特許 6237142 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6237142

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20171120BHJP

   B60L 3/04 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 M

   B60L3/04 E

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-235479(P2013-235479)

(22)【出願日】2013年11月13日

(65)【公開番号】特開2015-96002(P2015-96002A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年10月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】海原 信之

【審査官】 高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０６５５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３０７３４９７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−１１３０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２０９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４６４３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４２ − ７／９８

Ｈ０２Ｊ ７／００ − ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ − ７／３６

Ｂ６０Ｌ ３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御信号を出力する制御回路と、
前記制御信号に基づいて電源から供給される電力を変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路と前記電源とを接続する電力供給経路の途中に設けられた平滑コンデンサと、
前記電力供給経路における前記平滑コンデンサよりも前記電源側に設けられた開閉器とを備えた電力変換装置において、
前記制御回路は、車両の衝突が予知された場合には、前記開閉器をオフ状態としてから、前記平滑コンデンサに蓄積された残留電荷に基づく電力を、該車両に対する注意を外部に喚起する注意喚起機器に供給することにより、該平滑コンデンサを放電し、前記車両の衝突予知後、該車両の衝突が検出されない場合には、所定放電時間経過後に前記注意喚起機器への電力供給を停止させることを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記注意喚起機器は、車両の外部に設けられるランプであることを特徴とする電力変換装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記車両の衝突予知後、該車両の衝突が検出された場合には、前記平滑コンデンサの放電完了後においても、前記注意喚起機器に他の電源から継続して電力を供給可能とすることを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に設けられる電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＩＧＢＴ等の複数のパワー半導体素子を有するインバータ回路と、インバータ回路の作動を制御する制御回路とを備えた電力変換装置が知られている。一般にこうした電力変換装置では、電源とインバータ回路とを接続する電源線（電力供給経路）の途中に平滑コンデンサが設けられるとともに、平滑コンデンサよりも電源側にはリレー等の開閉器が設けられている。

【0003】

ところで、安全性等の観点から、車両の衝突時には、開閉器をオフ状態とするとともに、平滑コンデンサに電荷が略蓄えられていない状態とする必要がある。そこで、例えば特許文献１には、ミリ波レーダ等のセンサを用いて車両の衝突を事前に予知し、衝突が予知された場合には、リレースイッチをオフ状態としてから、平滑コンデンサを放電する電力変換装置が提案されている。この構成では、車両が衝突する前に平滑コンデンサを放電するため、衝突を検出してから平滑コンデンサを放電する構成に比べ、より確実に放電できるといったメリットがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−６５５０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところが、上記特許文献１の電力変換装置では、平滑コンデンサの残留電荷に基づく電力を電気加熱式触媒装置に供給することで該平滑コンデンサを放電している。そのため、こうした電力変換装置を備えた車両が衝突する可能性の高い状況に陥っても、当該状況を後続車等が認識し難いといった問題があり、この点においてなお改善の余地があった。

【0006】

本発明は、上記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、高い信頼性を持って平滑コンデンサを放電できるとともに、車両衝突の可能性が高い場合に外部に注意を喚起できる電力変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する電力変換装置は、制御信号を出力する制御回路と、前記制御信号に基づいて電源から供給される電力を変換する電力変換回路と、前記電力変換回路と前記電源とを接続する電力供給経路の途中に設けられた平滑コンデンサと、前記電力供給経路における前記平滑コンデンサよりも前記電源側に設けられた開閉器とを備えたものにおいて、前記制御回路は、車両の衝突が予知された場合には、前記開閉器をオフ状態としてから、前記平滑コンデンサに蓄積された残留電荷に基づく電力を、該車両に対する注意を外部に喚起する注意喚起機器に供給することにより、該平滑コンデンサを放電することを要旨とする。

【0008】

上記構成によれば、衝突予知時に平滑コンデンサを放電するため、高い信頼性を持って該平滑コンデンサを放電できる。そして、上記構成では、平滑コンデンサの残留電荷によって注意喚起機器を駆動するため、車両への注意を後続車等に促すことができる。

【0009】

上記電力変換装置において、前記注意喚起機器は、車両の外部に設けられるランプであることが好ましい。
上記構成によれば、例えば警告音によって注意を喚起する場合に比べ、離れた位置にある後続車等に対して容易に注意を促すことができる。

【0010】

上記電力変換装置において、前記制御回路は、前記車両の衝突予知後、該車両の衝突が検出された場合には、前記平滑コンデンサの放電完了後においても、前記注意喚起機器に他の電源から継続して電力を供給可能とすることが好ましい。

【0011】

上記構成によれば、平滑コンデンサの放電完了後においても、注意喚起機器が継続して作動するため、車両衝突後における後続車等の二次衝突を抑制できる。
上記電力変換装置において、前記制御回路は、前記車両の衝突予知後、該車両の衝突が検出されない場合には、所定放電時間経過後に前記注意喚起機器への電力供給を停止させることが好ましい。

【0012】

上記構成によれば、車両の衝突を回避できた場合には、平滑コンデンサの放電完了後に注意喚起機器が停止するため、無駄な電力の消費を低減できる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、高い信頼性を持って平滑コンデンサを放電できるとともに、車両衝突の可能性が高い場合に外部に注意を喚起できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】電力変換装置及びその周辺構成を示すブロック図。

【図2】マイコンによる緊急停止制御の処理手順を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、電力変換装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両２に搭載され、電源としての駆動電源（バッテリ）３から供給される直流電力を交流電力に変換して走行駆動源となる負荷としてのモータ４に供給するものである。なお、本実施形態の駆動電源３には、例えば定格電圧が５００Ｖのものが用いられている。また、本実施形態のモータ４には、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流電力の供給により作動するブラシレスモータが採用されている。

【0016】

同図に示すように、電力変換装置１は、モータ４の作動を制御する制御信号としてのモータ制御信号Ｓ_mを出力する制御回路としてのマイコン１１と、モータ制御信号Ｓ_mに基づいて駆動電源３から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換回路としてのインバータ回路１２とを備えている。

【0017】

マイコン１１は、電源線Ｌcを介して車両２に搭載された制御電源（バッテリ）１３に接続されている。なお、本実施形態の制御電源１３には、例えば定格電圧が１２Ｖのものが用いられている。電源線Ｌcの途中には、機械式リレーやＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）等からなる制御リレー１４が設けられている。制御リレー１４は、車両２のイグニッションスイッチ（ＩＧ）がオン状態である旨のＩＧ信号Ｓ_igが入力された場合にオン状態となり、ＩＧがオフ状態である旨のＩＧ信号Ｓ_igが入力された場合にオフ状態となる。そして、マイコン１１は、制御リレー１４がオン状態となって電源線Ｌcが導通することにより作動する。

【0018】

インバータ回路１２は、電力供給経路としての電源線Ｌpを介して車両２に搭載された駆動電源３に接続されている。電源線Ｌpの途中には、当該電源線Ｌpに通電される電流の平滑を目的とした平滑コンデンサＣが駆動電源３と並列に接続されるとともに、平滑コンデンサＣよりも駆動電源３側には、機械式リレーやＦＥＴ等からなる開閉器としての駆動リレー１５が設けられている。そして、インバータ回路１２は、駆動リレー１５がオン状態となって電源線Ｌpが導通することにより、駆動電源３の電源電圧に基づく交流電力をモータ４に供給することが可能となる。

【0019】

インバータ回路１２は、複数のパワー半導体素子としてのＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）２１ａ〜２１ｆを有している。本実施形態のインバータ回路１２は、ＩＧＢＴ２１ａ，２１ｄ、ＩＧＢＴ２１ｂ，２１ｅ、及びＩＧＢＴ２１ｃ，２１ｆの各組の直列回路を基本単位（スイッチングアーム）とし、これら各スイッチングアームを並列に接続してなる周知の三相インバータとして構成されている。そして、ＩＧＢＴ２１ａ，２１ｄ、ＩＧＢＴ２１ｂ，２１ｅ、ＩＧＢＴ２１ｃ，２１ｆの各接続点はそれぞれモータ４の各相のモータコイル（図示略）に接続されている。

【0020】

マイコン１１には、アクセルペダル（図示略）の踏み込み量を示すアクセル開度や車速、モータ４の各相電流値、及びモータ回転角等の各種状態を示す状態信号Ｓ_xが入力される。そして、マイコン１１は、入力される状態信号Ｓ_xに基づいてモータ制御信号Ｓ_mを出力し、モータ４の作動を制御する。なお、モータ制御信号Ｓ_mは、各ＩＧＢＴ２１ａ〜２１ｆのオンオフ状態を規定するゲートオンオフ信号となっている。そして、モータ制御信号Ｓ_mに応答して各ＩＧＢＴ２１ａ〜２１ｆがオンオフし、各相のモータコイルへの通電パターンが切り替わることにより、駆動電源３の直流電圧が三相の駆動電力に変換され、モータ４へと出力される。

【0021】

また、マイコン１１には、ＩＧ信号Ｓ_igが入力される。そして、マイコン１１は、ＩＧがオン状態である旨のＩＧ信号Ｓ_igが入力された場合には、駆動リレー１５がオン状態となるようなリレー制御信号Ｓ_rlを出力し、ＩＧがオフ状態である旨のＩＧ信号Ｓ_igが入力された場合には、駆動リレー１５がオフ状態となるようなリレー制御信号Ｓ_rlを出力する。

【0022】

（緊急時停止制御）
ここで、マイコン１１は、車両衝突の可能性が高くなり、衝突が予知（予測）されると、安全性等の観点から、駆動リレー１５をオフ状態とし、平滑コンデンサＣを放電する緊急時停止制御を実行する。このとき、本実施形態のマイコン１１は、平滑コンデンサＣに蓄積された残留電荷に基づく電力を車両２の外部に設けられた注意喚起機器及びランプとしてのハザードランプ３１に供給することにより、該平滑コンデンサＣを放電する。

【0023】

詳しくは、電力変換装置１は、ＤＣＤＣコンバータ３２を備えている。ＤＣＤＣコンバータ３２は、電源線Ｌpにおける駆動リレー１５よりも平滑コンデンサＣ側に該平滑コンデンサＣと並列に接続されている。ＤＣＤＣコンバータ３２は、マイコン１１に接続されており、マイコン１１から出力されるコンバータ駆動信号Ｓ_dcに応じてその作動が制御される。

【0024】

また、電力変換装置１は、ハザードランプ３１を駆動するランプ駆動装置３３に対する電力供給経路（電源）を切り替える切替スイッチ３４を備えている。切替スイッチ３４は、マイコン１１に接続されており、マイコン１１から出力される切替信号Ｓ_swに応じて、ランプ駆動装置３３が制御電源１３に接続される第１接続状態、又はランプ駆動装置３３がＤＣＤＣコンバータ３２に接続される第２接続状態に切り替えられる。

【0025】

具体的には、切替スイッチ３４は、２つの入力側接点３５ａ，３５ｂ及び出力側接点３６を有している。入力側接点３５ａは、制御リレー１４を介して制御電源１３に接続されており、入力側接点３５ｂは、ＤＣＤＣコンバータ３２の出力端子に接続されている。また、出力側接点３６は、ランプ駆動装置３３に接続されている。切替スイッチ３４は、マイコン１１が出力する切替信号Ｓ_swに応じて、入力側接点３５ａ，３５ｂのいずれか一方と出力側接点３６とを接続する。そして、入力側接点３５ａと出力側接点３６とが接続されると、制御電源１３からランプ駆動装置３３（ハザードランプ３１）に電力供給が可能な第１接続状態となり、入力側接点３５ｂと出力側接点３６とが接続されると、ＤＣＤＣコンバータ３２からランプ駆動装置３３に電力供給が可能な第２接続状態となる。

【0026】

ランプ駆動装置３３は、マイコン１１に接続されており、該マイコン１１からランプ駆動信号Ｓ_lmが入力されると、所定の時間間隔でハザードランプ３１を点滅させる。また、ランプ駆動装置３３は、運転席近傍のインスツルメントパネル等に設けられたハザードボタン３７に接続されている。そして、ハザードボタン３７が押圧操作されると、同様に所定の時間間隔でハザードランプ３１を点滅させる。なお、ハザードランプ３１は、車両２の四隅に設けられている。

【0027】

マイコン１１には、車両２に搭載された衝突判定ＥＣＵ４１が接続されている。衝突判定ＥＣＵ４１には、衝突予知器を構成するミリ波レーダ４２、及び衝突検出器を構成する加速度センサ（サテライトセンサ）４３が接続されている。衝突判定ＥＣＵ４１は、ミリ波レーダ４２から出力される検出信号に基づいて車両２と対象物との距離や相対速度等を演算し、これらの各演算値に基づいて車両２が衝突する可能性が高いか否かを判定する。そして、衝突する可能性が高いと判定した場合には、その旨を示す衝突予知信号Ｓ_pcをマイコン１１に出力する。また、衝突判定ＥＣＵ４１は、加速度センサ４３から出力される検出信号に基づいて車両２の加速度を演算し、この加速度に基づいて車両２が衝突したか否かを判定する。そして、実際に車両２が衝突したと判定した場合には、その旨を示す衝突検出信号Ｓ_crをマイコン１１に出力する。

【0028】

マイコン１１は、衝突予知信号Ｓ_pcが入力されると、駆動リレー１５をオフ状態とするリレー制御信号Ｓ_rlを出力し、切替スイッチ３４を第２接続状態（ランプ駆動装置３３がＤＣＤＣコンバータ３２に接続される状態）とする切替信号Ｓ_swを出力する。そして、マイコン１１は、ＤＣＤＣコンバータ３２に出力にコンバータ駆動信号Ｓ_dcを出力し、平滑コンデンサＣの残留電荷に基づく電圧を所定の電圧に降圧してランプ駆動装置３３に供給するとともに、ランプ駆動装置３３にランプ駆動信号Ｓ_lmを出力してハザードランプ３１を点滅させることで、平滑コンデンサＣを所定放電時間だけ放電する。なお、所定放電時間は、放電が完了した見なすことのできる所定電圧以下となるまで平滑コンデンサＣの電圧が下がるのに必要な時間であり、予め実験等により求められている。

【0029】

さらに、マイコン１１は、平滑コンデンサＣの放電を開始してから所定放電時間経過するまでに、衝突検出信号Ｓ_crが入力されない場合には、ＤＣＤＣコンバータ３２及びランプ駆動装置３３を停止させてハザードランプ３１を消灯させる。一方、衝突検出信号Ｓ_crが入力された場合には、切替スイッチ３４を第１接続状態（ランプ駆動装置３３が制御電源１３に接続される状態）とする切替信号Ｓ_swを出力し、制御電源１３が供給する電力に基づいてハザードランプ３１を継続して点滅させる。

【0030】

次に、マイコンによる緊急停止制御の処理手順を説明する。
図２のフローチャートに示すように、マイコン１１は、衝突予知信号Ｓ_pcを受信すると（ステップ１０１：ＹＥＳ）、駆動リレー１５をオフ状態とし（ステップ１０２）、切替スイッチ３４の接続状態をランプ駆動装置３３がＤＣＤＣコンバータ３２に接続される第２接続状態に切り替える（ステップ１０３）。そして、ＤＣＤＣコンバータ３２を駆動し（ステップ１０４）、ランプ駆動装置３３を駆動することで（ステップ１０５）、平滑コンデンサＣを放電する。

【0031】

続いて、マイコン１１は、平滑コンデンサＣの放電を開始してから所定放電時間が経過したか否かを判定し（ステップ１０６）、所定放電時間が経過した場合には（ステップ１０６：ＹＥＳ）、衝突検出信号Ｓ_crを受信したか否かを判定する（ステップ１０７）。なお、所定放電時間が経過していない場合には（ステップ１０６：ＮＯ）、所定放電時間が経過するまで、同ステップの処理を繰り返す。

【0032】

そして、マイコン１１は、衝突検出信号Ｓ_crを受信しない場合には（ステップ１０７：ＮＯ）、ＤＣＤＣコンバータ３２を停止し（ステップ１０８）、ランプ駆動装置３３を停止する（ステップ１０９）。一方、衝突検出信号Ｓ_crを受信した場合には（ステップ１０７：ＹＥＳ）、切替スイッチ３４の接続状態をランプ駆動装置３３が制御電源１３に接続される第１接続状態に切り替え（ステップ１１０）、継続してハザードランプ３１を点滅させる。なお、衝突予知信号Ｓ_pcを受信しない場合には（ステップ１０１：ＮＯ）、上記ステップ１０２〜１１０の処理を実行しない。

【0033】

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）マイコン１１は、車両２の衝突予知時に、駆動リレー１５をオフ状態としてから、平滑コンデンサＣに蓄積された残留電荷に基づく電力をハザードランプ３１に供給することで、該平滑コンデンサＣを放電するようにした。このように衝突予知時に平滑コンデンサＣを放電するため、高い信頼性を持って該平滑コンデンサＣを放電できる。そして、平滑コンデンサＣの残留電荷によってハザードランプ３１を点滅させるため、車両２への注意を後続車や周囲の車両等に促すことができ、該後続車等が衝突（接触）することを抑制できる。

【0034】

（２）マイコン１１は、平滑コンデンサＣの残留電荷に基づく電力によってハザードランプ３１を点滅させるようにしたため、例えば警告音によって注意を喚起する場合に比べ、離れた位置にある後続車等に対して容易に強い注意を促すことができる。

【0035】

（３）マイコン１１は、衝突予知信号Ｓ_pcが入力された後、衝突検出信号Ｓ_crが入力された場合には、所定放電時間が経過して平滑コンデンサＣの放電が完了した後においても、制御電源１３から継続して電力をハザードランプ３１に供給可能としたため、車両衝突後における後続車等の二次衝突を抑制できる。

【0036】

（４）マイコン１１は、衝突予知信号Ｓ_pcが入力された後、衝突検出信号Ｓ_crが入力されない場合には、所定放電時間経過後にハザードランプ３１への電力供給を停止するようにした。そのため、車両２の衝突を回避できた場合には、放電完了後にハザードランプ３１が消灯するため、無駄な電力の消費を低減できる。

【0037】

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、ミリ波レーダ４２から出力される検出信号に基づいて衝突を予知したが、これに限らず、例えばカメラ等の撮像器により得られる画像に基づいて衝突を予知してもよい。また、加速度センサ４３から出力される検出信号に基づいて衝突を検出したが、これに限らず、例えば圧力センサから出力される検出信号等に基づいて衝突を検出してもよい。

【0038】

・上記実施形態において、ミリ波レーダ４２から出力される検出信号、及び加速度センサ４３から出力される検出信号をマイコン１１に直接入力し、マイコン１１がこれらの検出信号に基づいて衝突を予知したり、衝突を検出したりしてもよい。

【0039】

・上記実施形態では、車両２が衝突した場合には、平滑コンデンサＣの放電が完了した後においても、制御電源１３から継続して電力をハザードランプ３１に供給可能としたが、これに限らず、制御電源１３以外の電源から電力を供給するようにしてもよい。また、平滑コンデンサＣの放電完了後には、車両２が衝突したか否かに関わらず、ハザードランプ３１を消灯させてもよい。

【0040】

・上記実施形態では、車両２の衝突を検出すると、所定放電時間経過後に切替スイッチ３４を第１接続状態に切り替えて制御電源１３からハザードランプ３１に電力を供給するようにした。しかし、これに限らず、例えば平滑コンデンサＣの電圧を検出し、所定放電時間経過後であっても、平滑コンデンサＣの電圧が所定電圧以下となるまでは、平滑コンデンサＣからハザードランプ３１に電力を供給し、電圧が所定電圧以下となってから切替スイッチ３４を第１接続状態に切り替えてもよい。

【0041】

・上記実施形態では、ハザードランプ３１を注意喚起機器として用いたが、これに限らず、ブレーキランプ等の車両２の外部に設けられた他のランプを注意喚起機器として用いてもよい。また、車両２の外部に設けられたランプに限らず、例えばクラクション等を注意喚起機器として用いてもよい。要は、車両２に対する注意を外部に喚起できる機器であれば、注意喚起機器は、どのようなものでもよい。なお、ハザードランプ３１とともにブレーキランプを点灯させる等、注意喚起機器が複数でもよいことはいうまでもない。

【0042】

・上記実施形態では、車両２の衝突が予知された場合及び衝突が検出された場合ともにハザードランプ３１を点滅させたが、これに限らず、例えば衝突が予知された場合には、ブレーキランプを点灯させ、衝突が検出された場合には、ハザードランプ３１を点滅させる等、異なる注意喚起機器を駆動してもよい。

【0043】

・上記実施形態では、ＩＧＢＴ２１ａ〜２１ｆによりインバータ回路１２を構成したが、これに限らず、例えばＦＥＴ等の他のパワー半導体素子によってインバータ回路１２を構成してもよい。

【0044】

・上記実施形態において、インバータ回路１２を２つのスイッチングアームを並列に接続した単相インバータ（Ｈブリッジ）として構成してもよい。なお、この場合には、モータ４として、例えばブラシ付き直流モータを用いることができる。

【0045】

・上記実施形態では、電力変換装置１が電力変換回路として直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１２を備える構成としたが、これに限らず、例えば電力変換回路として交流電力を直流電力に変換するものや、昇圧又は降圧するもの等を備える構成としてもよい。

【0046】

・上記実施形態では、電力変換装置１を用いて車両２に搭載された走行駆動用のモータ４に交流電力を供給したが、他の用途に用いられるモータやモータ以外の負荷に交流電力を供給してもよい。

【符号の説明】

【0047】

１…電力変換装置、２…車両、３…駆動電源、４…モータ、１１…マイコン（制御回路）、１２…インバータ回路（電力変換回路）、１３…制御電源（他の電源）、１５…駆動リレー（開閉器）、２１ａ〜２１ｆ…ＩＧＢＴ、３１…ハザードランプ、４１…衝突判定ＥＣＵ、Ｃ…平滑コンデンサ、Ｌｐ…電源線（電力供給経路）、Ｓ_m…モータ制御信号（制御信号）、Ｓ_cr…衝突検出信号、Ｓ_pc…衝突予知信号。

【図1】

【図2】