JP6365054B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

この発明は、電動車両に関し、より特定的には、昇圧機能を有する昇圧コンバータを経由して複数の回転電機が駆動される構成の電気系を有する電動車両における異常発生時の制御に関する。

ハイブリッド自動車および電気自動車等の電動車両について、昇圧機能を有する昇圧コンバータを経由して複数の回転電機が駆動させる電気システムの構成が公知である。特開２００７−２３６０１３号公報（特許文献１）および特開２００９−２０１１９５号公報（特許文献２）には、上記のような電気系を有するハイブリッド自動車における、電気系における過電圧や過電流といった異常検知時の制御が記載されている。

特許文献１および２には、過電圧の検出時には、モータジェネレータの駆動を制御するインバータおよび昇圧機能を有するコンバータの少なくともいずれかをシャットダウンして、インバータおよび／またはコンバータを構成する各スイッチング素子をオフ状態に固定する制御が記載されている。

特開２００７−２３６０１３号公報 特開２００９−２０１１９５号公報

通常、複数個の回転電機を含む電気システムでは、異常の種類によっては、必ずしもシステム全体をシャットダウンさせる必要はなく、一部の機器を用いて制限的な走行（いわゆる、退避走行）を継続できる可能性がある。この際には、異常が発生した機器を停止（たとえば、インバータ等のシャットダウン）した上で、退避走行が行われるため、停止対象の機器は、最小限に抑えることが好ましい。

その一方で、複数個の回転電機を含む電気システムでは、異常の種類によっては、異常が発生した機器を即座に特定することが困難であるケースも存在する。また、機器保護上、即座に機器の停止が必要とされる異常と、そうでない異常との両方も存在している。このように、昇圧機能を有する昇圧コンバータを経由して複数の回転電機が駆動される構成の電動車両では、多種多様にわたる電気系の異常に対して適切に対応するための制御が重要となる。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、昇圧機能を有する昇圧コンバータを経由して複数の回転電機が駆動される構成の電気系を有する電動車両において、異常の種類に応じて適切な制御を行うことにより、機器保護と退避走行の走行性確保との両立を図ることである。

この発明のある局面では、電動車両は、複数の回転電機を駆動するための電気システムを搭載したハイブリッド自動車であって、電気システムは、蓄電装置と、電力線および蓄電装置の間に接続された昇圧コンバータと、複数のインバータと、電気システムを制御するための制御装置とを備る。昇圧コンバータは、昇圧機能を有し、電力線の電圧を制御する。複数のインバータは、複数の回転電機と電力線との間にそれぞれ接続される。制御装置は、電気系に第１の種類の異常が発生した場合には、当該異常が発生した機器を停止させる一方で、電気系に第２の種類の異常が発生した場合には、昇圧機能を停止させるとともに電力線および蓄電装置の間に双方向の通電経路を確保した状態（第１の状態）で昇圧コンバータを動作させ、かつ、複数のインバータの動作を継続させた状態で電動車両の走行を継続する。第１の種類の異常は、電気システムの内部で過電圧または過電流が発生する異常である。第２の種類の異常は、過電圧または過電流が発生しておらず、かつ、異常の可能性がある複数個所から異常個所を特定できない異常である。

上記ハイブリッド自動車によれば、電気システムでの異常を層別して、過電圧および過電流（第１の種類の異常）の発生時には、機器保護を優先して異常が発生した機器を速やかに停止させる一方で、過電圧または過電流が発生しておらず、かつ、異常の可能性がある複数個所から異常個所を特定できない異常（第２の種類の異常）の発生時には、コンバータによる昇圧機能をオフするとともに回生経路を確保した昇圧停止走行によって走行を継続する。異常の種類に応じて、直ちに機器停止や退避運転に移行しないで、出力が制限された昇圧停止走行を継続するモードを設けることにより、異常発生時における機器保護と走行性確保との両立を図ることができる。

好ましくは、制御装置は、昇圧コンバータを第１の状態で動作させた状態での車両走行中に第１の種類の異常が発生したときには、当該異常が発生した機器を停止した退避走行または電気システムの停止状態に電動車両を移行させる。

このようにすると、第２の種類の異常発生に応じた昇圧停止走行中に第１の異常が発生した場合には、異常が発生した機器を速やかに停止させた退避走行または電気システムの停止へ移行することにより、機器保護を十分に図ることができる。

また好ましくは、制御装置は、昇圧コンバータを第１の状態で動作させた状態での車両走行を一定時間継続しても異常が発生しない場合には、昇圧コンバータによる昇圧機能の再開を許可する。

このようにすると、昇圧停止走行のトリガとなった第２の種類の異常が、センサ出力の瞬間的な不安定挙動等の一時的な異常である場合に、昇圧機能を発揮させた通常の車両走行に復帰することが可能である。

また好ましくは、第２の種類の異常は、電気システムの内部での電流値または電圧値の単位時間内の変動量がしきい値よりも大きい異常を含む。あるいは、第２の種類の異常は、電気システムにおいて指令値に従って制御される電流値または電圧値の指令値に対する偏差がしきい値よりも大きい異常を含む。

このようにすると、過電圧または過電流が発生しておらず、かつ、異常の可能性がある複数個所から異常個所を特定できない異常が発生した場合として、たとえば、電気システムの内部での電流値または電圧値が急激に変動した場合、あるいは、電気システムにおいて指令値に従って制御される電流値または電圧値が指令値から大きく乖離した場合には、直ちに機器停止や退避運転に移行しないで、出力が制限された昇圧停止走行に移行することによって、電気システムの異常の種類に応じた適切な制御を実現することができる。

この発明によれば、昇圧機能を有する昇圧コンバータを経由して複数の回転電機が駆動される構成の電気系を有する電動車両において、異常の種類に応じて適切な制御を行うことにより、機器保護と退避走行の走行性確保との両立を図ることができる。

本発明の実施の形態による電動車両の代表例として示されるハイブリッド自動車の全体構成を説明するブロック図である。 図１のハイブリッド自動車におけるエンジンおよび電動機間の回転数の関係を示す第１の共線図である。 図１のハイブリッド自動車におけるエンジンおよび電動機間の回転数の関係を示す第２の共線図である。 図１に示した複数の回転電機を駆動するための電気システムの構成を示す回路図である。 図４に示した電気システムにおける異常の分類を示す図表である。 図１のハイブリッド自動車におけるＭＧ２を停止した退避走行での共線図である。 図１のハイブリッド自動車におけるコンバータを停止したときの走行状態を説明する概念図である。 図１に示したハイブリッド自動車におけるタイプ２の異常を検知した場合の制御処理を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態による電動車両の代表例として示されるハイブリッド自動車の全体構成を説明するブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド自動車は、エンジン１００と、第１モータジェネレータ１１０（以下、単に「ＭＧ１」とも称する）と、第２モータジェネレータ１２０（以下、単に「ＭＧ２」とも称する）と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０とを備える。ＭＧ１およびＭＧ２は、「複数の回転電機」に対応する。

図１に示すハイブリッド自動車は、エンジン１００およびＭＧ２のうちの少なくとも一方からの駆動力により走行する。エンジン１００、ＭＧ１およびＭＧ２は、動力分割機構１３０を介して接続されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１３０により、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して駆動輪１９０を駆動する経路である。もう一方は、ＭＧ１を駆動させて発電する経路である。

エンジン１００は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力するように構成される。エンジン１００は、ＥＣＵ１７０からの指令に従って、停止あるいは始動される。エンジン始動後には、エンジン１００がＥＣＵ１７０によって定められた動作点（トルク・回転数）で動作するように、燃料噴射制御や点火制御、吸入空気量制御などのエンジン制御が実行される。エンジン１００には、図示しないクランクシャフトのクランク角度やエンジン回転数等、エンジン１００の運転状態を検出する各種センサが設けられている。これらのセンサ出力は、必要に応じてＥＣＵ１７０へ伝達される。

ＭＧ１およびＭＧ２の各々は、代表的には三相の交流回転電機である。ＭＧ１は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。ＭＧ１により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０のＳＯＣ（State Of Charge）に
応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、ＭＧ１により発電された電力はそのままＭＧ２を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、ＭＧ１により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。

ＭＧ１が発電機として作用している場合、ＭＧ１は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン１００の負荷となるようなトルクをいう。ＭＧ１が電力の供給を受けて電動機として作用している場合、ＭＧ１は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン１００の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン１００の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、ＭＧ２についても同様である。代表的には、エンジン１００の起動時に、ＭＧ１はエンジン１００をモータリングするための正のトルクを出力する。

ＭＧ２は、バッテリ１５０に蓄えられた電力およびＭＧ１により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力によりトルクを発生する。ＭＧ２のトルクは、減速機１４０を介して駆動輪１９０に伝えられる。これにより、ＭＧ２はエンジン１００をアシストしたり、ＭＧ２からの駆動力により車両を走行させたりする。

ハイブリッド自動車の回生制動時には、減速機１４０を介して駆動輪１９０によりＭＧ２が駆動され、ＭＧ２が発電機として作動する。これによりＭＧ２は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。ＭＧ２により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

動力分割機構１３０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤはＭＧ１の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤはＭＧ２の回転軸および減速機１４０に連結される。

エンジン１００、ＭＧ１およびＭＧ２が、遊星歯車からなる動力分割機構１３０を介して連結されることで、エンジン１００の回転数ＮＥ、ＭＧ１の回転数ＮＭ１およびＭＧ２の回転数ＮＭ２は、図２および図３に示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。

図２には、エンジン１００およびＭＧ２の双方の動力により、図１に示したハイブリッド自動車を前進走行させる場合の共線図が示される。図２中には、エンジン１００のトルク（以下「エンジントルクＴＥ」とも称する）、ＭＧ１のトルク（以下「ＭＧ１トルクＴＭ１」とも称する）およびＭＧ２のトルク（以下「ＭＧ２トルクＴＭ２」とも称する）の関係の一例も示されている。

図２を参照して、エンジン１００を作動させると、エンジントルクＴＥが動力分割機構１３０のキャリアに作用する。エンジントルクＴＥの反力を受け持つＭＧ１トルクＴＭ１を動力分割機構１３０のサンギヤに作用させることで、動力分割機構１３０のリングギヤにはエンジンから伝達されるトルク（以下「エンジン直達トルクＴＥｃ」という）が作用する。また、ＭＧ２トルクＴＭ２は、動力分割機構のリングギヤに直接的に作用する。これにより、リングギヤには、エンジン直達トルクＴＥｃとＭＧ２トルクＴＭ２との合計トルクが作用する。この合計トルクによって駆動輪１９０が回転されることにより、ハイブリッド自動車が走行する。

一方で、図３には、エンジン１００を停止して、ＭＧ２の動力によりハイブリッド自動車を前進走行させる場合の共線図が示される。

図３を参照して、エンジン１００の停止時には、エンジントルクＴＥおよびＭＧ１トルクＴＭ１がゼロの状態で、ＭＧ２トルクＴＭ２を発生させることにより、動力分割機構１３０のリングギヤに駆動力を発生することができる。この駆動力によって駆動輪１９０を回転させることにより、ＭＧ２の出力のみでハイブリッド自動車は走行できる。

たとえば、図１に示すハイブリッド自動車は、発進時や低車速時等のエンジン１００の効率が悪い運転領域では、図３に示す共線図に従って、エンジン１００を停止してＭＧ２による駆動力のみによって走行する。

また、通常走行時には、エンジン１００を効率の高い領域で作動させるとともに、動力分割機構１３０によりエンジン１００の動力を２経路に分けることによって、図２に示す共線図に従って、ハイブリッド自動車は走行することができる。

なお、ハイブリッド自動車は、減速時には、駆動輪１９０により従動するＭＧ２が発電機として機能して回生制動による発電を行なう。回生発電によって回収された電力は、バッテリ１５０に充電される。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバ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発電をさせながら車両減速（または加速の中止）させることを含む。

エンジン１００、ＭＧ１およびＭＧ２は、ＥＣＵ１７０により制御される。ＥＣＵ１７０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニットにより構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、ＥＣＵの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

図４には、図１に示したハイブリッド自動車において、ＭＧ１，ＭＧ２を駆動するための電気システムの構成が示される。

図４を参照して、電気システムは、バッテリ１５０と、コンバータ２００と、電力線ＰＬ，ＮＬと、ＭＧ１を駆動制御するための第１インバータ２１０と、ＭＧ２を駆動制御するための第２インバータ２２０と、ＳＭＲ（System Main Relay）２５０とを含む。

バッテリ１５０は、複数の二次電池セルにより構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０には、ＭＧ１およびＭＧ２が発電した電力の他、車両の外部電源から供給される電力によって充電されてもよい。バッテリ１５０は、「蓄電装置」の一例として示される。再充電可能な蓄電要素であれば、バッテリ以外の素子（たとえば、キャパシタ）によって、あるいは、バッテリとバッテリ以外の素子との組み合わせによって「蓄電装置」を構成することも可能である。

バッテリ１５０には、バッテリ１５０の電圧（バッテリ電圧ＶＢ）、電流（バッテリ電流ＩＢ）および、温度（バッテリ温度ＴＢ）を検出するためのバッテリセンサ１５５が配置される。バッテリセンサ１５５は、電圧センサ、電流センサおよび温度センサを包括的に表記するものである。

ＳＭＲ２５０は、バッテリ１５０とコンバータ２００との間に設けられる。ＳＭＲ２５０が開放されると、バッテリ１５０が電気システムから電気的に遮断される。一方、ＳＭＲ２５０が閉成されると、バッテリ１５０は電気システムに接続される。これにより、バッテリ１５０の出力電圧に応じた直流電圧ＶＬがコンバータ２００へ供給される。直流電圧ＶＬは、電圧センサ１８２により検出される。電圧センサ１８２の検出値は、ＥＣＵ１７０に送信される。

ＳＭＲ２５０の状態は、ＥＣＵ１７０により制御される。たとえば、ハイブリッド自動車のシステム起動を指示するパワーオンスイッチ（図示せず）のオン操作に応答して、電気システムが「Ｒｅａｄｙ−ＯＮ」状態となると、ＳＭＲ２５０が閉成される。一方で、パワーオンスイッチのオフ操作に応答して、電気システムが「Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ」状態になるとＳＭＲ２５０は開放される。なお、後述するように、パワーオンスイッチがオフ操作されなくても、電気システムの異常により、強制的に「Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ」状態とされることもある。

コンバータ２００は、バッテリ１５０と電力線ＰＬ，ＮＬとの間に電気的に接続される。コンバータ２００は、電力線ＰＬ，ＮＬの間に直列接続された２個の電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）Ｑ１，Ｑ２と、各スイッチング素子に対応して設けられた逆並列ダイオードと、リアクトルとを含む。電力用半導体スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等を適宜採用することができる。

リアクトルは、バッテリ１５０の正極側に一端が接続され、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフは、ＥＣＵ１７０により制御される。以下では、スイッチング素子Ｑ１を上アーム素子とも称し、スイッチング素子Ｑ２を下アーム素子とも称する。

電力線ＰＬ，ＮＬ間の直流電圧ＶＨ（以下、システム電圧ＶＨとも称する）は、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出値は、ＥＣＵ１７０に送信される。リアクトルの通過電流ＩＬは、電流センサ１５７によって検出される。電流センサ１５７の検出値は、ＥＣＵ１７０に送信される。

コンバータ２００は、ＥＣＵ１７０からの制御信号ＳＣＶに従ったスイッチング素子Ｑ１および／またはＱ２のオンオフ制御により、直流電圧ＶＬおよびＶＨの間で双方向の直流電圧変換を実行するように構成されている。

コンバータ２００による昇圧比（ＶＨ／ＶＬ）は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比に応じて、１．０以上に制御される。基本的には、スイッチング素子Ｑ２を各スイッチング周期内でオンオフするように制御することにより、昇圧比＞１．０に制御される。すなわち、コンバータ２００は、昇圧機能を有し、直流電圧ＶＬよりも高い直流電圧ＶＨによって、ＭＧ１，ＭＧ２を駆動できる。下アーム素子（スイッチング素子Ｑ２）のオン期間比が高くなる程、昇圧比は大きくなる。

特に、上アーム素子（スイッチング素子Ｑ１）を下アーム素子（スイッチング素子Ｑ２）と相補的に各スイッチング周期内でオンオフすることにより、バッテリ１５０の充電（ＭＧ１，ＭＧ２の回生）および放電（ＭＧ１，ＭＧ２の力行）のいずれにも対応して、直流電圧ＶＨを制御することができる。

なお、上アーム素子（スイッチング素子Ｑ１）をオンに固定し、下アーム素子（スイッチング素子Ｑ２）をオフに固定した、「上アームオン固定状態」とすることにより、ＶＨ＝ＶＬ（昇圧比＝１．０）として、双方向の通電経路を確保した状態で、昇圧機能をオフすることもできる。

第１インバータ２１０および第２インバータ２２０は、一般的な三相インバータで構成され、並列接続されたＵ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、各々、直列に接続された２個のスイッチング素子（上アーム素子および下アーム素子）を有する。各スイッチング素子には、逆並列ダイオードが接続される。

ＭＧ１およびＭＧ２は、星型結線されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを固定子巻線として有する。各相コイルの一端は、中性点１１２，１２２で互いに接続される。ＭＧ１の各相コイルの他端は、第１インバータ２１０の各相アームのスイッチング素子の接続点とそれぞれ接続される。同様に、ＭＧ２の各相コイルの他端は、第１インバータ２１０の各相アームのスイッチング素子の接続点とそれぞれ接続される。

第１インバータ２１０は、ＥＣＵ１７０からの制御信号ＳＩＶ１に従ったスイッチング素子のオンオフ制御により、ＭＧ１の各相コイルの電流または電圧を制御する。第１インバータ２１０は、直流電圧ＶＨを交流電圧に変換してＭＧ１に供給する電力変換動作と、ＭＧ１により発電された交流電力を直流電力（直流電圧ＶＨ）に変換する電力変換動作との双方向の電力変換を実行可能である。

電流センサ２１１は、ＭＧ１に流れる電流を検出するように設けられる。電流センサ２１１によって検出されたモータ電流ＭＣＲＴ（１）は、ＥＣＵ１７０へ出力される。モータ電流ＭＣＲＴ（１）は、ＭＧ１の三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを包括的に示すものである。三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図３に示すように電流センサ２１１は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流およびＷ相電流）を検出するように配置すれば足りる。

回転角センサ（レゾルバ）２０１は、ＭＧ１のロータ回転角を検出し、検出した回転角θ（１）をＥＣＵ１７０へ送出する。ＥＣＵ１７０では、回転角θ（１）に基づきＭＧ１の回転数を算出できる。

第２インバータ２２０は、ＥＣＵ１７０からの制御信号ＳＩＶ２に従ったスイッチング素子のオンオフ制御により、ＭＧ２の各相コイルの電流または電圧を制御する。第２インバータ２２０についても、直流電圧ＶＨを交流電圧に変換してＭＧ２に供給する電力変換動作と、ＭＧ２により発電された交流電力を直流電力（直流電圧ＶＨ）に変換する電力変換動作との双方向の電力変換を実行可能である。

ＭＧ１に対して回転角センサ２０１および電流センサ２１１が設けられるのと同様に、ＭＧ２には、回転角センサ２０２および電流センサ２２１が設けられる。回転角センサ２０２によって検出されたＭＧ２の回転角θ（２）および電流センサ２２１によって検出されたモータ電流ＭＣＲＴ（２）は、ＥＣＵ１７０へ出力される。なお、回転角センサ２０１，２０２については、回転角θ（１），θ（２）をＥＣＵ１７０にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。

ＥＣＵ１７０は、車両走行に要求される出力（車両駆動トルク、回生制動トルク、発電トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従ってＭＧ１，ＭＧ２が動作するように、制御信号ＳＩＶ１，ＳＩＶ２を生成する。制御信号ＳＩＶ１，ＳＩＶ２は、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０へ出力される。より具体的には、ＥＣＵ１７０は、モータ電流ＭＣＲＴ（１），ＭＣＲＴ（２）のフィードバック制御によって、制御信号ＳＩＶ１，ＳＩＶ２を生成する。

ＥＣＵ１７０は、直流電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨｒに制御するように、制御信号ＳＣＶを生成する。制御信号ＳＣＶは、コンバータ２００へ出力される。たとえば、電圧指令値ＶＨｒは、ＭＧ１，ＭＧ２の動作状態（回転数およびトルク）に応じて設定される。より具体的には、ＥＣＵ１７０は、直流電圧ＶＨのフィードバック制御によって、制御信号ＳＣＶを生成する。

電気システムに対しては、以下に説明するような、異常検知および異常時制御が適用される。代表的には、コンバータ２００、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０の各々は、過電流に対する自己保護機能を有する。たとえば、第１インバータ２１０に過電流が発生すると、自己保護回路（図示せず）が作動することにより、第１インバータ２１０が強制的に停止される。これにより、第１インバータ２１０を構成する各スイッチング素子がオフされる。すなわち、第１インバータ２１０において、過電流による自己保護停止が発生する。このとき、異常検出信号ＦＩＶ１が、第１インバータ２１０からＥＣＵ１７０へ出力される。

コンバータ２００および第２インバータ２２０にも、第１インバータ２１０と同様の自己保護回路が設けられる。コンバータ２００で過電流による自己保護停止が発生すると、異常検出信号ＦＣＶが、コンバータ２００からＥＣＵ１７０へ出力される。また、第２インバータ２２０で過電流による自己保護停止が発生すると、異常検出信号ＦＣＶが、第２インバータ２２０からＥＣＵ１７０へ出力される。

さらに、ＥＣＵ１７０は、電圧センサ１８０，１８２による検出値に応じて、直流電圧ＶＨ，ＶＬの過電圧を検知することができる。また、バッテリセンサ１５５による検出値に基づいて、バッテリ１５０における過電流および過電圧を検知することが可能である。

このような、過電流および過電圧の発生に対しては、機器の保護上、即座に対象機器を停止させる必要がある。たとえば、ＭＧ１に過電流が発生すると、上記のように第１インバータ２１０を強制的に停止する。なお、コンバータ２００、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０における過電流は、上述した自己保護回路による検知の他、電流センサ１５７，２１１，２２１による検出値に基づいてＥＣＵ１７０によって検知することも可能である。また、コンバータ２００、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０における自己保護は、過電流のみでなく、スイッチング素子の温度上昇（過高温）に応じて作動してもよい。

一方で、ＥＣＵ１７０は、各センサの出力値から、電流値および電圧値について、「変動が急激である」、あるいは「指令値からの乖離が大きい」といった異常についても検知することができる。一方で、これらの異常は、センサそのものの異常である可能性もあるため、機器を速やかに停止することが必要であるかどうかについての判断が困難である。

また、異常の原因についても、特定が困難であることが懸念される。たとえば、一方のモータジェネレータで異常が生じたことによって、他方のモータジェネレータの制御に異常が生じた結果、当該一方のモータジェネレータの電流に異常（指令値との乖離）が発生する可能性がある。

このように、図１に例示したハイブリッド自動車の電気システム（図４）における異常は、たとえば、図５に示すように分類することができる。

図５を参照して、図４に示した電気システムでの異常について、発明者は、異常個所の特定に係る原因系と、異常対象機器の保護に係る保護系との観点から分類した。原因系については、検知された異常から異常個所を単一機器に特定できる異常と、異常個所として複数の可能性があるために異常個所を特定できない異常とに、分類することができる。一方で、保護系については、機器保護上、即座に機器の停止が必要とされる異常と、そうでない異常とに分類することができる。

第１の種類（タイプ１）の異常として、機器保護上、即座に機器の停止が必要とされる異常が存在する。タイプ１の異常の場合には、異常の原因となる機器が単一に特定できる場合、および、複数の可能性がある場合のいずれにも、対象機器を速やかに停止する必要がある。たとえば、ＭＧ１に過電圧または過電流が発生した場合には、第１インバータ２１０をシャットダウンすることが必要であり、ＭＧ２に過電圧および／または過電流が発生した場合には、第２インバータ２２０をシャットダウンすることが必要である。

あるいは、リアクトル電流ＩＬの過電流は、コンバータ２００の異常によって発生するケースのみならず、ＭＧ１および／またはＭＧ２での異常によって発生している可能性もある。このケースでは、コンバータ２００に加えて、ＭＧ１および／またはＭＧ２についても停止することが必要となる。

ＭＧ１またはＭＧ２の一方のみを停止する場合には、残りのモータジェネレータを用いた退避走行を実行することができる。たとえば、第１インバータ２１０の停止によってＭＧ１のみを停止する場合には、図３に示した共線図に従って、ＭＧ２のみの出力を用いた退避走行（「ＭＤ走行」とも称する）によって、ハイブリッド自動車の走行を継続することができる。

また、第２インバータ２２０の停止によってＭＧ２のみを停止する場合には、図６に示した共線図に従って、ＭＧ１の出力を用いた退避走行（「ＧＤ走行」とも称する）によって、ハイブリッド自動車の走行を継続することができる。

図６を参照して、ＭＧ２の停止時には、エンジン１００を作動するとともに、エンジントルクＴＥをＭＧ１トルクＴＭ１で支えることによって、ＭＧ２の出力トルクＴＭ２＝０としても、いわゆるエンジン直達トルクＴＥｃ（ＴＥｃ＝ＴＭ１×ρ）を、動力分割機構１３０のリングギヤに作用させることができる。このエンジン直達トルクＴＥｃによって駆動輪１９０を回転させることにより、ＭＧ２を停止しても、エンジン１００およびＭＧ１の出力を用いた退避走行（ＧＤ走行）によって、ハイブリッド自動車の走行を継続することができる。

再び図４を参照して、コンバータ２００をシャットダウンした場合には、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２がオフされるので、バッテリ１５０および電力線ＰＬの間には、ダイオードによる一方向（バッテリ１５０の放電方向）のみの電流経路が確保される。これにより、ＶＨ＝ＶＬ（昇圧機能オフ）の状態でハイブリッド自動車の走行を継続することができる。

図７を参照して、ハイブリッド自動車が出力可能範囲は、車速およびトルクによって規定される。同一車速に対しては、コンバータ２００によって昇圧されるシステム電圧ＶＨが高くなるほど、出力可能な最大トルクが増加する。したがって、ハイブリッド自動車の最大出力線５００は、システム電圧ＶＨが制御上の最高電圧ＶＨｍａｘであるときに出力可能なトルクの集合として示される。

一方で、コンバータ２００での昇圧機能がオフされてＶＨ＝ＶＬに固定されたときの最大出力線５１０は、上記最大出力線５００よりも低いパワーに対応する。すなわち、コンバータ２００の停止時には、バッテリ１５０の回生充電はできないものの、最大出力線５１０よりも内側の範囲内に制限された退避走行が可能である。なお、上述した、ＭＧ１またはＭＧ２を停止した退避走行においても、最大出力線は、ＶＨ＝ＶＨｍａｘのときの最大出力線５００よりも低パワー側に制限される。

再び図５を参照して、バッテリ電流ＩＢの異常等、バッテリ１５０を電気システムから切り離すことが必要となる異常の発生時には、電気システム全体をシャットダウンするために、「Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ」状態としてＳＭＲ２５０をオフすることが必要となる場合もある。「Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ」状態とする場合には、退避走行を実行することはできず、ハイブリッド自動車の走行は停止される。

このように、タイプ１の異常に対しては、異常コードと停止させるべき対象機器（単数または複数）とを予め対応付けたマップをＥＣＵ１７０に格納することができる。ハイブリッド自動車では、異常検知時には当該マップを参照して、保護が必要な機器が停止される。タイプ１の異常は、「第１の種類の異常」に対応する。

また、機器保護の観点から機器の停止が即座には必要とされない異常は、原因系から、異常の可能性がある複数個所から異常個所を特定できない異常（タイプ２）と、異常個所を特定できる異常（タイプ３）とに分類できる。タイプ２の異常は、「第２の種類の異常」に対応する。

タイプ３の異常に対しては、タイプ１の異常と同様に、異常コードと異常が発生した機器に対する処置とを予め対応付けたマップをＥＣＵ１７０に格納することができる。たとえば、タイプ３の異常が検知された場合には、異常原因となる機器について、電流、電圧あるいは回転数等の動作状態値を制限した上で継続的な作動を許可することができる。

これに対して、タイプ２の異常については、異常の可能性がある複数個所から異常個所を特定できないことから、即座にいずれかの機器を停止することが不合理である。同様に、タイプ３の異常のような動作状態値の制限についても、対象とする動作状態値を決めることが困難である。

タイプ２の異常は予め定められており、たとえば、タイプ２の異常には、各センサ値の出力値から検知される電流値または電圧値の変動量が大きくなる、あるいは、指令値に従って制御される電流値または電圧値の指令値との偏差が大きくなる異常が含まれる。これらの電流値および電圧値としては、バッテリ電圧ＶＢ、バッテリ電流ＩＢ、直流電圧ＶＬ、システム電圧ＶＨ、ＭＧ１電流、ＭＧ１電圧、ＭＧ２電流およびＭＧ２電圧が含まれる。なお、ＭＧ１電流およびＭＧ２電流は、モータ電流ＭＣＲＴ（１），ＭＣＲＴ（２）から演算されるｄ軸電流およびｑ軸電流とすることができる。同様に、ＭＧ１電圧およびＭＧ２電圧についても、演算によって得られるｄ軸電圧およびｑ軸電圧を用いて、異常を検知することが可能である。

これらの電流値および電圧値について、一定時間内の変動量がしきい値より大きくなった、あるいは、指令値との偏差がしきい値よりも大きくなったときに、タイプ２の異常を検知することができる。これらの異常の検知時には、機器故障につながる過電流ないし過電圧そのものは発生していないが、制御上の何らかの不具合が発生している可能性がある。また、この段階では、異常の可能性がある複数個所から異常個所を特定することも困難である。

したがって、本実施の形態では、タイプ２の異常が検知された場合には、図８に示される制御処理によって適切な異常対応を実現する。図８に示すフローチャートに従う制御処理は、ＥＣＵ１７０により繰返し実行される。

図８を参照して、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ１００により、予め定められたタイプ２に含まれる異常が検知されたかどうかを検知する。タイプ２の異常の非検知時（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、以降の処理は起動されない。

ＥＣＵ１７０は、上記の例のようなタイプ２の異常が検知されると、ステップＳ２００に処理を進めて、コンバータ２００を上アームオン固定した状態で、ハイブリッド自動車の走行を継続する。以下では、このような車両走行を「昇圧停止走行」とも称する。すなわち、コンバータ２００を上アームオン固定した状態は、「第１の状態」に対応する。

図４で説明したように、コンバータ２００の上アームオン固定状態では、昇圧機能がオフされた状態で、双方向の通電経路を確保することができる。したがって、昇圧停止走行は、コンバータ２００を停止した退避走行と比較して、バッテリ１５０の充電を確保できる点で異なる。昇圧停止走行では、図７に示された最大出力線５１０（ＶＨ＝ＶＬ）よりも内側の範囲内に出力が制限される。そして、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ３００により、昇圧停止走行中に、タイプ１またはタイプ３（図５）の異常が発生したか否かを判定する。

ＥＣＵ１７０は、ステップＳ３１０により、コンバータ２００の上アームオン固定状態とした車両走行を一定時間継続される。ＥＣＵ１７０は、Ｓ２００による車両走行中に、タイプ１またはタイプ３の異常が検知されると（Ｓ３００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ３５０に処理を進める。ステップＳ３５０では、検知された異常に対応して、特定された異常個所に応じた機器停止伴う退避走行が実行される。あるいは、ＭＧ１，ＭＧ２両方の異常あるいは、バッテリ１５０の異常等、検知された異常によっては、「Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ」状態が要求されて、ハイブリッド自動車の走行が停止される場合もある。また、タイプ３の異常検知時には、特定された異常個所に応じて機器の出力制限等を課した上で、ハイブリッド自動車の走行を継続することができる。

ＥＣＵ１７０は、コンバータ２００の上アームオン固定状態とした車両走行（Ｓ２００）が一定時間継続されても、タイプ１またはタイプ３の異常が検知されないとき（Ｓ３１０のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ４００に処理を進める。

ＥＣＵ１７０は、ステップＳ４００では、コンバータ２００による昇圧の再開を許可する。これにより、システム電圧ＶＨの電圧指令値ＶＨｒの上限値が徐々に上昇されることにより、コンバータ２００による昇圧機能を段階的に回復することが可能である。

これにより、タイプ２の異常に対しては、センサ出力の瞬間的な不安定挙動等による一時的な異常である可能性もあることを考慮して、直ちに機器停止や退避運転に移行せずに昇圧停止走行を一定時間継続することによって、異常有無の確認および異常個所の特定を実行することができる。特に、異常の可能性がある複数個所から異常個所を特定できない異常が検知された場合に、直ちに機器停止や退避運転に移行しないので、走行性能が過剰に低下することを防止できる。

この結果、本実施の形態に従うハイブリッド自動車に代表される電動車両によれば、昇圧機能を有する昇圧コンバータを経由して複数の回転電機（ＭＧ１，ＭＧ２）が駆動される構成の電気システムを有する構成において、電気システムの異常の種類に応じて適切な制御を行うことにより、機器保護と走行性確保との両立を図ることができる。

なお、本実施の形態では、電動車両の一例として、図１および図４に示されたパワートレーンおよび電気システムを有するハイブリッド自動車を示したが、本発明の適用はこのような場合に限定されるものではない。すなわち、昇圧機能を有する昇圧コンバータを経由して複数の回転電機（ＭＧ１，ＭＧ２）が駆動される構成の電気システムを有する電動車両であって、一部の機器（モータジェネレータ等）を停止した退避運転が可能な構成であれば、任意の構成の電動車両に対して昇圧停止走行を実行する本発明を適用することが可能である。なお、本発明において、電動車両は、ハイブリッド自動車の他、電気自動車等を含み得る。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ エンジン、１１０ 第１モータジェネレータ（ＭＧ１）、１２０ 第２モータジェネレータ（ＭＧ２）、１１２，１２２ 中性点、１２０ 第２モータジェネレータ、１３０ 動力分割機構、１４０ 減速機、１５０ バッテリ、１５５ バッテリセンサ、１５７，２１１，２２１ 電流センサ、１８０，１８２ 電圧センサ、１９０ 駆動輪、２００ コンバータ、２０１，２０２ 回転角センサ、２１０ 第１インバータ、２２０ 第２インバータ、５００ 最大出力線（ＶＨ＝ＶＨｍａｘ）、５１０ 最大出力線（ＶＨ＝ＶＬ）、ＦＣＶ，ＦＩＶ１，ＦＩＶ２ 異常検出信号、ＩＢ バッテリ電流、ＩＬ リアクトル電流、ＭＣＲＴ（１），ＭＣＲＴ（２） モータ電流、ＮＥ エンジン回転数、ＮＭ１ ＭＧ１回転数、ＮＭ２ ＭＧ２回転数、ＮＬ，ＰＬ 電力線、Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子、ＳＣＶ，ＳＩＶ１，ＳＩＶ２ 制御信号、ＴＥ エンジントルク、ＴＥｃ エンジン直達トルク、ＴＭ１ トルク（ＭＧ１）、ＴＭ２ トルク（ＭＧ２）、ＶＢ バッテリ電圧、ＶＬ 直流電圧、ＶＨ 直流電圧（システム電圧）、ＶＨｍａｘ 最高電圧（システム電圧）。

Claims (4)

1. 複数の回転電機を駆動するための電気システムを搭載した電動車両であって、
   前記電気システムは、
   蓄電装置と、
   電力線と前記蓄電装置の間に接続された、昇圧機能を有する昇圧コンバータと、
   前記複数の回転電機と前記電力線との間にそれぞれ接続された複数のインバータと、
   前記電気システムを制御するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記電気システムに第１の種類の異常が発生した場合には、当該異常が発生した機器を停止させる一方で、前記電気システムに第２の種類の異常が発生した場合には、昇圧機能を停止させるとともに前記電力線および前記蓄電装置の間に双方向の通電経路を確保した第１の状態で前記昇圧コンバータを動作させるとともに前記複数のインバータの動作を継続させた状態で前記電動車両の走行を継続し、
   前記第１の種類の異常は、前記電気システムの内部で過電圧または過電流が発生する異常であり、
   前記第２の種類の異常は、過電圧または過電流が発生しておらず、かつ、異常の可能性がある複数個所から異常個所を特定できない異常であり、
   前記第２の種類の異常は、前記電気システムの内部での電流値または電圧値の単位時間内の変動量がしきい値よりも大きい異常を含む、電動車両。
2. 複数の回転電機を駆動するための電気システムを搭載した電動車両であって、
   前記電気システムは、
   蓄電装置と、
   電力線と前記蓄電装置の間に接続された、昇圧機能を有する昇圧コンバータと、
   前記複数の回転電機と前記電力線との間にそれぞれ接続された複数のインバータと、
   前記電気システムを制御するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記電気システムに第１の種類の異常が発生した場合には、当該異常が発生した機器を停止させる一方で、前記電気システムに第２の種類の異常が発生した場合には、昇圧機能を停止させるとともに前記電力線および前記蓄電装置の間に双方向の通電経路を確保した第１の状態で前記昇圧コンバータを動作させるとともに前記複数のインバータの動作を継続させた状態で前記電動車両の走行を継続し、
   前記第１の種類の異常は、前記電気システムの内部で過電圧または過電流が発生する異常であり、
   前記第２の種類の異常は、過電圧または過電流が発生しておらず、かつ、異常の可能性がある複数個所から異常個所を特定できない異常であり、
   前記第２の種類の異常は、前記電気システムにおいて指令値に従って制御される電流値または電圧値の前記指令値に対する偏差がしきい値よりも大きい異常を含む、電動車両
3. 前記制御装置は、前記昇圧コンバータを前記第１の状態で動作させた状態での車両走行中に前記第１の種類の異常が発生したときには、当該異常が発生した機器を停止した退避走行または前記電気システムの停止状態に前記電動車両を移行させる、請求項１又は２に記載の電動車両。
4. 前記制御装置は、前記昇圧コンバータを前記第１の状態で動作させた状態での車両走行を一定時間継続しても異常が発生しない場合には、前記昇圧コンバータによる前記昇圧機能の再開を許可する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両。

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