JP2013188106A

JP2013188106A - コンバータ故障検出装置及びコンバータ故障検出方法

Info

Publication number: JP2013188106A
Application number: JP2012054270A
Authority: JP
Inventors: Mikio Yamazaki; 幹夫山崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-12
Also published as: JP5699969B2

Abstract

【課題】コンバータの故障を検出する状況を積極的に作り出してコンバータの故障を検出することが可能なコンバータ故障検出装置を提供する。
【解決手段】制御装置４０は、車両が停止している場合に、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１をオンするとともに下アーム側のスイッチング素子Ｑ２をオフすることで、電圧ＶＬと電圧ＶＨとを同一にし、その後、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１と下アーム側のスイッチング素子Ｑ２とをオフし、さらにシステムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧをオフし、その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を作動させ、電圧ＶＬと電圧ＶＨとに基づいて上アーム側のスイッチング素子Ｑ１の故障を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されるコンバータの故障を検出するコンバータ故障検出装置及びコンバータ故障検出方法に関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車及び燃料電池自動車等の車両のように、モータの駆動力によって走行する車両が知られている。このような車両は、スイッチング素子をオン／オフすることでバッテリからの電圧を電圧変換するコンバータと、コンバータからの電圧を交流電圧に変換してモータに供給するインバータとを備えている。

コンバータにおいては、スイッチング素子の短絡故障が発生することがあり、その結果、素子焼損や負荷破壊等が発生するおそれがある。従来においては、バッテリからの電圧ＶＬを指令値に従ってコンバータによって実際に昇圧し、昇圧後にコンバータから出力される電圧ＶＨを測定し、実際に測定された電圧ＶＨと指令値が示す電圧値とを比較することで、コンバータのスイッチング素子の短絡故障を検出していた。この場合、測定された電圧ＶＨと指令値が示す電圧値とが異なる場合に、スイッチング素子に短絡故障が発生していると判定されていた。

また、下記の特許文献１には、異常検出用リレーが設けられた充電器を備えた電源装置であって、異常検出用リレーをオンすることでバッテリと外部電源とを接続し、電圧を検出することで充電器よりも外部電源側の短絡を検出する電源装置が開示されている。

また、下記の特許文献２には、第１のシステムメインリレーによって第１のバッテリと第１の昇圧回路とが接続され、かつ、第２のシステムメインリレーによって第２のバッテリと第２の昇圧回路との接続が解除されたときに、第２の昇圧回路の第２のバッテリ側の電圧に基づいて、第２の昇圧回路のスイッチング素子の故障を検知する装置が開示されている。

また、下記の特許文献３には、チョッパ回路におけるスイッチング素子の端子電圧の時間変化成分を算出し、スイッチング素子がオン／オフされるタイミングと時間変化成分とに基づいて故障検出を中断する区間を求め、当該中断する区間を除いてスイッチング素子の故障を検出する装置が開示されている。

特開２０１０−２１３５５２号公報特開２０１０−２５９２６５号公報特開２０１１−１９３５４９号公報

上述したように、昇圧回路として機能させるためにコンバータを作動させ、昇圧後の電圧ＶＨと指令値が示す電圧値とを比較する方法によると、スイッチング素子の短絡故障を検出することができるが、短絡故障が発生している場合には実際は昇圧されていないことになるため、電力が不足して必要なトルクが得られず、トルク抜けやエンジン吹け上がりが発生し、その結果、ドライバビリティが低下するおそれがある。また、昇圧を必要としない状況で昇圧を行って故障を検出する場合、燃費を低下させてしまうことになる。

また、上記の特許文献１に記載された装置は、充電器よりも外部電源側の短絡を検出するに過ぎず、コンバータのスイッチング素子の故障を検出する装置ではない。また、上記の特許文献２に記載された装置は、第１のバッテリと第１の昇圧回路とが接続され、かつ、第２のバッテリと第２の昇圧回路との接続が解除された場合にのみ、スイッチング素子の故障を検出することができるに過ぎず、そのような状況を待っているだけでは故障検出の機会が限られてしまい、故障検出のタイミングを逃してしまうおそれがある。また、上記の特許文献３に記載された装置は、故障検出を中断する区間ではスイッチング素子の故障を検出することができず、この場合も、故障検出のタイミングを逃してしまうおそれがある。

本発明の目的は、コンバータの故障を検出するための状況を積極的に作り出してコンバータの故障を検出することが可能なコンバータ故障検出装置及びコンバータ故障検出方法を提供することである。

本発明は、車両に搭載されたモータに接続されたインバータと第１のバッテリとの間に設けられ、前記インバータの正極側母線と前記インバータの負極側母線との間に直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを含み、前記下アーム側スイッチング素子をオン／オフすることで前記第１のバッテリからの電圧を昇圧して前記インバータに供給し、前記上アーム側スイッチング素子をオン／オフすることで前記インバータからの電圧を降圧して前記第１のバッテリに供給するコンバータの故障を検出するコンバータ故障検出装置であって、前記第１のバッテリと前記コンバータとの間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記第１のバッテリよりも電圧が低く前記車両に搭載された補機に電圧を供給する第２のバッテリに、前記第１のバッテリからの電圧を降圧して供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記車両が停止している場合に、前記上アーム側スイッチング素子をオンするとともに前記下アーム側スイッチング素子をオフすることで、前記コンバータの前記第１のバッテリ側の電圧ＶＬと前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨとを同一にし、その後、前記上アーム側スイッチング素子と前記下アーム側スイッチング素子とをオフし、前記コンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続させた状態で、前記第１のバッテリと前記コンバータとの接続及び前記第１のバッテリと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの接続を解除し、その後、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを作動させ、前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨに基づいて前記コンバータの故障を検出する制御手段と、を有することを特徴とするコンバータ故障検出装置である。

また、前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを作動させた後、前記コンバータの前記第１のバッテリ側の電圧ＶＬと前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨとの大小関係に基づいて前記コンバータの故障を検出することが好ましい。

また、本発明は、車両に搭載されたモータに接続されたインバータと第１のバッテリとの間に設けられ、前記インバータの正極側母線と前記インバータの負極側母線との間に直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを含み、前記下アーム側スイッチング素子をオン／オフすることで前記第１のバッテリからの電圧を昇圧して前記インバータに供給し、前記上アーム側スイッチング素子をオン／オフすることで前記インバータからの電圧を降圧して前記第１のバッテリに供給するコンバータの故障を検出するコンバータ故障検出方法であって、前記車両が停止している間に、前記上アーム側スイッチング素子をオンするとともに前記下アーム側スイッチング素子をオフすることで、前記コンバータの前記第１のバッテリ側の電圧ＶＬと前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨとを同一にする第１のステップと、前記第１のステップの後、前記上アーム側スイッチング素子と前記下アーム側スイッチング素子とをオフし、前記第１のバッテリと前記コンバータとの接続を解除する第２のステップと、前記第２のステップの後、前記第１のバッテリと前記コンバータとの間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記第１のバッテリよりも電圧が低く前記車両に搭載された補機に電圧を供給する第２のバッテリに、前記第１のバッテリからの電圧を降圧して供給するＤＣ／ＤＣコンバータを、前記第１のバッテリとの接続を解除した状態で作動させる第３のステップと、前記第３のステップの後、前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨに基づいて前記コンバータの故障を検出する第４のステップと、を含むことを特徴とするコンバータ故障検出方法である。

また、前記第４のステップでは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを作動させた後、前記コンバータの前記第１のバッテリ側の電圧ＶＬと前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨとの大小関係に基づいて前記コンバータの故障を検出することが好ましい。

本発明によると、コンバータによる昇圧を実際に行わなくても、コンバータの故障を検出するための状況を車両の停車中に作り出してコンバータの故障を検出することが可能となる。

本発明の実施形態に係るコンバータ故障検出装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係るコンバータ故障検出装置による動作の一例を示すフローチャートである。コンバータの直流電源側の電圧とインバータ側の電圧との時間変化を示すグラフである。

図１を参照して、本発明の実施形態に係るコンバータ故障検出装置について説明する。本実施形態に係るコンバータ故障検出装置は、駆動源としてモータを備える電気自動車、ハイブリッド自動車又は燃料電池自動車に搭載される。図１には一例としてハイブリッド自動車の概略構成を示す。

図１に示す車両は、一例として、直流電源１０と、システムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧと、コンバータ１１と、インバータ１２，１３と、電圧センサ１４，１５と、補機バッテリ２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、制御装置４０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、図示しないエンジン（内燃機関）とを含んで構成されている。モータジェネレータＭＧ１にはインバータ１２が接続され、モータジェネレータＭＧ２にはインバータ１３が接続され、直流電源１０とインバータ１２，１３との間にはコンバータ１１が設けられている。

図示しないエンジンは、ガソリン等の燃料の燃焼エネルギーを源として駆動力を発生する。エンジンが発生する駆動力は２つの経路に分割される。一方は、図示しない減速機を介して車輪を駆動する駆動軸に伝達する経路であり、他方は、モータジェネレータＭＧ１へ伝達する経路である。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、例えば三相交流同期型モータであり、直流電源１０に蓄えられた電力によって駆動される。モータジェネレータＭＧ１は、図示しないエンジンによって駆動される発電機として機能し、また、エンジンに対して電動機として動作してエンジンを始動し得るモータである。モータジェネレータＭＧ２は、車両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。

インバータ１２は、スイッチング素子とダイオードとを複数組み合わせて構成され、制御装置４０からのスイッチング制御信号Ｓ_INVに基づいて、直流電源１０側からコンバータ１１を介して供給される直流電圧（電圧ＶＨ）を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１に供給する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値によって指定された要求トルクを発生するように駆動される。また、インバータ１２は、回生制動時に、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を制御装置４０からのスイッチング制御信号Ｓ_INVに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンバータ１１を介して直流電源１０に供給する。なお、回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバー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や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生充電をさせながら車両を減速させることも含む。

インバータ１３は、スイッチング素子とダイオードとを複数組み合わせて構成され、制御装置４０からのスイッチング制御信号Ｓ_INVに基づいて、直流電源１０側からコンバータ１１を介して供給される直流電圧（電圧ＶＨ）を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２に供給する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値によって指定された要求トルクを発生するように駆動される。また、インバータ１３は、回生制動時に、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を制御装置４０からのスイッチング制御信号Ｓ_INVに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンバータ１１を介して直流電源１０に供給する。

直流電源１０は、例えば充放電可能な直流電力源である。直流電源１０としては、例えば、数１００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池、ニッケル水素組電池又はキャパシタ等を用いることができる。なお、直流電源１０が「第１のバッテリ」の一例に相当する。

ここで、直流電源１０及びインバータ１２，１３のそれぞれの電源ラインについて、高電圧側を正極側母線、低圧側を負極側母線と呼ぶこととすると、直流電源１０のプラス端子に接続されるラインが直流電源１０側の正極側母線であり、直流電源１０のマイナス端子に接続されるラインが直流電源１０側の負極側母線である。同様に、インバータ１２，１３の高電圧側電源ラインがインバータ１２，１３側の正極側母線であり、低電圧側電源ラインがインバータ１２，１３側の負極側母線である。図１に示すように、直流電源１０側の負極側母線とインバータ１２，１３側の負極側母線とは相互に接続されて共通の負極側母線とされる。

直流電源１０とコンバータ１１との間に、システムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧが設けられている。システムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧは、直流電源１０からコンバータ１１及びインバータ１２，１３に対する電力供給経路を導通又は遮断する。具体的には、システムリレーＳＭＲＢは、直流電源１０のプラス端子と正極側母線との間に接続されている。システムリレーＳＭＲＧは、直流電源１０のマイナス端子と負極側母線との間に接続されている。システムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧはそれぞれ、制御装置４０からの信号ＳＥに従って導通又は遮断される。

システムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧとコンバータ１１との間において、正極側母線と負極側母線との間にコンデンサＣ１が設けられている。コンデンサＣ１は、直流電源１０からコンバータ１１に供給される電圧（電圧ＶＬ）を平滑化し、電圧ＶＬを保持する容量素子である。同様に、コンバータ１１とインバータ１２，１３との間において、正極側母線と負極側母線との間にコンデンサＣ２が設けられている。コンデンサＣ２は、コンバータ１１から供給される電圧（電圧ＶＨ）を平滑化し、電圧ＶＨを保持する容量素子である。

コンバータ１１は、制御装置４０からのスイッチング制御信号Ｓ_CNVに基づいて、直流電源１０側の電圧ＶＬとインバータ１２，１３側の電圧ＶＨとの間の電圧変換を行う。コンバータ１１は、一例として昇降圧チョッパ回路によって構成され、リアクトルＬと、相互に直列に接続される２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のそれぞれに並列に逆接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含んで構成されている。

リアクトルＬはインダクタンス値Ｌを有する素子であって、電流Ｉが流れることで、（ＬＩ²）／２の電磁エネルギーを蓄積でき、また、この蓄積された電磁エネルギーを放出することができる。リアクトルＬの一方側端子は、直流電源１０の一方側端子と接続され、リアクトルＬの他方側端子は、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が相互に直列に接続されている接続点に接続される。

２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、リアクトルＬに対し、電磁エネルギーを蓄積させ又は放出させることで、直流電源１０側とインバータ１２，１３側との間において電圧変換を行いながら電力をやり取りさせる機能を有する。２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の一方側のスイッチング素子Ｑ１は、リアクトルＬの他方側端子とインバータ１２，１３の正極側母線との間に設けられ、他方側のスイッチング素子Ｑ２は、リアクトルＬの他方側端子とインバータ１２，１３の負極側母線との間に設けられる。

２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を区別するとき、インバータ１２，１３の正極側母線に接続される素子を上アーム側スイッチング素子と称し、共通の負極側母線に接続される素子を下アーム側スイッチング素子と称することができる。図１に示す例では、スイッチング素子Ｑ１が上アーム側スイッチング素子に該当し、スイッチング素子Ｑ２が下アーム側スイッチング素子に該当する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、例えばＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられる。

コンバータ１１を昇圧回路として機能させる場合、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１をオフにした状態で、下アーム側のスイッチング素子Ｑ２をオン／オフさせる。すなわち、下アーム側のスイッチング素子Ｑ２がオンの状態においては、直流電源１０から流れる電流は、リアクトルＬ、下アーム側のスイッチング素子Ｑ２を経由して直流電源１０に戻るループを形成する。このループを電流が流れている間に、磁気エネルギーがリアクトルＬに蓄積される。そして、下アーム側のスイッチング素子Ｑ２をオフにすると、直流電源１０から流れる電流は、リアクトルＬ、ダイオードＤ１を経由してインバータ１２，１３側に流れ、直流電源１０に戻るループを形成する。この間には、直流電源１０からの電気エネルギーに加え、リアクトルＬに蓄積された磁気エネルギーがインバータ１２，１３側に供給されるので、インバータ１２，１３側に供給される電圧は昇圧される。

一方、コンバータ１１を降圧回路として機能させる場合、下アーム側のスイッチング素子Ｑ２をオフにした状態で、上アーム側のスイッチング素子Ｑ２をオン／オフさせる。すなわち、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１がオンの状態においては、インバータ１２，１３側から回生される電流は、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１、リアクトルＬ、直流電源１０へと流れ、インバータ１２，１３側に戻るループを形成する。このように、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１がオン状態の場合、コンバータ１１の直流電源１０側の電圧ＶＬと、コンバータ１１のインバータ１２，１３側の電圧ＶＨとが同一となる。また、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１がオフ状態の場合、リアクトルＬ、直流電源１０、ダイオードＤ２からなるループを形成し、リアクトルＬに蓄積された磁気エネルギーが直流電源１０に回生される。

電圧センサ１４はコンデンサＣ１の両端の電圧ＶＬを検出し、電圧ＶＬの値を制御装置４０に出力する。また、電圧センサ１５はコンデンサＣ２の両端の電圧ＶＨを検出し、電圧ＶＨの値を制御装置４０に出力する。

また、インバータ１２の各相アームとモータジェネレータＭＧ１の各相コイルとを結ぶ配線には、少なくとも２相において電流を検出する図示しない電流センサが設けられている。同様に、インバータ１３の各相アームとモータジェネレータＭＧ２の各相コイルとを結ぶ配線には、少なくとも２相において電流を検出する図示しない電流センサが設けられている。電流センサによって検出された電流値は、制御装置４０に出力される。

また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれには、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれのロータの回転角を検出するレゾルバ等の図示しない位置センサが設けられている。位置センサによって検出された回転角を示すデータは、制御装置４０に出力される。

補機バッテリ２０には、直流電源１０よりも電圧が低い充放電可能なバッテリが用いられ、例えば、１２Ｖ等の充放電可能なバッテリが用いられる。補機バッテリ２０には、図示しない補機が接続されている。この補機には、例えば、車両に搭載されるエアーコンディショナー、車内灯、カーナビゲーションシステム等が含まれる。補機バッテリ２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介して直流電源１０から電力を受けて充電され得る。なお、補機バッテリ２０が「第２のバッテリ」の一例に相当する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、システムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧとコンバータ１１との間において、正極側母線と負極側母線との間に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、制御装置４０の制御の下で動作する複数のスイッチング素子を含んで構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、直流電源１０から供給された電圧を所定の直流電圧に降圧して補機バッテリ２０又は補機に供給する。

制御装置４０は、運転状況に応じて各部の動作を制御することにより、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による走行モードを、モータ走行、充電走行又はエンジン・モータ走行等の間で切り替える。例えば、制御装置４０は、スイッチング制御信号Ｓ_CNVをコンバータ１１に出力してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を制御することで、コンバータ１１を昇圧回路又は降圧回路として機能させる。また、モータジェネレータＭＧ１を駆動する場合、制御装置４０は、電圧ＶＨ、トルク指令値及びモータジェネレータＭＧ１の電流値等に基づいてスイッチング制御信号Ｓ_INVを生成し、スイッチング制御信号Ｓ_INVをインバータ１２に出力してインバータ１２のスイッチング動作を制御する。同様に、モータジェネレータＭＧ２を駆動する場合、制御装置４０は、電圧ＶＨ、トルク指令値及びモータジェネレータＭＧ２の電流値等に基づいてスイッチング制御信号Ｓ_INVを生成し、スイッチング制御信号Ｓ_INVをインバータ１３に出力してインバータ１３のスイッチング動作を制御する。また、制御装置４０は、システムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧをオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧに出力する。

コンバータ１１の故障を検出するコンバータ故障検出装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と制御装置４０とを含み、コンバータ１１の上アーム側のスイッチング素子Ｑ１の短絡故障を検出する。

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係るコンバータ故障検出装置の動作について説明する。図２は、本実施形態に係るコンバータ故障検出装置による動作の一例を示すフローチャートである。図３は、コンバータ１１の直流電源１０側の電圧ＶＬとインバータ１２，１３側の電圧ＶＨとの時間変化を示すグラフである。図３に示す２つのグラフのうち、上側のグラフは電圧ＶＨの時間変化を示し、下側のグラフは電圧ＶＬの時間変化を示す。横軸の時間は、図２に示す処理の各ステップに対応する。

まず、制御装置４０は、車両が停車中であることを検出した場合（Ｓ０１,Ｙｅｓ）、信号ＳＥをシステムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧに出力し、システムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧをオンする（Ｓ０２）。例えば、制御装置４０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に設けられたレゾルバ等の位置センサから回転角を示すデータを受け、当該回転角に基づいて車両の停車を検出する。

次に、制御装置４０は、スイッチング制御信号Ｓ_CNVをコンバータ１１に出力し、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１をオンするとともに、下アーム側のスイッチング素子Ｑ２をオフする（Ｓ０３）。上アーム側のスイッチング素子Ｑ１がオン状態の場合、コンバータ１１の直流電源１０側の電圧ＶＬ（コンデンサＣ１の両端の電圧ＶＬ）と、コンバータ１１のインバータ１２，１３側の電圧ＶＨ（コンデンサＣ２の両端の電圧ＶＨ）とが同一となる。図３に示すように、Ｓ０３に対応する時間においては、電圧ＶＬ及び電圧ＶＨは同一となり、例えば直流電源１０が供給する電圧Ｅ１となる。

次に、制御装置４０は、スイッチング制御信号Ｓ_CNVをコンバータ１１に出力し、下アーム側のスイッチング素子Ｑ２をオフにした状態で、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１をオフする（Ｓ０４）。これにより、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がともにオフとなる。Ｓ０４に対応する時間においては、図３に示すように、電圧ＶＬ及び電圧ＶＨは変化せずに同一であり、電圧Ｅ１となっている。

次に、制御装置４０は、信号ＳＥをシステムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧに出力し、システムリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧをオフする（Ｓ０５）。これにより、コンバータ１１とＤＣ／ＤＣコンバータ３０とが接続された状態で、直流電源１０とコンバータ１１との接続が解除され、直流電源１０からコンバータ１１への電力供給が遮断される。また、直流電源１０とＤＣ／ＤＣコンバータ３０との接続も解除され、直流電源１０からＤＣ／ＤＣコンバータ３０への電力供給が遮断される。

次に、制御装置４０は、スイッチング制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータ３０に出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を作動させる（Ｓ０６）。これにより、コンデンサＣ１からＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介して補機バッテリ２０に電圧が供給され、図３に示すように、Ｓ０６に対応する時間以降、コンバータ１１の直流電源１０側の電圧ＶＬ（コンデンサＣ１の両端の電圧ＶＬ）は徐々に低下する。

そして、制御装置４０は、電圧ＶＬと電圧ＶＨとを比較し、電圧ＶＬと電圧ＶＨとの大小関係に基づいて、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１の故障を検出する（Ｓ０７）。例えば、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの大小関係が「電圧ＶＨ＞電圧ＶＬ」となる場合（Ｓ０７，ＹＥＳ）、制御装置４０は、上側アームのスイッチング素子Ｑ１は正常に機能していると判定する。一方、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの大小関係が「電圧ＶＨ＞電圧ＶＬ」とならない場合（Ｓ０７，ＮＯ）、制御装置４０は、上側アームのスイッチング素子Ｑ１が短絡していると判定する。

例えば、図３に示すように、Ｓ０６に対応する時間以降においても電圧ＶＨが一定となって「電圧ＶＨ＞電圧ＶＬ」の関係が成立する場合（Ｓ０７，ＹＥＳ）、制御装置４０は、上側アームのスイッチング素子Ｑ１は正常に機能していると判定する。一方、Ｓ０６に対応する時間以降に電圧ＶＨが低下して「電圧ＶＨ＞電圧ＶＬ」の関係が成立しない場合（Ｓ０７，ＮＯ）、制御装置４０は、上側アームのスイッチング素子Ｑ１が短絡していると判定する。

すなわち、車両が停車中の状態で、Ｓ０３にて電圧ＶＨと電圧ＶＬとを一定の電圧Ｅ１にした後、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフにしているため、直流電源１０とコンバータ１１との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ３０を作動させても、インバータ１２，１３側の電圧ＶＨは低下せずに一定の電圧Ｅ１に保たれるはずである。Ｓ０６にてＤＣ／ＤＣコンバータ３０を作動させた場合、直流電源１０からの電力供給が遮断されているため、Ｓ０６に対応する時間以降、電圧ＶＬは徐々に低下する。従って、電圧ＶＨが一定に保たれていれば、電圧ＶＬよりも電圧ＶＨは高圧となって「電圧ＶＨ＞電圧ＶＬ」の関係は維持されるはずである。それにもかかわらず、「電圧ＶＨ＞電圧ＶＬ」の関係が成立しないということは、インバータ１２，１３側の電圧ＶＨが低下していることになる。すなわち、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１が短絡し、コンデンサＣ２からコンバータ１１の直流電源１０側に電圧が供給されていることになる。このように、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの大小関係に基づいて、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１の短絡故障を検出することができる。

また、制御装置４０は、Ｓ０６に対応する時間以降、電圧ＶＬとともに電圧ＶＨが電圧Ｅ１から低下した場合、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１が短絡していると判定し、電圧ＶＨが一定の場合、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１は正常に機能していると判定してもよい。

制御装置４０は、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障を検出した場合、コンバータ１１の故障をドライバーに報知するための異常検出信号を出力してもよいし、コンバータ１１及びインバータ１２，１３のスイッチング動作を停止させることで車両の駆動を禁止してもよい。

以上のように、本実施形態に係るコンバータ故障検出装置によると、車両の停車中にコンバータ１１の故障を検出するための状況を積極的に作り出し、コンバータ１１の故障を検出することが可能となる。これにより、コンバータ１１の故障を検出するための状況に車両システムがなるのを待たなくても、車両の停車中にコンバータ１１の故障を検出することが可能となる。

また、本実施形態に係るコンバータ故障検出装置によると、昇圧回路として機能するようにコンバータ１１を作動させなくても、コンバータ１１の故障を検出することができる。従って、昇圧が不要な状況において昇圧を行わずに済むため、燃費の低下及びドライバビリティの低下を抑制することが可能となる。

上述した制御装置４０は、一例としてハードウェア資源とソフトウェアとの協働により実現され、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ:ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）である。具体的には、制御装置４０の機能は、記録媒体に記録されたプログラムがメモリに読み出されてＣＰＵ(ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ)等のプロセッサにより実行されることによって実現される。上記のプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されることも可能であるし、データ信号として通信により提供されることも可能である。なお、制御装置４０は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置４０は、物理的に１つの装置により実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。

１０直流電源、１１コンバータ、１２，１３インバータ、１４，１５電圧センサ、２０補機バッテリ、３０ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０制御装置、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ダイオード、Ｌリアクトル、Ｑ１，Ｑ２スイッチング素子、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ。

Claims

車両に搭載されたモータに接続されたインバータと第１のバッテリとの間に設けられ、前記インバータの正極側母線と前記インバータの負極側母線との間に直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを含み、前記下アーム側スイッチング素子をオン／オフすることで前記第１のバッテリからの電圧を昇圧して前記インバータに供給し、前記上アーム側スイッチング素子をオン／オフすることで前記インバータからの電圧を降圧して前記第１のバッテリに供給するコンバータの故障を検出するコンバータ故障検出装置であって、
前記第１のバッテリと前記コンバータとの間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記第１のバッテリよりも電圧が低く前記車両に搭載された補機に電圧を供給する第２のバッテリに、前記第１のバッテリからの電圧を降圧して供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記車両が停止している場合に、前記上アーム側スイッチング素子をオンするとともに前記下アーム側スイッチング素子をオフすることで、前記コンバータの前記第１のバッテリ側の電圧ＶＬと前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨとを同一にし、その後、前記上アーム側スイッチング素子と前記下アーム側スイッチング素子とをオフし、前記コンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続させた状態で、前記第１のバッテリと前記コンバータとの接続及び前記第１のバッテリと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの接続を解除し、その後、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを作動させ、前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨに基づいて前記コンバータの故障を検出する制御手段と、
を有することを特徴とするコンバータ故障検出装置。
請求項１に記載のコンバータ故障検出装置であって、
前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを作動させた後、前記コンバータの前記第１のバッテリ側の電圧ＶＬと前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨとの大小関係に基づいて前記コンバータの故障を検出する、
ことを特徴とするコンバータ故障検出装置。
車両に搭載されたモータに接続されたインバータと第１のバッテリとの間に設けられ、前記インバータの正極側母線と前記インバータの負極側母線との間に直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを含み、前記下アーム側スイッチング素子をオン／オフすることで前記第１のバッテリからの電圧を昇圧して前記インバータに供給し、前記上アーム側スイッチング素子をオン／オフすることで前記インバータからの電圧を降圧して前記第１のバッテリに供給するコンバータの故障を検出するコンバータ故障検出方法であって、
前記車両が停止している間に、前記上アーム側スイッチング素子をオンするとともに前記下アーム側スイッチング素子をオフすることで、前記コンバータの前記第１のバッテリ側の電圧ＶＬと前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨとを同一にする第１のステップと、
前記第１のステップの後、前記上アーム側スイッチング素子と前記下アーム側スイッチング素子とをオフし、前記第１のバッテリと前記コンバータとの接続を解除する第２のステップと、
前記第２のステップの後、前記第１のバッテリと前記コンバータとの間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記第１のバッテリよりも電圧が低く前記車両に搭載された補機に電圧を供給する第２のバッテリに、前記第１のバッテリからの電圧を降圧して供給するＤＣ／ＤＣコンバータを、前記第１のバッテリとの接続を解除した状態で作動させる第３のステップと、
前記第３のステップの後、前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨに基づいて前記コンバータの故障を検出する第４のステップと、
を含むことを特徴とするコンバータ故障検出方法。
請求項３に記載のコンバータ故障検出方法であって、
前記第４のステップでは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを作動させた後、前記コンバータの前記第１のバッテリ側の電圧ＶＬと前記コンバータの前記インバータ側の電圧ＶＨとの大小関係に基づいて前記コンバータの故障を検出する、
ことを特徴とするコンバータ故障検出方法。