(57)【要約】【課題】プリチャージの時間を短縮することが可能な技術を提供する。【解決手段】本明細書で開示する電気自動車２では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作を行うことで、サブ電源配線２４からＰＣＵ１２側のメイン電源配線１０に電力を供給して平滑コンデンサ１４のプリチャージを行う。この場合、サブバッテリ２２から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介してＰＣＵ１２に電力が供給されるだけでなく、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作を行うことで、メインバッテリ４からも第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介してＰＣＵ１２に電力が供給される。ＥＣＵ６０は、平滑コンデンサ１４のプリチャージの際に、メインバッテリ４の電圧ＶＢが予め設定された下限電圧を下回らないように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のデューティ比及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のデューティ比を調整する。【選択図】図３
2017022805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインバッテリと、
前記メインバッテリに接続されたメイン電源配線と、
前記メイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを備える電力制御ユニットと、
前記メインバッテリと前記電力制御ユニットの間で、前記メイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、
前記メインバッテリの電圧を検出する電圧センサと、
前記メインバッテリより低電圧のサブバッテリと、
前記サブバッテリに接続されたサブ電源配線と、
前記スイッチよりも前記電力制御ユニット側の前記メイン電源配線と前記サブ電源配線の間を接続しており、前記サブ電源配線から前記メイン電源配線へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記スイッチよりも前記メインバッテリ側の前記メイン電源配線と前記サブ電源配線の間を接続しており、前記メイン電源配線から前記サブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータを備えており、
前記スイッチが非導通の状態で、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧動作を行い、かつ前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータが降圧動作を行うことで、前記平滑コンデンサのプリチャージを行うことが可能であり、
前記平滑コンデンサのプリチャージを行う際に、前記メインバッテリの電圧が予め設定された下限電圧を下回らないように、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータのデューティ比及び前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータのデューティ比の少なくとも一方を調整するように構成されている、ことを特徴とする電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、走行用のモータを備える電気自動車に関する。本明細書における電気自動車には、エンジンを備えることなく走行用のモータだけを備える電気自動車と、走行用のモータ及びエンジンの両者を備えるハイブリッド車の双方を含む。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、メインバッテリと、メインバッテリに接続されたメイン電源配線と、メイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを備える電力制御ユニットと、メインバッテリと電力制御ユニットの間でメイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、メインバッテリより低電圧のサブバッテリと、サブバッテリに接続されたサブ電源配線と、スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線とサブ電源配線の間を接続しておりサブ電源配線からメイン電源配線へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が可能なＤＣ−ＤＣコンバータと、を備える電気自動車が開示されている。
【０００３】
上記のような電気自動車においては、スイッチを非導通から導通へ切り換える際に、メインバッテリの電圧と、電力制御ユニットの平滑コンデンサの電圧が相違している場合、スイッチが導通に切り換わった直後に、メイン電源配線に大きな突入電流が流れることがある。そこで、スイッチを非導通から導通に切り換える前に、メインバッテリの電圧と平滑コンデンサの電圧が一致するように、平滑コンデンサのプリチャージを行う。特許文献１の電気自動車では、スイッチが非導通から導通に切り換わる前に、ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧動作を行うことによってサブバッテリから電力を供給して平滑コンデンサのプリチャージを行う。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータでは内部のインダクタやトランスにより出力電流の急変が抑制されるため、平滑コンデンサに大きな突入電流が流れ難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１８８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サブバッテリからの電力供給によって平滑コンデンサにプリチャージする場合、サブバッテリの仕様やサブバッテリに接続されたサブ電源配線の仕様などにより、サブバッテリからＤＣ−ＤＣコンバータに供給する電力量（充電電力量）が制限されることがある。サブバッテリが出力可能な充電電力量に対して平滑コンデンサの容量が非常に大きい場合にはプリチャージの時間が長くなる。本明細書では、プリチャージの時間を短縮することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する電気自動車は、メイン電源配線が接続されたメインバッテリと、メイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを備える電力制御ユニットと、メインバッテリと電力制御ユニットの間でメイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、メインバッテリより低電圧でありサブ電源配線が接続されたサブバッテリと、スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線とサブ電源配線の間を接続しておりサブ電源配線からメイン電源配線へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、スイッチよりもメインバッテリ側のメイン電源配線とサブ電源配線の間を接続しておりメイン電源配線からサブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータを備えている。そして、スイッチが非導通の状態においては、第１ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧動作を行い、かつ第２ＤＣ−ＤＣコンバータが降圧動作を行うことで、平滑コンデンサのプリチャージを行うことが可能である。また、平滑コンデンサのプリチャージを行う際には、メインバッテリの電圧が予め設定された下限電圧を下回らないように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータのデューティ比及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータのデューティ比の少なくとも一方を調整する。予め設定された下限電圧は、例えば、メインバッテリの出力電圧が過度に低下することにより生じ得る性能低下を抑制するために設定される所定の負荷条件における最低出力電圧である。
【０００７】
上記の電気自動車では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧動作を行うことで、サブ電源配線から電力制御ユニット側のメイン電源配線に電力を供給して、平滑コンデンサのプリチャージを行うことが可能になる。この場合、上記の電気自動車では、サブバッテリから第１ＤＣ−ＤＣコンバータを介して電力制御ユニットに電力が供給されるだけでなく、第２ＤＣ−ＤＣコンバータが降圧動作を行うことで、メインバッテリからも第２ＤＣ−ＤＣコンバータ、第１ＤＣ−ＤＣコンバータを介して電力制御ユニットに電力が供給される。これにより、メイン電源配線へ昇圧した電力を供給して平滑コンデンサのプリチャージを行う第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、平滑コンデンサのプリチャージの際にサブバッテリからの電力供給に加えてメインバッテリからも電力供給が受けられる。そのため、サブバッテリだけから電力供給を受ける場合に比べて、プリチャージにかかる時間が短くなる。また、平滑コンデンサのプリチャージを行う場合には、メインバッテリの電圧が予め設定された下限電圧を下回らないように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータのデューティ比及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータのデューティ比の少なくとも一方を調整する。これにより、例えば、メインバッテリの性能低下が抑制される。
【０００８】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例の電気自動車の電気系統のブロック図である。
【図２】実施例の第１ＤＣ−ＤＣ及び第２ＤＣ−ＤＣの構成例を示す回路図である。
【図３】実施例の電気自動車における平滑コンデンサのプリチャージの電流経路を示す説明図である。
【図４】実施例の電気自動車において、平滑コンデンサをプリチャージする場合にＥＣＵが実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して実施例の電気自動車を説明する。図１に、実施例の電気自動車２の電気系統のブロック図を示す。本実施例の電気自動車２は、エンジン（図示せず）の動力を利用して走行したり、メインバッテリ４の電力を利用して走行したりするハイブリッド車である。エンジンを動力源として走行する場合には、エンジンが発生させた動力の一部を駆動輪（図示せず）に伝達する一方で、その残りの動力で発電させた第１モータ６の電力を用いて第２モータ８を駆動することにより駆動輪を回転させる。エンジンを始動させる場合には、メインバッテリ４からの電力を第１モータ６に供給し、第１モータ６をセルモータとして機能させる。メインバッテリ４の電力で走行する場合には、メインバッテリ４から供給する電力で第２モータ８を駆動することにより駆動輪を回転させる。
【００１１】
メインバッテリ４は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池である。本実施例では、メインバッテリ４の電圧は約３００Ｖ（ボルト）である。電気自動車２は、エンジンの動力で第１モータ６で発電し、発電したその電力をメインバッテリ４に充電する。走行中の電気自動車２が減速する場合には、第２モータ８で回生発電し、その回生電力をメインバッテリ４に充電する。メインバッテリ４には、メインバッテリ４の電圧ＶＢを測定する電圧センサ４ａが取り付けられている。メインバッテリ４は、メイン電源配線１０を介して、電力制御ユニット（ＰＣＵ）１２に接続されている。メイン電源配線１０は、メインバッテリ４の正極端子に接続された正極線１０ａと、メインバッテリ４の負極端子に接続された負極線１０ｂを備えている。
【００１２】
ＰＣＵ１２は、メインバッテリ４と、第１モータ６及び第２モータ８との間に設けられている。ＰＣＵ１２は、平滑コンデンサ１４、電圧センサ１４ａ、コンバータ１６及びインバータ１８を備えている。平滑コンデンサ１４は、メイン電源配線１０の電圧を平滑化する。電圧センサ１４ａは、平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬを測定する。コンバータ１６は、メインバッテリ４から供給される電力の電圧を、必要に応じて第１モータ６や第２モータ８の駆動に適した電圧まで昇圧する。加えてコンバータ１６は、第１モータ６や第２モータ８が発電した電力の電圧を、メインバッテリ４への充電に適した電圧まで降圧させたりもする。本実施例では、第１モータ６や第２モータ８の駆動に用いる電圧は約６００Ｖである。インバータ１８は、メインバッテリ４から供給される直流電力を第１モータ６や第２モータ８を駆動するための三相交流電力に変換する。また第１モータ６や第２モータ８が発電した三相交流電力をメインバッテリ４へ充電するための直流電力に変換する。
【００１３】
メインバッテリ４とＰＣＵ１２の間には、システムメインリレー（ＳＭＲ）２０が設けられている。ＳＭＲ２０は、メイン電源配線１０の正極線１０ａの導通と非導通を切り換えるスイッチ２０ａと、メイン電源配線１０の負極線１０ｂの導通と非導通を切り換えるスイッチ２０ｂを備えている。即ち、ＳＭＲ２０は、メイン電源配線１０の導通と非導通を切り換える。なお、非導通は、遮断という場合もある。
【００１４】
電気自動車２は、メインバッテリ４よりも電圧が低いサブバッテリ２２を備えている。サブバッテリ２２は、典型的には、鉛蓄電池で構成される二次電池である。本実施例では、サブバッテリ２２の電圧は約１３Ｖである。サブバッテリ２２は、サブ電源配線２４を介して、パワーステアリングやエアーコンディショナなどの補機２６に接続されている。サブ電源配線２４は、サブバッテリ２２の正極端子に接続された正極線２４ａと、サブバッテリ２２の負極端子に接続された負極線２４ｂを備えている。サブ電源配線２４の負極線２４ｂは、典型的には、接地電位（基準電位）である。
【００１５】
ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側のメイン電源配線１０とサブ電源配線２４とは、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介して接続されている。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８は、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作を行い、またサブ電源配線２４からメイン電源配線１０へ昇圧して電力を供給する昇圧動作を行う。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８は、いわゆる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ）である。電気自動車２では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が降圧動作を行うことで、ＳＭＲ２０の導通／非導通に関わらず、第１モータ６や第２モータ８が発電した電力をサブバッテリ２２に充電することができる。また、電気自動車２では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作を行うことで、ＳＭＲ２０の導通／非導通に関わらず、サブバッテリ２２の電力を利用して第１モータ６や第２モータ８を駆動することができる。
【００１６】
ＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４側のメイン電源配線１０とサブ電源配線２４とは、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介して接続されている。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作を行う。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、いわゆる単方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ）である。電気自動車２では、ＳＭＲ２０の導通時に、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が降圧動作を行い、かつ第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作を行う。これにより、メインバッテリ４からの電力や、第１モータ６や第２モータ８が発電した電力を、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の両方を介して、サブバッテリ２２に充電する。この場合、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のいずれか一方を介してサブバッテリ２２に充電する場合に比べて、サブバッテリ２２に供給される電流が大きくなる。そのため、サブバッテリ２２の充電に要する時間が短くなる。
【００１７】
電気自動車２は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）６０を備えている。ＥＣＵ６０には、電圧センサ４ａ、１４ａなど、電気自動車２に搭載された各種のセンサの検出信号が入力される。本実施例では、電圧センサ４ａからメインバッテリ４の電圧ＶＢの検出信号が入力され、電圧センサ１４ａから平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬの検出信号が入力される。ＥＣＵ６０は、ＰＣＵ１２、ＳＭＲ２０、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０など、電気自動車２の電気系統を構成する各構成要素の動作を制御する。
【００１８】
図２に、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の構成例を示す。以下の説明では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８に関しメイン電源配線１０側（ＰＣＵ１２側）を一次側といい、サブ電源配線２４側（サブバッテリ２２側）を二次側という。同様に、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に関しメイン電源配線１０側（メインバッテリ４側）を一次側といい、サブ電源配線２４側（サブバッテリ２２側）を二次側という。
【００１９】
第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８は、一次側フィルタ３２、一次側回路３４、トランス３６、二次側回路３８、二次側フィルタ４０及び制御回路４２を備えている。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８は、トランス３６を介する絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータである。本実施例では、一次側フィルタ３２、一次側回路３４、トランス３６、二次側回路３８、二次側フィルタ４０及び制御回路４２は、筐体５６内に収容されている。
【００２０】
一次側フィルタ３２は、コンデンサ３２ａで構成されており、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のメイン電源配線１０側でのノイズの発生を抑制する。一次側回路３４は、スイッチング素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄと、これらのスイッチング素子３４ａ−３４ｄに夫々並列に接続された還流ダイオード３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈを備えている。スイッチング素子３４ａとスイッチング素子３４ｂは直列に接続されており、またスイッチング素子３４ｃとスイッチング素子３４ｄも直列に接続されている。これらの直列接続されたスイッチング素子３４ａ、３４ｂ及びスイッチング素子３４ｃ、３４ｄは、一次側フィルタ３２のコンデンサ３２ａに並列に接続されている。一次側回路３４は、スイッチング回路といわれる場合もある。
【００２１】
トランス３６は、一次側コイル３６ａと二次側コイル３６ｂを備えている。これらのコイルは所定の巻線比でコアに巻回されている。この巻線比に応じて、トランス３６では、一次側コイル３６ａから二次側コイル３６ｂへ降圧して電力を供給し、また二次側コイル３６ｂから一次側コイル３６ａへ昇圧して電力を供給する。一次側コイル３６ａの一端（始端又は終端）は、スイッチング素子３４ａとスイッチング素子３４ｂの間に接続されており、また一次側コイル３６ａの他端（終端又は始端）は、スイッチング素子３４ｃとスイッチング素子３４ｄの間に接続されている。
【００２２】
二次側回路３８は、スイッチング素子３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと、これらのスイッチング素子３８ａ−３８ｄに並列に接続された還流ダイオード３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、並びにインダクタ３８ｉ及びコンデンサ３８ｊを備えている。スイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｂは直列に接続されており、またスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｄも直列に接続されている。インダクタ３８ｉとコンデンサ３８ｊは、トランス３６側から見てＬ型のローパスフィルタを構成するように接続されており、これらは、直列接続されたスイッチング素子３８ａ、３８ｂ及びスイッチング素子３８ｃ、３８ｄに対して、並列に接続されている。二次側コイル３６ｂの一端は、スイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｂの間に接続されており、また二次側コイル３６ｂの他端は、スイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｄの間に接続されている。二次側回路３８は、スイッチング回路といわれる場合もある。
【００２３】
二次側フィルタ４０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のサブ電源配線２４側でのノイズの発生を抑制する。本実施例では、二次側フィルタ４０は、二次側回路３８から見て、インダクタ４０ａとコンデンサ４０ｂによりＬ型のローパスフィルタを構成している。
【００２４】
制御回路４２は、ＥＣＵ６０（図１参照）と通信可能である。制御回路４２は、ＥＣＵ６０からの指示に従って、一次側回路３４のスイッチング素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄと、二次側回路３８のスイッチング素子３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄの動作を制御する。
【００２５】
第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の動作について説明する。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が降圧動作をする場合には、一次側回路３４において直流電力から交流電力に変換し、トランス３６において降圧して、二次側回路３８において交流電力から直流電力に変換する。この場合、二次側回路３８ではスイッチング素子３８ａ−３８ｄは動作することなく、還流ダイオード３８ｅ−３８ｈによる整流と、インダクタ３８ｉ及びコンデンサ３８ｊによる平滑化がなされる。これにより、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する。この際、制御回路４２が一次側回路３４のスイッチング素子３４ａ−３４ｄのオン／オフのタイミングを調整することで、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が降圧動作をするときのデューティ比を調整することが可能になる。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の降圧動作においては、デューティ比が大きくなるほどメイン電源配線１０（ＰＣＵ１２）からサブ電源配線２４へ供給される電力が増加する。
【００２６】
逆に、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作をする場合には、二次側回路３８において直流電力から交流電力に変換し、トランス３６において昇圧して、一次側回路３４において交流電力から直流電力に変換する。この場合には、一次側回路３４ではスイッチング素子３４ａ−３４ｄは動作することなく、還流ダイオード３４ｅ−３４ｈにより整流されて一次側フィルタ３２において平滑化される。これにより、サブ電源配線２４からメイン電源配線１０へ昇圧して電力を供給する。この際、制御回路４２が二次側回路３８のスイッチング素子３８ａ−３８ｄのオン／オフのタイミングを調整することで、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作をするときのデューティ比を調整することが可能になる。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の昇圧動作においては、デューティ比が大きくなるほどサブ電源配線２４からメイン電源配線１０（ＰＣＵ１２）へ供給される電力が増加する。
【００２７】
なお、図２に示した第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の一次側フィルタ３２、一次側回路３４、二次側回路３８、二次側フィルタ４０の具体的な回路構成はあくまでも一例であって、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８としては、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作と、サブ電源配線２４からメイン電源配線１０へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が可能であれば、どのような構成のものを用いてもよい。
【００２８】
第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、一次側フィルタ４４、一次側回路４６、トランス４８、二次側回路５０、二次側フィルタ５２及び制御回路５４を備えている。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータである。一次側フィルタ４４、一次側回路４６、トランス４８、二次側回路５０、二次側フィルタ５２及び制御回路５４は、筐体５８内に収容されている。
【００２９】
一次側フィルタ４４は、コンデンサ４４ａで構成されており、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のメイン電源配線１０側でのノイズの発生を抑制する。一次側回路４６は、スイッチング素子４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄと、これらのスイッチング素子４６ａ−４６ｄに並列に接続された還流ダイオード４６ｅ、４６ｆ、４６ｇ、４６ｈを備えている。スイッチング素子４６ａとスイッチング素子４６ｂは直列に接続されており、またスイッチング素子４６ｃとスイッチング素子４６ｄも直列に接続されている。これらのスイッチング素子４６ａ、４６ｂ及びスイッチング素子４６ｃ、４６ｄは、一次側フィルタ４４のコンデンサ４４ａに並列に接続されている。一次側回路４６は、スイッチング回路といわれる場合もある。
【００３０】
トランス４８は、一次側コイル４８ａと二次側コイル４８ｂを備えている。これらのコイルは所定の巻線比でコアに巻回されている。この巻線比に応じて、トランス４８では、一次側コイル４８ａから二次側コイル４８ｂに降圧して電力を供給する。一次側コイル４８ａの一端は、スイッチング素子４６ａとスイッチング素子４６ｂの間に接続されており、一次側コイル４８ａの他端は、スイッチング素子４６ｃとスイッチング素子４６ｄの間に接続されている。
【００３１】
二次側回路５０は、ダイオード５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、インダクタ５０ｅ、及びコンデンサ５０ｆを備えている。ダイオード５０ａ−５０ｄは、トランス４８の二次側コイル４８ｂから出力される交流電圧を直流電圧に整流し得るブリッジ回路を構成している。インダクタ５０ｅとコンデンサ５０ｆは、トランス４８側から見てＬ型のローパスフィルタを構成するように接続されており、これらは、整流回路としてブリッジ接続されたダイオード５０ａ−５０ｄに対して、並列に接続されている。
【００３２】
二次側フィルタ５２は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のサブ電源配線２４側でのノイズの発生を抑制する。本実施例では、二次側フィルタ５２は、二次側回路５０から見て、インダクタ５２ａとコンデンサ５２ｂによりＬ型のローパスフィルタを構成している。
【００３３】
制御回路５４は、ＥＣＵ６０（図１参照）と通信可能である。制御回路５４は、ＥＣＵ６０からの指示に従って、一次側回路４６のスイッチング素子４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄの動作を制御する。
【００３４】
第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の動作を説明する。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作をする場合、一次側回路４６において直流電力から交流電力に変換し、トランス４８において降圧して、二次側回路５０において交流電力から直流電力に変換する。この場合、二次側回路５０ではダイオード５０ａ−５０ｄによる整流と、インダクタ５０ｅ及びコンデンサ５０ｆによる平滑化がなされる。これにより、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する。この際、制御回路５４が一次側回路４６のスイッチング素子４６ａ−４６ｄのオン／オフのタイミングを調整することで、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作をするときのデューティ比を調整することが可能になる。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の降圧動作においては、デューティ比が大きくなるほどメイン電源配線１０（メインバッテリ４）からサブ電源配線２４へ供給される電力が増加する。
【００３５】
なお、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０としては、図２に示すような、一次側回路４６がスイッチング素子４６ａ−４６ｄを備えており、制御回路５４が一次側回路４６の動作を制御する構成に限られない。例えば、二次側回路５０がスイッチング素子を備えており、制御回路５４が二次側回路５０の動作を制御する構成にしてもよい。また、一次側回路４６と二次側回路５０の夫々がスイッチング素子を備えており、制御回路５４が一次側回路４６と二次側回路５０のそれぞれの動作を制御する構成にしてもよい。また図２に示した第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の一次側フィルタ４４、一次側回路４６、二次側回路５０、二次側フィルタ５２の具体的な回路構成はあくまでも一例であって、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０としては、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能であれば、どのような構成のものを用いてもよい。
【００３６】
図１に示す電気自動車２において、ＳＭＲ２０を非導通から導通へ切り換える際に、メインバッテリ４の電圧と、ＰＣＵ１２の平滑コンデンサ１４の電圧が相違していると、ＳＭＲ２０が導通に切り換わった直後にメイン電源配線１０に大きな突入電流が流れる。そこで、電気自動車２においては、ＳＭＲ２０を非導通から導通へ切り換える前に、メインバッテリ４の電圧と平滑コンデンサ１４の電圧を一致させるために、平滑コンデンサ１４のプリチャージを行う。メインバッテリ４の電圧と平滑コンデンサ１４の電圧を一致させるとは、完全に一致する場合のほかに、後述するように、これらの電圧差による突入電流によりＳＭＲ２０に不具合が発生しない程度の電位差を含む。
【００３７】
図３に示すように、本実施例の電気自動車２では、平滑コンデンサ１４にプリチャージする場合には、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作を行うと共に、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作を行う。この場合、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のサブ電源配線２４側には、サブバッテリ２２から供給される電流Ｉ２に加えて、メインバッテリ４から第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介して供給される電流Ｉ１も入力される。これにより、平滑コンデンサ１４には、サブバッテリ２２から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介して電力が供給されるだけでなく、メインバッテリ４からも第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０及び第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介して電力が供給される。なお、図３に示す太線は、プリチャージに関する電流（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ１＋Ｉ２）の経路を表す。
【００３８】
このような構成を採ることによって、サブバッテリ２２だけから電力を供給して平滑コンデンサ１４のプリチャージを行う場合に比べて、プリチャージに要する時間を短縮することが可能になる。また、このような構成を採ることによって、サブバッテリ２２だけから電力を供給して平滑コンデンサ１４のプリチャージを行う場合に比べて、サブバッテリ２２の充電電力量が低減することを抑制することが可能になる。
【００３９】
上述したように、平滑コンデンサ１４のプリチャージを行うためには、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧可能であり、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧可能であればよい。そのため、例えば、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を単方向の昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータに変更して、サブ電源配線２４からメイン電源配線１０へ昇圧して電力を供給するように構成してもよい。また、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を双方向の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータに変更して、メイン電源配線１０からサブ電源配線２４に降圧して電力を供給する降圧動作と、サブ電源配線２４からメイン電源配線１０に昇圧して電力を供給する昇圧動作と、を共に行い得るように構成してもよい。
【００４０】
次に図４を参照しながら、平滑コンデンサ１４のプリチャージの際にＥＣＵ６０が実行する処理について説明する。図４に、電気自動車２において、平滑コンデンサ１４をプリチャージする場合にＥＣＵ６０が実行する制御処理の流れを表すフローチャートを示す。
【００４１】
前述したように、本実施例の電気自動車２では、ＳＭＲ２０を非導通から導通に切り換える前に、メインバッテリ４の電圧と平滑コンデンサ１４の電圧を一致させるため、平滑コンデンサ１４のプリチャージを行う。そして、平滑コンデンサ１４には、サブバッテリ２２から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介して電力を供給するだけでなく、メインバッテリ４からも第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０及び第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介して電力を供給する（図３参照）。
【００４２】
そこで、本実施例の電気自動車２では、ＳＭＲ２０を非導通から導通に切り換える前において、ＥＣＵ６０による第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の制御として、図４に示す制御処理を実行する。本制御処理では、ＥＣＵ６０は、まずステップＳ２により第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に降圧動作を開始させる。降圧動作開始時における第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のデューティ比は、例えば、５０％などのデフォルト値（初期値）に設定される。これにより、メインバッテリ４からサブ電源配線２４に電力供給が開始される。
【００４３】
次のステップＳ４では、ＥＣＵ６０は、電圧センサ４ａで検出されるメインバッテリ４の電圧ＶＢが予め設定された下限電圧Ｖｘ未満であるか（下限電圧Ｖｘを下回るか）否かを判断する。予め設定された下限電圧Ｖｘは、例えば、ＳＯＣ２０％に設定される。ＳＯＣ２０％は、例えば、メインバッテリ４の性能低下が早まり得る充電率の基準である。これは、メインバッテリ４の電圧ＶＢが過度に低下することにより生じ得る性能低下を抑制するために設定される所定の負荷条件における最低出力電圧の一例である。
【００４４】
この下限電圧Ｖｘは、例えば、メインバッテリ４の電気的な仕様及び使用環境（温度、湿度や負荷の諸条件）などに基づいて、実験やコンピュータシミュレーションにより最適な値が選択されて設定される。なお、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）は、充電率といわれる場合もあり、満充電を１００％とした場合におけるメインバッテリ４の充電割合（単位％）のことである。
【００４５】
メインバッテリ４の電圧ＶＢが予め設定された下限電圧Ｖｘ未満である（下限電圧Ｖｘを下回る）場合には（Ｓ４；ＹＥＳ）、ステップＳ５に処理を移行して第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のデューティ比を減少させる制御を行う。例えば、現在設定されているデューティ比（現在デューティ比）を５％減少させる。これにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作をするときのデューティ比が小さくなる。そのため、メイン電源配線１０（メインバッテリ４）からサブ電源配線２４（サブバッテリ２２）へ供給される電力が減少してメインバッテリ４の負荷が軽減される。
【００４６】
ステップＳ５の処理が終わると、ステップＳ４に移行して、ＥＣＵ６０は、再度、電圧センサ４ａで検出されるメインバッテリ４の電圧ＶＢが下限電圧Ｖｘ未満であるか（下限電圧Ｖｘを下回るか）否かを判断する。これにより、メインバッテリ４の電圧ＶＢが予め設定された下限電圧Ｖｘ未満でなくなる（下限電圧Ｖｘ以上になる）まで、繰り返しステップＳ４、Ｓ５の各処理が行われる。
【００４７】
これに対して、メインバッテリ４の電圧ＶＢが予め設定された下限電圧Ｖｘ未満でない（下限電圧Ｖｘ以上になる）場合には（Ｓ４；ＮＯ）、続くステップＳ６に処理を移行して第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のデューティ比が安定したか否かを判断する。デューティ比の安定は、例えば、このステップＳ６を前回実行した際に記憶した前回デューティ比と今回の現在デューティ比とを比較することにより判断する。即ち、ステップＳ５により減少させたり、次のステップＳ７により増加させたりするデューティ比が一定値に収束して安定したか否かをこのステップＳ６において判断する。現在デューティ比が前回デューティ比と一致する場合には（Ｓ６；ＹＥＳ）、デューティ比が安定したと判断して続くステップＳ８に処理を移行する。
【００４８】
現在デューティ比が前回デューティ比と一致しない場合や当該制御処理の開始後、初めてステップＳ６を実行する場合には（Ｓ６；ＮＯ）、ステップＳ７に処理を移行して第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のデューティ比を増加させる制御を行う。例えば、現在デューティ比を５％増加させる。これにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作をするときのデューティ比が大きくなるため、メイン電源配線１０（メインバッテリ４）からサブ電源配線２４（サブバッテリ２２）へ供給される電力が増加してメインバッテリ４の負荷が高まる。
【００４９】
ステップＳ７の処理が終わると、ステップＳ４に移行して、ＥＣＵ６０は、再度、電圧センサ４ａで検出されるメインバッテリ４の電圧ＶＢが下限電圧Ｖｘ未満であるか（下限電圧Ｖｘを下回るか）否かを判断する。これにより、メインバッテリ４の電圧ＶＢが予め設定された下限電圧Ｖｘ未満でなくなり（下限電圧Ｖｘ以上になり）、かつ、現在デューティ比が前回デューティ比と一致するまで、ステップＳ４−Ｓ７の各処理が行われる。
【００５０】
第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のデューティ比が安定すると（Ｓ６；ＹＥＳ）、ＥＣＵ６０は、次のステップＳ８により第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８に昇圧動作を開始させる。昇圧動作開始時における第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のデューティ比は、例えば、５０％などのデフォルト値（初期値）に設定される。これにより、サブバッテリ２２からメイン電源配線１０（ＰＣＵ１２やその平滑コンデンサ１４）に電力供給が開始される。
【００５１】
続くステップＳ１０では、ＥＣＵ６０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のデューティ比が予め定められた上限値に到達したか否かを判断する。この上限値は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８により平滑コンデンサ１４をプリチャージする際に、予め定められた第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のデューティ比であり、例えば、９５％に設定される。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８に設定されている現在のデューティ比がこの上限値以上である場合には（Ｓ１０；ＹＥＳ）、デューティ比が予め定められた上限値に到達したと判断して続くステップＳ１２に処理を移行する。
【００５２】
これに対して、現在デューティ比が予め定められた上限値未満である場合には（Ｓ１０；ＮＯ）、ステップＳ１１に処理を移行して第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のデューティ比を増加させる制御を行う。例えば、現在デューティ比を５％増加させる。これにより、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作をするときのデューティ比が大きくなるため、サブ電源配線２４（サブバッテリ２２）からメイン電源配線１０（ＰＣＵ１２やその平滑コンデンサ１４）へ供給される電力が増加する。
【００５３】
ステップＳ１１の処理が終わると、再度、ステップＳ１０に移行して、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のデューティ比が上記の上限値に達したか否かを判断する。これにより、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の現在デューティ比が予め定められた上限値に到達するまで、繰り返しステップＳ１０、Ｓ１１の各処理が行われる。なお、上記の上限値は、例えば、サブバッテリ２２の電気的な仕様及び使用環境（温度、湿度や負荷の諸条件）などに基づいて、実験やコンピュータシミュレーションにより最適な値が選択される。
【００５４】
第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のデューティ比が上限値に到達すると（Ｓ１０；ＹＥＳ）、ＥＣＵ６０は、次のステップＳ１２により、電圧センサ４ａで検出されるメインバッテリ４の電圧ＶＢと、電圧センサ１４ａで検出される平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬとの差（ＶＢ−ＶＬ）が、所定の電位差Ｖｙ以下であるか否かを判断する。所定の電位差Ｖｙは、ＳＭＲ２０を非導通から導通に切り換えた直後にメインバッテリ４から平滑コンデンサ１４へ流れる突入電流などによって、ＳＭＲ２０のスイッチ２０ａ、２０ｂの各接点が溶着したり、スイッチ２０ａ、２０ｂが機能不能になったりしない程度の電圧差である。
【００５５】
メインバッテリ４の電圧ＶＢと平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬとの差（ＶＢ−ＶＬ）が、所定の電位差Ｖｙ以下である場合には（Ｓ１２；ＹＥＳ）、続くステップＳ１４に処理を移行する。所定の電位差Ｖｙ以下でない場合には（Ｓ１２；ＮＯ）、メインバッテリ４の電圧ＶＢと平滑コンデンサ１４の電圧ＶＬとの差（ＶＢ−ＶＬ）が所定の電位差Ｖｙ以下になるまで（Ｓ１２；ＹＥＳ）、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８による昇圧動作を継続する。これにより、ＳＭＲ２０を非導通から導通に切り換えた直後にメインバッテリ４から平滑コンデンサ１４へ流れる突入電流などによって、ＳＭＲ２０のスイッチ２０ａ、２０ｂに不具合が生じるのを防ぐ。
【００５６】
ステップＳ１４では、ＥＣＵ６０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８に昇圧動作を停止させる。これにより、サブ電源配線２４（サブバッテリ２２）からメイン電源配線１０（ＰＣＵ１２やその平滑コンデンサ１４）への電力供給が停止される。また、その後のステップＳ１６では、ＥＣＵ６０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に降圧動作を停止させる。これにより、メイン電源配線１０（メインバッテリ４）からサブ電源配線２４（サブバッテリ２２）への電力供給が停止される。
【００５７】
続くステップＳ１８では、ＥＣＵ６０は、ＳＭＲ２０を非導通から導通に切り換える。平滑コンデンサ１４へのプリチャージが既になされているため、ＳＭＲ２０を非導通から導通に切り換えたときに、メインバッテリ４から平滑コンデンサ１４に大きな突入電流が流れない。ステップＳ１８の処理が終わると、本制御処理は一連の情報処理を終了する。
【００５８】
以上説明したように、本実施例の電気自動車２では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８が昇圧動作を行うことで、サブ電源配線２４からＰＣＵ１２側のメイン電源配線１０に電力を供給して平滑コンデンサ１４のプリチャージを行うことが可能になる。この場合、電気自動車２では、サブバッテリ２２から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介してＰＣＵ１２に電力が供給されるだけでなく、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が降圧動作を行うことで、メインバッテリ４からも第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介してＰＣＵ１２に電力が供給される。
【００５９】
これにより、メイン電源配線１０へ昇圧した電力を供給して平滑コンデンサ１４のプリチャージを行う第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８は、平滑コンデンサ１４のプリチャージの際にサブバッテリ２２からの電力供給に加えてメインバッテリ４からも電力供給が受けられる。そのため、サブバッテリ２２だけから電力供給を受ける場合に比べて、プリチャージにかかる時間が短くなる。また、平滑コンデンサ１４のプリチャージを行う場合には、メインバッテリ４の電圧ＶＢが予め設定された下限電圧Ｖｘを下回らないように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のデューティ比及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のデューティ比を調整する。これにより、メインバッテリ４の性能低下が抑制される。したがって、メインバッテリ４の電気的な性能を維持しつつ、平滑コンデンサ１４のプリチャージを行うことができる。
【００６０】
本実施例では、図４に示すように、ＥＣＵ６０は、ステップＳ５により第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のデューティ比を減少させたり、ステップＳ７により第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のデューティ比を増加させたりし、またステップＳ１１により第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８のデューティ比を増加させた。つまり、図４に示す制御処理の例では、ＥＣＵ６０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のいずれのデューティ比を調整した。しかしこれに限られることなく、メインバッテリ４の電圧ＶＢが予め設定された下限電圧Ｖｘを下回らないように第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８又は第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を制御することが可能であれば、これらのＤＣ−ＤＣコンバータ２８、３０のうち、いずれか一方だけについて、そのデューティ比を調整するようにＥＣＵ６０による制御処理を構成してもよい。
【００６１】
また、本実施例では、電気自動車２として、走行用の第１モータ６及び第２モータ８モータとエンジン（内燃機関）の両者を備えるハイブリッド車を例示して説明したが、メインバッテリ、ＳＭＲ、サブバッテリ、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＰＣＵなどの図１に示すような電気系統を備えた車両であれば、エンジンを備えることなく走行用のモータだけを備える電気自動車についても、本明細書及び図面に開示する上記の技術を適用することが可能である。
【００６２】
実施例技術に関する留意点を述べる。ＰＣＵ１２が電力制御ユニットの一例に相当する。また、電圧センサ１４ａが電圧センサの一例に相当する。さらに、ＳＭＲ２０のスイッチ２０ａ、２０ｂがスイッチの一例に相当する。
【００６３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６４】
２：電気自動車
４：メインバッテリ
４ａ：電圧センサ
６：第１モータ
８：第２モータ
１０：メイン電源配線
１２：ＰＣＵ
１４：平滑コンデンサ
１４ａ：電圧センサ
１６：コンバータ
１８：インバータ
２０：ＳＭＲ
２０ａ、２０ｂ：スイッチ
２２：サブバッテリ
２４：サブ電源配線
２６：補機
２８：第１ＤＣ−ＤＣコンバータ
３０：第２ＤＣ−ＤＣコンバータ
６０：ＥＣＵ
【図１】
2017022805.tif 000003
【図２】
2017022805.tif 000004
【図３】
2017022805.tif 000005
【図４】
2017022805.tif 000006