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公開番号2021090339
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210610
出願番号2020109066
出願日20200624
発明の名称車両駆動装置
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02P 27/08 20060101AFI20210514BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】安定して3相短絡を実施することができる車両駆動装置を提供する。
【解決手段】車両駆動装置5は、電気車両1に搭載される3相モータを駆動するための、複数のスイッチング素子S1〜S6が3相ブリッジ構成で接続されたインバータ10を制御するPWM信号を出力するマイコン40と、マイコン40から出力されたPWM信号に基づいて、複数のスイッチング素子S1〜S6を駆動するPWM駆動回路50と、インバータ10の異常時に、下アームのスイッチング素子S4〜S6を一括して短絡する3相短絡を行う3相短絡駆動回路60とを備える。3相短絡駆動回路60は、3相短絡の指令信号により、PWM駆動回路50のゲート出力を遮断するとともに、下アームのスイッチング素子S4〜S6のゲートに電圧を印加する電源切替スイッチ61、および、上アームのスイッチング素子S1〜S3のゲートソース間を短絡させる絶縁スイッチ63を有する。
【選択図】図3A
特許請求の範囲【請求項1】
車両に搭載される3相モータを駆動するための、複数のスイッチング素子が3相ブリッジ構成で接続されたインバータを制御するPWM(Pulse Width Modulation)信号を出力するマイコンと、
前記マイコンから出力された前記PWM信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を駆動するPWM駆動回路と、
前記インバータの異常時に、前記複数のスイッチング素子のうち下アームのスイッチング素子を一括して短絡する3相短絡を行う3相短絡駆動回路と、を備え、
前記3相短絡駆動回路は、
前記3相短絡の指令信号により、前記PWM駆動回路のゲート出力を遮断するとともに、前記下アームのスイッチング素子の前記ゲートに電圧を印加する第1スイッチと、
前記3相短絡の前記指令信号により、前記複数のスイッチング素子のうち上アームのスイッチング素子のゲートソース間を短絡させる第2スイッチとを有する
車両駆動装置。
続きを表示(約 2,600 文字)【請求項2】
前記PWM駆動回路の電源は、前記3相モータを駆動するための第1直流電池、および、前記車両の電装品に電力を供給するための、前記第1直流電池よりも電圧が低い第2直流電池の少なくとも一方に基づく電源である
請求項1に記載の車両駆動装置。
【請求項3】
前記インバータの異常は、前記マイコンの異常である
請求項1または2に記載の車両駆動装置。
【請求項4】
前記マイコンの異常を検出するための異常検出回路をさらに備え、
前記異常検出回路は、前記マイコンの異常を検出すると、前記3相短絡の前記指令信号を前記3相短絡駆動回路に出力する
請求項3に記載の車両駆動装置。
【請求項5】
前記インバータの異常は、前記第1直流電池の電圧が所定電圧を超える過電圧状態である
請求項2に記載の車両駆動装置。
【請求項6】
前記過電圧状態を検出するための過電圧検出回路をさらに備え、
前記過電圧検出回路は、前記インバータに接続される前記第1直流電池に電気的に接続され、前記過電圧状態を検出すると、前記3相短絡の前記指令信号を前記3相短絡駆動回路に出力する
請求項5に記載の車両駆動装置。
【請求項7】
前記3相短絡の前記指令信号を保持するラッチ回路をさらに備え、
前記ラッチ回路の出力は、前記第1スイッチと、前記第2スイッチとに入力される
請求項1〜6のいずれか1項に記載の車両駆動装置。
【請求項8】
前記第2スイッチおよび前記上アームのスイッチング素子と接続される半導体スイッチをさらに備え、
前記第2スイッチは、フォトカプラであり、前記3相短絡の前記指令信号が前記フォトカプラに入力されて前記半導体スイッチがオンになることで、前記上アームのスイッチング素子の前記ゲートソース間を短絡させる
請求項1〜7のいずれか1項に記載の車両駆動装置。
【請求項9】
前記第2スイッチは、リレーを有し、前記3相短絡の前記指令信号が入力されて前記リレーがオンになることで、前記上アームのスイッチング素子の前記ゲートソース間を短絡させる
請求項1〜7のいずれか1項に記載の車両駆動装置。
【請求項10】
前記インバータの異常時に、前記複数のスイッチング素子のうち下アームのスイッチング素子を一括して短絡する3相短絡を行うための信号を前記PWM駆動回路に出力する3相短絡切替回路を、さらに備え、
前記3相短絡切替回路は、前記マイコンと前記PWM駆動回路との間に電気的に接続され、通常動作時は前記PWM信号を駆動信号として前記PWM駆動回路に出力し、前記3相短絡の指令信号が入力されると、前記下アームのスイッチング素子をオンに、かつ、前記複数のスイッチング素子のうち上アームのスイッチング素子をオフにする前記駆動信号を前記PWM駆動回路に出力する
請求項1に記載の車両駆動装置。
【請求項11】
前記3相短絡切替回路は、前記駆動信号を前記PWM駆動回路に出力する論理回路を含む
請求項10に記載の車両駆動装置。
【請求項12】
前記インバータの異常は、前記マイコンの異常であることを含む
請求項10または11に記載の車両駆動装置。
【請求項13】
前記マイコンの異常を検出するための異常検出回路をさらに備え、
前記異常検出回路は、前記マイコンの異常を検出すると、前記3相短絡の前記指令信号を前記3相短絡切替回路に出力する
請求項12に記載の車両駆動装置。
【請求項14】
前記インバータの異常は、前記3相モータを駆動するための電源の電圧が所定電圧を超える過電圧状態であることを含む
請求項10〜13のいずれか1項に記載の車両駆動装置。
【請求項15】
前記過電圧状態を検出するための過電圧検出回路をさらに備え、
前記過電圧検出回路は、前記インバータに接続される前記電源に電気的に接続され、前記過電圧状態を検出すると、前記3相短絡の前記指令信号を前記3相短絡切替回路に出力する
請求項14に記載の車両駆動装置。
【請求項16】
前記3相短絡切替回路は、前記3相短絡の前記指令信号を保持するラッチ回路をさらに有する
請求項10〜15のいずれか1項に記載の車両駆動装置。
【請求項17】
前記駆動信号は、前記複数のスイッチング素子のうち上アームのスイッチング素子を駆動する上アーム駆動信号と、前記下アームのスイッチング素子を駆動する下アーム駆動信号とを含み、
前記3相短絡切替回路は、前記上アーム駆動信号と、前記下アーム駆動信号とが入力される監視回路をさらに有し、
前記監視回路は、前記上アーム駆動信号と前記下アーム駆動信号とが同時にオンになる信号であることを検出すると、前記PWM駆動回路の前記複数のスイッチング素子への出力を遮断する遮断回路を動作させる
請求項10〜16のいずれか1項に記載の車両駆動装置。
【請求項18】
前記監視回路は、前記マイコンに検出結果を出力し、
前記マイコンは、前記検出結果を取得すると、前記3相短絡の前記指令信号の出力を禁止するとともに、前記3相モータの回転数を制限するための信号を出力する
請求項17に記載の車両駆動装置。
【請求項19】
前記遮断回路は、前記上アーム駆動信号と前記下アーム駆動信号とが同時にオンになる信号であることを検出すると、前記PWM駆動回路の前記複数のスイッチング素子への出力をオフにする
請求項17または18に記載の車両駆動装置。
【請求項20】
前記遮断回路は、前記上アーム駆動信号と前記下アーム駆動信号とが同時にオンになる信号であることを検出すると、前記PWM駆動回路への電力供給をオフにする
請求項17または18に記載の車両駆動装置。
【請求項21】
前記遮断回路は、前記第1スイッチと前記PWM駆動回路との間に電気的に接続される
請求項20に記載の車両駆動装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、車両駆動装置に関する。
続きを表示(約 5,700 文字)【背景技術】
【0002】
燃費規制やCO

規制によって、EV(Electric Vehicle)、HEV(Hybrid Electric Vehicle)、PHV(Plug−in Hybrid Vehicle)、FCV(Fuel Cell Vehicle)などのように車両の電動化が進んでいる。また、車両の電気効率を向上するため、車両を駆動するモータとして永久磁石モータが使用されることが多くなっている。
【0003】
永久磁石モータは、励磁電流を必要としないために高効率であるが、永久磁石の界磁磁束によって発生する誘起電圧が回転数に比例して上昇し、一定の回転数以上になると誘起電圧がインバータの出力電圧を超えてしまう。そのため、永久磁石モータを高速回転させる際は、永久磁石の界磁磁束によって発生する誘起電圧を抑制するための弱め磁束制御が行われる。
【0004】
一方で、高速回転時にインバータに異常が発生した場合、例えば高電圧用の電池の端子に接触不良が生じて弱め磁束制御を行うための電力供給が絶たれてしまった場合、永久磁石モータの回転によって発生する大きな誘起電圧によって、インバータのスイッチング素子が破壊されることがある。
【0005】
その対策として、永久磁石モータの3相を短絡状態として、永久磁石モータから誘起される電圧をほぼ0(ゼロ)にする3相短絡制御が行われる。その3相短絡制御の一例として特許文献1には、永久磁石モータを駆動するインバータと、インバータに発生する過電圧などの異常を検出する異常検出部と、インバータを3相短絡制御の状態にロジック回路(ロジックIC)を用いて切り替える3相短絡回路とを備える車両駆動装置が記載されている。この車両駆動装置では、異常検出部が異常を検出した場合に、インバータを3相PWM(Pulse Width Modulation)制御の状態から3相短絡制御の状態に切り替えることで、インバータにかかる過電圧を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2015−198503号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献1に記載された車両駆動装置では、インバータを3相短絡制御の状態にロジック回路を用いて切り替える、つまりロジック回路でゲートを直接駆動している。ロジック回路は、一般的にゲート電位を維持する電力を出力することが困難である。つまり、特許文献1に記載された車両駆動装置では、安定した3相短絡が実施できない可能性がある。
【0008】
そこで、本開示は、安定して3相短絡を実施することができる車両駆動装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の一態様に係る車両駆動装置は、車両に搭載される3相モータを駆動するための、複数のスイッチング素子が3相ブリッジ構成で接続されたインバータを制御するPWM(Pulse Width Modulation)信号を出力するマイコンと、前記マイコンから出力された前記PWM信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を駆動するPWM駆動回路と、前記インバータの異常時に、前記複数のスイッチング素子のうち下アームのスイッチング素子を一括して短絡する3相短絡を行う3相短絡駆動回路と、を備え、前記3相短絡駆動回路は、前記3相短絡の指令信号により、前記PWM駆動回路のゲート出力を遮断するとともに、前記下アームのスイッチング素子の前記ゲートに電圧を印加する第1スイッチと、前記3相短絡の前記指令信号により、前記複数のスイッチング素子のうち上アームのスイッチング素子のゲートソース間を短絡させる第2スイッチとを有する。
【発明の効果】
【0010】
本開示の一態様に係る車両駆動装置は、インバータにおいて安定して3相短絡を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1は、実施の形態1に係る車両駆動装置を備える電気車両を例示する概略図である。
図2は、実施の形態1に係る車両駆動装置のインバータが備える3相ブリッジ回路の一例を示す回路図である。
図3Aは、実施の形態1に係るインバータのうちの1相分の機能構成を示すブロック図である。
図3Bは、実施の形態1に係る車両駆動装置の降圧DC電源の一実施例を示すブロック図である。
図4は、実施の形態1に係る車両駆動装置の動作の一例を示すフローチャートである。
図5は、実施の形態1の変形例に係るインバータのうちの1相分の機能構成を示すブロック図である。
図6は、実施の形態1の変形例に係る異常検出回路の機能構成を示すブロック図である。
図7は、実施の形態1の変形例に係る車両駆動装置の動作の一例を示すフローチャートである。
図8は、実施の形態2に係るインバータのうちの1相分の機能構成を示すブロック図である。
図9は、実施の形態2に係る車両駆動装置の動作の一例を示すフローチャートである。
図10は、実施の形態3に係る車両駆動装置のインバータが備える3相ブリッジ回路の一例を示す回路図である。
図11Aは、実施の形態3に係るインバータのうちの1相分の機能構成を示すブロック図である。
図11Bは、実施の形態3に係る車両駆動装置の降圧DC電源の一実施例を示すブロック図である。
図12は、実施の形態3に係る車両駆動装置の第1の動作の一例を示すフローチャートである。
図13は、実施の形態3に係る車両駆動装置の第2の動作の一例を示すフローチャートである。
図14は、実施の形態3の変形例に係るインバータのうちの1相分の機能構成を示すブロック図である。
図15は、実施の形態3の変形例に係る異常検出回路の機能構成を示すブロック図である。
図16は、実施の形態3の変形例に係る車両駆動装置の動作の一例を示すフローチャートである。
図17は、実施の形態4に係るインバータのうちの1相分の機能構成を示すブロック図である。
図18は、実施の形態4に係る車両駆動装置の動作の一例を示すフローチャートである。
図19は、実施の形態5に係るインバータのうちの1相分の機能構成を示すブロック図である。
図20は、実施の形態6に係るインバータのうちの1相分の機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本開示の一態様に係る車両駆動装置は、車両に搭載される3相モータを駆動するための、複数のスイッチング素子が3相ブリッジ構成で接続されたインバータを制御するPWM(Pulse Width Modulation)信号を出力するマイコンと、前記マイコンから出力された前記PWM信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を駆動するPWM駆動回路と、前記インバータの異常時に、前記複数のスイッチング素子のうち下アームのスイッチング素子を一括して短絡する3相短絡を行う3相短絡駆動回路と、を備える。そして、前記3相短絡駆動回路は、前記3相短絡の指令信号により、前記PWM駆動回路のゲート出力を遮断するとともに、前記下アームのスイッチング素子の前記ゲートに電圧を印加する第1スイッチと、前記3相短絡の前記指令信号により、前記複数のスイッチング素子のうち上アームのスイッチング素子のゲートソース間を短絡させる第2スイッチとを有する。
【0013】
これにより、車両駆動装置は、3相短絡の指令信号によりインバータが3相短絡制御の状態となる際に、第1スイッチにより下アームのスイッチング素子のゲートに電圧が印加されるので、当該スイッチング素子をオンさせることができる。また、車両駆動装置は、3相短絡の指令信号によりインバータが3相短絡制御の状態となる際に、第2スイッチにより上アームのスイッチング素子のゲートソース間を短絡させることで、当該スイッチング素子を強制的にオフすることができる。よって、車両駆動装置は、安定して3相短絡を実施することができる。
【0014】
また、例えば、前記PWM駆動回路の電源は、前記3相モータを駆動するための第1直流電池、および、前記車両の電装品に電力を供給するための、前記第1直流電池よりも電圧が低い第2直流電池の少なくとも一方に基づく電源でもよい。
【0015】
これにより、車両駆動装置は、専用の電源を設けずに、PWM駆動回路用の電源と下アームのスイッチング素子のゲートとを第1スイッチを介して接続するといった簡単な構成で、下アームのスイッチング素子のゲートに電圧を印加することができる。
【0016】
また、例えば、前記インバータの異常は、前記マイコンの異常でもよい。
【0017】
これにより、車両駆動装置は、マイコンに異常が発生し、当該マイコンが正常にスイッチング素子のオン・オフを制御できない場合に、3相短絡制御の状態になる。車両駆動装置は、例えば、マイコンの異常により弱め磁束制御が行えず誘起電圧の上昇を抑制することが困難な場合に、3相短絡制御の状態になる。よって、車両駆動装置は、マイコンに異常が発生したことに起因して誘起電圧が上昇することを抑制することができる。
【0018】
また、例えば、前記マイコンの異常を検出するための異常検出回路をさらに備え、前記異常検出回路は、前記マイコンの異常を検出すると、前記3相短絡の前記指令信号を前記3相短絡駆動回路に出力してもよい。
【0019】
これにより、車両駆動装置は、マイコンの異常が発生したときに3相短絡制御の状態になるので、マイコンに異常が発生したことに起因して誘起電圧が上昇することを抑制することができる。
【0020】
また、例えば、前記インバータの異常は、前記第1直流電池の電圧が所定電圧を超える過電圧状態でもよい。
【0021】
これにより、車両駆動装置は、インバータに過電圧が発生したときに3相短絡制御の状態になるので、3相ブリッジ回路にかかる過電圧を低減することができる。
【0022】
また、例えば、前記過電圧状態を検出するための過電圧検出回路をさらに備え、前記過電圧検出回路は、前記インバータに接続される前記第1直流電池に電気的に接続され、前記過電圧状態を検出すると、前記3相短絡の前記指令信号を前記3相短絡駆動回路に出力してもよい。
【0023】
これにより、第1直流電池に電気的に接続された過電圧検出回路を用いて、インバータの過電圧を検出することができる。
【0024】
また、例えば、前記3相短絡の前記指令信号を保持するラッチ回路をさらに備え、前記ラッチ回路の出力は、前記第1スイッチと、前記第2スイッチとに入力されてもよい。
【0025】
これにより、インバータの過電圧の電圧値が過電圧と判定される閾値前後でふらついた場合に、通常制御の状態と3相短絡制御の状態とが短期間に繰り返し切り替わることを抑制することができる。つまり、車両駆動装置は、さらに安定して3相短絡を実施することができる。また、ラッチ回路を用いることで、第1スイッチおよび第2スイッチの切り替えを同時に行うことができる。
【0026】
また、例えば、前記第2スイッチおよび前記下アームのスイッチング素子と接続される半導体スイッチをさらに備え、前記第2スイッチは、フォトカプラであり、前記3相短絡の前記指令信号が前記フォトカプラに入力されて前記半導体スイッチがオンになることで、前記下アームのスイッチング素子の前記ゲートソース間を短絡させてもよい。
【0027】
これにより、第2スイッチは、半導体スイッチと第2スイッチに接続される部品(例えば、ラッチ回路)との絶縁を維持した状態で、ゲートに蓄積された電荷を放電することができる。また、第2スイッチの動作を高速に行うことができる。
【0028】
また、例えば、前記第2スイッチは、リレーを有し、前記3相短絡の前記指令信号が入力されて前記リレーがオンになることで、前記下アームのスイッチング素子の前記ゲートソース間を短絡させてもよい。
【0029】
これにより、第2スイッチは、上アームのスイッチング素子のゲートと第2スイッチに接続される部品(例えば、ラッチ回路)との絶縁を維持した状態で、ゲートに蓄積された電荷を放電することができる。また、簡易な構成で第2スイッチを実現することができる。
【0030】
また、例えば、前記インバータの異常時に、前記複数のスイッチング素子のうち下アームのスイッチング素子を一括して短絡する3相短絡を行うための信号を前記PWM駆動回路に出力する3相短絡切替回路を、さらに備え、前記3相短絡切替回路は、前記マイコンと前記PWM駆動回路との間に電気的に接続され、通常動作時は前記PWM信号を駆動信号として前記PWM駆動回路に出力し、前記3相短絡の指令信号が入力されると、前記下アームのスイッチング素子をオンに、かつ、前記複数のスイッチング素子のうち上アームのスイッチング素子をオフにする前記駆動信号を前記PWM駆動回路に出力する。
(【0031】以降は省略されています)

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