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公開番号2024118697
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-02
出願番号2023025125
出願日2023-02-21
発明の名称電気自動車
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類B60L 9/18 20060101AFI20240826BHJP(車両一般)
要約【課題】本明細書は、相補的な駆動信号によるスイッチング素子制御と、一方をオフに保持し他方のみオンオフするスイッチング素子制御を状況に応じて切り替え、両者の利点を得ることのできる技術を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する電気自動車は、バッテリと、モータと、インバータと、双方向コンバータと、コントローラを備える。インバータはバッテリとモータとの間に接続され、双方向コンバータはバッテリとインバータの間に接続されている。コントローラは、双方向コンバータの高電圧端から低電圧端へ向けて流れる電流が所定の電流閾値よりも高い場合は下スイッチング素子をオフに保持したまま上スイッチング素子だけをオンオフし、高電圧端から低電圧端へ向けて流れる電流が電流閾値よりも低い場合は上スイッチング素子と下スイッチング素子を相補的な駆動信号で駆動する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
バッテリと、
出力トルクが車輪に伝達されるモータと、
前記バッテリと、前記モータとの間に接続されているインバータと、
前記バッテリと前記インバータの間に接続されている双方向ＤＣ－ＤＣコンバータと、
コントローラと、
を備えており、
前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータは、
前記バッテリに接続される低電圧端と、
前記インバータに接続される高電圧端と、
前記高電圧端とグランド線の間で直列に接続されている上スイッチング素子と下スイッチング素子であって、前記上スイッチング素子が前記高電圧端に接続されており前記下スイッチング素子が前記グランド線に接続されている上スイッチング素子と下スイッチング素子と、
前記上スイッチング素子と前記下スイッチング素子の直列接続の中点と前記低電圧端の間に接続されているリアクトルと、
を備えており、
前記コントローラは、
前記高電圧端から前記低電圧端へ向けて流れる電流が所定の電流閾値よりも高い場合は前記下スイッチング素子をオフに保持したまま前記上スイッチング素子だけをオンオフし、
前記高電圧端から前記低電圧端へ向けて流れる電流が前記電流閾値よりも低い場合は前記上スイッチング素子と前記下スイッチング素子を相補的な駆動信号で駆動する、
電気自働車。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、バッテリとモータとインバータと電圧コンバータを備えている電気自動車に関する。本明細書における「電気自動車」には、走行用にモータとエンジンの両方を備えているハイブリッド車が含まれ得る。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、バッテリとモータとインバータを備える。加速時はバッテリの電力でモータを駆動する。減速時は、モータが逆駆動されることで発生する回生電力でバッテリを充電する。バッテリとインバータの間に電圧コンバータが接続されている電気自動車もある。電圧コンバータは、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータであり、通常はバッテリの電圧を昇圧してインバータへ送る。車両減速時にモータが逆駆動されて発電すると、インバータから供給される直流の回生電力を降圧してバッテリへ供給する。
【０００３】
特許文献１、２にそのような双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ（電圧コンバータ）を備えた電気自動車が開示されている。双方向ＤＣ－ＤＣコンバータの低電圧端にバッテリが接続され、高電圧端にインバータが接続される。双方向ＤＣ－ＤＣコンバータは、高電圧端とグランド線の間で直列に接続されている２個のスイッチング素子と、２個のスイッチング素子の直列接続の中点と低電圧端の間に接続されているリアクトルを備える。２個のスイッチング素子のそれぞれにはダイオードが逆並列に接続されている。以下では説明の都合上、直列に接続された２個のスイッチング素子のうち、高電圧端に接続されるスイッチング素子を上スイッチング素子と称し、グランド線に接続されるスイッチング素子を下スイッチング素子と称する。また、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを略して双方向コンバータと称する。
【０００４】
特許文献１に開示された双方向コンバータでは、高電圧端の計測電圧が目標電圧よりも低い場合は、上スイッチング素子をオフに固定し、下スイッチング素子だけをオンオフする。このとき、双方向コンバータは昇圧動作だけを行う。高電圧端の計測電圧が目標電圧よりも低い場合は、上スイッチング素子をオフに固定し、下スイッチング素子だけをオンオフする。このとき、双方向コンバータは昇圧動作だけを行う。
【０００５】
特許文献２に開示された双方向コンバータは、上スイッチング素子と下スイッチング素子を相補的な駆動信号で駆動する。スイッチング素子への駆動信号は、オンを意味するＨＩＧＨ電位と、オフを意味するＬＯＷ電位の二値のいずれかをとるＰＷＭ信号（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｒａｔｉｏｎ信号）である。相補的な駆動信号とは、一方のスイッチング素子の指令信号のＨｉｇｈ電位の期間とＬｏｗ電位の期間を入れ替えた信号を意味する。上下のスイッチング素子を相補的な駆動信号で駆動すると、高電圧端の電圧の高さに応じて昇圧と降圧が自動的に切り替わる。すなわち、相補的な駆動信号を与えている間、高電圧端の計測電圧が目標電圧よりも高ければ高電圧端から低電圧端へ向けて電流が流れ（このときは降圧動作が実現される）、高電圧端の計測電圧が目標電圧よりも低ければ低電圧端から高電圧端へ向けて電流が流れる（このときは昇圧動作が実現される）。
【０００６】
ただし、相補的な駆動信号を採用する場合、高電圧端とグランド線の短絡を防止するため、一方のスイッチング素子がオンからオフに切り替わった後、他方のスイッチング素子がオフからオンに切り替わるまでの間、わずかなデッドタイムが設けられる（特許文献２）。昇圧動作と降圧動作のいずれにおいても一方のスイッチング素子をオフに保持する特許文献２の双方向コンバータでは、デッドタイムは必要ないが、高電圧端の電圧に応じて、上スイッチング素子をオフに保持するか、下スイッチング素子をオフに保持するかを切り替える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００９－０５５６９９号公報
特開２００７－３２５４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
デッドタイムを考慮すると、駆動信号のオンデューティには限界が生じる。なお、オンデューティとは、駆動信号の周期に対するＨｉｇｈ電位期間の割合を意味する。デッドタイムを確保するためにオンデューティを下げなければならない。
【０００９】
本明細書は、相補的な駆動信号によるスイッチング素子制御と、一方をオフに保持し他方のみオンオフするスイッチング素子制御を状況に応じて切り替え、両者の利点を得ることのできる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書が開示する電気自動車は、バッテリと、モータと、インバータと、双方向コンバータ（双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ）と、コントローラを備える。モータの出力トルクが車輪に伝達される。インバータは、バッテリとモータとの間に接続されている。双方向コンバータはバッテリとインバータの間に接続されている。双方向コンバータは、バッテリに接続される低電圧端と、インバータに接続される高電圧端と、２個のスイッチング素子（上スイッチング素子と下スイッチング素子）と、リアクトルを備える。上スイッチング素子と下スイッチング素子は高電圧端とグランド線の間で直列に接続されている。上スイッチング素子が高電圧端に接続されており下スイッチング素子がグランド線に接続されている。リアクトルは、上スイッチング素子と下スイッチング素子の直列接続の中点と低電圧端の間に接続されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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