JP2004147420A

JP2004147420A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2004147420A
Application number: JP2002309129A
Authority: JP
Inventors: Jun Nakanowatari; 中野渡　順
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】電源系回路内の遮断を速やかに判定する。
【解決手段】インバータ２を介して走行用モータ１（電動機）とバッテリ３とが電気的に接続された電源系回路と、電源系回路内に生じる電流を検出する電流計８と、電源系回路内で走行用モータ１（電動機）の発生電圧を検出する電圧計９と、を有し、電流計８で検出された電流値と、電圧計９で検出された電圧値とを用いて電源系回路内の遮断判定を行い、走行用モータ１（電動機）の発電中に、電源系回路内が遮断されていると判定されると走行用モータ１（電動機）による発電を停止する。これによって、短時間の内に、確実に電源系回路内の遮断を検知することができ、電圧上昇に伴う電源系回路内の部品の破損を防止することが可能となる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は過電流による高電圧部品の損傷を防止する車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高電圧バッテリを搭載し、モータを利用して駆動、回生及び発電を行うハイブリッド車両や、電気自動車においては、過電流による異常が車両に発生したときに、高電圧リレーを遮断して車両を停止させるという手段が用いられることが多い。しかしながら、回生中または発電中に上記高電圧リレーを遮断した場合もしくはヒューズが切れた場合、発生した電力を高電圧バッテリが吸収（充電）できないため、電源系回路内の電圧が上昇し、高電圧部品の耐圧を越えてしまって部品を破損する虞がある。
【０００３】
そこで、過電流を検出すると、まず発電機とインバータの出力を停止させ、その後に高電圧リレーを遮断にすることにより、回路内の電圧の急上昇を回避して、過電流による電源系の損傷を防止する技術が従来から知られている（特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２７１６０３号公報（第４−６頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高電圧リレーの遮断検知は、高電圧リレーの制御回路の電圧をモニターするという方法が従来より用いられてきた。しかし、このような従来の方法では、ハーネスが断線した場合、高電圧リレーの制御回路の電圧がＯＮ状態（高電圧リレーを遮断していない状態）と同じ信号となってしまい、高電圧リレーの遮断を検知できないという問題がある。同様に、電源系回路内のヒューズが切れた場合にも同様に高電圧リレーの遮断を検知することができない。
【０００６】
すなわち、制御指令による高電圧リレーの遮断以外の、断線等による電源系回路の遮断が生じた際には対応できないという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両の制御装置は、インバータを介して電動機とバッテリとが電気的に接続された電源系回路内の電流値及び電圧値をを用いて、電源系回路内の遮断判定を行い、上記電動機の発電中に、上記電源系回路内が遮断されていると判定されると上記電動機による発電を停止することを特徴としている。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、短時間の内に、確実に電源系回路内の遮断を検知することができ、電圧上昇に伴う電源系回路内の部品の破損を防止することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、電気自動車における走行用モータ（電動機）１の電源系回路の概略構成を示す説明図である。図１に示すように、電源系回路は、車両減速時に回生発電可能な走行用モータ１と、走行用モータ１にインバータ２を介して電力を供給するバッテリ３と、バッテリ３とインバータ２との間の電気の流れを断続させる強電リレー４と、強電リレー４とバッテリ３との間に配置されたヒューズ５と、遮断判定手段を構成するバッテリコントローラ６及びモータコントローラ７と、から大略構成されており、バッテリ３、ヒューズ５、強電リレー４及びインバータ２は、互い直列に接続されている。
【００１１】
また、この電源系回路には、インバータ２と強電リレー４との間に配設され電源系回路内に生じる電流を検出する電流検出手段としての電流計８と、強電リレー４の断続に関わらず走行用モータ１の回生発電時の発電電圧を検出可能な電圧検出手段としての電圧計９と、が組み込まれており、電流計８及び電圧計９の検出信号はバッテリコントローラ６に入力されている。
【００１２】
そして、モータコントローラ７は、バッテリコントローラ６からの信号に基づいてインバータ２に制御信号（発電トルク推定値）を出力し走行用モータ１を制御している。
【００１３】
尚、強電リレー４は、上述した電源系回路の外部に設けられた外部駆動回路により制御されるものであり、図２に示すように、車両及びシステムを制御する統合コントローラ１０と、モータコントローラ７の両方から断続制御可能となっている。そして、強電リレー４の断続状態は、統合コントローラ１０にてリレーモニタ信号から検知する。強電リレー４がＯＮ（接続）の場合にはリレーモニタ信号として検知される電流は小さく、強電リレー４がＯＦＦ（断絶）の場合にはリレーモニタ信号として検知される電流は大きくなる。
【００１４】
このような電源系回路においては、走行用モータ１が回生発電中に、強電リレー４の遮断もしくは電源系回路内におけるハーネス等の断線、といった電源系回路内の遮断が生じた場合、電源系回路内を流れる回生電流はゼロとなり、電圧は上昇する。また、走行用モータ１へのモータコントローラ７からの指令値（発電トルク推定値）がゼロとなった場合でも電源系回路内を流れる電流値はゼロとなる。
【００１５】
そこで、電流計８及び電圧計９でそれぞれ検出された電圧値及び電流値と、走行用モータ１の発電トルク推定値とを用いて、電源系回路内の遮断を検知し、電源系回路内の遮断が検知された際に、走行用モータ１が回生発電中ならば、モータコントローラ７からインバータ２に対して走行用モータ１の回生発電中止指令を出し、走行用モータ１の回生発電を速やかに中止させる。
【００１６】
図３は、電源系回路内で遮断を判定するバッテリコントローラ６内の制御の流れを示すフローチャートであり、約２ｍｓ（第１所定時間）毎に実行されるものである。尚、１ｍｓは１×１０^−３秒であり、以下、１０^−３秒を略してｍｓと記す。
【００１７】
ステップ１（以下ステップを単にＳと表記する）では、平均バッテリ電流Ｉａｖｅ_{（ｔ−１）}と瞬時バッテリ電流Ｉ_ｔとの差が通常の制御中ではあり得ない所定の遮断判定電流値α（第１所定電流値）以上であるか否かを判定し、Ｉａｖｅ_{（ｔ−１）}−Ｉ_ｔ≧αの場合にはＳ２に進み、そうでない場合にはＳ３に進む。ここで、瞬時バッテリ電流Ｉ_ｔは、時刻ｔのときに電流計８により検知された電流値である。また、電流計８は連続して電源系回路内の電流値を測定しており、平均バッテリ電流Ｉａｖｅ_ｔは、瞬時バッテリ電流Ｉ_ｔの検知直前の２ｍｓの期間、すなわち（ｔ−２ｍｓ）〜ｔの期間に検知された電流値の平均値を示し、Ｉａｖｅ_{（ｔ−１）}は（ｔ−４ｍｓ）〜（ｔ−２ｍｓ）の期間に検出された電流値の平均値である。
【００１８】
Ｓ２では、電圧変化の遅れを考慮し、（ｔ＋２ｍｓ）後、すなわち時刻（ｔ＋１）となる次回の制御実行時にも過去に電源系回路内の遮断の可能性がある電流変化を検知したことを参照可能なように、電流遮断推定フラグであるＦＩＣＵＴ１をＦＩＣＵＴ１＝１と設定し、Ｓ５に進む。これは、図４に示すように、例えば、時刻ｔで検知した電流変化ｄＩ_ｔ＝Ｉａｖｅ_{（ｔ−１）}−Ｉ_ｔに対し、時刻（ｔ＋１）で検知した電圧変化ｄＶ_{（ｔ＋１）}の方が大きくなることがある為である。
【００１９】
Ｓ５では、時刻ｔのときに電圧計９にて検知された瞬時電圧Ｖ_ｔと、時刻（ｔ−１）のときに検知された電圧Ｖ_{（ｔ−１）}との差が通常の制御中ではあり得ない所定の第１遮断判定推定値γ１（第１所定電圧値）以上であるか否かを判定し、Ｖ_ｔ−Ｖ_{（ｔ−１）}≧γ１の場合にはＳ６に進み、そうでない場合にはＳ７へ進む。
【００２０】
Ｓ６では、第１遮断推定フラグであるＦＲＬＹＣＵＴ１をＦＲＬＹＣＵＴ１＝１とし、Ｓ７へ進む。
【００２１】
Ｓ３では、ＦＩＣＵＴ１の状態を確認し、ＦＩＣＵＴ１＝１となっている場合にはＳ４に進み、ＦＩＣＵＴ１≠１の場合には、Ｓ７に進む。
【００２２】
Ｓ４では、ＦＩＣＵＴ１＝０として、Ｓ５に進む。
【００２３】
Ｓ７では、瞬時バッテリ電流Ｉ_ｔの絶対値が所定の電流計オフセット値Ｉｓｏｆｓよりも小さいかどうかを判定し、｜Ｉ_ｔ｜≦Ｉｓｏｆｓと判定されるとＳ９に進み、そうでない場合にはＳ８に進む。ここでＩｓｏｆｓは電流計８のオフセット誤差であり、Ｓ７では電流計８の検出誤差範囲内の小さい電流値が検出されているか否かを判定している。
【００２４】
Ｓ８では、Ｔｉｍｅｒ（電流値０継続判定タイマー）＝０、すなわちＴｉｍｅｒのカウント値を０とし、電圧上昇判定基準値Ｖｉｏとして今回検知された瞬時電圧Ｖｔの値を用いることとし、Ｓ１２に進む。
【００２５】
Ｓ９では、Ｔｉｍｅｒのカウント値に１を加え、Ｓ１０に進む。
【００２６】
Ｓ１０では、Ｔｉｍｅｒ≧５、すなわちＴｉｍｅｒのカウント値が５以上、換言すれば１０ｍｓ（第２所定時間）の間、連続して瞬時電圧Ｖｔと電圧上昇判定基準電圧Ｖｉｏとの差が所定の第２遮断判定推定値γ２（第２所定電圧値）よりも大きいか否かを判定し、Ｖｔ−Ｖｉｏ＞γ２の場合には、Ｓ１１に進み、そうでない場合にはＳ１２に進む。ここで、第２遮断判定推定値γ２は、電圧計９の誤差による誤判定をしない程度の小さな値であり、０＜γ２＜γ１とする。
【００２７】
Ｓ１１では、第２遮断推定フラグであるＦＲＬＹＣＵＴ２をＦＲＬＹＣＵＴ２＝１とし、Ｓ１２へ進む。
【００２８】
そして、Ｓ１２では、ＦＲＬＹＣＵＴ１及びＦＲＬＹＣＵＴ２の状態（０か１）をモータコントローラ７へと送信する。
【００２９】
尚、ＦＲＬＹＣＵＴ１及びＦＲＬＹＣＵＴ２は、キーＯＮ時に、それぞれＦＲＬＹＣＵＴ１＝０、ＦＲＬＹＣＵＴ２＝０となるよう設定されている。
【００３０】
図５は、モータコントローラ７内の制御の流れを示すフローチャートであり、約２ｍｓ毎に実行されるものである。
【００３１】
Ｓ２１では、バッテリコントローラ６から送信されたＦＲＬＹＣＵＴ１の状態を判定し、ＦＲＬＹＣＵＴ１＝１の場合にはＳ２２に進み、そうでない場合にはＳ２３に進む。
【００３２】
Ｓ２２では、走行用モータ１の発電トルク推定値Ｔｒｑが所定値β以上であるか否かを判定し、Ｔｒｑ≧βであれば電源系回路内に遮断が発生したとしてＳ２４へ進み、そうでない場合にはＳ２３へ進む。
【００３３】
そして、Ｓ２４では、走行用モータ１の回生発電を中止する。
【００３４】
Ｓ２３では、ＦＲＬＹＣＵＴ２の状態を判定し、ＦＲＬＹＣＵＴ２＝１の場合にはＳ２５に進む。
【００３５】
Ｓ２５では、走行用モータ１の発電トルク推定値Ｔｒｑが０以上であるか否かを判定し、Ｔｒｑ≧０であれば電源系回路内に遮断が発生したとしてＳ２４へ進む。
【００３６】
電源系回路内が遮断された場合、電源系回路内の電圧の上昇は早いので、走行用モータ１が回生発電している場合に、電流変化を検知したら、すぐに回生発電を停止する必要があるが、通常このような変化を検知する場合、接触不良等による誤検知を防止するために、その状態が一定時間継続したかどうか判定時間（ディレイ）設ける。しかし、電源系回路内の電圧上昇を抑えるという観点に立てば上記判定時間を無くすのが好ましいので、本実施例においては、約２ｍｓ間の電流変化（Ｉａｖｅ_{（ｔ−１）}−Ｉ_ｔ）が遮断判定電流値α以上で、走行用モータ１の発電トルク推定値Ｔｒｑが所定値β以上、かつ約２ｍｓ間の電圧変化（Ｖ_ｔ−Ｖ_{（ｔ−１）}）が第１遮断判定値γ１以上のときに、電源系回路内が遮断されていると判定している。
【００３７】
そのため、短時間で確実に電源系回路内が遮断されているか否かを判定することができる。つまり、突発的に電源系回路内が遮断された際に、走行用モータ１が回生発電中であっても、速やかに走行用モータ１の回生発電を停止させることでき、電圧上昇に伴う電源系回路内の部品の破損を確実に防止することが可能となる。
【００３８】
そして、約２ｍｓの間での電流変化が小さくて電源系回路内の遮断判定が行えない場合には、瞬時バッテリ電流Ｉ_ｔの絶対値が電流計オフセット値Ｉｓｏｆｓよりも小さい状態が１０ｍｓ以上継続し、走行用モータ１の発電トルク推定値が０以上、かつ瞬時電圧Ｖｔと電圧上昇判定基準電圧Ｖｉｏとの差が所定の第２遮断判定推定値γ２よりも大きいときに、電源系回路内が遮断されていると判定している。そのため、回生電流が小さい場合でも、電源系回路内が遮断されているか否かを確実に判定することができる。
【００３９】
また、通常の制御では約１０ｍｓ毎に値を取り込むが、本実施例においては、電源系回路内の遮断を素早く検知するために、約２ｍｓ毎に、電流変化（Ｉａｖｅ_{（ｔ−１）}−Ｉ_ｔ）、電圧変化（Ｖ_ｔ−Ｖ_{（ｔ−１）}）を検知しているため、素早く電源系回路内が遮断を判定することができる。
【００４０】
そして、電流計８及び電圧計９で検知された電流値及び電圧値を、フィルタリングを施すことなく、直接使用して電源系回路内が遮断判定を行っているので、電流計８及び電圧計９で検知された電流値及び電圧値にフィルタリングを施した値に基づいて電源系回路内の遮断判定を行う場合に比べて、フィルタリングに要する時間分、素早く電源系回路内の遮断判定を行うことができる。
【００４１】
尚、上述した実施例においては、約２ｍｓ間の電流変化（Ｉａｖｅ_{（ｔ−１）}−Ｉ_ｔ）が遮断判定電流値α以上で、走行用モータ１の発電トルク推定値Ｔｒｑが所定値β以上、かつ２ｍｓ間の電圧変化（Ｖ_ｔ−Ｖ_{（ｔ−１）}）が第１遮断判定値γ１以上のときに、電源系回路内が遮断されていると判定しているが、２ｍｓ間の電流変化（Ｉａｖｅ_{（ｔ−１）}−Ｉ_ｔ）が遮断判定電流値α以上で、かつ２ｍｓ間の電圧変化（Ｖ_ｔ−Ｖ_{（ｔ−１）}）が第１遮断判定値γ１以上のときに、電源系回路内が遮断されていると判定しもよい。
【００４２】
また、本発明は、電気自動車の走行用モータの電源系回路に限定されるものではなく、例えば、エンジンの出力を受けて発電を行う電動機や、エンジンに駆動されて発電のみを行い直接車両の車輪に駆動力を伝達させることのない電動機等の電源系回路に適用することも可能である。
【００４３】
上記実施例から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００４４】
（１）　車両の制御装置は、インバータを介して電動機とバッテリとが電気的に接続された電源系回路と、上記電源系回路内に生じる電流を検出する電流検出手段と、上記電源系回路内で上記電動機の発生電圧を検出する電圧検出手段と、上記電流検出手段で検出された電流値と、上記電圧検出手段で検出された電圧値とを用いて上記電源系回路内の遮断判定を行う遮断判定手段と、を有し、上記電動機の発電中に、上記遮断判定手段により上記電源系回路内が遮断されていると判定されると上記電動機による発電を停止する。これによって、短時間の内に、確実に電源系回路内の遮断を検知することができ、電圧上昇に伴う電源系回路内の部品の破損を防止することができる。
（２）　上記（１）に記載の車両の制御装置において、上記遮断判定手段は、上記電流検出手段で検出された電流値と、上記電圧検出手段で検出された電圧値と、上記電動機の発電トルク推定値とを用いて上記電源系回路内の遮断判定を行う。これによって、電源系回路の遮断判定をさらに精度よく行うことができる。
（３）　より具体的には、上記（１）に記載の車両の制御装置において、上記遮断判定手段は、第１所定時間内に、上記電流検出手段で検出された電流が第１所定電流値以上低下し、かつ上記電圧検出手段で検出された電圧が第１所定電圧値以上上昇した場合、もしくは上記第１所定時間よりも長く設定された第２所定時間の間上記電流検出手段の検出誤差範囲内の電流値が継続して検出され、かつ上記第２所定時間の間に、上記電圧検出手段で検出される電圧が上記第１所定電圧値よりも小さく設定された第２所定電圧値以上上昇した場合、に上記電源系回路内が遮断されていると判定する。
（４）　より具体的には、上記（２）に記載の車両の制御装置において、上記遮断判定手段は、第１所定時間内に、上記電流検出手段で検出された電流が第１所定電流値以上低下し、上記電圧検出手段で検出された電圧が第１所定電圧値以上上昇し、かつ上記電動機の発電トルク推定値が所定値以上である場合、もしくは、上記第１所定時間よりも長く設定された第２所定時間の間上記電流検出手段の検出誤差範囲内の電流値が継続して検出され、かつ上記第２所定時間の間に、上記電圧検出手段で検出される電圧が上記第１所定電圧値よりも小さく設定された第２所定電圧値以上上昇した場合、に上記電源系回路内が遮断されていると判定する。
（５）　上記（１）〜（４）のいずれかに記載の車両の制御装置において、上記遮断判定手段は、上記電流検出手段及び上記電圧検出手段で検出された電流値及び電圧値をフィルタリングすることなく直接用いて、上記電源系回路内に断線を判定する。これによって、より敏速に電源系回路の遮断判定を行うことができる。
（６）　上記（１）〜（５）のいずれかに記載の車両の制御装置において、上記電動機は、上記バッテリから電力の供給を受けて車両を駆動すると共に、車両減速時には回生発電を行うものである。
（７）　上記（１）〜（５）のいずれかに記載の車両の制御装置において、上記車両は、エンジンを備えたハイブリッド車両であり、上記電動機は、エンジンの出力を受けて発電を行うものである。
（８）　上記（１）〜（５）のいずれかに記載の車両の制御装置において、上記車両は、上記電動機を駆動するエンジンを備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両の制御装置の概略構成を示す説明図であって、走行用モータの電源系回路の概略構成を示す説明図。
【図２】強電リレーを制御する外部駆動回路の概略構成を示す説明図。
【図３】バッテリコントローラ内の制御の流れを示すフローチャート。
【図４】強電リレーの遮断前後における、電源系回路内の電圧と電流の変化を一例を示す説明図。
【図５】モータコントローラ内の制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…走行用モータ
２…インバータ
３…バッテリ
４…強電リレー
５…ヒューズ
６…バッテリコントローラ
７…モータコントローラ
８…電流計
９…電圧計

Claims

インバータを介して電動機とバッテリとが電気的に接続された電源系回路と、
上記電源系回路内に生じる電流を検出する電流検出手段と、
上記電源系回路内で上記電動機の発生電圧を検出する電圧検出手段と、
上記電流検出手段で検出された電流値と、上記電圧検出手段で検出された電圧値とを用いて上記電源系回路内の遮断判定を行う遮断判定手段と、を有し、
上記電動機の発電中に、上記遮断判定手段により上記電源系回路内が遮断されていると判定されると上記電動機による発電を停止することを特徴とする車両の制御装置。
上記遮断判定手段は、上記電流検出手段で検出された電流値と、上記電圧検出手段で検出された電圧値と、上記電動機の発電トルク推定値とを用いて上記電源系回路内の遮断判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
上記遮断判定手段は、第１所定時間内に、上記電流検出手段で検出された電流が第１所定電流値以上低下し、かつ上記電圧検出手段で検出された電圧が第１所定電圧値以上上昇した場合、もしくは上記第１所定時間よりも長く設定された第２所定時間の間上記電流検出手段の検出誤差範囲内の電流値が継続して検出され、かつ上記第２所定時間の間に、上記電圧検出手段で検出される電圧が上記第１所定電圧値よりも小さく設定された第２所定電圧値以上上昇した場合、に上記電源系回路内が遮断されていると判定することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
上記遮断判定手段は、第１所定時間内に、上記電流検出手段で検出された電流が第１所定電流値以上低下し、上記電圧検出手段で検出された電圧が第１所定電圧値以上上昇し、かつ上記電動機の発電トルク推定値が所定値以上である場合、もしくは、上記第１所定時間よりも長く設定された第２所定時間の間上記電流検出手段の検出誤差範囲内の電流値が継続して検出され、かつ上記第２所定時間の間に、上記電圧検出手段で検出される電圧が上記第１所定電圧値よりも小さく設定された第２所定電圧値以上上昇した場合、に上記電源系回路内が遮断されていると判定することを特徴とする請求項２に記載の車両の制御装置。
上記遮断判定手段は、上記電流検出手段及び上記電圧検出手段で検出された電流値及び電圧値をフィルタリングすることなく直接用いて、上記電源系回路内に断線を判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両の制御装置。
上記電動機は、上記バッテリから電力の供給を受けて車両を駆動すると共に、車両減速時には回生発電を行うものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両の制御装置。
上記車両は、エンジンを備えたハイブリッド車両であり、上記電動機は、エンジンの出力を受けて発電を行うものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両の制御装置。
上記車両は、上記電動機を駆動するエンジンを備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両の制御装置。