JP2019165579A - 車両の電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧回路に設けられるコンデンサの放電を速やかに終えることができる電源システムを提供すること。【解決手段】電源システム１は、高電圧バッテリ２１が設けられた第１電力線２６ｐ，２６ｎと、駆動モータＭと電力の授受を行う第１インバータ２３及び第２平滑コンデンサＣ２が設けられた第２電力線２７ｐ，２７ｎと、ハイアーム素子２２５Ｈ及びローアーム素子２２５Ｌを有し、第１電力線２６ｐ，２６ｎと第２電力線２７ｐ，２７ｎとの間で電圧を変換する高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２と、第１インバータ２３及び高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２を制御する制御装置８と、制御装置８に電力を供給するバックアップ電源５と、を備える。バックアップ電源５は、第１電力線２６ｐ，２６ｎに接続され、制御装置８は、所定の放電開始条件が成立した場合には、ハイアーム素子２２５Ｈをオン状態で維持する。【選択図】図４

Description

本発明は、車両の電源システムに関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両は、電源システムを搭載しており、この電源システムから供給される電力を用いてモータを駆動することによって走行する。電源システムは、高電圧バッテリと、この高電圧バッテリの出力電圧を変換するＤＣＤＣコンバータと、ＤＣＤＣコンバータの直流出力を交流に変換し、モータに供給するインバータと、を備える。またこれらＤＣＤＣコンバータやインバータ等によって構成される高電圧回路には、複数の大容量の平滑コンデンサが設けられる。

ところで車両の走行中は、電源システムの直流電力を安定化させるため、上記複数の平滑コンデンサには電荷を蓄積しておく必要があるが、例えば車両が衝突した場合には、これら平滑コンデンサに蓄積されている電荷は速やかに放電することが求められている。そこで多くの車両では、衝突時には平滑コンデンサに蓄積されている電荷を何らかの負荷に放電させ、高電圧回路の電圧を速やかに低下させる放電制御が実行される（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、ＤＣＤＣコンバータの低電圧側及び高電圧側にそれぞれコンデンサが接続された高電圧回路において、これら高電圧側コンデンサ及び低電圧側コンデンサに蓄積されている電荷を放電させる際には、コンバータの下アームのスイッチング素子をオンにしかつ上アームのスイッチング素子をオフにする第１ステップと、コンバータの下アームのスイッチング素子をオフにしかつ上アームのスイッチング素子をオンにする第２ステップと、を交互に繰り返している。第１ステップでは、低電圧側コンデンサに蓄積されている電荷が放電され、下アームのスイッチング素子等で消費される。また第２ステップでは、高電圧側コンデンサに蓄積されている電荷は、上アームのスイッチング素子を介して低電圧側コンデンサに充電される。よって第１ステップと第２ステップとを交互に繰り返すことにより、これら低電圧側コンデンサ及び高電圧側コンデンサに蓄積されている電荷が放電される。

特開２００８−３０６７９５号公報

しかしながら特許文献１の電源システムでは、第１ステップと第２ステップとを繰り返し行っているため、高電圧側コンデンサに蓄えられている電荷が十分に放電されるまでに時間がかかるおそれがある。

本発明は、高電圧系に設けられるコンデンサの放電を速やかに終えることができる電源システムを提供することを目的とする。

（１）本発明の車両（例えば、後述の車両Ｖ）の電源システム（例えば、後述の電源システム１）は、電源（例えば、後述の高電圧バッテリ２１）が設けられた第１回路（例えば、後述の第１電力線２６ｐ、２６ｎ）と、電動発電機（例えば、後述の駆動モータＭ）と電力の授受を行う電力変換器（例えば、後述の第１インバータ２３）及び第２蓄電素子（例えば、後述の第２平滑コンデンサＣ２）が設けられた第２回路（例えば、後述の第２電力線２７ｐ，２７ｎ）と、上アーム（例えば、後述のハイアーム素子２２５Ｈ）及び下アーム（例えば、後述のローアーム素子２２５Ｌ）を有し、前記第１回路と前記第２回路との間で電圧を変換する電圧変換器（例えば、後述の高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２）と、前記電力変換器及び前記電圧変換器を制御する制御装置（例えば、後述の制御装置８）と、前記制御装置に電力を供給する制御電力供給装置（例えば、後述のバックアップ電源５）と、を備えるものであって、前記制御電力供給装置は、前記第１回路に接続され、前記制御装置は、所定の放電開始条件が成立した場合には、前記上アームをオン状態で維持することを特徴とする。

（２）この場合、前記制御装置は、前記放電開始条件が成立した場合には、前記第２蓄電素子から前記上アーム及び前記制御電力供給装置を介して供給される電力を用いることによって、前記電動発電機の回転が減速しかつ前記第２回路の電圧が低下するように前記電力変換器を駆動する放電制御を実行することが好ましい。

（３）この場合、前記電源よりも出力電圧が低い低電圧バッテリ（例えば、後述の低電圧バッテリ３１）をさらに備え、前記制御装置は、前記低電圧バッテリに接続された制御用蓄電素子（例えば、後述のバックアップコンデンサＣ３）と、正常時には前記低電圧バッテリから供給される電力を用いて前記上アーム及び前記下アームを駆動するゲートドライブ回路（例えば、後述のゲートドライブシステム８５）と、を備え、前記放電開始条件は、前記第１回路の電圧が所定の第１電圧（例えば、後述の第１判定電圧Ｖ１ｔｈ）以下となりかつ前記低電圧バッテリの電圧が所定の第２電圧（例えば、後述の第２判定電圧ＶＢｔｈ）以下となることを含み、前記ゲートドライブ回路は、前記放電開始条件が成立した場合には、前記制御用蓄電素子に蓄えられている電力を用いて前記上アームをオン状態で維持することが好ましい。

（４）この場合、前記電圧変換器は、前記第１回路の電力を昇圧して前記第２回路に供給することが好ましい。

（１）本発明の電源システムは、電源が設けられた第１回路と、電動発電機と電力の授受を行う電力変換器及び第２蓄電素子が設けられた第２回路と、これらの間で電圧を変換する電圧変換器と、電力変換器及び電圧変換器を制御する制御装置と、この制御装置に電力を供給する制御電力供給装置と、を備える。またこの電源システムでは、制御電力供給装置を第１回路に接続し、制御装置は、所定の放電開始条件が成立した場合には、上アームをオン状態で維持する。従ってこの電源システムでは、放電開始条件が成立した場合には、上アームがオン状態で維持されるので、第２蓄電素子に蓄えられた電荷は、上アーム、第１回路、及び制御電力供給装置を介して制御装置に供給され、この制御装置による電力変換器及び電圧変換器の制御に消費される。よって電源システムによれば、放電開始条件が成立した場合には、第２蓄電装置に蓄えられている電荷を速やかに放電し、制御装置において消費させることができる。

（２）本発明の電源システムでは、制御装置は、放電開始条件が成立した場合には、上記のように上アームをオン状態で維持するとともに、第２蓄電素子から上アーム及び制御電力供給装置を介して放電される電力を用いることによって、電動発電機の回転が減速しかつ第２回路の電圧が低下するように電力変換器を駆動する放電制御を実行する。これにより、電源システムでは、第２蓄電素子に蓄積されている電荷を速やかに放電できるとともに、電動発電機で発生する誘起電圧による第２回路の電圧の上昇も抑制することができる。

（３）本発明の電源システムにおいて、制御装置は、低電圧バッテリに接続された制御用蓄電素子と、正常時には低電圧バッテリから供給される電力を用いて上アーム及び下アームを駆動するゲートドライブ回路と、を備える。またこのゲートドライブ回路は、第１回路の電圧が第１電圧以下となりかつ低電圧バッテリの電圧が第２電圧以下となることを含む放電開始条件が成立した場合には、低電圧バッテリに接続されており、この低電圧バッテリによって正常時には常時充電されている制御用蓄電素子に蓄えられている電力を用いて、上アームをオン状態で維持する。これにより、低電圧バッテリからゲートドライブ回路に電力を供給できない事態が生じた場合であっても、上アームをオン状態で維持することができ、ひいては第２蓄電素子に蓄えられている電荷を放電することができる。

（４）本発明の電源システムでは、電圧変換器は、第１回路の電力を昇圧して第２回路に供給する。したがって電圧変換器がこの昇圧機能を発揮している間、第１回路の電圧は、第２回路の電圧よりも低く維持される。したがって本発明では、このように比較的低電圧に維持される第１回路に制御電力供給装置を接続することにより、比較的高電圧に維持される第２回路に制御電力供給装置を接続する場合よりも制御電力供給装置の耐圧を低く設計することができるので、制御電力供給装置を小型化かつ低コスト化できる。

本発明の一実施形態に係る電源システムを搭載する電動車両の構成を示す図である。 ゲートドライブシステムの構成を示す図である。 システムＥＣＵによる放電制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 ハイアーム素子をオン状態で維持し、ローアーム素子をオフ状態で維持した場合に、電源システムにおいて実現される電力の流れを模式的に示す図である。 図３の放電制御処理によって実現される各所の電圧の変化を示すタイムチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る電源システム１を搭載する電動車両Ｖ（以下、単に「車両」という）の構成を示す図である。なお本実施形態では、車両Ｖとして、エンジンＥと駆動モータＭと発電機Ｇとを備える所謂ハイブリッド車両を例に説明するが、本発明はこれに限るものではない。本発明に係る電源システムは、ハイブリッド車両に限らず、電気自動車や燃料電池自動車等、バッテリに蓄電された電力を用いて走行する車両であれば、どのような車両にも適用可能である。

車両Ｖは、電源システム１と、エンジンＥと、電動発電機である駆動モータＭと、発電機Ｇと、駆動輪Ｗと、を備える。駆動モータＭは、主として車両Ｖが走行するための動力を発生する。駆動モータＭの出力軸は、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Ｗに連結されている。電源システム１から駆動モータＭに電力を供給することにより駆動モータＭで発生させたトルクは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Ｗに伝達され、駆動輪Ｗを回転させ、車両Ｖを走行させる。また駆動モータＭは、車両Ｖの減速回生時には発電機として作用する。駆動モータＭによって発電された電力は、電源システム１が備える後述の高電圧バッテリ２１に充電される。

エンジンＥの出力軸であるクランクシャフトは、図示しない動力伝達機構を介して発電機Ｇに接続されている。発電機Ｇは、エンジンＥの動力によって駆動され、電力を発生する。発電機Ｇによって発電された電力は、高電圧バッテリ２１に充電される。なおエンジンＥは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Ｗに接続されており、エンジンＥの動力を用いて駆動輪Ｗを駆動させることも可能となっている。

電源システム１は、高電圧バッテリ２１が設けられた高電圧回路２と、高電圧バッテリ２１よりも低電圧の低電圧バッテリ３１が設けられた低電圧回路３と、バックアップ電源５と、駆動モータＭ、発電機Ｇ、高電圧回路２、及び低電圧回路３を制御する制御装置８と、を備える。

高電圧回路２は、高電圧バッテリ２１と、電圧変換器としての高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２と、高電圧バッテリ２１の正負両極と高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２の低電圧側正極端子２２１及び低電圧側負極端子２２２とを接続する第１電力線２６ｐ，２６ｎと、電力変換器としての第１インバータ２３及び第２インバータ２４と、高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２の高電圧側正極端子２２３及び高電圧側負極端子２２４と各インバータ２３，２４の直流入出力側とを接続する第２電力線２７ｐ，２７ｎと、第１電力線２６ｐ，２６ｎに接続された低電圧ＤＣＤＣコンバータ２５と、第２電力線２７ｐ，２７ｎに接続された第２平滑コンデンサＣ２と、第２電力線２７ｐ，２７ｎに接続された放電抵抗Ｒ２と、第１電力線２６ｐ，２６ｎの電圧を検出する１次側電圧センサ２９と、を備える。

高電圧バッテリ２１は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。以下では、この高電圧バッテリ２１として、電極間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う所謂リチウムイオン蓄電池を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。

第１電力線２６ｐ，２６ｎには、それぞれ正極コンタクタ２８ｐ及び負極コンタクタ２８ｎが設けられている。これらコンタクタ２８ｐ，２８ｎは、外部からの指令信号が入力されていない状態では開成して高電圧バッテリ２１の両電極と第１電力線２６ｐ，２６ｎとの導通を絶ち、指令信号が入力されている状態では閉成して高電圧バッテリ２１と第１電力線２６ｐ，２６ｎとを接続するノーマルオープン型である。これらコンタクタ２８ｐ，２８ｎは、バッテリＥＣＵ３６から送信される指令信号に応じ、低電圧バッテリ３１から供給される電力を用いて開閉する。なお正極コンタクタ２８ｐは、高電圧回路２に設けられる複数の平滑コンデンサへの突入電流を緩和するためのプリチャージ抵抗を有するプリチャージコンタクタとなっている。

高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２は、第１電力線２６ｐ，２６ｎと第２電力線２７ｐ，２７ｎとの間に設けられる。高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２の低電圧側正極端子２２１及び低電圧側負極端子２２２は、それぞれ上述のように第１電力線２６ｐ，２６ｎを介して高電圧バッテリ２１に接続される。高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２の高電圧側正極端子２２３及び高電圧側負極端子２２４は、それぞれ上述のように第２電力線２７ｐ，２７ｎを介して第１インバータ２３及び第２インバータ２４に接続される。

高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２は、リアクトルＬと、第１平滑コンデンサＣ１と、ハイアーム素子２２５Ｈと、ローアーム素子２２５Ｌと、負母線２２７と、を組み合わせて構成される双方向ＤＣＤＣコンバータである。

負母線２２７は、低電圧側負極端子２２２と高電圧側負極端子２２４とを接続する配線である。第１平滑コンデンサＣ１は、その一端側が低電圧側正極端子２２１に接続され、その他端側が負母線２２７に接続される。リアクトルＬは、その一端側が低電圧側正極端子２２１に接続され、その他端側がハイアーム素子２２５Ｈとローアーム素子２２５Ｌとの接続ノードに接続される。

ハイアーム素子２２５Ｈは、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の既知のパワースイッチング素子と、このパワースイッチング素子に並列に接続されたダイオードと、を備える。ローアーム素子２２５Ｌは、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の既知のパワースイッチング素子と、このパワースイッチング素子に並列に接続されたダイオードと、を備える。これらハイアーム素子２２５Ｈ、及びローアーム素子２２５Ｌは、高電圧側正極端子２２３と負母線２２７との間で、直列に、この順で接続される。

ハイアーム素子２２５Ｈのパワースイッチング素子のコレクタは高電圧側正極端子２２３に接続され、そのエミッタはローアーム素子２２５Ｌのコレクタに接続される。ローアーム素子２２５Ｌのパワースイッチング素子のエミッタは、負母線２２７に接続される。ハイアーム素子２２５Ｈに設けられるダイオードの順方向は、リアクトルＬから高電圧側正極端子２２３へ向かう向きである。またローアーム素子２２５Ｌに設けられるダイオードの順方向は、負母線２２７からリアクトルＬへ向かう向きである。

これらハイアーム素子２２５Ｈ及びローアーム素子２２５Ｌは、それぞれ制御装置８が備えるゲートドライブシステム８５によって生成されるゲート駆動信号によってオン又はオフにされる。

高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２は、ゲートドライブシステム８５から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記素子２２５Ｈ，２２５Ｌをオン／オフ駆動することにより、昇圧機能と降圧機能を発揮する。昇圧機能とは、低電圧側の端子２２１，２２２に印加される電圧を昇圧して高電圧側の端子２２３，２２４に出力する機能をいい、これにより第１電力線２６ｐ，２６ｎから第２電力線２７ｐ，２７ｎへ電流が流れる。また降圧機能とは、高電圧側の端子２２３，２２４に印加される電圧を降圧して低電圧側の端子２２１，２２２に出力する機能をいい、これにより第２電力線２７ｐ，２７ｎから第１電力線２６ｐ，２６ｎへ電流が流れる。なお以下では、第１電力線２６ｐ，２６ｎの間の電位差を１次側電圧Ｖ１という。また第２電力線２７ｐ，２７ｎの間の電位差を２次側電圧Ｖ２という。

１次側電圧センサ２９は、この１次側電圧Ｖ１を検出し、検出値に応じた信号を制御装置８のシステムＥＣＵ８１へ送信する。

第１インバータ２３及び第２インバータ２４は、例えば、複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）をブリッジ接続して構成されるブリッジ回路を備えた、パルス幅変調によるＰＷＭインバータであり、直流電力と交流電力とを変換する機能を備える。第１インバータ２３は、その直流入出力側において第２電力線２７ｐ，２７ｎに接続され、交流入出力側において駆動モータＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに接続されている。第２インバータ２４は、その直流入出力側において第２電力線２７ｐ，２７ｎに接続され、交流入出力側において発電機ＧのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに接続されている。

第１インバータ２３は、駆動モータＭのＵ相に接続されたハイ側Ｕ相スイッチング素子及びロー側Ｕ相スイッチング素子と、駆動モータＭのＶ相に接続されたハイ側Ｖ相スイッチング素子及びロー側Ｖ相スイッチング素子と、駆動モータＭのＷ相に接続されたハイ側Ｗ相スイッチング素子及びロー側Ｗ相スイッチング素子と、を相毎にブリッジ接続して構成される。

第１インバータ２３は、制御装置８のゲートドライブシステム８５から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記各相のスイッチング素子をオン／オフ駆動することにより、高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２から供給される直流電力を交流電力に変換して駆動モータＭに供給したり、駆動モータＭから供給される交流電力を直流電力に変換して高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２に供給したりする。

第２インバータ２４は、発電機ＧのＵ相に接続されたハイ側Ｕ相スイッチング素子及びロー側Ｕ相スイッチング素子と、発電機ＧのＶ相に接続されたハイ側Ｖ相スイッチング素子及びロー側Ｖ相スイッチング素子と、発電機ＧのＷ相に接続されたハイ側Ｗ相スイッチング素子及びロー側Ｗ相スイッチング素子と、を相毎にブリッジ接続して構成される。

第２インバータ２４は、システムＥＣＵ８１のゲートドライブシステム８５から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記各相のスイッチング素子をオン／オフ駆動することにより、高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２から供給される直流電力を交流電力に変換して発電機Ｇに供給したり、発電機Ｇから供給される交流電力を直流電力に変換して高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２に供給したりする。

低電圧ＤＣＤＣコンバータ２５は、第１電力線２６ｐ，２６ｎに対し、高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２と並列に接続されている。図示しない駆動回路が低電圧ＤＣＤＣコンバータ２５のスイッチング素子をオン／オフ駆動することによって、第１電力線２６ｐ，２６ｎ間の電圧Ｖ１を降圧し、電力線３３を介して低電圧バッテリ３１に供給し、低電圧バッテリ３１を充電する。

低電圧回路３は、低電圧バッテリ３１と、給電線３４と、衝突検知部３５と、バッテリＥＣＵ３６と、制御電圧センサ３７と、を備える。

低電圧バッテリ３１は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。本実施形態では、低電圧バッテリ３１として、電極に鉛を用いた鉛バッテリを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。また以下では、低電圧バッテリ３１として、その出力電圧は高電圧バッテリ２１の出力電圧よりも低いものを用いた場合について説明する。なお以下では、この低電圧バッテリ３１を、作業者によるメンテナンス性を考慮して、車両Ｖの図示しないエンジンルームのうち車両前方側に設けた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。

低電圧バッテリ３１は、制御装置８と給電線３４を介して接続されている。低電圧バッテリ３１は、給電線３４を介して制御装置８へ電力を供給する。制御電圧センサ３７は、給電線３４における電圧である制御電圧ＶＢを検出し、検出値に応じた信号を制御装置８へ送信する。

衝突検知部３５は、加速度センサ（図示せず）の検出信号を用いることによって、車両Ｖが衝突又は横転したか否かを判定し、衝突又は横転したと判定した場合には、バッテリＥＣＵ３６へ衝突検知信号を送信する。衝突検知部３５は、低電圧バッテリ３１から供給される電力を用いて作動する。

バッテリＥＣＵ３６は、コンタクタ２８ｐ，２８ｎのオン／オフや高電圧バッテリ２１及び低電圧バッテリ３１の状態の監視等に関する制御を担うマイクロコンピュータである。バッテリＥＣＵ３６は、低電圧バッテリ３１から供給される電力を用いて作動する。

バッテリＥＣＵ３６は、運転者によってスタートスイッチがオンにされると、低電圧バッテリ３１から供給される電力の下で起動し、高電圧回路２に設けられている複数の平滑コンデンサＣ１〜Ｃ２のプリチャージを開始する。より具体的には、バッテリＥＣＵ３６は、コンタクタ２８ｐ，２８ｎをオンにし、高電圧バッテリ２１を第１電力線２６ｐ，２６ｎに接続することによって平滑コンデンサＣ１〜Ｃ２のプリチャージを行う。なおバッテリＥＣＵ３６は、平滑コンデンサＣ１〜Ｃ２のプリチャージを行う際には、負極コンタクタ２８ｎをオンにするとともに、正極コンタクタ２８ｐのうちプリチャージ抵抗を有するコンタクタをオンにする。またバッテリＥＣＵ３６は、平滑コンデンサＣ１〜Ｃ２のプリチャージが完了した後、正極コンタクタ２８ｐのうちプリチャージ抵抗を有さないコンタクタをオンにする。これにより、プリチャージの実行時における平滑コンデンサＣ１〜Ｃ２への突入電流を緩和することができる。

またバッテリＥＣＵ３６は、以上のようにしてコンタクタ２８ｐ，２８ｎをオンにした後、運転者によって電源システム１を停止するためにスタートスイッチがオフにされた場合、又は衝突検知部３５から衝突検知信号を受信した場合には、コンタクタ２８ｐ，２８ｎをオフにし、高電圧バッテリ２１を第１電力線２６ｐ，２６ｎから切り離す。

また、このバッテリＥＣＵ３６は、制御装置８の後述のシステムＥＣＵ８１とＣＡＮバス（図示せず）を介してＣＡＮ通信を行うことが可能となっている。そこでバッテリＥＣＵ３６は、衝突検知部３５から衝突検知信号を受信した場合には、上記のようにコンタクタ２８ｐ、２８ｎをオフにするとともに、ＣＡＮ通信を介して放電許可信号をシステムＥＣＵ８１へ送信する。放電許可信号とは、後述の放電制御（図３のＳ４参照）の実行を許可する信号である。

バックアップ電源５は、高電圧回路２のうち第１電力線２６ｐ，２６ｎに接続されており、この第１電力線２６ｐ，２６ｎにおける電力を降圧し、制御装置８へ供給する。上述のように制御装置８には、基本的には低電圧バッテリ３１から電力が供給されるようになっている。バックアップ電源５は、低電圧バッテリ３１から制御装置８へ十分な電力を供給できなくなった場合に、第１電力線２６ｐ，２６ｎにおける電力を制御装置８へ供給する。

制御装置８は、マイクロコンピュータであるシステムＥＣＵ８１と、このシステムＥＣＵ８１から送信される指令信号に応じて高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２、第１インバータ２３、及び第２インバータ２４のスイッチング素子をオン／オフ駆動するゲートドライブシステム８５と、を備える。

システムＥＣＵ８１は、高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２、第１インバータ２３、第２インバータ２４、駆動モータＭ、及び発電機Ｇ等を操作することによって、運転者の要求に応じて車両Ｖを走行させる走行制御や、所定の放電開始条件が成立した場合に高電圧回路２における電荷を放電させる放電制御を担うマイクロコンピュータである。

図２は、ゲートドライブシステム８５の構成を示す図である。図２には、ゲートドライブシステム８５のうち、高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２のハイアーム素子２２５Ｈ及びローアーム素子２２５Ｌの駆動に係る部分のみを図示する。

ゲートドライブシステム８５は、ハイアーム側ゲートドライブ回路８６と、ローアーム側ゲートドライブ回路８７と、バックアップコンデンサＣ３とを備える。ハイアーム側ゲートドライブ回路８６は、ハイアーム素子２２５Ｈの入力側端子に接続されている。ローアーム側ゲートドライブ回路８７は、ローアーム素子２２５Ｌの入力端子側に接続されている。

ハイアーム側ゲートドライブ回路８６は、バックアップコンデンサＣ３を介して低電圧バッテリ３１の給電線３４に接続されている。バックアップコンデンサＣ３は、給電線３４に接続されており、低電圧バッテリ３１又は給電線３４が正常である場合には、常に満充電状態となっている。ハイアーム側ゲートドライブ回路８６は、システムＥＣＵ８１から送信される指令信号に基づいて、低電圧バッテリ３１又は給電線３４が正常である時には、低電圧バッテリ３１から給電線３４を介して供給される電力を消費してハイアーム素子２２５Ｈを駆動するためのゲート駆動信号を生成し、ハイアーム素子２２５Ｈへ入力する。また何らかの事情によって低電圧バッテリ３１から給電線３４からハイアーム側ゲートドライブ回路８６へ電力を供給できなくなった場合には、ハイアーム側ゲートドライブ回路８６は、バックアップコンデンサＣ３に蓄えられている電力を消費してハイアーム素子２２５Ｈを駆動することが可能となっている。

ローアーム側ゲートドライブ回路８７は、ハイアーム側ゲートドライブ回路８６と異なり、バックアップコンデンサＣ３を介さずに低電圧バッテリ３１の給電線３４に接続されている。ローアーム側ゲートドライブ回路８７は、システムＥＣＵ８１から送信される指令信号に基づいて、低電圧バッテリ３１又は給電線３４が正常である時には、低電圧バッテリ３１から給電線３４を介して供給される電力を消費してローアーム素子２２５Ｌを駆動するためのゲート駆動信号を生成し、ローアーム素子２２５Ｌへ入力する。

図３は、システムＥＣＵ８１による放電制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図３の処理は、運転者によって電源システム１を始動するためにスタートスイッチ（図示せず）がオンにされてから、運転者によって電源システム１を停止するためにスタートがオフにされるまでの間、システムＥＣＵ８１によって所定の制御周期で繰り返し実行される。

Ｓ１では、システムＥＣＵ８１は、所定の第１放電開始条件が成立したか否かを判定する。この第１放電開始条件とは、例えば、システムＥＣＵ８１がバッテリＥＣＵ３６から送信される衝突検知信号を受信したこと、である。Ｓ１の判定結果がＮＯである場合、システムＥＣＵ８１は、Ｓ２に移る。

Ｓ２では、システムＥＣＵ８１は、所定の第２放電開始条件が成立したか否かを判定する。この第２放電開始条件とは、例えば、１次側電圧センサ２９によって検出される１次側電圧Ｖ１が所定の第１判定電圧Ｖ１ｔｈ以下となりかつ制御電圧センサ３７によって検出される制御電圧ＶＢが所定の第２判定電圧ＶＢｔｈ以下となったこと、である。

Ｓ２の判定結果がＮＯである場合、すなわち第１放電開始条件及び第２放電開始条件が何れも成立していない場合には、システムＥＣＵ８１は、図３の処理を終了する。

Ｓ１の判定結果がＹＥＳである場合又はＳ２の判定結果がＹＥＳである場合、すなわち第１放電開始条件及び第２放電開始条件の何れかが成立した場合には、システムＥＣＵ８１は、Ｓ３に移る。

Ｓ３では、システムＥＣＵ８１は、第１又は第２放電開始条件が成立したことに応じて、高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２のハイアーム素子２２５Ｈをオン状態で維持しかつローアーム素子２２５Ｌをオフ状態で維持し、Ｓ４に移る。ここで第２放電開始条件が成立した場合、制御電圧ＶＢが第２判定電圧ＶＢｔｈ以下となっているため、ハイアーム側ゲートドライブ回路８６は、低電圧バッテリ３１から供給される電力でハイアーム素子２２５Ｈをオン状態で維持し続けられない場合がある。この場合、ハイアーム側ゲートドライブ回路８６は、バックアップコンデンサＣ３に蓄えられている電力を用いてハイアーム素子２２５Ｈをオン状態で維持する。

図４は、ハイアーム素子２２５Ｈをオン状態で維持し、ローアーム素子２２５Ｌをオフ状態で維持した場合に、電源システム１において実現される電力の流れを模式的に示す図である。

先ず、図４に示すように、第１平滑コンデンサＣ１に蓄えられている電荷は、第１電力線２６ｐ，２６ｎを介してバックアップ電源５に供給される。これにより１次側電圧Ｖ１が低下する。

また第２平滑コンデンサＣ２に蓄えられている電荷は、図４に示すように、放電抵抗Ｒ２において消費される。これに加えて上述のようにハイアーム素子２２５Ｈをオン状態で維持し、ローアーム素子２２５Ｌをオフ状態で維持すると、第２平滑コンデンサＣ２に蓄えられている電荷は、オン状態で維持されているハイアーム素子２２５Ｈを介して、第２電力線２７ｐ，２７ｎよりも低電圧となっている第１電力線２６ｐ，２６ｎへ流れ、バックアップ電源５に供給される。

バックアップ電源５は、これら平滑コンデンサＣ１，Ｃ２から供給される電力を制御装置８のシステムＥＣＵ８１に供給する。これにより、システムＥＣＵ８１には、後述の放電制御を所定時間にわたって実行するための電力が供給され、また１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２が低下する。

図３に戻り、Ｓ４では、システムＥＣＵ８１は、上述のようにしてバックアップ電源５から供給される電力を用いることによって、駆動モータＭ及び発電機Ｇの回転が減速しかつ２次側電圧Ｖ２が低下するように第１インバータ２３及び第２インバータ２４を駆動する放電制御を実行する。例えば車両Ｖが衝突したことによって第１放電開始条件又は第２放電開始条件が成立した場合、駆動モータＭや発電機Ｇが慣性によって回転し続けてしまい、これら駆動モータＭや発電機Ｇで発生する誘起電圧によって２次側電圧Ｖ２が上昇する場合がある。そこでシステムＥＣＵ８１は、駆動モータＭや発電機Ｇの回転を減速させかつ２次側電圧Ｖ２を低下させるため、バックアップ電源５から供給される電力を用いて所定時間にわたり放電制御を実行する。この放電制御では、システムＥＣＵ８１は、例えば、第１インバータ２３及び第２インバータ２４の三相全てのローアーム又はハイアームのスイッチング素子を所定のキャリア周期の下で交互にオンにする三相短絡制御を行う。これにより、各スイッチング素子に短絡電流が流れることにより、駆動モータＭ及び発電機Ｇの回転が減速し、かつ平滑コンデンサＣ２に蓄えられている電荷が消費される。

図５は、図３の放電制御処理によって実現される各所の電圧の変化を示すタイムチャートである。図５において縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示す。図５には、上段から下段に向かって順に、ハイアーム素子２２５Ｈに入力されるゲート駆動信号、ローアーム素子２２５Ｌに入力されるゲート駆動信号、１次側電圧Ｖ１、及び２次側電圧Ｖ２を示す。

また図５には、時刻ｔ０において車両Ｖが衝突したことによって、高電圧バッテリ２１が第１電力線２６ｐ，２６ｎから切り離され、さらに給電線３４が断線した場合を示す。この場合、１次側電圧Ｖ１及び制御電圧ＶＢが低下し、時刻ｔ１において第２放電開始条件が成立する（図３のＳ２参照）。

時刻ｔ１において第２放電開始条件が成立すると、この時刻ｔ１以降、システムＥＣＵ８１は、ハイアーム素子２２５Ｈをオン状態で維持しかつローアーム素子２２５Ｌをオフ状態で維持する（図３のＳ３参照）。これにより、図４を参照して説明したように、第２平滑コンデンサＣ２に蓄えられている電荷がオン状態で維持されているハイアーム素子２２５Ｈを介してバックアップ電源５に供給され、さらにシステムＥＣＵ８１に供給される。このため、時刻ｔ２以降では、２次側電圧が徐々に低下する。

また時刻ｔ２以降では、システムＥＣＵ８１は、バックアップ電源５から供給される電力を用いることによって放電制御を実行することにより（図３のＳ４参照）、図５に示すように、２次側電圧Ｖ２の上昇が抑制される。

本実施形態に係る電源システム１によれば、以下の効果を奏する。

（１）電源システム１は、高電圧バッテリ２１が設けられた第１電力線２６ｐ，２６ｎと、駆動モータＭと電力の授受を行う第１インバータ２３及び第２平滑コンデンサＣ２が設けられた第２電力線２７ｐ，２７ｎと、これらの間で電圧を変換する高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２と、第１インバータ２３及び高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２を制御する制御装置８と、この制御装置８に電力を供給するバックアップ電源５と、を備える。またこの電源システム１では、バックアップ電源５を第１電力線２６ｐ，２６ｎに接続し、制御装置８は、第１又は第２放電開始条件が成立した場合には、ハイアーム素子２２５Ｈをオン状態で維持する。従ってこの電源システム１では、第１又は第２放電開始条件が成立した場合には、ハイアーム素子２２５Ｈがオン状態で維持されるので、第２平滑コンデンサＣ２に蓄えられた電荷は、ハイアーム素子２２５Ｈ、第１電力線２６ｐ，２６ｎ、及びバックアップ電源５を介して制御装置８に供給され、この制御装置８による第１インバータ２３及び高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２の制御に消費される。よって電源システム１によれば、第１又は第２放電開始条件が成立した場合には、第２平滑コンデンサＣ２に蓄えられている電力を制御装置８に供給し、制御装置８において消費させることができる。

（２）電源システム１では、制御装置８は、第１又は第２放電開始条件が成立した場合には、上記のようにハイアーム２２５Ｈをオン状態で維持するとともに、第２平滑コンデンサＣ２からハイアーム２２５Ｈ及びバックアップ電源５を介して放電される電力を用いることによって、駆動モータＭの回転が減速しかつ第２電力線２７ｐ，２７ｎの電圧が低下するように第１インバータ２３を駆動する放電制御を実行する。これにより、電源システム１では、第２平滑コンデンサＣ２に蓄積されている電荷を速やかに放電できるとともに、駆動モータＭで発生する誘起電圧による第２電力線２７ｐ，２７ｎの電圧の上昇も抑制することができる。

（３）電源システム１において、制御装置８は、低電圧バッテリ３１に接続されたバックアップコンデンサＣ３と、正常時には低電圧バッテリ３１から供給される電力を用いてハイアーム２２５Ｈ及びローアーム２２５Ｌを駆動するゲートドライブシステム８５と、を備える。またこのゲートドライブシステム８５は、１次側電圧Ｖ１が第１判定電圧Ｖ１ｔｈ以下となりかつ低電圧バッテリ３１の制御電圧ＶＢが第２判定電圧ＶＢｔｈ以下となることを含む第２放電開始条件が成立した場合には、低電圧バッテリ３１に接続されており、この低電圧バッテリ３１によって正常時には常時充電されているバックアップコンデンサＣ３に蓄えられている電力を用いて、ハイアーム２２５Ｈをオン状態で維持する。これにより、低電圧バッテリ３１からゲートドライブシステム８５に電力を供給できない事態が生じた場合であっても、ハイアーム２２５Ｈをオン状態で維持することができ、ひいては第２平滑コンデンサＣ２に蓄えられている電荷を放電することができる。

（４）電源システム１では、高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２は、第１電力線２６ｐ，２６ｎの電力を昇圧して第２電力線２７ｐ，２７ｎに供給する。したがって高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２がこの昇圧機能を発揮している間、第１電力線２６ｐ，２６ｎの電圧は、第２電力線２７ｐ，２７ｎの電圧よりも低く維持される。したがって電源システム１では、このように比較的低電圧に維持される第１電力線２６ｐ，２６ｎにバックアップ電源５を接続することにより、比較的高電圧に維持される第２電力線２７ｐ，２７ｎにバックアップ電源５を接続する場合よりもバックアップ電源５の耐圧を低く設計することができるので、バックアップ電源５を小型化かつ低コスト化できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。例えば、高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２、第１インバータ２３、及び第２インバータ２４の具体的な回路構成は、図１に示すものに限らない。特に高電圧ＤＣＤＣコンバータ２２としては、図１に示すものの他、マルチレベルチョッパ方式、インタリーブ方式、磁気結合を備えるもの等、既知の回路を用いてもよい。例えばマルチレベルチョッパ方式の回路は、第１平滑コンデンサＣ１とは別に、スイッチング素子やダイオード等の直列接続体に対し並列に設けられたコンデンサを備える。このコンデンサは、車両Ｖの衝突時には、第２平滑コンデンサＣ２と同様に残留する電荷を、第１電力線２６ｐ，２６ｎを介して速やかにバックアップ電源５に供給し、システムＥＣＵ８１で消費させることができる。このためマルチレベルチョッパ方式の回路は、本発明に適用した場合の利点が多い。

Ｖ…車両
Ｍ…駆動モータ（電動発電機）
１…電源システム
２…高電圧回路
２１…高電圧バッテリ（電源）
２２…高電圧ＤＣＤＣコンバータ（電圧変換器）
２３…第１インバータ（電力変換器）
２６ｐ，２６ｎ…第１電力線（第１回路）
２７ｐ，２７ｎ…第２電力線（第２回路）
Ｃ１…第１平滑コンデンサ
Ｃ２…第２平滑コンデンサ（第２蓄電素子）
Ｒ２…放電抵抗
３…低電圧回路
３１…低電圧バッテリ
５…バックアップ電源（制御電力供給装置）
８…制御装置
８１…システムＥＣＵ
８５…ゲートドライブシステム（ゲートドライブ回路）
Ｃ３…バックアップコンデンサ（制御用蓄電素子）

Claims (4)

1. 電源が設けられた第１回路と、
   電動発電機と電力の授受を行う電力変換器及び第２蓄電素子が設けられた第２回路と、
   上アーム及び下アームを有し、前記第１回路と前記第２回路との間で電圧を変換する電圧変換器と、
   前記電力変換器及び前記電圧変換器を制御する制御装置と、
   前記制御装置に電力を供給する制御電力供給装置と、を備える車両の電源システムであって、
   前記制御電力供給装置は、前記第１回路に接続され、
   前記制御装置は、所定の放電開始条件が成立した場合には、前記上アームをオン状態で維持することを特徴とする車両の電源システム。
2. 前記制御装置は、前記放電開始条件が成立した場合には、前記第２蓄電素子から前記上アーム及び前記制御電力供給装置を介して供給される電力を用いることによって、前記電動発電機の回転が減速しかつ前記第２回路の電圧が低下するように前記電力変換器を駆動する放電制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の車両の電源システム。
3. 前記電源よりも出力電圧が低い低電圧バッテリをさらに備え、
   前記制御装置は、前記低電圧バッテリに接続された制御用蓄電素子と、正常時には前記低電圧バッテリから供給される電力を用いて前記上アーム及び前記下アームを駆動するゲートドライブ回路と、を備え、
   前記放電開始条件は、前記第１回路の電圧が所定の第１電圧以下となりかつ前記低電圧バッテリの電圧が所定の第２電圧以下となることを含み、
   前記ゲートドライブ回路は、前記放電開始条件が成立した場合には、前記制御用蓄電素子に蓄えられている電力を用いて前記上アームをオン状態で維持することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の電源システム。
4. 前記電圧変換器は、前記第１回路の電力を昇圧して前記第２回路に供給することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の車両の電源システム。

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