駆動装置およびそれを搭載する車両、ならびに駆動装置の制御方法
【課題】蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両において、駆動装置内のコンデンサに蓄えられた残留電荷をできるだけ速やかに放電する。
【解決手段】ＰＣＵ１２０は、蓄電装置１１０からの電力を用いてモータジェネレータ１６０を駆動する。ＰＣＵ１２０は、電力変換装置１３０，１４０と、コンデンサＣ２と、制御部３７０とを備える。制御部３７０は、衝突検出部１８０により衝突が検出された場合に、電力変換装置１３０，１４０を駆動してコンデンサＣ２の残留電荷を放電する。電力変換装置１３０，１４０に含まれる複数の逆導通型半導体素子の各々は、スイッチング素子として動作する第１の半導体素子Ｑ１〜Ｑ８、および還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子Ｄ１〜Ｄ８が一体で形成される。制御部３７０は、車両１００の衝突の検出に応じて、第２の半導体素子Ｄ１〜Ｄ８による還流動作時に、第１の半導体素子Ｑ１〜Ｑ８のゲート端子に印加する電圧を変化させて電力損失を増加させる。
【解決手段】ＰＣＵ１２０は、蓄電装置１１０からの電力を用いてモータジェネレータ１６０を駆動する。ＰＣＵ１２０は、電力変換装置１３０，１４０と、コンデンサＣ２と、制御部３７０とを備える。制御部３７０は、衝突検出部１８０により衝突が検出された場合に、電力変換装置１３０，１４０を駆動してコンデンサＣ２の残留電荷を放電する。電力変換装置１３０，１４０に含まれる複数の逆導通型半導体素子の各々は、スイッチング素子として動作する第１の半導体素子Ｑ１〜Ｑ８、および還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子Ｄ１〜Ｄ８が一体で形成される。制御部３７０は、車両１００の衝突の検出に応じて、第２の半導体素子Ｄ１〜Ｄ８による還流動作時に、第１の半導体素子Ｑ１〜Ｑ８のゲート端子に印加する電圧を変化させて電力損失を増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置およびそれを搭載する車両、ならびに駆動装置の制御方法に関し、より特定的には、駆動装置内のコンデンサの残留電荷を放電する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する電動車両が注目されている。この電動車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。
【０００３】
これらの電動車両においては、発進時や加速時に蓄電装置から電力を受けて走行のための駆動力を発生するとともに、制動時に回生制動によって発電を行なって蓄電装置に電気エネルギを蓄えるためのモータジェネレータを備える場合がある。このように、走行状態に応じてモータジェネレータを制御するために、電動車両には、コンバータやインバータなどによって電力を変換する電力変換装置が搭載される。
【０００４】
このような電力変換装置には、供給される直流電力を安定化するために大容量の平滑コンデンサが備えられている。そして、電力変換装置の作動中は、平滑コンデンサには印加電圧に応じた電荷が蓄積される。
【０００５】
この平滑コンデンサに蓄積される電荷は、たとえば車両の衝突が発生したような場合には、速やかに放電されることが必要とされる。
【０００６】
特開２００４−２０１４３９号公報（特許文献１）は、ハイブリッド自動車または電気自動車において、モータの駆動が停止された場合に、電圧変換システムに含まれるコンデンサの残留電荷を直流電源にチャージバックするとともに、コンデンサの両端の電圧が直流電源の電圧以下となってチャージバックできなくなると、電圧変換システムに含まれるコンバータの昇圧動作および降圧動作を繰り返すことによって、コンデンサの残留電荷をコンバータで放電する構成が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２０１４３９号公報
【特許文献２】特開２００３−３４８８５６号公報
【特許文献３】特開２００８−０６１３００号公報
【特許文献４】特開２００２−３２３５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２００４−２０１４３９号公報（特許文献１）に開示された技術によれば、車両の衝突が生じてモータの駆動が停止された場合には、コンデンサに蓄えられた電荷がチャージバックされる、その後残余の電荷がコンバータにより消費されるため、衝突発生時においてコンデンサに蓄えられた高圧電力による周囲への影響を排除することができる。
【０００９】
しかしながら、衝突の状態によっては、制御装置への電源供給が時間の経過とともに低下または途絶してしまう可能性があり得る。そうすると、コンバータの駆動指令を出力することができず、適切にコンデンサの残留電荷を放電することができなくなる場合が生じ得る。そのため、たとえば衝突が生じたような場合にコンデンサの残留電荷を放電する際には、コンデンサの残留電荷をできるだけ速やかに放電することが必要とされる。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両において、駆動装置内のコンデンサに蓄えられた残留電荷をできるだけ速やかに放電することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による駆動装置は、蓄電装置からの電力を用いて車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置である。駆動装置は、スイッチング素子を含み、蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、電力変換装置に並列に接続されたコンデンサと、スイッチング素子の制御端子を駆動して、コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを備える。電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含む。複数の逆導通型半導体素子の各々は、スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成される。制御装置は、コンデンサの放電動作を行なう際に、第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの第１の半導体素子の制御端子に印加する電圧を変化させて、第２の半導体素子による電力損失を増加させる。
【００１２】
好ましくは、複数の逆導通型半導体素子の各々は、還流動作時において、第１の半導体素子の制御端子に印加される電圧が大きくなると、それに伴って第２の半導体素子の導通抵抗が大きくなる特性を有する。制御装置は、コンデンサの放電に際し、複数の逆導通型半導体素子のうち、還流動作時の還流経路にある逆導通型半導体素子に含まれる第１の半導体素子の制御端子に印加される電圧を、回転電機を駆動する場合に比べて大きく設定する。
【００１３】
好ましくは、電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子のうちの少なくとも１つを含み、回転電機を駆動するためのインバータである。制御装置は、コンデンサの放電を行なう場合に、インバータと回転電機とを用いてコンデンサの電荷を放電する。
【００１４】
好ましくは、制御装置は、回転電機を回転させることなく、回転電機に含まれるコイルによりコンデンサの電荷を消費させることにより放電を行なう。
【００１５】
好ましくは、電力変換装置は、チョッパ回路を形成する、複数の逆導通型半導体素子のうちの少なくとも１つおよびリアクトルを含み、蓄電装置から供給される直流電圧を変換するためのコンバータである。制御装置は、コンデンサの放電を行なう場合に、リアクトルによりコンデンサの電荷を放電するようにコンバータを制御する。
【００１６】
好ましくは、複数の逆導通型半導体素子の各々は、第１の半導体素子がＩＧＢＴで形成され、第２の半導体素子がＩＧＢＴに逆並列に接続されたダイオードで形成される。
【００１７】
好ましくは、複数の逆導通型半導体素子の各々は、電力用ＭＯＳＦＥＴで形成され、第２の半導体素子は、電力用ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードである。
【００１８】
好ましくは、車両は、車両の衝突を検出するための衝突検出部を含む。制御装置は、衝突検出部により車両の衝突が検出された場合に、スイッチング素子の制御端子を駆動して、コンデンサに蓄えられた電荷を放電する。
【００１９】
本発明による駆動装置は、蓄電装置からの電力を用いて、車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置である。駆動装置は、回転電機を駆動するためのインバータと、インバータに並列に接続されたコンデンサと、スイッチング素子の制御端子を駆動して、コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを備える。インバータは、スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成された、少なくとも１つの逆導通型半導体素子を有する。制御装置は、コンデンサの放電動作を行なう際に、第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの第１の半導体素子の制御端子に印加する電圧を変化させて、第２の半導体素子による電力損失を増加させる。
【００２０】
好ましくは、駆動装置は、逆導通型半導体素子を有し、蓄電装置からの直流電圧を変換するとともに、変換された直流電圧をインバータに供給するためのコンバータをさらに備える。
【００２１】
本発明による車両は、蓄電装置と、回転電機と、蓄電装置からの電力を用いて回転電機を駆動して走行駆動力を発生させるための駆動装置とを備える。駆動装置は、スイッチング素子を有し蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、電力変換装置に並列に接続されたコンデンサと、スイッチング素子の制御端子を駆動してコンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを含む。電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含む。複数の逆導通型半導体素子の各々は、スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成される。制御装置は、コンデンサの放電動作を行なう際に、第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの第１の半導体素子の制御端子に印加する電圧を変化させて、第２の半導体素子による電力損失を増加させる。
【００２２】
本発明による駆動装置の制御方法は、蓄電装置からの電力を用いて車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置についての制御方法である。駆動装置は、スイッチング素子を含み蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、電力変換装置に並列に接続されたコンデンサとを含む。電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含む。複数の逆導通型半導体素子の各々は、スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成される。制御方法は、スイッチング素子の制御端子を駆動してコンデンサに蓄えられた電荷を放電させるステップと、コンデンサの電荷の放電中に第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの第１の半導体素子の制御端子に印加する電圧を変化させて、第２の半導体素子による電力損失を増加させるステップとを備える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両において、駆動装置内のコンデンサに蓄えられた残留電荷をできるだけ速やかに放電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に従う駆動装置が搭載される車両の全体ブロック図である。
【図２】ＩＧＢＴとダイオードで構成される逆導通型半導体素子の一例を説明するための図である。
【図３】電力用ＭＯＳＦＥＴで構成される逆導通型半導体素子の一例を説明するための図である。
【図４】ゲート電圧を変化させた場合の、還流ダイオードにおける電圧と電流の関係を説明するための図である。
【図５】インバータを用いてコンデンサの残留電荷を放電する場合の電流の流れを説明するための第１の図である。
【図６】インバータを用いてコンデンサの残留電荷を放電する場合の電流の流れを説明するための第２の図である。
【図７】スイッチング素子のスイッチング動作と負荷電流との関係の一例を示す図である。
【図８】スイッチング素子の駆動タイミングの第１の例を説明するための図である。
【図９】スイッチング素子の駆動タイミングの第２の例を説明するための図である。
【図１０】本実施の形態において、ＭＧ−ＥＣＵで実行される残留電荷の放電制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】コンバータを用いてコンデンサの残留電荷を放電する場合の電流の流れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下において、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、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に従う駆動装置が搭載される車両１００の全体ブロック図である。本実施の形態においては、車両１００が電気自動車である構成を例として説明するが、車両１００の構成はこれに限定されるものではなく、蓄電装置からの電力によって走行可能な車両であれば適用可能である。車両１００としては、電気自動車以外にたとえばハイブリッド車両や燃料電池自動車などが含まれる。
【００２７】
図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１０と、システムメインリレー（System Main Relay：ＳＭＲ）１１５と、駆動装置であるＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１６０と、動力伝達ギヤ１６５と、駆動輪１７０と、衝突検出部１８０と、補機バッテリ１９０と、ＨＶ−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００とを備える。
【００２８】
ＰＣＵ１２０は、コンバータ１３０と、インバータ１４０と、ＭＧ−ＥＣＵ３５０と、ゲート駆動部３６０と、コンデンサＣ１〜Ｃ３とを含む。ＭＧ−ＥＣＵ３５０およびゲート駆動部３６０によって、ＰＣＵ１２０の制御部３７０が形成される。ＰＣＵ１２０内の各機器は、一般的に、同一の筐体内に収納され、ケーブルやバスバーなどによって、ＰＣＵ１２０外部のその他の機器と結合される。
【００２９】
蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。
【００３０】
蓄電装置１１０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介して、ＰＣＵ１２０のコンバータ１３０に接続される。蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１６０を駆動するための電力をＰＣＵ１２０へ供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１６０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。
【００３１】
ＳＭＲ１１５に含まれるリレーは、蓄電装置１１０と電力線ＰＬ１，ＮＬ１とにそれぞれ接続される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１によって制御され、蓄電装置１１０とコンバータ１３０との間での電力の供給と遮断とを切換える。
【００３２】
コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間に接続される。コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。電圧センサ１５０は、コンデンサＣ１にかかる電圧を検出し、その検出値ＶＬをＭＧ−ＥＣＵ３５０へ出力する。
【００３３】
コンバータ１３０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１とを含む。
【００３４】
スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１の間に、電力線ＰＬ２から電力線ＮＬ１に向かう方向を順方向として直列に接続される。なお、本実施の形態において、スイッチング素子として、ＩＧＢＴを例として説明するが、それ以外の例としては、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることもできる。
【００３５】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと、電力線ＰＬ１との間に設けられる。すなわち、コンバータ１３０はチョッパ回路を形成する。
【００３６】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＭＧ−ＥＣＵ３５０からの制御信号ＰＷＣに基づいてゲート駆動部３６０により生成されるゲート電圧信号ＶＧＣによって制御され、電力線ＰＬ１，ＮＬ１と、電力線ＰＬ２，ＮＬ１との間で電圧変換動作を行なう。
【００３７】
コンバータ１３０は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１３０は、昇圧動作時には、蓄電装置１１０からの直流電圧を昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１および逆並列ダイオードＤ１を介して、電力線ＰＬ２へ供給することにより行なわれる。
【００３８】
また、コンバータ１３０は、降圧動作時には、インバータ１４０からの直流電圧を降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２および逆並列ダイオードＤ２を介して、電力線ＮＬ１へ供給することにより行なわれる。
【００３９】
これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ比）により制御される。なお、昇圧動作および降圧動作が不要の場合には、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定するように制御信号ＰＷＣを設定することで、電圧変換比＝１．０（デューティ比＝１００％）とすることもできる。
【００４０】
なお、本発明においては、コンバータ１３０は必須ではなく、蓄電装置１１０からの出力電圧がインバータ１４０に直接供給される構成であってもよい。
【００４１】
コンデンサＣ２は、コンバータ１３０とインバータ１４０とを結ぶ電力線ＰＬ２，ＮＬ１の間に接続される。コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。電圧センサ１５５は、コンデンサＣ２にかかる電圧を検出し、その検出値ＶＨをＭＧ−ＥＣＵ３５０へ出力する。
【００４２】
インバータ１４０は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１を介して、コンバータ１３０に接続される。インバータ１４０は、ＭＧ−ＥＣＵ３５０からの制御指令ＰＷＩに基づいてゲート駆動部３６０によって生成されるゲート電圧信号ＶＧＩにより制御され、コンバータ１３０から出力される直流電力を、モータジェネレータ１６０を駆動するための交流電力に電力変換する。
【００４３】
インバータ１４０は、Ｕ相アーム１４１と、Ｖ相アーム１４２と、Ｗ相アーム１４３とを含み、これらによりブリッジ回路が形成される。Ｕ相アーム１４１、Ｖ相アーム１４２およびＷ相アーム１４３は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に並列に接続される。
【００４４】
Ｕ相アーム１４１は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４に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のカソードはスイッチング素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはスイッチング素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはスイッチング素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはスイッチング素子Ｑ４のエミッタと接続される。
【００４５】
Ｖ相アーム１４２は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６に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のカソードはスイッチング素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはスイッチング素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはスイッチング素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはスイッチング素子Ｑ６のエミッタと接続される。
【００４６】
Ｗ相アーム１４３は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８と、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８に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のカソードはスイッチング素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはスイッチング素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはスイッチング素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはスイッチング素子Ｑ８のエミッタと接続される。
【００４７】
モータジェネレータ１６０は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータと中性点でＹ結線された三相コイルを有するステータとを備える三相交流電動発電機であり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３つのコイルは、各々一方端が中性点に共に接続される。そして、Ｕ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。
【００４８】
モータジェネレータ１６０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ１６５を介して駆動輪１７０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１６０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１７０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、インバータ１４０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。
【００４９】
また、モータジェネレータ１６０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１６０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１１０を充電することも可能である。
【００５０】
なお、図１においては、モータジェネレータが１つ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータを複数設ける構成としてもよい。たとえば、２つのモータジェネレータを備えるハイブリッド車両の場合には、一方のモータジェネレータを専ら駆動輪１７０を駆動するための電動機として用い、他方のモータジェネレータを専らエンジンにより駆動される発電機として用いるようにしてもよい。
【００５１】
衝突検出部１８０は、図示しないセンサ（たとえばＧセンサ）を含み、車両１００が衝突したか否かを検出する。そして、その衝突検出信号ＣＯＬをＨＶ−ＥＣＵ３００へ出力する。
【００５２】
ＨＶ−ＥＣＵ３００およびＭＧ−ＥＣＵ３５０は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。ＨＶ−ＥＣＵ３００は、車両全体の制御を統括する制御装置であり、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、ＰＣＵ１２０内の機器（コンバータ１３０，インバータ１４０，ゲート駆動部３６０など）を制御するための制御装置である。ＨＶ−ＥＣＵ３００およびＭＧ−ＥＣＵ３５０における制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００５３】
なお、図１においては、制御装置としてＨＶ−ＥＣＵ３００およびＭＧ−ＥＣＵ３５０が個別に備えられる構成を例として説明するが、制御装置の構成はこれに限定されない。たとえば、ＨＶ−ＥＣＵ３００およびＭＧ−ＥＣＵ３５０が統合された１つの制御装置としてもよいし、機器ごとや機能ごとに、より多くの制御装置が設けられる構成としてもよい。
【００５４】
ＨＶ−ＥＣＵ３００は、衝突検出部１８０からの衝突検出信号ＣＯＬを受ける。また、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、ＭＧ−ＥＣＵ３５０から、電圧センサ１５０，１５５で検出された電圧ＶＲ，ＶＨを受ける。ＨＶ−ＥＣＵ３００は、ユーザによるアクセル操作およびモータジェネレータ１６０の回転速度などに基づいて、コンバータ１３０の目標昇圧電圧ＶＲ、および目標要求トルクＴＲを演算する。そして、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、ＭＧ−ＥＣＵ３５０へ、目標昇圧電圧ＶＲ、目標要求トルクＴＲおよび衝突検出信号ＣＯＬをＭＧ−ＥＣＵ３５０へ出力する。
【００５５】
ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの目標昇圧電圧ＶＲおよび目標要求トルクＴＲと、電圧センサ１５０，１５５の検出値ＶＬ，ＶＨおよびモータジェネレータ１６０の電流，回転速度などに基づいて、コンバータ１３０およびインバータ１４０を駆動するための制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩをそれぞれ生成する。ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、これらの制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩをゲート駆動部３６０へ出力する。
【００５６】
ゲート駆動部３６０は、制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩに基づいて、コンバータ１３０およびインバータ１４０に含まれる各スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート電圧信号ＶＧＣ，ＶＧＩをそれぞれ生成し、コンバータ１３０およびインバータ１４０に出力する。
【００５７】
また、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、ＨＶ−ＥＣＵ３００から、車両１００の衝突検出信号ＣＯＬを受ける。ＭＧ−ＥＣＵ１６０は、衝突検出信号ＣＯＬを受信した場合は、コンデンサＣ２に蓄えられた残留電荷をモータジェネレータ１６０および／またはコンバータ１３０を用いて放電するような制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩを生成する。
【００５８】
補機バッテリ１９０は、各ＥＣＵなどの制御装置および図示しない補機装置のような車両１００の低圧系の機器に対して電源電圧を供給するための電圧源である。補機バッテリ１９０は代表的には鉛蓄電池により構成され、その出力電圧は、たとえば１２Ｖ程度である。
【００５９】
補機バッテリ１９０は、電力線ＰＬ３を介して、ＨＶ−ＥＣＵ３００、ＭＧ−ＥＣＵ３５０、およびゲート駆動部３６０に接続され、これらの機器へ電源電圧を供給する。
【００６０】
ＰＣＵ１２０内において、電力線ＰＬ３と接地との間に、コンデンサＣ３が設けられる。コンデンサＣ３は、補機バッテリ１９０からＰＣＵ１２０への電源電圧が途絶した場合に、ＭＧ−ＥＣＵ３５０およびゲート駆動部３６０をしばらくの期間動作させるためのバックアップコンデンサであり、補機バッテリ１９０からの電圧によって電力が蓄えられる。これによって、衝突などによって、補機バッテリ１９０からＰＣＵ１２０への電源電圧が途絶した場合でも、しばらくの期間は、コンデンサＣ３に蓄えられた電力によってＭＧ−ＥＣＵ３５０およびゲート駆動部３６０を動作させることができる。
【００６１】
上記のような構成の車両１００においては、車両１００がモータジェネレータ１６０からの駆動力を用いて走行している場合には、ＰＣＵ１２０内のコンデンサＣ１，Ｃ２には、電荷が蓄えられた状態となっている。このような状態において、衝突が生じたような場合には、短絡や地絡等による機器の破損や周囲への影響を抑制するために、コンデンサＣ１，Ｃ２に蓄えられた残留電荷をできるだけ迅速に放電することが望ましい。
【００６２】
このような放電として、インバータ１４０を駆動してモータジェネレータ１６０にｄ軸電流を流すことによって、モータジェネレータ１６０の回転させることなく、モータジェネレータ１６０内のコイルによって電荷を消費させたり、コンバータ１３０により、昇圧動作と降圧動作とを繰り返して、コンバータ１３０に含まれるリアクトルＬ１により電荷を消費させたりする場合がある。
【００６３】
この場合、コンバータ１３０およびインバータ１４０を駆動させるために、ＭＧ−ＥＣＵ３５０およびゲート駆動部３６０を動作させることが必要となるが、たとえば、衝突によって、補機バッテリ１９０からＰＣＵ１２０への電源電圧の供給が途絶してしまった場合には、コンデンサＣ３に蓄えられた電力では放電動作が完了できない可能性が生じ得る。そして、これに対処するためにコンデンサＣ３の容量を大きくすると、かえってコストの増加となってしまう。
【００６４】
そのため、コンデンサＣ３の容量を大きくすることなく、衝突発生時に補機バッテリ１９０からＰＣＵ１２０への電源電圧が途絶した場合であっても確実に放電動作を完了させることが必要とされる。
【００６５】
ここで、ＰＣＵ１２０のコンバータ１３０およびインバータ１４０においては、スイッチング素子とスイッチング素子に逆並列に接続された還流ダイオード（Free Wheeling Diode：ＦＷＤ）とが一体で形成された、いわゆる逆導通型半導体素子が用いられる場合がある。
【００６６】
この逆導通型半導体素子は、後述するように、還流ダイオードに電流が流れている場合に、対応するスイッチング素子のゲート電圧を増加させると、還流ダイオードの導通抵抗が増加するという特性を有する。
【００６７】
そこで、本実施の形態においては、コンバータ１３０およびインバータ１４０などの電力変換装置に、このような逆導通型半導体素子が含まれる場合に、上記のような特性を利用して放電時間を短縮させる。
【００６８】
図２は、逆導通型半導体素子２００の断面構造の例の概略図である。図２の逆導通型半導体素子は、ＩＧＢＴとダイオードで構成されており、ＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting-IGBT）とも称される。
【００６９】
図２を参照して、逆導通型半導体素子２００の表面はいわゆるトレンチゲート型の構造を有している。一方、裏面は、ＩＧＢＴ領域となるコレクタ層（Ｐ＋層）２１０と、ＦＷＤ領域となるカソード層（Ｎ＋層）２２０とで形成される。このような構成とすることによって、ＩＧＢＴ領域においては、コレクタ２１０側の電位がエミッタ２６０側の電位よりも高い場合には、トレンチゲート２３０にゲート電圧を印加することによって、コレクタ２１０からＰベース層２４０を通ってエミッタ２６０へ電流が流れる。また、エミッタ２６０側の電位がコレクタ２１０側の電位よりも高い場合には、ＦＷＤ領域において、アノードからカソード２２０へ電流が流れる。なお、図２においては、トレンチゲート型のＩＧＢＴを例としたが、プレーナゲート型のＩＧＢＴとしてもよい。
【００７０】
また、図３は、電力用ＭＯＳＦＥＴにより構成される逆導通型半導体素子４００の断面構造の例を示す。電力用ＭＯＳＦＥＴは、寄生ダイオードが備わっているため、アノード４２０の電位がカソード４１０の電位よりも高い場合には、この寄生ダイオードによって、アノード４２０からカソード４１０へ電流が流れる。一方、ドレイン４１０の電位がソース４２０の電位よりも高い場合には、トレンチゲート４３０にゲート電圧を印加することによって、ドレイン４１０からソース４２０に電流が流れる。
【００７１】
このような逆導通型半導体素子においては、逆導通型半導体素子がダイオードとして動作しているときにゲート電圧を高くすると、ダイオードの順方向特性が低下し、導通抵抗が増加することが知られている。これは、ゲート電圧を高くすることで、Ｐベース層においてチャネル領域が拡大して、図２におけるＰベース層２４０とＮ−層２５０との間の電位差が低下するためである。
【００７２】
図４は、ゲート電圧を変化させたときの、逆導通型半導体素子のダイオードとしての順方向特性の一例を示す図である。図４においては、横軸に逆導通型半導体素子のダイオードの順方向電圧Ｖｆが示され、縦軸は逆導通型半導体素子に流れる電流Ｉｆが示される。
【００７３】
図４を参照して、ゲート電圧を高くしていくにしたがって、順方向特性の曲線は、曲線Ｗ１０から曲線Ｗ１３へと変化する。そのため、同じ大きさの電流を流す場合に、ゲート電圧を高くすると、たとえば、図４の点Ｐ１から点Ｐ２へと動作点が変化し、逆導通型半導体素子における電圧降下が大きくなる。すなわち、逆導通型半導体素子における導通損失が大きくなる。
【００７４】
本実施の形態においては、ＰＣＵにおいて逆導通型半導体素子を含むインバータ、コンバータなどの電力変換装置が用いられる場合に、上述のような逆導通型半導体素子の特性を利用して、ＰＣＵ内のコンデンサの残留電荷を短時間で放電させる。図５から図７を用いて、コンデンサの残留電荷の放電動作について説明する。
【００７５】
図５を参照して、たとえば、ゲート駆動部３６０からのゲート電圧信号ＶＧＩによって、インバータ１４０のＵ相アーム１４１における上アームのスイッチング素子Ｑ３およびＶ相アーム１４２の下アームのスイッチング素子Ｑ６が導通状態とされる。これにより、コンデンサＣ２から図５中の矢印ＡＲ１のように電流が流れて、モータジェネレータ１６０のＵ相およびＶ相のコイルにエネルギが蓄えられる。
【００７６】
その後、図５の状態から、図６のように、Ｕ相アーム１４１の上アームのスイッチング素子Ｑ３が非導通状態とされると、Ｕ相およびＶ相のコイルに蓄えられたエネルギによって、図６中の矢印ＡＲ２のように、スイッチング素子Ｑ６およびダイオードＤ４を通って電流が還流する。このとき、Ｕ相およびＶ相のコイルおよび各素子を電流が流れる際の導通損失により放電が行なわれる。その後、スイッチング素子Ｑ３が再び導通状態とされると、コンデンサＣ２から再び電流がＵ相およびＶ相のコイルに流れる。
【００７７】
このように、スイッチング素子Ｑ３について、導通状態と非導通状態とを適切なデューティで切換えることによって、図７のように、時間とともにコンデンサＣ２の残留電荷が徐々に放電される。なお、図７における曲線Ｗ２０は、上記のＵ相およびＶ相のコイルのような負荷に流れる電流が示されており、矢印ＡＲ１０は図５の状態における電流が示され、矢印ＡＲ２０は図６の状態における電流が示されている。また、破線の曲線Ｗ２１は、平均の負荷電流である。
【００７８】
このような放電動作においては、スイッチング素子Ｑ４のゲート電圧の印加の有無に関らず、還流ダイオードとして動作するダイオードＤ４は導通状態となる。しかしながら、スイッチング素子Ｑ４とダイオードＤ４とが、上述のような逆導通型半導体素子で構成されている場合には、ゲート電圧を高くすることによってダイオードＤ４の導通損失を大きくすることができる。これによって、還流動作における消費電力が増大し、放電時間を短縮することができる。
【００７９】
なお、図５および図６においては、Ｕ相アーム１４１のスイッチング素子を切換えることによって、Ｕ相およびＶ相のコイルで残留電荷を放電する場合を説明したが、スイッチング素子Ｑ６に加えてＶ相アーム１４３のスイッチング素子Ｑ８を導通状態として、Ｗ相コイルをさらに用いて放電動作を行なってもよい。また、Ｕ相アーム１４１に代えて、またはそれに加えてＶ相アーム１４２，Ｗ相アーム１４３のスイッチング素子を切換えて放電動作を行なってもよい。
【００８０】
図８は、本実施の形態における、上述した放電動作を行なう場合の、ゲート電圧を示すタイムチャートである。図８においては、横軸には時間が示され、縦軸にはスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のゲート電圧信号が示される。
【００８１】
図８を参照して、モータジェネレータを駆動して車両を走行させる際に、ＰＷＭ制御において、上アームのスイッチング素子にゲート電圧信号を印加して導通状態とし、モータジェネレータのコイルに正側の交流電圧を供給する場合、上アームのスイッチング素子が非導通状態（ゲート電圧信号オフ）で下アームのダイオードにより還流しているときには、一般的には、不要な損失が生じないように下アームのスイッチング素子のゲート電圧信号は印加されない。
【００８２】
ところが、衝突が生じた場合には、下アームのダイオードによる導通損失を増加させるために、上アームのスイッチング素子が非導通状態の期間に、下アームのスイッチング素子にゲート電圧信号が印加される。図３で説明したように、ゲート電圧が大きいほど、ダイオードでの導通損失が大きくなるので、印加されるゲート電圧は、車両走行の際の通常駆動に用いるゲート電圧ＶＧＩ−１よりも高い電圧ＶＧＩ−２に設定することがより好ましい。さらに理想的には、ゲートに印加可能な最大定格電圧とすることが望ましい。なお、このとき、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが同時に導通状態となって短絡を生じることを防止するために、上アームのスイッチング素子に印加されるゲート電圧と、下アームのスイッチング素子に印加されるゲート電圧との間には、一般的にデッドタイムΔｔが設けられる。
【００８３】
また、図９のように、車両を走行させる通常駆動の場合においても、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とに、相補的に交互にゲート電圧を印加するように制御される場合がある（図９中の破線Ｗ３０）。このような場合においても、下アームのダイオードにより還流している場合には、図９中の実線Ｗ３１のように、下アームのスイッチング素子に通常駆動のときよりも高いゲート電圧を印加することによって、下アームのダイオードの導通損失を増加させることができる。
【００８４】
図１０は、本実施の形態において、ＭＧ−ＥＣＵ３５０において実行される、車両衝突時の残留電荷の放電制御処理を説明するためのフローチャートである。図１０に示すフローチャート中の各ステップについては、ＭＧ−ＥＣＵ３５０に予め格納されたプログラムが所定周期でメインルーチンから呼び出されて実行されることによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。
【００８５】
図１および図１０を参照して、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの衝突検出信号ＣＯＬに基づいて、車両１００の衝突が検出されたか否かを判定する。なお、衝突またはそれ以外の要因によって、ＨＶ−ＥＣＵ３００とＭＧ−ＥＣＵ３５０との間の通信が途絶して、衝突検出信号ＣＯＬが受信できない状態となった場合にも、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、衝突の可能性があるとして、衝突が検出されたと判定するようにしてもよい。
【００８６】
衝突が検出されなかった場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、当該処理は不要であるので、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、以降の処理をスキップして処理を終了する。
【００８７】
衝突が検出された場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１０に進められて、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、還流側のスイッチング素子のゲート電圧を、車両走行時の通常動作の場合よりも高く設定する。
【００８８】
そして、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、Ｓ１２０にて、上述のようにインバータ１４０のスイッチング素子を駆動してコンデンサＣ２の残留電荷の放電動作を実行する。
【００８９】
その後、Ｓ１３０にて、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、コンデンサＣ２にかかる電圧ＶＨが、所定のしきい値αを下回ったか否かを判定する。このしきい値αは、たとえば、６０Ｖとされ得る。
【００９０】
電圧ＶＨがしきい値α以上の場合（Ｓ１３０にてＮＯ）には、放電動作が完了していないため、処理がＳ１２０に戻されて、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、電圧ＶＨがしきい値αを下回るまで放電動作を継続する。
【００９１】
電圧ＶＨがしきい値αを下回った場合（Ｓ１３０にてＹＥＳ）には、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、コンデンサＣ２の残留電荷の放電が完了したものと判断して、放電動作を終了する。
【００９２】
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、車両の衝突が発生した場合に、ＰＣＵに含まれるコンデンサの残留電荷の放電時間を短縮することが可能となる。これにより、補機バッテリからＰＣＵへの電源電圧供給が途絶した場合においても、大容量のバックアップコンデンサを用いることなく、放電動作を完了させることができるので、コストアップを防止することができる。
【００９３】
（変形例）
上述の実施の形態においては、インバータを駆動してモータジェネレータによって残留電荷を放電する構成について説明した。図１のように、蓄電装置からの直流電圧をコンバータで昇圧してインバータに供給する構成においては、上記のインバータおよびモータジェネレータを用いた放電動作に代えて、あるいはそれに加えて、コンバータを動作させることによってコンデンサの残留電荷を放電させるようにしてもよい。
【００９４】
図１１は、図１におけるコンバータ１３０を用いたコンデンサＣ２の残留電荷の放電動作を説明するための図である。
【００９５】
図１および図１１を参照して、通常の走行中は、蓄電装置１１０からの直流電圧がコンバータ１３０によって昇圧されるため、コンデンサＣ２にかかる電圧は、一般的にコンデンサＣ１にかかる電圧よりも高い。
【００９６】
そして、衝突が発生すると、コンデンサＣ２の残留電荷を放電するために、スイッチング素子Ｑ１にゲート電圧が印加されてスイッチング素子Ｑ１が導通状態とされ、矢印ＡＲ３のように、電流がコンデンサＣ２からスイッチング素子Ｑ１およびリアクトルＬ１を通ってコンデンサＣ１へと流れる。このとき、リアクトルＬ１にエネルギが蓄えられる。
【００９７】
その後、スイッチング素子Ｑ１が非導通状態とされ、スイッチング素子Ｑ２にゲート電圧が印加されると、リアクトルＬ１に蓄えられたエネルギがコンデンサＣ１に放出される間、破線の矢印ＡＲ４のような還流経路で電流が流れる。このとき、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が逆導通型半導体素子である場合には、上述のインバータでの例で説明したように、スイッチング素子Ｑ２に印加されるゲート電圧を大きくすることで、ダイオードＤ２の導通抵抗を増加して、ダイオードＤ２における導通損失を増加させることができる。
【００９８】
このように、図１に示すような、逆導通型半導体素子を含むコンバータを有する構成の場合には、上述のインバータおよびモータジェネレータを用いた放電動作に加えてコンバータを用いた放電動作を行ない、かつコンバータにおいても還流経路のスイッチング素子のゲート電圧を大きくしてダイオードの導通損失を増加させることで、残留電荷の放電時間をよりいっそう短縮することが可能となる。
【００９９】
また、コンバータによる放電動作は、モータジェネレータ等のＰＣＵ外部の機器を用いることなく、ＰＣＵ内部において動作可能である。そのため、たとえば、衝突の発生によって、モータジェネレータとＰＣＵとの間のケーブルなどの導電経路が切断されたような場合であっても、コンバータによってＰＣＵ単体で残留電荷の放電を行なうことができる。その際に、コンバータにおける還流経路のスイッチング素子のゲート電圧を大きくしてダイオードの導通損失を増加させることで、コンバータによる放電時間を短縮することができるという利点がある。
【０１００】
なお、上述の実施の形態においては、理解を容易にするために、車両の衝突が発生した場合にコンデンサの残留電荷を放電する場合を例として説明したが、上述の制御は、車両の衝突以外の場合において、コンデンサの残留電荷を放電することが必要なときにも適用することが可能である。
【０１０１】
なお、本実施の形態における「制御部３７０」は、本発明の「制御装置」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。
【符号の説明】
【０１０２】
１００ 車両、１１０ 蓄電装置、１１５ ＳＭＲ、１２０ ＰＣＵ、１３０ コンバータ、１４０ インバータ、１４１ Ｕ相アーム、１４２ Ｖ相アーム、１４３ Ｗ相アーム、１５０，１５５ 電圧センサ、１６０ モータジェネレータ、１６５ 動力伝達ギヤ、１７０ 駆動輪、１８０ 衝突検出部、１９０ 補機バッテリ、２００，４００ 逆導通型半導体素子、２１０ コレクタ、２２０ カソード、２３０，４３０ トレンチゲート、２４０，４４０ Ｐベース層、２５０ Ｎ−層、３００ ＨＶ−ＥＣＵ、３５０ ＭＧ−ＥＣＵ、３６０ ゲート駆動部、４１０ Ｎ＋層、Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＮＬ１，ＰＬ１〜ＰＬ３ 電力線、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置およびそれを搭載する車両、ならびに駆動装置の制御方法に関し、より特定的には、駆動装置内のコンデンサの残留電荷を放電する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する電動車両が注目されている。この電動車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。
【０００３】
これらの電動車両においては、発進時や加速時に蓄電装置から電力を受けて走行のための駆動力を発生するとともに、制動時に回生制動によって発電を行なって蓄電装置に電気エネルギを蓄えるためのモータジェネレータを備える場合がある。このように、走行状態に応じてモータジェネレータを制御するために、電動車両には、コンバータやインバータなどによって電力を変換する電力変換装置が搭載される。
【０００４】
このような電力変換装置には、供給される直流電力を安定化するために大容量の平滑コンデンサが備えられている。そして、電力変換装置の作動中は、平滑コンデンサには印加電圧に応じた電荷が蓄積される。
【０００５】
この平滑コンデンサに蓄積される電荷は、たとえば車両の衝突が発生したような場合には、速やかに放電されることが必要とされる。
【０００６】
特開２００４−２０１４３９号公報（特許文献１）は、ハイブリッド自動車または電気自動車において、モータの駆動が停止された場合に、電圧変換システムに含まれるコンデンサの残留電荷を直流電源にチャージバックするとともに、コンデンサの両端の電圧が直流電源の電圧以下となってチャージバックできなくなると、電圧変換システムに含まれるコンバータの昇圧動作および降圧動作を繰り返すことによって、コンデンサの残留電荷をコンバータで放電する構成が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２０１４３９号公報
【特許文献２】特開２００３−３４８８５６号公報
【特許文献３】特開２００８−０６１３００号公報
【特許文献４】特開２００２−３２３５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２００４−２０１４３９号公報（特許文献１）に開示された技術によれば、車両の衝突が生じてモータの駆動が停止された場合には、コンデンサに蓄えられた電荷がチャージバックされる、その後残余の電荷がコンバータにより消費されるため、衝突発生時においてコンデンサに蓄えられた高圧電力による周囲への影響を排除することができる。
【０００９】
しかしながら、衝突の状態によっては、制御装置への電源供給が時間の経過とともに低下または途絶してしまう可能性があり得る。そうすると、コンバータの駆動指令を出力することができず、適切にコンデンサの残留電荷を放電することができなくなる場合が生じ得る。そのため、たとえば衝突が生じたような場合にコンデンサの残留電荷を放電する際には、コンデンサの残留電荷をできるだけ速やかに放電することが必要とされる。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両において、駆動装置内のコンデンサに蓄えられた残留電荷をできるだけ速やかに放電することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による駆動装置は、蓄電装置からの電力を用いて車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置である。駆動装置は、スイッチング素子を含み、蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、電力変換装置に並列に接続されたコンデンサと、スイッチング素子の制御端子を駆動して、コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを備える。電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含む。複数の逆導通型半導体素子の各々は、スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成される。制御装置は、コンデンサの放電動作を行なう際に、第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの第１の半導体素子の制御端子に印加する電圧を変化させて、第２の半導体素子による電力損失を増加させる。
【００１２】
好ましくは、複数の逆導通型半導体素子の各々は、還流動作時において、第１の半導体素子の制御端子に印加される電圧が大きくなると、それに伴って第２の半導体素子の導通抵抗が大きくなる特性を有する。制御装置は、コンデンサの放電に際し、複数の逆導通型半導体素子のうち、還流動作時の還流経路にある逆導通型半導体素子に含まれる第１の半導体素子の制御端子に印加される電圧を、回転電機を駆動する場合に比べて大きく設定する。
【００１３】
好ましくは、電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子のうちの少なくとも１つを含み、回転電機を駆動するためのインバータである。制御装置は、コンデンサの放電を行なう場合に、インバータと回転電機とを用いてコンデンサの電荷を放電する。
【００１４】
好ましくは、制御装置は、回転電機を回転させることなく、回転電機に含まれるコイルによりコンデンサの電荷を消費させることにより放電を行なう。
【００１５】
好ましくは、電力変換装置は、チョッパ回路を形成する、複数の逆導通型半導体素子のうちの少なくとも１つおよびリアクトルを含み、蓄電装置から供給される直流電圧を変換するためのコンバータである。制御装置は、コンデンサの放電を行なう場合に、リアクトルによりコンデンサの電荷を放電するようにコンバータを制御する。
【００１６】
好ましくは、複数の逆導通型半導体素子の各々は、第１の半導体素子がＩＧＢＴで形成され、第２の半導体素子がＩＧＢＴに逆並列に接続されたダイオードで形成される。
【００１７】
好ましくは、複数の逆導通型半導体素子の各々は、電力用ＭＯＳＦＥＴで形成され、第２の半導体素子は、電力用ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードである。
【００１８】
好ましくは、車両は、車両の衝突を検出するための衝突検出部を含む。制御装置は、衝突検出部により車両の衝突が検出された場合に、スイッチング素子の制御端子を駆動して、コンデンサに蓄えられた電荷を放電する。
【００１９】
本発明による駆動装置は、蓄電装置からの電力を用いて、車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置である。駆動装置は、回転電機を駆動するためのインバータと、インバータに並列に接続されたコンデンサと、スイッチング素子の制御端子を駆動して、コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを備える。インバータは、スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成された、少なくとも１つの逆導通型半導体素子を有する。制御装置は、コンデンサの放電動作を行なう際に、第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの第１の半導体素子の制御端子に印加する電圧を変化させて、第２の半導体素子による電力損失を増加させる。
【００２０】
好ましくは、駆動装置は、逆導通型半導体素子を有し、蓄電装置からの直流電圧を変換するとともに、変換された直流電圧をインバータに供給するためのコンバータをさらに備える。
【００２１】
本発明による車両は、蓄電装置と、回転電機と、蓄電装置からの電力を用いて回転電機を駆動して走行駆動力を発生させるための駆動装置とを備える。駆動装置は、スイッチング素子を有し蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、電力変換装置に並列に接続されたコンデンサと、スイッチング素子の制御端子を駆動してコンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを含む。電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含む。複数の逆導通型半導体素子の各々は、スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成される。制御装置は、コンデンサの放電動作を行なう際に、第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの第１の半導体素子の制御端子に印加する電圧を変化させて、第２の半導体素子による電力損失を増加させる。
【００２２】
本発明による駆動装置の制御方法は、蓄電装置からの電力を用いて車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置についての制御方法である。駆動装置は、スイッチング素子を含み蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、電力変換装置に並列に接続されたコンデンサとを含む。電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含む。複数の逆導通型半導体素子の各々は、スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成される。制御方法は、スイッチング素子の制御端子を駆動してコンデンサに蓄えられた電荷を放電させるステップと、コンデンサの電荷の放電中に第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの第１の半導体素子の制御端子に印加する電圧を変化させて、第２の半導体素子による電力損失を増加させるステップとを備える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両において、駆動装置内のコンデンサに蓄えられた残留電荷をできるだけ速やかに放電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に従う駆動装置が搭載される車両の全体ブロック図である。
【図２】ＩＧＢＴとダイオードで構成される逆導通型半導体素子の一例を説明するための図である。
【図３】電力用ＭＯＳＦＥＴで構成される逆導通型半導体素子の一例を説明するための図である。
【図４】ゲート電圧を変化させた場合の、還流ダイオードにおける電圧と電流の関係を説明するための図である。
【図５】インバータを用いてコンデンサの残留電荷を放電する場合の電流の流れを説明するための第１の図である。
【図６】インバータを用いてコンデンサの残留電荷を放電する場合の電流の流れを説明するための第２の図である。
【図７】スイッチング素子のスイッチング動作と負荷電流との関係の一例を示す図である。
【図８】スイッチング素子の駆動タイミングの第１の例を説明するための図である。
【図９】スイッチング素子の駆動タイミングの第２の例を説明するための図である。
【図１０】本実施の形態において、ＭＧ−ＥＣＵで実行される残留電荷の放電制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】コンバータを用いてコンデンサの残留電荷を放電する場合の電流の流れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下において、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、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に従う駆動装置が搭載される車両１００の全体ブロック図である。本実施の形態においては、車両１００が電気自動車である構成を例として説明するが、車両１００の構成はこれに限定されるものではなく、蓄電装置からの電力によって走行可能な車両であれば適用可能である。車両１００としては、電気自動車以外にたとえばハイブリッド車両や燃料電池自動車などが含まれる。
【００２７】
図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１０と、システムメインリレー（System Main Relay：ＳＭＲ）１１５と、駆動装置であるＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１６０と、動力伝達ギヤ１６５と、駆動輪１７０と、衝突検出部１８０と、補機バッテリ１９０と、ＨＶ−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００とを備える。
【００２８】
ＰＣＵ１２０は、コンバータ１３０と、インバータ１４０と、ＭＧ−ＥＣＵ３５０と、ゲート駆動部３６０と、コンデンサＣ１〜Ｃ３とを含む。ＭＧ−ＥＣＵ３５０およびゲート駆動部３６０によって、ＰＣＵ１２０の制御部３７０が形成される。ＰＣＵ１２０内の各機器は、一般的に、同一の筐体内に収納され、ケーブルやバスバーなどによって、ＰＣＵ１２０外部のその他の機器と結合される。
【００２９】
蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。
【００３０】
蓄電装置１１０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介して、ＰＣＵ１２０のコンバータ１３０に接続される。蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１６０を駆動するための電力をＰＣＵ１２０へ供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１６０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。
【００３１】
ＳＭＲ１１５に含まれるリレーは、蓄電装置１１０と電力線ＰＬ１，ＮＬ１とにそれぞれ接続される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１によって制御され、蓄電装置１１０とコンバータ１３０との間での電力の供給と遮断とを切換える。
【００３２】
コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間に接続される。コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。電圧センサ１５０は、コンデンサＣ１にかかる電圧を検出し、その検出値ＶＬをＭＧ−ＥＣＵ３５０へ出力する。
【００３３】
コンバータ１３０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１とを含む。
【００３４】
スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１の間に、電力線ＰＬ２から電力線ＮＬ１に向かう方向を順方向として直列に接続される。なお、本実施の形態において、スイッチング素子として、ＩＧＢＴを例として説明するが、それ以外の例としては、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることもできる。
【００３５】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと、電力線ＰＬ１との間に設けられる。すなわち、コンバータ１３０はチョッパ回路を形成する。
【００３６】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＭＧ−ＥＣＵ３５０からの制御信号ＰＷＣに基づいてゲート駆動部３６０により生成されるゲート電圧信号ＶＧＣによって制御され、電力線ＰＬ１，ＮＬ１と、電力線ＰＬ２，ＮＬ１との間で電圧変換動作を行なう。
【００３７】
コンバータ１３０は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１３０は、昇圧動作時には、蓄電装置１１０からの直流電圧を昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１および逆並列ダイオードＤ１を介して、電力線ＰＬ２へ供給することにより行なわれる。
【００３８】
また、コンバータ１３０は、降圧動作時には、インバータ１４０からの直流電圧を降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２および逆並列ダイオードＤ２を介して、電力線ＮＬ１へ供給することにより行なわれる。
【００３９】
これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ比）により制御される。なお、昇圧動作および降圧動作が不要の場合には、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定するように制御信号ＰＷＣを設定することで、電圧変換比＝１．０（デューティ比＝１００％）とすることもできる。
【００４０】
なお、本発明においては、コンバータ１３０は必須ではなく、蓄電装置１１０からの出力電圧がインバータ１４０に直接供給される構成であってもよい。
【００４１】
コンデンサＣ２は、コンバータ１３０とインバータ１４０とを結ぶ電力線ＰＬ２，ＮＬ１の間に接続される。コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。電圧センサ１５５は、コンデンサＣ２にかかる電圧を検出し、その検出値ＶＨをＭＧ−ＥＣＵ３５０へ出力する。
【００４２】
インバータ１４０は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１を介して、コンバータ１３０に接続される。インバータ１４０は、ＭＧ−ＥＣＵ３５０からの制御指令ＰＷＩに基づいてゲート駆動部３６０によって生成されるゲート電圧信号ＶＧＩにより制御され、コンバータ１３０から出力される直流電力を、モータジェネレータ１６０を駆動するための交流電力に電力変換する。
【００４３】
インバータ１４０は、Ｕ相アーム１４１と、Ｖ相アーム１４２と、Ｗ相アーム１４３とを含み、これらによりブリッジ回路が形成される。Ｕ相アーム１４１、Ｖ相アーム１４２およびＷ相アーム１４３は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に並列に接続される。
【００４４】
Ｕ相アーム１４１は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４に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のカソードはスイッチング素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはスイッチング素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはスイッチング素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはスイッチング素子Ｑ４のエミッタと接続される。
【００４５】
Ｖ相アーム１４２は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６に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のカソードはスイッチング素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはスイッチング素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはスイッチング素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはスイッチング素子Ｑ６のエミッタと接続される。
【００４６】
Ｗ相アーム１４３は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８と、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８に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のカソードはスイッチング素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはスイッチング素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはスイッチング素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはスイッチング素子Ｑ８のエミッタと接続される。
【００４７】
モータジェネレータ１６０は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータと中性点でＹ結線された三相コイルを有するステータとを備える三相交流電動発電機であり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３つのコイルは、各々一方端が中性点に共に接続される。そして、Ｕ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。
【００４８】
モータジェネレータ１６０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ１６５を介して駆動輪１７０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１６０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１７０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、インバータ１４０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。
【００４９】
また、モータジェネレータ１６０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１６０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１１０を充電することも可能である。
【００５０】
なお、図１においては、モータジェネレータが１つ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータを複数設ける構成としてもよい。たとえば、２つのモータジェネレータを備えるハイブリッド車両の場合には、一方のモータジェネレータを専ら駆動輪１７０を駆動するための電動機として用い、他方のモータジェネレータを専らエンジンにより駆動される発電機として用いるようにしてもよい。
【００５１】
衝突検出部１８０は、図示しないセンサ（たとえばＧセンサ）を含み、車両１００が衝突したか否かを検出する。そして、その衝突検出信号ＣＯＬをＨＶ−ＥＣＵ３００へ出力する。
【００５２】
ＨＶ−ＥＣＵ３００およびＭＧ−ＥＣＵ３５０は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。ＨＶ−ＥＣＵ３００は、車両全体の制御を統括する制御装置であり、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、ＰＣＵ１２０内の機器（コンバータ１３０，インバータ１４０，ゲート駆動部３６０など）を制御するための制御装置である。ＨＶ−ＥＣＵ３００およびＭＧ−ＥＣＵ３５０における制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００５３】
なお、図１においては、制御装置としてＨＶ−ＥＣＵ３００およびＭＧ−ＥＣＵ３５０が個別に備えられる構成を例として説明するが、制御装置の構成はこれに限定されない。たとえば、ＨＶ−ＥＣＵ３００およびＭＧ−ＥＣＵ３５０が統合された１つの制御装置としてもよいし、機器ごとや機能ごとに、より多くの制御装置が設けられる構成としてもよい。
【００５４】
ＨＶ−ＥＣＵ３００は、衝突検出部１８０からの衝突検出信号ＣＯＬを受ける。また、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、ＭＧ−ＥＣＵ３５０から、電圧センサ１５０，１５５で検出された電圧ＶＲ，ＶＨを受ける。ＨＶ−ＥＣＵ３００は、ユーザによるアクセル操作およびモータジェネレータ１６０の回転速度などに基づいて、コンバータ１３０の目標昇圧電圧ＶＲ、および目標要求トルクＴＲを演算する。そして、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、ＭＧ−ＥＣＵ３５０へ、目標昇圧電圧ＶＲ、目標要求トルクＴＲおよび衝突検出信号ＣＯＬをＭＧ−ＥＣＵ３５０へ出力する。
【００５５】
ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの目標昇圧電圧ＶＲおよび目標要求トルクＴＲと、電圧センサ１５０，１５５の検出値ＶＬ，ＶＨおよびモータジェネレータ１６０の電流，回転速度などに基づいて、コンバータ１３０およびインバータ１４０を駆動するための制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩをそれぞれ生成する。ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、これらの制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩをゲート駆動部３６０へ出力する。
【００５６】
ゲート駆動部３６０は、制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩに基づいて、コンバータ１３０およびインバータ１４０に含まれる各スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート電圧信号ＶＧＣ，ＶＧＩをそれぞれ生成し、コンバータ１３０およびインバータ１４０に出力する。
【００５７】
また、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、ＨＶ−ＥＣＵ３００から、車両１００の衝突検出信号ＣＯＬを受ける。ＭＧ−ＥＣＵ１６０は、衝突検出信号ＣＯＬを受信した場合は、コンデンサＣ２に蓄えられた残留電荷をモータジェネレータ１６０および／またはコンバータ１３０を用いて放電するような制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩを生成する。
【００５８】
補機バッテリ１９０は、各ＥＣＵなどの制御装置および図示しない補機装置のような車両１００の低圧系の機器に対して電源電圧を供給するための電圧源である。補機バッテリ１９０は代表的には鉛蓄電池により構成され、その出力電圧は、たとえば１２Ｖ程度である。
【００５９】
補機バッテリ１９０は、電力線ＰＬ３を介して、ＨＶ−ＥＣＵ３００、ＭＧ−ＥＣＵ３５０、およびゲート駆動部３６０に接続され、これらの機器へ電源電圧を供給する。
【００６０】
ＰＣＵ１２０内において、電力線ＰＬ３と接地との間に、コンデンサＣ３が設けられる。コンデンサＣ３は、補機バッテリ１９０からＰＣＵ１２０への電源電圧が途絶した場合に、ＭＧ−ＥＣＵ３５０およびゲート駆動部３６０をしばらくの期間動作させるためのバックアップコンデンサであり、補機バッテリ１９０からの電圧によって電力が蓄えられる。これによって、衝突などによって、補機バッテリ１９０からＰＣＵ１２０への電源電圧が途絶した場合でも、しばらくの期間は、コンデンサＣ３に蓄えられた電力によってＭＧ−ＥＣＵ３５０およびゲート駆動部３６０を動作させることができる。
【００６１】
上記のような構成の車両１００においては、車両１００がモータジェネレータ１６０からの駆動力を用いて走行している場合には、ＰＣＵ１２０内のコンデンサＣ１，Ｃ２には、電荷が蓄えられた状態となっている。このような状態において、衝突が生じたような場合には、短絡や地絡等による機器の破損や周囲への影響を抑制するために、コンデンサＣ１，Ｃ２に蓄えられた残留電荷をできるだけ迅速に放電することが望ましい。
【００６２】
このような放電として、インバータ１４０を駆動してモータジェネレータ１６０にｄ軸電流を流すことによって、モータジェネレータ１６０の回転させることなく、モータジェネレータ１６０内のコイルによって電荷を消費させたり、コンバータ１３０により、昇圧動作と降圧動作とを繰り返して、コンバータ１３０に含まれるリアクトルＬ１により電荷を消費させたりする場合がある。
【００６３】
この場合、コンバータ１３０およびインバータ１４０を駆動させるために、ＭＧ−ＥＣＵ３５０およびゲート駆動部３６０を動作させることが必要となるが、たとえば、衝突によって、補機バッテリ１９０からＰＣＵ１２０への電源電圧の供給が途絶してしまった場合には、コンデンサＣ３に蓄えられた電力では放電動作が完了できない可能性が生じ得る。そして、これに対処するためにコンデンサＣ３の容量を大きくすると、かえってコストの増加となってしまう。
【００６４】
そのため、コンデンサＣ３の容量を大きくすることなく、衝突発生時に補機バッテリ１９０からＰＣＵ１２０への電源電圧が途絶した場合であっても確実に放電動作を完了させることが必要とされる。
【００６５】
ここで、ＰＣＵ１２０のコンバータ１３０およびインバータ１４０においては、スイッチング素子とスイッチング素子に逆並列に接続された還流ダイオード（Free Wheeling Diode：ＦＷＤ）とが一体で形成された、いわゆる逆導通型半導体素子が用いられる場合がある。
【００６６】
この逆導通型半導体素子は、後述するように、還流ダイオードに電流が流れている場合に、対応するスイッチング素子のゲート電圧を増加させると、還流ダイオードの導通抵抗が増加するという特性を有する。
【００６７】
そこで、本実施の形態においては、コンバータ１３０およびインバータ１４０などの電力変換装置に、このような逆導通型半導体素子が含まれる場合に、上記のような特性を利用して放電時間を短縮させる。
【００６８】
図２は、逆導通型半導体素子２００の断面構造の例の概略図である。図２の逆導通型半導体素子は、ＩＧＢＴとダイオードで構成されており、ＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting-IGBT）とも称される。
【００６９】
図２を参照して、逆導通型半導体素子２００の表面はいわゆるトレンチゲート型の構造を有している。一方、裏面は、ＩＧＢＴ領域となるコレクタ層（Ｐ＋層）２１０と、ＦＷＤ領域となるカソード層（Ｎ＋層）２２０とで形成される。このような構成とすることによって、ＩＧＢＴ領域においては、コレクタ２１０側の電位がエミッタ２６０側の電位よりも高い場合には、トレンチゲート２３０にゲート電圧を印加することによって、コレクタ２１０からＰベース層２４０を通ってエミッタ２６０へ電流が流れる。また、エミッタ２６０側の電位がコレクタ２１０側の電位よりも高い場合には、ＦＷＤ領域において、アノードからカソード２２０へ電流が流れる。なお、図２においては、トレンチゲート型のＩＧＢＴを例としたが、プレーナゲート型のＩＧＢＴとしてもよい。
【００７０】
また、図３は、電力用ＭＯＳＦＥＴにより構成される逆導通型半導体素子４００の断面構造の例を示す。電力用ＭＯＳＦＥＴは、寄生ダイオードが備わっているため、アノード４２０の電位がカソード４１０の電位よりも高い場合には、この寄生ダイオードによって、アノード４２０からカソード４１０へ電流が流れる。一方、ドレイン４１０の電位がソース４２０の電位よりも高い場合には、トレンチゲート４３０にゲート電圧を印加することによって、ドレイン４１０からソース４２０に電流が流れる。
【００７１】
このような逆導通型半導体素子においては、逆導通型半導体素子がダイオードとして動作しているときにゲート電圧を高くすると、ダイオードの順方向特性が低下し、導通抵抗が増加することが知られている。これは、ゲート電圧を高くすることで、Ｐベース層においてチャネル領域が拡大して、図２におけるＰベース層２４０とＮ−層２５０との間の電位差が低下するためである。
【００７２】
図４は、ゲート電圧を変化させたときの、逆導通型半導体素子のダイオードとしての順方向特性の一例を示す図である。図４においては、横軸に逆導通型半導体素子のダイオードの順方向電圧Ｖｆが示され、縦軸は逆導通型半導体素子に流れる電流Ｉｆが示される。
【００７３】
図４を参照して、ゲート電圧を高くしていくにしたがって、順方向特性の曲線は、曲線Ｗ１０から曲線Ｗ１３へと変化する。そのため、同じ大きさの電流を流す場合に、ゲート電圧を高くすると、たとえば、図４の点Ｐ１から点Ｐ２へと動作点が変化し、逆導通型半導体素子における電圧降下が大きくなる。すなわち、逆導通型半導体素子における導通損失が大きくなる。
【００７４】
本実施の形態においては、ＰＣＵにおいて逆導通型半導体素子を含むインバータ、コンバータなどの電力変換装置が用いられる場合に、上述のような逆導通型半導体素子の特性を利用して、ＰＣＵ内のコンデンサの残留電荷を短時間で放電させる。図５から図７を用いて、コンデンサの残留電荷の放電動作について説明する。
【００７５】
図５を参照して、たとえば、ゲート駆動部３６０からのゲート電圧信号ＶＧＩによって、インバータ１４０のＵ相アーム１４１における上アームのスイッチング素子Ｑ３およびＶ相アーム１４２の下アームのスイッチング素子Ｑ６が導通状態とされる。これにより、コンデンサＣ２から図５中の矢印ＡＲ１のように電流が流れて、モータジェネレータ１６０のＵ相およびＶ相のコイルにエネルギが蓄えられる。
【００７６】
その後、図５の状態から、図６のように、Ｕ相アーム１４１の上アームのスイッチング素子Ｑ３が非導通状態とされると、Ｕ相およびＶ相のコイルに蓄えられたエネルギによって、図６中の矢印ＡＲ２のように、スイッチング素子Ｑ６およびダイオードＤ４を通って電流が還流する。このとき、Ｕ相およびＶ相のコイルおよび各素子を電流が流れる際の導通損失により放電が行なわれる。その後、スイッチング素子Ｑ３が再び導通状態とされると、コンデンサＣ２から再び電流がＵ相およびＶ相のコイルに流れる。
【００７７】
このように、スイッチング素子Ｑ３について、導通状態と非導通状態とを適切なデューティで切換えることによって、図７のように、時間とともにコンデンサＣ２の残留電荷が徐々に放電される。なお、図７における曲線Ｗ２０は、上記のＵ相およびＶ相のコイルのような負荷に流れる電流が示されており、矢印ＡＲ１０は図５の状態における電流が示され、矢印ＡＲ２０は図６の状態における電流が示されている。また、破線の曲線Ｗ２１は、平均の負荷電流である。
【００７８】
このような放電動作においては、スイッチング素子Ｑ４のゲート電圧の印加の有無に関らず、還流ダイオードとして動作するダイオードＤ４は導通状態となる。しかしながら、スイッチング素子Ｑ４とダイオードＤ４とが、上述のような逆導通型半導体素子で構成されている場合には、ゲート電圧を高くすることによってダイオードＤ４の導通損失を大きくすることができる。これによって、還流動作における消費電力が増大し、放電時間を短縮することができる。
【００７９】
なお、図５および図６においては、Ｕ相アーム１４１のスイッチング素子を切換えることによって、Ｕ相およびＶ相のコイルで残留電荷を放電する場合を説明したが、スイッチング素子Ｑ６に加えてＶ相アーム１４３のスイッチング素子Ｑ８を導通状態として、Ｗ相コイルをさらに用いて放電動作を行なってもよい。また、Ｕ相アーム１４１に代えて、またはそれに加えてＶ相アーム１４２，Ｗ相アーム１４３のスイッチング素子を切換えて放電動作を行なってもよい。
【００８０】
図８は、本実施の形態における、上述した放電動作を行なう場合の、ゲート電圧を示すタイムチャートである。図８においては、横軸には時間が示され、縦軸にはスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のゲート電圧信号が示される。
【００８１】
図８を参照して、モータジェネレータを駆動して車両を走行させる際に、ＰＷＭ制御において、上アームのスイッチング素子にゲート電圧信号を印加して導通状態とし、モータジェネレータのコイルに正側の交流電圧を供給する場合、上アームのスイッチング素子が非導通状態（ゲート電圧信号オフ）で下アームのダイオードにより還流しているときには、一般的には、不要な損失が生じないように下アームのスイッチング素子のゲート電圧信号は印加されない。
【００８２】
ところが、衝突が生じた場合には、下アームのダイオードによる導通損失を増加させるために、上アームのスイッチング素子が非導通状態の期間に、下アームのスイッチング素子にゲート電圧信号が印加される。図３で説明したように、ゲート電圧が大きいほど、ダイオードでの導通損失が大きくなるので、印加されるゲート電圧は、車両走行の際の通常駆動に用いるゲート電圧ＶＧＩ−１よりも高い電圧ＶＧＩ−２に設定することがより好ましい。さらに理想的には、ゲートに印加可能な最大定格電圧とすることが望ましい。なお、このとき、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが同時に導通状態となって短絡を生じることを防止するために、上アームのスイッチング素子に印加されるゲート電圧と、下アームのスイッチング素子に印加されるゲート電圧との間には、一般的にデッドタイムΔｔが設けられる。
【００８３】
また、図９のように、車両を走行させる通常駆動の場合においても、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とに、相補的に交互にゲート電圧を印加するように制御される場合がある（図９中の破線Ｗ３０）。このような場合においても、下アームのダイオードにより還流している場合には、図９中の実線Ｗ３１のように、下アームのスイッチング素子に通常駆動のときよりも高いゲート電圧を印加することによって、下アームのダイオードの導通損失を増加させることができる。
【００８４】
図１０は、本実施の形態において、ＭＧ−ＥＣＵ３５０において実行される、車両衝突時の残留電荷の放電制御処理を説明するためのフローチャートである。図１０に示すフローチャート中の各ステップについては、ＭＧ−ＥＣＵ３５０に予め格納されたプログラムが所定周期でメインルーチンから呼び出されて実行されることによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。
【００８５】
図１および図１０を参照して、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの衝突検出信号ＣＯＬに基づいて、車両１００の衝突が検出されたか否かを判定する。なお、衝突またはそれ以外の要因によって、ＨＶ−ＥＣＵ３００とＭＧ−ＥＣＵ３５０との間の通信が途絶して、衝突検出信号ＣＯＬが受信できない状態となった場合にも、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、衝突の可能性があるとして、衝突が検出されたと判定するようにしてもよい。
【００８６】
衝突が検出されなかった場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、当該処理は不要であるので、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、以降の処理をスキップして処理を終了する。
【００８７】
衝突が検出された場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１０に進められて、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、還流側のスイッチング素子のゲート電圧を、車両走行時の通常動作の場合よりも高く設定する。
【００８８】
そして、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、Ｓ１２０にて、上述のようにインバータ１４０のスイッチング素子を駆動してコンデンサＣ２の残留電荷の放電動作を実行する。
【００８９】
その後、Ｓ１３０にて、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、コンデンサＣ２にかかる電圧ＶＨが、所定のしきい値αを下回ったか否かを判定する。このしきい値αは、たとえば、６０Ｖとされ得る。
【００９０】
電圧ＶＨがしきい値α以上の場合（Ｓ１３０にてＮＯ）には、放電動作が完了していないため、処理がＳ１２０に戻されて、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、電圧ＶＨがしきい値αを下回るまで放電動作を継続する。
【００９１】
電圧ＶＨがしきい値αを下回った場合（Ｓ１３０にてＹＥＳ）には、ＭＧ−ＥＣＵ３５０は、コンデンサＣ２の残留電荷の放電が完了したものと判断して、放電動作を終了する。
【００９２】
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、車両の衝突が発生した場合に、ＰＣＵに含まれるコンデンサの残留電荷の放電時間を短縮することが可能となる。これにより、補機バッテリからＰＣＵへの電源電圧供給が途絶した場合においても、大容量のバックアップコンデンサを用いることなく、放電動作を完了させることができるので、コストアップを防止することができる。
【００９３】
（変形例）
上述の実施の形態においては、インバータを駆動してモータジェネレータによって残留電荷を放電する構成について説明した。図１のように、蓄電装置からの直流電圧をコンバータで昇圧してインバータに供給する構成においては、上記のインバータおよびモータジェネレータを用いた放電動作に代えて、あるいはそれに加えて、コンバータを動作させることによってコンデンサの残留電荷を放電させるようにしてもよい。
【００９４】
図１１は、図１におけるコンバータ１３０を用いたコンデンサＣ２の残留電荷の放電動作を説明するための図である。
【００９５】
図１および図１１を参照して、通常の走行中は、蓄電装置１１０からの直流電圧がコンバータ１３０によって昇圧されるため、コンデンサＣ２にかかる電圧は、一般的にコンデンサＣ１にかかる電圧よりも高い。
【００９６】
そして、衝突が発生すると、コンデンサＣ２の残留電荷を放電するために、スイッチング素子Ｑ１にゲート電圧が印加されてスイッチング素子Ｑ１が導通状態とされ、矢印ＡＲ３のように、電流がコンデンサＣ２からスイッチング素子Ｑ１およびリアクトルＬ１を通ってコンデンサＣ１へと流れる。このとき、リアクトルＬ１にエネルギが蓄えられる。
【００９７】
その後、スイッチング素子Ｑ１が非導通状態とされ、スイッチング素子Ｑ２にゲート電圧が印加されると、リアクトルＬ１に蓄えられたエネルギがコンデンサＣ１に放出される間、破線の矢印ＡＲ４のような還流経路で電流が流れる。このとき、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が逆導通型半導体素子である場合には、上述のインバータでの例で説明したように、スイッチング素子Ｑ２に印加されるゲート電圧を大きくすることで、ダイオードＤ２の導通抵抗を増加して、ダイオードＤ２における導通損失を増加させることができる。
【００９８】
このように、図１に示すような、逆導通型半導体素子を含むコンバータを有する構成の場合には、上述のインバータおよびモータジェネレータを用いた放電動作に加えてコンバータを用いた放電動作を行ない、かつコンバータにおいても還流経路のスイッチング素子のゲート電圧を大きくしてダイオードの導通損失を増加させることで、残留電荷の放電時間をよりいっそう短縮することが可能となる。
【００９９】
また、コンバータによる放電動作は、モータジェネレータ等のＰＣＵ外部の機器を用いることなく、ＰＣＵ内部において動作可能である。そのため、たとえば、衝突の発生によって、モータジェネレータとＰＣＵとの間のケーブルなどの導電経路が切断されたような場合であっても、コンバータによってＰＣＵ単体で残留電荷の放電を行なうことができる。その際に、コンバータにおける還流経路のスイッチング素子のゲート電圧を大きくしてダイオードの導通損失を増加させることで、コンバータによる放電時間を短縮することができるという利点がある。
【０１００】
なお、上述の実施の形態においては、理解を容易にするために、車両の衝突が発生した場合にコンデンサの残留電荷を放電する場合を例として説明したが、上述の制御は、車両の衝突以外の場合において、コンデンサの残留電荷を放電することが必要なときにも適用することが可能である。
【０１０１】
なお、本実施の形態における「制御部３７０」は、本発明の「制御装置」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。
【符号の説明】
【０１０２】
１００ 車両、１１０ 蓄電装置、１１５ ＳＭＲ、１２０ ＰＣＵ、１３０ コンバータ、１４０ インバータ、１４１ Ｕ相アーム、１４２ Ｖ相アーム、１４３ Ｗ相アーム、１５０，１５５ 電圧センサ、１６０ モータジェネレータ、１６５ 動力伝達ギヤ、１７０ 駆動輪、１８０ 衝突検出部、１９０ 補機バッテリ、２００，４００ 逆導通型半導体素子、２１０ コレクタ、２２０ カソード、２３０，４３０ トレンチゲート、２４０，４４０ Ｐベース層、２５０ Ｎ−層、３００ ＨＶ−ＥＣＵ、３５０ ＭＧ−ＥＣＵ、３６０ ゲート駆動部、４１０ Ｎ＋層、Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＮＬ１，ＰＬ１〜ＰＬ３ 電力線、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置からの電力を用いて、車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置であって、
前記駆動装置は、
スイッチング素子を含み、前記蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、
前記電力変換装置に並列に接続されたコンデンサと、
前記スイッチング素子の制御端子を駆動して、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを備え、
前記電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含み、
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、前記スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および前記第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成され、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電動作を行なう際に、前記第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加する電圧を変化させて、前記第２の半導体素子による電力損失を増加させる、駆動装置。
【請求項２】
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、前記還流動作時において、前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加される電圧が大きくなると、それに伴って前記第２の半導体素子の導通抵抗が大きくなる特性を有し、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電に際し、前記複数の逆導通型半導体素子のうち、前記還流動作時の還流経路にある逆導通型半導体素子に含まれる前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加される電圧を、前記回転電機を駆動する場合に比べて大きく設定する、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記電力変換装置は、前記複数の逆導通型半導体素子のうちの少なくとも１つを含み、前記回転電機を駆動するためのインバータであり、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電を行なう場合に、前記インバータと前記回転電機とを用いて、前記コンデンサの電荷を放電する、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記回転電機を回転させることなく、前記回転電機に含まれるコイルにより前記コンデンサの電荷を消費させることにより放電を行なう、請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記電力変換装置は、チョッパ回路を形成する、前記複数の逆導通型半導体素子のうちの少なくとも１つおよびリアクトルを含み、前記蓄電装置から供給される直流電圧を変換するためのコンバータであり、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電を行なう場合に、前記リアクトルにより前記コンデンサの電荷を放電するように前記コンバータを制御する、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、前記第１の半導体素子がＩＧＢＴで形成され、前記第２の半導体素子が前記ＩＧＢＴに逆並列に接続されたダイオードで形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、電力用ＭＯＳＦＥＴで形成され、
前記第２の半導体素子は、前記電力用ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記車両は、前記車両の衝突を検出するための衝突検出部を含み、
前記制御装置は、前記衝突検出部により前記車両の衝突が検出された場合に、前記スイッチング素子の前記制御端子を駆動して、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電する、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項９】
蓄電装置からの電力を用いて、車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置であって、
スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および前記第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成された、少なくとも１つの逆導通型半導体素子を有し、前記回転電機を駆動するためのインバータと、
前記インバータに並列に接続されたコンデンサと、
前記スイッチング素子の制御端子を駆動して、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電動作を行なう際に、前記第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加する電圧を変化させて、前記第２の半導体素子による電力損失を増加させる、駆動装置。
【請求項１０】
前記逆導通型半導体素子を有し、前記蓄電装置からの直流電圧を変換するとともに、変換された前記直流電圧を前記インバータに供給するためのコンバータをさらに備える、請求項９に記載の駆動装置。
【請求項１１】
車両であって、
蓄電装置と、
回転電機と、
前記蓄電装置からの電力を用いて前記回転電機を駆動して走行駆動力を発生させるための駆動装置とを備え、
前記駆動装置は、
スイッチング素子を有し、前記蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、
前記電力変換装置に並列に接続されたコンデンサと、
前記スイッチング素子の制御端子を駆動して、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを含み、
前記電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含み、
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、前記スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および前記第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成され、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電動作を行なう際に、前記第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加する電圧を変化させて、前記第２の半導体素子による電力損失を増加させる、車両。
【請求項１２】
蓄電装置からの電力を用いて、車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置の制御方法であって、
前記駆動装置は、
スイッチング素子を含み、前記蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、
前記電力変換装置に並列に接続されたコンデンサとを含み、
前記電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含み、
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、前記スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および前記第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成され、
前記制御方法は、
前記スイッチング素子の制御端子を駆動して、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電させるステップと、
前記コンデンサの電荷の放電中に、前記第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加する電圧を変化させて、前記第２の半導体素子による電力損失を増加させるステップとを備える、駆動装置の制御方法。
【請求項１】
蓄電装置からの電力を用いて、車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置であって、
前記駆動装置は、
スイッチング素子を含み、前記蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、
前記電力変換装置に並列に接続されたコンデンサと、
前記スイッチング素子の制御端子を駆動して、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを備え、
前記電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含み、
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、前記スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および前記第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成され、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電動作を行なう際に、前記第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加する電圧を変化させて、前記第２の半導体素子による電力損失を増加させる、駆動装置。
【請求項２】
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、前記還流動作時において、前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加される電圧が大きくなると、それに伴って前記第２の半導体素子の導通抵抗が大きくなる特性を有し、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電に際し、前記複数の逆導通型半導体素子のうち、前記還流動作時の還流経路にある逆導通型半導体素子に含まれる前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加される電圧を、前記回転電機を駆動する場合に比べて大きく設定する、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記電力変換装置は、前記複数の逆導通型半導体素子のうちの少なくとも１つを含み、前記回転電機を駆動するためのインバータであり、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電を行なう場合に、前記インバータと前記回転電機とを用いて、前記コンデンサの電荷を放電する、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記回転電機を回転させることなく、前記回転電機に含まれるコイルにより前記コンデンサの電荷を消費させることにより放電を行なう、請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記電力変換装置は、チョッパ回路を形成する、前記複数の逆導通型半導体素子のうちの少なくとも１つおよびリアクトルを含み、前記蓄電装置から供給される直流電圧を変換するためのコンバータであり、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電を行なう場合に、前記リアクトルにより前記コンデンサの電荷を放電するように前記コンバータを制御する、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、前記第１の半導体素子がＩＧＢＴで形成され、前記第２の半導体素子が前記ＩＧＢＴに逆並列に接続されたダイオードで形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、電力用ＭＯＳＦＥＴで形成され、
前記第２の半導体素子は、前記電力用ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記車両は、前記車両の衝突を検出するための衝突検出部を含み、
前記制御装置は、前記衝突検出部により前記車両の衝突が検出された場合に、前記スイッチング素子の前記制御端子を駆動して、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電する、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項９】
蓄電装置からの電力を用いて、車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置であって、
スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および前記第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成された、少なくとも１つの逆導通型半導体素子を有し、前記回転電機を駆動するためのインバータと、
前記インバータに並列に接続されたコンデンサと、
前記スイッチング素子の制御端子を駆動して、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電動作を行なう際に、前記第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加する電圧を変化させて、前記第２の半導体素子による電力損失を増加させる、駆動装置。
【請求項１０】
前記逆導通型半導体素子を有し、前記蓄電装置からの直流電圧を変換するとともに、変換された前記直流電圧を前記インバータに供給するためのコンバータをさらに備える、請求項９に記載の駆動装置。
【請求項１１】
車両であって、
蓄電装置と、
回転電機と、
前記蓄電装置からの電力を用いて前記回転電機を駆動して走行駆動力を発生させるための駆動装置とを備え、
前記駆動装置は、
スイッチング素子を有し、前記蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、
前記電力変換装置に並列に接続されたコンデンサと、
前記スイッチング素子の制御端子を駆動して、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための制御装置とを含み、
前記電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含み、
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、前記スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および前記第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成され、
前記制御装置は、前記コンデンサの放電動作を行なう際に、前記第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加する電圧を変化させて、前記第２の半導体素子による電力損失を増加させる、車両。
【請求項１２】
蓄電装置からの電力を用いて、車両に搭載された回転電機を駆動するための駆動装置の制御方法であって、
前記駆動装置は、
スイッチング素子を含み、前記蓄電装置からの電力を変換するための電力変換装置と、
前記電力変換装置に並列に接続されたコンデンサとを含み、
前記電力変換装置は、複数の逆導通型半導体素子を含み、
前記複数の逆導通型半導体素子の各々は、前記スイッチング素子として動作する第１の半導体素子、および前記第１の半導体素子に並列に接続され還流ダイオードとして動作する第２の半導体素子が一体で形成され、
前記制御方法は、
前記スイッチング素子の制御端子を駆動して、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電させるステップと、
前記コンデンサの電荷の放電中に、前記第２の半導体素子によって還流動作が行なわれているときの前記第１の半導体素子の前記制御端子に印加する電圧を変化させて、前記第２の半導体素子による電力損失を増加させるステップとを備える、駆動装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−２１８９０（Ｐ２０１３−２１８９０Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５５０５（Ｐ２０１１−１５５５０５）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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