２６を介して昇圧コンバータ２２の一方の出力端子に接続され、電気加熱式触媒装置３０の他方の電極が、リレースイッチ３６及び半導体スイッチ３６を介して昇圧コンバータ２２の他方の出力端子に接続されている。

また、制御装置３４には、２つのリレースイッチ２６、３６、及び半導体スイッチ２８が接続されており、制御装置３４の制御によって、２つのリレースイッチ２６、３６、及び半導体スイッチ２８のオンオフが制御される。

変形例の制御装置３４は、例えば、触媒温度が予め定めた必要温度以下の場合に、２つのリレースイッチ２６、３６をオンした後に半導体スイッチ２８をオンすることにより、電気加熱式触媒装置３０へ電力を供給し、触媒温度が必要温度以上になった場合には、半導体スイッチ２８をオフした後に、２つのリレースイッチ２６、３６をオフすることにより電力供給を停止する。

このように構成された車両用電源装置においても、上記の実施の形態と同様に、半導体スイッチ２８のオフ指令が出力された時に、電気加熱式触媒装置３０の電圧を監視して、電圧が０にならない場合には、昇圧コンバータ２２による昇圧を停止してから、電気加熱式触媒装置３０の電圧を低減させてから２つのリレースイッチ２６、３６をオフするようにすることで、耐圧の低いリレースイッチを使用することができ、高性能なリレースイッチを使用することなく、車両用電源装置を構成することが可能となる。

なお、上記の実施の形態では、車両用電源装置１０は、走行用のモータ１４と、電気加熱式触媒装置３０へ電力を供給する例を説明したが、電力の供給先はこれに限るものではなく、他の車載機器を適用するようにしてもよい。また、電気加熱式触媒装置３０以外の車載機器に電力を供給する場合には、ハイブリッド自動車ではなく、電気自動車を適用するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態では、半導体スイッチ２８のオフ指令が出力された時に、電気加熱式触媒装置３０の電圧が０にならない場合に、昇圧コンバータ２２を停止してからリレースイッチ２６をオフするように制御したが、昇圧コンバータ２２を停止しなくても、昇圧度合を下げるようにしてもよい。例えば、昇圧コンバータ２２は一般的にスイッチング素子が含まれ、スイッチング素子のオンオフにより昇圧されるので、スイッチング素子のデューティを制御することにより昇圧度合を下げることが可能である。

１０ 車両用電源装置
１２ バッテリパック
１４ モータ
１６ 高電圧バッテリ
２２ 昇圧コンバータ
２６、３６ リレースイッチ
２８ 半導体スイッチ
３０ 電気加熱式触媒装置
３２ 電圧検出回路
３４ 制御装置

Claims (4)

1. 自動車の走行用の駆動手段を駆動するための電力を蓄電する蓄電池の電圧を昇圧する昇圧手段と、
   前記昇圧手段に接続され、昇圧された電圧が印加される車載機器と、
   前記昇圧手段の一方の出力端子と前記車載機器の一方の電極との間に設けられたリレースイッチと、
   前記昇圧手段の他方の出力端子と前記車載機器の他方の電極との間に設けられた半導体スイッチと、
   前記車載機器に印加された電圧を検出する検出手段と、
   前記車載機器への電圧の印加を停止する際に、前記半導体スイッチをオフするように前記半導体スイッチを制御した後に、前記昇圧手段によって昇圧された電圧が前記検出手段によって検出されない場合に、リレースイッチをオフするように前記リレースイッチを制御し、かつ前記半導体スイッチをオフするように前記半導体スイッチを制御した後に、前記昇圧手段によって昇圧された電圧が前記検出手段によって検出された場合に、前記昇圧手段による昇圧を停止または昇圧度合を低下させるように前記昇圧手段を制御した後に、前記リレースイッチをオフするように前記リレースイッチを制御する制御手段と、
   を備えた車両用電源装置。
2. 前記制御手段は、前記車載機器へ電圧を印加する際に、前記リレースイッチをオンするように前記リレースイッチを制御した後に、前記半導体スイッチをオンするように前記半導体スイッチを制御する請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記車載機器の他方の電極と前記半導体スイッチとの間に設けられた他のリレースイッチを更に備え、前記制御手段は、前記リレースイッチ及び前記他のリレースイッチの各々を制御する請求項１又は請求項２に記載の車両用電源装置。
4. 前記車載機器は、排気ガス経路に設けられた触媒を加熱する電気加熱式触媒装置である請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用電源装置。

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