JP2011116329A - ハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその故障制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧コンバータの故障時にＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧を電装負荷で放電されるようにしたハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその故障制御方法を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両のモータ駆動システムは、車両走行の第１及び第２モータと、第１及び第２モータを駆動制御する第１及び第２インバータと、直流電源用バッテリーと、直流電源用バッテリーから直流電圧を、昇圧または減圧させて第１及び前記第２インバータにて供給し、第１または第２インバータからの直流電源を減圧または上昇させて直流電源用バッテリー側に供給する電圧コンバータと、直流電源用バッテリーと電圧コンバータの間の第１及び第２メインリレーと、電圧コンバータと第１及び第２インバータとの間にＤＣリンクコンデンサの高電圧エネルギーを放電させることができるように連結された直流変換装置と、直流変換装置に連結された電装負荷とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明はハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその故障制御方法に関し、更に詳しくは、電圧コンバータの故障時にＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧を放電されるようにしたハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその故障制御方法に関する。

ハイブリッド車両は，ガソリンエンジンだけでなくモータ駆動を補助動力源として採択して、排気ガスの低減及び燃費の向上を図ることができる未来型車両として注目されている。

エンジンが非効率的な走行環境であるとき、バッテリーの充放電によるモータの駆動を通してシステムの効率性を高めることができ（ｌｏａｄ ｌｅｖｅｌｉｎｇ）、また減速時には、ブレーキから摩擦熱として放出される運動エネルギーをモータの発電により電気に転換する回生制動を通してバッテリー充電を行って燃費を向上させることができる。このようなハイブリット車、およびハイブリット車の制御装置については多くの報告がある〔例えば、特許文献１参照〕。

このようなハイブリッド車両は動力伝達系統上、モータの連結及び駆動可否によってソフトタイプとハードタイプに分けられる。

既存のハードタイプハイブリッド車両におけるモータ駆動システムの構成を図６に示している。この図を見てみると、車両走行のための第１モータＭ１及び第２モータＭ２と、第１モータＭ１を駆動制御する第１インバータ１及び第２モータＭ２を駆動制御する第２インバータ２と、直流電圧を出力する直流電源用バッテリーＢと、直流電源用バッテリーＢから直流電圧を第１インバータ１及び第２インバータ２に昇圧して供給し、第１インバータ１または第２インバータ２からの直流電圧を直流電源用バッテリーＢ側に減圧して供給する電圧コンバータ３と、直流電源用バッテリーＢと電圧コンバータ３との間に連結された第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２と、第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２と電圧コンバータ３との間に連結された電気負荷または電源供給装置に代表される直流変換装置４などを含んで構成されている。

直流変換装置４は、エネルギーの流れが単方向または両方向からなる電力変換装置の通称である。図６においては、その他１２Ｖ補助バッテリー５、１２Ｖ電装負荷６、ＤＣリンクコンデンサ７をそれぞれ図示している。

前記のような従来のハイブリッド車両のモータ駆動システムは次のような問題点がある。

電圧コンバータ３の故障時、第１インバータ１及び第２インバータ２と電圧コンバータ３との間に内装されているコンバータ、即ち、ＤＣリンクコンデンサ７にたまった高電圧エネルギーが放電経路部材により、自然放電されるまで数分乃至数時間かかり、これによりＡ／Ｓ作業者、または車両の事故時に運転者や乗客、さらに救助者等が感電して２次被害を被る危険がある。

一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ、即ち、電気負荷に代表される直流変換装置４に供給される電圧は、直流電源用バッテリーＢを電源とする直流電源であり、一般的に、直流電源を使用する直流電源用バッテリーＢ電圧はＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ；バッテリー充電状態量）及び充／放電エネルギー量によって変動するため、直流変換装置４はバッテリー電圧変動量に適合するように構成されなければならない。

例えば、直流電源用バッテリーＢの電圧が２００Ｖから４００Ｖまで変動するとき、２ｋＷ出力を出すための直流変換装置４の入力電流はバッテリーＢ電圧４００Ｖでは約５Ａであるが、バッテリー電圧Ｂ２００Ｖでは約１０Ａでなければならないため、直流変換装置はバッテリー最小電圧で必要な電流基準で設計されて、部品仕様が相対的に大きくなるという問題点がある。

これを解決するために、バッテリー電圧の変動がほとんどないように容量の大きいバッテリーを使用するか、またはバッテリー充／放電エネルギー量を減らしてＳＯＣ変動を最小化しなければならないが、この２つの方法は各々材料費の上昇及び燃費の抵抗などの問題点をもたらすことになる。

特開平０９−３２７１０３号公報

本発明は前記のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電圧コンバータの故障時に、第１メインリレー及び第２メインリレーをオフさせると同時に、ＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧を放電されるようにしたハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその故障制御方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、電圧コンバータ及び直流変換装置が全て故障したとき、ＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧を放電されるようにした点にある。

前記目的を達成するための本発明のハイブリッド車両のモータ駆動システムは、車両走行のための第１モータ及び第２モータと、第１モータを駆動制御する第１インバータ及び第２モータを駆動制御する第２インバータと、直流電圧を出力する直流電源用バッテリーと、直流電源用バッテリーから直流電圧を、昇圧または減圧させて第１インバータ及び第２インバータに供給し、第１インバータまたは第２インバータからの直流電圧を減圧または上昇させて直流電源用バッテリー側に供給する電圧コンバータと、直流電源用バッテリーと電圧コンバータとの間に連結された第１メインリレー及び第２メインリレーと、電圧コンバータと第１インバータ及び第２インバータとの間にＤＣリンクコンデンサの高電圧エネルギーを放電させることができるように連結された直流変換装置と、直流変換装置に連結されて１２Ｖ補助バッテリーを電源とする電装負荷と、を有して構成される。

前記目的を達成するための本発明のハイブリッド車両のモータ駆動システムの故障制御方法は、前記のハイブリッド車両のモータ駆動システムにおける電圧コンバータが故障したとき、第１メインリレー及び第２メインリレーを遮断する段階と、直流変換装置の出力電圧を増大させる段階と、任意の特定電装負荷をオンにする段階と、ＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーが直流変換装置を介して特定電装負荷で放電される段階と、が行われるようする。あるいは、電圧コンバータと直流変換装置が故障したとき、第１メインリレー及び第２メインリレーを遮断する段階と、第１インバータ及び第２インバータに対するスイッチング制御が行われる段階と、ＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーが第１モータ及び第２モータに放電される段階と、が行われるようにする。

本発明のハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその故障制御方法によると、電圧コンバータと第１インバータ及び第２インバータとの間に直流変換装置を連結して、電圧コンバータの故障時、第１及び第２メインリレーをオフにすると同時に、ＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧を、出力電圧が増大する直流変換装置を介して１２Ｖの電装負荷で放電することができる。電圧コンバータと直流変換装置がともに故障したときには、第１インバータ及び第２インバータのＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーを放電させなければならないとき、第１インバータ及び第２インバータのスイッチング制御によるモータの抵抗成分を通してＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧を放電することができる。これにより、車両が衝突事故を起こした時に運転者や乗客、さらに救助者が感電することを防ぐことができ、既存の直流電源用バッテリーである高電圧バッテリーの容量を大きくする必要がなくなり、バッテリー部品の原価節減を図ることができる。

本発明によるハイブリッド車両のモータ駆動システムを表す構成図である。 本発明によるハイブリッド車両用モータ駆動システムの故障制御方法における一実施形態を説明する順序図である。 本発明によるハイブリッド車両用モータ駆動システムの故障制御方法における一実施形態を説明する順序図である。 本発明によるハイブリッド車両用モータ駆動システムの故障制御方法における第２の実施形態を説明する順序図である。 本発明によるハイブリッド車両用モータ駆動システムの故障制御方法における第２の実施形態を説明する順序図である。 従来のハイブリッド車両のモータ駆動システムを表す構成図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明によるハイブリッド車両のモータ駆動システムを表す構成図である。
パワートレイン系部品として、車両走行のための第１モータＭ１及び第２モータＭ２に各々モータの駆動制御のための第１インバータ１及び第２インバータ２が連結されており、これらインバータは直流電圧を出力する直流電源用バッテリーＢと電圧コンバータ３を媒介として連結されている。

電圧コンバータ３は、直流電源用バッテリーＢから直流電圧を昇圧または減圧させて第１インバータ１及び第２インバータ２に供給するか、第１インバータ１または第２インバータ２からの直流電圧を減圧または昇圧させて直流電源用バッテリーＢ側に供給する役割を行う。

このとき、直流電源用バッテリーＢと電圧コンバータ３との間にはバッテリーＢの電源を印加または断続するための第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２が配列されている。

特に、本発明のモータ駆動システムの構成では、電圧コンバータ３と第１インバータ１及び第２インバータ２との間には電気負荷に代表される直流変換装置４が連結される。

本発明のモータ駆動システムは、電圧コンバータ３が故障したときに、故障検出に応答して第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２を遮断（オフ）する制御をし、ＤＣリンクコンデンサ７にたまった高電圧エネルギーを放電するように直流変換装置４を制御する制御装置を有している。

このとき、直流変換装置４には１２Ｖ補助バッテリー５を電源とする１２Ｖ電装負荷（リアガラスの熱線、ウォーターポンプ、オイルポンプ、ラジエータの冷却ファンなど）６が制御装置の制御にて作動可能となるように連結される。

ここで、前記した構成からなる本発明のハイブリッド車両用モータ駆動システムの故障制御方法の一実施形態を説明すると次のとおりである。
図２及び図３は本発明によるハイブリッド車両用モータ駆動システムの故障制御方法の一実施形態を説明する順序図である。

本発明は、電圧コンバータ３の故障時に第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２をオフにすると同時に、ＤＣリンクコンデンサ７にたまった高電圧が、出力電圧が増大する直流変換装置４を介して１２Ｖの電装負荷６で放電されるようにした点に特徴がある。

本発明の理解を助けるために、ＤＣリンクコンデンサ７の放電量の境界値をＬ１とし、制御装置が制御できるリアガラスの熱線などのような任意の１２Ｖ電装負荷６を特定電装負荷とする。

直流変換装置４の消耗電力がＬ１以下であるとき、１２Ｖ補助バッテリー５が満充電状態であり、このとき追加的な任意の特定電装負荷６に対するオン／オフ制御をして、１２Ｖ系電装負荷６の電力消耗量を増加させて直流変換装置４の消耗電力を増加させる。
即ち、直流変換装置４の負荷量がＤＣリンクコンデンサ７の放電量の境界値であるＬ１より小さく、同時に特定電装負荷６がオフである状態ならば、制御装置で特定電装負荷６が動作するようにオンに制御すると同時に、直流変換装置４の出力電圧を増大させる制御をすることで、ＤＣリンクコンデンサ７にたまった高電圧エネルギーが直流変換装置４を介して特定電装負荷６で放電されるようにする。

このとき、前記した任意の特定電装負荷６は、ウォーターポンプ、オイルポンプ、ラジエータの冷却ファン、ワイパーデアイサー、空気清浄機、高電圧バッテリーの冷却ファンなど運転者や乗客が殆ど認知できないような電装負荷もあり、また室内低温時におけるヒーター、シート熱線、ヘッドランプ、オーディオ、フォグランプ、テールランプなど運転者や乗客が認知することができる電装負荷もある。

一方、電圧コンバータ３を昇圧形コンバータとして採用するとき、直流電源用バッテリーＢの電圧に比べて、ＤＣリンクコンデンサ７の電圧が常に同じであるか大きいため、第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２がオンである場合は、バッテリーＢの電圧以下にＤＣリンクコンデンサ７の電圧を制御することができず、第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２がオフの場合は、エネルギー貯蔵装置であるバッテリーＢが電圧コンバータ３と電気的に分離されてＤＣリンクコンデンサ７のエネルギーをバッテリーＢに伝達できない状態となる。

そこで、第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２のオフ後、電圧コンバータ３をオフすると同時に、直流変換装置４の出力電圧を増大させるスイッチング制御を通して、１２Ｖ補助バッテリー５に対する充電をしたり、必要な任意の特定電装負荷６にエネルギーを供給して、ＤＣリンクコンデンサ７の高電圧エネルギーを放電して消耗しなくともＤＣリンクコンデンサ７の電圧を一定電圧以下に制御することができる。

従って、直流変換装置４の消耗電力がＬ１以下のとき、１２Ｖ補助バッテリー５が満充電状態であり、このとき１２Ｖ補助バッテリー５の満充電または衝突事故発生時、運転者及び救助者などの感電を防ぐためにＤＣリンクコンデンサ７の電圧を非常に短い時間内に下げてやらなければならない。

これによって、第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２のオフ後、直流変換装置４の出力電圧を増大させた後、大容量の１２Ｖ電装負荷６（例えば、ヘッドランプ、リアガラスの熱線など）を強制駆動（オン）させて、１２Ｖ電装負荷６の電力消耗量を瞬間的に増加すると同時に、直流変換装置４の消耗電力が形成されて、結局ＤＣリンクコンデンサ７にたまった高電圧エネルギーが直流変換装置４を介して特定電装負荷６で放電されるようにする。

このように、本発明の一実施形態によると、電圧コンバータ３の故障時、第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２をオフにすると同時に、ＤＣリンクコンデンサ７にたまった高電圧が、出力電圧が増大する直流変換装置４を介して特定電装負荷６で放電されるようにすることで、衝突事故時に運転者及び救助者の感電を予防することができる。これにより、既存の直流電源用バッテリーＢである高電圧バッテリーの容量を大きくしなくともよくなり、バッテリー部品の原価節減を図ることができる。

図４及び図５は、本発明によるハイブリッド車両用モータ駆動システムの故障制御方法における第２の実施形態を説明する順序図である。

この第２の実施形態には、電圧コンバータ３と直流変換装置４がともに故障して、第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２を遮断し、第１インバータ１及び第２インバータ２のＤＣリンクコンデンサ７にたまった高電圧エネルギーを放電させなければならないとき、第１インバータ１及び第２インバータ２のスイッチング制御によるモータの抵抗成分を通してＤＣリンクコンデンサ７にたまった高電圧エネルギーが放電されるようにした点に特徴がある。

即ち、電圧コンバータ３と直流変換装置４が故障したときに、第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２を遮断し、第１インバータ１及び第２インバータ２のスイッチング制御を通してＤＣリンクコンデンサ７にたまった高電圧エネルギーを第１モータＭ１及び第２モータＭ２に放電するが、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の速度を各々放電制御のためのモータ速度制限値であるＳ１及びＳ２以下に制御して、ＤＣリンクコンデンサ７にたまった高電圧エネルギーがモータの抵抗成分を通して放電されるようにする。

このとき、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の速度を放電制御のためのモータ速度の制限値であるＳ１及びＳ２以上に制御すると、むしろＤＣリンクコンデンサ７の電圧を増加させることができるため、Ｓ１及びＳ２以下に制御することが好ましい。

本発明の第２の実施形態によると、電圧コンバータ３と直流変換装置４が故障したときに、第１インバータ１及び第２メインリレーＳＲ２をオフにすると同時に、ＤＣリンクコンデンサ７にたまった高電圧がモータを抵抗成分として放電されるようにすることで、衝突事故時に運転者、乗客及び救助者の感電を予防することができ、さらに既存の直流電源用バッテリーＢである高電圧バッテリーの容量を大きくしなくともよくなりバッテリー部品の原価節減を図ることができる。

１；第１インバータ
２；第２インバータ
３；電圧コンバータ
４；直流変換装置
５；１２Ｖ補助バッテリー
６；電装負荷
７；ＤＣリンクコンデンサ
Ｍ１；第１モータ
Ｍ２；第２モータ
Ｂ；直流電源用バッテリー
ＳＲ１；第１メインリレー
ＳＲ２；第２メインリレー

Claims (7)

1. 車両走行のための第１モータ及び第２モータと、
   前記第１モータを駆動制御する第１インバータ及び前記第２モータを駆動制御する第２インバータと、
   直流電圧を出力する直流電源用バッテリーと、
   前記直流電源用バッテリーから直流電圧を昇圧または減圧させて前記第１インバータ及び前記第２インバータに供給し、前記第１インバータまたは前記第２インバータからの直流電圧を減圧または上昇させて前記直流電源用バッテリー側に供給する電圧コンバータと、
   前記直流電源用バッテリーと前記電圧コンバータとの間に連結された第１メインリレー及び第２メインリレーと、
   前記電圧コンバータと前記第１インバータ及び前記第２インバータとの間にＤＣリンクコンデンサの高電圧エネルギーを放電させることができるように連結された直流変換装置と、
   前記直流変換装置に連結されて、１２Ｖ補助バッテリーを電源とする電装負荷と、
   を含めて構成されることを特徴とするハイブリッド車両のモータ駆動システム。
2. 前記電圧コンバータが故障したときに、故障検出に応答して前記第１メインリレー及び第２メインリレーを遮断（オフ）する制御を行い、ＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーが放電されるように直流変換装置を制御する制御装置を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のモータ駆動システム。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両のモータ駆動システムにおける電圧コンバータが故障したとき、
   第１メインリレー及び第２メインリレーを遮断する段階と、
   直流変換装置の出力電圧を増大させる段階と、
   任意の特定電装負荷をオンにする段階と、
   ＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーが直流変換装置を介して特定電装負荷で放電される段階と、
   が行われるようすることを特徴とするハイブリッド車両のモータ駆動システムの故障制御方法。
4. 前記直流変換装置の負荷量が、ＤＣリンクコンデンサの放電量の境界値であるＬ１より小さく、同時に特定電装負荷がオフの状態のときに、制御装置で特定電装負荷が動作するようにオンに制御すると同時に、直流変換装置の出力電圧を増大させる制御を行うことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両のモータ駆動システムの故障制御方法。
5. 前記任意の特定電装負荷が、ウォーターポンプ、オイルポンプ、ラジエータの冷却ファン、ワイパーデアイサー、空気清浄機、高電圧バッテリーの冷却ファン、ヒーター、シート熱線、ヘッドランプ、オーディオ、フォグランプ、テールランプの群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両のモータ駆動システムの故障制御方法。
6. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両のモータ駆動システムにおける電圧コンバータと直流変換装置が故障したとき、
   第１メインリレー及び第２メインリレーを遮断する段階と、
   第１インバータ及び第２インバータに対するスイッチング制御が行われる段階と、
   ＤＣリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーが第１モータ及び第２モータに放電される段階と、
   が行われるようにすることを特徴とするハイブリッド車両のモータ駆動システムの故障制御方法。
7. 前記ＤＣリンクコンデンサの放電エネルギーにより駆動する第１モータ及び第２モータの速度は、それぞれ放電制御のためのモータ速度の制限値であるＳ１及びＳ２以下に制御されることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車両のモータ駆動システムの故障制御方法。

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