JP6858834B1 - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧側電圧センサの故障を適切に検出する電力変換装置の制御装置を提供する。【解決手段】電力変換装置の制御装置において、昇圧制御の実施中に、高圧側電圧センサの出力の推定値を算出し、推定値と高圧側電圧センサの出力値との差の絶対値が大きい場合、高圧側電圧センサの故障を仮判定し、高圧側電圧センサの故障を仮判定した場合は、昇圧制御から、昇圧中止制御に移行し、昇圧中止制御の実施中に、低圧側電圧と高圧側電圧の差が縮まった後に直結制御へ移行し、直結制御の実施中に、低圧側電圧センサの出力値と高圧側電圧センサの出力値の差の絶対値が大きい場合、高圧側電圧センサの故障を確定する。【選択図】図１

Description

本願は、電力変換装置の制御装置に関する。

直流低圧側と直流高圧側との間で双方向の電力変換が可能な電力変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）は周知である。従来の電力変換装置は、例えば特許文献１に開示されているように、端子群と、リアクトルと、スイッチング素子の直列回路とを有し、バッテリからの直流電圧を昇圧もしくは降圧して回転電機へ供給するように構成されている。

前述の従来の電力変換装置において、端子群は低圧側端子と高圧側端子を有しており、また、スイッチング素子の直列回路は負極側のスイッチング素子と正極側のスイッチング素子が直列に接続されたものである。負極側のスイッチング素子と正極側のスイッチング素子との接続点はリアクトルを介して低圧側端子に接続され、負極側のスイッチング素子の接続点と反対の側は接地されており、正極側のスイッチング素子の接続点と反対の側は高圧側端子に接続されており、低圧側端子が低圧側となり、高圧側端子が高圧側となる。このように構成された従来の電力変換装置は、低圧側と高圧側との間で直流電圧の変換動作を行う。

従来の電力変換装置は、演算手段とスイッチング素子を開閉制御する開閉制御手段とを有する。演算手段は、高圧側電圧指令値と高圧側電圧検出値との差電圧、または低圧側電圧指令値と低圧側電圧検出値との差電圧、に基づいて演算値を算出し、開閉制御手段は、演算手段が算出した演算値に基づいて通電率を求め、この通電率に基づき、負極側のスイッチング素子をオンとし、正極側のスイッチング素子をオフとすることにより、リアクトルに通電し、負極側のスイッチング素子をオフとし、正極側のスイッチング素子をオンとすることにより、リアクトルからエネルギを放出させて高電圧出力を供給する。

従来の電力変換装置は、高圧側電圧検出値を正確に検知できない場合、たとえば、高圧側電圧検出値が真値よりも高め、または低めに検知されると、昇圧制御が正確に行なわれない。検出値の誤差に起因して、出力電圧が高過ぎると駆動回路の電気素子を破損し、出力電圧が低過ぎると、電動機に必要な駆動力が得られない。

そこで、特許文献２に開示された電力変換装置は、高圧側電圧センサの故障を判定できるようにするため、昇圧時に高圧側電圧指令値と高圧側電圧検出値との差電圧の絶対値が閾値以上である状態が予め定められた時間継続していると、高圧側電圧センサの故障を仮判定し、センサ故障の仮判定時は、昇圧を中止して、高圧側電圧検出値とバッテリ電圧検出値との差に基づいて、高圧側電圧センサの故障を判定している。

特許第５４５７５５９号公報 特許第４３８６０７５号公報

従来の電力変換装置は、高圧側電圧指令値と高圧側電圧検出値との差電圧の絶対値に基づいて、高圧側電圧センサの故障を仮判定する。高圧側電圧センサが固着異常により故障すると、高圧側電圧検出値は、高圧側電圧指令値に追従しないため一致せず、高圧側電圧指令値と高圧側電圧検出値との差電圧の絶対値により、高圧側電圧センサの故障を判定できる。

一方、高圧側電圧センサがゲイン異常により故障すると、高圧側電圧検出値は、高圧側電圧指令値に追従して一致するので、高圧側電圧の真値が高圧側電圧指令値からずれているにもかかわらず、高圧側電圧指令値と高圧側電圧検出値との差電圧の絶対値により、高圧側電圧センサの故障を判定することはできない。また、高圧側電圧センサの故障を仮判定している場合、負極側のスイッチング素子をオフ状態に固定にして昇圧を停止させるが、昇圧中止直後は高圧側電圧が高く、高圧側電圧検出値とバッテリ電圧検出値との差が大きくなってしまい、高圧側電圧センサの故障を誤判定してしまう可能性がある。

誤判定を防止するため、正極側のスイッチング素子をオンして高圧側電圧とバッテリ電圧の均衡化を図る必要がある。しかし、高圧側電圧が高いまま正極側のスイッチング素子をオンしてしまうと、バッテリへ突入電流が流れてスイッチング素子を破壊してしまう恐れがある。

本願は、従来の電力変換装置に於ける前述の課題を解決するためになされたものであり、高圧側電圧を検出するための高圧側電圧センサの故障を適切に検出する電力変換装置の制御装置を提供することを目的とする。

本願に開示される電力変換装置の制御装置は、
低圧側端子から高圧側端子に直流電圧を昇圧するコンバータを制御する電力変換装置の制御装置であって、
コンバータは、正極側のスイッチング素子と、負極側のスイッチング素子と、リアクトルと、低圧側端子の正極側と負極側の間の電圧である低圧側電圧を検出する低圧側電圧センサと、高圧側端子の正極側と負極側の間の電圧である高圧側電圧を検出する高圧側電圧センサと、を有し、高圧側端子の正極側と負極側との間に正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とが直列接続され、正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子との接続点が、リアクトルを介して低圧側端子の正極側にされ、高圧側端子の負極側と低圧側端子の負極側とが接続され、
制御装置は、
高圧側端子の電圧を低圧側端子の電圧よりも高くする昇圧制御を行う場合は、正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子をオンオフ周期でオンオフ制御し、
昇圧中止制御を行う場合は、正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子をオフ制御し、
低圧側端子と高圧側端子とを直結状態にする直結制御を行う場合は、正極側のスイッチング素子をオンにすると共に負極側のスイッチング素子をオフにし、
昇圧制御の実施中に、高圧側電圧センサの出力の推定値である第一の推定値を算出し、第一の推定値と高圧側電圧センサの出力値との差の絶対値に基づいて、高圧側電圧センサの故障を仮判定し、
高圧側電圧センサの故障を仮判定した場合は、昇圧制御から、昇圧中止制御に移行し、
昇圧中止制御の実施中に、低圧側電圧と高圧側電圧の差に基づいて直結制御へ移行し、
直結制御の実施中に、低圧側電圧センサの出力値と高圧側電圧センサの出力値の差の絶対値に基づいて、高圧側電圧センサの故障を確定するように構成されている。

本願に開示される電力変換装置の制御装置によれば、昇圧制御の実施中に、高圧側電圧センサの出力の推定値である第一の推定値を算出し、第一の推定値と高圧側電圧センサの出力値との差の絶対値に基づいて、高圧側電圧センサの故障を仮判定し、高圧側電圧センサの故障を仮判定した場合は、昇圧制御から、昇圧中止制御に移行し、昇圧中止制御の実施中に、低圧側電圧と高圧側電圧の差に基づいて直結制御へ移行し、直結制御の実施中に、低圧側電圧センサの出力値と高圧側電圧センサの出力値の差の絶対値に基づいて、高圧側電圧センサの故障を確定するので、高圧側電圧センサの固着故障、ゲイン故障とも素子の破壊を防止しつつ誤判定なく検出することができる。

実施の形態１に係る電力変換装置の構成図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置の高圧側電圧センサの故障判定の処理の流れを示す第一のフローチャートである。 実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置の高圧側電圧センサの故障判定の処理の流れを示す第二のフローチャートである。 実施の形態２に係る電力変換装置の制御装置の高圧側電圧センサの故障判定の処理の流れを示す第一のフローチャートである。 実施の形態３に係る電力変換装置の制御装置の高圧側電圧センサの故障判定の処理の流れを示す第一のフローチャートである。 実施の形態４に係る電力変換装置の制御装置の高圧側電圧センサの故障判定の処理の流れを示す第二のフローチャートである。

以下、本願に係る電力変換装置の制御装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

１．実施の形態１
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置９００の構成図である。図２は、実施の形態１に係る電力変換装置９００の制御装置３００のハードウェア構成図である。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置９００の制御装置３００の高圧側電圧センサ２０１の故障判定の処理の流れを示す第一のフローチャートである。図４は、実施の形態１に係る電力変換装置９００の制御装置の高圧側電圧センサ２０１の故障判定の処理の流れを示す第二のフローチャートである。

＜コンバータ＞
図１に於いて、電力変換装置９００は、コンバータ１００と、コンバータ１００を制御する制御装置３００とから構成される。コンバータ１００は、直流電圧間の電力を変換する直流電力変換装置としての機能を有し、リアクトル１０２と、半導体モジュール１０７と、低圧側コンデンサ１０１と、エネルギ蓄積手段としての高圧側コンデンサ１０５と、高圧側放電抵抗１０６と、を備えている。

半導体モジュール１０７は、負極側のスイッチング素子１０３と、正極側のスイッチング素子１０４と、から成る。負極側のスイッチング素子１０３と正極側のスイッチング素子１０４は、互いに直列に接続されており、コンバータ１００に於けるスイッチング回路を構成している。

負極側のスイッチング素子１０３と正極側のスイッチング素子１０４は、後述するように制御装置３００によりスイッチング制御される。負極側のスイッチング素子１０３及び正極側のスイッチング素子１０４は、例えば、それぞれフリーホイールダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されている。スイッチング素子としては、この他、逆並列接続された寄生ダイオードを有するＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることもでき、また、逆並列接続されたダイオードを有する通常のバイポーラトランジスタを用いてもよい。

この実施の形態１に於いては、半導体モジュール１０７の負極側のスイッチング素子１０３は、第１のゲート信号Ｓ１がハイレベルのときにオンとなりローレベルのときにオフとなる。同様に、正極側のスイッチング素子１０４は、第２のゲート信号Ｓ２がハイレベルのときにオンとなりローレベルのときにオフとなる。

負極側のスイッチング素子１０３は、一端が負極側の配線を介して低圧側コンデンサ１０１の負極側端子に接続され、他端がリアクトル１０２を介して低圧側コンデンサ１０１の正極側端子に接続されている。正極側のスイッチング素子１０４は、一端が負極側のスイッチング素子１０３の他端に接続され、他端が高圧側コンデンサ１０５の正極側端子に接続されている。高圧側コンデンサ１０５の負極側端子は、負極側の配線を介して負極側のスイッチング素子１０３の一端に接続されている。前述の高圧側放電抵抗１０６は、高圧側コンデンサ１０５と並列に接続されている。

コンバータ１００としては、低圧側コンデンサ１０１、高圧側コンデンサ１０５が無くても成立する。低圧側はバッテリに接続しており、バッテリ自体が大きなコンデンサと考えられる。また、高圧側は、回転電機２及び回転電機２を駆動し、または回転電機に駆動されるインバータが接続されているので、これらが容量成分を有している場合が多い。しかし、低圧側コンデンサ１０１を設置することによって、バッテリ電源ラインにリップルが伝わるのを防ぐことができる。また、高圧側コンデンサ１０５を設けることにより、高圧側の電圧変動を減少させることができるので、低圧側コンデンサ１０１、高圧側コンデンサ１０５の設置は望ましい。

低圧側コンデンサ１０１は、コンバータ１００の入力側電圧である低圧側電圧を平滑化する。リアクトル１０２は、高圧側コンデンサ１０５に蓄積するエネルギを発生する。負極側のスイッチング素子１０３と正極側のスイッチング素子１０４とを備えた半導体モジュール１０７は、入力側電圧である低圧側電圧を出力側電圧である高圧側電圧に昇圧する。高圧側コンデンサ１０５は、コンバータ１００の高圧側電圧を平滑化する。高圧側放電抵抗１０６は、高圧側コンデンサ１０５に蓄えられたエネルギとしての電荷を解放するために用いられる。

コンバータ１００の低圧側端子としての低圧側負極端子１００ａと低圧側正極端子１００ｂとの間には、直流電源としてのバッテリ１が接続されている。コンバータ１００の出力端子としての高圧側負極端子１００ｃと高圧側正極端子１００ｄとの間には、電動機としての機能と発電機としての機能を備えた回転電機２が接続されている。

回転電機２は、コンバータ１００からの出力を制御するインバータ（図示せず）を具備するものであって、図１に於いては、回転電機２は前述のインバータを含めて表わされている。即ち、回転電機２は、インバータに電気的に接続されたコンバータ１００からの直流電力の供給を受けて駆動力を発生し、または発電した交流電力を前述のインバータにより直流電力に変換してコンバータ１００を介してバッテリ１に供給する。

ここで、前述のインバータは、直流電源としてのコンバータ１００の出力である直流電力と、回転電機２と、の間で電力変換を行うＤＣ／ＡＣコンバータを構成している。前述のインバータは、コンバータ１００の高圧側正極端子１００ｄに接続される正極側導体と、コンバータ１００の高圧側負極端子１００ｃに接続される負極側導体と、の間に半導体スイッチによる３相インバータ回路（図示せず）である。

前述のインバータに於ける三相ブリッジ回路の正極側直流端子は、コンバータ１００の高圧側正極端子１００ｄに接続され、負極側直流端子はコンバータ１００の高圧側負極端子１００ｃに接続されており、その正極側直流端子と負極側直流端子との間に、Ｕ相上アーム半導体スイッチング素子とＵ相下アーム半導体スイッチング素子とが直列接続されてなるＵ相アームと、Ｖ相上アーム半導体スイッチング素子とＶ相下アーム半導体スイッチング素子とが直列接続されてなるＶ相アームと、Ｗ相上アーム半導体スイッチング素子とＷ相下アーム半導体スイッチング素子とが直列接続されてなるＷ相アームと、が並列接続されている。

前述のＵ相上アーム半導体スイッチング素子とＵ相下アーム半導体スイッチング素子とが直列接続された部分から導出されたＵ相出力端子は、回転電機２のＵ相電機子巻線端子に接続され、Ｖ相上アーム半導体スイッチング素子とＶ相下アーム半導体スイッチング素子とが直列接続された部分から導出されたＶ相出力端子は、回転電機２のＶ相電機子巻線端子に接続され、Ｗ相上アーム半導体スイッチング素子とＷ相下アーム半導体スイッチング素子とが直列接続された部分から導出されたＷ相出力端子は、回転電機２のＷ相電機子巻線端子に接続されている。前述のＵ相上アーム半導体スイッチング素子と、Ｕ相下アーム半導体スイッチング素子と、Ｖ相上アーム半導体スイッチング素子と、Ｖ相下アーム半導体スイッチング素子と、Ｗ相上アーム半導体スイッチング素子と、Ｗ相下アーム半導体スイッチング素子とは、フリーホイールダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ、もしくは逆並列接続された寄生ダイオードを有するＦＥＴ等の半導体チップが用いられる。

尚、図１では、回転電機２が１つのシステムを示しているが、回転電機が２つのシステムであってもよく、その場合、１つの回転電機は駆動側つまり電動機として使用し、他の１つの回転電機は発電機として使用してもよい。

コンバータ１００は、高圧側コンデンサ１０５の正極と負極との間の電圧である高圧側電圧を検出するための、高圧側電圧センサ２０１と、低圧側コンデンサ１０１の正極と負極との間の電圧である低圧側電圧を検出するための、低圧側電圧センサ２０３と、リアクトル１０２を流れる電流を検出する低圧側電流センサ２０２を有している。また、バッテリの出力電圧は、直流電源電圧センサとしてのバッテリ電圧センサ２０４により検出される。

＜制御装置＞
制御装置３００は、第１のゲート信号Ｓ１を生成して負極側のスイッチング素子１０３のゲートに与え、負極側のスイッチング素子１０３をオン、オフ動作させ、第２のゲート信号Ｓ２を生成して正極側のスイッチング素子１０４のゲートに与え、正極側のスイッチング素子１０４をオン、オフ動作させる。ここで、制御装置３００は、第１のゲート信号Ｓ１をハイレベルとするときは第２のゲート信号Ｓ２をローレベルとし、第１のゲート信号Ｓ１をローレベルとするときは第２のゲート信号Ｓ２をハイレベルとするように構成されている。

また、制御装置３００は、故障検出器３０２と、出力側電圧検出器としての高圧側電圧検出器４０１と、入力電流検出器としてのリアクトル電流検出器４０２と、入力側電圧検出器としての低圧側電圧検出器４０３と、直流電源電圧検出器としてのバッテリ電圧検出器４０４と、出力側電流検出器としての出力電流検出器４０５と、回転電機の情報を検出する回転電機情報検出器４０６とを備えている。

高圧側電圧検出器４０１は、高圧側電圧センサ２０１から高圧側コンデンサ１０５の電圧の検出値Ｖｏｕｔが入力され、入力された検出値Ｖｏｕｔに基づいて算出した、出力側検出電圧としての高圧側検出電圧である出力値Ｖ２を出力する。リアクトル電流検出器４０２は、低圧側電流センサ２０２からリアクトル１０２の電流の検出値Ｉｉｎが入力され、入力された検出値Ｉｉｎに基づいて算出した、リアクトル電流である出力値ＩＬを出力する。出力電流検出器４０５は、高圧側電流センサ２０５から高圧側正極端子１００ｄの電流の検出値Ｉｏｕｔが入力され、入力された検出値Ｉｏｕｔに基づいて算出した、出力側検出電流としての出力値Ｉ２を出力する。

低圧側電圧検出器４０３は、低圧側電圧センサ２０３から低圧側コンデンサ１０１の電圧の検出値Ｖｉｎが入力され、入力された検出値Ｖｉｎに基づいて算出した、入力側検出電圧としての低圧側検出電圧である出力値Ｖ１を出力する。バッテリ電圧検出器４０４は、バッテリ電圧センサ２０４からバッテリ１の電圧の検出値Ｖｂｏが入力され、入力された検出値Ｖｂｏに基づいて算出した、直流電源検出電圧としてのバッテリの電圧検出値Ｖｂａｔｔを出力する。

故障検出器３０２は、高圧側電圧検出器４０１から出力された高圧側検出電圧である出力値Ｖ２と、リアクトル電流検出器４０２から出力されたリアクトルである出力値ＩＬと、低圧側電圧検出器４０３から出力された出力値Ｖ１と、バッテリ電圧検出器４０４から出力されたバッテリの電圧検出値Ｖｂａｔｔと、出力電流検出器４０５から出力された出力値Ｉ２と、がそれぞれ入力される。

この実施の形態１に於いては、制御装置３００は、低圧側電圧センサ２０３による低圧側検出電圧である出力値Ｖ１とバッテリの電圧検出値Ｖｂａｔｔを比較する。制御装置３００は、バッテリの電圧検出値Ｖｂａｔｔと低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１の差の絶対値が第六の判定値Ｆよりも小さい場合、低圧側電圧センサ２０３の正常判定をする。第六の判定値Ｆは、実験によって求めてもよい。低圧側電圧センサ２０３の正常性が確認できれば、低圧側電圧センサ２０３の出力が信頼できるので、低圧側電圧センサ２０３の出力を用いて、高圧側電圧センサ２０１の故障判定をすることができ、有意である。

回転電機情報検出器４０６には、回転電機２から回転電機情報が入力され、インバータ出力電力または電動機入力電力を出力する。なお、インバータ出力電力または電動機入力電力は、公知の技術を用いて算出することができる。

以上のように構成された実施の形態１による電力変換装置９００は、低圧側と高圧側との間で双方向の電力変換が可能な双方向型の電力変換装置であり、低圧側負極端子１００ａと低圧側正極端子１００ｂとの間に入力された入力側電圧である低圧側電圧を、その低圧側電圧以上の電圧に昇圧し、昇圧後の出力側電圧である高圧側電圧を、高圧側負極端子１００ｃと高圧側正極端子１００ｄとの間に出力する。

即ち、電力変換装置９００は、定常状態の動作として、負極側のスイッチング素子１０３をオンとし、正極側のスイッチング素子１０４をオフとすることにより、リアクトル１０２に通電し、負極側のスイッチング素子１０３をオフとし、正極側のスイッチング素子１０４をオンとすることにより、リアクトル１０２にエネルギを発生させて高圧側コンデンサ１０５にそのエネルギを蓄積させるように動作する。

前述のように、負極側のスイッチング素子１０３と正極側のスイッチング素子１０４のオン、オフを交互に繰り返すことにより、高圧側コンデンサ１０５にエネルギが蓄積され、高圧側正極端子１００ｄと高圧側負極端子１００ｃとの間に低電圧側電圧以上に昇圧された高圧側電圧が出力される。制御装置３００は、第１のゲート信号Ｓ１と第２のゲート信号Ｓ２のハイレベルとローレベルのデューティを変化させることで、負極側のスイッチング素子１０３と正極側のスイッチング素子１０４のオン、オフのタイミングを変化させて、外部から入力された指令値としての高圧側の電圧指令値Ｖｏｕｔ＿ｃに追従するように出力電圧としての高圧側電圧の値を制御することができる。

＜制御装置のハードウェア構成＞
図２は、実施の形態１に係る電力変換装置９００の制御装置３００のハードウェア構成図である。本実施の形態では、制御装置３００は、電力変換装置を制御する制御装置である。制御装置３００の各機能は、制御装置３００が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置３００は、図２に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のものまたは異なる種類のものが複数備えられ、それらが各処理を分担して実行してもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０からの制御信号を変換して出力する駆動回路等を備えている。

制御装置３００が備える各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置３００の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、制御装置３００が用いる閾値、判定値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。

図１の制御装置３００の内部に記載された３０２と、４０１から４０６で示された各機能は、それぞれソフトウェアのモジュールで構成されるものであってもよいが、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって構成されるものであってもよい。

＜故障判定の流れ＞
次に、制御装置３００に於ける、高圧側電圧センサ２０１の故障判定の処理の流れについて説明する。図３、図４は、実施の形態１に係る電力変換装置９００の制御装置３００の高圧側電圧センサ２０１の故障判定の処理の流れを示す第一のフローチャートと第二のフローチャートであり、図４は図３の続きを示す。

図３の処理は、所定時間ごと（例えば１０ｍｓごと）に実行され、ステップＳ１０１から開始される。ステップＳ１０２にて、制御装置３００は、起動直後かどうかを判定し、起動直後であれば、ステップＳ１０３で、初期化処理として、高圧側電圧センサ故障仮判定フラグ、直結制御フラグ、高圧側電圧センサ故障確定フラグをクリアし、仮判定カウンタ、確定カウンタをリセットする。高圧側電圧センサ故障仮判定フラグは、高圧側電圧センサ２０１の故障仮判定をしたことを示し、制御装置３００が昇圧中止制御中であることを示すフラグである。直結制御フラグは制御装置３００が直結制御中であることを示すフラグである。高圧側電圧センサ故障確定フラグは、高圧側電圧センサ２０１の故障を確定したことを示すフラグである。仮判定カウンタは、故障の仮判定するまで異常状態が継続することを監視するためのカウンタである。確定カウンタは、制御装置３００が直結制御中に異常状態が継続して故障を確定することを監視するためのカウンタである。ステップＳ１０３の後、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０２で、制御装置の起動直後でない場合は、ステップＳ１０３をスキップしてステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４にて、高圧側電圧センサ故障確定フラグがセットされているかどうかを判定する。セットされている場合は、制御装置３００が高圧側電圧センサ２０１の故障を確定済みであることを示す。セットされている場合は、ステップＳ１２５へ進み、処理を終了する。セットされていない場合は、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５では、直結制御フラグがセットされているかどうかを判断する。直結制御フラグがセットされている場合は、制御装置３００が、直結制御中であることを示す。セットされている場合は、ステップＳ１１９へ進んで、直結制御を継続する。直結制御フラグがセットされていない場合は、ステップＳ１０６へ進む。

制御装置３００は、昇圧制御、昇圧中止制御、直結制御のいずれかの制御を実行する。通常は、制御装置３００は昇圧制御によって、入力側電圧である低圧側電圧を昇圧し、昇圧後の出力側電圧である高圧側電圧を出力する。高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定した場合は、制御装置３００は昇圧中止制御に移行して、負極側のスイッチング素子１０３、正極側のスイッチング素子１０４をともにオフして、昇圧を停止する。昇圧中止制御を実行した後、制御装置３００は、負極側のスイッチング素子１０３をオフし、正極側のスイッチング素子１０４をオンにし、直結制御に移行する。直結制御中に、低圧側電圧センサによる出力値Ｖ１と、高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２を比較して、高圧側電圧センサの故障を確定する。故障を確定した場合は、制御装置３００は直結制御を維持して、バッテリ電圧をそのまま出力し、回転電機の運転を継続する。

ステップＳ１０６にて、制御装置３００は高圧側電圧センサ故障仮判定フラグがセットされているかどうかを判定する。高圧側電圧センサ故障仮判定フラグがセットされていれば、ステップＳ１１５へ進んで、昇圧中止制御を継続する。高圧側電圧センサ故障仮判定フラグがセットされていない場合は、通常の昇圧制御中である場合に相当し、ステップＳ１０７で昇圧制御を実行する。

ステップＳ１０７の後、ステップＳ１０８で制御装置３００は第一の推定値としてＶ２推定値を演算する。高圧側検出電圧である出力値Ｖ２の推定は、以下のいずれかの手法で行うことができる。

（１）低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１と負極側のスイッチング素子１０３のオンデューティＤｔとの積に基づいて推定
Ｖ２推定値＝（低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１)×（負極側のスイッチング素子１０３のオンデューティＤｔ）×Ｋ１ にて算出する。０＜Ｄｔ＜１である。Ｋ１は定数であり実験によって決めることができる。

（２）低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１と低圧側電流センサ２０２による出力値ＩＬとの積である入力電力を高圧側電流センサ２０５による出力値Ｉ２で除した値に基づいて推定
Ｖ２推定値＝（低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１）×（低圧側電流センサ２０２による出力値ＩＬ）×（電力変換効率η）÷（高圧側電流センサ２０５による出力値Ｉ２） にて算出する。低圧側検出電圧である出力値Ｖ１にリアクトル電流である出力値ＩＬを乗じた入力電力に予め測定済みの電力変換効率ηを乗じて出力電力を求め、高圧側電流センサ２０５による出力値Ｉ２で除してＶ２推定値を算出する。電力変換効率ηは定数であり、実験によって決めることができる。

（３）回転電機の負荷情報から求めた電力値を高圧側電流センサ２０５による出力値Ｉ２で除した値に基づいて推定
Ｖ２推定値＝（負荷情報から求めた電力値)×（電力変換効率ζ）÷（高圧側電流センサ２０５による出力値Ｉ２） にて算出する。回転電機２のインバータ出力電力または電動機入力電力に予め測定済みの電力変換効率ζを乗じて電力を求め、インバータ入力電流すなわちコンバータ１００の出力電流である出力値Ｉ２で除してＶ２推定値を算出する。予め測定済みの電力変換効率ζを用いることにより、Ｖ２推定値を算出できる。電力変換効率ζは定数であり、実験によって決めることができる。

ステップＳ１０８で、Ｖ２推定値を演算した後、ステップＳ１０９にて、制御装置３００は、 ｜Ｖ２推定値−Ｖ２｜≧第一の判定値Ａ であるか否かを判定する。第一の判定値Ａは、各種センサ、および、演算の精度などを考慮して定めるが、例えば、１０Ｖとする。

ステップＳ１０９で、｜Ｖ２推定値−Ｖ２｜≧第一の判定値Ａ であれば、ステップＳ１１０へ進んで、制御装置３００は仮判定カウンタの加算（インクリメント）を行い、ステップＳ１１１で、仮判定カウンタの値が、仮判定時間Ｔ１以上であるかどうか判定する。仮判定時間Ｔ１は各種センサ、および、演算の精度などを考慮して定めるが、例えば１００ｍｓとする。ステップＳ１０９で、仮判定カウンタの値が仮判定時間Ｔ１以上の場合、ステップＳ１１２へ進んで、制御装置３００は高圧側電圧センサ故障仮判定フラグをセットする。

ステップＳ１０９で、 ｜Ｖ２推定値−Ｖ２｜≧第一の判定値Ａ でないと判定した場合、高圧側電圧センサの出力は信頼できるので、ステップＳ１１３で仮判定カウンタをリセットし、高圧側電圧センサ故障仮判定フラグをクリアする。ステップＳ１１３の後、ステップＳ１２５で処理を終了する。

ステップＳ１１１で仮判定カウンタの値が仮判定時間Ｔ１未満であれば、ステップＳ１２５へ進み処理を終了する。この場合、出力値Ｖ２の値はＶ２推定値との差が大きいが、仮判定時間を経過していないので、ノイズ、および、演算の遅れ、センサのコネクタの一時的接続不良等による一時的異常の可能性もあり、判断が保留されている。

図３のフローチャートは図４のフローチャートに続いている。ステップＳ１１２で高圧側電圧センサ故障仮判定フラグをセットした後、ステップＳ１１４にて制御装置３００は待機カウンタをリセットする。待機カウンタで、昇圧制御に移行してからの時間を計測するためである。その後、ステップＳ１１５で昇圧中止制御を実行する。その後、ステップＳ１１６で、待機カウンタを加算（インクリメント）する。その後ステップＳ１１７で、待機カウンタの値が直結移行待機時間Ｔ２以上かどうかを判定する。

直結移行待機時間Ｔ２は、制御装置３００によるコンバータ１００の制御が、昇圧制御から昇圧中止制御に移行してからの時間であって、高圧側電圧が徐々に低下して低圧側電圧に近づき、直結制御に移行しても正極側のスイッチング素子１０４に突入電流が流れてスイッチング素子１０４が破壊される状況でないと判断できる経過時間を表している。

図１に示すように、高圧側には、高圧側コンデンサ１０５と高圧側放電抵抗１０６が備えられている。よって、昇圧制御から昇圧中止制御に移行した場合、高圧側コンデンサ１０５に充電された電荷が高圧側放電抵抗１０６によって放電され、高圧側の電圧は低下してゆく。昇圧制御から昇圧中止制御に移行した時点の、高圧側の電圧をＶ２推定値とし、放電後の電圧を低圧側検出電圧である出力値Ｖ１と第二の判定値Ｂの和とし、高圧側コンデンサ１０５の容量と高圧側放電抵抗１０６の抵抗値から算出される放電時間を直結移行待機時間Ｔ２とすることができる。直結移行待機時間Ｔ２を経過すると、低圧側コンデンサ１０１の電圧と高圧側コンデンサ１０５の電圧の差が第二の判定値Ｂ以下となると推定できるので、直結移行が可能となる。第二の判定値Ｂは、第二の判定値Ｂの大きさの電圧差が存在した場合に、高圧側コンデンサ１０５と低圧側コンデンサ１０１を正極側のスイッチング素子１０４で直結した場合に、正極側のスイッチング素子１０４がダメージを受けない電圧である。第二の判定値Ｂは、高圧側コンデンサ１０５と低圧側コンデンサ１０１の容量、高圧側の電圧、定電圧側の電圧、正極側のスイッチング素子１０４の耐圧などによって決定することができる。例えば、第二の判定値Ｂを５Ｖとしてもよい。また、推定演算の誤差、安全係数を考慮して、Ｂ＝０Ｖとしてもよい。

図４のステップＳ１１７で待機カウンタの値が直結移行待機時間Ｔ２以上の場合、ステップＳ１１８で、直結制御フラグをセットし確定カウンタをリセットする。この後直結制御を開始し、開始してからの時間の計測を始めるためである。ステップＳ１１８の後、ステップＳ１１９へ進む。ステップＳ１１７で待機カウンタの値が直結移行待機時間Ｔ２未満の場合は、ステップＳ１２５へ進み、処理を終了する。

ステップＳ１１９で、制御装置３００は直結制御を実行する。制御装置３００は、コンバータ１００に於ける半導体モジュール１０７の負極側のスイッチング素子１０３をオフ、正極側のスイッチング素子１０４をオン状態に固定し直結状態を維持する。

ステップＳ１１９の後ステップＳ１２０で、制御装置３００は高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２と、低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１とを比較する。 ｜Ｖ１−Ｖ２｜≧第三の判定値Ｃ であるかどうかを判断する。第三の判定値Ｃは、各種センサの精度、フリーホイールダイオードの順方向電圧などを考慮して決定され、例えば５Ｖとする。

ステップＳ１２０で、｜Ｖ１−Ｖ２｜≧第三の判定値Ｃ でない場合は、ステップＳ１２４へ進む。この場合、直結制御によって低圧側と高圧側が直結された状態を、高圧側電圧センサ２０１が正しく認識しているので、高圧側電圧センサ２０１を正常判定できる。このためステップＳ１２４にて、高圧側電圧センサ故障仮判定フラグ、直結制御フラグ、高圧側電圧センサ故障確定フラグ、をクリアし、仮判定カウンタ、待機カウンタ、確定カウンタをリセットする。ステップＳ１２４の後、ステップＳ１２５へ進んで処理を終了する。

ステップＳ１２０で、｜Ｖ１−Ｖ２｜≧第三の判定値Ｃ の場合は、ステップＳ１２１で確定カウンタを加算（インクリメント）する。次のステップＳ１２２で、確定カウンタの値が故障確定時間Ｔ３以上の場合は、高圧側電圧センサ２０１の故障を確定する。直結制御によって第三の判定値Ｃ未満の電圧になっているはずの、出力値Ｖ１、Ｖ２の差が第三の判定値Ｃ以上の状態が、故障確定時間Ｔ３以上継続しているからである。ステップＳ１２３で高圧側電圧センサ故障確定フラグをセットして、ステップＳ１２５で処理を終了する。故障確定時間Ｔ３は、各種センサの精度、およびフリーホイールダイオードの順方向電圧などを考慮して決定するが、例えば５０ｍｓと設定できる。

ステップＳ１２２で、確定カウンタの値が故障確定時間Ｔ３未満の場合は、ステップＳ１２５で処理を終了する。故障確定時間Ｔ３を経過していないので、ノイズ、演算の遅れ、センサのコネクタの一時的接続不良等による一時的異常の可能性もあり判断が保留されている。

なお制御装置３００は、高圧側電圧センサ２０１が故障であると確定した後は、コンバータ１００に於ける半導体モジュール１０７の負極側のスイッチング素子１０３をオフ、正極側のスイッチング素子１０４をオン状態に固定して直結制御を維持してもよい。オン状態に固定すると、直流電源の電圧を高圧側コンデンサ１０５に蓄積して回転電機２へ直流電力を供給し、または、回転電機２で発電した交流電力をインバータにより直流電力に変換してコンバータ１００を介してバッテリ１に供給することができる。回転電機２の運転を継続できるので有意である。

＜実施の形態１の効果＞
（ａ）実施の形態１に係る電力変換装置９００の制御装置３００は、
低圧側正極端子１００ｂから高圧側正極端子１００ｄに直流電圧を昇圧するコンバータ１００を制御する電力変換装置９００の制御装置３００であって、
コンバータ１００は、正極側のスイッチング素子１０４と、負極側のスイッチング素子１０３と、リアクトル１０２と、低圧側正極端子１００ｂと低圧側負極端子１００ａの間の電圧である出力値Ｖ１を検出する低圧側電圧センサ２０３と、高圧側正極端子１００ｄと高圧側負極端子１００ｃの間の電圧である高圧側電圧である出力値Ｖ２を検出する高圧側電圧センサ２０１と、を有し、高圧側正極端子１００ｄと高圧側負極端子１００ｃとの間に正極側のスイッチング素子１０４と負極側のスイッチング素子１０３とが直列接続され、正極側のスイッチング素子１０４と負極側のスイッチング素子１０３との接続点１０２ａが、リアクトル１０２を介して低圧側正極端子１００ｂにされ、高圧側負極端子１００ｃと低圧側負極端子１００ａとが接続され、
制御装置３００は、
高圧側端子の電圧を低圧側端子の電圧よりも高くする昇圧制御を行う場合は、正極側のスイッチング素子１０４及び負極側のスイッチング素子１０３をオンオフ周期でオンオフ制御し、
昇圧中止制御を行う場合は、正極側のスイッチング素子１０４及び負極側のスイッチング素子１０３をオフ制御し、
低圧側正極端子１００ｂと高圧側正極端子１００ｄとを直結状態にする直結制御を行う場合は、正極側のスイッチング素子１０４をオンにすると共に負極側のスイッチング素子１０３をオフにし、
昇圧制御の実施中に、高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２の推定値である第一の推定値を算出し、第一の推定値と高圧側電圧センサによる出力値Ｖ２との差の絶対値に基づいて、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定し、
高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定した場合は、昇圧制御から、昇圧中止制御に移行し、
昇圧中止制御の実施中に、低圧側電圧と高圧側電圧の差に基づいて直結制御へ移行し、
直結制御の実施中に、低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１と高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２の差の絶対値に基づいて、高圧側電圧センサ２０１の故障を確定するように構成されている。

これによって、電力変換装置９００の昇圧制御の実施中に、高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２の推定値である第一の推定値を算出し、第一の推定値と高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２との差の絶対値に基づいて高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定し、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定した場合は、昇圧制御から昇圧中止制御に移行し、昇圧中止制御の実施中に、低圧側電圧と高圧側電圧の差に基づいて直結制御へ移行し、直結制御の実施中に、低圧側電圧センサ２０３の出力値Ｖ１と高圧側電圧センサ２０１の出力値Ｖ２の差の絶対値に基づいて、高圧側電圧センサ２０１の故障を確定することができる。このため、高圧側電圧センサ２０１の固着故障、ゲイン故障とも正極側のスイッチング素子１０４の破壊を防止しつつ誤判定なく検出することができる。

（ｂ）加えて、制御装置３００は、
昇圧制御の実施中に、高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２を推定した第一の推定値と、高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２との差の絶対値が第一の判定値Ａ以上の場合、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定し、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定した場合は、昇圧制御から、昇圧中止制御に移行し、
昇圧中止制御の実施中に、低圧側電圧と高圧側電圧の差が第二の判定値Ｂよりも小さいと推定した場合、直結制御へ移行し、
直結制御の実施中に、低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１と高圧側電圧センサによる出力値Ｖ２の差の絶対値が第三の判定値Ｃ以上の場合、高圧側電圧センサ２０１の故障を確定する電力変換装置９００の制御装置３００である。

この場合、第一の判定値Ａ、第三の判定値Ｃを適切に決定することによって、高圧側電圧センサ２０１が固着故障を起こした場合も、ゲイン故障を起こした場合も、適切に故障検出することができる。また、第二の判定値Ｂを適切に設定することで、昇圧中止制御から直結制御に移行するタイミングを、正極側のスイッチング素子１０４の故障を予防しつつ適切に設定することができ、直結制御に移行することで高圧側電圧センサ２０１の故障の誤判定を防止することができる。

（ｃ）加えて、制御装置３００は昇圧制御の実施中に、低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１と負極側のスイッチング素子１０３のオンデューティＤｔとの積に基づいて高圧側電圧センサ２０１の出力の推定値である第一の推定値を推定し、第一の推定値と、高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２との差の絶対値が第一の判定値Ａ以上の場合、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定する制御装置とすることができる。

この場合、高圧側電圧センサ２０１の本来検出すべき電圧を、低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１と負極側のスイッチング素子１０３のオンデューティＤｔの積に所定の係数を乗じて第一の推定値として算出するので、高圧側の実際の電圧を、オンデューティＤｔに応じて精度よく推定することができる。この推定値と高圧側電圧センサ２０１による出力を比較して故障検出できるので、運転状態が変動しても負荷に応じて変化するオンデューティＤｔに応じて、高圧側電圧センサ２０１の故障を精度よく判定することができる。

（ｄ）また、コンバータ１００は、リアクトル１０２を流れる電流である出力値ＩＬを検出する低圧側電流センサ２０２と、高圧側正極端子１００ｄを流れる電流である出力値Ｉ２を検出する高圧側電流センサ２０５とを備え、
制御装置３００は、昇圧制御の実施中に、低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１と低圧側電流センサ２０２による出力値ＩＬとの積である入力電力を高圧側電流センサ２０５による出力値Ｉ２で除した値に基づいて高圧側電圧センサ２０１による出力を推定して第一の推定値とし、第一の推定値と、高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２との差の絶対値が第一の判定値Ａ以上の場合、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定する電力変換装置９００の制御装置３００とすることもできる。

この場合、高圧側電圧センサ２０１の本来検出すべき電圧を、低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１と低圧側電流センサ２０２による出力値ＩＬとの積である入力電力に電力変換効率ηを乗じて、高圧側電流センサ２０５による出力値Ｉ２で除した値によって第一の推定値として推定したので、高圧側の実際の電圧を精度よく推定することができる。この第一の推定値と高圧側電圧センサ２０１による出力を比較して故障検出できるので、運転状態が変動してもこれに応じて変化する電流値に応じて、高圧側電圧センサ２０１の故障を精度よく判定することができる。

（ｅ）また、コンバータ１００は、高圧側正極端子１００ｄを流れる電流である高圧側電流である出力値Ｉ２を検出する高圧側電流センサ２０５と、コンバータ１００に接続される回転電機２の負荷情報を検出する回転電機情報検出器４０６を備え、
制御装置３００は昇圧制御の実施中に、回転電機２の負荷情報から求めた電力値を高圧側電流センサ２０５による出力値Ｉ２で除した値に基づいて高圧側電圧センサ２０１の出力を推定して第一の推定値とし、第一の推定値と高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２との差の絶対値が第一の判定値Ａ以上の場合、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定する電力変換装置９００の制御装置３００とすることもできる。

この場合、高圧側電圧センサ２０１の本来検出すべき電圧を、回転電機２の負荷情報から求めた電力値と電力変換効率ζの積を高圧側電流センサ２０５による出力値Ｉ２で除した値に基づいて高圧側電圧センサ２０１の出力を第一の推定値として推定したので、高圧側の実際の電圧を精度よく推定することができる。この第一の推定値と高圧側電圧センサ２０１による出力を比較して故障検出できるので、運転状態が変動してもこれに応じて変化する回転電機２の負荷情報に応じて高圧側電圧センサ２０１の故障を精度よく判定することができる。

（ｆ）さらに、コンバータ１００は、高圧側正極端子１００ｄと高圧側負極端子１００ｃの間に設けられたエネルギを蓄積するエネルギ蓄積手段としての高圧側コンデンサ１０５と、高圧側コンデンサ１０５に並列に接続された高圧側放電抵抗１０６、を有し、
制御装置３００は、昇圧中止制御の実施中に、高圧側コンデンサ１０５の容量と高圧側放電抵抗１０６の抵抗値に基づいて直結制御へ移行する直結移行待機時間Ｔ２を算出する電力変換装置９００の制御装置３００とすることができる。

この場合、高圧側の電圧を第一の推定値であるＶ２推定値とし、放電後の電圧を低圧側検出電圧である出力値Ｖ１と第二の判定値Ｂの和とし、高圧側コンデンサ１０５の容量と高圧側放電抵抗１０６の抵抗値から算出される放電時間を直結移行待機時間Ｔ２としたので、高圧側コンデンサ１０５と低圧側コンデンサ１０１を正極側のスイッチング素子１０４で直結した場合に、正極側のスイッチング素子１０４がダメージを受けない電圧Ｂ（第二の判定値）に対して適切に直結移行待機時間Ｔ２を設定できる。これにより、正極側のスイッチング素子１０４を保護しつつ最適なタイミングで直結制御に移行することができ、高圧側電圧センサ２０１の故障を精度よく判定することができる

（ｇ）さらに、制御装置３００は、高圧側電圧センサ２０１の故障を確定した場合、直結制御を継続する電力変換装置９００の制御装置３００とすることができる。

この場合、直結制御を継続することによって、直流電源の電圧を高圧側コンデンサ１０５に蓄積して、回転電機２へ直流電力を供給し、または、回転電機２で発電した交流電力をインバータにより直流電力に変換してコンバータ１００を介してバッテリ１に供給することができる。運転を継続できるので有意である。

（ｈ）さらに、コンバータ１００は、低圧側正極端子１００ｂと低圧側負極端子１００ａの間に入力電圧を平滑化する平滑化手段として低圧側コンデンサ１０１を有する電力変換装置９００の制御装置３００とすることができる。

この場合、低圧側コンデンサ１０１を設置することによって、バッテリ電源ラインにリップルが伝わるのを防ぐことができるので、低圧側コンデンサ１０１の設置は望ましい。

（ｉ）さらに、コンバータ１００は、コンバータ１００に接続されるバッテリ１の電圧検出値の入力を備え、制御装置３００は、バッテリの電圧検出値Ｖｂａｔｔと低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１の差の絶対値が第六の判定値Ｆよりも小さい場合、低圧側電圧センサの正常判定をする、電力変換装置９００の制御装置３００とすることができる。

この場合、低圧側電圧センサ２０３の正常性が確認できれば、低圧側電圧センサ２０３の出力が信頼できるので、低圧側電圧センサ２０３の出力を用いて、高圧側電圧センサ２０１の故障判定をすることができ、有意である。

２．実施の形態２
図５は、実施の形態２に係る電力変換装置９００の制御装置３００の高圧側電圧センサ２０１の故障判定の処理の流れを示す第一のフローチャートである。以下、実施の形態２に関して、図５を参照して説明する。

実施の形態２に関して、ハードウェア構成は実施の形態１と全く同じであり、高圧側電圧センサ２０１の故障判定の処理の一部のみが異なる。実施の形態１に係る、図３のフローチャートでステップＳ１０９である処理が、実施の形態２に係る、図５では、ステップＳ１３９に置き換えられている部分のみが異なる。また、図５のフローチャートの続きは、図４のフローチャートに記載されている。

実施の形態２では、実施の形態１において、図３のステップＳ１０９で示されている、高圧側電圧センサ２０１の故障の仮判定をするための条件である、 ｜Ｖ２推定値−Ｖ２｜≧第一の判定値Ａ であるか否かの判定条件が、図５のステップＳ１３９で示されている、 ｜Ｖ２推定値−Ｖ２｜≧第一の判定値Ａ または、｜Ｖ２指令値−Ｖ２｜≧第四の判定値Ｄ であるか否かに置き換わっている。

実施の形態１のステップＳ１０９の条件判定に対して、ＯＲ条件として、 ｜Ｖ２指令値−Ｖ２｜≧第四の判定値Ｄ が加わっている。電力変換装置９００の制御装置３００は、図１の、Ｖｏｕｔ＿ｃで示したように、外部から高圧側(出力電圧）の電圧指令値Ｖｏｕｔ＿ｃを受け取って、スイッチング素子１０３、１０４をデューティ制御している。制御装置３００は、高圧側電圧センサ２０１の出力値が高圧側の電圧指令値Ｖｏｕｔ＿ｃと一致するように、スイッチング素子１０３、１０４の制御デューティを変化させて昇圧制御を実施する。よって、高圧側の電圧指令値Ｖｏｕｔ＿ｃと、高圧側電圧センサ２０１の出力値は通常一致する。この値が一致しない場合は、高圧側電圧センサ２０１の固着故障が推定できる。正常な昇圧制御中に固着故障が発生した場合、制御中の実際の高圧側出力電圧が、固着故障による高圧側電圧センサ２０１の異常出力と近似している場合は、故障検出ができない。

実施の形態２では、高圧側電圧センサ２０１が固着故障を発生させた場合であっても、高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２と第一の推定値であるＶ２推定値を比較するだけでなく、出力値Ｖ２と高圧側の電圧指令値Ｖｏｕｔ＿ｃを比較することで、故障判定の機会が増えることとなる。出力値Ｖ２と高圧側の電圧指令値Ｖｏｕｔ＿ｃの比較を追加することで、高圧側電圧センサ２０１の故障の仮判定の機会を増やすことができ、迅速な故障検出に寄与することができる。第四の判定値Ｄは、各種センサ、および演算の精度などを考慮して決定することができる。ここでは、例えば８Ｖとする。また、仮判定時間Ｔ１を８０ｍｓとして、高圧側電圧センサ２０１の故障の仮判定をより迅速に判定することとしてもよい。

＜実施の形態２の効果＞
（ｊ）実施の形態２に係る、電力変換装置９００の制御装置３００は、
外部からの高圧側の電圧指令値Ｖｏｕｔ＿ｃに基づいて、正極側のスイッチング素子１０４及び負極側のスイッチング素子１０３のオンオフデューティを制御し、昇圧制御の実施中に、高圧側電圧センサ２０１による出力を推定した第一の推定値と、高圧側電圧センサによる出力値Ｖ２との差の絶対値が第一の判定値Ａ以上の場合、または、高圧側の電圧指令値Ｖｏｕｔ＿ｃと、高圧側電圧センサによる出力値Ｖ２との差の絶対値が第四の判定値Ｄ以上の場合、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定するものである。

これにより、高圧側電圧センサ２０１の故障の仮判定の機会を増やすことができ、迅速な故障検出に寄与することができる。

３．実施の形態３
図６は、実施の形態３に係る電力変換装置９００の制御装置３００の高圧側電圧センサ２０１の故障判定の処理の流れを示す第一のフローチャートである。以下、実施の形態３に関して、図６を参照して説明する。

実施の形態３に関して、ハードウェア構成は実施の形態１と全く同じであり、高圧側電圧センサ２０１の故障判定の処理の一部のみが異なる。実施の形態１に係る図３のフローチャートでステップＳ１０８、ステップＳ１０９である処理が、実施の形態３に係る図６ではステップＳ１４８、ステップＳ１４９に置き換えられている。また図６のフローチャートの続きは、図４のフローチャートに記載されている。

ステップＳ１０７の後、ステップＳ１４８で制御装置３００は第二の推定値であるＶ１推定値を演算する。低圧側検出電圧である出力値Ｖ１の推定は、以下のいずれかの手法で行うことができる。

（１）高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２と、１から負極側のスイッチング素子１０３のオンデューティＤｔを減じた値との積に基づいて推定
Ｖ１推定値＝（高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２)×（１−負極側のスイッチング素子１０３のオンデューティＤｔ）×Ｋ２ にて算出する。０＜Ｄｔ＜１である。Ｋ２は定数であり実験によって決定することができる。

（２）高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２と高圧側電流センサ２０５による出力値Ｉ２との積である出力電力を低圧側電流センサ２０２による出力値ＩＬで除した値に基づいて推定
Ｖ１推定値＝（高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２）×（高圧側電流センサ２０５による出力値Ｉ２）×（電力逆変換効率ｐ）÷（低圧側電流センサ２０２による出力値ＩＬ） にて算出する。高圧側検出電圧である出力値Ｖ２に高圧側検出電流である出力値Ｉ２を乗じた出力電力に予め測定済みの電力逆変換効率ｐを乗じて入力電力を求め、入力電流である出力値ＩＬで除してＶ１推定値を算出する。電力逆変換効率ｐは定数であり、実験によって決めることができる。

実施の形態３では、ステップＳ１４８で制御装置３００は第二の推定値であるＶ１推定値を演算した後、ステップＳ１４９で、高圧側電圧センサ２０１の故障の仮判定をするための条件として、 ｜Ｖ１推定値−Ｖ１｜≧第五の判定値Ｅ であるか否かを判定している。Ｖ１推定値を、高圧側電圧センサ２０１による高圧側電圧値である出力値Ｖ２を用いて演算しているため、出力値Ｖ２の値に瑕疵があれば、第二の推定値である出力値Ｖ１の推定値が実際の低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１の値と乖離する。このため出力値Ｖ１とＶ１推定値を比較することで、高圧側電圧センサ２０１の故障の仮判定が可能となる。

ステップＳ１４９で、 ｜Ｖ１推定値−Ｖ１｜≧第五の判定値Ｅ である場合はステップＳ１１０へ進んで仮判定カウンタを加算（インクリメント）する。そうでない場合はステップＳ１１３へ進んで、仮判定カウンタをリセットし、高圧側電圧センサ故障仮判定フラグをクリアする。これらは、実施の形態１と同様である。

ステップＳ１４９で用いる第五の判定値Ｅは、各種センサ、および演算の精度などを考慮して定めるが、例えば１２Ｖとする。また、仮判定時間Ｔ１を１２０ｍｓとして高圧側電流センサ２０５の故障の仮判定をより慎重に実行してもよい。

＜実施の形態３の効果＞
（ｋ）実施の形態３に係る電力変換装置９００の制御装置３００は、昇圧制御の実施中に、高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２に基づいて推定した低圧側電圧である第二の推定値（Ｖ１推定値）と低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１との差の絶対値が第五の判定値以上の場合、高圧側電圧センサの故障を仮判定するものである。

これにより、高圧側電圧センサ２０１が故障した場合は、Ｖ１推定値と低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１の差分が大きくなることで、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定でき、高圧側電圧センサ２０１の固着故障、ゲイン故障とも素子の破壊を防止しつつ誤判定なく検出することができる。

（ｌ）さらに、実施の形態３に係る電力変換装置９００の制御装置３００は、昇圧制御の実施中に、高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２と、１から負極側のスイッチング素子１０３のオンデューティＤｔを減じた値、との積に基づいて推定した第二の推定値である低圧側電圧Ｖ１推定値と低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１との差の絶対値が第五の判定値Ｅ以上の場合、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定することができる。

これにより、Ｖ１推定値＝（高圧側電圧センサ２０１による出力値Ｖ２)×（１−負極側のスイッチング素子１０３のオンデューティＤｔ）×Ｋ２ にて算出した値と、低圧側電圧センサ２０３による出力値Ｖ１とを比較することができ、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定することができる。その結果、高圧側電圧センサ２０１の固着故障、ゲイン故障とも素子の破壊を防止しつつ誤判定なく検出することができる。

４．実施の形態４
図７は、実施の形態４に係る電力変換装置９００の制御装置３００の高圧側電圧センサ２０１の故障判定の処理の流れを示す第二のフローチャートである。以下、実施の形態４に関して、図７を参照して説明する。

実施の形態４に関して、ハードウェア構成は実施の形態１と全く同じであり、高圧側電圧センサ２０１の故障判定の処理の一部のみが異なる。具体的には、直結移行可能であるかどうかを判定する方法のみが異なる。実施の形態１に係る、図４のフローチャートで「待機カウンタ」に関する処理が不要となり、ステップＳ１１４、ステップＳ１１６が実施の形態４に係る図７のフローチャートで、ステップＳ１５４、ステップＳ１５６に差し換えられて、処理無し（ＮＯＰ：Ｎｏ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）とされている。そして、実施の形態１に係る図７で、ステップＳ１１７である処理が、実施の形態４に係る図７では、ステップＳ１５７に置き換えられている。実施の形態１の図４におけるステップＳ１２４の処理の中で「待機カウンタをリセット」は不要な処理であり、これを除いた処理が、図７でステップＳ１６４に差し替えられている。また、図３のフローチャートの続きが、図７のフローチャートに記載されている。

図７のステップＳ１１５で、制御装置３００が昇圧中止制御に移行した後、ステップＳ１５７に進む。ステップＳ１５７では、リアクトル１０２から高圧側コンデンサ１０５へ電流が流れたかどうかを判定している。具体的な判定は、低圧側電流センサ２０２による出力値ＩＬが第七の判定値Ｇよりも大きいかどうかを検出している。出力値ＩＬが第七の判定値Ｇよりも大きい場合、電流が低圧側から高圧側へ流れたということであり、高圧側の電圧が低圧側の電圧より低くなっているため、正極側のスイッチング素子１０４をオンさせても大きな突入電流が流れないことを意味する。よって、ステップＳ１１８に進んで直結制御に移行する。

出力値ＩＬが第七の判定値Ｇ以下であれば、直結制御に移行せずステップＳ１２５に進んで処理を終了する。

実施の形態１のステップＳ１１７にて制御装置３００は、放電開始電圧をＶ２推定値、放電終了電圧を低圧側検出電圧である出力値Ｖ１と第二の判定値Ｂの和とした場合の高圧側コンデンサ１０５の容量と高圧側放電抵抗１０６の抵抗値から算出される放電時間を経過すると直結移行可能であると判定していた。実施の形態４では、コンバータ１００に於ける半導体モジュール１０７の正極側のスイッチング素子１０４のフリーホイールダイオードのアノードからカソードに向って電流が流れたこと、すなわち低圧側コンデンサ１０１の電圧と高圧側コンデンサ１０５の電圧の差がなくなった後、高圧側コンデンサ１０５の電圧が低くなってリアクトル電流である出力値ＩＬが低圧側コンデンサ１０１から高圧側コンデンサ１０５に向かって流れたことを検出して直結制御へ移行可能と判定する。リアクトル電流である出力値ＩＬを用いることにより、実施の形態１より高精度に直結移行可能か否かを判定できる。

また、高圧側放電抵抗１０６だけでなく回転電機２でも高圧側コンデンサ１０５に蓄えられた電荷を消費させることにより、低圧側コンデンサ１０１の電圧と高圧側コンデンサ１０５の電圧の差が無くなる時間を短くして実施の形態１より直結移行可能判定を早めてもよい。

＜実施の形態４の効果＞
（ｍ）実施の形態４に係る電力変換装置９００のコンバータ１００は、さらにリアクトル１０２を流れる電流である出力値ＩＬを検出する低圧側電流センサ２０２、を備え、
制御装置３００は、昇圧中止制御の実施中に、リアクトル１０２から高圧側正極端子１００ｄに向かって電流が流れたことを低圧側電流センサ２０２で検出した場合に、直結制御へ移行するものである。

これによって、高圧側電圧センサ２０１の故障を仮判定した後、昇圧中止制御中にリアクトル電流である出力値ＩＬを用いることにより、高精度に直結移行が可能かどうかを判定できる。このため、迅速に高圧側電圧センサ２０１の故障を確定し、もしくは正常判定を実施することができる。

すべての実施の形態において、第一のフローチャートと第二のフローチャートにおける故障判定の処理は、ＣＰＵを用いて所定時間ごと（例えば１０ｍｓごと）に実行しているが、故障仮判定、故障確定に時間を要する可能性がある。このため、高圧側電圧センサ２０１が故障すると、高圧側電圧の過電圧を即座に判定することができず、コンバータ、またはインバータのスイッチング素子が耐圧を超過することにより素子が劣化する懸念がある場合がある。そのような場合は、ソフトウェアによる処理の替わりに、ＡＳＩＣなどのハードウェアを用いて高速に処理してもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ バッテリ、２ 回転電機、１００ コンバータ、１００ａ 低圧側負極端子、１００ｂ 低圧側正極端子、１００ｃ 高圧側負極端子、１００ｄ 高圧側正極端子、１０２ リアクトル、１０３ 負極側のスイッチング素子、１０４ 正極側のスイッチング素子、１０５ 高圧側コンデンサ、１０６ 高圧側放電抵抗、２０１ 高圧側電圧センサ、２０２ 低圧側電流センサ、２０３ 低圧側電圧センサ、２０５ 高圧側電流センサ、３００ 制御装置、４０６ 回転電機情報検出器、９００ 電力変換装置

Claims (13)

1. 低圧側端子から高圧側端子に直流電圧を昇圧するコンバータを制御する電力変換装置の制御装置であって、
   前記コンバータは、正極側のスイッチング素子と、負極側のスイッチング素子と、リアクトルと、前記低圧側端子の正極側と負極側の間の電圧である低圧側電圧を検出する低圧側電圧センサと、前記高圧側端子の正極側と負極側の間の電圧である高圧側電圧を検出する高圧側電圧センサと、を有し、前記高圧側端子の前記正極側と前記負極側との間に前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子とが直列接続され、前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子との接続点が、前記リアクトルを介して前記低圧側端子の正極側にされ、前記高圧側端子の負極側と前記低圧側端子の負極側とが接続され、
   前記制御装置は、
   前記高圧側端子の電圧を前記低圧側端子の電圧よりも高くする昇圧制御を行う場合は、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子をオンオフ周期でオンオフ制御し、
   昇圧中止制御を行う場合は、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子をオフ制御し、
   前記低圧側端子と前記高圧側端子とを直結状態にする直結制御を行う場合は、前記正極側のスイッチング素子をオンにすると共に前記負極側のスイッチング素子をオフにし、
   前記昇圧制御の実施中に、前記高圧側電圧センサの出力の推定値である第一の推定値を算出し、前記第一の推定値と前記高圧側電圧センサの出力値との差の絶対値に基づいて、前記高圧側電圧センサの故障を仮判定し、
   前記高圧側電圧センサの故障を仮判定した場合は、前記昇圧制御から、前記昇圧中止制御に移行し、
   前記昇圧中止制御の実施中に、前記低圧側電圧と前記高圧側電圧の差に基づいて前記直結制御へ移行し、
   前記直結制御の実施中に、前記低圧側電圧センサの出力値と前記高圧側電圧センサの出力値の差の絶対値に基づいて、前記高圧側電圧センサの故障を確定することを特徴とする電力変換装置の制御装置。
2. 前記制御装置は、
   前記昇圧制御の実施中に、前記第一の推定値と、前記高圧側電圧センサの出力値との差の絶対値が第一の判定値以上の場合、前記高圧側電圧センサの故障を仮判定し、
   前記高圧側電圧センサの故障を仮判定した場合は、前記昇圧制御から、前記昇圧中止制御に移行し、
   前記昇圧中止制御の実施中に、前記低圧側電圧と前記高圧側電圧の差が第二の判定値よりも小さいと推定した場合、前記直結制御へ移行し、
   前記直結制御の実施中に、前記低圧側電圧センサの出力値と前記高圧側電圧センサの出力値の差の絶対値が第三の判定値以上の場合、前記高圧側電圧センサの故障を確定する請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
3. 前記制御装置は、
   外部からの高圧側電圧指令値に基づいて、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子のオンオフデューティを制御し、
   前記昇圧制御の実施中に、前記第一の推定値と、前記高圧側電圧センサの出力値との差の絶対値が第一の判定値以上の場合、または、前記高圧側電圧指令値と、前記高圧側電圧センサの出力値との差の絶対値が第四の判定値以上の場合、前記高圧側電圧センサの故障を仮判定する請求項１または２に記載の電力変換装置の制御装置。
4. 前記制御装置は、前記昇圧制御の実施中に、前記低圧側電圧センサの出力値と前記負極側のスイッチング素子のオンデューティとの積に基づいて前記第一の推定値を推定し、前記第一の推定値と、前記高圧側電圧センサの出力値との差の絶対値が第一の判定値以上の場合、前記高圧側電圧センサの故障を仮判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置の制御装置。
5. 前記コンバータは、さらに、前記リアクトルを流れる電流である低圧側電流を検出する低圧側電流センサと、前記高圧側端子を流れる電流である高圧側電流を検出する高圧側電流センサと、を備え、
   前記制御装置は、前記昇圧制御の実施中に、前記低圧側電圧センサの出力値と前記低圧側電流センサの出力値との積である入力電力を前記高圧側電流センサの出力値で除した値に基づいて前記第一の推定値を推定し、前記第一の推定値と、前記高圧側電圧センサの出力値との差の絶対値が第一の判定値以上の場合、前記高圧側電圧センサの故障を仮判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置の制御装置。
6. 前記コンバータは、さらに、前記高圧側端子を流れる電流である高圧側電流を検出する高圧側電流センサと、前記コンバータに接続される回転電機の負荷情報を検出する回転電機情報検出器を備え、
   前記制御装置は、前記昇圧制御の実施中に、前記回転電機の負荷情報から求めた電力値を前記高圧側電流センサの出力値で除した値に基づいて前記第一の推定値を推定し、前記第一の推定値と、前記高圧側電圧センサの出力値との差の絶対値が第一の判定値以上の場合、前記高圧側電圧センサの故障を仮判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置の制御装置。
7. 前記制御装置は、前記昇圧制御の実施中に、前記高圧側電圧センサの出力値に基づいて推定した前記低圧側電圧センサの出力値である第二の推定値と前記低圧側電圧センサの出力値との差の絶対値が第五の判定値以上の場合、前記高圧側電圧センサの故障を仮判定する請求項１または２に記載の電力変換装置の制御装置。
8. 前記制御装置は、前記昇圧制御の実施中に、前記高圧側電圧センサの出力値と、１から前記負極側のスイッチング素子のオンデューティを減じた値、との積に基づいて推定した前記第二の推定値と前記低圧側電圧センサの出力値との差の絶対値が第五の判定値以上の場合、前記高圧側電圧センサの故障を仮判定する請求項７に記載の電力変換装置の制御装置。
9. 前記コンバータは、さらに、前記高圧側端子の正極側と負極側の間に設けられたエネルギを蓄積するエネルギ蓄積手段と、前記エネルギ蓄積手段に並列に接続された放電抵抗、を有し、
   前記制御装置は、前記昇圧中止制御の実施中に、前記エネルギ蓄積手段の容量と前記放電抵抗の抵抗値に基づいて前記直結制御へ移行する時間を算出する請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置の制御装置。
10. 前記コンバータは、さらに、前記リアクトルを流れる電流である低圧側電流を検出する低圧側電流センサ、を備え、
    前記制御装置は、前記昇圧中止制御の実施中に、前記リアクトルから前記高圧側端子に向かって電流が流れたことを前記低圧側電流センサで検出した場合に、前記直結制御へ移行する請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置の制御装置。
11. 前記制御装置は、前記高圧側電圧センサの故障を確定した場合、前記直結制御を継続する請求項１から１０のいずれか一項に記載の電力変換装置の制御装置。
12. 前記コンバータは、さらに、前記低圧側端子の正極側と負極側の間に入力電圧を平滑化する平滑化手段を有する請求項１から１１のいずれか一項に記載の電力変換装置の制御装置。
13. 前記コンバータは、さらに、前記コンバータに接続されるバッテリの電圧検出値の入力、を備え、
    前記制御装置は、前記バッテリの電圧検出値と低圧側電圧センサの出力値の差の絶対値が第六の判定値よりも小さい場合、低圧側電圧センサの正常判定をする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電力変換装置の制御装置。

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