JP2013098170A

JP2013098170A - 親環境車両のメインリレーモニタリング装置および方法

Info

Publication number: JP2013098170A
Application number: JP2012143773A
Authority: JP
Inventors: Sang Hyun Moon; 湘賢文; Young-Kook Lee; 永國李; Jin Hwan Jung; 鎭煥鄭
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2013-05-20
Also published as: CN103085667B; US20130106423A1; CN103085667A; DE102012213379A1; KR101241226B1

Abstract

【課題】本発明は、親環境車両で高電圧バッテリとインバータの間に装着され、高電圧バッテリの出力を制御するメインリレーの融着可否を診断できる親環境車両のメインリレーモニタリング装置と方法を提供する。
【解決手段】本発明による親環境車両のメインリレーモニタリング方法は、イグニッションオフが検出されれば、インバータのスイッチング動作を中止させてメインリレーをオフにし、メインバッテリの電圧出力を遮断させる過程、メインリレーのオフが完了すれば、ＤＣリンクキャパシタに充電された電圧を強制放電させる過程、メインバッテリの電圧とインバータの入力電圧を比較してメインリレーの融着可否をモニタリングする過程、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、親環境車両で高電圧バッテリとインバータの間に装着され、高電圧バッテリの出力を制御するメインリレーの融着可否を診断しようとする親環境車両のメインリレーモニタリング装置および方法に関する。

車両に対する燃費向上の要求と排出ガス規制の強化により、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、プラグイン電気自動車などを含む親環境車両が提供されているが、親環境車両は高電圧／大電流のパワーネットを使用して要求される駆動力を生成する。親環境車両は、要求される駆動力を生成するためにモータが使用されるが、モータの駆動を制御するためにインバータが用いられ、電装負荷に電源を供給するために、メインバッテリに格納された約３５０Ｖ〜４５０Ｖの高電圧を電装負荷に要求される低電圧である１２Ｖの電圧に変換させる電力変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）が使用される。親環境車両は、メインバッテリから出力される高電圧を、インバータを使用して三相交流電圧に変換した後にモータに供給し、モータの駆動を実行させる。

このとき、メインバッテリに格納された高電圧の出力は、メインバッテリとインバータの間に装着されるメインリレーによって制御される。例えば、親環境車両が駆動していない状態では、メインリレーがオフになってメインバッテリの出力を遮断し、親環境車両が駆動されて電力が必要な状況では、メインリレーがオンになってメインバッテリの電圧をインバータに供給する。またメインリレーは、メインバッテリまたは電力変換装置の故障が発生した場合、バッテリの出力電圧を遮断させる機能を実行する。

しかし、メインリレーが融着したような場合、メインバッテリの出力を遮断させることができないため、周辺回路によって高電圧の出力が維持され、故障を拡散させる原因となり、車両の安全に致命的な影響を発生させる。そこで従来の親環境車両では、抵抗、トランジスタ、電界効果トランジスタ、比較器などが含まれる付加回路を構成してメインリレーの状態をモニタリングしている。

しかしながら、上述のような別途の付加回路を設ける場合、付加回路を駆動させるための電源が必要となって不必要な電流消耗が発生し、付加回路の故障が発生する場合には、メインリレーのモニタリングに信頼性が欠如する。また、付加回路の構成のために多くの部品が消耗されるため、原価上昇を誘発させ、全体システムのサイズが大きくなるという問題がある。

特開２０００−１７３４２８号公報

本発明の目的は、親環境車両でイグニッションオフによって高電圧バッテリとインバータの間に装着されるメインリレーの遮断が実行されると、ＤＣリンクキャパシタに充電された電圧を強制放電させた後、バッテリ電圧とインバータの入力電圧を比較してメインリレーの融着可否診断を行なう装置及び方法を提供することにある。

本発明のよる親環境車両のメインリレーモニタリング装置は、モータと、高電圧が格納されるメインバッテリと、メインバッテリの電圧出力を制御するメインリレーと、メインリレーを通じて供給されるメインバッテリの電圧を交流電圧に変換し、モータに駆動電圧として供給するインバータと、イグニッションオフによってメインリレーを遮断した後、ＤＣリンクキャパシタに充電された電圧を強制放電させ、メインバッテリの電圧とインバータの入力電圧を比較してメインリレーの融着可否を判定する制御器と、を含むことを特徴とする。

前記制御器は、メインリレーのオフが完了すればインバータをスイッチングさせ、モータの抵抗によってＤＣリンクキャパシタに充電された電圧を強制放電させることが好ましい。

前記制御器は、ＤＣリンクキャパシタの強制放電完了後、メインバッテリの電圧とインバータの入力電圧が同じであるか一定値の範囲に含まれればメインリレーの融着として判定し、故障メッセージを出力した後に強制パワーオフを実行することが好ましい。

本発明による親環境車両のメインリレーモニタリング方法は、イグニッションオフが検出されればインバータのスイッチング動作を中止させ、メインリレーをオフにしてメインバッテリの電圧出力を遮断させる過程、メインリレーのオフが完了すれば、ＤＣリンクキャパシタに充電された電圧を強制放電させる過程、メインバッテリの電圧とインバータの入力電圧を比較してメインリレーの融着可否をモニタリングする過程、を含むことを特徴とする。

前記ＤＣリンクキャパシタの強制放電は、モータの抵抗を通じて放電させることが好ましい。

前記メインバッテリの電圧とインバータの入力電圧が同じであるか一定の電圧差以内であればメインリレーの融着として判定し、強制パワーオフを実行することが好ましい。

前記ＤＣリンクキャパシタの強制放電において、インバータのスイッチングによってＤＣリンクキャパシタに充電された電圧をモータの抵抗を通じて強制放電することが好ましい。

前記メインバッテリの電圧とインバータの入力電圧の電圧差が設定された基準電圧以上であればメインリレーが正常であると判定し、正常なパワーオフを実行することが好ましい。

このように、本発明は、別途の付加回路を使用せずにメインリレーの融着可否をモニタリングすることができ、原価低減とシステムの単純化を提供することができる。また、イグニッションオフの状態でメインリレーの融着可否をモニタリングすることができるため、故障拡散を防ぐことができ、高電圧の露出による車両の安全性が提供される。

本発明の実施形態に係る親環境車両のメインリレーモニタリング装置を概略的に示す図である。本発明の実施形態に係る親環境車両のメインリレーモニタリングの手順を概略的に示すフローチャートである。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は多様に相違した形態で実現されるため、この実施形態には限定されることはない。なお、図面において、本発明を説明するために必要でない部分は省略した。

図１は、本発明の実施形態に係る親環境車両のメインリレーモニタリング装置を概略的に示す図である。図１に示すように、本発明の実施形態は、メインバッテリ１１０、メインリレー１２０、インバータ１３０、モータ１４０、エンジン１５０、変速機１６０、駆動ホイール１７０、および制御器２００を含む。

メインバッテリ１１０は、約３５０Ｖ〜４５０Ｖの直流電圧が格納され、モータ１４０の駆動が要求される場合には格納された電圧を出力し、回生制動制御時に発電機として動作するモータ１４０で生成される電圧を充電する。メインリレー１２０は、メインバッテリ１１０とインバータ１３０の間に配置され、制御器２００の制御によってスイッチングされ、バッテリ１３０とインバータ１３０を電気的に連結したり分離したりする。メインリレー１２０は、親環境車両が駆動していない状態では、制御器２００の制御によってスイッチングオフとなり、インバータ１３０に供給されるメインバッテリ１１０の出力を遮断し、親環境車両が駆動して電力が必要な状況では、制御器２００の制御によってスイッチングオンとなり、メインバッテリ１１０の電圧がインバータ１３０に供給される。

また、メインリレー１２０は、メインバッテリまたは電力変換装置の故障が発生する場合、制御器２００の制御によってスイッチングされてメインバッテリ１１０の出力を遮断する。インバータ１３０は、電力スイッチング素子が直列に連結して構成され、一対のＵ相アーム（Ｕ^＋、Ｕ⁻）、Ｖ相アーム（Ｖ^＋、Ｖ⁻）、Ｗ相アーム（Ｗ^＋、Ｗ⁻）を含む。電力スイッチング素子は、ＮＰＮ型トランジスタ、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴのうちのいずれか１つで構成される。

インバータ１３０は、制御器２００からそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号によってメインリレー１２０を通じて供給されるメインバッテリ１１０の直流電圧を三相交流電圧に変換して、モータ１４０に駆動電圧として供給する。モータ１４０は三相交流電動機であって、インバータ１３０から供給される三相交流電圧によって駆動トルクを発生させ、回生制動時に発電機として作動して電圧を生成する。

エンジン１５０は、走行状況に応じて最適な運転点によって駆動する。変速機１６０は、運転モードに応じてクラッチ（図示せず）を通じて合算されて印加されるエンジン１５０とモータ１４０の出力トルクを、車両の運転状況に応じて適切な変速比で分配して駆動ホイール１７０に伝達し、自動車を走行させる。変速機１６０は、自動変速機あるいは無段変速機に適用されてもよい。

制御器２００は、イグニッションオフが検出されれば、メインリレー１２０をオフにしてメインバッテリ１１０の電圧出力を遮断し、インバータ１３０をスイッチングさせ、モータ１４０の抵抗を通じてインバータ１３０のＤＣリンクキャパシタ（Ｖ_ｄｃ）に充電された電圧を強制放電させる。ＤＣリンクキャパシタ（Ｖ_ｄｃ）の強制放電は、例えば、次のような数式（１）によって決定されてもよい。

数式（１）により、目標放電時間、システム電圧、および放電終止電圧を決定して放電電流指令を決定する。例えば、目標放電時間が３秒であり、放電終止電圧が６０Ｖであれば、３秒後にはインバータ１３０の入力電圧、すなわち、ＤＣリンクキャパシタ（Ｖ_ｄｃ）の出力電圧は６０Ｖ以下となる。

制御器２００は、インバータ１３０のＤＣリンクキャパシタ（Ｖ_ｄｃ）に充電された電圧を強制放電させた後、メインバッテリ１１０の電圧（Ｖ_ＢＡＴ）とインバータ１３０の入力電圧、すなわち、ＤＣリンクキャパシタ（Ｖ_ｄｃ）の出力電圧を比較してメインリレー１２０の融着可否を判定する。例えば、制御器２００は、メインバッテリ１１０の電圧（Ｖ_ＢＡＴ）とインバータ１３０の入力電圧が同じであるか一定値の範囲に含まれれば、メインリレーの融着によってメインバッテリ１１０の電圧がインバータ１３０に継続して供給されるものと判定する。制御器２００は、メインリレー１２０の融着が判定されば、設定された所定の方式によって故障メッセージを出力した後、強制的にパワーオフを実行する。

上述の機能を含む親環境車両でメインリレーのモニタリングを実行する動作は次のとおりである。親環境車両が運行される状態で（Ｓ１０１）、制御器２００はイグニッションオフが検出されるかを判断する（Ｓ１０２）。Ｓ１０２で、制御器２００は、イグニッションオフが検出されれば、インバータ１３０の各相別アーム（Ｕ^＋、Ｕ⁻）（Ｖ^＋、Ｖ⁻）（Ｗ^＋、Ｗ⁻）に印加されるＰＷＭ信号の出力を中止させ、インバータ１３０のスイッチング動作を中止させる（Ｓ１０３）。この後、メインリレー１２０をスイッチングオフにしてメインバッテリ１１０の電圧出力を遮断させる（Ｓ１０４）。メインリレー１２０のスイッチオフ制御が完了すれば（Ｓ１０５）、制御器２００はインバータ１３０をスイッチング制御し、モータ１４０の抵抗によってインバータ１３０のＤＣリンクキャパシタ（Ｖ_ｄｃ）に充電された電圧を強制放電させる（Ｓ１０６）。

ＤＣリンクキャパシタ（Ｖ_ｄｃ）の強制放電は、上述した数式（１）によって目標放電時間、システム電圧、および放電終止電圧を決定して放電電流指令を決定する。Ｓ１０６で、制御器２００は、インバータ１３０のＤＣリンクキャパシタ（Ｖ_ｄｃ）に充電された電圧の強制放電が完了すれば、次のメインバッテリ１１０の電圧（Ｖ_ＢＡＴ）とインバータ１３０の入力電圧、すなわち、ＤＣリンクキャパシタ（Ｖ_ｄｃ）の出力電圧を検出する（Ｓ１０７）。この後、制御器２００は、検出されたメインバッテリ１１０の電圧（Ｖ_ＢＡＴ）とインバータ１３０の電圧を比較して電圧差を検出し（Ｓ１０８）、電圧差が融着判定のために設定された基準電圧未満であるかを判断する（Ｓ１０９）。

Ｓ１０９で、制御器２００は、電圧差が融着判定のために設定された基準電圧未満であると判断されれば、メインリレー１２０の融着として判定し（Ｓ１１０）、設定された所定の方法によって警告メッセージを出力させた後、強制的にパワーオフを実行する（Ｓ１１１）。例えば、制御器２００は、メインバッテリ１１０の電圧（Ｖ_ＢＡＴ）とインバータ１３０の入力電圧の電圧差が一定の範囲に含まれるか同じであれば、メインリレーの融着によってメインバッテリ１１０の電圧がインバータ１３０に継続して供給されるものと判定する。

すなわち、メインリレー１２０の融着が発生した状態では、ＤＣリンクキャパシタを強制放電させてもメインバッテリ１１０の電圧が継続して供給される状態であるため、メインバッテリ１１０の電圧（Ｖ_ＢＡＴ）とインバータ１３０の入力電圧を同じであるか設定された基準電圧の範囲に含まれる。Ｓ１０９で、制御器２００は、電圧差が設定された基準電圧を超えれば、メインリレー１２０のスイッチングオフによってメインバッテリ１１０の出力が安定に遮断された状態であるため、メインリレー１２０は融着が発生しない正常状態であると判定し（Ｓ１１２）、正常なパワーオフを実行する（Ｓ１１３）。

以上のようにイグニッションオフが検出されれば、メインリレーの融着可否を容易にモニタリングすることができ、車両の安全性および信頼性が提供される。

以上、本発明の実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多様な修正および変形が可能であることはもちろんである。

本発明は、車両の高電圧バッテリとインバータの間に装着され、高電圧バッテリを制御するメインリレーの融着可否を診断できる装置として好適である。

１１０メインバッテリ
１２０メインリレー
１３０インバータ
１４０モータ

Claims

モータと、
高電圧が格納されるメインバッテリと、
メインバッテリの電圧出力を制御するメインリレーと、
メインリレーを通じて供給されるメインバッテリの電圧を交流電圧に変換し、モータに駆動電圧として供給するインバータと、
イグニッションオフによってメインリレーを遮断した後、ＤＣリンクキャパシタに充電された電圧を強制放電させ、メインバッテリの電圧とインバータの入力電圧を比較してメインリレーの融着可否を判定する制御器と、
を含むことを特徴とする親環境車両のメインリレーモニタリング装置。
前記制御器は、メインリレーのオフが完了されればインバータをスイッチングさせ、モータの抵抗によってＤＣリンクキャパシタに充電された電圧を強制放電させることを特徴とする請求項１に記載の親環境車両のメインリレーモニタリング装置。
前記制御器は、ＤＣリンクキャパシタの強制放電完了後、メインバッテリの電圧とインバータの入力電圧が同じであるか一定値の範囲に含まれればメインリレーの融着として判定し、故障メッセージを出力した後に強制パワーオフを実行することを特徴とする請求項１に記載の親環境車両のメインリレーモニタリング装置。
イグニッションオフが検出されればインバータのスイッチング動作を中止させ、メインリレーをオフにしてメインバッテリの電圧出力を遮断させる過程と、
メインリレーのオフが完了すれば、ＤＣリンクキャパシタに充電された電圧を強制放電させる過程と、
メインバッテリの電圧とインバータの入力電圧を比較してメインリレーの融着可否をモニタリングする過程と、
を含むことを特徴とする親環境車両のメインリレーモニタリング方法。
前記ＤＣリンクキャパシタの強制放電は、モータの抵抗を通じて放電させることを特徴とする請求項４に記載の親環境車両のメインリレーモニタリング方法。
前記メインバッテリの電圧とインバータの入力電圧が同じであるか一定の電圧差以内であればメインリレーの融着として判定し、強制パワーオフを実行することを特徴とする請求項４に記載の親環境車両のメインリレーモニタリング方法。
前記ＤＣリンクキャパシタの強制放電において、インバータのスイッチングによってＤＣリンクキャパシタに充電された電圧をモータの抵抗を通じて強制放電することを特徴とする請求項５に記載の親環境車両のメインリレーモニタリング方法。
前記メインバッテリの電圧とインバータの入力電圧の電圧差が設定された基準電圧以上であればメインリレーが正常であると判定し、正常なパワーオフを実行することを特徴とする請求項４に記載の親環境車両のメインリレーモニタリング方法。