(57)【要約】【課題】平滑コンデンサに蓄積された電荷を迅速に放電させることが可能な平滑回路を提供する。【解決手段】平滑回路６０は、直流電圧を平滑する複数の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、当該複数の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の接続を並列接続から直列接続に切り替える手段Ｆ１，Ｆ２，Ｓと、を有する。【選択図】図４
2010246316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を平滑する複数の平滑コンデンサと、
前記複数の平滑コンデンサの接続を並列接続から直列接続に切り替える手段と、
を有することを特徴とする平滑回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧を平滑する平滑回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電圧を平滑する平滑コンデンサがある（例えば、特許文献１〜３を参照）。例えば、ハイブリッド車両などの電動車両では、バッテリ等の直流電源の出力電圧を平滑する平滑コンデンサや、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を平滑する平滑コンデンサが用いられている。
【０００３】
特許文献１には、走行用のモータと、当該モータを駆動するインバータと、当該インバータに並列接続された平滑コンデンサとを有する電動車両において、車両の衝突時に、平滑コンデンサを抵抗器に接続して、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、昇圧回路で昇圧された電圧を平滑する２つの電解コンデンサが直列に接続された平滑回路を有する電源回路が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、平滑コンデンサと、当該平滑コンデンサの充電電荷を放電するための放電抵抗とを備えるインバータ装置が記載されている。
【０００６】
特許文献４には、蓄電装置に蓄積された電力により電動機を駆動して走行する電動車両において、蓄電装置を各々複数の電気二重層キャパシタセルを備える３つのキャパシタ群に分割し、これら３つのキャパシタ群の接続状態を、蓄電装置の電圧に応じて切り替えることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２２４７７２号公報
【特許文献２】特開平０６−２０５５８１号公報
【特許文献３】特開平０８−０６６０３３号公報
【特許文献４】特開２００２−１２５３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、平滑コンデンサを用いる構成では、平滑コンデンサに蓄積された電荷を迅速に放電させたいという要望がある。例えば、ハイブリッド車両などの電動車両において、交通事故の際、平滑コンデンサの電荷を短時間で放電させたいという要望がある。
【０００９】
そこで、本発明は、平滑コンデンサに蓄積された電荷を迅速に放電させることが可能な平滑回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る平滑回路は、直流電圧を平滑する複数の平滑コンデンサと、前記複数の平滑コンデンサの接続を並列接続から直列接続に切り替える手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、平滑コンデンサに蓄積された電荷を迅速に放電させることが可能な平滑回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係る電動車両の構成の一例を示す概略図である。
【図２】従来の平滑回路の構成例を示す図である。
【図３】図２の平滑コンデンサの放電時における電源ライン−アースライン間の電圧変化の一例を示す波形図である。
【図４】実施の形態に係る平滑回路の第１の構成例を示す図である。
【図５】図４の平滑コンデンサの放電時における電源ライン−アースライン間の電圧変化の一例を示す波形図である。
【図６】実施の形態に係る平滑回路の第２の構成例を示す図である。
【図７】図６の平滑コンデンサの放電時における電源ライン−アースライン間の電圧変化の一例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る電動車両１の構成の一例を示す概略図である。電動車両１は、走行用の駆動源として回転電機を有する車両である。図１の例では、電動車両１は、走行用の駆動源として内燃機関および回転電機を有するハイブリッド車両である。
【００１５】
図１において、電動車両１は、内燃機関としてのエンジン１０、回転電機としてのモータＭＧ１，ＭＧ２、動力分配機構２０、直流電源３０、平滑回路４０、昇圧コンバータ５０、平滑回路６０、インバータ７１，７２、および制御装置８０を有する。
【００１６】
エンジン１０は、ガソリンや軽油などの燃料により動力を発生する動力源である。エンジン１０は動力分配機構２０に連結されており、エンジン１０の動力はモータＭＧ１と車両の車輪９０とに分配される。
【００１７】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能し得る発電電動機（モータジェネレータ）である。例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ、３相交流同期発電電動機であり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルを備えた固定子と、不図示の回転子とを含む。Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端は、中性点で互いに接続され、他端はインバータ７１，７２に接続される。
【００１８】
モータＭＧ１は、主として発電機として動作する。具体的には、モータＭＧ１は、動力分配機構２０により分配されたエンジン１０の駆動力によって発電する。モータＭＧ１により発電された電力は、モータＭＧ２の駆動や直流電源３０の充電に利用される。
【００１９】
また、モータＭＧ１は、直流電源３０からの電力の供給を受けて電動機として動作し、エンジン１０をクランキングして始動させる。すなわち、モータＭＧ１は、エンジン１０を始動させる始動機としても用いられる。
【００２０】
モータＭＧ２は、主として電動機として動作する。具体的には、モータＭＧ２は、直流電源３０に蓄えられた電力およびモータＭＧ１により発電された電力の少なくとも一方により駆動される。モータＭＧ２は不図示の減速機を介して車輪９０に連結されており、モータＭＧ２の駆動力は車輪９０に付与される。これにより、モータＭＧ２は、エンジン１０をアシストして車両を走行させたり、自己の駆動力のみにより車両を走行させたりする。
【００２１】
また、モータＭＧ２は、車両の回生制動時には、車輪９０により回転させられて発電機として動作する。モータＭＧ２により発電された回生電力は、直流電源３０の充電に利用される。
【００２２】
動力分配機構２０は、エンジン１０の動力をモータＭＧ１と車輪９０とに分配する。具体的には、動力分配機構２０は、エンジン１０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とに連結され、これらの間で動力を分配する。例えば、動力分配機構２０は、サンギヤとリングギヤとキャリアとを回転要素とする遊星歯車機構として構成される。
【００２３】
直流電源３０は、モータＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給するための電源であり、例えば、ニッケル水素やリチウムイオン等のバッテリや、キャパシタなど、充電可能な蓄電装置である。
【００２４】
平滑回路４０は、直流電源３０からの直流電圧を平滑化するための回路であり、少なくとも、直流電源３０に並列に接続される平滑コンデンサを含む。この平滑回路４０は、昇圧コンバータ５０に含まれていてもよい。
【００２５】
昇圧コンバータ５０は、直流電源３０からの直流電圧を昇圧して昇圧電圧をインバータ７１，７２に供給する。また、昇圧コンバータ５０は、インバータ７１，７２から供給される電圧を降圧して直流電源３０を充電する。すなわち、昇圧コンバータ５０は、直流電源３０とインバータ７１，７２との間で電圧変換を行う。
【００２６】
平滑回路６０は、昇圧コンバータ５０からの直流電圧を平滑化するための回路であり、少なくとも、昇圧コンバータ５０と並列に接続される平滑コンデンサを含む。この平滑回路６０は、インバータ７１，７２に含まれていてもよい。
【００２７】
インバータ７１は、昇圧コンバータ５０からの直流電圧を受けてモータＭＧ１を制御する。具体的には、インバータ７１は、昇圧コンバータ５０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータＭＧ１に供給し、これによりモータＭＧ１を回転駆動する。また、インバータ７１は、モータＭＧ１で発電された交流電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ５０に供給する。すなわち、インバータ７１は、昇圧コンバータ５０とモータＭＧ１との間で電力変換を行う。
【００２８】
インバータ７２は、昇圧コンバータ５０からの直流電圧を受けてモータＭＧ２を制御する。具体的には、インバータ７２は、昇圧コンバータ５０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータＭＧ２に供給し、これによりモータＭＧ２を回転駆動する。また、インバータ７２は、モータＭＧ２で発電された交流電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ５０に供給する。すなわち、インバータ７２は、昇圧コンバータ５０とモータＭＧ２との間で電力変換を行う。
【００２９】
制御装置８０は、電動車両１の動作を制御するものである。制御装置８０は、例えば、昇圧コンバータ５０およびインバータ７１，７２を制御して、モータＭＧ１，ＭＧ２の動作を制御する。制御装置８０は、一つの態様では、ハードウェア資源とソフトウェアとの協働により実現され、例えば電子制御ユニット（ECU： Electronic Control Unit）である。具体的には、制御装置８０の機能は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記録媒体に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵ（Central Processing Unit）により実行されることによって実現される。上記制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されることも可能であるし、データ信号として通信により提供されることも可能である。ただし、制御装置８０は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置８０は、物理的に１つの装置により実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。
【００３０】
上記のような電動車両１において、先述したとおり、交通事故の際、平滑コンデンサの電荷を迅速に放電させたいという要望がある。例えば、米国の法規により、交通事故の際、高電圧の５秒以内での放電が必要となった。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、平滑回路は以下に説明する構成を有する。なお、当該構成は平滑回路４０，６０の少なくとも一方に適用されればよいが、ここでは平滑回路６０に適用した場合を例にとって説明する。
【００３２】
平滑回路６０は、直流電圧を平滑する複数の平滑コンデンサと、当該複数の平滑コンデンサの接続を並列接続から直列接続に切り替える切替手段とを有する。
【００３３】
通常時には、複数の平滑コンデンサは、並列接続されて使用される。
【００３４】
事故時等の急速放電時には、切替手段により、複数の平滑コンデンサの接続が並列接続から直列接続に切り替えられて、複数の平滑コンデンサの電荷が急速に放電される。すなわち、複数の平滑コンデンサの接続を並列接続から直列接続に切り替えることにより、複数の平滑コンデンサの合成容量を減少させ、これにより放電時間を短縮する。
【００３５】
平滑コンデンサの放電は、一つの態様では、平滑コンデンサを放電用抵抗に接続し、平滑コンデンサの電荷を放電用抵抗に消費させることにより行われる。ただし、平滑コンデンサの放電は、モータＭＧ１やＭＧ２のコイルに通電する方法など、他の方法で行われてもよい。
【００３６】
切替手段は、外部（例えば制御装置８０）からの指示により切替を行う受動的なものであってもよいし、自ら切替を行う能動的なものであってもよい。
【００３７】
一つの態様では、直列接続への切替による許容できない高電圧の発生を回避する観点より、平滑コンデンサの電圧が所定程度まで降下した後に、並列接続から直列接続への切替が行われる。
【００３８】
以下、従来の平滑回路の構成例と比較しながら、本実施の形態に係る平滑回路６０の具体的な構成例を説明する。
【００３９】
（従来の平滑回路の構成例）
図２は、従来の平滑回路の構成例を示す図である。
【００４０】
図２において、平滑回路は、電源ラインＬ１とアースラインＬ２との間に接続された平滑コンデンサＣを有する。
【００４１】
図３は、図２の平滑コンデンサの放電時における電源ラインＬ１−アースラインＬ２間の電圧変化の一例を示す波形図である。
【００４２】
図３に示されるように、放電開始後、平滑コンデンサＣから流れ出す電流が徐々に減少するため、電圧の変化が徐々に小さくなっていき、放電に時間がかかる。
【００４３】
（本実施の形態に係る平滑回路の第１の構成例）
図４は、本実施の形態に係る平滑回路６０の第１の構成例を示す図である。
【００４４】
図４において、平滑回路６０は、２つの平滑コンデンサＣ１，Ｃ２を有する。平滑コンデンサＣ１，Ｃ２は、電源ラインＬ１とアースラインＬ２との間に接続される。一つの態様では、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の容量は互いに同じである。
【００４５】
平滑回路６０は、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の接続を切り替えるための切替手段として、ヒューズＦ１，Ｆ２およびスイッチＳを有する。
【００４６】
ヒューズＦ１は、一方の平滑コンデンサＣ１の負極とアースラインＬ２との間に接続され、ヒューズＦ２は、他方の平滑コンデンサＣ２の正極と電源ラインＬ１との間に接続される。
【００４７】
スイッチＳは、一方の平滑コンデンサＣ１の負極と他方の平滑コンデンサＣ２の正極との間に接続される。
【００４８】
通常時においては、スイッチＳはオフ状態であり、２つの平滑コンデンサＣ１，Ｃ２は並列である。すなわち、互いに並列接続された２つの平滑コンデンサＣ１，Ｃ２により直流電圧の平滑化が行われる。このとき、２つの平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の合成容量は、例えば、図２の平滑コンデンサＣの容量と同じである。
【００４９】
図５は、図４の平滑コンデンサの放電時における電源ラインＬ１−アースラインＬ２間の電圧変化の一例を示す波形図である。以下、図５を参照して、放電時の動作を説明する。
【００５０】
制御装置８０は、例えば事故の発生またはその可能性を検知すると、放電制御を開始する。
【００５１】
放電制御では、制御装置８０は、例えば平滑コンデンサＣ１，Ｃ２に不図示の放電用抵抗を並列接続することにより、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の放電を開始する。
【００５２】
電源ラインＬ１−アースラインＬ２間の電圧が所定電圧（図５では３２５Ｖ）まで低下すると、制御装置８０は、スイッチＳをオン状態にする。すると、ヒューズＦ１，Ｆ２が切れ、２つの平滑コンデンサＣ１，Ｃ２が直列となる。これにより、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の合成容量が減少するため、迅速に電圧が低下する。
【００５３】
（本実施の形態に係る平滑回路の第２の構成例）
図６は、本実施の形態に係る平滑回路６０の第２の構成例を示す図である。
【００５４】
図６において、平滑回路６０は、２つの平滑コンデンサＣ１，Ｃ２を有する。平滑コンデンサＣ１，Ｃ２は、電源ラインＬ１とアースラインＬ２との間に接続される。一つの態様では、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の容量は互いに同じである。
【００５５】
平滑回路６０は、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の接続を切り替えるための切替手段として、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を有する。
【００５６】
スイッチＳ１は、一方の平滑コンデンサＣ１の負極とアースラインＬ２との間に接続され、スイッチＳ３は、他方の平滑コンデンサＣ２の正極と電源ラインＬ１との間に接続される。スイッチＳ２は、一方の平滑コンデンサＣ１の負極と他方の平滑コンデンサＣ２の正極との間に接続される。
【００５７】
通常時においては、スイッチＳ１，Ｓ３はオン状態、スイッチＳ２はオフ状態であり、２つの平滑コンデンサＣ１，Ｃ２は並列である。すなわち、互いに並列接続された２つの平滑コンデンサＣ１，Ｃ２により直流電圧の平滑化が行われる。このとき、２つの平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の合成容量は、例えば、図２の平滑コンデンサＣの容量と同じである。
【００５８】
図７は、図６の平滑コンデンサの放電時における電源ラインＬ１−アースラインＬ２間の電圧変化の一例を示す波形図である。以下、図７を参照して、放電時の動作を説明する。
【００５９】
制御装置８０は、例えば事故の発生またはその可能性を検知すると、放電制御を開始する。
【００６０】
放電制御では、制御装置８０は、例えば平滑コンデンサＣ１，Ｃ２に不図示の放電用抵抗を並列接続することにより、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の放電を開始する。
【００６１】
電源ラインＬ１−アースラインＬ２間の電圧が所定電圧（図７では３２５Ｖ）まで低下すると、制御装置８０は、スイッチＳ１，Ｓ３をオフ状態、スイッチＳ２をオン状態にする。これにより、２つの平滑コンデンサＣ１，Ｃ２が直列となり、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の合成容量が減少し、迅速に電圧が低下する。
【００６２】
さらに、所定のタイミングでスイッチを操作して平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の接続を並列に戻すと、電源ラインＬ１−アースラインＬ２間の電圧を半減させることができる。
【００６３】
以上のとおり、本実施の形態では、平滑回路は、直流電圧を平滑する複数の平滑コンデンサと、当該複数の平滑コンデンサの接続を並列接続から直列接続に切り替える手段とを有する。このため、本実施の形態によれば、放電時に複数の平滑コンデンサの接続を並列接続から直列接続に切り替えて、複数の平滑コンデンサの合成容量を減少させることができ、平滑コンデンサの電荷を迅速に放電させることが可能になる。
【符号の説明】
【００６４】
４０，６０  平滑回路、Ｃ１，Ｃ２  平滑コンデンサ、Ｓ，Ｓ１〜Ｓ３  スイッチ。
【図１】
2010246316.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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