DE112015001177T5

DE112015001177T5 - Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung und Verfahren dafür

Info

Publication number: DE112015001177T5
Application number: DE112015001177.3T
Authority: DE
Inventors: Keiji Nagasaka; Hidetaka Sato; Tomoyasu Osaki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Automotive Thermal Systems Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-12-01
Also published as: US20170021696A1; US10286753B2; CN106031300B; WO2015137006A1; JP6396041B2; JP2015173019A; CN106031300A

Abstract

Die Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung erfasst eine Einschaltzustandsstörung, zum Beispiel in einem IGBT (3b), das entsprechend einem PTK-Element (2b) vorgesehen ist, dessen elektrischer Widerstandswert temperaturabhängig variiert, und das die Elektrifizierung des PTK-Elements (2b) steuert. In einem Zustand, in dem eine Abschaltanweisung von einer Steuervorrichtung an den IGBT (3b) ausgegeben wird, stellt die Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung durch Berechnung eine elektrische Potentialdifferenz nach Spannungsteilung der Spannung zwischen beiden Enden des PTK-Elements (2b) fest, und stellt eine Einschaltzustandsstörung des IGBT (3b) fest, wenn die elektrische Potentialdifferenz gleich oder größer als ein vorher festgelegter Schwellenwert ist. Dadurch kann eine Einschaltzustandsstörung in einem Schaltelement, das eine elektrische Leitungskontrolle für ein Element ausführt, dessen elektrischer Widerstand temperaturabhängig variiert, festgestellt werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung, die eine Einschaltzustandsstörung beispielsweise in einem Schaltelement erfasst, das eine elektrische Leitungskontrolle eines Elements ausführt, dessen elektrischer Widerstand entsprechend einer Temperatur eines PTK-Elements oder dergleichen variiert, und sie betrifft ein Verfahren dafür.
Stand der Technik
In Fahrzeugwechselspannungsvorrichtungen, die in Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und dergleichen angewendet werden, wird beispielsweise ein PTK-Heizaggregat, das ein Thermistorelement mit positivem Temperaturkoeffizienten (nachstehend als ein „PTK-Element” bezeichnet) als ein wärmeerzeugendes Element, das als ein Beispiel einer Wärmequelle zum Erwärmen bekannt ist, verwendet (siehe zum Beispiel Patentdokumente 1 und 2).
Elektrifizierungssteuerung eines PTK-Elements wird durch Ein- und Ausschalten eines Schaltelements ausgeführt, wie ein Bipolartransistor mit einer isolierten Gate-Elektrode (IGBT), und in dem Fall, in dem das Schaltelement eine Störung aufweist, fließt weiterhin Strom zum PTK-Heizaggregat. Daher ist es notwendig, eine Einschaltzustandsstörung im Schaltelement zu erfassen.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentdokumente

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2008-277351A
Patentdokument 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2013-159135A

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Im Allgemeinen ist ein Stromsensor (ein Shunt-Widerstand, ein Stromwandler (CT) oder dergleichen) für das Erfassen eines Stroms, der in das PTK-Heizaggregat fließt, in einer Elektrifizierungssteuerschaltung des PTK-Heizaggregats vorgesehen. Aber, wie in 7 dargestellt wird, weist ein PTK-Element derartige Eigenschaften auf, dass ein elektrischer Widerstandswert davon temperaturabhängig beträchtlich variiert, und folglich besteht das Problem, dass der fließende Strom in dem Fall abfällt, in dem die Temperatur hoch ist, wobei der fließende Strom durch eine Störung im Stromsensor, einen Offsetabgleichbereich und dergleichen verdeckt wird, und der fließende Strom nicht erfasst werden kann. Obwohl die Erhöhung des elektrischen Widerstandswertes des Shunt-Widerstands die Erfassung ermöglicht, wird dabei Wärme erzeugt, was bedeutet, dass es eine Grenze beim elektrischen Widerstandswert des Shunt-Widerstandes gibt.
Ferner ist der Strom, der in einem Schaltelement während einer Einschaltzustandsstörung fließt, gleich wie der Strom, der normalerweise fließt; von daher können ein Strom, der bei einer Einschaltzustandsstörung fließt, und ein Strom, der normalerweise fließt, nicht getrennt werden, und folglich kann mit der Schmelzsicherung kein Schutz erreicht werden.
Die oben beschriebenen Probleme beschränken sich nicht auf PTK-Elemente und treten bei Elementen, deren elektrische Widerstandswerte temperaturabhängig variieren, häufig auf.
Angesichts der Erreichung unter diesen Umständen, ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung, die eine Einschaltzustandsstörung in einem Schaltelement erfassen kann, welches eine elektrische Leitungskontrolle eines Elements ausführt, dessen elektrischer Widerstandswert temperaturabhängig variiert, und ein Verfahren dafür vorzusehen.
Technische Lösung
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Einschaltzustandsstörung in einem ersten Schaltelement zu erfassen, das entsprechend einem Element vorgesehen ist, dessen elektrischer Widerstandswert temperaturabhängig variiert, und das die Elektrifizierung des Elements steuert, wobei die Vorrichtung eine Erfassungseinheit umfasst, die in einem Zustand, in dem eine Abschaltanweisung an das erste Schaltelement ausgegeben wurde und das erste Element mit Strom versorgt werden kann, eine Einschaltzustandsstörung im ersten Schaltelement in dem Fall erfasst, in dem ein Parameter in Bezug auf die Spannung zwischen beiden Enden des Elements größer als oder gleich einem vorher festgelegten Schwellenwert ist.
Gemäß diesem Aspekt, in dem Fall, in dem eine Abschaltanweisung an das erste Schaltelement ausgegeben wurde und das Element mit Strom versorgt werden kann, ist die Spannung zwischen beiden Enden des Elements in dem Fall Null, in dem keine Einschaltzustandsstörung im ersten Schaltelement ist. Andererseits wird in dem Fall, in dem eine Einschaltzustandsstörung im ersten Schaltelement auftritt, der Einschaltzustand sogar in dem Fall beibehalten, in dem eine Abschaltanweisung ausgegeben wurde, und folglich kann die Spannung zwischen beiden Enden des Elements festgestellt werden. Dementsprechend kann jede Einschaltzustandsstörung basierend auf einem Parameter in Bezug auf die Spannung zwischen beiden Enden des Elements festgestellt werden.
Obwohl dieses Element Eigenschaften aufweist, in dem ein elektrischer Widerstandswert davon temperaturabhängig variiert, hat die Spannung, unabhängig von der Temperatur, zwischen beiden Enden des Elements einen konstanten Wert (denselben oder beinahe denselben Wert wie eine angewandte Spannung). Durch Verwendung eines Parameters in Bezug auf die Spannung zwischen beiden Enden des Elements, kann dementsprechend einfach festgestellt werden, ob Strom im Element fließt oder nicht, und das sogar in dem Fall, in dem der Strom, der im Element fließt, gering ist und was mit einem Shunt-Widerstand nach dem Stand der Technik nicht festgestellt werden kann.
Die oben beschriebene Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung kann ferner ein zweites Schaltelement umfassen, das in einer Spannungsversorgungsleitung vorgesehen ist, die das Element mit Strom versorgt, und das zweite Schaltelement kann in dem Fall abgeschaltet werden, in dem eine Einschaltzustandsstörung von der Erfassungseinheit erfasst wurde.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration, kann die Stromversorgung zum Element in dem Fall getrennt werden, in dem eine Einschaltzustandsstörung im ersten Schaltelement festgestellt wurde.
In der oben beschriebenen Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung kann in dem Fall, in dem eine Einschaltzustandsstörung im ersten Schaltelement nicht festgestellt wurde, die Erfassungseinheit bewirken, dass eine Abschaltanweisung an das zweite Schaltelement ausgegeben wird und kann bewirken, dass eine Einschaltanweisung an das erste Schaltelement ausgegeben wird, und in diesem Zustand kann sie eine Einschaltzustandsstörung im zweiten Schaltelement in dem Fall feststellen, in dem ein Parameter in Bezug auf eine Spannung zwischen beiden Enden des Elements größer als oder gleich einem vorher festgelegten Schwellenwert ist.
In dem Fall, in dem das zweite Schaltelement vorgesehen ist, kann durch Erfassen einer Einschaltzustandsstörung im ersten Schaltelement und im zweiten Schaltelement die Sicherheit erhöht werden.
In der oben beschriebenen Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung kann die Erfassungseinheit eine erste Spannungsteilungseinheit, die mit einer Hochspannungsseite des Elements verbunden ist, eine zweite Spannungsteilungseinheit, die mit einer Niederspannungsseite des Elements verbunden ist, und einen Optokoppler umfassen, der in einer Vorwärtsrichtung in einer Leitung verbunden ist, die einen Ausgangsanschluss der ersten Spannungsteilungseinheit und einen Ausgangsanschluss einer zweiten Spannungsteilungseinheit verbindet, und eine Einschaltzustandsstörung kann basierend auf einer Ausgabe des Optokopplers erfasst werden.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann die Erfassungseinheit einfach und kostengünstig konfiguriert werden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein PTK-Heizaggregat mit der oben beschriebenen Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung. Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer Zusatzeinrichtung, einschließlich dem oben beschriebenen PTK-Heizaggregat, eine elektrische Speichervorrichtung, die als eine Stromquelle für die Zusatzeinrichtung verwendet wird, ein drittes Schaltelement, das in einer Stromleitung vorgesehen ist, welche die elektrische Speichervorrichtung und die Zusatzeinrichtung verbindet, und eine Fahrzeugsteuervorrichtung. Hier stellt die Fahrzeugsteuervorrichtung in dem Fall fest, in dem eine Anomalie im Fahrzeug entdeckt wird und das dritte Schaltelement geöffnet wurde, ob die Anomalie eine Überstromanomalie in der elektrischen Speichervorrichtung ist oder nicht, wobei das dritte Steuerelement offen bleibt; es stellt in dem Fall, in dem erkannt wurde, dass die Anomalie keine Überstromanomalie ist, fest, ob die Anomalie eine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung ist, wobei das dritte Schaltelement offen bleibt; und es stellt eine Störung in den unterschiedlichen Vorrichtungen, die die Zusatzeinrichtung bilden, in dem Fall fest, in dem erkannt wurde, dass die Anomalie keine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung ist.
Im oben beschriebenen Fahrzeug kann, wenn eine Störung in der Zusatzeinrichtung festgestellt wird, eine Spannung, die geringer als die Spannung ist, die beim Normalbetrieb zur Verfügung gestellt wird, von der elektrischen Speichervorrichtung angelegt werden.
Wenn bei Feststellen einer Störung eine geringere Spannung angewendet wird als jene, die beim Normalbetrieb angewendet wird, ist es möglich, das Risiko einer Beschädigung des Elements, von Stromschlägen und dergleichen zu reduzieren.
Im oben beschrieben Fahrzeug kann ein Schwellenwert zur Störungsbestimmung für die Vorrichtungen, der verwendet wird, wenn eine Störung in der Zusatzeinrichtung festgestellt wird, auf einen Wert eingestellt werden, der geringer als ein Bestimmungsschwellenwert ist, der von der Fahrzeugsteuervorrichtung verwendet wird, um eine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung festzustellen.
Dadurch kann die Feststellung von Störungen in den Vorrichtungen beendet werden, bevor eine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung durch die Fahrzeugsteuervorrichtung entdeckt wird. Folglich können die Vorrichtungen, die ordnungsgemäß funktionieren, weiterhin mit Strom versorgt werden.
Im oben beschriebenen Fahrzeug kann die Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung in der Fahrzeugsteuervorrichtung vorgesehen sein. Dadurch kann die Vorrichtung vereinfacht werden.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsverfahren zur Erfassung einer Einschaltzustandsstörung in einem ersten Schaltelement, das entsprechend einem Element vorgesehen ist, dessen Widerstandswert temperaturabhängig variiert, und das die Elektrifizierung des Elements steuert, wobei das Verfahren das Erfassen in einem Zustand, in dem eine Abschaltanweisung an das erste Schaltelement ausgegeben wurde und das erste Element mit Strom versorgt werden kann, einer Einschaltzustandsstörung im ersten Schaltelement in dem Fall umfasst, in dem ein Parameter in Bezug auf die Spannung zwischen beiden Enden des Elements größer als oder gleich einem vorher festgelegten Schwellenwert ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wirkung erzielt, bei der eine Einschaltzustandsstörung in einem Schaltelement erfasst wird, das eine elektrische Leitungskontrolle für ein Element ausführt, dessen elektrischer Widerstandswert temperaturabhängig variiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines PTK-Heizaggregats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration einer Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration einer Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration einer Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Hochspannungssystems eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht.
6 ist ein Diagramm, das die Schwellenwerte, die bei der Feststellung einer Störung in einer Vorrichtung verwendet werden, veranschaulicht.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Temperatur-elektrischen Widerstandseigenschaften eines PTK-Elements veranschaulicht.
Beschreibung der Ausführungsformen
[Erste Ausführungsform]
Nachstehend wird eine Ausführungsform, in der eine Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung und ein Verfahren dafür, gemäß der vorliegenden Erfindung, in einem PTK-Heizaggregat angewendet werden, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Obwohl im Folgenden ein PTK-Element als ein Beispiel eines Elements, dessen elektrischer Widerstandswert temperaturabhängig variiert, beschrieben wird, beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel.
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines PTK-Heizaggregats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt, wird ein PTK-Heizaggregat 1 in erster Linie einschließlich Folgendem konfiguriert: PTK-Elemente 2a und 2b, deren elektrischer Widerstandswerte temperaturabhängig variieren; einem Bipolartransistor mit einer isolierten Gate-Elektrode (IGBT) (ein erstes Schaltelement) 3a, der die Elektrifizierungssteuerung des PTK-Elements 2a ausführt; einem IGBT (erstes Schaltelement) 3b, der die Elektrifizierungssteuerung des PTK-Elements 2b; eine Steuervorrichtung 5, die Steuersignale Sa und Sb für die Steuerung der IGBTs 3a und 3b erzeugt und die die Steuersignale Sa und Sb an eine Antriebsschaltung 4 ausgibt; die Antriebsschaltung 4, die die IGBTs 3a und 3b basierend auf den Steuersignalen Sa und Sb antreibt; einer Strommesseinheit 6, die einen Strom, der in den PTK-Elementen 2a und 2b fließt, erfasst; einer Element-Kurzschlusserfassungseinheit 7, die Kurzschlüsse der PTK-Elemente 2a und 2b erfasst; und einer Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung 10, die eine Einschaltzustandsstörung im IGBT 3b erfasst.
Obwohl 1 einen Fall darstellt, in dem zwei PTK-Elemente als ein Beispiel vorgesehen sind, ist die Anzahl der vorgesehenen PTK-Elements nicht beschränkt. Obwohl im Folgenden ein Fall beschrieben wird, in dem eine Einschaltzustandsstörung im IGBT 3b der Einfachheit halber als ein Beispiel festgestellt wird, kann eine Einschaltzustandsstörung im IGBT 3a unter Verwendung desselben Verfahrens festgestellt werden.
Die Antriebsschaltung 4 treibt die IGBTs 3a und 3b an, indem Spannungssignale basierend auf den Steuersignalen Sa und Sb jeweils an die Gates (elektrische Leitungskontrollanschlüsse) der IGBTs 3a und 3b angewendet werden. Eine andere Stromvorrichtung, wie ein Feldeffekttransistor (FET) oder ein Metalloxidhalbleiter-FET (MOSFET), kann ebenfalls anstelle der IGBTs verwendet werden.
Die Steuervorrichtung 5 ist beispielsweise ein Mikrocomputer und er setzt unterschiedliche Arten von Funktionen (Ein-Aus-Steuerung des PTK-Elements, eine Kurzschlusssicherheitsfunktion und dergleichen) durch eine ZE um, die Programme liest, die in einer Zusatzspeichervorrichtung aufgezeichnet sind, um Programme in einer Hauptspeichervorrichtung zu speichern und diese Programme auszuführen. Zum Beispiel kann eine bekannte Technik in einer normalen Ein-Aus-Steuerung der PTK-Elemente 2a und 2b verwendet werden.
Die Strommesseinheit 6 umfasst einen Shunt-Widerstand 14 und einen Operationsverstärker 15, der eine Spannung zwischen beiden Enden des Shunt-Widerstands 14 verstärkt und ausgibt. Die Ausgabe des Operationsverstärkers 15 wird in die Steuervorrichtung 5 eingegeben.
Die Element-Kurzschlusserfassungseinheit 7 erfasst einen Strom, der in den PTK-Elementen 2a und 2b fließt, unter Verwendung des Shunt-Widerstands 14, sie erfasst einen Kurzschluss in den PTK-Elementen 2a und 2b in dem Fall, in dem eine erfasste Spannung größer als oder gleich einer vorher festgelegten Spannung ist, und gibt ein Kurzschluss-Erfassungssignal an die Steuervorrichtung 5 aus. Wenn das Kurzschluss-Erfassungssignal von der Element-Kurzschlusserfassungseinheit 7 ausgegeben wird, gibt die Steuervorrichtung 5 ein Lastunterbrechungssignal an die Antriebsschaltung 4 aus, um die PTK-Elemente 2a und 2b in einen Ausschaltzustand zu bringen.
Um eine Antwortverzögerung der Steuervorrichtung 5 in dem Fall zu verhindern, in dem ein Kurzschluss erfasst wurde, ist die Element-Kurzschlusserfassungseinheit 7 konfiguriert, um die Gate-Spannungen der IGBTs 3a und 3b durch die Hardware abzuschalten. Auf diese Weise fließt bei einem Kurzschluss mehr Strom als normal in das PTK-Element selbst, wodurch ein Kurzschluss unter Verwendung des Shunt-Widerstands 14 festgestellt werden kann.
Die Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung 10 umfasst einen Stromversorgungs-IGBT (zweites Schaltelement) 11, der in einer Spannungsversorgungsleitung L vorgesehen ist, welche die PTK-Elemente 2a und 2b mit Strom versorgt, und eine Erfassungseinheit 12. Das Ein- und Ausschalten des IGBT 11 kann beispielsweise durch einen Mikrocomputer gesteuert werden, der in der Erfassungseinheit 12, die später beschrieben wird, vorgesehen ist, oder es kann basierend auf den Einschalt-/Ausschaltanweisungen, die von der Steuervorrichtung (eine übergeordnete Steuervorrichtung) einer Vorrichtung ausgegeben werden, in der das PTK-Heizaggregat 1 vorgesehen ist, gesteuert werden.
Die Erfassungseinheit 12 erfasst eine Einschaltzustandsstörung in dem IGBT 3b basierend auf einem Parameter in Bezug auf die Spannung zwischen beiden Enden des PTK-Elements 2b. Wie zum Beispiel in 2 dargestellt, umfasst die Erfassungseinheit 12 einen hochspannungsseitigen Spannungsteiler 21, der mit einer Hochspannungsseite des PTK-Elements 2b verbunden ist, einen niederspannungsseitigen Spannungsteiler 22, der mit einer Niederspannungsseite des PTK-Elements 2b verbunden ist, und einen Mikrocomputer 23, an den eine Ausgabe des hochspannungsseitigen Spannungsteilers 21 und eine Ausgabe des niederspannungsseitigen Spannungsteilers 22 eingegeben wird.
Der Mikrocomputer 23 verwendet Eingabeinformationen, um einen Parameter, der in diesem Beispiel eine Spannung zwischen beiden Enden nach der Spannungsteilung ist, basierend auf der Spannung zwischen beiden Enden des PTK-Elements 2b zu berechnen, und erfasst eine Einschaltzustandsstörung im IGBT 3b in dem Fall, in dem die Spannung größer als oder gleich einem vorher festgelegten Wert ist.
Beispielsweise in dem Fall, in dem der IGBT 3b eingeschaltet ist, fließt ein Strom im PTK-Element 2b und ein Spannungsabfall, der durch den Strom und den elektrischen Widerstandswert des PTK-Elements 2b bedingt ist, tritt auf. Dieser Spannungsabfall weist denselben Wert als die Stromversorgungsspannung auf. Auf diese Weise ist die Spannung zwischen beiden Enden des PTK-Elements 2b ungeachtet des elektrischen Widerstandswerts des PTK-Elements 2b konstant und folglich ist es einfach, einen elektrisch leitenden Zustand im PTK-Element 2b festzustellen, oder mit anderen Worten, festzustellen, dass der IGBT 3b eingeschaltet ist und das sogar in dem Fall, in dem der elektrische Widerstandswert des PTK-Elements 2b hoch und der Strom gering ist.
Wenn sich der IGBT 3b hier in einem elektrisch leitendem Zustand befindet, wird die Spannung, die durch den Mikrocomputer 23 berechnet wird (die Spannung zwischen beiden Enden nach der Spannungsteilung), durch die Stromversorgungsspannung, einem Teilungsverhältnis des hochspannungsseitigen Spannungsteilers 21 und einem Teilungsverhältnis des niederspannungsseitigen Spannungsteilers 22 bestimmt und überschreitet diesen Wert nicht. Die Spannung zwischen beiden Enden des PTK-Elements 2b ist Null, wenn sich der IGBT 3b in einem Aus-Zustand befindet. Dementsprechend kann der vorher festgelegte Schwellenwert im Mikrocomputer 23 auf einen Wert eingestellt werden, der größer als Null und weniger oder gleich dem Spannungswert ist, der durch den Mikrocomputer 23 berechnet wird, wenn sich der IGBT 3b in einem elektrisch leitenden Zustand befindet.
Im PTK-Heizaggregat 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration wird das Feststellen einer Einschaltzustandsstörung im IGBT 3b und das Feststellen einer Einschaltzustandsstörung im IGBT 11 durch die nachstehend beschriebene Abfolge ausgeführt.
Zuerst wird der IGBT 3b eingeschaltet, und an die IGBTs 3a und 3b angewandte Gate-Spannungen werden auf Abschaltspannungen (zum Beispiel 0 V) eingestellt. Mit anderen Worten wendet die Antriebsschaltung 4 eine Abschaltspannung auf die Gates der IGBTs 3a und 3b an. In diesem Zustand werden die Ausgabe des hochspannungsseitigen Spannungsteilers 21 und die Ausgabe des niederspannungsseitigen Spannungsteilers 22 in den Mikrocomputer 23 eingegeben und eine elektrische Potentialdifferenz (die Spannung zwischen beiden Enden nach der Teilung) wird vom Mikrocomputer 23 berechnet. Wenn die Spannung zwischen beiden Enden nach der Teilung größer oder gleich dem vorher festgelegten Schwellenwert ist, wird eine Einschaltzustandsstörung im IGBT 3b festgestellt, wohingegen im Fall, in dem die angegebene Spannung geringer als der vorher festgelegte Wert ist, der IGBT 3b als normal erfasst wird.
In dem Fall, in dem eine Einschaltzustandsstörung festgestellt wurde, wird die Stromversorgung an die PTK-Elemente 2a und 2b getrennt, indem beispielsweise der Mikrocomputer 23 den IGBT 11 abschaltet.
In dem Fall, in dem der IGBT 3b normal ist, wird erfasst, ob eine Einschaltzustandsstörung im IGBT 11 vorhanden ist. In diesem Fall wird eine Einschaltzustandsstörung im IGBT 11 erfasst, wenn die Spannung zwischen beiden Enden nach der Teilung, wie sie vom Mikrocomputer 23 berechnet wird, größer oder gleich dem vorher festgelegten Schwellenwert ist, nachdem der IGBT 11 abgeschaltet wird und der IGBT 3b eingeschaltet wird.
In diesem Fall wird ein Einschaltzustandsstörungs-Erfassungssignal an die Steuervorrichtung 5 der IGBTs 3a und 3b ausgegeben, und die IGBTs 3a und 3b werden abgeschaltet. Wenn das PTK-Heizaggregat 1 von einer übergeordneten Stromquelle mit Strom versorgt wird, kann die Stromversorgung zum PTK-Heizaggregat 1 getrennt werden, indem ein Schalter (nicht dargestellt), der in einer Stromleitung zwischen der übergeordneten Stromquelle und dem PTK-Heizaggregat 1 vorgesehen ist, abgeschaltet wird.
Wie bisher beschrieben wird gemäß dem PTK-Heizaggregat 1 und der Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform eine Einschaltzustandsstörung basierend auf einem Parameter, der auf der Spannung zwischen beiden Enden des PTK-Elements 2b basiert (d. h. die Spannung zwischen beiden Enden nach der Trennung), bestimmt, und folglich kann die Einschaltzustandsstörung ungeachtet der Temperatur-elektrischen Widerstandseigenschaften des PTK-Elements 2b festgestellt werden (siehe beispielsweise 7).
[Zweite Ausführungsform]
Als Nächstes wird ein PTK-Heizaggregat gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration einer Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung 10' gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie in 3 dargestellt, umfasst die Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung 10' gemäß der vorliegenden Ausführungsform als eine Erfassungseinheit 12', den hochspannungsseitigen Spannungsteiler (erster Spannungsteiler) 21, der mit einer Hochspannungsseite des PTK-Elements 2b verbunden ist, den niederspannungsseitigen Spannungsteiler (zweiter Spannungsteiler) 22, der mit einer Niederspannungsseite des PTK-Elements 2b verbunden ist, einen Optokoppler 25, der in der Vorwärtsrichtung in einer Leitung 12 verbunden ist, die einen Ausgangsanschluss des hochspannungsseitigen Spannungsteilers 21 und einen Ausgangsanschluss des niederspannungsseitigen Spannungsteilers 22 verbindet, und einen Mikrocomputer 26, in den ein Signal basierend auf einer Ausgabe des Optokopplers 25 eingegeben wird.
Gemäß dieser Konfiguration fließt ein Strom in den Optokoppler 25, wenn der IGBT 3b eingeschaltet ist, und ein Strom fließt in das PTK-Element 2b, und ein Einschaltsignal wird folglich an den Mikrocomputer 26 ausgegeben. Andererseits fließt kein Strom im PTK-Element 2b, wenn der IGBT 3b abgeschaltet ist, und folglich fließt kein Strom im Optokoppler 25 und ein Ausschaltsignal wird an den Mikrocomputer 26 ausgegeben.
Der Mikrocomputer 26 stellt fest, dass der IGBT 3b eingeschaltet ist, wenn das Einschaltsignal eingegeben wird. Beispielsweise in dem Fall, in dem eine Abschaltspannung an das Gate des IGTB 3b angewendet wird, erfasst die Erfassungseinheit 12' eine Einschaltzustandsstörung im IGBT 3b, wenn das Einschaltsignal an den Mikrocomputer 26 eingegeben wurde.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform berechnet der Mikrocomputer 23 die elektrische Potentialdifferenz nach der Spannungsteilung, und folglich sind A/D-Wandler (nicht dargestellt) im Mikrocomputer 23 notwendig; allerdings kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Einschaltzustandsstörung mit einem einfachen Element erfasst werden, nämlich mit dem Optokoppler 25, ohne A/D-Wandler zu verwenden.
[Dritte Ausführungsform]
Als Nächstes wird ein PTK-Heizaggregat gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration eines PTK-Heizaggregats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Das PTK-Heizaggregat gemäß der vorliegenden Ausführungsform weicht von jenen der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen in Bezug auf die Konfiguration der Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung ab.
Wie in 4 dargestellt, umfasst eine Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform insbesondere anstelle der oben beschriebenen Erfassungseinheiten 12 und 12' einen Operationsverstärker 31, der die Spannung zwischen beiden Enden des Shunt-Widerstands 14 misst. Hier hat der Operationsverstärker 31 eine höher Verstärkung als jene des Operationsverstärkers 15, der in derselben Strommesseinheit 6 vorgesehen ist.
Durch Erfassen der Spannung zwischen beiden Enden des Shunt-Widerstands 14 unter Verwendung des hochpräzisen Operationsverstärkers 31 können auf diese Weise, in Fällen, in denen der elektrische Widerstandswert des PTK-Elements 2b hoch ist, Stromwerte, die gewöhnlich irrtümlich, durch einen Offsetabgleichbereich und dergleichen verdeckt werden, erfasst werden, wodurch eine Einschaltzustandsstörung festgestellt werden kann.
Eine vom Operationsverstärker 31 erfasste Spannung wird in die Steuervorrichtung 5 eingegeben. Die Steuervorrichtung 5 stellt eine Einschaltzustandsstörung in den IGBTs 3a und 3b in dem Fall, in dem eine Spannung durch den Operationsverstärker 31 erfasst wurde, ungeachtet einer an die IGBTs 3a und 3b ausgegebenen Abschaltanweisung, fest.
Nun wird eine Ausführungsform eines Fahrzeugs mit dem oben beschriebenen PTK-Heizaggregat unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein Diagramm, das ein Hochspannungssystem in einem Elektrofahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht.
Wie in 5 veranschaulicht, umfasst ein Elektrofahrzeug 40 beispielsweise eine Zusatzeinrichtung 41 mit einem PTK-Heizaggregat 1 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, eine elektrische Speichervorrichtung 43, die als Stromquelle für die Zusatzeinrichtung 41 verwendet wird, und auch als eine Stromquelle für einen Antriebsmotor 42 verwendet wird, ein Schütz (drittes Schaltelement) 44, das in einer Stromleitung, die die elektrische Speichervorrichtung 43 und die Zusatzeinrichtung 41 verbindet, vorgesehen ist, und eine Fahrzeugsteuervorrichtung (die nachstehend einfach als „Steuervorrichtung” bezeichnet wird) 45. Das Schütz 44 hat ein positivseitiges Schütz 44a und ein negativseitiges Schütz 44b.
Eine Mehrzahl von Schmelzsicherungen 46 sind im Hochspannungssystem des Elektrofahrzeugs 40 als ein Sicherungsmedium in Fällen, in den Überstrom fließt, vorgesehen.
Nachstehend wird ein Anomalieerfassungsablauf, der im Elektrofahrzeug 40, welches die oben beschriebene Konfiguration aufweist, in den Fällen ausgeführt, wenn unterschiedliche Sensoren (nicht dargestellt), die im Fahrzeug vorgesehen sind, eine Anomalie festgestellt haben, beschrieben.
In dem Fall, in dem eine Anomalie (beispielsweise eine Stromanomalie, eine Temperaturanomalie oder eine Druckanomalie) von einem Sensor, der im Fahrzeug vorgesehen ist, erfasst wurde, wird das Schütz 44 aus Sicherheitsgründen zunächst geöffnet. Das kann beispielsweise basierend auf einer Anweisung von der Steuervorrichtung 45 ausgeführt werden oder im Fall, in dem eine Schutzvorrichtung (nicht dargestellt) unabhängig vorgesehen ist, basierend auf einer Anweisung von der Schutzvorrichtung ausgeführt werden.
Bei geöffnetem Schütz 44 bestimmt die Steuervorrichtung 45 dann, ob eine Überstromanomalie in der elektrischen Speichervorrichtung 43 vorliegt oder nicht. Folglich wird das Schütz 44 in dem Fall, in dem eine Überstromanomalie vorliegt, offen gehalten. Andererseits wird in dem Fall, in dem keine Überstromanomalie vorliegt, das Schütz 44 geschlossen und es wird festgestellt, ob eine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung 41 vorliegt.
Im Fall, in dem festgestellt wird, dass eine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung 41 vorliegt, wird das Schütz 44 erneut geöffnet und in diesem Zustand belassen. Andererseits wird in dem Fall, in dem festgestellt wird, dass keine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung 41 vorliegt, eine Störungsbestimmung für jede Vorrichtung in der Zusatzeinrichtung 41 ausgeführt.
Dadurch wird beispielsweise eine Einschaltzustandsstörung durch die Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung 10 im PTK-Heizaggregat 1, wie oben beschrieben, festgestellt, und das Ergebnis wird der Steuervorrichtung 45 mitgeteilt. Störungsdiagnosen werden auf dieselbe Weise auch für andere Vorrichtungen ausgeführt und die Ergebnisse werden der Steuervorrichtung 45 mitgeteilt. Beachten Sie, dass in den Fällen, in denen Störungen diagnostiziert werden, Spannungen, die von der elektrischen Speichervorrichtung 43 an die jeweiligen Vorrichtungen gespeist werden, reduziert werden können. Beispielsweise angenommen, dass eine Spannung von ungefähr 300 V beim Normalbetrieb verwendet wird, kann die Spannung beispielsweise auf ungefähr 1/5 davon oder 60 V festgelegt werden. Durch die Reduktion der Spannung auf diese Weise, kann die Wahrscheinlichkeit von Elementstörungen, Stromschlägen und dergleichen reduziert werden.
In dem Fall, in dem beispielsweise eine Einschaltzustandsstörung im PTK-Heizaggregat 1 erfasst wurde, wird dann eine Anweisung zum Abschalten des IGBT 11 (siehe 1) von der Steuervorrichtung 45 ausgegeben, und der IGBT 11 bleibt ausgeschaltet. Die Verbindung zwischen dem PTK-Heizaggregat 1 und der elektrischen Speichervorrichtung 43 wird folglich getrennt.
Durch das Öffnen des IGBT 11 im PTK-Heizaggregat 1 auf diese Weise wird ermöglicht, die elektrische Speichervorrichtung 43 von lediglich einer Vorrichtung zu trennen, in der eine Störung festgestellt wurde (das PTK-Heizaggregat 1 zum Beispiel), was wiederum ermöglicht, die Versorgung des Stroms von der elektrischen Speichervorrichtung 43 an die anderen Vorrichtungen, die ordnungsgemäß arbeiten, aufrechtzuerhalten.
Obwohl die Steuervorrichtung 45 und die Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung 10 des PTK-Heizaggregats 1 unabhängig voneinander in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen sind, können die Funktionen der Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung 10 hingegen in der Steuervorrichtung 45 vorgesehen sein. Dadurch kann die Konfiguration des PTK-Heizaggregats 1 vereinfacht werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform in dem Fall, in dem beispielsweise eine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung 41 festgestellt wurde, wird das Schütz 44 abgeschaltet und die Stromversorgung der ordnungsgemäß funktionierenden Vorrichtungen wird getrennt, wenn eine Überstromanomalie in einer der Vorrichtungen festgestellt wird. Um einen derartigen Zustand zu vermeiden, beispielsweise wie in 6 dargestellt wird, kann der Schwellenwert für eine Einschaltzustandsstörung in jeder Vorrichtung (zum Beispiel dem PTK-Heizaggregat 1) auf einen Wert eingestellt werden, der geringer als der Schwellenwert für eine Überstromanomalie auf Systemebene in der Steuervorrichtung 45 ist.
Durch Einstellung des Schwellenwerts für eine Einschaltzustandsstörung auf einen Wert, der geringer als der Schwellenwert für eine Überstromanomalie auf Systemebene ist, kann die Feststellung einer Einschaltzustandsstörung im PTK-Heizaggregat 1 oder dergleichen beendet werden, bevor eine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung 41 festgestellt wird. Dadurch können die Vorrichtungen, bei welchen festgestellt wurde, dass sie ordnungsgemäß arbeiten, weiterhin mit Strom versorgt werden.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform einen Fall beschreibt, in dem das PTK-Heizaggregat 1 gemäß der ersten Ausführungsform beispielsweise im Elektrofahrzeug 40 vorgesehen ist, kann das PTK-Heizaggregat gemäß der zweiten oder dritten Ausführungsform anstatt dessen vorgesehen werden.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung 45 im Hochspannungssystem vorgesehen und Strom für die Steuervorrichtung 45 wird von einer Niederspannungsseite eingespeist (beispielsweise ein 12 V-System). Dadurch wird ermöglicht, den Strom/die Spannung kostengünstig zu messen und das sogar dann, wenn die Eingangsspannung im Hochspannungssystem niedrig ist.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform ein Elektrofahrzeug als ein Beispiel beschreibt, beschränkt sich die Erfindung nicht auf Elektrofahrzeuge und kann auch bei anderen Fahrzeugen, wie Hybridfahrzeugen, Verbrennungsmotorfahrzeugen, die keine Hochspannungsbatterien haben, und dergleichen angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebenen Weiterbildungen und unterschiedliche Weiterbildungen, wie die Kombination von einigen oder allen oben beschriebenen Ausführungsformen ist möglich, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: PTK-Heizaggregat
2a, 2b: PTK-Element
3a, 3b, 11: IGBT
4: Antriebsschaltung
5: Steuervorrichtung
10, 10', 30: Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung
12, 12': Erfassungseinheit
14: Shunt-Widerstand
21: Hochspannungsseitiger Spannungsteiler
22: Niederspannungsseitiger Spannungsteiler
23, 26: Mikrocomputer
25: Optokoppler
31: Operationsverstärker
40: Elektrofahrzeug
41: Zusatzeinrichtung
43: Elektrische Speichervorrichtung
44: Schütz
45: Steuervorrichtung

Claims

Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Einschaltzustandsstörung in einem ersten Schaltelement festzustellen, das entsprechend einem Element vorgesehen ist, dessen elektrischer Widerstandswert temperaturabhängig variiert, und das die Elektrifizierung des Elements steuert, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Erfassungseinheit, die in einem Zustand, in dem eine Abschaltanweisung an das erste Schaltelement ausgegeben wurde und das Element mit Strom versorgt werden kann, eine Einschaltzustandsstörung im ersten Schaltelement in dem Fall erfasst, in dem ein Parameter in Bezug auf eine Spannung zwischen beiden Enden des Elements größer als oder gleich einem vorher festgelegten Schwellenwert ist.
Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein zweites Schaltelement, das in einer Spannungsversorgungsleitung vorgesehen ist, welche das Element mit Strom versorgt, wobei das zweite Schaltelement in dem Fall, in dem eine Einschaltzustandsstörung von der Erfassungseinheit festgestellt wurde, abgeschaltet wird.
Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei in dem Fall, in dem keine Einschaltzustandsstörung im ersten Schaltelement festgestellt wurde, die Erfassungseinheit bewirkt, dass eine Abschaltanweisung an das zweite Schaltelement ausgegeben wird, und bewirkt, dass eine Einschaltanweisung an das erste Schaltelement ausgegeben wird, und in diesem Zustand eine Einschaltzustandsstörung im zweiten Schaltelement feststellt, wenn ein Parameter in Bezug auf eine Spannung zwischen beiden Enden des Elements größer als oder gleich einem vorher festgelegten Schwellenwert ist.
Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erfassungseinheit Folgendes umfasst: eine erste Spannungsteilungseinheit, die mit einer Hochspannungsseite des Elements verbunden ist; eine zweite Spannungsteilungseinheit, die mit einer Niederspannungsseite des Elements verbunden ist; und einen Optokoppler, der in einer Vorwärtsrichtung in einer Leitung verbunden ist, die einen Ausgangsanschluss der ersten Spannungsteilungseinheit und einen Ausgangsanschluss der zweiten Spannungsteilungseinheit verbindet, wobei eine Einschaltzustandsstörung basierend auf einer Ausgabe des Optokopplers erfasst wird.
PTK-Heizaggregat, umfassend die Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung, die in einem der Ansprüche 1 bis 4 beschrieben wird.
Fahrzeug, umfassend: Zusatzeinrichtung mit dem in Anspruch 5 beschriebenen PTK-Heizaggregat; eine elektrische Speichervorrichtung, die als eine Stromquelle für die Zusatzeinrichtung verwendet wird; ein drittes Schaltelement, das in einer Stromleitung, die die elektrische Speichervorrichtung und die Zusatzeinrichtung verbindet, vorgesehen ist; und eine Fahrzeugsteuervorrichtung, wobei die Fahrzeugsteuervorrichtung: in dem Fall, in dem eine Anomalie im Fahrzeug festgestellt wird und das dritte Schaltelement geöffnet wurde, erfasst, ob die Anomalie eine Überstromanomalie in der elektrischen Speichervorrichtung ist oder nicht, wobei das dritte Schaltelement geöffnet bleibt; in dem Fall, in dem erfasst wird, dass die Anomalie keine Überstromanomalie ist, feststellt, ob die Anomalie eine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung ist oder nicht, wobei das dritte Schaltelement geschlossen wird; und eine Störung in den unterschiedlichen Vorrichtungen, die die Zusatzeinrichtung bilden, in dem Fall feststellt, in dem erfasst wurde, dass die Anomalie keine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung ist.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei, wenn eine Störung in der Zusatzeinrichtung festgestellt wird, eine Spannung, die geringer als eine Spannung ist, die beim Normalbetrieb angelegt wird, von der elektrischen Speichervorrichtung angelegt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, wobei ein Schwellenwert zur Störungsbestimmung für die Vorrichtungen, der beim Feststellen einer Störung in der Zusatzeinrichtung verwendet wird, auf einen Wert eingestellt ist, der geringer als ein Bestimmungsschwellenwert ist, der von der Fahrzeugsteuervorrichtung verwendet wird, um eine Überstromanomalie in der Zusatzeinrichtung festzustellen.
Fahrzeug nach einen der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsvorrichtung in der Fahrzeugsteuervorrichtung vorgesehen ist.
Einschaltzustandsstörungs-Erfassungsverfahren für das Erfassen einer Einschaltzustandsstörung in einem ersten Schaltelement, das entsprechend einem Element vorgesehen ist, dessen elektrischer Widerstandswert temperaturabhängig variiert, und das die Elektrifizierung des Elements steuert, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: in einem Zustand, in dem eine Abschaltanweisung an das erste Schaltelement ausgegeben wurde und das erste Element mit Strom versorgt werden kann, Erfassen einer Einschaltzustandsstörung im ersten Schaltelement in dem Fall, in dem ein Parameter in Bezug auf eine Spannung zwischen beiden Enden des Elements größer als oder gleich einem vorher festgelegten Schwellenwert ist.