JP2009290920A

JP2009290920A - 電動車両用電源制御装置

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Publication number: JP2009290920A
Application number: JP2008137644A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Kobayashi; 信昭小林; Seiji Kamata; 誠二鎌田
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: US20090295224A1; US7956488B2; JP4969516B2

Abstract

【課題】安価なコストで実現できる電子プリチャージ回路を提供する。
【解決手段】電動車両用制御装置は、高圧バッテリＢ、ＰＤＵ（パワードライブユニット）２、バッテリ電圧センサ４、平滑コンデンサ電圧センサ６、メインコンタクタ８、電子プリチャージ回路１０、バッテリＥＣＵ１２及びモータ１４、並びにバッテリ電流センサ、サーミスタ、ヒューズ及びブレーカを備える。電子プリチャージ回路１０は、高圧バッテリＢから平滑コンデンサＣへのプリチャージ及び平滑コンデンサＣから高圧バッテリＢへの放電を行う回路であり、メインコンタクタ８に並列に接続され、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、第３ダイオードＤ３、第４ダイオードＤ４、ＦＥＴＱ１及びゲート回路２０を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧直流電源と、高圧直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータと高圧直流電源との間に設けられた平滑コンデンサと、高圧直流電源及び平滑コンデンサの負極側、若しくは高圧直流電源及び平滑コンデンサの正極側に設けられ、高圧直流電源と平滑コンデンサとの間を接断するメインコンタクタと、メインコンタクタに並列に設けられたプリチャージ回路とを有する電動車両用電源制御装置に関する。

ハイブリッド車両、燃料電池車両や電気自動車等の電動車両などでは、発電・電動機（以下、電動機又はモータと略す）により、駆動力が生成され、車軸に伝達される。車両の走行状態に応じた最適な駆動力を得るために、高圧バッテリ（高圧直流電源）の電圧をインバータにより直流／３相交流に変換し、モータの駆動力を得ている。また、車軸から電動機に伝達された運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、インバータより３相交流／直流変換し、高圧バッテリに回生している。高圧バッテリとインバータの間を接断するために機械的リレーのメインコンタクタが設けられている。また、一次電源の平滑とサージ電圧を抑制し、デバイスを保護するために平滑コンタクタが設けられている。

イグニッションスイッチがＯＮしたときに、メインコンタクタをＯＮして、平滑コンデンサをチャージすると、突入電流により平滑コンデンサが損傷することから損傷防止及びメインコンタクタの溶着防止のために、平滑コンデンサをプリチャージしている。

また、回生時に平滑コンデンサと高圧バッテリとの間に大きな電位差が生じている時、メインコンタクタをＯＮしていると、高圧バッテリに過電圧が加わり、高圧バッテリの寿命が短くなることから、メインコンコンタクタをＯＦＦして、プリチャージ回路より平滑コンデンサから高圧バッテリに放電している。

そのため、プリチャージ回路には、高圧バッテリから平滑コンデンサへの充電と平滑コンデンサから高圧バッテリへの放電のための双方向の通電が求められる。従来、平滑コンデンサのプリチャージに関する先行技術として、特許文献１がある。

特許文献１には、メインコンタクタ３がオンする前に、プリチャージコンタクタ５をオンして、高圧バッテリ１から電流制限素子（抵抗）４及び機械式プリチャージコンタクタ５を通して、平滑コンデンサ６をプリチャージすることが記載されている。

特許文献２には、ＦＥＴタイプの半導体リレーからなるシステムメインリレーＳＭＲ１及び制限抵抗Ｒによりプリチャージ回路を構成して、プリチャージを行い、回生時には、システムメインリレーＳＭＲ２により、平滑コンデンサＣから高圧バッテリに充電することが記載されている。
特開平０９−０５６１６７号公報特開２００６−３０４４０８号公報

しかしながら、特許文献１では、プリチャージコンタクタが機械式リレーであるためコストが高いという問題点がある。また、プリチャージ抵抗が外付けであるため、回路規模が大きくなるという問題点がある。

また、特許文献２では、ＦＥＴタイプのシステムメインリレーは高圧バッテリから平滑コンデンサへのプリチャージのみで使用されていたが、上述のように、平滑コンデンサから高圧バッテリに放電するために双方向に通電する必要がある。ＦＥＴタイプの半導体スイッチで双方向通電を行う場合、高圧バッテリから平滑コンデンサへの充電及び平滑コンデンサから高圧バッテリへの放電のために個別に半導体リレーが必要となり、コストが高くなるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高圧バッテリから平滑コンデンサへの充電及び平滑コンデンサから高圧バッテリへの放電の双方向通電を共通スイッチ素子を用いて行い、コストを低減することのできる電子プリチャージ回路を提供することを目的とする。更に、いずれか１つの共通スイッチがＯＮ故障した場合でも、保護機能を果たすことのできる電子プリチャージ回路を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明によれば、高圧直流電源と、前記高圧直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータと前記高圧直流電源との間に設けられた平滑コンデンサと、前記高圧直流電源及び前記平滑コンデンサの間に設けられ、前記高圧直流電源と前記平滑コンデンサとの間を接断するメインコンタクタと、前記メインコンタクタに並列に設けられたプリチャージ回路とを有する電動車両用電源制御装置において、前記プリチャージ回路は、前記メインコンタクタに、並列に接続され、前記平滑コンデンサから前記高圧直流電源への放電電流を、前記高圧直流電源の負極から前記平滑コンデンサの負極に、又は前記平滑コンデンサの正極から前記高圧直流電源の正極に流れる放電経路と、前記メインコンタクタに、並列に接続され、前記高圧直流電源から前記平滑コンデンサへの充電電流を、前記平滑コンデンサの負極から前記高圧直流電源の負極に、又は前記高圧直流電源の正極から前記平滑コンデンサの正極に流れる充電経路とを備え、前記放電経路及び前記充電経路に、少なくとも１つの共通スイッチ素子を備えることを特徴とする電動車両用電源制御装置が提供される。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記放電経路に、前記メインコンタクタの一端に電気的に接続され、前記放電電流を流す第１ダイオードと、前記メインコンタクタの他端に電気的に接続され、前記放電電流を流す第４ダイオードとを備え、前記充電経路に、前記メインコンタクタの前記他端に電気的に接続され、前記充電電流を流す第２ダイオードと、前記メインコンタクタの前記一端に電気的に接続され、前記充電電流を流す第３ダイオードとを備え、前記第１及び第４ダイオードの間、並びに前記第２及び第３ダイオードの間に、前記少なくとも１つの共通スイッチ素子を配置することを特徴とする電動車両用電源制御装置が提供される。

請求項１記載の発明によると、放電経路により、平滑コンデンサから高圧直流電源への放電に係る放電電流を、高圧直流電源の負極から平滑コンデンサの負極に、又は平滑コンデンサの正極から高圧直流電源の正極に流し、充電経路により、高圧直流電源から平滑コンデンサへの充電に係る充電電流を、平滑コンデンサの負極から高圧直流電源の負極に、又は高圧直流電源の正極から平滑コンデンサの正極に流し、放電経路及び充電経路は、放電電流及び充電電流を流す共通スイッチ素子を備えているので、双方向の放電電流及び充電電流を少なくとも１つの共通スイッチ素子を用いて流すことができ、コストを低減させることができる。また、共通スイッチ素子に流れる放電電流及び充電電流の方向を同一とすることにより、共通スイッチ素子の耐圧が一方向のもので済み、コストを低減させることができる。更に、充電経路及び放電経路に、複数の共通スイッチ素子を配置することにより、いずれか一方の共通スイッチ素子がＯＮ故障していても、正常な共通スイッチ素子を用いて、充電及び放電経路のＯＮ／ＯＦＦができるので、ＯＮ故障時の保護機能を果たすことができる。

請求項２記載の発明によれば、放電経路に第１ダイオード及び第４ダイオード、充電経路に、第２ダイオード及び第３ダイオードを備え、充電経路に第２ダイオード及び第３ダイオードを備え、第１及び第４ダイオードの間、並びに第２ダイオード及び第３ダイオードの間に、少なくとも１つの共通スイッチ素子を配置したので、安価な部品により電子プリチャージ回路を構成することができる。

第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態による高圧バッテリが搭載されたハイブリッド車両や電気自動車や燃料電池車等の電動車両用制御装置の構成図である。図１に示すように、電動車両用制御装置は、高圧バッテリＢ、ＰＤＵ（パワードライブユニット）２、バッテリ電圧センサ４、平滑コンデンサ電圧センサ６、メインコンタクタ８、電子プリチャージ回路１０、バッテリＥＣＵ１２及びモータ１４、並びに図示しないバッテリ電流センサ、サーミスタ、ヒューズ及びブレーカを備える。

高圧バッテリ（高圧直流電源）Ｂは、モータ１４にインバータ３を介して電力供給するための蓄電装置であり、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などであり、複数の単電池がモジュール化された複数のバッテリブロックが直列接続されている。

ＰＤＵ２は、平滑コンデンサＣ及びインバータ３を有する。平滑コンデンサＣは、一次電源の平滑とサージ電圧を抑制するために、高圧バッテリＢやインバータ３からの出力電圧を平滑化するコンデンサであり、正極が高圧バッテリＢの正極に接続され、負極はメインコンタクタ８の他方の接点及び電子プリチャージ回路１０に接続されている。

インバータ３は、モータ１４の駆動（モータ１４によるアシスト）時には、高圧バッテリＢからの電圧を図示しないモータＥＣＵによる図示しないスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦのＰＷＭ制御により３相の交流電圧に変換し、モータ１４に出力する。また、モータ１４の回生時には、モータ１４で発電された３相交流電圧をモータＥＣＵの制御により直流電圧に変換する。

バッテリ電圧センサ４は、高圧バッテリＢの電圧を検出し、検出信号をバッテリＥＣＵ１２に出力する。平滑コンデンサ電圧センサ６は、平滑コンデンサＣの電圧を検出し、検出信号をバッテリＥＣＵ１２に出力する。メインコンタクタ８は、高圧バッテリＢの負極と平滑コンデンサＣの負極の間の接続を機械的にＯＮ／ＯＦＦする１ａ接点構成のリレーで構成され、高圧バッテリＢ及びＰＤＵ２間の電力供給を実施又は遮断するためのものであり、一方の接点が高圧バッテリＢの負極に接続され、他方の接点が平滑コンデンサＣの負極及び電子プリチャージ回路１０に接続されている。

電子プリチャージ回路１０は、高圧バッテリＢから平滑コンデンサＣへのプリチャージ及び平滑コンデンサＣから高圧バッテリＢへの放電を行う回路であり、メインコンタクタ８に並列に接続され、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、第３ダイオードＤ３、第４ダイオードＤ４、ＦＥＴＱ１及びゲート回路２０を有する。

第１ダイオードＤ１は、平滑コンデンサＣから高圧バッテリＢに放電する時、放電電流を高圧バッテリＢの負極から平滑コンデンサＣの負極に一方向に流すためのスイッチであり、アノードが高圧バッテリＢの負極、第３ダイオードＤ３のカソード及びメインコンタクタ８の一方の接点に電気的に接続され、カソードが第２ダイオードＤ２のカソード及びＦＥＴＱ１の第１電極（ドレイン）に電気的に接続されている。ここで、電気的に接続されているとは、直接接続されていること及び抵抗を通して接続されていることを意味する。

第２ダイオードＤ２は、高圧バッテリＢから平滑コンデンサＣに充電する時、充電電流を平滑コンデンサＣの負極から高圧バッテリＢの負極に一方向に流すためのスイッチであり、アノードが平滑コンデンサＣの負極、第４ダイオードＤ４のカソード及びメインコンタクタ８の他方の接点に電気的に接続され、カソードが第１ダイオードＤ１のカソード及びＦＥＴＱ１のドレインに電気的に接続されている。

第３ダイオードＤ３は、高圧バッテリＢから平滑コンデンサＣに充電する時、充電電流を平滑コンデンサＣの負極から高圧バッテリＢの負極に一方向に流すためのスイッチであり、アノードがＦＥＴＱ１の第２電極（ソース）、第４ダイオードＤ４のアノード及びゲート回路２０に電気的に接続され、カソードが高圧バッテリＢの負極、第１ダイオードＤ１のアノード及びメインコンタクタ８の一方の接点に電気的に接続されている。

第４ダイオードＤ４は、平滑コンデンサＣから高圧バッテリＢに放電する時、放電電流を高圧バッテリＢの負極から平滑コンデンサＣの負極に一方向に流すためのスイッチであり、アノードがＦＥＴＱ１のソース、第３ダイオードＤ３のアノード及びゲート回路２０に電気的に接続され、カソードが第２ダイオードＤ２のアノード、平滑コンデンサＣの負極及びメインコンタクタ８の他方の接点に電気的に接続されている。

ＦＥＴ（共通スイッチ素子）Ｑ１は、制御電極（ゲート）、第１電極（ドレイン）及び第２電極（ソース）を有し、制御電極に印加される制御信号に基づいて第１及び第２電極間の導通が制御されるｎチャネル型電界効果トランジスタであり、ドレインが第１及び第２ダイオードＤ１，Ｄ２のカソードに電気的に接続され、ソースが第３及び第４ダイオードＤ３，Ｄ４のアノードに電気的に接続されている。

第１ダイオードＤ１、ＦＥＴＱ１及び第４ダイオードＤ４は、平滑コンデンサＣから高圧バッテリＢへの放電に係る放電電流を、高圧バッテリＢの負極から平滑コンデンサＣの負極に流す放電経路を構成し、第２ダイオードＤ２、ＦＥＴＱ１及び第３ダイオードＤ３は、高圧バッテリＢから平滑コンデンサＣへの充電に係る充電電流を、平滑コンデンサＣの負極から高圧バッテリＢの負極に流す充電経路を構成する。

ゲート回路２０は、バッテリＥＣＵ１２からの制御信号に基づいて、ＦＥＴＱ１のＯＮ／ＯＦＦを制御するとともに充放電電流を抑制する定電流回路、例えば、ソースフォロアの定電流回路である。第３及び第４ダイオードＤ３，Ｄ４のＯＮするダイオードのアノードの電圧は、高圧バッテリＢの負極もしくは平滑コンデンサＣの負極のいずれか低い電圧となるため、例えば、以下のようにしてゲート回路２０を構成する。

ゲート回路２０に、第３及び第４ダイオードＤ３，Ｄ４のアノードとＦＥＴＱ１のゲート間に並列に第１抵抗、及びカソードをＦＥＴＱ１のゲートに接続し、アノードを第３及び第４ダイオードＤ３，Ｄ４のアノードに接続したツェナーダイオード、トランジスタ等からなるスイッチ並びに第２抵抗を設ける。

直流電圧（高圧バッテリＢの負極をグラウンドとする）をスイッチ及び第２抵抗を通して、第１抵抗及びツェナーダイオードに印加して、ツェナーダイオードを定電圧にクランプ、若しくは第１抵抗により、第３及び第４ダイオードＤ３，Ｄ４のアノードの電圧から一定電圧レベルシフトしてゲートに印加する。ＦＥＴＱ１のソースと第３及び第４ダイオードＤ３，Ｄ４のアノードの間に抵抗を設けて、充放電電流を調整する。

ＦＥＴＱ１のＯＮ／ＯＦＦは、スイッチのＯＮ／ＯＦＦによるバッテリＥＣＵ１２から制御信号に基づいて制御される。ゲート回路２０により、充放電電流が、例えば、数Ａ程度に抑制され、突入電流による平滑コンデンサＣの損傷の防止と高圧バッテリＢの寿命が短かくなることから保護できる。

第１ダイオードＤ１と第４ダイオードＤ４の間にＦＥＴＱ１が設けられていることから、第１ダイオードＤ１から第４ダイオードＤ４へＦＥＴＱ１を介して、平滑コンデンサＣから高圧バッテリＢへの放電時の放電電流が流れるようになっている。高圧バッテリＢの負極の電圧が平滑コンデンサＣの負極の電圧よりも高く放電電流が流れているとき、第２及び第３ダイオードＤ２，Ｄ３は、逆バイアスされるので、高圧バッテリＢの負極の電圧と平滑コンデンサＣの負極の電圧との電圧差に応じた逆バイアス耐性を有する。

第２ダイオードＤ２と第３ダイオードＤ４の間にＦＥＴＱ１が設けられていることから、第２ダイオードＤ２から第３ダイオードＤ３へＦＥＴＱ１を介して、高圧バッテリＢから平滑コンデンサＣへの充電時に充電電流が流れるようになっている。平滑コンデンサの負極の電圧が高圧バッテリＢの負極の電圧よりも高く充電電流が流れているとき、第１及び第４ダイオードＤ１，Ｄ４は、逆バイアスされるので、平滑コンデンサの負極の電圧と高圧バッテリＢの負極の電圧との電圧差に応じた逆バイアス耐圧を有する。

ＦＥＴＱ１のドレインが第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２のカソードに電気的に接続されていることから、第１及び第２ダイオードＤ１，Ｄ２の中でＯＮしたいずれか一方のダイオードから放電又は充電電流がＦＥＴＱ１のドレインに流れ込むようになっている。ソースは第３及び第４ダイオードＤ３，Ｄ４のアノードに電気的に接続され、放電又は充電電流がＦＥＴＱ１のソースから第３及び第４ダイオードＤ３，Ｄ４の中でＯＮしたいずれか一方のダイオードに流れ出るようになっている。このように、ＦＥＴＱ１では、充放電での放電及び充電電流が流れる方向は一方向となる。このため、ＦＥＴＱ１の耐圧は一方向のもので良く、安価なＦＥＴで構成することができる。

第１ダイオードＤ１と第４ダイオードＤ４の間及び第２ダイオードＤ２と第３ダイオードＤ３の間に設けられ、放電及び充電電流が一方向に流れる半導体スイッチであれば、ＦＥＴＱ１に限定されることはなく、トランジスタ等の他のスイッチ素子でも良い。また、ダイオードＤ１〜Ｄ４は他のスイッチ素子であっても良い。

バッテリＥＣＵ１２は、図示しないイグニッションスイッチＩＧ＿ＳＷのＯＮにより、ＦＥＴＱ１をＯＮして、高圧バッテリＢから平滑コンデンサＣへのプリチャージの制御と、平滑コンデンサ電圧センサ６から出力される平滑コンデンサＣの電圧がバッテリ電圧センサ４から出力される高圧バッテリＢの電圧よりも規定電圧以上高い場合は、ＦＥＴＱ１をＯＮして、平滑コンデンサＣから高圧バッテリＢへの放電の制御及びバッテリ電流センサ等のセンサ出力に基づいて高圧バッテリＢの監視・制御を行う。

モータ１４は、その出力軸はハイブリッド車両では図示しないエンジンのクランク軸に連結され、例えば、３相のブラシレスモータが用いられて、駆動時には、インバータ３により交流電力、例えば、三相交流電力が供給され、電動機として作動し、電動機が駆動されることによりエンジンの始動を行ったり、エンジンの駆動力をアシストする。また、車軸からモータ１４に伝達された運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、インバータ３より３相交流／直流変換し、高圧バッテリに回生している。

図２は高圧バッテリＢから平滑コンデンサＣへのプリチャージのフローチャートである。図３はプリチャージ時の充電電流の電流経路を示す図である。図４はプリチャージ時のタイムチャートである。以下、これらの図面を参照して、高圧バッテリＢから平滑コンデンサＣへのプリチャージ方法の説明をする。

ステップＳ２で図示しないイグニッションスイッチＩＧ＿ＳＷがＯＮされたか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップＳ４に進む。否定判定ならば終了する。例えば、図４中の時刻ｔ０でイグニッションスイッチＩＧ＿ＳＷがＯＮされたとする。ステップＳ４でメインコンタクタ８をＯＦＦする。ステップＳ６でＦＥＴＱ１をＯＮする。

平滑コンデンサＣの負極の電圧が高圧バッテリＢの負極の電圧よりも高いので、第２及び第３ダイオードＤ２，Ｄ３が順バイアスされて、ＯＮし、図３に示すように、高圧バッテリＢの正極→平滑コンデンサＣの正極→平滑コンデンサＣの負極→第２ダイオードＤ２→ＦＥＴＱ１→第３ダイオードＤ３→高圧バッテリＢの負極に充電電流が流れ、平滑コンデンサＣが充電される。このとき、図４に示すように、定電流回路２０によりＦＥＴＱ１に流れる充電電流が数Ａ程度に抑制されるので、平滑コンデンサＣに突入電流が流れることはなく、平滑コンデンサＣを保護できる。

ステップＳ８で高圧バッテリＢの電圧と平滑コンデンサＣの電圧の電圧差が第１規定電圧以下に、例えば、平滑コンデンサＣの電圧が高圧バッテリＢの電圧に等しくなったか否かを判定する。肯定判定ならば、プリチャージが終了したのでステップＳ１０に進む。例えば、時刻ｔ１でプリチャージが終了する。否定判定ならば、プリチャージが終了していないので、ステップＳ８で平滑コンデンサＣの電圧が第１規定電圧以上になるまでプリチャージする。ステップＳ１０でＦＥＴＱ１をＯＦＦする。ステップＳ１２でメインコンタクタ８をＯＮする。

図５は平滑コンデンサＣから高圧バッテリＢへの放電のフローチャートである。図６は放電時の放電電流の電流経路を示す図である。図７は放電時のタイムチャートである。以下、これらの図を参照して、平滑コンデンサＣから高圧バッテリＢへの放電方法の説明をする。

ステップＳ２０で平滑コンデンサＣの電圧の方が高圧バッテリＢの電圧よりも第２規定電圧以上高いか否かを判定する。肯定判定ならばステップＳ２２に進む。否定判定ならば終了する。ステップＳ２２でメインコンタクタ８をＯＦＦする。ステップＳ２４でＦＥＴＱ１をＯＮする。例えば、図６中の時刻ｔ１０でＦＥＴＱ１がＯＮされたとする。

平滑コンデンサＣの電圧が高圧バッテリＢの電圧よりも高く、平滑コンデンサＣの負極の電圧は高圧バッテリＢの負極の電圧よりも低くなるので、第１及び第４ダイオードＤ１，Ｄ４が順バイアスされて、ＯＮし、図６に示すように、平滑コンデンサＣの正極→高圧バッテリＢの正極→高圧バッテリＢの負極→第１ダイオードＤ１→ＦＥＴＱ１→第４ダイオードＤ４→平滑コンデンサＣの負極に放電電流が流れ、平滑コンデンサＣの電荷が高圧バッテリＢに放電される。

このとき、図７に示すように、定電流回路２０によりＦＥＴＱ１に流れる電流が数Ａ程度に抑制されるので、平滑コンデンサＣに高圧バッテリＢに突入電流が流れることはなく、高圧バッテリＢを保護できる。また、メインコンタクタ８をＯＦＦしているので、メインコンタクタ８の溶着の防止や高圧バッテリＢの保護ができる。

ステップＳ２６で（平滑コンデンサＣの電圧−高圧バッテリＢの電圧）が第３規定電圧以下に、例えば、平滑コンデンサＣの電圧が高圧バッテリＢの電圧に等しくなったか否かを判定する。肯定判定ならば、放電が終了したのでステップＳ２８に進む。否定判定ならば、放電が終了していないので、ステップＳ２６で（平滑コンデンサＣの電圧−高圧バッテリＢの電圧）が第３規定電圧以下になるまで放電する。ステップＳ２８でＦＥＴＱ１をＯＦＦする。例えば、時刻ｔ１１でＦＥＴＱ１をＯＦＦする。ステップＳ３０でメインコンタクタ８をＯＮする。

以上説明した第１実施形態によれば、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４及び１個のＦＥＴＱ１により、充放電の双方向の通電を行うので、プリチャージ抵抗とプリチャージコンタクタを用いた場合やＦＥＴを２個設けて双方向に通電を行う場合に比べて、コストが低減するとともに回路規模が小さくなる。また、ＦＥＴＱ１に流れる充放電電流を一方向としたので、ＦＥＴＱ１の耐圧が一方向で済み、コストを低減することができる。

第２実施形態
図８は本発明の第１実施形態による高圧バッテリが搭載されたハイブリッド車両や電気自動車や燃料電池車等の電動車両用制御装置の構成図であり、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を附している。本実施形態では、メインコンタクタ８及び電子プリチャージ回路５０を高圧バッテリＢの正極と平滑コンデンサＣの正極の間に設けた点が第１実施形態と異なる。

ゲート回路５２は、ゲート回路２０と同様の定電流回路であり、高圧バッテリＢの正極の電圧と平滑コンデンサＣの正極の電圧の低い方の電圧でＦＥＴＱ１を駆動する必要があることから、ゲート回路２０と同様に、第３ダイオードＤ３のアノード及び第４ダイオードＤ３のアノードの電圧から電圧を抵抗やツェナーダイオードによりレベルシフトして、ＦＥＴＱ１のゲートに印加する。

電子プリチャード回路５０の構成は、図１中の電子プリチャージ回路１０と実質的に同一である。第２ダイオードＤ２、ＦＥＴＱ１、第３ダイオードＤ３は、平滑コンデンサＣから高圧バッテリＢへの放電に係る放電電流を流す放電経路を構成し、第１ダイオードＤ１、ＦＥＴＱ１及び第４ダイオードＤ４は、高圧バッテリＢから平滑コンデンサＣに充電に係る充電電流を流す充電経路を構成する。

図９はプリチャージ時の充電電流の流れを示す図である。プリチャージ時の動作フローは、第１実施形態と同様なので、プリチャージ時の電流経路のみを説明する。ＦＥＴＱ１がＯＮすると、高圧バッテリＢの正極の電圧が平滑コンデンサＣの正極の電圧よりも高いので、第１及び第４ダイオードＤ１，Ｄ４が順バイアスされて、ＯＮし、図９に示すように、高圧バッテリＢの正極→第１ダイオードＤ１→ＦＥＴＱ１→第４ダイオードＤ４→平滑コンデンサＣの正極→平滑コンデンサＣの負極→高圧バッテリＢの負極に充電電流が流れて、平滑コンデンサＣがプリチャージされる。このとき、ゲート回路５２によりＦＥＴＱ１に流れる電流が数Ａ程度に抑制されるので、平滑コンデンサＣに突入電流が流れることはなく、平滑コンデンサＣを保護できる。

図１０は充電電流の流れを示す図である。放電時の動作フローは、第１実施形態と同様なので、放電時の電流経路をする。ＦＥＴＱ１がＯＮすると、放電時は、平滑コンデンサＣの正極の電圧が高圧バッテリＢの正極の電圧よりも高いので、第２及び第３ダイオードＤ２，Ｄ３が順バイアスされて、ＯＮし、図１０に示すように、平滑コンデンサＣの正極→第２ダイオードＤ２→ＦＥＴＱ１→第３ダイオードＤ３→高圧バッテリＢの正極→高圧バッテリＢの負極→平滑コンデンサＣの負極に放電電流が流れ、高圧バッテリＢが充電される。このとき、ゲート回路５２によりＦＥＴＱ１に流れる電流が数Ａ程度に抑制されるので、高圧バッテリＢに突入電流が流れることはなく、高圧バッテリＢを保護できる。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果がある。

図１１は本発明の変形例の電動車両用制御装置を示す図であり、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を附している。本変形例では、第１ダイオードＤ１及び第４ダイオードＤ４の間、並びに第２ダイオードＤ２及び第３ダイオードＤ３の間に共通スイッチ素子として、ＦＥＴＱ１に直列にＦＥＴＱ２（共通スイッチ素子）を設けている点が図１中の電動車両用制御装置と異なる。ＦＥＴＱ２のドレインは、ＦＥＴＱ１のソースに電気的に接続され、ＦＥＴＱ２のソースはダイオードＤ３，Ｄ４のアノードに電気的に接続されている。

尚、ＦＥＴＱ２のＯＮ／ＯＦＦを制御するＦＥＴＱ１のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート回路２０と同様の構成の図示しないゲート回路が設けられている。また、ＦＥＴＱ１，Ｑ２に、更に直列にＦＥＴを設けても良い。

図１１の電動車両用制御装置の充電及び放電の動作は、図１と同様であるが、共通スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のいずれか一方、例えば、ＦＥＴＱ１がＯＮ故障時（例えば、ＦＥＴＱ１の溶着時）でも、ＦＥＴＱ２が正常にＯＮ／ＯＦＦするので、充電及び放電を正常に行うことができ、ＦＥＴＱ１のＯＮ故障時の保護機能を果たすことができる。

また、同様に、図８中の第１ダイオードＤ１及び第４ダイオードＤ４の間、並びに第２ダイオードＤ２及び第３ダイオードＤ３の間に共通スイッチ素子として、直列に接続された複数のＦＥＴＱ１，Ｑ２（共通スイッチ素子）を設けても良い。このとき、ＦＥＴＱ２のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート回路５２と同様の構成の図示しないゲート回路が設けられる。

本発明の第１実施形態による電動車両用制御装置の構成図である。プリチャージのフローチャートである。プリチャージの電流経路を示す図ある。プリチャージのタイムチャートである。放電のフローチャートである。放電の電流経路を示す図である。放電のタイムチャートである。本発明の第２実施形態による電動車両用制御装置の構成図である。プリチャージの電流の流れを示す図である。放電の電流の流れを示す図である。本発明の変形例の電動車両用制御装置の構成図である。

符号の説明

Ｂ高圧直流電源
３インバータ
Ｃ平滑コンデンサ
８メインコンタクタ
１０，５０電子プリチャージ回路
１４モータ
Ｄ１第１ダイオード
Ｄ２第２ダイオード
Ｄ３第３ダイオード
Ｄ４第４ダイオード
Ｑ１ＦＥＴ

Claims

高圧直流電源と、前記高圧直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータと前記高圧直流電源との間に設けられた平滑コンデンサと、前記高圧直流電源及び前記平滑コンデンサの間に設けられ、前記高圧直流電源と前記平滑コンデンサとの間を接断するメインコンタクタと、前記メインコンタクタに並列に設けられたプリチャージ回路とを有する電動車両用電源制御装置において、
前記プリチャージ回路は、
前記メインコンタクタに、並列に接続され、前記平滑コンデンサから前記高圧直流電源への放電電流を、前記高圧直流電源の負極から前記平滑コンデンサの負極に、又は前記平滑コンデンサの正極から前記高圧直流電源の正極に流れる放電経路と、前記メインコンタクタに、並列に接続され、前記高圧直流電源から前記平滑コンデンサへの充電電流を、前記平滑コンデンサの負極から前記高圧直流電源の負極に、又は前記高圧直流電源の正極から前記平滑コンデンサの正極に流れる充電経路とを備え、
前記放電経路及び前記充電経路に、少なくとも１つの共通スイッチ素子を備えることを特徴とする電動車両用電源制御装置。
前記放電経路に、前記メインコンタクタの一端に電気的に接続され、前記放電電流を流す第１ダイオードと、前記メインコンタクタの他端に電気的に接続され、前記放電電流を流す第４ダイオードとを備え、
前記充電経路に、前記メインコンタクタの前記他端に電気的に接続され、前記充電電流を流す第２ダイオードと、前記メインコンタクタの前記一端に電気的に接続され、前記充電電流を流す第３ダイオードとを備え、
前記第１及び第４ダイオードの間、並びに前記第２及び第３ダイオードの間に、前記少なくとも１つの共通スイッチ素子を配置することを特徴とする請求項１記載の電動車両用電源制御装置。