JP4701821B2 - 負荷駆動装置およびそれを搭載した車両 - Google Patents

Description

この発明は、負荷駆動装置およびそれを搭載した車両に関し、特に、直流電圧を昇降圧する昇降圧コンバータを備えた負荷駆動装置およびそれを搭載した車両に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）や電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、燃料電池車などの電動車両が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動される電動機（モータ）とを動力源とする自動車である。電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動される電動機とを動力源とする自動車である。また、燃料電池車は、燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）とインバータとインバータによって駆動される電動機とを動力源とする自動車である。

このような電動車両に搭載される負荷駆動装置において、電動機の高出力化に対応して直流電源とインバータとの間に昇降圧コンバータを備えるものが知られている。

特開２００３−２３０２６９号公報（特許文献１）は、そのような昇降圧コンバータを備える負荷駆動装置を開示する。この負荷駆動装置は、直流電源に接続されるシステムメインリレーと、昇降圧コンバータと、駆動系インバータと、平滑コンデンサと、補機（Ａ／Ｃインバータ）と、制御回路とを備える。平滑コンデンサは、昇降圧コンバータと駆動系インバータとの間に駆動系インバータに並列に接続される。補機は、システムメインリレーと昇降圧コンバータとの間に昇降圧コンバータに並列に接続される。

この負荷駆動装置においては、制御回路は、システムの停止時、システムメインリレーをオフし、駆動系インバータを停止した後、昇降圧コンバータの上アームのスイッチングトランジスタをオンし、かつ、補機の駆動を継続する。これにより、平滑コンデンサの残留電荷を昇降圧コンバータを介して補機へ放電させる（特許文献１参照）。

また、特開２００４−７２８９２号公報（特許文献２）も、昇降圧コンバータを備える負荷駆動装置を開示する。この負荷駆動装置においても、システムメインリレーと昇降圧コンバータとの間に昇降圧コンバータに並列に補機が接続される。そして、制御装置は、交流モータが制御不能となり、かつ、直流電源の充電量が満充電量に達しているとき、昇降圧コンバータを停止させ、かつ、システムメインリレーをオンし続ける。これにより、駆動モータが制御不能状態となっても、補機の動作を継続させることができる（特許文献２参照）。
特開２００３−２３０２６９号公報 特開２００４−７２８９２号公報 特開平９−２８４９９４号公報 特開２００３−６１２０９号公報 特開２０００−２４５１３９号公報

しかしながら、上述した特開２００３−２３０２６９号公報および特開２００４−７２８９２号公報で開示される負荷駆動装置のいずれも、昇降圧コンバータの上アームが短絡故障すると、その短絡故障した昇降圧コンバータの上アームを介して昇降圧コンバータの高電圧側から昇降圧コンバータの低電圧側に設けられる補機へ過電圧が印加される可能性がある。特に、直流電源に異常が発生し、システムメインリレーがオフされたバッテリレス制御中においては、短絡故障した昇降圧コンバータの上アームを介して昇降圧コンバータの高電圧側から低電圧側に供給される電流は全て補機へ流れ込むため、昇降圧コンバータの高電圧側の電圧がそのまま補機に印加される。そして、このような過電圧は、補機の破損を招く。また、このような過電圧を考慮して補機を設計することは、補機の体格およびコストを増大させる。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、昇降圧コンバータの低電圧側に接続された負荷（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負荷駆動装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、昇降圧コンバータの低電圧側に接続された負荷（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負荷駆動装置を搭載した車両を提供することである。

この発明によれば、負荷駆動装置は、第１の電源ラインの電圧を降圧して第２の電源ラインに供給する電圧変換器と、第２の電源ラインに接続され、電圧変換器から電圧の供給を受ける負荷装置と、電圧変換器と負荷装置との間に接続されるリレーとを備える。

好ましくは、負荷駆動装置は、第２の電源ラインに接続される直流電源と、第１の電源ラインに接続される発電装置とをさらに備える。

この発明による負荷駆動装置においては、低電圧系の第２の電源ラインに負荷装置が接続され、電圧変換器と負荷装置との間にリレーが接続される。そこで、電圧変換器に異常が発生した場合、リレーをオフすることによって、高電圧系の第１の電源ラインから低電圧系の第２の電源ラインに接続された負荷装置へ高電圧系の第１の電源ラインの電圧が印加されるのを防止できる。

したがって、この発明による負荷駆動装置によれば、負荷装置の耐電圧の増加を図ることなく、負荷装置を過電圧から確実に保護することができる。

好ましくは、リレーは、電圧変換器の降圧機能が損なわれたときオフされる。
この負荷駆動装置においては、電圧変換器の降圧機能が損なわれるとリレーがオフされるので、高電圧系の第１の電源ラインから降圧不能な電圧変換器を介して低電圧系の第２の電源ラインに接続された負荷装置へ高電圧系の第１の電源ラインの電圧が印加されることが防止される。

したがって、この負荷駆動装置によれば、電圧変換器の降圧機能が損なわれる場合に対しても、負荷装置の耐電圧の増加を図ることなく、負荷装置を過電圧から確実に保護することができる。

好ましくは、電圧変換器は、第１の電源ラインと第２の電源ラインとの間に接続される上アームと第２の電源ラインと接地ラインとの間に接続される下アームとを少なくとも含むチョッパ回路からなり、リレーは、上アームと負荷装置との間に接続され、上アームの短絡故障が検出されるとオフされる。

また、好ましくは、負荷駆動装置は、上アームからの短絡故障信号に基づいてリレーへオフ指令を出力する制御手段をさらに備える。

この負荷駆動装置においては、チョッパ回路からなる電圧変換器の上アームが短絡故障して電圧変換器の降圧機能が損なわれると、上アームと負荷装置との間に接続されるリレーがオフされる。これにより、高電圧系の第１の電源ラインから短絡故障した電圧変換器の上アームを介して低電圧系の第２の電源ラインに接続された負荷装置へ高電圧系の第１の電源ラインの電圧が印加されることが防止される。

したがって、この負荷駆動装置によれば、負荷装置の耐電圧の増加を図ることなく、負荷装置を過電圧から確実に保護することができる。

好ましくは、負荷駆動装置は、第２の電源ラインに電気的に接続されているときに電圧変換器からの電流が供給される直流電源をさらに備え、リレーは、直流電源が第２の電源ラインから電気的に切離されており、かつ、電圧変換器の降圧機能が損なわれたとき、オフされる。

また、好ましくは、電圧変換器は、第１の電源ラインと第２の電源ラインとの間に接続される上アームと第２の電源ラインと接地ラインとの間に接続される下アームとを少なくとも含むチョッパ回路からなり、リレーは、上アームと負荷装置との間に接続され、直流電源が第２の電源ラインから電気的に切離されているときに上アームの短絡故障が検出されるとオフされる。

さらに好ましくは、負荷駆動装置は、直流電源と第２の電源ラインとの間に接続されるシステムリレーをさらに備え、リレーは、システムリレーがオフされており、かつ、電圧変換器の降圧機能が損なわれたとき、オフされる。

また、さらに好ましくは、負荷駆動装置は、直流電源の異常が検出されるとシステムリレーへオフ指令を出力するバッテリレス制御手段と、バッテリレス制御手段によってシステムリレーがオフされているとき、上アームからの短絡故障信号に基づいてリレーへオフ指令を出力するフェールセーフ制御手段とをさらに備える。

第２の電源ラインから直流電源が電気的に切離されているバッテリレス制御中においては、電圧変換器から第２の電源ラインに供給される電流は全て負荷装置に流れ込むため、電圧変換器の降圧機能が損なわれると、高電圧系の第１の電源ラインの電圧が負荷装置にそのまま印加され得る。ここで、この負荷駆動装置においては、バッテリレス制御中に電圧変換器の降圧機能が損なわれるとリレーがオフされるので、高電圧系の第１の電源ラインから降圧不能な電圧変換器を介して低電圧系の第２の電源ラインに接続された負荷装置へ高電圧系の第１の電源ラインの電圧が印加されることが防止される。

したがって、この負荷駆動装置によれば、負荷装置の耐電圧の増加を図ることなく、負荷装置を過電圧から確実に保護することができる。

好ましくは、電圧変換器は、直流電源から第２の電源ラインに供給される電圧を昇圧して第１の電源ラインに供給する昇圧機能をさらに有する。

また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの負荷駆動装置を搭載する。
好ましくは、負荷駆動装置に含まれ、電圧変換器から電圧の供給を受ける負荷装置は、車載用の補機である。

この発明による車両においては、上述した負荷駆動装置が搭載されるので、負荷装置の耐電圧の増加を図ることなく、負荷装置が過電圧から確実に保護される。そして、負荷装置の耐電圧を増加させる必要がないので、負荷装置の体格およびコストの増加はない。

したがって、この発明による車両によれば、車両の小型化および低コスト化を阻害することなく、負荷装置を過電圧から確実に保護することができる。

この発明によれば、電圧変換器の降圧機能が損なわれると、電圧変換器と負荷装置との間に接続されるリレーをオフするので、低電圧系の第２の電源ラインに接続された負荷装置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。

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による負荷駆動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、この電動車両１００は、主バッテリＢと、システムリレー１０と、昇降圧コンバータ２０と、インバータ３０と、モータジェネレータＭＧと、エアコン（Ａ／Ｃ）４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、補機バッテリ６０と、制御装置７０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬとを備える。

システムリレー１０は、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２を含む。リレーＳＭＲ１は、主バッテリＢの正極と電源ラインＰＬ１との間に接続される。リレーＳＭＲ２は、主バッテリＢの負極と接地ラインＳＬとの間に接続される。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続される。

昇降圧コンバータ２０は、リアクトルＬと、リレーＳＭＲ３と、上アームおよび下アームとを含む。上アームおよび下アームは、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続される。上アームは、パワートランジスタＱ１と、パワートランジスタＱ１のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１とからなり、下アームは、パワートランジスタＱ２と、パワートランジスタＱ２のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ２とからなる。リアクトルＬおよびリレーＳＭＲ３は、電源ラインＰＬ１と上アームおよび下アームの接続点との間に直列に接続される。なお、リアクトルＬとリレーＳＭＲ３との接続順は、逆であってもよい。

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、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム３２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１１，Ｑ１２からなり、Ｖ相アーム３４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１３，Ｑ１４からなり、Ｗ相アーム３６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１５，Ｑ１６からなる。各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。そして、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、モータジェネレータＭＧのＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルの中性点と反対側のコイル端にそれぞれ接続される。コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に配設される。

Ａ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。そして、補機バッテリ６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に接続される。

主バッテリＢは、充放電可能な直流電源であって、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なる。そして、主バッテリＢは、直流電力を発生し、その発生した直流電力をシステムリレー１０を介して電源ラインＰＬ１に供給する。また、主バッテリＢは、回生モード時、昇降圧コンバータ２０から電源ラインＰＬ１およびシステムリレー１０を介して直流電力の供給を受けて充電される。

システムリレー１０のリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、制御装置７０からの信号ＳＥ１によってオン／オフされる。具体的には、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥ１によってオンされ、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＳＥ１によってオフされる。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。

昇降圧コンバータ２０は、制御装置７０からの信号ＰＷＣＵに基づいて、主バッテリＢから受ける直流電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。具体的には、昇降圧コンバータ２０は、制御装置７０からの信号ＰＷＣＵに基づいて、パワートランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによって主バッテリＢからの直流電圧を昇圧する。そして、昇降圧コンバータ２０は、その昇圧した昇圧電圧をパワートランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ出力する。

また、昇降圧コンバータ２０は、制御装置７０からの信号ＰＷＣＤに基づいて、インバータ３０から受ける直流電圧を降圧し、主バッテリＢを充電するとともに、Ａ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の各補機へその降圧した電圧を供給する。

さらに、昇降圧コンバータ２０の上アームに対応するインテリジェントパワーモジュール（以下「ＩＰＭ」と称する。）２２は、ＩＰＭ２２内部の短絡故障を検出すると、Ｈレベルのフェール信号ＦＣを生成して制御装置７０へ出力する。具体的には、ＩＰＭ２２は、内部に流れる電流が所定のしきい値を超えると、短絡故障が発生したものとしてＨレベルのフェール信号ＦＣを生成する。

また、さらに、昇降圧コンバータ２０のリレーＳＭＲ３は、制御装置７０からの信号ＳＥ２によってオン／オフされる。具体的には、リレーＳＭＲ３は、Ｈレベルの信号ＳＥ２によってオンされ、Ｌレベルの信号ＳＥ２によってオフされる。そして、リレーＳＭＲ３は、制御装置７０からの信号ＳＥ２によってオフされると、電源ラインＰＬ１ならびにそれに接続されたＡ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の各補機を昇降圧コンバータ２０の上アームに対応するＩＰＭ２２から電気的に切離す。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。インバータ３０は、制御装置７０からの信号ＰＷＭＩに基づいて、電源ライン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、制御装置７０からの信号ＰＷＭＣに基づいて、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。

モータジェネレータＭＧは、この電動車両１００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１００に組込まれる。また、電動車両１００の回生制動時、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。

Ａ／Ｃ４０は、電源ラインＰＬ１からの直流電圧を交流電圧に変換するインバータとそのインバータによって駆動されるＡ／Ｃコンプレッサとを含む（いずれも図示せず）。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、電源ラインＰＬ１から受ける直流電圧を降圧して補機バッテリ６０を充電する。補機バッテリ６０は、車両の灯火装置や車内のオーディオ機器などへ補機電力を供給する。

制御装置７０は、図示されない各種センサによってそれぞれ検出される、主バッテリＢに入出力されるバッテリ電流ＩＢ、主バッテリＢのバッテリ電圧ＶＢおよびバッテリ温度ＴＢ、電源ラインＰＬ２−接地ラインＳＬ間の電圧ＶＣ、ならびにモータジェネレータＭＧのモータ電流ＭＣＲＴを受ける。また、制御装置７０は、図示されない外部ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）からモータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、ならびにこの電動車両１００が回生制動モードに入るとＨレベルとなる信号ＲＧＥを受ける。さらに、制御装置７０は、昇降圧コンバータ２０の上アームに対応するＩＰＭ２２からフェール信号ＦＣを受ける。

そして、制御装置７０は、主バッテリＢからの直流電圧を昇降圧コンバータ２０によって昇圧するための信号ＰＷＣＵ、および昇降圧コンバータ２０から供給される直流電圧をインバータ３０によって交流電圧に変換するための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＣＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇降圧コンバータ２０およびインバータ３０へ出力する。

また、制御装置７０は、Ｈレベルの信号ＲＧＥを受けると、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電圧をインバータ３０によって直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣ、およびインバータ３０から供給される直流電圧を昇降圧コンバータ２０によって降圧するための信号ＰＷＣＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＣおよび信号ＰＷＣＤをそれぞれインバータ３０および昇降圧コンバータ２０へ出力する。

さらに、制御装置７０は、主バッテリＢの異常を検出すると、Ｌレベルの信号ＳＥ１を生成してシステムリレー１０へ出力する。これにより、システムリレー１０はオフされ、この電動車両１００は、主バッテリＢがシステムから切離されたバッテリレス制御状態となる。

また、さらに、制御装置７０は、バッテリレス制御中に昇降圧コンバータ２０の上アームに対応するＩＰＭ２２からＨレベルのフェール信号ＦＣを受けると、Ｌレベルの信号ＳＥ２を生成してリレーＳＭＲ３へ出力する。これにより、リレーＳＭＲ３はオフされ、Ａ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、ＩＰＭ２２から電気的に切離される。

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、モータトルク制御手段７０２と、電圧変換制御手段７０４と、バッテリレス制御手段７０６と、フェールセーフ制御手段７０８とを含む。

モータトルク制御手段７０２は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、ならびにバッテリ電圧ＶＢおよび電源ラインＰＬ２−接地ラインＳＬ間の電圧ＶＣに基づいて、主バッテリＢからの直流電圧を昇圧するための信号ＰＷＣＵを生成し、その生成した信号ＰＷＣＵを昇降圧コンバータ２０のパワートランジスタＱ２へ出力する。

また、モータトルク制御手段７０２は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴならびに電圧ＶＣに基づいて、昇降圧コンバータ２０によって昇圧された昇圧電圧を交流電圧に変換するための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ３０のパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６へ出力する。

電圧変換制御手段７０４は、電動車両１００の回生制動時、Ｈレベルの信号ＲＧＥを受けると、モータジェネレータＭＧが発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成し、その生成した信号ＰＷＭＣをインバータ３０のパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６へ出力する。

また、電圧変換制御手段７０４は、電動車両１００の回生制動時、Ｈレベルの信号ＲＧＥを受けると、インバータ３０からの直流電圧を降圧するための信号ＰＷＣＤを生成し、その生成した信号ＰＷＣＤを昇降圧コンバータ２０のパワートランジスタＱ１へ出力する。

バッテリレス制御手段７０６は、主バッテリＢのバッテリ電流ＩＢ、バッテリ電圧ＶＢおよびバッテリ温度ＴＢに基づいて、主バッテリＢに異常が発生しているか否かを判定する。そして、バッテリレス制御手段７０６は、主バッテリＢに異常が発生していると判定すると、Ｌレベルの信号ＳＥ１を生成してシステムリレー１０へ出力し、システムリレー１０をオフする。また、バッテリレス制御手段７０６は、主バッテリＢに異常が発生していると判定すると、バッテリレス制御中フラグＦＬＧをオン（Ｈレベル）してフェールセーフ制御手段７０８へ出力する。

フェールセーフ制御手段７０８は、バッテリレス制御手段７０６からのバッテリレス制御中フラグＦＬＧがオンしているときに昇降圧コンバータ２０のＩＰＭ２２からＨレベルのフェール信号ＦＣを受けると、Ｌレベルの信号ＳＥ２を生成してリレーＳＭＲ３へ出力し、リレーＳＭＲ３をオフする。すなわち、フェールセーフ制御手段７０８は、バッテリレス制御中に昇降圧コンバータ２０の上アームの短絡故障が検出されると、リレーＳＭＲ３をオフする。これにより、短絡故障した昇降圧コンバータ２０の上アームを介して電源ラインＰＬ２からＡ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の各補機へ高電圧が印加されるのを防止できる。

図３は、図１に示した制御装置７０によるフェールセーフ制御のフローチャートである。図３を参照して、一連の処理が開始されると、制御装置７０は、主バッテリＢのバッテリ電流、バッテリ電圧ＶＢおよびバッテリ温度ＴＢを各検出センサからそれぞれ受ける（ステップＳ１０）。

そして、制御装置７０は、その受けたバッテリ電流ＩＢ、バッテリ電圧ＶＢおよびバッテリ温度ＴＢに基づいて、主バッテリＢに異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ２０）。制御装置７０は、主バッテリＢは正常であると判定すると（ステップＳ２０においてＮＯ）、バッテリレス制御中フラグＦＬＧがオン（Ｈレベル）されている場合には、バッテリレス制御中フラグＦＬＧをオフ（Ｌレベル）する（ステップＳ７０）。そして、一連の処理が終了する。

一方、制御装置７０は、主バッテリＢが異常であると判定すると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、Ｈレベルの信号ＳＥ１をシステムリレー１０へ出力し、システムリレー１０をオフする（ステップＳ３０）。そして、制御装置７０は、バッテリレス制御に入ったことを示すバッテリレス制御中フラグＦＬＧをオン（Ｈレベル）する（ステップＳ４０）。

次いで、制御装置７０は、昇降圧コンバータ２０の上アームに対応するＩＰＭ２２からのフェール信号ＦＣがＨレベルであるか否かを判定する（ステップＳ５０）。制御装置７０は、フェール信号ＦＣがＬレベルであると判定すると（ステップＳ５０においてＮＯ）、一連の処理が終了する。

一方、制御装置７０は、フェール信号ＦＣがＨレベルであると判定すると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、昇降圧コンバータ２０の上アームに対応するＩＰＭ２２において短絡故障が発生したものと判定する。そして、制御装置７０は、Ｈレベルの信号ＳＥ２を生成してリレーＳＭＲ３へ出力し、リレーＳＭＲ３をオフする（ステップＳ６０）。その後、一連の処理が終了する。

このようにして、主バッテリＢの異常が検出されてシステムリレー１０がオフされたバッテリレス制御中に昇降圧コンバータ２０の上アームの短絡故障が検出されると、昇降圧コンバータ２０の上アームとＡ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の各補機との間に設けられたリレーＳＭＲ３がオフされる。

再び図１を参照して、この電動車両１００の全体動作について説明する。制御装置７０は、図示されないイグニッションスイッチ（またはイグニッションキー）がオン操作されると、Ｈレベルの信号ＳＥ１，ＳＥ２を生成してそれぞれシステムリレー１０およびリレーＳＭＲ３へ出力する。そうすると、システムリレー１０がオンされ、主バッテリＢが電源ラインＰＬ１と電気的に接続される。また、リレーＳＭＲ３がオンされ、電源ラインＰＬ１が昇降圧コンバータ２０と電気的に接続される。

そして、制御装置７０は、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮ、モータ電流ＭＣＲＴ、バッテリ電圧ＶＢおよび電源ラインＰＬ２−接地ラインＳＬ間の電圧ＶＣに基づいて信号ＰＷＣＵおよび信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＣＵおよび信号ＰＷＭＩを昇降圧コンバータ２０およびインバータ３０へ出力する。そうすると、昇降圧コンバータ２０は、制御装置７０からの信号ＰＷＣＵに基づいて主バッテリＢからの直流電圧を昇圧し、インバータ３０は、昇降圧コンバータ２０からの昇圧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、制御装置７０は、Ｈレベルの信号ＲＧＥを受けると、信号ＰＷＭＣおよび信号ＰＷＣＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＣおよび信号ＰＷＣＤをインバータ３０および昇降圧コンバータ２０へ出力する。そうすると、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧが発電した交流電圧を直流電圧に変換し、昇降圧コンバータ２０は、インバータ３０からの直流電圧を降圧して主バッテリＢならびにＡ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の各補機へ供給する。

さらに、制御装置７０は、バッテリ電流ＩＢ、バッテリ電圧ＶＢおよびバッテリ温度ＴＢに基づいて主バッテリＢの異常を検出すると、Ｌレベルの信号ＳＥ１を生成してシステムリレー１０へ出力する。そうすると、システムリレー１０はオフされ、電動車両１００は、主バッテリＢがシステムから切離されたバッテリレス制御状態となる。

そして、制御装置７０は、昇降圧コンバータ２０の上アームに対応するＩＰＭ２２から短絡故障を示すＨレベルのフェール信号ＦＣをバッテリレス制御中に受けると、Ｌレベルの信号ＳＥ２を生成してリレーＳＭＲ３へ出力する。そうすると、リレーＳＭＲ３はオフされ、Ａ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の各補機は、高電圧系の電源ラインＰＬ２から短絡故障したＩＰＭ２２を介して印加され得る過電圧から保護される。

以上のように、この実施の形態１によれば、昇降圧コンバータ２０の上アームが短絡故障し、昇降圧コンバータ２０の降圧機能が損なわれると、リレーＳＭＲ３がオフされるので、低電圧系に接続されたＡ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の各補機を過電圧から確実に保護することができる。

そして、Ａ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の各補機を過電圧から保護するために各補機の耐電圧の増加を図る必要がないので、各補機の体格およびコストの増加はない。したがって、電動車両１００の小型化および低コスト化を阻害することなく、各補機を過電圧から保護することができる。

［実施の形態２］
図４は、この発明の実施の形態２による負荷駆動装置を搭載した電動車両の全体ブロック図である。図４を参照して、この電動車両１００Ａは、図１に示した実施の形態１における電動車両１００の構成において、昇降圧コンバータ２０およびリレーＳＭＲ３に代えて、それぞれ昇降圧コンバータ２０ＡおよびリレーＳＭＲ４を備える。

昇降圧コンバータ２０Ａは、図１に示した実施の形態１における昇降圧コンバータ２０の構成において、リレーＳＭＲ３を備えていない構成からなる。そして、リレーＳＭＲ４は、電源ラインＰＬ１とＡ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の正極端子との間に配設される。リレーＳＭＲ４は、制御装置７０からの信号ＳＥ２によってオン／オフされる。具体的には、リレーＳＭＲ４は、Ｈレベルの信号ＳＥ２によってオンされ、Ｌレベルの信号ＳＥ２によってオフされる。

なお、電動車両１００Ａのその他の構成は、実施の形態１における電動車両１００と同じである。

この実施の形態２においては、制御装置７０は、昇降圧コンバータ２０の上アームに対応するＩＰＭ２２から短絡故障を示すＨレベルのフェール信号ＦＣをバッテリレス制御中に受けると、Ｌレベルの信号ＳＥ２を生成してリレーＳＭＲ４へ出力する。そうすると、リレーＳＭＲ４はオフされ、Ａ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の各補機は、高電圧系の電源ラインＰＬ２から短絡故障したＩＰＭ２２を介して印加され得る過電圧から保護される。

なお、この実施の形態２では、主バッテリＢの異常が解消し、システムリレー１０がオンされても、リレーＳＭＲ４がオンされない限り、主バッテリＢからＡ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の各補機へ電力を供給することはできない。

以上のように、この実施の形態２によれば、昇降圧コンバータ２０の上アームが短絡故障し、昇降圧コンバータ２０の降圧機能が損なわれると、リレーＳＭＲ４がオフされるので、低電圧系に接続されたＡ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の各補機を過電圧から確実に保護することができる。

なお、上記の各実施の形態１，２においては、昇降圧コンバータ２０のＩＰＭ２２からの故障信号（フェール信号ＦＣ）に基づいてＩＰＭ２２の短絡故障を検出するものとしたが、ＩＰＭ２２に流れる電流を検出する電流センサやＩＰＭ２２の両端の電圧を検出する電圧センサを別途設けて、ＩＰＭ２２の短絡故障を検出してもよい。

また、上記においては、主バッテリＢは、充放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１００，１００Ａ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を適用することができる。

なお、上記において、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２は、それぞれこの発明における「第２の電源ライン」および「第１の電源ライン」に対応し、昇降圧コンバータ２０，２０Ａは、この発明における「電圧変換器」に対応する。また、Ａ／Ｃ４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、この発明における「負荷装置」に対応し、リレーＳＭＲ３，ＳＭＲ４は、この発明における「リレー」に対応する。さらに、主バッテリＢは、この発明における「直流電源」に対応し、インバータ３０およびモータジェネレータＭＧは、この発明における「発電装置」を形成する。また、さらに、制御装置７０は、この発明における「制御手段」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による負荷駆動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１に示す制御装置によるフェールセーフ制御のフローチャートである。 この発明の実施の形態２による負荷駆動装置を搭載した電動車両の全体ブロック図である。

符号の説明

１０ システムリレー、２０，２０Ａ 昇降圧コンバータ、２２ ＩＰＭ、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 Ａ／Ｃ、５０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、６０ 補機バッテリ、７０ 制御装置、１００，１００Ａ 電動車両、Ｂ 主バッテリ、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ４ リレー、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン、Ｌ リアクトル、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６ パワートランジスタ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６ ダイオード、ＭＧ モータジェネレータ。

Claims (8)

1. 第１の電源ラインの電圧を降圧して第２の電源ラインに供給する電圧変換器と、
   前記第２の電源ラインと電力を授受可能な直流電源と、
   前記直流電源と前記第２の電源ラインとの間に設けられるシステムリレーと、
   前記第２の電源ラインに接続され、前記電圧変換器から電圧の供給を受ける負荷装置とを備え、
   前記電圧変換器は、前記第１の電源ラインと前記第２の電源ラインとの間に接続される上アームと、前記第２の電源ラインと接地ラインとの間に接続される下アームとを含むチョッパ回路によって構成され、さらに
   前記上アームの短絡故障が検出されると、前記上アームと前記負荷装置との間の電路を遮断するためのリレーを備える負荷駆動装置。
2. 前記第１の電源ラインに接続される発電装置をさらに備える、請求項１に記載の負荷駆動装置。
3. 前記上アームからの短絡故障信号に基づいて前記リレーへ遮断指令を出力する制御手段をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置。
4. 前記リレーは、前記システムリレーによって前記直流電源が前記第２の電源ラインから電気的に切離されている場合に前記上アームの短絡故障が検出されると、前記上アームと前記負荷装置との間の電路を遮断する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
5. 前記直流電源の異常が検出されると、前記システムリレーを制御することによって前記直流電源を前記第２の電源ラインから電気的に切離すためのバッテリレス制御手段と、
   前記バッテリレス制御手段によって前記システムリレーが制御されることにより前記直流電源が前記第２の電源ラインから電気的に切離されているとき、前記上アームからの短絡故障信号に基づいて前記リレーへ遮断指令を出力するフェールセーフ制御手段とをさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
6. 前記電圧変換器は、前記直流電源から前記第２の電源ラインに供給される電圧を昇圧して前記第１の電源ラインに供給する昇圧機能をさらに有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の負荷駆動装置を搭載した車両。
8. 前記負荷駆動装置に含まれ、前記電圧変換器から電圧の供給を受ける前記負荷装置は、車載用の補機である、請求項７に記載の車両。

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