JP7177005B2 - 電源システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両に搭載される電源システム及びその制御方法に関する。

近年、動力発生源として駆動モータを備える電動輸送機器や、動力発生源として駆動モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両等の電動車両の開発が盛んである。このような電動車両において、駆動モータを含む電気負荷とバッテリとは、メインコンタクタを介して接続されている。

またバッテリから供給される電力で電気負荷を駆動するためには、事前に電気負荷に含まれる平滑コンデンサを充電するプリチャージを行う必要がある。しかしながら、平滑コンデンサが充電されていない状態でメインコンタクタをオンにすると、バッテリ側から電気負荷へ過大な突入電流が発生してしまい、コンタクタが溶着してしまう場合がある。このため電動車両に搭載される電源システムは、直流電源と電気負荷との接続を開始する際には、メインコンタクタと並列に接続されたプリチャージコンタクタをオンにすることによって、プリチャージ抵抗を介して平滑コンデンサに電流を供給し、平滑コンデンサのプリチャージが完了した後に、メインコンタクタをオンにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－８０３３２号公報

上述のように従来の電源システムでは、平滑コンデンサのプリチャージが完了した後にメインコンタクタをオンにしているため、メインコンタクタを過大な突入電流が流れることはないものの、メインコンタクタをオンにした瞬間に、その時の平滑コンデンサの両端の電圧と直流電源の両端の電圧との間の電位差に応じた大きさの突入電流が流れてしまう。また近年ではバッテリの性能が向上し、その内部抵抗は益々小さくなる傾向があることから、メインコンタクタをオンにした瞬間に流れる突入電流も大きくなる傾向がある。このため、メインコンタクタのオン／オフを何度も繰り返すことにより、メインコンタクタの性能に応じた許容回数を超える回数の突入電流が流れてしまうと、メインコンタクタが溶着してしまう場合がある。

このような課題を解決するためには、大きな突入電流が流れないように適切なタイミングでメインコンタクタをオンにできるよう、検出精度の高い電圧センサを用いることが考えられるが、この場合、電圧センサにかかるコストが上がってしまうおそれがある。

本発明は、精度の高い電圧センサを用いることなくメインコンタクタの溶着を防止できる電動車両用の電源システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る制御方法は、電動車両（例えば、後述の車両Ｖ）に搭載される電源システム（例えば、後述の電源システム１）の制御方法であって、前記電源システムは、直流電源（例えば、後述の高電圧バッテリＢ）の正極と平滑コンデンサ（例えば、後述の平滑コンデンサ３５）を含む電気負荷（例えば、後述の負荷回路３）とを接続する正極電力線（例えば、後述の１次側正極電力線２１）に互いに並列に設けられた正極メインコンタクタ（例えば、後述の正極メインコンタクタ５１）及び正極プリチャージコンタクタ（例えば、後述の正極プリチャージコンタクタ５２）と、前記直流電源の負極と前記電気負荷とを接続する負極電力線（例えば、後述の１次側負極電力線２２）に互いに並列に設けられた負極メインコンタクタ（例えば、後述の負極メインコンタクタ６１）及び負極プリチャージコンタクタ（例えば、後述の負極プリチャージコンタクタ６２）と、を備え、前記制御方法は、前記直流電源と前記電気負荷との接続を開始する際に、前記正極及び負極プリチャージコンタクタを閉じ、前記平滑コンデンサのプリチャージを開始するステップ（例えば、後述の図３のＳ１１、Ｓ１２及び図５のＳ３１、Ｓ３２）と、前記プリチャージの終了後、前記正極及び負極メインコンタクタの何れか一方のメインコンタクタを閉じるステップ（例えば、後述の図３のＳ１５及び図５のＳ３５）と、前記一方のメインコンタクタを閉じた後、他方のメインコンタクタを閉じるステップ（例えば、後述の図３のＳ１８及び図５のＳ３８）と、を備え、前記正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序は、所定の条件に応じて変更することを特徴とする。

（２）この場合、前記直流電源は蓄電器であり、前記電動車両の起動モードは、外部電力供給源から供給される電力で前記蓄電器を充電可能な状態にする外部充電モードと、前記蓄電器から放電される電力で走行可能な状態にする車両走行モードと、に分けられ、前記正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序は、前記起動モードが前記外部充電モード及び前記車両走行モードのどちらであるかによって変更することが好ましい。

（３）この場合、前記電源システムは、前記外部電力供給源のプラグが接続されるインレットを備え、前記起動モードが前記外部充電モードであるか否かは、前記プラグが前記インレットに接続されているか否かによって判定することが好ましい。

（４）この場合、前記正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序は、前回の前記直流電源と前記電気負荷との接続時における順序と逆であることが好ましい。

（５）この場合、前記一方のメインコンタクタを閉じてから、前記平滑コンデンサの両端の電圧値が所定の閾値以下になった後に前記他方のメインコンタクタを閉じることが好ましい。

（６）この場合、前記制御方法は、前記正極及び負極メインコンタクタの溶着の有無を判定する溶着判定ステップ（例えば、後述の図６の溶着判定処理）を備え、前記正極及び負極メインコンタクタのうち何れかが溶着していると判定された場合には、前記プリチャージの終了後、前記平滑コンデンサの両端の電圧値が前記閾値以下になった後に溶着していないメインコンタクタを閉じることが好ましい。

（７）この場合、前記溶着判定ステップは、前記正極及び負極メインコンタクタを開くステップ（例えば、後述の図６のＳ５２）と、前記正極及び負極メインコンタクタを開く前後で前記平滑コンデンサの両端の電圧値が低下したか否かを判定するステップ（例えば、後述の図６のＳ５４）と、前記平滑コンデンサの両端の電圧値が低下しなかったと判定された場合には前記正極及び負極メインコンタクタの両方が溶着していると判定するステップ（例えば、後述の図６のＳ５５）と、前記平滑コンデンサの両端の電圧値が低下したと判定された後、前記正極及び負極プリチャージコンタクタの何れか一方の極のプリチャージコンタクタを閉じるステップ（例えば、後述の図６のＳ５６）と、前記一方の極のプリチャージコンタクタを閉じる前後で前記平滑コンデンサの両端の電圧値が上昇したか否かを判定するステップ（例えば、後述の図６のＳ５８）と、前記平滑コンデンサの両端の電圧値が上昇したと判定された場合には他方の極のメインコンタクタが溶着していると判定するステップ（例えば、後述の図６のＳ５９）と、前記平滑コンデンサの両端の電圧値が上昇しなかったと判定された後、前記一方の極のプリチャージコンタクタを開き、前記他方の極のプリチャージコンタクタを閉じるステップ（例えば、後述の図６のＳ６０及びＳ６１）と、前記他方の極のプリチャージコンタクタを閉じる前後で前記平滑コンデンサの両端の電圧値が上昇したか否かを判定するステップ（例えば、後述の図６のＳ６３）と、前記平滑コンデンサの両端の電圧値が上昇したと判定された場合には前記一方の極のメインコンタクタが溶着していると判定するステップ（例えば、後述の図６のＳ６４）と、を含むことが好ましい。

（８）本発明に係る電源システム（例えば、後述の電源システム１）は、電動車両（例えば、後述の車両Ｖ）に搭載されるものであって、直流電源（例えば、後述の高電圧バッテリＢ）の正極と平滑コンデンサ（例えば、後述の平滑コンデンサ３５）を含む電気負荷（例えば、後述の負荷回路３）とを接続する正極電力線（例えば、後述の１次側正極電力線２１）に互いに並列に設けられた正極メインコンタクタ（例えば、後述の正極メインコンタクタ５１）及び正極プリチャージコンタクタ（例えば、後述の正極プリチャージコンタクタ５２）と、前記直流電源の負極と前記電気負荷とを接続する負極電力線（例えば、後述の１次側負極電力線２２）に互いに並列に設けられた負極メインコンタクタ（例えば、後述の負極メインコンタクタ６１）及び負極プリチャージコンタクタ（例えば、後述の負極プリチャージコンタクタ６２）と、前記直流電源と前記電気負荷との接続を開始する際に、前記正極及び負極プリチャージコンタクタを閉じることによって前記平滑コンデンサのプリチャージを行った後、前記正極及び負極メインコンタクタの何れか一方のメインコンタクタを閉じ、その後他方のメインコンタクタを閉じる制御装置（例えば、後述のＥＣＵ８）と、を備え、前記制御装置は、前記プリチャージの終了後に前記正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序を、所定の条件に応じて変更することを特徴とする。

（１）本発明の電源システムは、正極電力線に設けられた正極メインコンタクタ及び正極プリチャージコンタクタと、負極電力線に設けられた負極メインコンタクタ及び負極プリチャージコンタクタと、を備える。また本発明の制御方法は、直流電源と電気負荷との接続を開始する際には、正極及び負極プリチャージコンタクタの両方を閉じることによって平滑コンデンサのプリチャージを開始し、このプリチャージが終了した後、正極及び負極メインコンタクタの何れか一方のメインコンタクタを閉じた後、他方のメインコンタクタを閉じる。ここで、正極及び負極メインコンタクタを所定の順序で閉じる際、先に閉じたメインコンタクタには、これを閉じた瞬間に直流電源と平滑コンデンサの両端の電圧との電圧差に応じた大きさの突入電流が流れてしまう。そこで本発明の制御方法では、プリチャージの終了後に正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序を、所定の条件に応じて変更する。これにより、メインコンタクタを閉じた瞬間に流れる突入電流の回数を、２つのメインコンタクタで分散させることができるので、精度の高い電圧センサを用いたり、電流タフネスの高いメインコンタクタを用いたりすることなく、これらメインコンタクタが溶着するのを防止できる。

（２）電動車両は、外部電力供給源から供給される電力で蓄電器を充電可能な状態にする外部充電モードの下で起動された後は、蓄電器から放電される電力で走行可能な状態にする車両走行モードの下で起動される場合が多い。そこで本発明の制御方法では、正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序は、電動車両の起動モードが外部充電モード及び車両走行モードのどちらであるかによって変更する。これにより、メインコンタクタを閉じた瞬間に流れる突入電流を、正極メインコンタクタと負極メインコンタクタとで交互に流すことができるので、各メインコンタクタにかかる負担を軽減でき、ひいてはこれらメインコンタクタが溶着するのを防止できる。

（３）本発明の制御方法では、起動モードが外部充電モードであるか否かを、プラグがインレットに接続されてるか否かによって判定することにより、電動車両が外部充電モード及び車両走行モードのどちらの起動モードの下で起動されたかを、適切に判定することができる。

（４）本発明の制御方法では、正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序を、前回の直流電源と電気負荷との接続時における順序と逆にする。これにより、プリチャージが終了した後、先に閉じるメインコンタクタを直流電源と電気負荷とを接続する度に変えることができるので、２つのメインコンタクタにかかる負担をほぼ二等分することができるので、これらメインコンタクタが溶着するのを防止できる。

（５）本発明の制御方法では、プリチャージが終了し、正極及び負極メインコンタクタの何れか一方のメインコンタクタを閉じた後、平滑コンデンサの両端の電圧値が所定の閾値以下になった後に他方のメインコンタクタを閉じる。これにより、一方のメインコンタクタを閉じた後、他方のメインコンタクタを閉じた際に、この他方のメインコンタクタを流れる突入電流を閾値に応じた大きさを調整することができる。

（６）本発明の制御方法では、正極及び負極メインコンタクタのうち何れかが溶着していると判定された場合には、プリチャージの終了後、平滑コンデンサの両端の電圧値が閾値以下になった後に、溶着していないメインコンタクタを閉じる。これにより、溶着していないメインコンタクタを閉じた際に、このメインコンタクタを流れる突入電流を閾値に応じた大きさに調整することができるので、この溶着していないメインコンタクタも溶着してしまうのを防止できる。

（７）本発明の制御方法において、溶着判定ステップでは、始めに正極及び負極メインコンタクタを開くとともに、これらメインコンタクタを開く前後における平滑コンデンサの両端の電圧値の低下の有無によってこれらメインコンタクタの両方が溶着しているか否かを判定する。その後、本発明の制御方法では、正極及び負極プリチャージコンタクタの何れか一方の極のプリチャージコンタクタを閉じるとともに、その前後における平滑コンデンサの両端の電圧値の上昇の有無によって他方の極のメインコンタクタが溶着しているか否かを判定する。さらにその後、本発明の制御方法では、正極及び負極プリチャージコンタクタの他方の極のプリチャージコンタクタを閉じるとともに、その前後における平滑コンデンサの両端の電圧値の上昇の有無によって一方の極のメインコンタクタが溶着しているか否かを判定する。これにより、正極及び負極メインコンタクタの両方又は何れかが溶着しているか否かを判定することができる。

（８）本発明の電源システムは、正極電力線に設けられた正極メインコンタクタ及び正極プリチャージコンタクタと、負極電力線に設けられた負極メインコンタクタ及び負極プリチャージコンタクタと、直流電源と電気負荷との接続を開始する際に、正極及び負極プリチャージコンタクタを閉じることによって平滑コンデンサのプリチャージを行った後、正極及び負極メインコンタクタの何れか一方のメインコンタクタを閉じ、その後他方のメインコンタクタを閉じる制御装置と、を備える。また制御装置は、プリチャージの終了後に正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序を、所定の条件に応じて変更する。これにより、メインコンタクタを閉じた瞬間に流れる突入電流の回数を、２つのメインコンタクタで分散させることができるので、精度の高い電圧センサを用いたり、電流タフネスの高いメインコンタクタを用いたりすることなく、これらメインコンタクタが溶着するのを防止できる。

本発明の一実施形態に係る電源システムを搭載する車両及び外部充電器の構成を示す図である。 バッテリと負荷回路及び外部充電回路とを接続するバッテリ接続制御の具体的な手順を示すフローチャートである。 第１プリチャージ制御の具体的な手順を示すフローチャートである。 第１プリチャージ制御によって実現されるタイムチャートの一例を示す図である。 第２プリチャージ制御の具体的な手順を示すフローチャートである。 正極メインコンタクタ及び負極メインコンタクタの溶着の有無を判定する溶着判定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る電源システム１を搭載する電動車両Ｖ（以下、単に「車両」という）及び外部充電器Ｃの構成を示す図である。

車両Ｖは、駆動輪Ｗと、この駆動輪Ｗに連結された駆動モータＭと、この駆動モータＭと直流電源である高電圧バッテリＢとの間での電力の授受を行う電源システム１と、を備える。なお本実施形態では、車両Ｖは、主として駆動モータＭで発生する動力によって加減速するもの例に説明するが、本発明はこれに限らない。車両Ｖは、動力発生源として駆動モータＭとエンジンとを搭載する所謂ハイブリッド車両としてもよい。また本実施形態では、直流電源として高電圧バッテリＢを用いる場合について説明するが、本発明はこれに限らない。本発明は、直流電源として燃料電池スタックを用いてもよい。

駆動モータＭは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Ｗに連結されている。電源システム１から駆動モータＭに三相交流電力を供給することによって駆動モータＭで発生させたトルクは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Ｗに伝達され、駆動輪Ｗを回転させ、車両Ｖを走行させる。また駆動モータＭは、車両Ｖの減速時には発電機の機能を発揮し、回生電力を発電するとともに、この回生電力の大きさに応じた回生制動トルクを駆動輪Ｗに付与する。駆動モータＭによって発電された回生電力は、電源システム１の高電圧バッテリＢに適宜充電される。

電源システム１は、直流電源としての高電圧バッテリＢと、駆動モータＭを含む電気機器によって構成される負荷回路３と、高電圧バッテリＢの正極と負荷回路３とを接続する１次側正極電力線２１と、高電圧バッテリＢの負極と負荷回路３とを接続する１次側負極電力線２２と、１次側正極電力線２１に設けられた正極コンタクタ回路５と、１次側負極電力線２２に設けられた負極コンタクタ回路６と、電力線２１，２２に接続された外部充電回路７と、これら負荷回路３及びコンタクタ回路５，６を制御する電子制御ユニット８（以下、「ＥＣＵ８」との略称を用いる）と、を備える。

高電圧バッテリＢは、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。以下では、この高電圧バッテリＢとして、電極間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う所謂リチウムイオン蓄電池を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。

電力線２１，２２のうち、コンタクタ回路５，６よりも高電圧バッテリＢ側には、１次側電圧センサ２４が接続されている。１次側電圧センサ２４は、この高電圧バッテリＢの両極間の電圧に応じた電圧検出信号を生成し、この電圧検出信号をＥＣＵ８へ送信する。なお以下では、１次側電圧センサ２４によって検出される電圧値を１次側電圧値Ｖｂという。

正極コンタクタ回路５は、両端が１次側正極電力線２１に接続された正極メインコンタクタ５１と、この正極メインコンタクタ５１と並列になるように１次側正極電力線２１に接続された正極プリチャージコンタクタ５２及び正極プリチャージ抵抗５３と、を備える。これら正極メインコンタクタ５１及び正極プリチャージコンタクタ５２は、外部からの指令信号が入力されていない状態では開成して高電圧バッテリＢと負荷回路３及び外部充電回路７との導通を絶ち、指令信号が入力されている状態では閉成して高電圧バッテリＢと負荷回路３及び外部充電回路７とを接続するノーマルオープン型である。これらコンタクタ５１，５２は、ＥＣＵ８から送信される指令信号に応じて開閉する。

負極コンタクタ回路６は、両端が１次側負極電力線２２に接続された負極メインコンタクタ６１と、この負極メインコンタクタ６１と並列になるように１次側負極電力線２２に接続された負極プリチャージコンタクタ６２及び負極プリチャージ抵抗６３と、を備える。これら負極メインコンタクタ６１及び負極プリチャージコンタクタ６２は、外部からの指令信号が入力されていない状態では開成して高電圧バッテリＢと負荷回路３及び外部充電回路７との導通を絶ち、指令信号が入力されている状態では閉成して高電圧バッテリＢと負荷回路３及び外部充電回路７とを接続するノーマルオープン型である。これらコンタクタ６１，６２は、ＥＣＵ８から送信される指令信号に応じて開閉する。

外部充電器Ｃは、充電を主目的とする施設である充電ステーション、商業施設、及び公共施設等に設置された急速充電器である。外部充電器Ｃは、所定の充電電圧の直流を、充電プラグＰを介して車両Ｖの電源システム１へ出力する。

外部充電回路７は、外部充電器Ｃの充電プラグＰが接続されるインレット７３と、このインレット７３の正極端子と１次側正極電力線２１とを接続する正極充電電力線７１と、インレット７３の負極端子と１次側負極電力線２２とを接続する負極充電電力線７２と、を備える。これら充電電力線７１，７２は、正極電力線２１，２２のうち、コンタクタ回路５，６と負荷回路３との間に接続される。図示しない利用者によって充電プラグＰがインレット７３に接続されると、外部充電器Ｃから１次側の電力線２１，２２へ電力が供給され、これにより高電圧バッテリＢが充電される。

またインレット７３には、プラグセンサ（図示せず）が設けられている。このプラグセンサは、充電プラグＰがインレット７３に接続されると、充電プラグＰが接続されていることを示す信号を生成し、ＥＣＵ８へ送信する。

なお以下では、外部充電器Ｃから供給される電力で高電圧バッテリＢを充電可能な状態にする起動モードを外部充電モードといい、高電圧バッテリＢから放電される電力で走行可能な状態にする起動モードを車両走行モードという。

負荷回路３は、電圧変換器３３と、電力変換器３４と、これら電圧変換器３３と電力変換器３４とを接続する２次側正極電力線３１及び２次側負極電力線３２と、電力変換器３４に接続された駆動モータＭと、その両端が２次側正極電力線３１及び２次側負極電力線３２に接続された平滑コンデンサ３５と、を備える。

電圧変換器３３は、１次側の電力線２１，２２と２次側の電力線３１，３２とを接続し、これら１次側の電力線２１，２２と２次側の電力線３１，３２との間で電圧を変換する。電圧変換器３３は、リアクトル、平滑コンデンサ、及び複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）等を組み合わせて構成されるＤＣＤＣコンバータである。電圧変換器３３は、ＥＣＵ８の図示しないゲートドライブ回路から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従い、複数のスイッチング素子をオン／オフ駆動することにより、１次側の電力線２１，２２と２次側の電力線３１，３２との間で電圧を変換する。

電力変換器３４は、２次側の電力線３１，３２と駆動モータＭとを接続し、これら２次側電力線３１，３２と駆動モータＭとの間で電力を変換する。電力変換器３４は、例えば、複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）をブリッジ接続して構成されるブリッジ回路を備えた、パルス幅変調によるＰＷＭインバータであり、直流電力と交流電力とを変換する機能を備える。電力変換器３４は、その直流入出力側において２次側の電力線３１，３２に接続され、その交流入出力側において駆動モータＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに接続されている。電力変換器３４は、ＥＣＵ８の図示しないゲートドライブ回路から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って各相のスイッチング素子をオン／オフ駆動することにより、２次側の電力線３１，３２における直流電力を三相交流電力に変換して駆動モータＭに供給したり、駆動モータＭから供給される三相交流電力を直流電力に変換して２次側の電力線３１，３２に供給したりする。

また２次側の電力線３１，３２には、２次側電圧センサ３６が接続されている。２次側電圧センサ３６は、平滑コンデンサ３５の両端の間の電圧に応じた電圧検出信号を生成し、この電圧検出信号をＥＣＵ８へ送信する。なお以下では、２次側電圧センサ３６によって検出される電圧値を２次側電圧値Ｖｃという。なお以下では、平滑コンデンサを２次側の電力線３１，３２のみに設けた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。平滑コンデンサは、２次側の電力線３１，３２だけでなく１次側の電力線２１，２２に設けてもよい。

図２は、高電圧バッテリＢと負荷回路３及び外部充電回路７とを接続するバッテリ接続制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図２に示すバッテリ接続制御は、電源システム１を起動するシステム起動指令信号が生じたことに応じて、高電圧バッテリＢと負荷回路３及び外部充電回路７との接続を開始する際、ＥＣＵ８によって実行される。

Ｓ１では、ＥＣＵ８は、２つのメインコンタクタ５１，６１の溶着の有無を判定する溶着判定処理（後述の図６参照）の判定結果を取り込み、Ｓ２に移る。

Ｓ２では、ＥＣＵ８は、Ｓ１で取得した判定結果を用いることにより、負極メインコンタクタ６１が溶着しているか否かを判定する。Ｓ２の判定結果がＹＥＳであり、負極メインコンタクタ６１が溶着している場合には、ＥＣＵ８は、溶着していない正極メインコンタクタ５１が溶着しないように高電圧バッテリＢと１次側の電力線２１，２２とを接続するべく、Ｓ６に移り、後述の第２プリチャージ制御（後述の図５参照）を実行し、図２の処理を終了する。またＳ２の判定結果がＮＯである場合には、ＥＣＵ８は、Ｓ３に移る。

Ｓ３では、ＥＣＵ８は、Ｓ１で取得した判定結果を用いることにより、正極メインコンタクタ５１が溶着しているか否かを判定する。Ｓ３の判定結果がＹＥＳであり、正極メインコンタクタ５１が溶着している場合には、ＥＣＵ８は、溶着していない負極メインコンタクタ６１が溶着しないように高電圧バッテリＢと１次側の電力線２１，２２とを接続するべく、Ｓ５に移り、後述の第１プリチャージ制御（後述の図３及び図４参照）を実行し、図２の処理を終了する。またＳ３の判定結果がＮＯである場合には、ＥＣＵ８は、Ｓ４に移る。

Ｓ４では、ＥＣＵ８は、所定の選択条件が満たされているか否かを判定する。ＥＣＵ８は、Ｓ４の判定結果がＹＥＳである場合には、Ｓ５に移り第１プリチャージ制御を実行し、Ｓ４の判定結果がＮＯである場合には、Ｓ６に移り第２プリチャージ制御を実行する。ここで後に図３～図５を参照して説明するように、第１プリチャージ制御と第２プリチャージ制御とでは、正極メインコンタクタ５１及び負極メインコンタクタ６１を閉じる順序が異なっている。従って図２のバッテリ接続制御において、ＥＣＵ８は、正極メインコンタクタ５１及び負極メインコンタクタ６１を閉じる順序を、所定の選択条件に応じて変更する。

ここで、選択条件の２つの具体例について説明する。
第１の選択条件は、車両の起動モードが外部充電モードであること、である。この場合、ＥＣＵ８は、車両の起動モードが外部充電モードであるか車両走行モードのどちらであるかによって正極メインコンタクタ５１及び負極メインコンタクタ６１を閉じる順序を変更する。ＥＣＵ８は、インレット７３に設けられたプラグセンサの出力信号に基づいて、充電プラグがインレットに接続されているか否かを判定することによって、車両の起動モードが外部充電モードであるか否かを判定する。

第２の選択条件は、前回のバッテリ接続制御において第１プリチャージ制御が実行されたこと、である。この場合、ＥＣＵ８は、正極メインコンタクタ５１及び負極メインコンタクタ６１を閉じる順序を、前回のバッテリ接続制御における順序と逆にする。すなわち、前回のバッテリ接続制御において第１プリチャージ制御が実行された場合には、今回のバッテリ接続制御では第２プリチャージ制御を実行し、前回のバッテリ接続制御において第２プリチャージ制御が実行された場合には、今回のバッテリ接続制御では第１プリチャージ制御を実行する。

図３は、第１プリチャージ制御の具体的な手順を示すフローチャートである。なお、この第１プリチャージ制御を開始する際には、メインコンタクタ５１，６１及びプリチャージコンタクタ５２，６２は開成した状態となっている。

図４は、第１プリチャージ制御によって実現されるタイムチャートの一例を示す図である。図４には、上段から下段に向かって順に、正極プリチャージコンタクタ５２、負極プリチャージコンタクタ６２、正極メインコンタクタ５１、負極メインコンタクタ６１、２次側電圧値Ｖｃ、及び高電圧バッテリＢを流れるプリチャージ電流の変化を示す。

始めにＳ１１では、ＥＣＵ８は、正極プリチャージコンタクタ５２を閉成し、Ｓ１２に移る。Ｓ１２では、ＥＣＵ８は、負極プリチャージコンタクタ６２を閉成し、Ｓ１３に移る。これにより、高電圧バッテリＢと負荷回路３及び外部充電回路７とがプリチャージ抵抗５３，６３を介して接続され、負荷回路３の平滑コンデンサ３５のプリチャージが開始する。またこれにより、図４において時刻ｔ０～ｔ１に示すように、プリチャージ電流が流れ始め、さらに２次側電圧値Ｖｃが１次側電圧値Ｖｂに漸近的に近づくように上昇し始める。

Ｓ１３では、ＥＣＵ８は、Ｓ１１及びＳ１２において初めて平滑コンデンサ３５のプリチャージを開始してから、所定のプリチャージ必要時間Ｔｐｃが経過したか否かを判定する。Ｓ１３における判定結果がＮＯである場合には、ＥＣＵ８は、Ｓ１１に戻る。またＳ１３における判定結果がＹＥＳである場合には、ＥＣＵ８は、平滑コンデンサ３５のプリチャージが終了したと判断し、Ｓ１４に移る。ここでプリチャージ必要時間Ｔｐｃは、平滑コンデンサ３５の容量に応じて定められ、具体的には例えば０．５秒程度である。また上述のように１次側の電力線２１，２２と２次側の電力線３１，３２との両方に平滑コンデンサを設けた場合、プリチャージ必要時間Ｔｐｃは、これら平滑コンデンサの合成容量に応じて定められる。

Ｓ１４では、ＥＣＵ８は、正極メインコンタクタ５１は溶着しているか否かを判定する。ＥＣＵ８は、Ｓ１４の判定結果がＮＯである場合にはＳ１５に移り、Ｓ１４の判定結果がＹＥＳである場合にはＳ１６に移る。

Ｓ１５では、ＥＣＵ８は、正極メインコンタクタ５１を閉成し、Ｓ１６に移る。これにより、高電圧バッテリＢの正極と負荷回路３及び外部充電回路７とが正極メインコンタクタ５１を介して接続されるため、プリチャージ電流は正極プリチャージコンタクタ５２及び正極プリチャージ抵抗５３を迂回して正極メインコンタクタ５１を流れる。このため、図４において時刻ｔ１～ｔ２に示すように、２次側電圧値Ｖｃの上昇速度が上昇する。

Ｓ１６では、ＥＣＵ８は、１次側電圧値Ｖｂ及び２次側電圧値Ｖｃを取得し、Ｓ１７に移る。Ｓ１７では、ＥＣＵ８は、１次側電圧値Ｖｂから２次側電圧値Ｖｃを減算して得られる値が所定の閾値以下になったか否かを判定する。Ｓ１７の判定結果がＮＯである場合にはＳ１４に戻り、Ｓ１７の判定結果がＹＥＳである場合にはＳ１８に移る。

Ｓ１８では、ＥＣＵ８は、負極メインコンタクタ６１を閉成し、Ｓ１９に移る。これにより、高電圧バッテリＢの負極と負荷回路３及び外部充電回路７とが負極メインコンタクタ６１を介して接続されるため、プリチャージ電流は負極プリチャージコンタクタ６２及び負極プリチャージ抵抗６３を迂回して負極メインコンタクタ６１を流れる。このように第１プリチャージ制御では、正極メインコンタクタ５１を閉成した後、負極メインコンタクタ６１を閉成した瞬間に高電圧バッテリＢと負荷回路３及び外部充電回路７とがプリチャージ抵抗５３，６３を介さずに接続されるため、この負極メインコンタクタ６１には、図４において時刻ｔ２に示すように、１次側電圧値Ｖｂと２次側電圧値Ｖｃとの差に応じた突入電流が流れる。

Ｓ１９では、ＥＣＵ８は、正極プリチャージコンタクタ５２を開成し、Ｓ２０に移る。Ｓ２０では、ＥＣＵ８は、負極プリチャージコンタクタ６２を開成し、図３の第１プリチャージ制御を終了する。以上のように第１プリチャージ制御では、正極メインコンタクタ５１を閉成した後、負極メインコンタクタ６１を閉成することにより、高電圧バッテリＢと負荷回路３及び外部充電回路７とを接続する。

また以上のように、ＥＣＵ８は、正極メインコンタクタ５１が溶着していると判定された場合（図２のＳ３参照）には第１プリチャージ制御を実行し、またこの第１プリチャージ制御では、平滑コンデンサ３５のプリチャージの終了後（Ｓ１３参照）、１次側電圧値Ｖｂと２次側電圧値Ｖｃとの差が閾値以下になった後に（Ｓ１７参照）、溶着していない負極メインコンタクタ６１を閉成する（Ｓ１８参照）。

図５は、第２プリチャージ制御の具体的な手順を示すフローチャートである。なお、この第２プリチャージ制御を開始する際には、メインコンタクタ５１，６１及びプリチャージコンタクタ５２，６２は開成した状態となっている。また図５に示す第２プリチャージ制御において、Ｓ３１～Ｓ３３、Ｓ３６～Ｓ３７、及びＳ３９～Ｓ４０の処理は、図３に示す第１プリチャージ制御におけるＳ１１～Ｓ１２、Ｓ１６～Ｓ１７、及びＳ１９～Ｓ２０の処理と同じであるので、説明を省略する。

Ｓ３４では、ＥＣＵ８は、負極メインコンタクタ６１は溶着しているか否かを判定する。ＥＣＵ８は、Ｓ３４の判定結果がＮＯである場合にはＳ３５に移り、Ｓ３４の判定結果がＹＥＳである場合にはＳ３６に移る。

Ｓ３５では、ＥＣＵ８は、負極メインコンタクタ６１を閉成し、Ｓ３６に移る。これにより、高電圧バッテリＢの負極と負荷回路３及び外部充電回路７とが負極メインコンタクタ６１を介して接続されるため、プリチャージ電流は負極プリチャージコンタクタ６２及び負極プリチャージ抵抗６３を迂回して負極メインコンタクタ６１を流れる。

Ｓ３８では、ＥＣＵ８は、正極メインコンタクタ５１を閉成し、Ｓ３９に移る。これにより、高電圧バッテリＢの正極と負荷回路３及び外部充電回路７とが正極メインコンタクタ５１を介して接続されるため、プリチャージ電流は正極プリチャージコンタクタ５２及び正極プリチャージ抵抗５３を迂回して正極メインコンタクタ５１を流れる。このように第２プリチャージ制御では、負極メインコンタクタ６１を閉成した後、正極メインコンタクタ５１を閉成した瞬間に高電圧バッテリＢと負荷回路３及び外部充電回路７とがプリチャージ抵抗５３，６３を介さずに接続されるため、この正極メインコンタクタ５１には、１次側電圧値Ｖｂと２次側電圧値Ｖｃとの差に応じた突入電流が流れる。

以上のように第２プリチャージ制御では、負極メインコンタクタ６１を閉成した後、正極メインコンタクタ５１を閉成することにより、高電圧バッテリＢと負荷回路３及び外部充電回路７とを接続する。また以上のように、ＥＣＵ８は、負極メインコンタクタ６１が溶着していると判定された場合（図２のＳ２参照）には第２プリチャージ制御を実行し、またこの第２プリチャージ制御では、平滑コンデンサ３５のプリチャージの終了後（Ｓ３３参照）、１次側電圧値Ｖｂと２次側電圧値Ｖｃとの差が閾値以下になった後に（Ｓ３７参照）、溶着していない正極メインコンタクタ５１を閉成する（Ｓ３８参照）。

図６は、正極メインコンタクタ５１及び負極メインコンタクタ６１の溶着の有無を判定する溶着判定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図６に示す溶着判定処理は、図２のバッテリ接続制御を行うことによって平滑コンデンサ３５が充電された後、電源システム１の停止するシステム停止指令が生じたことに応じて、ＥＣＵ８によって実行される。なお、この溶着判定処理を開始する際には、メインコンタクタ５１，６１は閉成し、プリチャージコンタクタ５２，６２は開成した状態となっている。

Ｓ５１では、ＥＣＵ８は、２次側電圧値Ｖｃを取得し、Ｓ５２に移る。Ｓ５２では、ＥＣＵ８は、正極メインコンタクタ５１及び負極メインコンタクタ６１を開成し、Ｓ５３に移る。Ｓ５３では、ＥＣＵ８は、メインコンタクタ５１，６１を開成した後における２次側電圧値Ｖｃを再び取得し、Ｓ５４に移る。Ｓ５４では、ＥＣＵ８は、メインコンタクタ５１，６１を開成する前後で２次側電圧値Ｖｃが低下したか否かを判定する。ここで指令通りメインコンタクタ５１，６２の少なくとも何れかが開成した場合、平滑コンデンサ３５に蓄えられた電荷は負荷回路３に放電されるため、２次側電圧値Ｖｃは低下する。このためＥＣＵ８は、Ｓ５４の判定結果がＹＥＳである場合にはＳ５６に移り、Ｓ５４の判定結果がＮＯである場合にはＳ５５に移る。Ｓ５５では、ＥＣＵ８は、正極メインコンタクタ５１及び負極メインコンタクタ６１の両方が溶着していると判定し、図６の溶着判定処理を終了する。

Ｓ５６では、ＥＣＵ８は、正極プリチャージコンタクタ５２を閉成し、Ｓ５７に移る。Ｓ５７では、ＥＣＵ８は、正極プリチャージコンタクタ５２を閉成した後における２次側電圧値Ｖｃを取得し、Ｓ５８に移る。Ｓ５８では、ＥＣＵ８は、正極プリチャージコンタクタ５２を閉成する前後で２次側電圧値Ｖｃが上昇したか否かを判定する。ここで正極メインコンタクタ５１及び負極メインコンタクタ６１のうち負極メインコンタクタ６１のみが溶着している場合、正極プリチャージコンタクタ５２を閉成すると高電圧バッテリＢと負荷回路３とが導通し、２次側電圧値Ｖｃは上昇する。このためＥＣＵ８は、Ｓ５８の判定結果がＮＯである場合にはＳ６０に移り、Ｓ５８の判定結果がＹＥＳでる場合にはＳ５９に移る。Ｓ５９では、ＥＣＵ８は、負極メインコンタクタ６１が溶着していると判定し、図６の溶着判定処理を終了する。

Ｓ６０では、ＥＣＵ８は、正極プリチャージコンタクタ５２を開成し、Ｓ６１に移る。Ｓ６１では、ＥＣＵ８は、負極プリチャージコンタクタ６２を閉成し、Ｓ６２に移る。Ｓ６２では、ＥＣＵ８は、負極プリチャージコンタクタ６２を閉成した後における２次側電圧値Ｖｃを取得し、Ｓ６３に移る。Ｓ６３では、ＥＣＵ８は、負極プリチャージコンタクタ６２を閉成する前後で２次側電圧値Ｖｃが上昇したか否かを判定する。ここで正極メインコンタクタ５１及び負極メインコンタクタ６１のうち正極メインコンタクタ５１のみが溶着している場合、負極プリチャージコンタクタ６２を閉成すると高電圧バッテリＢと負荷回路３とが導通し、２次側電圧値Ｖｃは上昇する。このためＥＣＵ８は、Ｓ６３の判定結果がＮＯである場合にはＳ６５に移り、Ｓ６３の判定結果がＹＥＳである場合にはＳ６４に移る。Ｓ６４では、ＥＣＵ８は、正極メインコンタクタ５１が溶着していると判定し、図６の溶着判定処理を終了する。

Ｓ６５では、ＥＣＵ８は、負極プリチャージコンタクタ６２を開成し、Ｓ６６に移る。Ｓ６６では、ＥＣＵ８は、正極メインコンタクタ５１及び負極メインコンタクタ６１は両方とも正常であると判定し、図６の溶着判定処理を終了する。

本実施形態に係る電源システム１及びその制御方法によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態では、高電圧バッテリＢと負荷回路３との接続を開始する際には、プリチャージコンタクタ５２，６２の両方を閉成することによって平滑コンデンサ３５のプリチャージを開始し、このプリチャージが終了した後、メインコンタクタ５１，６１の何れか一方のメインコンタクタを閉成した後、他方のメインコンタクタを閉成する。本実施形態では、プリチャージの終了後にメインコンタクタ５１，６１を閉成する順序を、所定の条件に応じて変更する。これにより、後にメインコンタクタを閉成した瞬間に流れる突入電流の回数を、２つのメインコンタクタ５１，６１で分散させることができるので、精度の高い電圧センサを用いたり、電流タフネスの高いメインコンタクタ５１，６１を用いたりすることなく、これらメインコンタクタ５１，６１が溶着するのを防止できる。

（２）本実施形態では、メインコンタクタ５１，６１を閉成する順序は、車両Ｖの起動モードが外部充電モード及び車両走行モードのどちらであるかによって変更する。これにより、後にメインコンタクタを閉成した瞬間に流れる突入電流を、正極メインコンタクタ５１と負極メインコンタクタ６１とで交互に流すことができるので、各メインコンタクタ５１，６１にかかる負担を軽減でき、ひいてはこれらメインコンタクタ５１，６１が溶着するのを防止できる。

（３）本実施形態では、起動モードが外部充電モードであるか否かを、充電プラグＰがインレット７３に接続されてるか否かによって判定することにより、起動モードが外部充電モードであるか車両走行モードであるかを、適切に判定することができる。

（４）本実施形態では、メインコンタクタ５１，６１を閉成する順序を、前回の高電圧バッテリＢと負荷回路３との接続時における順序と逆にする。これにより、プリチャージが終了した後、先に閉成するメインコンタクタを高電圧バッテリＢと負荷回路３とを接続する度に変えることができるので、２つのメインコンタクタ５１，６１にかかる負担をほぼ二等分することができるので、これらメインコンタクタ５１，６１が溶着するのを防止できる。

（５）本実施形態では、プリチャージが終了し、メインコンタクタ５１，６１の何れか一方のメインコンタクタを閉成した後、１次側電圧値Ｖｂと２次側電圧値Ｖｃとの差が所定の閾値以下になった後に他方のメインコンタクタを閉成する。これにより、一方のメインコンタクタを閉成した後、他方のメインコンタクタを閉成した際に、この他方のメインコンタクタを流れる突入電流を閾値に応じた大きさを調整することができる。

（６）本実施形態では、メインコンタクタ５１，６１のうち何れかが溶着していると判定された場合には、プリチャージの終了後、１次側電圧値Ｖｂと２次側電圧値Ｖｃとの差が閾値以下になった後に、溶着していないメインコンタクタを閉成する。これにより、溶着していないメインコンタクタを閉成した際に、このメインコンタクタを流れる突入電流を閾値に応じた大きさに調整することができるので、この溶着していないメインコンタクタも溶着してしまうのを防止できる。

（７）本実施形態において、溶着判定処理では、始めにメインコンタクタ５１，６１を開成するとともに、これらメインコンタクタ５１，６１を開成する前後における２次側電圧値Ｖｃの低下の有無によってこれらメインコンタクタ５１，６１の両方が溶着しているか否かを判定する。その後、本実施形態では、プリチャージコンタクタ５２，６２の何れか一方の極のプリチャージコンタクタを閉成するとともに、その前後における２次側電圧Ｖｃの上昇の有無によって他方の極のメインコンタクタが溶着しているか否かを判定する。さらにその後、本実施形態では、プリチャージコンタクタ５２，６２の他方の極のプリチャージコンタクタを閉成するとともに、その前後における２次側電圧値Ｖｃの上昇の有無によって一方の極のメインコンタクタが溶着しているか否かを判定する。これにより、メインコンタクタ５１，６１の両方又は何れかが溶着しているか否かを判定することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

Ｖ…車両（電動車両）
Ｍ…駆動モータ（電気負荷）
１…電源システム
Ｂ…高電圧バッテリ（直流電源、蓄電器）
２１…１次側正極電力線（正極電力線）
２２…１次側負極電力線（負極電力線）
３…負荷回路（電気負荷）
３３…電圧変換器
３４…電力変換器
３５…平滑コンデンサ（コンデンサ）
５…正極コンタクタ回路
５１…正極メインコンタクタ
５２…正極プリチャージコンタクタ
６…負極コンタクタ回路
６１…負極メインコンタクタ
６２…負極プリチャージコンタクタ
７…外部充電回路
８…ＥＣＵ（制御装置）

Claims (8)

1. 電動車両に搭載される電源システムの制御方法であって、
   前記電源システムは、
   直流電源の正極と平滑コンデンサを含む電気負荷とを接続する正極電力線に設けられた正極メインコンタクタと、
   前記正極メインコンタクタと並列になるように前記正極電力線に接続された正極プリチャージコンタクタ及び正極プリチャージ抵抗と、
   前記直流電源の負極と前記電気負荷とを接続する負極電力線に設けられた負極メインコンタクタと、
   前記負極メインコンタクタと並列になるように前記負極電力線に接続された負極プリチャージコンタクタ及び負極プリチャージ抵抗と、を備え、
   前記制御方法は、
   前記直流電源と前記電気負荷との接続を開始する際に、前記正極及び負極プリチャージコンタクタを閉じ、前記平滑コンデンサのプリチャージを開始するステップと、
   前記プリチャージの終了後、前記正極及び負極メインコンタクタの何れか一方のメインコンタクタを閉じるステップと、
   前記一方のメインコンタクタを閉じた後、他方のメインコンタクタを閉じるステップと、を備え、
   前記正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序は、所定の条件に応じて変更することを特徴とする電源システムの制御方法。
2. 前記直流電源は蓄電器であり、
   前記電動車両の起動モードは、外部電力供給源から供給される電力で前記蓄電器を充電可能な状態にする外部充電モードと、前記蓄電器から放電される電力で走行可能な状態にする車両走行モードと、に分けられ、
   前記正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序は、前記起動モードが前記外部充電モード及び前記車両走行モードのどちらであるかによって変更することを特徴とする請求項１に記載の電源システムの制御方法。
3. 前記電源システムは、前記外部電力供給源のプラグが接続されるインレットを備え、
   前記起動モードが前記外部充電モードであるか否かは、前記プラグが前記インレットに接続されているか否かによって判定することを特徴とする請求項２に記載の電源システムの制御方法。
4. 前記正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序は、前回の前記直流電源と前記電気負荷との接続時における順序と逆であることを特徴とする請求項１に記載の電源システムの制御方法。
5. 前記一方のメインコンタクタを閉じてから、前記平滑コンデンサの両端の電圧値が所定の閾値以下になった後に前記他方のメインコンタクタを閉じることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電源システムの制御方法。
6. 前記正極及び負極メインコンタクタの溶着の有無を判定する溶着判定ステップを備え、
   前記正極及び負極メインコンタクタのうち何れかが溶着していると判定された場合には、前記プリチャージの終了後、前記平滑コンデンサの両端の電圧値が前記閾値以下になった後に溶着していないメインコンタクタを閉じることを特徴とする請求項５に記載の電源システムの制御方法。
7. 前記溶着判定ステップは、
   前記正極及び負極メインコンタクタを開くステップと、
   前記正極及び負極メインコンタクタを開く前後で前記平滑コンデンサの両端の電圧値が低下したか否かを判定するステップと、
   前記平滑コンデンサの両端の電圧値が低下しなかったと判定された場合には前記正極及び負極メインコンタクタの両方が溶着していると判定するステップと、
   前記平滑コンデンサの両端の電圧値が低下したと判定された後、前記正極及び負極プリチャージコンタクタの何れか一方の極のプリチャージコンタクタを閉じるステップと、
   前記一方の極のプリチャージコンタクタを閉じる前後で前記平滑コンデンサの両端の電圧値が上昇したか否かを判定するステップと、
   前記平滑コンデンサの両端の電圧値が上昇したと判定された場合には他方の極のメインコンタクタが溶着していると判定するステップと、
   前記平滑コンデンサの両端の電圧値が上昇しなかったと判定された後、前記一方の極のプリチャージコンタクタを開き、前記他方の極のプリチャージコンタクタを閉じるステップと、
   前記他方の極のプリチャージコンタクタを閉じる前後で前記平滑コンデンサの両端の電圧値が上昇したか否かを判定するステップと、
   前記平滑コンデンサの両端の電圧値が上昇したと判定された場合には前記一方の極のメインコンタクタが溶着していると判定するステップと、を含むことを特徴とする請求項６に記載の電源システムの制御方法。
8. 電動車両に搭載される電源システムであって、
   直流電源の正極と平滑コンデンサを含む電気負荷とを接続する正極電力線に設けられた正極メインコンタクタと、
   前記正極メインコンタクタと並列になるように前記正極電力線に接続された正極プリチャージコンタクタ及び正極プリチャージ抵抗と、
   前記直流電源の負極と前記電気負荷とを接続する負極電力線に設けられた負極メインコンタクタと、
   前記負極メインコンタクタと並列になるように前記負極電力線に接続された負極プリチャージコンタクタ及び負極プリチャージ抵抗と、
   前記直流電源と前記電気負荷との接続を開始する際に、前記正極及び負極プリチャージコンタクタを閉じることによって前記平滑コンデンサのプリチャージを行った後、前記正極及び負極メインコンタクタの何れか一方のメインコンタクタを閉じ、その後他方のメインコンタクタを閉じる制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記プリチャージの終了後に前記正極及び負極メインコンタクタを閉じる順序を、所定の条件に応じて変更することを特徴とする電源システム。

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