JP2009171645A - 車両の電源装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】故障発見率が向上した車両の電源装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】車両の電源装置は、バッテリＢと、電圧コンバータ１２と、接続部４０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電圧センサ２１と、接続部４０、車両電気負荷２３および電圧コンバータ１２の制御を行なう制御装置３０とを備える。制御装置３０は、接続部４０を開放状態から電流制限接続状態に制御するとともに電圧コンバータ１２を電圧非変換状態に制御して、コンデンサＣ１，Ｃ２のプリチャージ処理を実行し、電圧センサ２１の出力が所定値Ｖｔｐｃに至る充電時間に基づいてコンデンサＣ２へのプリチャージ電流供給経路の故障判定を行なう。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の電源装置およびその制御方法に関し、特に電圧コンバータと平滑コンデンサとを備える車両の電源装置およびその制御方法に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとその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ハイブリッド自動車が普及してきている。

インバータは、パワースイッチング素子をオンオフ制御するので、電源ラインの電流が大きく変動する。そこで、直流電源とインバータとの間に大容量の平滑コンデンサが設けられる。また、車両を使用しない場合には、高圧の直流電源をインバータから切り離しておくことが望ましいので、リレーが設けられている。

しかし、車両起動時にリレーによっていきなり直流電源とインバータとを直結すると、平滑コンデンサに流入する過大電流（突入電流）によりリレーにアークが発生し、リレーの溶着が起こることがある。したがって、平滑コンデンサが十分に充電されるまでは、抵抗を直列に挿入して電流制限をして直流電源とインバータとを接続する。このような平滑コンデンサが十分に充電されるまでの充電をプリチャージと呼ぶことにする。

特開２００６−２４６５６４号公報（特許文献１）には、複数の故障モードの検出を精度良く行なうことができる故障診断装置および車両が開示されている。

この故障診断装置は、始動指示に応じてシステムメインリレー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、システムメインリレー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。そして、オフセット値の観測は、負荷回路および電圧変換回路を停止させた状態でコンデンサに充電を行なうプリチャージ動作の前に行なわれる。
特開２００６−２４６５６４号公報

上記特開２００６−２４６５６４号公報で実行される故障診断の一つに、高圧系の断線故障診断がある。この高圧系の断線故障診断では、コンデンサのプリチャージ時に流れるはずの電流が流れなければ高圧バッテリとコンデンサ間の高圧系配線が断線していると判断される。

しかしながら、ハイブリッド自動車では、効率向上のため、直流電源であるバッテリの電圧をあまり上げないで、逆起電圧が高くなるモータの高速回転時にモータを駆動するインバータに逆起電圧を超える高電圧を供給することを実現するために、バッテリの電圧を昇圧してインバータに供給する電圧コンバータを搭載するものがある。

このような構成のハイブリッド自動車では、電圧コンバータの前と後に２つの平滑用のコンデンサが設けられることが多い。したがって、断線が発生する場所によっては、断線が発生していてもコンデンサプリチャージ時に電流が流れてしまうので、断線検出が難しくなる。

この発明の目的は、故障発見率が向上した車両の電源装置およびその制御方法を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の電源装置であって、直流電源と、直流電源から受ける第１の電圧を電圧変換して車両電気負荷に第２の電圧を供給する電圧コンバータと、直流電源と電圧コンバータとの間に設けられ開放状態、通常接続状態、電流制限接続状態の３状態の切換えが可能な接続部と、直流電源から電圧コンバータに供給される第１の電圧を平滑化する第１のコンデンサと、第１の電圧を検出する第１の電圧センサと、電圧コンバータから車両電気負荷に供給される第２の電圧を平滑化する第２のコンデンサと、接続部、車両電気負荷および電圧コンバータの制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、接続部を開放状態から電流制限接続状態に制御するとともに電圧コンバータを電圧非変換状態に制御して、第１および第２のコンデンサのプリチャージ処理を実行し、第１の電圧センサの出力が所定値に至る充電時間に基づいて第２のコンデンサへのプリチャージ電流供給経路の故障判定を行なう。

好ましくは、車両の電源装置は、電圧コンバータから車両電気負荷に供給される第２の電圧を検出する第２の電圧センサをさらに備える。制御装置は、車両起動指示に応じて診断処理を実行し、診断処理において第２の電圧センサの異常が検出された場合には、プリチャージ処理の完了を第１の電圧センサの出力に基づいて判定し、診断処理において第２の電圧センサが正常であると診断された場合には、プリチャージ処理の完了を第２の電圧センサの出力に基づいて判定する。

より好ましくは、制御装置は、第２の電圧センサが正常と診断され、かつ故障判定の結果が正常である場合には、プリチャージ処理完了後に接続部を電流制限接続状態から通常接続状態に切換えるとともに電圧コンバータの電圧変換を許可する。また、制御装置は、第２の電圧センサの異常が検出され、かつ故障判定の結果が正常である場合には、プリチャージ処理完了後に接続部を電流制限接続状態から通常接続状態に切換えるとともに電圧コンバータの電圧変換を禁止し電圧コンバータに直流電源の電圧をそのまま第２の電圧として出力させる。

好ましくは、制御装置は、故障判定において充電時間が所定時間よりも短いときは第２のコンデンサへのプリチャージ電流供給経路に故障が発生していると判定する。

より好ましくは、制御装置は、第２のコンデンサへのプリチャージ電流供給経路に故障が発生していると判定したときには、車両電気負荷を動作停止状態に制御する。

この発明は、他の局面では、車両の電源装置の制御方法である。車両の電源装置は、直流電源と、直流電源から受ける第１の電圧を電圧変換して車両電気負荷に第２の電圧を供給する電圧コンバータと、直流電源と電圧コンバータとの間に設けられ開放状態、通常接続状態、電流制限接続状態の３状態の切換えが可能な接続部と、直流電源から電圧コンバータに供給される第１の電圧を平滑化する第１のコンデンサと、第１の電圧を検出する第１の電圧センサと、電圧コンバータから車両電気負荷に供給される第２の電圧を平滑化する第２のコンデンサとを備える。車両の電源装置の制御方法は、接続部を開放状態から電流制限接続状態に制御するとともに電圧コンバータを電圧非変換状態に制御して、第１および第２のコンデンサのプリチャージ処理を実行するステップと、第１の電圧センサの出力が所定値に至る充電時間に基づいて第２のコンデンサへのプリチャージ電流供給経路の故障判定を行なうステップとを備える。

本発明によれば、故障発見率が向上するとともに、断線故障時に断線箇所の特定か可能となるケースが増えるので、故障発生時に修理箇所の早期確定が可能となる。

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の車両１００の主たる構成を示す図である。なお車両１００は、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であるが、本発明は、モータで車輪を駆動する電気自動車、燃料電池自動車等に対しても適用することができる。

図１を参照して、車両１００は、バッテリＢと、接続部４０と、電圧コンバータ１２と、平滑用コンデンサＣ１、Ｃ２と、放電用抵抗Ｒ２と、電圧センサ１３，２１と、車両電気負荷２３と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、車輪２と、制御装置３０とを含む。

車両１００は、さらに、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、バッテリＢの端子間の電圧ＶＢを検出する電圧センサ１０と、バッテリＢに流れる電流ＩＢを検出する電流センサ１１とを含む。バッテリＢとしては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池を用いることができる。

接続部４０は、バッテリＢの負極と接地ラインＳＬとの間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＧと、バッテリＢの正極と電源ラインＰＬ１との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＢと、システムメインリレーＳＭＲＧと並列接続される直列に接続された抵抗Ｒ１およびシステムメインリレーＳＭＲＰとを含む。システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧ，ＳＭＲＰは、制御装置３０から与えられる制御信号に応じて導通／非導通状態が制御される。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間に接続され、ライン間電圧を平滑化する。また、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間には、電気負荷回路である電動エアコン４２とＤＣ／ＤＣコンバータ４４とが並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４４は、補機バッテリ４６を充電したり、図示しない補機負荷に電力を供給したりする。

電圧センサ２１は、コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬを検知して制御装置３０に対して出力する。電圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。コンデンサＣ２は、電圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する。放電用抵抗Ｒ２は、システム停止後に電圧ＶＨが確実にゼロに下げるために入れられている。

なお、電圧センサ１３の出力はモータ制御に使用されるので、通常は、電圧センサ１３の精度が電圧センサ２１の精度よりも高く設定されている。

車両電気負荷２３は、インバータ１４および２２を含む。インバータ１４は、電圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力する。

動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されて、これらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。

なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤおよび差動ギヤによって車輪２に結合されている。また動力分割機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。また、この減速機の減速比を切り替え可能に構成した変速機を組み込んでも良い。

電圧コンバータ１２は、一方端が電源ラインＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの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。

インバータ１４は、電圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４を始動させるために、モータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を電圧コンバータ１２に戻す。このとき電圧コンバータ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。

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、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続された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、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続された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、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続された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。

モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中性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。

なお、以上のＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ８に代えてパワーＭＯＳＦＥＴ等の他の電力スイッチング素子を用いても良い。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１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。

インバータ２２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬに接続されている。インバータ２２は、車輪２を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して電圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を電圧コンバータ１２に戻す。このとき電圧コンバータ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。なお、インバータ２２の内部の構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動指示ＩＧＯＮを受ける。そして制御装置３０は、電圧コンバータ１２に対して昇圧指示、降圧指示および動作禁止等を含む指示を与える信号ＰＷＣを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して、駆動指示、回生指示および動作禁止指示等を含む指示を与える信号ＰＷＭ１を出力する。駆動指示は、電圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換させる指示である。また、回生指示は、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して電圧コンバータ１２側に戻すための指示である。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対して、駆動指示、回生指示および動作禁止指示等を含む指示を与える信号ＰＷＭ２を出力する。駆動指示は、電圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換させる指示である。また、回生指示は、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して電圧コンバータ１２側に戻すための指示である。

図２は、制御装置３０としてコンピュータ１８０を用いた場合の一般的な構成を示した図である。

図２を参照して、コンピュータ１８０は、ＣＰＵ１８５と、Ａ／Ｄ変換器１８１と、ＲＯＭ１８２と、ＲＡＭ１８３と、インターフェース部１８４とを含む。

Ａ／Ｄ変換器１８１は、各種センサの出力等のアナログ信号ＡＩＮをディジタル信号に変換してＣＰＵ１８５に出力する。またＣＰＵ１８５はデータバスやアドレスバス等のバス１８６でＲＯＭ１８２と、ＲＡＭ１８３と、インターフェース部１８４に接続されデータ授受を行なう。

ＲＯＭ１８２は、たとえばＣＰＵ１８５で実行されるプログラムや参照されるマップ等のデータが格納されている。ＲＡＭ１８３は、たとえばＣＰＵ１８５がデータ処理を行なう場合の作業領域であり、各種変数を一時的に記憶する。

インターフェース部１８４は、たとえば他のＥＣＵとの通信を行なったり、ＲＯＭ１８２として電気的に書換可能なフラッシュメモリ等を使用した場合の書換データの入力などを行なったり、メモリカードやＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読取り可能な記録媒体からのデータ信号ＳＩＧの読込みを行なったりする。

なお、ＣＰＵ１８５は、入出力ポートからデータ入力信号ＤＩＮやデータ出力信号ＤＯＵＴを授受する。

制御装置３０は、このような構成に限られるものでなく、複数のＣＰＵを含んで実現されるものであっても良い。

図３は、本実施の形態において検出および発生箇所の特定が可能となる断線故障を説明するための図である。

図３を参照して、コンデンサＣ１の一方電極と接地ラインとが接続される点を第１の接続点とし、コンデンサＣ２と接地ラインとが接続される点を第２の接続点とする。この第１、第２の接続点の間の部分の接地ラインに断線が発生したとする。このとき、電圧センサ１３が正常であれば、システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＰを導通させても、電圧ＶＨが上昇しないので、コンデンサＣ２のプリチャージ時に断線を検出することができる。

しかし、電圧センサ１３が故障すること場合も考えられる。電圧センサ１３に故障が発生すると、電圧コンバータ１２で昇圧を行なう制御をすることができなくなる。この場合でも、昇圧を行なわず電圧コンバータ１２のダイオードＤ１を介してバッテリＢの電流をそのままインバータに供給すれば、車両を走行させることができる。このようにして走行させることができれば、修理工場等まで車両を自力で運ぶことができる。

このような電圧センサ１３の故障時の退避走行をさせるとき、第１、第２の接続点の間の部分の接地ラインの断線を車両起動時の自己診断で検出できないのはあまり良くない。

そこで、本実施の形態では、電圧センサ１３の故障時の退避走行をさせるときに、車両起動時に電圧センサ２１を用いて図３に示した部分の接地ラインの断線を検出する。

図４は、制御装置３０が実行する断線検出処理の制御構造を示すフローチャートである。

図１、図４を参照して、まずステップＳ１において制御装置３０は、運転者がキーやボタンを操作することによりシステム起動信号ＩＧＯＮによる起動指示が与えられたか否かを判断する。起動指示が与えられていなければ、処理は終了する。一方ステップＳ１において起動指示が与えられたことが検出された場合には、その後ステップＳ２において、電圧ＶＨを検出する電圧センサ１３の異常（ＶＨセンサ異常）の有無が判断される。

ここで電圧センサ１３の異常とは、制御装置３０側でセンサの検出電圧ＶＨが使用できないと判断されることを意味する。

たとえば、制御装置３０が、モータジェネレータ用ＥＣＵ（Electric Control Unit）とハイブリッドシステム用ＥＣＵといったように複数のＥＣＵで実現される場合には、ＥＣＵ間の通信異常やセンサ値を受けるＥＣＵの故障などもステップＳ２でＶＨセンサ異常として検出される。

さらに、電圧センサ１３に繋がれる図示しないセンサ用の電源系の異常や、電圧センサ１３自体の結線異常（接地や電源への短絡）等もステップＳ２でＶＨセンサ異常として検出される。

ステップＳ２でＶＨセンサ異常ありと判断されない場合（ステップＳ２でＮＯ）には、ステップＳ１０に処理が進む。ステップＳ１０では電圧センサ１３で検出されたＶＨセンサ値を用いてコンデンサＣ２のプリチャージ判定を行なうように内部の変数の設定が行われる。

続くステップＳ１１では、システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＰの状態がオフ状態からオン状態に変更される。するとコンデンサＣ１とコンデンサＣ２に充電（プリチャージ）が行なわれ、ＶＨセンサ値が上昇する。プリチャージに必要な時間Ｔ１だけ時間が経過するのをステップＳ１２で時間待ちが行われる。

時間Ｔ１が経過した後、ステップＳ１３において、制御装置３０は、電圧センサ１３の出力に基づいてＶＨセンサ値が上昇したか否かを判断する。ＶＨセンサ値が異常検出しきい値より小さければステップＳ８に処理が進みＶＨコンデンサＣ２のチャージ不能と判定される。一方、ステップＳ１３においてＶＨセンサ値が異常検出しきい値以上となっていれば、図３に示した接地ラインの断線が発生していないと判断され処理が終了する。

一方、ステップＳ２でＶＨセンサ異常ありと判断された場合（ステップＳ２でＹＥＳ）には、ステップＳ３に処理が進む。ステップＳ３では電圧センサ１３に代えて電圧センサ２１で検出されたＶＬセンサ値を用いてコンデンサＣ２のプリチャージ判定を行なうように内部の変数の設定が行われる。

続くステップＳ４では、システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＰの状態がオフ状態からオン状態に変更される。するとコンデンサＣ１とコンデンサＣ２に充電（プリチャージ）が行なわれ、電圧ＶＬ（≒電圧ＶＨ）が上昇する。このプリチャージに要する時間の計測がステップＳ５において開始される。制御装置３０は、電圧センサ２１の出力から得られるＶＬセンサ値の変化を検出することにより電圧ＶＬの上昇を監視する。

計測開始されたプリチャージ時間が判定時間Ｔ０に達するまでは、ステップＳ６からステップＳ７に処理が進み、ＶＬセンサ値がしきい値Ｖｔｐｃより大きいか否かが判断される。ステップＳ７において、ＶＬセンサ値がまだしきい値Ｖｔｐｃを超えない間は、ステップＳ６に処理が戻り、再び計測中のプリチャージ時間が判定時間Ｔ０に達しているかどうかの判断がされる。

ステップＳ６で、計測中のプリチャージ時間が判定時間Ｔ０に到達した場合（ステップＳ６でＮＯ）には、判定時間以上のプリチャージ時間が必要であることが判明したことになる。このため、プリチャージされる容量が減少しておらず、図３に示す箇所での断線ではないと判断され、処理は終了となる。

ステップＳ７においてＶＬセンサ値がしきい値Ｖｔｐｃを超える場合（ステップＳ７でＹＥＳ）というのは、判定時間Ｔ０になる前にプリチャージが完了したことを示す。

判定時間Ｔ０は、システムメインリレーＳＭＲＰと直列接続されている抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１，Ｃ２の合計容量との積である時定数に応じて定められている。したがって、ステップＳ７からステップＳ８に処理が進む場合は、プリチャージされるコンデンサの容量が図１のコンデンサＣ１，Ｃ２の合計容量より小さくなっている場合である。すなわち、図３に示したような箇所で断線が発生して、コンデンサＣ１のみがプリチャージされ、コンデンサＣ２にはプリチャージされていない場合に該当する。したがって、ステップＳ８に処理が進み、ＶＨコンデンサ（コンデンサＣ２）チャージ不能と判定される。

ステップＳ８でＶＨコンデンサチャージ不能と判定された後には、ステップＳ９において車両の起動が禁止される。このときは、インバータをシャットダウンして車両走行不能状態（ＲｅａｄｙＯＦＦ状態）に車両が設定される。そしてこのフローチャートの処理が終了する。

図５は、ＶＨセンサ正常時すなわち図３のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理を経て、その後システム起動が正常に完了した場合を示した動作波形図である。

図１、図５を参照して、時刻ｔ１で起動信号ＩＧＯＮによる起動指示が入力されると、時刻ｔ１〜ｔ３の間に車両の電源装置の自己診断が実行される。この間の時刻ｔ２においてＶＨセンサ正常と診断されると（ステップＳ２でＮＯ）、電圧センサ１３の出力から得られたＶＨセンサ値がプリチャージ判定に使用される。

そして、時刻ｔ３において、システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＰの状態がオフ状態からオン状態に変更される。するとコンデンサＣ１とコンデンサＣ２に充電（プリチャージ）が行なわれ、電圧ＶＨが上昇する。時刻ｔ３〜ｔ５において、電圧センサ１３の出力が取り込まれたＶＨセンサ値の上昇を制御装置３０が監視している。

プリチャージに必要な時間Ｔ１が経過した時刻ｔ５では、ＶＨセンサ値がしきい値Ｖｔｐｃに到達し、プリチャージが完了したと判断され（ステップＳ１３でＮＯ）、プリチャージ完了検出フラグＦ２と起動許可フラグＦ３がともに“０”から“１”に書き換えられる。そして、システムメインリレーＳＭＲＧがオン状態に設定され、システムメインリレーＳＭＲＰがオン状態からオフ状態に設定が変更され、システム起動が完了しＲｅａｄｙＯＮ状態となる。

ＲｅａｄｙＯＮ状態となった時刻ｔ５以降は、電圧コンバータ１２内部のＩＧＢＴのオンオフスイッチングが禁止されていたのが解除され、電圧コンバータ１２の昇圧が許可される。

図６は、ＶＨセンサ異常時すなわち図３のステップＳ３〜Ｓ６の処理を経て、その後システム起動が昇圧禁止状態に制限されて完了した場合を示した動作波形図である。

図１、図６を参照して、時刻ｔ１で起動信号ＩＧＯＮによる起動指示が入力されると、時刻ｔ１〜ｔ３の間に車両の電源装置の自己診断が実行される。この間の時刻ｔ２においてＶＨセンサ異常有りと診断されると（ステップＳ２でＹＥＳ）ＶＨセンサ異常検出フラグＦ１が“０”から“１”に書き換えられる。そして、電圧センサ１３の出力に代えて電圧センサ２１から得られたＶＬセンサ値が、プリチャージ判定に使用される。

そして、時刻ｔ３において、システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＰの状態がオフ状態からオン状態に変更される。するとコンデンサＣ１とコンデンサＣ２に充電（プリチャージ）が行なわれ、ＶＬセンサ値が上昇する。時刻ｔ３〜ｔ４においてＶＬセンサ値の上昇を電圧センサ２１の出力を確認することによって制御装置３０が監視している。

プリチャージが開始されてから判定時間Ｔ０が経過するまでの時刻ｔ３〜時刻ｔ４では（ステップＳ６でＹＥＳ）、ＶＬセンサ値は、まだ判定しきい値Ｖｔｐｃに達していない。したがって図４のステップＳ７からステップＳ６に処理が進む（ステップＳ７でＮＯ）。

判定時間Ｔ０が経過すると（ステップＳ６でＮＯ）、プリチャージされている容量が断線によって減少していないと判断され、時刻ｔ５においてプリチャージが完了すると、システムメインリレーＳＭＲＧの状態がオフ状態からオン状態に変更され、システムメインリレーＳＭＲＰの状態がオン状態からオフ状態に変更され、システム起動が完了しＲｅａｄｙＯＮ状態となる。

ただし、電圧センサ１３の出力が異常であるので、電圧コンバータ１２の昇圧制御はできない。したがって、ＲｅａｄｙＯＮ状態となった時刻ｔ５以降は、電圧コンバータ１２内部のＩＧＢＴのオンオフスイッチングは禁止され、電圧コンバータ１２の昇圧が禁止された状態となる。この状態においては電圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２を何れもオフ状態とすればダイオードＤ１を経由して電流が車両電気負荷２３側に供給される。また、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフ状態、ＩＧＢＴ素子Ｑ１をオン状態（上アームオン状態）に固定すれば、エンジンの動力とモータジェネレータＭＧ１で発電した電力を用いてバッテリＢへの充電も可能となるので燃料が残っている限りハイブリッド走行を続けることができる。

このように、本実施の形態によれば、車両起動時にＶＨセンサの異常が検出された場合に、電圧コンバータ１２の機能を停止させずにすみ、車両の走行性能を可能な限り維持しながら、故障を修理する場所まで自力で車両を移動させることが可能である。

また、一旦電源システムを停止させた後にも再起動させることが可能となり、退避走行を中断した後にも再開させることができる。

図７は、電圧センサ１３が異常かつ断線故障が発生し、図４のステップＳ７からステップＳ８，Ｓ９に処理が進んだ場合の制御を説明するための動作波形図である。

図１、図７を参照して、時刻ｔ１で起動信号ＩＧＯＮによる起動指示が入力されると、時刻ｔ１以降車両の電源装置の自己診断が実行される。

その後時刻ｔ２においてＶＨセンサ異常有りと診断されると（ステップＳ２でＹＥＳ）、ＶＨセンサ異常検出フラグＦ１が“０”から“１”に書き換えられる。そして電圧センサ１３の出力に代えて電圧センサ２１から得られたＶＬセンサ値が、プリチャージ判定に使用される。

そして、時刻ｔ３において、システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＰの状態がオフ状態からオン状態に変更される。するとコンデンサＣ１とコンデンサＣ２に充電（プリチャージ）が行なわれ、ＶＬセンサ値が上昇する。しかし、図３で説明した接地ラインＳＬの断線によってコンデンサＣ１のみに充電が行われ、コンデンサＣ２には充電が行なわれていないので、図６に示したＶＬセンサ値の変化と比べると、上昇する度合いが大きい。

このため、プリチャージ開始から判定時間Ｔ０が経過する前の時刻ｔ３ＡにおいてＶＨセンサ値はプリチャージしきい値Ｖｔｐｃに到達する。すると、コンデンサＣ２に正常に充電ができないことが判明する。したがって、時刻ｔ３ＡにおいてＶＨコンデンサチャージ不能判定フラグＦ４が“０”から“１”に変化する。

断線が無ければ図５または図６の時刻ｔ５で示したように、車両を走行可能状態に起動するためにシステムメインリレーＳＭＲＢがオン状態に制御されるが、接地ラインの断線が検出されたので、図７の時刻ｔ５に示すように、システムメインリレーＳＭＲＢ,ＳＭＲＰ,ＳＭＲＧはすべてオフ状態に制御され、車両は走行不能状態（ＲｅａｄｙＯＦＦ状態）に設定される。

このように、本実施の形態によれば、車両起動時にＶＨセンサの異常が検出された場合であっても、コンデンサＣ１，Ｃ２間の接地ラインに発生した断線の判定を行なうことができる。このため、断線故障発生時に車両起動を禁止することが可能となり、場合によっては故障原因を特定する断線箇所の情報を診断情報として残すことも可能となる。

以上の実施の形態について、図１等を参照しながら総括的に説明する。本実施の形態に開示された車両の電源装置は、直流電源であるバッテリＢと、直流電源から受ける第１の電圧ＶＬを電圧変換して車両電気負荷に第２の電圧ＶＨを供給する電圧コンバータ１２と、直流電源と電圧コンバータ１２との間に設けられ開放状態（ＳＭＲＢ，ＳＭＲＰ，ＳＭＲＧすべてオフ）、通常接続状態（ＳＭＲＢ，ＳＭＲＧがオン、ＳＭＲＰがオフ）、電流制限接続状態（ＳＭＲＢ，ＳＭＲＰがオン、ＳＭＲＧがオフ）の３状態の切換えが可能な接続部４０と、直流電源から電圧コンバータ１２に供給される第１の電圧ＶＬを平滑化する第１のコンデンサＣ１と、第１の電圧ＶＬを検出する第１の電圧センサ２１と、電圧コンバータ１２から車両電気負荷２３に供給される第２の電圧ＶＨを平滑化する第２のコンデンサＣ２と、接続部４０、車両電気負荷２３および電圧コンバータ１２の制御を行なう制御装置３０とを備える。制御装置３０は、接続部４０を開放状態から電流制限接続状態に制御するとともに電圧コンバータ１２を電圧非変換状態に制御して、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２のプリチャージ処理を実行し、第１の電圧センサ２１の出力が所定値Ｖｔｐｃに至る充電時間に基づいて第２のコンデンサＣ２へのプリチャージ電流供給経路の故障判定を行なう。

好ましくは、車両の電源装置は、電圧コンバータ１２から車両電気負荷２３に供給される第２の電圧ＶＨを検出する第２の電圧センサ１３をさらに備える。制御装置３０は、車両起動指示ＩＧＯＮに応じて診断処理を実行し、診断処理において第２の電圧センサ１３の異常が検出された場合には、プリチャージ処理の完了を第１の電圧センサ２１の出力に基づいて判定し、診断処理において第２の電圧センサ１３が正常であると診断された場合には、プリチャージ処理の完了を第２の電圧センサ１３の出力に基づいて判定する。

より好ましくは、制御装置３０は、図５に示すように、第２の電圧センサ１３が正常と診断され、かつ故障判定の結果が正常である場合には、プリチャージ処理完了後に接続部４０を電流制限接続状態から通常接続状態に切換えるとともに電圧コンバータ１２の電圧変換を許可する。また、図６に示すように、制御装置３０は、第２の電圧センサの異常が検出され、かつ故障判定の結果が正常である場合には、プリチャージ処理完了後に接続部４０を電流制限接続状態から通常接続状態に切換えるとともに電圧コンバータ１２の電圧変換を禁止し電圧コンバータ１２に直流電源であるバッテリＢの電圧（ＶＢ、ＶＬ）をそのまま第２の電圧ＶＨとして出力させる。

好ましくは、図７に示すように、制御装置３０は、故障判定において充電時間が所定時間Ｔ０よりも短いときは第２のコンデンサＣ２へのプリチャージ電流供給経路に故障が発生していると判定する。

より好ましくは、図７に示すように、制御装置３０は、第２のコンデンサＣ２へのプリチャージ電流供給経路に故障が発生していると判定したときには、車両電気負荷２３を動作停止状態（ＲｅａｄｙＯＦＦ）に制御する。

図４に示すように、本実施の形態の車両の電源装置の制御方法は、接続部４０を開放状態から電流制限接続状態に制御するとともに電圧コンバータ１２を電圧非変換状態に制御して、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２のプリチャージ処理を実行するステップ（Ｓ４，Ｓ５）と、第１の電圧センサ２１の出力が所定値Ｖｔｐｃに至る充電時間に基づいて第２のコンデンサＣ２へのプリチャージ電流供給経路の故障判定を行なうステップ（Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８）とを備える。

なお、本発明は、電気自動車、燃料電池自動車、シリーズハイブリッド車、等にも適用可能である。

また、以上の実施の形態で開示された制御方法は、コンピュータを用いてソフトウエアで実行可能である。この制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムをコンピュータ読取り可能に記録した記録媒体（ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカードなど）から車両の制御装置中のコンピュータに読み込ませたり、また通信回線を通じて提供したりしても良い。

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の車両１００の主たる構成を示す図である。 制御装置３０としてコンピュータ１８０を用いた場合の一般的な構成を示した図である。 本実施の形態において検出および発生箇所の特定が可能となる断線故障を説明するための図である。 制御装置３０が実行する断線検出処理の制御構造を示すフローチャートである。 ＶＨセンサ正常時すなわち図３のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理を経て、その後システム起動が正常に完了した場合を示した動作波形図である。 ＶＨセンサ異常時すなわち図３のステップＳ３〜Ｓ６の処理を経て、その後システム起動が昇圧禁止状態に制限されて完了した場合を示した動作波形図である。 電圧センサ１３が異常かつ断線故障が発生し、図４のステップＳ７からステップＳ８，Ｓ９に処理が進んだ場合の制御を説明するための動作波形図である。

符号の説明

２ 車輪、３ 動力分割機構、４ エンジン、１０，１３，２１ 電圧センサ、１１，２４ 電流センサ、１２ 電圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２３ 車両電気負荷、３０ 制御装置、４０ 接続部、４２ 電動エアコン、４４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４６ 補機バッテリ、１００ 車両、１８０ コンピュータ、１８１ 変換器、１８４ インターフェース部、１８６ バス、Ｂ バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｒ１，Ｒ２ 抵抗、ＳＭＲＢ，ＳＭＲＧ，ＳＭＲＰ システムメインリレー。

Claims (6)

1. 直流電源と、
   前記直流電源から受ける第１の電圧を電圧変換して車両電気負荷に第２の電圧を供給する電圧コンバータと、
   前記直流電源と前記電圧コンバータとの間に設けられ開放状態、通常接続状態、電流制限接続状態の３状態の切換えが可能な接続部と、
   前記直流電源から前記電圧コンバータに供給される前記第１の電圧を平滑化する第１のコンデンサと、
   前記第１の電圧を検出する第１の電圧センサと、
   前記電圧コンバータから前記車両電気負荷に供給される前記第２の電圧を平滑化する第２のコンデンサと、
   前記接続部、前記車両電気負荷および前記電圧コンバータの制御を行なう制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記接続部を前記開放状態から前記電流制限接続状態に制御するとともに前記電圧コンバータを電圧非変換状態に制御して、前記第１および第２のコンデンサのプリチャージ処理を実行し、前記第１の電圧センサの出力が所定値に至る充電時間に基づいて前記第２のコンデンサへのプリチャージ電流供給経路の故障判定を行なう、車両の電源装置。
2. 前記車両の電源装置は、
   前記電圧コンバータから前記車両電気負荷に供給される前記第２の電圧を検出する第２の電圧センサをさらに備え、
   前記制御装置は、車両起動指示に応じて診断処理を実行し、前記診断処理において前記第２の電圧センサの異常が検出された場合には、前記プリチャージ処理の完了を前記第１の電圧センサの出力に基づいて判定し、前記診断処理において前記第２の電圧センサが正常であると診断された場合には、前記プリチャージ処理の完了を前記第２の電圧センサの出力に基づいて判定する、請求項１に記載の車両の電源装置。
3. 前記制御装置は、前記第２の電圧センサが正常と診断され、かつ前記故障判定の結果が正常である場合には、前記プリチャージ処理完了後に前記接続部を前記電流制限接続状態から前記通常接続状態に切換えるとともに前記電圧コンバータの電圧変換を許可し、
   前記制御装置は、前記第２の電圧センサの異常が検出され、かつ前記故障判定の結果が正常である場合には、前記プリチャージ処理完了後に前記接続部を前記電流制限接続状態から前記通常接続状態に切換えるとともに前記電圧コンバータの電圧変換を禁止し前記電圧コンバータに前記直流電源の電圧をそのまま第２の電圧として出力させる、請求項２に記載の車両の電源装置。
4. 前記制御装置は、前記故障判定において前記充電時間が所定時間よりも短いときは前記第２のコンデンサへのプリチャージ電流供給経路に故障が発生していると判定する、請求項１に記載の車両の電源装置。
5. 前記制御装置は、前記第２のコンデンサへのプリチャージ電流供給経路に故障が発生していると判定したときには、前記車両電気負荷を動作停止状態に制御する、請求項４に記載の車両の電源装置。
6. 直流電源と、前記直流電源から受ける第１の電圧を電圧変換して車両電気負荷に第２の電圧を供給する電圧コンバータと、前記直流電源と前記電圧コンバータとの間に設けられ開放状態、通常接続状態、電流制限接続状態の３状態の切換えが可能な接続部と、前記直流電源から前記電圧コンバータに供給される前記第１の電圧を平滑化する第１のコンデンサと、前記第１の電圧を検出する第１の電圧センサと、前記電圧コンバータから前記車両電気負荷に供給される前記第２の電圧を平滑化する第２のコンデンサとを備える車両の電源装置の制御方法であって、
   前記接続部を前記開放状態から前記電流制限接続状態に制御するとともに前記電圧コンバータを電圧非変換状態に制御して、前記第１および第２のコンデンサのプリチャージ処理を実行するステップと、
   前記第１の電圧センサの出力が所定値に至る充電時間に基づいて前記第２のコンデンサへのプリチャージ電流供給経路の故障判定を行なうステップとを備える、車両の電源装置の制御方法。

Images