JP2006246564A - 故障診断装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の故障モードの検出を精度よく行なうことができる故障診断装置および車両を提供する。
【解決手段】 車両１００は、直流電源Ｂと、直流電源から電流の供給を受ける電気回路と、直流電源Ｂから電気回路に電流供給する供給経路の接続および遮断を行なう接続部４０と、供給経路に流れる電流を検出する電流センサ１１とを含む。制御装置３０は、始動指示ＩＧＯＮに応じて接続部４０を遮断状態に保持し電流センサ１１のオフセット値を観測した後に、接続部４０を接続状態として電流センサ１１の出力をオフセット値を用いて補正した結果に応じて電気回路の故障診断を行なう。好ましくは、制御装置３０は、負荷回路および電圧変換回路２０を停止させた状態でコンデンサＣ２に充電を行なうプリチャージ動作の前にオフセット値の観測を行なう。
【選択図】 図１

Description

この発明は、故障診断装置および車両に関し、特に高圧直流電源を搭載する車両における故障診断に関する。

特開平２−３０８９３５号公報（特許文献１）には、直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、この昇圧コンバータの出力を受けて駆動されるモータとを搭載する車両の構成が開示されている。この構成において昇圧コンバータの故障の有無を検出し、故障が検出されたときには昇圧コンバータをバイパスして直流電源の電圧をそのまま出力させてモータを駆動させることがこの文献に記載されている。
特開平２−３０８９３５号公報 特開２００３−１８９５９９号公報 特開平５−３３６７５９号公報 特開平８−６５８８３号公報 発明協会公開技報公技番号２００４−５０４４３２

しかし、車両に搭載される昇圧コンバータ等の故障には、さまざまな故障原因が考えられる。さまざまな故障原因に対応する故障モードに故障を分類して報知することができれば、迅速に修理が可能となる。このようなさまざまな原因によって引き起こされる故障モードを判別するには、昇圧コンバータの電圧を監視することに加えて電流を監視する必要がある。

しかし、電流センサの出力を監視して昇圧コンバータの異常を検出する場合には、現状の電流センサでは、初期オフセット値が無視できず、さまざまな故障を確実に切り分けることが困難である。このような故障モードには、「負荷短絡」、「負荷持出し」、「高圧系の断線」および「電圧センサ異常」などが考えられる。

また、バッテリの電流を検出するセンサは、故障判断を行なう制御装置とは別のバッテリ制御用の制御装置で監視されている構成も考えられる。このような構成では制御装置間の通信により検出された電流値が故障判断を行なう制御装置に送信される。この制御装置間の通信に異常が発生すると、送信されてくる電流値が信用できなくなるため、故障判断に電流値を用いていた場合には、さまざまな故障の判別がうまくいかない場合も考えられる。このような場合には、「負荷短絡」、「負荷持出し」等の故障を別々には検出することができないという問題がある。

この発明の目的は、複数の故障モードの検出を精度よく行なうことができる故障診断装置および車両を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の故障診断装置であって、車両は、直流電源と、直流電源から電流の供給を受ける電気回路と、直流電源から電気回路に電流供給する供給経路の接続および遮断を行なう接続部と、供給経路に流れる電流を検出する電流センサとを含む。故障診断装置は、接続部の接続および遮断の制御を行なう制御部を備える。制御部は、始動指示に応じて接続部を遮断状態に保持し電流センサのオフセット値を観測した後に、接続部を接続状態として電流センサの出力をオフセット値を用いて補正した結果に応じて電気回路の故障診断を行なう。

好ましくは、電気回路は、直流電源の電圧を変換する電圧変換回路と、電圧変換回路から出力電圧を受ける負荷回路とを含む。制御部は、負荷回路および電圧変換回路を停止させた状態で負荷回路および電圧変換回路の容量成分に充電を行なうプリチャージ動作の前にオフセット値の観測を行なう。

より好ましくは、負荷回路は、インバータと、インバータによって駆動されるモータとを含む。

より好ましくは、車両は、電圧変換回路の出力電圧を検知する電圧センサをさらに含む。制御部は、電流センサの出力が異常であると判断したときは、起動指示から所定時間後に電圧センサの出力を用いて対応する故障状態を診断する。

好ましくは、電気回路は、接続部を介して直流電源から電源電流を受ける負荷回路を含む。制御部は、負荷回路を停止させた状態で負荷回路の容量成分に充電を行なうプリチャージ動作の前にオフセット値の観測を行なう。

より好ましくは、負荷回路は、空調回路のコンプレッサーを駆動するインバータと、補機バッテリの充電電圧を発生する電圧発生回路とを含む。

好ましくは、接続部は、直流電源の正極側に接続される第１のリレーと、直流電源の負極側に接続される第２のリレーとを含む。制御部は、電圧変換回路の故障判断を行なう前に、第１、第２のリレーのいずれか一方を導通状態とし、他方を非導通状態に制御して、非導通状態に制御したリレーの溶着故障の確認を行なう。

好ましくは、制御部は、電気回路を動作停止させた状態において、補正結果が第１の値を超える場合には電気回路内部の短絡故障と診断し、補正結果が第１の値と第１の値よりも小さい第２の値との間にあるときは、電気回路の少なくとも一部が動作停止していない故障であると診断する。

この発明の他の局面によると、車両であって上記いずれかの故障診断装置を備える。

本発明によれば、故障モードの分類を確実に行なうことができるので、故障時の修理を迅速に行なうことができる。

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

図１は、本発明の故障診断装置が搭載される車両１００の構成を示した回路図である。なお車両１００は、モータで車輪を駆動する電気自動車、燃料電池自動車やモータとエンジンとを車両の駆動に併用するハイブリッド自動車のいずれであってもよい。

図１を参照して、車両１００は、直流電源Ｂと、電圧センサ１０と、電流センサ１１と、接続部４０と、コンデンサＣ１と、電圧変換部２０と、インバータ１４と、モータＭ１と、電流センサ２４と、制御装置３０とを備える。

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池である。電圧センサ１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧値ＶＢを検出し、検出した直流電圧値ＶＢを電池監視ユニット３２へ出力する。電流センサ１１は、直流電源Ｂから接続部４０を介して電気回路に流れる直流電流を検出し、その検出した電流を直流電流値ＩＢとして出力する。

電圧変換部２０は、電圧センサ２１と、昇圧コンバータ１２と、コンデンサＣ２と、電圧センサ１３とを含む。

昇圧コンバータ１２は、一方端が接続部４０を介して直流電源Ｂの正極と接続されるリアクトルＬ１と、電圧ＶＨを出力する昇圧コンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

電圧センサ２１は昇圧コンバータ１２の入力側の電圧を電圧値ＶＬとして検知する。コンデンサＣ２は昇圧コンバータ１２の出力側に接続され昇圧コンバータ１２から送られたエネルギを蓄積するとともに、電圧の平滑化を行なう。電圧センサ１３は、昇圧コンバータ１２の出力側の電圧すなわちコンデンサＣ２の電極間の電圧を電圧値ＶＨとして検知する。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から昇圧電位を受けて交流モータＭ１を駆動する。また、インバータ１４は、回生制動に伴い交流モータＭ１において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するためのモータである。このモータは、たとえば、エンジンによって駆動される発電機の機能を持ち、かつ、エンジンに対して電動機として動作しエンジンの始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組込まれるものであってもよい。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、昇圧コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と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ＩＧＢＴ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ＩＧＢＴ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ＩＧＢＴ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ＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と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ＩＧＢＴ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ＩＧＢＴ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ＩＧＢＴ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ＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と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ＩＧＢＴ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ＩＧＢＴ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ＩＧＢＴ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ＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、三相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ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ＩＧＢＴ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ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ２４は、交流モータＭ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

車両１００は、さらに、電圧センサ１０が出力する電圧値ＶＢと電流センサ１１が出力する電流値ＩＢとを監視する電池監視ユニット３２をさらに含む。電池監視ユニット３２は、通信線Ｗで制御装置３０と接続されており、監視した電圧値ＶＢおよび電流値ＩＢを制御装置３０に送信する。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数ＭＲＮ１、電圧値ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流値ＩＢおよびモータ電流値ＭＣＲＴ１を受ける。そして制御装置３０は、電圧変換部２０に対して昇圧指示ＰＷＵ，降圧指示ＰＷＤおよび停止指示ＳＴＰを出力する。さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して、昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータＭ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１とモータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

次に、電圧変換部２０の動作について簡単に説明する。電圧変換部２０中の昇圧コンバータ１２は、力行運転時には直流電源Ｂからの電力をインバータ１４に供給する順方向変換回路としての昇圧回路として動作する。逆に、回生運転時には、昇圧コンバータ１２は、直流電源ＢにモータＭ１で発電された電力を回生する逆方向変換回路としての降圧回路としても動作する。

昇圧コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１を非導通にした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ２の導通と非導通とを繰返して行なうことにより、昇圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ２が導通の状態においては、直流電源Ｂの正極からリアクトルＬ１、ＩＧＢＴ素子Ｑ２を経由して直流電源Ｂの負極に電流が流れる経路が形成される。この電流が流れている間に、リアクトルＬ１にエネルギが蓄積される。

そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ２を非導通状態にすると、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギはダイオードＤ１を介してインバータ１４側に流れる。これによりコンデンサＣ２の電極間の電圧が増大する。したがって、インバータ１４に与えられる昇圧コンバータ１２の出力電圧は昇圧される。

一方、昇圧コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ２を非導通にした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ１の導通と非導通とを繰返して行なうことにより降圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１が導通の状態においては、インバータ１４から回生される電流は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１、リアクトル、直流電源Ｂへと流れる。

また、ＩＧＢＴ素子Ｑ１が非導通の状態においては、リアクトルＬ１、直流電源ＢおよびダイオードＤ２からなるループが形成され、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギが直流電源Ｂに回生される。この逆方向変換においては、インバータ１４が電力を供給する時間よりも、直流電源Ｂが電力を受ける時間の方が長くなり、インバータ１４における電圧は降圧されて直流電源Ｂに回生される。電圧変換部２０の動作は、以上の力行動作と回生動作とを適切に制御することで行なわれる。

なお、回生制御には、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動が含まれる。また、フットブレーキを操作しない場合であっても、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速させたりまたは加速を中止させたりするときが含まれる。

車両１００は、さらに、接続部４０を介して直流電源Ｂから電流供給を受けるＤＣ／ＤＣコンバータ４２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から充電電圧の供給を受ける補機バッテリ４４と、接続部４０を介して直流電源Ｂから電源電流の供給を受けるエアコン用インバータ４６と、エアコン用インバータ４６によって駆動されるエアコン４８とを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２およびエアコン用インバータ４６は、直流電源Ｂから電源電流の供給を受ける負荷回路に相当する。

車両１００は、直流電源Ｂと、直流電源から電流の供給を受ける電気回路と、直流電源Ｂから電気回路に電流供給する供給経路の接続および遮断を行なう接続部４０と、供給経路に流れる電流を検出する電流センサ１１とを含む。制御装置３０は、始動指示ＩＧＯＮに応じて接続部４０を遮断状態に保持し電流センサ１１のオフセット値を観測した後に、接続部４０を接続状態として電流センサ１１の出力をオフセット値を用いて補正した結果に応じて電気回路の故障診断を行なう。好ましくは、制御装置３０は、負荷回路および電圧変換回路２０を停止させた状態でコンデンサＣ２に充電を行なうプリチャージ動作の前にオフセット値の観測を行なう。

より詳細には、制御装置３０は、運転者がパワースイッチを押すことに応じて図示しない電源制御装置から伝達される起動信号ＩＧＯＮを受けると、これに応じて接続部４０を遮断状態に保持し、電流センサ１１のオフセット値を観測した後に、接続部４０を接続状態として電流センサ１１の出力を先に観測したオフセット値を用いて補正する。そしてその補正した結果に応じて接続部４０に接続されている電気回路の故障診断を行なう。この電気回路には、具体的には電圧変換部２０、インバータ１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、エアコン用インバータ４６およびエアコン４８等が含まれる。

接続部４０は、直流電源Ｂから電圧変換部２０に電流供給を行なう経路の接続および遮断を行なう。接続部４０は、直流電源Ｂの正極とリアクトルＬ１の一方端との間に直列に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＢと、直流電源Ｂの負極とＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタとの間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＧとを含む。接続部４０は、さらに、システムメインリレーＳＭＲＢと並列に接続される、直列接続されたシステムメインリレーＳＭＲＰおよび制限抵抗Ｒとを含む。

システムメインリレーＳＭＲＰ，ＳＭＲＢ，ＳＭＲＧは、制御装置３０からの信号ＳＥにより所定のシーケンスで各々の導通／非導通状態が制御される。より具体的には、まず起動時にはシステムメインリレーＳＭＲＰ，ＳＭＲＢは導通状態に制御され、システムメインリレーＳＭＲＧは非導通状態に制御される。これにより、制限抵抗Ｒを介して電流が供給されるので、過大な突入電流が流れるのを避けることができる。この状態では昇圧コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１が導通状態、ＩＧＢＴ素子Ｑ２が非導通状態に制御され、コンデンサＣ２に充電が行なわれる。この充電動作をプリチャージ動作という。

プリチャージ動作が終了すると、システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧが導通状態に制御され、システムメインリレーＳＭＲＰは非導通状態に制御される。これにより、制限抵抗Ｒを介さずに直流電源Ｂから昇圧コンバータ１２に電流供給することが可能となる。正常にプリチャージ動作が行なわれ、昇圧コンバータ１２の動作準備が完了すると、表示装置３５にあるＲｅａｄｙＯＮのインジケータが点灯する。

図２は、図１の制御装置３０が行なう故障検出処理の制御構造を示したフローチャートである。図２のフローチャートは、運転者が与える始動指示に応じてモータ制御のメインルーチンから呼び出され実行される。

図３は、図２のフローチャートの各ステップが実行されるタイミングを示した動作波形図である。

図２、図３を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ１においてシステムメインリレーＳＭＲＢの溶着チェックが行なわれる。時刻ｔ１〜ｔ２においてシステムメインリレーＳＭＲＰが導通状態に制御され、このときシステムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧは非導通状態に制御される。この状態で電流値ＩＢを観測すれば、システムメインリレーＳＭＲＢに溶着が起こっているかいないかが判断できる。

続いて、ステップＳ２において制御装置３０は、電流センサ１１が検出し、電池監視ユニット３２を経由して得られた電流値ＩＢのオフセットの検出を行なう。時刻ｔ２〜ｔ３において、システムメインリレーＳＭＲＰ，ＳＭＲＢ，ＳＭＲＧはすべて非導通状態に制御される。この状態では本来電流センサ１１は電流値０を検出するはずであり、このとき検出された電流値ＩＢがオフセット値ＩＢ０として制御装置３０内部のメモリに記憶される。

続いてステップＳ３において、システムメインリレーＳＭＲＰの溶着チェックが行なわれる。時刻ｔ３〜ｔ４において、システムメインリレーＳＭＲＰ，ＳＭＲＧは非導通状態に制御され、システムメインリレーＳＭＲＢが導通状態に制御される。このときの電流値ＩＢを観測することにより、システムメインリレーＳＭＲＰまたはシステムメインリレーＳＭＲＧに溶着が起こっていないかどうかが判断できる。

なお、実際には、システムメインリレーＳＭＲＧの溶着確認は、前回走行時にイグニッションスイッチをオフした際に確認することが多いので、時刻ｔ３〜ｔ４において電流値ＩＢが所定値より大きい場合には、システムメインリレーＳＭＲＰが溶着していると判断される。

ステップＳ３が終了すると続いてステップＳ４に処理が進む。ステップＳ４では電流オフセット値ＩＢ０に信頼性があるか否かが判断される。たとえば、時刻ｔ１〜ｔ２またはｔ３〜ｔ４の間で電流値ＩＢが所定値を超えていた場合には、システムメインリレーに溶着が発生している可能性が高いので、電流センサオフセット値ＩＢ０は信頼性がないと判断される。

また、図１の通信線Ｗによる通信がうまくいかない場合にも、制御装置３０では電流値ＩＢが異常値として検出されるので、この場合もオフセット値ＩＢ０には信頼性がないと判断される。オフセット値ＩＢ０に信頼性がない場合にはステップＳ７に進み、電圧センサ出力を用いた故障検出処理が行なわれる。

一方、ステップＳ４において、オフセット値ＩＢ０に信頼性があると判断された場合にはステップＳ５に処理が進む。

ステップＳ５では、電流センサ初期値の学習処理が行なわれる。具体的には、以後電流センサ１１で検出する電流値ＩＢに対してステップＳ２で検出したオフセット値ＩＢ０を減算する補正が行なわれる。すなわちこの補正値をＩＢＡとすると、ＩＢＡ＝ＩＢ−ＩＢ０で表わされる。ステップＳ５の処理が終了すると、次はステップＳ６の処理が行なわれる。

ステップＳ６では、電流センサ１１の出力を用いた故障検出処理が行なわれる。

時刻ｔ５以降は、電圧変換部２０およびインバータ１４の動作を停止させてコンデンサＣ２に電荷を蓄積して、この両端の電圧を所定レベルまで引上げるプリチャージ動作が行なわれる。そして時刻ｔ２０以降は、プリチャージが完了して昇圧動作準備完了となり昇圧コンバータ１２およびインバータ１４の動作が可能となる。時刻ｔ５〜ｔ２０のプリチャージ期間においてステップＳ６またはステップＳ７のいずれかの故障検出処理が実行される。

ステップＳ６の処理またはステップＳ７の処理が終了するとステップＳ８に進み、検出した故障情報が制御装置３０内部のメモリに保存される。制御装置３０は、この故障情報に基づいて、運転者に故障を通知する表示を表示装置３５に行なわせる。また整備工場等でこの故障情報を読出すことによりさらに詳しい故障内容を知ることもできる。従来よりも詳しく分類された故障情報によって、修理時間を短縮することができる。

ステップＳ８の処理が終了するとステップＳ９に処理が進み、制御はメインルーチンに移る。

図４は、図２におけるステップＳ６の処理を詳細に示したフローチャートである。

図５は、図４の処理が行なわれるタイミングを示す動作波形図である。なお、図５の波形は、図３の時刻ｔ５以降のプリチャージ処理におけるオフセット値が補正された電流値ＩＢＡの変化を示している。

図５の時刻ｔ５においては、システムメインリレーＳＭＲＰおよびシステムメインリレーＳＭＲＢが導通状態に制御され、システムメインリレーＳＭＲＧは非導通状態に制御されているので、制限抵抗Ｒを介して直流電源ＢからリアクトルＬ１に向けて電流が供給される。そして昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１は導通状態，ＩＧＢＴ素子Ｑ２は非導通状態に制御されコンデンサＣ２に充電が開始されて、この充電が進むにつれて電流値ＩＢＡは次第に小さくなる。

図４、図５を参照して、ステップＳ６の処理が開始されると、まずステップＳ１１において、時刻ｔ１０からオフセット学習済みの電流値ＩＢＡが、所定値Ｘより大きい状態が時刻ｔ１以上継続しているか否かが判断される。この処理は負荷短絡故障が起こっているか否かを判定するものである。

図６は、負荷短絡故障時の電流値ＩＢＡの経時変化を示した図である。

図６を参照して、負荷短絡時とは、図１の電圧変換部２０、インバータ１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、エアコン用インバータ４６等の電気回路のいずれかで短絡故障が発生している場合である。診断時には、システムメインリレーＳＭＲＰが導通状態でかつシステムメインリレーＳＭＲＧは開放状態に制御されているので、直流電源Ｂの両端が制限抵抗Ｒで接続された状態となる。

つまり、電流値ＩＢＡ＝バッテリ電圧値ＶＢ／制限抵抗値Ｒ、で示される電流が定常的に流れる。たとえば、バッテリ電圧ＶＢを４００Ｖ、制限抵抗値Ｒを４０Ωとすると、電流値ＩＢＡは１０Ａとなる。したがって、負荷短絡時の電流値はおよそ１０Ａであることを考慮すると、部品ばらつき等を勘案しマージンを確保して、図４のステップＳ１１のしきい値である所定値Ｘはおよそ６〜７Ａに設定するのが望ましい。

負荷短絡故障は、高圧系回路がショートしているときに発生するため、なるべく早く検出するのが望ましい。このため、プリチャージを開始した時刻ｔ５から、たとえば２００ｍｓ後に検出を開始し、かつΔｔ１＝１００ｍｓとする。

再び図４を参照して、ステップＳ１１の条件が成立した場合にはステップＳ１２に進み、故障情報は高圧系過電流故障のうち負荷短絡故障であると設定され、さらにステップＳ２１に処理が進み、制御は図２のフローチャートに戻される。

一方、ステップＳ１１において条件が成立しなかった場合には、ステップＳ１３に処理が進む。ステップＳ１３では、時刻ｔ１０においてプリチャージ完了条件を満たすか否かが判断される。プリチャージ完了条件とは、たとえばＶＨ≧ＶＢ−７０（Ｖ）かつＩＢ＜２（Ａ）が成立する場合である。プリチャージ動作は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１を導通させた状態で昇圧コンバータ１２を停止させコンデンサＣ２の充電を行なうものであるので、充電が進むと電圧値ＶＨは０から次第に電圧値ＶＢに近づくはずである。ＶＨ≧ＶＢ−７０はこの条件を示す。またコンデンサＣ２の充電が進むと、次第に充電電流である電流値ＩＢは小さくなっていくはずである。ＩＢ＜２はこの条件を示す。

ステップＳ１３の条件が成立する場合には、ステップＳ２０に処理が進む。

一方、ステップＳ１３の条件が成立しない場合、たとえばＶＨ＜ＶＢ−７０（Ｖ）またはＩＢ≧２（Ａ）であった場合には、ステップＳ１４に処理が進む。ステップＳ１４では高圧系の断線故障が発生しているかいないかが判断される。

図７は、高圧系断線故障が生じたときの電流値ＩＢＡの経時変化を示した図である。

図７を参照して、高圧系に断線が生じたときには、プリチャージ動作が行なわれ負荷の容量成分に充電電流が流入するべき時点においても、電流値ＩＢＡは常に０と観測される。当然このときには図１の電圧センサ１３の観測値は上昇しない。

したがって、図４のステップＳ１３、Ｓ１４の判定条件によって高圧系断線故障を検出することができる。

すなわち、高圧系断線故障は、以下の２つの状態が成立したことを監視すれば検出可能である。（１）プリチャージ時の突入電流値が本来流れるべき区間で流れていないこと。（２）電圧値ＶＨが上昇していないこと。

以上より図５の時刻ｔ５〜ｔ１１で電流値ＩＢＡがほぼ０であること、かつ時刻ｔ１２の時点から昇圧した電圧ＶＨがバッテリ電圧ＶＢ以上で、かつ電流値ＩＢＡがほぼ０であることが時間Δｔ２以上継続していることが条件となる。ステップＳ１４ではこの条件が成立するか否かが判断される。

ステップＳ１４においてこの条件が成立した場合にはステップＳ１５に進み、故障情報は高圧系断線故障であるというように設定される。

一方、ステップＳ１４の条件が成立しない場合にはステップＳ１６に処理が進む。ステップＳ１６では、高圧系の過電流故障のうち負荷持出し故障が起こっているか否かが判定される。負荷持出し故障とは、回路が短絡しているわけではないが、高圧バッテリに接続されている負荷回路、すなわちエアコン、補機バッテリ充電用のＤＣ／ＤＣコンバータ、電動パワーステアリング用ＤＣ／ＤＣコンバータなどが本来停止しているべきところで駆動状態になっており、電池エネルギを消費している状態を指す。

図８は、負荷持出し故障時の電流値ＩＢＡの経時的変化を示した図である。

図８を参照して、負荷持出し故障時には、当初電流値ＩＢＡはコンデンサ等への充電電流により大きな値を示しているが、次第に電流値は３〜４Ａ程度に落着く。このような電流は、短絡時の電流よりは小さいが、停止しているべき負荷回路のいずれかが駆動状態になっており、電池エネルギを消費している状態であると考えられる。

したがって、所定時間経過後において、図５に示した正常時の電流値ＩＢＡより大きく、かつ図６に示した負荷短絡時の電流値ＩＢＡよりも小さいことを検出条件とすればよい。

すなわち、負荷持出し故障を検出するには、短絡時の大電流ほどは電流値が大きくないが、通常プリチャージ状態においては流れ得ない電流値になっていることを検出すればよい。そのため、ステップＳ１６では時刻ｔ１２から電流値ＩＢＡが所定値Ｙより大きい状態が時間Δｔ２以上継続することが条件となる。

ステップＳ１６において条件が成立した場合にはステップＳ１７に処理が進み、故障情報は高圧系過電流故障の負荷持出し故障であると設定される。そしてさらにステップＳ２１に処理が進み、制御は図２のフローチャートに戻される。

一方、ステップＳ１６において条件が成立しない場合には、ステップＳ１８に処理が進む。

ステップＳ１８では、電圧センサ１３の異常の有無が判断される。具体的には図５の時刻ｔ１４においてプリチャージ完了条件を満たすか否かが判断される。なおプリチャージ完了条件はステップＳ１３の説明で既に説明しているので説明は繰返さない。ステップＳ１８でプリチャージ完了条件を満たさない場合にはステップＳ１９に処理が進む。一方、ステップＳ１８においてプリチャージ完了条件が満たされている場合にはステップＳ２０に処理が進む。

ステップＳ１９では、故障情報は電流値ＶＨを検出する電圧センサ１３の異常であると設定される。電圧センサ１３の異常故障が発生している時とは、電流値ＩＢＡは図５に示すような正常時と同様な値が観測されており、電圧センサ１３の出力自身に異常が生じている状態である。

負荷短絡、高圧系断線および負荷持出しのいずれの故障にも該当しない場合に、時刻ｔ４が経過してもプリチャージ完了条件が成立しないときは、プリチャージ完了条件を検知する電流値ＶＨを検出する電圧センサ１３の故障が生じている確率が高い。したがって、電圧センサ１３の故障に故障情報を設定する。ただし、ステップＳ１９の処理が終了すると、ステップＳ２１に処理が進み制御は図２のフローチャートに戻る。

一方、ステップＳ２０に処理が進んだ場合には、故障情報は特に設定されず正常に完了したと診断される。この場合には図１の表示装置３５のReady ONインジケータが点灯し、昇圧コンバータ１２の動作準備が完了し、車両は動作可能であることが表示される。そして、ステップＳ２１に進み制御は図２のフローチャートに戻る。

次に、電流センサ１１からの電流値ＩＢが信用できない場合に図２においてステップＳ７で行なわれる故障検出処理について説明する。

図９は、図２のステップＳ７で実行される故障検出処理の詳細を示したフローチャートである。

図９を参照して、ステップＳ７の処理が開始されると、まずステップＳ３１において起動信号ＩＧＯＮが活性化されてから所定時間が経過するまで時間待ちが行なわれる。

続いてステップＳ３２において、電圧センサ１３において観測される電圧値ＶＨと電圧センサ２１によって観測される電圧値ＶＬとの差の絶対値｜ＶＬ−ＶＨ｜が、１００Ｖより小さい状態が時間Δｔ１１以上継続するか否かが判断される。この状態において昇圧コンバータ１２での昇圧動作はまだ行なわれておらず、ＩＧＢＴ素子Ｑ１は導通状態に制御され、ＩＧＢＴ素子Ｑ２は非導通状態に制御されている。したがって所定時間たとえば３００〜４００ｍｓが経過すると、コンデンサＣ２に対する充電が十分に行なわれ、電圧値ＶＬと電圧値ＶＨとはほぼ等しくなるはずである。

この状態において電圧値ＶＬとＶＨとの差が１００Ｖ以上である場合、すなわち電圧値ＶＨがあまり増加しない場合には、電圧センサ自身に異常があると考えられる。したがって、処理はステップＳ３２からステップＳ３３に進み、故障情報は電圧値ＶＬ，ＶＨを検知する電圧センサ２１，１３のいずれかが異常であると判断される。ステップＳ３３において故障情報の設定が終了するとステップＳ４１に進み、制御は図２のフローチャートに戻される。

一方、ステップＳ３２において条件が成立した場合にはステップＳ３４に処理が進む。ステップＳ３４では、高圧系断線または負荷回路の短絡の故障についての判断が行なわれる。

具体的には電圧値ＶＬがほぼ０であり、かつ電圧値ＶＨもほぼ０であるという条件が成立するか否かが判断される。ほぼ０であるという判断については、電圧値ＶＬ，ＶＨの絶対値が０に近い所定値以下であることを判定すればよい。ステップＳ３４の条件が成立するとステップＳ３５に進み、故障情報は高圧系の断線または負荷短絡故障であると設定される。そして、この設定が完了すると処理はステップＳ３５からステップＳ４１に進み、制御は図２のフローチャートに戻される。

ステップＳ３４において、条件が成立しない場合にはステップＳ３６に処理が進む。

ステップＳ３６では負荷持出し故障の有無が判定される。負荷持出し故障が発生している場合には、バッテリ電流ＩＢが所定値以上流れていると制限抵抗Ｒでの電圧降下により電圧値ＶＬ，ＶＨはバッテリ電圧ＶＢよりも低い値で飽和する。このため、電圧値ＶＬ，ＶＨがともに所定値Ｖ０以下であることが時間Δｔ１２以上継続すれば、負荷持出し故障であることが判断できる。

具体的には、電圧値ＶＬが０以上所定値Ｖ０以下であり、かつ、電圧値ＶＨも０以上所定値Ｖ０以下であることが、時間Δｔ１２以上継続するか否かが判断される。ステップＳ３６において条件が成立した場合にはステップＳ３７に進み、故障情報は負荷持出し故障であると設定され、そして処理はステップＳ４１に進み制御が図２のフローチャートに戻される。

一方、ステップＳ３６において条件が成立しなかった場合にはステップＳ３８に処理が進む。ステップＳ３８においては、プリチャージ完了条件が成立するか否かが判断される。この判断は図５の時刻ｔ１４において行なわれる。ただしプリチャージ完了条件は、この場合電流センサ１１からの電流値ＩＢが信用できないため電圧のみで判断される。すなわちたとえばＶＨ＜ＶＢ−７０（Ｖ）がプリチャージ完了条件の具体例となる。

ステップＳ３８において、プリチャージ完了条件が成立しなかった場合にはステップＳ３９に処理が進む。このときは原因が特定できないが異常状態であるので、可能性の高いＶＨセンサ異常すなわち図１の電圧センサ１３の異常であると故障情報が設定される。この設定動作が終了すると処理はステップＳ４１に進み、制御は図２のフローチャートに戻される。

一方、ステップＳ３８において、プリチャージ完了条件が成立した場合にはステップＳ４０に処理が進む。この場合は故障情報は電流センサ１１からの情報が正常でないことが設定されるが、電圧変換部２０による昇圧動作が可能となったプリチャージが完了したと見なされて、表示装置３５のインジケータにはReady ONのインジケータが点灯する。そして、その後処理はステップＳ４１に進み制御は図２のフローチャートに戻される。

以上説明したように、本実施の形態においては、プリチャージ開始前のシステムメインリレーがすべて非導通時の電流センサ１１の値をオフセット値として記憶し、プリチャージ制御開始直前に、事前に記憶しておいたオフセット値を電流センサ１１の検出値から差引いて補正を行なう。そしてこの補正値を故障診断用に用いる。

これにより、電流センサオフセットをなくすことができ、「負荷回路」「負荷持出し」などの故障モードの分類を確実に行なうことができる。その結果、制限抵抗Ｒの破損や、その他の不具合を防止することができる。

さらに、本実施の形態においては、電池監視ユニット３２の通信不具合などにより、制御装置３０で得られた電流値ＩＢが信用できないときに、上述した方法を使用することができない場合にも故障の分類をできる限り行なうようにしている。つまり、電流センサが信用できず、かつ負荷短絡などが発生するような二重故障の検出も想定されている。

そこで、そのような場合には、電圧値ＶＬ，ＶＨを検出する電圧センサ１３，２１で電流センサを代用し、プリチャージ時の異常が発生した場合に可能な範囲で「負荷短絡」「負荷持出し」などの故障の検出を可能とする。

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。

本発明の故障診断装置が搭載される車両１００の構成を示した回路図である。 図１の制御装置３０が行なう故障検出処理の制御構造を示したフローチャートである。 図２のフローチャートの各ステップが実行されるタイミングを示した動作波形図である。 図２におけるステップＳ６の処理を詳細に示したフローチャートである。 図４の処理が行なわれるタイミングを示す動作波形図である。 負荷短絡故障時の電流値ＩＢＡの経時変化を示した図である。 高圧系断線故障が生じたときの電流値ＩＢＡの経時変化を示した図である。 負荷持出し故障時の電流値ＩＢＡの経時的変化を示した図である。 図２のステップＳ７で実行される故障検出処理の詳細を示したフローチャートである。

符号の説明

１０，１３，２１ 電圧センサ、１１，２４ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２０ 電圧変換部、３０ 制御装置、３２ 電池監視ユニット、３５ 表示装置、４０ 接続部、４２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４４ 補機バッテリ、４６ エアコン用インバータ、４８ エアコン、１００ 車両、Ｂ 直流電源、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ 交流モータ、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｒ 制限抵抗、ＳＭＲＰ，ＳＭＲＢ，ＳＭＲＧ システムメインリレー、Ｗ 通信線。

Claims (9)

1. 車両の故障診断装置であって、
   前記車両は、
   直流電源と、
   前記直流電源から電流の供給を受ける電気回路と、
   前記直流電源から前記電気回路に電流供給する供給経路の接続および遮断を行なう接続部と、
   前記供給経路に流れる電流を検出する電流センサとを含み、
   前記故障診断装置は、
   前記接続部の接続および遮断の制御を行なう制御部を備え、
   前記制御部は、始動指示に応じて前記接続部を遮断状態に保持し前記電流センサのオフセット値を観測した後に、前記接続部を接続状態として前記電流センサの出力を前記オフセット値を用いて補正した結果に応じて前記電気回路の故障診断を行なう、故障診断装置。
2. 前記電気回路は、
   前記直流電源の電圧を変換する電圧変換回路と、
   前記電圧変換回路から出力電圧を受ける負荷回路とを含み、
   前記制御部は、前記負荷回路および前記電圧変換回路を停止させた状態で前記負荷回路および前記電圧変換回路の容量成分に充電を行なうプリチャージ動作の前に前記オフセット値の観測を行なう、請求項１に記載の故障診断装置。
3. 前記負荷回路は、
   インバータと、
   前記インバータによって駆動されるモータとを含む、請求項２に記載の故障診断装置。
4. 前記車両は、
   前記電圧変換回路の出力電圧を検知する電圧センサをさらに含み、
   前記制御部は、前記電流センサの出力が異常であると判断したときは、前記起動指示から所定時間後に前記電圧センサの出力を用いて対応する故障状態を診断する、請求項２に記載の故障診断装置。
5. 前記電気回路は、
   前記接続部を介して前記直流電源から電源電流を受ける負荷回路を含み、
   前記制御部は、前記負荷回路を停止させた状態で前記負荷回路の容量成分に充電を行なうプリチャージ動作の前に前記オフセット値の観測を行なう、請求項１に記載の故障診断装置。
6. 前記負荷回路は、
   空調回路のコンプレッサーを駆動するインバータと、
   補機バッテリの充電電圧を発生する電圧発生回路とを含む、請求項５に記載の故障診断装置。
7. 前記接続部は、
   前記直流電源の正極側に接続される第１のリレーと、
   前記直流電源の負極側に接続される第２のリレーとを含み、
   前記制御部は、前記電圧変換回路の故障判断を行なう前に、前記第１、第２のリレーのいずれか一方を導通状態とし、他方を非導通状態に制御して、非導通状態に制御したリレーの溶着故障の確認を行なう、請求項１〜６のいずれか１項に記載の故障診断装置。
8. 前記制御部は、前記電気回路を動作停止させた状態において、前記補正結果が第１の値を超える場合には前記電気回路内部の短絡故障と診断し、前記補正結果が前記第１の値と前記第１の値よりも小さい第２の値との間にあるときは、前記電気回路の少なくとも一部が動作停止していない故障であると診断する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の故障診断装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の故障診断装置を備える車両。

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