WO2013125010A1

WO2013125010A1 - 電気自動車

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Publication number: WO2013125010A1
Application number: PCT/JP2012/054425
Authority: WO
Inventors: 健太郎広瀬
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-08-29
Also published as: CN104136262A; DE112012005937T5; US20150034406A1

Abstract

　電力変換器の電流を平滑化するコンデンサを放電する回路を備えた電気自動車を提供する。　ハイブリッド車２は、電流を平滑化するためのコンデンサＣ１と、放電回路２０と、放電コントローラ６を備える。放電回路２０は、コンデンサＣ１と並列に接続されている。放電回路２０は、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４とスイッチ２１の直列回路を含む。放電コントローラ６は、予め定められた放電条件が成立した場合にスイッチを閉じる。放電コントローラがスイッチを閉じると、第１抵抗とＰＴＣサーミスタに電流が流れ始める。最初はＰＴＣサーミスタの温度が低いため第１抵抗に多くの電流が流れ、コンデンサＣ１が速やかに放電される。放電回路への電流の流入が想定された以上に続くと、ＰＴＣサーミスタ自体の発熱により温度が上がり、抵抗が増加する。そうすると、第１抵抗へ流れ込む電流が抑制され、第１抵抗の発熱が抑えられる。

Description

電気自動車

　本明細書は、電気自動車に関する。詳しくは、電気自動車のモータ電力供給系において、電流を平滑化するコンデンサを放電する技術に関する。本明細書における「電気自動車」は、燃料電池を搭載した車両、モータとエンジンを備えるハイブリッド車を含む。

　電気自動車のモータの定格出力は数十キロワット程度であり、大電流が必要とされる。他方、モータ電力供給系には、電流の脈動を平滑化するコンデンサ（キャパシタ）が備えられることが多い。典型的には、平滑用のコンデンサは、インバータや電圧変換器などに並列に接続される。モータに供給する大電流を平滑化するため、コンデンサには大容量のものが採用される。以下、平滑用のコンデンサを単にコンデンサと称する。また、本明細書では、インバータや電圧変換器など、電流あるいは電圧を変換するデバイスを「電力変換器」と総称する。

　車両のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がＯＦＦされた後、あるいは、アクシデントなどの不測の事態においてコンデンサに大量の電荷が残っているのは好ましくない。それゆえ、電気自動車にはコンデンサを放電する抵抗（放電抵抗）が備えられることが望ましい。放電回路には２タイプがあり、放電抵抗が常にコンデンサと接続されているタイプと、特定の場合に放電抵抗をコンデンサに接続するタイプである。前者のタイプは特許文献１、２に例示があり、後者のタイプは特許文献３、４に例示がある。放電抵抗をコンデンサに接続する特定の場合とは、例えば、車両が衝突した場合（特許文献３）、車両のメインスイッチがＯＦＦされた場合（特許文献４）、あるいは、インバータのカバーに設けられたインターロックが作動した場合（特許文献４）である。

　コンデンサの放電は短時間で完了することが好ましい。小型の放電抵抗を採用すると、放電抵抗が発熱する。しかしながら、大型の放電抵抗を備えるのはコストやコンパクト性の観点から好ましくない。そこで、コンデンサの速やかな放電と放電抵抗の発熱抑制を両立する技術が提案されている。

　例えば、特許文献１は、電力変換器（インバータ）の電流を平滑化するコンデンサに放電抵抗が常に接続されているタイプの電気自動車であり、放電抵抗が発熱することによって生じる損失を小さくする技術が開示されている。特許文献１が開示する電気自動車は、ＰＴＣサーミスタ（Positive Temperature Coefficient Thermistor）を放電抵抗に用いる。ＰＴＣサーミスタは、温度が上がるにつれて抵抗値が増大するデバイスである。特許文献１の電気自動車では、インバータが動作すると放電抵抗（ＰＴＣサーミスタ）の温度が上昇し、その抵抗値が増大し、放電抵抗に流れ込む電流が減少する。放電抵抗へ流れ込む電流が小さくなるので損失も小さくなる。インバータを停止すると、放電抵抗の温度が下がり、その抵抗値も下がる。コンデンサから放電抵抗へ流れ込むことができる電流が増大し、コンデンサが速やかに放電される。

　また、例えば、特許文献２にも、電力変換器（インバータ）の温度が高くなると、放電抵抗に流れる電流を抑制する電気自動車が開示されている。なお、特許文献２の電気自動車も、インバータの電流を平滑化するコンデンサに放電抵抗が常に接続されているタイプである。特許文献２の技術は次の通りである。特許文献２の電気自動車では、放電抵抗と半導体スイッチが直列に接続される。半導体スイッチはエミッタフォロワトランジスタであり、ベースの電圧が上昇すると半導体スイッチを通れる電流が減り、ベースの電圧が下降すると半導体スイッチを通れる電流が増大する。ベース電極は、直列に接続された２つの抵抗の接続点に接続している。低電圧側の抵抗はＰＴＣサーミスタであり、インバータの近傍に配置される。インバータの温度が低い間は、ＰＴＣサーミスタの温度も低く、その抵抗値も低い。その場合、ベース電圧は低くなり、半導体スイッチは多くの電流を通し、放電抵抗に電流が流れる。即ち、コンデンサの放電が促進される。インバータの温度が上昇すると、ＰＴＣサーミスタの温度も上昇し、ＰＴＣサーミスタの抵抗値が増加する。そうするとベースの電圧が上昇し、半導体スイッチを通る電流が減る。その結果、放電抵抗に流れる電流が減少し、放電抵抗の発熱が抑制される。特許文献２の技術は、インバータの温度が高いときには放電抵抗の発熱を抑制する。特許文献２の技術は、インバータと放電抵抗の双方が同時に発熱することを防止する。

　また、特許文献４が開示する電気自動車は、車両が衝突すると放電抵抗をコンデンサに接続するタイプであり、放電抵抗の温度を計測する温度センサを備えている。放電抵抗の温度が予め定められた上限値に達すると、放電抵抗をコンデンサから切り離し、別の放電デバイスを作動させる。

特開２００６－０４２４９８号公報特開２００８－２０６３１３号公報特開２００６－２２４７７２号公報特開２０１１－２３４５０７号公報

　特許文献１の技術は、ＰＴＣサーミスタを放電抵抗として用いる。特許文献２の技術は、ＰＴＣサーミスタを、電力変換器の温度に応じて放電抵抗に流れる電流を調整するデバイスとして用いる。本明細書は、ＰＴＣサーミスタをさらに有効に使って、放電抵抗の発熱を抑制しつつ、効率よくコンデンサを放電する技術を提供する。

　本明細書が開示する技術の一つの態様は、放電回路と放電コントローラを備える電気自動車を提供する。放電回路は、バッテリとモータの間に接続されている電力変換器の入力端あるいは出力端に並列に接続されている平滑用コンデンサを放電するデバイスである。本明細書が開示する電気自動車は、特定の場合（例えば衝突）に平滑用コンデンサに放電抵抗を接続し、コンデンサを速やかに放電するタイプである。

　本明細書の放電回路は、コンデンサと並列に接続している。放電回路は、第１抵抗とＰＴＣサーミスタとスイッチの直列回路（直列接続）を含む。別言すれば、第１抵抗とＰＴＣサーミスタとスイッチの直列回路がコンデンサに並列に接続している。第１抵抗が主として放電抵抗に相当する。スイッチは通常は開いている。放電コントローラは、予め定められた放電条件が成立した場合にスイッチを閉じ、コンデンサを放電する。予め定められた放電条件は、例えば、車両の衝突を検知すること、通信異常を検知すること、補機バッテリの出力電圧が予め定められた閾値電圧以下であること、車両のメインスイッチがＯＦＦされたこと、その他、特定の異常が検知すること、などである。

　上記の放電回路は、放電コントローラがスイッチを閉じると、直列に接続された第１抵抗とＰＴＣサーミスタに電流が流れ始める。最初はＰＴＣサーミスタの温度が低いため放電抵抗（第１抵抗）に多くの電流が流れ、コンデンサが速やかに放電される。放電回路への電流の流入が想定された以上に続くと、ＰＴＣサーミスタ自体の発熱により温度が上がり、抵抗が増加する。そうすると、第１抵抗とＰＴＣサーミスタの合成抵抗値が高まるので、放電抵抗へ流れ込む電流が抑制される。第１抵抗の発熱が抑えられる。

　本明細書が開示する電気自動車は、上記した放電条件が成立したときに放電抵抗をコンデンサに接続する。電気自動車は通常、放電条件が成立すると、メインバッテリを切り離し、コンデンサ以外からの電力供給を遮断する。それゆえ、放電回路にはコンデンサからのみ電流が流れ込み、コンデンサの放電が速やかに完了する。しかしながら、衝突した場合にはコンデンサ以外から放電回路に電流が流れ込むことがあり得る。一つには、故障によりバッテリが切り離せない場合である。他には、モータが空転して発電する場合である。前者の場合はバッテリから放電回路へ電流が流れ込み、後者の場合は、モータが発電した電流がインバータを介して放電回路へ流れ込む。そのような場合に備えて、放電回路は、ＰＴＣサーミスタによって第１抵抗に流れる電流を抑えるだけでなく、比較的に長い時間に亘って放電を続けることができるとよい。そこで、本明細書が開示する改良した放電回路は、次の第２抵抗を備えているとよい。

　第２抵抗は、第１抵抗及びスイッチと直列に接続しており、かつ、ＰＴＣサーミスタと並列に接続している。第２抵抗の抵抗値には、典型的には、ＰＴＣサーミスタの最大抵抗値よりも小さく、キュリー温度における抵抗値よりも大きい既定の値が選定される。この放電回路では、ＰＴＣサーミスタの温度が低い間は、第２抵抗よりもＰＴＣサーミスタに多くの電流が流れる。第１抵抗とＰＴＣサーミスタを通じて、コンデンサが速やかに放電される。ＰＴＣサーミスタの温度が上昇し、ＰＴＣサーミスタの抵抗値が第２抵抗の抵抗値よりも大きくなると、ＰＴＣサーミスタよりも第２抵抗を流れる電流が多くなる。ＰＴＣサーミスタの温度が高くなると、即ち抵抗値が高くなると、第１抵抗と第２抵抗の直列回路が放電に対して支配的となる。即ち、この放電回路は、ＰＴＣサーミスタの温度が低い間は、第１抵抗とＰＴＣサーミスタの直列回路がトータルの放電抵抗となり、ＰＴＣサーミスタの温度が高くなると、第１抵抗と第２抵抗の直列回路がトータルの放電抵抗となる。第１抵抗とＰＴＣサーミスタの直接接続を第１タイプの放電抵抗と称し、第１抵抗と第２抵抗の直列回路を第２タイプの放電抵抗と称する。第１タイプの放電抵抗は、コンデンサを速やかに放電することができる。第２抵抗の抵抗値を適切に選定することによって、第１タイプの放電抵抗ほどには放電能力は高くないが、長時間に亘って安定して放電を続ける放電抵抗を構成することができる。上記の放電回路は、コンデンサ以外から放電回路に電流が流れ込む場合に、自動的に放電抵抗の特性を切り換え、長時間に亘って安定して放電を続けることができる。

　また、放電コントローラは、スイッチを閉じてから予め定められた時間が経過した後にスイッチを開くようにプログラムされているとよい。スイッチを開くことによって、放電回路を過熱から保護することができる。

　放電回路は、第１抵抗とＰＴＣサーミスタとスイッチの直列回路と並列に接続されており、第１抵抗と第２抵抗の合成抵抗値よりも大きい抵抗値を有する第３抵抗をさらに備えているとよい。あるいは、第２抵抗を有さない場合には、放電回路は、第１抵抗とＰＴＣサーミスタとスイッチの直列回路と並列に接続されており、第１抵抗の抵抗値よりも高い抵抗値を有する第４抵抗をさらに備えているとよい。第３抵抗又は第４抵抗は、コンデンサに常に接続される。第３抵抗又は第４抵抗は、放電能力は高くはないが、コンデンサの放電を補助する。例えば、スイッチが開き、第１抵抗と第２抵抗による放電が行われない場合であっても、コンデンサを少しずつ放電することができる。

　過剰な電流が流れても発熱が小さい大容量の放電抵抗を採用することができれば理想的であるが、そうすると放電抵抗のサイズとコストが嵩む。本明細書が開示する技術は、一つの利点として、放電抵抗のサイズとコストを抑制することができる。

　本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は発明の実施の形態にて説明する。

第１実施例の電気自動車の電力システムのブロック図である。放電処理のフローチャート図である。ＰＣＴサーミスタの特性を表すグラフである。第２実施例の電気自動車の電力システムのブロック図である。第３実施例の電気自動車の電力システムのブロック図である。第４実施例の電気自動車の電力システムのブロック図である。

　（第１実施例）第１実施例の電気自動車を説明する。第１実施例の電気自動車は、走行用としてモータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車２である。図１にハイブリッド車２の電力システムのブロック図を示す。図１では、エンジンの図示を省略している。また、図１は、本明細書の説明に要する部品だけを描いてあり、電力システムに属するデバイスであっても説明に関係のないデバイスは図示を省略していることに留意されたい。

　モータ８を駆動するための電力はメインバッテリ３から供給される。メインバッテリ３の出力電圧は例えば３００ボルトである。なお、ハイブリッド車２は、メインバッテリ３の他に、カーナビ５３やルームランプ５４など、メインバッテリ３の出力電圧よりも低い電圧で駆動するデバイス群（通称「補機」と呼ばれる）に電力を供給するための補機バッテリ１３も備える。補機バッテリ１３の出力電圧は例えば１２ボルトや２４ボルトである。

　メインバッテリ３は、システムメインリレー４を介して電圧変換器５に接続される。システムメインリレー４は、メインバッテリ３と車両の電力システムを接続したり切断したりするスイッチである。システムメインリレー４は、コントローラ６によって切り換えられる。

　電圧変換器５は、メインバッテリ３の電圧をモータ駆動に適した電圧（例えば６００ボルト）まで昇圧する。電圧変換器５の高電圧側（図１の右側）には、インバータ７が接続されている。良く知られているように、インバータ７は直流電力を所望の周波数の交流電力に変化する回路である。メインバッテリ３の電力は、電圧変換器５で昇圧され、さらにインバータ７でモータ駆動に適した交流電力に変換され、モータ８に供給される。また、ハイブリッド車２は、制動時に車両の減速エネルギを利用してモータを駆動し、発電する場合がある。モータ８が発電した電力はインバータ７によって直流に変換され、さらに電圧変換器５でメインバッテリ３の充電に適した電圧まで落とされる。

　電圧変換器５は、図１に示すように、２つのスイッチング回路とリアクトルＬ１で構成されている。なお、スイッチング回路は、スイッチング素子であるトランジスタと還流ダイオードの逆並列回路で構成される。リアクトルＬ１の一端はシステムメインリレー４を介してメインバッテリ３に繋がっており、リアクトルＬ１の他端は２個のスイッチング回路の中点に繋がっている。良く知られているように、図１の電圧変換器５は、図面左側から入力された電圧を昇圧して右側へ出力することと、図面右側から入力された電圧を降圧して左側へ出力することができる。電圧変換器５は、メインバッテリ３の電圧を昇圧してインバータ７へ供給することと、モータ８が発電した電力を降圧してメインバッテリ３へ供給することができる。後者の動作は、いわゆる回生と呼ばれる。インバータ７の構成は良く知られているので説明は省略する。

　メインバッテリ３の出力は、降圧コンバータ９にも繋がっている。降圧コンバータ９は、メインバッテリ３の電圧を補機（カーナビ５３やルームランプ５４など）の駆動電圧へ下げるデバイスである。降圧コンバータ９の出力は補機の電力ラインに接続されている。補機の電力ラインには前述した補機バッテリ１３も接続されている。システムメインリレー４が閉じている間は、降圧コンバータ９を介してメインバッテリ３が補機へ電力を供給する。同時に、メインバッテリ３の電力により、補機バッテリ１３が充電される。補機バッテリ１３は、システムメインリレー４が開いている間、補機の電力を供給する。

　電圧変換器５の低電圧側（即ちメインバッテリ側）にはコンデンサＣ２が接続されており、電圧変換器５の高電圧側にはコンデンサＣ１が接続されている。コンデンサＣ１、Ｃ２は共に、電圧変換器５と並列に接続されている。コンデンサＣ２は、メインバッテリ３が出力する電流を平滑化するために挿入されており、コンデンサＣ１は、インバータ７に入力される電流を平滑化するために挿入されている。なお、インバータ７のスイッチング素子群の高電位側の電線をＰ線と称し、グランド電位側の電線をＮ線と称する。コンデンサＣ１は、Ｐ線とＮ線の間に挿入されている。メインバッテリ３からモータ８へは大電流が供給されるので、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２ともに大容量である。電力システムが起動している間、コンデンサＣ１とＣ２には大容量の電荷がチャージされている。それゆえ、電力システムを停止したとき、あるいは衝突など、アクシデントが生じたときにはコンデンサＣ１とＣ２を速やかに放電することが望ましい。ハイブリッド車２は、コンデンサＣ１とＣ２を放電する放電回路２０を備えている。次に、放電回路２０について説明する。

　放電回路２０は、コンデンサＣ１と並列に接続している回路である。別言すれば、放電回路２０は、電力システムの高電位線（Ｐ線）とグラント電位線（Ｎ線）との間に接続されている。放電回路２０は、半導体スイッチ２１、第１抵抗２３、及び、ＰＴＣサーミスタ２４の直列回路（直列接続）で構成される。ＰＴＣサーミスタ２４は、前述したように、温度の上昇にともなって抵抗値が増大する素子である。半導体スイッチ２１は、コントローラ６によって開閉される。コントローラ６は、様々なデバイスを制御するが、以下では放電回路２０の制御を中心に説明するので以下では「放電コントローラ６」と称することにする。

　半導体スイッチ２１は電力システムが起動している間、通常は開いている。即ち、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４は、通常はコンデンサＣ１から切り離されている。放電コントローラ６は、所定の条件が成立すると、半導体スイッチ２１を閉じ、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４をコンデンサＣ１に接続する。第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４がコンデンサＣ１に接続されると、コンデンサＣ１の電荷が第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４に流れ、コンデンサＣ１が放電される。なお、コンデンサＣ２も電圧変換器５を介して接続されているので、コンデンサＣ２も放電回路２０によって放電される。以下の説明ではコンデンサＣ１のみを引用するが、コンデンサＣ２についても同様であることに留意されたい。

　半導体スイッチ２１を閉じる所定の条件とは、典型的には次の条件である。（１）車両が衝突した場合。ハイブリッド車２は、加速度センサを内蔵したエアバッグ５１を備えている。エアバッグ５１のコントローラは、加速度センサが検知する加速度が予め定められた閾値を超えた場合、車両が衝突したことを示す信号を放電コントローラ６へ送信する。放電コントローラ６は、衝突したことを示す信号を受信すると、半導体スイッチ２１を閉じる。

　（２）車両のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がＯＦＦされた場合。メインスイッチ５２の信号は放電コントローラ６に送られる。放電コントローラ６は、メインスイッチ５２がＯＦＦされた場合、半導体スイッチ２１を閉じる。

　（３）補機バッテリ１３の残量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）が予め定められたＳＯＣ閾値以下となった場合。ハイブリッド車２は、補機バッテリ１３のＳＯＣを計測するＳＯＣセンサ１２を備えている。ＳＯＣセンサ１２の出力信号Ｓａは放電コントローラ６に送られる。出力信号Ｓａは、補機バッテリ１３のＳＯＣを示す。放電コントローラ６は、ＳＯＣセンサ１２の出力信号Ｓａに基づき、補機バッテリ１３の残量がＳＯＣ閾値以下となった場合に、半導体スイッチ２１を閉じる。

　（４）他のコントローラとの通信に異常が生じた場合。放電コントローラ６は、他のコントローラ（例えばエアバッグコントローラ）との通信が途絶えた場合、半導体スイッチ２１を閉じる。一つの車両には機能に応じて複数のコントローラが備えられる。複数のコントローラは互いに通信する。それぞれのコントローラは、自己が通信を行うことができる状態であることを相手のコントローラに知らせるために、一定の間隔で所定の信号を送る。一般にそのような信号は、キープアライブ信号と呼ばれる。キープアライブ信号は、自動車に限らず、例えばネットワークコンピュータなどでも採用される技術である。実施例の車両も、キープアライブ信号を採用していてよい。一実施例の自動車においては、放電コントローラ６は、一定期間の間にキープアライブ信号を受信しなかった場合、通信異常が生じていると判断し、半導体スイッチ２１を閉じる。

　上記の４つの条件のいずれかが成立すると、放電コントローラ６は、半導体スイッチ２１を閉じ、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４をコンデンサＣ１と接続する。その結果、コンデンサＣ１が放電される。コンデンサＣ１に蓄えられた電気エネルギは、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４が発する熱となって散逸する。上記４つの条件が放電条件に相当する。図２に、放電条件が成立したときに放電コントローラ６が実行する処理のフローチャートを示す。放電コントローラ６は、放電条件が成立した場合、半導体スイッチ２１を閉じることに先立って、システムメインリレー４を開く（Ｓ２）。これは、メインバッテリ３をコンデンサＣ１と放電回路２０から切り離し、放電回路２０への継続的な電力の供給を遮断するためである。次に放電コントローラ６は、半導体スイッチ２１（放電スイッチ）を閉じる（Ｓ４）。放電コントローラ６は、予め定められた時間だけ待った後、半導体スイッチ２１を開く（Ｓ６、Ｓ８）。予め定められた時間は、コンデンサＣ１の容量を放電できると見込まれる時間に設定されている。予め定められた時間は、例えば５秒－６０秒の間である。

　第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４は、直列に接続されている。ＰＴＣサーミスタ２４の役割を説明する。「ＰＴＣ」とは、Positive Temperature Coefficientの略である。ＰＴＣサーミスタは、温度が上昇すると抵抗値も増大する特性を有する素子である。ＰＴＣサーミスタの典型的な特性を図３に示す。図３の縦軸は抵抗値を表し、横軸は温度を表す。図３は模式的なグラフであるが、縦軸には対数軸を採用していることに留意されたい。ＰＴＣサーミスタは、キュリー温度Ｔｃより高い領域で抵抗値が急激に増大する。キュリー温度Ｔｃは、最小抵抗値Ｒｍｉｎの２倍の抵抗値に対応する温度である。

　放電回路２０では、半導体スイッチ２１が閉じられると、直列に接続された第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４に電流が流れ始める。最初はＰＴＣサーミスタ２４の温度が低いため第１抵抗２３に多くの電流が流れ、コンデンサＣ１が速やかに放電される。コンデンサＣ１（及びＣ２）の他にも電力の供給源があり、放電回路２０への電流の流入が想定された以上に続くと、ＰＴＣサーミスタ２４自体の発熱により温度が上がり、抵抗値が急激に増加する。そうすると、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４の直列回路へ流れ込む電流が激減する。その結果、第１抵抗２３の発熱が抑えられる。第１抵抗２３及びＰＴＣサーミスタ２４の具体的な特性は、ＰＴＣサーミスタ２４の温度がキュリー温度以下のうちにコンデンサＣ１が放電し終えるように選定される。

　通常、放電回路２０の第１抵抗２３がコンデンサＣ１と接続されるのは、車両が停止しており、なおかつ、システムメインリレー４が開放されている場合である（図２のステップＳ２参照）。従って通常は、放電回路２０の半導体スイッチ２１が閉じるとき（即ち第１抵抗２３がコンデンサＣ１と接続されるとき）、コンデンサＣ１（及びＣ２）のほかには第１抵抗２３に電流を供給するデバイスはない。しかし、特定の状況ではコンデンサＣ１（及びＣ２）のほかに第１抵抗２３へ電流を供給するデバイスが存在し得る。特に、車両がアクシデントを起こした際には、次のとおり、コンデンサＣ１（及びＣ２）以外のデバイスから放電回路２０に電流が流れ込むことがある。

　車両が衝突し、駆動系になんらかの損傷が生じた場合、モータ８が回転を続け、発電することがある。典型的には、モータ８と車輪を繋ぐドライブシャフトまたはギアボックスが破損した場合である。さらに、インバータ７の上アーム（図１において上側のスイッチング素子）のいずれかが閉じたままとなっている場合、モータ８が発生した電流が放電回路２０に流れ込む。あるいは、システムメインリレー４が故障し、システムメインリレー４が閉じたままとなった場合、メインバッテリ３から放電回路２０に電流が流れ込む。例えば、システムメインリレー４の接点が溶着した場合、放電コントローラ６からの指令（図２のステップＳ２参照）に関わらず、システムメインリレー４が閉じたままとなる。上記の状況においては、予想以上に長時間に亘って電流が放電回路２０に流れ込む虞がある。そのような場合、ＰＴＣサーミスタ２４により第１抵抗２３に流れる電流が制限され、第１抵抗２３が保護される。また、半導体スイッチ２１を閉じる条件として前記（３）または（４）を選択している場合、衝突時以外にも（３）または（４）の条件は発生する可能性があるため、半導体スイッチ２１が閉じていても車両は走行し続け、モータ８が発生した電流が放電回路２０に流れ込む虞がある。

　コンデンサＣ１（及びＣ２）以外のデバイスから放電回路２０に電流が流れ込む場合、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４の直列回路ほどには急速に放電できずとも、放電を続けられることが好ましい。そこで、ＰＴＣサーミスタ２４の抵抗値が増大したときに別のルートで放電を続けるように第１実施例を改良した技術を次に説明する。

　（第２実施例）図４に、第２実施例のハイブリッド車２ａのブロック図を示す。ハイブリッド車２ａは、放電回路２０ａの構成が第１実施例とは異なる。放電回路２０ａの他の構成は第１実施例と同じであるので説明は省略する。

　放電回路２０ａは、第１実施例の放電回路２０の構成に加えて、第２抵抗２５を備える。第２抵抗２５は、半導体スイッチ２１及び第１抵抗２３と直列に接続している。さらに、第２抵抗２５は、ＰＴＣサーミスタ２４と並列に接続している。この構成によると、ＰＴＣサーミスタ２４の温度が低い間は、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４の直列回路に電流が流れる。ＰＴＣサーミスタ２４の温度が上昇すると、第１抵抗２３と第２抵抗２５の直列回路に電流が流れる。即ち、ＰＴＣサーミスタ２４の温度に応じて電流が流れる経路が切り換わる。第２抵抗２５の抵抗値を適切に選定することによって、低温時の電流経路（第１抵抗２３＋ＰＴＣサーミスタ２４）における放電効率よりも低いが、ある程度は放電することができる第２の電流経路（第１抵抗２３＋第２抵抗２５）を構成することができる。好適には、第２抵抗２５の抵抗値は、第１抵抗２３の抵抗値以上であるのがよい。第２抵抗２５の抵抗値が第１抵抗２３と同じ場合、高温時の総抵抗（第１抵抗２３＋第２抵抗２５）は、低温時の総抵抗値（第１抵抗２３＋ＰＴＣサーミスタ２４）の概ね２倍となる。従って、発熱量は概ね半分となり、放電効率も概ね半分となる。図４の構成によれば、予想以上に放電回路２０ａに電流が流れ込む場合、放電回路を保護するとともに、放電を続けることができる。なお、第２抵抗２５の抵抗値は、ＰＴＣサーミスタ２４のキュリー温度Ｔｃにおける抵抗値（２ｘＲｍｉｎ）よりも大きい値に選定される。典型的な例としては、第２抵抗２５の抵抗値Ｒ２は、ＰＴＣサーミスタ２４の最大抵抗値Ｒｍａｘと、キュリー温度における抵抗値（２ｘＲｍｉn）の中間の値である（図３参照）。

　第２実施例の場合、放電コントローラ６は、第１実施例と同様に、図２のフローチャートの処理を実行してもよい。即ち、放電コントローラ６は、放電条件が成立し、半導体スイッチ２１を閉じてから予め定められた時間が経過した後に半導体スイッチ２１を開くようにプログラムされていてよい。この構成により、半導体スイッチ２１と直列に接続された第１抵抗２３と第２抵抗２５の放電を禁止し、これらの抵抗の発熱を抑制し損傷を防ぐことができる。また、第２実施例の放電回路２０ａは、第１抵抗２３の過熱防止のために第２抵抗２５を備えているので、長時間の放電にも耐えられる。それゆえ、放電コントローラ６は、放電条件が成立した後は、リセットされるまで半導体スイッチ２１を閉じたままとしてもよい。

　（第３実施例）次に第３実施例の電気自動車を説明する。図５に、第３実施例のハイブリッド車２ｂのブロック図を示す。ハイブリッド車２ｂは、放電回路２０ｂの構成が第１実施例とは異なる。放電回路２０ｂの他の構成は第１実施例と同じであるので説明は省略する。放電回路２０ｂは、第１実施例の放電回路２０の構成に加えて、第３抵抗２６を備える。第３抵抗２６は、半導体スイッチ２１と第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４の直列回路に対して並列に接続される。即ち、第３抵抗２６は、常にコンデンサＣ１と並列に接続している。第３抵抗２６の抵抗値には、第１抵抗２３の抵抗値よりも大きい値が選定される。第３実施例の放電回路２０ｂは、半導体スイッチ２１が開いている間も、少しずつ、コンデンサＣ１を放電する。この構成は、アクシデントにより半導体スイッチ２１が閉じなかった場合にコンデンサＣ１を少しずつではあるが放電することができる。あるいは、放電回路２０ｂは、図２のフローチャートにおいて一定時間後に半導体スイッチ２１が開いた後にコンデンサＣ１にチャージが残っている場合に、その残りを放電することができる。

　（第４実施例）次に第４実施例の電気自動車を説明する。図６に、第４実施例のハイブリッド車２ｃのブロック図を示す。ハイブリッド車２ｃは、放電回路２０ｃの構成が第１実施例とは異なる。放電回路２０ｃの他の構成は第１実施例と同じであるので説明は省略する。放電回路２０ｃは、第２実施例の第２抵抗２５と第３実施例の第３抵抗２６の双方を備える。従って、第４実施例のハイブリッド車２ｃは、第２実施例のハイブリッド車２ａの利点と第３実施例のハイブリッド車２ｂの利点の双方を備える。

　実施例に関する留意点を述べる。実施例の車両は、メインバッテリ３と電力変換器とメインリレー（システムメインリレー４）とコンデンサＣ１を備える。メインバッテリ３は、モータ用の電力を蓄えるために備えられている。電力変換器は、メインバッテリ３とモータ８の間に接続されている。電力変換器は、典型的には、メインバッテリ３の電力をモータ駆動に適した電力に変換するデバイスであり、インバータ７あるいは、電圧変換器５である。メインリレー（システムメインリレー４）は、メインバッテリ３と電力変換器の接続を接続したり切断したりするスイッチである。コンデンサは、電力変換器の入力端又は出力端に並列に接続されており、電流を平滑化する。

　実施例の車両は、さらに、コンデンサを放電する放電回路を備える。放電回路は、コンデンサと並列に接続されている。本明細書が開示する技術の一つの態様の放電回路（放電回路２０）は、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ（ＰＴＣサーミスタ２４）とスイッチ（半導体スイッチ２１）の直列回路を備える。

　本明細書が開示する別の態様の放電回路（放電回路２０ａ）は、上記の第１抵抗２３及びスイッチと直列に接続されており、かつ、ＰＴＣサーミスタと並列に接続されている第２抵抗２５を備える。第２抵抗２５を備えることによって、放電回路２０ａは、ＰＴＣサーミスタが低温のときと高温のときで電流経路を自動的に切り換える。低温のときの電流経路は第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４の直列回路であり、この回路は、コンデンサＣ１を急速に放電することができる。高温のときの電流経路は第１抵抗２３と第２抵抗２５の直列回路であり、この回路は、コンデンサＣ１を中期間で放電することができる。第１抵抗２３と第２抵抗２５は、その直列回路の合成抵抗が、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ２４の直列回路の合成抵抗（ただし、ＰＴＣサーミスタ２４が低温のときの抵抗値）よりも大きくなるように選定される。ここで、「低温時」とは、ＰＴＣサーミスタ２４のキュリー温度より低い場合を意味する。

　さらには、第２抵抗２５の抵抗値は、第１抵抗２３の抵抗値以上であることが望ましい。第２抵抗２５の抵抗値が第１抵抗２３と同じ場合、第１抵抗２３と第２抵抗２５の合成抵抗（ＰＴＣサーミスタの抵抗値は無視する）は、第１抵抗単体の抵抗値の２倍となる。即ち、ＰＴＣサーミスタがＯＦＦ状態のときの放電抵抗は、ＰＴＣサーミスタがＯＮ状態のときの放電抵抗の２倍となり、放電抵抗の発熱量が約半分に抑えられる。

　本明細書が開示するさらに別の態様の放電回路（放電回路２０ｂ）は、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ（ＰＴＣサーミスタ２４）とスイッチ（半導体スイッチ２１）の直列回路と並列に接続されており、第１抵抗２３の抵抗値よりも大きい抵抗値を有する第３抵抗２５をさらに備える。第３抵抗２５は、スイッチの状態に関わらずに、常にコンデンサに接続している。それゆえ、放電回路２０ｂは、コンデンサＣ１を長期間で放電することができる。なお、実施例における第３抵抗２５は、特許請求の範囲における「第４抵抗」に相当する。

　本明細書が開示するさらに別の態様の放電回路（放電回路２０ｃ）は、放電抵抗２０ａの構成に加えて、第１抵抗２３とＰＴＣサーミスタ（ＰＴＣサーミスタ２４）とスイッチ（半導体スイッチ２１）の直列回路と並列に接続されており、第１抵抗２４と第２抵抗２５の合成抵抗値よりも大きい抵抗値を有する第３抵抗２５を備える。この態様は、放電回路２０ａと放電回路２０ｂの両者の利点を備える。

　実施例の車両はハイブリッド車であった。本明細書が開示する技術は、エンジンを備えないピュア電気自動車に適用することも好適である。また、本明細書が開示する技術は、燃料電池車に適用することも好適である。

　本発明の代表的かつ非限定的な具体例について、図面を参照して詳細に説明した。この詳細な説明は、本発明の好ましい例を実施するための詳細を当業者に示すことを単純に意図しており、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。また、開示された追加的な特徴ならびに発明は、さらに改善された電気自動車を提供するために、他の特徴や発明とは別に、又は共に用いることができる。

　また、上記の詳細な説明で開示された特徴や工程の組み合わせは、最も広い意味において本発明を実施する際に必須のものではなく、特に本発明の代表的な具体例を説明するためにのみ記載されるものである。さらに、上記の代表的な具体例の様々な特徴、ならびに、独立及び従属請求項に記載されるものの様々な特徴は、本発明の追加的かつ有用な実施形態を提供するにあたって、ここに記載される具体例のとおりに、あるいは列挙された順番のとおりに組合せなければならないものではない。

　本明細書及び／又は請求の範囲に記載された全ての特徴は、実施例及び／又は請求の範囲に記載された特徴の構成とは別に、出願当初の開示ならびに請求の範囲に記載された特定事項に対する限定として、個別に、かつ互いに独立して開示されることを意図するものである。さらに、全ての数値範囲及びグループ又は集団に関する記載は、出願当初の開示ならびに請求の範囲に記載された特定事項に対する限定として、それらの中間の構成を開示する意図を持ってなされている。

　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims

　電流を平滑化するためのコンデンサと、
　コンデンサと並列に接続されている放電回路であり、第１抵抗とＰＴＣサーミスタとスイッチの直列回路を含む放電回路と、
　予め定められた放電条件が成立した場合にスイッチを閉じる放電コントローラと、
を備えていることを特徴とする電気自動車。
　前記放電条件は、車両の衝突を検知すること、通信異常を検知すること、及び、補機バッテリの出力電圧が予め定められた閾値電圧以下であること、の一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
　放電回路は、第１抵抗及びスイッチと直列に接続されており、かつ、ＰＴＣサーミスタと並列に接続されている第２抵抗をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車。
　放電コントローラは、スイッチを閉じてから予め定められた時間が経過した後にスイッチを開くことを特徴とする請求項３に記載の電気自動車。
　放電回路は、第１抵抗とＰＴＣサーミスタとスイッチの直列回路と並列に接続されている第３抵抗であって、第１抵抗と第２抵抗の合成抵抗値よりも大きい抵抗値を有する第３抵抗をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の電気自動車。
　放電回路は、第１抵抗とＰＴＣサーミスタとスイッチの直列回路と並列に接続されている第４抵抗であって、第１抵抗の抵抗値よりも大きい抵抗値を有する第４抵抗をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。