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公開番号2021052532
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210401
出願番号2019174800
出願日20190925
発明の名称車両駆動用装置
出願人アイシン・エィ・ダブリュ株式会社,アイシン精機株式会社
代理人特許業務法人サカモト・アンド・パートナーズ,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210305BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】適切なタイミングで放電回路の異常の有無に関する状態を効率的に判断する。
【解決手段】電力変換装置(30)と、平滑コンデンサ(11)と、放電時にオンする第1スイッチを備える放電回路(202)と、平滑コンデンサに電気的に接続される充電回路(22)と、平滑コンデンサとモータ駆動用バッテリとが切り離された状態において、放電回路の回路状態を判断する状態判断処理を実行する処理装置(61)とを含み、状態判断処理は、平滑コンデンサの両端電圧を、モータ駆動用バッテリの電圧よりも小さい所定電圧まで上昇させる第1処理と、第1処理により平滑コンデンサの両端電圧を所定電圧まで上昇させた後に、放電回路の第1スイッチをオンさせるためのオン信号を発生する第2処理と、第2処理によりオン信号が生成された状態での放電回路の挙動に基づいて、回路状態を判断する第3処理とを含む、車両駆動用装置(2)が開示される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
モータ駆動用バッテリに対して切り離し可能に電気的に接続される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに電気的に接続され、前記モータ駆動用バッテリからの電力に基づいて車両駆動用のモータを駆動する電力変換装置と、
前記平滑コンデンサの両端間に電気的に接続される放電回路であって、放電時にオンする第1スイッチを備える放電回路と、
前記平滑コンデンサに電気的に接続される充電回路と、
前記平滑コンデンサと前記モータ駆動用バッテリとが切り離された状態において、前記放電回路の異常の有無に関する回路状態を判断する状態判断処理を実行する処理装置とを含み、
前記状態判断処理は、
前記充電回路を制御して、前記平滑コンデンサの両端電圧を、前記モータ駆動用バッテリの電圧よりも小さい所定電圧まで、上昇させる第1処理と、
前記第1処理の後に、前記放電回路の前記第1スイッチをオンさせるためのオン信号を発生する第2処理と、
前記第2処理により前記オン信号が生成された状態での前記放電回路の挙動に基づいて、前記回路状態を判断する第3処理とを含む、車両駆動用装置。
続きを表示(約 830 文字)【請求項2】
前記充電回路は、前記モータ駆動用バッテリよりも定格電圧が低い低圧バッテリからの電力に基づいて、前記平滑コンデンサの両端電圧を前記所定電圧まで上昇させる、請求項1に記載の車両駆動用装置。
【請求項3】
前記電力変換装置は、前記モータの相ごとに、高電位側のスイッチング素子と、低電位側のスイッチング素子とを含み、
前記低圧バッテリからの電力に基づいて、前記低電位側の各スイッチング素子を駆動するための電力を生成する電源回路を更に含み、
前記充電回路は、前記電源回路に電気的に接続されるとともに、一の相に係る前記高電位側のスイッチング素子と該一の相に係る前記低電位側のスイッチング素子の間に電気的に接続される、請求項2に記載の車両駆動用装置。
【請求項4】
前記放電回路の挙動は、前記放電回路の基準位置で生じる電圧の挙動を含む、請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の車両駆動用装置。
【請求項5】
前記放電回路は、第1抵抗と、前記第1抵抗よりもグランドに近い側で前記第1抵抗に直列に電気的に接続されかつ前記第1抵抗よりも抵抗値が小さい第2抵抗とを含み、
前記基準位置は、前記第1抵抗と前記第2抵抗の間である、請求項4に記載の車両駆動用装置。
【請求項6】
前記基準位置に接続されるコンパレータ又はA/Dコンバータを更に含み、
前記第3処理は、前記コンパレータ又は前記A/Dコンバータの出力に基づいて、前記回路状態を判断することを含む、請求項4又は5に記載の車両駆動用装置。
【請求項7】
前記第3処理は、前記基準位置で生じる電圧が閾値を超えた場合、前記回路状態を正常であると判定し、前記基準位置で生じる電圧が閾値を超えない場合、前記回路状態を異常であると判定することを含む、請求項4〜6のうちのいずれか1項に記載の車両駆動用装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、車両駆動用装置に関する。
続きを表示(約 6,000 文字)【背景技術】
【0002】
電力変換装置を備える車両駆動用装置に含まれる構成として、所定の条件下で平滑コンデンサに並列に電気的に接続されるスイッチング素子をオンすることで、平滑コンデンサに溜まった電荷を放電抵抗を介してグランドに流すことができる放電回路が知られている(例えば特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2016−86578号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、急速放電回路又はアクティブ放電回路とも呼ばれるこの種の放電回路は、通常、所定の条件下(例えば車両の衝突が発生した場合等)に機能するものであるので、当該放電回路が正常に機能するかどうかを、比較的高い頻度で実際に動作させて確認することが難しい。仮に放電回路に異常がある場合は、平滑コンデンサに高圧バッテリ(モータ駆動用バッテリ)からの電荷が溜まる前に(例えばメインスイッチがオンする前に)、当該異常が検出されることが望ましい。
【0005】
そこで、1つの側面では、本発明は、適切なタイミングで放電回路の異常の有無に関する状態を効率的に判断可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
1つの側面では、モータ駆動用バッテリに対して切り離し可能に電気的に接続される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに電気的に接続され、前記モータ駆動用バッテリからの電力に基づいて車両駆動用のモータを駆動する電力変換装置と、
前記平滑コンデンサの両端間に電気的に接続される放電回路であって、放電時にオンする第1スイッチを備える放電回路と、
前記平滑コンデンサに電気的に接続される充電回路と、
前記平滑コンデンサと前記モータ駆動用バッテリとが切り離された状態において、前記放電回路の異常の有無に関する回路状態を判断する状態判断処理を実行する処理装置とを含み、
前記状態判断処理は、
前記充電回路を制御して、前記平滑コンデンサの両端電圧を、前記モータ駆動用バッテリの電圧よりも小さい所定電圧まで、上昇させる第1処理と、
前記第1処理の後に、前記放電回路の前記第1スイッチをオンさせるためのオン信号を発生する第2処理と、
前記第2処理により前記オン信号が生成された状態での前記放電回路の挙動に基づいて、前記回路状態を判断する第3処理とを含む、車両駆動用装置が提供される。
【発明の効果】
【0007】
1つの側面では、本発明によれば、適切なタイミングで放電回路の異常の有無に関する状態を効率的に判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
電動車両用モータ駆動システムの全体構成の一例を示す図である。
車両駆動用装置の一例の説明図である。
状態判断処理の一例を示す概略フローチャートである。
図3に示す状態判断処理で生じる図2の各ポイントAからEで生じる波形を示すタイミングチャート(アクティブ放電回路の正常時)である。
図3に示す状態判断処理で生じる図2の各ポイントAからEで生じる波形を示すタイミングチャート(アクティブ放電回路の異常時)である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
【0010】
以下の説明において、特に言及しない限り、各種の要素間の“接続”、“切り離し”又はその類の用語は、“電気的な接続”や“電気的な切り離し”等を意味する。また、“所定”とは、“あらかじめ定められた”を意味する。
【0011】
図1は、電動車両用モータ駆動システム1の全体構成の一例を示す図である。なお、図1では、後述する挙動検出回路部63(図2参照)等の図示は省略されている。
【0012】
モータ駆動システム1は、高圧バッテリ10の電力を用いて走行用モータ40を駆動することにより車両を駆動させるシステムである。なお、電動車両は、電力を用いて走行用モータ40を駆動して走行するものであれば、その方式や構成の詳細は任意である。電動車両は、典型的には、動力源がエンジンと走行用モータ40であるハイブリッド自動車や、動力源が走行用モータ40のみである電気自動車を含む。
【0013】
モータ駆動システム1は、図1に示すように、高圧バッテリ10(モータ駆動用バッテリの一例)、平滑コンデンサ11と、低圧バッテリ12と、電源回路18と、放電回路20と、充電回路22、インバータ30、走行用モータ40(車両駆動用のモータの一例)、及びインバータ制御装置60を備える。
【0014】
高圧バッテリ10は、電力を蓄積して直流電圧を出力する任意の蓄電装置であり、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリや電気2重層キャパシタ等の容量性素子を含んでよい。高圧バッテリ10は、典型的には、定格電圧が100Vを超えるバッテリであり、定格電圧が例えば288Vである。
【0015】
平滑コンデンサ11は、インバータ30に並列に接続される。平滑コンデンサ11の両端には、他のシステム(例えば空調システム)に係る電気負荷が接続されてもよい。
【0016】
なお、平滑コンデンサ11と高圧バッテリ10との間には、図1に示すように、高圧バッテリ10から電力供給を遮断するための遮断用スイッチ(コンタクタ)SW1が設けられる。遮断用スイッチSW1は、半導体スイッチやリレー等で構成されてもよい。遮断用スイッチSW1は、ユーザによる車両の利用開始時にエンジンスイッチやイグニッションスイッチ又はその類のスイッチ(図示せず、以下、単に「エンジンスイッチ」と称する)がオンされると、後述する状態判断処理の終了後に、適宜、オンされる。すなわち、遮断用スイッチSW1は、後述する状態判断処理が終了し、放電回路20が正常であると判定されると、遮断用スイッチSW1がオンされる。遮断用スイッチSW1がオンすると、エンジンスイッチがオフされるまで、基本的に、オン状態が維持される。ただし、遮断用スイッチSW1は、例外的に、放電指令(後述)が出力される状況下では、放電指令(後述)が出力されるのに先立ってオフされる。例えば、遮断用スイッチSW1は、例えば車両の衝突検出時等にオフされる。また、遮断用スイッチSW1は、その他、高圧系電源の過電圧の検出時等にオフされてもよい。なお、遮断用スイッチSW1のオン/オフの切換はインバータ制御装置60により実現されてもよいし、他の制御装置により実現されてもよい。
【0017】
低圧バッテリ12は、例えば、通常の車載バッテリである。低圧バッテリ12は、高圧バッテリ10によりも定格電圧が有意に低い。低圧バッテリ12は、例えば鉛バッテリであり、定格電圧が12V程度である。
【0018】
電源回路18は、低圧バッテリ12からの電力(電気エネルギ)に基づいて電源181(図2参照)の電源電圧を生成する。電源181の電源電圧は、例えば15Vから20V程度であってよい。本実施例では、一例として、電源181は、後述するインバータ30の下アーム(低電位側のアーム)のスイッチング素子Q2、Q4、Q6の駆動の他、後述する充電回路22の動作に利用される。
【0019】
電源回路18は、遮断用スイッチSW1がオンする前に、電源181の電源電圧を生成する。例えば、ユーザによる車両の利用開始時にエンジンスイッチがオンされると、電源回路18は、電源181の電源電圧を生成する。
【0020】
放電回路20は、放電指令が入力された場合に、平滑コンデンサ11に溜まっている電荷をグランドに流す(放電する)機能を有する。放電指令は、典型的には、車両衝突検出時又は車両衝突不可避判定時に生成される。なお、車両衝突イベント等のイベント発生情報は、車両の安全装置(例えばエアバック)を制御するエアバックECU(Electronic Control Unit)やプリクラッシュECU等(図示せず)から供給されてよい。
【0021】
放電回路20は、図1に示すように、平滑コンデンサ11に並列に接続される。なお、図1に示す例では、放電回路20は、平滑コンデンサ11とインバータ30との間に配置されているが、遮断用スイッチSW1よりも平滑コンデンサ11側に配置されていればよい。従って、放電回路20は、高圧バッテリ10(及び遮断用スイッチSW1)と平滑コンデンサ11との間に配置されてもよい。放電回路20の更なる説明は後に行う。
【0022】
充電回路22は、平滑コンデンサ11に接続される。図1に示す例では、充電回路22は、中点M1を介して平滑コンデンサ11に接続される。なお、変形例では、充電回路22は、中点M1に代えて又は加えて、他の相の中点M2、M3に接続されてもよい。充電回路22は、低圧バッテリ12からの電力(電気エネルギ)に基づいて、平滑コンデンサ11を充電可能である。本実施例では、一例として、充電回路22は、電源回路18(電源181)に接続される。この場合、電源181の電源電圧に基づいて、充電回路22により平滑コンデンサ11が充電可能である。充電回路22は、平滑コンデンサ11を充電可能である限り、モータ駆動システム1に係る電気回路内における遮断用スイッチSW1から走行用モータ40までの任意の箇所に接続されてよい。充電回路22の更なる説明は後に行う。
【0023】
インバータ30は、正極ラインと負極ラインとの間に互いに並列に配置されるU相、V相、W相の各アームから構成される。U相アームはスイッチング素子(本例ではIGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)Q1、Q2の直列接続からなり、V相アームはスイッチング素子(本例ではIGBT)Q3、Q4の直列接続からなり、W相アームはスイッチング素子(本例ではIGBT)Q5、Q6の直列接続からなる。また、各スイッチング素子Q1〜Q6のコレクタ−エミッタ間には、それぞれ、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにダイオードD11〜D16が配置される。なお、スイッチング素子Q1〜Q6は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field−Effect Transistor)のような、IGBT以外の他のスイッチング素子であってもよい。
【0024】
走行用モータ40は、3相の交流モータであり、U、V、W相の3つのコイルの一端が中点で共通接続されている。U相コイルの他端は、スイッチング素子Q1、Q2の中点M1に接続され、V相コイルの他端は、スイッチング素子Q3、Q4の中点M2に接続され、W相コイルの他端は、スイッチング素子Q5、Q6の中点M3に接続される。スイッチング素子Q1のコレクタと負極ラインとの間には、平滑コンデンサ11が接続される。
【0025】
インバータ制御装置60は、インバータ30を制御する。インバータ制御装置60は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、メインメモリ(全て図示せず)などを含み、インバータ制御装置60の各種機能は、ROM等に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてCPUにより実行されることによって実現される。なお、インバータ制御装置60の機能は、単一のコンピュータ(例えばECU(Electronic Control Unit))により実現されてもよいし、複数のコンピュータにより協動して実現されてもよい。
【0026】
インバータ30の制御方法は、任意であるが、基本的には、U相に係る2つのスイッチング素子Q1、Q2が互いに逆相でオン/オフし、V相に係る2つのスイッチング素子Q3、Q4が互いに逆相でオン/オフし、W相に係る2つのスイッチング素子Q5、Q6が互いに逆相でオン/オフする。
【0027】
また、本実施例では、インバータ制御装置60は、放電回路20及び充電回路22を制御し、放電回路20の異常の有無に関する回路状態を判断する状態判断処理を実行する。状態判断処理の詳細は、後述する。
【0028】
なお、図1に示す例では、モータ駆動システム1は、単一の走行用モータ40を備えているが、追加のモータ(発電機を含む)を備えてもよい。この場合、追加のモータ(複数も可)は、対応するインバータと共に、走行用モータ40及びインバータ30と並列な関係で、高圧バッテリ10に接続されてもよい。また、図1に示す例では、モータ駆動システム1は、DC/DCコンバータを備えていないが、高圧バッテリ10とインバータ30の間にDC/DCコンバータを備えてもよい。また、図1に示す例では、インバータ30は、U、V、W相の相ごとに、1組のスイッチング素子Q1〜Q6及びダイオードD11〜D16を含むが、変形例では、スイッチング素子Q1〜Q6及びダイオードD11〜D16の組の数は、2個以上であってもよい。
【0029】
図2は、モータ駆動システム1に含まれる車両駆動用装置2の一例の説明図である。図2には、図1に示した構成の一部(インバータ30の一部、高圧バッテリ10、走行用モータ40等)の図示が省略されている。図2において、点Pは、平滑コンデンサ11の正極側の端子と同電位の点を表し、図1の点Pに対応する。また、Nは、平滑コンデンサ11の負極側の端子と同電位(グランド電位)の点を表し、図1の点Nに対応する。
【0030】
車両駆動用装置2は、図2に示すように、平滑コンデンサ11と、放電回路20と、電源回路18(電源181)と、充電回路22と、インバータ30(電力変換装置の一例)(図2では、一部のみを図示)と、CPU61(処理装置の一例)と、挙動検出回路部63とを含む。
(【0031】以降は省略されています)

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