JP2006254643A - 異常判定装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の故障モードの検出を早期により精度よく行なうことができる異常判定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Ｂからの電圧ＶＬを電圧ＶＬよりも高い電圧ＶＨに変換する電圧変換器２０と、直流電源Ｂと電圧変換器２０を結ぶ経路を制御信号に応じて開放状態、予備接続状態、接続状態の３段階に接続可能な接続部４０とを含む。電流センサ１１、電圧センサ１０，２１，１３は、車両の状態を検知する検知部に該当する。制御装置３０は、接続部４０を開放状態または予備接続状態に制御しつつ、検知部により検知された車両の状態に応じて電圧変換器２０の異常を判定する。好ましくは、制御装置３０は、車両の始動信号に応じて電圧変換器の異常を判定し、電圧変換器が正常であれば接続部４０を接続状態に制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、異常判定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異常判定に関する。

近年、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車、電気自動車および燃料電池自動車が大きな注目を集めている。

ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源と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動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源と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動力源とする自動車である。

このような自動車においては、直流電源からの直流電圧をさらに電圧変換器によって昇圧しその昇圧した直流電圧をモータを駆動するためのインバータに供給するようにすることも考えられている。

特開２００４−８８８６６号公報（特許文献１）には、昇圧動作または降圧動作が正常でない場合に、電流センサ、リアクトル、スイッチング素子のどの部分が異常かについて判定するための方法について開示されている。
特開２００４−８８８６６号公報 特開２００２−２２２９２０号公報 特開平９−５６１７７号公報 特開２００１−２３８４３６号公報 特開２００３−２８４３２８号公報

上記特開２００４−８８８６６号公報（特許文献１）に開示された技術は、電圧変換器を実際に動作させて、その動作の不具合を検出した場合における異常検出の方法を示すものである。しかし、この文献には電圧変換器に通常動作時と同様な高圧電圧を供給する前の状態において電圧変換器の異常を検出する方法については開示されていない。電圧変換器の異常は、なるべく早期に検出することが望ましく、できれば完全な電圧および電流を電圧変換器に供給する前に故障が検出できることが望ましい。

この発明の目的は、複数の故障モードの検出を早期により精度よく行なうことができる異常判定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、車両の異常判定装置であって、車両は、直流電源と、直流電源からの第１の電圧を第１の電圧よりも高い第２の電圧に変換する電圧変換器と、直流電源と電圧変換器を結ぶ経路を制御信号に応じて開放状態、予備接続状態、接続状態の３段階に接続可能な接続部とを含み、異常判定装置は、車両の状態を検知する検知部と、接続部を開放状態または予備接続状態に制御しつつ、検知部により検知された車両の状態に応じて電圧変換器の異常を判定する制御部とを備える。

好ましくは、検知部は、経路に流れる電流を検出する電流センサを含む。予備接続状態は、接続状態よりも電流が制限されて接続が行なわれる状態である。制御部は、接続部を予備接続状態に制御し、電流センサの出力に応じて電圧変換器の異常を判定する。

より好ましくは、制御部は、接続部を開放状態から予備接続状態に遷移させてから所定の時間経過後に電流センサの出力に応じて電圧変換器の異常を判定する。

好ましくは、検知部は、電圧変換器の入力電圧と出力電圧とをそれぞれ検出する第１、第２の電圧センサを含む。予備接続状態は、接続状態よりも電流が制限されて接続が行なわれる状態である。制御部は、接続部を予備接続状態に制御し、第１、第２の電圧センサの出力から求められる入力電圧と出力電圧の差分値に応じて電圧変換器の異常を判定する。

より好ましくは、制御部は、接続部を開放状態から予備接続状態に遷移させてから所定の時間経過後に差分値に応じて電圧変換器の異常を判定する。

好ましくは、電圧変換器は、制御部から与えられる電圧変換制御信号に応じて電圧変換を行ない、制御部から与えられる動作禁止信号が活性化されると電圧変換制御信号に優先して動作を停止する。制御部は、電圧変換制御信号によって所定の電圧変換が行なわれる設定を行ない、かつ動作禁止信号を活性化させた状態で電圧変換器の異常を判定する。

好ましくは、電圧変換器は、制御部から与えられる電圧変換制御信号に応じて電圧変換を行ない、制御部から与えられる動作禁止信号が活性化されると電圧変換制御信号に優先して動作を停止する。制御部は、動作禁止信号をモニタするモニタ入力ノードを含む。制御部は、接続部を開放状態に制御しつつ動作禁止信号を活性化しモニタ入力ノードで観測される観測結果に応じて電圧変換器の異常を判定する。

より好ましくは、制御部は、動作禁止信号を非活性化時から活性化するときに、状態が強制駆動状態およびハイインピーダンス状態のいずれか一方から他方に遷移する出力ノードをさらに含む。電圧変換器は、動作禁止信号を受けるノードを所定電位に結合させる抵抗素子を含む。

好ましくは、制御部は、車両の始動信号に応じて電圧変換器の異常を判定し、電圧変換器が正常であれば接続部を接続状態に制御する。

この発明は、他の局面によれば、上記いずれかの異常判定装置を搭載する車両である。

本発明によれば、電圧変換器を本格的に動作させる前の段階において電圧変換器の異常を検出することができる。さらに、実際の電圧変換器の動作前に異常を検出することができるため、実際の動作後の異常を未然に防止することができる。

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、本発明の実施の形態にかかる車両１００の構成を示す回路図である。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、直流電源Ｂからの電圧ＶＬを電圧ＶＬよりも高い電圧ＶＨに変換する電圧変換器２０と、直流電源Ｂと電圧変換器２０を結ぶ経路を制御信号に応じて開放状態、予備接続状態、接続状態の３段階に接続可能な接続部４０とを含む。電流センサ１１、電圧センサ１０，２１，１３は、車両の状態を検知する検知部に該当する。制御装置３０は、接続部４０を開放状態または予備接続状態に制御しつつ、検知部により検知された車両の状態に応じて電圧変換器２０の異常を判定する。

好ましくは、制御装置３０は、車両の始動信号に応じて電圧変換器の異常を判定し、電圧変換器が正常であれば接続部４０を接続状態に制御する。

具体的には、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、電圧変換器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として、ニッケル水素、リチウムイオン等の二次電池や燃料電池などを用いることができる。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を制御装置３０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として制御装置３０へ出力する。

接続部４０は、直流電源Ｂの正極側に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、直流電源Ｂの負極側に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３と、直流電源Ｂの負極側に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒとを含む。接続部４０は、システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３をすべてオフに制御する開放状態と、システムメインリレーＳＭＲ２，ＳＭＲ３をオンしつつシステムメインリレーＳＭＲ１をオフに制御する接続状態と、システムメインリレーＳＭＲ２，ＳＭＲ１をオンしつつシステムメインリレーＳＭＲ３をオフに制御する予備接続状態の３つの状態を取ることができる。

電圧変換器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。

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、電圧変換器２０に対して昇圧指示する制御信号ＰＷＵ，降圧指示する制御信号ＰＷＤおよび動作禁止信号ＣＳＤＮ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、電圧変換器２０の動作について簡単に説明する。電圧変換器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。電圧変換器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。

図２は、図１における制御装置３０と電圧変換器２０との間の制御について、より詳細に説明するための回路図である。

図２を参照して、制御装置３０からはＩＧＢＴ素子Ｑ２をスイッチングさせる昇圧指示する制御信号ＰＷＵと、ＩＧＢＴ素子Ｑ１をスイッチングさせる降圧指示する制御信号ＰＷＤと、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングを禁止する動作禁止信号ＣＳＤＮとを出力する。

動作禁止信号ＣＳＤＮは、一旦制御装置３０から出力された後に、再びモニタ信号ＭＯＮとして制御装置３０に取込まれている。動作禁止信号ＣＳＤＮは配線Ｋによって昇圧コンバータ１２に伝達される。昇圧コンバータ１２には、補機バッテリから供給される１２Ｖに配線Ｋの端部を結合するプルアップ抵抗ＰＲが設けられている。

昇圧コンバータ１２には、さらに、動作禁止信号ＣＳＤＮと降圧指示する制御信号ＰＷＤとを受けるＡＮＤ回路Ｇ１と、動作禁止信号ＣＳＤＮと昇圧指示する制御信号ＰＷＵとを受けるＡＮＤ回路Ｇ２とが設けられている。ＡＮＤ回路Ｇ１の出力はＩＧＢＴ素子Ｑ１のゲートに与えられる。またＡＮＤ回路Ｇ２の出力はＩＧＢＴ素子Ｑ２のゲートに与えられる。

［実施の形態１］
予備接続状態は、接続状態よりも電流が制限抵抗Ｒによって制限されて接続が行なわれる状態であるとする。実施の形態１では、図１の制御装置３０は、接続部４０を予備接続状態に制御し、電流センサ１１の出力に応じて電圧変換器２０の異常を判定する。

より好ましくは、制御装置３０は、接続部４０を開放状態から予備接続状態に遷移させてから所定の時間経過後に電流センサ１１の出力に応じて電圧変換器２０の異常を判定する。

図３は、実施の形態１の異常判定装置で実行される処理を説明するための動作波形図である。

図３を参照して、時刻ｔ０は初期状態であり、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２，ＳＭＲ３はすべて非導通状態に制御されており、動作禁止信号ＣＳＤＮはＬレベルすなわちＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２を遮断状態に制御するように設定されている。

このとき図１の接続部４０は開放状態であるので電流センサ１１で検出されるバッテリ電流ＩＢも０である。

時刻ｔ１〜ｔ３においてはプリチャージ動作が行なわれる。プリチャージ動作とは、図１の接続部４０において制限抵抗Ｒを介して直流電源Ｂを負荷回路や電圧変換器２０に接続し、これらに内蔵される容量成分に充電を行なう処理である。

具体的には、図１のコンデンサＣ１，Ｃ２などに充電が行なわれる。制限抵抗Ｒが存在するので、初期の突入電流の値を制限することができる。

プリチャージ処理においては、システムメインリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２が導通状態とされ、システムメインリレーＳＭＲ３は非導通状態とされる。このプリチャージ期間中において回路に異常がなければ波形Ｗ１に示すように次第に充電電流は小さくなる。

これに対し、回路に異常が発生した場合には波形Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４に示すような挙動を示す。

波形Ｗ２は「負荷持出し故障」の場合の電流値である。負荷持出しとは、図１に示される直流電源Ｂに対する負荷回路たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ４２やエアコン用インバータ４６が、停止状態に制御されているはずであるにもかかわらず動作しており、電流が消費されてしまう状態をいう。たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ４２は負荷持出し故障が発生すると４アンペア程度の電流を消費し、エアコン用インバータ４６に負荷持出し故障が発生すると２〜３アンペア程度の電流が消費される。

波形Ｗ３に示す場合は「ゲート断線故障」が生じている場合である。ゲート断線故障とは、図２に示した昇圧コンバータ１２のスイッチングを禁止させるゲートであるＡＮＤ回路Ｇ１，Ｇ２に対する動作禁止信号ＣＳＤＮの伝達がうまくいっておらず、禁止しているはずのスイッチング動作が行なわれ昇圧コンバータ１２において電流が消費されてしまう状態を示す。

ゲート断線故障時の消費電流は、昇圧コンバータ１２において生じるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数に応じて変化する。制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤのスイッチング周波数は、制御装置３０において昇圧コンバータ１２の目標昇圧電圧を変化させればそれに応じた周波数にセットされる。

波形Ｗ４で示した場合は「短絡故障」が生じている場合である。短絡故障が生じた場合は、図１の制限抵抗Ｒを介して直流電源Ｂの両端が短絡した状態となっており、制限抵抗Ｒの値と直流電源Ｂの両端間の電圧とで定まる電流値Ｉ＝ＶＢ／Ｒが流れる。

波形Ｗ３に示すゲート断線不良を負荷持出し故障や短絡故障と区別して検出するためには、制御装置３０において昇圧コンバータ１２の目標電圧を負荷持出し故障時よりは大きくかつ短絡故障時よりは小さい電流が消費されるように設定しておけばよい。

時刻ｔ３以降は、プリチャージ処理が完了してシステムメインリレーＳＭＲ１は非導通状態に制御され、代わりにシステムメインリレーＳＭＲ３が導通状態に制御されて昇圧コンバータ１２は制限抵抗Ｒを介さないで電流が供給されるようになり、完全な昇圧動作が可能な状態となる。

図４は、実施の形態１の異常判定装置で実行される処理の制御構造を示したフローチャートである。このフローチャートの処理は、起動指示または診断実行指示を受けたときに車両の制御プログラムのメインルーチンから呼び出され実行される。

図４を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ１において制御装置３０は昇圧コンバータ１２の昇圧目標電圧を所定の電圧に設定する。この所定の電圧はたとえば４５０Ｖ程度に設定する。そのときの昇圧コンバータ１２で消費される電流値はＩＢ＝５．５〜６（Ａ）を想定している。この電流値は、短絡時の電流よりも小さくまた負荷持出し故障時の電流よりも大きく設定される。

そしてステップＳ２においてプリチャージ処理が開始される。このとき図３に示すように、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２はともに導通状態とされ、システムメインリレーＳＭＲ３は非導通状態とされる。

続いてプリチャージ開始後の所定時間後である時刻ｔ２において、ステップＳ３に示される電流ＩＢの測定が行なわれる。このとき測定された電流値ＩＢと所定のしきい値とを比較することによりどのような異常が回路で発生しているかを知ることができる。

まずステップＳ４において電流ＩＢ≦Ｉ１であるか否かが判断される。電流値Ｉ１は図３に示されるように正常と負荷持出し故障との境界となるしきい値である。負荷持出し故障が起こった場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の場合は４アンペア程度、エアコン用インバータ４６では２〜３アンペア程度の電流が流れる。したがって電流値Ｉ１は、直流電源Ｂから接続部４０を介して電流供給を受ける負荷回路のうち負荷持出しが生じたときの電流値が最小な負荷回路の消費電流を基準にして、それより小さく設定される。

ステップＳ４においてＩＢ≦Ｉ１が成立した場合にはステップＳ５に進む。ステップＳ５においては、図３の領域Ｘ１に電流値があることが確認されたことになるので制御装置３０内部のメモリに診断結果は正常であったことが記憶される。

ステップＳ４においてＩＢ≦Ｉ１が成立しなかった場合にはステップＳ６に進む。ステップＳ６ではＩ２＜ＩＢ＜Ｉ３の条件が成立するか否かが判断される。

電流値Ｉ２は図３に示すようにゲート断線故障の場合と負荷持出し故障の場合の境界となるしきい値である。したがって負荷回路のうちの負荷持出しが起こった場合において最大の電流が流れる負荷の消費電流を基準として、その値よりも大きな値に電流値Ｉ２は設定される。また電流値Ｉ３は、短絡が生じた場合の制限抵抗Ｒを経由して流れる電流値のばらつきを考慮して定められる。

ステップＳ６において条件Ｉ２≦ＩＢ≦Ｉ３が成立した場合にはステップＳ７に処理が進み、成立しない場合にはステップＳ８に処理が進む。

ステップＳ７においては、制御装置３０が内蔵するメモリに診断結果が昇圧コンバータゲート制御異常であることが記憶される。一方ステップＳ８においては、判定結果が負荷持出しまたは負荷短絡故障であることがメモリに記憶される。

ステップＳ５，Ｓ７，Ｓ８の処理のいずれかが終了するとステップＳ９に処理が進む。ステップＳ９においてはプリチャージ処理が終了する。これにより時刻ｔ３においてシステムメインリレーＳＭＲ１は導通状態から非導通状態に変化し、これに代えてシステムメインリレーＳＭＲ３が非導通状態から導通状態に変化する。

プリチャージ終了処理が完了するとステップＳ１０に進み処理はメインルーチンに戻される。

以上説明したように、実施の形態１においては、昇圧コンバータ１２の動作条件を所定の電流が消費されるように設定しておくことで昇圧コンバータゲート制御異常が発生した場合これを負荷持出し故障や短絡故障と区別して検出することが可能となる。

［実施の形態２］
予備接続状態は、接続状態よりも電流が制限抵抗Ｒによって制限されて接続が行なわれる状態であるとすると、実施の形態２では、図１の制御装置３０は、接続部４０を予備接続状態に制御し、電圧センサ２１と電圧センサ１３の出力から求められる入力電圧と出力電圧の差分値に応じて電圧変換器２０の異常を判定する。

より好ましくは、制御装置３０は、接続部４０を開放状態から予備接続状態に遷移させてから所定の時間経過後に差分値に応じて電圧変換器２０の異常を判定する。

図５は、実施の形態２の異常判定装置で実行される処理を説明するための動作波形図である。

図５を参照して、実施の形態２においては実施の形態１の場合と異なり、電圧値を観測することにより昇圧コンバータのゲート制御異常の故障を検出する。

具体的には、時刻ｔ１〜ｔ３のプリチャージ処理が実行されている場合には接続部４０は制限抵抗Ｒを介して昇圧コンバータと直流電源Ｂとを接続し、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２はともに非導通状態に制御される。

このときダイオードＤ１を介して直流電源ＢからコンデンサＣ２に向かって電流が流れるので、波形Ｗ１１で示すように電圧センサ２１で観測されるコンデンサＣ１の両端間の電圧とＶＬと電圧センサ１３で観測されるコンデンサＣ２の両端間の電圧ＶＨは直流電源Ｂの電圧ＶＢに等しく収束する。

これに対してＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート制御異常が生じていずれかのＩＧＢＴ素子にスイッチング動作が生ずると昇圧または降圧動作が起こるため電圧ＶＨと電圧ＶＬの間に波形Ｗ１２に示すように電位差が生ずる。このとき制限抵抗Ｒを介して電流は供給されているので電圧ＶＬは電圧ＶＢよりも少し低い値となる。

したがって時刻ｔ２において電圧値ＶＨと電圧値ＶＬとの差分値ΔＶを観測し、これが誤差範囲である電圧値Ｖ０より大きければ昇圧コンバータゲート制御異常であると判定すればよい。

図６は、実施の形態２の異常判定装置で実行される処理の制御構造を示したフローチャートである。このフローチャートの処理は、起動指示または診断実行指示を受けたときに車両の制御プログラムのメインルーチンから呼び出され実行される。

図６のフローチャートは、図４で説明したフローチャートのステップＳ６〜Ｓ１０に代えてステップＳ１６〜Ｓ２２の処理が行なわれる点で異なるが、ステップＳ１〜Ｓ５については共通である。したがって、ステップＳ１〜Ｓ５の説明は繰返さない。

図６においてステップＳ４の条件ＩＢ≦Ｉ１が成立しなかった場合には、処理はステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、プリチャージを開始してから所定の時間後である図５の時刻ｔ２における電圧値ＶＨ，ＶＬの測定が行なわれる。そしてステップＳ１７において差分値ΔＶ＝ＶＨ−ＶＬが算出される。

続いて、ステップＳ１８においてΔＶ＞Ｖ０の条件が成立するか否かが判断される。ステップＳ１８においてΔＶ＞Ｖ０が成立した場合にはステップＳ１９に処理が進む。一方ステップＳ１８においてΔＶ＞Ｖ０の条件が成立しなかった場合にはステップＳ２０に処理が進む。

ステップＳ１９においては制御装置３０の内部のメモリに判定結果が昇圧コンバータゲート制御異常故障であることが書込まれる。一方、ステップＳ２０においてはメモリに故障が負荷持出し故障または負荷短絡故障であることが書込まれる。

ステップＳ５，Ｓ１９，Ｓ２０の処理のいずれかが終了すると処理はステップＳ２１に進む。ステップＳ２１においては図５の時刻ｔ３に示すようにプリチャージ処理が終了しシステムメインリレーＳＭＲ１は導通状態から非導通状態に遷移し、これに代えてシステムメインリレーＳＭＲ３は非導通状態から導通状態に遷移する。そしてステップＳ２２において処理はメインルーチンに戻る。

実施の形態２においても実施の形態１と同様に昇圧コンバータゲート制御異常を負荷持出し故障や負荷短絡故障と区別して検出することが可能となる。

［実施の形態３］
実施の形態１，２においてはシステムメインリレーをプリチャージ状態にして故障診断を実行する場合について説明した。これに対して実施の形態３では、システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３をすべて非導通状態とした場合において故障診断を実行する。

図１の電圧変換器２０は、制御装置３０から与えられる電圧変換制御信号に応じて電圧変換を行ない、制御装置３０から与えられる動作禁止信号ＣＳＤＮが活性化されると電圧変換制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤに優先して動作を停止する。制御装置３０は、電圧変換制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤによって所定の電圧変換が行なわれる設定を行ない、かつ動作禁止信号ＣＳＤＮを活性化させた状態で電圧変換器の異常を判定する。

図２に示したように、電圧変換器２０は、制御装置３０から与えられる電圧変換制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤに応じて電圧変換を行ない、制御装置３０から与えられる動作禁止信号ＣＳＤＮが活性化されると電圧変換制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤに優先して動作を停止する。制御装置３０は、動作禁止信号ＣＳＤＮをモニタするモニタ入力ノードを含む。制御装置３０は、図１の接続部４０を開放状態に制御しつつ動作禁止信号を活性化しモニタ入力ノードで観測される観測結果に応じて電圧変換器２０の異常を判定する。

図７は、実施の形態３の異常判定装置で行なわれる処理を説明するための動作波形図である。

図８は、実施の形態３において動作禁止信号ＣＳＤＮの出力状態とモニタ信号ＭＯＮの期待値および故障時の観測値を示した図である。

図７、図８を参照して、制御装置３０は動作禁止信号ＣＳＤＮによって昇圧許可を示す場合には出力端子をハイインピーダンス状態（Hi-z）に設定し、昇圧禁止をするときは出力端子をＬレベルに強制駆動する。図２の配線Ｋが正常に接続されている場合には、制御装置３０が昇圧許可を行なったときにはモニタ信号ＭＯＮとしてＨ（ハイ）レベルが観測される。一方制御装置３０が昇圧禁止をした場合にはモニタ信号ＭＯＮとしてはＬ（ロウ）レベルが観測される。この正常時のモニタ信号ＭＯＮの観測値を期待値として用いる。

これに対し配線Ｋが断線故障した場合には、制御装置３０が昇圧許可を行なった場合にはＬレベルがモニタ信号ＭＯＮとして観測される。この場合は期待値がＨであり観測値がＬであるのでこれを比較することにより故障が検出可能である。配線Ｋがグラウンドに短絡した場合もモニタ信号ＭＯＮとしてＬレベルが観測されるので検出が可能となる。

これに対し配線Ｋが補機バッテリ４４の電源＋Ｂに短絡した場合には期待値がＨであり故障時に観測されるモニタ信号ＭＯＮもＨレベルであるので検出することは不可能である。しかし、この故障は昇圧禁止時に検出可能である。

すなわち、制御装置３０が昇圧禁止を行なっている場合には、断線故障が配線Ｋに生ずるとモニタ信号はＬレベルが観測され、電源に短絡したときにはモニタ信号ＭＯＮはＨレベルが観測され、グラウンドに短絡した場合にはモニタ信号ＭＯＮはＬレベルに観測される。つまり、昇圧禁止時は断線した場合とグラウンドに短絡した場合には期待値と故障時の観測値とが一致してしまうので検出はできないが、電源電位に短絡した場合には期待値と故障時の観測値が不一致となるので故障を検出することは可能である。

図９は、実施の形態３の異常判定装置で行なわれる処理の制御構造を示したフローチャートである。

図９を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ３１において、制御装置３０は図１のシステムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３をすべて非導通状態に制御する。そしてステップＳ３２において動作禁止信号ＣＳＤＮを昇圧禁止にセットする。このとき制御装置３０は信号ＣＳＤＮを出力する端子をＬレベルに強制的に駆動する。

続いてステップＳ３３において図７の時刻ｔ０〜ｔ１のいずれかのタイミングにおいてモニタ信号ＭＯＮを観測する。そしてステップＳ３４においてモニタ信号ＭＯＮが期待値どおりか否かを判断する。モニタ信号が期待値と異なる場合にはステップＳ４０に処理が進み、モニタ信号ＭＯＮが期待値どおりの場合にはステップＳ３５に処理が進む。

ステップＳ３５では、動作禁止信号ＣＳＤＮを昇圧許可にセットする。この場合には図７の時刻ｔ１〜ｔ２において制御装置３０は信号ＣＳＤＮを出力する端子をハイインピーダンス状態（Hi-z）にセットする。続いて制御装置３０は、ステップＳ３６において図７の時刻ｔ１〜ｔ２のいずれかの時点でモニタ信号ＭＯＮを観測し、ステップＳ７においてこのモニタ信号が期待値どおりであるか否かを判断する。

ステップＳ３７においてモニタ信号が期待値どおりであればステップＳ３８に処理が進む。一方、ステップＳ３７においてモニタ信号が期待値どおりでなかった場合にはステップＳ４０に処理が進む。

ステップＳ３８では、昇圧コンバータゲート禁止制御は正常に行なわれていると判断され、図７の時刻ｔ３以降のプリチャージ処理がステップＳ３９で実行され、そしてステップＳ４１に進んで処理はメインルーチンに戻る。

一方ステップＳ４０に進んだ場合は、昇圧コンバータゲート禁止制御が異常であると判断され制御装置３０のメモリにこの判断結果が記憶される。そしてステップＳ４１に進み処理はメインルーチンに戻る。

実施の形態３では、プリチャージ処理を行なう前に昇圧許可状態を設定して昇圧禁止信号の伝達に異常が発生していないかどうかを検知することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態においては、システムメインリレーを本格的に接続して電圧変換器を本格的に動作させる前の段階において電圧変換器の異常を検出することができる。さらに、実際の電圧変換器の動作前に異常を検出することができるため、実際の動作後の異常を未然に防止することができる。特に電気自動車等に適用した場合には安全の面からも望ましい。

さらに電流センサ、電圧センサ等の通常の検知手段以外には異常を判定するための特別な検知手段を設ける必要がなく、従来の電圧変換器を搭載した車両に簡単に適用することが可能である。

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。

本発明の実施の形態にかかる車両１００の構成を示す回路図である。 図１における制御装置３０と電圧変換器２０との間の制御について、より詳細に説明するための回路図である。 実施の形態１の異常判定装置で実行される処理を説明するための動作波形図である。 実施の形態１の異常判定装置で実行される処理の制御構造を示したフローチャートである。 実施の形態２の異常判定装置で実行される処理を説明するための動作波形図である。 実施の形態２の異常判定装置で実行される処理の制御構造を示したフローチャートである。 実施の形態３の異常判定装置で行なわれる処理を説明するための動作波形図である。 実施の形態３において動作禁止信号ＣＳＤＮの出力状態とモニタ信号ＭＯＮの期待値および故障時の観測値を示した図である。 実施の形態３の異常判定装置で行なわれる処理の制御構造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 電圧変換器、３０ 制御装置、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、ＣＳＤＮ 動作禁止信号、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｇ１，Ｇ２ ＡＮＤ回路、Ｋ 配線、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ モータ、ＰＲ プルアップ抵抗、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｒ 制限抵抗、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３ システムメインリレー。

Claims (10)

1. 車両の異常判定装置であって、
   前記車両は、
   直流電源と、
   前記直流電源からの第１の電圧を前記第１の電圧よりも高い第２の電圧に変換する電圧変換器と、
   前記直流電源と前記電圧変換器を結ぶ経路を制御信号に応じて開放状態、予備接続状態、接続状態の３段階に接続可能な接続部とを含み、
   前記異常判定装置は、
   前記車両の状態を検知する検知部と、
   前記接続部を前記開放状態または前記予備接続状態に制御しつつ、前記検知部により検知された前記車両の状態に応じて前記電圧変換器の異常を判定する制御部とを備える、異常判定装置。
2. 前記検知部は、
   前記経路に流れる電流を検出する電流センサを含み、
   前記予備接続状態は、前記接続状態よりも電流が制限されて接続が行なわれる状態であり、
   前記制御部は、前記接続部を前記予備接続状態に制御し、前記電流センサの出力に応じて前記電圧変換器の異常を判定する、請求項１に記載の異常判定装置。
3. 前記制御部は、前記接続部を前記開放状態から前記予備接続状態に遷移させてから所定の時間経過後に前記電流センサの出力に応じて前記電圧変換器の異常を判定する、請求項２に記載の異常判定装置。
4. 前記検知部は、
   前記電圧変換器の入力電圧と出力電圧とをそれぞれ検出する第１、第２の電圧センサを含み、
   前記予備接続状態は、前記接続状態よりも電流が制限されて接続が行なわれる状態であり、
   前記制御部は、前記接続部を前記予備接続状態に制御し、前記第１、第２の電圧センサの出力から求められる前記入力電圧と前記出力電圧の差分値に応じて前記電圧変換器の異常を判定する、請求項１に記載の異常判定装置。
5. 前記制御部は、前記接続部を前記開放状態から前記予備接続状態に遷移させてから所定の時間経過後に前記差分値に応じて前記電圧変換器の異常を判定する、請求項４に記載の異常判定装置。
6. 前記電圧変換器は、前記制御部から与えられる電圧変換制御信号に応じて電圧変換を行ない、前記制御部から与えられる動作禁止信号が活性化されると前記電圧変換制御信号に優先して動作を停止し、
   前記制御部は、前記電圧変換制御信号によって所定の電圧変換が行なわれる設定を行ない、かつ前記動作禁止信号を活性化させた状態で前記電圧変換器の異常を判定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の異常判定装置。
7. 前記電圧変換器は、前記制御部から与えられる電圧変換制御信号に応じて電圧変換を行ない、前記制御部から与えられる動作禁止信号が活性化されると前記電圧変換制御信号に優先して動作を停止し、
   前記制御部は、前記動作禁止信号をモニタするモニタ入力ノードを含み、
   前記制御部は、前記接続部を開放状態に制御しつつ前記動作禁止信号を活性化し前記モニタ入力ノードで観測される観測結果に応じて前記電圧変換器の異常を判定する、請求項１に記載の異常判定装置。
8. 前記制御部は、
   前記動作禁止信号を非活性化時から活性化するときに、状態が強制駆動状態およびハイインピーダンス状態のいずれか一方から他方に遷移する出力ノードをさらに含み、
   前記電圧変換器は、
   前記動作禁止信号を受けるノードを所定電位に結合させる抵抗素子を含む、請求項７に記載の異常判定装置。
9. 前記制御部は、車両の始動信号に応じて前記電圧変換器の異常を判定し、前記電圧変換器が正常であれば前記接続部を前記接続状態に制御する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の異常判定装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の異常判定装置を搭載する車両。

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