WO2012164680A1

WO2012164680A1 - 車両および車両の制御方法

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Publication number: WO2012164680A1
Application number: PCT/JP2011/062458
Authority: WO
Inventors: 廷夫勘崎; 英司北野
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-06
Also published as: JP5794301B2; CN103561993A; DE112011105295B4; CN103561993B; JPWO2012164680A1; US9043066B2; US20140095005A1; DE112011105295T5

Abstract

　車両（１００）は、搭載された蓄電装置（１１０）からの電力を用いて、ＰＣＵ（１２０）によりモータジェネレータ（１５０）を駆動して走行駆動力を発生する。車両（１００）は、ＰＣＵ（１２０）に含まれるコンデンサ（Ｃ２）の残留電荷を放電する機能として、トルクを発生させないようにモータジェネレータ（１５０）に通電して放電するＭＧ放電と、ＰＣＵ（１２０）内部のスイッチング素子の通電損失により放電するＰＣＵ放電とを実行することが可能である。ＨＶ－ＥＣＵ（３００）は、車両（１００）の衝突を検出した場合に、ＰＣＵ放電を優先して実行するとともに、コンデンサ（Ｃ２）の電圧が高い場合にはＭＧ放電を実行する。

Description

車両および車両の制御方法

　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、車両の衝突時における駆動装置内のコンデンサの残留電荷を放電する技術に関する。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

特開２００５－０２０９５２号公報特開２０１０－１７８５９５号公報特開２００９－２６８２２２号公報特開２０１０－２３３３１０号公報

　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。

　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残留電荷を放電することができなくなる場合が生じ得る。

　また、一方で、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ってコンデンサの残留電荷を放電する手法が採用される場合がある。しかし、この場合には、熱によるＩＧＢＴの破損を防止するために、放電可能な電圧やＩＧＢＴの素子温度などについて制限を設けることが必要となる。そうすると、放電に時間がかかってしまったり、制限によって放電動作ができなくなったりする場合が生じ得る。

　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、コンデンサを有する駆動装置を備える車両において、衝突発生時に、短時間でかつ確実にコンデンサに蓄えられた残留電荷を放電することである。

　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、車両の衝突を検出するための衝突検出部とを備える。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インバータのスイッチング素子を制御する。放電回路は、衝突検出部によって車両の衝突が検知された場合に、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第１の放電動作を行なう。第１の制御装置は、衝突検出部によって車両の衝突が検知された場合に、コンデンサの電圧が予め定められたしきい値を上回る場合は、負荷装置に通電してコンデンサの残留電荷を放電させる第２の放電動作を第２の制御装置に実行させるための指令を、第２の制御装置へ出力する。

　好ましくは、第１の制御装置は、放電回路による第１の放電動作が開始されてから所定期間経過後に、コンデンサの電圧が予め定められたしきい値を上回る場合は、第２の放電動作を第２の制御装置に実行させるための指令を、第２の制御装置へ出力する。

　好ましくは、第２の制御装置は、第１の制御装置との間の通信が異常となった場合は、放電回路に第１の放電動作を実行させる。

　好ましくは、車両は、第１および第２の制御装置に電源電圧を供給するためのバッテリをさらに備える。放電回路は、バッテリからの電源電圧が予め定められた基準電圧を下回った場合は、第２の制御装置からの指令の有無にかかわらず、第１の放電動作を実行する。

　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第１の放電動作を実行する。

　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、スイッチを導通状態とすることによって第１の放電動作を実行する。

　好ましくは、負荷装置は、車両の駆動輪に結合されて、走行駆動力を発生するための回転電機である。

　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についての制御方法である。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、車両の衝突を検出するための衝突検出部とを含む。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第１の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、衝突検出部によって車両の衝突が検知された場合に、放電回路によって第１の放電動作を行なうステップと、衝突検出部によって車両の衝突が検知された場合に、コンデンサの電圧が予め定められたしきい値を上回る場合は、負荷装置に通電してコンデンサの残留電荷を放電させる第２の放電動作を実行するようにインバータを制御するステップとを備える。

　本発明によれば、コンデンサを有する駆動装置を備える車両において、衝突発生時に、短時間でかつ確実にコンデンサに蓄えられた残留電荷を放電することが可能となる。

本実施の形態に従う車両の全体ブロック図である。モータジェネレータを用いたコンデンサの放電を説明するための図である。ＰＣＵ放電の一例を説明するための図である。ＰＣＵ放電の他の例を説明するための図である。本実施の形態において、ＨＶ－ＥＣＵで実行される放電制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。ＨＶ－ＥＣＵとＭＧ－ＥＣＵとの間の通信異常が生じた場合に、ＭＧ－ＥＣＵで実行される放電制御処理を説明するためのフローチャートである。補機バッテリの電圧低下が生じた場合に、放電回路で実行される放電制御処理を説明するためのフローチャートである。

　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。

　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。

　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。

　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、ケーブルやバスバーなどによって、ＰＣＵ１２０外部のその他の機器と結合される。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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に蓄えられた残留電荷を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。

　さらに、図６において後述するが、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。

　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。

　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。

　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。

　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接続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、短絡や地絡などが生じた際の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。

　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。

　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。

　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。

　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放電を行なう場合がある。上述のように、ＰＣＵ１２０内の機器は１つの筐体に収納される場合が多いので、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影響されず、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。

　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が、コンバータ１３０のスイッチング素子を用いてもよい。

　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。

　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。

　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での導通損失によりコンデンサＣ２の電荷を放電することができる。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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利点がある。

　そこで、本実施の形態においては、ＭＧ放電およびＰＣＵ放電の有するそれぞれの利点を利用するとともに欠点を補完し、車両の衝突が発生した場合に、より確実にコンデンサの残留電荷の放電が可能な放電制御を実行する。

　図５は、本実施の形態において、ＨＶ－ＥＣＵ３００で実行される放電制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図５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。

　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、衝突検出部１９０からの衝突信号ＣＯＬに基づいて、衝突を検知したか否かを判定する。

　衝突が検知されていない場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、コンデンサＣ２の放電は不要であるので、ＨＶ－ＥＣＵ３００は、処理を終了する。

　衝突が検知されている場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、Ｓ１１０に処理が進められ、ＨＶ－ＥＣＵ３００は、まずＭＧ－ＥＣＵ１６０にＰＣＵ放電を優先して実行させる。これは、上述のように、ＰＣＵ放電が、衝突による車両の損傷状態に比較的影響されにくいためである。

　そして、ＨＶ－ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、ＰＣＵ放電を開始してから、予め定められた所定時間が経過したか否かを判定する。

　所定時間が経過していない場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、処理がＳ１１０に戻されてＰＣＵ放電が継続される。

　所定時間が経過した場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１３０に進められ、ＨＶ－ＥＣＵ３００は、コンデンサＣ２の電圧ＶＨを取得し、電圧ＶＨが所定のしきい値αを下回っているか否かを判定する（Ｓ１４０）。すなわち、ＨＶ－ＥＣＵ３００は、安全規格や標準等により要求される放電完了までの時間に、ＰＣＵ放電によってコンデンサＣ２の残留電荷を放電可能であるか否かを判定する。

　電圧ＶＨがしきい値αより小さい場合（Ｓ１４０にてＹＥＳ）は、ＨＶ－ＥＣＵ３００は、ＰＣＵ放電で残留電荷の放電が可能であると判断し、処理をＳ１５０に進めて、コンデンサＣ２の残留電荷が所定のレベルに低減するまでＰＣＵ放電を継続する。なお、コンデンサＣ２の電圧ＶＨがコンデンサＣ１の電圧ＶＬよりも低下すると、コンバータ１３０のダイオードＤ１を通して、コンデンサＣ１の残留電荷がコンデンサＣ２に移動するので、結果としてコンデンサＣ１の残留電荷も放電される。なお、Ｓ１１０において、ＰＣＵ放電がすでに実行中であるので、Ｓ１４０においてＹＥＳが選択された場合にはＰＣＵ放電が継続される。すなわち、図５におけるＳ１５０は確認的な記載であり必須ではない。

　一方、電圧ＶＨがしきい値α以上の場合（Ｓ１４０にてＮＯ）は、ＨＶ－ＥＣＵ３００は、コンデンサＣ２の残留電荷量が多く、ＰＣＵ放電のみでは要求される放電完了までの時間内に放電が完了できないおそれがあると判断する。そして、ＨＶ－ＥＣＵ３００は、処理をＳ１６０に進めて、ＰＣＵ放電に代えて、またはＰＣＵ放電に加えてＭＧ放電を実行し、短時間でコンデンサＣ２の残留電荷を放電させる。

　このように、車両衝突発生時におけるコンデンサの残留電荷の放電において、電圧ＶＨに応じてＰＣＵ放電およびＭＧ放電を適宜使い分けることによって、より確実に残留電荷の放電を行なうとともに、短時間での放電を可能とすることができる。

　なお、ＭＧ放電は、上述のようにＨＶ－ＥＣＵ３００からの制御信号が必要となるので、図５で説明した制御は、基本的には、ＨＶ－ＥＣＵ３００とＰＣＵ１２０との通信が正常であるときでないと実行できない。

　そのため、ＰＣＵ１２０のＭＧ－ＥＣＵ１６０においては、ＨＶ－ＥＣＵ３００との通信が異常となった場合には、ＰＣＵ放電を実行してコンデンサＣ２の残留電荷を放電させる。

　図６は、ＨＶ－ＥＣＵ３００とＭＧ－ＥＣＵ１６０との間の通信異常が生じた場合に、ＭＧ－ＥＣＵ１６０で実行される放電制御処理を説明するためのフローチャートである。

　図６を参照して、ＭＧ－ＥＣＵ１６０は、Ｓ２００にて、ＨＶ－ＥＣＵ３００との通信異常が生じているか否かを判定する。

　ＨＶ－ＥＣＵ３００との通信異常が生じていることを検出した場合（Ｓ２００でＹＥＳ）は、Ｓ２１０に処理が進められて、ＭＧ－ＥＣＵ１６０は、放電回路１７０を用いてＰＣＵ放電を実行する。

　一方、ＨＶ－ＥＣＵ３００との通信異常が生じていない場合（Ｓ２００にてＮＯ）は、処理を終了する。

　なお、ＨＶ－ＥＣＵ３００との通信が異常である場合は、ＭＧ－ＥＣＵ１６０は、車両の衝突信号ＣＯＬを受信することができないため、本制御については、車両の衝突の有無にかかわらず実行される。

　また、衝突によって、補機バッテリ２００からＰＣＵ１２０への電源電圧の供給が途絶した場合には、ＭＧ－ＥＣＵ１６０が動作できなくなる場合が生じ得る。この場合には、ＭＧ－ＥＣＵ１６０から放電回路１７０への放電信号ＤＣＨが出力されなくなってしまう。

　上述のように、放電回路１７０は、補機バッテリ２００から供給される電源電圧に加えて、図１に示すコンデンサＣ３のようなバックアップ用の電源回路からも電源電圧が供給される。そのため、放電回路１７０の制御部１７１は、補機バッテリ２００からの電源電圧が低下した場合には、ＭＧ－ＥＣＵ１６０が動作できないと判断して、自らＰＣＵ放電を実行してコンデンサＣ２の残留電荷を放電する。

　図７は、補機バッテリ２００の電圧低下が生じた場合に、放電回路１７０の制御部１７１で実行される放電制御処理を説明するためのフローチャートである。

　図７および図１を参照して、放電回路１７０の制御部１７１は、Ｓ３００にて補機バッテリ２００の電圧が所定のレベル以下まで低下したか否かを判定する。

　補機バッテリ２００の電圧が低下している場合（Ｓ３００にてＹＥＳ）は、処理がＳ３１０に進められ、制御部１７１は、自らＰＣＵ放電を実行してコンデンサＣ２の残留電荷を放電する。

　一方、補機バッテリ２００の電圧が低下していない場合（Ｓ３００にてＮＯ）は、制御部１７１は処理を終了する。

　なお、本制御についても、補機バッテリ２００の電圧が低下している場合には、ＨＶ－ＥＣＵ３００からの衝突信号ＣＯＬを受信できないので、車両の衝突の有無にかかわらず実行される。

　以上のように、ＭＧ放電およびＰＣＵ放電の両方の実行が可能な構成を有し、上述のような処理に従って制御を行なうことによって、車両が衝突した場合のさまざまな車両の状態に対応可能な、ロバスト性の高い残留電荷の放電動作を行なうことが可能となる。

　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説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

　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～Ｃ３　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。

Claims

　搭載された蓄電装置（１１０）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（１５０）と、
　前記蓄電装置（１１０）からの電力を変換して前記負荷装置（１５０）を駆動する駆動装置（１２０）と、
　前記駆動装置（１２０）を制御するための第１の制御装置（３００）と、
　前記車両（１００）の衝突を検出するための衝突検出部（１９０）とを備え、
　前記駆動装置（１２０）は、
　スイッチング素子（Ｑ３～Ｑ８）を有し、前記蓄電装置（１１０）からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷装置（１５０）を駆動するためのインバータ（１４０）と、
　前記インバータ（１４０）の直流側端子に接続されたコンデンサ（Ｃ２）と、
　前記第１の制御装置（３００）と信号の授受が可能であり、前記第１の制御装置（３００）からの指令に基づいて前記スイッチング素子（Ｑ３～Ｑ８）を制御するための第２の制御装置（１６０）と、
　前記衝突検出部（１９０）によって前記車両（１００）の衝突が検知された場合に、前記第２の制御装置（１６０）からの指令に基づいて、前記駆動装置（１２０）内で前記コンデンサ（Ｃ２）の残留電荷を消費させる第１の放電動作を行なうための放電回路（１７０）とを含み、
　前記第１の制御装置（３００）は、前記衝突検出部（１９０）によって前記車両（１００）の衝突が検知された場合に、前記コンデンサ（Ｃ２）の電圧が予め定められたしきい値を上回る場合は、前記負荷装置（１５０）に通電して前記コンデンサ（Ｃ２）の残留電荷を放電させる第２の放電動作を前記第２の制御装置（１６０）に実行させるための指令を、前記第２の制御装置（１６０）へ出力する、車両。
　前記第１の制御装置（３００）は、前記放電回路（１７０）による前記第１の放電動作が開始されてから所定期間経過後に、前記コンデンサ（Ｃ２）の電圧が前記予め定められたしきい値を上回る場合は、前記第２の放電動作を前記第２の制御装置（１６０）に実行させるための指令を、前記第２の制御装置（１６０）へ出力する、請求項１に記載の車両。
　前記第２の制御装置（１６０）は、前記第１の制御装置（３００）との間の通信が異常となった場合は、前記放電回路（１７０）に前記第１の放電動作を実行させる、請求項１に記載の車両。
　前記第１および第２の制御装置（１６０）に電源電圧を供給するためのバッテリ（２００）をさらに備え、
　前記放電回路（１７０）は、前記バッテリ（２００）からの前記電源電圧が予め定められた基準電圧を下回った場合は、前記第２の制御装置（１６０）からの指令の有無にかかわらず、前記第１の放電動作を実行する、請求項１に記載の車両。
　前記放電回路（１７０）は、前記インバータ（１４０）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（Ｑ３～Ｑ８）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前記第１の放電動作を実行する、請求項１～４のいずれか１項に記載の車両。
　前記駆動装置（１２０）は、
　前記コンデンサ（Ｃ２）に並列に結合された放電部（１８６）をさらに含み、
　前記放電部（１８６）は、
　直列接続された抵抗器（Ｒ１０）とスイッチ（Ｑ１０）とを有し、
　前記放電回路（１７０）は、前記スイッチ（Ｑ１０）を導通状態とすることによって、前記第１の放電動作を実行する、請求項１～４のいずれか１項に記載の車両。
　前記負荷装置は、前記車両（１００）の駆動輪（１５５）に結合されて、前記走行駆動力を発生するための回転電機（１５０）である、請求項１に記載の車両。
　搭載された蓄電装置（１１０）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って、
　前記車両（１００）は、
　負荷装置（１５０）と、
　前記蓄電装置（１１０）からの電力を変換して前記負荷装置（１５０）を駆動する駆動装置（１２０）と、
　前記車両（１００）の衝突を検出するための衝突検出部（１９０）とを含み、
　前記駆動装置（１２０）は、
　スイッチング素子（Ｑ３～Ｑ８）を有し、前記蓄電装置（１１０）からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷装置（１５０）を駆動するためのインバータ（１４０）と、
　前記インバータ（１４０）の直流側端子に接続されたコンデンサ（Ｃ２）と、
　前記駆動装置（１２０）内で前記コンデンサ（Ｃ２）の残留電荷を消費させる第１の放電動作を行なうための放電回路（１７０）とを有し、
　前記制御方法は、
　前記衝突検出部（１９０）によって前記車両（１００）の衝突が検知された場合に、前記放電回路（１７０）によって前記第１の放電動作を行なうステップと、
　前記衝突検出部（１９０）によって前記車両（１００）の衝突が検知された場合に、前記コンデンサ（Ｃ２）の電圧が予め定められたしきい値を上回る場合は、前記負荷装置（１５０）に通電して前記コンデンサ（Ｃ２）の残留電荷を放電させる第２の放電動作を実行するように前記インバータ（１４０）を制御するステップとを備える、車両の制御方法。