(57)【要約】      （修正有）【課題】昇圧コンバータの下アームのオン固着後に二次故障が生じるのを抑制する。【解決手段】昇圧コンバータの下アームがオン固着したときには、上アームをオフとする（Ｓ１００）。そして、その後に、高圧側コンデンサ（高圧側電力ライン）の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以上に至ったときには、上アームをオンとする（Ｓ１１０〜Ｓ１３０）。これにより、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが高い状態で保持されることによって二次故障（例えば、高圧側電力ラインとインバータや昇圧コンバータなどを収容するケースとの間などでの絶縁破壊など）が生じるのを抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリが接続された低圧側電力ラインの直流電力を昇圧してモータが接続された高圧側電力ラインに供給するコンバータとして構成され、前記高圧側電力ライン間に直列配置された上アームと下アームとからなる２つのトランジスタと、前記２つのトランジスタのそれぞれに逆方向に並列接続された２つのダイオードと、前記２つのトランジスタの中間点と前記低圧側電力ラインにおける正極側のラインとに接続されたリアクトルと、を有する昇圧コンバータの制御装置であって、
前記下アームがオン固着したときには、前記上アームをオフとし、その後に、前記高圧側電力ラインの電圧が所定電圧以上となったときには、前記上アームをオンとする、
ことを特徴とする昇圧コンバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧コンバータの制御装置に関し、詳しくは、バッテリが接続された低圧側電力ラインの直流電力を昇圧してモータが接続された高圧側電力ラインに供給するコンバータとして構成され、高圧側電力ライン間に直列配置された上アームと下アームとからなる２つのトランジスタと、２つのトランジスタのそれぞれに逆方向に並列接続された２つのダイオードと、２つのトランジスタの中間点と低圧側電力ラインにおける正極側のラインとの間に取り付けられたリアクトルと、を有する昇圧コンバータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バッテリと、モータの駆動回路としてのインバータと、インバータが接続された高圧側電力ライン間に直列配置された上アームと下アームとからなる２つのトランジスタ，２つのトランジスタのそれぞれに逆方向に並列接続された２つのダイオード，２つのトランジスタの中間点とバッテリが接続された低圧側電力ラインにおける正極側のラインとに接続されたリアクトル，を有する昇圧コンバータと、高圧側電力ラインに取り付けられた高圧側コンデンサと、低圧側電力ラインに取り付けられてバッテリを遮断するシステムメインリレーと、低圧側電力ラインのシステムメインリレーより昇圧コンバータ側に取り付けられた低圧側コンデンサと、を備える電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電源装置では、システムメインリレーによりバッテリが緊急遮断されたときには、昇圧コンバータの上アームをオフとして下アームをスイッチングすることにより、低圧側コンデンサに蓄えられた電荷を昇圧コンバータに流してその電力を消費し、モータの回転が停止したときに、インバータの下アームをオンとして上アームをスイッチングすることにより、高圧側コンデンサに蓄えられた電荷をインバータに流してその電力を消費している。これにより、低圧側コンデンサと高圧側コンデンサとに蓄えられた電荷を迅速に放電することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１１０８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした電源装置では、昇圧コンバータの下アームがオン固着したときには、高圧側電力ライン間の短絡（の継続）を回避するために、昇圧コンバータの上アームがオフとされる。そして、その後に、昇圧コンバータの下アームに電流が流れ続けて下アームが破損してオフ故障に至ると、リアクトルに蓄えられているエネルギが上アームに逆方向に並列接続されたダイオードを介して高圧側コンデンサに供給され、高圧側コンデンサの電圧が上昇する。高圧側コンデンサ（高圧側電力ライン）の電圧が高い状態で保持されると、高圧側電力ラインとインバータや昇圧コンバータなどを収容するケースとの間などで絶縁破壊が生じるなどの二次故障が生じるおそれがある。
【０００５】
本発明の昇圧コンバータの制御装置は、昇圧コンバータの下アームのオン固着後に二次故障が生じるのを抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の昇圧コンバータの制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の昇圧コンバータの制御装置は、
バッテリが接続された低圧側電力ラインの直流電力を昇圧してモータが接続された高圧側電力ラインに供給するコンバータとして構成され、前記高圧側電力ライン間に直列配置された上アームと下アームとからなる２つのトランジスタと、前記２つのトランジスタのそれぞれに逆方向に並列接続された２つのダイオードと、前記２つのトランジスタの中間点と前記低圧側電力ラインにおける正極側のラインとに接続されたリアクトルと、を有する昇圧コンバータの制御装置であって、
前記下アームがオン固着したときには、前記上アームをオフとし、その後に、前記高圧側電力ラインの電圧が所定電圧以上となったときには、前記上アームをオンとする、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の昇圧コンバータの制御装置では、下アームがオン固着したときには、上アームをオフとし、その後に、高圧側電力ラインの電圧が所定電圧以上となったときには、上アームをオンとする。まず、昇圧コンバータの下アームがオン固着したときに、上アームをオフとすることにより、高圧側電力ライン間の短絡（の継続）を回避することができる。そして、その後に、下アームに電流が流れ続けて下アームが破損してオフ故障に至ると、リアクトルに蓄えられているエネルギが高圧側電力ラインに供給されて高圧側電力ラインの電圧が上昇するが、高圧側電力ラインの電圧が所定電圧以上となったときに、上アームをオンとすることにより、高圧側電力ラインが高い電圧で保持されるのを抑制することができる。この結果、高圧側電力ラインと昇圧コンバータなどを収容するケースとの間などで絶縁破壊が生じるなどの二次故障が生じるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としての昇圧コンバータの制御装置を備える駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】昇圧コンバータ３０の下アームがオン固着したときに実施例の電子制御ユニット４０により実行される下アームオン固着時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】昇圧コンバータ３０の下アームがオン固着したときの昇圧コンバータ３０の上アームおよび下アームの状態と昇圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての昇圧コンバータの制御装置を備える駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、図示するように、例えば同期発電電動機として構成された走行用のモータ２２と、モータ２２を駆動するためのインバータ２４と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ２６と、インバータ２４が接続された電力ライン（以下、高圧側電力ラインという）３２とバッテリ２６が接続された電力ライン（以下、低圧側電力ラインという）３４とに接続されて高圧側電力ライン３２の電圧ＶＨを調節すると共に高圧側電力ライン３２と低圧側電力ライン３４との間で電力をやりとりする昇圧コンバータ３０と、高圧側電力ライン３２に取り付けられてこの電力ラインの電圧を平滑する高圧側コンデンサ３６と、低圧側電力ライン３４に取り付けられてこの電力ラインの電圧を平滑する低圧側コンデンサ３８と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット４０と、を備える。なお、実施例の昇圧コンバータの制御装置としては、実施例では、電子制御ユニット４０が該当する。
【００１２】
昇圧コンバータ３０は、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれ高圧側電力ライン３２の正極母線，高圧側電力ライン３２および低圧側電力ライン３４の負極母線に接続されている。また、リアクトルＬは、トランジスタＴ３１，Ｔ３２の中間点と低圧側電力ライン３４の正極母線とに接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフ制御することにより、低圧側電力ライン３４の電力を昇圧して高圧側電力ライン３２に供給したり、高圧側電力ライン３２の電力を降圧して低圧側電力ライン３４に供給したりすることができる。以下、昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１を「上アーム」、トランジスタＴ３２を「下アーム」という。
【００１３】
電子制御ユニット４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポートを備える。電子制御ユニット４０には、モータ２２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサからのモータ２２の回転子の回転位置，モータ２２とインバータ２４との接続ライン（電力ライン）に取り付けられた電流センサからの相電流，バッテリ２６の端子間に取り付けられた電圧センサからの端子間電圧，バッテリ２６の出力端子に取り付けられた電流センサからの充放電電流，バッテリ２６に取り付けられた温度センサからの電池温度，高圧側コンデンサ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからの高圧側コンデンサ３６の電圧（高圧側電力ライン３２の電圧）ＶＨ，低圧側コンデンサ３８の端子間に取り付けられた電圧センサ３８ａからの低圧側コンデンサ３８の電圧（低圧側電力ライン３４の電圧）ＶＬ，その他、車両の駆動制御に必要な信号、例えば、イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）からのイグニッション信号，シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジション，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジション，車速センサからの車速などが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット４０からは、インバータ２４のスイッチング素子（トランジスタ）へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、電子制御ユニット４０は、回転位置検出センサからのモータ２２の回転子の回転位置に基づいてモータ２２の回転数Ｎｍを演算したり、電流センサからのバッテリ２６の充放電電流に基づいてバッテリ２６の蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと温度センサからの電池温度とに基づいてバッテリ２６を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。
【００１４】
こうして構成された実施例の駆動装置２０では、電子制御ユニット４０は、バッテリ２６の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータ２２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊を設定すると共に設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ２２が駆動されるようインバータ２４のスイッチング素子（トランジスタ）をスイッチング制御すると共に、高圧側電力ライン３２の電圧ＶＨがモータ２２のトルク指令Ｔｍ＊と回転数Ｎｍとに応じた目標電圧ＶＨｔａｇとなるよう昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御する。
【００１５】
次に、こうして構成された実施例の駆動装置２０の動作、特に、モータ２２の回転中に昇圧コンバータ３０の下アーム（トランジスタＴ３２）がオン固着したときの動作について説明する。図２は、昇圧コンバータ３０の下アームがオン固着したときに実施例の電子制御ユニット４０により実行される下アームオン固着時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、実施例では、下アームをオフとすべきタイミングで上アームと下アームとに比較的大きな電流が流れているときなどに、昇圧コンバータ３０の下アームがオン固着していると判定するものとした。ここで、上アームと下アームとに比較的大きな電流が流れているか否かは、例えば、上アームや下アームに電流センサや電流検出用素子（回路）などを取り付けておいて検出することができる。
【００１６】
下アームオン固着時処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０は、昇圧コンバータ３０の上アームをオフとする（ステップＳ１００）。これは、昇圧コンバータ３０の上アームと下アームとが共にオンとなって高圧側電力ライン３２の正極母線−負極母線間が短絡する（短絡が継続する）のを回避するためである。
【００１７】
そして、電圧センサ３６ａからの高圧側コンデンサ３６（高圧側電力ライン３２）の電圧ＶＨを入力し（ステップＳ１１０）、入力した高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨを閾値ＶＨｒｅｆと比較する（ステップＳ１２０）。いま、昇圧コンバータ３０の下アームが固着して上アームをオフとしたときを考えている。このときには、モータ２２の回転によって発生する逆起電力に起因する電流（以下、モータ起因電流という）が高圧側コンデンサ３６に供給され、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが上昇する。また、昇圧コンバータ３０の下アームには、バッテリ２６からの電流が流れ続け、下アームは、比較的短い時間（例えば、数μｓｅｃ程度）で破損（熱破損）してオフ故障に至る。そして、下アームがオフ故障に至ると、リアクトルＬのエネルギに起因する電流（以下、リアクトル起因電流という）がダイオードＤ３１を介して高圧側コンデンサ３６に供給され、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨは更に上昇する。上述の閾値ＶＨｒｅｆは、例えば、リアクトル起因電流によって高圧側コンデンサ３６の電圧が上昇して至る電圧ＶＨ１（例えば、８５０Ｖ程度）より５０Ｖや１００Ｖ程度低い値を用いるものとした。ここで、電圧ＶＨ１は、リアクトルＬの定格などに基づいて実験や解析などによって求めることができる。
【００１８】
高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ未満のときには、ステップＳ１１０に戻り、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以上に至ると、昇圧コンバータ３０の上アームをオンとして（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。下アームのオフ故障後には、リアクトル起因電流により、上アームをオンとしたか否かに拘わらず高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨは閾値ＶＨｒｅｆを超えて電圧ＶＨ１まで至ると考えられる。高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以上に至ったときに上アームをオンとしない場合（比較例）、高圧側コンデンサ３６の電圧が電圧ＶＨ１付近で保持され、ある程度の時間（例えば、１００ｍｓｅｃ〜５００ｍｓｅｃ程度）が経過すると、高圧側電力ライン３２とインバータ２４や昇圧コンバータ３０などを収容するケースとの間などで絶縁破壊が生じるなどの二次故障が生じるおそれがある。これに対して、実施例では、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以上に至ったときに上アームをオンとすることにより、高圧側コンデンサ３６の電荷を上アームを介してバッテリ２６に供給して、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨを低下させることができる。この結果、二次故障が生じるのを抑制することができる。
【００１９】
図３は、昇圧コンバータ３０の下アームがオン固着したときの昇圧コンバータ３０の上アームおよび下アームの状態と昇圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。図中、実線は、昇圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以上に至ったときに上アームをオンとする実施例を示し、一点鎖線は、昇圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以上に至っても上アームをオンとしない比較例の様子を示す。実施例および比較例では、共に、昇圧コンバータ３０の上アームおよび下アームをスイッチングしている最中に下アームのオン固着を判定すると（時刻ｔ１）、高圧側電力ライン３２間の短絡（の継続）を回避するために、上アームをオフとする。上アームのオフにより、モータ起因電流がバッテリ２６側に供給されなくなって高圧側コンデンサ３６に供給されるから、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが上昇する。そして、下アームが継続通電によって破損してオフ故障に至ると（時刻ｔ２）、リアクトル起因電流がダイオードＤ３１を介して高圧側コンデンサ３６に供給されるようになり、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨは更に上昇する。比較例では、その後に上アームをオンとしないことにより、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが上述の電圧ＶＨ１付近で保持され、絶縁破壊などの二次故障が生じるおそれがある。一方、実施例では、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以上に至ったときに（時刻ｔ３）、上アームをオンとすることにより、リアクトル起因電流によって高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが電圧ＶＨ１間で上昇した後に（時刻ｔ４〜）、高圧側コンデンサ３６の電荷がバッテリ２６に供給され、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨを低下させることができる。この結果、二次故障が生じるのを抑制することができる。
【００２０】
以上説明した実施例の昇圧コンバータ３０の制御装置によれば、昇圧コンバータ３０の下アームがオン固着したときには、上アームをオンとし、その後に、高圧側コンデンサ３６（高圧側電力ライン３２）の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以上に至ったときには、上アームをオンとするから、高圧側コンデンサ３６の電圧ＶＨが高い状態で保持されることによって二次故障（例えば、高圧側電力ライン３２とインバータ２４や昇圧コンバータ３０などを収容するケースとの間などでの絶縁破壊など）が生じるのを抑制することができる。
【００２１】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、昇圧コンバータ３０が「昇圧コンバータ」に相当し、電子制御ユニット４０が「制御装置」に相当する。
【００２２】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００２３】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、昇圧コンバータの制御装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
２０  駆動装置、２２  モータ、２４  インバータ、２６  バッテリ、３０  昇圧コンバータ、３２  高圧側電力ライン、３４  低圧側電力ライン、３６  高圧側コンデンサ、３６ａ，３８ａ  電圧センサ、３８  低圧側コンデンサ、４０  電子制御ユニット、Ｄ３１，Ｄ３２  ダイオード、Ｌ  リアクトル、Ｔ３１，Ｔ３２  トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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