JP2012253837A - Vehicle and vehicle control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両および車両の制御方法に関し、より特定的には、車両の衝突時に電力変換装置内のコンデンサの残留電荷を放電する機能の動作確認についての技術に関する。 The present invention relates to a vehicle and a vehicle control method, and more particularly to a technique for confirming an operation of a function of discharging a residual charge of a capacitor in a power conversion device when a vehicle collides.
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置(たとえば二次電池やキャパシタなど)を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する電動車両が注目されている。この電動車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。 2. Description of the Related Art In recent years, as an environmentally friendly vehicle, an electric vehicle that is mounted with a power storage device (for example, a secondary battery or a capacitor) and travels using a driving force generated from electric power stored in the power storage device has attracted attention. Examples of the electric vehicle include an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle.
これらの電動車両においては、発進時や加速時に蓄電装置から電力を受けて走行のための駆動力を発生するとともに、制動時に回生制動によって発電を行なって蓄電装置に電気エネルギを蓄えるためのモータジェネレータを備える場合がある。このように、走行状態に応じてモータジェネレータを制御するために、電動車両には、コンバータやインバータなどによって電力を変換する電力変換装置が搭載される。 In these electric vehicles, a motor generator for generating driving force for traveling by receiving electric power from the power storage device when starting or accelerating, and generating electric power by regenerative braking during braking to store electric energy in the power storage device May be provided. Thus, in order to control a motor generator according to a driving | running | working state, the electric power converter which converts electric power with a converter, an inverter, etc. is mounted in an electric vehicle.
このような電力変換装置には、供給される直流電力を安定化するために大容量の平滑コンデンサが備えられている。そして、電力変換装置の作動中は、平滑コンデンサには印加電圧に応じた電荷が蓄積される。 Such a power converter is provided with a large-capacity smoothing capacitor in order to stabilize the supplied DC power. During the operation of the power converter, charges corresponding to the applied voltage are accumulated in the smoothing capacitor.
この平滑コンデンサに蓄積される電荷は、車両の衝突が発生したような場合には、速やかに放電されることが必要となる。 The electric charge stored in the smoothing capacitor needs to be discharged promptly when a vehicle collision occurs.
特開2005−020952号公報(特許文献1)は、電動機を駆動源の1つとする車両において、車両走行中に衝突が予測される場合、HV−ECUにより電動機にトルクが発生しないようにインバータ回路のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)がスイッチング制御されて、インバータ内のコンデンサの電荷を放電する構成を開示する。 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-020952 (Patent Document 1) discloses an inverter circuit that prevents a HV-ECU from generating torque in an electric motor when a collision is predicted during vehicle traveling in a vehicle that uses an electric motor as one of the drive sources. A configuration is disclosed in which an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is controlled in switching to discharge the electric charge of a capacitor in the inverter.
特開2005−020952号公報(特許文献1)に開示された技術によれば、車両の衝突が予測される場合に、インバータ内のコンデンサに蓄えられた電荷が、電動機により消費されるため、衝突発生時においてもコンデンサに蓄えられた高圧電力による周囲への影響を排除することができる。 According to the technique disclosed in Japanese Patent Laying-Open No. 2005-020952 (Patent Document 1), when a vehicle collision is predicted, the electric charge stored in the capacitor in the inverter is consumed by the electric motor. Even at the time of occurrence, the influence on the surroundings by the high voltage power stored in the capacitor can be eliminated.
しかしながら、特開2005−020952号公報(特許文献1)おいては、制御装置からのインバータのIGBTを駆動するための指令が必要である。そのため、衝突において制御装置からインバータへの通信ができなくなった場合や、制御装置への電源が途絶してしまった場合などでは、IGBTの駆動指令を出力することができず、適切にコンデンサの電荷を放電することができなくなる場合が生じ得る。 However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-020952 (Patent Document 1), a command for driving the IGBT of the inverter from the control device is required. For this reason, in the event that communication from the control device to the inverter becomes impossible due to a collision, or when the power supply to the control device is interrupted, the IGBT drive command cannot be output, and the capacitor charge is appropriately May not be able to be discharged.
このような問題に対して、衝突が発生した場合に、IGBTの通電損失により消費される電力によりコンデンサの電荷を放電する手法がさらに採用される場合もある。 In order to solve such a problem, there is a case where a method of discharging the capacitor charge with the electric power consumed by the current loss of the IGBT when a collision occurs is further employed.
上記のような放電機能は、通常の走行時においては動作しないが、万一、車両の衝突が発生した場合には確実に動作することが要求される。したがって、このような非常時に動作する機能が、万一の場合に正常に動作することを保障するために、その動作確認を定期的に実行することが必要とされる。 The discharge function as described above does not operate during normal traveling, but is required to operate reliably in the event of a vehicle collision. Therefore, in order to ensure that such a function that operates in an emergency operates normally in the event of an emergency, it is necessary to periodically check its operation.
一方で、この放電機能の動作確認を行なう際には、既存の他の機能についての動作確認や、通常の走行動作に影響を与えないようにすることが重要である。 On the other hand, when confirming the operation of the discharge function, it is important not to affect the operation confirmation of other existing functions or the normal traveling operation.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、蓄電装置からの電力を用いて走行駆動力を発生する車両において、駆動装置に含まれるコンデンサの残留電荷の放電機能についての動作確認を効率的に実行することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a residual charge of a capacitor included in a driving device in a vehicle that generates a driving force by using electric power from a power storage device. This is to efficiently check the operation of the discharge function.
本発明による車両は、搭載された蓄電装置からの電力を用いて走行駆動力を発生することができる車両であって、負荷装置と、蓄電装置からの電力を変換して負荷装置を駆動する駆動装置と、駆動装置を制御するための第1の制御装置とを備える。駆動装置は、インバータと、インバータの直流側端子に接続されたコンデンサと、第2の制御装置と、放電回路とを含む。インバータは、スイッチング素子を有し、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して負荷装置を駆動する。第2の制御装置は、第1の制御装置と信号の授受が可能であり、第1の制御装置からの指令に基づいてスイッチング素子を制御する。放電回路は、第2の制御装置からの指令に基づいて、駆動装置内でコンデンサの残留電荷を消費させる放電動作を行なう。第1の制御装置は、車両の走行が行なわれていない所定のタイミングにおいて、放電回路の動作確認を実行する。 A vehicle according to the present invention is a vehicle that can generate travel driving force using electric power from an installed power storage device, and drives the load device by converting power from the power storage device. And a first control device for controlling the drive device. The drive device includes an inverter, a capacitor connected to the DC side terminal of the inverter, a second control device, and a discharge circuit. The inverter has a switching element and converts DC power from the power storage device into AC power to drive the load device. The second control device can exchange signals with the first control device, and controls the switching element based on a command from the first control device. The discharge circuit performs a discharge operation for consuming the residual charge of the capacitor in the driving device based on a command from the second control device. The first control device performs operation check of the discharge circuit at a predetermined timing when the vehicle is not traveling.
好ましくは、放電回路は、インバータの少なくとも1相のブリッジ回路の2つのスイッチング素子について、一方のスイッチング素子を導通させた状態で、他方のスイッチング素子の制御端子電圧を低下させつつ導通と非導通とを切換えることによって放電動作を実行する。第1の制御装置は、放電動作を実行している間に、ブリッジ回路に流れる電流を検知した場合に放電動作が正常であると判定する。 Preferably, the discharge circuit is configured to switch between conduction and non-conduction while lowering the control terminal voltage of the other switching element in a state in which one switching element is conducted with respect to two switching elements of at least one phase bridge circuit of the inverter. The discharge operation is executed by switching the. The first control device determines that the discharging operation is normal when the current flowing through the bridge circuit is detected during the discharging operation.
好ましくは、駆動装置は、コンデンサに並列に結合された放電部をさらに含む。放電部は、直列接続された抵抗器とスイッチとを有する。放電回路は、上記スイッチを導通状態とすることによって放電動作を実行する。第1の制御装置は、放電動作を実行している間に、抵抗器に流れる電流を検知した場合に放電動作が正常であると判定する。 Preferably, the driving device further includes a discharge unit coupled in parallel with the capacitor. The discharge part has a resistor and a switch connected in series. The discharge circuit performs a discharge operation by turning on the switch. The first control device determines that the discharging operation is normal when the current flowing through the resistor is detected during the discharging operation.
好ましくは、所定のタイミングは、ユーザによるシステム起動を指示する操作に応じて定められるタイミングである。 Preferably, the predetermined timing is a timing determined according to an operation for instructing a system activation by a user.
好ましくは、所定のタイミングは、ユーザによるシステム終了を指示する操作に応じて定められるタイミングである。 Preferably, the predetermined timing is a timing determined according to an operation for instructing the user to end the system.
好ましくは、第1の制御装置は、インバータに対してスイッチング素子を強制的に非導通とする第1の機能を有する。第1の制御装置は、所定のタイミングにおいて、第1の機能の動作確認を行なった後に、放電回路の動作確認を実行する。 Preferably, the first control device has a first function for forcibly turning off the switching element with respect to the inverter. The first control device performs operation confirmation of the discharge circuit after performing operation confirmation of the first function at a predetermined timing.
好ましくは、第1の制御装置は、第2の制御装置に負荷装置に通電してコンデンサの残留電荷を放電させる第2の機能をさらに有する。第1の制御装置は、放電回路の動作確認に引き続いて第2の機能の動作確認を実行する。 Preferably, the first control device further has a second function of causing the second control device to energize the load device to discharge the residual charge of the capacitor. The first control device performs the operation check of the second function following the operation check of the discharge circuit.
好ましくは、第1の制御装置は、負荷装置に通電してコンデンサの残留電荷を放電させている間に、コンデンサの電圧が低下することを検知した場合に、第2の機能の動作が正常であると判定する。 Preferably, when the first control device detects that the voltage of the capacitor decreases while the load device is energized to discharge the residual charge of the capacitor, the operation of the second function is normal. Judge that there is.
好ましくは、第1の制御装置は、スイッチング素子を強制的に非導通としている間に、コンデンサの電圧が低下しないことを検知した場合に、第1の機能の動作が正常であると判定する。 Preferably, the first control device determines that the operation of the first function is normal when detecting that the voltage of the capacitor does not decrease while the switching element is forcibly turned off.
本発明による車両の制御方法は、搭載された蓄電装置からの電力を用いて走行駆動力を発生することができる車両の制御方法である。車両は、負荷装置と、蓄電装置からの電力を変換して負荷装置を駆動する駆動装置とを含む。駆動装置は、スイッチング素子を有し蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して負荷装置を駆動するためのインバータと、インバータの直流側端子に接続されたコンデンサと、駆動装置内でコンデンサの残留電荷を消費させる放電動作を行なうための放電回路とを有する。制御方法は、車両の走行が行なわれていない所定のタイミングにおいて、放電回路を動作させる指令を出力するステップと、放電回路を動作させる指令を出力している間に、放電回路を動作が正常であるか否かを判定するステップとを備える。 A vehicle control method according to the present invention is a vehicle control method capable of generating a driving force using electric power from an installed power storage device. The vehicle includes a load device and a drive device that converts electric power from the power storage device to drive the load device. The drive device includes a switching element, an inverter for driving the load device by converting DC power from the power storage device into AC power, a capacitor connected to the DC side terminal of the inverter, and a capacitor in the drive device. And a discharge circuit for performing a discharge operation for consuming residual charges. The control method includes a step of outputting a command for operating the discharge circuit at a predetermined timing when the vehicle is not traveling, and a normal operation of the discharge circuit while outputting a command for operating the discharge circuit. Determining whether or not there is.
本発明によれば、蓄電装置からの電力を用いて走行駆動力を発生する車両において、駆動装置に含まれるコンデンサの残留電荷の放電機能についての動作確認を効率的に実行することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the operation | movement confirmation regarding the discharge function of the residual charge of the capacitor | condenser contained in a drive device can be performed efficiently in the vehicle which generate | occur | produces driving force using the electric power from an electrical storage apparatus.
以下において、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、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about the same or equivalent part in a figure, the same code | symbol is attached | subjected and the description is not repeated.
図1は、本実施の形態に従う車両100の全体ブロック図である。本実施の形態においては、車両100として電気自動車を例として説明するが、車両100の構成はこれに限定されるものではなく、蓄電装置からの電力によって走行可能な車両であれば適用可能である。車両100としては、電気自動車以外にたとえばハイブリッド車両や燃料電池自動車などが含まれる。
FIG. 1 is an overall block diagram of a
図1を参照して、車両100は、蓄電装置110と、システムメインリレー(System Main Relay:SMR)115と、駆動装置であるPCU(Power Control Unit)120と、モータジェネレータ150と、動力伝達ギヤ154と、駆動輪155と、衝突検出部190と、補機バッテリ200と、制御装置であるHV−ECU(Electronic Control Unit)300とを備える。
Referring to FIG. 1,
PCU120は、コンバータ130と、インバータ140と、MG−ECU160と、放電回路170と、コンデンサC1〜C3とを含む。PCU120内の各機器は、一般的に、同一の筐体内に収納され、PCU120外部のその他の機器とケーブルやバスバーなどによって結合される。
蓄電装置110は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置110は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。
The
蓄電装置110は、電力線PL1および接地線NL1を介してコンバータ130に接続される。また、蓄電装置110は、モータジェネレータ150で発電された電力を蓄電する。蓄電装置110の出力はたとえば200V程度である。
SMR115に含まれるリレーは、蓄電装置110とコンバータ130とを結ぶ電力線PL1および接地線NL1にそれぞれ介挿される。そして、SMR115は、HV−ECU300からの制御信号SE1によって制御され、蓄電装置110とコンバータ130との間での電力の供給と遮断とを切換える。
Relays included in
コンデンサC1は、電力線PL1と接地線NL1との間に接続される。コンデンサC1は、電力線PL1と接地線NL1との間の電圧変動を低減する。電圧センサ180は、コンデンサC1にかかる電圧を検出し、その検出値VLをMG−ECU160を介してHV−ECU300へ出力する。
Capacitor C1 is connected between power line PL1 and ground line NL1. Capacitor C1 reduces voltage fluctuation between power line PL1 and ground line NL1.
コンバータ130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L1とを含む。
スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線PL2および接地線NL1の間に、電力線PL2から接地線NL1に向かう方向を順方向として直列に接続される。なお、本実施の形態において、スイッチング素子としてIGBTを例として説明するが、それ以外の例としては、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることもできる。 Switching elements Q1 and Q2 are connected in series between power line PL2 and ground line NL1, with the direction from power line PL2 toward ground line NL1 as the forward direction. In the present embodiment, an IGBT is described as an example of the switching element, but as another example, a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, a power bipolar transistor, or the like can be used.
スイッチング素子Q1,Q2に対して、逆並列ダイオードD1,D2がそれぞれ接続される。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと、電力線PL1との間に設けられる。すなわち、コンバータ130はチョッパ回路を形成する。
Antiparallel diodes D1 and D2 are connected to switching elements Q1 and Q2, respectively. Reactor L1 is provided between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and power line PL1. That is,
スイッチング素子Q1,Q2は、HV−ECU300からの制御信号PWCに基づいてMG−ECU160が生成するゲート信号VGCによって制御され、電力線PL1および接地線NL1と、電力線PL2および接地線NL1との間で電圧変換動作を行なう。
Switching elements Q1, Q2 are controlled by gate signal VGC generated by MG-
コンバータ130は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Q1およびQ2が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ130は、昇圧動作時には、蓄電装置110からの直流電圧を昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Q2のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q1および逆並列ダイオードD1を介して、電力線PL2へ供給することにより行なわれる。
また、コンバータ130は、降圧動作時には、負荷装置からの直流電圧を降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Q1のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q2および逆並列ダイオードD2を介して、接地線NL1へ供給することにより行なわれる。
これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Q1,Q2のオン期間比(デューティ比)により制御される。なお、昇圧動作および降圧動作が不要の場合には、スイッチング素子Q1およびQ2をオンおよびオフにそれぞれ固定するように制御信号PWCを設定することで、電圧変換比=1.0(デューティ比=100%)とすることもできる。 The voltage conversion ratio in these step-up and step-down operations is controlled by the on-period ratio (duty ratio) of the switching elements Q1 and Q2 in the switching period. When the step-up operation and the step-down operation are not required, the voltage conversion ratio = 1.0 (duty ratio = 100) is set by setting the control signal PWC to fix the switching elements Q1 and Q2 to ON and OFF, respectively. %).
コンデンサC2は、コンバータ130とインバータ140とを結ぶ電力線PL2および接地線NL1との間に接続される。コンデンサC2は、電力線PL2と接地線NL1との間の電圧変動を低減する。電圧センサ185は、コンデンサC2にかかる電圧を検出し、その検出値VHをMG−ECU160を介してHV−ECU300へ出力する。
Capacitor C2 is connected between power line PL2 and ground line
インバータ140は、電力線PL2および接地線NL1を介して、コンバータ130に接続される。インバータ140は、HV−ECU300からの制御指令PWIに基づいてMG−ECU160によって生成されるゲート信号VGIにより制御され、コンバータ130から出力される直流電力を、モータジェネレータ150を駆動するための交流電力に電力変換する。
インバータ140は、ブリッジ回路を形成する、U相アーム141と、V相アーム142と、W相アーム143とを含む。U相アーム141、V相アーム142およびW相アーム143は、電力線PL2と接地線NL1との間に並列に接続される。
U相アーム141は、電力線PL2と接地線NL1との間に直列接続されたスイッチング素子Q3,Q4と、スイッチング素子Q3,Q4とそれぞれ並列に接続されるダイオードD3,D4とを含む。ダイオードD3のカソードはスイッチング素子Q3のコレクタと接続され、ダイオードD3のアノードはスイッチング素子Q3のエミッタと接続される。ダイオードD4のカソードはスイッチング素子Q4のコレクタと接続され、ダイオードD4のアノードはスイッチング素子Q4のエミッタと接続される。
V相アーム142は、電力線PL2と接地線NL1との間に直列接続されたスイッチング素子Q5,Q6と、スイッチング素子Q5,Q6とそれぞれ並列に接続されるダイオードD5,D6とを含む。ダイオードD5のカソードはスイッチング素子Q5のコレクタと接続され、ダイオードD5のアノードはスイッチング素子Q5のエミッタと接続される。ダイオードD6のカソードはスイッチング素子Q6のコレクタと接続され、ダイオードD6のアノードはスイッチング素子Q6のエミッタと接続される。
V-
W相アーム143は、電力線PL2と接地線NL1との間に直列接続されたスイッチング素子Q7,Q8と、スイッチング素子Q7,Q8とそれぞれ並列に接続されるダイオードD7,D8とを含む。ダイオードD7のカソードはスイッチング素子Q7のコレクタと接続され、ダイオードD7のアノードはスイッチング素子Q7のエミッタと接続される。ダイオードD8のカソードはスイッチング素子Q8のコレクタと接続され、ダイオードD8のアノードはスイッチング素子Q8のエミッタと接続される。
W-
インバータ140は、HV−ECU300から、緊急遮断信号HSDNを受けると、スイッチング素子Q3〜Q8を強制的に非導通とし、モータジェネレータ150への供給電力を強制的に遮断する。インバータ140は、MG−ECU160からのゲート信号VGIよりも、この緊急遮断信号HSDNに優先的に応答して動作する。
モータジェネレータ150は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータと中性点でY結線された三相コイルを有するステータとを備える三相交流電動発電機であり、U,V,W相の3つのコイルは各々一方端が中性点に共に接続されている。そして、U相コイルの他方端がスイッチング素子Q3,Q4の接続ノードに接続される。またV相コイルの他方端がスイッチング素子Q5,Q6の接続ノードに接続される。またW相コイルの他方端がスイッチング素子Q7,Q8の接続ノードに接続される。
The
モータジェネレータ150の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ154を介して駆動輪155に伝達されて、車両100を走行させる。モータジェネレータ150は、車両100の回生制動動作時には、駆動輪155の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、インバータ140によって蓄電装置110の充電電力に変換される。
The output torque of
衝突検出部190は、図示しないセンサ(たとえばGセンサ)を含み、車両100が衝突したか否かを検出する。そして、その検出信号COLをHV−ECU300へ出力する
MG−ECU160は、上述のように、HV−ECU300からの制御信号PWC,PWIを受ける。そして、MG−ECU160は、これらの信号に基づいて、コンバータ130およびインバータ140の各スイッチング素子を駆動するためのゲート信号VGC,VGIをそれぞれ生成し、コンバータ130およびインバータ140に出力する。
また、MG−ECU160は、HV−ECU300から、車両100の衝突信号COLを受ける。MG−ECU160は、衝突信号COLの受信に応答して、コンデンサC2に蓄えられた電荷をPCU120内部で放電するための放電動作(以下、「PCU放電」とも称する。)を実行させるための放電信号DCHを放電回路170に出力する。
In addition, MG-
さらに、MG−ECU160は、HV−ECU300との通信の異常を検出した場合にも、放電回路170に放電信号DCHを出力する。
Furthermore, MG-
放電回路170は、PCU放電を実行するための回路である。放電回路170は、MG−ECU160からの放電信号DCHを受けると、それに応答して、たとえばインバータ140のスイッチング素子を制御してPCU放電を実行する。
The
補機バッテリ200は、図示しない補機装置および各ECUなどの制御装置のような車両100の低圧系の機器に対して電源電圧を供給するための電圧源である。補機バッテリ200は、代表的には鉛蓄電池により構成され、その出力電圧は、たとえば12V程度である。
補機バッテリ200は、電力線PL3を介して、HV−ECU300、MG−ECU160および放電回路170へ電源電圧を供給する。また、補機バッテリ200は、放電回路170に結合されたコンデンサC3に、ダイオードを介して接続される。
放電回路170は、コンデンサC3に蓄えられた電力によっても動作することができる。このため、放電回路170は、補機バッテリ200からの電源電圧が途絶した場合でも、一定期間は、コンデンサC3に蓄えられた電力により放電動作を実行することができる。なお、コンデンサC3からの電源電圧の供給に代えて、たとえば、コンデンサC2に蓄えられた電力を降圧した電力が放電回路170へ供給されるような構成であってもよい。
The
HV−ECU300は、いずれも図1には図示しないがCPU(Central Processing Unit)、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両100および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
Although not shown in FIG. 1, the HV-
このように、蓄電装置からの電力によって車両駆動力を発生する場合、モータジェネレータの出力も比較的高出力のものが必要となる。それに伴って、モータジェネレータを制御するためのインバータやコンバータなどを含む電力変換装置に搭載されるコンデンサは、高電圧かつ大容量のものが採用される。そのため、車両の衝突事故等が発生した場合には、短絡や地絡などによる周辺への影響を最小限に抑制するために、コンデンサの残留電荷をできるだけ迅速に放電する必要がある。 Thus, when the vehicle driving force is generated by the electric power from the power storage device, the motor generator must have a relatively high output. Accordingly, a capacitor having a high voltage and a large capacity is employed as a capacitor mounted on a power conversion device including an inverter and a converter for controlling the motor generator. For this reason, when a vehicle collision accident or the like occurs, it is necessary to discharge the residual charge of the capacitor as quickly as possible in order to minimize the influence on the surroundings due to a short circuit or a ground fault.
このようなコンデンサにおける残留電荷の放電手法の1つとして、図2に示すように、モータジェネレータにおいてトルクが発生しないようにしながら電流を流すことによる放電(以下、「MG放電」とも称する。)を行なう場合がある。このような放電動作は、たとえば、ユーザによる車両の走行終了操作がなされた場合の終了処理にも実行される。 As one method for discharging the residual charge in such a capacitor, as shown in FIG. 2, a discharge caused by flowing a current while preventing torque from being generated in the motor generator (hereinafter also referred to as “MG discharge”). May be done. Such a discharge operation is also executed, for example, in an end process when a user performs a vehicle end operation.
たとえば、図2のように、MG−ECU160によって、インバータ140のスイッチング素子Q3,Q6がオンに制御されて、矢印AR1のように電流が流れる。そして、コンデンサC2の残留電荷がモータジェネレータ150のU相コイルおよびV相コイルにより消費されることによって放電が行なわれる。なお、スイッチング素子の駆動パターンは上記には限定されず、他のパターンであってもよいし、所定時間ごとに駆動パターンを切換えるようにしてもよい。
For example, as shown in FIG. 2, MG-
このようなMG放電は、消費電力も大きくかつ耐熱温度も大きいため、短時間に放電を行なうことが可能であるという利点を有する。しかしながら、HV−ECU300からの制御信号PWCに基づいて駆動されるため、たとえば、車両100の衝突によってHV−ECU300とPCU120とを結ぶ信号経路が断絶してしまうと放電動作ができないという欠点を有する。また、インバータ140とモータジェネレータ150とを結ぶ電力線が健全であることも必要とされる。
Such MG discharge has the advantage that it can be discharged in a short time because it consumes a large amount of power and has a high heat-resistant temperature. However, since it is driven based on the control signal PWC from the HV-
一方で、HV−ECU300からの指令が無くとも、PCU120内部の機器のみを用いて放電動作を実行するPCU放電が行なわれる場合がある。上述のように、PCU120内の機器は1つの筐体に収納されているので、衝突等が生じた場合であっても、PCU120内部の信号伝達経路および電力伝達経路は比較的損傷しにくい。そのため、PCU120外部の機器を用いないPCU放電は、衝突時の車両の損傷状況に左右されずに比較的確実に実行することが可能である。このPCU放電は、放電回路170により実行される。
On the other hand, even if there is no command from HV-
図3は、PCU放電の具体的な構成の一例を示す図である。図3においては、インバータ140のスイッチング素子で放電を行なう場合について説明する。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of PCU discharge. In FIG. 3, the case where discharge is performed by the switching element of
図3を参照して、放電回路170は、制御部171と、ゲート駆動部172と、電流検出部173とを含む。制御部171、ゲート駆動部172、および電流検出部173における機能は、ソフトウェアで構築することもできるが、衝突時などの非常時にも確実に動作できるようにハードウェアで構築することがより好ましい。
Referring to FIG. 3,
制御部171は、MG−ECU160からの放電信号DCHを受ける。制御部171は、この放電信号DCHを受信すると、ゲート駆動部172に対して、スイッチング素子を以下のような態様で動作させる指令を出力する。
ゲート駆動部172は、たとえば、U相アーム141の下アームのスイッチング素子Q4に飽和領域のゲート電圧を印加して、低抵抗状態で導通させる。そして、ゲート駆動部172は、U相アーム141の上アームのスイッチング素子Q3に非飽和領域のゲート電圧を間欠的に印加する。このようなゲート信号VGI_dcによりスイッチング素子Q3,Q4を駆動することによって、図3中の矢印AR2のように電流が流れる。
For example, the
このとき、スイッチング素子Q3を非飽和領域で駆動すると、スイッチング素子Q3の導通抵抗が増加するため、電力線PL2および接地線NL1間の短絡電流が制限されるとともに、スイッチング素子Q3での導通損失の増加によりコンデンサC2の電荷を放電することができる。 At this time, when switching element Q3 is driven in a non-saturated region, the conduction resistance of switching element Q3 increases, so that the short-circuit current between power line PL2 and ground line NL1 is limited, and the conduction loss in switching element Q3 increases. Thus, the charge of the capacitor C2 can be discharged.
電流検出部173は、各アームに設けられた電流センサ145から、各アームに流れる電流Iswを検出する。制御部171は、電流検出部173で検出された電流値Iswに基づいて、必要に応じて、スイッチング素子Q3のゲート電圧や駆動デューティを適宜調整する。また、制御部171は、電流値Iswを検出することによって、PCU放電機能が正常に動作していることを確認することができる。
The
放電回路170によってインバータ140のスイッチング素子を上述のように駆動することで、たとえばインバータ140とモータジェネレータ150との間の電力伝達経路が断絶していた場合でも、PCU120内部でコンデンサC2の電荷を放電することが可能である。
By driving the switching element of the
ただし、このようにスイッチング素子の導通損失により放電する場合は、スイッチング素子の発熱を伴うため、PCU120を冷却するための冷却水の状態やコンデンサC2の残留電荷の量によっては、スイッチング素子の破損防止のために放電電流や導通時間が制限されてしまう場合がある。そのため、放電に時間がかかってしまったり、十分に放電できなかったりするおそれがあるという欠点がある。
However, since the discharge due to the conduction loss of the switching element is accompanied by heat generation of the switching element, the switching element is prevented from being damaged depending on the state of the cooling water for cooling the
なお、上記の説明では、U相アーム141のみを用いた放電について説明したが、それに代えておよび/またはそれに加えて、他のV相アーム142、W相アーム143を同時にあるいは切換えて用いてもよい。このようにすることにより、PCU放電における個々のスイッチング素子の負担を軽減することも可能である。また、コンバータ130を用いて放電するようにしてもよい。
In the above description, the discharge using only the
さらに、図4に示すように、たとえば、抵抗R10およびスイッチング素子Q10が電力線PL2と接地線NL1との間に直列接続されたような、専用の放電部186を備える構成とすることもできる、この場合は、追加部品が必要となるが、スイッチング素子の発熱による制限が緩和できるので、より多くの電荷を短時間に放電できるというメリットがある。
Furthermore, as shown in FIG. 4, for example, the resistor R10 and the switching element Q10 may be configured to include a
PCU放電の機能は、一般的に、車両の衝突が検出されたような場合、HV−ECU300とMG−ECU160との間の通信が異常となった場合、または補機バッテリ200の電圧が低下した場合など、非常の場合に実行される。すなわち、異常が発生していない通常の車両状態では動作することはない。しかしながら、上記のような異常時には、周囲への影響を最小限に抑えるために、確実に動作することが要求される。そのため、上記のような異常が発生していない状態において、PCU放電が正常に機能することを確認することが必要である。
In general, the PCU discharge function is such as when a vehicle collision is detected, when communication between the HV-
このPCU放電機能の確認は、通常の車両の走行にできるだけ影響を与えないようにするために、たとえば、車両のシステム起動時または終了時などにおいて実行される、システムチェック動作とあわせて実行することが好ましい。しかしながら、PCU放電機能の確認を行なうことによって、他の機能のチェックの実行に悪影響がおよんだり、システムチェック全体にかかる時間が過度に延長されてしまったりすることは回避すべきである。 This PCU discharge function check should be performed together with a system check operation that is executed, for example, at the time of starting or ending the system of the vehicle so as not to affect the running of a normal vehicle as much as possible. Is preferred. However, it should be avoided that checking the PCU discharge function adversely affects the execution of other function checks or excessively extends the time required for the entire system check.
そこで、本実施の形態においては、PCU放電が適切に動作することを定期的にかつ効率的にチェックする放電機能確認制御を実行する。 Therefore, in the present embodiment, discharge function confirmation control is performed to periodically and efficiently check that the PCU discharge operates properly.
図5は、本実施の形態において、HV−ECU300において実行される放電機能確認制御処理を説明するためのフローチャートである。図5および後述する図6、図7に示すフローチャートは、HV−ECU300に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。
FIG. 5 is a flowchart for illustrating a discharge function confirmation control process executed in HV-
図1および図5を参照して、HV−ECU300は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、当該放電機能確認制御を行なう所定のタイミングであるか否かを判定する。この所定タイミングは、たとえば、ユーザによるシステム起動の開始または終了を指示するための操作に基づく信号Readyによるタイミングであり、より具体的には、信号ReadyがオンにされてコンデンサC2が初期充電された後に実行される起動時のシステムチェック、および/または、信号Readyがオフにされたことに起因して実行される終了時のシステムチェックのタイミングである。なお、所定タイミングの他の例としては、たとえば、長い信号待ちの場合や、シフトレンジが駐車レンジにされている場合などにおいて、モータジェネレータ150が駆動されていない状態などが考えられる。
Referring to FIGS. 1 and 5, HV-
所定タイミングではない場合(S100にてNO)は、当該放電機能確認制御は実行できないので、HV−ECU300は、以降の処理をスキップして処理を終了する。
If it is not the predetermined timing (NO in S100), the discharge function confirmation control cannot be executed, so HV-
所定タイミングである場合(S100にてYES)は、処理がS110に進められて、HV−ECU300は、SMR115の溶着チェック処理を実行する。SMR115の溶着チェックは公知のさまざまな手法を用いることができるが、たとえば、SMR115の各リレーを開放する信号を交互に出力し、片方のリレーが開放されているときの電圧VLの低下を検出することによって溶着の有無を判定する。なお、S110の実行を開始する際には、コンデンサC2は充電された状態である。
If it is the predetermined timing (YES in S100), the process proceeds to S110, and HV-
SMR115の溶着チェックが完了すると、HV−ECU300は、SMR115を開放して、処理をS120に進める。そして、HV−ECU300は、次に、インバータ140の緊急遮断(HSDN)機能のチェック処理を実行する。
When the welding check of
図6に、S120において実行される緊急遮断機能チェック処理の詳細のフローチャートを示す。図6を参照して、まずS121において、HV−ECU300は、インバータ140に対して緊急遮断信号HSDNを出力し、インバータ140のスイッチング素子Q3〜Q8のゲートを強制的に遮断して非導通とする。そして、スイッチング素子Q3〜Q8が非導通とされた状態において、HV−ECU300は、S122にて、モータディスチャージ、すなわちMG放電を行なう指令をMG−ECU160に出力する。
FIG. 6 shows a detailed flowchart of the emergency shut-off function check process executed in S120. Referring to FIG. 6, first, in S121, HV-
そして、HV−ECU300は、S123にて、電圧センサ185により検出されたコンデンサC2にかかる電圧VHが低下したか否かを判定する。
In step S123, the HV-
このとき、MG−ECU300からインバータ140に対して、たとえば、図2で説明したようなスイッチング素子の駆動指令が出力されるが、緊急遮断信号HSDNによってスイッチング素子Q3〜Q8のゲートが遮断された状態であるので、緊急遮断機能が正常である場合には、スイッチング素子Q3〜Q8は非導通のままとなる。そうすると、モータジェネレータ150へ電流が流れず、コンデンサC2に蓄えられた電荷が放電されないので電圧VHは低下しない。一方、緊急遮断機能が正常に動作していない場合には、MG−ECU160からのゲート信号VGIによってスイッチング素子Q3〜Q8が駆動されてMG放電が実行されるので、それに伴って電圧VHが徐々に低下する。
At this time, for example, the switching element drive command as described in FIG. 2 is output from the MG-
そのため、HV−ECU300は、電圧VHが低下しなかった場合(S123にてNO)には緊急遮断機能は正常であると判断し(S124)、電圧VHが低下した場合(S123にてYES)には緊急遮断機能は異常であると判断する(S126)。
Therefore, HV-
その後、処理がS125に進められて、HV−ECU300は、緊急遮断信号HSDNおよびモータディスチャージ指令を解除して、図5のS130に処理を進める。なお、S120においては、以降のステップにおけるチェック動作のために、緊急遮断機能についての異常の有無が検出されると、コンデンサC2の電荷の放電を停止して、コンデンサC2に電荷が残った状態とすることが好ましい。ただし、コンデンサC2に蓄えられている電荷の量によっては、S120の処理において、コンデンサC2の電荷がすべて放電される場合もある。
Thereafter, the process proceeds to S125, and HV-
再び図5を参照して、S120にて、HV−ECU300は、次に、放電回路170で実行されるPCU放電の機能のチェック処理を実行する。
Referring to FIG. 5 again, at S120, HV-
図7は、S130において実行されるPCU放電のチェック処理の詳細を示すフローチャートである。図7を参照して、HV−ECU300は、S131にて、MG−ECU160により放電信号DCHを出力させて、放電回路170にPCU放電の動作を実行させる。
FIG. 7 is a flowchart showing details of the PCU discharge check process executed in S130. Referring to FIG. 7, in S131, HV-
そして、HV−ECU300は、放電回路170に含まれる電流検出部173(図3または図4)で電流Iswが検出されたか否かを判定する。
Then, HV-
電流Iswが検出された場合(S132にてYES)は、HV−ECU300は、放電回路170によるPCU放電動作が正常であると判断する(S133)。一方、電流Iswが検出されなかった場合(S132にてNO)は、HV−ECU300は、放電回路170によるPCU放電動作が異常であると判断する(S135)。
When current Isw is detected (YES in S132), HV-
HV−ECU300は、PCU放電動作が正常であるか否かを判定すると、コンデンサC2の電荷が完全に放電される前に、速やかにPCU放電を停止させ(S134)、図5のS140に処理を進める。
When the HV-
再び図5を参照して、HV−ECU300は、PCU放電の動作確認が完了すると、S140にて、MG放電を実行して、コンデンサC2の残留電荷を放電する。このとき、HV−ECU300は、MG放電の進行につれて電圧VHが低下するか否かを判定することによって、MG放電の動作確認をあわせて行なう。
Referring to FIG. 5 again, HV-
そして、HV−ECU300は、MG放電によって電圧VHが十分に低下したことを検出すると、処理をS150に進めて、再びSMR115の溶着チェック処理を実行する。このときの溶着チェック処理は、MG放電によってコンデンサC1の電荷も放電された状態であるので、たとえば、SMR115の片方を閉成したときに、蓄電装置110によってコンデンサC1が充電されて電圧VLが増加するか否かを検出することによって溶着の有無を判定する。
When the HV-
なお、図5には示していないが、すべてのチェック処理が完了した後に、異常の有無についての情報が表示装置(図示せず)等によってユーザに通知されるようにしてもよい。 Although not shown in FIG. 5, after all the check processes are completed, information about the presence or absence of abnormality may be notified to the user by a display device (not shown) or the like.
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、コンデンサC2の再充電を繰り返すことなく、かつ、既存のシステムチェック処理を過度に遅延させることなく、PCU放電機能の動作確認を効率的に実行することができる。 By performing the control according to the above-described process, the PCU discharge function can be efficiently checked without repeating the recharging of the capacitor C2 and without excessively delaying the existing system check process. Can do.
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 車両、110 蓄電装置、115 SMR、120 PCU、130 コンバータ、140 インバータ、141 U相アーム、142 V相アーム、143 W相アーム、145,145A 電流センサ、150 モータジェネレータ、154 動力伝達ギヤ、155 駆動輪、160 MG−ECU、170 放電回路、171 制御部、172 ゲート駆動部、173 電流検出部、180,185 電圧センサ、186 放電部、190 衝突検出部、200 補機バッテリ、300 HV−ECU、C1〜C2 コンデンサ、D1〜D8 ダイオード、L1 リアクトル、NL1 接地線、PL1〜PL3 電力線、Q1〜Q8,Q10 スイッチング素子、R10 抵抗。 100 vehicle, 110 power storage device, 115 SMR, 120 PCU, 130 converter, 140 inverter, 141 U-phase arm, 142 V-phase arm, 143 W-phase arm, 145, 145A current sensor, 150 motor generator, 154 power transmission gear, 155 Drive wheel, 160 MG-ECU, 170 discharge circuit, 171 control unit, 172 gate drive unit, 173 current detection unit, 180, 185 voltage sensor, 186 discharge unit, 190 collision detection unit, 200 auxiliary battery, 300 HV-ECU , C1-C2 capacitor, D1-D8 diode, L1 reactor, NL1 ground line, PL1-PL3 power line, Q1-Q8, Q10 switching element, R10 resistor.
Claims (10)
負荷装置と、
前記蓄電装置からの電力を変換して前記負荷装置を駆動する駆動装置と、
前記駆動装置を制御するための第1の制御装置とを備え、
前記駆動装置は、
スイッチング素子を有し、前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷装置を駆動するためのインバータと、
前記インバータの直流側端子に接続されたコンデンサと、
前記第1の制御装置と信号の授受が可能であり、前記第1の制御装置からの指令に基づいて前記スイッチング素子を制御するための第2の制御装置と、
前記第2の制御装置からの指令に基づいて、前記駆動装置内で前記コンデンサの残留電荷を消費させる放電動作を行なうための放電回路とを含み、
前記第1の制御装置は、前記車両の走行が行なわれていない所定のタイミングにおいて、前記放電回路の動作確認を実行する、車両。 A vehicle capable of generating a driving force using electric power from a mounted power storage device,
A load device;
A drive device for converting the electric power from the power storage device to drive the load device;
A first control device for controlling the drive device;
The driving device includes:
An inverter for switching the DC power from the power storage device to AC power to drive the load device;
A capacitor connected to the DC side terminal of the inverter;
A second control device capable of transmitting and receiving signals to and from the first control device, and controlling the switching element based on a command from the first control device;
A discharge circuit for performing a discharge operation for consuming residual charge of the capacitor in the driving device based on a command from the second control device;
The first control device is a vehicle that executes an operation check of the discharge circuit at a predetermined timing when the vehicle is not running.
前記第1の制御装置は、前記放電動作を実行している間に、前記ブリッジ回路に流れる電流を検知した場合に前記放電動作が正常であると判定する、請求項1に記載の車両。 The discharge circuit is configured to switch between conduction and non-conduction while lowering the control terminal voltage of the other switching element in a state where one of the switching elements of the at least one phase bridge circuit of the inverter is made conductive Performing the discharge operation by switching,
The vehicle according to claim 1, wherein the first control device determines that the discharge operation is normal when the current flowing through the bridge circuit is detected while the discharge operation is being performed.
前記コンデンサに並列に結合された放電部をさらに含み、
前記放電部は、
直列接続された抵抗器とスイッチとを有し、
前記放電回路は、前記スイッチを導通状態とすることによって、前記放電動作を実行し、
前記第1の制御装置は、前記放電動作を実行している間に、前記抵抗器に流れる電流を検知した場合に前記放電動作が正常であると判定する、請求項1に記載の車両。 The driving device includes:
A discharge unit coupled in parallel to the capacitor;
The discharge part is
A resistor and a switch connected in series;
The discharge circuit performs the discharge operation by bringing the switch into a conductive state,
The vehicle according to claim 1, wherein the first control device determines that the discharge operation is normal when the current flowing through the resistor is detected while the discharge operation is being performed.
前記第1の制御装置は、前記所定のタイミングにおいて、前記第1の機能の動作確認を行なった後に、前記放電回路の動作確認を実行する、請求項1に記載の車両。 The first control device has a first function for forcibly turning off the switching element with respect to the inverter;
2. The vehicle according to claim 1, wherein the first control device executes operation confirmation of the discharge circuit after performing operation confirmation of the first function at the predetermined timing. 3.
前記第1の制御装置は、前記放電回路の動作確認に引き続いて、前記第2の機能の動作確認を実行する、請求項6に記載の車両。 The first control device further includes a second function of causing the second control device to energize the load device to discharge a residual charge of the capacitor,
The vehicle according to claim 6, wherein the first control device performs operation confirmation of the second function subsequent to operation confirmation of the discharge circuit.
前記車両は、
負荷装置と、
前記蓄電装置からの電力を変換して前記負荷装置を駆動する駆動装置とを含み、
前記駆動装置は、
スイッチング素子を有し、前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷装置を駆動するためのインバータと、
前記インバータの直流側端子に接続されたコンデンサと、
前記駆動装置内で前記コンデンサの残留電荷を消費させる放電動作を行なうための放電回路とを有し、
前記制御方法は、
前記車両の走行が行なわれていない所定のタイミングにおいて、前記放電回路を動作させる指令を出力するステップと、
前記放電回路を動作させる指令を出力している間に、前記放電回路を動作が正常であるか否かを判定するステップとを備える、車両の制御方法。 A vehicle control method capable of generating travel driving force using electric power from a mounted power storage device,
The vehicle is
A load device;
A drive device that converts electric power from the power storage device and drives the load device;
The driving device includes:
An inverter for switching the DC power from the power storage device to AC power to drive the load device;
A capacitor connected to the DC side terminal of the inverter;
A discharge circuit for performing a discharge operation for consuming residual charge of the capacitor in the driving device;
The control method is:
Outputting a command to operate the discharge circuit at a predetermined timing when the vehicle is not running;
And a step of determining whether or not the operation of the discharge circuit is normal while outputting a command to operate the discharge circuit.
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