JP2009189209A - 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】制御装置３０は、車両起動指示ＩＧＯＮに応じて接続部４０を接続状態に設定するとともに、車両電気負荷２３に電力を消費させ、電流センサ１１の出力に基づいて直流電源から車両電気負荷２３に動作電流を供給する経路（電源ラインＰＬ２、接地ラインＳＬ）の断線の有無を診断する。好ましくは、電流センサ１１の出力に基づいて直流電源から車両電気負荷２３に動作電流を供給する経路の断線の有無を判断する。より好ましくは、制御装置３０は、インバータ２２にモータに回転トルクが発生しないような電流（ｄ軸電流）を流す。
【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、特に平滑コンデンサ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。

このような構成の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もある。

特開２００６−３２５３２２号公報（特許文献１）は、このような電圧コンバータを搭載する車両（ハイブリッド自動車または電気自動車）を開示する。この車両において、電圧センサに故障が発生した場合に、電圧コンバータを動作停止させて退避走行させる際に電圧センサに代えて電流センサによってコンデンサの放電状態が判定される。
特開２００６−３２５３２２号公報 特開２００７−８９２４０号公報

上記特開２００６−３２５３２２号公報では、走行中に電圧センサの故障が発生した際に、電圧コンバータを電圧非変換状態に設定し退避走行をする際に、昇圧された電圧によって電圧コンバータのスイッチング素子に電流が流れすぎないように保護するための技術が開示されている。

しかし、修理工場や販売店まで距離が離れている場合には、退避走行中に一旦車両を駐車することも考えられる。このような場合には、車両を再起動できる必要がある。

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。

電圧センサが正常であれば、コンデンサの電圧を電圧センサで検出して、プリチャージが正常に行なわれたことを確認すればよい。しかし、電圧センサに異常が検出された場合には、プリチャージ検出をすることが難しくなる。また、直流電源からコンデンサや車両負荷までの電流経路に断線が発生していても検出することが難しい。したがって、電圧センサ異常時であっても車両を走らせる前に断線等の故障を発見できるほうが望ましい。

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、車両電気負荷を直流電源に結合させる接続部と、車両電気負荷に与えられる電源電圧を検出する電圧センサと、直流電源から車両電気負荷に流れる電流を検出する電流センサと、車両電気負荷と接続部とを制御する制御装置とを備える。制御装置は、車両起動指示に応じて接続部を接続状態に設定するとともに、車両電気負荷に電力を消費させ、電流センサの出力に基づいて直流電源から車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を診断する。

好ましくは、制御装置は、車両起動指示に応じて診断処理を実行し、診断処理において電圧センサの異常が検出された場合には、電流センサの出力に基づいて直流電源から車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を判断し、診断処理において電圧センサが正常であると診断された場合には、電圧センサの出力に基づいて直流電源から車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を判断する。

より好ましくは、制御装置は、経路の断線が有ると判断した場合には、接続部を非接続状態にするとともに、車両起動指示が与えられていても車両を走行不許可状態に制御する。

好ましくは、制御装置は、経路の断線の有無を診断するために、車両を制止させた状態を維持させたまま車両電気負荷に電力を消費させる。

より好ましくは、車両電気負荷は、車輪を駆動するモータを回転させるためのインバータを含む。制御装置は、インバータにモータに回転トルクが発生しないような電流を流す。

より好ましくは、制御装置は、経路の断線の有無を診断時に車両が移動しないように車輪をロックする。

好ましくは、車両の電源装置は、接続部を経由して車両電気負荷に供給される電源電圧を平滑化するコンデンサをさらに備える。制御装置は、接続部を非接続状態から接続状態に設定した後であってさらにコンデンサに対するプリチャージ時間が経過した後に、車両電気負荷に電力を消費させ経路の断線の有無を診断する。

より好ましくは、車両の電源装置は、直流電源から接続部を経由して入力電圧を受けて入力電圧を制御装置の指示に応じて電圧変換して車両電気負荷に電源電圧を供給する電圧コンバータと、電圧コンバータの入力電圧を検出する入力電圧センサとをさらに備える。制御装置は、電圧コンバータを入力電圧をそのまま電源電圧として出力させる状態としてコンデンサに対するプリチャージを実行し、コンデンサのプリチャージの完了を入力電圧センサの出力に基づいて判断する。

この発明は、他の局面では、直流電源と、車両電気負荷を直流電源に結合させる接続部と、車両電気負荷に与えられる電源電圧を検出する電圧センサと、直流電源から車両電気負荷に流れる電流を検出する電流センサとを備える車両の電源装置の制御方法であって、車両起動指示に応じて接続部を接続状態に設定するステップと、車両電気負荷に電力を消費させ、電流センサの出力に基づいて直流電源から車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を診断するステップとを備える。

好ましくは、制御方法は、車両起動指示に応じて診断処理を実行するステップと、診断処理において電圧センサの異常が検出された場合に、電流センサの出力に基づいて直流電源から車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を判断するステップと、診断処理において電圧センサが正常であると診断された場合には、電圧センサの出力に基づいて直流電源から車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を判断するステップとをさらに備える。

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、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、車両起動時にコンデンサＣ１，Ｃ２へのプリチャージ完了後にインバータ等の車両電気負荷２３に電流Ｉを流し、このとき流れるバッテリ電流ＩＢを電流センサ１１で確認することによって、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ステップＳ１８に処理が進み処理は終了する。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、パーキングロックがかかっているか否かが判断される。ステップＳ２においてパーキングロックがかかっていなければ、ステップＳ３に処理が進み制御装置は図示しないパーキングロック装置にロックを指示する。または、運転者にパーキングロックをかけることを促すようなメッセージを出力するのでもよい。そして、ステップＳ４においてパーキングロックがかかったか否かの判断が再度行なわれる。

ステップＳ４において、パーキングロックがかかっていないと判断された場合には、処理はステップＳ１６に進み、システムは起動禁止（Ｒｅａｄｙ ＯＦＦ状態）される。

ステップＳ２またはＳ４でパーキングロックがかかってい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、自己診断が実行されて、ＶＨセンサすなわち電圧センサ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Ｓ５でＶＨセンサ異常ありと判断されない場合（ステップＳ５でＮＯ）には、ステップＳ１７に処理が進む。ステップＳ１７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、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だけ時間が経過した後、電圧センサ１３の出力によって制御装置３０がＶＨセンサ値が上昇したか否かを判断する。この判断が終了するとステップＳ１８に処理が進む。

一方、ステップＳ５でＶＨセンサ異常ありと判断された場合（ステップＳ５でＹＥＳ）には、ステップＳ６に処理が進む。ステップＳ６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Ｓ７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Ｓ８において開始される。

そして、計測開始したプリチャージ時間がしきい値Ｔ１を超えるまでステップＳ９において時間待ちが行なわれ、プリチャージ時間Ｔ１が経過するとステップＳ９からステップＳ１０に処理が進む。

ステップＳ１０では、制御装置３０は、電圧センサ２１の出力から得られるＶＬセンサ値がプリチャージ完了を示すしきい値Ｖｔｐｃより大きいか否かを判断する。

ステップＳ１０において、プリチャージに十分な時間Ｔ１が経過した後でもＶＬセンサ値がしきい値Ｖｔｐｃを超えない場合（ステップＳ１０でＮＯ）は、コンデンサＣ１，Ｃ２へのプリチャージ不能と判断され、ステップＳ１６に処理が進みシステムの起動が禁止される。このような場合は、たとえば、電圧コンバータ１２や車両電気負荷２３のいずれかにおいて短絡故障が発生したことが考えられる。

一方、ステップＳ１０において、ＶＬセンサ値がしきい値Ｖｔｐｃを超えた場合には（ステップＳ１０でＹＥＳ）、プリチャージは完了したと判断され、続いてステップＳ１１のディスチャージ制御指令が発せられる。電圧センサ２１でのプリチャージ完了判定では、図３で説明した接地ラインの断線が発生していても、ＶＬセンサ値がしきい値Ｖｔｐｃを超えてしまいプリチャージ正常と判定されるので、このディスチャージによって断線を検出する。

ディスチャージ処理は、たとえば、インバータ１４または２２にモータに回転トルクを発生させないような電流（ｄ軸電流）を流すことで車両を移動させずに実行できる。周知のとおり、モータ制御では、三相コイルに流す電流を回転子永久磁石の磁束方向（ｄ軸）と、それに直交する方向（ｑ軸）との２軸の回転座標系が用いられる。このｄ−ｑ座標での電流決定時に、ｑ軸電流を流さずにｄ軸電流だけを流すようにすれば、モータの回転子にトルクは発生しない。したがって、車両を移動させずにディスチャージ処理を行なうことができる。なお、ステップＳ２〜Ｓ４で行なわれたパーキングロックが耐えうる範囲内であればｑ軸電流も流しても問題ない。または、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に、抵抗Ｒ２と同様な電流を流す経路をスイッチで開閉可能に設け、ディスチャージ処理時にスイッチでこの経路を接続してもよい。

ステップＳ１２では、ディスチャージ時間が判定時間Ｔ２に達しているかどうかの判断がされる。

ステップＳ１２で、計測中のディスチャージ時間が、ディスチャージ電流が安定するまでの判定時間Ｔ２に到達した場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）には、ステップＳ１３に処理が進む。ステップＳ１３では、制御装置３０によってバッテリ電流ＩＢが観測される。ステップＳ１３においてバッテリ電流ＩＢがしきい値Ｉｔｄｉｓを超えたか否かが判断される。しきい値Ｉｔｄｉｓは、ディスチャージ処理実行中の消費電流より小さい値に設定される。するとディスチャージ処理が正常であれば、しきい値Ｉｔｄｉｓ以上の電流ＩＢが流れるはずである。

ステップＳ１３において、バッテリ電流ＩＢがしきい値Ｉｔｄｉｓを超えない場合には、車両電気負荷２３またはそれに代わるディスチャージを行なう部分と直流電源とをつなぐ電流経路（たとえば図３で説明した接地ラインの断線箇所）に断線が生じていると判断されステップＳ１６に処理がすすみ、車両の起動は禁止される（Ｒｅａｄｙ ＯＦＦ状態）。

ステップＳ１３において、バッテリ電流ＩＢがしきい値Ｉｔｄｉｓを超えている場合には、ステップＳ１４に処理が進む。ステップＳ１４では、ステップＳ１１で計測開始されたディスチャージ時間がしきい値Ｔ３（ただし、Ｔ３＞Ｔ２）を超えたか否かが判断される。ディスチャージ時間がしきい値Ｔ３を超えない間は（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１４からステップＳ１３に処理が戻される。

ステップＳ１４でディスチャージ時間がしきい値Ｔ３を超える場合は、ディスチャージ時間がＴ２〜Ｔ３の間すっとバッテリ電流がしきい値Ｉｄｉｓを超えていた場合である。この場合には、ディスチャージ電流が正常に流れている。すなわち、ステップＳ１３の判定を開始した時間Ｔ２経過時から時間Ｔ３が経過するまでの間ディスチャージ電流（バッテリ電流）は維持された。したがって、ステップＳ１５に処理が進み、車両は起動可能に制御される（Ｒｅａｄｙ ＯＮ状態）。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４のステップＳ１７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Ｓ５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の出力に基づいて電圧ＶＨ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、電圧ＶＨ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、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４のステップＳ６〜Ｓ１５の処理を経て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Ｓ５でＹＥＳ）ＶＨセンサ異常検出フラグＦ１が“０”から“１”に書換えられる。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。このときバッテリ電流ＩＢも増加する。

判定時間Ｔ１が経過すると（ステップＳ９でＹＥＳ）、電圧ＶＬは、しきい値Ｖｔｐｃに到達する。このとき制御装置３０は、ＶＬセンサ値がしきい値Ｖｔｐｃより大きいか否かによって、プリチャージが正常に実行されたか否かを判断する。時刻ｔ４Ａでは、電圧ＶＬはしきい値Ｖｔｐｃに到達しているので、プリチャージ仮判定フラグＦ２が“０”から“１”に書換えられる。

しかし、しきい値とＶＬセンサ値との比較で判断すると、図３のような断線が生じていた場合にもプリチャージは正常であると仮判定される。そこで、コンデンサＣ１，Ｃ２への充電が完了しプリチャージの電流がゼロに落ち着いた時刻ｔ４Ｂにおいて、ディスチャージ指令Ｓ−ＤＩＳが活性化される。このディスチャージ指令によってディスチャージ処理が実行される。

ディスチャージ処理は、たとえば、インバータ１４または２２にモータに回転トルクを発生させないような電流（ｄ軸電流）を流すことで車両を移動させずに実行できる。または、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に、抵抗Ｒ２と同様に電流を流す経路を設けて、ディスチャージ処理時にこの経路をスイッチで接続してもよい。

ディスチャージ処理の実行により、時刻ｔ４Ｂからバッテリ電流ＩＢが増加し始める。そしてバッテリ電流ＩＢの増加が落ち着くのに要する時間Ｔ２が経過するのを待ってから（ステップＳ１２でＹＥＳ）、バッテリ電流ＩＢがしきい値Ｉｔｄｉｓを超えていることが時刻ｔ５までの間判断される。この間、ずっとバッテリ電流ＩＢがしきい値Ｉｔｄｉｓを超えていれば、電源ラインＰ１，Ｐ２、接地ラインＳＬは正常であると考えられる。したがって、時刻ｔ５において、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、車両の起動許可信号がＲｅａｄｙＯＦＦ状態からＲｅａｄｙＯＮ状態に変更されシステム起動が完了する。

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の回生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Ｓ１３からステップＳ１６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Ｓ５でＹＥＳ）、ＶＨセンサ異常検出フラグＦ１が“０”から“１”に書換えられる。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く、またバッテリ電流ＩＢは少ない。

プリチャージ開始から判定時間Ｔ１が経過すると（ステップＳ９でＹＥＳ）、電圧ＶＬは、しきい値Ｖｔｐｃに到達する。このとき制御装置３０は、ＶＬセンサ値がしきい値Ｖｔｐｃより大きいか否かによって、プリチャージが正常に実行されたか否かを判断する。時刻ｔ４Ａでは、電圧ＶＬはしきい値Ｖｔｐｃに到達しているので、プリチャージ仮判定フラグＦ２が“０”から“１”に書換えられる。

しかし、しきい値とＶＬセンサ値との比較で判断すると、図３のような断線が生じていた場合にもプリチャージは正常であると仮判定される。そこで、コンデンサＣ１，Ｃ２への充電が完了しプリチャージの電流がゼロに落ち着いた時刻ｔ４Ｂにおいて、ディスチャージ指令Ｓ−ＤＩＳが活性化される。このディスチャージ指令によってディスチャージ処理が実行される。

図７に示した場合では、図３で説明した接地ラインの断線が生じているので、ディスチャージ処理が実行されても、バッテリ電流ＩＢは増加しないでゼロのままである。したがって、時刻ｔ５において、バッテリ電流がしきい値Ｉｔｄｉｓに到達しないことが確認されると、断線がありと判断され、起動許可信号をＲｅａｄｙＯＮ状態にすることは行なわれない。すなわち、起動信号ＩＧＯＮによる起動指示が与えられていても、起動許可信号はＲｅａｄｙＯＦＦ状態のままである。

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、車両電気負荷２３を直流電源に結合させる接続部４０と、車両電気負荷２３に与えられる電源電圧ＶＨを検出する電圧センサ１３と、直流電源から車両電気負荷２３に流れる電流ＩＢを検出する電流センサ１１と、車両電気負荷２３と接続部４０とを制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、車両起動指示ＩＧＯＮに応じて接続部４０を接続状態に設定するとともに、車両電気負荷２３に電力を消費させ、電流センサ１１の出力に基づいて直流電源から車両電気負荷２３に動作電流を供給する経路（電源ラインＰＬ２、接地ラインＳＬ）の断線の有無を診断する。

好ましくは、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、診断処理において電圧センサ１３の異常が検出された場合には、図６、図７に示したように、電流センサ１１の出力に基づいて直流電源から車両電気負荷２３に動作電流を供給する経路の断線の有無を判断する。一方、制御装置３０は、診断処理において電圧センサ１３が正常であると診断された場合には、図５に示したように、電圧センサ１３の出力に基づいてプリチャージ判定を行なうことによって、直流電源から車両電気負荷２３に動作電流を供給する経路の断線の有無をプリチャージ完了と同時に判断する。

より好ましくは、制御装置３０は、経路の断線が有ると判断した場合には、図７に示したように、接続部４０を非接続状態にするとともに、車両起動指示ＩＧＯＮが与えられていても車両を走行不許可状態（ＲｅａｄｙＯＦＦ状態）に制御する。

好ましくは、制御装置３０は、経路の断線の有無を診断するために、車両を制止させた状態を維持させたまま車両電気負荷２３に電力を消費させる。

より好ましくは、車両電気負荷２３は、車輪を駆動するモータを回転させるためのインバータ２２を含む。制御装置３０は、インバータ２２にモータに回転トルクが発生しないような電流（ｄ軸電流）を流す。

より好ましくは、図４のステップＳ２〜Ｓ４に示したように、制御装置３０は、経路の断線の有無を診断する時に車両が移動しないように車輪をロックする。

好ましくは、車両の電源装置は、接続部４０を経由して車両電気負荷２３に供給される電源電圧を平滑化するコンデンサＣ１，Ｃ２をさらに備える。図６に示すように、制御装置３０は、時刻ｔ３において接続部４０を非接続状態から接続状態に設定した後であってさらにコンデンサＣ１，Ｃ２に対するプリチャージ時間Ｔ１が経過した後に、車両電気負荷２３に電力を消費させ経路の断線の有無を診断する。

より好ましくは、車両の電源装置は、直流電源から接続部４０を経由して入力電圧ＶＬを受けて入力電圧ＶＬを制御装置３０の指示に応じて電圧変換して車両電気負荷２３に電源電圧ＶＨを供給する電圧コンバータ１２と、電圧コンバータ１２の入力電圧ＶＬを検出する入力電圧センサ２１とをさらに備える。制御装置３０は、電圧コンバータ１２を入力電圧ＶＬをそのまま電源電圧ＶＨとして出力させる状態としてコンデンサＣ１，Ｃ２に対するプリチャージを実行し、コンデンサＣ１，Ｃ２のプリチャージの完了を入力電圧センサ２１の出力に基づいて判断する。

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４のステップＳ１７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４のステップＳ６〜Ｓ１５の処理を経て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Ｓ１３からステップＳ１６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 (10)

1. 直流電源と、
   車両電気負荷を前記直流電源に結合させる接続部と、
   前記車両電気負荷に与えられる電源電圧を検出する電圧センサと、
   前記直流電源から前記車両電気負荷に流れる電流を検出する電流センサと、
   前記車両電気負荷と前記接続部とを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、車両起動指示に応じて前記接続部を接続状態に設定するとともに、前記車両電気負荷に電力を消費させ、前記電流センサの出力に基づいて前記直流電源から前記車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を診断する、車両の電源装置。
2. 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電圧センサの異常が検出された場合には、前記電流センサの出力に基づいて前記直流電源から前記車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を判断し、前記診断処理において前記電圧センサが正常であると診断された場合には、前記電圧センサの出力に基づいて前記直流電源から前記車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を判断する、請求項１に記載の車両の電源装置。
3. 前記制御装置は、前記経路の断線が有ると判断した場合には、前記接続部を非接続状態にするとともに、前記車両起動指示が与えられていても車両を走行不許可状態に制御する、請求項２に記載の車両の電源装置。
4. 前記制御装置は、前記経路の断線の有無を診断するために、車両を制止させた状態を維持させたまま前記車両電気負荷に電力を消費させる、請求項１に記載の車両の電源装置。
5. 前記車両電気負荷は、
   車輪を駆動するモータを回転させるためのインバータを含み、
   前記制御装置は、前記インバータに前記モータに回転トルクが発生しないような電流を流す、請求項４に記載の車両の電源装置。
6. 前記制御装置は、前記経路の断線の有無を診断時に車両が移動しないように車輪をロックする、請求項４に記載の車両の電源装置。
7. 前記接続部を経由して前記車両電気負荷に供給される前記電源電圧を平滑化するコンデンサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記接続部を非接続状態から接続状態に設定した後であってさらに前記コンデンサに対するプリチャージ時間が経過した後に、前記車両電気負荷に電力を消費させ前記経路の断線の有無を診断する、請求項１に記載の車両の電源装置。
8. 前記直流電源から前記接続部を経由して入力電圧を受けて前記入力電圧を前記制御装置の指示に応じて電圧変換して車両電気負荷に前記電源電圧を供給する電圧コンバータと、
   前記電圧コンバータの入力電圧を検出する入力電圧センサとをさらに備え、
   前記制御装置は、前記電圧コンバータを前記入力電圧をそのまま前記電源電圧として出力させる状態として前記コンデンサに対するプリチャージを実行し、前記コンデンサのプリチャージの完了を前記入力電圧センサの出力に基づいて判断する、請求項７に記載の車両の電源装置。
9. 直流電源と、車両電気負荷を前記直流電源に結合させる接続部と、前記車両電気負荷に与えられる電源電圧を検出する電圧センサと、前記直流電源から前記車両電気負荷に流れる電流を検出する電流センサとを備える車両の電源装置の制御方法であって、
   車両起動指示に応じて前記接続部を接続状態に設定するステップと、
   前記車両電気負荷に電力を消費させ、前記電流センサの出力に基づいて前記直流電源から前記車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を診断するステップとを備える、車両の電源装置の制御方法。
10. 車両起動指示に応じて診断処理を実行するステップと、
    前記診断処理において前記電圧センサの異常が検出された場合に、前記電流センサの出力に基づいて前記直流電源から前記車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を判断するステップと、
    前記診断処理において前記電圧センサが正常であると診断された場合には、前記電圧センサの出力に基づいて前記直流電源から前記車両電気負荷に動作電流を供給する経路の断線の有無を判断するステップとをさらに備える、請求項９に記載の車両の電源装置の制御方法。

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