JP4893576B2 - 負荷駆動装置、電動車両、負荷駆動装置の制御方法およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents

Description

この発明は、負荷駆動装置、電動車両、負荷駆動装置の制御方法およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体に関し、特に、充放電可能な蓄電部と電動機を駆動する駆動部との間で電圧変換を行なう電圧変換器の異常が検知された場合の制御技術に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、充放電可能な蓄電部とインバータとインバータによって駆動される電動機とを搭載した自動車である。電気自動車は、充放電可能な蓄電部とインバータとインバータによって駆動される電動機とを搭載した自動車である。

このような電動車両に搭載される負荷（電動機）駆動装置において、電動機の高出力化に対応して、蓄電部とインバータとの間に電圧変換器を備えるものが知られている。

特開２００４−８８８６６号公報は、そのような電圧変換器として昇圧コンバータを備えたモータ駆動装置において、昇圧コンバータにおける異常原因の判定方法を開示する。このモータ駆動装置においては、直流電源（蓄電部）と昇圧コンバータとの間に流れる直流電流を検出する電流センサの検出値に基づいて、昇圧コンバータにおける異常原因が判定される（特許文献１参照）。
特開２００４−８８８６６号公報 特開２００６−２８０１９３号公報 特開２００６−３１１７７５号公報 特開２００３−２４４８０１号公報 特開２０００−２２３１６１号公報

しかしながら、上記特開２００４−８８８６６号公報では、昇圧コンバータにおける異常原因が判定された後の具体的な制御については開示されていない。

それゆえに、この発明の目的は、蓄電部と電動機を駆動する駆動部との間に設けられる電圧変換器の異常が検知された後の制御を適切に実行する負荷駆動装置およびそれを備えた電動車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、蓄電部と電動機を駆動する駆動部との間に設けられる電圧変換器の異常が検知された後の負荷駆動装置の制御方法およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体を提供することである。

この発明によれば、負荷駆動装置は、充放電可能な蓄電部と、駆動部と、電圧変換器と、遮断器と、電流検出部と、制御部とを備える。駆動部は、回転に伴ない逆起電力を発生する電動機を駆動可能に構成される。電圧変換器は、蓄電部と駆動部との間で電圧変換可能に構成される。遮断器は、蓄電部と電圧変換器との間の電路を遮断可能に構成される。電流検出部は、電圧変換器から蓄電部へ流れる電流を検出可能に構成される。制御部は、電圧変換器の異常が検知されると電圧変換器を停止し、その後電流検出部によって電流が検出されると遮断器へ遮断指令を出力する。

好ましくは、電圧変換器は、チョッパ回路を含む。チョッパ回路は、２つのスイッチング素子と、リアクトルとから成る。２つのスイッチング素子は、駆動部に接続される電力線対間に直列接続される。リアクトルは、蓄電部の正極に接続される遮断器と２つのスイッチング素子の接続ノードとの間に接続される。

好ましくは、制御部は、電圧変換器の停止後、電流検出部によって検出される電流に基づいて算出される電力量が規定値に達すると、遮断器へ遮断指令を出力する。

また、好ましくは、制御部は、電圧変換器の停止後、電流検出部によって検出される電流の積算値が規定値に達すると、遮断器へ遮断指令を出力する。

また、好ましくは、制御部は、電圧変換器の停止後、電流検出部によって検出される電流の継続時間が規定値に達すると、遮断器へ遮断指令を出力する。

好ましくは、規定値は、蓄電部の温度に応じて可変設定される。
好ましくは、規定値は、蓄電部の内圧上限値に基づいて決定される。

また、好ましくは、蓄電部は、リチウムイオン二次電池を含む。そして、規定値は、リチウムイオン二次電池の電極に発生する金属リチウムの析出量の限界値に基づいて決定される。

また、好ましくは、規定値は、蓄電部の温度上限値に基づいて決定される。
また、この発明によれば、電動車両は、上述したいずれかの負荷駆動装置と、電動機と、車輪とを備える。電動機は、負荷駆動装置に含まれる駆動部によって駆動される。車輪は、電動機によって駆動される。

また、この発明によれば、制御方法は、負荷駆動装置の制御方法である。負荷駆動装置は、充放電可能な蓄電部と、駆動部と、電圧変換器と、遮断器とを備える。駆動部は、回転に伴ない逆起電力を発生する電動機を駆動可能に構成される。電圧変換器は、蓄電部と駆動部との間で電圧変換可能に構成される。遮断器は、蓄電部と電圧変換器との間の電路を遮断可能に構成される。そして、制御方法は、異常検知ステップと、停止ステップと、電流監視ステップと、遮断ステップとを含む。異常検知ステップでは、電圧変換器の異常が検知される。停止ステップでは、異常検知ステップにおいて電圧変換器の異常が検知されると、電圧変換器を停止する。電流監視ステップでは、停止ステップによる電圧変換器の停止後、電圧変換器から蓄電部へ流れる電流が監視される。遮断ステップでは、電流監視ステップにおいて電流が検出されると、遮断器が遮断される。

好ましくは、負荷駆動装置の制御方法は、判定ステップをさらに含む。判定ステップでは、停止ステップによる電圧変換器の停止後、電流監視ステップにおいて検出された電流に基づいて算出される電力量が規定値に達したか否かが判定される。そして、判定ステップにおいて電力量が規定値に達したと判定されると、遮断ステップにおいて遮断器が遮断される。

また、好ましくは、負荷駆動装置の制御方法は、判定ステップをさらに含む。判定ステップでは、停止ステップによる電圧変換器の停止後、電流監視ステップにおいて検出された電流の積算値が規定値に達したか否かが判定される。そして、判定ステップにおいて積算値が規定値に達したと判定されると、遮断ステップにおいて遮断器が遮断される。

また、好ましくは、負荷駆動装置の制御方法は、判定ステップをさらに含む。判定ステップでは、停止ステップによる電圧変換器の停止後、電流監視ステップにおいて検出された電流の継続時間が規定値に達したか否かが判定される。そして、判定ステップにおいて継続時間が規定値に達したと判定されると、遮断ステップにおいて遮断器が遮断される。

好ましくは、規定値は、蓄電部の温度に応じて可変設定される。
好ましくは、規定値は、蓄電部の内圧上限値に基づいて決定される。

また、好ましくは、蓄電部は、リチウムイオン二次電池を含む。そして、規定値は、リチウムイオン二次電池の電極に発生する金属リチウムの析出量の限界値に基づいて決定される。

また、好ましくは、規定値は、蓄電部の温度上限値に基づいて決定される。
また、この発明によれば、記録媒体は、コンピュータ読取可能な記録媒体であって、上述したいずれかの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。

この発明においては、電圧変換器の異常が検知されると電圧変換器が停止する。このとき、電圧変換器の上アームがオン故障していると、電動機の回転速度が高く電動機の逆起電力が大きい場合には、電圧変換器の異常検知に応じて駆動部を停止させても、駆動部および電圧変換器の上アームを介して蓄電部へ回生電力が流れる。そこで、この発明においては、電圧変換器が停止した後、電流検出部によって回生電流が検出されると遮断器へ遮断指令が出力され、電圧変換器から蓄電部が電気的に切離される。したがって、この発明によれば、蓄電部を確実に保護することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による負荷駆動装置が搭載された電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の概略ブロック図である。図１を参照して、このハイブリッド自動車１００は、エンジン２と、動力分割機構３と、車輪４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを備える。また、ハイブリッド自動車１００は、蓄電部Ｂと、システムメインリレーＳＭＲと、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」とも称する。）５と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」とも称する。）４０と、電流センサ５２と、電圧センサ５４と、温度センサ５６とをさらに備える。

エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構３に連結される。そして、ハイブリッド自動車１００は、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２の少なくとも一方からの駆動力によって走行する。エンジン２が発生する動力は、動力分割機構３によって２経路に分割される。すなわち、一方は車輪４へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータＭＧ１へ伝達される経路である。

モータジェネレータＭＧ１は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構３によって分割されたエンジン２の運動エネルギーを用いて逆起電力を発生する（発電）。たとえば、蓄電部Ｂの充電状態（以下「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称する。）が予め定められた値よりも低くなると、エンジン２が始動してモータジェネレータＭＧ１が回転駆動され、モータジェネレータＭＧ１において逆起電力が発生する。そして、その逆起電力は、ＰＣＵ５のインバータ２０（後述）により交流から直流に変換され、昇圧コンバータ１０により電圧が調整されて蓄電部Ｂへ供給される。

モータジェネレータＭＧ２も、交流回転電機であり、モータジェネレータＭＧ１と同様に、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機から成る。モータジェネレータＭＧ２は、蓄電部Ｂに蓄えられた電力およびモータジェネレータＭＧ１により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータＭＧ２の駆動力は車輪４に伝達される。これにより、モータジェネレータＭＧ２はエンジン２をアシストしたり、モータジェネレータＭＧ２からの駆動力によって車両を走行させたりする。

また、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーが車輪４を介してモータジェネレータＭＧ２の回転駆動に用いられ、モータジェネレータＭＧ２において逆起電力が発生する（発電）。そして、その逆起電力は、ＰＣＵ５のインバータ３０（後述）により交流から直流に変換され、昇圧コンバータ１０により電圧が調整されて蓄電部Ｂへ供給される。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。そして、モータジェネレータＭＧ２により発電された電力は、蓄電部Ｂに蓄えられる。

動力分割機構３は、エンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに連結されてこれらの間で動力を分配する。たとえば、動力分割機構３としては、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの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。この３つの回転軸がエンジン２および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。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン２のクランク軸を通すことで動力分割機構３にエンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや差動ギヤによって車輪４に連結される。

蓄電部Ｂは、充放電可能なリチウムイオン二次電池から成る。蓄電部Ｂは、システムメインリレーＳＭＲを介してＰＣＵ５へ直流電力を供給する。また、蓄電部Ｂは、ＰＣＵ５から出力される直流電力を受けて充電される。なお、蓄電部Ｂとして、ニッケル水素二次電池や電気二重層キャパシタを用いることもできる。

システムメインリレーＳＭＲは、蓄電部ＢとＰＣＵ５との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲは、ＥＣＵ４０からの信号ＳＥが活性化（接続指令に相当する。）されると、蓄電部ＢをＰＣＵ５と電気的に接続し、信号ＳＥが非活性化（遮断指令に相当する。）されると、蓄電部ＢとＰＣＵ５との間の電路を遮断する。

電流センサ５２は、蓄電部Ｂに対して入出力される電流ＩＢを検出し、その検出値をＥＣＵ４０へ出力する。電圧センサ５４は、蓄電部Ｂの電圧ＶＢを検出し、その検出値をＥＣＵ４０へ出力する。温度センサ５６は、蓄電部Ｂの温度ＴＢを検出し、その検出値をＥＣＵ４０へ出力する。なお、電流センサ５２は、蓄電部Ｂからの放電時、電流ＩＢを正値として検出し、蓄電部Ｂへの充電時、電流ＩＢを負値として検出する。

ＰＣＵ５は、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。

昇圧コンバータ１０は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬは、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続ノードと正極線ＰＬ１との間に接続される。

なお、以下では、ｎｐｎ型トランジスタＱ１およびそれに逆並列に接続されるダイオードＤ１から成るモジュールを「上アーム」とも称し、ｎｐｎ型トランジスタＱ２およびそれに逆並列に接続されるダイオードＤ２から成るモジュールを「下アーム」とも称する。

なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。また、ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いてもよい。

昇圧コンバータ１０は、ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＣに基づいて、蓄電部Ｂから出力される電圧を昇圧して正極線ＰＬ２へ出力する。具体的には、昇圧コンバータ１０は、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のオン時に流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積し、その蓄積されたエネルギーをｎｐｎ型トランジスタＱ２のオフ時にダイオードＤ１を介して正極線ＰＬ２へ放出することによって、蓄電部Ｂから出力される電圧を昇圧する。

なお、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすると、リアクトルＬに蓄積されるエネルギーが大きくなるので、正極線ＰＬ２の電圧は上昇する。一方、ｎｐｎ型トランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすると、正極線ＰＬ２から正極線ＰＬ１へ流れる電流が大きくなるので、正極線ＰＬ２の電圧は低下する。そこで、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することによって、正極線ＰＬ２の電圧を正極線ＰＬ１の電圧以上の任意の電圧に制御することができる。

また、昇圧コンバータ１０は、上アームおよび下アームの少なくとも一方に過電流が流れると過電流フラグを活性化する異常検知機能を有する。そして、昇圧コンバータ１０は、過電流フラグを含む信号ＦＣＶをＥＣＵ４０へ出力する。

また、昇圧コンバータ１０は、ＥＣＵ４０からシャットダウン信号ＳＤＣを受けると、動作を停止する。具体的には、昇圧コンバータ１０は、シャットダウン信号ＳＤＣを受けると、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のゲートを遮断する。

インバータ２０，３０は、それぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対応して設けられる。インバータ２０は、モータジェネレータＭＧ１が発生した逆起電力（三相交流電力）を直流電力に変換し、回生電力として正極線ＰＬ２へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン２の始動時、正極線ＰＬ２から受ける直流電力をＥＣＵ４０からの信号ＰＷＩ１に基づいて三相交流電力に変換し、モータジェネレータＭＧ１へ出力する。

インバータ３０は、正極線ＰＬ２から受ける直流電力をＥＣＵ４０からの信号ＰＷＩ２に基づいて三相交流電力に変換し、モータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ３０は、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時、モータジェネレータＭＧ２が発生した逆起電力（三相交流電力）を直流電力に変換し、回生電力として正極線ＰＬ２へ出力する。

また、インバータ２０，３０は、ＥＣＵ４０からそれぞれシャットダウン信号ＳＤ１，ＳＤ２を受けると、動作を停止する。具体的には、インバータ２０，３０は、それぞれシャットダウン信号ＳＤ１，ＳＤ２を受けると、インバータに含まれる全てのトランジスタ（図示せず）のゲートを遮断する。

ＥＣＵ４０は、アクセル開度や車両速度、その他各センサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ１０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ昇圧コンバータ１０およびインバータ２０，３０へ出力する。

また、ＥＣＵ４０は、昇圧コンバータ１０から出力される信号ＦＣＶに基づいて昇圧コンバータ１０の過電流フラグの活性化を検知すると、昇圧コンバータ１０およびインバータ２０，３０へそれぞれシャットダウン信号ＳＤＣ，ＳＤ１，ＳＤ２を出力する。

シャットダウン信号ＳＤＣ，ＳＤ１，ＳＤ２の出力後、所定の条件が成立すると、ＥＣＵ４０は、インバータ３０へのシャットダウン信号ＳＤ２の出力を停止し（シャットダウン信号ＳＤＣ，ＳＤ１は出力を維持）、車両の走行モードを規定の退避走行モードに移行する。この退避走行モードでは、モータジェネレータＭＧ２による力行走行のみが許可され、回生電力が発生するモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回生駆動は禁止される（以下、この退避走行モードを「ＭＤ（Motor Drive）走行モード」とも称する。）。

なお、ＭＤ走行モード中は、昇圧コンバータ１０は停止しているが、上アームのダイオードＤ１を介して蓄電部Ｂからインバータ３０へ電力が供給されるので（昇圧コンバータ１０による昇圧はない。）、インバータ３０によりモータジェネレータＭＧ２を力行駆動することができる。

さらに、ＥＣＵ４０は、昇圧コンバータ１０の過電流フラグの活性化を検知すると、電流センサ５２からの電流ＩＢの検出値に基づいて、蓄電部Ｂへの回生電流（昇圧コンバータ１０から蓄電部Ｂへ流れる電流）の監視を開始する。そして、蓄電部Ｂの許容を超えるような回生電流が検出されると、ＥＣＵ４０は、蓄電部Ｂを保護するために信号ＳＥを非活性化（遮断指令）し、システムメインリレーＳＭＲによって蓄電部Ｂと昇圧コンバータ１０との間の電路が遮断される。

昇圧コンバータ１０がシャットダウンされた後に蓄電部Ｂへの回生電流を監視するのは、以下の理由による。昇圧コンバータ１０に異常（過電流）が発生すると、上述のように昇圧コンバータ１０およびインバータ２０，３０はゲート遮断される。このとき、車両速度が高く、車輪４の回転速度が高いと、モータジェネレータＭＧ２の逆起電力が大きくなるので、インバータ３０がゲート遮断されていても、インバータ３０の上アームの逆並列ダイオード（図示せず）を介してモータジェネレータＭＧ２から正極線ＰＬ２へ回生電力が流れる。

ここで、昇圧コンバータ１０もゲート遮断されているので、上アームのｎｐｎ型トランジスタＱ１がオン故障していない限りは、回生電力はｎｐｎ型トランジスタＱ１で遮断され、蓄電部Ｂへ流れることはない。しかしながら、ｎｐｎ型トランジスタＱ１がオン故障していると、ｎｐｎ型トランジスタＱ１を介して蓄電部Ｂへ回生電力が継続的に流れ得る。そこで、この実施の形態では、昇圧コンバータ１０の異常時、昇圧コンバータ１０およびインバータ２０，３０のゲート遮断に加えて、蓄電部Ｂへの回生電流を電流センサ５２によって監視し、蓄電部Ｂの許容を超えるような回生電流が検出された場合には、システムメインリレーＳＭＲにより蓄電部Ｂと昇圧コンバータ１０との間の電路を遮断して蓄電部Ｂの保護を図ることとしたものである。

図２は、図１に示したＥＣＵ４０の機能ブロック図である。図２を参照して、ＥＣＵ４０は、コンバータ制御部７０と、インバータ制御部７２と、走行モード制御部７４と、異常検知部７６と、回生電流監視部７８とを含む。

コンバータ制御部７０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の電圧や蓄電部Ｂの電圧ＶＢなどに基づいて、昇圧コンバータ１０の出力電圧（インバータ２０，３０の入力電圧に相当する。）の目標値を算出し、昇圧コンバータ１０の出力電圧がその目標値に一致するように、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣを生成する。

インバータ制御部７２は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク目標値やモータ電流、インバータ２０，３０の入力電圧などに基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための信号ＰＷＩ１およびモータジェネレータＭＧ２を駆動するための信号ＰＷＩ２を生成する。

また、インバータ制御部７２は、走行モードがＭＤ走行モードであることを示す通知を走行モード制御部７４から受けているとき、モータジェネレータＭＧ２のトルク目標値やモータ電流、インバータ入力電圧などに基づいて、モータジェネレータＭＧ２を力行駆動するための信号ＰＷＩ２を生成する。

走行モード制御部７４は、昇圧コンバータ１０の異常が検知されたことを示す通知を異常検知部７６から受けているとき、車両の走行モードを通常モードからＭＤ走行モードに切替える。そして、走行モード制御部７４は、走行モードがＭＤ走行モードのとき、インバータ制御部７２へその旨の通知を出力する。

異常検知部７６は、昇圧コンバータ１０からの信号ＦＣＶに基づいて、昇圧コンバータ１０の過電流フラグの状態を検知する。そして、昇圧コンバータ１０の過電流フラグが活性化されているとき、異常検知部７６は、昇圧コンバータ１０およびインバータ２０，３０へそれぞれシャットダウン信号ＳＤＣ，ＳＤ１，ＳＤ２を出力するとともに、昇圧コンバータ１０の異常が検知されたことを示す通知を走行モード制御部７４および回生電流監視部７８へ出力する。

回生電流監視部７８は、電流ＩＢの検出値を電流センサ５２から受け、電圧ＶＢの検出値を電圧センサ５４から受け、温度ＴＢの検出値を温度センサ５６から受ける。そして、回生電流監視部７８は、昇圧コンバータ１０の異常が検知されたことを示す通知を異常検知部７６から受けているとき、電流センサ５２からの検出値に基づいて回生電流（ＩＢ＜０）を監視し、後述のフローチャートで示される所定の条件が成立すると、システムメインリレーＳＭＲへ出力される信号ＳＥを不活性化（遮断指令）する。

図３は、昇圧コンバータ１０の異常が検知されたときのＥＣＵ４０の処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図３を参照して、ＥＣＵ４０は、昇圧コンバータ１０からの信号ＦＣＶに基づいて、昇圧コンバータ１０の過電流フラグが活性化されているか否かを判定する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ４０は、過電流フラグが活性化されていないと判定すると（ステップＳ１０においてＮＯ）、以降の一連の処理を実行することなくステップＳ９０へ処理を移行する。

ステップＳ１０において過電流フラグが活性化されていると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、昇圧コンバータ１０およびインバータ２０，３０へそれぞれシャットダウン信号ＳＤＣ，ＳＤ１，ＳＤ２を出力する（ステップＳ２０）。そして、ＥＣＵ４０は、車両の走行モードを通常モードから規定の退避走行モードすなわちＭＤ走行モードへ以降する（ステップＳ３０）。

次いで、ＥＣＵ４０は、電流センサ５２からの電流ＩＢの検出値に基づいて、昇圧コンバータ１０から蓄電部Ｂへの回生電流の監視を開始する（ステップＳ４０）。ＥＣＵ４０は、蓄電部Ｂへの回生電流が検出されなければ（ステップＳ５０においてＮＯ）、ステップＳ９０へ処理を移行する。

一方、昇圧コンバータ１０の上アームのｎｐｎ型トランジスタＱ１（図１）がオン故障したことにより、ステップＳ５０において昇圧コンバータ１０から蓄電部Ｂへの回生電流が検出されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、予め設定されたマップを用いて、検出された回生電流および温度センサ５６からの温度ＴＢの検出値に基づいて、蓄電部Ｂが回生電流に耐え得る時間Δｔを決定する（ステップＳ６０）。

図４は、蓄電部Ｂが回生電流に耐え得る時間Δｔを決定するためのマップの一例を示した図である。図４を参照して、予め実験等により、ある温度条件での電流（−ＩＢ）すなわち回生電流とその回生電流に蓄電部Ｂが耐え得る時間Δｔとの関係が求められ、マップ化される。図４に示されるように、蓄電部Ｂへの回生電流が大きいほど時間Δｔは短いものとなる。そして、温度条件を変化させて回生電流と時間Δｔとの関係が求められ、温度ごとに複数のマップが作成される。これらのマップを用いて、回生電流に応じた時間Δｔが蓄電部Ｂの温度ＴＢによって可変設定される。

なお、蓄電部Ｂへの回生電流とその回生電流に耐え得る時間Δｔとの関係は、実験等において、たとえば、蓄電部Ｂの内部圧力の上限値や、電極に発生する金属リチウムの析出量の限界値、蓄電部Ｂの温度上限値などに基づいて決定される。

再び図３を参照して、ＥＣＵ４０は、図示されないタイマーを用いて回生電流の検出時間を計時し、その回生電流の検出時間がステップＳ６０において決定された時間Δｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ７０）。

そして、回生電流の検出時間が時間Δｔを超えると（ステップＳ７０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、システムメインリレーＳＭＲへ出力される信号ＳＥを非活性化することによってシステムメインリレーＳＭＲへ遮断指令を出力する（ステップＳ８０）。これにより、システムメインリレーＳＭＲによって蓄電部Ｂと昇圧コンバータ１０との間の電路が遮断され、蓄電部Ｂが保護される。

以上のように、この実施の形態においては、昇圧コンバータ１０の異常が検知されると、昇圧コンバータ１０およびインバータ２０，３０を停止させる。このとき、昇圧コンバータ１０の上アームがオン故障していると、車両速度が高くモータジェネレータＭＧ２の逆起電力が大きい場合には、昇圧コンバータ１０の異常検知に応じてインバータ３０を停止させても、インバータ３０の上アームの逆並列ダイオードおよび昇圧コンバータ１０の上アームを介して蓄電部Ｂへ回生電力が流れる。そこで、この実施の形態においては、昇圧コンバータ１０およびインバータ２０，３０が停止した後、電流センサ５２によって蓄電部Ｂへの回生電流が検出されるとシステムメインリレーＳＭＲへ遮断指令が出力され、昇圧コンバータ１０から蓄電部Ｂが電気的に切離される。したがって、この実施の形態によれば、蓄電部Ｂを確実に保護することができる。

［変形例１］
上記の実施の形態においては、昇圧コンバータ１０の過電流フラグの検知後、蓄電部Ｂへの回生電流が検出されたとき、実験等により予め作成されたマップを用いて、回生電流の継続時間に基づいてシステムメインリレーＳＭＲの遮断の必要性が判断された。この変形例１では、蓄電部Ｂへの回生電流が検出されたとき、蓄電部Ｂへの回生電力量に基づいてシステムメインリレーＳＭＲの遮断の必要性が判断される。

図５は、この変形例１によるＥＣＵ４０において昇圧コンバータ１０の異常が検知されたときの処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図５を参照して、このフローチャートは、図３に示したフローチャートにおいて、ステップＳ６０，Ｓ７０に代えてそれぞれステップＳ６２，Ｓ７２を含む。すなわち、ステップＳ５０において昇圧コンバータ１０から蓄電部Ｂへの回生電流が検出されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、その検出された回生電流および電圧センサ５４によって検出される蓄電部Ｂの電圧ＶＢに基づいて、蓄電部Ｂへの回生電力量を算出する（ステップＳ６２）。

次いで、ＥＣＵ４０は、その算出された回生電力量が規定のしきい値以上であるか否かを判定する（ステップＳ７２）。このしきい値は、実験等によって、たとえば、蓄電部Ｂの内部圧力の上限値や、電極に発生する金属リチウムの析出量の限界値、蓄電部Ｂの温度上限値などに基づいて決定される。また、このしきい値は、温度条件を変化させて複数の温度条件について求められており、蓄電部Ｂの温度ＴＢによって可変設定される。

そして、ステップＳ７２において蓄電部Ｂへの回生電力量がしきい値以上であると判定されると（ステップＳ７２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、ステップＳ８０へ処理を移行し、システムメインリレーＳＭＲへ出力される信号ＳＥを非活性化することによってシステムメインリレーＳＭＲへ遮断指令を出力する。

［変形例２］
この変形例２では、昇圧コンバータ１０の過電流フラグの検知後、蓄電部Ｂへの回生電流が検出されたとき、その検出された回生電流の積算値に基づいてシステムメインリレーＳＭＲの遮断の必要性が判断される。

図６は、この変形例２によるＥＣＵ４０において昇圧コンバータ１０の異常が検知されたときの処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図６を参照して、このフローチャートは、図３に示したフローチャートにおいて、ステップＳ６０，Ｓ７０に代えてそれぞれステップＳ６４，Ｓ７４を含む。すなわち、ステップＳ５０において昇圧コンバータ１０から蓄電部Ｂへの回生電流が検出されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、その検出された回生電流の積算値を算出する（ステップＳ６４）。

次いで、ＥＣＵ４０は、その算出された回生電流積算値が規定のしきい値以上であるか否かを判定する（ステップＳ７４）。このしきい値も、実験等によって、たとえば、蓄電部Ｂの内部圧力の上限値や、電極に発生する金属リチウムの析出量の限界値、蓄電部Ｂの温度上限値などに基づいて決定される。また、このしきい値は、温度条件を変化させて複数の温度条件について求められており、蓄電部Ｂの温度ＴＢによって可変設定される。

そして、ステップＳ７４において回生電流積算値がしきい値以上であると判定されると（ステップＳ７４においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、ステップＳ８０へ処理を移行し、システムメインリレーＳＭＲへ出力される信号ＳＥを非活性化することによってシステムメインリレーＳＭＲへ遮断指令を出力する。

［変形例３］
この変形例３では、昇圧コンバータ１０の過電流フラグの検知後、蓄電部Ｂへの回生電流の発生継続時間に基づいてシステムメインリレーＳＭＲの遮断の必要性が判断される。

図７は、この変形例３によるＥＣＵ４０において昇圧コンバータ１０の異常が検知されたときの処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図７を参照して、このフローチャートは、図３に示したフローチャートにおいて、ステップＳ６０，Ｓ７０に代えてそれぞれステップＳ６６，Ｓ７６を含む。すなわち、ステップＳ５０において昇圧コンバータ１０から蓄電部Ｂへの回生電流が検出されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、蓄電部Ｂへの回生電流の検出継続時間をカウントする（ステップＳ６６）。

次いで、ＥＣＵ４０は、そのカウントされた検出継続時間が規定のしきい値以上であるか否かを判定する（ステップＳ７６）。このしきい値も、実験等によって、たとえば、蓄電部Ｂの内部圧力の上限値や、電極に発生する金属リチウムの析出量の限界値、蓄電部Ｂの温度上限値などに基づいて決定される。また、このしきい値は、温度条件を変化させて複数の温度条件について求められており、蓄電部Ｂの温度ＴＢによって可変設定される。

そして、ステップＳ７６において回生電流の検出継続時間がしきい値以上であると判定されると（ステップＳ７６においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、ステップＳ８０へ処理を移行し、システムメインリレーＳＭＲへ出力される信号ＳＥを非活性化することによってシステムメインリレーＳＭＲへ遮断指令を出力する。

なお、上記の実施の形態およびその各変形例において、システムメインリレーＳＭＲへ遮断指令が出力された後、ＥＣＵ４０によってブレーキによる車両の減速制御が行なわれるようにしてもよい。

また、上記においては、動力分割機構３によりエンジン２の動力を分割して車輪４とモータジェネレータＭＧ１とに伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド自動車について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド自動車にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためにのみエンジン２を用い、モータジェネレータＭＧ２でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド自動車や、エンジンが生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド自動車、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド自動車などにもこの発明は適用可能である。

また、この発明は、エンジン２を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、電源として燃料電池をさらに備える燃料電池自動車などの電動車両全般に適用可能である。

なお、上記において、昇圧コンバータ１０の異常時にＥＣＵ４０により実行される処理は、実際には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって行なわれ、ＣＰＵは、図３，５〜７のいずれかに示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、その読出したプログラムを実行してフローチャートに従って処理を実行する。したがって、ＲＯＭは、図３，５〜７のいずれかに示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取可能な記録媒体に相当する。

なお、上記において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、この発明における「電動機」に対応し、インバータ２０，３０は、この発明における「駆動部」に対応する。また、昇圧コンバータ１０は、この発明における「電圧変換器」に対応し、システムメインリレーＳＭＲは、この発明における「遮断器」に対応する。さらに、電流センサ５２は、この発明における「電流検出部」に対応し、ＥＣＵ４０は、この発明における「制御部」に対応する。また、さらに、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、この発明における「２つのスイッチング素子」に対応する。

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、上記した実施の形態の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。

この発明の実施の形態による負荷駆動装置が搭載された電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の概略ブロック図である。 図１に示すＥＣＵの機能ブロック図である。 昇圧コンバータの異常が検知されたときのＥＣＵの処理の流れを説明するためのフローチャートである。 蓄電部が回生電流に耐え得る時間を決定するためのマップの一例を示した図である。 変形例１によるＥＣＵにおいて昇圧コンバータの異常が検知されたときの処理の流れを説明するためのフローチャートである。 変形例２によるＥＣＵにおいて昇圧コンバータの異常が検知されたときの処理の流れを説明するためのフローチャートである。 変形例３によるＥＣＵにおいて昇圧コンバータの異常が検知されたときの処理の流れを説明するためのフローチャートである。

符号の説明

２ エンジン、３ 動力分割機構、４ 車輪、５ ＰＣＵ、１０ 昇圧コンバータ、２０，３０ インバータ、４０ ＥＣＵ、５２ 電流センサ、５４ 電圧センサ、５６ 温度センサ、７０ コンバータ制御部、７２ インバータ制御部、７４ 走行モード制御部、７６ 異常検知部、７８ 回生電流監視部、１００ ハイブリッド自動車、Ｂ 蓄電部、ＳＭＲ システムメインリレー、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＮＬ 負極線、Ｑ１，Ｑ２ ｎｐｎ型トランジスタ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (19)

1. 充放電可能な蓄電部と、
   回転に伴ない逆起電力を発生する電動機を駆動可能に構成された駆動部と、
   前記蓄電部と前記駆動部との間で電圧変換可能に構成された電圧変換器と、
   前記蓄電部と前記電圧変換器との間の電路を遮断可能に構成された遮断器と、
   前記電圧変換器から前記蓄電部へ流れる回生電流を検出可能に構成された電流検出部と、
   前記電圧変換器の異常が検知されると前記電圧変換器を停止し、その後前記電流検出部によって前記回生電流が検出されると前記遮断器へ遮断指令を出力する制御部とを備える負荷駆動装置。
2. 前記電圧変換器は、チョッパ回路を含み、
   前記チョッパ回路は、
   前記駆動部に接続される電力線対間に直列接続される２つのスイッチング素子と、
   前記蓄電部の正極に接続される前記遮断器と前記２つのスイッチング素子の接続ノードとの間に接続されるリアクトルとから成る、請求項１に記載の負荷駆動装置。
3. 前記制御部は、前記電圧変換器の停止後、前記電流検出部によって検出される前記回生電流に基づいて算出される電力量が規定値に達すると、前記遮断器へ前記遮断指令を出力する、請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置。
4. 前記制御部は、前記電圧変換器の停止後、前記電流検出部によって検出される前記回生電流の積算値が規定値に達すると、前記遮断器へ前記遮断指令を出力する、請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置。
5. 前記制御部は、前記電圧変換器の停止後、前記電流検出部によって検出される前記回生電流の継続時間が規定値に達すると、前記遮断器へ前記遮断指令を出力する、請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置。
6. 前記規定値は、前記蓄電部の温度に応じて可変設定される、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
7. 前記規定値は、前記蓄電部の内圧上限値に基づいて決定される、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
8. 前記蓄電部は、リチウムイオン二次電池を含み、
   前記規定値は、前記リチウムイオン二次電池の電極に発生する金属リチウムの析出量の限界値に基づいて決定される、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
9. 前記規定値は、前記蓄電部の温度上限値に基づいて決定される、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の負荷駆動装置と、
    前記負荷駆動装置に含まれる前記駆動部によって駆動される前記電動機と、
    前記電動機によって駆動される車輪とを備える電動車両。
11. 負荷駆動装置の制御方法であって、
    前記負荷駆動装置は、
    充放電可能な蓄電部と、
    回転に伴ない逆起電力を発生する電動機を駆動可能に構成された駆動部と、
    前記蓄電部と前記駆動部との間で電圧変換可能に構成された電圧変換器と、
    前記蓄電部と前記電圧変換器との間の電路を遮断可能に構成された遮断器とを備え、
    前記制御方法は、
    前記電圧変換器の異常を検知する異常検知ステップと、
    前記異常検知ステップにおいて前記電圧変換器の異常が検知されると、前記電圧変換器を停止する停止ステップと、
    前記停止ステップによる前記電圧変換器の停止後、前記電圧変換器から前記蓄電部へ流れる回生電流を監視する電流監視ステップと、
    前記電流監視ステップにおいて前記回生電流が検出されると、前記遮断器を遮断する遮断ステップとを含む、負荷駆動装置の制御方法。
12. 前記停止ステップによる前記電圧変換器の停止後、前記電流監視ステップにおいて検出された前記回生電流に基づいて算出される電力量が規定値に達したか否かを判定する判定ステップをさらに含み、
    前記判定ステップにおいて前記電力量が前記規定値に達したと判定されると、前記遮断ステップにおいて前記遮断器が遮断される、請求項１１に記載の負荷駆動装置の制御方法。
13. 前記停止ステップによる前記電圧変換器の停止後、前記電流監視ステップにおいて検出された前記回生電流の積算値が規定値に達したか否かを判定する判定ステップをさらに含み、
    前記判定ステップにおいて前記積算値が前記規定値に達したと判定されると、前記遮断ステップにおいて前記遮断器が遮断される、請求項１１に記載の負荷駆動装置の制御方法。
14. 前記停止ステップによる前記電圧変換器の停止後、前記電流監視ステップにおいて検出された前記回生電流の継続時間が規定値に達したか否かを判定する判定ステップをさらに含み、
    前記判定ステップにおいて前記継続時間が前記規定値に達したと判定されると、前記遮断ステップにおいて前記遮断器が遮断される、請求項１１に記載の負荷駆動装置の制御方法。
15. 前記規定値は、前記蓄電部の温度に応じて可変設定される、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の負荷駆動装置の制御方法。
16. 前記規定値は、前記蓄電部の内圧上限値に基づいて決定される、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の負荷駆動装置の制御方法。
17. 前記蓄電部は、リチウムイオン二次電池を含み、
    前記規定値は、前記リチウムイオン二次電池の電極に発生する金属リチウムの析出量の限界値に基づいて決定される、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の負荷駆動装置の制御方法。
18. 前記規定値は、前記蓄電部の温度上限値に基づいて決定される、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の負荷駆動装置の制御方法。
19. 請求項１１から請求項１８のいずれか１項に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。

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