JP6387941B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両に関する。本明細書における「電動車両」には、走行用にモータを備えるがエンジンは備えない電気自動車とモータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車が含まれる。

電動車両の中には、直流電源とインバータの間に双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを備えるタイプがある（例えば特許文献１−３）。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、力行時には、直流電源の出力電圧を昇圧してインバータへ供給する。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、回生時には、走行用のモータで発電され、インバータを逆に流れて直流化された回生電力を降圧してバッテリを充電する。

双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの低電圧端にコンデンサが並列に接続され、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの高電圧端にもコンデンサが並列に接続される。前者のコンデンサは、昇圧動作のとき、及び、降圧動作のときに電力を一時的に蓄え、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの働きを補助する。後者のコンデンサは、インバータへの入力電流の脈動を除去するために設けられている。それらのコンデンサは、衝突時に速やかに放電されることが望ましい。特許文献１、２には、２個のコンデンサの間で電力移送を繰り返して放電する技術も開示されている。

一方、特許文献３には、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを２個並列に接続し、小さい電力しか要求されない場合には一方の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを休止する技術が開示されている。大きな一つのＤＣ−ＤＣコンバータを備える場合と比較して、小さい２個のＤＣ−ＤＣコンバータを備える方が、高い電力変換効率が得られる。特許文献３では、並列化された複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを同時に用いる場合には、リプルの重畳を避けるため、スイッチング素子をオンさせるタイミングをずらして複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを並列動作させることが開示されている。なお、以下では、説明を簡単化するため、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを単純に双方向コンバータと表記する場合がある。

特開２０１０−２１３４０６号公報 特開２００８−３０６７９５号公報 特開２０１０−１０４１３９号公報

本明細書が開示する技術は、並列接続された双方向コンバータを有する電動車両において、並列化の特徴を活用してコンデンサの放電を早める技術を提供する。

本明細書が開示する電動車両は、直流電源と、インバータと、走行用のモータと、衝突センサと、２個の双方向コンバータ（双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ）と、第１及び第２コンデンサと、制御装置を備える。走行用のモータは、インバータの交流側に接続されている。先に述べたように、回生時にはモータが発電し、その交流電力をインバータが直流に変換する。衝突センサには、加速度によって衝突を検知するセンサのほか、衝突が避けられない状況を検出するセンサも含まれる。衝突が避けられない状況を検出するセンサとは、例えば、レーザや画像による測距センサなどである。本明細書では、説明を簡単にするため、衝突が避けられない状況を検出するセンサも「衝突を検知するセンサ」に含むものとして説明する。

２個の双方向コンバータは、スイッチング素子のスイッチング動作によって電圧を昇降圧する。２個の双方向コンバータは、低電圧端が直流電源に接続されており、高電圧端がインバータに接続されている。「電圧を昇降圧する」とは、低電圧端に印加された電圧を昇圧して高電圧端に出力する動作と、高電圧端に印加された電圧を降圧して低電圧端に出力する動作の双方が可能であることを意味する。第１コンデンサは、２個の双方向コンバータの低電圧端に並列に接続されており、第２コンデンサは、２個の双方向コンバータの高電圧端に並列に接続されている。制御装置は、夫々の双方向コンバータのスイッチング素子に駆動パルス信号を供給する。この制御装置は、走行時には、それぞれの双方向コンバータのスイッチング素子に対して、オンのタイミングが相互にずれているとともにオフのタイミングが相互にずれている駆動パルス信号を供給する。制御装置は、車両の衝突が検知された場合には、それぞれの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子に対して、第１及び第２コンデンサの間で電力を移送させるようにスイッチング素子を駆動する駆動パルス信号を供給する。第１及び第２コンデンサの間で電力を移送させることによって両方のコンデンサを放電する。このときに制御装置は、それぞれの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子に対して、オンのタイミングが一致しているとともにオフのタイミングが一致している駆動パルス信号を供給する。この電動車両は、通常走行時には２個の双方向コンバータのオンのタイミング（及びオフのタイミング）をずらしてリプルの重畳を回避する。衝突時には、双方向コンバータのオンのタイミングを一致させることで、リプルを意図的に重畳させて大きくする。この電動車両は、放電時にはリプルによる電力損失を意図的に発生させて電力消費を大きくし、放電を早める。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電動車両（ハイブリッド車）の駆動系ブロック図である。

図面を参照して実施例の電動車両を説明する。実施例の電動車両は、走行用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車である。図１に、ハイブリッド車２の駆動系のブロック図を示す。先に述べたように、ハイブリッド車２は、走行用のモータ８とエンジン９１を備える。モータ８の出力トルクとエンジン９１の出力トルクは動力分配機構９２により適宜に合成／分配される。アクセルペダルが強く踏み込まれたときなど、大きな駆動力が要求された場合には、エンジン９１の出力トルクとモータ８の出力トルクは動力分配機構９２により合成されて車軸９３に伝達される。アクセルペダルの踏込量が一定で小さい場合など、一定で小さい駆動力が要求されている場合には、動力分配機構９２は、エンジン９１の出力トルクの一部を車軸９３に伝達し、残りをモータ８に伝達する。このときモータ８はエンジントルクの一部で発電する。すなわち、ハイブリッド車２は、エンジン９１の出力で走行しながら発電する。発電された交流電力はインバータ７で直流に変換され、さらに２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂで降圧されてバッテリ３に供給される。回生で得た電力でバッテリ３が充電される。なお、先に述べたように、「双方向コンバータ」とは、スイッチング素子のスイッチング動作よって低電圧端から高電圧端へ向けて電圧を昇圧する昇圧動作と、高電圧端から低電圧端へ向けて電圧を降圧する降圧動作の双方が可能なコンバータを意味する。本明細書の場合、双方向コンバータ１０ａ、１０ｂは、バッテリ３の電圧を昇圧してインバータ７に供給する昇圧動作と、インバータ７から送られる回生電力を降圧してバッテリ３に供給する降圧動作の双方が可能である。

バッテリ３からモータ８までの電気回路の構造を説明する。ハイブリッド車２は、バッテリ３と、インバータ７と走行用のモータ８と、２組の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂと２個のコンデンサ（第１コンデンサ５と第２コンデンサ６）と、制御装置２０を備えている。また、走行用の回路ではないが、ハイブリッド車２は、エアバック装置３１を備えている。バッテリ３は、システムメインリレー４を介して２組の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの夫々の低電圧端１８（１８ａ、１８ｂ）に接続されている。２組の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂは並列に接続されている。２組の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの高電圧端１９（１９ａ、１９ｂ）には、インバータ７が接続されている。第１コンデンサ５は、２組の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの低電圧端１８（１８ａ、１８ｂ）に並列に接続されている。第１コンデンサ５は、双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの昇圧動作のとき、及び、降圧動作のときに電力を一時的に蓄えて双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの動作を補助する。第２コンデンサ６は２組の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの高電圧端１９（１９ａ、１９ｂ）に並列に接続されている。第２コンデンサ６は、インバータ７に入力される電流の脈動を抑える。制御装置２０は、夫々の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂが備えているスイッチング素子１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂに与える駆動パルス信号（ＰＷＭパルス信号）を生成する。

一方の双方向コンバータ１０ａについて説明する。双方向コンバータ１０ａは、リアクトル１２ａ、上アームスイッチング素子１４ａ、下アームスイッチング素子１５ａ、２個のダイオード１６ａ、１７ａで構成されている。上アームスイッチング素子１４ａと下アームスイッチング素子１５ａは、直列に接続されている。なお、上アームスイッチング素子１４ａが下アームスイッチング素子１５ａよりも高電位側に位置する。以下では、「上アーム」と「下アーム」の区別をしない場合には、上アームスイッチング素子１４ａ、下アームスイッチング素子１５ａを単純にスイッチング素子１４ａ、１５ａと表記する。

スイッチング素子１４ａ、１５ａの直列接続の高電位側は双方向コンバータ１０ａの高電圧端の正極１９ａに接続され、直列接続の低電位側は双方向コンバータ１０ａの低電圧端の負極１８ｂと高電圧端の負極１９ｂに接続されている。リアクトル１２ａの一端は低電圧端の正極１８ａに接続されており、他端はスイッチング素子１４ａ、１５ａの直列接続の中点に接続されている。一方のダイオード１６ａは上アームスイッチング素子１４ａに逆並列に接続されており、他方のダイオード１７ａは下アームスイッチング素子１５ａに逆並列に接続されている。

双方向コンバータ１０ａの昇圧動作には主に下アームスイッチング素子１５ａが関与する。下アームスイッチング素子１５ａがオンするとリアクトル１２ａ、下アームスイッチング素子１５ａ、及び、第１コンデンサ５で作られる閉ループに電流が流れ、リアクトル１２ａに電気エネルギが蓄えられる。下アームスイッチング素子１５ａがオフすると、リアクトル１２ａに蓄えられた電気エネルギが放出され、リアクトル１２ａがポンプのように電流を押し出す。押し出された電流はダイオード１６ａを通り高電圧端の正極１９ａに達する。その結果、高電圧端１９の電圧が低電圧端１８の電圧よりも高くなる。下アームスイッチング素子１５ａがオンとオフを繰り返すことで、高電圧端１９の電圧が低電圧端１８の電圧よりも高く保持される。

双方向コンバータ１０ａの降圧動作には主に上アームスイッチング素子１４ａが関与する。上アームスイッチング素子１４ａがオンすると高電圧端の正極１９ａからリアクトル１２ａへ向かって電流が流れる。このとき、リアクトル１２ａに電気エネルギが蓄えられる。高電圧端１９の電気エネルギの一部がリアクトル１２ａに蓄えられている間、低電圧端の正極１８ａの電位は高電圧端の正極１９ａの電位よりも低くなる。上アームスイッチング素子１４ａがオフすると、高電圧端の正極１９ａからの電力供給が断たれる。しかしこのとき、リアクトル１２ａに蓄えられた電気エネルギにより、リアクトル１２ａ、第１コンデンサ５、ダイオード１７ａの閉ループに電流が流れ、低電圧端の正極１８ａの電位低下が緩やかとなる。上アームスイッチング素子１４ａがオンとオフを繰り返すことで、低電圧端１８の電圧が高電圧端１９の電圧よりも低く保持される。

双方向コンバータ１０ａは、また、リアクトル１２ａを流れる電流を計測する電流センサ１３ａを備える。電流センサ１３ａの計測結果は制御装置２０に送られる。電流センサ１３ａの計測結果を用いた双方向コンバータ１０ａの制御については後述する。

双方向コンバータ１０ｂは、リアクトル１２ｂ、上アームスイッチング素子１４ｂ、下アームスイッチング素子１５ｂ、２個のダイオード１６ｂ、１７ｂで構成されている。双方向コンバータ１０ｂの説明は、双方向コンバータ１０ａの説明における符号の英字を「ａ」から「ｂ」に変更したものに相当する。それゆえ、詳しい説明は省略する。上アームスイッチング素子１４ｂ、下アームスイッチング素子１５ｂについても、「上アーム」、「下アーム」の区別を要しない場合には、単純に、スイッチング素子１４ｂ、１５ｂと表記する。

なお、双方向コンバータ１０ａ、１０ｂが備えるスイッチング素子１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂは、具体的にはトランジスタである。より具体的には、スイッチング素子はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。従ってスイッチング素子１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂのオンとオフは、各スイッチング素子のゲートに供給される駆動パルス信号で制御される。駆動パルス信号は、具体的には、ＰＷＭ信号である。

双方向コンバータ１０ａ、１０ｂが備えるスイッチング素子１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂへ供給する駆動パルス信号は、制御装置２０が生成する。制御装置２０は、双方向コンバータ１０ａと１０ｂが同じ動作を行うように、各スイッチング素子１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂに与える駆動パルス信号を生成する。ただし、双方向コンバータ１０ａのスイッチング素子１４ａ、１５ａに与える駆動パルス信号のオンのタイミングと、双方向コンバータ１０ｂのスイッチング素子１４ｂ、１５ｂに与える駆動パルス信号のオンのタイミングは、通常走行時は異なり、コンデンサ放電時は一致する。夫々の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂに与える駆動パルス信号のオフのタイミングも、通常走行時は異なり、コンデンサ放電時は一致する。駆動信号のオンのタイミング及びオフのタイミングについては後述する。

ハイブリッド車２は、並列に接続された２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂを備える。２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂに同じデューティ比の駆動パルス信号を与えると、２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂがあたかも一つの双方向コンバータとして機能する。モータ８に要求される出力が小さい場合には、一方の双方向コンバータを停止し、他方の双方向コンバータのみで出力を賄うことも可能である。２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂに同じデューティ比の駆動パルス信号を与える場合、制御装置２０は、オンするタイミングが相互にずれている駆動パルス信号を夫々の双方向コンバータのスイッチング素子に与える。これは、各スイッチング素子のスイッチング動作に伴うリプルが重なることを避けるためである。一方、制御装置２０は、衝突時に第１コンデンサ５と第２コンデンサ６を急速放電する。その場合、オンするタイミングが一致している駆動パルス信号を２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂに供給する。これは、オンするタイミングを揃えることでリプルを意図的に重ねて大きくし、リプルによる損失（電力消費）で放電を早めるためである。

制御装置２０について詳しく説明する。制御装置２０は、目標調整器２１、キャリア発生器２２、キャリアタイミング調整器２３、指令生成器２４、２個のＰＭＷ生成器２５ａ、２５ｂ、３個の加算器２６ａ−２６ｃを備える。制御装置２０は、基本的には、不図示の上位の制御装置からモータの電流目標値Ｉｍを受け、２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂを流れる電流の合計が電流目標値Ｉｍに追従するように各スイッチング素子を制御する。

制御装置２０の動作を詳しく説明する。目標調整器２１は、上位の制御装置から与えられた電流目標値Ｉｍに係数Ｒを乗じる。係数Ｒは、０．０から１．０までの間の数値であり、２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂで分担する目標値の割合を決定するパラメータである。「Ｉｍ×Ｒ」が双方向コンバータ１０ａの目標値になり、「Ｉｍ×（１−Ｒ）」が双方向コンバータ１０ｂの目標値になる。双方向コンバータ１０ｂの目標値は、加算器２６ａで生成される。通常、係数Ｒは０．５である。即ち、２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの夫々は、電流目標値Ｉｍの半分の電流が流れるように制御される。

加算器２６ｂにより、目標値「Ｉｍ×Ｒ」の値から電流センサ１３ａの計測値が差し引かれる。加算器２６ｂの結果は、双方向コンバータ１０ａの目標値と実際の電流値との差分である。ＰＷＭ生成器２５ａは、この差分がゼロになるように、スイッチング素子１４ａ、１５ａに与える駆動パルス信号を生成する。なお、駆動パルス信号を生成するときの基準となるキャリア信号はキャリアタイミング調整器２３から送られる。ＰＷＭ生成器２５ａが生成した駆動パルス信号は、双方向コンバータ１０ａのスイッチング素子１４ａ、１５ａに供給される。なお、上アームスイッチング素子１４ａに供給する駆動パルス信号と下アームスイッチング素子１５ａに供給する駆動パルス信号は互いに相補的である。相補的であるとは、例えば、上アームスイッチング素子１４ａに供給する駆動パルス信号のデューティ比が「Ｄ」のとき、下アームスイッチング素子１５ａに供給する駆動パルス信号のデューティ比が「１−Ｄ」となることを意味する。相補的な駆動パルス信号を与える理由は後に述べる。

加算器２６ｃにより、目標値「Ｉｍ×（１−Ｒ）」の値から電流センサ１３ｂの計測値が差し引かれる。加算器２６ｃの結果は、双方向コンバータ１０ｂの目標値と実際の電流値との差分である。ＰＷＭ生成器２５ｂは、この差分がゼロになるように、スイッチング素子１４ｂ、１５ｂに供給する駆動パルス信号を生成する。駆動パルス信号を生成するときの基準となるキャリア信号はキャリアタイミング調整器２３から送られる。ＰＷＭ生成器２５ｂが生成した駆動パルス信号は、双方向コンバータ１０ｂのスイッチング素子１４ｂ、１５ｂに供給される。双方向コンバータ１０ｂにおいても、上アームスイッチング素子１４ｂに供給する駆動パルス信号と下アームスイッチング素子１５ａに供給する駆動パルス信号は互いに相補的である。

キャリアタイミング調整器２３は、キャリア発生器２２から得られるキャリア信号を使い、ＰＷＭ生成器２５ａと２５ｂに与えるキャリア信号の位相を相互にずらす。具体的には、キャリアタイミング調整器２３は、ＰＷＭ生成器２５ａに供給するキャリア信号の１８０度位相がずれたキャリア信号をＰＷＭ生成器２５ｂに供給する。そうすることにより、ＰＷＭ生成器２５ａが生成する駆動パルス信号の立ち上がりのタイミングと、ＰＷＭ生成器２５ｂが生成する駆動パルス信号の立ち上がりのタイミングをずらすことができる。駆動パルス信号の立ち上がりのタイミングが、スイッチング素子をオンするタイミングに相当する。別言すれば、位相が１８０度ずれたキャリア信号をＰＷＭ生成器２５ａ、２５ｂの夫々に与えることで、双方向コンバータ１０ａのスイッチング素子のオンのタイミングと、双方向コンバータ１０ｂのスイッチング素子のオンのタイミングをずらすことができる。同様に、双方向コンバータ１０ａのスイッチング素子のオフのタイミングと、双方向コンバータ１０ｂのスイッチング素子のオフのタイミングもずれる。双方向コンバータ１０ａと１０ｂのスイッチング素子のオン（オフ）のタイミングがずれることで、スイッチング素子がオン（オフ）するときに発生するリプルが重畳することが防止される。制御装置２０は、走行時においては、それぞれの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、１０ｂの上アームスイッチング素子１４ａ、１４ｂに対して、オンのタイミングが相互にずれているとともにオフのタイミングが相互にずれている駆動パルス信号を供給する。また、制御装置２０は、走行時においては、それぞれの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、１０ｂの下アームスイッチング素子１５ａ、１５ｂに対して、オンのタイミングが相互にずれているとともにオフのタイミングが相互にずれている駆動パルス信号を供給する。

なお、先に述べた係数Ｒを０．５以外に設定すると、双方向コンバータ１０ａ、１０ｂのそれぞれの目標値が相違することになる。そうすると、双方向コンバータ１０ａ、１０ｂのそれぞれのデューティ比が異なることになるので、相互のオフタイミングは大きく相違することになる。

他方、制御装置２０は、エアバック装置３１から車両が衝突したことを示す信号（衝突信号）を受信すると、第１コンデンサ５と第２コンデンサ６を放電する。制御装置２０は、双方向コンバータ１０ａ、１０ｂのスイッチング素子を制御し、第１コンデンサ５と第２コンデンサ６の間で電力を繰り返し移送することで両方のコンデンサを放電する。このときは、制御装置２０は、双方向コンバータ１０ａ、１０ｂのスイッチング素子に対して、オンするタイミングが同じとなる駆動パルス信号を与える。双方向コンバータ１０ａ、１０ｂのスイッチング素子のオンするタイミングが一致すると、各スイッチング素子が発するリプルが重畳して大きくなる。第１コンデンサ５と第２コンデンサ６の間で移送される電力の一部が大きなリプルにより消費されるので、コンデンサの放電が早くなる。なお、エアバック装置３１は、加速度センサを内蔵しており、加速度センサが計測する加速度が所定の閾値を超えたときに、衝突信号を制御装置２０へ送る。制御装置２０は、オフのタイミングも一致させる。即ち、制御装置２０は、衝突センサによって車両の衝突が検知された場合には、それぞれの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、１０ｂのスイッチング素子に対して、第１コンデンサ５と第２コンデンサ６の間で電力を移送させるようにスイッチング素子を駆動する駆動パルス信号を供給する。このとき制御装置２０は、オンのタイミングが一致しているとともにオフのタイミングが一致している駆動パルス信号を夫々の上アームスイッチング素子１４ａ、１４ｂへ供給する。また制御装置２０は、オンのタイミングが一致しているとともにオフのタイミングが一致している駆動パルス信号を夫々の下アームスイッチング素子１５ａ、１５ｂへ供給する。

コンデンサの放電処理を説明する。エアバック装置３１は衝突を検知すると衝突信号を制御装置２０へ送る。制御装置２０では、指令生成器２４が衝突信号を受ける。衝突信号を受けた指令生成器２４は、キャリアタイミング調整器２３へ、２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂに与えるキャリア信号の同期を指令する。同時に、指令生成器２４は、第１コンデンサ５と第２コンデンサ６の間で電力を繰り返し移動させる駆動パルス信号を生成するように、２個のＰＷＭ生成器２５ａ、２５ｂへ指令を送る。さらに、指令生成器２４は、システムメインリレー４へ、バッテリ３を遮断させる指令を送る。

指令生成器２４からの指令を受け、システムメインリレー４が開く。双方向コンバータ１０ａ、１０ｂがバッテリ３から遮断される。指令生成器２４からの指令を受けたＰＷＭ生成器２５ａ、２５ｂは、次の処理を実行する。説明を簡単にするため、以下ではＰＷＭ生成器２５ａと双方向コンバータ１０ａについて説明する。ＰＷＭ生成器２５ａは、電流目標値Ｉｍではなく、第１コンデンサ５と第２コンデンサ６のそれぞれの電圧に基づいてスイッチング素子１４ａ、１５ａに供給する駆動パルス信号を生成する。第１コンデンサ５と第２コンデンサ６のそれぞれの電圧は、不図示の電圧センサにより計測される。ＰＷＭ生成器２５ａは、まず、上アームスイッチング素子１４ａをオフし、下アームスイッチング素子１５ａをオンする駆動パルス信号を生成して夫々のスイッチング素子１４ａ、１５ａに供給する。そうすると、第１コンデンサ５とリアクトル１２ａと下アームスイッチング素子１５ａで形成される閉ループに電流が流れる。このときリアクトル１２ａで電気エネルギの一部が消費される。また、第１コンデンサ５の正極の電荷が負極へ移動することでも電気エネルギが消費される。さらに電気エネルギの一部はスイッチング素子１４ａ、１５ｂがオン（オフ）する際に発生するリプルによっても消費される。

次いでＰＷＭ生成器２５ａは、下アームスイッチング素子１５ａをオフし、上アームスイッチング素子１４ａをオンする駆動パルス信号を生成して各スイッチング素子へ供給する。そうすると、第２コンデンサ６に蓄えられた電力の一部が第１コンデンサ５へ移動する。その際、電気エネルギの一部はリアクトル１２ａで消費される。さらに電気エネルギの一部はスイッチング素子１４ａ、１５ｂがオフ（オン）する際に発生するリプルによっても消費される。第１コンデンサ５に蓄えられた電力が所定の量に達したら、ＰＷＭ生成器２５ａは、上アームスイッチング素子１４ａをオフし、下アームスイッチング素子１５ａをオンする駆動パルス信号を生成して夫々のスイッチング素子１４ａ、１５ａに与え、上記した処理を繰り返す。ＰＷＭ生成器２５ａは、第１コンデンサ５と第２コンデンサ６の夫々の両端電圧が所定の閾値電圧以下に下がるまで、スイッチング素子１４ａ、１５ａのオンとオフを繰り返す。

ＰＷＭ生成器２５ｂもＰＷＭ生成器２５ａと同じ処理を行う。ここで、キャリアタイミング調整器２３は、ＰＷＭ生成器２５ａとＰＷＭ生成器２５ｂに同期したキャリア信号を送る。そうすると、双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの上アームスイッチング素子１４ａと１４ｂのオンのタイミングとオフのタイミングが一致する。また、下アームスイッチング素子１５ａと１５ｂのオンのタイミングとオフのタイミングも一致する。その結果、２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂのスイッチング素子が発するリプルが重なり、リプルの振幅が大きくなる。リプルの振幅が大きくなるとリプルによって消費される電力（損失）が大きくなる。重畳したリプルによる電力消費が第１コンデンサ５と第２コンデンサ６の放電を早めることになる。

通常走行時と放電時の制御装置２０の処理を簡単にまとめると次の通りである。制御装置２０は、夫々の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂのスイッチング素子１４ａ、１５ａ、１４ｂ、１５ｂに供給する駆動パルス信号を生成する。制御装置２０は、通常の走行時には、それぞれの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの上アームスイッチング素子１４ａ、１４ｂに対して、オンのタイミングが相互にずれているとともにオフのタイミングが相互にずれている駆動パルス信号を供給する。また、制御装置２０は、それぞれの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの下アームスイッチング素子１５ａ、１５ｂに対して、オンのタイミングが相互にずれているとともにオフのタイミングが相互にずれている駆動パルス信号を供給する。なお、通常の走行時とは、別言すれば、車両の衝突が検知されていないときである。制御装置２０は、車両の衝突が検知された場合にはオンのタイミングが一致しているとともにオフのタイミングが一致している駆動パルス信号をそれぞれの双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの上アームスイッチング素子１４ａ、１４ｂに供給して第１コンデンサ５と第２コンデンサ６の間で電力を移送して放電する。同様に、制御装置２０は、車両の衝突が検知された場合にはオンのタイミングが一致しているとともにオフのタイミング一致している駆動パルス信号をそれぞれの双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの下アームスイッチング素子１５ａ、１５ｂにも供給する。

双方向コンバータ１０ａ（１０ｂ）は、リアクトル１２ａ（１２ｂ）を備えており、衝突時には、第１コンデンサ５と第２コンデンサ６の間で電力を移送するときにリアクトル１２ａ（１２ｂ）を通して電力を消費させる（コンデンサを放電する）。

制御装置２０が双方向コンバータ１０ａ（１０ｂ）の上アームスイッチング素子１４ａ（１４ｂ）と下アームスイッチング素子１５ａ（１５ｂ）に相補的な駆動パルス信号を与える理由を説明する。先に述べたように、昇圧動作は主に下アームスイッチング素子１５ａ、１５ｂが担い、降圧動作は主に上アームスイッチング素子１４ａ、１４ｂが担う。即ち、昇圧動作の際には、上アームスイッチング素子１４ａ、１４ｂはオフしたままでよい。また、降圧動作の際には下アームスイッチング素子１５ａ、１５ｂはオフしたままでよい。しかし、制御装置２０は、上アームスイッチング素子１４ａ、１４ｂに供給する駆動パルス信号の相補信号を下アームスイッチング素子１５ａ、１５ｂに供給する。例えば、上アームスイッチング素子１４ａ、１４ｂに供給する駆動パルス信号のデューティ比が「Ｄ」のとき、制御装置２０は、下アームスイッチング素子１５ａ、１５ｂにはデューティ比が「１−Ｄ」の駆動パルス信号を供給する。これは次の理由による。電動車両の場合、アクセルペダルが踏まれれば、バッテリ３からモータ８へ電流が流れ、力行となる。一方、ブレーキペダルが踏まれればモータ８からバッテリ３へ電流が流れ、回生となる。すなわち、電動車両では力行と回生が不規則に頻繁に切り替わる。双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの上アームスイッチング素子１４ａ、１４ｂと下アームスイッチング素子１５ａ、１５ｂに互いに相補的な駆動パルス信号（ＰＷＭ信号）を供給すると、電流の向きに関わらず、低電圧端１８と高電圧端１９の電圧比を一定に保つことができる。別言すれば、双方向コンバータ１０ａ、１０ｂの上アームスイッチング素子１４ａ、１４ｂと下アームスイッチング素子１５ａ、１５ｂに互いに相補的な駆動パルス信号（ＰＷＭ信号）を供給すると、双方向コンバータ１０ａ、１０ｂは、アクセルペダルとブレーキペダルの操作に応じて従動的に力行と回生が切り替わる。このことによって、力行と回生の区別に関わりなく、制御装置２０は、双方向コンバータ１０ａ、１０ｂに供給する駆動パルス信号を生成することがきる。別言すれば、制御装置２０は、力行と回生の変化に応じて駆動パルス生成の制御ルールを切り換える必要がなくなる。従って制御装置２０のアルゴリズムが極めて単純になるという利点が得られる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のハイブリッド車２におけるエアバック装置３１が請求項の「衝突センサ」の一例に相当する。「衝突センサ」は、加速度センサのように実際に衝突したことを検知するセンサのほかに、レーザやレーダや画像処理によって前方車両との距離を計測して衝突が不可避であることを判断するセンサであってもよい。

実施例で説明した技術では、スイッチング素子を駆動する駆動パルス信号を生成する際の参照信号となるキャリア信号の位相をずらすことで、２個の双方向コンバータのオンタイミングをずらした。キャリア信号を利用する代わりに、スイッチング素子の制御周期の開始タイミングをずらすことで、２個の双方向コンバータのオンタイミングをずらしてもよい。例えば、一方の双方向コンバータの制御周期がＴ０＋ｄＴ×ｎ（Ｔ０は制御開始時刻、ｄＴは周期、ｎは自然数）で表される場合に、他方の双方向コンバータの制御周期をＴ０＋Ｔ１＋ｄＴ×ｎ（Ｔ０、ｄＴ、ｎは前述のとおり、０＜Ｔ１＜Ｔ０）とすることで、２個の双方向コンバータのスイッチング素子のオンタイミングを時間Ｔ１だけずらすことができる。

実施例のハイブリッド車の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂは、夫々がリアクトル１２ａ、１２ｂを備えていた。２個の双方向コンバータ１０ａ、１０ｂは、一つのリアクトルを共有していてもよい。

実施例の「双方向コンバータバータ」は、最初に述べたように、「双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ」の略である。

双方向コンバータの低電圧端に並列に接続されたコンデンサと高電圧端に並列に接続されたコンデンサの間で電力を移送して放電する技術については、特開２０１０―２１３４０６号公報、特開２００８−３０６７９５号公報に開示されているのでそちらも参照されたい。

本明細書が開示する技術は、双方向コンバータを備えていれば、燃料電池車に適用することも可能である。燃料電池車であっても、回生電力を充電するバッテリは備える。本明細書が開示する技術は、力行には燃料電池とバッテリを用い、回生電力はバッテリに蓄えるタイプの燃料電池車に適用することができる。そのような燃料電池車であれば、燃料電池とバッテリの出力を昇圧する昇圧動作と、バッテリを充電するために回生電力を降圧する降圧動作の双方の機能を有する双方向コンバータを搭載するからである。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：ハイブリッド車
３：バッテリ
４：システムメインリレー
５：第１コンデンサ
６：第２コンデンサ
７：インバータ
８：モータ
１０ａ、１０ｂ：双方向コンバータ
１２ａ、１２ｂ：リアクトル
１３ａ、１３ｂ：電流センサ
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ：スイッチング素子
１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ：ダイオード
２０：制御装置
２１：目標調整器
２２：キャリア発生器
２３：キャリアタイミング調整器
２４：指令生成器
２５ａ、２５ｂ：ＰＷＭ生成器
２６ａ−２６ｃ：加算器
３１：エアバック装置
９１：エンジン

Claims (1)

1. 直流電源と、
   インバータと、
   前記インバータの交流側に接続されている走行用のモータと、
   車両の衝突を検知する衝突センサと、
   スイッチング素子のスイッチング動作によって電圧を昇降圧する２個の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであって、夫々の低電圧端が前記直流電源に接続されており、夫々の高電圧端が前記インバータに接続されている２個の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記２個の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの低電圧端に並列に接続されている第１コンデンサと、
   前記２個の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの高電圧端に並列に接続されている第２コンデンサと、
   夫々の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子に駆動パルス信号を供給する制御装置と、
   を備えており、
   前記制御装置は、
   走行時には、それぞれの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子に対して、オンのタイミングが相互にずれているとともにオフのタイミングが相互にずれている駆動パルス信号を供給し、
   前記衝突センサによって車両の衝突が検知された場合には、それぞれの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子に対して、前記第１及び第２コンデンサの間で電力を移送させるように前記スイッチング素子を駆動する駆動パルス信号であって、オンのタイミングが一致しているとともにオフのタイミングが一致している駆動パルス信号を供給する、
   ことを特徴とする電動車両。

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