JP2009171643A - 電圧変換装置ならびにそれを備えた負荷駆動装置および電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】上アームオン制御時に低電圧側が過電圧になるのを防止可能な電圧変換装置を提供する。
【解決手段】昇圧コンバータ２０は、電流抑制回路２５を含む。電流抑制回路２５は、抵抗素子Ｒと、リレーＲＹ１，ＲＹ２とを含む。抵抗素子ＲおよびリレーＲＹ２は、直列接続され、リレーＲＹ１に並列に接続される。制御装置７０は、電圧ＶＨの目標電圧と電圧ＶＬとの差が予め設定されたしきい値以下になると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が常時オン，オフするように信号ＰＷＭＣを生成する。さらに、制御装置７０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２をそれぞれオフ，オンするための信号ＳＥ１，ＳＥ２を生成して電流抑制回路２５へ出力する。
【選択図】図１

Description

この発明は、直流チョッパ型の電圧変換装置における低電圧側の過電圧防止技術に関する。

特開２００６−３１１７７５号公報（特許文献１）は、直流チョッパ型の昇降圧コンバータ備えた負荷駆動装置を開示する。この負荷駆動装置においては、昇降圧コンバータの上アームと昇降圧コンバータの低電圧側に接続される補機との間にリレーが設けられる。また、昇降圧コンバータの低電圧側に接続される主バッテリの異常が検出されると、主バッテリが電気的に切り離される。そして、主バッテリが電気的に切り離されたバッテリレス制御中に昇降圧コンバータの上アームの短絡故障が検出されると、上記のリレーがオフされる。

この負荷駆動装置によれば、昇降圧コンバータの低電圧側に接続された補機を、耐電圧の増加を図ることなく過電圧から確実に保護することができる（特許文献１参照）。
特開２００６−３１１７７５号公報

直流チョッパ型の昇降圧コンバータにおいて、昇圧電圧の目標値（高電圧側の目標電圧）と低電圧側の電圧との電圧差がある程度小さくなると、スイッチング損失の低減およびデッドタイムによる電圧変動の防止を目的として、上アームを常時オン（下アームはオフ）させることがしばしば行なわれる（以下、この制御を「上アームオン制御」とも称する。）。

しかしながら、上アームオン制御を実施すると、上アームをオンさせたタイミングで高電圧側から低電圧側へ上アームを介して瞬間的に過大な電流が流れ、低電圧側に接続された機器に瞬間的に過電圧が印加され得る。

上記公報に開示された負荷駆動装置は、主バッテリが電気的に切り離されたバッテリレス制御中に昇降圧コンバータの上アームの短絡故障が検出された場合に、低電圧側に接続された補機を過電圧から保護可能な負荷駆動装置に向けられたものであり、上述した上アームオン制御時に過電圧を防止可能な装置に向けられたものではない。

それゆえに、この発明の目的は、上アームオン制御時に低電圧側が過電圧になるのを防止可能な電圧変換装置ならびにそれを備えた負荷駆動装置および電動車両を提供することである。

この発明によれば、電圧変換装置は、第１の正極線と第２の正極線との間に接続され、第２の正極線の電圧を第１の正極線の電圧以上に昇圧する電圧変換装置であって、第１および第２のスイッチング素子と、リアクトルと、電流抑制回路と、制御部とを備える。第１のスイッチング素子は、第２の正極線に接続される。第２のスイッチング素子は、第１のスイッチング素子と負極線との間に接続される。リアクトルは、第１および第２のスイッチング素子の接続ノードと第１の正極線との間に配設される。電流抑制回路は、第１および第２のスイッチング素子の接続ノードとリアクトルとの間に設けられ、与えられる指令に従って、第１および第２のスイッチング素子の接続ノードからリアクトルへ流れる電流を抑制可能に構成される。制御部は、第２の正極線と第１の正極線との電圧差が予め定められた規定値以下のとき、第１のスイッチング素子を常時通電状態に制御するとともに電流抑制回路へ動作指令を出力する。

好ましくは、電流抑制回路は、抵抗素子と、第１および第２のリレーとを含む。第１のリレーは、第１および第２のスイッチング素子の接続ノードとリアクトルとの間に接続される。抵抗素子および第２のリレーは、第１および第２のスイッチング素子の接続ノードとリアクトルとの間に直列に接続され、第１のリレーに並列に接続される。そして、制御部は、第２の正極線と第１の正極線との電圧差が規定値よりも大きいとき、第１および第２のリレーをそれぞれオン，オフさせ、第２の正極線と第１の正極線との電圧差が規定値以下のとき、第１のスイッチング素子を常時通電状態に制御するとともに第１および第２のリレーをそれぞれオフ，オンさせる。

また、好ましくは、電流抑制回路は、第１および第２のスイッチング素子の接続ノードとリアクトルとの間に配設される電力線と負極線との間に直列に接続される抵抗素子およびリレーを含む。そして、制御部は、第２の正極線と第１の正極線との電圧差が規定値よりも大きいとき、リレーをオフさせ、第２の正極線と第１の正極線との電圧差が規定値以下のとき、第１のスイッチング素子を常時通電状態に制御するとともにリレーをオンさせる。

また、この発明によれば、負荷駆動装置は、再充電可能な蓄電装置と、蓄電装置から電力の供給を受けて第１の電気負荷を駆動可能な駆動装置と、蓄電装置と駆動装置との間に接続され、蓄電装置から供給される電力を蓄電装置の電圧以上に昇圧可能に構成された上述のいずれかの電圧変換装置と、蓄電装置と電圧変換装置との間に接続される第２の電気負荷とを備える。

また、この発明によれば、電動車両は、再充電可能な蓄電装置と、蓄電装置から電力の供給を受ける駆動装置と、駆動装置によって駆動される電動機と、電動機によって駆動される車輪と、蓄電装置と駆動装置との間に接続され、蓄電装置から供給される電力を蓄電装置の電圧以上に昇圧可能に構成された上述のいずれかの電圧変換装置と、蓄電装置と電圧変換装置との間に接続される第２の電気負荷とを備える。

この発明においては、電圧変換装置は、第１および第２のスイッチング素子とリアクトルとを備えた直流チョッパ回路から成る。そして、第１および第２のスイッチング素子の接続ノードとリアクトルとの間に電流抑制回路が設けられ、第２の正極線と第１の正極線との電圧差が予め定められた規定値以下のとき、第１のスイッチング素子を常時通電状態に制御するとともに電流抑制回路へ動作指令が出力されるので、上アームオン制御の実施により上アームがオンされたとき、高電圧側の第２の正極線から第１のスイッチング素子およびリアクトルを介して低電圧側の第１の正極線へ流れ込む電流が抑制される。

したがって、この発明によれば、上アームオン制御時に低電圧側が過電圧になるのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電圧変換装置を搭載した電動車両の全体ブロック図である。図１を参照して、電動車両１０は、蓄電装置Ｂと、昇圧コンバータ２０と、インバータ３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、モータジェネレータＭＧとを備える。また、電動車両１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、補機用蓄電装置５０と、補機６０と、制御装置７０と、電圧センサ８２，８４とをさらに備える。

蓄電装置Ｂは、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂの電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。蓄電装置Ｂは、昇圧コンバータ２０およびＤＣ／ＤＣコンバータ４０へ直流電力を供給する。また、蓄電装置Ｂは、モータジェネレータＭＧによって回生発電される電力を蓄える。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタも採用可能であり、モータジェネレータＭＧにより発電された電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を昇圧コンバータ２０およびＤＣ／ＤＣコンバータ４０へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。

コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬとの間に接続され、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ８２は、コンデンサＣ１の端子間電圧、すなわち正極線ＰＬ１と負極線ＮＬとの間の電圧ＶＬを検出し、その検出値を制御装置７０へ出力する。

昇圧コンバータ２０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬと、電流抑制回路２５とを含む。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬは、正極線ＰＬ１に一端が接続される。そして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードとリアクトルＬとの間に電流抑制回路２５が接続される。

なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２として、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等を用いることができる。

電流抑制回路２５は、抵抗素子Ｒと、リレーＲＹ１，ＲＹ２とを含む。リレーＲＹ１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードとリアクトルＬとの間に接続される。抵抗素子ＲおよびリレーＲＹ２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードとリアクトルＬとの間に直列に接続され、リレーＲＹ１に並列に接続される。

リレーＲＹ１，ＲＹ２は、それぞれ制御装置７０からの信号ＳＥ１，ＳＥ２によってオン／オフされる。抵抗素子Ｒは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がそれぞれオン，オフされる上アームオン制御時、高電圧側の正極線ＰＬ２からスイッチング素子Ｑ１を介して低電圧側の正極線ＰＬ１へ流れる電流を抑制する。

昇圧コンバータ２０は、制御装置７０からの信号ＳＥ１，ＳＥ２によってリレーＲＹ１，ＲＹ２がそれぞれオン，オフされているとき、制御装置７０からの信号ＰＷＭＣに基づいて、リアクトルＬを用いて正極線ＰＬ２の電圧を正極線ＰＬ１よりも高い電圧に昇圧する。

また、昇圧コンバータ２０は、正極線ＰＬ２の電圧と正極線ＰＬ１との電圧差が規定値以下になると、制御装置７０からの信号ＰＷＭＣに基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がそれぞれオン，オフされるとともに（上アームオン制御）、制御装置７０からの信号ＳＥ１，ＳＥ２によってリレーＲＹ１，ＲＹ２がそれぞれオフ，オンされる。

コンデンサＣ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に接続され、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ８４は、コンデンサＣ２の端子間電圧、すなわち正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間の電圧ＶＨを検出し、その検出値を制御装置７０へ出力する。

インバータ３０は、Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６を含む。Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム３２は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム３４は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム３６は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６から成る。ダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に逆並列に接続される。そして、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の接続ノード、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４の接続ノード、およびスイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６の接続ノードは、それぞれモータジェネレータＭＧのＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに接続される。

そして、インバータ３０は、制御装置７０からの信号ＰＷＭＩに基づいて、正極線ＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧを駆動する。また、インバータ３０は、信号ＰＷＭＩに基づいて、モータジェネレータＭＧによって発電される交流電圧を直流電圧に変換して正極線ＰＬ２へ出力する。

モータジェネレータＭＧは、この電動車両１０の駆動輪（図示せず）と連結され、駆動輪を駆動する電動機としてこの電動車両１０に組込まれる。また、電動車両１０の制動時、モータジェネレータＭＧは、駆動輪からの回転力を用いて回生発電を行なう。なお、モータジェネレータＭＧは、エンジン（図示せず）と連結されてエンジン始動を行ない得る電動機として動作し、かつ、エンジンによって駆動される発電機として動作するものとして、電動車両としてのハイブリッド自動車に組込まれてもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬに接続される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、正極線ＰＬ１から受ける直流電圧を降圧して補機用蓄電装置５０へ出力する。補機用蓄電装置５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０から出力される電力を蓄え、その蓄えた電力を補機６０へ供給する。補機６０は、電動パワーステアリングや、灯火装置、オーディオ機器などの補機類を総括表示したものである。

制御装置７０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮ、モータ電流ＭＣＲＴ、モータ回転角θ、電圧センサ８２による電圧ＶＬの検出値、および電圧センサ８４による電圧ＶＨの検出値を受ける。なお、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮは、図示されない車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって算出される。また、モータ電流ＭＣＲＴおよびモータ回転角θは、図示されないセンサによって検出される。

そして、制御装置７０は、昇圧コンバータ２０を駆動するための信号ＰＷＭＣを生成し、その生成した信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ２０へ出力する。ここで、制御装置７０は、後述の方法により、昇圧コンバータ２０の電流抑制回路２５に含まれるリレーＲＹ１，ＲＹ２をオン／オフ制御するための信号ＳＥ１，ＳＥ２を生成して電流抑制回路２５へさらに出力する。また、制御装置７０は、モータジェネレータＭＧを駆動するための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ３０へ出力する。

図２は、図１に示した制御装置７０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置７０は、コンバータ制御部７２と、インバータ制御部７４とを含む。コンバータ制御部７２は、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮおよび電圧ＶＨ，ＶＬに基づいて、昇圧コンバータ２０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＭＣとしてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へ出力する。

ここで、コンバータ制御部７２は、電圧ＶＨの目標値（以下「目標電圧ＶＲ」とも称する。）と電圧ＶＬとの差が規定値以下になると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が常時オン，オフされるように信号ＰＷＭＣを生成する。さらに、コンバータ制御部７２は、昇圧コンバータ２０の電流抑制回路２５に含まれるリレーＲＹ１，ＲＹ２をそれぞれオフ，オンとするための信号ＳＥ１，ＳＥ２を生成して電流抑制回路２５へ出力する。

なお、コンバータ制御部７２は、目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの差が規定値よりも大きいときは、リレーＲＹ１，ＲＹ２をそれぞれオン，オフとするように信号ＳＥ１，ＳＥ２を生成する。

インバータ制御部７４は、トルク指令値ＴＲ、モータ電流ＭＣＲＴ、電圧ＶＨおよびモータ回転角θに基づいて、インバータ３０のスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６をＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＭＩとしてスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６へ出力する。

図３は、図２に示したコンバータ制御部７２の詳細な機能ブロック図である。図３を参照して、コンバータ制御部７２は、インバータ入力電圧指令演算部１０２と、フィードバック電圧指令演算部１０４と、デューティー比演算部１０６と、ＰＷＭ信号変換部１０８と、電圧差判定部１１０とを含む。

インバータ入力電圧指令演算部１０２は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて電圧ＶＨの目標電圧ＶＲを算出し、その算出結果をフィードバック電圧指令演算部１０４および電圧差判定部１１０へ出力する。フィードバック電圧指令演算部１０４は、電圧ＶＨを目標電圧ＶＲに制御するためのフィードバック演算（たとえば比例積分演算）を行ない、その演算結果をデューティー比演算部１０６へ出力する。デューティー比演算部１０６は、電圧ＶＨ，ＶＬに基づいて、電圧ＶＨを目標電圧ＶＲに制御するためのデューティー比を算出し、その算出結果をＰＷＭ信号変換部１０８へ出力する。

電圧差判定部１１０は、インバータ入力電圧指令演算部１０２によって算出された目標電圧ＶＲから電圧ＶＬを差引くことによって得られる電圧差が予め定められたしきい値以下であるか否かを判定する。なお、このしきい値は、スイッチング損失の低減およびデッドタイムによる電圧変動の防止を目的とする上アームオン制御を実施するか否かを判定するためのものである。

そして、電圧差判定部１１０は、目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差がしきい値以下であると判定すると、ＰＷＭ信号変換部１０８へ出力される信号ＵＯＮを活性化するとともに、昇圧コンバータ２０の電流抑制回路２５に含まれるリレーＲＹ１，ＲＹ２をそれぞれオフ，オンするための信号ＳＥ１，ＳＥ２を電流抑制回路２５へ出力する。一方、電圧差判定部１１０は、目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差がしきい値よりも大きいと判定したときは、信号ＵＯＮを非活性化し、リレーＲＹ１，ＲＹ２をそれぞれオン，オフするための信号ＳＥ１，ＳＥ２を電流抑制回路２５へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１０８は、電圧差判定部１１０からの信号ＵＯＮが非活性化されているとき、デューティー比演算部１０６によって算出されたデューティー比に基づいて、昇圧コンバータ２０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をＰＷＭ制御するための信号ＰＷＭＣを生成し、その生成した信号ＰＷＭＣをスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へ出力する。

一方、信号ＵＯＮが活性化されているとき、ＰＷＭ信号変換部１０８は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が常時オン，オフとなるように信号ＰＷＭＣを生成し、その生成した信号ＰＷＭＣをスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へ出力する。

図４は、図１に示した制御装置７０により実行される過電圧防止処理を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとに実行される。図４を参照して、制御装置７０は、目標電圧ＶＲから電圧ＶＬを差引くことによって得られる電圧差が予め定められたしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差がしきい値よりも大きいと判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御装置７０は、ステップＳ１００へ処理を移行する。

ステップＳ１０において目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差がしきい値以下であると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御装置７０は、昇圧コンバータ２０の電流抑制回路２５に含まれるリレーＲＹ２をオンするように信号ＳＥ２を生成し（ステップＳ２０）、リレーＲＹ１をオフするように信号ＳＥ１を生成する（ステップＳ３０）。その後、制御装置７０は、昇圧コンバータ２０の上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１を常時オン（スイッチング素子Ｑ２は常時オフ）するための信号ＰＷＭＣを生成して昇圧コンバータ２０へ出力する（ステップＳ４０）。

上アームオン制御が開始されると、制御装置７０は計時を開始し、上アームオン制御が開始されてから規定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ５０）。この規定時間は、上アームオン制御の開始後、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの電圧差がほぼ解消されるまでの予測時間に基づいて予め設定される。

上アームオン制御が開始されてから規定時間が経過したと判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、制御装置７０は、ステップＳ７０へ処理を移行する。一方、上アームオン制御が開始されてから規定時間が経過していないと判定されると（ステップＳ５０においてＮＯ）、制御装置７０は、目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差が上記のしきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６０）。目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差が上記のしきい値よりも大きいと判定されると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、制御装置７０は、ステップＳ７０へ処理を移行する。目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差がしきい値以下であると判定されると（ステップＳ６０においてＮＯ）、制御装置７０は、ステップＳ５０へ処理を移行する。

ステップＳ５０において規定時間が経過したと判定されるか（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、またはステップＳ６０において目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差がしきい値よりも大きいと判定されると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、制御装置７０は、スイッチング素子Ｑ１を常時オンとしていた上アームオン制御を解除する（ステップＳ７０）。そして、制御装置７０は、リレーＲＹ１をオンするように信号ＳＥ１を生成し（ステップＳ８０）、リレーＲＹ２をオフするように信号ＳＥ２を生成する（ステップＳ９０）。

以上のように、この実施の形態１においては、昇圧コンバータ２０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードとリアクトルＬとの間に電流抑制回路２５が設けられる。そして、電圧ＶＨの目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差がしきい値以下のとき、上アームのスイッチング素子Ｑ１を常時オンとする上アームオン制御が実施されるとともに、電流抑制回路２５に含まれる抵抗素子Ｒによって、上アームのスイッチング素子Ｑ１およびリアクトルＬを介して高電圧側の正極線ＰＬ２から低電圧側の正極線ＰＬ１へ流れ込む電流が抑制される。したがって、この実施の形態１によれば、上アームオン制御時に低電圧側の正極線ＰＬ１が過電圧になるのを防止することができる。その結果、正極線ＰＬ１に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４０に過電圧が印加されるのを防止することができる。

［実施の形態２］
図５は、実施の形態２による電圧変換装置を搭載した電動車両の全体ブロック図である。図５を参照して、この電動車両１０Ａは、図１に示した実施の形態１による電動車両１０の構成において、昇圧コンバータ２０に代えて昇圧コンバータ２０Ａを備え、制御装置７０に代えて制御装置７０Ａを備える。

昇圧コンバータ２０Ａは、図１に示した昇圧コンバータ２０の構成において、電流抑制回路２５に代えて電流抑制回路２５Ａを含む。電流抑制回路２５Ａは、抵抗素子Ｒと、リレーＲＹ３とを含む。抵抗素子ＲおよびリレーＲＹ３は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードとリアクトルＬとの間に配設される正極線と負極線ＮＬとの間に直列に接続される。

リレーＲＹ３は、制御装置７０からの信号ＳＥ３によってオン／オフされる。抵抗素子Ｒは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がそれぞれオン，オフされる上アームオン制御時、スイッチング素子Ｑ１をオンさせたタイミングで高電圧側の正極線ＰＬ２からスイッチング素子Ｑ１を介して瞬間的に流れる電流の一部を負極線ＮＬへ放電することによって、低電圧側の正極線ＰＬ１へ流れ込む電流を抑制する。

再び図２を参照して、制御装置７０Ａは、実施の形態１における制御装置７０の構成において、コンバータ制御部７２に代えてコンバータ制御部７２Ａを含む。再び図３を参照して、コンバータ制御部７２Ａは、実施の形態１におけるコンバータ制御部７２の構成において、電圧差判定部１１０に代えて電圧差判定部１１０Ａを含む。

電圧差判定部１１０Ａは、目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差がしきい値以下であると判定すると、ＰＷＭ信号変換部１０８へ出力される信号ＵＯＮを活性化するとともに、昇圧コンバータ２０Ａの電流抑制回路２５Ａに含まれるリレーＲＹ３をオンするための信号ＳＥ３を電流抑制回路２５Ａへ出力する。一方、電圧差判定部１１０Ａは、目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差がしきい値よりも大きいと判定したときは、信号ＵＯＮを非活性化し、リレーＲＹ３をオフするための信号ＳＥ３を電流抑制回路２５Ａへ出力する。

なお、コンバータ制御部７２Ａのその他の構成は、実施の形態１におけるコンバータ制御部７２と同じである。

図６は、図５に示した制御装置７０Ａにより実行される過電圧防止処理を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立するごとに実行される。図６を参照して、このフローチャートは、図４に示したフローチャートにおいて、ステップＳ２０，Ｓ３０に代えてステップＳ３５を含み、ステップＳ８０，Ｓ９０に代えてステップＳ９５を含む。

すなわち、ステップＳ１０において目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差がしきい値以下であると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御装置７０Ａは、昇圧コンバータ２０Ａの電流抑制回路２５Ａに含まれるリレーＲＹ３をオンするように信号ＳＥ３を生成する（ステップＳ３５）。そして、制御装置７０Ａは、ステップＳ４０へ処理を移行し、昇圧コンバータ２０の上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１を常時オン（スイッチング素子Ｑ２は常時オフ）するための信号ＰＷＭＣを生成して昇圧コンバータ２０Ａへ出力する。

また、ステップＳ７０において、スイッチング素子Ｑ１を常時オンとしていた上アームオン制御が解除されると、制御装置７０Ａは、リレーＲＹ３をオフするように信号ＳＥ３を生成する（ステップＳ９５）。

なお、制御装置７０Ａのその他の機能は、図１に示した実施の形態１における制御装置７０と同じである。

以上のように、この実施の形態２においては、電圧ＶＨの目標電圧ＶＲと電圧ＶＬとの電圧差がしきい値以下のとき、上アームのスイッチング素子Ｑ１を常時オンとする上アームオン制御が実施されるとともに、電流抑制回路２５Ａに含まれる抵抗素子Ｒによって、高電圧側の正極線ＰＬ２からスイッチング素子Ｑ１を介して流れる電流の一部が負極線ＮＬへ放電され、低電圧側の正極線ＰＬ１へ流れ込む電流が抑制される。したがって、この実施の形態２によっても、上アームオン制御時に低電圧側の正極線ＰＬ１が過電圧になるのを防止することができる。その結果、正極線ＰＬ１に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４０に過電圧が印加されるのを防止することができる。

なお、上記の各実施の形態においては、蓄電装置Ｂは、再充電可能な二次電池としたが、燃料電池であってもよい。そして、上記においては、電動車両１０，１０Ａは、電気自動車としたが、この発明の適用範囲は、電気自動車に限定されるものではなく、ハイブリッド自動車や燃料電池車にもこの発明は適用可能である。

なお、上記において、正極線ＰＬ１，ＰＬ２は、それぞれこの発明における「第１の正極線」および「第２の正極線」の一実施例に対応し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、それぞれこの発明における「第１のスイッチング素子」および「第２のスイッチング素子」の一実施例に対応する。また、制御装置７０，７０Ａは、この発明における「制御部」の一実施例に対応し、リレーＲＹ１，ＲＹ２は、それぞれこの発明における「第１のリレー」および「第２のリレー」の一実施例に対応する。さらに、リレーＲＹ３は、この発明における「リレー」の一実施例に対応する。

また、さらに、モータジェネレータＭＧは、この発明における「第１の電気負荷」および「電動機」の一実施例に対応し、インバータ３０は、この発明における「駆動装置」の一実施例に対応する。また、さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、この発明における「第２の電気負荷」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による電圧変換装置を搭載した電動車両の全体ブロック図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図２に示すコンバータ制御部の詳細な機能ブロック図である。 図１に示す制御装置により実行される過電圧防止処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２による電圧変換装置を搭載した電動車両の全体ブロック図である。 図５に示す制御装置により実行される過電圧防止処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０，１０Ａ 電動車両、２０，２０Ａ 昇圧コンバータ、２５，２５Ａ 電流抑制回路、３０ インバータ、３２ Ｕ相アーム、３４ Ｖ相アーム、３６ Ｗ相アーム、４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０ 補機用蓄電装置、６０ 補機、７０，７０Ａ 制御装置、７２，７２Ａ コンバータ制御部、７４ インバータ制御部、８２，８４ 電圧センサ、１０２ インバータ入力電圧指令演算部、１０４ フィードバック電圧指令演算部、１０６ デューティー比演算部、１０８ ＰＷＭ信号変換部、１１０，１１０Ａ 電圧差判定部、Ｂ 蓄電装置、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＮＬ 負極線、Ｌ リアクトル、ＲＹ１〜ＲＹ３ リレー、Ｒ 抵抗素子、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６ スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６ ダイオード、ＭＧ モータジェネレータ。

Claims (5)

1. 第１の正極線と第２の正極線との間に接続され、前記第２の正極線の電圧を前記第１の正極線の電圧以上に昇圧する電圧変換装置であって、
   前記第２の正極線に接続される第１のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子と負極線との間に接続される第２のスイッチング素子と、
   前記第１および第２のスイッチング素子の接続ノードと前記第１の正極線との間に配設されるリアクトルと、
   前記接続ノードと前記リアクトルとの間に設けられ、与えられる指令に従って、前記接続ノードから前記リアクトルへ流れる電流を抑制可能に構成された電流抑制回路と、
   前記第２の正極線と前記第１の正極線との電圧差が予め定められた規定値以下のとき、前記第１のスイッチング素子を常時通電状態に制御するとともに前記電流抑制回路へ前記指令を出力する制御部とを備える電圧変換装置。
2. 前記電流抑制回路は、
   前記接続ノードと前記リアクトルとの間に接続される第１のリレーと、
   前記接続ノードと前記リアクトルとの間に直列に接続され、前記第１のリレーに並列に接続される抵抗素子および第２のリレーとを含み、
   前記制御部は、前記電圧差が前記規定値よりも大きいとき、前記第１および第２のリレーをそれぞれオン，オフさせ、前記電圧差が前記規定値以下のとき、前記第１のスイッチング素子を常時通電状態に制御するとともに前記第１および第２のリレーをそれぞれオフ，オンさせる、請求項１に記載の電圧変換装置。
3. 前記電流抑制回路は、前記接続ノードと前記リアクトルとの間に配設される電力線と前記負極線との間に直列に接続される抵抗素子およびリレーを含み、
   前記制御部は、前記電圧差が前記規定値よりも大きいとき、前記リレーをオフさせ、前記電圧差が前記規定値以下のとき、前記第１のスイッチング素子を常時通電状態に制御するとともに前記リレーをオンさせる、請求項１に記載の電圧変換装置。
4. 再充電可能な蓄電装置と、
   前記蓄電装置から電力の供給を受けて第１の電気負荷を駆動可能な駆動装置と、
   前記蓄電装置と前記駆動装置との間に接続され、前記蓄電装置から供給される電力を前記蓄電装置の電圧以上に昇圧可能に構成された請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電圧変換装置と、
   前記蓄電装置と前記電圧変換装置との間に接続される第２の電気負荷とを備える負荷駆動装置。
5. 再充電可能な蓄電装置と、
   前記蓄電装置から電力の供給を受ける駆動装置と、
   前記駆動装置によって駆動される電動機と、
   前記電動機によって駆動される車輪と、
   前記蓄電装置と前記駆動装置との間に接続され、前記蓄電装置から供給される電力を前記蓄電装置の電圧以上に昇圧可能に構成された請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電圧変換装置と、
   前記蓄電装置と前記電圧変換装置との間に接続される第２の電気負荷とを備える電動車両。

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