(57)【要約】【課題】電気自動車の信頼性の向上を図るようにする。【解決手段】バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用モータに供給するインバータと、バッテリとインバータとの間の電気的接続を断接するメインコンタクタと、メインコンタクタと並列に配設されバッテリとインバータとの間の電気的接続を断接するプリチャージコンタクタと、インバータに介装され、バッテリから供給される電圧を平滑化するコンデンサと、プリチャージコンタクタを閉じてプリチャージが終了したと判定するとメインコンタクタを閉じるコントローラとを有し、コントローラは、コンデンサ２３のプリチャージ電圧の変化率が所定値未満になるとプリチャージが終了したと判定するように構成する。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用モータに供給するインバータと、
該バッテリと該インバータとの間の電気的接続を断接するメインコンタクタと、
該メインコンタクタと並列に配設され該バッテリと該インバータとの間の電気的接続を断接するプリチャージコンタクタと、
該インバータに介装され、該バッテリから供給される電圧を平滑化するコンデンサと、
該プリチャージコンタクタを閉じてプリチャージが終了したと判定するとメインコンタクタを閉じるコントローラとを有し、
該コントローラは、コンデンサのプリチャージ電圧の変化率が所定値未満になるとプリチャージが完了したと判定する
ことを特徴とする、電気自動車の電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータをそなえた電気自動車の電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は、直流電力を蓄えるバッテリと、バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータによって変換された交流電力によって駆動する駆動モータとをそなえ、また、上述のバッテリとインバータとの間には、バッテリとインバータとの電気的接続を断接するためのメインスイッチが介装されている。また、このようなインバータの入力端には、バッテリから供給される電圧変動を抑制するため、入力された電圧を平滑化した後に直流電力から交流電力への変換を行なうための電解コンデンサが設けられる。
【０００３】
しかしながら、バッテリからの直流電流をメインスイッチ経由でインバータに入力すると、上述の電解コンデンサに多量の電流が極めて短時間の間に流れ込むため、バッテリとコンデンサとの間に介装された前記メインスイッチの接点を損傷させてしまうおそれがある。そこで、このメインスイッチをバイパスし、バッテリからの直流電流量を所定量だけ抑制させながらコンデンサに送給するプリチャージスイッチを設け、メインスイッチをＯｎとする前に、このプリチャージスイッチをＯｎとすることによってコンデンサを徐々に充電し、この充電が完了した後に、前記のメインスイッチをＯｎとすることによって、メインスイッチ接点の損傷を防ぐ技術が一般的に知られている。なお、メインスイッチＯｎの前にプリチャージスイッチをＯｎとしてインバータのコンデンサを充電する一連の動作を、以後、単にプリチャージという。
【０００４】
上述の技術においては、プリチャージによるコンデンサの充電完了を判定することが必須の制御であり、この充電の完了を判定する技術としては、例えば、プリチャージを開始してから所定時間が経過したらプリチャージ完了とみなす技術（特許文献１参照）や、コンデンサ電圧が基準値以上になったらプリチャージ完了とする技術（特許文献２参照）などが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−１６５９０１号公報
【特許文献２】
米国特許第５３６９５４０号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１（特開平４−１６５９０１号公報）の技術によれば、ある所定の時間が経過するとプリチャージが完了したとみなされて、実際のプリチャージの進行状況とは関係なくメインスイッチがＯｎとなってしまうため、プリチャージが不十分な場合には、大きな突入電流が流れることになる。従って、この技術では、メインスイッチの接点損傷を確実に防ぐことは困難である。
【０００７】
また、特許文献２（米国特許第５３６９５４０号明細書）の技術によれば、プリチャージ完了とみなすための基準電圧の設定が困難であり、例えば、バッテリにおける電圧が低下している場合には、インバータのコンデンサ電圧もバッテリの電圧低下に伴い低下してしまうため、実際にプリチャージの完了条件が成立しなくなるおそれがある。また、このような事態を避けるべく、プリチャージ完了とみなす基準電圧を低めに設定すると、バッテリの電圧があまり低下していない場合には、実際のバッテリ電圧に対して、プリチャージが不十分な状態でメインスイッチがＯｎとなるので、大きな突入電流がコンデンサに流れるため、メインスイッチの接点が損傷してしまうというおそれがある。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、コンデンサを有するインバータをそなえた電気自動車において、プリチャージの完了を的確に判定できるようにした、電気自動車の電力制御装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の電気自動車の電力制御装置は、バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用モータに供給するインバータと、該バッテリと該インバータとの間の電気的接続を断接するメインコンタクタと、該メインコンタクタと並列に配設され該バッテリと該インバータとの間の電気的接続を断接するプリチャージコンタクタと、該インバータに介装され、該バッテリから供給される電圧を平滑化するコンデンサと、該プリチャージコンタクタを閉じてプリチャージが終了したと判定するとメインコンタクタを閉じるコントローラとを有し、該コントローラは、コンデンサのプリチャージ電圧の変化率が所定値未満になるとプリチャージが完了したと判定するであることを特徴としている。
【００１０】
このため、インバータのコンデンサのプリチャージ完了判定を、シンプルな構成で確実に行なうことが可能となるので、電気自動車の信頼性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電力制御装置について、図１〜図３を用いて説明する。なお、本明細書において、電気自動車とは、ハイブリッド電気自動車を含むものとして取り扱う。
図１は本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電力制御装置を示す模式的なブロック図、図２はその動作を示すタイムチャート、図３はその動作フローである。
【００１２】
まず、図１に示すように、本発明にかかる電気自動車の電力制御装置１は、バッテリ２１，ジャンクションボックス１０，インバータ２２，モータ（走行用モータ）２４，発電機２５およびコントローラ（ＥＣＵ）２６などから主に構成される。以下、これらの構成要素について説明する。
バッテリ２１は、ジャンクションボックス１０を介し、電源線によって電気的にインバータ２２と接続され、高電圧（例えば、約６００Ｖ）の直流電力を充放電可能に蓄えるものであって、リチウムイオンバッテリによって構成されている。
【００１３】
ジャンクションボックス１０は、バッテリ２１とインバータ２２との間に電気的に介装され、また、ジャンクションボックス１０の内部には、バッテリ２１とインバータ２２との電気的な接続を断接可能なメインコンタクタ１１と、メインコンタクタ１１をバイパスしてバッテリ２１とインバータ２２との電気的な接続を断接可能なプリチャージコンタクタ１２とをそなえている。また、このプリチャージコンタクタ１２の正極側にはバッテリ２１から供給される直流電流量を抑制するための抵抗Ｒ１がそなえられている。このため、プリチャージコンタクタ１２がＯｎ（閉；接続）であり、メインコンタクタ１１がＯｆｆ（開；切断）である場合には、バッテリ２１からの直流電流が、抵抗Ｒ１を有するプリチャージコンタクタ１２を通って、電流量が抑制された状態でインバータ２２へ送給され、一方、プリチャージコンタクタ１２がＯｆｆ（開；切断）であり、上述のメインコンタクタ１１がＯｎ（閉；接続）である場合には、バッテリ２１からの直流電流が直接インバータ２２へ伝達される。なお、メインコンタクタ１１およびプリチャージコンタクタ１２のＯｎ／Ｏｆｆ制御はＥＣＵ２６によって行なわれる。
【００１４】
インバータ２２は、ジャンクションボックス１０を介してバッテリ２１と電源線によって接続されるとともに、モータ２４，発電機２５およびＥＣＵ２６とのそれぞれに電気的に接続されている。このインバータ２２は、バッテリ２１に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、モータ２４へ送給するものであり、さらに、回生ブレーキシステムを作動させた際のモータ２４もしくは発電中の発電機２５からの交流電力を直流電力に変換してバッテリ１０へ送給する機能もそなえている。
【００１５】
また、このインバータ２２において、バッテリ２１から伸びる電源線が接続された入力端（以後、一次端という）にはコンデンサ２３がそなえられている。このコンデンサ２３は、バッテリ２２から入力された直流電力を一時的に蓄え、電圧変動を平滑化し、電力を安定させるものである。
発電機２５は、インバータ２２と電気的に接続されるとともに、エンジン（図示略）と機械的に接続され、エンジン駆動力が入力されることによって交流電力を発電し、発電された交流電力をインバータ２２経由でバッテリ２１やモータ２４に対して供給するものである。
【００１６】
ＥＣＵ２６は、インバータ２２およびジャンクションボックス１０に電気的に接続され、プリチャージ中のインバータ２２の一次端における電圧上昇率に応じてジャンクションボックス１０に内蔵されているメインコンダクタ１１およびプリチャージコンダクタ１２を制御するものである。
次に、本発明の要部の機能について、図２のタイムチャートを使って説明する。まず、ＥＣＵ２６により、ジャンクションボックス１０のプリチャージコンタクタ１２がＯｎ（閉；接続）されると（時点Ａ参照）、インバータ２２の一次端におけるコンデンサの電圧（インバータ電圧）が徐々に上昇してゆく。そして、この電圧の単位時間（例えば、０．１ｍｓ）あたりの上昇量（Δｖ／Δｔ）が、電圧上昇率として算出される。なお、この間、インバータ２２に流入する電流は略一定である。
【００１７】
そして、この電圧上昇率が前もって設定しておいた所定値（以後、「充電完了推定値」という場合がある）以上である場合は、引き続きプリチャージコンタクタ１２をＯｎ（閉；接続）として、バッテリ２１からの直流電流を抵抗Ｒ１で減衰させながらインバータ２２へ入力し続け、一方、インバータ２２の一次端における電圧上昇率が充電完了推定値未満となると（時点Ｂ参照）、ＥＣＵ２６はコンデンサ２３に対するプリチャージが完了したとみなしてメインコンタクタ１１をＯｎ（閉；接続）とする。
【００１８】
なお、この時、コンデンサ２３が完全に満充電となっていればインバータ電流量の変動はないが、プリチャージ完了判定を行なった場合であっても、実際にはコンデンサ２３には僅かな空き容量があるので、メインコンタクタ１１をＯｎとすると、瞬間的にインバータ電流が若干増加する。しかし、コンデンサ２３はプリチャージによって略満充電となっているので、そのコンデンサ２３へ流入する電流量はメインコンタクタ１１の接点を損傷させるような電流量ではない。
【００１９】
本発明の一実施形態としての電気自動車の電力制御装置は上述のように構成されるので、以下のような作用・効果が得られる。
まず、図３の動作フローにおけるステップＡ１に示すように、ＥＣＵ２６によりジャンクションボックス１０内のプリチャージコンタクタ１２がＯｎ（閉；接続）となり、次に、ステップＡ２に示すように、ＥＣＵ２６によってインバータ２２の一次端における電圧上昇率（Δｖ／Δｔ）が測定、算出され、この電圧上昇率が設定値以上であるか否かの判定がなされる。ここで、電圧上昇率が設定値以上であるならば、ｙｅｓルートを経てステップＡ１へ戻り、一方、電圧上昇率が設定値未満であるならば、ｎｏルートを経てステップＡ３へ進む。つまり、ステップＡ２において、電圧上昇率が設定値以上であるならばコンデンサ２３に対する充電が未完了とみなされ、インバータ２２の電圧上昇率が充電完了推定値未満になるまで監視が継続され、一方、インバータ２２の電圧上昇率が充電完了推定値未満にまで減少した場合にはコンデンサ２３に対する充電が完了したとみなされ、ステップＡ３へ進む。
【００２０】
そして、ステップＡ３においては、ＥＣＵ２６によりメインコンタクタ１１がＯｎ（閉；接続）となり、バッテリ２１からの直流電流が、メインコンタクタ１１経由で減衰されずにそのままインバータ２２へ入力される。その後、ステップＡ４に進み、プリチャージコンタクタ１２がＯｆｆ（開；切断）にされて一連の制御が終了する。
【００２１】
このように、コンデンサ２３における充電量が増加するに従って低下するインバータ２２の一次端の電圧上昇率を検出するという点に着目した手法によって、確実にコンデンサ２３におけるプリチャージ（充電量）を把握することが出来るようになり、また、シンプルな構成によって、コンデンサ２３における充電量に応じたメインコンタクタ１１およびプリチャージコンタクタ１２の制御を行なうことができる。
【００２２】
また、本発明によれば、コントローラ２３はインバータ２２の一次端における電圧変化率を監視することによってプリチャージ完了判定を行なっているので、例えば、電気自動車のモータ２４の出力が仕様変更され、これに伴ってコンデンサ２３の蓄電容量が変更されたような場合であっても、プリチャージ完了判定のためにセンサなどの機器を追加する必要もなく、さらに、ＥＣＵ２６の制御内容を変更する必要も無いので、多種多様な電気自動車に対して本発明を適用することが可能となる。
【００２３】
なお、本発明は上述した実施態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態においては、電気自動車に本発明を適用した場合について説明したが、ハイブリッド電気自動車であってもよく、また、この場合、シリーズ式であってもパラレル式であってもよい。
【００２４】
また、上述の実施形態においては、ＥＣＵ２６をジャンクションボックス１０やインバータ２２と別個に設けているが、例えば、ジャンクションボックス１０に内蔵するようにしてもよく、また、インバータ２２に内蔵するようにしてもよい。
また、バッテリ７１をリチウムイオン電池として説明したが、ニッケル水素電池でもよく、また、鉛電池等であってもよい。
【００２５】
さらに、図３のフローチャートでは、インバータ電圧上昇率が、所定値未満であると、即メインコンタクタをＯｎとするようになっているが、電圧上昇率が所定値未満となったことが所定時間（例えば５０ｍｓ）以上継続した場合に、メインコンタクタをＯｎとするようにしてもよい。これによれば、インバータ電圧上昇率の揺らぎなどによって、瞬間的に電圧上昇率が所定値未満となった場合においては、コンデンサのプリチャージが完了したとはみなさないので、確実にコンデンサのプリチャージ判定を行なうことが可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のシリーズ式ハイブリッド電気自動車の電源回路電気自動車の電力制御装置によれば、バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用モータに供給するインバータと、バッテリとインバータとの間の電気的接続を断接するメインコンタクタと、メインコンタクタと並列に配設されるとともにバッテリとインバータとの間の電気的接続を断接するプリチャージコンタクタと、インバータに介装され、バッテリから供給される電圧を平滑化するコンデンサと、プリチャージコンタクタを閉じてプリチャージが終了したと判定するとメインコンタクタを閉じる制御を行なうコントローラとを有し、コントローラは、コンデンサのプリチャージ電圧の変化率が所定値未満になるとプリチャージが終了したと判定するように構成されているので、簡素な構成で、確実にインバータのコンデンサのプリチャージ完了判定を行なうことができる利点がある。
【００２７】
また、これにより、電気自動車の信頼性向上に寄与することが出来る。さらに、コントローラはコンデンサに入力される電力の変化率を監視することによってプリチャージ完了判定を行なっているので、コンデンサの設計変更などで、コンデンサの蓄電容量が変化したような場合であっても、プリチャージ完了判定に必要な機器を追加したり、制御条件を変更したりする必要がないので、多種多様な電気自動車に対して本発明を適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電気自動車の電力制御装置を示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電力制御装置による動作を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電力制御装置による動作を示すフローチャートである
【符号の説明】
１１　メインコンタクタ
１２　プリチャージコンタクタ
２１　バッテリ
２２　インバータ
２４　モータ（走行用モータ）
２３　コンデンサ
２６　ＥＣＵ（コントローラ）
【図１】
2004120866.tif 000003
【図２】
2004120866.tif 000004
【図３】
2004120866.tif 000005