JP2017099124A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑制しつつインバータのオープン故障の発生を判定する。
【解決手段】モータのトルク指令Ｔｍ１＊が閾値Ｔｔｈを超えており（ステップＳ１１０）、モータの回転子の電気角が３６０度変化する間における各相電流の絶対値の和ａｂｓＡの最小値ａｂｓＡｍｉｎが閾値Ｍｔｈ未満であるときに（ステップＳ１２０〜Ｓ１７０）、カウンタＣをアップし（ステップＳ１８０）、カウンタＣが閾値Ｃｔｈ以上となったときに、インバータにオープン故障が発生していると判定する（ステップＳ１９０，Ｓ２１０）。各相電流を用いてインバータのオープン故障を判定するから、判定用に別途電圧センサ等の部品を設ける必要がなく、部品点数の増加を抑制しつつ、インバータのオープン故障の発生を判定することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力変換装置に関し、詳しくは、複数のスイッチング素子を有しバッテリからの電力を三相交流電力に変換してモータに供給するインバータ、を備える電力変換装置に関する。

従来、この種の電力変換装置としては、複数のトランジスタを有し三相交流電力をモータに供給するインバータと、バッテリからの電圧を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、三相交流電力の各相の電圧を検出する第１〜第３電圧計と、昇圧コンバータからインバータへ供給される電圧を検出する第４電圧計と、を備えている。そして、第１〜第３電圧計により検出された電圧の平均値が第４電圧計により検出された電圧の１／２より低いときには、インバータのオープン故障（インバータの複数のトランジスタのうちの一つがオンからオフできなくなる故障）が発生していると判定している。

特開２０１０−２００５４０号公報

一般に、電力変換装置では、装置全体の重量や体積の増加を抑制するために、部品点数の増加を抑制することが課題として認識されている。上述の電力変換装置では、インバータのオープン故障を判定するためにインバータのスイッチング制御においては用いない３つの電圧計を設けているから、部品点数が増加してしまう。したがって、部品点数の増加を抑制しつつインバータのオープン故障の発生を判定することが望まれている。

本発明の電力変換装置は、部品点数の増加を抑制しつつインバータのオープン故障の発生を判定することを主目的とする。

本発明の電力変換装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電力変換装置は、
複数のスイッチング素子を有し該スイッチング素子をスイッチングすることにより直流電力を三相交流電力に変換してモータに供給するインバータと、
前記三相交流電力の各相のうちの少なくとも二相の電流値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流値を用いて前記インバータを制御する制御手段と、
を備える電力変換装置であって、
前記モータの指令トルクが所定トルクを超えており、且つ、前記電流検出手段により検出された電流値に基づく前記各相の電流値の絶対値の和が所定値より小さいときには、前記複数のスイッチング素子のうちの一つをオフからオンできなくなるオープン故障が発生していると判定する故障判定手段、
を備えることを特徴とする。

この本発明の電力変換装置では、モータの指令トルクが所定トルクを超えており、且つ、電流検出手段により検出された電流値に基づく各相の電流値の絶対値の和が所定値より小さいときには、複数のスイッチング素子のうちの一つをオフからオンできなくなるオープン故障が発生していると判定する。オープン故障の判定に、インバータを制御する際に用いる電流検出手段による検出値を用いるから、オープン故障の判定用の部品を追加せずに、インバータのオープン故障の発生の判定を行なうことができる。これにより、部品点数の増加を抑制しつつインバータのオープン故障の発生を判定することができる。

こうした本発明の電力変換装置において、前記故障判定手段は、前記モータの指令トルクが所定トルクを超えており、且つ、前記モータの回転子の電気角が３６０度変化する間における前記各相の電流値の絶対値の和の最小値が前記所定値より小さいときに、前記オープン故障が発生していると判定するものとしてもよい。この場合において、前記電気角が３６０度変化する間における前記各相の電流値の絶対値の和の最小値が前記所定値より小さいと複数回判定されたときに、前記オープン故障が発生していると判定するものとしてもよい。こうすれば、より精度良く、オープン故障の発生を判定することができる。

本発明の一実施例としての電力変換装置が搭載されたハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 モータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。 ＨＶＥＣＵ７０により実行されるインバータ４１のオープン故障判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 各相の電流とトルク指令Ｔｍ１＊と和ａｂｓＡとカウンタＣとオープン故障判定の時間変化の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電力変換装置が搭載されたハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。図２は、モータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。第１実施例のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、昇圧コンバータ５５と、バッテリ５０と、システムメインリレー５６と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により運転制御されている。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートから入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。
・エンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒ
・スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットル開度ＴＨ

エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、以下のものを挙げることができる。
・燃料噴射弁への駆動信号
・スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号
・イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号

エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。このエンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御する。また、エンジンＥＣＵ２４は、必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ２３により検出されたクランク角θｃｒに基づいて、クランクシャフト２６の回転数、即ち、エンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。

プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６とモータＭＧ２の回転子とが接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、エンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

モータＭＧ１は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを有する同期発電電動機として構成されている。このモータＭＧ１は、上述したように、回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、モータＭＧ１と同様に、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを有する同期発電電動機として構成されている。このモータＭＧ２は、上述したように、回転子が駆動軸３６に接続されている。

図１や図２に示すように、インバータ４１は、高圧側電力ライン５４ａに接続されている。このインバータ４１は、６つのトランジスタ（スイッチング素子）Ｔ１１〜Ｔ１６と、６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、高圧側電力ライン５４ａの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるように、２個ずつペアで配置されている。６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれ、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータＭＧ１の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ４１に電圧が作用しているときに、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータＭＧ１が回転駆動される。

インバータ４２は、インバータ４１と同様に、高圧側電力ライン５４ａに接続されている。また、インバータ４２は、インバータ４１と同様に、６つのトランジスタ（スイッチング素子）Ｔ２１〜Ｔ２６と、６つのダイオードＤ２１〜Ｄ２６と、を有する。そして、インバータ４２に電圧が作用しているときに、モータＥＣＵ４０によって、対となるトランジスタＴ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータＭＧ２が回転駆動される。

昇圧コンバータ５５は、高圧側電力ライン５４ａと、バッテリ５０が接続された低圧側電力ライン５４ｂと、に接続されている。この昇圧コンバータ５５は、２つのトランジスタ（スイッチング素子）Ｔ３１，Ｔ３２と、２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬと、を有する。トランジスタＴ３１は、高圧側電力ライン５４ａの正極母線に接続されている。トランジスタＴ３２は、トランジスタＴ３１と、高圧側電力ライン５４ａおよび低圧側電力ライン５４ｂの負極母線と、に接続されている。２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２は、それぞれ、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点Ｃｎと、低圧側電力ライン５４ｂの正極母線と、に接続されている。昇圧コンバータ５５は、モータＥＣＵ４０によって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２のオン時間の割合が調節されることにより、低圧側電力ライン５４ｂの電力を昇圧して高圧側電力ライン５４ａに供給したり、高圧側電力ライン５４ａの電力を降圧して低圧側電力ライン５４ｂに供給したりする。

高圧側電力ライン５４ａの正極母線と負極母線とには、高圧側コンデンサ５７が接続されている。低圧側電力ライン５４ｂの正極母線と負極母線とには、低圧側コンデンサ５８が接続されている。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２や昇圧コンバータ５５を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。
・モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置θｍ１，θｍ２
・モータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイルのＶ相，Ｗ相を流れる相電流を検出する電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗからの相電流ｉｖ１，ｉｗ１，ｉｖ２，ｉｗ２
・高圧側コンデンサ５７の端子間に取り付けられた電圧センサ５７ａからの高圧側コンデンサ５７（高圧側電力ライン５４ａ）の電圧ＶＨ
・低圧側コンデンサ５８の端子間に取り付けられた電圧センサ５８ａからの低圧側コンデンサ５８（低圧側電力ライン５４ｂ）の電圧ＶＬ
・昇圧コンバータ５５の接続点ＣｎとリアクトルＬとの間に取り付けられた電流センサ５５ａからのリアクトルＬの電流ＩＬ（リアクトルＬ側から接続点側に流れるときが正の値）

モータＥＣＵ４０からは、モータＭＧ１，ＭＧ２や昇圧コンバータ５５を駆動制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、以下のものを挙げることができる。
・インバータ４１，４２のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６へのスイッチング制御信号
・昇圧コンバータ５５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号

モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。このモータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２や昇圧コンバータ５５を駆動制御する。モータＥＣＵ４０は、必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２や昇圧コンバータ５５の駆動状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいて、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の電気角θｅ１，θｅ２や、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。モータＥＣＵ４０は、三相交流電流の各相電流の瞬時値の和が値０となることに基づいて、電流センサ４３Ｖ，４３Ｗからの相電流ｉｖ１，ｉｗ１を用いてモータＭＧ１のＵ相に流れる相電流ｉｕ１を演算したり、電流センサ４４Ｖ，４４Ｗからの相電流ｉｖ２，ｉｗ２を用いてモータＭＧ２のＵ相に流れる相電流ｉｕ２を演算したりしている。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低圧側電力ライン５４ｂに接続されている。このバッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２により管理されている。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。
・バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの電池電圧Ｖｂ
・バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂ
・バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂ

バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。このバッテリＥＣＵ５２は、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５１ｂにより検出された電池電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを演算している。バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合である。また、バッテリＥＣＵ５２は、演算した蓄電割合ＳＯＣと、温度センサ５１ｃにより検出された電池温度Ｔｂと、に基づいてバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である。

システムメインリレー５６は、低圧側電力ライン５４ｂの正極母線および負極母線における低圧側コンデンサ５８よりもバッテリ５０側に設けられている。このシステムメインリレー５６は、オンのときには、バッテリ５０と昇圧コンバータ５５とを接続し、オフのときには、バッテリ５０と昇圧コンバータ５５との接続を解除する。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。
・イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号
・シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ
・アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ
・ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ
・車速センサ８８からの車速Ｖ

ＨＶＥＣＵ７０からは、システムメインリレー５６への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。このＨＶＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された第１実施例のハイブリッド自動車２０では、ハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード），電動走行モード（ＥＶ走行モード）などの走行モードで走行する。ＨＶ走行モードは、エンジン２２の運転とモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動とを伴って走行する走行モードである。ＥＶ走行モードは、エンジン２２を運転停止すると共にモータＭＧ２を駆動して走行する走行モードである。

ＨＶ走行モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて、走行に要求される（駆動軸３６に出力すべき）要求トルクＴｒ＊を設定する。続いて、要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｐを乗じて、走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算する。ここで、駆動軸３６の回転数Ｎｐとしては、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２，車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数などを用いることができる。そして、走行用パワーＰｄｒｖ＊からバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときが正の値）を減じて、車両に要求される要求パワーＰｅ＊を計算する。次に、要求パワーＰｅ＊がエンジン２２から出力されると共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定し、モータＭＧ１，ＭＧ２を回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２およびトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊からなる目標駆動点で駆動できるように高圧側電力ライン５４ａの電圧指令ＶＨ＊を設定してエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信する。そして、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を受信すると、受信した目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊に基づいてエンジン２２が運転されるように、エンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御，開閉タイミング制御などを行なう。モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信すると、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なうと共に高圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨが電圧指令ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ５５のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このＨＶ走行モードでは、要求パワーＰｅ＊が停止用閾値Ｐｓｔｏｐ以下に至ったときなどに、エンジン２２の停止条件が成立したと判断し、エンジン２２の運転を停止して、ＥＶ走行モードに移行する。

ＥＶ走行モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、ＨＶ走行モードと同様に、要求トルクＴｒ＊を設定する。続いて、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定する。そして、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるように、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、ＨＶ走行モードでの走行時と同様に高圧側電力ライン５４ａの電圧指令ＶＨ＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信する。そして、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なうと共に高圧側電力ライン５４ａの電圧ＶＨが電圧指令ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ５５のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このＥＶ走行モードでの走行時には、ＨＶ走行モードでの走行時と同様に計算した要求パワーＰｅ＊が始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ以上に至ったときなどエンジン２２の始動条件が成立したときに、エンジン２２を始動してＨＶ走行モードでの走行に移行する。

ここで、インバータ４１，４２のスイッチング制御について説明する。インバータ４１の制御は、回転位置検出センサ４３により検出されたモータＭＧ１の回転位置θｍ１に基づく電気角θｅ１を用いて電流センサ４３Ｖ，４３Ｗにより検出されたＶ相，Ｗ相の電流ｉｖ１，ｉｗ１をｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ１，Ｉｑ１に座標変換（３相−２相変換）し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ１＊，Ｉｑ１＊との関係を予め定めたマップにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を適用してｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ１＊，Ｉｑ１＊を設定し、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ１，Ｉｑ１が電流指令Ｉｄ１＊、Ｉｑ１＊となるようにするための電流フィードバック制御によってｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ１＊，Ｖｑ１＊を設定し、モータＭＧ１の電気角θｅ１を用いてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ１＊，Ｖｑ１＊をモータＭＧ１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に印加すべき電圧指令Ｖｕ１＊，Ｖｖ１＊，Ｖｗ１＊に座標変換（２相−３相変換）し、 座標変換した電圧指令Ｖｕ１＊，Ｖｖ１＊，Ｖｗ１＊をインバータ４１のスイッチング素子をスイッチングするためのＰＷＭ信号に変換してインバータ４１に出力する、ことによって行なわれる。

インバータ４２の制御は、インバータ４１の制御と同様に、回転位置検出センサ４４により検出されたモータＭＧ２の回転位置θｍ２に基づく電気角θｅ２を用いて電流センサ４４Ｖ，４４Ｗにより検出されたＶ相，Ｗ相の電流ｉｖ２，ｉｗ２をｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ２，Ｉｑ２に座標変換（３相−２相変換）し、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊とｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ２＊，Ｉｑ２＊との関係を予め定めたマップにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を適用してｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ２＊，Ｉｑ２＊を設定し、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ２，Ｉｑ２が電流指令Ｉｄ２＊、Ｉｑ２＊となるようにするための電流フィードバック制御によってｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ２＊，Ｖｑ２＊を設定し、モータＭＧ２の電気角θｅ２を用いてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ２＊，Ｖｑ２＊をモータＭＧ２のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に印加すべき電圧指令Ｖｕ２＊，Ｖｖ２＊，Ｖｗ２＊に座標変換（２相−３相変換）し、 座標変換した電圧指令Ｖｕ２＊，Ｖｖ２＊，Ｖｗ２＊をインバータ４２のスイッチング素子をスイッチングするためのＰＷＭ信号に変換してインバータ４２に出力する、ことによって行なわれる。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、インバータ４１，４２のオープン故障を判定する際の動作について説明する。実施例では、インバータ４１のオープン故障を判定する際の動作とインバータ４２のオープン故障を判定する際の動作とは同様であるから、インバータ４１のオープン故障を判定する際の動作についてのみ説明し、インバータ４２についてはその説明を省略する。なお、オープン故障とは、インバータ４１，４２を構成するスイッチング素子Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６、Ｔｒ２１〜Ｔｒ２６のうちの一つをオフからオンできなくなる故障のことである。

図３は、ＨＶＥＣＵ７０により実行されるインバータ４１のオープン故障判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、繰り返し実行される。

本ルーチンが実行されると、ハイブリッド自動車２０のＨＶＥＣＵ７０は、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊やモータＭＧ１の回転子の電気角θｅ１，Ｖ相，Ｗ相の電流ｉｖ１，ｉｗ１など判定に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。トルク指令Ｔｍ１＊は、上述したように演算されたものである。モータＭＧ１の回転子の電気角θｅ１は、モータＥＣＵ４０で演算されたものを通信により入力したものである。Ｖ相，Ｗ相の電流ｉｖ１，ｉｗ１は、電流センサ４３Ｖ，４３Ｗにより検出されたものをモータＥＣＵ４０を介して通信により入力したものである。

こうしてデータを入力すると、トルク指令Ｔｍ１＊が閾値Ｔｔｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。閾値Ｔｔｈは、モータＭＧ１の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に流れる電流がある程度大きいか否かを判定するための閾値であり、例えば、２５Ｎｍ，３０Ｎｍ，３５Ｎｍなどに設定される。モータＭＧ１の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に流れる電流が小さい場合には、後述する各相の電流の絶対値の和ａｂｓＡに基づくオープン故障の判定が適正にできない。したがって、ステップＳ１１０の処理は、モータＭＧ１の駆動状態がオープン故障の判定を適正にできる状態であるか否かを判定する処理となる。

トルク指令Ｔｍ１＊が閾値Ｔｔｈ以下であるときには（ステップＳ１１０）、モータＭＧ１の駆動状態がオープン故障の判定を適正にできる状態でないと判断して、本ルーチンを終了する。

トルク指令Ｔｍ１＊が閾値Ｔｔｈを超えているときには（ステップＳ１１０）、続いて、モータＭＧ１の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電流の絶対値の和ａｂｓＡを計算する（ステップＳ１２０）。和ａｂｓＡの計算は、ステップＳ１００の処理で入力された電流ｉｖ１，ｉｗ１を用いて次式（１）により行なわれる。

absA=|0-iv1-iw1|+|iv1|+|iw1| ・・・(1)

こうして和ａｂｓＡを計算したら、和ａｂｓＡが最小値ａｂｓＡｍｉｎより小さいか否かを判定する（ステップＳ１３０）。最小値ａｂｓＡｍｉｎは、後述する電気角変化量Δθｅ１が３６０°となるまでの間における和ａｂｓＡの最小値であり、本ルーチンが実行される前には初期値として充分に大きな値（例えば、９９９９など）が設定されている。

和ａｂｓＡが最小値ａｂｓＡｍｉｎより小さいときには（ステップＳ１３０）、最小値ａｂｓＡｍｉｎに和ａｂｓＡを設定して（ステップＳ１４０）、電気角θｅ１の変化量である電気角変化量Δθｅ１を次式（２）を用いて計算する（ステップＳ１５０）。和ａｂｓＡが最小値ａｂｓＡｍｉｎ以上であるときには（ステップＳ１３０）、ステップＳ１４０の処理を実行せずに、電気角変化量Δθｅ１を計算する（ステップＳ１５０）。

Δθe1= 前回Δθe1+(θe1-前回θe1) ・・・(2)

そして、電気角変化量Δθｅ１が３６０度を超えたか否かを判定し（ステップＳ１６０）、電気角変化量Δθｅ１が３６０度を超えていないときには、ステップＳ１００の処理に戻り、電気角変化量Δθｅ１が３６０度を超えたときには、ステップＳ１７０の処理に進む。こうした処理により、最小値ａｂｓＡｍｉｎに、電気角θｅ１が３６０度変化する期間における和ａｂｓＡの最小値を設定する。

電気角変化量Δθｅ１が３６０度を超えたときには（ステップＳ１６０）、最小値ａｂｓＡｍｉｎが閾値Ｍｔｈ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。最小値ａｂｓｍｉｎが閾値Ｍｔｈ以上であるときには、オープン故障が発生しないと判断して、本ルーチンを終了する。最小値ａｂｓｍｉｎが閾値Ｍｔｈ未満であるときには、オープン故障が発生している可能性があると判断して、カウンタＣをアップする（カウンタＣの前回値（前回Ｃ）に値１を加える）（ステップＳ１８０）。なお、カウンタＣには、本ルーチンを実行する前には初期値として値０が設定されている。

設定したカウンタＣが閾値Ｃｔｈ（例えば、値３，値４，値５など）以上となったか否かを判定し（ステップＳ１９０）、カウンタＣが閾値Ｃｔｈ未満であるときには、電気角変化量Δθｅ１に値０を設定して電気角変化量Δθｅ１をリセットして（ステップＳ２００）、ステップＳ１００の処理に戻り、カウンタＣが閾値Ｃｔｈ以上となったときには、オープン故障が発生している判定して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。

ここで、上述したオープン故障判定ルーチンにおける判定理由について説明する。図４は、各相の電流とトルク指令Ｔｍ１＊と和ａｂｓＡとカウンタＣとオープン故障判定の時間変化の一例を示す説明図である。図４の各相電流の時間変化においては、実線はＶ相の電流を示し、破線はＷ相の電流を示し、一点鎖線はＵ相の電流を示している。

インバータ４１にオープン故障が生じていない正常時（時間ｔａより前）には、モータＭＧ１の各相には正弦波状の相電流が印加され、各相電流の絶対値の和ａｂｓＡは値０より大きい一定の値となる。インバータ４１のトランジスタＴ１２がオープン故障すると（時間ｔａ以降）、トランジスタＴ１２をオフ駆動すると共にトランジスタＴ１５をオン駆動するときには他のＵ相，Ｗ相のトランジスタＴ１１，Ｔ１３のオン駆動によってＶ相に相電流が印加されるが、トランジスタＴ１２をオン駆動すると共にトランジスタＴ１５をオフ駆動するときにはトランジスタＴ１２をオン状態にさせることができずトランジスタＴ１２，Ｔ１５が共にオフとなるためＶ相に相電流が印加されないことになる。このため、図４に示すように、Ｖ相の電流波形は半波の波形となる。そして、このようなオープン故障時においても、各相電流の瞬時値の和は値０となるため、他のＵ相，Ｗ相の相電流が大きくばらついて、各相電流の絶対値の和ａｂｓＡが大きく変動する。そして、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電流が小さくなって和ａｂｓＡが小さな値となる。したがって、閾値Ｍｔｈを、インバータ４１にオープン故障が生じていない正常時における和ａｂｓＡの値より充分に小さい値（例えば、値０や値２０，値４０）などに設定し、和ａｂｓＡが閾値Ｍｔｈ未満であるか否かを調べることで、インバータ４１にオープン故障が発生したか否かを判定することができる。このように、実施例のオープン故障の判定では、上述したインバータ４１のスイッチング制御において用いられる電流センサ４３Ｖ，４３Ｗからの相電流ｉｖ１，ｉｗ１を用いており、オープン故障の判定用に別途電圧センサ等の部品を追加する必要がない。したがって、部品点数の増加を抑制しつつ、インバータ４１のオープン故障を判定することができる。

各相電流には、使用時に電磁騒音などによりノイズ電流が乗る場合がある。こうしたノイズ電流が各相電流に乗ると、インバータ４１にオープン故障が発生していないときでも和ａｂｓＡが閾値Ｍｔｈ未満となることがある。そのため、和ａｂｓＡが閾値Ｍｔｈ未満であるときに直ちにインバータ４１にオープン故障が発生していると判定すると、誤判定する場合がある。実施例では、和ａｂｓＡが閾値Ｍｔｈ未満であるときには、カウンタＣをアップして（ステップＳ１８０）、カウンタＣが閾値Ｃｔｈ以上となったときにオープン故障と判定するから（ステップＳ１９０）、こうした誤判定を抑制することができる。

なお、こうしてインバータ４１，４２についてオープン故障が発生しているか否かについて判定した結果、いずれかのインバータにオープン故障が発生していると判定されたときには、オープン故障したインバータを使用しない走行を行なうことが望ましい。例えば、インバータ４１にオープン故障が発生したときには、モータＭＧ２のみを用いた走行を行なうことが望ましい。また、インバータ４２にオープン故障が発生したときには、エンジン２２とモータＭＧ１とを用いた走行を行うことが望ましい。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、トルク指令Ｔｍ１＊が閾値Ｔｔｈを超えており、電流センサ４３Ｖ，４３Ｗにより検出された相電流ｉｖ，ｉｗに基づく和ａｂｓＡの最小値ａｂｓＡｍｉｎが閾値Ｍｔｈ未満であるときに、インバータ４１にオープン故障が発生していると判定することにより、部品点数の増加を抑制しつつ、インバータ４１のオープン故障の発生を判定することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、電気角θｅ１が３６０度変化するまでの期間における和ａｂｓＡの最小値である最小値ａｂｓＭｉｎＡが閾値Ｍｔｈ未満であるときにインバータ４１にオープン故障が発生していると判定するものとしたが、和ａｂｓＡが閾値Ｍｔｈ未満であるときにインバータ４１にオープン故障が発生していると判定してもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、最小値ａｂｓＭｉｎＡが閾値Ｍｔｈ未満であるときにカウンタＣをアップし、カウンタＣが閾値Ｃｔｈ以上のときにオープン故障が発生していると判定するものとしたが、ステップＳ１８０〜Ｓ２００の処理を実行せずに、最小値ａｂｓＭｉｎＡが閾値Ｍｔｈ未満であるときにオープン故障が発生していると判定してもよい。

実施例では、本発明を、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを備えるハイブリッド自動車２０に適用する場合を例示したが、パラレルタイプやシリーズタイプのハイブリッド自動車や、モータを備えエンジンを備えてない電気自動車に適用してもよい。また、本発明を、三相交流電力で駆動するモータを備える自動車とは異なる他の装置に適用してもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、インバータ４１が「インバータ」に相当し、電流センサ４３Ｖ，４３Ｗが「電流検出手段」に相当し、モータＥＵＣ４０とＨＶＥＣＵ７０とが「制御手段」に相当し、モータＥＵＣ４０とＨＶＥＣＵ７０とが「故障判定手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電力変換装置の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ クランクポジションセンサ、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４３Ｗ，５１ｂ 電流センサ、５０ バッテリ、５１ａ 電圧センサ、５１ｃ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ａ 高圧側電力ライン、５４ｂ 低圧側電力ライン、５５ 昇圧コンバータ、５５ａ 電流センサ、５６ システムメインリレー、５７ 高圧側コンデンサ、５７ａ 電圧センサ、５８ 低圧側コンデンサ、５８ａ 電圧センサ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、Ｃｎ 接続点、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ。

Claims (1)

1. 複数のスイッチング素子を有し該スイッチング素子をスイッチングすることにより直流電力を三相交流電力に変換してモータに供給するインバータと、
   前記三相交流電力の各相のうちの少なくとも二相の電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流値を用いて前記インバータを制御する制御手段と、
   を備える電力変換装置であって、
   前記モータの指令トルクが所定トルクを超えており、且つ、前記電流検出手段により検出された電流値に基づく前記各相の電流値の絶対値の和が所定値より小さいときには、前記複数のスイッチング素子のうちの一つをオフからオンできなくなるオープン故障が発生していると判定する故障判定手段、
   を備えることを特徴とする電力変換装置。

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