CN101340140A - 电力转换装置的异常检测装置以及异常检测方法 - Google Patents

Abstract

变换器的三相臂各自具有在到三相电动机的对应相绕组的连接点上串联连接在一起的第一与第二开关元件。控制装置以预定时间段开通第i个(i为小于4的自然数)的第一开关元件，并当在预定时间段内检测到超过预定阈值的过电流时判断为第i臂的第二开关元件具有短路故障。预定时间段短于从开通第i臂的第一开关元件开始到通过流经从电源线经第i臂以外的其余臂的第二开关元件延伸到地线的路径的电流达到预定阈值的时间点的时间段。

Description

电力转换装置的异常检测装置以及异常检测方法

本非临时性申请基于2007年7月4日在日本特许厅提交的日本专利申请No.2007-176068，其全部内容引入此处作为参考。

技术领域

本发明涉及电力转换装置的异常检测装置以及异常检测方法，特别涉及这样的异常检测装置以及异常检测方法：其用于检测构成电力转换装置的开关元件的短路故障。

背景技术

近些年来，作为在考虑到环境的情况下开发出的车辆，混合动力车和电气车辆受到人们的关注。除了传统的发动机以外，混合动力车将DC电源、变换器、由变换器驱动的电动机用作驱动动力源。具体而言，发动机受到驱动以提供驱动动力源，进一步地，变换器将供自DC电源的DC电压转换为AC电压，以便通过转换得到的AC电压驱动电动机，从而提供驱动动力源。

电气车辆将DC电源、变换器以及由变换器驱动的电动机用作驱动动力源。

在安装在混合动力车或电气车辆上的电动机驱动装置中，当检测到构成变换器的开关元件的短路故障等异常时，变换器通常停止其操作，以便防止开关元件由于经过短路开关元件的过电流的通过而发生过热。

例如，日本特开No.08-308244公开了一种与具有电力转换单元的电力转换装置有关的异常判断方法，其中，三组开关臂(其各自由串联连接在一起的两个开关元件构成)并联布置在DC电源之间，开关元件的开关操作将DC电力转换为三相AC电力。在这种电力转换装置中，上述方法根据多个预定的组合模式依次开通电力转换单元的六个开关元件，并基于在电力转换单元的输出或输入电流中出现的变化判断短路故障开关元件。

在上面的方法中，当六个开关元件被依次开通时，输出电流检测器仅在包含故障或缺陷开关元件的臂以外的两对臂处于这样的状态时检测到电流：分别位于垂直相对位置的这些臂的开关元件被开通。基于这一事实，设置或确定判断开关元件中的任何短路故障所需要的模式以及用于判断的逻辑表。

日本特开No.07-071805公开了空气调节器的控制装置，其包括用于开通变换器的任意一个开关元件的任意元件开通装置、用于检测流入变换器单元的过电流的过电流检测装置、用于通过检测流入变换器单元的过电流来检查开关元件的短路的自诊断装置。

根据这种装置，当任意元件被开通且与此任意元件串联连接的开关元件短路时，短路电流流经从此任意元件延伸到成问题的开关元件(theswitching element in question)的路径。过电流检测电路接收连接在开关元件与平滑电容器之间的电流检测器的检测值，并向微计算机提供过电流检测信号。微计算机接收过电流检测信号，并判断成问题的开关元件具有短路故障。

另外，日本特开No.2005-210830公开了一种用于变换器的异常检测方法，该变换器包含：多个向电动机供给多相驱动电压的配线(interconnection)；多个正臂元件，其分别向所述多个配线供给正驱动电压；多个负臂元件，其分别向所述多个配线供给负驱动电压。该方法包含这样的步骤：逐次切换所述多个负臂元件；在上述步骤后逐次切换所述多个正臂元件；响应于所述多个负与正臂元件的每次切换，通过基于电流信号或母线电流信号的算术处理装置，判断母线或所述多个配线的导通状态；当电流流经母线或所述多个配线的任意一个时，通过由算术处理装置判断所述多个元件中的一个的“短路故障”，提供第一错误信号。

前述日本特开No.08-308244、07-071805、2005-210830中公开的每个异常检测方法基于当任意开关元件开通时流经变换器的电流中表现出的变化来判断短路故障开关元件。

然而，在这种构造中，过电流在当任意开关元件(例如U相臂的上臂)在下面两种情况中的任意一种情况下开通时被检测到：串联连接到上述开关元件的开关元件(U相臂的下臂)短路的情况，短路发生在属于U相臂以外的臂(例如V或W相臂)且与上述开通的开关元件垂直相对的开关元件的情况。因此，不可能由过电流检测结果准确判断短路故障开关元件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够准确判断短路故障开关元件的、电力转换装置的异常检测装置。

本发明的另一目的在于提供能够准确判断短路故障开关元件的、电力转换装置的异常检测方法。

根据本发明，异常检测装置是用于检测向AC电动机供给驱动电流的电力转换装置中的异常的装置。电力转换装置包括：第一与第二电源线，其供给来自电源的DC电力；第一至第n(n为自然数)开关电路，其并联连接在第一与第二电源线之间，并分别连接到AC电动机的第一至第n相线圈。第一至第n开关电路各自具有第一与第二开关元件，第一与第二开关元件在连接到AC电动机对应相的线圈的连接点上串联连接在一起。异常检测装置包括：第一开关控制单元，其以第一预定时间段开通第i(i为不超过n的自然数)开关电路的第一开关元件；短路故障判断单元，当超过预定阈值的过电流在第一预定时间段内被检测到时，其判断为第i开关电路的第二开关元件具有短路故障。第一预定时间段短于这样的时间段：其为在短路故障在第i开关电路以外的其余开关电路的任何一个第二开关元件中存在时，从开通第i开关电路的第一开关元件的时间点到通过流经从第一电源线通过AC电动机和其余开关电路的第二开关元件延伸到第二电源线的短路路径的电路达到预定阈值的时间点的时间段。

另外，根据本发明，异常检测方法为用于检测向AC电动机供给驱动电流的电力转换装置中的异常的方法。电力转换装置包含：第一与第二电源线，其供给来自电源的DC电力；第一到第n(n为自然数)开关电路，其并联连接在第一与第二电源线之间，并分别连接到AC电动机的第一到第n相的线圈。第一至第n开关电路各自具有在连接到AC电动机的对应相的线圈连接点上串联连接在一起的第一与第二开关元件。异常检测方法包括以下步骤：进行开关控制，以第一预定时间段开通第i(i为不超过n的自然数)开关电路的第一开关元件；当在第一预定时间段内检测到超过预定阈值的过电流时，判断为第i开关电路的第二开关元件具有短路故障。第一预定时间段短于这样的时间段：其为在第i开关电路以外的其余开关电路的第二开关元件的任何一个存在短路故障的情况下，从开通第i开关电路的第一开关元件的时间点到通过流经从第一电源线经过AC电动机以及其余开关电路的第二开关元件延伸到第二电源线的短路路径的电流达到预定阈值的时间点的时间段。

根据上面介绍的异常检测装置和方法，第i开关电路的第一开关元件开通的时间段被限制为第一预定时间段，使得过电流在故障元件为其余开关电路的第二开关元件中的任何一个时不被检测到。由此，第i开关电路的第二开关元件是否具有短路故障的判断能够独立于关于其余开关电路的第二开关元件的短路故障判断进行。因此，能够准确判断短路故障开关元件。

优选为，异常检测装置还包含第二开关控制单元，该单元以长于第一预定时间段的第二预定时间段开通第i开关电路的第一开关元件。当过电流没有在第一预定时间段内被检测到而是在第二预定时间段内被检测到时，短路故障判断单元判断为其余开关电路的第二开关元件具有短路故障。

优选为，异常检测方法还包含这样的步骤：进行开关控制，以便以长于第一预定时间段的第二预定时间段开通第i开关电路的第一开关元件。判断为第i开关电路的第二开关元件具有短路故障的步骤包含着这样的步骤：当过电流没有在第一预定时间段内被检测到而是在第二预定时间段内被检测到时，判断为其余开关电路的第二开关元件具有短路故障。

根据上面介绍的异常检测装置与方法，第i开关电路的第一开关元件导通的时间段被进一步扩展为第二预定时间段，使得可以判断其余开关元件的第二开关元件是否具有短路故障。因此，开通开关元件以便判断短路故障所需要的次数减少，使得对开关元件的损坏可以得到抑制。

优选为，异常检测装置还包含电流传感器，其检测供到每个第一至第n线圈的驱动电流。当没有在第一预定时间段中检测到过电流且电流传感器检测到供给第k线圈的驱动电流时，短路故障判断单元判断为第k开关电路(k为不超过n且与i不同的自然数)的第二开关元件具有短路故障。

优选为，电力转换装置还包含电流传感器，其检测供到每个第一至第n线圈的驱动电流。在异常检测方法中判断第i开关电路的第二开关元件具有短路故障的步骤包含这样的步骤：当没有在第一预定时间段中检测到过电流且电流传感器检测到供给第k线圈的驱动电流时，判断为第k开关电路(k为不超过n且与i不同的自然数)的第二开关元件具有短路故障。

根据上面介绍的异常检测装置和方法，通过判断第一预定时间段内流经AC电动机的电流，关于第i开关电路的第二开关元件中的短路故障的判断以及关于其余开关电路的第二开关元件中的短路故障的判断可以是准确和同时的。因此，开通开关元件以便判断短路故障的所需次数减少，故对开关元件的损坏可以得到抑制。

优选为，异常检测装置还包括：第二开关控制单元，当没有在第一预定时间段内检测到过电流时，该单元以长于第一预定时间段的第二预定时间段开通第i开关电路的第一开关元件；第三开关控制单元，当在第二预定时间段内检测到过电流时，以第一预定时间段开通第k开关电路(k为不超过n且不同于i的自然数)的第一开关元件。在第三开关控制单元运行过程中，当在第一预定时间段内检测到过电流时，短路故障判断单元判断为第k开关电路的第二开关元件具有短路故障。

优选为，异常检测步骤还包括这样的步骤：当没有在第一预定时间段内检测到过电流时，进行开关控制以便以长于第一预定时间段的第二预定时间段开通第i开关电路的第一开关元件；当在第二预定时间段内检测到过电流时，进行开关控制以便以第一预定时间段开通第k开关电路(k为不超过n且不同于i的自然数)的第一开关元件。判断第i开关电路的第二开关元件具有短路故障的步骤具有这样的步骤：在进行开关控制以便开通第k开关电路的第一开关元件的步骤的执行过程中，当在第一预定时间段内检测到过电流时，判断为第k开关电路的第二开关元件具有短路故障。

根据上面介绍的异常检测装置和方法，第i开关电路的第一开关元件开通的时间段被进一步扩展到第二预定时间段，使得可以判断其余开关元件的第二开关元件中的一个具有短路故障。另外，以第一预定时间段开通其余臂的第一开关元件，使得短路故障的开关元件能够得到判断。因此，开通开关元件以便判断短路故障所需的次数减少，使得对开关元件的损坏能够得到抑制。

优选为，电源包括电压转换器，其被配置为通过升压操作可变地控制供到第一与第二电源线的DC电压。异常检测装置还包括电压转换控制单元，其在异常检测执行过程中停止升压操作。

优选为，电源包括电压转换器，其被配置为通过升压操作可变地控制供到第一与第二电源线的DC电压。异常检测方法还包括在异常检测执行过程中停止升压操作的步骤。

根据上面所述的异常检测装置和方法，由于电力转换装置的输入电压受到抑制以达到电源电压等级，可以防止过大的短路电流流过开关元件。因此，对开关元件的损坏可以得到抑制。

根据本发明，在构成变换器的多个开关元件中，短路故障开关元件可以得到准确判断。

结合附图通过阅读下面对本发明的详细介绍，将会明了本发明的上述以及其他目的、特点、实施形态和优点。

附图说明

图1为一电路图，其示出了根据本发明第一实施例的电源系统的整体结构；

图2为一电路图，其示出了变换器开关模式中的变换器电流的实例；

图3为一电路图，其示出了变换器开关模式中的变换器电流的另一实例；

图4为一流程图，其示出了根据本发明第一实施例检测构成变换器的开关元件中的短路故障的操作；

图5为一电路图，其示出了根据本发明第二实施例的电源系统的整体结构；

图6为一流程图，其示出了根据本发明第二实施例检测构成变换器的开关元件中的短路故障的操作；

图7为一电路图，其示出了根据本发明第三实施例检测开关元件中的短路故障的操作；

图8为一流程图，其示出了根据本发明第三实施例检测构成变换器的开关元件中的短路故障的操作；

图9为一流程图，其示出了根据本发明第三实施例检测构成变换器的开关元件中的短路故障的操作；

图10为一流程图，其示出了根据本发明第四实施例检测构成变换器的开关元件中的短路故障的操作；

图11为一流程图，其示出了根据本发明第四实施例检测构成变换器的开关元件中的短路故障的操作。

具体实施方式

现在参照附图介绍本发明的实施例。在下面的说明中，对应的部分有着相同的参考标号，且不重复对其进行介绍。

[第一实施例]

图1为一电路图，其示出了根据本发明第一实施例的电源系统的整体结构。

参照图1，电源系统10包含作为DC电源的电池B、变换器14、电容器C2、三相AC电动机M1、控制装置30。

电池B的正极连接到电源线LN1，负极连接到地线LN2。电池B为可充电且可放电的二次电池，并由例如镍氢电池或锂离子电池构成。电池B可用可充电且可放电的蓄电装置替换，例如二次电池以外的电容器。

电容器C2连接在电源线LN1与地线LN2之间，并减小由于电压变动而施加到变换器14上的影响。

三相变换器14被描述为“电力转换装置”的典型实例，其包含开关元件Q3-Q8、二极管D3-D8、过电流检测装置50。开关元件Q3-Q8分别可典型地由功率半导体元件构成，例如IGBT(绝缘栅型双极型晶体管)或MOSFET。开关元件Q3-Q8基于来自控制装置30的栅极控制信号被开通/关断。二极管D3-D8被布置为开关元件Q3-Q8的反并联二极管。

开关元件Q3-Q8构成对应于“开关电路”的U、V、W相臂。例如，开关元件Q3与Q4串联连接在电源线LN1与地线LN2之间，由此构成U相臂15。类似地，开关元件Q5与Q6构成V相臂16。开关元件Q7与Q8构成W相臂17。

开关元件Q3与Q4之间的中间节点连接到输出导体20u，开关元件Q5与Q6之间的中间节点连接到输出导体20v，开关元件Q7与Q8之间的中间节点连接到输出导体20w。

三相AC电动机M1包含W、V、W相线圈42u、42v、42w。U相线圈42u连接到中性点40与输出导体20u之间的点。类似地，V相线圈42v连接到中性点40与输出导体20v之间的点。W相线圈42w连接到中性点40与输出导体20w之间的点。

过电流检测装置50布置在用于地线LN2上，用于保护变换器14。过电流检测装置50检测流过变换器14的电流，并当检测到的值超过预定阈值时检测出过电流。在这种情况下，过电流检测装置50产生过电流检测信号OIH，并将之提供给控制装置30。

基于传感器输出(电机旋转速度、多种电压、多种电流和/或类似物)，控制装置30控制变换器14，以便根据电机指令值(例如转矩指令)驱动三相AC电动机M1。由此，变换器14根据电机指令值供给能够驱动三相AC电动机M1的AC电压。

基于开关元件Q3-Q8的开关模式和来自过电流检测装置50的过电流检测信号OIH，控制装置30检测开关元件Q3-Q8中的短路或短路故障。下面将给出关于检测构成变换器14的开关元件Q3-Q8的短路故障的方法。

图2一电路图，其示出了变换器14的开关模式中的变换器电流的实例。图2通过举例的方式示出了作为V相上臂元件的开关元件Q5被开启的开关模式。参照图2，给出下面的关于当在开关元件Q6即同相的下臂元件中发生短路故障时变换器电流变化的方式的介绍。

参照图2，当开关元件Q5——其为与故障元件同相的上臂元件——一以所示出的开关模式被开通时，在电源线LN1与地线LN2之间通过开通的开关元件Q5和故障开关元件Q6构成短路路径200。由此，大的短路电流发生，从而迅速增大变换器电流。

相反，当开关模式与图2中的相同，但短路故障在作为与开通的开关元件Q5不同相的下臂元件的开关元件中发生时，变换器电流如图3所示地变化。

图3为一电路图，其示出了变换器14的开关模式中的变换器电流的另一实例。

参照图3，短路故障发生在例如作为W相下臂元件的开关元件Q8中。在这种情况下，当作为与故障元件不同相的上臂元件的开关元件Q5被开通时，短路路径210在电源线LN1与地线LN2之间通过开关元件Q5、输出导体20v、V相线圈42v、中性点40、W相线圈42w、输出导体20w、开关元件Q8构成。在这种情况下，大的短路电流类似地发生，故变换器电流增大。

当任意开关元件即开关元件Q5如上所述地被开通时，短路电流发生，从而在以下两种情况的任一种下增大变换器电流：作为同相下臂元件的开关元件Q6具有故障的情况，或者，开关元件Q8(或Q7)即不同相的下臂元件具有故障的情况。因此，在基于由过电流检测装置50提供的过电流检测信号OIH检测开关元件的短路故障的方法中，过电流检测信号OIH在上述情况的任意一种下被输出。这导致短路故障开关元件不能准确得到判断的问题。

下面的不同存在于图2与3的短路路径200与210之间。短路路径200由开关元件Q5与Q6的电阻Rd与电感Ld构成的串联电路代表。然而，短路路径210由包含除上述元件Ld、Rd以外的三相AC电动机M1的电感Lm、电阻Rm的串联电路代表。当DC电压被提供给各个电路时，变换器电流根据依赖于对应的电感和电阻的时间常数而增大。

图2中的短路路径200的时间常数不同于图3中的短路路径210的。通常，开关元件的电感Ld与Rd远远小于三相AC电动机M1的电感Lm、电阻Rm，使得图3中的短路路径210具有较大的时间常数。因此，在开关元件Q5被开通的时间后，在分别流经这些路径的变换器电流随时间的变化中发生不同。具体而言，流经图2的短路路径200的变换器电流迅速上升，流经图3的短路路径210的变换器电流缓慢上升。

因此，在此实施例中，用变换器电流间随时间变化中的差异检测短路故障开关元件。具体而言，当开关模式被配置为仅开通变换器14的一个开关元件(例如Q5)时，开通开关元件Q5的时间段t1被预设为远远短于在图3的短路路径210的变换器电流达到导致过电流的预定阈值之前过去的时间段。当在如此设置的预定时间段t1中检测到变换器14中的过电流时，判断为形成图2中的短路路径200，且判断为在作为与开关元件Q5同相的下臂元件的开关元件Q6中发生短路故障。当没有在预定时间段t1内检测到变换器14中的过电流时，开关元件Q6正常，且不具有短路故障。

变换器14的开关模式被设置为依次开通变换器14的6个开关元件Q3-Q8，并将每个开关元件保持在开通状态达预定时间段t1，每当一个开关元件被开通时进行是否在预定时间段t1中检测到过电流的判断。由此，可检测出任何短路故障的开关元件。

下面将给出关于在变换器14的开关模式中对上面介绍的预定时间段t1进行设置的方式的介绍。

首先，将给出关于当通过在时间点(t＝0)上开通开关元件Q5将DC电压V施加到短路路径210时流经图3的短路路径210的变换器电流i随时间的变化的介绍。

假设图3中的短路路径210为电感L和电阻R的串联电路，DC电压V被施加到此串联电路，满足下面的公式：

V＝Ldi/dt+Ri                (1)

通过用i(0)＝0解此差分公式(1)(其中，i(0)为时间t等于0(t＝0)的初始电流)，获得下面的公式：

i(t)＝V/R{1-exp(-Rt/L)}     (2)

于是，使用等式(2)，可如下地获得当变换器电流i达到预定的过电流阈值Ith时的时间t。

t＝-L/R·log(1-R·Ith/V)    (3)

由于电感L与电阻R可基本上分别看作三相AC电动机M的电感Lm和电阻Rm，在变换器电流i达到预定阈值Ith之前过去的时间段T可用下式表示：

T＝-Lm/R·log(1-Rm·Ith/V)  (4)

因此，当变换器14的开关模式被配置为使用短于此时间段T的预定时间段t1、且故障元件为作为与处于开通状态的开关元件Q5异相的下臂元件的开关元件Q8(或Q4)时，变换器电流低于预定阈值Ith，故过电流检测装置50没有检测到过电流。换句话说，仅在故障元件为与开关元件Q5同相的下臂开关元件的开关元件Q6时，过电流检测装置50检测到过电流。结果，短路故障开关元件可基于从过电流检测装置50提供的过电流检测信号OIH来准确判断。

图4为一流程图，其用于示出根据本发明第一实施例检测构成变换器14的开关元件Q3-Q8中的短路故障的操作。

参照图4，当一系列操作开始时，控制装置30以预定时间段t1开通构成A相第一臂的开关元件(步骤S01)。A相是U、V、W相中的一个，第一臂为上臂或下臂。

基于提供自过电流检测装置50的过电流检测信号PIH，控制装置30判断是否在预定时间段t1内检测到变换器14中的过电流(步骤S02)。

当在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为构成A相第二臂的开关元件具有短路故障(步骤S03)。第二臂与上面描述的第一臂垂直相对。

当步骤S02中没有在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30在步骤S04中判断为A相的第二臂正常(即没有故障)。

在步骤S03与S04之后，控制装置30返回到步骤S01，并分别将A相与第一臂中的一个变为与上一次处理中的相或臂不同的。例如，当上一次处理在构成U相上臂的开关元件Q3上进行时，控制装置30改变处理目标为构成U相下臂的开关元件Q4或构成V相上臂的开关元件Q5。于是，控制装置30在如此改变的开关元件被保持开通达预定时间段t1的同时判断是否检测到过电流，由此，进行关于构成与被改变的元件属于同一相但与之垂直相对的臂的开关元件中的短路故障的判断。在步骤S01-S04中的处理在所有六个开关元件Q3-Q8上进行之后，控制装置30结束一系列的操作。

实际上，CPU(中央处理单元)执行由控制装置30进行的、开关元件Q3-Q8中的短路故障检测。CPU从ROM(只读存储器)读取具有图4所示步骤的程序，并执行图4所示的各个步骤，以便判断开关元件Q3-Q8中的短路故障。

因此，对应于计算机可读(CPU可读)记录介质的ROM承载用于使计算机(CPU)执行在开关元件Q3-Q8中检测短路故障的控制的程序。

在此实施例中，电池B、电容器C2、变换器14构成根据本发明的“电力转换装置”。过电流检测装置50和控制装置30构成根据本发明的“异常检测装置”。

[第二实施例]

图5为一电路图，其示出了根据本发明第二实施例的电源系统的整体结构。

图5中的电源系统10A另外包含转换器12，其为图1的电源系统中电池B与电容器C2之间的电压转换器。因此，不再重复进行对与图1中相同的部分的详细介绍。

转换器12将供自电池B的DC电压升压，并将之供给电容器C2。另外，转换器12对经由电容器C2供自变换器14的DC电压进行降压，并将之供给电池B。

具体而言，转换器12由例如升压/降压斩波器电路构成，并包含电抗器L1、开关元件Q1与Q2、二极管D1与D2。

电抗器L1的一端连接到电池B的电源线，其另一端连接到开关元件Q1与Q2之间的中间点，即开关元件Q1的发射极与开关元件Q2的集电极之间的点。

开关元件Q1与Q2串联连接在电源线LN1与地线LN2之间。开关元件Q1的集电极连接到电源线LN1，开关元件Q2的发射极连接到地线LN2。分别为开关元件Q1和Q2提供二极管D1与D2，其各自连接在对应的开关元件Q1或Q2的集电极和发射极之间，用于从发射极侧向集电极侧传送电流。

当转换器12接收来自控制装置30A的控制信号时，转换器12以对应于控制信号将开关元件Q2保持在导通状态的时间段对DC电压进行升压，并将之供给电容器C2。由于转换器12用于对电池电压进行升压，电池B的电压可被减小为大约200V，三相AC电动机M1可用超过500V的高电压进行驱动。由此，电气损耗可以得到抑制，因为电力供给以小电流进行，进一步地，可实现电动机的高输出。

然而，当检测开关元件Q3-Q8中的短路故障的前述操作在电池电压受到转换器12升压的状态下进行时，由于接收高电压，过量短路电流流经变换器14，故障元件以外的开关元件可能损坏。

因此，第二实施例被配置为在停止转换器12的升压操作后进行检测开关元件Q3-Q8中的短路故障的操作。这种构造可抑制变换器14的输入电压并将之保持在电池电压水平，因此，可抑制开关元件由于检测短路故障的操作而引起的损坏。

图6为一流程图，其示出了根据本发明第二实施例对构成变换器14的开关元件Q3-Q8中的短路故障进行检测的操作。图6的流程图与图4中的不同之处在于在图4的流程图的步骤S01之前增加了步骤S011。因此，不再特别介绍与图4中的重叠的步骤S01-S04。

参照图6中的步骤S011，当开始一系列的操作时，控制装置30A停止转换器12的操作。具体而言，控制装置30A产生用于关断转换器12的开关元件Q1与Q2的控制信号，并将之提供给转换器12。由此，电池B的电池电压经由电抗器L1和二极管D1被供到变换器14。

在变换器14被电池电压供电的状态下，控制装置30A进行后面的步骤S01-S04中的处理，由此，检测开关元件Q3-Q8中的任何短路故障。

[第三实施例]

在本发明的第一与第二实施例中，开关模式被设置为依次开通构成变换器14的开关元件Q3-Q8，并基于过电流检测信号OIH与开关模式之间的关系判断短路故障开关元件。

根据这种构造，可通过依次开通所有开关元件Q3-Q8来准确判断故障元件。然而，开通开关元件的次数与元件个数成比例地增大。因此，开关元件可能由于每当开关元件被开通时流动的过大的短路电流而大大损坏。特别地，当短路路径经由构成同一相的上下臂的开关元件而形成时(见图2)，短路电流迅速增大，加速故障元件的损坏。

因此，第三与第四实施例将结合这样的方法进行介绍：其能准确判断故障元件，同时，通过尽可能减少开通开关元件的次数，抑制开关元件的损坏。

图7为一电路图，其示出了根据第三实施例检测开关元件Q3-Q8的短路故障的操作。

参照图7，当短路故障发生在例如作为W相下臂的开关元件Q8中时，作为与故障元件不同相的上臂元件的开关元件Q5被开通。由此，在电源线LN1与地线LN2之间通过开关元件Q5、输出导体20v、V相线圈42v、中性点40、W相线圈42w、输出导体20w、开关元件Q8形成短路路径210。在这种情况下，在短路路径210上发生大的短路电流，故变换器电流增大。

输出导体20u具有电流传感器60u，其用于检测流经U相线圈42u的电机电流Iu。类似地，输出导体20w具有电流传感器60w，其用于检测流经W相线圈42w的电机电流Iw。

图7仅仅示出了两个电流传感器60u和60w。在三相AC电机M1中，通过分别检测流经两相的电机电流Iu与Iw，可以基于所检测的电机电流Iu和Iw在算术上获得流经其余相的电机电流Iv。因此，为了分别检测流经三相线圈42u、42v、42w的电机电流Iu、Iv、Iw，该结构可采用检测流经V相线圈42v的电机电流Iv的电流传感器。

控制装置30(未示出)分别接收来自电流传感器60u、60w的电机电流Iu、Iw。控制装置30将三相AC电动机M1的转矩指令转换为电流指令，并通过PI控制进行反馈(即所谓的电流控制)，使得实际电流值(分别对应于传感器值)可分别与这些电流指令相匹配。

在此实施例中，除了提供自过电流检测装置50的过电流检测信号OIH以外，基于电流传感器60u、60w的检测值检测短路故障开关元件。具体而言，在仅开通变换器14中的一个开关元件(例如Q5)达预定时间段t1的开关模式中，当在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，判断为在作为与开关元件Q5同相的下臂元件的开关元件Q6中发生短路故障。

当没有在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，判断为开关元件Q6为正常(未短路)，并进一步判断电流传感器60u、60w是否分别检测到电机电流Iu、Iw。当如图7所示电流传感器60w检测到电机电流Iw时，判断为已经在开关元件Q8中发生短路故障。

尽管图中未示出，当电流传感器60u检测到电机电流Iu时，判断为开关元件Q4具有短路故障。

如上所述，在仅开通一个开关元件Q5达预定时间段t1的开关模式中，可以基于提供自过电流检测装置50的过电流检测信号OIH和电流传感器60u与60w的检测值来判断开关元件Q4、Q6、Q8中的短路故障。因此，当关于开关元件Q3、Q5、Q7中的短路故障的判断通过仅开通开关元件Q6达预定时间段t1来进行时，可以通过总共仅进行两次开通操作来判断所有开关元件Q3-Q8的短路故障。这种方式显著减少了开通开关元件Q3-Q8的次数，使得开关元件的损坏能够得到抑制。

图8和9为流程图，其用于示出根据本发明第三实施例检测构成变换器14的开关元件Q3-Q8的短路故障的操作。

参照图8，当一系列的操作开始时，控制装置30根据变换器14的预设开关模式开通构成A相第一臂的开关元件(步骤S01)。A相为U、V、W相中的一个，第一臂为上臂与下臂中的一个。

基于提供自过电流检测装置50的过电流检测信号OIH，控制装置30判断变换器14是否在预定时间段t1内检测到过电流(步骤S02)。

当在预定时间段t1内检测到变换器14中的过电流时，控制装置30判断为构成A相第二臂的开关元件具有短路故障(步骤S03)。第二臂为与已经介绍的第一臂垂直相对的臂。

当步骤S02中没有在预定时间段t1内检测到变换器14中的过电流时，控制装置30判断为A相第二臂正常(即不具有短路故障)。另外，控制装置30基于分别提供自电流传感器60u、60w的检测值Iu和Iw，判断B相电机电流是否被检测到(步骤S05)。B相是U、V、W相中的一个，且不同于前面的A相。

当检测到B相电机电流时，控制装置30判断为构成B相第二臂的开关元件具有短路故障(步骤S06)。

当步骤S05中没有检测到B相电机电流时，控制装置30判断为B相第二臂正常(即不具有短路故障)。另外，控制装置30基于分别提供自电流传感器60u、60w的检测值Iu、Iw判断是否检测到C相电机电流(步骤S07)。C相是U、V、W相中的一个，且不同于上面的A相与B相。

当检测到C相电机电流时，控制装置30判断为构成C相第二臂的开关元件具有短路故障(步骤S08)。当步骤S07中没有检测到C相电机电流时，控制装置30判断为C相第二臂正常(即不具有短路故障)，过程进行到步骤S09(图9)。

在步骤S09中，控制装置30以预定时间段t1开通构成A相第二臂的开关元件。在步骤S09中以及步骤S09之后，控制装置30执行类似于步骤S01-S08中的一系列操作的操作，由此判断A、B、C相第一臂中的任何短路故障。

具体而言，基于提供自过电流检测装置50的过电流检测信号OIH，控制装置30判断是否在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流(步骤S10)。

当在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为构成A相第一臂的开关元件具有短路故障(步骤S11)。

当步骤S10中没有在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为A相第一臂正常(即不具有短路故障)。另外，控制装置30基于分别提供自电流传感器60u、60w的检测值Iu、Iw判断是否检测到B相电机电流(步骤S12)。当检测到B相电机电流时，控制装置30判断为构成B相第一臂的开关元件具有短路故障(步骤S13)。

当步骤S12中没有检测到B相电机电流时，控制装置30判断为B相第一臂正常(即不具有短路故障)。另外，控制装置30基于分别提供自电流传感器60u、60w的检测值Iu、Iw判断是否检测到C相电机电流(步骤S14)。

当检测到C相电机电流时，控制装置30判断为构成C相第一臂的开关元件具有短路故障(步骤S15)。当步骤S14中没有检测到C相电机电流时，控制装置30在步骤S16中判断为A、B、C相的所有臂正常(即不具有短路故障)，并结束一系列操作。

[第四实施例]

下面将结合这样的检测方法介绍第四实施例：在该方法中，可在不使用电流传感器60u、60w的检测值的情况下以较少的开通开关元件次数准确判断故障元件。

图10与11为流程图，其用于示出根据本发明第四实施例检测构成变换器14的开关元件Q3-Q8中的短路故障的操作。

参照图10，当一系列的操作开始时，根据变换器14的预设开关模式，控制装置30以预定时间段t1开通构成A相第一臂的开关元件(步骤S01)。A相是U、V、W相中的一个，第一臂为上臂与下臂中的一个。

基于提供自过电流检测装置50的过电流检测信号OIH，控制装置30判断是否在预定时间段t1内检测到变换器14中的过电流(步骤S02)。

当在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为构成A相第二臂的开关元件具有短路故障(步骤S03)。第二臂与上面的第一臂垂直相对。

在步骤S02中，当没有在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为A相第二臂正常(即不具有短路故障)，并以长于预定时间段t1的预定时间段t2开通构成A相第一臂的开关元件(步骤S20)。

预定时间段t2是预先设置的，且远远长于直到前面的图3中的短路路径210的变换器电流达到导致过电流的预定阈值Ith为止经过的时间段T(见公式(4))。

基于提供自过电流检测装置50的过电流检测信号OIH，控制装置30判断是否在预定时间段t2内在变换器14中检测到过电流(步骤S21)。

当在预定时间段t2内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为构成B或C相第二臂的开关元件具有短路故障。由此，控制装置30以预定时间段t1开通构成B相第一臂的开关元件(步骤S22)，并基于提供自过电流检测装置50的过电流检测信号OIH判断是否在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流(步骤S23)。

当在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为构成B相第二臂的开关元件具有短路故障(步骤S24)。当没有在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为构成C相第二臂的开关元件具有短路故障(步骤S25)。

回到步骤S21，当没有在预定时间段t2内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为分别构成B与C相第二臂的开关元件正常(即不具有短路故障)，并将处理进行到步骤S26。

在步骤S26中，控制装置30以预定时间段t1开通构成A相第二臂的开关元件。在步骤S26中或步骤S26之后，控制装置30进行类似于步骤S01-S25中的一系列操作的操作，并由此判断A、B、C相第一臂中的短路故障。

具体而言，基于提供自过电流检测装置50的过电流检测信号OIH，控制装置30判断是否在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流(步骤S27)。

在预定时间段t1内检测到变换器14中的过电流，控制装置30判断为构成A相第一臂的开关元件具有短路故障(步骤S28)。

当步骤S27中没有在预定时间段t1内检测到过电流时，控制装置30判断为A相第一臂正常(即不具有短路故障)，并以预定时间段t2开通构成A相第二臂的开关元件(步骤S29)。基于提供自过电流检测装置50的过电流检测信号OIH，控制装置30判断是否在预定时间段t2内在变换器14中检测到过电流(步骤S30)。

当在预定时间段t2内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为构成B或C相第一臂的开关元件具有短路故障。因此，控制装置30以预定时间段t1开通构成B相第二臂的开关元件(步骤S31)，并基于提供自过电流检测装置50的过电流检测信号OIH判断是否在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流(步骤S32)。

当在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为构成B相第一臂的开关元件具有短路故障(步骤S33)。当没有在预定时间段t1内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30判断为构成C相第一臂的开关元件具有短路故障(步骤S34)。

回到步骤S30，当没有在预定时间段t2内在变换器14中检测到过电流时，控制装置30在步骤S35中判断为分别构成B与C相第一臂的开关元件为正常(即不具有短路故障)，并结束一系列的操作。

尽管详细介绍和示出了本发明，可以明了，其仅仅是通过说明和举例的方式，不是进行限制。本发明的范围由所附权利要求的条款解释。

Claims (10)

1.一种异常检测装置，其用于检测向AC电动机供给驱动电流的电力转换装置中的异常，

所述电力转换装置包括：

第一与第二电源线，其供给来自电源的DC电力；以及

第一至第n(n为自然数)开关电路，其并联连接在所述第一与第二电源线之间，并分别连接到所述AC电动机的第一至第n相的线圈；

所述第一至第n开关电路各自具有在连接点上串联连接在一起的第一与第二开关元件，所述连接点被连接到所述AC电动机的对应相的线圈；

所述异常检测装置包括：

第一开关控制单元，其将第i(i为不超过n的自然数)开关电路的第一开关元件开通第一预定时间段；以及

短路故障判断单元，当在所述第一预定时间段内检测到超过预定阈值的过电流时，该单元判断为所述第i开关电路的第二开关元件具有短路故障，其中，

所述第一预定时间段短于这样的时间段：在所述第i开关电路以外的其余开关电路的第二开关元件中的任何一个存在短路故障的情况下，从开通所述第i开关电路的第一开关元件的时间点，到通过流经从所述第一电源线经过所述AC电动机和所述其余开关电路的第二开关元件延伸到所述第二电源线的短路路径的电流达到所述预定阈值的时间点。

2.根据权利要求1的异常检测装置，其还包含：

第二开关控制单元，其将所述第i开关电路的第一开关元件开通长于所述第一预定时间段的第二预定时间段，其中，

当没有在所述第一预定时间段内检测到过电流并且在所述第二预定时间段内检测到过电流时，所述短路故障判断单元判断为所述其余开关电路的第二开关元件具有短路故障。

3.根据权利要求1的异常检测装置，其还包含：

电流传感器，其检测供到所述第一相到第n相线圈中的每一个的所述驱动电流，其中

当没有在所述第一预定时间段中检测到过电流并且所述电流传感器检测到供给第k相线圈的所述驱动电流时，所述短路故障判断单元判断为第k(k为不超过n的自然数，且与i不同)开关电路的第二开关元件具有短路故障。

4.根据权利要求1的异常检测装置，其还包括：

第二开关控制单元，当没有在所述第一预定时间段内检测到过电流时，该单元将所述第i开关电路的第一开关元件开通长于所述第一预定时间段的第二预定时间段；以及

第三开关控制单元，当在所述第二预定时间段内检测到过电流时，该单元将第k(k为不超过n的自然数且不同于i)开关电路的第一开关元件开通所述第一预定时间段，其中

在所述第三开关控制单元运行过程中，当在所述第一预定时间段内检测到过电流时，所述短路故障判断单元判断为所述第k开关电路的第二开关元件具有短路故障。

5.根据权利要求1-4中任意一项的异常检测装置，其中，

所述电源包括电压转换器，所述电压转换器被配置为通过升压操作可变地控制供到所述第一与第二电源线的DC电压，且

所述异常检测装置还包括电压转换控制单元，该单元在异常检测执行过程中停止所述升压操作。

6.一种异常检测方法，其用于检测向AC电动机供给驱动电流的电力转换装置中的异常，

所述电力转换装置包含：

第一与第二电源线，其供给来自电源的DC电力；以及

第一到第n(n为自然数)开关电路，其并联连接在所述第一与第二电源线之间，并分别连接到所述AC电动机的第一到第n相的线圈；

所述第一至第n开关电路各自具有在连接点上串联连接在一起的第一与第二开关元件，所述连接点被连接到所述AC电动机的对应相的线圈；

所述异常检测方法包括以下步骤：

进行开关控制，以便将第i(i为不超过n的自然数)开关电路的第一开关元件开通第一预定时间段；以及

当在所述第一预定时间段内检测到超过预定阈值的过电流时，判断为所述第i开关电路的第二开关元件具有短路故障；其中

所述第一预定时间段短于这样的时间段：在所述第i开关电路以外的其余开关电路的第二开关元件中的任何一个存在短路故障的情况下，从开通所述第i开关电路的第一开关元件的时间点，到通过流经从所述第一电源线经过所述AC电动机以及所述其余开关电路的第二开关元件延伸到所述第二电源线的短路路径的电流达到所述预定阈值的时间点。

7.根据权利要求6的异常检测方法，其还包含这样的步骤：

进行开关控制，以便将所述第i开关电路的第一开关元件开通长于所述第一预定时间段的第二预定时间段，其中

判断为所述第i开关电路的第二开关元件具有短路故障的所述步骤包含这样的步骤：当没有在所述第一预定时间段内检测到过电流并且在所述第二预定时间段内检测到过电流时，判断为所述其余开关电路的第二开关元件具有短路故障。

8.根据权利要求6的异常检测方法，其中，

所述电力转换装置还包含电流传感器，所述电流传感器检测供到所述第一相至第n相线圈中的每一个的所述驱动电流，其中，

判断为所述第i开关电路的第二开关元件具有短路故障的所述步骤包含这样的步骤：当没有在所述第一预定时间段中检测到过电流并且所述电流传感器检测到供给第k相线圈的所述驱动电流时，判断为第k(k为不超过n的自然数，且与i不同)开关电路的第二开关元件具有短路故障。

9.根据权利要求6的异常检测方法，其还包括这样的步骤：

当没有在所述第一预定时间段内检测到过电流时，进行开关控制，以便将所述第i开关电路的第一开关元件开通长于所述第一预定时间段的第二预定时间段；以及

当在所述第二预定时间段内检测到过电流时，进行开关控制，以便将第k(k为不超过n的自然数且不同于i)开关电路的第一开关元件开通所述第一预定时间段，其中

判断为所述第i开关电路的第二开关元件具有短路故障的所述步骤包含这样的步骤：在进行开关控制以便开通所述第i开关电路的第一开关元件的所述步骤的执行过程中，当在所述第一预定时间段内检测到过电流时，判断为所述第k开关电路的第二开关元件具有短路故障。

10.根据权利要求6至9中任意一项的异常检测方法，其中，

所述电源包括电压转换器，所述电压转换器被配置为通过升压操作可变地控制供到所述第一与第二电源线的DC电压，且

所述异常检测方法还包括在异常检测执行过程中停止所述升压操作的步骤。

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