CN110719057A - 异常判断*** - Google Patents

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Abstract

一种异常判断***，当输入驱动信号并且没有输入用于使开关元件的栅极驱动停止的关断信号时，信号切换部分将驱动信号输出到桥式电路。当输入关断信号时，信号切换部分停止驱动信号的输出并启动逆变器的关断功能。异常判断部分对关断功能中的异常进行判断。当电源继电器打开时，控制单元对桥式电路进行驱动以开始从平滑电容器释放电荷的放电过程，并在执行放电过程期间启动关断功能。当判断为在关断功能的操作期间平滑电容器的直接或间接检测到的电压已经下降时，异常判断部分判断为关断功能是异常的。

Description

异常判断***
技术领域
本公开涉及判断逆变器的关断功能中的异常的异常判断***。
背景技术
常见地，已知一种驱动旋转电机的逆变器中的设备，上述设备对停止开关元件的栅极驱动的关断功能的异常进行判断。例如，在日本专利第 5287705号中公开的、用于车辆的驱动装置对在车辆行驶之后将电力转换器关断的关断功能的异常进行判断。
用于驱动装置的控制单元输出用于使驱动电流流动的驱动命令和用于以比驱动命令更高的优先级关断电力转换器的关断命令。在输出驱动命令和用于将电力转换器关断的关断命令两者时检测到驱动电流的时候，控制单元判断用于将电力转换器关断的关断功能中存在异常。
在下面的描述中，与电流有关的术语“近似零”意味着“近似零(A)”，其表示考虑到设备分辨率和检测误差，电流值实质上被认为是“零(A)”的范围内的电流。用于允许驱动电流流动的命令通常以参考两个相电流传感器的输出值来控制驱动状态的方式进行判断。根据日本专利第5287705 号中描述的设备，当电流传感器的输出值近似零时，关断功能被判断为正常，当电流传感器的输出值大于近似零或小于近似零时，驱动电流流动并且关断功能被判断为异常。
例如，假设在V相和W相这两相的电流传感器中，在V相电流传感器中发生“近似零粘附故障”。在这种情况下，即使驱动电流流过从U相到V相的电流路径，关断功能也被判断为正常，因为V相电流传感器的输出近似零。另外，当在V相和W相电流传感器中都发生“近似零粘附故障”时，即使驱动电流流过任何相，关断功能也被判断为正常。因此，不能正确地检测出关断功能中的异常。
在日本专利第5287705号中描述的第二实施例中，当在平滑电容器中发生电压下降并且检测到驱动电流的流动时，关断功能被判断为异常。也就是说，即使在平滑电容器中的电压下降的情况下，也不能利用一相或多相的电流传感器的“近似零粘附故障”来正确地检测出关断功能的异常。这类似于平滑电容器的电压不用于诊断的情况。
发明内容
本公开鉴于上述情况而设计。本公开的目的在于提供一种异常判断***，即使在电流传感器中的近似零粘附故障的情况下，该异常判断***也能够检测出关断功能的异常。
作为实施例的一个方面，提供了一种异常判断***，包括：至少一个逆变器，至少一个所述逆变器具有桥式电路、平滑电容器和控制单元，其中，在所述桥式电路中，多个开关元件被桥接，所述平滑电容器设置在桥式电路的输入部分，所述控制单元对桥式电路的驱动进行控制，并且将从直流供电电源输入到桥式电路的直流电转换为交流电，并将交流电供应给旋转电机；以及至少一个电源继电器，至少一个所述电源继电器设置在直流供电电源和平滑电容器之间，并且能够切断从直流供电电源至桥式电路的电力供应。控制单元包括：栅极命令部分，所述栅极命令部分产生用于对桥式电路中的多个开关元件的栅极进行驱动的驱动信号；信号切换部分，当输入驱动信号并且没有输入用于使桥式电路的多个开关元件的栅极驱动停止的关断信号时，所述信号切换部分将驱动信号输出到桥式电路，并且当输入关断信号时，所述信号切换部分停止驱动信号的输出并启动逆变器的关断功能；以及异常判断部分，所述异常判断部分用于对关断功能中的异常进行判断。当电源继电器打开时，控制单元对桥式电路进行驱动以开始从平滑电容器释放电荷的放电过程，并在执行放电过程期间启动关断功能，并且当判断为在关断功能的操作期间平滑电容器的直接或间接检测到的电压已经下降时，异常判断部分判断为关断功能是异常的。
附图说明
在附图中：
图1是示出了根据第一实施例的异常判断***的整体结构的图；
图2是图1中的***结构的简化图；
图3是示出了根据根据第一实施例的、与驱动信号和关断信号有关的结构的图；
图4是根据第一实施例的诊断过程的流程图；
图5是根据第一实施例的诊断过程的时间图；
图6是由诊断开始电压的诊断执行判断的流程图；
图7是示出了将另一个设备并联连接到平滑电容器的***的图；
图8是示出了根据第二实施例的异常判断***的结构的图；
图9是示出了根据第三实施例的、与驱动信号和关断信号的结构的图；
图10是根据第三实施例的诊断过程的流程图；
图11是根据第三实施例的诊断过程的时间图；
图12是示出了根据第四实施例的异常判断***的结构的图；
图13是示出了根据第四实施例的、与驱动信号和关断信号有关的结构的图；
图14是根据第四实施例的诊断过程的流程图；
图15是根据第五实施例的诊断过程的流程图；
图16是示出了根据第六实施例的异常判断***的结构的图；
图17是示出了根据第七实施例的异常判断***的结构的图；
图18是示出了根据第八实施例的异常判断***的结构的图；
图19是示出了根据第八实施例的异常判断***的图，其中要诊断的逆变器受到限制。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述异常判断***的多个实施例。多个实施例中的基本相同的部件或流程图中的基本相同的步骤将被赋予相同的附图标记或相同的步骤编号，并且将省略其冗余描述。另外，第一实施例至第八实施例将统称为“本实施例”。本实施例中的异常判断***安装在包括电动机、即“旋转电机”作为电源的混合动力汽车或电动汽车中。
在车辆的正常行驶期间，异常判断***将作为“直流供电电源”的电池的直流电转换为交流电，并将该交流电供给至交流电动机。在车辆停止后，当断开就绪状态，并且在电池与逆变器之间设置的电源继电器打开(即断开)时，异常判断***与车辆控制单元协作以对关断功能中的异常进行诊断。“关断功能的异常”是指用于使构成逆变器中的桥式电路的开关元件的栅极停止的关断信号的异常。
(第一实施例)
将参考图1至图7描述第一实施例中的异常判断***。图1示出了从一个逆变器30向三相交流电动机80供给电力的异常判断***901的整体构造。异常构造***901主要包括逆变器30和电源继电器15。
逆变器30包括：桥式电路60，在所述桥式电路中，多个开关元件61 至66被桥接；平滑电容器50，所述平滑电容器50被设置在桥式电路的输入部分；以及控制单元40，所述控制单元40对桥式电路的驱动进行控制。综上，此处，不仅桥式电路60被称为“逆变器”，而且桥式电路60、平滑电容器50和控制单元40被共同地定义为“逆变器”。逆变器30将作为“直流供电电源”的电池10输入到桥式电路60的直流电转换为交流电，并将该交流电供给至作为“旋转电机”的电动机80。电源继电器15设置在电池 10与平滑电容器50之间，以切断从电池10到桥式电路60的电力供应。
随后，将详细描述这些元件。电池10是诸如锂离子电池这样的可充放电的二次电池，其是可以存储数百伏的高电压的所谓高压电池。然而，高压电池将简称为“电池10”，因为此处不会提到作为所谓低压电池的辅助电池。电池10的正极通过直流总线Lp连接到平滑电容器50的高电位电极，并且电池10的负极通过接地线Ln连接到平滑电容器50的低电位电极。电池10的充电量和温度由电池监测单元12监测。
例如，如图1所示，电源继电器15设置在位于电池10的正电极与平滑电容器50的高电位电极之间的直流总线Lp上。电源继电器可以与日本专利第5287705号中描述的***主继电器类似地设置成跨越直流总线Lp和接地线Ln，并且可以与预充电继电器组合以防止在闭合时的浪涌电流。电源继电器15由执行整个车辆的行为的集中控制的车辆控制单元20或是由电池监控单元12打开或闭合。当电池监测单元12操作电源继电器15时，将关于操作的信息提供至车辆控制单元20。
在应用于车辆的本实施例中，通常，当车辆的电源开关的就绪状态接通时，电源继电器接通、即闭合。在包括临时停止的车辆的运行状态中，电荷累积在平滑电容器50中。当车辆停止并且电源开关的就绪状态断开时，电源继电器15断开、即打开。之后，为了确保停车期间的电气安全性，通常，执行放电过程以从平滑电容器50释放剩余电荷。
逆变器30的桥式电路60具有六个桥接的上臂和下臂的开关元件61至 66。开关元件61、62、63分别是上臂的U相、V相、W相的开关元件，并且开关元件64、65、66分别是下臂的U相、V相、W相的开关元件。开关元件61至66例如由IGBT构成，并且具有并联连接的回流二极管以允许电流从低电位侧流到高电位侧。
以下，将车辆正常行驶期间的电动机控制称为“正常控制”。在正常控制期间，桥式电路60通过根据从控制单元40输出的栅极信号操作开关元件61至66，将直流电转换为三相交流电。然后，桥式电路60将对应于由控制单元40计算出的电压命令的相电压施加到电动机80的各相绕组81、 82、83。
平滑电容器50对输入到桥式电路60的直流电压进行平滑。在下面的描述中，平滑电容器50的电极间电压，换句话说，以接地线Ln的电位为基准的直流总线Lp的电压将被称为“电容器电压Vc”。在第一实施例中，设置电压传感器51以直接对电容器电压Vc进行检测。
对相电流进行检测的电流传感器设置在连接到电动机80的三相绕组 81、82、83中的两相、三相以上绕组的电流路径中。在图1的例子中，分别对相电流Iv和Iw进行检测的电流传感器72和73设置在连接到V相绕组82和W相绕组83的电流路径中，并且剩余的U相电流Iu是根据基尔霍夫定律估算的。在其他实施例中，可以检测任意两相电流，或者可以检测三相电流。
每个检测到的相电流被坐标转换为dq轴电流并被反馈到电流命令，由此PI计算电压命令。在本实施例中，如后所述，不需要电流传感器，因此，例如在正常控制下，桥式电路60可以总是由前馈控制驱动而不使用电流检测值。
电动机80是永磁同步三相交流电动机。本实施例的电动机80是包括产生用于驱动混合动力汽车的驱动轮的扭矩的电动机的功能以及通过发电从发动机和驱动轮所传递来的扭矩中收集能量的发电机的功能的电动发电机。在电动机控制中，通常设置旋转角度传感器以检测用于坐标转换计算等的旋转角度，尽管在图1中未示出或未在其中进行描述。
控制单元40包括微型计算机41和作为“信号切换部分”的与电路48，其中，所述微型计算机41具有栅极命令部分44和异常判断部分45。微型计算机41具有CPU、ROM、I/O单元和连接这些部件的总线，尽管图中未示出。微型计算机41通过由CPU执行预先存储的程序实施的软件处理，并通过由专用电子电路实施的硬件处理来执行控制。车辆控制单元20和控制单元40经由诸如CAN通信的网络彼此可通信。
在正常控制期间，微型计算机41通过矢量控制等执行通用电动机控制。具体地，微型计算机41使由控制器计算出的dq轴电压命令受到三相转换，从而计算出三相电压命令。微型计算机41进一步通过调制器使三相电压命令受到PWM调制，并输出栅极命令。在电流反馈控制中，控制器执行电流检测值的PI控制以跟随电流命令，从而计算出dq轴电压命令。在电压前馈控制中，控制器例如对从电流命令通过电压方程计算出的dq轴电压命令进行运算。如上所述的通用电动机控制的机制是众所周知的技术，因此，将省略其详细描述和信号输入及输出的说明。
在本实施例中，特别地，微型计算机41的栅极命令部分44产生用于对桥式电路60中的多个开关元件61至66的栅极进行驱动的驱动信号DR。异常判断部分45基于栅极关断时的电容器电压Vc的变化，对下文描述的关断功能的异常进行判断。此外，如稍后所述，异常判断部分45基于放电过程时的电容器电压Vc的变化，来对逆变器30的放电功能的异常进行判断。
当通过车辆控制单元20或电池检测单元12的操作打开电源继电器15 时，车辆控制单元20通过CAN通信将放电命令传输至微型计算机41的栅极命令部分44。因此，驱动信号DR从栅极命令部分44输入到与电路48 的一个输入端子。另外，由与电路48的微型计算机41或车辆控制单元20 产生的关断信号SO被否定地输入到与电路48的另一输入端子。关断信号SO是用于使桥式电路60中的多个开关元件61至66的栅极驱动停止的信号。
也就是说，当输入驱动信号DR并且没有输入关断信号SO时，与电路 48将驱动信号DR输出到桥式电路60。此时，控制单元40可以启动桥式电路60的开关元件61至66来执行放电过程。
当未输入驱动信号DR或是输入关断信号SO时，与电路48不输出驱动信号DR。因此，当从微型计算机41或车辆控制单元20输入关断信号 SO时，与电路48停止驱动信号DR的输出。因此，不管栅极命令如何，停止桥式电路60的栅极驱动，即将栅极固定在断开状态的操作将被称为“启动逆变器30的关断功能”。控制单元40可以通过在执行放电过程期间启动逆变器30的关断功能来中断平滑电容器50的放电。
图2是图1中的***构造的简化图。图3是示出了与车辆控制单元20 和控制单元40中的驱动信号DR和关断信号SO相关的通信构造的图。图 2和图3是示出了第一实施例的基本构造的图。关于第二实施例和后续的实施例，将在与图2和图3相符的附图中，描述与第一实施例的构造的不同之处。未在下面的实施例的附图中示出的部件将被解释为与图1中所示的部件一致。
关断信号SO中的异常将导致即使在紧急情况下也不能停止桥式电路60的栅极驱动的不便。因此，需要诊断关断信号SO中的异常。根据作为惯常技术而在日本专利第5287705号中公开的技术，基于对驱动电流进行检测的两相电流传感器的输出值来判断关断功能的异常。然而，在惯常技术中，当在任何电流传感器中发生“近似零粘附故障”时，不能正确地检测关断功能的异常。
根据通过使用两相电流传感器检测关断功能的异常的惯常方法，由于关断功能检查的覆盖不充分将导致上述问题的出现。当关断功能异常并且电流从平滑电容器50流出时，即使如上面描述，一部分的关断功能失效，能量也将从直流总线Lp供给至逆变器30。
解决该问题的观点是通过检查能量供应来防止覆盖不足。本实施例着眼于能够从平滑电容器50放电时平滑电容器50中累积的能量变化，来检查能量供应的事实。累积在平滑电容器50中的能量与电容器电压Vc的平方成比例，因此，可以通过电容器电压Vc的变化来检查能量供应。
因此，在本实施例中，采用了使用在从平滑电容器50释放电荷期间的电容器电压Vc以检查关断功能的解决方案。具体地，当在执行放电过程并且输出关断信号SO的同时电容器电压Vc下降时，异常判断部分45判断为关断功能存在异常。也就是说，在本实施例中，电流传感器72和电流传感器73的输出值不用于异常诊断，而是仅通过平滑电容器50中累积的能量的变化来判断关断功能的异常。这确保了在电流传感器72和电流传感器 73中的近似零粘附故障的情况下的异常的可检测性。
图4是根据第一实施例的诊断过程的流程图。在该流程图中，符号S 表示“步骤”。在图4所示的步骤中，放电功能诊断的步骤S10包括S13和 S14，关断功能诊断的步骤S20包括S22至S24。在图4的描述中，“关断功能中的异常”将具体称为“关断信号SO中的异常”。
当在S01中打开电源继电器时，控制单元40在S02中开始逆变器30 的驱动，由此开始从平滑电容器放电。然后，在驱动逆变器30以使电流流向电动机80之后，当逆变器30的驱动正常时，平滑电容器50的电荷被释放，由此电容器电压Vc减小。然而，当逆变器30的驱动异常时，电容器电压Vc不会减小。
因此，异常判断部分45在S13中对在关断功能启动之前的时段期间是否存在电容器电压Vc的下降进行判断。当存在电压下降时，异常判断部分 45判断为逆变器30的放电功能正常。当电容器电压Vc被维持而没有电压下降时，异常判断部分45判断为逆变器30的放电功能异常。具体地，当电容器电压Vc等于或高于放电阈值α时或者当电容器电压下降量ΔVc等于或小于放电下降量阈值Δα时，异常判断部分45在S13中做出“否”的判断，本过程进入S14。在S14中，异常判断部分45判断为逆变器30的放电功能异常。
当做出“是”的判断时，即当在S13中判断为放电功能正常时，执行 S20中的关断功能诊断。在S22中关断信号SO接通之后，异常判断部分 45在S23中对电容器电压Vc是否下降进行判断。当没有电压下降时，异常判断部分45判断为关断信号SO是正常的，并且当存在电压下降时，异常判断部分45判断为关断信号SO是异常的。具体地，当电容器电压Vc 等于或小于关断阈值β时，或者当电容器电压下降量ΔVc等于或大于关断下降量阈值Δβ时，异常判断部分45在S23中做出“是”的判断，本过程进入 S24。在S24中，异常判断部分45判断为关断信号SO是异常的。
将提供用于判断电压下降的存在或不存在的方法的补充说明。可以通过至少在两个时刻对电压进行采样并且评估电压下降量ΔVc来判断电压下降的存在或不存在，或者可以从等于或低于关断阈值的电压持续预定时间段的事实判断。当在直流总线Lp中配置放电电阻时，考虑由来自放电电阻的放电引起的电压下降来评估电压下降量ΔVc。具体地，可以考虑由来自放电电阻的放电引起的电容器能量的时间变化率变为“电压2/电阻”。
当做出“否”的判断时，即当在S23中判断为关断信号SO正常时，异常判断部分45在S30中终止异常诊断。在图4所示的过程中，在确认放电功能正常之后执行关断功能诊断。这避免了即使在关断信号SO异常的情况下仍错误判断为关断功能正常。然而，当已经通过另一诊断过程判断为逆变器30的驱动正常时，可以省略S10中的放电功能诊断。在这种情况下，S02之后可以是在S22中接通关断信号的步骤。
图5是示出了根据第一实施例的诊断过程中的栅极操作时刻与电容器电压Vc的变化之间的关系的时间图。条中所示的时段指的是执行平滑电容器50的放电过程的时段和栅极关断信号SO输出到桥式电路60的时段。附图标记“S02”、“S22和S23”和“S30”对应于图4中所示的步骤编号。在图5中考虑无通信延迟。
当在时间t1开始放电过程时，电容器电压Vc以根据放电率的梯度从诊断开始时的电压Vci减小。在从时间t2至时间t3输出关断信号SO的情况下，当关断信号SO正常时，电容器电压Vc如实线所示保持在恒定值 Vcs。在时间t3，异常判断部分45判断为关断信号SO是正常的，从而完成异常诊断。当关断信号SO的输出停止时，电容器电压Vc再次减小。在电容器电压Vc减小到收敛值Vcf(理想地为零)的时间t4，终止放电过程。
同时，当关断信号SO异常时，电容器电压Vc即使在时间t2之后也如虚线所示继续减小，然后达到收敛值Vcf。在时间t3，异常判断部分45基于例如电压下降量ΔVc等于或大于阈值的事实，判断为关断信号SO是异常的，从而完成异常诊断。
在下文中，将描述异常诊断中的其他考虑。
<变频器驱动时的电流矢量>
逆变器驱动放电时的电流矢量理想地在d轴方向上，以便不会因电流而产生转矩。这使得可以避免在车辆停止之后立即执行放电时驾驶员可能感觉到的不适。即使当电流传感器72和电流传感器73发生故障时，驱动逆变器30也可以使电流流动，从而实现放电。
<用于输出驱动命令的方法>
为了在放电期间控制逆变器30的驱动，如果电流传感器72和电流传感器73是正常的，则可以使用从电流命令和电流检测值之间的差值产生电压命令的电流反馈控制方法。替代地，可以采用不使用电流检测值便产生电压命令的电压前馈控制方法。
<放电率的切换>
放电率期望地根据电容器电压Vc切换。特别地，放电率在高于用于诊断的电压区域的高压区域中加快，并且放电率在等于或低于用于诊断的电压区域的低压区域中减慢。减慢放电率有助于诊断条件的设定。加快放电率可以更快地完成放电，从而实现安全性的提高。放电率可以根据电容器电压Vc逐步切换或是连续切换。
<诊断开始时的电压范围>
优选地，对是否应该在诊断开始时根据电容器电压Vc执行诊断进行判断。这是因为，当诊断开始时的电压Vc低于下限值时，电压将因放电而急剧下降，使得不能进行正常诊断。当诊断开始时的电压Vc高于上限值时，直到诊断完成所经过的时间变长，从而威胁到安全性，可以通过不进行诊断来处理。在图6的流程图中，在S04中，控制单元40对诊断开始时的电压是否在下限值到上限值的范围内进行判断。当在步骤S04中做出“是”的判断时，控制单元40然后在S05中判断为执行诊断。当在S04中做出“否”的判断时，控制单元40在S06中判断为不执行诊断。
<其他设备连接到直流总线的***的处理>
如图7所示，假设另一个设备19并联连接到平滑电容器50并且连接在直流总线Lp与接地线Ln之间，以便比电源继电器15更靠近逆变器30。其他设备19是指例如直流-直流转换器、空调压缩机等。在这样的***中，当在电源继电器15打开之后另一个设备19被启动时，平滑电容器50中的电荷被另一个设备19消耗，因此，不能在异常判断中做出正确的判断。因此，需要在电源继电器15的打开之前停止另一个设备19的启动。具有升压转换器的连接的特别构造将在后面关于第七实施例和第八实施例进行描述。
如上面所描述的，在本实施例的异常判断***901中，在电源继电器15的打开之后，当判断为在执行关断功能期间检测到的平滑电容器的电压 Vc下降时，异常判断部分45判断为关断功能异常。由于如在日本专利第 5287705号中描述的惯常技术中那样在不使用电流传感器72和电流传感器 73的电流值的情况下仅基于电容器电压Vc判断关断功能的异常，因此，即使在电流传感器72和电流传感器73中的至少一个发生了近似零粘附故障，也可以恰当地执行关断功能的异常诊断。
在异常判断***901中，当判断为电容器电压Vc在放电过程的开始与关断功能的启动之间的时段被维持时，异常判断部分45判断为逆变器30 的放电功能异常。在检查放电功能正常之后执行关断功能诊断使得可以避免不管关断信号SO是否异常均判定关断功能正常的错误判断。
(第二实施例)
图8示出了在用于检测电容器电压的变化的构造中与第一实施例不同的第二实施例。第二实施例中的异常判断***902包括电流传感器52，以代替图1和图2中所示的电压传感器51。电流传感器52设置在位于平滑电容器50与桥式电路60之间的直流总线Lp上，以检测从平滑电容器50的高电位电极流出的电流Ic。从平滑电容器50的高电位电极流出到桥式电路 60的电流Ic与电容器电压Vc相关，因此，在该构造中间接地检测出电容器电压Vc的变化。
具体地，当电流传感器52的输出值大约为0A时，判断为“没有电压下降”，即在图4所示的S23中做出“否”的判断，并且判断为关断功能正常。另一方面，当电流传感器52的输出值不是大约0A时，判断为“存在电压下降”，即在图4所示的S23中做出“是”的判断，并且判断为关断功能异常。以这种方式，可以在第二实施例中，与第一实施例同样地执行关断功能的异常诊断。
然而，在电流传感器52的粘附故障的情况下，可能错误地判断关断功能的异常。因此，为了防止这种错误判断，优选的是对电流传感器52是否在启动关断功能之前的放电过程中输出电流值进行检查。在下面的实施例中，可以通过如第一实施例中的使用电压传感器51的方法或者如第二实施例中的使用电流传感器52的方法来检测电容器电压Vc。
(第三实施例)
参考图9至图11描述第三实施例。如图9所示，在第三实施例中的异常判断***903中使用多个关断信号。控制单元40包括：主微型计算机42，所述主微型计算机42执行逆变器30的集中控制；电动机控制微型计算机 43，所述电动机控制微型计算机43执行与电动机80的驱动相关的控制；或电路47；以及与电路48。主微型计算机42包括异常判断部分45，并且电动机控制微型计算机43包括栅极命令部分44。
当电源继电器15打开时，来自车辆控制单元20的诊断命令经由CAN 通信被传输至控制单元40的主微型计算机42。基于此，主微型计算机42 产生主关断信号SO-A，并且电动机控制微型计算机43产生电动机控制关断信号SO-B。另外，车辆控制单元20传输车辆控制单元控制信号SO-C。当输入主关断信号SO-A、电动机控制关断信号SO-B和车辆控制单元控制信号SO-C中的任何一个或多个时，或电路47输出表示“存在关断信号”的开路信号。
当从电动机控制微型计算机43输入驱动信号DR并且没有从或电路47 输入开路信号时，与电路48将驱动信号DR输出到桥式电路60。另一方面，当或电路47向与电路48输入开路信号时，与电路48不将驱动信号DR输出到桥式电路60，从而启动关断功能。
通过控制单元40的多个微型计算机42和43以及车辆控制单元20冗余地产生多个关断信号SO-A、SO-B和SO-C，使得即使当任何关断信号的产生失效时，也可以通过其他关断信号实现关断功能。这提高了确保关断功能的可靠性。
图10中的流程图和图11中的时间图示出了具有多个关断信号的诊断过程。当在图10所示的S01中打开电源继电器时，控制单元40在S02中开始平滑电容器的放电，并且在S10中执行放电功能诊断。接下来，控制单元40在S20A中执行主关断信号SO-A的关断功能诊断，在S20B中执行电机控制关断信号SO-B的关断功能诊断，并且在S20C中执行车辆控制单元关断信号SO-C的关断功能诊断。当完成所有关断信号的诊断功能诊断时，在S30中完成异常诊断。
当多个关断信号同时受到异常诊断时，如果检测到任何异常，则不可能识别哪个关断信号是异常的。这被称为“异常检测干扰”。在日本专利第5287705号中描述的惯常技术中，例如未识别出来自HV-ECU的紧急关断命令HSDN或来自控制单元的关断命令HSDN1#和HSDN2#哪个是异常。也就是说，没有考虑多个关断命令的异常检测干扰。
与此相反，在第三实施例中，控制单元40依次地执行关断信号SO-A、 SO-B和SO-C的诊断。当信号未经过诊断时，每个关断信号都断开。也就是说，在以相互排斥的方式施加每个关断信号的时段期间，异常判断部分 45基于平滑电容器50中的电压下降，对多个关断信号SO-A、SO-B、SO-C 中的异常进行判断。因此，可以避免异常检测干扰。
如图11中的附图标记“OL”所示，关断信号的接通时段优选地持续彼此重叠。这是因为，如果发生任何关断信号的断开时段，则放电提前以使电容器电压Vc下降，从而使要诊断的电压下降的宽度变窄。当所有关断信号SO-A、SO-B和SO-C都正常时，电容器电压Vc从时间t2到时间t3 维持在恒定值Vcs。
尽管可以首先诊断任何关断信号，但是优选首先接通控制单元或微型计算机的关断信号以对“放电功能诊断”做出判断。这缩短了从“放电功能诊断”完成到关断信号接通的通信延迟时间。因此，可以尽可能地防止平滑电容器50的不必要的放电并且增大在随后的诊断中诊断的电压下降的宽度。
(第四实施例)
接下来，将参考图12至图14描述作为第四实施例的包括多个逆变器的异常判断***的构造示例。如图12所示，第四实施例中的异常判断*** 904具有与电池10并联连接的多个逆变器301和302。第一逆变器301将电力供给至第一电动机801，第二逆变器302将电力供给至第二电动机802。第一电动机801和第二电动机802可以构造成一个双绕组电动机。第四实施例也可以以相同的方式应用于包括三个以上逆变器的***。
对于图12中所示的元件的附图标记，数字“1”附加到第一逆变器301 的元件的附图标记末尾，并且数字“2”附加到第二逆变器302的元件的附图标记末尾。电池10的直流电压通过直流总线Lp中的分支点B输入到逆变器301的桥式电路601和逆变器302的桥式电路602。电源继电器15设置在直流总线Lp上，比起到逆变器301和302的分支点B来说更靠近电池 10。
关断信号输入到逆变器301的控制单元401和逆变器302的控制单元 402，以关断相应的逆变器。图13示出了逆变器301的控制单元401和逆变器302的控制单元402中的关断信号的输入/输出构造。图13示出了对于每个逆变器使用多个关断信号的构造，与图9所示的第三实施例的构造一致。替代地，第四实施例可以构造成对于每个逆变器使用一个关断信号，与图3所示的第一实施例的构造一致。主微型计算机421和422分别包括异常判断部分451和452，并且电动机控制微型计算机431和432分别包括栅极命令部分441和442。
当电源继电器15打开时，车辆控制单元20经由CAN通信将诊断命令传输至控制单元401的主微型计算机421和控制单元402的主微型计算机 422。基于此，主微型计算机421和422分别产生主关断信号SO-A1和 SO-A2，并且电动机控制微型计算机431和432分别产生电动机控制关断信号SO-B1和SO-B2。另外，车辆控制单元20将车辆控制单元控制信号 SO-C1和SO-C2传输至控制单元401和402。当任何关断信号输入到或电路471和472时，与电路481和482将关断信号优先于驱动信号DR1和 DR2输出到桥式电路601和602。
图14示出了第四实施例中的诊断过程的流程图。图14中的附图标记 S100和S200指示“逆变器诊断”的各个步骤，包括第一逆变器301和第二逆变器302的放电过程和关断功能的异常诊断。在第四实施例中，在打开电源继电器15之后，依次逐个执行逆变器301和302的放电过程和关断功能的异常诊断。
当在S01中电源继电器15打开时，第一逆变器301的控制单元401首先在S100中执行第一逆变器的诊断，并且在S130中完成第一逆变器的诊断。接下来，第二逆变器302的控制单元402在S200中执行第二逆变器的诊断，并且在S230中完成第二逆变器的诊断。可以改变逆变器301和302 的诊断顺序。
在第四实施例的***构造中，多个逆变器301、302的平滑电容器501、 502的高电位电极经由直流总线Lp相互连接，并且其低电位电极经由接地线Ln相互连接。因此，如果多个逆变器301和302中的一个的关断功能正常而另一个的关断功能异常，则同时执行逆变器的异常诊断将导致电流从正常逆变器流向异常逆变器。因此，变得难以独立地检测并正确地降低逆变器的电容器电压Vc1和Vc2。
在下面的描述中，电流通过直流总线Lp在多个逆变器之间流动以使电容器电压Vc1和Vc2混淆的现象将被称为“电容器电压干扰”。另外，该现象对逆变器301和302的异常检测的影响将被称为“异常检测干扰”。
根据日本专利第5287705号中的惯常技术，在针对紧接于电力存储设备后的多个逆变器设置共用***主继电器的***构造中，逆变器的电动机电流MCRT1和MCRT2被输入到电流检测部分而不区分时刻。也就是说，没有考虑到多个逆变器之间的异常检测干扰。与此相反，在第四实施例中，逐个依次诊断逆变器301和302，从而可以避免由电容器电压Vc的干扰引起的异常检测的干扰，并进行正确的诊断。
(第五实施例)
图15是示出了第五实施例的诊断过程的流程图，作为像第四实施例中的包括多个逆变器的***中的异常诊断的另一示例。至于第五实施例中的***构造，将与第四实施例共同参考图12和图13。逆变器301的控制单元 401和逆变器302的控制单元402执行对应于一个继电器打开动作依次选择的一个或多个逆变器的放电过程和关断功能的异常诊断。
在图15中，步骤编号“S01-1”指示电源继电器15参考某个时间点的第一次打开动作，“S01-2”表示在电源继电器15闭合一次之后电源继电器15的第二次打开动作。例如，车辆停止运行并且就绪状态第一次断开的时间对应于S01-1，接着再次接通就绪状态并且车辆行驶，并且车辆停止然后就绪状态第二次断开的时间对应于S01-2。
当电源继电器15在S01-1中第一次打开时，第一逆变器301的控制单元401在S100中执行第一逆变器的诊断，并且在S130中完成第一逆变器的诊断。然后，在S09中将电源继电器15闭合。此后，当在S01-2中电源继电器15第二次打开时，第二逆变器302的控制单元402在S200中执行第二逆变器的诊断，并且在S230中完成第二逆变器的诊断。可以改变逆变器301和302的诊断顺序。
在第五实施例中，与第四实施例同样地，可以避免在多个逆变器301 和302诊断时的异常检测干扰。同样在第五实施例中，在一次诊断时每个逆变器的可放电电荷容差量增大，这使得可以确保用于诊断的大范围的电压下降。这拓宽了该诊断适用的车辆***的范围。
在包括多个逆变器的***中，第四实施例和第五实施例可以组合在一起以执行异常诊断。例如，当要依次诊断六个逆变器时，可以在每一个继电器打开动作时依次诊断它们中的两个，从而通过三个继电器打开动作完成六个逆变器的诊断。
(第六实施例)
图16示出了作为第六实施例的包括多个逆变器的异常判断***的另一构造示例。第六实施例中的异常判断***906包括多个逆变器301和302 以及多个电源继电器151和152。电源继电器151和152在直流总线Lp中设置得比分支点B更靠近逆变器301和302，并且可以切断从电池10到逆变器301和302各自的桥式电路601和602的电力供应。也就是说，该***构造避免了异常检测干扰。
在异常判断***906中，对于与打开的电源继电器对应的每个逆变器，可以同时独立地执行放电过程和关断功能的异常诊断。因此，与第四实施例和第五实施例不同，不需要在不同的时刻执行逆变器301和302的放电过程和关断功能的异常诊断，从而缩短了诊断时间。
(第七实施例)
接下来，将参考图17描述第七实施例中的异常判断***907，其中升压转换器18设置在电池10与一个逆变器30之间。升压转换器18由包括电感器和开关元件的已知斩波器电路等构成，并且通过切换动作升高电池10的电压并将该电压输出到逆变器30。转换器前电容器17设置在升压转换器18的电池10一侧，与逆变器30的平滑电容器50分开。但是，转换器前电容器17与用于异常诊断的“电容器电压Vc”无关。升压转换器18 相当于图7所示的“另一设备19”的示例。
异常判断***907通过符合第一实施例至第三实施例的方法，执行一个逆变器30的关断功能的异常诊断。在这种情况下，异常判断***907在执行关断功能的异常诊断之前停止升压转换器18的切换动作。这消除了升压转换器18的电压升高和电流消耗对电容器电压Vc的影响。
(第八实施例)
接下来，将参考图18和图19描述第八实施例中的异常判断***908，其中升压转换器18设置在电池10与多个逆变器301和302之间。图18中所示的构造等同于在图12所示的第四实施例的异常判断***904中，升压转换器18设置在电源继电器15和直流总线Lp中的分支点B之间的构造。
异常判断***908通过与第四实施例至第六实施例相一致的方法，执行多个逆变器301和302的异常诊断和关断功能。在这种情况下，异常判断***908在执行关断功能的异常诊断之前停止升压转换器18的切换动作。这消除了升压转换器18的电压升高和电流消耗对电容器电压Vc1和 Vc2的影响。
如图19所示，在异常判断***908中，要诊断的逆变器可以限于逆变器中的一个(例如第一逆变器301)。当要诊断的逆变器限于一个逆变器时，异常判断***908通过与第一实施例至第三实施例相一致的方法执行关断功能的异常诊断。同样在这种情况下，异常判断***908在执行关断功能的异常诊断之前停止升压转换器18的切换动作。这消除了升压转换器18 的电压升高和电流消耗对电容器电压Vc1的影响。
(其他实施例)
(a)在前述实施例中，车辆控制单元20和逆变器30的控制单元40 协作以实现放电过程和关断功能。在这种情况下，可以适当地设计哪些功能由哪个设备执行。例如，控制单元40可以直接操作电源继电器15。替代地，车辆控制单元20可以包括“逆变器的控制单元”的功能。
(b)直流电源的供应源不限于电池而可以是双层电容器、对交流电进行整流并输出直流电的转换器等。替代地，像在日本专利第5287705号中描述的***中那样，可以在电池与逆变器之间设置升压转换器。
(c)本公开的异常判断***可以不必应用于向车辆的电动机供应电力的逆变器，而是可以应用于将电力供给至向用于任何其他目的的旋转电机供应的逆变器。在这种情况下，代替上述实施例中的“车辆控制单元”，管理包括逆变器及其***设备的整个***的操作的“集中控制单元”可以发出放电指令或诊断指令。
应注意，本公开不限于上述实施例，而是可以在不脱离本公开的精神的情况下以各种方式实现。
本公开中描述的控制单元和方法可以由专用计算机实现，该专用计算机通过构造被编程为执行由计算机程序具象化的一个或多个功能的处理器和存储器来设置。替代地，本公开中描述的控制单元和控制方法可以由专用计算机实现，该专用计算机通过由一个或多个专用硬件逻辑电路构成处理器来设置。作为另一替代，本公开中描述的控制单元和控制方法可以由一个或多个专用计算机实现，该专用计算机包括被编程为执行一个或多个功能的处理器及存储器和由一个或多个硬件逻辑电路构成的处理器的组合。另外，计算机程序可以存储在计算机可读的非暂时性有形记录介质中，作为由计算机执行的指令。
在下文中，将总结上面描述的实施例的一个方面。
本公开的异常判断***包括至少一个逆变器(30)和至少一个电源继电器(15)。该逆变器包括：桥式电路(60)，在所述桥式电路(60)中，多个开关元件(61至66)被桥接；平滑电容器(50)，所述平滑电容器(50) 设置在桥式电路的输入部分；以及控制单元(40)，所述控制单元(40) 对桥式电路的驱动进行控制。逆变器将从直流供电电源(10)输入到桥式电路的直流电转换为交流电，并将交流电供给至旋转电机(80)。电源继电器设置在直流供电电源与平滑电容器之间，并且能够切断从直流供电电源到桥式电路的电力供应。
控制单元包括栅极命令部分(44)、信号切换部分(48)和异常判断部分(45)。栅极命令部分产生用于对桥式电路中的多个开关元件的栅极进行驱动的驱动信号。当输入驱动信号并且没有输入用于使桥式电路的多个开关元件的栅极驱动停止的关断信号时，信号切换部分将驱动信号输出到桥式电路。当输入关断信号时，信号切换部分停止驱动信号的输出并启动逆变器的关断功能。异常判断部分判断为关断功能中的异常。
当电源继电器打开时，控制单元驱动桥式电路以开始从平滑电容器释放电荷的放电过程，并在执行放电过程期间启动关断功能。当判断为在关断功能的操作期间平滑电容器的直接或间接检测到的电压(Vc)已经下降时，异常判断部分判断为关断功能是异常的。“间接检测”是指，例如检测从平滑电容器的高电位电极流到桥式电路的电流、即对平滑电容器的电压进行检测。
在本公开的异常判断***中，与日本专利第5287705号中描述的惯常技术不同，在不使用电流传感器的电流值的情况下，基于仅平滑电容器的电压下降来判断关断功能的异常。即使一相或多相的电流传感器处于近似零粘附故障，也能允许所述关断功能进行恰当的异常诊断。
在日本专利第5287705号中描述的惯常技术中，没有特定多个关断命令中的哪一个是异常的。另外，在紧接于电力存储设备后的多个逆变器中设置共用***主继电器的***构造中，逆变器的电动机电流输入到电流检测部分而不区分时刻。也就是说，没有考虑多个关断命令的异常检测干扰或多个逆变器之间的异常检测干扰。与此相反，在本公开中，当多个关断信号受到异常诊断时或者当多个逆变器受到异常诊断时，期望移动诊断的时刻以避免异常检测干扰。

Claims (8)

1.一种异常判断***，包括：
至少一个逆变器，至少一个所述逆变器具有桥式电路、平滑电容器和控制单元，其中，在所述桥式电路中，多个开关元件被桥接，所述平滑电容器设置在所述桥式电路的输入部分，所述控制单元对所述桥式电路的驱动进行驱动，将从直流供电电源输入到所述桥式电路的直流电转换为交流电，并将所述交流电供给至旋转电机；以及
至少一个电源继电器，至少一个所述电源继电器设置在所述直流供电电源与所述平滑电容器之间，并且能够切断从所述直流供电电源至所述桥式电路的电力供应，其中，
所述控制单元包括：栅极命令部分，所述栅极命令部分产生用于对所述桥式电路中的多个所述开关元件的栅极进行驱动的驱动信号；信号切换部分，当输入所述驱动信号并且没有输入用于使所述桥式电路的多个所述开关元件的栅极驱动停止的关断信号时，所述信号切换部分将所述驱动信号输出到所述桥式电路，并且当输入所述关断信号时，所述信号切换部分停止所述驱动信号的输出并启动所述逆变器的所述关断功能；以及异常判断部分，所述异常判断部分用于对所述关断功能中的异常进行判断，
当所述电源继电器打开时，所述控制单元对所述桥式电路进行驱动以开始从所述平滑电容器释放电荷的放电过程，并在执行所述放电过程期间启动所述关断功能，并且当判断为在所述关断功能的操作期间所述平滑电容器的直接或间接检测到的电压已经下降时，所述异常判断部分判断为所述关断功能是异常的。
2.如权利要求1所述的异常判断***，其特征在于，当判断为所述平滑电容器的所述电压在所述放电过程的开始和所述关断功能的启动之间的时段中被维持时，所述异常判断部分判断为所述逆变器的所述放电功能是异常的。
3.如权利要求1所述的异常判断***，其特征在于，
所述信号切换部分基于多个输入的所述关断信号中的任何一个或多个来启动所述关断功能，并且，
在以互斥方式施加每个所述关断信号的时段期间，所述异常判断部分基于所述平滑电容器中的电压下降对多个所述关断信号中的异常进行判断。
4.如权利要求1所述的异常判断***，其特征在于，
至少一个所述逆变器包括多个逆变器，
所述逆变器的所述控制单元在不同的时刻执行所述放电过程和所述关断功能的异常诊断。
5.如权利要求4所述的异常判断***，其特征在于，在所述电源继电器的打开之后，所述逆变器的所述控制单元依次逐个执行所述逆变器的所述放电过程和所述关断功能的所述异常诊断。
6.如权利要求4所述的异常判断***，其特征在于，所述逆变器的所述控制单元执行对应于一个继电器打开动作依次选择的一个或多个逆变器的所述放电过程和所述关断功能的所述异常诊断。
7.如权利要求1所述的异常判断***，其特征在于，
至少一个所述逆变器包括多个逆变器，
至少一个所述电源继电器包括多个电源继电器，多个所述电源继电器能够单独地切断来自所述逆变器的所述桥式电路的所述电力供应。
8.根据权利要求1所述的异常判断***，其特征在于，还包括升压转换器，所述升压转换器设置在所述直流供电电源与所述逆变器之间，以升高所述直流供电电源的电压并将所述电压输出到所述逆变器，其中，
在所述关断功能的异常诊断之前停止所述升压转换器的操作。
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