JP5227230B2

JP5227230B2 - 電動車両

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Publication number: JP5227230B2
Application number: JP2009071307A
Authority: JP
Inventors: 光頼松村; 章二永田
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: JP2010226869A

Description

この発明は、電動車両に関し、より特定的には主蓄電装置および複数の副蓄電装置を搭載した電動車両での短絡故障発生時の異常処理に関する。

近年、環境に優しい車両として、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等の電動車両が開発され実用化されている。これらの電動車両には、モータとそれを駆動するための電源装置が搭載されている。

電動車両では１回の充電で走行可能な距離が長いことが望まれる。また、ハイブリッド自動車でも、車両外部から蓄電装置を充電可能にする構成を採用する場合には、内燃機関を使わずに走行可能な距離が、１回の充電当り長いことが望まれる。このために、たとえば特開２００８−２９０５０号公報（特許文献１）には、複数の蓄電装置を、コンバータによって並列に充放電制御する構成が記載されている。特に、特許文献１では、蓄電装置の充電時には、電圧変換器（コンバータ）の上アーム素子をオン固定することによって、昇温制御時のオン損失を低減することが記載されている。

また、特開２００７−２３６０１３号公報（特許文献２）には、単一の蓄電装置を備えたハイブリッド自動車において、昇圧コンバータの上アームがオン故障した場合に、異常検知装置により過電圧が検出されインバータが遮断される際に退避走行許可信号により遮断が解除される構成が記載されている。

特開２００８−２９０５０号公報特開２００７−２３６０１３号公報

特許文献１に記載されたような、複数の蓄電装置が、それぞれに対応するコンバータを介して接続されている構成では、いずれかのコンバータにスイッチング素子のオン故障（短絡故障）が発生すると、短絡故障したスイッチング素子と、他のコンバータの逆並列ダイオードとを介して、蓄電装置間に短絡電流が発生するおそれがある。したがって、いずれかのコンバータに上アーム素子のオン故障が発生した場合には、当該短絡電流の発生を防止しつつ、かつ適切に退避走行が実行できるような異常時処理を行なうことが要求される。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、複数の電圧変換器を介して複数の蓄電装置が共通の給電ラインに対して並列に接続される構成の電動車両において、電圧変換器の短絡故障発生時に適切な異常時処理を行なうことである。

この発明による電動車両は、主蓄電装置および複数の副蓄電装置と、モータを駆動するインバータに給電するための給電ラインと、第１および第２の電圧変換器と、複数の開閉装置と、制御装置とを備える。第１の電圧変換器は、主蓄電装置および給電ラインの間に設けられ、双方向の電圧変換を行うように構成される。第２の電圧変換器は、複数の副蓄電装置および給電ラインの間に設けられ、双方向の電圧変換を行うように構成される。複数の開閉装置は、複数の副蓄電装置と第２の電圧変換器との間にそれぞれ設けられる。制御装置は、複数の副蓄電装置のオンオフおよび第１および第２の電圧変換器の動作を制御するように構成される。第１の電圧変換器は、主蓄電装置および給電ラインの間に接続された第１のスイッチング素子と、主蓄電装置から給電ラインへ向かう方向を順方向として第１のスイッチング素子と並列に接続された第１の整流素子とを含む。第２の電圧変換器は、複数の開閉装置と共通に接続された副給電ラインと給電ラインとの間に接続された第２のスイッチング素子と、副給電ラインから給電ラインへ向かう方向を順方向として第２のスイッチング素子と並列に接続された第２の整流素子とを含む。そして、制御装置は、第１および第２のスイッチング素子のいずれかに短絡故障が発生したときには、複数の開閉装置の各々をオフするとともに第１および第２の電力変換器の作動を停止する第１の異常処理をする。さらに、制御装置は、第１の異常処理の実行後に、第１のスイッチング素子が短絡故障のときには、第１のスイッチング素子のみをオンさせるともに第２の電力変換器を停止させる第２の異常処理を実行する一方で、第２のスイッチング素子が短絡故障のときには、第１の電力変換器によって給電ラインの電圧を所定電圧よりも低く制御するとともに第２の電力変換器を停止させる第３の異常処理を実行する。

この発明によれば、複数の電圧変換器を介して複数の蓄電装置が共通の給電ラインに対して並列に接続される構成の電動車両において、電圧変換器の短絡故障発生時に、短絡電流の発生を確実に防止するとともに、一部の蓄電装置の電力を用いた車両走行（退避走行）を行うことができる。

本発明の実施の形態による電動車両の主たる構成を示す図である。図１のインバータの詳細な構成を示す回路図である。図１に示した昇圧コンバータの詳細な構成を示す回路図である。副バッテリに対応する昇圧コンバータで上アーム素子の短絡故障が発生した場合の短絡電流経路を示す回路図である。主バッテリに対応する昇圧コンバータで上アーム素子の短絡故障が発生した場合の短絡電流経路を示す回路図である。本発明の実施の形態の電動車両による昇圧コンバータの上アーム素子における短絡故障発生時の異常処理手順を説明するフローチャートである。副バッテリに対応する昇圧コンバータで上アーム素子の短絡故障が発生したときの異常処理を説明する回路図である。主バッテリに対応する昇圧コンバータで上アーム素子の短絡故障が発生したときの異常処理を説明する回路図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態による電動車両１の主たる構成を示す図である。
図１を参照して、電動車両１は、蓄電装置であるバッテリＢＡ，ＢＢ１，ＢＢ２と、開閉装置３９Ａ，３９Ｂと、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂと、平滑用コンデンサＣ１，Ｃ２，ＣＨと、電圧センサ１０Ａ，１０Ｂ１，１０Ｂ２，１３，２１Ａ，２１Ｂと、インバータ１４，２２と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、車輪２と、制御装置３０とを含む。

本実施の形態に示される車両の電源装置は、主蓄電装置であるバッテリＢＡと、モータジェネレータＭＧ２を駆動するインバータ１４に給電を行なう給電ラインＰＬ２と、主蓄電装置（ＢＡ）と給電ラインＰＬ２との間に設けられ、電圧変換を行なう電圧変換器である昇圧コンバータ１２Ａと、互いに並列的に設けられた複数の副蓄電装置であるバッテリＢＢ１，ＢＢ２と、複数の副蓄電装置（ＢＢ１，ＢＢ２）と給電ラインＰＬ２との間に設けられ、双方向の電圧変換を行なうように構成された「第１の電圧変換器」である昇圧コンバータ１２Ｂとを備える。

「第２の電圧変換器」である電圧変換器（１２Ｂ）は、複数の副蓄電装置（ＢＢ１，ＢＢ２）のうちのいずれか１つに選択的に接続されて、給電ラインＰＬ２と選択的に接続された副蓄電装置との間で双方向の電圧変換を行なうように構成される。

副蓄電装置（ＢＢ１またはＢＢ１の一方）と主蓄電装置（ＢＡ）とは、たとえば、同時使用することにより給電ラインに接続される電気負荷（２２およびＭＧ２）に許容された最大パワーを出力可能であるように蓄電可能容量が設定される。これによりエンジンを使用しないＥＶ（Electric Vehicle）走行において最大パワーの走行が可能である。副蓄電装置の蓄電状態が悪化したら、副蓄電装置を交換してさらに走行させればよい。そして副蓄電装置の電力が消費されてしまったら、主蓄電装置に加えてエンジンを使用することによって、副蓄電装置を使用しないでも最大パワーの走行を可能とすることができる。

また、このような構成とすることにより、昇圧コンバータ１２Ｂを複数の副蓄電装置で兼用するので、昇圧コンバータの数を蓄電装置の数ほど増やさなくて良くなる。ＥＶ走行距離をさらに伸ばすために、バッテリＢＢ１，ＢＢ２に並列にさらにバッテリを追加すれしてもよい。

好ましくは、この車両に搭載される蓄電装置は外部から充電が可能である。このために、電動車両１は、さらに、たとえばＡＣ１００Ｖの商用電源８に接続するためのバッテリ充電装置（バッテリ充電用コンバータ）６を含む。バッテリ充電装置６は、交流を直流に変換するとともに電圧を調圧してバッテリに与える。なお、外部充電可能とするために、他にも、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のステータコイルの中性点を交流電源に接続する方式や昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂを合わせて交流直流変換装置として機能させる方式を用いても良い。

なお、図１に示す構成に代えて、外部電源と車両とを非接触のまま電磁的に結合して電力を供給する構成、具体的には外部電源側に一次コイルを設けるとともに、車両側に二次コイルを設け、一次コイルと二次コイルとの間の相互インダクタンスを利用して電力供給を行う構成により、外部電源を受入れてもよい。

平滑用コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１Ａと接地ラインＳＬ２間に接続される。電圧センサ２１Ａは、平滑用コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬＡを検出して制御装置３０に対して出力する。昇圧コンバータ１２Ａは、平滑用コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。

平滑用コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ１Ｂと接地ラインＳＬ２間に接続される。電圧センサ２１Ｂは、平滑用コンデンサＣ２の両端間の電圧ＶＬＢを検出して制御装置３０に対して出力する。昇圧コンバータ１２Ｂは、平滑用コンデンサＣ２の端子間電圧を昇圧する。

平滑用コンデンサＣＨは、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂによって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣＨの端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ｂまたは１２Ａから与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ１２Ｂまたは１２Ａから与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。遊星歯車機構は、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転が定まれば、他の１つの回転軸の回転は強制的に定まる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪２に結合されている。また動力分割機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

開閉装置３９Ａは、バッテリＢＡの正極と電源ラインＰＬ１Ａとの間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、システムメインリレーＳＭＲ２と並列接続される直列に接続されたシステムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒと、バッテリＢＡの負極（接地ラインＳＬ１）とノードＮ２との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３とを含む。

システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置３０から与えられる制御信号ＣＯＮＴ１〜ＣＯＮＴ３にそれぞれ応じて導通／非導通状態が制御される。

電圧センサ１０Ａは、バッテリＢＡの端子間の電圧ＶＡを測定する。図示しないが、電圧センサ１０ＡとともにバッテリＢＡの充電状態を監視するために、バッテリＢＡに流れる電流を検知する電流センサが設けられている。バッテリＢＡとしては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。

開閉装置３９Ｂは、電源ラインＰＬ１Ｂおよび接地ラインＳＬ２とバッテリＢＢ１、ＢＢ２との間に設けられている。開閉装置３９Ｂは、バッテリＢＢ１の正極と電源ラインＰＬ１Ｂとの間に接続されるリレーＳＲ１と、バッテリＢＢ１の負極と接地ラインＳＬ２との間に接続されるリレーＳＲ１Ｇと、バッテリＢＢ２の正極と電源ラインＰＬ１Ｂとの間に接続されるリレーＳＲ２と、バッテリＢＢ２の負極と接地ラインＳＬ２との間に接続されるリレーＳＲ２Ｇとを含む。開閉装置３９Ｂを構成する、リレーＳＲ１，ＳＲ１ＧおよびリレーＳＲ２，ＳＲ２Ｇは「複数の開閉装置」を構成する。また、電源ラインＰＬ１Ｂは、「副電源ライン」に対応する。

リレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０から与えられる制御信号ＣＯＮＴ４，ＣＯＮＴ５にそれぞれ応じて導通／非導通状態が制御される。リレーＳＲ１Ｇ，ＳＲ２Ｇは、制御装置３０から与えられる制御信号ＣＯＮＴ６，ＣＯＮＴ７にそれぞれ応じて導通／非導通状態が制御される。接地ラインＳＬ２は、後に説明するように昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂの中を通ってインバータ１４および２２側に延びている。

電圧センサ１０Ｂ１は、バッテリＢＢ１の端子間の電圧ＶＢＢ１を測定する。電圧センサ１０Ｂ２は、バッテリＢＢ２の端子間の電圧ＶＢＢ２を測定する。図示しないが、電圧センサ１０Ｂ１，１０Ｂ２とともにバッテリＢＢ１，ＢＢ２の充電状態を監視するために、各バッテリに流れる電流を検知する電流センサが設けられている。バッテリＢＢ１，ＢＢ２としては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。

インバータ１４は、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２に接続されている。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂから昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４を始動させるために、モータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂは、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

インバータ２２は、インバータ１４と並列的に、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２に接続されている。インバータ２２は車輪２を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂの出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂは、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

電流センサ２５は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、ＥＣＵの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各トルク指令値および回転速度、電圧ＶＢＡ，ＶＢＢ１，ＶＢＢ２，ＶＬＡ，ＶＬＢ，ＶＨの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２Ｂに対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵＢ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤＢおよび動作禁止を指示するシャットダウン信号を出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂの出力である直流電圧を、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示を行なう制御信号ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示を行なう制御信号ＰＷＭＣ１とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対してモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に直流電圧を変換する駆動指示を行なう制御信号ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示を行なう制御信号ＰＷＭＣ２とを出力する。

図２は、図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。
図１、図２を参照して、インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７は、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードから引出されたラインＵＬに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードから引出されたラインＶＬに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードから引出されたラインＷＬに接続される。

なお、図１のインバータ２２についても、モータジェネレータＭＧ２に接続される点が異なるが、内部の回路構成についてはインバータ１４と同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図２には、インバータに制御信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＣが与えられることが記載されているが、記載が複雑になるのを避けるためであり、図１に示されるように、別々の制御信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＣ１と制御信号ＰＷＭＩ２，ＰＷＭＣ２がそれぞれインバータ１４，２２に入力される。

図３は、図１の昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂの詳細な構成を示す回路図である。
図１、図３を参照して、昇圧コンバータ１２Ａは、一方端が電源ラインＰＬ１Ａに接続されるリアクトルＬ１と、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

なお、図１の昇圧コンバータ１２Ｂについても、電源ラインＰＬ１Ａに代えて電源ラインＰＬ１Ｂに接続される点が昇圧コンバータ１２Ａと異なるが、内部の回路構成については昇圧コンバータ１２Ａと同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図３には、昇圧コンバータに制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤが与えられることが記載されているが、記載が複雑になるのを避けるためであり、図１に示されるように、別々の制御信号ＰＷＵＡ，ＰＷＤＡと制御信号ＰＷＵＢ，ＰＷＤＢがそれぞれインバータ１４，２２に入力される。

なお、図２および図３において、ＩＧＢＴ素子は、オンオフ制御可能な電力半導体スイッチング素子の代表例として示される。すなわち、ＩＧＢＴ素子以外のスイッチング素子を適用することも可能である。以下では、ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ８について、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８とも称する。また、図３のコンバータ構成において、スイッチング素子Ｑ１は「上アーム素子」に対応し、スイッチング素子Ｑ２は「下アーム素子」に対応する。

図１に示した電動車両１では、開閉装置３９Ａ，３９Ｂによって、バッテリＢＡ，ＢＢ１，ＢＢ２を選択的に使用して、車両走行が制御される。基本的には、主蓄電装置としてのバッテリＢＡ（主バッテリとも称する）と、副蓄電装置としてのバッテリＢＢ１，ＢＢ２の一方とを使用して車両走行が行なわれる。すなわち、開閉装置３９Ｂは、バッテリＢＢ１，ＢＢ２（副バッテリとも称する）の一方を昇圧コンバータ１２Ｂと接続するように、リレーのオンオフを制御する。以下では、昇圧コンバータ１２Ｂと接続されている、バッテリＢＢ１，ＢＢ２の一方について、選択副バッテリＢＢとも称することとする。

あるいは、副バッテリＢＢ１，ＢＢ２の両方の電力を使い切った場合（ＳＯＣが所定レベルよりも低下した場合）には、副バッテリＢＢ１，ＢＢ２の両方を昇圧コンバータ１２Ｂから切り離すように開閉装置３９Ｂを制御した上で、主バッテリＢＡのみをモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の電源とする走行モードを適用することも可能である。当該走行モードでは、主バッテリＢＡのＳＯＣを所定の目標値に維持するように、主バッテリＢＡのＳＯＣ低下時には、エンジン４の出力を用いてモータジェネレータＭＧ１がバッテリＢＡの充電電力を発生させるような走行制御が行なうことが好ましい。

本実施の形態では、主バッテリＢＡおよび選択副バッテリＢＢとが使用されている場合に、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂのいずれか一方で、上アーム素子（スイッチング素子Ｑ１）の短絡故障が発生した場合の処理について説明する。

昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂは、通常、給電ラインＰＬ２の電圧ＶＨを、各バッテリＢＡ，ＢＢ１，ＢＢ２の出力電圧よりも高い電圧に制御するように動作する。このため、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂが正常に動作している間は、主バッテリＢＡと選択副バッテリＢＢの間に短絡経路が発生することはない。

図４および図５には、昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂのいずれか一方で上アーム素子（スイッチ素子Ｑ１）の短絡故障（オン故障）が発生した場合の短絡電流経路が示される。図４には、昇圧コンバータ１２Ｂで上アーム素子のオン故障が発生した場合が示され、図５には、昇圧コンバータ１２Ａにおいて上アーム素子のオン故障が発生した場合が示される。

図４を参照して、昇圧コンバータ１２Ｂで上アーム素子がオン故障すると、主バッテリＢＡの電圧が、選択副バッテリＢＢの電圧よりも高いときには、主バッテリＢＡ〜昇圧コンバータ１２Ａの上アームダイオード〜給電ラインＰＬ２〜昇圧コンバータ１２Ｂの上アーム素子（オン故障）〜選択副バッテリＢＢの短絡経路が発生する。

一方図５を参照して、昇圧コンバータ１２Ａで上アーム素子がオン故障すると、選択副バッテリＢＢの電圧が、主バッテリＢＡの電圧よりも高いときには、選択副バッテリＢＢ〜昇圧コンバータ１２Ｂの上アームダイオード〜給電ラインＰＬ２〜昇圧コンバータ１２Ａの上アーム素子（オン故障）〜主バッテリＢＡの短絡経路が発生する。

したがって、昇圧コンバータ１２Ａまたは１２Ｂに上アーム素子のオン故障が発生した場合には、図４および図５に示すような短絡電流の発生を防止することが最低限必要となる。

図６は、本発明の実施の形態における電動車両における、昇圧コンバータの上アーム素子における短絡故障発生時の異常処理手順を説明するフローチャートである。たとえば、図６に示すフローチャートは、制御装置３０に予め格納されたプログラムを所定周期で起動することによって実現される。なお、図６に示したフローチャートの各ステップについては、ソフトウェアによる処理ではなく、専用の電子回路（ハードウェア）によって実現してもよい。

制御装置３０は、ステップＳ１００により、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂのいずれかに上アーム素子（スイッチング素子Ｑ１）のオン故障が発生しているかどうかを判定する。たとえば、ステップＳ１００による判定は、自己異常検知機能を備えたＩＰＭ（Intelligent Power Module）として設けられたスイッチング素子Ｑ１からの、故障検出信号に基づいて実行される。

上アームオン故障の非発生時（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、以下で説明する異常処理は実行されない。

制御装置３０は、上アームオン故障の発生時（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１１０により、まずインバータ１４，２２および昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂのゲート遮断を実行する。これにより、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂおよびインバータ１４，２２に対して、各スイッチング素子を強制的にオフさせるような制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤ，ＰＷＭ１，ＰＷＭＣが送出される。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ１２０により、開閉装置３９Ｂを遮断する。具体的には、開閉装置３９Ｂを構成する各リレーＳＲ１，ＳＲ１Ｇ，ＳＲ２，ＳＲ２Ｇを遮断（開放）するように、制御信号ＣＯＮＴ４〜ＣＯＮＴ７（図１）を生成する。これにより、選択副バッテリＢＢを含む副バッテリＢＢ１，ＢＢ２の双方が、確実に昇圧コンバータ１２Ｂから電気的に切り離される。この結果、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂのいずれに上アーム素子のオン故障が発生した場合にも、図４および図５に示したバッテリ間短絡電流が発生することを確実に防止できる。すなわち、ステップＳ１２０による処理は、「第１の異常処理」に対応する。

その後、制御装置３０は、開閉装置３９Ｂの遮断状態を維持したままで、主バッテリＢＡの電力を用いた走行を可能とするために、ステップＳ１３０〜Ｓ１６０の処理を実行する。まず、制御装置３０は、ステップＳ１３０により、インバータ１４，２２および昇圧コンバータ１２Ａのゲート遮断を解除する。これにより、インバータ１４，２２および昇圧コンバータ１２Ａについては、スイッチング素子のオンオフ制御が可能となる。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ１４０により、上アーム素子のオン故障が、昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂのいずれで発生しているかを判定する。そして、昇圧コンバータ１２Ａの上アーム素子（第１のスイッチング素子）がオン故障している場合（Ｓ１４０のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ１５０に処理を進めて、昇圧コンバータ１２Ｂの動作を停止させた上で、昇圧コンバータ１２Ａのみ上アーム素子をオン固定するように制御する。すなわち、昇圧コンバータ１２Ａの下アーム素子および昇圧コンバータ１２Ｂの上アーム素子および下アーム素子の各々は、固定的にオフ状態に制御される。

これにより、図８に示されるように、開閉装置３９Ｂが遮断され、かつ、昇圧コンバータ１２Ｂが停止とされた状態で、オン故障している昇圧コンバータ１２Ａの上アーム素子のみが導通した状態で、電動車両１の走行が継続される。この結果、車両内に過電圧を発させることなく、主バッテリＢＡの電力を用いた車両走行（退避走行）を実現することができる。すなわち、ステップＳ１５０による処理は、「第２の異常処理」に対応する。

再び図６を参照して、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２Ｂの上アーム素子（第２のスイッチング素子）がオン故障している場合（Ｓ１４０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１６０に処理を進めて、開閉装置３９Ｂの遮断状態を維持した上で、昇圧コンバータ１２Ａによって、給電ラインＰＬ２の電圧制御を実行する。

このとき、昇圧コンバータ１２Ｂのオン故障によって、コンデンサＣ２等の副バッテリ系の構成部品が、給電ラインＰＬ２と電気的に接続される状態となっている。したがって、ステップＳ１６０での電圧制御におけるＶＨ指令値は、副バッテリ系の構成部品（平滑コンデンサＣ２）の耐圧を超えることがないような電圧に設定される。

これにより、図７に示されるように、昇圧コンバータ１２Ａの出力電圧、すなわち、給電ラインＰＬ２の電圧が、オン故障が発生している副バッテリ系で過電圧による機器損傷が発生しないように制限された上で、主バッテリＢＡから給電ラインＰＬ２へ供給された電力を用いた車両走行（退避走行）を実現することができる。すなわち、ステップＳ１６０による処理は、「第３の異常処理」に対応する。

このように、本実施の形態による電動車両では、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂのいずれかの上アーム素子にオン故障が発生した場合には、バッテリ間の短絡電流が発生することを防止する異常処理（第１の異常処理）を確実に実行できる。さらに、短絡電流の発生を防いだ上で、いずれの昇圧コンバータでオン故障が発生しているかどうかに応じて、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂを適切に動作させることにより（第２の異常処理または第３の異常処理）、車両内部で過電圧を発生させることなく、主バッテリＢＡの電力を用いた車両走行（退避走行）を実現することができる。

また、図１にはハイブリッド車両を例示したが、本発明の適用はこのような構成に限定されるものではない。すなわち、図１とは異なるハイブリッド構成のハイブリッド車両に対しても本発明を適用可能であり、かつ、エンジンを搭載していない電気自動車や燃料電池自動車等であっても、主バッテリと複数の副バッテリとを搭載する構成であれば本発明を適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、複数個の蓄電装置を搭載した、ハイブリッド車両、電気自動車および燃料電池自動車等の電動車両に適用することができる。

１電動車両、２車輪、３動力分割機構、４エンジン、６バッテリ充電装置、８商用電源、１０Ａ，１０Ｂ１，１０Ｂ２，１３，２１Ａ，２１Ｂ電圧センサ、１２Ａ昇圧コンバータ（主バッテリ）、１２Ｂ昇圧コンバータ（副バッテリ）、１４，２２インバータ、１５，１６，１７各相アーム、２４，２５電流センサ、３０制御装置（ＥＣＵ）、３９Ａ開閉装置（主バッテリ）、３９Ｂ開閉装置（副バッテリ）、ＢＡ主バッテリ、ＢＢ１，ＢＢ２副バッテリ、Ｃ１，Ｃ２，ＣＨ平滑用コンデンサ、ＣＯＮＴ１〜ＣＯＮＴ７制御信号（リレー）、Ｄ１〜Ｄ８ダイオード、ＩＧＯＮ起動信号、Ｌ１リアクトル、ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２モータ電流値、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、ＰＬ１Ａ電源ライン、ＰＬ１Ｂ電源ライン（副給電ライン）、ＰＬ２給電ライン、ＰＷＤＡ，ＰＷＤＢ，ＰＷＭＣ１，ＰＷＭＣ２，ＰＷＭＩ，ＰＷＭＣ，ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２制御信号（スイッチング素子）、Ｑ１〜Ｑ８ＩＧＢＴ素子（スイッチング素子）、Ｒ制限抵抗、ＳＬ１，ＳＬ２接地ライン、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３システムメインリレー（主バッテリ）、ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ１Ｇ，ＳＲ２Ｇリレー（副バッテリ）、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬライン（三相）、ＶＢＡ，ＶＢＢ１，ＶＢＢ２，ＶＬＡ，ＶＬＢ，ＶＨ電圧。

Claims

主蓄電装置および複数の副蓄電装置と、
モータを駆動するインバータに給電するための給電ラインと、
前記主蓄電装置および前記給電ラインの間に設けられ、双方向の電圧変換を行うように構成された第１の電圧変換器と、
前記複数の副蓄電装置および前記給電ラインの間に設けられ、双方向の電圧変換を行うように構成された第２の電圧変換器と、
前記複数の副蓄電装置と前記第２の電圧変換器との間にそれぞれ設けられた複数の開閉装置と、
前記複数の副蓄電装置のオンオフおよび前記第１および前記第２の電圧変換器の動作を制御するように構成された制御装置とを備え、
前記第１の電圧変換器は、
前記主蓄電装置および前記給電ラインの間に接続された第１のスイッチング素子と、
前記主蓄電装置から前記給電ラインへ向かう方向を順方向として前記第１のスイッチング素子と並列に接続された第１の整流素子とを含み、
前記第２の電圧変換器は、
前記複数の開閉装置と共通に接続された副給電ラインと前記給電ラインとの間に接続された第２のスイッチング素子と、
前記副給電ラインから前記給電ラインへ向かう方向を順方向として前記第２のスイッチング素子と並列に接続された第２の整流素子とを含み、
前記制御装置は、前記第１および前記第２のスイッチング素子のいずれかに短絡故障が発生したときには、前記複数の開閉装置の各々をオフするとともに前記第１および前記第２の電力変換器の作動を停止する第１の異常処理の実行後に、前記第１のスイッチング素子が短絡故障のときには、前記第１のスイッチング素子のみをオンさせるともに前記第２の電力変換器を停止させる第２の異常処理を実行する一方で、前記第２のスイッチング素子が短絡故障のときには、前記第１の電力変換器によって前記給電ラインの電圧を所定電圧よりも低く制御するとともに前記第２の電力変換器を停止させる第３の異常処理を実行するように構成される、電動車両。