特許 7201487 パワーコントロールユニット

(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】

(24)【登録日】2022-12-26

(45)【発行日】2023-01-10

(54)【発明の名称】パワーコントロールユニット

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20221227BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20221227BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20221227BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20221227BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20221227BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20221227BHJP

   B60L 53/14 20190101ALI20221227BHJP

   B60L 53/66 20190101ALI20221227BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20221227BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

H02J7/00 P

H02J7/10 H

H02J7/02 C

B60L9/18 J

B60L50/60

B60L53/14

B60L53/66

B60L3/00 J

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019048033

(22)【出願日】2019-03-15

(65)【公開番号】P2020150745

(43)【公開日】2020-09-17

【審査請求日】2021-12-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】マレリ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】坂庭 雄一

(72)【発明者】

【氏名】永野 雅春

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１６３５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３４９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３９８５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／１０

Ｈ０２Ｊ ７／０２

Ｂ６０Ｌ ９／１８

Ｂ６０Ｌ ５０／６０

Ｂ６０Ｌ ５３／１４

Ｂ６０Ｌ ５３／６６

Ｂ６０Ｌ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電圧バッテリ（ＨＢ）の充放電電流が流れる高電圧ライン（２８）と、
前記高電圧バッテリ（ＨＢ）から前記高電圧ライン（２８）に供給された高電圧の直流電力を、交流に変換して推進用モータ（Ｍ）に出力するインバータ回路（３１）と、
前記高電圧ライン（２８）の通過電流値を測定する電流センサ（２２Ｂ）と、
前記推進用モータ（Ｍ）に対するトルク指令値と前記電流センサ（２２Ｂ）が測定した前記通過電流値とに基づいて、前記インバータ回路（３１）による前記推進用モータ（Ｍ）に対する交流電力の出力動作を制御するインバータコントローラ（３３）と、
前記インバータコントローラ（３３）から転送される前記通過電流値に基づいて、前記高電圧ライン（２８）に接続した充電器（ＱＣ）による前記高電圧バッテリ（ＨＢ）の充電の停止後の、前記高電圧バッテリ（ＨＢ）の充電用電力の前記充電器（ＱＣ）から前記高電圧ライン（２８）への供給状態を検出する検出部（２７）と、
前記高電圧バッテリ（ＨＢ）の充電停止後に、前記高電圧ライン（２８）に対する前記充電用電力の供給停止を前記検出部（２７）が検出すると、前記充電用電力の供給停止の確認信号を前記充電器（ＱＣ）に出力する確認部（２７）と、
を備えるパワーコントロールユニット（１）。

【請求項2】

前記インバータ回路（３１）のＤＣ入力間電圧に対応する物理量を前記高電圧ライン（２８）上で取得する物理量取得部（２２Ａ）をさらに備え、前記インバータコントローラ（３３）は、取得した前記物理量から前記ＤＣ入力間電圧を検出し、前記検出部（２７）は、前記インバータコントローラ（３３）から転送される前記高電圧バッテリ（ＨＢ）の充電中の前記ＤＣ入力間電圧に基づいて、前記充電用電力の前記充電器（ＱＣ）から通知された通知上の電圧値と前記高電圧ライン（２８）上の実電圧値との一致又は不一致を検出する請求項１記載のパワーコントロールユニット（１）。

【請求項3】

高電圧バッテリ（ＨＢ）の充放電電流が流れる高電圧ライン（２８）と、
前記高電圧バッテリ（ＨＢ）から前記高電圧ライン（２８）に供給された高電圧の直流電力を、交流に変換して推進用モータ（Ｍ）に出力するインバータ回路（３１）と、
前記高電圧ライン（２８）の通過電流値を測定する電流センサ（２２Ｂ）と、
前記推進用モータ（Ｍ）に対するトルク指令値と前記電流センサ（２２Ｂ）が測定した前記通過電流値とに基づいて、前記インバータ回路（３１）による前記推進用モータ（Ｍ）に対する交流電力の出力動作を制御するインバータコントローラ（３３）と、
前記インバータコントローラ（３３）から転送される前記通過電流値に基づいて、前記高電圧ライン（２８）に接続した充電器（ＱＣ）による前記高電圧バッテリ（ＨＢ）の充電の停止後の、前記高電圧バッテリ（ＨＢ）の充電用電力の前記充電器（ＱＣ）から前記高電圧ライン（２８）への供給状態を検出する検出部（２７）と、
前記インバータ回路（３１）のＤＣ入力間電圧に対応する物理量を前記高電圧ライン（２８）上で取得する物理量取得部（２２Ａ）とを備え、
前記インバータコントローラ（３３）は、取得した前記物理量から前記ＤＣ入力間電圧を検出し、前記検出部（２７）は、前記インバータコントローラ（３３）から転送される前記高電圧バッテリ（ＨＢ）の充電中の前記ＤＣ入力間電圧に基づいて、前記充電用電力の前記充電器（ＱＣ）から通知された通知上の電圧値と前記高電圧ライン（２８）上の実電圧値との一致又は不一致を検出する、
パワーコントロールユニット（１）。

【請求項4】

前記通知上の電圧値と前記実電圧値との不一致を前記検出部（２７）が検出すると、前記通知上の電圧値の異常の報知信号を前記充電器（ＱＣ）に出力する報知部（２７）をさらに備える請求項２又は３記載のパワーコントロールユニット（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータを推進源に用いる車両のパワーコントロールユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

モータを推進源に用いる電動車両では、高電圧バッテリの直流電力をインバータで交流に変換して推進用モータに供給している。充電容量が減った高電圧バッテリは、状況に応じて充電しておく必要がある。

【0003】

電動車両の高電圧バッテリを充電する方式の一つとして、急速充電方式が知られている。高電圧バッテリの急速充電は、商用電源（例えば、交流２００Ｖ）を用いる普通充電よりも高い電圧（例えば、直流５００Ｖ）で行われる。したがって、急速充電は普通充電よりも短い時間で高電圧バッテリを充電することができる。

【0004】

高電圧バッテリを急速充電する際には、電動車両のコントローラが急速充電器との間で通信を行いながら、急速充電器が供給する電力の電流値（充電電流値）、急速充電ポートと高電圧バッテリとをつなぐ電力経路上のＱＣリレーのオンオフ等を決定する。

【0005】

また、高電圧バッテリを急速充電する際には、これと並行して、電動車両の補機（車載の計器、ランプ等の電装品類）の電源となる低電圧バッテリの充電を行うことができる。低電圧バッテリの充電を並行して行う際には、急速充電器から供給される高電圧の直流電力の一部が、電動車両のＤＣＤＣコンバータによって、低電圧バッテリに対応する低電圧の直流電力に降圧される。

【0006】

このため、急速充電器からの高電圧の直流電力には、ＤＣＤＣコンバータの半導体スイッチング素子のスイッチングにより発生したスイッチングノイズが重畳される。そこで、高電圧バッテリの急速充電中には、急速充電器からの高電圧の直流電力に重畳されたスイッチングノイズを平滑コンデンサで平滑化して、高電圧バッテリの充電に用いている。また、急速充電の終了後には、平滑コンデンサに蓄積された電荷が放電回路を使って放電される。

【0007】

以上に説明したインバータ、コントローラ、ＤＣＤＣコンバータは、パワーコントロールユニットという１つのユニットとして電動車両に搭載されることがある。このパワーコントロールユニットには、平滑コンデンサの放電回路、普通充電用のプラグイン用充電器等がさらに設けられることもある（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１８－２０７２６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、上述した急速充電方式では、急速充電の終了に伴って急速充電器からの電力供給が停止されたことを確認するために、電動車両の急速充電ポートと高電圧バッテリとをつなぐ電力経路の電流を、充電終了後にも電動車両で監視することが求められている。

【0010】

インバータ、コントローラ、ＤＣＤＣコンバータ等を１つのユニットとしたパワーコントロールユニットでは、急速充電ポートと高電圧バッテリとをつなぐ電力経路がユニット内に存在する。このため、パワーコントロールユニットを採用した電動車両では、電力経路の電流値をユニットの中で監視することが求められる。

【0011】

しかも、電流値を監視する対象の電力経路は、電流値を測定するのが急速充電の終了後であるとはいえ、高電圧の直流電力が伝送される強電系の部品である。一方、電流値の監視を行うのは、電動車両の補機の一つである弱電系のコントローラである。その上、電力経路とコントローラとは、共にパワーコントロールユニットの中に存在する。

【0012】

したがって、電力経路の電流値を測定するセンサをコントローラに接続してユニット内に新たに設ける場合は、少なくとも、コントローラと同じく弱電系となるセンサと強電系の電力経路との間に十分な絶縁距離を確保する必要がある。そのためには、センサを実装する基板を大きくせざるを得ず、パワーコントロールユニットの大型化が避けられなくなる。これでは、車載部品に広く求められている軽量化、小型化の要求に応えるのが難しくなる可能性がある。

【0013】

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ユニットの大型化を回避しつつユニット内の電力経路の電流をユニットの中で測定できる構成を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によるパワーコントロールユニットは、
高電圧バッテリの充放電電流が流れる高電圧ラインと、
前記高電圧バッテリから前記高電圧ラインに供給された高電圧の直流電力を、交流に変換して推進用モータに出力するインバータ回路と、
前記高電圧ラインの通過電流値を測定する電流センサと、
前記推進用モータに対するトルク指令値と前記電流センサが測定した前記通過電流値とに基づいて、前記インバータ回路による前記推進用モータに対する交流電力の出力動作を制御するインバータコントローラと、
前記インバータコントローラから転送される前記通過電流値に基づいて、前記高電圧ラインに接続した充電器による前記高電圧バッテリの充電の停止後の、前記高電圧バッテリの充電用電力の前記充電器から前記高電圧ラインへの供給状態を検出する検出部と、
を備える。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ユニットの大型化を回避しつつユニット内の電力経路の電流をユニットの中で測定できる構成を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る電動車両のパワーコントロールユニットを示すブロック図である。

【図2】図１のコントローラがプログラムにしたがって実行する急速充電器による高電圧バッテリの急速充電に関する制御の手順の一例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】

【0017】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電動車両のパワーコントロールユニットを示すブロック図である。図１に示す本実施形態のパワーコントロールユニット１は、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の電動車両に搭載される。

【0018】

本実施形態のパワーコントロールユニット１は、電動車両に搭載された高電圧バッテリＨＢの充放電に関する要素と、同じく電動車両に搭載された低電圧バッテリＬＢの充電に関する要素とを集約したものである。

【0019】

そして、パワーコントロールユニット１は、外部機器等の接続ポートとして、高電圧バッテリポートＨＢＰ、低電圧バッテリポートＬＢＰ、信号ポートＳＰ、電源ポートＰＰ、急速充電ポートＱＰ及び商用電源ポートＣＰを有している。

【0020】

高電圧バッテリポートＨＢＰには、メインリレー（Ｍ／Ｒ）３を介して高電圧バッテリＨＢが接続される。したがって、高電圧バッテリポートＨＢＰと高電圧バッテリＨＢとは、メインリレー３のオンオフによって接続、遮断される。メインリレー３がオンされると、高電圧バッテリＨＢは高電圧バッテリポートＨＢＰに、高電圧の電力（例えば、直流４００Ｖ）を供給する。高電圧バッテリＨＢが供給する高電圧の電力は、電動車両の推進用モータＭの駆動に用いられる。

【0021】

なお、高電圧バッテリＨＢは、端子電圧を測定する不図示のセンサを有している。センサが測定した高電圧バッテリＨＢの端子電圧は、後述する電動車両の車両統合コントローラ（ＶＣＭ）５に入力される。

【0022】

低電圧バッテリポートＬＢＰには、低電圧バッテリＬＢが接続される。低電圧バッテリＬＢは、電動車両の補機（車載の計器、ランプ等の電装品類）ＡＣＣに、動作用の低電圧の電力（例えば、直流１２Ｖ）を供給する。

【0023】

電動車両の補機ＡＣＣは、上述した車両統合コントローラ５と、後述するパワーコントロールユニット１のコントローラ２７とを含んでいる。このため、車両統合コントローラ５及びコントローラ２７は、低電圧バッテリＬＢから供給される低電圧の直流電力で動作する。

【0024】

車両統合コントローラ５は、例えば、電動車両に複数搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit 又はEngine Control Unit ）のうちの１つで構成することができる。このため、車両統合コントローラ５は、例えば、ＥＣＵ同士の通信に用いる電動車両のＬＡＮを利用して、高電圧バッテリＨＢのセンサが接続された他のＥＣＵから、センサが測定した高電圧バッテリＨＢの端子電圧を取得することができる。

【0025】

そして、車両統合コントローラ５は、取得した高電圧バッテリＨＢの端子電圧により、高電圧バッテリＨＢの充電状態（例えば、ＳＯＣ：State of Charge ）を検出する。さらに、車両統合コントローラ５は、検出した高電圧バッテリＨＢの充電状態に応じて、急速充電時のメインリレー３のオンオフを制御することができる。

【0026】

また、車両統合コントローラ５は、不図示のセンサが検出した電動車両のアクセル操作量を取得する。車両統合コントローラ５は、例えば、アクセル操作量を検出する不図示のセンサが接続された他のＥＣＵから、電動車両のＬＡＮを介してアクセル操作量を取得することができる。そして、車両統合コントローラ５は、取得したアクセル操作量に応じて、推進用モータＭに対するトルク指令値を決定することができる。

【0027】

信号ポートＳＰには、車両統合コントローラ５が接続されている。車両統合コントローラ５は、決定したトルク指令値を信号ポートＳＰに出力する。

【0028】

電源ポートＰＰには、車両統合コントローラ５の外部電源出力ポート（図示せず）接続されている。車両統合コントローラ５は、低電圧バッテリＬＢから供給された低電圧の電力（例えば、直流１２Ｖ）から生成した電源電圧ＶＣＣを、電源ポートＰＰに出力する。

【0029】

急速充電ポートＱＰには、急速充電器ＱＣ（請求項中の充電器に相当）の充電ケーブル７のコネクタ９が接続される。充電ケーブル７を急速充電ポートＱＰに接続すると、充電ケーブル７を介して急速充電器ＱＣから急速充電ポートＱＰに、高電圧バッテリＨＢの急速充電用の直流電力（例えば、最大直流６００Ｖ）が供給される。

【0030】

また、充電ケーブル７を急速充電ポートＱＰに接続すると、急速充電器ＱＣの通信線がパワーコントロールユニット１内のＬＡＮに接続される。このＬＡＮには、上述したように、コントローラ２７が接続されている。したがって、充電ケーブル７を急速充電ポートＱＰに接続すると、急速充電器ＱＣとコントローラ２７とが通信可能に接続される。

【0031】

商用電源ポートＣＰには、普通充電用の充電ケーブル１１のコネクタ１３が接続される。充電ケーブル１１は、コネクタ１３の反対側にプラグ１５を有している。充電ケーブル１１のプラグ１５は、商用電源の普通充電用コンセント（図示せず）に接続される。商用電源に接続された充電ケーブル１１を商用電源ポートＣＰに接続すると、商用電源の交流電力（例えば、単相交流２００Ｖ）が、充電ケーブル１１を介して商用電源ポートＣＰに供給される。

【0032】

また、充電ケーブル１１は、コントロールボックス１７を有している。コントロールボックス１７には、充電ケーブル１１の通信線が接続されている。充電ケーブル１１を商用電源ポートＣＰに接続すると、充電ケーブル１１の通信線がパワーコントロールユニット１内のＬＡＮに接続される。したがって、充電ケーブル１１を商用電源ポートＣＰに接続すると、コントローラ２７がコントロールボックス１７と通信可能に接続される。

【0033】

上述した外部機器等が接続されたパワーコントロールユニット１は、ジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）１９、プラグイン用充電器ＣＨＧ、ＤＣＤＣコンバータ２１及び強電監視部２２を内部に有している。また、パワーコントロールユニット１は、インバータユニット２３、放電回路２５及び上述したコントローラ２７を内部に有している。

【0034】

ジャンクションボックス１９は、不図示のＱＣリレーを有している。ＱＣリレーは、急速充電ポートＱＰと高電圧バッテリポートＨＢＰとの接続をオンオフする。ＱＣリレーのオンオフにより、急速充電ポートＱＰから入力される急速充電用の直流電力の、高電圧バッテリポートＨＢＰから高電圧バッテリＨＢへの出力が、許容、禁止される。

【0035】

プラグイン用充電器ＣＨＧは、コントローラ２７から供給される電源電圧ＶＣＣによって動作する。プラグイン用充電器ＣＨＧは、商用電源ポートＣＰから入力される商用電源の交流電力を、高電圧バッテリＨＢの普通充電用の直流電力（例えば、最大直流４００Ｖ）に変換する。そして、変換した直流電力を、ジャンクションボックス１９と高電圧バッテリポートＨＢＰとを結ぶ電力経路２８（請求項中の高電圧ラインに相当）を経て、高電圧バッテリポートＨＢＰから高電圧バッテリＨＢに出力する。

【0036】

プラグイン用充電器ＣＨＧには、例えば、商用電源の交流電力を直流に変換する整流回路（図示せず）と、整流した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータ（図示せず）とを用いることができる。整流回路は、例えば、ダイオードブリッジ回路で構成することができる。また、ＤＣＤＣコンバータは、例えば、絶縁トランスとパワー半導体スイッチング素子とを有する絶縁型ＤＣＤＣコンバータで構成することができる。

【0037】

なお、プラグイン用充電器ＣＨＧのパワー半導体スイッチング素子には、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor 、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いることができる。また、プラグイン用充電器ＣＨＧには、整流回路の前段（商用電源ポートＣＰ側）にＤＣリンク用コンデンサ（図示せず）を設けることができる。

【0038】

ＤＣＤＣコンバータ２１は、ジャンクションボックス１９と高電圧バッテリポートＨＢＰとを結ぶ電力経路２８上の高電圧の直流電力の一部を、低電圧バッテリＬＢの充電用の直流電力（例えば、直流１２Ｖ）に変換する。

【0039】

即ち、ＤＣＤＣコンバータ２１は、高電圧バッテリポートＨＢＰから入力される高電圧バッテリＨＢの直流電力の一部を、低電圧バッテリＬＢの充電用の直流電力に変換し、低電圧バッテリポートＬＢＰから低電圧バッテリＬＢに出力する。また、ＤＣＤＣコンバータ２１は、プラグイン用充電器ＣＨＧが出力する高電圧バッテリＨＢの普通充電用の直流電力の一部を、低電圧バッテリＬＢの充電用の直流電力に変換し、低電圧バッテリポートＬＢＰから低電圧バッテリＬＢに出力する。

【0040】

ＤＣＤＣコンバータ２１には、例えば、非対称ハーフブリッジ型のＬＬＣコンバータを用いることができる。非対称ハーフブリッジ型のＬＬＣコンバータは、絶縁トランスの一次側にＬＬＣ回路を有しており、二次側に整流回路を有している。

【0041】

この非対称ハーフブリッジ型のＬＬＣコンバータでは、一次側のＬＬＣ回路におけるパワー半導体スイッチング素子のオンオフ動作により、高電圧バッテリＨＢ又はプラグイン用充電器ＣＨＧからの直流電力の一部が交流に変換される。そして、トランスにおいて一次側コイルと二次側コイルとの巻数比に応じて降圧された交流電力が、整流回路で低電圧バッテリＬＢの充電用の直流電力に変換される。

【0042】

なお、ＤＣＤＣコンバータ２１のパワー半導体スイッチング素子にも、プラグイン用充電器ＣＨＧと同じく、例えば、ＩＧＢＴを用いることができる。

【0043】

強電監視部２２は、インバータユニット２３の接続箇所よりも高電圧バッテリポートＨＢＰ側の電力経路２８に設けられている。強電監視部２２は、電圧監視部２２Ａ（請求項中の物理量取得部に相当）と電流センサ２２Ｂとを有している。

【0044】

電圧監視部２２Ａは、例えば、電力経路２８の正極（Ｐ極）ライン２８Ｐに接続した分圧抵抗の直列回路（図示せず）によって構成することができる。分圧抵抗の直列回路上の測定点（抵抗同士の接続点）の電位は、本実施形態では、後述するインバータユニット２３のモータコントローラ３３において検出する。

【0045】

電流センサ２２Ｂは、例えば、電力経路２８が内側を貫通するコアのギャップにホール素子を配置したホール素子方式の電流センサ（図示せず）によって構成することができる。電流センサ２２Ｂ（のホール素子）は、電力経路２８の通過電流に応じた信号レベルの検出信号を出力する。本実施形態では、電流センサ２２Ｂを、インバータユニット２３のモータコントローラ３３のアナログ入力ポート（図示せず）に接続している。

【0046】

インバータユニット２３は、ジャンクションボックス１９と高電圧バッテリポートＨＢＰとを結ぶ電力経路２８に接続されている。インバータユニット２３は、車両統合コントローラ５から電源ポートＰＰを介して供給される電源電圧ＶＣＣによって動作する。

【0047】

インバータユニット２３は、平滑コンデンサ２９、パワーモジュール（ＰＭ）３１（請求項中のインバータ回路に相当）、モータコントローラ（ＭＣ）３３（請求項中のインバータコントローラに相当）及びドライブ回路（ＤＲ）３５を有している。

【0048】

平滑コンデンサ２９は、ジャンクションボックス１９と高電圧バッテリポートＨＢＰとを結ぶ電力経路２８を流れる高電圧の直流電力の電流を平滑化する。

【0049】

即ち、ジャンクションボックス１９と高電圧バッテリポートＨＢＰとを結ぶ電力経路２８を流れる高電圧の直流電力には、スイッチングノイズが重畳される。このスイッチングノイズは、プラグイン用充電器ＣＨＧ又はＤＣＤＣコンバータ２１のパワー半導体スイッチング素子がオンオフ動作することで発生する。平滑コンデンサ２９は、パワー半導体スイッチング素子のスイッチングノイズが重畳された高電圧の直流電力の電流を平滑化する。そして、平滑コンデンサ２９は、平滑化した高電圧の直流電力を、ＤＣＤＣコンバータ２１に供給される一部を除いて、ＵＶＷの各相に分けてパワーモジュール３１に出力する。

【0050】

パワーモジュール３１は、ＵＶＷ各相の上アーム及び下アームにパワー半導体スイッチング素子（図示せず）をそれぞれ有する三相交流のインバータ回路である。パワーモジュール３１では、各パワー半導体スイッチング素子のオンオフ動作により、平滑コンデンサ２９で平滑化された高電圧バッテリＨＢの直流電力が三相交流電力に変換される。パワー半導体スイッチング素子には、例えば、ＩＧＢＴを用いることができる。変換された三相交流電力は、推進用モータＭのＵＶＷの各相のコイルにそれぞれ供給される。

【0051】

推進用モータＭは、インバータユニット２３のパワーモジュール３１からＵＶＷの各相のコイルに供給される交流電力によって回転する。推進用モータＭが回転することで、電動車両が走行する。

【0052】

パワーモジュール３１の基板（図示せず）の接点には、電圧監視部２２Ａの測定点から引き回した配線が接続されている。この配線を接続した接点は、パワーモジュール３１の基板の不図示の導電パターンを介して、モータコントローラ３３のアナログ入力ポート（図示せず）に、電気的に接続される。

【0053】

モータコントローラ３３は、パワーコントロールユニット１内のＬＡＮを介して、信号ポートＳＰ及びコントローラ２７に接続されている。モータコントローラ３３には、信号ポートＳＰに接続された車両統合コントローラ５からのトルク指令値が入力される。

【0054】

また、モータコントローラ３３の２つのアナログ入力ポートには、パワーモジュール３１を介して電圧監視部２２Ａの測定点と、電流センサ２２Ｂとが接続される。モータコントローラ３３は、電圧監視部２２Ａの測定点の電位及び電流センサ２２Ｂの検出信号をデジタル値に変換し、電力経路２８の電圧及び通過電流を検出する。

【0055】

モータコントローラ３３は、検出した電力経路２８の電圧（インバータのＤＣ入力間電圧）に基づいて、車両統合コントローラ５から入力されたトルク指令値に応じたトルクを推進用モータＭに発生させるためのパルス信号のデューティー比を決定する。そして、決定したデューティー比のパルス信号をドライブ回路３５に出力する。

【0056】

但し、モータコントローラ３３が検出した電力経路２８の通過電流がパワーモジュール３１等の耐圧に対して過電流状態である場合は、パルス信号のデューティー比をトルク指令値に応じたデューティー比よりも下げる。パルス信号のデューティー比の下げ幅は、例えば、電力経路２８の通過電流の過電流状態が解消する程度とすることができる。

【0057】

なお、モータコントローラ３３は、検出した電力経路２８の電圧及び通過電流を、パワーコントロールユニット１内のＬＡＮを介してコントローラ２７に転送する。

【0058】

ドライブ回路３５は、モータコントローラ３３から入力されたパルス信号に基づいて制御信号（例えば、ＩＧＢＴのゲート駆動信号）を生成する。そして、生成した制御信号を、パワーモジュール３１の各パワー半導体スイッチング素子の制御端子（例えば、ＩＧＢＴのゲート）に出力する。この制御信号によりドライブ回路３５は、パワーモジュール３１の各パワー半導体スイッチング素子をオンオフ動作させる。

【0059】

ドライブ回路３５から制御端子に入力される制御信号により、パワーモジュール３１の各パワー半導体スイッチング素子は、車両統合コントローラ５からのトルク指令値に応じたトルクを推進用モータＭに出力させるパターンでオンオフ動作する。

【0060】

なお、インバータユニット２３は、直流電力を三相以上の多相交流電力に変換するものであってもよい（その場合のインバータの構成の説明は省略する）。

【0061】

放電回路２５は、平滑コンデンサ２９の残留電荷を放電させる回路で、例えば、放電抵抗４１と不図示の放電スイッチとの直列回路を含む構成とすることができる。この直列回路は、ジャンクションボックス１９と高電圧バッテリポートＨＢＰとを結ぶ電力経路２８上の、インバータユニット２３とジャンクションボックス１９との間に設けられる。

【0062】

放電抵抗４１と放電スイッチとの直列回路は、電力経路２８の正極（Ｐ極）ライン２８Ｐと負極（Ｎ極）ライン２８Ｎとの間に跨がって接続されている。不図示の放電スイッチは、通常はオフ（開放）されている。平滑コンデンサ２９の残留電荷を放電回路２５で放電させるときには、不図示の放電スイッチが、コントローラ２７の制御によってオン（閉成）される。

【0063】

コントローラ２７は、低電圧バッテリＬＢから低電圧バッテリポートＬＢＰを経て供給される低電圧の直流電力で動作する。コントローラ２７は、信号ポートＳＰ及びインバータユニット２３のモータコントローラ３３の他、ＤＣＤＣコンバータ２１及びプラグイン用充電器ＣＨＧにも、パワーコントロールユニット１内のＬＡＮを介して接続されている。

【0064】

コントローラ２７は、急速充電ポートＱＰに急速充電器ＱＣの充電ケーブル７が接続されて急速充電器ＱＣとの通信が確立すると、ジャンクションボックス１９のＱＣリレーをオンさせる。これにより、急速充電ポートＱＰと高電圧バッテリポートＨＢＰとが電力経路２８を介して接続されて、高電圧バッテリＨＢの急速充電が可能な状態となる。

【0065】

また、コントローラ２７は、商用電源に接続された普通充電用の充電ケーブル１１が商用電源ポートＣＰに接続されて、充電ケーブル１１のコントロールボックス１７から接続確認の信号を受信すると、ジャンクションボックス１９のＱＣリレーをオフさせる。これにより、急速充電ポートＱＰが電力経路２８から切り離されると共に、プラグイン用充電器ＣＨＧと高電圧バッテリポートＨＢＰとが電力経路２８を介して接続されて、高電圧バッテリＨＢの普通充電が可能な状態となる。

【0066】

なお、高電圧バッテリＨＢの急速充電及び普通充電のどちらが可能な状態においても、高電圧バッテリＨＢの充電と並行して、ＤＣＤＣコンバータ２１により変換された低電圧の直流電力による低電圧バッテリＬＢの充電が可能となる。

【0067】

また、インバータユニット２３により三相交流電力に変換された高電圧バッテリＨＢの高電圧の直流電力で推進用モータＭが動作される電動車両の走行時には、コントローラ２７は、ジャンクションボックス１９のＱＣリレーをオフさせる。そして、コントローラ２７は、インバータユニット２３の駆動等を開始させる。

【0068】

さらに、コントローラ２７は、高電圧バッテリＨＢの端子電圧に応じて、普通充電時の充電電流の目標値を決定し、プラグイン用充電器ＣＨＧに通知することができる。高電圧バッテリＨＢの端子電圧は、例えば、高電圧バッテリＨＢに設けた電圧センサの測定値を、車両統合コントローラ５から取得することができる。あるいは、高電圧バッテリＨＢの急速充電及び推進用モータＭの回転が行われていないときにモータコントローラ３３が電圧監視部２２Ａの出力から検出した電力経路２８の電圧を、高電圧バッテリＨＢの端子電圧として取得してもよい。

【0069】

また、コントローラ２７は、取得した高電圧バッテリＨＢの端子電圧により、インバータユニット２３の平滑コンデンサ２９の端子間電圧（インバータのＤＣ入力間電圧）を監視する。そして、監視したＤＣ入力間電圧の高さに応じて、プラグイン用充電器ＣＨＧの動作を制御する。さらに、コントローラ２７は、放電回路２５の不図示の放電スイッチのオンオフによる平滑コンデンサ２９の蓄積電荷の放電動作を制御する。

【0070】

さらに、コントローラ２７は、急速充電用又は普通充電用の充電ケーブル７，１１の急速充電ポートＱＰ又は商用電源ポートＣＰに対する接続を検出すると、その旨を、信号ポートＳＰに接続された車両統合コントローラ５に通知することができる。

【0071】

なお、パワーコントロールユニット１内のＬＡＮは、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network ）等の通信プロトコルを用いる車載ネットワークによって構成することができる。

【0072】

以上のように構成された本実施形態のパワーコントロールユニット１では、車両統合コントローラ５によりメインリレー３がオンされると、高電圧バッテリＨＢの高電圧の直流電力がメインリレー３を介して高電圧バッテリポートＨＢＰに入力される。高電圧バッテリポートＨＢＰに入力された高電圧の直流電力の一部はＤＣＤＣコンバータ２１に供給され、残りは全てインバータユニット２３に供給される。

【0073】

ＤＣＤＣコンバータ２１に供給された高電圧の直流電力は、低電圧の直流電力に変換され、低電圧バッテリＬＢの充電用電力として低電圧バッテリポートＬＢＰに出力される。インバータユニット２３に供給された高電圧の直流電力は、インバータユニット２３により三相交流電力に変換され、推進用モータＭのＵＶＷの各相のコイルにそれぞれ供給される。三相交流電力が供給された推進用モータＭは、車両統合コントローラ５がアクセルの操作量に応じて決定したトルク指令値に応じた速度で回転される。

【0074】

また、パワーコントロールユニット１では、電動車両の駐車中に、急速充電用の充電ケーブル７の急速充電ポートＱＰに対する接続をコントローラ２７が検出すると、ジャンクションボックス１９のＱＣリレーがコントローラ２７によってオンされる。また、コントローラ２７から通知された車両統合コントローラ５によりメインリレー３がオンされる。

【0075】

ＱＣリレーがＯＮされると、急速充電器ＱＣからの高電圧の直流電力が急速充電ポートＱＰに入力される。急速充電ポートＱＰに入力された高電圧の直流電力の一部はＤＣＤＣコンバータ２１に供給され、残りは全て高電圧バッテリポートＨＢＰに供給される。

【0076】

ＤＣＤＣコンバータ２１に供給された高電圧の直流電力は、低電圧の直流電力に変換され、低電圧バッテリＬＢの充電用電力として低電圧バッテリポートＬＢＰに出力される。高電圧バッテリポートＨＢＰに供給された高電圧の直流電力は、高電圧バッテリＨＢの急速充電用の電力として、メインリレー３を介して高電圧バッテリＨＢに出力される。

【0077】

さらに、パワーコントロールユニット１では、電動車両の駐車中に、商用電源に接続された普通充電用の充電ケーブル１１の商用電源ポートＣＰに対する接続をコントローラ２７が検出すると、商用電源の交流電力が商用電源ポートＣＰに入力される。商用電源ポートＣＰに入力された商用電源の交流電力は、プラグイン用充電器ＣＨＧで高電圧の直流電力に変換される。変換された高電圧の直流電力は高電圧バッテリポートＨＢＰに供給される。高電圧バッテリポートＨＢＰに供給された高電圧の直流電力は、高電圧バッテリＨＢの普通充電用の電力として、メインリレー３を介して高電圧バッテリＨＢに出力される。

【0078】

ところで、急速充電器ＱＣによる高電圧バッテリＨＢの急速充電や、プラグイン用充電器ＣＨＧによる高電圧バッテリＨＢの普通充電は、電動車両が駐車中のときに行われる。そして、電動車両の駐車中にコントローラ２７がモータコントローラ３３から取得する電力経路２８の電圧及び通過電流は、高電圧バッテリＨＢの端子電圧及び充放電電流と見倣すことができる。即ち、電動車両の駐車中は推進用モータＭが停止していて、推進用モータＭが高電圧バッテリＨＢの電力を消費することはない。また、駐車中の電動車両は動かないことから、推進用モータＭの回生電流が電力経路２８を流れることもない。

【0079】

そこで、コントローラ２７は、電動車両の駐車中にモータコントローラ３３から転送される電力経路２８の電圧及び通過電流を、高電圧バッテリＨＢの端子電圧及び充放電電流として取得する。そして、コントローラ２７は、取得した高電圧バッテリＨＢの端子電圧及び充放電電流を、急速充電や普通充電の充電条件の決定、充電中における高電圧バッテリＨＢの状態の把握等に利用することができる。

【0080】

次に、コントローラ２７が、高電圧バッテリＨＢの端子電圧及び充放電電流として取得する、電動車両の駐車中にモータコントローラ３３から転送される電力経路２８の電圧及び通過電流を用いて、急速充電器ＱＣによる急速充電動作を制御する場合を説明する。

【0081】

図２は、コントローラ２７がプログラムにしたがって実行する、急速充電器ＱＣによる高電圧バッテリＨＢの急速充電に関する制御の手順の一例を示すフローチャートである。コントローラ２７は、図２のフローチャートに示す手順を、周期的に繰り返し実行する。

【0082】

まず、コントローラ２７は、電動車両の駐車中に、急速充電用の充電ケーブル７が急速充電ポートＱＰに接続されたか否かを確認する（ステップＳ１）。電動車両が駐車中であることは、例えば、電動車両のイグニッションスイッチのオフ、シフトポジション、パーキングブレーキの状態等で特定することができる。

【0083】

充電ケーブル７が急速充電ポートＱＰに接続されていない場合は（ステップＳ１でＮＯ）、一連の処理を終了する。また、充電ケーブル７が急速充電ポートＱＰに接続された場合は（ステップＳ１でＹＥＳ）、コントローラ２７は、モータコントローラ３３から転送される電力経路２８の電圧を高電圧バッテリＨＢの端子電圧として取得する（ステップＳ３）。そして、コントローラ２７は、取得した端子電圧に基づいて、高電圧バッテリＨＢの急速充電の充電条件を決定し急速充電器ＱＣに通知する（ステップＳ５）。

【0084】

次に、コントローラ２７は、急速充電器ＱＣからの急速充電用電力の供給開始の通知を待ち受ける（ステップＳ７）。そして、供給開始の通知を受け取ったら（ステップＳ７でＹＥＳ）、コントローラ２７は、ジャンクションボックス１９のＱＣリレーをオンさせる（ステップＳ９）。これにより、急速充電器ＱＣからの急速充電用電力が急速充電ポートＱＰから電力経路２８に入力され、高電圧バッテリポートＨＢＰから高電圧バッテリＨＢに供給されて、高電圧バッテリＨＢの急速充電が開始される。

【0085】

続いて、コントローラ２７は、モータコントローラ３３から高電圧バッテリＨＢの端子電圧を取得する（ステップＳ１０）。そして、急速充電器ＱＣからの急速充電用電力の供給開始の通知中にある充電電圧（通知中の電圧値）が、モータコントローラ３３から取得した高電圧バッテリＨＢの端子電圧（実電圧値）と一致するか否かを確認する（ステップＳ１１）。

【0086】

一致しない場合は（ステップＳ１１でＮＯ）、コントローラ２７は、供給開始の通知中にある充電電圧が高電圧バッテリＨＢの端子電圧と一致しない異常状態であることを、急速充電器ＱＣに通知する（ステップＳ１３）。そして、後述するステップＳ１５に処理を移行する。また、一致した場合は（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１５に処理を移行する。

【0087】

ステップＳ１５では、コントローラ２７は、モータコントローラ３３から高電圧バッテリＨＢの端子電圧を取得する。そして、コントローラ２７は、取得した端子電圧が高電圧バッテリＨＢの急速充電を終了する値に達したか否かを確認する（ステップＳ１７）。急速充電の終了値に達していない場合は（ステップＳ１７でＮＯ）、ステップＳ１５にリターンする。また、急速充電の終了値に達した場合は（ステップＳ１７でＹＥＳ）、コントローラ２７は、急速充電器ＱＣに充電停止を通知する（ステップＳ１９）。

【0088】

続いて、コントローラ２７は、急速充電用電力の充電ケーブル７からの供給を停止した急速充電器ＱＣからの、充電停止の通知を待ち受ける（ステップＳ２１）。そして、充電停止の通知を受け取ったら（ステップＳ２１でＹＥＳ）、コントローラ２７は、ジャンクションボックス１９のＱＣリレーをオフさせ（ステップＳ２３）、平滑コンデンサ２９の蓄積電荷を放電回路２５において放電させる（ステップＳ２５）。

【0089】

さらに、放電回路２５における放電の終了後に、コントローラ２７は、モータコントローラ３３から電力経路２８の通過電流を取得する（ステップＳ２７）。そして、コントローラ２７は、取得した通過電流から、急速充電器ＱＣからの急速充電用電力の供給が停止したか否かを確認する（ステップＳ２９）。

【0090】

急速充電用電力の供給が停止していない場合は（ステップＳ２９でＮＯ）、コントローラ２７は、急速充電器ＱＣに供給停止のエラーを通知し（ステップＳ３１）、ステップＳ１９にリターンする。また、急速充電用電力の供給が停止した場合は（ステップＳ２９でＹＥＳ）、コントローラ２７は、急速充電器ＱＣに供給停止の確認信号を出力し（ステップＳ３３）、一連の処理を終了する。

【0091】

以上の説明からも明らかなように、本実施形態では、図２のフローチャートにおけるステップＳ１０、ステップＳ１１、ステップＳ２７及びステップＳ２９が、請求項中の検出部に対応する処理となっている。また、本実施形態では、図２中のステップＳ１３が、請求項中の報知部に対応する処理となっている。さらに、本実施形態では、図２中のステップＳ３３が、請求項中の確認部に対応する処理となっている。

【0092】

このように、本実施形態では、高電圧バッテリＨＢの直流電力を交流に変換するパワーモジュール３１の制御内容をモータコントローラ３３が決定するのに利用する電力経路２８の通過電流を、高電圧バッテリＨＢの急速充電の充電停止後に利用するようにした。

【0093】

即ち、モータコントローラ３３は、高電圧バッテリＨＢの直流電力を交流に変換して推進用モータＭに供給し、推進用モータＭを回転させるときに、電流センサ２２Ｂが測定する電力経路２８の通過電流を利用する。つまり、電動車両の走行時に利用する。反対に、高電圧バッテリＨＢを急速充電する電動車両の駐車中には、推進用モータＭを回転させないので、モータコントローラ３３は、電流センサ２２Ｂが測定する電力経路２８の通過電流を利用しない。

【0094】

このため、コントローラ２７が、高電圧バッテリＨＢの急速充電の充電停止後に、電流センサ２２Ｂが測定した電力経路２８の通過電流を利用して急速充電器ＱＣからの充電用電力の供給停止を確認しても、モータコントローラ３３の動作には影響しない。よって、急速充電器ＱＣからの充電用電力の供給停止をコントローラ２７に確認させるために、電力経路２８の通過電流を測定する新たな電流センサを設けなくても、既存の電流センサ２２Ｂをモータコントローラ３３と共用することができる。

【0095】

仮に、新たな電流センサで電力経路２８の通過電流を測定する場合は、パワーコントロールユニット１内に電力経路２８が存在するので、新たな電流センサもパワーコントロールユニット１内に配置する必要がある。しかも、電力経路２８は高電圧バッテリＨＢの直流電力の伝送に使われる強電系の部品である。一方、電流センサの測定値を利用するのは弱電系のコントローラ２７であり、電力経路２８と同じパワーコントロールユニット１内に配置される。

【0096】

このため、弱電系のコントローラ２７に新たな電流センサを接続して電力経路２８の通過電流を測定する場合は、コントローラ２７と同じく弱電系となる電流センサと、強電系の電力経路２８との間に、十分な絶縁距離を確保する必要がある。そうすると、新たな電流センサの実装基板が大型化し、ひいては、パワーコントロールユニット１が大型化してしまう。

【0097】

一方、本実施形態のパワーコントローラ１では、既存の強電監視部２２の電流センサ２２Ｂを、従来から利用しているモータコントローラ３３が利用しない電動車両の駐車中にコントローラ２７が利用する。このため、パワーコントロールユニット１を現状の大きさのままとして大型化を回避し、かつ、パワーコントロールユニット１内の電力経路２８の通過電流をパワーコントロールユニット１内の電流センサ２２Ｂで測定する構成を実現することができる。

【0098】

なお、本実施形態では、電動車両を走行させるためにモータコントローラ３３がドライブ回路３５に出力するパルス信号のデューティー比を決定するのに必要な電力経路２８の電圧の検出に、パワーコントロールユニット１内の電圧監視部２２Ａを用いた。そして、モータコントローラ３３が利用しない電動車両の駐車中に、電圧監視部２２Ａの出力からモータコントローラ３３が検出した電力経路２８の電圧を、高電圧バッテリＨＢの充電の条件を決定するためにコントローラ２７が利用する構成とした。しかし、電圧監視部２２Ａの配置及び電動車両の駐車中にコントローラ２７が利用する構成は、省略してもよい。

【0099】

また、急速充電の停止後に急速充電器ＱＣからの充電用電力の供給が停止したことをコントローラ２７が確認したら、確認信号を急速充電器ＱＣに出力する構成は、省略してもよい。

【0100】

さらに、電動車両の駐車中に、電圧監視部２２Ａの出力からモータコントローラ３３が検出した電力経路２８の電圧（高電圧バッテリＨＢの実電圧値）と、急速充電器ＱＣから通知された充電電圧（通知上の電圧値）との一致を確認する構成も、省略してもよい。あるいは、確認する構成は残し、一致しない場合に、急速充電器ＱＣから通知された充電電圧が異常であることを報知信号によって急速充電器ＱＣに通知する構成のみ省略してもよい。

【0101】

また、本実施形態では、電動車両の駐車中にモータコントローラ３３が検出した電力経路２８の電圧及び通過電流を、高電圧バッテリＨＢの急速充電のためにコントローラ２７が利用する場合について説明した。しかし、高電圧バッテリＨＢの普通充電のためにコントローラ２７が利用する構成としてもよい。

【0102】

さらに、本実施形態では、パワーコントロールユニット１がジャンクションボックス１９、ＤＣＤＣコンバータ２１、強電監視部２２、インバータユニット２３、放電回路２５、コントローラ２７、電力経路２８及びプラグイン用充電器ＣＨＧを有するものとした。しかし、これらが全て設けられたパワーコントロールユニット１でなくても、本発明を適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0103】

本発明は、モータを推進源に用いる車両のパワーコントロールユニットにおいて利用することができる。

【符号の説明】

【0104】

１ パワーコントロールユニット
３ メインリレー（Ｍ／Ｒ）
５ 車両統合コントローラ
７ 急速充電器の充電ケーブル
９ コネクタ
１１ 普通充電用の充電ケーブル
１３ コネクタ
１５ プラグ
１７ コントロールボックス
１９ ジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）
２１ ＤＣＤＣコンバータ
２２ 強電監視部
２２Ａ 電圧監視部
２２Ｂ 電流センサ
２３ インバータユニット
２５ 放電回路
２７ コントローラ（検出部、確認部、報知部）
２８ 電力経路（高電圧ライン）
２８Ｎ 電力経路の負極（Ｎ極）ライン
２８Ｐ 電力経路の正極（Ｐ極）ライン
２９ 平滑コンデンサ
３１ パワーモジュール（インバータ回路）
３３ モータコントローラ（インバータコントローラ）
３５ ドライブ回路
４１ 放電抵抗
ＡＣＣ 補機
ＣＨＧ プラグイン用充電器
ＣＰ 商用電源ポート
ＨＢ 高電圧バッテリ
ＨＢＰ 高電圧バッテリポート
ＬＢ 低電圧バッテリ
ＬＢＰ 低電圧バッテリポート
Ｍ 推進用モータ
ＰＰ 電源ポート
ＱＣ 急速充電器（充電器）
ＱＰ 急速充電ポート
ＳＰ 信号ポート
ＶＣＣ 電源電圧

【図1】

【図2】