(57)【要約】【課題】  マイコンの異常時や，発電制御に直接関与しない回路故障時には，主機能である発電動作を停止することなく，継続走行に必要十分な電力供給を行うことができる車両用電力制御装置を得る。【解決手段】  電力変換装置１とは別に置かれる監視制御装置２が電力変換装置１の正常／異常を判断して異常時発電切換え信号４をＯＮ／ＯＦＦするように構成されており，これによりパワー素子駆動信号生成手段の出力に応じた第1の発電制御機能を強制的に停止させると共に，パワー素子のダイオード整流モードによる第２の発電制御機能を発動させる。【選択図】図１   
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー素子とこれを駆動する信号を生成するパワー素子駆動信号生成手段とを含む電力変換装置により，車両に搭載されたＭ／Ｇの駆動電力及び発電電力を制御する車両用電力制御装置において，
上記電力変換装置の状態を監視し上記Ｍ／Ｇの発電電力制御中における異常発生時に異常時発電切換え信号を出力する監視制御装置を備え，
上記異常時発電切換え信号が出力されていない状態では，上記パワー素子駆動信号生成手段の出力に応じた第１の発電制御機能を実行すると共に，
上記異常時発電切換え信号が出力されたときは，上記パワー素子駆動信号生成手段の出力を停止し，上記パワー素子のダイオード整流モードによる第２の発電制御機能を実行するようにしたことを特徴とする車両用電力制御装置。
【請求項２】
上記第２の発電制御機能による発電電圧が任意の一定電圧に制限されるように発電電圧制限手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の車両用電力制御装置。
【請求項３】
上記異常時発電切換え信号の伝送線に断線障害が発生した場合に，上記第1の発電制御機能を強制的に停止させ，第２の発電制御機能を発動させるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の車両用電力制御装置。
【請求項４】
上記Ｍ／Ｇの界磁コイル電流を検出する界磁コイル電流検出手段の検出信号を利用し，上記第２の発電制御機能実行時に上記Ｍ／Ｇの界磁コイル電流を制限する界磁コイル電流制限手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３記載の車両用電力制御装置。
【請求項５】
上記パワー素子の温度もしくはその周辺温度を検出するパワー部温度検出手段の検出信号を利用し，上記第２の発電制御機能実行時に上記Ｍ／Ｇの界磁コイル電流を制限する温度制限手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両用電力制御装置。
【請求項６】
上記第２の発電制御機能の実行中，上記電力変換装置の異常時に警告信号を出力する警告信号出力手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，電気車などに搭載される車両用電力制御装置に関し，特に，通常の発電機能の異常時において補助発電機能に切り換え得る車両用電力制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気車，特に電気自動車やハイブリッド車においては，車両の駆動・制動，もしくは電動機と同車両上に搭載される内燃機関の始動，あるいはバッテリ充電のための発電などの高付加価値目的で，旧来のダイオード整流式発電機を置き換える形でモータ・ジェネレータ（以下，Ｍ／Ｇと略す）が搭載されており，Ｍ／Ｇ駆動制御用に電力変換装置（通称，インバータ）が使用されている。電力変換装置のパワー素子駆動信号生成手段としてはマイクロコンピュータ（以下，マイコンと略す）や専用ＬＳＩなどが使用されており，その制御信号パターンはシステムの簡素化やエネルギー効率の向上などを目的として数多く提案されているところである。
【０００３】
例えば，特許文献１においては，ブラシレスモータ（永久磁石モータ）のシャフトをエンジンの出力軸に連結し，ブラシレスモータをエンジンのスタータとして動作させる場合には，チョッパ回路を非動作若しくは昇圧チョッパとして動作させることによりインバータ回路を介してブラシレスモータを駆動させると共に，ブラシレスモータを発電機として動作させる場合には，そのブラシレスモータの発電電圧がバッテリの電圧より高いときは，インバータ回路を非動作にして，チョッパ回路を高圧チョッパとして動作させることによりバッテリを充電させ，ブラシレスモータの発電電圧がバッテリの電圧より低いときは，チョッパ回路のトランジスタをオンさせた状態にして，インバータ回路の負側のトランジスタをオンオフして，そのインバータ回路を昇圧チョッパとして動作させることによりバッテリを充電させることが提案されている。
【０００４】
また，特許文献２においては，マイコンを内蔵した充電制御装置としての電子装置により，内燃機関始動時の初期励磁を行うと共に，バッテリの予め設定された充電電圧に交流発電機の出力電圧を制御し，バッテリの端子電圧検出端子が外れた場合には電子装置の動作電源の電圧値を使用して正常な充電電圧制御ができるため，第２整流器及び専用の電子回路が不要となし，また，充電電圧が目標充電電圧に対して異常値を示した時は，界磁コイル通電回路を強制的に遮断することで過充電を防止すると共にチャージランプを点滅させて運転者に警告することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７１７２９号公報（段落００３０及び図１）
【特許文献２】特開平６−１７８４４１号公報（段落０００８及び図1）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし，これらの従来の技術では，インバータ回路等の電力変換装置を構成するパワー素子の駆動信号生成手段の信号パターンによってバッテリの電圧や充放電量が制御されており，故障などの要因により電力変換装置のパワー素子駆動信号生成手段が正常に機能しなくなった場合には，回生や発電動作を行うことが困難となる。また，パワー素子のゲート信号のみを停止させてダイオード整流モードとし，界磁コイル電流を制御継続可能なように構成しても，マイコンの機能停止時には一切の発電が停止するし，バッテリへの充電が突然停止してしまうと，運転者が車両を安全な場所へ移動するための時間が非常に短く制約される。逆に，界磁コイルの通電を停止することができなかった場合には過励磁となり，バッテリの過充電など，車両の電源システムとして重大な欠陥を招く恐れがある。
【０００７】
この発明は，上記のような点に鑑み，マイコンの異常時や，電力変換装置と監視制御装置とのインターフェイス回路故障時など，発電制御に直接関与しない回路故障時には，故障を検出して運転者に警告を発する一方で電力変換装置の主機能である発電動作を停止することなく，継続走行に必要十分な電力供給を行うことができる，信頼性の高い車両用電力制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は，パワー素子とこれを駆動する信号を生成するパワー素子駆動信号生成手段とを含む電力変換装置により，車両に搭載されたＭ／Ｇの駆動電力及び発電電力を制御する車両用電力制御装置において，上記電力変換装置の状態を監視し上記Ｍ／Ｇの発電電力制御中における異常発生時に異常時発電切換え信号を出力する監視制御装置を備え，上記異常時発電切換え信号が出力されていない状態では，上記パワー素子駆動信号生成手段の出力に応じた第１の発電制御機能を実行すると共に，上記異常時発電切換え信号が出力されたときは，上記パワー素子駆動信号生成手段の出力を停止し，上記パワー素子のダイオード整流モードによる第２の発電制御機能を実行するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば，マイコンの異常時や，電力変換装置と監視制御装置とのインターフェイス回路故障時など，発電制御に直接関与しない回路故障時には，故障を検出して運転者に警告を発する一方で電力変換装置の主機能である発電動作を停止することなく，継続走行に必要十分な電力供給が可能であるため，信頼性の高い車両用電力制御装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下，この発明の実施形態を図に基づいて説明する。なお，電力変換装置１の基本動作は一般的にインバータと称されるものに同一もしくは類似であるため説明を省略し，この発明の目的とする機能を取り上げて説明する。
【００１１】
図１はこの実施の形態１として，同一車両上に，複数の電源系統を構成するシステムにおける車両用電力制御装置を示す回路ブロック図である。この電源系統システムにおいては，低圧バッテリ１０１が１２Ｖ系の電圧を供給する１２Ｖバッテリで，高圧バッテリ１０２はバッテリ１０１以上の高い電圧を供給する，例えば３６Ｖバッテリである。エンジンと結合されたＭ／Ｇ２０１が界磁巻線形で構成されており，励磁のための界磁コイル２０１Ａへの電流は低圧バッテリ１０１から供給され，Ｍ／Ｇ駆動制御用の電力変換装置１によって回生される電力は高圧バッテリ１０２へ還される。
【００１２】
図１において，電力変換装置１と双方向信号伝達可能な監視制御装置２は制御指示信号によって電力変換装置１の運転制御を行うと共に，電力変換装置１が正常機能している間は，状態監視信号３の状態から電力変換装置１の異常なしとして判断し，異常時発電切換え信号４をＯＮ（「正常」：伝送信号レベルはＬｏｗ）としている。この時，マイコン１０はパワー素子駆動信号生成手段として端子ＵＨ〜ＷＬからパワー素子ゲート駆動信号１３を出力する。このパワー素子ゲート駆動信号１３はＡＮＤ論理回路１１を通過しゲート駆動回路２０を介してパワー回路部３０のパワー素子３０Ａ〜３０Ｆに伝達される。また同様に端子ＦＣから出力される界磁コイル駆動信号１４はＡＮＤ論理回路１２を通過しゲート駆動回路２１を介して界磁コイル駆動回路部３１のパワー素子３１Ａに伝達される。一方，マイコン１０は，温度検出センサ１５Ａとアナログ入力回路１５Ｂとからなりパワー素子の温度もしくはその周辺温度を検出するパワー部温度検出回路１５によって検知される温度が許容値以下である限りにおいて，分圧抵抗１６Ａとアナログ入力回路１６Ｂとからなり高圧バッテリ１０２の端子電圧を検出する電圧検出回路１６からフィードバックされる電圧値が所定の値となるように界磁コイル電流の目標値を可変に設定し，かつ電流検出センサ１７Ａとアナログ入力回路１７Ｂとからなる電流検出回路１７からフィードバックされる電流値が界磁コイル電流の目標値に一致するべく端子ＦＣの駆動信号ＯＮ／ＯＦＦ比を可変する。これにより，パワー素子駆動信号に応じた第１の発電制御機能が実行される。
【００１３】
この実施形態においては，Ｍ／Ｇ２０１の発電電力制御中において，マイコン１０が何らかの異常や故障により動作不能となった場合，監視制御装置２が状態監視信号３の状態から電力変換装置１の異常を検知して異常時発電切換え信号４をＯＦＦ（「異常」：伝送信号レベルはＨｉｇｈ）とする。この結果，マイコン１０の端子ＵＨ〜ＷＬから出力されるパワー素子ゲート駆動信号１３はＡＮＤ論理回路１１を通過できずパワー回路部３０に伝達されない。端子ＦＣから出力される界磁コイル駆動信号１４も同様にＡＮＤ論理回路１２を通過できず界磁コイル駆動回路部３１に伝達されない。すなわちマイコン１０はＭ／Ｇ２０１の発電電力制御系から切り離され，マイコン１０のどのような出力信号もＭ／Ｇ２０１の発電電力制御系に影響を与えなくなる。
【００１４】
一方，パワー回路部３０はパワー素子３０Ａ〜３０Ｆのダイオード接続によって三相全波整流回路が構成されていることで，ダイオード整流モードとして界磁電流に応じた出力が取り出せる状態にあり，電圧検出回路１６からフィードバックされる電圧値が所定の値となるように比較器１８Ａからなる発電電圧制限回路１８の出力がＯＮ／ＯＦＦし，マイコン１０を介して界磁コイル駆動回路部３１をＯＮ／ＯＦＦする。すなわち，電圧検出回路１６で検出される電圧値が所定値よりも低い場合は界磁コイル駆動回路３１がＯＮされて発電し，同様に電圧値が所定値よりも高い場合は界磁コイル駆動回路３１がＯＦＦされて発電しない回路が構成でき，マイコン１０の機能停止時にも発電を継続することが可能となる。これにより，パワー素子のダイオード整流モードによる，任意の一定電圧を発電する第２の発電制御機能が実行される。
【００１５】
このように実施形態１においては，電力変換装置１とは別に置かれる監視制御装置２が
電力変換装置１の正常／異常を判断して異常時発電切換え信号４をＯＮ／ＯＦＦするように構成されており，これにより第1の発電制御機能を強制的に停止させ，かつ第２の発電制御機能を発動させる異常時発電切換え信号を任意に制御できる。
また，異常時発電切換え信号４の伝送線が断線した場合には，監視制御装置２が，異常時発電切換え信号４をＯＦＦ（「異常」：第1の発電制御機能を強制的に停止させ，第２の発電制御機能が発動する状態）したごとく論理構成されており，これによりシステムの信頼性をより向上させている。
【００１６】
なお，図２及び図３はそれぞれ電力変換装置１及び監視制御装置２の動作を示すフローチャートで，電力変換装置１と監視制御装置２は互いに独立して動作している。
図中，「独立作動」は監視制御装置２からの制御指示が無い場合に，あらかじめ決められた固定の動作を行うことを示している。
【００１７】
以上のようにこの実施形態によれば，マイコン１０や電力変換装置１の異常時はもちろん，電力変換装置１と監視制御装置２とのインターフェイス回路故障時など，発電制御に直接関与しない回路故障時でも，電力変換装置１の主機能である発電制御動作を停止することなく，継続走行に必要十分な電力供給が可能となる。
【００１８】
実施の形態２．
この実施形態においては，図４に示すように電流検出回路１７の出力側に比較器４０Ａを含む界磁電流制限回路４０を付加し，前述の電圧検出回路１６で検出される電圧値が所定値よりも低い場合でも電流検出回路１７で検出される電流値が所定値以上の場合は界磁コイル駆動回路３１をＯＦＦするように構成したもので，Ｍ／Ｇ出力性能向上を目的とした界磁コイル設計上，ある雰囲気温度環境において所定の電流値以上を通電した場合に焼損する可能性がある場合に有効である。
【００１９】
実施の形態３．
この実施形態においては，図５に示すようにパワー部温度検出回路１５の出力側に比較器５０Ａを含む温度制限回路５０を付加し，前述の電圧検出回路１６で検出される電圧値が所定値よりも低い場合かつ電流検出回路１７で検出される電流値が所定値以下の場合でもパワー部温度検出回路１５からフィードバックされるパワー部温度が所定値以上の場合は界磁コイル駆動回路３１をＯＦＦする。
これにより既設のパワー素子温度もしくはパワー素子温度が推定可能な周辺温度を検出しているパワー部温度検出回路１５の検出信号を温度制限回路５０に入力することにより，第２の発電制御機能実行時に界磁コイル電流を制限することができる。
【００２０】
実施の形態４．
この実施形態においては，図６に示すように監視制御装置２とマイコン１０との間にＯＲ回路６０Ａを含む警告信号出力回路６０を付加し，異常時発電切換え信号４の状態を利用し，外部に警告信号を出力（図４では警告ランプ７０を点灯）する。通常マイコン１０の出力信号によってＯＮ／ＯＦＦが制御されている警報装置を強制的に駆動することで，第１の発電機能が停止している場合にマイコン１０の状態に関係なく運転者に対して故障の発生を通知できる。
【００２１】
同時に異常時発電切換え信号４をマイコン１０に入力することにより，異常時発電切換え信号４の断線故障による第１の発電機能停止をマイコン１０が認識し，電圧や電流のフィードバック演算系異常誤検出を抑制できる。加えて状態監視信号３を利用して監視制御装置２に伝達することにより，電気車の電気負荷消費電力を抑制するなどの安全策をとることも可能となり，安全性にも優れた発電制御システムを構築できる。
【００２２】
なお，図７は実施形態４における電力変換装置１の動作を示すフローチャートで，図８は実施形態４における監視制御装置２の制御指示信号，状態監視信号３及び異常時発電切換え信号４の状態と電力変換装置１の動作状態の関係を示す説明図で，図中「−」は機能停止状態を示し，「独立作動」は監視制御装置２からの制御指示が無い場合に，あらかじめ決められた固定の動作を行うことを示している。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
この発明は，電気自動車，ハイブリッド車などに搭載される車両用電力制御装置として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる車両用電力制御装置の回路構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における電力変換装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１における監視制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２に係わる車両用電力制御装置の回路構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係わる車両用電力制御装置の回路構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係わる車両用電力制御装置の回路構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態４における電力変換装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態４に係わる車両用電力制御装置の各種信号と電力変換装置の動作状態の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  電力変換装置
２  監視制御装置
３  状態監視信号
４  異常時発電切換え信号
１０  マイコン
１１  ＡＮＤ論理回路
１２  ＡＮＤ論理回路
１３  パワー素子ゲート駆動信号
１４  界磁コイル駆動信号
１５  パワー部温度検出回路
１６  電圧検出回路
１７  電流検出回路
１８  発電電圧制限回路
３０  パワー回路部
３１  界磁コイル駆動部
４０  界磁電流制限回路
５０  温度制限回路
６０  警告信号出力回路
１０１  低圧バッテリ
１０２  高圧バッテリ
２０１  Ｍ／Ｇ
【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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