JP2004032903A

JP2004032903A - 電動車両のリレー故障判定装置

Info

Publication number: JP2004032903A
Application number: JP2002185501A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Sodeno; 袖野　強
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】バッテリ電力供給ラインのリレーの故障を、モータ駆動部を疑似動作させることなく診断する
【解決手段】バッテリ１４とモータジェネレータ１２とをリレー１５とインバータ１６を介して接続した電動車両において、バッテリ１４にリレー１５を介して放電抵抗Ｒ１を接続し、イグニションキーＯＦＦによりリレーが０ＦＦされてから次にイグニションキーのＯＮされるまでの間の、バッテリ電圧の降下速度が所定の判定値より大きい時に、リレー１５が溶着していると判定する。なお、リレー０ＦＦ時のバッテリの電圧はリレー０ＦＦ後の安定した電圧値を使用し、リレー０ＦＦ時と０Ｎ時間のバッテリ電圧の差は、リレー０ＦＦ時と０Ｎ時間の自己放電による電圧降下量により補正すると共に、リレー０ＦＦ時と０Ｎ時間のバッテリの温度差により補正する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリと走行用モータ間を接続するリレーの故障を診断する電動車両のリレー故障判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリを電源とする電動車両は、バッテリと走行用モータとの間にリレーを直列に接続し、異常の検知に応じてリレーをＯＦＦにすることによりバッテリに過電流が流れるのを回避する方法が採られている。ところで、上記リレーは、例えば、稼動中にスパークなどが発生してリレーが溶着し、ＯＮ状態のまま固定されてしまった場合には、リレー自体が機能しないため、上記異常発生時に過電流が流れるのを回避できないことになる。このため、リレーの溶着などの故障を診断する必要がある。
【０００３】
従来、上記リレーの故障診断としては、装置の稼動前に、リレーに対してＯＦＦを指示した状態で所定の電流指令値をモーター駆動部へ流し、この時、電流センサにより検出されるモーター電流の有無によってリレー溶着を診断するものがある。（特開平８−２１２８９５号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のリレーの診断法は、
（１）装置の稼動前に、診断用に擬似動作を行う必要があり、診断のために時間が必要になる。また、起動時の制御が複雑になり、走行可能になるまでに時間が掛かる。早いキー（ＫＥＹ）操作で遅れる。
（２）擬似動作により、走行前にバッテリ〜モーター間の強電ラインに電流が流れる。強電ラインに通電されることによる二次不具合が考えられる。（電流指令値が大きくなったり、駆動力が発生したり）このための電流制限装置やインヒビタ装置が必要になる。
（３）擬似電流指令手段や電流センサが必要になる。
というような問題がある。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、上記擬似動作の必要なく、リレーのＯＦＦ時の電圧と次回起動時の電圧の電圧変化によってリレーの故障を診断する電動車両のリレー故障判定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動車両のリレー故障判定装置は、発電機と、走行用モータと、発電機から電力の供給を受けて充電されると共に走行用モータに電力を供給して放電するバッテリと、この電力供給ラインに直列に接続されたリレーと、運転者の操作によって起動し、前記リレーのＯＮ／ＯＦＦを制御するコントローラとを備えた電動車両において、前記コントローラの停止にともないリレーが０ＦＦされてから次に前記コントローラが起動されるまでの間の、バッテリの端子間電圧の差が所定の判定値より大きい時に、リレーが故障していると判定する。なお、バッテリーにリレーを介して放電抵抗を接続しておくと、リレーが０ＦＦされてから次に０Ｎされるまでの間の、バッテリの端子間電圧の差が大きくなるので判定が容易になる。
【０００７】
バッテリの端子間電圧の降下速度は、リレー０ＦＦ時の電圧と次のコントローラが起動される時の電圧との差とリレー０ＦＦ時から次のコントローラ起動までの時間に基づくが、リレー０ＦＦ時の電圧は充放電の影響を受けていて変化するので、リレー０ＦＦ時の電圧はリレー０ＦＦ後の安定した状態での電圧値を推定して使用する。また、バッテリは自己放電すると共に温度により電圧が変化するので、リレー０ＦＦ時と次のコントローラ起動時の電圧の差は、リレー０ＦＦ時と次のコントローラ起動までのバッテリの自己放電分を補正すると共に、リレー０ＦＦ時と次のコントローラ起動時のバッテリの温度差により補正する。また、発電機と走行用モータは、単一の発電電動機であってもよい。
【０００８】
【発明の効果】
本発明は、上述のとおり構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【０００９】
（１）診断用に電流を流す擬似動作をする必要がなく、ソフトの構成が単純になると共に電流センサが不要となる。
（２）擬似動作による故障、走行などの二次不具合が発生しない。そのためそれらの予防装置が不要となる。
（３）起動前に短時間で診断できるので、早い操作でも起動遅れが発生しない。
【００１０】
また、リレー０ＦＦ時の電圧をＯＦＦ時の充放電状態により補正すると、　（４）　充放電状態による電圧変動を排除し、電圧検出精度、診断精度が向上する。
【００１１】
また、リレーＯＦＦ時と０Ｎ時の電圧の差を、時間補正や温度補正すると、　（５）リレーＯＦＦから次回起動時までの自己放電や温度変化による電圧変動分が排除され、診断精度が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は、ハイブリッド車のシステム構成を示す概略構成図である。このハイブリッド車は、ガソリンや軽油のような燃料を燃焼することにより動力を発生するエンジン１１と、エンジン１１の出力軸１１ａに直結されたモータジェネレータ１２を有している。
【００１３】
モータジェネレータ１２は、エンジン１１により駆動されて発電を行う発電機として機能すると共に、要求トルクが負の値のときには回生運転を行い、かつ車両を駆動する走行用モータとしての機能を兼用している。また、エンジン１１を始動するスタータとしても機能する。エンジン１１に直結するモータジェネレータ１２と駆動輪との間の動力伝達経路には、自動変速機１７が配設されている。
【００１４】
強電系（４２Ｖ）バッテリ１４とモータジェネレータ１２は回生可能なインバータ１６を介して接続されている。また、バッテリ１４とインバータ１６との間には車両コントローラ１３の制御で、強電ラインの接続、遮断を行うためのメインリレー１５が直列に接続されている。メインリレー１５は図示省略のイグニッションキー（ＩＧＮ　ＫＥＹ）に同期して０ＦＦするように構成されている。また、バッテリ１４には温度センサ３１、電圧センサ３２が設けられ、インバータ１６の直流側には平滑コンデンサＣ１と放電抵抗Ｒ１が接続されいる。平滑コンデンサＣ１はメインリレー１５のＯＮで充電され、メインリレー１５のＯＦＦ後に充電されている電荷は放電抵抗Ｒ１を経由して放電される。なお、システム簡素化のために、電圧センサ３２を廃止してバッテリ１４電圧を直接車両コントローラ２３へ入力することも可能である。
【００１５】
制御装置としては、エンジン１１の燃料噴射制御や点火時期制御のようなエンジン制御を行うエンジンコントロールユニット２１と、インバータを制御することによりモータジェネレータ１２のトルク・回転数を制御するモータコントローラ２２と、車両全体の動作を統括的に制御する車両コントローラ２３とを有している。各コントローラ２１〜２３は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，入出力インターフェースを備えた周知のマイクロコンピュータであり、ＣＰＵによりＲＡＭ，ＲＯＭ上のプログラムに従って入力信号を処理して制御信号を出力する。エンジン１１及び各コントローラ２１〜２３は弱電系（１４Ｖ）バッテリー１３を電源としている。
【００１６】
エンジンコントロールユニット２１は、スロットル開度センサ，クランク角センサ及びエアフロメータのような各種センサ（図示せず）２６により検出されるスロットル開度，クランク角（エンジン回転数）及び吸入空気量等の入力信号の他、車両コントローラ２３から受信した要求エンジントルクに基づいて、点火時期及び燃料噴射量を求め、その点火時期信号及び燃料噴射信号をエンジン１１へ出力する。電制スロットルの場合にはスロットル制御信号も出力する。
【００１７】
モータコントローラ２２は、車両コントローラ２３からの要求信号に基づいて、インバータ１６へ制御信号を出力しており、インバータ１６を介してモータジェネレータ１２を制御する。
【００１８】
車両コントローラ２３は、メインリレー１５のＯＮ／ＯＦＦ制御機能、及びメインリレー１５の診断を行うリレー故障判定機能を備えている。また、バッテリ１４に設けられた温度センサ３１、電圧センサ３２の信号を受けてバッテリ１４の温度・電圧を検知している。走行中は、車速信号の他、運転者の操作に応じて発生するアクセル開度信号３３、シフト信号３４及びブレーキ信号等の入力信号に基づいて、車両の走行に必要な要求駆動力を求め、その目標トルク指令値を対応するエンジンコントロールユニット２１、モータコントローラ２２へ送信する。
【００１９】
バッテリ１４の充電量が高く、また、車両の要求駆動力が、高い場合には、モータジェネレータ１２を力行運転してエンジン１１のトルクをアシストし、バッテリ１４の充電量が低い場合には、エンジントルクの一部を用いてモータジェネレータ１２を発電運転し、バッテリ１４への充電を行う。上記モータジェネレータ１２は単一の発電電動機であるが、走行用モータと発電機に分離されているものでもよい。
【００２０】
メインリレー１５の故障を診断する車両のリレー故障判定装置は、車両コントローラ２３と放電抵抗Ｒ１及び温度センサ３１、電圧センサ３２で構成されている。以下に、図２〜図７を用いて実施例に係る車両のリレー故障判定装置を説明する。
【００２１】
図２は、車両コントローラ２３が具備するリレー故障判定機能の動作を示すフローチャートである。ＩＧＮ　ＫＥＹ（図示省略）がＯＮからＯＦＦされると、メインリレー１５はＩＧＮ　ＫＥＹに連動して０ＦＦされ、ステップＳ１でＩＧＮ　ＫＥＹ　０ＦＦ時間ｔ_ＯＦＦの計測を開始（ｔ_ＯＦＦ＝０）する。
【００２２】
次にステップＳ２でメインリレー１５をＯＦＦした時のバッテリ１４の開放電圧（リレーＯＦＦ時電圧）Ｖ_{ＢＡＴＯＦＦ}を演算する。ここで、メインリレー０ＦＦ直前までバッテリ１４は充放電されているので、リレーＯＦＦ時電圧Ｖ_{ＢＡＴＯＦＦ}も充放電の影響を受けている。即ち、放電時であれば図３（ａ）のようにリレーＯＦＦ時電圧Ｖ_{ＢＡＴＯＦＦ}はメインリレーＯＦＦ時のバッテリ電圧Ｖ_ＯＦＦより上昇する。また、充電時であれば図３（ｂ）のようにリレーＯＦＦ時電圧Ｖ_{ＢＡＴＯＦＦ}はメインリレーＯＦＦ時のバッテリ電圧Ｖ_ＯＦＦより低下する。いずれにしても、リレーＯＦＦ時電圧Ｖ_{ＢＡＴＯＦＦ}で安定するまでには時間が必要である。
【００２３】
バッテリ１４の電圧変化を監視してメインリレー１５の故障を診断するには、正確なバッテリ電圧を検知する必要があるので、メインリレーＯＦＦ時のバッテリ電圧Ｖ_ＯＦＦをそのまま使用することはできない。よってリレーＯＦＦ時電圧Ｖ_{ＢＡＴＯＦＦ}は、充放電の影響を排除する必要がある。そのために、メインリレー０ＦＦ直前の充放電電力（モータ電流指令値を電力に変換）から充放電電流Ｉを求め、そこからバッテリ１４の内部抵抗ＲによるＩＲ分（放電時は電圧降下分、充電時は電圧上昇分）を求める。このＩＲ分とメインリレーＯＦＦ時のバッテリ電圧Ｖ_ＯＦＦからリレーＯＦＦ時電圧Ｖ_{ＢＡＴＯＦＦ}を求める。即ち、放電時と充電時の電圧Ｖ_ＯＦＦ、Ｖ_{ＢＡＴＯＦＦ}、ＩＲの関係は図４（ａ）、（ｂ）のように、放電時はＶ_{ＢＡＴＯＦＦ}＝Ｖ_ＯＦＦ＋ＩＲ、充電時はＶ_{ＢＡＴＯＦＦ}＝Ｖ_ＯＦＦ−ＩＲとなるので、この式を演算してリレーＯＦＦ時電圧を求める。あるいは、演算を行わずに電圧が安定するまでバッテリ電圧をモニタ続けてもよい。
【００２４】
リレーＯＦＦ時電圧ＯＦＦ時電圧Ｖ_{ＢＡＴＯＦＦ}が求まれば車両コントロ一ラ２３の電源をＯＦＦして、ステップＳ３でＩＧＮ　ＫＥＹ　ＯＦＦから次回起動でＩＧＮ　ＫＥＹ　ＯＮまでのＩＧＮ　ＫＥＹ　ＯＦＦ時間ｔ_ＯＦＦを計測する。このＯＦＦ時間ｔ_ＯＦＦの計測は、バックアップ電源を使用したタイマ回路を使った計測、または時計ＩＣによる計測でも良い。
【００２５】
次回起動でＩＧＮ　ＫＥＹが０Ｎになると、診断制御が開始されＯＦＦ時間ｔ_ＯＦＦ計測が停止し、ステップＳ４でバッテリ１４のメインリレー０Ｎ時電圧Ｖ_{ＢＡＴＯＮ}を演算する。この時のバッテリ電圧は、図５（ａ）、（ｂ）に示すようにＯＦＦ時間ｔ_ＯＦＦ中の自己放電と温度変化の影響を受けている。そのため、自己放電分はＯＦＦ時間ｔ_ＯＦＦに応じて決まる電圧低下量Ｖ（ｔ_ＯＦＦ）で補正する。また、温度変化分はＩＧＮ　ＫＥＹ　ＯＦＦ時の温度とＩＧＮ　ＫＥＹ　ＯＮ時の温度の変化量△ＢＡＴＴＭＰに応じて決まる電圧変化量Ｖ_△ _{ＢＡＴＴＭＰ}で補正する。
【００２６】
以上から図６に示すように、ＯＮ時の電圧実測値Ｖ_ＯＮに対して０Ｎ時電圧は、Ｖ_{ＢＡＴＯＮ}＝Ｖ_ＯＮ＋Ｖ（ｔ_ＯＦＦ）−Ｖ_△ _{ＢＡＴＴＭＰ}　となる。また、メインリレー１５の故障時は、メインリレー１５と放電抵抗Ｒ１を経由してバッテリ１４が放電するので、図７に示すようにバッテリ１４の電圧低下量Ｖ_{ＢＡＴＤＲＯＰ}はバッテリ１４の放電抵抗Ｒ１の値とＯＦＦ時間ｔ_ＯＦＦで決まる。そこで、ステップＳ５で、電圧低下量Ｖ_{ＢＡＴＤＲＯＰ}をＮＧ判定値として、Ｖ_{ＢＡＴＯＦＦ}−Ｖ_{ＢＡＴＯＮ}≧ＮＧ判定値　の判断をする。
【００２７】
ステップＳ５の判定結果がＮＯであれば、メインリレー１５は正常でＯＫであるので、ステップＳ７でメインリレー１５をＯＮとし、ＩＧＮ　ＫＥＹ　ＯＮを条件に通常制御を行う。また、判定結果がＹＥＳであればメインリレー１５は熔着等の故障しておりＮＧでであるので、ステップＳ６で警告灯が点灯され、ＩＧＮ　ＫＥＹ　ＯＮを条件にフェイルセーフ制御により異常時制御を行う。フェイルセーフ制御としては、入出力電力の制限、モーター走行の禁止等がある。
【００２８】
なお、強電系のバッテリ１４はモータ始動・駆動・発電用なので、弱電系１２Ｖ電源用のバッテリ１３のようにバックアップ電源による放電やライト消し忘れ等による放電はない。このため電圧低下が発生すれば、リレー故障による放電に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る車両の概略構成図。
【図２】本発明の実施例に係る車両のリレー故障判定装置の動作フロー図。
【図３】（ａ）、（ｂ）はバッテリの放電停止後と充電停止後の電圧変化説明図。
【図４】（ａ）、（ｂ）はバッテリ放電停止後と充電停止後の安定したリレーＯＦＦ時電圧推定演算説明図。
【図５】（ａ）はバッテリの自己放電分による電圧低下量説明図。（ｂ）はバッテリの温度変化による電圧変化量説明図。
【図６】リレー故障診断の概要説明図。
【図７】リレー故障診断のＮＧ判定値説明図。
【符号の説明】
１１…エンジン
１２…モータジェネレータ
１３…弱電系１４Ｖバッテリ
１４…強電系４２Ｖバッテリ
１５…メインリレー
１６…インバータ
１７…変速機
２３…車両コントローラ
３１…温度センサ
３２…電圧センサ

Claims

発電機と、走行用モータと、発電機から電力の供給を受けて充電されると共に走行用モータに電力を供給して放電するバッテリと、この電力供給ラインに直列に接続されたリレーと、運転者の操作によって起動し、前記リレーのＯＮ／ＯＦＦを制御するコントローラとを備えた電動車両において、
前記コントローラの停止にともない前記リレーが０ＦＦされてから次に前記コントローラが起動されるまでの間の、バッテリの端子間電圧の差が所定の判定値より大きい時に、リレーが故障していると判定することを特徴とする電動車両のリレー故障判定装置。
前記バッテリーには、前記リレーを介して放電抵抗が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電動車両のリレー故障判定装置。
前記リレー０ＦＦ時のバッテリの端子間電圧は、前記リレー０ＦＦ後の安定した状態での電圧値を推定したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動車両のリレー故障判定装置。
前記電圧値の推定は、リレー０ＦＦ時の端子間電圧の測定値をリレーＯＦＦ時の充放電状態により補正したことを特徴とする請求項３に記載の電動車両のリレー故障判定装置。
前記リレーが０ＦＦされてから次に前記コントローラが起動されるまでの間の、バッテリの端子間電圧の差を、リレー０ＦＦからコントローラの起動までの間の自己放電による電圧降下量により補正したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電動車両のリレー故障判定装置。
前記リレーＯＦＦ時とコントローラ起動時の電圧の差を、リレー０ＦＦ時とコントローラ起動時とでのバッテリの温度の差により補正したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電動車両のリレー故障判定装置。
前記発電機と前記走行用モータは、単一の発電電動機であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電動車両のリレー故障判定装置。
前記電動車両は、発電機を駆動するエンジンを備えるハイブリッド車両であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電動車両のリレー故障判定装置。
前記電動車両は、前記バッテリの他に、前記リレーがＯＦＦされている間にも車両の機器に電力を供給し続けることが可能な第２のバッテリを備えていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の電動車両のリレー故障判定装置。