JP6083391B2 - Electric vehicle power conversion device - Google Patents

Description

本発明は、バッテリの電力を変換して走行用のモータに供給する電力変換装置に関する。本明細書における「電動車両」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車、及び、燃料電池車を含む。   The present invention relates to a power conversion device that converts battery power and supplies it to a traveling motor. The “electric vehicle” in this specification includes a hybrid vehicle including both a motor and an engine, and a fuel cell vehicle.

電動車両は、バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用のモータに供給する電力変換装置を備える。電力変換装置は、インバータ回路を含む。モータの定格電圧がバッテリの出力電圧よりも高い場合には、電力変換装置はインバータ回路の入力側にコンバータ回路を備える。インバータ回路やコンバータ回路は、スイッチング素子の導通／非導通切換（ＯＮ／ＯＦＦ切換）により目標の電力を出力する。スイッチング素子の導通／非導通切換による電流の脈動を抑制するため、インバータ回路の入力端やコンバータ回路の出力端にコンデンサが接続されることがある。走行用のモータに供給する電力を蓄えるバッテリの出力電流が大きいため、コンデンサには大容量のものが選定される。電動車両は、車両が衝突した場合などに、その大容量のコンデンサに蓄えられた電力を速やかに放出する装置を備えることが好ましい。以下では、コンデンサを放電する装置を放電装置と称する。   The electric vehicle includes a power conversion device that converts DC power of a battery into AC power and supplies the AC power to a traveling motor. The power conversion device includes an inverter circuit. When the rated voltage of the motor is higher than the output voltage of the battery, the power converter includes a converter circuit on the input side of the inverter circuit. The inverter circuit and the converter circuit output target electric power by switching conduction / non-conduction (ON / OFF switching) of the switching element. In order to suppress current pulsation due to switching of conduction / non-conduction of the switching element, a capacitor may be connected to the input terminal of the inverter circuit or the output terminal of the converter circuit. Since the output current of the battery that stores the electric power supplied to the motor for traveling is large, a capacitor having a large capacity is selected. The electric vehicle is preferably provided with a device that quickly releases the electric power stored in the large-capacity capacitor when the vehicle collides. Hereinafter, a device that discharges a capacitor is referred to as a discharge device.

特許文献１、２には、インバータ回路と走行用のモータを使ってコンデンサを放電する技術が開示されている。その場合、インバータ回路とモータが放電装置に相当する。   Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for discharging a capacitor using an inverter circuit and a traveling motor. In that case, the inverter circuit and the motor correspond to the discharge device.

インバータ回路やモータを放電装置として用いる場合、それらのデバイスが正常に動作するかを確認できることも望ましい。放電動作は実施する頻度が低く、衝突時などで放電が実施される際の動作保証が必要とされるからである。特許文献１には、放電装置の動作確認についても開示がある。特許文献１の技術は、車両が停止している間に、所定のタイミングで放電装置の動作確認を実行するものである。また、特許文献１が開示する電力変換装置は、放電中にスイッチング素子（トランジスタ）に流れる電流をそのスイッチング素子が備えるセンスエミッタで計測する。特許文献１の電力変換装置は、センスエミッタで計測した電流の大きさに基づいてスイッチング素子の異常を検知する。   When using an inverter circuit or a motor as a discharge device, it is also desirable to be able to confirm whether these devices operate normally. This is because the discharge operation is performed less frequently and it is necessary to guarantee the operation when the discharge is performed in the event of a collision. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133867 also discloses operation confirmation of the discharge device. The technique of Patent Document 1 performs operation check of the discharge device at a predetermined timing while the vehicle is stopped. Moreover, the power converter device which patent document 1 discloses measures the electric current which flows into a switching element (transistor) during discharge with the sense emitter with which the switching element is provided. The power converter of Patent Document 1 detects an abnormality of the switching element based on the magnitude of the current measured by the sense emitter.

特開２０１２−２５３８３７号公報JP 2012-253837 A 特開２０１０−１７８５９５号公報JP 2010-178595 A

コンデンサの放電にインバータ回路を利用する場合、放電装置の動作確認（異常検知）には、インバータ回路のスイッチング素子の動作確認（異常検知）が含まれることが望ましい。スイッチング素子の状態は、所定の駆動信号（所定のゲート電圧）を加えたときに、そのゲート電圧に対応する既定の電流が流れるか否かで確認できる。例えば特許文献１に開示された技術では、インバータ回路の一つの相のブリッジ回路の２つのスイッチング素子について、一方のスイッチング素子を導通状態とし、他方のスイッチング素子の制御電圧を低下させつつ導通と非導通を切り換えることでコンデンサを放電する。同時にブリッジ回路に流れる電流を検知した場合に放電装置が正常に動作していると判定する。   When the inverter circuit is used for discharging the capacitor, it is desirable that the operation confirmation (abnormality detection) of the discharge device includes the operation confirmation (abnormality detection) of the switching element of the inverter circuit. The state of the switching element can be confirmed by whether or not a predetermined current corresponding to the gate voltage flows when a predetermined drive signal (predetermined gate voltage) is applied. For example, in the technique disclosed in Patent Document 1, with respect to two switching elements of a one-phase bridge circuit of an inverter circuit, one switching element is turned on, and the control voltage of the other switching element is lowered while conduction and non-switching are reduced. The capacitor is discharged by switching continuity. At the same time, when the current flowing through the bridge circuit is detected, it is determined that the discharge device is operating normally.

しかしながら、一つの相のブリッジ回路の２つのスイッチング素子を同時に導通させることは、インバータ回路の正常な使い方ではない。一つの相のブリッジ回路の２つのスイッチング素子を同時に導通させることは、インバータ回路の短絡に相当し、大きな電流が流れ得る。そうすると、発熱量が大きくなり、むしろスイッチング素子にダメージを与えかねない。   However, it is not a normal usage of the inverter circuit to simultaneously conduct the two switching elements of the bridge circuit of one phase. Conducting the two switching elements of the bridge circuit of one phase at the same time corresponds to a short circuit of the inverter circuit, and a large current can flow. If it does so, the emitted-heat amount will become large, and may cause damage to a switching element rather.

さらに、特許文献１の電力変換措置は、スイッチング素子（トランジスタ）のセンスエミッタにより計測された電流に基づいてスイッチング素子の異常を検知する。センスエミッタはシャント抵抗のバラツキなどにより電流の計測精度が高くないため、例えば異常のタイプの特定など、精密な異常検知は難しい。   Furthermore, the power conversion measure of Patent Document 1 detects an abnormality of the switching element based on the current measured by the sense emitter of the switching element (transistor). Since the sense emitter does not have high current measurement accuracy due to variations in shunt resistance, it is difficult to detect anomalies accurately, for example, by identifying the type of anomaly.

本明細書は上記の課題に鑑みて創作された。本明細書は、コンデンサの放電にインバータ回路とモータを用いる電力変換装置に関し、放電装置の動作を確認する際、スイッチング素子に加わる負荷を軽減するとともに、従来よりも精密にスイッチング素子の異常を検知する技術を提供する。   This specification was created in view of the above-described problems. This specification relates to a power conversion device that uses an inverter circuit and a motor for discharging a capacitor. When checking the operation of the discharge device, the load applied to the switching device is reduced and the abnormality of the switching device is detected more precisely than before. Provide technology to do.

なお、一般にインバータ回路は、２個のスイッチング素子の直列回路が複数セット並列に接続された構成を有し、２個のスイッチング素子の直列回路が上記のブリッジ回路に相当する。また、そのような直列回路の高電位側のスイッチング素子は「上アームのスイッチング素子」と呼ばれ、低電位側のスイッチング素子は「下アームのスイッチング素子」と呼ばれる。本明細書でも、そのような呼称を用いる。さらに、本明細書では、より単純に、「上アームスイッチング素子」、「下アームスイッチング素子」、「上下アームのスイッチング素子」などの呼称を用いる場合もある。   In general, an inverter circuit has a configuration in which a plurality of sets of series circuits of two switching elements are connected in parallel, and the series circuit of two switching elements corresponds to the bridge circuit. In addition, the switching element on the high potential side of such a series circuit is called “upper arm switching element”, and the switching element on the low potential side is called “lower arm switching element”. Such designations are also used in this specification. Furthermore, in this specification, names such as “upper arm switching element”, “lower arm switching element”, “upper and lower arm switching element” may be used more simply.

本明細書が対象とする電力変換装置は、バッテリの電圧を昇圧するコンバータ回路と、スイッチング素子の導通と非導通とを切り換えることによりコンバータ回路の出力電力を交流電力に変換して走行用のモータに供給するインバータ回路と、インバータ回路の入力端に並列に接続されているコンデンサと、バッテリとインバータ回路の間に接続されており、バッテリの出力電流を計測する電流センサと、コンバータ回路とインバータ回路を制御するコントローラを備える。電流センサは、コンバータ回路の出力を調整するために、コンバータ回路にもともと組み込まれている。   A power conversion device targeted by the present specification includes a converter circuit that boosts the voltage of a battery, and a motor for traveling by converting output power of the converter circuit into AC power by switching between conduction and non-conduction of a switching element. An inverter circuit to be supplied to the inverter, a capacitor connected in parallel to the input terminal of the inverter circuit, a current sensor connected between the battery and the inverter circuit, and measuring the output current of the battery, a converter circuit and an inverter circuit A controller for controlling The current sensor is originally incorporated in the converter circuit to adjust the output of the converter circuit.

コンデンサは、インバータ回路と走行用のモータを使って放電される。即ち、コンデンサを放電するときのインバータ回路と走行用モータが放電装置に相当する。本明細書が開示する技術は、バッテリの電圧がインバータ回路に入力される電圧よりも低いことと、昇圧回路に電流センサが組み込まれていることに着目する。   The capacitor is discharged using an inverter circuit and a traveling motor. That is, the inverter circuit and the traveling motor when discharging the capacitor correspond to the discharging device. The technology disclosed in this specification focuses on the fact that the voltage of the battery is lower than the voltage input to the inverter circuit and that a current sensor is incorporated in the booster circuit.

インバータ回路の入力端に接続されているコンデンサの電圧（両端電圧）は、走行中にはモータの定格電圧に相当する。コンデンサの電圧がモータの定格電圧相当のときにインバータ回路の一つの相の上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を同時に導通させるとスイッチング素子に大きな電流が流れてしまい、大きな負荷が加わり発熱する。いずれか一方のスイッチング素子を短周期で導通と非導通の切り換え動作を行えば、スイッチング素子に流れる実効電流は低くなる。しかし、短絡時に加わる負荷はできるだけ小さい方がよい。   The voltage (both ends voltage) of the capacitor connected to the input terminal of the inverter circuit corresponds to the rated voltage of the motor during traveling. If the upper arm switching element and the lower arm switching element of one phase of the inverter circuit are simultaneously turned on when the voltage of the capacitor is equivalent to the rated voltage of the motor, a large current flows through the switching element, and a large load is applied to generate heat. If one of the switching elements is switched between conducting and non-conducting in a short cycle, the effective current flowing through the switching element becomes low. However, the load applied during a short circuit should be as small as possible.

そこで、本明細書が開示する電力変換装置のコントローラは、バッテリとインバータ回路との電気的接続は保持しながらコンバータ回路を停止し、インバータの入力端に並列に接続されているコンデンサの電圧がバッテリの出力電圧と等しくなるまでコンデンサを放電する。コンデンサの放電は、インバータ回路のスイッチング素子に所定の駆動信号を供給してコンデンサの電力をモータに放出することによって達成する。   Therefore, the controller of the power conversion device disclosed in this specification stops the converter circuit while maintaining the electrical connection between the battery and the inverter circuit, and the voltage of the capacitor connected in parallel to the input terminal of the inverter The capacitor is discharged until it becomes equal to the output voltage of. The discharging of the capacitor is achieved by supplying a predetermined drive signal to the switching element of the inverter circuit and discharging the power of the capacitor to the motor.

コンデンサの電圧がバッテリの出力電圧まで低下したら、コントローラは、インバータ回路の特定のスイッチング素子を導通状態にしてインバータ回路を短絡させ、そのときに電流センサが計測した電流値に基づいて放電装置の異常を判定する。 When the capacitor voltage drops to the output voltage of the battery, the controller is to a particular switching element of the inverter circuit in a conductive state by shorting the inverter circuit, the discharge device on the basis of the current value the current sensor is measured at that time Judge abnormalities.

上記の電力変換装置では、スイッチング素子の動作確認の際、スイッチング素子に加えられる電圧はモータの定格電圧よりも低いバッテリ電圧である。従ってスイッチング素子の動作確認におけるスイッチング素子の負荷が軽減される。また、動作確認の際、スイッチング素子には、バッテリから安定した電流が流れ、その電流を、バッテリとインバータ回路の間に設けられた電流センサで計測する。動作確認のための電流が安定して供給され、さらにその電流をインバータ回路よりも上流に配置された電流センサで計測することによって、スイッチング素子に流れる電流を精密に計測することができる。それゆえ、特定の異常のタイプまで判定することが可能となる。なお、異常のタイプの判定の具体例は、発明の実施の形態の欄にて説明する。   In the above power conversion device, when the operation of the switching element is confirmed, the voltage applied to the switching element is a battery voltage lower than the rated voltage of the motor. Therefore, the load of the switching element in the operation check of the switching element is reduced. Further, when the operation is confirmed, a stable current flows from the battery to the switching element, and the current is measured by a current sensor provided between the battery and the inverter circuit. A current for confirming the operation is stably supplied, and the current flowing through the switching element can be accurately measured by measuring the current with a current sensor arranged upstream of the inverter circuit. Therefore, it is possible to determine a specific abnormality type. A specific example of determining the type of abnormality will be described in the section of the embodiment of the invention.

本明細書が開示する技術によれば、コンデンサの放電にインバータ回路とモータを用いる電力変換装置に関し、スイッチング素子の動作を確認する際、スイッチング素子に加わる負荷を軽減するとともに、スイッチング素子の異常検知を精密に行うことができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。   According to the technology disclosed in this specification, a power conversion device using an inverter circuit and a motor for discharging a capacitor is used to reduce a load applied to the switching element and to detect an abnormality of the switching element when confirming the operation of the switching element. Can be performed precisely. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

第１実施例の電動車両の駆動系のブロック図である。It is a block diagram of the drive system of the electric vehicle of 1st Example. トランジスタの動作確認処理のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the operation confirmation process of a transistor. 動作確認の処理の例を説明する図である（１）。It is a figure explaining the example of a process of operation confirmation (1). 動作確認の処理の例を説明する図である（２）。It is a figure explaining the example of a process of operation confirmation (2). 動作確認の処理の例を説明する図である（３）。It is a figure explaining the example of a process of operation confirmation (3). 動作確認の処理の例を説明する図である（４）。It is a figure explaining the example of a process of operation confirmation (4). 動作確認の処理の例を説明する図である（５）。It is a figure explaining the example of a process of operation confirmation (5). 動作確認の処理の例を説明する図である（６）。It is a figure explaining the example of a process of operation confirmation (6).

図面を参照して実施例の電動車両を説明する。実施例の電動車両は、走行用にモータとエンジンを備えるハイブリッド車である。図１に、ハイブリッド車１００の駆動系のブロック図を示す。   An electric vehicle according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The electric vehicle according to the embodiment is a hybrid vehicle including a motor and an engine for traveling. FIG. 1 shows a block diagram of a drive system of hybrid vehicle 100.

ハイブリッド車１００は、走行用駆動源として、エンジン２５とモータ２７を有する。エンジン２５の出力トルクとモータ２７の出力トルクは、動力分配機構２６で合成され、車軸２８を介して駆動輪（不図示）へ伝達される。ハイブリッド車１００は、また、エンジン２５でモータ２７を駆動し、モータ２７で発電する。さらに、ハイブリッド車１００は、制動時に車両の運動エネルギでモータ２７を回転させて発電する。発電の電力でメインバッテリ２が充電される。   The hybrid vehicle 100 includes an engine 25 and a motor 27 as a driving source for traveling. The output torque of the engine 25 and the output torque of the motor 27 are combined by the power distribution mechanism 26 and transmitted to drive wheels (not shown) via the axle 28. The hybrid vehicle 100 also drives the motor 27 with the engine 25 and generates electric power with the motor 27. Furthermore, the hybrid vehicle 100 generates electric power by rotating the motor 27 with the kinetic energy of the vehicle during braking. The main battery 2 is charged with the generated power.

メインバッテリ２からモータ２７への電力の流れについて説明する。メインバッテリ２は、システムメインリレー３を介して電力変換装置１０に接続されている。システムメインリレー３は、メインバッテリ２と電力変換装置１０の間の電気的接続を遮断するスイッチである。   The flow of power from the main battery 2 to the motor 27 will be described. The main battery 2 is connected to the power conversion device 10 via the system main relay 3. The system main relay 3 is a switch that cuts off the electrical connection between the main battery 2 and the power converter 10.

電力変換装置１０は、コンバータ回路１２、インバータ回路１３、２個の電圧センサ４、８、及び、平滑化コンデンサ８を有する。電力変換装置１０は、そのほか、コントローラ２０とバックアップ電源２３を備えるが、それらについては後述する。   The power conversion device 10 includes a converter circuit 12, an inverter circuit 13, two voltage sensors 4 and 8, and a smoothing capacitor 8. In addition, the power conversion device 10 includes a controller 20 and a backup power source 23, which will be described later.

メインバッテリ２の出力電力は、コンバータ回路１２に入力される。コンバータ回路１２は、フィルタコンデンサ５、リアクトル６、２個のトランジスタＱａ、Ｑｂで構成される。フィルタコンデンサ５は、コンバータ回路１２の入力端に並列に接続されている。平滑化コンデンサ８は、インバータ回路１３の入力端に並列に接続されている。２個のトランジスタＱａ、Ｑｂは、直列に接続され、コンバータ回路１２の出力端に並列に接続されている。リアクトル６は、一端がコンデンサ５の高電位側に接続しており、他端が２個のトランジスタＱａ、Ｑｂの直列回路の中点に接続されている。各トランジスタＱａ、Ｑｂには、ダイオードが逆並列に接続されている。また、トランジスタＱａ、Ｑｂは、典型的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。   The output power of the main battery 2 is input to the converter circuit 12. The converter circuit 12 includes a filter capacitor 5, a reactor 6, and two transistors Qa and Qb. The filter capacitor 5 is connected in parallel to the input terminal of the converter circuit 12. The smoothing capacitor 8 is connected in parallel to the input terminal of the inverter circuit 13. The two transistors Qa and Qb are connected in series and are connected in parallel to the output terminal of the converter circuit 12. Reactor 6 has one end connected to the high potential side of capacitor 5 and the other end connected to the midpoint of a series circuit of two transistors Qa and Qb. A diode is connected in antiparallel to each of the transistors Qa and Qb. Transistors Qa and Qb are typically IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).

コンバータ回路１２は、図中の左から右へ電流が流れるようにトランジスタＱａ、Ｑｂを制御するとメインバッテリ２の電圧を高める昇圧動作となり、図中の右から左へ電流が流れるようにトランジスタＱａ、Ｑｂを制御すると、モータ２７で得られた電力の電圧を下げる降圧動作となる。トランジスタＱａ、Ｑｂは、コントローラ２０からの駆動信号で導通と非導通が切り換えられる。駆動信号は、典型的には、トランジスタのゲートに加えるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。図１のコンバータ回路１２の回路構成と動作は良く知られているので詳しい説明は省略する。   When the transistors Qa and Qb are controlled so that current flows from left to right in the figure, the converter circuit 12 performs a boost operation to increase the voltage of the main battery 2, and the transistors Qa, Q, When Qb is controlled, a step-down operation is performed to lower the voltage of the electric power obtained by the motor 27. The transistors Qa and Qb are switched on and off by a drive signal from the controller 20. The drive signal is typically a PWM (Pulse Width Modulation) signal applied to the gate of the transistor. Since the circuit configuration and operation of the converter circuit 12 of FIG. 1 are well known, detailed description thereof will be omitted.

コンバータ回路１２は、さらに、リアクトル６を流れる電流を計測する電流センサ９を備えている。電流センサ９は、コンバータ回路１２の出力電流を一定に保つためのフィードバック用に備えられている。電流センサ９に基づいてコンバータ回路のフィードバック制御を行うため、電流センサ９として、一般に計測精度の高いものが用いられる。図１において電流センサ９からコントローラ２０へ向かっている矢印破線が、電流センサ９の信号線を表している。   The converter circuit 12 further includes a current sensor 9 that measures a current flowing through the reactor 6. The current sensor 9 is provided for feedback to keep the output current of the converter circuit 12 constant. Since feedback control of the converter circuit is performed based on the current sensor 9, a sensor with high measurement accuracy is generally used as the current sensor 9. In FIG. 1, a broken line from the current sensor 9 toward the controller 20 represents a signal line of the current sensor 9.

コンバータ回路１２の出力端（高電位側の出力端）は、インバータ回路１３の入力端（直流入力端）に接続されている。インバータ回路１３は、３相交流モータを駆動するＵＶＷの３相交流を出力するデバイスである。インバータ回路１３は、２個のトランジスタの直列回路が３セット並列に接続された構成を有する。各相の電流を生成する経路（トランジスタ）は「アーム」（アームトランジスタ）と呼ばれる。トランジスタＱ１とＱ４がＵ相のアームトランジスタに相当し、トランジスタＱ２とＱ５がＶ相のアームトランジスタに相当し、トランジスタＱ３とＱ６がＷ相のアームトランジスタに相当する。また、高電位側に位置するトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３は上アームトランジスタと呼ばれ、低電位側に位置するトランジスタＱ４、Ｑ５、Ｑ６は下アームトランジスタと呼ばれる。なお、各トランジスタには、ダイオードが逆並列に接続されている。   An output end (high potential side output end) of the converter circuit 12 is connected to an input end (DC input end) of the inverter circuit 13. The inverter circuit 13 is a device that outputs a UVW three-phase alternating current that drives a three-phase alternating current motor. The inverter circuit 13 has a configuration in which three sets of series circuits of two transistors are connected in parallel. A path (transistor) for generating a current of each phase is called an “arm” (arm transistor). Transistors Q1 and Q4 correspond to U-phase arm transistors, transistors Q2 and Q5 correspond to V-phase arm transistors, and transistors Q3 and Q6 correspond to W-phase arm transistors. The transistors Q1, Q2, and Q3 located on the high potential side are called upper arm transistors, and the transistors Q4, Q5, and Q6 located on the low potential side are called lower arm transistors. Note that a diode is connected in antiparallel to each transistor.

トランジスタＱ１とＱ４の直列回路の中点からＵ相の交流が出力され、トランジスタＱ２とＱ５の直列回路の中点からＶ相の交流が出力され、トランジスタＱ３とＱ６の直列回路の中点からＷ相の交流が出力される。各トランジスタは、コントローラ２０から供給される駆動信号により、導通と非導通が切り換えられ、所望の電力（電流）を出力する。換言すると、インバータ回路１３は、６個のトランジスタＱ１−Ｑ６の導通と非導通を切り換えることにより所望の電力（電流）を出力する。駆動信号は、典型的には、コンバータ回路１２と同じくゲートに加えるＰＷＭ信号である。また、トランジスタＱ１−Ｑ６は、典型的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。   U-phase AC is output from the midpoint of the series circuit of transistors Q1 and Q4, V-phase AC is output from the midpoint of the series circuit of transistors Q2 and Q5, and W is output from the midpoint of the series circuit of transistors Q3 and Q6. Phase alternating current is output. Each transistor is switched between conduction and non-conduction by a drive signal supplied from the controller 20, and outputs a desired power (current). In other words, the inverter circuit 13 outputs desired power (current) by switching between conduction and non-conduction of the six transistors Q1-Q6. The drive signal is typically a PWM signal applied to the gate as in the converter circuit 12. Transistors Q1-Q6 are typically IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).

なお、インバータ回路１３は、別の駆動信号を受けることにより、モータ２７が発電した交流電力を直流電力に変換することもできる。   The inverter circuit 13 can also convert AC power generated by the motor 27 into DC power by receiving another drive signal.

インバータ回路１３において６個のトランジスタＱ１−Ｑ６で構成される回路の直流入力端には、平滑化コンデンサ８が並列に接続されている。平滑化コンデンサ８は、インバータ回路１３に入力される電流を平滑化するために備えられている。電力変換装置１０は、コンバータ回路１２によって、メインバッテリ２の出力電圧をモータの定格電圧まで高め、昇圧された電力をインバータ回路１３で交流電力に変換してモータ２７へ供給する。また、コンバータ回路１２とインバータ回路１３には大電流が流れるため、平滑化コンデンサ８は大容量である。コンバータ回路１２のフィルタコンデンサ５も同様に大容量である。コンデンサ５と８は高電圧で大容量であるため、車両が衝突した際には速やかに放電することが望ましい。コンデンサの放電については後に説明する。   In the inverter circuit 13, a smoothing capacitor 8 is connected in parallel to a DC input terminal of a circuit constituted by six transistors Q1-Q6. The smoothing capacitor 8 is provided to smooth the current input to the inverter circuit 13. The power converter 10 increases the output voltage of the main battery 2 to the rated voltage of the motor by the converter circuit 12, converts the boosted power into AC power by the inverter circuit 13, and supplies the AC power to the motor 27. Further, since a large current flows through the converter circuit 12 and the inverter circuit 13, the smoothing capacitor 8 has a large capacity. Similarly, the filter capacitor 5 of the converter circuit 12 has a large capacity. Since the capacitors 5 and 8 have a high voltage and a large capacity, it is desirable to discharge quickly when the vehicle collides. The discharge of the capacitor will be described later.

電力変換装置１０には、コンデンサ８の両端電圧（即ち、インバータ回路１３の入力電圧）を計測する電圧センサ７が備えられている。電圧センサ７が計測するインバータ回路１３の入力電圧を、以下ではインバータ入力電圧ＶＨと称する。インバータ入力電圧ＶＨは、コンデンサ８の電圧（両端電圧）と等価である。   The power converter 10 includes a voltage sensor 7 that measures the voltage across the capacitor 8 (that is, the input voltage of the inverter circuit 13). Hereinafter, the input voltage of the inverter circuit 13 measured by the voltage sensor 7 is referred to as an inverter input voltage VH. The inverter input voltage VH is equivalent to the voltage (both ends voltage) of the capacitor 8.

コントローラ２０とバックアップ電源２３について説明する。コントローラ２０は、コンバータ回路１２とインバータ回路１３を制御する。具体的には、コントローラ２０は、各トランジスタＱａ、Ｑｂ、Ｑ１−Ｑ６の導通と非導通を切り換える適宜の駆動信号を生成し、コンバータ回路１２とインバータ回路１３に供給する。通常は、コントローラ２０は、アクセル開度に応じた目標トルクをモータ２７が出力するように、各トランジスタを制御する。コントローラ２０は、また、インバータ回路１３を制御し、コンデンサ８を放電する。   The controller 20 and the backup power source 23 will be described. The controller 20 controls the converter circuit 12 and the inverter circuit 13. Specifically, the controller 20 generates an appropriate drive signal that switches between conduction and non-conduction of the transistors Qa, Qb, and Q1-Q6, and supplies the drive signal to the converter circuit 12 and the inverter circuit 13. Normally, the controller 20 controls each transistor so that the motor 27 outputs a target torque corresponding to the accelerator opening. The controller 20 also controls the inverter circuit 13 to discharge the capacitor 8.

ハイブリッド車１００は、メインバッテリ２より低電圧出力のサブバッテリ２１を備えており、コントローラ２０はサブバッテリ２１から電力の供給を受ける。サブバッテリ２１とコントローラ２０の間には、サブバッテリ２１が利用できなくなったときに一時的にコントローラ２０に電力を供給するバックアップ電源２３が接続されている。例えば車両が衝突してサブバッテリが損傷して使えなくなったとき、コントローラ２０は、バックアップ電源２３から電力の供給を受けて、後述する放電処理を実行する。バックアップ電源２３は、例えばキャパシタである。なお、ダイオード２２は、バックアップ電源２３からサブバッテリ２１への電流逆流防止のために備えられている。また、サブバッテリ２１、バックアップ電源２３、及び、コントローラ２０は、車両のボデーを共通のグランドとしているので、図１でも上記デバイスの負極の電力線はグランドに接続するように描いてある。   The hybrid vehicle 100 includes a sub-battery 21 having a lower voltage output than the main battery 2, and the controller 20 is supplied with electric power from the sub-battery 21. A backup power supply 23 that temporarily supplies power to the controller 20 when the sub battery 21 becomes unavailable is connected between the sub battery 21 and the controller 20. For example, when the sub-battery is damaged due to a vehicle collision and cannot be used, the controller 20 receives power from the backup power source 23 and executes a discharge process described later. The backup power source 23 is a capacitor, for example. The diode 22 is provided for preventing current backflow from the backup power source 23 to the sub-battery 21. Further, since the sub-battery 21, the backup power source 23, and the controller 20 have the vehicle body as a common ground, the negative power line of the device is drawn to be connected to the ground in FIG.

電力変換装置１０は、コンデンサ８に蓄積された電力を速やかに放電する機能を有する。電力変換装置１０によるコンデンサの放電処理を概説する。電力変換装置１０のコントローラ２０は、エアバックシステム２４から車両が衝突したことを示す信号を受信すると、インバータ回路１３に特定の駆動信号を出力し、コンデンサ８に蓄えられた電力をモータ２７に放出する。その特定の駆動信号とは、モータ２７が連続回転することのないように調整された駆動信号である。これは、衝突後に突然にモータ２７が回転してしまうことを防止するためである。なお、エアバックシステム２４は、加速度センサを備えており、その加速センサが既定の閾値加速度を超える加速度を検知したときに、衝突したことを示す信号を出力する。   The power converter 10 has a function of quickly discharging the power stored in the capacitor 8. An outline of capacitor discharge processing by the power converter 10 will be described. When the controller 20 of the power conversion device 10 receives a signal indicating that the vehicle has collided from the airbag system 24, it outputs a specific drive signal to the inverter circuit 13 and releases the electric power stored in the capacitor 8 to the motor 27. To do. The specific drive signal is a drive signal adjusted so that the motor 27 does not continuously rotate. This is to prevent the motor 27 from suddenly rotating after the collision. The airbag system 24 includes an acceleration sensor, and outputs a signal indicating that the vehicle has collided when the acceleration sensor detects acceleration exceeding a predetermined threshold acceleration.

モータ２７は、位相が相互に１２０度シフトした３相交流電流が供給されると回転する。従って、モータ２７に供給する電流が１２０度シフトした３相交流電流以外の場合にはモータ２７は回転しない。コントローラ２０は、例えば、モータにトルクを与えない位相に電流を流すように調整された駆動信号をインバータ回路１３に供給する。インバータ回路１３の各トランジスタＱ１−Ｑ６は、供給された駆動信号に基づいて導通を非導通を切り換える。導通したトランジスタを通じてコンデンサ８に蓄えられた電力がモータ２７に放出される。ただし、前述したように、モータ２７は、この場合、電力が供給されても回転はしない。コンデンサ８の電力は、トランジスタＱ１−Ｑ６のスイッチング損失とモータ損失により放電（消費）される。   The motor 27 rotates when a three-phase alternating current whose phases are shifted by 120 degrees is supplied. Therefore, the motor 27 does not rotate when the current supplied to the motor 27 is other than a three-phase alternating current shifted by 120 degrees. For example, the controller 20 supplies the inverter circuit 13 with a drive signal adjusted so that a current flows in a phase that does not give torque to the motor. The transistors Q1-Q6 of the inverter circuit 13 switch between conduction and non-conduction based on the supplied drive signal. The electric power stored in the capacitor 8 is discharged to the motor 27 through the conductive transistor. However, as described above, the motor 27 does not rotate even if power is supplied in this case. The electric power of the capacitor 8 is discharged (consumed) by the switching loss and motor loss of the transistors Q1-Q6.

インバータ回路１３とモータ２７によるコンデンサ８の急速放電は、車両が衝突したときなどには確実に動作することが要求される。それゆえ、通常時において、コントローラ２０は、定期的に、通常時の動作の途中でトランジスタＱ１−Ｑ６が異常を生じていないか、放電装置の動作確認を行う。   The rapid discharge of the capacitor 8 by the inverter circuit 13 and the motor 27 is required to operate reliably when the vehicle collides. Therefore, at the normal time, the controller 20 periodically checks the operation of the discharge device to determine whether the transistors Q1-Q6 are abnormal during the normal operation.

放電装置の動作確認処理を、図２のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、動作確認前のコンデンサ８の電圧（インバータ入力電圧ＶＨ）は、モータ２７の定格電圧にほぼ等しい場合もある。   The operation confirmation process of the discharge device will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. Note that the voltage of the capacitor 8 (inverter input voltage VH) before operation confirmation may be substantially equal to the rated voltage of the motor 27.

コントローラ２０は、放電装置の動作確認を実施する信号を受信すると図２の処理（動作確認処理）を開始する。コントローラ２０は、まず、コンバータ回路を停止する（Ｓ２）。これは、メインバッテリ２からモータ定格電圧の電力供給を止めるためである。ただし、図１のブロック図から理解されるように、メインバッテリ２とコンバータ回路１２との電気的接続は保持されている。具体的には、トランジスタＱａに逆並列に接続されているダイオードを通じて、メインバッテリ２の出力電流は、コンデンサ８に流れ得る。なお、メインバッテリ２からコンデンサ８へ電流が流れるのは、コンデンサ８の電圧がメインバッテリ２の出力電圧まで低下したときである。次に、コントローラ２０は、放電用の駆動信号（ＰＷＭ信号）をインバータ回路１３のトランジスタＱ１−Ｑ６に供給する（Ｓ３）。放電用の駆動信号とは、前述したように、モータ２７を連続回転させないように調整されたＰＷＭ信号である。そうすると、前述したように、コンデンサ８の電力がインバータ回路１３を通じてモータ２７に放出される。コントローラ２０は、コンデンサ８の電圧がバッテリ電圧ＶＬに低下するまで、モータ２７による放電を続ける（Ｓ４：ＮＯ）。   When the controller 20 receives a signal for confirming the operation of the discharge device, the controller 20 starts the process of FIG. 2 (operation confirmation process). First, the controller 20 stops the converter circuit (S2). This is to stop the power supply of the motor rated voltage from the main battery 2. However, as understood from the block diagram of FIG. 1, the electrical connection between the main battery 2 and the converter circuit 12 is maintained. Specifically, the output current of the main battery 2 can flow to the capacitor 8 through a diode connected in antiparallel with the transistor Qa. The current flows from the main battery 2 to the capacitor 8 when the voltage of the capacitor 8 drops to the output voltage of the main battery 2. Next, the controller 20 supplies a driving signal (PWM signal) for discharging to the transistors Q1-Q6 of the inverter circuit 13 (S3). As described above, the discharging drive signal is a PWM signal adjusted so as not to continuously rotate the motor 27. Then, as described above, the electric power of the capacitor 8 is discharged to the motor 27 through the inverter circuit 13. The controller 20 continues discharging by the motor 27 until the voltage of the capacitor 8 decreases to the battery voltage VL (S4: NO).

コンデンサ８の電圧がバッテリ電圧ＶＬと同じレベルまで低下したら、コントローラ２０は、放電用の駆動信号を停止し、Ｕ相の上アームトランジスタＱ１と下アームトランジスタＱ４をＯＮ（導通状態）とし、他のトランジスタはＯＦＦ（非導通状態）とする駆動信号を出力する（Ｓ５）。そうすると、図１の回路図から明らかなとおり、インバータ回路１３はＵ相で短絡し、Ｕ相の上アームトランジスタＱ１と下アームトランジスタＱ４にメインバッテリ２の電流が直接に流れる。コントローラ２０は、このとき電流センサ９が計測したデータを取得する（Ｓ６）。そして、取得した電流のデータに基づいてトランジスタＱ１あるいはＱ４が異常でないか否かを確認する（Ｓ７）。確認の具体的方法は後に説明する。コントローラ２０は、異常を検知したら（Ｓ７：ＹＥＳ）、放電装置に異常が発生していることを示す信号を出力する（Ｓ８）。   When the voltage of the capacitor 8 decreases to the same level as the battery voltage VL, the controller 20 stops the discharge drive signal, turns on the U-phase upper arm transistor Q1 and the lower arm transistor Q4 (conduction state), The transistor outputs a drive signal for turning off (non-conducting state) (S5). Then, as is apparent from the circuit diagram of FIG. 1, the inverter circuit 13 is short-circuited in the U phase, and the current of the main battery 2 flows directly to the upper arm transistor Q1 and the lower arm transistor Q4 of the U phase. The controller 20 acquires data measured by the current sensor 9 at this time (S6). Then, based on the acquired current data, it is confirmed whether or not the transistor Q1 or Q4 is abnormal (S7). A specific method of confirmation will be described later. When detecting an abnormality (S7: YES), the controller 20 outputs a signal indicating that an abnormality has occurred in the discharge device (S8).

なお、図２には図示していないが、コントローラ２０は、Ｕ相のトランジスタＱ１とＱ４の動作確認が終了したら、Ｖ相のトランジスタＱ２とＱ５の直列回路について同様の動作確認を行う。即ち、Ｕ相のトランジスタＱ２とＱ５を短絡し、他のトランジスタはＯＦＦ状態として、ステップＳ５からＳ７（Ｓ７がＮＯの場合はＳ８も含む）までの処理を実行する。いずれかのトランジスタで電流値が一致しなかったらステップＳ８が実行される。いずれのトランジスタでも異常が検知されなかった場合、コントローラ２０は、ステップＳ８をスキップし、ステップＳ９に処理を移す。   Although not shown in FIG. 2, the controller 20 performs the same operation check on the series circuit of the V-phase transistors Q2 and Q5 when the operation check of the U-phase transistors Q1 and Q4 is completed. That is, the U-phase transistors Q2 and Q5 are short-circuited, the other transistors are turned off, and the processing from step S5 to S7 (including S8 when S7 is NO) is executed. If the current value does not match in any of the transistors, step S8 is executed. If no abnormality is detected in any of the transistors, the controller 20 skips step S8 and moves the process to step S9.

放電装置の異常を示す信号は、インパネ（ドライバへの情報表示装置）を制御するコントローラと、車両の状態を記録するダイアグ記憶装置に送られる。インパネを制御するコントローラは、トランジスタの異常を示す信号を受信すると、その異常を表すランプを点灯させる。ダイアグ記憶装置は、車両のメンテナンスのために、車両に生じた異常を検知するとその異常を示すメッセージを不揮発性メモリに記憶するデバイスである。ダイアグ記憶装置は、トランジスタの異常を示す信号を受信すると、その信号に対応したメッセージを不揮発性メモリに記憶する。   A signal indicating an abnormality of the discharge device is sent to a controller that controls an instrument panel (information display device to the driver) and a diagnostic storage device that records the state of the vehicle. When the controller that controls the instrument panel receives a signal indicating an abnormality of the transistor, it turns on a lamp that indicates the abnormality. The diagnosis storage device is a device that stores a message indicating an abnormality in a nonvolatile memory when an abnormality occurring in the vehicle is detected for vehicle maintenance. When the diagnosis storage device receives a signal indicating an abnormality of the transistor, the diagnosis storage device stores a message corresponding to the signal in the nonvolatile memory.

ステップＳ９では、コントローラ２０は、システムメインリレー３を開放し、メインバッテリ２と電力変換装置１０との電気的接続を遮断する。そしてコントローラ２０は、再び放電用の駆動信号をインバータ回路１３へ出力する（Ｓ１０）。ここでは、コンデンサ８とメインバッテリ２は遮断されているので、コンデンサ８の残存電力は全てモータ２７へ放出される。また、ステップＳ１０の処理により、コンデンサ８と並列に接続されているコンデンサ５も放電される。   In step S <b> 9, the controller 20 opens the system main relay 3 and cuts off the electrical connection between the main battery 2 and the power conversion device 10. Then, the controller 20 again outputs a drive signal for discharge to the inverter circuit 13 (S10). Here, since the capacitor 8 and the main battery 2 are cut off, all the remaining power of the capacitor 8 is discharged to the motor 27. Further, the capacitor 5 connected in parallel with the capacitor 8 is also discharged by the process of step S10.

図２の処理では、放電の途中でインバータ回路１３のトランジスタの動作確認を行う。動作確認の際、各トランジスタには、バッテリ電圧ＶＬが印加される。バッテリ電圧ＶＬは、モータの定格電圧（インバータ入力電圧ＶＨ）よりも低い。従って動作確認の際にトランジスタに加わる負荷は、モータ定格電圧が加わる場合と比較して小さい。また、通常時の動作の途中でインバータ回路１３の各トランジスタの状態が確認できるので、トランジスタに異常があれば、運転者に対してその旨を通知することができる。   In the process of FIG. 2, the operation of the transistor of the inverter circuit 13 is confirmed during the discharge. When the operation is confirmed, the battery voltage VL is applied to each transistor. Battery voltage VL is lower than the rated voltage of the motor (inverter input voltage VH). Therefore, the load applied to the transistor when confirming the operation is small compared to the case where the motor rated voltage is applied. Moreover, since the state of each transistor of the inverter circuit 13 can be confirmed during the normal operation, if there is an abnormality in the transistor, the driver can be notified of this.

上記の処理では、コントローラ２０は、コンデンサ電圧がバッテリ電圧ＶＬに等しくなったところでトランジスタの動作を確認する。確認の際、トランジスタにはメインバッテリ２から安定した電流が供給されるので、電流値による確認が容易に、また正確に行える。   In the above processing, the controller 20 confirms the operation of the transistor when the capacitor voltage becomes equal to the battery voltage VL. At the time of confirmation, since a stable current is supplied from the main battery 2 to the transistor, confirmation by the current value can be performed easily and accurately.

トランジスタＱ１−Ｑ６に加わる負荷をさらに下げる方法として、コントローラ２０は、短絡させる上アームトランジスタと下アームトランジスタのいずれか一方は所定の周期で導通と非導通を切り換えるように駆動することも好適である。そうすると、その上下アームのトランジスタに加わる実効電流をさらに低くすることができる。即ち、トランジスタに加わる負荷をさらに下げることができる。なお、コントローラ２０は、上下アームのトランジスタの他方には、連続的に導通状態となる駆動信号を供給する。   As a method for further reducing the load applied to the transistors Q1-Q6, the controller 20 is also preferably driven so that one of the upper arm transistor and the lower arm transistor to be short-circuited is switched between conduction and non-conduction in a predetermined cycle. . Then, the effective current applied to the transistors of the upper and lower arms can be further reduced. That is, the load applied to the transistor can be further reduced. The controller 20 supplies a drive signal that is continuously turned on to the other transistor of the upper and lower arms.

図３から図８を参照して、ステップＳ７における動作確認処理の具体例をいくつか説明する。図３は、動作確認処理の一例を説明する図である。図３（Ａ）は、特定の相（例えばＵ相）の上アームのスイッチング素子の状態（導通状態あるいは非導通状態）を示しており、図３（Ｂ）は、特定の相（例えばＵ相）の下アームのスイッチング素子の状態を示しており、図３（Ｃ）は、電流センサによって計測された電流波形を示している。即ち、図３（Ｃ）は、リアクトル６に流れる信号を表している。また、図３（Ａ）と（Ｂ）において、「導通」と「非導通」の間のレベルは、流れる電流の大きさを表す。「導通」のレベルは、導通を指示する駆動信号に従ってトランジスタが正常に導通したときのレベルに相当する。なお、図４−図８でも、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図３のケースと同じ種類の信号を示している。また、（Ａ）と（Ｂ）には、上アーム（下アーム）のトランジスタに加える駆動信号を破線で示してある。ただし、図３の場合は、上下アームのトランジスタが駆動信号に従って正常に動作しているので、破線と実線が重なっており、破線は見えない。つまり、図３（Ａ）と（Ｂ）のグラフは、コントローラ２０が与える駆動信号（ＰＷＭ信号）の波形でもある。図４−図８のケースでも、同じ波形の駆動信号がトランジスタに与えられる。ただし、図４−図８のケースでは、上下アームのトランジスタのいずれか一方が異常を生じており、駆動信号（破線）と実際のトランジスタの動作（実線）がグラフの一部で相違する。   With reference to FIG. 3 to FIG. 8, some specific examples of the operation confirmation processing in step S7 will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the operation check process. FIG. 3A shows a state (conductive state or non-conductive state) of a switching element of an upper arm of a specific phase (for example, U phase), and FIG. 3B shows a specific phase (for example, U phase). ) Shows the state of the switching element of the lower arm, and FIG. 3C shows the current waveform measured by the current sensor. That is, FIG. 3C shows a signal flowing through the reactor 6. 3A and 3B, the level between “conductive” and “non-conductive” represents the magnitude of the flowing current. The level of “conduction” corresponds to the level when the transistor is normally conducted according to the drive signal instructing conduction. 4 to 8, (A), (B), and (C) show the same type of signals as in the case of FIG. Further, in (A) and (B), a drive signal applied to the transistor of the upper arm (lower arm) is indicated by a broken line. However, in the case of FIG. 3, since the transistors of the upper and lower arms operate normally according to the drive signal, the broken line and the solid line overlap, and the broken line is not visible. That is, the graphs of FIGS. 3A and 3B are also the waveforms of the drive signals (PWM signals) given by the controller 20. 4 to 8, the drive signal having the same waveform is applied to the transistor. However, in the case of FIG. 4 to FIG. 8, one of the upper and lower arm transistors is abnormal, and the drive signal (broken line) and the actual transistor operation (solid line) are different in part of the graph.

コントローラは、特定の相の上アームスイッチング素子に一定周期のパルス信号を供給し、下アームスイッチング素子に連続的にＯＮ状態が続く信号を供給する（他の相のトランジスタには連続的にＯＦＦ状態となる信号を供給する）。上下アームの駆動信号が共にＯＮのときに、上下アームのスイッチング素子がともに導通状態となる。この期間、電流センサが計測する電流値は上昇を続ける。電流がステップ状に変化しないのは、リアクトル６のインダクタンスのためである。上アームスイッチング素子がＯＦＦの状態、即ち、非導通状態となると、スイッチング素子には電流は流れない。但し、リアクトル６のインダクタンスの効果により、電流センサが計測する電流値は徐々に低下する。このように電流波形は三角波となる。図３（Ｃ）に示す「正常範囲」は、図３（Ａ）、（Ｂ）の駆動信号が供給されたときに流れるべき電流のピーク値の範囲である。電流センサが計測した電流のピーク値がこの範囲にあるとき、上下アームのスイッチング素子が正常に動作していることが確認できる。即ち、図３は、上下アームのスイッチング素子がともに正常である場合の例である。   The controller supplies a pulse signal of a certain period to the upper arm switching element of a specific phase, and supplies a signal that continues the ON state to the lower arm switching element (the other phase transistors are continuously OFF state) To supply a signal). When the drive signals for the upper and lower arms are both ON, the switching elements for the upper and lower arms are both conductive. During this period, the current value measured by the current sensor continues to rise. The current does not change stepwise because of the inductance of the reactor 6. When the upper arm switching element is in an OFF state, that is, a non-conducting state, no current flows through the switching element. However, the current value measured by the current sensor gradually decreases due to the effect of the inductance of the reactor 6. Thus, the current waveform is a triangular wave. The “normal range” shown in FIG. 3C is the range of the peak value of the current that should flow when the drive signals in FIGS. 3A and 3B are supplied. When the peak value of the current measured by the current sensor is within this range, it can be confirmed that the switching elements of the upper and lower arms are operating normally. That is, FIG. 3 is an example in which the switching elements of the upper and lower arms are both normal.

図４の例は、一定周期でＯＮとＯＦＦが切り換わる駆動信号に対して上アームのスイッチング素子が連続的な導通状態となっている例である。この場合、上アームのスイッチング素子は、短絡したまま動かなくなっている異常（短絡異常）を生じている。すると、上下アームのスイッチング素子がともに連続的な導通状態となり、電流は正常範囲を超えて上昇する。コントローラ２０は、図４（Ｃ）の波形を検知すると、短絡異常を示す信号を出力する。短絡異常を示す信号を受信したダイアグ記憶装置は、短絡異常を示すメッセージを不揮発性メモリに記憶する。なお、図４（Ａ）の破線は、図３（Ａ）の実線の波形、即ち、上アームのスイッチング素子が短絡せずに正常に動作した場合の波形を示している。   The example of FIG. 4 is an example in which the switching element of the upper arm is in a continuous conduction state with respect to a drive signal that switches between ON and OFF at a constant cycle. In this case, the switching element of the upper arm has an abnormality (short circuit abnormality) in which it does not move while being short-circuited. Then, both the switching elements of the upper and lower arms are in a continuous conduction state, and the current rises beyond the normal range. When the controller 20 detects the waveform in FIG. 4C, it outputs a signal indicating a short circuit abnormality. The diagnostic storage device that has received the signal indicating the short circuit abnormality stores a message indicating the short circuit abnormality in the nonvolatile memory. The broken line in FIG. 4A shows the waveform of the solid line in FIG. 3A, that is, the waveform when the switching element of the upper arm operates normally without short-circuiting.

図５の例は、連続的にＯＮ状態が続く駆動信号に対して、下アームのスイッチング素子は非導通状態のままである。この場合、下アームのスイッチング素子は、非導通状態のまま動かなくなっている異常（開放異常）を生じている。すると、上アームがどのように切り変わっても電流は流れない（図５（Ｃ））。コントローラ２０は、図５（Ｃ）の波形を検知すると、開放異常を示す信号を出力する。開放異常を示す信号を受信したダイアグ記憶装置は、開放異常を示すメッセージを不揮発性メモリに記憶する。   In the example of FIG. 5, the switching element of the lower arm remains in a non-conductive state with respect to the drive signal that continues to be in the ON state. In this case, the switching element of the lower arm has an abnormality (opening abnormality) in which it does not move in a non-conductive state. Then, no current flows no matter how the upper arm is switched (FIG. 5C). When detecting the waveform of FIG. 5C, the controller 20 outputs a signal indicating an open abnormality. The diagnosis storage device that has received the signal indicating the opening abnormality stores a message indicating the opening abnormality in the nonvolatile memory.

図６の例は、所定のレベルでＯＮとＯＦＦを繰り返す上アームスイッチング素子への駆動信号に対して実際の上アームのスイッチング素子が、駆動信号に相当する電流の約半分しか流さないケースである。この場合、上アームのスイッチング素子は、導通状態のレベルの異常（レベル異常）を生じている。すると、検知される電流波形は、図６（Ｃ）に示すように、図３（Ｃ）と同様に三角波形になっているが、そのピーク値が正常範囲を下回っている。コントローラ２０は、図６（Ｃ）の波形を検知すると、レベル異常を示す信号を出力する。   The example in FIG. 6 is a case where the actual switching element of the upper arm passes only about half of the current corresponding to the driving signal with respect to the driving signal to the upper arm switching element that repeats ON and OFF at a predetermined level. . In this case, the switching element of the upper arm has a level abnormality in the conductive state (level abnormality). Then, as shown in FIG. 6C, the detected current waveform is a triangular waveform as in FIG. 3C, but the peak value is below the normal range. When detecting the waveform of FIG. 6C, the controller 20 outputs a signal indicating a level abnormality.

図７の例は、下アームのスイッチング素子がレベル異常を生じているケースである。図７（Ｃ）の波形は、図６（Ｃ）の波形と同じである。コントローラ２０は、図７（Ｃ）の波形を検知した場合もレベル異常を示す信号を出力する。   The example of FIG. 7 is a case where the switching element of the lower arm has a level abnormality. The waveform in FIG. 7C is the same as the waveform in FIG. The controller 20 also outputs a signal indicating level abnormality even when the waveform of FIG. 7C is detected.

図８は、別の相（Ｗ相）のトランジスタＱ３、Ｑ６の動作確認の結果である。図８のケースでは、上アームのスイッチング素子のレベルが駆動信号に対応するレベルよりも低くなっている。ただし、図８（Ｃ）に示すように、検知した電流のピーク値は正常範囲である。図３に戻るが、図３は、Ｕ相のスイッチング素子に対する動作確認の結果である。図３（Ｃ）の記号Ｉｕは、Ｕ相を短絡させたときに流れる電流の大きさを示している。図８（Ｃ）の記号Ｉｗは、Ｗ相を短絡させたときに流れる電流の大きさを示している。ＩｕとＩｗの差は、アーム間のばらつきを示している。コントローラ２０は、ＩｕとＩｗの差（差の絶対値）が予め定められたばらつき範囲よりも大きければ、ばらつき異常を示す信号を出力する。ばらつき異常を示す信号を受信したダイアグ記憶装置は、ばらつき異常を示すメッセージを不揮発性メモリに記憶する。   FIG. 8 shows the result of the operation confirmation of the transistors Q3 and Q6 of the other phase (W phase). In the case of FIG. 8, the level of the switching element of the upper arm is lower than the level corresponding to the drive signal. However, as shown in FIG. 8C, the detected peak value of the current is in the normal range. Returning to FIG. 3, FIG. 3 shows the result of the operation check for the U-phase switching element. The symbol Iu in FIG. 3C indicates the magnitude of current that flows when the U phase is short-circuited. The symbol Iw in FIG. 8C indicates the magnitude of the current that flows when the W phase is short-circuited. The difference between Iu and Iw indicates the variation between the arms. If the difference between Iu and Iw (absolute value of the difference) is larger than a predetermined variation range, the controller 20 outputs a signal indicating variation abnormality. The diagnostic storage device that has received the signal indicating the variation abnormality stores a message indicating the variation abnormality in the nonvolatile memory.

ダイアグ記憶装置に記憶されたデータは、車両のメンテナンスの際に活用される。   The data stored in the diagnostic storage device is utilized during vehicle maintenance.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。まず、動作確認のいくつかのタイプを説明する。動作確認（異常検知）の一態様は次の通りである。電力変換装置のコントローラは、インバータ回路の同一相の上アームと下アームのスイッチング素子を共に導通状態にするとともに他の相のスイッチング素子を非導通状態にしてそのときに電流センサによって計測された電流が予め定められた電流値と異なる場合にスイッチング素子の異常を示す信号を出力する。バッテリの出力電流は予めわかっているので、インバータ回路の一つの相をバッテリと短絡したときにスイッチング素子に流れる電流も既知である。コントローラは、計測された電流がその既知の値と相違するとき、スイッチング素子に異常が発生している判断する。   Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. First, several types of operation confirmation will be described. One aspect of the operation confirmation (abnormality detection) is as follows. The controller of the power conversion device makes the switching elements of the upper and lower arms of the same phase of the inverter circuit both conductive and makes the switching elements of the other phases non-conductive and the current measured by the current sensor at that time. Is different from a predetermined current value, a signal indicating an abnormality of the switching element is output. Since the output current of the battery is known in advance, the current that flows through the switching element when one phase of the inverter circuit is short-circuited with the battery is also known. The controller determines that an abnormality has occurred in the switching element when the measured current is different from the known value.

動作確認の別の態様は次の通りである。コントローラは、同一相の上アームと下アームの一方のスイッチング素子を連続的な導通状態とし、他方のスイッチング素子に所定の周期で導通と非導通を繰り返させ、そのときに電流センサによって計測された電流の波形が予め定められた波形と異なる場合にスイッチング素子の異常を示す信号を出力する。なお、この場合は、インバータ入力電圧ＶＨをバッテリ電圧ＶＬまで下げる必要がある。   Another aspect of the operation check is as follows. The controller causes one switching element of the upper arm and the lower arm in the same phase to be in a continuous conduction state, and causes the other switching element to repeat conduction and non-conduction at a predetermined cycle, and at that time, measured by a current sensor When the current waveform is different from a predetermined waveform, a signal indicating an abnormality of the switching element is output. In this case, it is necessary to lower the inverter input voltage VH to the battery voltage VL.

動作確認の更に別の態様は次の通りである。コントローラは、コンデンサの電圧がバッテリの出力電圧と同じレベルまで低下したら、インバータ回路の第１の相の上アームと下アームのスイッチング素子を共に導通状態にするとともに他の相のスイッチング素子を非導通状態とし、その状態で電流センサの値を読み取る。このとき計測された電流値を第１相電流と称する。コントローラは、次に、第１の相と異なる第２の相の上アームと下アームのスイッチング素子を共に導通状態にするとともに他の相のスイッチング素子を非導通状態とし、その状態で電流センサの値を読み取る。このときの計測された電流値を第２相電流と称する。コントローラは、第１相電流と第２相電流の差が所定の大きさを超えている場合にスイッチング素子の異常を示す信号を出力する。   Still another mode of the operation check is as follows. When the voltage of the capacitor drops to the same level as the battery output voltage, the controller turns on the switching elements of the upper and lower arms of the first phase of the inverter circuit and turns off the switching elements of the other phases. State, and read the value of the current sensor in that state. The current value measured at this time is referred to as a first phase current. The controller then turns on the switching elements of the upper and lower arms of the second phase, which are different from the first phase, and turns off the switching elements of the other phases, and in that state, Read the value. The measured current value at this time is referred to as a second phase current. The controller outputs a signal indicating an abnormality of the switching element when the difference between the first phase current and the second phase current exceeds a predetermined magnitude.

異常を示す信号は、車両のインパネ（運転者への情報表示装置）のコントローラ、あるいは、車両データを記憶する装置に送られる。インパネのコントローラは、異常を示す信号を受信すると、異常発生を運転者に伝えるランプを点灯させる。車両データを記憶する装置は、異常を示す信号を受信すると、スイッチング素子の異常発生を示すメッセージを不揮発性メモリに記憶する。不揮発性メモリのデータは、後に車両のメンテナンスに活用される。   A signal indicating an abnormality is sent to a controller of a vehicle instrument panel (information display device for a driver) or a device that stores vehicle data. When the controller of the instrument panel receives a signal indicating an abnormality, it turns on a lamp that notifies the driver of the occurrence of the abnormality. When the device that stores the vehicle data receives a signal indicating an abnormality, it stores a message indicating the occurrence of an abnormality in the switching element in the nonvolatile memory. The data in the non-volatile memory is used later for vehicle maintenance.

インバータ回路のトランジスタＱ１−Ｑ６がスイッチング素子の一例に相当する。メインバッテリ２が、請求項におけるバッテリの一例に相当する。実施例では、電力変換装置は、ハイブリッド車に搭載されていた。本明細書が開示する電力変換装置は、エンジンを備えない電動車両、あるいは、燃料電池車に適用することもできる。放電装置は主として、衝突時にコンデンサを速やかに放電するために備えられている。   Transistors Q1-Q6 of the inverter circuit correspond to an example of a switching element. The main battery 2 corresponds to an example of a battery in the claims. In the embodiment, the power conversion device is mounted on a hybrid vehicle. The power conversion device disclosed in this specification can also be applied to an electric vehicle without an engine or a fuel cell vehicle. The discharge device is mainly provided for quickly discharging the capacitor in the event of a collision.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

２：メインバッテリ
３：システムメインリレー
４、７：電圧センサ
５、８：コンデンサ
６：リアクトル
９：電流センサ
１０：電力変換装置
１２：コンバータ回路
１３：インバータ回路
２０：コントローラ
２１：サブバッテリ
２２：ダイオード
２３：バックアップ電源
２４：エアバックシステム
２５：エンジン
２６：動力分配機構
２７：モータ
１００：ハイブリッド車
Ｑａ、Ｑｂ、Ｑ１−Ｑ６：トランジスタ（スイッチング素子）
ＶＨ：インバータ入力電圧
ＶＬ：バッテリ電圧 2: Main battery 3: System main relay 4, 7: Voltage sensor 5, 8: Capacitor 6: Reactor 9: Current sensor 10: Power converter 12: Converter circuit 13: Inverter circuit 20: Controller 21: Sub battery 22: Diode 23: Backup power supply 24: Airbag system 25: Engine 26: Power distribution mechanism 27: Motor 100: Hybrid vehicle Qa, Qb, Q1-Q6: Transistor (switching element)
VH: Inverter input voltage VL: Battery voltage

Claims (3)

バッテリの電圧を昇圧するコンバータ回路と、
スイッチング素子の導通と非導通とを切り換えることにより前記コンバータ回路の出力電力を交流電力に変換して走行用のモータに供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路の入力端に並列に接続されているコンデンサと、
前記バッテリと前記インバータ回路の間に接続されており、前記バッテリの出力電流を計測する電流センサと、
前記インバータ回路を制御するコントローラと、
を備えており、当該コントローラは、
前記バッテリと前記インバータ回路との電気的接続を維持しながら前記コンバータ回路を停止し、
前記スイッチング素子に所定の駆動信号を供給して前記コンデンサの電力を前記モータに放出し、
前記コンデンサの電圧が前記バッテリの出力電圧と同じレベルまで低下したら、前記インバータ回路の同一相の上アームと下アームの前記スイッチング素子を導通状態にしてインバータ回路を短絡させ、そのときに前記電流センサによって計測された電流値に基づいてスイッチング素子の異常を判定する、
ことを特徴とする電動車両の電力変換装置。 A converter circuit for boosting the voltage of the battery;
An inverter circuit that converts the output power of the converter circuit to AC power by switching between conduction and non-conduction of the switching element and supplies the AC power to the motor for traveling;
A capacitor connected in parallel to the input end of the inverter circuit;
A current sensor connected between the battery and the inverter circuit to measure an output current of the battery;
A controller for controlling the inverter circuit;
The controller is equipped with
Stopping the converter circuit while maintaining an electrical connection between the battery and the inverter circuit,
Supplying a predetermined drive signal to the switching element to discharge the electric power of the capacitor to the motor;
When the voltage of the capacitor is reduced to the same level as the output voltage of the battery, the said upper arm and the lower arm of the same phase of the inverter circuit by a switching element in a conductive state by shorting the inverter circuit, the current at that time An abnormality of the switching element is determined based on the current value measured by the sensor.
An electric power converter for an electric vehicle. 前記コントローラは、
前記インバータ回路の同一相の上アームと下アームの前記スイッチング素子を共に導通状態にするとともに他の相のスイッチング素子を非導通状態にしてそのときに前記電流センサによって計測された電流が予め定められた電流値と異なる場合にスイッチング素子の異常を示す信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 The controller is
The switching elements of the upper and lower arms of the same phase of the inverter circuit are both turned on and the switching elements of the other phases are turned off, and the current measured by the current sensor at that time is determined in advance. Outputs a signal indicating an abnormality of the switching element when it differs from the current value
The power conversion apparatus according to claim 1. 前記コントローラは、
同一相の上アームと下アームの一方のスイッチング素子を連続的な導通状態とし、他方のスイッチング素子を所定の周期で導通と非導通に切り換え、そのときに前記電流センサによって計測された電流の波形が予め定められた波形と異なる場合にスイッチング素子の異常を示す信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 The controller is
One switching element of the upper arm and the lower arm of the same phase is in a continuous conduction state, and the other switching element is switched between conduction and non-conduction at a predetermined cycle, and the current waveform measured by the current sensor at that time Outputs a signal indicating an abnormality of the switching element when is different from a predetermined waveform,
The power conversion apparatus according to claim 1.

Images