JP6357722B2 - 放電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電制御装置に関する。

特許文献１に記載の従来技術では、車両の定常時にイグニッションスイッチをオフ状態にしてから、インバータに接続されている平滑コンデンサに蓄電されている電荷を消費させるために、所定期間、放電回路のリレーをオン状態にし、放電動作を続けていた。

特開２０１３−１８７９４１号公報

特許文献１に記載の従来技術では、放電回路のスイッチとして、コンタクタ（電磁接触器）を使用していたため、イグニッションスイッチをオン状態からオフ状態にした後、放電期間中にイグニッションスイッチを再度オン状態にした場合に、放電回路のスイッチがオン状態を継続し、放電回路の放電動作を直ちに止めるような構成ではなかった。さらに、近年ではボタン式のイグニッションシステムが普及しており、車両のシステムを素早く再起動したいニーズがある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、イグニッションスイッチをオン状態からオフ状態にした後、放電期間中にイグニッションスイッチを再度オン状態にしたときに、車両のシステムを素早く起動できる放電制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る放電制御装置は、高圧電源に接続される電力変換器および平滑コンデンサの電荷を放電するためにスイッチと抵抗から構成される放電回路、を備え、前記放電回路は、イグニッションスイッチがオン状態からオフ状態への変化を検出したとき、当該放電回路を動作させるために前記スイッチを一定期間オン状態にし、当該放電回路が動作している期間中に、前記イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態への変化を検出したとき、当該放電回路の動作を停止するために前記スイッチをオフ状態にする。

また、本発明の一態様に係る放電制御装置において、前記放電回路は、少なくとも１つのフリップフロップ回路、を備え、前記フリップフロップ回路は、前記イグニッションスイッチがオン状態からオフ状態への変化を検出したとき、前記放電回路を動作させるために前記スイッチを一定期間オンする信号を出力し、当該放電回路が動作している期間中に前記イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態への変化を検出したときにリセットされ、当該放電回路を動作させるために前記スイッチを一定期間オン状態する信号の出力を停止するようにしてもよい。

また、本発明の一態様に係る放電制御装置において、前記放電回路は、少なくとも１つのフリップフロップ回路と、リセット回路と、を備え、前記リセット回路は、前記放電回路が動作している期間中にイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態への変化を検出したとき、前記フリップフロップ回路にリセット信号を出力するようにしてもよい。

また、本発明の一態様に係る放電制御装置において、前記放電回路は、微分回路、を備え、前記リセット回路は、前記放電回路が動作している期間中にイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態への変化を検出したとき、前記微分回路が検出した変化を示す信号を微分し、微分した信号に応じて、前記フリップフロップ回路をリセットし、当該放電回路を動作させるために前記スイッチを一定期間オン状態する信号の出力を停止するようにしてもよい。

本発明によれば、イグニッションスイッチをオン状態からオフ状態にした後、放電期間中にイグニッションスイッチを再度オン状態にしたときに、車両のシステムを素早く起動できる。

本実施形態に係る車両用電源装置の全体構成を示す回路図である。 本実施形態に係る急速放電回路および急速放電回路が備える高圧回路の構成例のブロック図である。 本実施形態に係る高圧回路の動作例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る車両用電源装置１（放電制御装置）の全体構成を示す回路図である。
図１に示すように、車両用電源装置１は、イグニッションスイッチ（ＩＧ ＳＷ）２、モータＥＣＵ（Engine Control Unit；エンジンコントロールユニット）３、ゲートドライブ回路４、電池６、インバータ７、モータ８、放電回路１０、コンタクタＣＮ、および平滑コンデンサＣ１を備える。また、放電回路１０は、急速放電回路５、抵抗Ｒ１、およびスイッチＳＷ１を備える。

イグニッションスイッチ２は、車両用電源装置１をオン状態またはオフ状態に切り替えるスイッチである。
モータＥＣＵ３は、イグニッションスイッチ２がオン状態のとき、ゲートドライブ回路４を制御する。モータＥＣＵ３とゲートドライブ回路４は、ＧＮＤ（グランド、基準電圧）、ＣＡＮ（Control Area Network）の信号線、ＩＧＴ（点火信号）の信号線等によって接続される。

ゲートドライブ回路４と急速放電回路５は、ＧＮＤ、ＰＶＣＣ、ＣＡＮの信号線等によって接続されている。なお、ＰＶＣＣは、急速放電回路５から供給される電源電圧である。ゲートドライブ回路４は、イグニッションスイッチ２がオン状態のとき、モータＥＣＵ３が出力したＣＡＮの制御信号に応じてインバータ７が備えるＩＧＢＴ（Gate Bipolar Transistor；ゲートバイポーラトランジスタ）のゲートを制御する。また、ゲートドライブ回路４は、イグニッションスイッチ２がオン状態からオフ状態に切り替わったとき、またはオフ状態からオン状態に切り替わったとき、モータＥＣＵ３が出力したＣＡＮの制御信号に基づく制御信号（ＳＩＧ）を急速放電回路５に出力する。なお、制御信号（ＳＩＧ）には、急速放電回路５に対する制御、放電許可指示または放電許可のキャンセル指示等が含まれる。

電池６は、直流の蓄電池である。電池６は、例えば複数の電池モジュールが直列に接続され、ブレーカやヒューズを備えていてもよい。電池６は、コンタクタＣＮを介して平滑コンデンサＣ１の両端と接続されている。平滑コンデンサＣ１は、電池６が出力する直流電流を蓄電して、インバータ７の出力電力が変動することを抑制する役割をはたす。

放電回路１０は、イグニッションスイッチ２がオン状態からオフ状態に切り替わったとき、ゲートドライブ回路４が出力した制御信号（ＳＩＧ）に応じて、インバータ７および平滑コンデンサＣ１に蓄電されている電荷を急速に放電する（以下、急速放電ともいう）ように制御する。また、急速放電回路５は、イグニッションスイッチ２がオフ状態からオン状態に切り替わったとき、制御信号（ＳＩＧ）に応じて急速放電をキャンセルするように制御する。

抵抗Ｒ１とスイッチＳＷ１は、直列に接続されている。抵抗Ｒ１とスイッチＳＷ１は、平滑コンデンサＣ１と並列に接続され、さらにインバータ７に接続されている。抵抗は、一端が電池６の正極側と平滑コンデンサＣ１の一端とインバータ７の正極側に接続され、他端がスイッチＳＷ１の一端に接続されている。スイッチＳＷ１は、半導体スイッチである。スイッチＳＷ１は、他端が電池６の負極側とインバータ７の負極側に接続されて、制御端子が急速放電回路５に接続されている。スイッチＳＷ１は、急速放電回路５の制御によって、オン状態とオフ状態が切り替わる。

コンタクタＣＮは、機械式スイッチの一種であり、電池６とインバータ７との間を開状態又は閉状態にする。なお、第１のコンタクタＣＮは、電池６の正極側とインバータ７の正極端子間に設けられ、第２のコンタクタＣＮは、電池６の負極側とインバータ７の負極端子間に設けられている。

急速放電回路５は、端子ａが電源ライン（電池６の正極側）に接続され、端子ｂがスイッチＳＷ１の制御端子に接続されている。急速放電回路５は、イグニッションスイッチ２がオン状態からオフ状態に切り替わったとき、ゲートドライブ回路４が出力した制御信号（ＳＩＧ）に応じて、スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える。これにより、急速放電回路５は、インバータ７および平滑コンデンサＣ１に蓄電されている電荷を、抵抗Ｒ１を介して急速放電するように制御する。また、急速放電回路５は、イグニッションスイッチ２がオフ状態からオン状態に切り替わったとき、制御信号（ＳＩＧ）に応じて、スイッチＳＷ１オフ状態に切り替える。これにより、急速放電回路５は、急速放電をキャンセルするように制御する。なお、急速放電回路５の構成については、後述する。

インバータ７は、例えばＩＧＢＴで構成される。インバータ７は、ゲートドライブ回路４の制御によって、３相（ＵＶＷ相）の相毎の交流電流を生成し、生成した相毎の交流電流をモータ８に供給して、モータ８を駆動する。また、インバータ７は、車両の減速時にモータ８を発電機として機能させて、モータ８によって発電される電力を回生電力とし電池に供給するようにしてもよい。
モータ８は、例えば３相モータである。モータ８は、回転することで、車両の車輪（不図示）を駆動する。

次に、急速放電回路５の構成例を説明する。
図２は、本実施形態に係る急速放電回路５および急速放電回路５が備える高圧回路５４の構成例のブロック図である。図２（Ａ）は、急速放電回路５の構成例のブロック図であり、図２（Ｂ）は、高圧回路５４の構成例のブロック図である。

図２（Ａ）に示すように、急速放電回路５は、低圧ＲＥＧ５１、Ｉ／Ｆ５２、絶縁素子５３、および高圧回路５４を備えている。
低圧ＲＥＧ５１には、ゲートドライブ回路４が供給したＰＶＣＣ（電源電圧）を所定の電圧に変換し、変換した電源電圧を、絶縁素子５３を介して高圧回路５４に供給する。
Ｉ／Ｆ５２は、インタフェース回路であり、制御信号（ＳＩＧ）から高圧回路５４へのトリガ信号を抽出し、抽出したトリガ信号を、絶縁素子５３を介して高圧回路５４に出力する。なお、トリガ信号は、例えば、イグニッションスイッチ２がオフ状態からオン状態になったとき、Ｌ（ロー）レベルからＨ（ハイ）レベルに切り替わり、イグニッションスイッチ２がオン状態からオフ状態になったとき、ＨレベルからＬレベルに切り替わる。

絶縁素子５３は、低圧ＲＥＧ５１と高圧回路５４、およびＩ／Ｆ５２と高圧回路５４とを絶縁する素子であり、例えばフォトカプラ、トランス等である。
高圧回路５４には、低圧ＲＥＧ５１から電源電圧が供給される。高圧回路５４は、Ｉ／Ｆ５２が出力したトリガ信号に応じて、スイッチＳＷ１を切り替える。

図２（Ｂ）に示すように、高圧回路５４は、ロジック回路５０１（フリップフロップ）、遅延回路５０２、バッファ５０３、ロジック回路５０４（フリップフロップ）、遅延回路５０５、反転回路５０６、抵抗Ｒ４、バッファ５０７、微分回路５０８、リセット回路５０９、および高圧側電源回路５１０を備えている。また、遅延回路５０２は、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２を備えている。遅延回路５０５は、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３を備えている。

ロジック回路５０１およびロジック回路５０４は、例えばＤ型フリップフロップである。
ロジック回路５０１は、一方の入力端子ＤにＧＮＤが接続され、他方の入力端子ＣＰにトリガ信号が入力され、リセット端子／ＲＤにリセット回路５０９が出力するリセット信号が入力される。ロジック回路５０１は、トリガ信号に応じて出力端子Ｑから出力信号を遅延回路５０２に出力する。
遅延回路５０２は、ロジック回路５０１が出力した出力信号を遅延させ、遅延させた信号を、バッファ回路であるバッファ５０３を介してロジック回路５０４に出力する。

ロジック回路５０４は、一方の入力端子ＤにＧＮＤが接続され、他方の入力端子ＣＰにバッファ５０３が出力した信号が入力され、リセット端子／ＲＤにリセット回路５０９が出力するリセット信号が入力される。ロジック回路５０４は、入力された信号に応じて、一方の出力端子ＱからスイッチＳＷ１の制御端子に切り替え信号を出力し、他方の出力端子／Ｑから遅延回路５０５に信号を出力する。

遅延回路５０５は、ロジック回路５０４が出力した信号を遅延させ、遅延させた信号を反転回路５０６に出力する。反転回路５０６は、遅延回路５０５が出力した信号を反転させ、反転させた信号を抵抗Ｒ４とバッファ回路であるバッファ５０７を介してロジック回路５０１とロジック回路５０４それぞれのリセット端子／ＲＤに出力する。すなわち、ロジック回路５０１とロジック回路５０４それぞれのリセット端子／ＲＤには、リセット回路５０９が出力したリセット信号に加えて、ロジック回路５０４が出力し遅延回路５０５からバッファ５０７を経由した信号が入力される。

微分回路５０８には、トリガ信号が入力される。微分回路５０８は、入力されたトリガ信号を微分し、微分した信号をリセット回路５０９のマニュアルリセット端子／ＭＲに出力する。微分回路５０８は、例えば抵抗とコンデンサを含んで構成される。

リセット回路５０９は、例えばリセットＩＣ（集積回路）である。リセット回路５０９には、電源端子ＶＤＤに高圧側電源回路５１０から電源電力が供給され、端子ＳＥＮＳＥに電池６から電池電圧が入力され、マニュアルリセット端子／ＭＲに微分回路５０８が出力したトリガ信号を微分した信号が入力される。リセット回路５０９は、端子ＳＥＮＳＥの電圧値が所定の閾値より大きくなったとき、リセット端子／ＲＥＳＥＴの信号レベルをＬレベルからＨレベルに変化させ、端子ＳＥＮＳＥの電圧値が所定の閾値より小さくなったとき、リセット端子／ＲＥＳＥＴの信号レベルをＨレベルからＬレベルに変化させる。

高圧側電源回路５１０は、電池６から供給された電池電圧を電源電圧ＶＤＤに変換し、変換した電源電圧ＶＤＤをリセット回路５０９に供給する。

次に、高圧回路５４の動作例を説明する。
図３は、本実施形態に係る高圧回路５４の動作例を示す図である。図３において、横軸は時刻を表し、縦軸は各信号のレベルを表している。
時刻ｔ１のとき、イグニッションスイッチ２がオン（ＯＮ）状態からオフ（ＯＦＦ）状態に切り替わる。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間、イグニッションスイッチ２は、オフ状態が維持される。イグニッションスイッチ２がオン状態からオフ状態に切り替わった結果、トリガ信号がロジック回路５０１、リセット回路５０９に入力される。

トリガ信号の立ち上がりエッジに応じて、ロジック回路５０１〜ロジック回路５０４が切り替え信号を生成し、生成した切り替え信号によってスイッチＳＷ１をオン状態にすることで平滑コンデンサＣ１に蓄電されている電荷を抵抗Ｒ１とスイッチＳＷ１を介して急速放電を開始する。

次に、時刻ｔ２のときに、イグニッションスイッチ２がオフ状態からオン状態に切り替わる。これにより、トリガ信号がＨレベルからＬレベルに切り替わる。また、リセット回路５０９のマニュアルリセット端子／ＭＲには、微分回路５０８がトリガ信号を微分した信号が入力される。この微分された信号により、リセット回路５０９は、所定の期間、リセット信号をＨレベルからＬレベルに変化させる。なお、リセット信号／ＲＥＳＥＴは、Ｌレベルのときオン状態であり、Ｈレベルのときオフ状態である。このように、微分回路５０８とリセット回路５０９は、トリガ信号の立ち下がりを微分し、この微分成分に応じて、リセット信号を所定の期間Ｌレベルにすることで、ロジック回路５０１とロジック回路５０４に対して、リセットをかけている。これにより、本実施形態では、イグニッションスイッチ２がオフ状態からオン状態に切り替わったときに、急速放電をキャンセルすることができる。

従来技術では、トリガ信号の立ち上がりエッジのタイミングで平滑コンデンサに蓄電されている電荷の放電を開始した場合、放電が完了するまで放電動作が継続されていた。このため、従来技術では、このような放電動作中に、イグニッションスイッチ２がオフ状態からオン状態に切り替わった場合であっても放電動作をキャンセルすることができず、イグニッションスイッチ２がオン状態になったときに車両用電源装置の再起動に対して待機時間を設ける必要があった。

一方、本実施形態によれば、トリガ信号の立ち下がりのタイミングで、急速放電をキャンセルするようにしたので、イグニッションスイッチ２がオン状態になったときに車両用電源装置の再起動に対する待機時間を、従来技術と比較して短縮することができる。この結果、本実施形態によれば、イグニッションスイッチ２をオン状態からオフ状態にした後、放電期間中にイグニッションスイッチ２を再度オン状態にしたときに、車両のシステムを素早く起動できる。
また、本実施形態では、トリガ信号を微分回路５０８が微分した信号を用いてロジック回路（ロジック回路５０１、ロジック回路５０４）へのイグニッションスイッチ２がオフ状態後にオン状態になったときリセットを行う。この結果、本実施形態によれば、イグニッションスイッチ２がオフ状態後にオン状態になったときリセットをかけることができるので、放電期間中にイグニッションスイッチ２を再度オン状態にしたときに、車両のシステムを素早く起動できる。

なお、本実施形態では、高圧回路５４が、２つのロジック回路（ロジック回路５０１、ロジック回路５０４）を備える例を説明したが、ロジック回路は少なくとも１つであればよく、このロジック回路に対してイグニッションスイッチ２がオフ状態後にオン状態になったときリセットをかけるようにしてもよい。

以上、本発明の一実施形態による車両用電源装置１について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、四輪の車両、三輪の車両、二輪の車両、電車、船舶等の移動体にも適用可能である。また、インバータを用いてモータを駆動するシステムへの適用も可能である。

１…車両用電源装置、２…イグニッションスイッチ、３…モータＥＣＵ、４…ゲートドライブ回路、５…急速放電回路、６…電池、７…インバータ、８…モータ、１０…放電回路、ＣＮ…コンタクタ、Ｃ１…平滑コンデンサ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４…抵抗、ＳＷ１…スイッチ、５１…低圧ＲＥＧ、５２…Ｉ／Ｆ、５３…絶縁素子、５４…高圧回路、５０１…ロジック回路、５０２…遅延回路、５０３…バッファ、５０４…ロジック回路、５０５…遅延回路、５０６…反転回路、５０７…バッファ、５０８…微分回路、５０９…リセット回路、５１０…高圧側電源回路、Ｃ２、Ｃ３…コンデンサ

Claims (2)

1. 高圧電源に接続される電力変換器および平滑コンデンサの電荷を放電するために半導体スイッチと抵抗から構成される放電回路、を備え、
   前記放電回路は、フリップフロップ回路を備え、
   前記フリップフロップ回路は、イグニッションスイッチがオン状態からオフ状態への変化を検出したとき、前記放電回路を動作させるために前記半導体スイッチを一定期間オンする信号を出力し、当該放電回路が動作している期間中に前記イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態への変化を検出したときにリセットされ、前記放電回路を動作させるために前記半導体スイッチを一定期間オン状態する信号の出力を停止する、放電制御装置。
2. 前記放電回路は、リセット回路を備え、
   前記リセット回路は、前記放電回路が動作している期間中に前記イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態への変化を検出したとき、前記フリップフロップ回路にリセット信号を出力する、請求項１に記載の放電制御装置。
   

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