(57)【要約】【課題】より確実かつ安全にプリチャージを実行可能な電力システムおよびそれを備える車両を提供する。【解決手段】昇圧コンバータ１２を構成するトランジスタＱ２に短絡故障が発生していると、プリチャージ動作中において、プリチャージ電流Ｉｐｒに加えて、短絡故障の発生しているトランジスタＱ２を含む経路を流れる短絡電流Ｉｓが生じる。ここで、短絡部位が比較的大きな抵抗値をもっていると、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬは、短絡電流Ｉｓと短絡故障したトランジスタＱ２の抵抗値との積に応じた電圧値まで上昇する。そこで、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬに加えて、双方向コンバータ４２を流れるコンバータ電流ＩＤＨに基づいて、プリチャージ動作の完了を判断する。【選択図】図３
2008289326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の直流電源と、
第１の負荷群に直流電力を供給するための電源線対と、
前記電源線対の線間に接続されるコンデンサと、
前記第１の直流電源と前記電源線対との間に接続されるリレー部と、
第２の直流電源と、
前記第２の直流電源と前記電源線対との間に接続され、双方向の電力変換が可能な双方向コンバータと、
前記コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、
前記双方向コンバータを流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記リレー部により前記第１の直流電源と前記電源線対とを電気的に切離した状態で、前記第２の直流電源からの供給電力を用いて前記コンデンサを充電するプリチャージ手段とを備え、
前記プリチャージ手段は、前記電圧検出手段によって検出される充電電圧値および前記電流検出手段によって検出される電流値に基づいて、プリチャージ動作を制御する、電力システム。
【請求項２】
前記プリチャージ手段は、
前記電圧検出手段によって検出される充電電圧値と第１のしきい値とを比較する第１の比較手段と、
前記電流検出手段によって検出される電流値と第２のしきい値とを比較する第２の比較手段と、
前記充電電圧値が前記第１のしきい値より大きく、かつ前記電流値が前記第２のしきい値より小さいと、プリチャージ動作の完了と判断する第１の判断手段と、
前記第１の判断手段によってプリチャージ動作の完了と判断されると、前記双方向コンバータによる前記コンデンサの充電を停止する停止手段とを含む、請求項１に記載の電力システム。
【請求項３】
前記プリチャージ手段は、
前記電流検出手段によって検出される電流値と第３のしきい値とを比較する第３の比較手段と、
前記電流値が前記第３のしきい値より大きい状態の継続時間を計測し、当該継続時間が第４のしきい値より長くなると、前記電源線対と電気的に接続された部位における異常発生と判断する第２の判断手段とをさらに含む、請求項１または２に記載の電力システム。
【請求項４】
前記プリチャージ手段は、前記第２の判断手段において異常発生と判断されると、前記双方向コンバータにおける電力変換動作を停止するとともに、前記第１の直流電源と前記電源線対との電気的な接続を禁止する異常処置手段をさらに含む、請求項３に記載の電力システム。
【請求項５】
前記プリチャージ手段は、前記電圧検出手段によって検出される充電電圧が前記第１の直流電源の出力電圧と略一致するように、前記双方向コンバータの電力変換動作を制御する第１の制御手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力システム。
【請求項６】
前記第１の負荷群は、前記第１の直流電源からの供給電力をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換するインバータ装置を含み、
前記インバータ装置は、前記プリチャージ中において、停止状態に維持される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力システム。
【請求項７】
前記電力システムは、
前記プリチャージ動作の完了後において、前記リレー部により前記第１の直流電源と前記電源線対とを電気的に接続する接続手段と、
前記接続手段によって前記第１の直流電源と前記電源線対とが電気的に接続された後に、前記第１の直流電源からの供給電力で前記第２の直流電源を充電するように、前記双方向コンバータの電力変換動作を制御する第２の制御手段と、
前記電流検出手段によって検出される電流値と第５のしきい値とを比較する第４の比較手段と、
前記電流値が前記第５のしきい値より小さいと、前記双方向コンバータにおける異常発生と判断する第３の判断手段とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力システム。
【請求項８】
前記電力システムは、
前記第２の直流電源と電気的に接続された第２の負荷群と、
前記双方向コンバータの定格値に対する前記電流検出手段によって検出される電流値との間の余裕量を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出される余裕量に基づいて、前記第２の負荷群での消費電力を制限する制限手段とをさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力システムを備える車両であって、
前記第１の負荷群は、前記第１の直流電源からの供給電力により車両駆動力を発生可能に構成された駆動力発生機構を含む、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、少なくとも２つの電圧系を有する電力システムおよびそれを備える車両に関し、特に一方の電圧系の電力を用いて他方の電圧系をプリチャージする際の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）などの電動車両が大きく注目されている。このような電動車両は、二次電池などからなる電源装置と、当該電源装置からの供給電力を受けて車両駆動力を発生可能な電動機とを備えている。ところで、車両駆動力を発生させるために必要な電力は比較的大きいので、当該電源装置の出力電圧は、内燃機関のみを搭載した従来の自動車において使用されていた電圧（たとえば、１２Ｖもしくは２４Ｖ）に比較して高く設計される。一例として、現在実用化されているハイブリッド車両の出力電圧は２８８Ｖに設計されている。
【０００３】
一方で、上記のような電動車両であっても、ライトやカーナビゲーション装置などの補機類には、従来の自動車と同様の電圧で作動する装置が用いられている。そのため、電動車両には、車両駆動力の発生に用いられる電力を供給する高圧系の電源装置に加えて、補機類に電力を供給する低圧系の電源装置が搭載されている。
【０００４】
さらに、特開２００３−０６１２０９号公報（特許文献１）、特開２００２−１７６７０４号公報（特許文献２）および特開２００６−２４６５６４号公報（特許文献３）などには、コンバータなどを介して、高圧系の電源装置と低圧系の電源装置との間を電気的に接続する構成も開示されている。
【０００５】
ところで、高圧系の負荷に電力を供給する際には、負荷を停止させた状態で当該負荷に並列接続された容量成分（コンデンサ）を予め充電するプリチャージが実行される。このプリチャージでは、高圧系の電源装置に制限抵抗を直列接続して、過大な電流（突入電流）が流れないように制限しつつコンデンサを充電することが一般的であった。これに対して、特開２００３−０６１２０９号公報（特許文献１）に開示される電源装置では、ＤＣ−ＤＣコンバータ（双方向コンバータ）を制御して、低圧系の電源装置からの供給電力によりコンデンサを充電する構成が開示されている。この発明によれば、突入電流制限用の制限抵抗およびスイッチなどを削減できる。
【特許文献１】特開２００３−０６１２０９号公報
【特許文献２】特開２００２−１７６７０４号公報
【特許文献３】特開２００６−２４６５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、負荷の短絡故障についても考慮しておく必要がある。すなわち、高圧系に接続された負荷に短絡故障が生じていれば、安全上の観点から、当該負荷へ電力を供給することは許されない。
【０００７】
上述の特開２００３−０６１２０９号公報（特許文献１）に開示される電源装置では、コンデンサの電圧が主バッテリ（高圧系の電源装置）の蓄電電圧から所定の許容電圧範囲の電圧に到達すると、プリチャージ動作の完了と判断され、主バッテリが供給経路に電気的に接続される。ところで、負荷における短絡故障の態様もさまざまであり、たとえば比較的大きな抵抗値をもって短絡故障が生じていると、ＤＣ−ＤＣコンバータからの充電電流が短絡故障部位を流れることで、見かけ上、電圧条件が満足されることも想定される。そのため、負荷に短絡故障が生じているにもかかわらず、プリチャージ動作の完了と判断され、短絡故障が生じている負荷に主バッテリから電力が供給されてしまうおそれがあった。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、より確実かつ安全にプリチャージを実行可能な電力システムおよびそれを備える車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある局面に従う電力システムは、第１の直流電源と、第１の負荷群に直流電力を供給するための電源線対と、電源線対の線間に接続されるコンデンサと、第１の直流電源と電源線対との間に接続されるリレー部と、第２の直流電源と、第２の直流電源と電源線対との間に接続され、双方向の電力変換が可能な双方向コンバータと、コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、双方向コンバータを流れる電流を検出する電流検出手段と、リレー部により第１の直流電源と電源線対とを電気的に切離した状態で、第２の直流電源からの供給電力を用いてコンデンサを充電するプリチャージ手段とを備える。そして、プリチャージ手段は、電圧検出手段によって検出される充電電圧値および電流検出手段によって検出される電流値に基づいて、プリチャージ動作を制御する。
【００１０】
この発明によれば、電源線対の線間に接続されるコンデンサの充電に際して、コンデンサの充電電圧に基づいて充電状態を判断するとともに、双方向コンバータから電源線対へ供給される電流に基づいて、本来コンデンサに供給される電流であるか否かを判断できる。そのため、たとえば第１の負荷群に短絡故障などが生じている場合には、本来コンデンサに供給される電流値に比較して、当該短絡故障に起因する短絡電流分だけ電流値が増加するので、短絡故障などの異常発生を検出することができる。よって、より確実かつ安全にプリチャージを実行できる。
【００１１】
好ましくは、プリチャージ手段は、電圧検出手段によって検出される充電電圧値と第１のしきい値とを比較する第１の比較手段と、電流検出手段によって検出される電流値と第２のしきい値とを比較する第２の比較手段と、充電電圧値が第１のしきい値より大きく、かつ電流値が第２のしきい値より小さいと、プリチャージ動作の完了と判断する第１の判断手段と、第１の判断手段によってプリチャージ動作の完了と判断されると、双方向コンバータによるコンデンサの充電を停止する停止手段とを含む。
【００１２】
また好ましくは、プリチャージ手段は、電流検出手段によって検出される電流値と第３のしきい値とを比較する第３の比較手段と、電流値が第３のしきい値より大きい状態の継続時間を計測し、当該継続時間が第４のしきい値より長くなると、電源線対と電気的に接続された部位における異常発生と判断する第２の判断手段とをさらに含む。
【００１３】
さらに好ましくは、プリチャージ手段は、第２の判断手段において異常発生と判断されると、双方向コンバータにおける電力変換動作を停止するとともに、第１の直流電源と電源線対との電気的な接続を禁止する異常処置手段をさらに含む。
【００１４】
また好ましくは、プリチャージ手段は、電圧検出手段によって検出される充電電圧が第１の直流電源の出力電圧と略一致するように、双方向コンバータの電力変換動作を制御する第１の制御手段をさらに含む。
【００１５】
また好ましくは、第１の負荷群は、第１の直流電源からの供給電力をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換するインバータ装置を含み、インバータ装置は、プリチャージ中において、停止状態に維持される。
【００１６】
また好ましくは、この局面に従う電力システムは、プリチャージ動作の完了後において、リレー部により第１の直流電源と電源線対とを電気的に接続する接続手段と、接続手段によって第１の直流電源と電源線対とが電気的に接続された後に、第１の直流電源からの供給電力で第２の直流電源を充電するように、双方向コンバータの電力変換動作を制御する第２の制御手段と、電流検出手段によって検出される電流値と第５のしきい値とを比較する第４の比較手段と、電流値が第５のしきい値より小さいと、双方向コンバータにおける異常発生と判断する第３の判断手段とをさらに備える。
【００１７】
また好ましくは、この局面に従う電力システムは、第２の直流電源と電気的に接続された第２の負荷群と、双方向コンバータの定格値に対する電流検出手段によって検出される電流値との間の余裕量を算出する算出手段と、算出手段によって算出される余裕量に基づいて、第２の負荷群での消費電力を制限する制限手段とをさらに備える。
【００１８】
この発明の別の局面に従えば、上記に記載の電力システムを備える車両であって、第１の負荷群は、第１の直流電源からの供給電力により車両駆動力を発生可能に構成された駆動力発生機構を含む。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、より確実かつ安全にプリチャージを実行可能な電力システムおよびそれを備える車両を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この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返さない。
【００２１】
図１は、この発明の実施の形態に従う電力システムを備えた車両１００の概略構成図である。
【００２２】
図１を参照して、この発明の実施の形態に従う車両１００は、一例として、モータジェネレータが発生する車両駆動力により走行可能に構成された電動車両である。
【００２３】
車両１００は、主バッテリＭＢと、正電源線ＰＬと、負電源線ＮＬと、コンデンサＣ１，Ｃ２と、システムリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２と、昇圧コンバータ１２と、正供給線ＭＰＬと、負供給線ＭＮＬと、三相インバータ１４，１６と、双方向コンバータ４２と、補機バッテリＳＢと、補機類４４と、エアコン用インバータ４６と、エアコン用コンプレッサ４８と、表示部５０と、制御装置２とを備える。
【００２４】
主バッテリＭＢは、直流電力を充放電可能に構成された直流電源であり、一例として、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池、もしくは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子が直列に複数接続されて構成される。そして、本実施例では、主バッテリＭＢの出力電圧は２８８Ｖ（公称値）である。また、主バッテリＭＢの出力電圧を検出するために、主バッテリＭＢの両極間に接続された電圧検出部１０が設けられる。そして、電圧検出部１０は、検出した主バッテリＭＢの出力電圧ＶｂＨを制御装置２へ送出する。
【００２５】
正電源線ＰＬの一端は、システムリレーＳＭＲ１に接続され、システムリレーＳＭＲ１を介して主バッテリＭＢの正極側と電気的に接続可能に構成される。同様に、負電源線ＮＬの一端は、システムリレーＳＭＲ２に接続され、システムリレーＳＭＲ２を介して主バッテリＭＢの負極側と電気的に接続可能に構成される。そして、正電源線ＰＬおよび負電源線ＮＬは一対となって、主バッテリＭＢからの電力を昇圧コンバータ１２、双方向コンバータ４２およびエアコン用インバータ４６へ供給する。また、負電源線ＮＬには、主バッテリから供給される出力電流を検出するために、電流検出部１１が設けられる。そして、電流検出部１１は、検出した出力電流Ｉｂを制御装置２へ送出する。なお、以下の説明においては、正電源線ＰＬおよび負電源線ＮＬを一対として、単に「電源線対ＰＬ，ＮＬ」とも称す。
【００２６】
システムリレーＳＭＲ１は、制御装置２からのシステムイネーブル信号ＳＥに応答して、主バッテリＭＢの正極側と正電源線ＰＬとを電気的に接続または遮断する。同様に、システムリレーＳＭＲ２は、制御装置２からのシステムイネーブル信号ＳＥに応答して、主バッテリＭＢの負極側と負電源線ＮＬとを電気的に接続または遮断する。
【００２７】
コンデンサＣ１は、正電源線ＰＬと負電源線ＮＬとの間に接続され、両電源線間の電圧に応じた電荷を蓄えることにより、当該線間電圧を平滑化し安定化する。なお、コンデンサＣ１は、後述するように、プリチャージ動作において充電対象となるコンデンサである。また、コンデンサＣ１の充電電圧を検出するために、コンデンサＣ１の両端に接続された電圧検出部１８が設けられる。そして、電圧検出部１８は、検出したコンデンサＣ１の充電電圧ＶＬを制御装置２へ送出する。
【００２８】
昇圧コンバータ１２は、主バッテリＭＢから供給される直流電力を昇圧して三相インバータ１４および１６へ供給可能に構成されるとともに、三相インバータ１４または１６から回生される直流電力を降圧して主バッテリＭＢへ返還可能にも構成される。具体的には、昇圧コンバータ１２は、トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、インダクタＬ１とからなるチョッパ回路で構成される。そして、昇圧コンバータ１２では、制御装置２からのスイッチング指令ＰＷＣＨに従って、トランジスタＱ１およびＱ２のスイッチング動作が行なわれる。
【００２９】
トランジスタＱ１およびＱ２は、正供給線ＭＰＬと負供給線ＭＮＬとの間に直列に接続され、両者の接続点にはインダクタＬ１の一端が接続される。トランジスタＱ１，Ｑ２は、パワー半導体デバイスで構成され、一例として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）からなる。代替的に、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、もしくはＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor）を用いてもよい。
【００３０】
ダイオードＤ１は、トランジスタＱ１のエミッタ側からコレクタ側に帰還電流を流すことができるように、トランジスタＱ１のエミッタとコレクタとの間に接続される。同様に、ダイオードＤ２は、トランジスタＱ２のエミッタ側からコレクタ側に帰還電流を流すことができるように、トランジスタＱ２のエミッタとコレクタとの間に接続される。
【００３１】
インダクタＬ１は、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２との接続点と、正電源線ＰＬとの間に接続され、トランジスタＱ１およびＱ２のスイッチング動作に応じて生じる電流によって、電磁エネルギーの蓄積および放出を繰返す。すなわち、このようなインダクタＬ１における電磁エネルギーの蓄積および放出の繰返しによって、昇圧コンバータ１２は、昇圧動作または降圧動作を実現する。
【００３２】
三相インバータ１４は、正供給線ＭＰＬおよび負供給線ＭＮＬを介して昇圧コンバータ１２と接続され、昇圧コンバータ１２とモータジェネレータＭＧ１との間で電力変換を行なう。すなわち、三相インバータ１４は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された直流電力を三相交流電力に変換可能であるとともに、モータジェネレータＭＧ１から供給される三相交流電力を直流電力にも逆変換可能に構成される。
【００３３】
そして、三相インバータ１４は、トランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を含んで構成され、制御装置２からのスイッチング指令ＰＷＭ１に従って、トランジスタＱ３〜Ｑ８の各々についてのスイッチング動作が実行される。このようなスイッチング動作により、３個の相電圧（Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧）からなる三相交流電力が生成される。また、トランジスタＱ３〜Ｑ８についても、パワー半導体デバイスで構成され、一例として、ＩＧＢＴからなる。代替的に、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴもしくはＧＴＯを用いてもよい。
【００３４】
同様に、三相インバータ１６についても、正供給線ＭＰＬおよび負供給線ＭＮＬを介して昇圧コンバータ１２と接続され、制御装置２からのスイッチング指令ＰＷＭ２に従ってスイッチング動作を実行することで、昇圧コンバータ１２とモータジェネレータＭＧ２との間で電力変換を行なう。
【００３５】
コンデンサＣ２は、正供給線ＭＰＬと負供給線ＭＮＬとの間に接続され、昇圧コンバータ１２と三相インバータ１４および１６との間で授受される直流電力を平滑化する。すなわち、コンデンサＣ２は、電力バッファとして機能する。また、コンデンサＣ２の充電電圧を検出するために、コンデンサＣ２の両端に接続された電圧検出部１３が設けられる。そして、電圧検出部１３は、検出したコンデンサＣ２の充電電圧ＶＨを制御装置２へ送出する。
【００３６】
モータジェネレータＭＧ１は、三相インバータ１４で生成される三相交流電力を供給されて回転駆動し、車両駆動力を発生し得る。モータジェネレータＭＧ２についても同様に、三相インバータ１６で生成される三相交流電力を供給されて回転駆動し、車両駆動力を発生し得る。また、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、一例として、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機からなる。さらに、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、遊星歯車機構などにより構成された動力分割機構（図示しない）を介して駆動輪と機械的に連結され、発生する車両駆動力が適切に分配される。
【００３７】
補機バッテリＳＢは、直流電力を充放電可能に構成された直流電源であり、一例として鉛蓄電池からなり、その出力電圧は１２Ｖ（公称値）に設計される。また、補機バッテリＳＢの充放電電圧を検出するために、補機バッテリＳＢの両極間に接続された電圧検出部２０が設けられる。そして、電圧検出部２０は、検出した補機バッテリＳＢの出力電圧ＶｂＬを制御装置２へ送出する。
【００３８】
なお、以下の説明においては、主バッテリＭＢと電気的に接続され得る電力経路を「高圧系」とも称し、補機バッテリＳＢと電気的に接続された電力経路を「低圧系」とも称す。
【００３９】
補機類４４は、補機バッテリＳＢと電気的に接続され、双方向コンバータ４２および補機バッテリＳＢの少なくとも一方から供給される低圧系の直流電力により作動する装置の総称である。一例として、補機類４４には、前照灯、ウィンカー、ワイパー、パワーウィンドウ装置、送風ファン、カーナビゲーション装置などの車両に搭載される多くの電気機器が含まれる。なお、補機類４４に含まれる少なくとも一部の装置は、後述するように、制御装置２からの制限信号ＬＩＭに応答して、作動を停止する。
【００４０】
双方向コンバータ４２は、補機バッテリＳＢと電源線対ＰＬ，ＮＬとの間に接続され、制御装置２からのスイッチング指令ＰＷＣＬに応じて、双方向の電力変換が可能に構成される。すなわち、双方向コンバータ４２は、主バッテリＭＢから電源線対ＰＬ，ＮＬを介して供給される高圧系の直流電力を降圧して低圧系の直流電力を生成可能であるとともに、補機バッテリＳＢから供給される低圧系の直流電力を昇圧して高圧系の直流電力に生成可能に構成される。さらに、双方向コンバータ４２は、電力変換動作（昇圧動作または降圧動作）に伴って自身を流れるコンバータ電流ＩＤＨを制御装置２へ送出する。双方向コンバータ４２のより詳細な構成について以下に説明する。
【００４１】
図２は、双方向コンバータ４２の構成の一態様を示す概略構成図である。
図２を参照して、この発明の実施の形態に従う双方向コンバータ４２は、フィルタ部６２，６４と、高圧系インバータ部７０と、低圧系インバータ部７２と、トランス６６とからなる。
【００４２】
フィルタ部６２は、電源線対ＰＬ，ＮＬ（図１）と高圧系インバータ部７０との間に接続され、主として、高圧系インバータ部７０から電源線対ＰＬ，ＮＬに向かう直流電力に含まれる高調波成分を低減する。一例として、フィルタ部６２は、任意の低域通過フィルタからなる。
【００４３】
高圧系インバータ部７０は、フィルタ部６２とトランス６６の高圧側との間に接続され、スイッチング動作を行なうことで、高圧系からフィルタ部６２を介して供給される直流電力から単相交流電力を生成する。また、高圧系インバータ部７０のスイッチング動作が停止された状態では、トランス６６から高圧系インバータ部７０に流入する単相交流電力は、全波整流されて直流電力に変換された後、フィルタ部６２を介して高圧系へ出力する。
【００４４】
具体的には、高圧系インバータ部７０は、トランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４と、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４とからなる。そして、直列接続されたトランジスタＱ１１およびＱ１２が第１のアーム回路を構成し、直列接続されたトランジスタＱ１３およびＱ１４が第２のアーム回路を構成する。第１および第２のアーム回路の各々は、対応の相電位を出力する。また、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４は、それぞれトランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４と逆並列に接続され、トランス６６からフィルタ部６２に向かう電流を通過させ、その逆方向の電流を遮断する。なお、トランジスタＱ１１〜Ｑ１４は、一例としてバイポーラトランジスタが用いられる。
【００４５】
同様に、フィルタ部６４は、補機バッテリＳＢ（図１）と低圧系インバータ部７２との間に接続され、主として、低圧系インバータ部７２から補機バッテリＳＢに向かう直流電力に含まれる高調波成分を低減する。一例として、フィルタ部６４は、任意の低域通過フィルタからなる。
【００４６】
低圧系インバータ部７２は、フィルタ部６４とトランス６６の低圧側との間に接続され、スイッチング動作を行なうことで、低圧系からフィルタ部６４を介して供給される直流電力から単相交流電力を生成する。また、低圧系インバータ部７２のスイッチング動作が停止された状態では、トランス６６から低圧系インバータ部７２に流入する単相交流電力は、全波整流されて直流電力に変換された後、フィルタ部６４を介して低圧系へ出力する。
【００４７】
具体的には、低圧系インバータ部７２は、トランジスタＱ２１，Ｑ２２，Ｑ２３，Ｑ２４と、ダイオードＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４とからなる。素子間の接続構成については、上述の高圧系インバータ部７０と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【００４８】
トランス６６は、一方に入力された交流電力をその巻数比に応じた変圧比で変圧（昇圧もしくは降圧）し、他方から出力する。本実施例では、トランス６６の巻数比は、高圧系の電圧（２８８Ｖ）と、低圧系の電圧（１２Ｖ）との電圧比に略一致するように決定される。
【００４９】
また、双方向コンバータ４２は、電力変換動作（昇圧動作または降圧動作）に伴って自身を流れるコンバータ電流ＩＤＨを検出する電流検出部６８をさらに備える。電流検出部６８は、双方向コンバータ４２を流れる電流経路の電流値を検出できれば、いずれの位置に設けてもよいが、本実施例では、トランス６６の高圧側に設けられる。そして、電流検出部６８は、検出したコンバータ電流ＩＤＨを制御装置２（図１）へ送出する。
【００５０】
双方向コンバータ４２の動作について詳述すると、昇圧動作時には、低圧系インバータ部７２がスイッチング指令ＰＷＣＨ（図１）に従ってスイッチング動作を行ない、交流電力を生成するとともに、高圧系インバータ部７０ではスイッチング動作が停止される。これにより、低圧系から流入した直流電力は、低圧系インバータ部７２で交流電力に変換された後、トランス６６で昇圧される。そして、トランス６６で昇圧された交流電力は、高圧系インバータ部７０で全波整流された後、フィルタ部６２でその高調波成分が低減されて、高圧系へ送出される。
【００５１】
一方、降圧動作時には、上記の動作と逆の動作が実行される。すなわち、高圧系インバータ部７０がスイッチング指令ＰＷＣＨ（図１）に従ってスイッチング動作を行ない、交流電力を生成するとともに、低圧系インバータ部７２ではスイッチング動作が停止される。これにより、高圧系から流入した直流電力は、高圧系インバータ部７０で交流電力に変換された後、トランス６６で降圧される。そして、トランス６６で降圧された交流電力は、低圧系インバータ部７２で全波整流された後、フィルタ部６４でその高調波成分が低減されて、低圧系へ送出される。
【００５２】
以上のように、双方向コンバータ４２は、双方向の電力変換を可能に構成される。
再度、図１を参照して、エアコン用インバータ４６は、エアコン用コンプレッサ４８と電源線対ＰＬ，ＮＬとの間に接続され、主バッテリＭＢから電源線対ＰＬ，ＮＬを介して供給される直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換する。そして、エアコン用インバータ４６は、当該交流電力をエアコン用コンプレッサ４８へ供給する。
【００５３】
エアコン用コンプレッサ４８は、車両１００の車室内を空調（エアーコンディション）するための冷凍サイクルを駆動するための圧縮機である。そして、エアコン用コンプレッサ４８は、エアコン用インバータ４６から供給される交流電力を受けて回転駆動し、圧縮動作を実行する。
【００５４】
表示部５０は、運転席の前方に位置するインストルメントパネルなどに配置され、制御装置２からの各種情報を点灯または表示する。特に、表示部５０は、後述する異常発生を運転者に知らせる。
【００５５】
制御装置２は、運転者の操作によって与えられる車両１００の起動指令であるイグニッションオンＩＧＯＮに応答して活性化し、車両１００の走行に係る演算処理を実行する。特に、制御装置２は、イグニッションオンＩＧＯＮが与えられると、主バッテリＭＢと電源線対ＰＬ，ＮＬとを切離した状態で、補機バッテリＳＢからの供給電力を用いてコンデンサＣ１を充電するプリチャージを実行する。このプリチャージにおいて、車両１００は、電圧検出部１８によって検出されるコンデンサＣ１の充電電圧ＶＬ、および電流検出部６８（図２）によって検出されるコンバータ電流ＩＤＨに基づいて、プリチャージ動作を実行する。以下、プリチャージ動作および制御装置２における制御構造について詳述する。
【００５６】
（プリチャージ動作）
図３は、この発明の実施の形態に従うプリチャージ動作を説明するための図である。
【００５７】
図３（ａ）は、正常時のプリチャージ動作を示す。一方、図３（ｂ）は、異常発生時のプリチャージ動作を示す。
【００５８】
図３（ａ）を参照して、制御装置２は、システムイネーブル信号ＳＥを非活性化してシステムリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオフ状態に維持するとともに、昇圧動作を実行させるように双方向コンバータ４２を制御する。すると、双方向コンバータ４２から直流電流が高圧系へ供給される。双方向コンバータ４２から出力されたプリチャージ電流Ｉｐｒは、正電源線ＰＬ、コンデンサＣ１および負電源線ＮＬの経路で流れ、コンデンサＣ１を充電する。そして、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬが主バッテリＭＢの出力電圧ＶｂＨと略一致するまで、コンデンサＣ１の充電は継続される。従来の技術では、コンデンサＣ１の充電電圧が主バッテリＭＢの出力電圧ＶｂＨと略一致すると、プリチャージ動作の完了と判断されていた。このプリチャージ動作の完了判定に対応して、双方向コンバータ４２の電圧変換動作は停止される。続いて、制御装置２は、システムイネーブル信号ＳＥを活性化することで、システムリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオン状態に設定し、主バッテリＭＢを電源線対ＰＬ，ＮＬと電気的に接続する。この時点で、主バッテリＭＢから昇圧コンバータ１２および三相インバータ１４，１６（図１）に直流電力を供給できる状態、すなわち車両１００が走行可能な状態が形成される。
【００５９】
なお、プリチャージ動作中では、昇圧コンバータ１２おおびエアコン用インバータ４６は、停止状態に維持されるため、プリチャージ電流が昇圧コンバータ１２もしくはエアコン用インバータ４６へ流れることはない。
【００６０】
一方、図３（ｂ）を参照して、昇圧コンバータ１２を構成するトランジスタＱ２に短絡故障が発生していると、プリチャージ動作中において、図３（ａ）と同様のプリチャージ電流Ｉｐｒに加えて、短絡故障の発生しているトランジスタＱ２を含む経路を流れる短絡電流Ｉｓが生じる。ここで、トランジスタＱ２の短絡故障の態様（故障モード）として、比較的大きな抵抗値をもって導通状態になっている場合を想定すると、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬは、短絡電流Ｉｓと短絡故障したトランジスタＱ２の抵抗値との積に応じた電圧値まで上昇する。
【００６１】
しかしながら、たとえ、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬが主バッテリＭＢの出力電圧ＶｂＨと略一致するまで上昇したとしても、トランジスタＱ２に短絡故障が発生している状態では、プリチャージ動作の完了と判断して、主バッテリＭＢを電源線対ＰＬ，ＮＬと電気的に接続することはできない。主バッテリＭＢを電源線対ＰＬ，ＮＬと電気的に接続してしまうと、主バッテリＭＢからトランジスタＱ２へ大きな短絡電流が生じ、主バッテリＭＢ、システムリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２および電源線対ＰＬ，ＮＬなどが損傷するおそれがあるからである。
【００６２】
そこで、本実施例においては、制御装置２は、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬに加えて、双方向コンバータ４２を流れるコンバータ電流ＩＤＨに基づいて、プリチャージ動作の完了を判断する。すなわち、正常時には、コンデンサＣ１が十分に充電されると、コンバータ電流ＩＤＨがほぼゼロとなるのに対して、短絡故障などの異常発生時には、コンデンサＣ１が十分に充電された後であっても、短絡電流Ｉｓが流れ続けるため、コンバータ電流ＩＤＨはゼロにはならない。
【００６３】
具体的な一例として、制御装置２は、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬが主バッテリＭＢの出力電圧ＶｂＨに近い所定の電圧値より大きく、かつ双方向コンバータ４２のコンバータ電流ＩＤＨがゼロに近い所定の電流値より小さいときに限って、プリチャージ動作の完了と判断する。また、制御装置２は、双方向コンバータ４２のコンバータ電流ＩＤＨが短絡電流に相当する所定の電流値より大きい状態がプリチャージ動作が完了すべき時間以上継続すると、高圧系に接続された装置に異常が発生したと判断する。
【００６４】
このような条件を採用することで、プリチャージ動作の完了を高い精度で判定することができ、かつ短絡故障などの発生時に、プリチャージ動作が完了したと誤って判断することを回避できる。
【００６５】
（制御構造）
図４は、この発明の実施の形態に従うプリチャージ動作に係る機能ブロック図である。なお、図４に示す機能ブロックは、各ブロックに相当する回路を制御装置２内に組込むことにより実現することもできるが、多くの場合、記録媒体などに格納されたプログラムを読込んで、当該プログラムに従って処理を実行することでも実現される。以下の機能ブロックについても同様である。
【００６６】
図４を参照して、制御装置２の制御構造は、比較部２０２，２０４，２０８と、論理積部２０６と、タイマー２１０と、遮断部２１２とを含む。なお、図４に示す制御構造は、イグニッションオンＩＧＯＮが発せられた後に活性化し、処理が開始される。
【００６７】
比較部２０２は、電圧検出部１８によって検出されるコンデンサＣ１の充電電圧ＶＬと、しきい値α１とを比較する。そして、比較部２０２は、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬがしきい値α１より大きいと、出力信号ＳＧ１を高電圧レベル（以下、単に「Ｈ」レベルとも称す）に活性化する。
【００６８】
比較部２０４は、電流検出部６８によって検出されるコンバータ電流ＩＤＨと、しきい値α２とを比較する。そして、比較部２０４は、コンバータ電流ＩＤＨがしきい値α２より小さいと、出力信号ＳＧ２を「Ｈ」レベルに活性化する。
【００６９】
論理積部２０６は、出力信号ＳＧ１およびＳＧ２の論理積を演算し、その結果に応じてシステムイネーブル信号ＳＥを発する。すなわち、出力信号ＳＧ１およびＳＧ２がいずれも「Ｌ」レベルに維持される処理開始時点では、システムイネーブル信号ＳＥも非活性状態に維持され、システムリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２（図１）はオフ状態となっている。続いて、出力信号ＳＧ１およびＳＧ２のいずれもが「Ｈ」レベルに活性化されると、論理積部２０６は、プリチャージ動作が完了したと判断し、システムイネーブル信号ＳＥを活性化する。すると、システムリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２がオン状態に駆動される。なお、本実施例では、瞬間的なノイズなどによる誤判定を防止するために、論理積部２０６はタイマー２０６ａを含む。タイマー２０６ａは、出力信号ＳＧ１およびＳＧ２のいずれもが「Ｈ」レベルである状態が所定時間だけ継続するとシステムイネーブル信号ＳＥを活性化する。
【００７０】
一方、比較部２０８は、電流検出部６８によって検出されるコンバータ電流ＩＤＨと、しきい値α３とを比較する。そして、比較部２０８は、コンバータ電流ＩＤＨがしきい値α３より大きいと、出力信号ＳＧ３を「Ｈ」レベルに活性化する。
【００７１】
タイマー２１０は、出力信号ＳＧ３が「Ｈ」レベルに活性化されると継続時間の計測を開始するとともに、当該計測した継続時間がしきい値α４より長くなると、高圧系に接続された装置に異常が発生したと判断する。異常が発生したと判断すると、タイマー２１０は、異常信号ＦＡＬ１を発する。
【００７２】
遮断部２１２は、論理積部２０６の出力経路に介挿され、異常信号ＦＡＬ１に応答して、当該出力経路を電気的に遮断可能に構成される。すなわち、遮断部２１２は、異常信号ＦＡＬ１が発せられると、論理積部２０６から出力されるシステムイネーブル信号ＳＥを遮断し、論理積部２０６の出力にかかわらず、システムリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２をオフ状態に維持する。
【００７３】
また、制御装置２の制御構造は、減算部２２０，２２２と、ＰＩ演算部２２４，２２６と、変調部（ＭＯＤ）２２８，２３０と、選択部２３２と、遮断部２３４とをさらに含む。これらの機能ブロックは、双方向コンバータ４２（図１）の電力変換動作を制御するために機能する。すなわち、双方向コンバータ４２は、プリチャージ動作中に低圧系から高圧系に向けて電力変換動作（昇圧動作）を行なう一方、プリチャージ動作の完了後には高圧系から低圧系に向けて電力変換動作（降圧動作）を行なう必要がある。そこで、減算部２２０、ＰＩ演算部２２４および変調部２２８が昇圧動作を指示するためのスイッチング指令を生成し、減算部２２２、ＰＩ演算部２２６および変調部２３０が降圧動作を指示するためのスイッチング指令を生成する。そして、選択部２３２が、状況に応じて出力を選択的に切換える。以下、その詳細について説明する。
【００７４】
減算部２２０は、主バッテリＭＢの出力電圧ＶｂＨからコンデンサＣ１の充電電圧ＶＬを減じ、その偏差をＰＩ演算部２２４へ出力する。すなわち、減算部２２０は、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬの電圧目標を主バッテリＭＢの出力電圧ＶｂＨに設定した場合の電圧偏差を出力する。
【００７５】
ＰＩ演算部２２４は、少なくとも比例要素（Proportional Element）および積分要素（Integral Element）を含み、減算部２２０から出力される偏差に応じた値を変調部２２８へ出力する。
【００７６】
変調部２２８は、双方向コンバータ４２を昇圧動作させるためのスイッチング指令ＰＷＣＬを生成する。より詳細には、双方向コンバータ４２の低圧系インバータ部７２（図２）をスイッチング動作させるためのスイッチング指令ＰＷＣＬを生成する。
【００７７】
一方、減算部２２２は、補機バッテリＳＢの出力電圧目標ＶｂＬ＊から補機バッテリＳＢの出力電圧ＶｂＬを減じ、その偏差をＰＩ演算部２２６へ出力する。
【００７８】
ＰＩ演算部２２６は、ＰＩ演算部２２４と同様に、少なくとも比例要素および積分要素を含み、減算部２２２から出力される偏差に応じた値を変調部（ＭＯＤ）２３０へ出力する。
【００７９】
変調部２３０は、双方向コンバータ４２を降圧動作させるためのスイッチング指令ＰＷＣＬを生成する。より詳細には、双方向コンバータ４２の高圧系インバータ部７０（図２）をスイッチング動作させるためのスイッチング指令ＰＷＣＬを生成する。
【００８０】
選択部２３２は、システムイネーブル信号ＳＥに応じて、変調部２２８および変調部２３０からそれぞれ出力されるスイッチング指令ＰＷＣＬのいずれか一方を選択して、双方向コンバータ４２へ与える。詳細には、選択部２３２は、プリチャージ動作中、すなわちシステムイネーブル信号ＳＥが発せられていない状態では、変調部２２８からのスイッチング指令ＰＷＣＬを双方向コンバータ４２へ与える。また、選択部２３２は、プリチャージ動作の完了後、すなわちシステムイネーブル信号ＳＥが発せられている状態では、変調部２３０からのスイッチング指令ＰＷＣＬを双方向コンバータ４２へ与える。
【００８１】
遮断部２３４は、選択部２３２の出力経路に介挿され、異常信号ＦＡＬ１に応答して、当該出力経路を電気的に遮断可能に構成される。すなわち、遮断部２３４は、異常信号ＦＡＬ１が発せられると、選択部２３２から出力されるスイッチング指令ＰＷＣＬを遮断し、選択部２３２からの出力にかかわらず、双方向コンバータ４２の電力変換動作を停止状態に維持する。
【００８２】
（プリチャージ動作の一例）
図５は、正常時におけるプリチャージ動作の各部の時間変化を模式的に示すグラフである。
【００８３】
図６は、異常発生時におけるプリチャージ動作の各部の時間変化を模式的に示すグラフである。
【００８４】
図５（ａ）および図６（ａ）は、双方向コンバータ４２の電力変換動作を示す。図５（ｂ）および図６（ｂ）は、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬを示す。図５（ｃ）および図６（ｃ）は、コンバータ電流ＩＤＨを示す。図５（ｄ）および図６（ｄ）は、システムイネーブル信号ＳＥを示す。
【００８５】
図５（ａ）を参照して、イグニッションオンＩＧＯＮが発せられると、制御装置２は、双方向コンバータ４２に対して昇圧動作を実行させる。すると、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、コンデンサＣ１は双方向コンバータ４２から出力されるコンバータ電流ＩＤＨにより充電され、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬは上昇を開始する。プリチャージ動作が進み、時刻ｔ１１において、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬが主バッテリＭＢの出力電圧ＶｂＨ（≒しきい値α１）に達し、コンバータ電流ＩＤＨがゼロ（≒しきい値α２）に達する。本実施例では、論理積部２０６がタイマー２０６ａ（図４）を含むので、この状態がタイマー２０６ａの動作時間（時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間）だけ継続すると、プリチャージ動作の完了と判定される。
【００８６】
すると、図５（ｄ）に示すように、システムイネーブル信号ＳＥが活性化されて、主バッテリＭＢが高圧系に電気的に接続されるとともに、図５（ａ）に示すように、双方向コンバータ４２の昇圧動作が停止され、補機バッテリＳＢを充電するために降圧動作に切換えられる。
【００８７】
一方、図６を参照して、異常発生時におけるプリチャージ動作を以下に説明する。
図６（ａ）に参照して、イグニッションオンＩＧＯＮが発せられると、制御装置２は、双方向コンバータ４２に対して昇圧動作を実行させる。すると、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、コンデンサＣ１は双方向コンバータ４２から出力されるコンバータ電流ＩＤＨにより充電され、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬは上昇を開始する。しかしながら、たとえば、昇圧コンバータ１２のトランジスタＱ２（図１）に短絡故障が生じていれば、コンバータ電流ＩＤＨの一部は短絡電流として消費されるので、図５（ｂ）の場合に比較して、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬの上昇速度は抑制される。
【００８８】
また、図６（ｃ）に示すように、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬが主バッテリＭＢの出力電圧ＶｂＨと略一致するまで上昇したとしても、コンバータ電流ＩＤＨは流れ続ける。このように、コンバータ電流ＩＤＨがしきい値α３より大きな状態がしきい値α４より長く継続すると、制御装置２は、異常発生と判断し、双方向コンバータ４２によるコンデンサＣ１の充電を停止するとともに、プリチャージ動作を中止する。なお、制御装置２は、異常発生と判断すると、表示部５０（図１）を介して、運転者などへ当該異常発生を知らせる。
【００８９】
（プリチャージ動作の処理手順）
図７は、この発明の実施の形態に従うプリチャージ動作に係る処理手順を示すフローチャートである。
【００９０】
図７を参照して、制御装置２は、イグニッションオンＩＧＯＮが発せられると、以下の処理を実行する。
【００９１】
制御装置２は、システムイネーブル信号ＳＥを非活性状態に維持したまま、双方向コンバータ４２に対して昇圧動作を指示するためのスイッチング指令ＰＷＣＬを生成する（ステップＳ１００）。そして、制御装置２は、電圧検出部１８によって検出されるコンデンサＣ１の充電電圧ＶＬがしきい値α１より大きいか否かを判断する（ステップＳ１０２）。
【００９２】
コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬがしきい値α１より大きい場合（ステップＳ１０２においてＹＥＳの場合）には、制御装置２は、電流検出部６８によって検出されるコンバータ電流ＩＤＨがしきい値α２より小さいか否かを判断する（ステップＳ１０４）。コンバータ電流ＩＤＨがしきい値α２より小さい場合（ステップＳ１０４においてＹＥＳの場合）には、制御装置２は、プリチャージ動作の完了と判断する（ステップＳ１０６）。なお、ステップＳ１０２およびＳ１０４のいずれもがＹＥＳの状態が所定時間だけ継続した場合に限って、プリチャージ動作の完了と判断するようにしてもよい。
【００９３】
その後、制御装置２は、双方向コンバータ４２での昇圧動作を停止し、コンデンサＣ１の充電を停止する（ステップＳ１０８）。そして、制御装置２は、プリチャージ処理を終了する。
【００９４】
一方、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬがしきい値α１より大きくない場合（ステップＳ１０２においてＮＯの場合）、もしくはコンバータ電流ＩＤＨがしきい値α２より小さくない場合（ステップＳ１０４においてＮＯの場合）には、制御装置２は、電流検出部６８によって検出されるコンバータ電流ＩＤＨがしきい値α３より大きいか否かを判断する（ステップＳ１１０）。そして、電流検出部６８によって検出されるコンバータ電流ＩＤＨがしきい値α３より大きい場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳの場合）には、制御装置２は、当該状態がしきい値α４より長く継続しているか否かを判断する（ステップＳ１１２）。しきい値α４より長く継続している場合（ステップＳ１１２においてＹＥＳの場合）には、制御装置２は、高圧系に電気的に接続された装置に異常が発生したと判断する（ステップＳ１１４）。そして、双方向コンバータ４２での電力変換動作を停止するとともに、主バッテリＭＢの高圧系への接続を禁止する（ステップＳ１１６）。そして、制御装置２は、プリチャージ処理を終了する。
【００９５】
電流検出部６８によって検出されるコンバータ電流ＩＤＨがしきい値α３より大きくない場合（ステップＳ１１０においてＮＯの場合）、もしくはしきい値α４より長く継続していない場合（ステップＳ１１２においてＮＯの場合）には、制御装置２は、ステップＳ１０２以下の処理を再度繰返す。
【００９６】
（双方向コンバータにおける異常発生の監視機能）
上述した処理手順に従って、プリチャージ動作が完了すると、制御装置２は、システムイネーブル信号ＳＥを活性化して、システムリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２をオン状態に駆動し、主バッテリＭＢと電源線対ＰＬ，ＮＬとを電気的に接続する。そして、制御装置２は、主バッテリＭＢからの供給電力で補機バッテリＳＢを充電するように、双方向コンバータ４２に降圧動作を実行させる。
【００９７】
ここで、双方向コンバータ４２に何らかの故障が発生し、電力変換動作が不能になることも想定される。このような双方向コンバータ４２の異常発生時において、電圧検出部２０（図１）により検出される補機バッテリＳＢの出力電圧ＶｂＬの監視だけでは、早期に当該異常発生を検出することができない。すなわち、補機バッテリＳＢは、蓄電素子であるため、双方向コンバータ４２による充電が中断したとしても、即座に出力電圧ＶｂＬが低下するわけではない。そのため、双方向コンバータ４２からの充電電力が途絶えた後、出力電圧ＶｂＬが所定の下限電圧値を下回った時点では、補機バッテリＳＢに残存している充電電力は非常に少なくなっていると考えられる。
【００９８】
図８は、双方向コンバータ４２における電力変換動作が不能となった場合の時間変化を模式的に示すグラフである。
【００９９】
図８（ａ）は、コンバータ電流ＩＤＨを示す。図８（ｂ）は、補機バッテリＳＢの出力電圧ＶｂＬを示す。
【０１００】
図８（ａ）を参照して、一例として、時刻ｔ２１で双方向コンバータ４２に異常が発生すると、双方向コンバータ４２から電流を出力することができなくなり、コンバータ電流ＩＤＨはゼロとなる。一方、補機バッテリＳＢは予め蓄電されているので、出力電圧ＶｂＬは急激に低下することなく、所定の時定数をもって低下する。そのため、出力電圧ＶｂＬが電圧Ｖ２より低くなるか否かに基づいて、双方向コンバータ４２の異常発生を判断するような構成では、時刻ｔ２２になるまで双方向コンバータ４２の異常発生を検出できない。その結果、双方向コンバータ４２の異常発生が検出された時点では、補機バッテリＳＢに残存している充電電力は非常に少なくなっており、退避運転すらできないおそれもある。そこで、本実施例では、双方向コンバータ４２が補機バッテリＳＢを充電する際に、コンバータ電流ＩＤＨに基づいて、双方向コンバータ４２における異常発生を検出する。
【０１０１】
図９は、この発明の実施の形態に従う双方向コンバータ４２における異常発生の監視に係る機能ブロック図である。
【０１０２】
図９を参照して、制御装置２の制御構造は、比較部２４０を含む。なお、図９に示す制御構造は、システムイネーブル信号ＳＥが発せられた後に活性化し、処理が開始される。
【０１０３】
比較部２４０は、電流検出部６８（図２）によって検出されるコンバータ電流ＩＤＨとしきい値α５とを比較する。そして、比較部２４０は、コンバータ電流ＩＤＨがしきい値α５より小さいと、双方向コンバータ４２における異常発生と判断し、異常信号ＦＡＬ２を発する。異常信号ＦＡＬ２に応答して、たとえば表示部５０（図１）では、双方向コンバータ４２の「故障」発生を示すランプなどが点灯する。さらに、当該異常発生を示すダイアグコードを発してもよい。
【０１０４】
なお、しきい値α５は、予め定められた固定値でもよく、もしくは補機類４４で消費される電力に応じた可変値でもよい。
【０１０５】
図１０は、この発明の実施の形態に従う双方向コンバータ４２における異常発生の監視に係る処理手順を示すフローチャートである。
【０１０６】
図１０を参照して、制御装置２は、プリチャージ動作が完了したと判定すると、以下の処理を実行する。
【０１０７】
制御装置２は、システムイネーブル信号ＳＥを活性化し、システムリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２をオン状態に駆動する（ステップＳ２００）。すると、主バッテリＭＢが電源線対ＰＬ，ＮＬと電気的に接続される。そして、制御装置２は、主バッテリＭＢからの供給電力で補機バッテリＳＢを充電するように、双方向コンバータ４２に対して降圧動作を指示するためのスイッチング指令ＰＷＣＬを生成する（ステップＳ２０２）。
【０１０８】
続いて、制御装置２は、電流検出部６８によって検出されるコンバータ電流ＩＤＨがしきい値α５より小さいか否かを判断する（ステップＳ２０４）。コンバータ電流ＩＤＨがしきい値α５より小さくない場合（ステップＳ２０４においてＮＯの場合）には、制御装置２は、上記のステップＳ２０２およびＳ２０４を繰返す。
【０１０９】
一方、コンバータ電流ＩＤＨがしきい値α５より小さい場合（ステップＳ２０４においてＹＥＳの場合）には、制御装置２は、双方向コンバータ４２において異常が発生していると判断する（ステップＳ２０６）。そして、制御装置２は、異常信号ＦＡＬ２を発し（ステップＳ２０８）、処理を終了する。
【０１１０】
（補機類についての電力マネジメント機能）
上述のような双方向コンバータ４２における異常発生を監視する機能に加えて、双方向コンバータ４２の過負荷状態を回避し、故障を未然に防止するように構成してもよい。
【０１１１】
車両のユーザは、車両購入後にさまざまな車載装置（たとえば、カーナビゲーション装置など）を付加することも多い。このような車載装置は、補機類４４の電力を使用するため、設計時において相当の余裕量をもって双方向コンバータ４２の定格値を設計しているにもかかわらず、後発的に付加された車載装置による消費電力の増加分がその余裕量を超過することもあり得る。そこで、本実施例では、コンバータ電流ＩＤＨに基づいて、双方向コンバータ４２から補機類４４へ供給される電力が定格値を超過しないように、補機類４４についての電力マネジメントを行なう。
【０１１２】
図１１は、この発明の実施の形態に従う補機類４４についての電力マネジメントに係る機能ブロック図である。
【０１１３】
図１１を参照して、制御装置２の制御構造は、減算部２５０と、負荷制限部２５２とを含む。なお、図１１に示す制御構造は、システムイネーブル信号ＳＥが発せられた後に活性化し、処理が開始される。
【０１１４】
減算部２５０は、双方向コンバータ４２の定格値（定格電流）から電流検出部６８によって検出されるコンバータ電流ＩＤＨを減じて、余裕量を算出する。そして、減算部２５０は、当該算出した余裕量を負荷制限部２５２へ出力する。
【０１１５】
負荷制限部２５２は、減算部２５０から受けた余裕量に基づいて、補機類４４での消費電力を制限するための制限信号ＬＩＭを発する。なお、制限信号ＬＩＭは、補機類４４での消費電力を制限できるものであればどのような信号でもよいが、一例として、制限信号ＬＩＭが発せられた後には、さらなる電力を供給しないように構成してもよい。また、補機類４４への供給経路を重要度に応じて区分けし、制限信号ＬＩＭにより、比較的重要度の低い供給経路に対する電力供給が遮断されるように構成してもよい。
【０１１６】
なお、双方向コンバータ４２から補機バッテリＳＢに供給される直流電力の電圧値はほぼ一定であるので、コンバータ電流ＩＤＨは双方向コンバータ４２から供給される直流電力に比例した値を示す。そのため、コンバータ電流ＩＤＨに基づいて、電力マネジメントが可能となる。
【０１１７】
図１２は、補機類４４についての電力マネジメント機能における時間変化を模式的に示すグラフである。
【０１１８】
図１２（ａ）は、コンバータ電流ＩＤＨを示す。図１２（ｂ）は、双方向コンバータ４２における余裕量を示す。図１２（ｃ）は、制限信号ＬＩＭを示す。
【０１１９】
図１２（ａ）を参照して、一例として、車両１００の作動中に補機類４４での消費電力が漸増し、コンバータ電流ＩＤＨが双方向コンバータ４２の定格値に近付いていくと、図１２（ｂ）に示すように、余裕量は漸減していく。そこで、負荷制限部２５２は、一例として、余裕量がしきい値α６を下回ると、図１２（ｃ）に示すように制限信号ＬＩＭを発し、補機類４４での消費電力を制限する。
【０１２０】
このような処理を実行することで、双方向コンバータ４２が過負荷状態になることを回避し、故障を未然に防止することができる。
【０１２１】
図１３は、この発明の実施の形態に従う補機類４４についての電力マネジメントに係る処理手順を示すフローチャートである。
【０１２２】
図１３を参照して、制御装置２は、システムイネーブル信号ＳＥが活性化されている場合において以下の処理を実行する。
【０１２３】
まず、制御装置２は、主バッテリＭＢからの供給電力で補機バッテリＳＢを充電するように、双方向コンバータ４２が降圧動作中か否かを判断する（ステップＳ３００）。双方向コンバータ４２が降圧動作中でない場合（ステップＳ３００においてＮＯの場合）には、制御装置２は、本フローチャートの最初の処理に戻る。
【０１２４】
双方向コンバータ４２が降圧動作中である場合（ステップＳ３００においてＹＥＳの場合）には、制御装置２は、双方向コンバータ４２の定格値に対する電流検出部６８によって検出されるコンバータ電流ＩＤＨとの間の余裕量を算出する（ステップＳ３０２）。そして、制御装置２は、算出された余流量が所定のしきい値α６より小さいか否かを判断する（ステップＳ３０４）。算出された余裕量がしきい値α６より小さい場合（ステップＳ３０４においてＹＥＳの場合）には、制御装置２は、補機類４４での消費電力を制限すべきであると判断する（ステップＳ３０６）。そして、制御装置２は、制限信号ＬＩＭを発する（ステップＳ３０８）。
【０１２５】
一方、コンバータ電流ＩＤＨがしきい値α６より小さくない場合（ステップＳ３０４においてＮＯの場合）には、制御装置２は、制限信号ＬＩＭを解除する（ステップＳ３１０）。
【０１２６】
そして、制御装置２は、本フローチャートの最初の処理に戻る。
この発明の実施の形態では、主バッテリＭＢが「第１の直流電源」に相当し、昇圧コンバータ１２、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびエアコン用インバータ４６が「第１の負荷群」に相当し、コンデンサＣ１が「コンデンサ」に相当し、システムリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２が「リレー部」に相当し、補機バッテリＳＢが「第２の直流電源」に相当し、双方向コンバータ４２が「双方向コンバータ」に相当し、エアコン用インバータ４６が「インバータ装置」に相当し、補機類４４が「第２の負荷群」に相当し、三相インバータ１４，１６およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が「駆動力発生機構」に相当する。また、電圧検出部１８が「電圧検出手段」を実現し、電流検出部６８が「電流検出手段」を実現し、制御装置２が「プリチャージ手段」を実現する。さらに、比較部２０２が「第１の比較手段」を実現し、比較部２０４が「第２の比較手段」を実現し、比較部２０８が「第３の比較手段」を実現し、比較部２４０が「第４の比較手段」および「第３の判断手段」を実現し、論理積部２０６が「第１の判断手段」を実現し、タイマー２１０が「第２の判断手段」を実現し、選択部２３２が「停止手段」を実現し、遮断部２１２および２３４が「異常処置手段」を実現し、減算部２２０、ＰＩ演算部２２４および変調部２２８が「第１の制御手段」を実現し、減算部２２２、ＰＩ演算部２２６および変調部２３０が「第２の制御手段」を実現し、減算部２５０が「算出手段」を実現し、負荷制限部２５２が「制限手段」を実現する。
【０１２７】
この発明の実施の形態によれば、電源線対ＰＬ，ＮＬの線間に接続されるコンデンサＣ１のプリチャージに際して、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＬに基づいて充電状態を判断するとともに、双方向コンバータ４２から電源線対ＰＬ，ＮＬへ供給されるコンバータ電流ＩＤＨに基づいて、本来コンデンサＣ１に供給されるべき電流が供給されているか否かを判断できる。そのため、たとえば昇圧コンバータ１２内で短絡故障などが生じている場合には、本来コンデンサＣ１に供給される電流値に比較して、当該短絡故障に起因する短絡電流分だけ電流値が増加するので、短絡故障などの異常発生を検出することができる。よって、より確実かつ安全にプリチャージを実行を実現できる。
【０１２８】
また、この発明の実施の形態によれば、双方向コンバータ４２から補機バッテリＳＢに充電電力が供給されているときに、コンバータ電流ＩＤＨに基づいて、双方向コンバータ４２における異常発生を監視する。これにより、その出力側には蓄電素子である補機バッテリＳＢが接続されている双方向コンバータ４２であっても、電力変換動作が不能となるような異常が発生すれば、即座に検出することができる。そのため、補機バッテリＳＢの充電量が十分存在する間に、退避運転などのしかるべき対処を実行できる。
【０１２９】
さらに、この発明の実施の形態によれば、双方向コンバータ４２から補機類４４へ供給される電流が増加し、定格値に対する余裕量が減少すると、補機類４４での消費電力を制限する。これにより、双方向コンバータ４２の過負荷状態を回避し、故障を未然に防止することができる。
【０１３０】
なお、上述の実施例では、プリチャージ動作に係る処理、双方向コンバータにおける異常発生の監視処理、および補機類についての電力マネジメント処理を含む構成について例示したが、各処理は互いに独立して組込まれ実行されることが可能である。
【０１３１】
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、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。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】この発明の実施の形態に従う電力システムを備えた車両の概略構成図である。
【図２】双方向コンバータの構成の一態様を示す概略構成図である。
【図３】この発明の実施の形態に従うプリチャージ動作を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態に従うプリチャージ動作に係る機能ブロック図である。
【図５】正常時におけるプリチャージ動作の各部の時間変化を模式的に示すグラフである。
【図６】異常発生時におけるプリチャージ動作の各部の時間変化を模式的に示すグラフである。
【図７】この発明の実施の形態に従うプリチャージ動作に係る処理手順を示すフローチャートである。
【図８】双方向コンバータにおける電力変換動作が不能となった場合の時間変化を模式的に示すグラフである。
【図９】この発明の実施の形態に従う双方向コンバータにおける異常発生の監視に係る機能ブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態に従う双方向コンバータにおける異常発生の監視に係る処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態に従う補機類についての電力マネジメントに係る機能ブロック図である。
【図１２】補機類についての電力マネジメント機能における時間変化を模式的に示すグラフである。
【図１３】この発明の実施の形態に従う補機類についての電力マネジメントに係る処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３３】
２  制御装置、１０，１８，２０  電圧検出部、１１，６８  電流検出部、１２  昇圧コンバータ、１３  電圧検出部、１４，１６  三相インバータ、４２  双方向コンバータ、４４  補機類、４６  エアコン用インバータ、４８  エアコン用コンプレッサ、５０  表示部、６２，６４  フィルタ部、６６  トランス、７０  高圧系インバータ部、７２  低圧系インバータ部、１００  車両、２０２，２０４，２０８，２４０  比較部、２０６  論理積部、２０６ａ，２１０  タイマー、２１２，２３４  遮断部、２２０，２２２，２５０  減算部、２２４，２２６  ＰＩ演算部、２２８，２３０  変調部、２３２  選択部、２５２  負荷制限部、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２４  ダイオード、Ｌ１  インダクタ、ＭＢ  主バッテリ、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、ＭＮＬ  負供給線、ＭＰＬ  正供給線、ＮＬ  負電源線、ＰＬ  正電源線、Ｑ１〜Ｑ８，Ｑ１１〜Ｑ１４，Ｑ２１〜Ｑ２４  トランジスタ、ＳＢ  補機バッテリ、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２  システムリレー。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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