JP7647650B2 - 放電装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電装置に関する。

従来、電動車両の電動機のインバータ装置について、電動車両が衝突したときにおける安全性を向上させる技術が提案されている。例えば、特許文献１には、電動車両の衝突を検知したときに、高電圧バッテリの直流電源の供給を遮断し、かつ、インバータ装置に設けられた変換器のコンデンサを強制放電回路によって放電する技術が提案されている（特許文献１）。

特開２０１０－１９３６９１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のインバータ装置は、１つの強制放電回路を用いて、２つの変換器に共有されたコンデンサを放電するように構成されており、何らかの理由により強制放電回路の放電機能が失われた場合に、変換器のコンデンサを放電できなくなる可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、より確実にＰＣＵ（パワーコントロールユニット）のコンデンサを放電できる放電装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の放電装置は、車両に設けられた第１のパワーコントロールユニットのコンデンサを放電する第１の放電回路と、上記車両に設けられた第２のパワーコントロールユニットのコンデンサを放電する第２の放電回路と、上記第１のパワーコントロールユニットおよび上記第２のパワーコントロールユニットのそれぞれにバッテリの電力を伝送する伝送経路を遮断する遮断器と、を備え、上記第１のパワーコントロールユニットおよび上記第２のパワーコントロールユニットは、対応する電動機に電力をそれぞれ供給し、上記伝送経路は、上記バッテリ側の経路と、上記バッテリ側の経路の端部から分岐した第１の分岐経路および第２の分岐経路を含み、上記第１の分岐経路は、上記第１のパワーコントロールユニットに接続されており、上記第２の分岐経路は、上記第２のパワーコントロールユニットに接続されており、上記遮断器は、上記車両の衝突が検知されたことに応じて、上記バッテリ側の経路を遮断する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、より確実にＰＣＵのコンデンサを放電できる放電装置を提供できる。

第１実施形態に係る車両の概略構成図である。 同実施形態に係るＰＣＵの構成を説明するための図である。 第２実施形態に係る車両の概略構成図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、複数の構成要素の各々に同一符号のみを付する。例えば、ＰＣＵ３０ａおよびＰＣＵ３０ｂのそれぞれを特に区別しないとき、これらを単に「ＰＣＵ３０」と称する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る車両１の概略構成図である。車両１は、ハイブリッド車（Hybrid Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、燃料電池車（Fuel Cell Electric Vehicle）、電気自動車（Battry Electric Vehicle）などの電動車両（Electric Vehicle）であってよい。

図１に示すように、本実施形態に係る車両１は、バッテリ１０、伝送ユニット２０、ＰＣＵ３０ａ（第１のＰＣＵ）、ＰＣＵ３０ｂ（第２のＰＣＵ）、電動機４０ａ，４０ｂおよび車輪４２ａ，４２ｂを備える。

伝送ユニット２０は、直流電源であるバッテリ１０の電力をＰＣＵ３０に伝送する。また、伝送ユニット２０は、必要に応じてその経路を遮断し、ＰＣＵ３０への電力の伝送を停止できる。伝送ユニット２０は、伝送経路２００、分岐ボックス２１０および遮断器２２０を備える。

伝送経路２００は、バッテリ１０の電力をＰＣＵ３０に伝送するための経路であり、ＰＮケーブルで構成されてよい。本実施形態に係る伝送経路２００は、バッテリ側経路２０２ａ，２０２ｂ、第１の分岐経路２０６ａ，２０６ｂおよび第２の分岐経路２０８ａ，２０８ｂを備える。

本実施形態に係るバッテリ側経路２０２は、バッテリ１０に接続されている。バッテリ側経路２０２ａは、経路２０３ａおよび経路２０４ａを含み、これらの経路は、遮断部２２４を介して互いに接続されている。また、バッテリ側経路２０２ｂは、経路２０３ｂおよび経路２０４ｂを含み、これらの経路は、遮断部２２４を介して互いに接続されている。

第１の分岐経路２０６ａおよび第２の分岐経路２０８ａは、分岐ボックス２１０内で、経路２０４ａの端部２１２ａから分岐している。また、第１の分岐経路２０６ｂおよび第２の分岐経路２０８ｂは、分岐ボックス２１０内で、経路２０４ｂの端部２１２ｂから分岐している。さらに、第１の分岐経路２０６ａ，２０６ｂは、ＰＣＵ３０ａに接続されており、第２の分岐経路２０８ａ，２０８ｂは、ＰＣＵ３０ｂに接続されている。

遮断器２２０は、各種の制御を行うことができ、例えば、車両１の衝突が検知されたことに応じて、バッテリ側経路２０２を遮断する。遮断器２２０は、高速で経路を遮断可能な高速遮断器としての機能を有してよい。遮断器２２０は、制御装置２２２および遮断部２２４を備える。

制御装置２２２は、各種の制御を行い、例えば、遮断部２２４およびＰＣＵ３０を制御できる。制御装置２２２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を備えてよい。

例えば、制御装置２２２は、各種の公知の衝突検知センサ（図示しない。）によって車両１の衝突が検知されたことに応じて、遮断部２２４がバッテリ側経路２０２を遮断するように、遮断部２２４を制御してよい。また、制御装置２２２は、ＰＣＵ３０が備える、後述する放電回路およびインバータ回路を制御してよい。

遮断部２２４は、バッテリ側経路２０２に設けられており、必要に応じて、バッテリ側経路２０２を遮断して、伝送経路２００における電力の流れを停止できる。遮断部２２４は、例えば、火薬を使用してバスバをカットすることによって経路を遮断可能なパイロヒューズなどで構成されてよい。例えば、遮断部２２４は、車両１の衝突の検知に応じた制御装置２２２による制御に基づき、バッテリ側経路２０２を遮断してよい。

ＰＣＵ３０は、電力を変換する各種の公知の装置であり、バッテリ１０の電力を変換しする。ＰＣＵ３０ａは、モータケーブル３２ａ（三相ケーブル）を介して、変換した電力を対応する電動機４０ａに供給する。ＰＣＵ３０ｂは、モータケーブル３２ｂ（三相ケーブル）を介して、変換した電力を対応する電動機４０ｂに供給する。

電動機４０は、供給された電力を利用して、対応する車輪４２を回転させる。具体的には、電動機４０ａは、車輪４２ａを回転させ、電動機４０ｂは、車輪４２ｂを回転させる。本実施形態に係る電動機４０は、車輪４２の内部に設けられたインホイールモータである。

図２は、本実施形態に係るＰＣＵ３０の構成を説明するための図である。なお、図１に示したＰＣＵ３０ａおよびＰＣＵ３０ｂは、図２に示すＰＣＵ３０と実質的に同一の構成を有する。図２に示すように、本実施形態に係るＰＣＵ３０は、放電回路３００、平滑回路３１０およびインバータ回路３２０を備える。

放電回路３００は、ＰＣＵ３０のコンデンサを放電できるように構成されており、具体的には、平滑回路３１０が備えるコンデンサ３１２を放電できる。放電回路３００は、一方には平滑回路３１０が接続されており、他方には、第１の分岐経路２０６ａ，２０６ｂ（ＰＣＵ３０ａの場合）あるいは第２の分岐経路２０８ａ，２０８ｂ（ＰＣＵ３０ｂの場合）が接続される。本実施形態では、ＰＣＵ３０ａ，３０ｂのそれぞれに設けられた放電回路３００および図１に示した遮断器２２０は、放電装置を構成する。

放電回路３００は、スイッチング素子３０２および抵抗３０４を有する。スイッチング素子３０２は、各種の公知の開閉状態を制御できる素子で構成されてよい。本実施形態に係るスイッチング素子３０２は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）で構成される。スイッチング素子３０２は、制御装置２２２によって、開状態または閉状態に制御されてよい。例えば、コンデンサ３１２に電荷が蓄積されているときに、スイッチング素子３０２が開状態から閉状態になることによって、スイッチング素子３０２および抵抗３０４に電流が流れ、コンデンサ３１２が放電されてよい。

また、本実施形態に係る放電回路３００は、自身が設けられているＰＣＵ３０のコンデンサ３１２だけでなく、他のＰＣＵ３０のコンデンサ３１２を放電することもできる。例えば、ＰＣＵ３０ａが設けられている放電回路３００は、ＰＣＵ３０ｂのコンデンサ３１２を放電してもよい。これにより、何らかの理由によりＰＣＵ３０ｂの放電回路３００による放電ができない場合であっても、ＰＣＵ３０ａに設けられている放電回路３００が、代わりにＰＣＵ３０ｂのコンデンサ３１２を放電できる。このように、本実施形態に係る放電回路３００は、２つのＰＣＵ３０に含まれるコンデンサ３１２を放電できる容量を有するように構成されている。

インバータ回路３２０は、６個のＩＧＢＴ３２２を有する、公知の三相インバータ回路である。本実施形態に係るインバータ回路３２０は、直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を電動機４０に供給する。なお、インバータ回路３２０の動作（例えば、ＩＧＢＴ３２２の動作）は、制御装置２２２によって制御されてよい。

以上、本実施形態に係る車両１の構成について説明した。本実施形態に係る車両１が備える放電装置によれば、遮断器２２０は、車両１の衝突が検知されたことに応じて、バッテリ側経路２０２を遮断する。これにより、バッテリ１０からＰＣＵ３０への電力の供給が停止される。このとき、制御装置２２２が放電回路３００のスイッチング素子３０２を開状態から閉状態に制御することにより、放電回路３００に電流が流れ、コンデンサ３１２が放電される。これにより、例えば、モータケーブル３２、電動機４０および分岐経路２０４などが車両１の衝突により破損したとしても、ＰＣＵ３０のコンデンサ３１２を放電でき、ロバスト性能を向上させることができる。

また、本実施形態に係る放電装置によれば、何らかの理由により、２つのＰＣＵ３０のうちの一方の放電回路３００による放電ができなくなったとしても、他方のＰＣＵ３０が備える放電回路３００によって、もう一方のＰＣＵ３０のコンデンサを放電できる。このように、本実施形態に係る放電装置によれば、より確実にＰＣＵ３０を放電することが可能となる。

また、電動機が本実施形態のようにインホイールモータである場合、電動機は、車輪内かつ、衝突荷重を吸収するフレームおよびサイドメンバーなどの外側に配置される。このため、従来の一般的なハイブリッド車および電気自動車などの電動車両に見られる、車両の骨格の内側に高圧ユニットが配置される車両とは異なる対策が必要となる。例えば、電動機がインホイールモータである場合に、車両が衝突して、電動機ごと車輪が車両から外れ、電動機あるいはモータケーブルが破損したとする。このような場合、電動機を使用した放電制御ができなくなり、高圧接触保護を確保できない可能性がある。本実施形態に係る放電装置によれば、ＰＣＵ３０が備える放電回路によって、電動機を使用しなくとも放電が可能であり、より確実に高圧接触保護を確保できる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、２つの電動機がインホイールモータである例を説明したが、第２実施形態では、２つの電動機が車輪の外側に設けられており、これら２つの電動機が前輪および後輪をそれぞれ駆動させる例を説明する。

図３は、第２実施形態に係る車両２の概略構成図である。第２実施形態に係る車両２は、バッテリ１１、伝送ユニット２６、ＰＣＵ３６ａ（第１のＰＣＵ）、ＰＣＵ３６ｂ（第２のＰＣＵ）、ＭＧ４４ａ，４４ｂ（モータジェネレータ）、前輪４６ａ，４６ｂおよび後輪４６ｃ，４６ｄを備える。

バッテリ１１の電力は、伝送ユニット２６を介して、ＰＣＵ３６ａ，３６ｂに伝送される。ＰＣＵ３６ａは、バッテリ１１から伝送された電力を変換し、変換した電力をＭＧ４４ａに供給する。ＰＣＵ３６ｂは、バッテリ１１から伝送された電力を変換し、変換した電力をＭＧ４４ｂに供給する。ＭＧ４４ａは、供給された電力を利用して前輪４６ａ，４６ｂが回転させ、ＭＧ４４ｂは、供給された電力を利用して後輪４６ｃ，４６ｄを回転させる。

伝送ユニット２６は、直流電源であるバッテリ１１の電力をＰＣＵ３６に供給する。また、伝送ユニット２６は、必要に応じてその経路を遮断し、ＰＣＵ３６への電力の伝送を停止できる。伝送ユニット２６は、伝送経路２６０、分岐ボックス２７０および遮断器２８０を備える。

伝送経路２６０は、バッテリ１１の電力をＰＣＵ３６に伝送するための経路であり、バッテリ側経路２６２ａ，２６２ｂ、第１の分岐経路２６６ａ，２６６ｂおよび第２の分岐経路２６８ａ，２６８ｂを備える。

本実施形態に係るバッテリ側経路２６２は、バッテリ１１に接続されている。バッテリ側経路２６２ａは、経路２６３ａおよび経路２６４ａを含み、これらの経路は、遮断部２８４を介して互いに接続されている。また、バッテリ側経路２６２ｂは、経路２６３ｂおよび経路２６４ｂを含み、これらの経路は、遮断部２８４を介して互いに接続されている。

第１の分岐経路２６６ａおよび第２の分岐経路２６８ａは、分岐ボックス２７０内で、経路２６４ａの端部２７２ａから分岐している。また、第１の分岐経路２６６ｂおよび第２の分岐経路２６８ｂは、分岐ボックス２７０内で、経路２６４ｂの端部２７２ｂから分岐している。さらに、第１の分岐経路２６６ａ，２６６ｂは、ＰＣＵ３６ａに接続されており、第２の分岐経路２６８ａ，２６８ｂは、ＰＣＵ３６ｂに接続されている。

遮断器２８０は、車両２の衝突が検知されたことに応じて、バッテリ側経路２６２を遮断する。遮断器２８０は、制御装置２８２および遮断部２８４を備える。遮断器２８０が備える制御装置２８２および遮断部２８４は、第１実施形態において説明した制御装置２２２および遮断部２２４と実質的に同一の構成をそれぞれ有するため、ここでは説明を省略する。

ＰＣＵ３６は、図２に示したＰＣＵ３０と実質的に同一の構成を有し、具体的には、放電回路、平滑回路およびインバータ回路を備える。ＰＣＵ３６ａ，３６ｂのそれぞれが備える放電回路および遮断器２８０は、本実施形態に係る放電装置を構成する。

ＰＣＵ３６が備える放電回路は、例えば車両２の衝突が検知されたことに応じて、制御装置２８２によって開状態から閉状態となるように制御されてよい。これにより、ＰＣＵ３６が備える放電回路は、ＰＣＵ３６ａ，３６ｂのコンデンサを放電できる。

［補足］
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上記実施形態では、ＰＣＵと電動機のセットが２組である例を説明した。これに限らず、ＰＣＵと電動機のセットは、３組以上であってよい。この場合、伝送経路は、バッテリ側経路の端部から分岐する３つ以上の分岐経路を有してよい。また、３つ以上のＰＣＵのそれぞれは、コンデンサおよび放電回路を有しており、それぞれのＰＣＵが有する放電回路は、ＰＣＵのコンデンサを放電するように配置されてよい。これにより、例えば、１つのＰＣＵの放電回路が他のＰＣＵが有するコンデンサを放電できるため、より確実にＰＣＵのコンデンサを放電できる。

また、上記実施形態では、ＰＣＵは、変換器としてインバータ回路を有する例として説明した。これに限らず、ＰＣＵは、インバータ回路に代えて、あるいはこれに加えて、各種の変換器（例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータなど）を有してよい。

１，２ 車両、１０，１１ バッテリ、２０，２６ 伝送ユニット、３０，３６ ＰＣＵ、３２ モータケーブル、４０ 電動機、４４ ＭＧ、２００，２６０ 伝送経路、２０２，２６２ バッテリ側経路、２０４，２６４ 分岐経路、２１２，２７２ 分岐部、２２０，２８０ 遮断器、２２２，２８２ 制御装置、２２４，２８４ 遮断部、３００ 放電回路、３０２ スイッチング素子、３０４ 抵抗、３１０ 平滑回路、３１２ コンデンサ。

Claims (1)

1. 車両に設けられた第１のパワーコントロールユニットの第１のコンデンサを放電する第１の放電回路と、
   前記車両に設けられた第２のパワーコントロールユニットの第２のコンデンサを放電する第２の放電回路と、
   前記第１のパワーコントロールユニットおよび前記第２のパワーコントロールユニットのそれぞれにバッテリの電力を伝送する伝送経路を遮断する遮断器と、を備え、
   前記第１のパワーコントロールユニットおよび前記第２のパワーコントロールユニットは、対応する電動機に電力をそれぞれ供給し、
   前記伝送経路は、前記バッテリ側の経路と、前記バッテリ側の経路の端部から分岐した第１の分岐経路および第２の分岐経路を含み、
   前記第１の分岐経路は、前記第１のパワーコントロールユニットに接続されており、
   前記第２の分岐経路は、前記第２のパワーコントロールユニットに接続されており、
   前記遮断器は、前記車両の衝突が検知されたことに応じて、前記バッテリ側の経路を遮断する、
   前記第１の放電回路は、直列に接続された第１のスイッチング素子および第１の抵抗を有し、閉状態の第１のスイッチング素子に電流を流すことによって前記第１のコンデンサを放電するように構成され、
   前記第２の放電回路は、直列に接続された第２のスイッチング素子および第２の抵抗を有し、閉状態の第２のスイッチング素子に電流を流すことによって前記第２のコンデンサを放電するように構成され、
   前記第１の放電回路および前記第２の放電回路は、それぞれ、前記第１のパワーコントロールユニットおよび前記第２のパワーコントロールユニットのうちの他方の放電回路を有するパワーコントロールユニットのコンデンサを、前記他方の放電回路に代わって放電できるように設けられる、
   放電装置。

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