JP2019092341A

JP2019092341A - 電動車両の電源制御装置

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Publication number: JP2019092341A
Application number: JP2017220984A
Authority: JP
Inventors: 大樹牧野; Daiki Makino; 亨一鈴木; Kyoichi Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: US10703221B2; JP6959575B2; EP3486108B1; CN109866620A; CN109866620B; US20190143830A1; EP3486108A1

Abstract

【課題】平滑コンデンサのプリチャージが完了せずにタイムアウトしたときに、プリチャージを再試行しても支障がない場合には再試行を許可することにより、一過性の不具合でタイムアウトした場合の車両の走行不能を未然に回避できる電動車両の電源制御装置を提供する。【解決手段】プリチャージ回路９の抵抗素子２１の許容電流に対して若干の余裕分を見込んだ低電流側に許可判定値Ｉ0を設定する。車両１を起動する際の平滑コンデンサ１９のプリチャージが完了せずにタイムアウトした場合、プリチャージ中にプリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0以下まで低下したことを条件として、プリチャージの再試行を許可する。【選択図】図３

Description

本発明は、電動車両の電源制御装置に係り、詳しくは電源回路に組み込まれた平滑コンデンサへの突入電流を抑制するためのプリチャージ回路の制御に関する。

走行用動力源として電動モータを搭載した電気自動車、或いは走行用動力源として電動モータ及び走行用若しくは発電用エンジンを搭載したハイブリッド車両等（以下、電動車両と総称する）では、電動モータの電源として多数の単電池を接続した組電池が搭載されている。組電池と電動モータとの間には電源回路が設けられ、電源回路のインバータにより組電池の直流電力が３相交流電力に変換されて電動モータに供給される。

電源回路の正極側には第１メインコンタクタが介装され、負極側には第２メインコンタクタが介装されている。これらのメインコンタクタとインバータをはじめとする高電圧で作動する機器との間には、機器に対して並列になるように平滑コンデンサが接続され、この平滑コンデンサにより機器への電圧の変動（リップル）が平滑化される。
電動車両の起動時には第１及び第２メインコンタクタをONして組電池とインバータとを電気的に接続するが、このときの平滑コンデンサは電荷が空に近いことから、高圧電源の組電池からの大電流がメインコンタクタに流れて溶着等の故障を生じてしまう。

そのための対策として電源回路にはプリチャージ回路が付設されている。プリチャージ回路は、プリチャージコンタクタと抵抗素子とを直列接続して構成され、第１または第２メインコンタクタに対して並列接続されている。
電動車両の起動時には、まず、第１または第２メインコンタクタのうち、プリチャージコンタクタと並列接続されていないコンタクタ及びプリチャージコンタクタをONする。組電池からの電流はプリチャージ回路の抵抗素子により制限されつつ平滑コンデンサに充電されることから、メインコンタクタの溶着等が未然に防止される。そして、平滑コンデンサのプリチャージが完了した時点でプリチャージコンタクタと並列接続されているメインコンタクタをONし、プリチャージコンタクタをOFFすることによりプリチャージを完了する。

このようなプリチャージ回路を備えた電動車両では、プリチャージの完了タイミングを判定する必要がある。例えば特許文献１の技術では、プリチャージ中に電源回路を流れるプリチャージ電流の変化率を算出し、変化率が基準変化率を上回った場合にプリチャージの完了判定を下している。

特開２００６−２３８５０９号公報

電源回路が正常に機能していればプリチャージは完了するはずであるが、何らかの異常でプリチャージが完了しない場合もある。例えば特許文献１の技術では、プリチャージ電流の変化率に関する条件が満たされずに所定時間が経過した場合（以下、タイムアウトと称する）には、プリチャージコンタクタをOFFして電源回路を遮断している。
電源回路にショート故障が生じている場合、プリチャージを再試行すると、プリチャージ回路の抵抗素子にプリチャージ時の電流が過剰に流れ続けて異常な発熱を生じ、例えば抵抗素子を固定している樹脂部材等の溶損（以下、抵抗素子の周辺部材の溶損と表現する）が引き起こされてしまう。そこで従来は、一回タイムアウトした場合に車両の再起動操作（プリチャージの再試行）を禁止している。

しかしながら、実際には回路等に異常無いが、何らかの一過性の不具合によりタイムアウトが検出された場合、再試行により正常に起動可能であるにも拘らず、無用な再試行の禁止により走行不能に陥る可能性がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、平滑コンデンサのプリチャージが完了せずにタイムアウトしたときに、プリチャージを再試行しても支障がない場合には再試行を許可することにより、一過性の不具合でタイムアウトした場合の車両の走行不能を未然に回避することができる電動車両の電源制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の電動車両の電源制御装置は、電源と該電源により駆動される電気負荷とを接続し、前記電気負荷への入力電圧の変動を平滑化する平滑コンデンサを備えたメイン回路と、前記メイン回路の前記電源と前記電気負荷との間に介装されたメインコンタクタと、前記メインコンタクタに対して並列接続され、プリチャージコンタクタと抵抗素子とからなるプリチャージ回路と、前記メインコンタクタ及び前記プリチャージコンタクタを共に接続した前記平滑コンデンサのプリチャージ中において、充電に伴って次第に増加する前記平滑コンデンサの電圧をコンデンサ電圧として検出する電圧検出手段と、
前記プリチャージ中において、前記平滑コンデンサの充電に伴って次第に低下する前記メイン回路を流れる電流をプリチャージ電流として検出する電流検出手段と、前記プリチャージ中において、前記コンデンサ電圧に基づき前記プリチャージの完了を判定するプリチャージ完了判定手段と、前記プリチャージ完了判定手段により前記プリチャージの完了判定が下されずにタイムアウトしたときに、０Ａを含む所定電流範囲と前記プリチャージ中の所定期間とにより予め規定された許可領域内に前記プリチャージ電流が侵入したことを条件として、前記プリチャージの再試行を許可する再試行許可手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。

このように構成した電動車両の電源制御装置によれば、メイン回路の正常時にはプリチャージコンタクタの接続と共にプリチャージ電流が立ち上がり、その後に平滑コンデンサの充電に従って次第に低下する。これに対してメイン回路に何らかの故障が生じている場合には、その故障内容に応じてプリチャージ電流が異なる軌跡を辿って変化する。
プリチャージの完了判定が下されずにタイムアウトしたときに、プリチャージ電流が許可領域内に侵入しなかった場合には、メイン回路に許容電流以上のショート故障が発生している可能性がある。このときプリチャージの再試行が許可されない。これに対してプリチャージ電流が許可領域内に侵入した場合には、オープン故障、或いは抵抗素子が発熱したとしても周辺部材が溶損に至らない軽度のショート故障と見なせるため、プリチャージの再試行が許可される。

その他の態様として、前記許可領域が、前記プリチャージ回路の抵抗素子の定格容量もしくは、周辺部品の許容温度から制定される許容発熱量に基づく許容電流を上限としてプリチャージ期間全体に亘る領域として設定されていることが好ましい（請求項２）。
この態様によれば、プリチャージが再試行されたとき、プリチャージ電流が抵抗素子の許容電流以下まで低下するため、抵抗素子の発熱量が少なく、抵抗素子の周辺部材の溶損が防止される。

その他の態様として、前記許可領域が、前記プリチャージが正常に完了したときの前記プリチャージ電流を上限としてプリチャージ期間全体に亘る領域として設定されていることが好ましい（請求項３）。
この態様によれば、タイムアウトしたにも拘わらず、プリチャージが正常に完了したときの値までプリチャージ電流が低下する状況はオープン故障と見なせ、プリチャージを再試行しても抵抗素子は発熱しない。

その他の態様として、前記許可領域が、前記プリチャージが正常に完了したときに前記プリチャージ電流が辿る軌跡よりも低電流側の領域として設定されていることが好ましい（請求項４）。
この態様によれば、メイン回路の正常時にプリチャージ電流が辿る軌跡よりも低電流側の許可領域内にプリチャージ電流が侵入する事態はオープン故障と見なせ、プリチャージを再試行しても抵抗素子は発熱しない。

その他の態様として、前記許可領域が、０Ａを中心として発生し得る前記電流検出手段の検出誤差を含んだ領域として設定されていることが好ましい（請求項５）。
この態様によれば、プリチャージ電流が許可領域内に侵入した場合、電流センサの出力に含まれる検出誤差に関係なく、実際のプリチャージ電流は０Ａである。プリチャージ中に流れるはずのプリチャージ電流が流れない事態はオープン故障と見なせ、プリチャージを再試行しても抵抗素子は発熱しない。

その他の態様として、前記再試行許可手段により再試行を許可されたときには、前記プリチャージの再試行を自動または手動で実行することが好ましい（請求項６）
この態様によれば、タイムアウトの要因が一過性の不具合の場合には、プリチャージの再試行の実行により車両を起動可能となる。
その他の態様として、前記再試行許可手段により再試行を許可されなかったときには、前記プリチャージの再試行を禁止することが好ましい（請求項７）。

この態様によれば、完全なショートを含む、許容電流以上のショート故障が発生している可能性がある場合に、プリチャージの再試行により、再度プリチャージ電流が流れて抵抗素子が発熱することを未然に防止することができる。

本発明の電動車両の電源制御装置によれば、平滑コンデンサのプリチャージが完了せずにタイムアウトしたときに、プリチャージを再試行しても支障がない場合には再試行を許可することにより、一過性の不具合でタイムアウトした場合の車両の走行不能を未然に回避することができる。

実施形態の電気自動車の電源制御装置を模式的に表した全体構成図である。車両を起動する際のプリチャージの実行状況を示すタイムチャートである。第１実施形態におけるプリチャージ電流の変化に基づく再試行の可否判定を示すタイムチャートである。ＥＣＵが実行するプリチャージ完了判定処理を示すフローチャートである。第１及び第２実施形態のＥＣＵが実行するプリチャージ再試行の可否判定処理を示すフローチャートである。第２実施形態におけるプリチャージ電流の変化に基づく再試行の可否判定を示すタイムチャートである。第３実施形態におけるプリチャージ電流の変化に基づく再試行の可否判定を示すタイムチャートである。第３及び第４実施形態のＥＣＵが実行するプリチャージ再試行の可否判定処理を示すフローチャートである。第４実施形態におけるプリチャージ電流の変化に基づく再試行の可否判定を示すタイムチャートである。

以下、本発明を電気自動車の電源制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の電気自動車の電源制御装置を模式的に表した全体構成図である。
電気自動車１（以下、単に車両と称する）には、走行用動力源としてモータジェネレータ２（電気負荷）が搭載されている。モータジェネレータ２はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルを備えた三相交流電動機であり、電動モータ及びジェネレータとして機能する。モータジェネレータ２の出力軸２ａはディファレンシャルギヤ３に連結され、ディファレンシャルギヤ３は左右の駆動軸４を介して車両１の車輪５に連結されている。

モータジェネレータ２の電源として、車両１には多数の単電池を直列接続した組電池６が搭載され、組電池６とモータジェネレータ２との間には電源回路７が設けられている。この電源回路７により、組電池６とモータジェネレータ２との電気的な接続・切断や直流電力と三相交流電力との間の変換がなされる。
電源回路７はメイン回路８とプリチャージ回路９とからなり、組電池６の正極にはメイン回路８の電源線１０の一端が接続され、組電池６の負極にはメイン回路８の負極１１の一端が接続されている。メイン回路８に備えられたインバータ１２は、それぞれ一対のスイッチング素子１３を直列接続したＵ相、Ｖ相、Ｗ相回路１４ｕ,１４ｖ,１４ｗからなり、図示はしないが各スイッチング素子１３にはダイオードが逆並列に接続されている。

インバータ１２の各相回路１４ｕ,１４ｖ,１４ｗは上記した電源線１０と負極１１との間で互いに並列に接続されると共に、各相回路１４ｕ,１４ｖ,１４ｗのスイッチング素子１３間の接続点がモータジェネレータ２の各相にそれぞれ接続されている。各相回路１４ｕ,１４ｖ,１４ｗのスイッチング素子１３はそれぞれ駆動回路１５に接続され、この駆動回路１５によりインバータ１２が駆動される。

メイン回路８の電源線１０には第１メインコンタクタ１７が介装され、負極１１には第２メインコンタクタ１８が介装されている。各メインコンタクタ１７，１８は可動接点１７ａ，１８ａ、固定接点１７ｂ，１８ｂ及びコイル１７ｃ，１８ｃを有し、コイル１７ｃ，１８ｃの励磁・消磁に応じて可動接点１７ａ，１８ａと固定接点１７ｂ，１８ｂとが導通・遮断される。

第１及び第２メインコンタクタ１７，１８とインバータ１２との間には、インバータ１２に対して並列になるように平滑コンデンサ１９が接続され、この平滑コンデンサ１９はインバータ１２への入力電圧の変動（リップル）を平滑化する機能を奏する。
第１及び第２メインコンタクタ１７，１８が共に導通すると、組電池６とインバータ１２とが電気的に接続される。このため、モータジェネレータ２のモータ作動時には、組電池６の直流電力がインバータ１２により三相交流電力に変換されてモータジェネレータ２に供給され、その駆動力が車輪５に伝達されて車両１が走行する。また車両１の減速時や降坂路の走行時には、車輪５側からの逆駆動によりモータジェネレータ２がジェネレータ作動し、発電された三相交流電力がインバータ１２により直流電力に変換されて組電池６に充電される。

プリチャージ回路９は、プリチャージコンタクタ２０と抵抗素子２１とを直列接続して構成され、第１メインコンタクタ１７に対して並列接続されている。メインコンタクタ１７，１８と同様に、プリチャージコンタクタ２０は可動接点２０ａ、固定接点２０ｂ及びコイル２０ｃを有し、コイル２０ｃの励磁・消磁に応じて可動接点２０ａと固定接点２０ｂとが導通・遮断される。

平滑コンデンサ１９には電圧センサ２２（電圧検出手段）が配設され、メイン回路８の負極１１には電流センサ２３（電流検出手段）が介装されている。平滑コンデンサ１９のプリチャージの際には、平滑コンデンサ１９の端子間の電圧がコンデンサ電圧Ｖconとして電圧センサ２２により検出され、メイン回路８を流れる電流がプリチャージ電流Ｉpreとして電流センサ２３により検出される。

各メインコンタクタ１７，１８及びプリチャージコンタクタ２０のコイル１７ｃ,１８ｃ,２０ｃ、インバータ１２の駆動回路１５、電圧センサ２２及び電流センサ２３は、車両１の統合制御を実行するＥＣＵ２５の入力側に接続されており、ＥＣＵ２５の出力側には、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ２６、車両１のイグニションスイッチ２７、車両１の運転席に設けられた警告装置２８等が接続されている。

ＥＣＵ２５は、コンタクタ制御用のＥＣＵ２５ａ及び走行制御用のＥＣＵ２５ｂからなり、各ＥＣＵ２５ａ，２５ｂは、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等から構成されている。コンタクタ制御用のＥＣＵ２５ａにより各コンタクタ１７，１８，２０の断接制御等が実行され、走行制御用のＥＣＵ２５ｂによりモータジェネレータ２を運転するためのインバータ１２の制御等が実行される。

本実施形態の電気自動車１の電源制御装置は以上のように構成されており、次いで、車両１を起動する際の処理について述べる。
車両１の起動のためのメインコンタクタ１７，１８のON操作は、例えば車両１を走行すべくイグニションスイッチ２７がONされたとき、或いは充電ステーション等で組電池６を充電すべく、車両１の図示しない充電ポートに充電コネクタが接続されたとき等に実行される。

以下、コンタクタ制御用のＥＣＵ２５ａにより実行される車両１の起動時の処理について説明する。
図２は車両１を起動する際のプリチャージの実行状況を示すタイムチャートである。
例えばイグニションスイッチ２７がON操作されると、前処理として各コンタクタ１７，１８，２０の溶着検出が実行される。溶着検出の内容は周知であるため詳細な説明は省略するが、各コンタクタ１７，１８，２０を順次ONしたときの組電池６の電圧Ｖ（以下、単に電池電圧と称する）とインバータ１２側の電圧との比較に基づき溶着の有無が判定される。溶着が検出されず全てのコンタクタ１７，１８，２０が正常と判定されると、プリチャージコンタクタ２０がONされる（図２中ポイントａ）。なお、溶着判定の時点で既に第２メインコンタクタ１８はONされている。組電池６からの電流はプリチャージ回路９の抵抗素子２１により制限されつつ平滑コンデンサ１９に充電されることから、その後にONされるメインコンタクタ１７，１８の溶着が未然に防止される。

電源回路７が正常な場合、コンデンサ電圧Ｖconは電池電圧Ｖに漸近するように次第に増加し、電池電圧Ｖとコンデンサ電圧Ｖconとの差ΔＶが所定の電圧判定値ΔＶ0以下（ΔＶ≦ΔＶ0）になったことを条件（以下、コンデンサ電圧Ｖconに関する条件と称する）として、プリチャージ完了の判定が下されて第１メインコンタクタがONされ（図２中ポイントｂ）、その後にプリチャージコンタクタ２０がOFFされて高電圧機器の平滑コンデンサ１９へのプリチャージが完了する（図２中ポイントｃ）。

また、電源回路７に何らかの異常が生じている場合、上記したコンデンサ電圧Ｖconに関する条件が満たされず、後述するタイムアウト時間Ｔoutの経過によりタイムアウトした場合にはプリチャージ不能の判定が下される。そして、プリチャージコンタクタ２０がOFFされて電源回路７が遮断された上で、プリチャージ不能を示す故障コードが記憶されると共に、車両１の走行不能を表すメッセージが警告装置２８に表示される。

このようにプリチャージが完了せずにタイムアウトした場合、従来は車両１の再起動操作（プリチャージの再試行）を禁止しているが、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、タイムアウトの要因が一過性の不具合のケースもある。このため、プリチャージの再試行により車両１を起動可能であるにも拘わらず、不適切な再試行の禁止により路上で走行不能に陥ってしまうという問題があった。

このような不具合を鑑みて本発明者は、タイムアウトの要因、換言すると電源回路７に生じ得る故障内容について考察した。電源回路７に許容電流以上のショート故障（短絡）が生じている場合には、プリチャージの再試行により抵抗素子２１が発熱して周辺部材が溶損するため、再試行を避けるべきである。
これに対して電源回路７のオープン故障（断線、コンタクタ開固着）の場合には、プリチャージを再試行したとしても抵抗素子２１の周辺部材の溶損のような重篤なトラブルは発生しない。また軽度のショートの場合、抵抗素子２１が発熱したとしても周辺部材が溶損に至らないケースもある。よって、これらの場合にはプリチャージを再試行しても問題ないが、図２中に破線で示すように、オープン故障でも完全なショート故障でもコンデンサ電圧Ｖconは立ち上がらないため、コンデンサ電圧Ｖconに基づく双方の判別は不可能である。

そこで、本発明者はプリチャージ電流Ｉpreの変化に着目した。電源回路７が正常な場合、プリチャージ電流Ｉpreはプリチャージコンタクタ２０のONと共に立ち上がり、その後に平滑コンデンサ１９の充電に従って０Ａ（アンペア）に漸近するように次第に低下する。これに対して電源回路７に何らかの故障が生じている場合には、その故障内容に応じてプリチャージ電流Ｉpreが異なる軌跡を辿って変化する。このため、プリチャージ電流Ｉpreの変化に基づき電源回路７に生じている故障内容、ひいてはプリチャージの再試行の可否を判定可能なことを見出した。

そこで、このようにプリチャージ電流Ｉpreの変化軌跡に着目しつつ、異なる発想に基づきプリチャージの再試行の可否を判定する手法を、以下に第１〜４実施形態として説明する。
［第１実施形態］
端的に表現すると本実施形態の手法は、抵抗素子２１の周辺部材の溶損に至ることなく耐え得る程度の軽度のショートであれば、プリチャージを再試行しても問題なし、との趣旨に基づく。

図３はプリチャージ電流Ｉpreの変化に基づく再試行の可否判定を示すタイムチャートである。
抵抗素子２１の周辺部材が溶損に至るか否かは、抵抗素子２１の定格容量もしくは、周辺部品の許容温度から制定される許容発熱量から割り出した固有の許容電流から判断可能である。そこで、抵抗素子２１の許容電流に対して若干の余裕分を見込んだ低電流側に許可判定値Ｉ0が設定され、プリチャージ中にプリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0以下まで低下した場合に、プリチャージの再試行が許可される。

従って、プリチャージを許可すべき領域（以下、許可領域Ｅと称する）を電流及び期間で規定すると、０Ａを下限とし許可判定値Ｉ0を上限（所定電流範囲）としたプリチャージの期間全体（所定期間）に亘る領域として表現でき、プリチャージの再試行は、この許可領域Ｅ内にプリチャージ電流Ｉpreが侵入したことを条件として許可される。
以下、この許可領域Ｅに基づくプリチャージの再試行の可否判定を故障内容毎に説明する。

まず、プリチャージ電流Ｉpreは故障内容に応じて以下に述べる軌跡を辿って変化する。
上記したように電源回路７が正常な場合、図３中に実線で示すように、プリチャージ電流Ｉpreはプリチャージコンタクタ２０のONと共に立ち上がり、その後に０Ａに漸近するように次第に低下する。プリチャージコンタクタ２０がONされた瞬間には平滑コンデンサ１９が充電を開始していないため、立ち上がった瞬間のプリチャージ電流Ｉpreは、Ｖ/Ｒ相当値（Ｖ：電池電圧、Ｒ：抵抗素子２１の抵抗）に達する。

これに対して完全なショート故障では、プリチャージコンタクタ２０のONと共に立ち上がり、プリチャージ中においてＶ/Ｒ相当値に維持され続ける。
またオープン故障では、プリチャージコンタクタ２０がONされてもプリチャージ電流Ｉpreは立ち上がらず、プリチャージ中にも０Ａに維持され続ける。
軽度のショート故障の場合、プリチャージ電流Ｉpreは電源回路７の正常時と完全なショート故障との間の軌跡を辿って変化する。即ち、このときのプリチャージ電流Ｉpreはチャージ正常時と同様に立ち上がった後に次第に低下するものの０Ａまでは低下せず、ショート故障の度合いが重度であるほど（完全ショートに近いほど）高電流側で平衡する。従って、軽度のショート故障では、プリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0よりも高電流側で平衡するケースも、低電流側で平衡するケースもある。

以上のプリチャージ電流Ｉpreの軌跡と故障内容との関係については、以下に述べる第２〜４実施形態でも共通する。
そして、このような軌跡を辿って変化するプリチャージ電流Ｉpreと許可領域Ｅとに基づき、ＥＣＵ２５ａによりプリチャージ再試行の可否判定処理が実行されるのであるが、当該制御は、上記したプリチャージが完了せずにタイムアウトした場合に実行される。このため、まず、コンデンサ電圧Ｖconに関する条件に基づきＥＣＵ２５ａにより実行されるプリチャージ完了判定処理について説明する。このプリチャージ完了判定処理を実行するときのＥＣＵ２５ａが、本発明のプリチャージ完了判定手段として機能する。

図４はＥＣＵ２５ａが実行するプリチャージ完了判定処理を示すフローチャートであり、上記のように各コンタクタ１７，１８，２０の溶着検出を実行した後に、平滑コンデンサ１９をプリチャージすべくプリチャージコンタクタ２０をONしたときに、ＥＣＵ２５ａは当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
まずステップＳ１で、電池電圧Ｖとコンデンサ電圧Ｖconとの差ΔＶが所定の電圧判定値ΔＶ0以下であるか否かを判定し、Ｎo（否定）のときにはステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、プリチャージ開始からの経過時間ｔが予め設定されたタイムアウト時間Ｔoutに達したか否かを判定し、ＮoのときにはステップＳ１に戻り、ステップＳ１，２の処理を繰り返す。

そして、ステップＳ１でＹes（肯定）の判定を下したときにはプリチャージ完了と見なし、ステップＳ３で車両１の起動処理を実行した後にルーチンを終了する。既にプリチャージは完了しているため、ステップＳ３では、その後の第１メインコンタクタ１７及びプリチャージコンタクタ２０の切換処理が実行される。
また、タイムアウトによりステップＳ２でＹesの判定を下したときにはプリチャージ不能と見なし、ステップＳ４でプリチャージの再試行が許可されたか否かを判定する。ステップＳ４の判定処理は、当該ルーチンと並行して実行されるプリチャージ再試行の可否判定処理に基づくが、その詳細については後述する。ステップＳ４の判定がＹesのときにはステップＳ５でプリチャージを再試行し、判定がＮoのときにはステップＳ６でプリチャージ不能を示す故障コードを記憶すると共に、車両１の走行不能を表すメッセージを警告装置２８に表示し、その後にルーチンを終了する。

以上のプリチャージ完了判定処理については、以下に述べる第２〜４実施形態でも同一内容で実行される。
一方、ＥＣＵ２５ａは図４のルーチンと並行して図５に示すプリチャージ再試行の可否判定処理を実行する。このプリチャージ再試行の可否判定処理を実行するときのＥＣＵ２５ａが、本発明の再試行許可手段として機能する。

まず、ステップＳ１１でプリチャージ中であるか否かを判定し、ＮoのときにはステップＳ１２でメモリをリセットした後にルーチンを終了する。プリチャージ中でなければ、再試行の可否判定を実行するための情報は不要なためである。
また、ステップＳ１１の判定がＹesのときにはステップＳ１３に移行し、図４のステップＳ３で、プリチャージ完了を受けて車両１の起動処理が実行されているか否かを判定する。判定がＮoのときにはステップＳ１４に移行し、経過時間ｔがタイムアウト時間Ｔoutに達したか否かを判定する。

ステップＳ１４でＮoの判定を下したときには、ステップＳ１５でプリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0以下であるか否かを判定する。ステップＳ１５の判定がＮoのときには、ステップＳ１１に戻ってステップＳ１１，１３〜１５の処理を繰り返す。
そして、プリチャージの完了によりステップＳ１３でＹesの判定を下すと、ステップＳ１２に移行する。再試行の可否判定が不要になったため、例えば経過時間ｔ等の情報がメモリから消去される。

また、ステップＳ１５でＹesの判定を下したときには、ステップＳ１６でプリチャージの再試行を許可し、ステップＳ１４でＹesの判定を下したときには、ステップＳ１７でプリチャージの再試行を禁止する。これらの許可・禁止判定に基づき、上記した図４のステップＳ４の判定処理が実行される。
ステップＳ１４の判定がＹesの場合には、プリチャージ期間中においてプリチャージ電流Ｉpreが許可領域Ｅ内に侵入しなかったと見なせる。このときのプリチャージ電流Ｉpreが辿り得る軌跡としては、図３中に示すＶ/Ｒ相当値に維持され続ける完全なショート故障、及び許可判定値Ｉ0よりも高電流側で平衡する軽度のショート故障の何れかであるが、何れの場合も許可判定値Ｉ0以下まで低下しない。このためプリチャージを再試行すると、プリチャージ電流Ｉpreは再び同様の軌跡を辿ることから、抵抗素子２１に許容電流（許可判定値Ｉ0よりも若干高い）を超えたプリチャージ電流Ｉpreが流れて周辺部材が溶損する可能性が高い。この場合にはステップＳ１７でプリチャージの再試行が禁止され、それを受けて図４のステップＳ５でプリチャージは再試行されない。

また、ステップＳ１５の判定がＹesの場合には、プリチャージ期間中においてプリチャージ電流Ｉpreが許可領域Ｅ内に侵入したと見なせる。このときのプリチャージ電流Ｉpreが辿り得る軌跡としては、図３中に示す０Ａに漸近する電源回路７の正常時、許可判定値Ｉ0よりも低電流側で平衡する軽度のショート故障、及び０Ａに維持され続けるオープン故障の何れかであるが、何れの場合も許可判定値Ｉ0以下まで低下する。

このため仮にプリチャージを再試行したとしても、プリチャージ電流Ｉpreは再び同様の軌跡を辿って抵抗素子２１の許容電流よりも低い許可判定値Ｉ0以下まで低下するため、抵抗素子２１の周辺部材が溶損する可能性は０に近い。よって、この場合にはステップＳ１６でプリチャージの再試行が許可され、それを受けて図４のステップＳ５でプリチャージが再試行される。

以上のように本実施形態の電気自動車１の電源制御装置によれば、車両１を起動する際の平滑コンデンサ１９のプリチャージ時において、コンデンサ電圧Ｖconに関する条件が満たされずにタイムアウトした場合、プリチャージ期間が経過するまでにプリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0以下まで低下（許可領域Ｅ内に侵入）したことを条件として、プリチャージの再試行を許可している。

許可判定値Ｉ0は抵抗素子２１の許容電流よりも若干低電流側に設定されているため、プリチャージを再試行しても抵抗素子２１の周辺部材は溶損しない。そして、タイムアウトの要因が一過性の不具合の場合には、プリチャージの再試行により車両１を起動できる。よって、不適切なプリチャージの再試行による抵抗素子２１の周辺部材の溶損を防止した上で、一過性の不具合でタイムアウトした場合の車両１の走行不能を未然に回避することができる。
［第２実施形態］
端的に表現すると本実施形態の手法は、プリチャージが完了せずにタイムアウトしたにも拘わらず、プリチャージ完了と判定されたときの値までプリチャージ電流Ｉpreが低下している場合にはオープン故障と見なせる、との趣旨に基づく。

図６はプリチャージ電流Ｉpreの変化に基づく再試行の可否判定を示すタイムチャートである。
平滑コンデンサ１９のプリチャージが正常に完了して、コンデンサ電圧Ｖconに関する条件（ΔＶ≦ΔＶ0）が満たされたときのプリチャージ電流Ｉpreは、コンデンサ電圧Ｖcon/抵抗素子２１の抵抗Ｒとして特定できる。本実施形態では、このときのプリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0として設定され、プリチャージ中にプリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0以下まで低下した場合に、プリチャージの再試行が許可される。

従って、プリチャージの許可領域Ｅを電流及び期間で規定すると、０Ａを下限とし許可判定値Ｉ0を上限とし（所定電流範囲）、プリチャージ期間全体（所定期間）に亘る領域として表現でき、プリチャージの再試行は、この許可領域Ｅ内にプリチャージ電流Ｉpreが侵入したことを条件として許可される。
ＥＣＵ２５ａは、平滑コンデンサ１９をプリチャージする際に図４に示すプリチャージ完了判定処理を実行すると共に、これと並行してプリチャージ再試行の可否判定処理を実行する。可否判定処理の内容は第１実施形態で述べた図５のものと同一であり、そのステップＳ１５の許可判定値Ｉ0の設定が相違するだけのため、相違点を重点的に説明する。

プリチャージ中において車両１の起動処理が実行されない場合（ステップＳ１１，１３）、ステップＳ１４で経過時間ｔに関する判定を実行し、ステップＳ１５でプリチャージ電流Ｉpreに関する判定を実行する。ステップＳ１４の判定がＹesのときにプリチャージ電流Ｉpreが辿り得る軌跡としては、図３中に示す完全なショート故障、及び許可判定値Ｉ0よりも高電流側で平衡する軽度のショート故障の何れかであるが、何れの状況もタイムアウトと符合する。このため何れかの故障が電源回路７に発生していると見なせ、ＥＣＵ２５ａはステップＳ１７でプリチャージの再試行を禁止する。

また、ステップＳ１５の判定がＹesのときにプリチャージ電流Ｉpreが辿り得る軌跡としては、図３中に示す０Ａに漸近する電源回路７の正常時、許可判定値Ｉ0よりも低電流側で平衡する軽度のショート故障、及び０Ａに維持され続けるオープン故障の何れかである。
しかし、電源回路７の正常時及び許可判定値Ｉ0以下の軽度のショート故障ではプリチャージ完了と判定されるはずであり、それにも拘わらずタイムアウトしているため、これらの状況を除外できる。よって、このときには電源回路７のオープン故障と見なせ、オープン故障では抵抗素子２１が発熱する可能性がないことから、ステップＳ１６でプリチャージの再試行が許可される。

以上のように本実施形態の電気自動車１の電源制御装置によれば、第１実施形態と同じくプリチャージが完了せずにタイムアウトした場合に、プリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0以下まで低下（許可領域Ｅ内に侵入）したことを条件として、プリチャージの再試行を許可している。
許可判定値Ｉ0は、コンデンサ電圧Ｖconに関する条件が満たされたときのプリチャージ電流Ｉpreとして設定されているため、タイムアウトしたにも拘わらずプリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0以下まで低下する状況はオープン故障と見なせ、プリチャージを再試行しても抵抗素子２１は発熱しない。そして、タイムアウトの要因が一過性の不具合の場合には、プリチャージの再試行により車両１を起動できるため、抵抗素子２１の周辺部材の溶損を防止した上で、車両１の走行不能を未然に回避することができる。

なお、本実施形態に比して第１実施形態では、許可領域Ｅが高電流側に拡大されている。このため、オープン故障のみならず軽度のショート（Ｉ≦Ｉ0）でもプリチャージの再試行が許可されることから、走行不能の回避の観点からは第１実施形態の方が望ましい。その反面、第１実施形態では周辺部材の溶損に至らないまでも抵抗素子２１が発熱することから、抵抗素子２１の保護の観点からは第２実施形態の方が望ましい。よって、何れを重視するかに応じて双方の実施形態の手法を選択すればよい。
［第３実施形態］
端的に表現すると本実施形態の手法は、正常時にプリチャージ電流Ｉpreが辿る軌跡よりも低電流側の領域にプリチャージ電流Ｉpreが侵入したときにはオープン故障を見なせる、との趣旨に基づく。

図７はプリチャージ電流Ｉpreの変化に基づく再試行の可否判定を示すタイムチャートである。
平滑コンデンサ１９のプリチャージが正常に完了した場合、図７中に実線で示すように、プリチャージ電流Ｉpreはプリチャージコンタクタ２０のONと共に立ち上がり、その後に０Ａに漸近するように次第に低下する。このときのプリチャージ電流Ｉpreの軌跡よりも低電流側に許可領域Ｅが設定されており、本実施形態では、０Ａを下限とし許可判定値Ｉ0を上限とし（所定電流範囲）、プリチャージの開始から許可時間Ｔ0が経過するまで（所定期間）の領域が許可領域Ｅとして設定されている。

図７中では正常時にプリチャージ電流Ｉpreが辿る単一の軌跡を示しているが、電源回路７の個体差等に起因して正常時の軌跡にはバラツキが存在する。このため許可領域Ｅは、最も低下が急激な正常時の軌跡よりも僅かに低電流側に設定されている。
そして、許可時間Ｔ0が経過するまでにプリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0以下まで低下した場合、換言すると、許可領域Ｅ内にプリチャージ電流Ｉpreが侵入した場合に、プリチャージの再試行が許可される。

ＥＣＵ２５ａは、平滑コンデンサ１９をプリチャージする際に図４に示すプリチャージ完了判定処理を実行すると共に、これと並行して図８に示すプリチャージ再試行の可否判定処理を実行する。
まず、ステップＳ２１でプリチャージ中であるか否かを判定し、ＮoのときにはステップＳ２２でメモリをリセットした後にルーチンを終了する。

また、ステップＳ２１の判定がＹesのときにはステップＳ２３に移行し、プリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0を超えているか否かを判定し、ＮoのときにはステップＳ２１に戻る。ステップＳ２３でＹesの判定を下したときには、ステップＳ２４で車両１の起動処理が実行されているか否かを判定し、ＹesのときにはステップＳ２２に移行する。ステップＳ２４の判定がＮoのときには、ステップＳ２５でカウンタＮをインクリメント（Ｎ＋１）し、ステップＳ２６でプリチャージ開始からの経過時間ｔが許可時間Ｔ0に達したか否かを判定する。

ステップＳ２６の判定がＮoのときにはステップＳ２１に戻り、ＹesのときにはステップＳ２７でカウンタＮが判定回数Ｎ0未満か否かを判定する。ステップＳ２７の判定がＹes（Ｎ＜Ｎ0）のときにはステップＳ２８でプリチャージの再試行を許可し、判定がＮo（Ｎ≧Ｎ0）のときには、ステップＳ２９でプリチャージの再試行を禁止する。
以上のように本実施形態の電気自動車１の電源制御装置によれば、プリチャージが完了せずにタイムアウトした場合に、電源回路７の正常時にプリチャージ電流Ｉpreが辿る軌跡よりも低電流側に設定された許可領域Ｅ内にプリチャージ電流Ｉpreが侵入したことを条件として、プリチャージの再試行を許可している。

オープン故障を除き、プリチャージ電流Ｉpreは電源回路７の正常時が最も急激に低下する。このときプリチャージ電流Ｉpreが辿る軌跡よりも低電流側の許可領域Ｅ内にプリチャージ電流Ｉpreが侵入する事態はオープン故障以外あり得ず、プリチャージを再試行しても抵抗素子２１は発熱しない。そして、タイムアウトの要因が一過性の不具合の場合には、プリチャージの再試行により車両１を起動できるため、抵抗素子２１の周辺部材の溶損を防止した上で、車両１の走行不能を未然に回避することができる。
［第４実施形態］
端的に表現すると本実施形態の手法は、プリチャージ中に流れるはずのプリチャージ電流Ｉpreが検出されない場合にはオープン故障と見なせる、との趣旨に基づく。

図９はプリチャージ電流Ｉpreの変化に基づく再試行の可否判定を示すタイムチャートである。
電流センサ２３の出力には検出誤差が含まれており、実際の０Ａに対して検出誤差は＋側にも−側にも発生する。このため０Ａを中心として発生し得る最大の検出誤差を含むように、検出誤差よりも僅かに＋側の許可判定値Ｉ0を上限とし、僅かに−側の許可判定値−Ｉ0を下限とし（所定電流範囲）、プリチャージの開始から所定の許可時間Ｔ0が経過するまで（所定期間）の領域が許可領域Ｅとして設定されている。

そして、許可時間Ｔ0が経過するまでにプリチャージ電流Ｉpreが許可領域Ｅ内に侵入した場合に、プリチャージの再試行が許可される。
ＥＣＵ２５ａは、平滑コンデンサ１９をプリチャージする際に図４に示すプリチャージ完了判定処理を実行すると共に、これと並行してプリチャージ再試行の可否判定処理を実行する。可否判定処理の内容は第３実施形態で述べた図８のものと同一であり、そのステップＳ２３の許可判定値Ｉ0及びステップＳ２６の許可時間Ｔ0の設定が相違するだけのため、相違点を重点的に説明する。

プリチャージ中においてステップＳ２３でプリチャージ電流Ｉpreが許可判定値Ｉ0を超えているか否かを判定し、判定結果に応じてステップＳ２５でカウンタ処理を実行する。そして、許可時間Ｔ0の経過によりステップＳ２６でＹesの判定を下すと、ステップＳ２７でカウンタＮが判定回数Ｎ0未満であるか否かを判定する。
ステップＳ２７の判定がＹesのときには、ステップＳ２８でプリチャージの再試行を許可する。判定がＮoのときには、ステップＳ２９でプリチャージの再試行を禁止する。

以上のように本実施形態の電気自動車１の電源制御装置によれば、プリチャージが完了せずにタイムアウトした場合に、０Ａを中心として電流センサ２３の検出誤差を含むように設定された許可領域Ｅ内にプリチャージ電流Ｉpreが侵入したことを条件として、プリチャージの再試行を許可している。
プリチャージ電流Ｉpreが許可領域Ｅ内に侵入した場合、電流センサ２３の出力に含まれる検出誤差に関係なく、実際のプリチャージ電流Ｉpreは０Ａであると見なせる。プリチャージ中に流れるはずのプリチャージ電流Ｉpreが流れない事態はオープン故障以外あり得ず、プリチャージを再試行しても抵抗素子２１は発熱しない。そして、タイムアウトの要因が一過性の不具合の場合には、プリチャージの再試行により車両１を起動できるため、抵抗素子２１の周辺部材の溶損を防止した上で、車両１の走行不能を未然に回避することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、電気自動車１の電源制御装置に具体化したが、電源回路の平滑コンデンサをプリチャージするプリチャージ回路を備えた車両であれば、これに限るものではなく、例えば走行用動力源として電動モータ及びエンジンを搭載したハイブリッド車両に適用してもよい。

また上記実施形態では、プリチャージの再試行が許可されたときに、自動で再試行を実行したが（図４のステップＳ５）、手動でプリチャージの再試行を実行するようにしてもよい。

１電気自動車（電動車両）
２モータジェネレータ（電気負荷）
６組電池（電源）
８メイン回路
９プリチャージ回路
１８第２メインコンタクタ
１９平滑コンデンサ
２０プリチャージコンタクタ
２１抵抗素子
２２電圧センサ（電圧検出手段）
２３電流センサ（電流検出手段）
２５ＥＣＵ（プリチャージ完了判定手段、再試行許可手段）

Claims

電源と該電源により駆動される電気負荷とを接続し、前記電気負荷への入力電圧の変動を平滑化する平滑コンデンサを備えたメイン回路と、
前記メイン回路の前記電源と前記電気負荷との間に介装されたメインコンタクタと、
前記メインコンタクタに対して並列接続され、プリチャージコンタクタと抵抗素子とからなるプリチャージ回路と、
前記メインコンタクタ及び前記プリチャージコンタクタを共に接続した前記平滑コンデンサのプリチャージ中において、充電に伴って次第に増加する前記平滑コンデンサの電圧をコンデンサ電圧として検出する電圧検出手段と、
前記プリチャージ中において、前記平滑コンデンサの充電に伴って次第に低下する前記メイン回路を流れる電流をプリチャージ電流として検出する電流検出手段と、
前記プリチャージ中において、前記コンデンサ電圧に基づき前記プリチャージの完了を判定するプリチャージ完了判定手段と、
前記プリチャージ完了判定手段により前記プリチャージの完了判定が下されずにタイムアウトしたときに、０Ａを含む所定電流範囲と前記プリチャージ中の所定期間とにより予め規定された許可領域内に前記プリチャージ電流が侵入したことを条件として、前記プリチャージの再試行を許可する再試行許可手段と
を備えたことを特徴とする電動車両の電源制御装置。
前記許可領域は、前記プリチャージ回路の抵抗素子の定格容量もしくは、周辺部品の許容温度から制定される許容発熱量に基づく許容電流を上限としてプリチャージ期間全体に亘る領域として設定された
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の電源制御装置。
前記許可領域は、前記プリチャージが正常に完了したときの前記プリチャージ電流を上限としてプリチャージ期間全体に亘る領域として設定された
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の電源制御装置。
前記許可領域は、前記プリチャージが正常に完了したときに前記プリチャージ電流が辿る軌跡よりも低電流側の領域として設定された
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の電源制御装置。
前記許可領域は、０Ａを中心として発生し得る前記電流検出手段の検出誤差を含んだ領域として設定された
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の電源制御装置。
前記再試行許可手段により再試行を許可されたときに、前記プリチャージの再試行を自動または手動で実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の電源制御装置。
前記再試行許可手段により再試行を許可されなかったときに、前記プリチャージの再試行を禁止する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の電源制御装置。