JP2008236943A - 負荷駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンバータおよびインバータの組合せによって負荷を駆動制御する構成の負荷駆動装置において、コンバータの異常発生を正確に検知する。
【解決手段】負荷駆動装置１００は、電源線５，６へ電力を供給可能に設けられたバッテリＢ１と、電源線５，６の電圧を電圧変換して出力する昇圧コンバータ１２と、昇圧コンバータ１２および交流モータＭＧの間に接続されたインバータ１４と、電源線５，６の電圧を降圧して補機バッテリＢ２へ供給するＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、電源線５，６の電圧を検知する電圧センサ１４のセンサ値に基づいて昇圧コンバータ１２を制御する制御装置５０とを備える。制御装置５０は、電圧センサ１４のセンサ値に基づいて電源線５，６の電圧が所定閾値を越えて上昇したことを検知した場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０からの異常信号ＮＯＤＤに基づいて昇圧コンバータ１２の異常発生の有無を判断する。
【選択図】図１

Description

この発明は、負荷駆動装置に関し、特に、電源から受けた直流電圧の電圧レベルを変換する電圧変換器の異常を検知する機能を備えた負荷駆動装置に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）などの電動車両が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。

また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。

このような電動車両に搭載される負荷駆動装置の故障検出処理装置として、たとえば特開２００６−１２９５６７号公報（特許文献１）は、電源用電池とインバータとの間のコンタクタ部（リレースイッチ）および給電ケーブルからなる電源給電手段の異常（高圧配線系故障）と、インバータの入力の直流電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段の異常（インバータ入力電圧系故障）とを区別して検出する構成を開示する。特に、特許文献１では、モータ制御部は、電池電圧の検出値と該直流電圧の検出値との差が所定電圧以上であって、電池電圧検出系が正常であるときに第１の異常検出条件の成立を検出し、モータトルク指令値が所定値以上であって検出されたモータ電流が閾値以上であるときに第２の異常検出条件の成立を検出する。そして、第１の異常検出条件のみの成立の検出によって電源給電手段の異常を検出し、両異常検出手段の同時成立の検出によってインバータ入力電圧検出手段の異常を検出する。

ところで、最近、電動車両に搭載される負荷駆動装置においては、直流電源の出力電力をモータ駆動電力に変換する電力変換装置を、直流電源の出力電圧を昇圧可能なコンバータと、コンバータの出力直流電圧を交流電圧に変換してモータに印加するインバータとの組合せにより構成することが、たとえば特開２００６−３０４５５１号公報（特許文献２）に開示されている。このような構成では、コンバータによって直流電源の直流電圧を昇圧してインバータの入力電圧とすることによって、モータに印加される交流電圧振幅を可変制御することが可能となる。この結果、モータの動作状態、代表的には回転数およびトルクに応じて電圧振幅を適切に可変制御することにより、モータを高効率で駆動制御することが可能となる。
特開２００６−１２９５６７号公報 特開２００６−３０４５５１号公報 特開平９−１８２４４７号公報

特許文献２に開示されるような、コンバータおよびインバータの組合せによってモータを駆動制御する構成の負荷駆動装置においては、コンバータの異常発生を正確に検知するとともに、異常検知後においては、電動車両を退避走行させるのに必要な車両駆動力を確保することが必要である。

この点について、特許文献１に開示された構成では、コンバータおよびインバータによってモータを駆動制御する負荷駆動装置を対象とするものではないから、コンバータの異常発生を検知するための処理については何ら言及されていない。

また、特許文献２は、高圧側バッテリと低圧側の補機バッテリとの間で電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣコンバータの機能が異常であるか否かを判断するための状態判定システムを開示するに留まり、高圧側バッテリとインバータとの間に設けられたコンバータの異常発生を検知するための処理については言及していない。

それゆえ、この発明の目的は、かかる課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コンバータおよびインバータの組合せによって負荷を駆動制御する構成の負荷駆動装置において、コンバータの異常発生を正確に検知することである。

また、別の目的は、負荷駆動装置を搭載した電動車両において、異常検知後に実行される退避走行の運転性を高めることである。

この発明によれば、負荷駆動装置は、電源線へ電力を供給可能に設けられた第１電源と、電源線の電圧を電圧指令値に従った電圧に変換して出力する第１のコンバータと、第１のコンバータおよび電気負荷の間に接続され、第１のコンバータの出力電圧を電気負荷の駆動電圧に変換するように構成されたインバータと、電源線に対して第１のコンバータと並列に接続され、電源線の電圧を降圧して第２電源へ供給するとともに、降圧動作が異常である場合に異常信号を出力する第２のコンバータと、電源線の電圧を検知する第１の電圧センサと、第１の電圧センサのセンサ値および電圧指令値に基づいて第１のコンバータにおける電圧変換動作を制御する制御装置とを備える。制御装置は、第１の電圧センサのセンサ値に基づいて、電源線の電圧が所定の閾値を越えて上昇したことを検知する電圧異常検知手段と、電圧異常検知手段が電源線の電圧異常を検知した場合に、第２のコンバータからの異常信号に基づいて第１のコンバータの異常発生の有無を判断する異常検知手段とを含む。

上記の負荷駆動装置によれば、第１のコンバータの異常発生は、第１のコンバータの入力側電圧を検知する第１の電圧センサのセンサ値と、当該入力側電圧の降圧動作を行なう第２のコンバータからの異常信号とに基づいて検知される。したがって、第１の電圧センサの故障発生による誤った異常検知を防止することができる。

好ましくは、異常検知手段は、電圧異常検知信号を電圧異常検知手段から受けた場合に、第２の電圧変換器から異常信号を受けていないときには、第１の電圧センサの故障発生を検知する。

上記の負荷駆動装置によれば、第１の電圧センサの故障発生を検知することができる。
好ましくは、電気負荷は、出力トルクにより電動車両の車輪を駆動するように構成された電動機である。

上記の負荷駆動装置によれば、この発明による負荷駆動装置によって駆動制御される電動機によって車両駆動力を発生する電動車両において、第１のコンバータの異常発生を正確に検知することができる。

好ましくは、負荷駆動装置は、電源からの直流電圧を検知する第２の電圧センサをさらに備える。制御装置は、第１の電圧センサの故障検知後において、第２の電圧センサのセンサ値および電圧指令値に基づいて第１のコンバータを制御するとともに、電動機が電動車両の退避走行のための出力トルクを発生するようにインバータを制御する。

上記の負荷駆動装置によれば、第１の電圧センサの故障検知後には、第２の電圧センサのセンサ値に基づいて第１のコンバータにおける電圧変換動作を継続して実行することができる。その結果、負荷駆動装置の異常検知後においても所望の車両駆動力を電動機から発生させることができるため、退避走行の運転性を高めることができる。

好ましくは、負荷駆動装置は、第１のコンバータおよびインバータの間に配され、第１のコンバータにより変換された直流電圧を平滑化してインバータに入力する蓄電器をさらに備える。制御装置は、第１のコンバータの異常検知後において、電源からの供給電力および蓄電器の蓄積電力の少なくとも一方を用いて電動機が電動車両の退避走行のための出力トルクを発生するように、第１のコンバータおよびインバータを制御する。

上記の負荷駆動装置によれば、第１のコンバータの異常発生を正確に検知できるため、電動車両の退避走行を適切に行なうことができる。

好ましくは、制御装置は、第１のコンバータの異常検知後において、第１のコンバータの電圧変換動作を停止させる。

上記の負荷駆動装置によれば、第１のコンバータの異常発生時において、電動機が発電した回生電力が第１のコンバータに流れ込むのを防止することができる。

この発明によれば、コンバータおよびインバータの組合せによって負荷を駆動制御する構成の負荷駆動装置において、コンバータの異常発生を正確に検知することができる。また、負荷駆動装置を搭載した電動車両において、異常検知後に実行される退避走行の運転性を高めることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態に従う負荷駆動装置の全体構成図である。
図１を参照して、負荷駆動装置１００は、バッテリＢ１と、電圧センサ１０，１３，１４と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、電流センサ２４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、補機バッテリＢ２と、制御装置５０とを備える。

交流モータＭＧは、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、交流モータＭＧは、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえばエンジンを始動し得るようなモータである。

バッテリＢ１は、充放電可能な二次電池であり、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどからなる。また、バッテリＢ１に代えて、二次電池以外の充放電可能な蓄電器、たとえばキャパシタを用いても良い。電圧センサ１０は、バッテリＢ１から出力される直流電圧を検出し、検出した直流電圧ＶＢを制御装置５０へ出力する。

システムリレーＳＲ１は、バッテリＢ１の正極端子および電源ライン６の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、バッテリＢ１の負極端子および接地ライン５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置５０からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、制御装置５０からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。

コンデンサＣ１は、バッテリＢ１から供給された直流電圧ＶＢを平滑化し、その平滑化した直流電圧ＶＢを昇圧コンバータ１２へ出力する。電圧センサ２０は、コンデンサＣ１の両端の電圧を検出し、その検出値ＶＬを制御装置５０へ出力する。

昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とを含む。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン７および接地ライン５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフは、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２によって制御される。

この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。

リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電源ライン６との間に接続される。また、コンデンサＣ２は、電源ライン７および接地ライン５の間に接続される。すなわち、コンデンサＣ２は本発明における「蓄電器」に対応する。コンデンサＣ２に代えて、あるいはコンデンサＣ２に加えて、電気二重層キャパシタ等を電源ライン７および接地ライン５の間に接続してもよい。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とからなる。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４からなる。Ｖ相アーム１６は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６からなる。Ｗ相アーム１７は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８からなる。また、各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対しては、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン・オフは、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６によって制御される。

各相アームの中間点は、交流モータＭＧの各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭＧは、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通に接続されて構成される。Ｕ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。

昇圧コンバータ１２は、昇圧動作時には、バッテリＢ１から供給された直流電圧ＶＢを昇圧した直流電圧ＶＨ（インバータ１４の入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧ＶＨ」とも称する）をインバータ１４へ供給する。

より具体的には、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティー比（オン期間比率）が設定され、昇圧比はデューティー比に応じたものとなる。

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、システム電圧を検出し、その検出値ＶＨを制御装置５０へ出力する。

インバータ１４は、交流モータＭＧのトルク指令値が正（Ｔｑｃｏｍ＞０）の場合には、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により、コンデンサＣ２から直流電圧が供給された直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭＧを駆動する。また、インバータ１４は、交流モータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍが零（Ｔｑｃｏｍ＝０）の場合には、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように交流モータＭＧを駆動する。これにより、交流モータＭＧは、トルク指令値Ｔｑｃｏｍによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。

また、負荷駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍは負に設定される（Ｔｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ１４は、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング動作により、交流モータＭＧが発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。

電流センサ２４は、交流モータＭＧに流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置５０へ出力する。なお、３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２４は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。

制御装置５０は、外部に設けられた電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electric Control Unit）から交流モータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサ１３からシステム電圧ＶＨを受け、電圧センサ１０から直流電圧ＶＢを受け、電流センサ２４からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。そして、制御装置５０は、システム電圧ＶＨ、トルク指令値Ｔｑｃｏｍおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法により交流モータＭＧがトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、インバータ１４の動作を制御する。すなわち、制御装置５０は、インバータ１４を上記のように制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６を生成して、インバータ１４へ出力する。

昇圧コンバータ１２の昇圧動作時には、制御装置５０は、交流モータＭＧの運転状態に応じてシステム電圧ＶＨの電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍを算出し、その算出した電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍおよび電圧センサ１３，１４による検出値に基づいて、出力電圧（すなわち、システム電圧ＶＨ）を電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍに一致させる電圧変換動作が行なわれるように、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

また、制御装置５０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す制御信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭＧで発電された交流電圧を直流電圧に変化するようにスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６を生成してインバータ１４へ出力する。これにより、インバータ１４は、交流モータＭＧからの回生電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御装置５０は、制御信号ＲＧＥに応答して、インバータ１４から供給された直流電力を降圧するようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。このようにして、交流モータＭＧの回生電力は、バッテリＢ１の充電に用いられる。

さらに、制御装置５０は、負荷駆動装置１００の起動／停止時に、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。

制御装置５０には、さらに、バッテリＢ１に関する、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）や充電制限を示す入力可能電力量Ｗｉｎ等の情報が入力される。これにより、制御装置５０は、バッテリＢ１の過充電あるいは過放電が発生しないように、負荷駆動装置１００での消費電力および発電電力（回生電力）を制御する。

負荷駆動装置１００は、さらに、高電圧のバッテリＢ１とは別に、補機電装品に電力を供給する補機バッテリＢ２と、バッテリＢ１からの直流電力を降圧して補機バッテリＢ２に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ３０とを備える。

補機バッテリＢ２は、たとえば鉛蓄電池である。補機バッテリＢ２から電力供給を受けて動作する補機電装品としては、車両の走行を制御するパワートレインＥＣＵ、ブレーキＥＣＵなどのＥＣＵ関係、灯火装置、点火装置および電動ポンプなどが含まれる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、電源ライン６および接地ライン５に対して、昇圧コンバータ１２と並列に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、制御装置５０からの制御信号ＤＣＯＮによって駆動され、バッテリＢ１から供給される直流電圧を降圧して補機バッテリＢ２へ供給する。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、降圧動作が異常であることを連絡するための異常信号ＮＯＤＤを制御装置５０に対して出力する。なお、降圧動作の異常とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０が補機バッテリＢ２に対して正しく電流を供給できない場合であり、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の本体故障が発生した場合、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ３０の入力側電圧が異常に上昇した場合（過電圧）が挙げられる。

したがって、制御装置５０に対しては、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０本体が故障した場合、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ３０の入力側電圧に過電圧異常が発生した場合に、「オン」される異常信号ＮＯＤＤが入力される。なお、本明細書では、信号およびフラグを論理ハイレベルに設定することを、該信号・フラグを「オン」するとも表記し、該信号・フラグを論理ローレベルに設定することを、該信号・フラグを「オフ」するとも表記することとする。

図２は、図１の制御装置５０の機能ブロック図である。
図２を参照して、制御装置５０は、交流モータＭＧの駆動制御を実行する駆動制御構造と、昇圧コンバータ１２の異常発生時の異常処理を実行する異常処理制御構造とを実現するように構成される。以下に、各々の制御構造について説明する。

［交流モータＭＧの駆動制御構造］
詳細には、駆動制御構造として、制御装置５０は、モータ制御用相電圧演算部５０２と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５０４と、インバータ入力電圧指令演算部５０６と、コンバータ用デューティー比演算部５０８と、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５１０とを含む。なお、各機能ブロックは、制御装置５０に予め記憶されたプログラムを所定周期で実行することにより実現される。

モータ制御用相電圧演算部５０２は、インバータ１４の入力電圧ＶＨ（システム電圧）を電圧センサ１３から受け、交流モータＭＧの各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴ（ｉｖ，ｉｗ，ｉｕ（＝−（ｉｖ＋ｉｗ））を電流センサ２４から受け、トルク指令値Ｔｑｃｏｍを外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部５０２は、これらの入力信号に基づいて、交流モータＭＧの各相のコイルに印加する電圧の操作量Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算してインバータ用ＰＷＭ信号変換部５０４へ出力する。

インバータ用ＰＷＭ信号変換部５０４は、モータ制御用相電圧演算部５０２からの電圧の操作量Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と所定の搬送波（代表的には三角波）との比較に基づくパルス幅変調（ＰＷＭ）制御により、インバータ１４のスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６を生成する。

これにより、各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭＧが指令されたトルクを出力するように交流モータＭＧの各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流ＭＣＲＴが制御され、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに応じたモータトルクが出力される。

インバータ入力電圧指令演算部５０６は、外部ＥＣＵからのトルク指令値Ｔｑｃｏｍおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧（すなわち、システム電圧）の最適値（目標値）である電圧指令Ｖｄｃｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃｃｏｍをコンバータ用デューティー比演算部５０８へ出力する。

コンバータ用デューティー比演算部５０８は、昇圧コンバータ１２の入力側（バッテリ側）電圧ＶＬを電圧センサ２０から受け、インバータ１４の入力電圧（システム電圧ＶＨ）を電圧センサ１３から受け、電圧指令Ｖｄｃｃｏｍをインバータ入力電圧指令演算部５０６から受けると、入力側電圧ＶＬに基づいて、電圧センサ１３からのシステム電圧ＶＨを電圧指令Ｖｄｃｃｏｍに設定するためのデューティー比を演算してコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５１０へ出力する。

コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５１０は、コンバータ用デューティー比演算部５０８からのデューティー比に基づいて昇圧コンバータ１２のスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、その生成したスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を昇圧コンバータ１２へ出力する。

［異常処理制御構造］
また、制御装置５０は、異常処理制御構造として、コンバータ異常検知部５２０を含む。コンバータ異常検知部５２０は、電圧センサ２０によって検出された昇圧コンバータ１２の入力側（バッテリ側）電圧ＶＬ、およびＤＣ／ＤＣコンバータ３０から送信される異常信号ＮＯＤＤに基づき、コンバータ故障発生信号ＦＣＶ、または故障発生フラグＦＶＬを発生する。

コンバータ故障発生信号ＦＣＶは、昇圧コンバータ１２の異常発生時にオンされる信号であり、入力側電圧ＶＬの過電圧異常およびスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２等の過電流異常の発生時にオンされる。一方、故障発生フラグＦＶＬは、電圧センサ２０の故障発生時にオンされるフラグである。

コンバータ異常検知部５２０は、過電圧検知部５２２と、ＡＮＤゲート５２４，５２６とを含む。

過電圧検知部５２２は、電圧センサ２０によって検出された昇圧コンバータ１２の入力側（バッテリ側）電圧ＶＬに基づき、過電圧発生フラグＯＶＬを発生する。過電圧発生フラグＯＶＬは、コンバータ１２の入力側電圧ＶＬが所定の閾値を超えて上昇した場合（過電圧）にオンされるフラグである。

ＡＮＤゲート５２４は、過電圧検知部５２２から過電圧発生フラグＯＶＬを受け、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０から異常信号ＮＯＤＤを受けると、これらのフラグおよび信号の論理積演算結果に従って、コンバータ故障発生信号ＦＣＶを生成する。したがって、過電圧発生フラグＯＶＬおよび異常信号ＮＯＤＤのいずれもがオンされたときに、コンバータ故障発生信号ＦＣＶがオンされる。

ＡＮＤゲート５２６は、過電圧検知部５２２から過電圧発生フラグＯＶＬを受け、ＡＮＤゲート５２４からコンバータ故障発生信号ＦＣＶの反転信号を受けると、これらのフラグおよび信号の論理積演算結果に従って、故障発生フラグＦＶＬを生成する。したがって、過電圧発生フラグＯＶＬがオンされたときであって、かつ、コンバータ故障発生信号ＦＣＶがオフされたときに、故障発生フラグＦＶＬがオンされる。

すなわち、本実施の形態によれば、コンバータ故障発生信号ＦＣＶは、電圧センサ２０によって検出された昇圧コンバータ１２の入力側電圧ＶＬに過電圧が検知されたときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の異常発生が検知された場合に、オンされる。

その一方で、故障発生フラグＦＶＬは、電圧センサ２０によって検出された昇圧コンバータ１２の入力側電圧ＶＬに過電圧が検知されたときであっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の異常が検知されていない場合に、オンされる。

このように本実施の形態に従う異常処理制御構造によれば、電圧センサ２０からの検出値のみに基づいて昇圧コンバータ１２の異常発生を検知する構成と比較して、誤った異常検知を防止することができる。

すなわち、電圧センサ２０によって検出された入力側電圧ＶＬの異常には、昇圧コンバータ１２の構成要素の異常発生（たとえば、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の過電流異常など）に起因して電圧レベルが異常に上昇する（過電圧）場合の他に、電圧センサ２０の故障発生による場合が多少とも存在する。したがって、電圧センサ２０からの検出値のみに基づいた昇圧コンバータ１２の異常検知では、後者のような場合にも誤って昇圧コンバータ１２の異常発生として検知される可能性がある。

これに対して、本実施の形態では、電圧センサ２０からの検出値に加えて、昇圧コンバータ１２の入力側電圧ＶＬを受けて駆動するＤＣ／ＤＣコンバータ３０からの異常信号ＮＯＤＤに基づいて昇圧コンバータ１２の異常検知を行なうことにより、電圧センサ２０の故障発生による誤った異常検知を防止することができる。

さらに、本実施の形態によれば、過電圧発生フラグＯＶＬがオンであって、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０からの異常信号ＮＯＤＤがオフである場合には、電圧センサ２０の故障発生が検知されるように構成される。

したがって、交流モータＭＧが電動車両の車両駆動用電動機として用いられる場合には、以下に述べるように、負荷駆動装置１００の異常検知後に行なわれる電動車両の退避走行の運転性を高めることができる。その結果、電動車両のフェイルセーフ性を向上することができる。

［電動車両における異常処理］
図２に示されるように、コンバータ故障発生信号ＦＣＶは、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５０４およびコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５１０へ出力される。インバータ用ＰＷＭ信号変換部５０４は、コンバータ故障発生信号ＦＣＶがオンされると、インバータ１４の動作を停止、すなわち、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のゲートを遮断してオフ状態に維持する。コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５１０も同様に、コンバータ故障発生信号ＦＣＶがオンされると、昇圧コンバータ１２の動作を停止、すなわち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートを遮断してオフ状態に維持する。

昇圧コンバータ１２およびインバータ１４の動作が停止されて、負荷駆動装置１００における昇圧コンバータ異常発生時の異常処理が終了すると、制御装置５０は、路肩等の安全な位置まで運転することができるように、電動車両を退避走行モードに設定する。

退避走行モードでは、昇圧コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオフに固定される。具体的には、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５１０が、コンバータ異常検知部５２０からコンバータ故障発生信号ＦＣＶを受けると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフするためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。

これにより、昇圧コンバータ１２の動作が停止され、バッテリＢ１の出力電圧を昇圧することなく交流モータＭＧをインバータ１４により駆動制御して、退避走行のための車両駆動力が発生される。なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をともにオフする構成としたのは、退避走行時において交流モータＭＧにより発電された回生電力が昇圧コンバータ１２に流れ込むのを防止するためである。

なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフ不能な故障が発生している場合には、コンデンサＣ２の蓄積電力によって退避走行が行なわれる。

一方、故障発生フラグＦＶＬは、コンバータ用デューティー比演算部５０８へ出力される。コンバータ用デューティー比演算部５０８は、故障発生フラグＦＶＬがオンされると、電圧センサ２０からの昇圧コンバータ１２の入力側電圧ＶＬではなく、電圧センサ１０によって検出されたバッテリＢ１からの直流電圧ＶＢに基づいて、電圧センサ１３からのシステム電圧ＶＨを電圧指令Ｖｄｃｃｏｍに設定するためのデューティー比を演算してコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５１０へ出力する。

これにより、電圧センサ２０または過電圧検知部５２２の故障発生時においては、制御装置５０は、電動車両を電圧センサ１０の検出値に基づいた退避走行モードに設定する。この場合の退避走行モードは、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４が動作を継続するため、交流モータＭＧからトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従った車両駆動力を発生させることができる。したがって、昇圧コンバータ１２の入力側電圧の異常発生時に一律に昇圧コンバータ１２の動作を停止させる場合と比較して、電動車両の退避走行における運転性が高められる。その結果、電動車両のフェイルセーフ性を向上することができる。

図３は、本実施の形態による負荷駆動装置が搭載された電動車両における、昇圧コンバータ入力側電圧の異常発生時の異常処理を説明するフローチャートである。図３に示したフローチャートに従う異常処理は、制御装置５０に予め格納されたプログラムを所定周期毎に実行することにより実現される。

図３を参照して、制御装置５０は、過電圧発生フラグＯＶＬがオンに設定されているか否かを判定する（ステップＳ０１）。過電圧発生フラグＯＶＬがオンに設定されていない場合には、以降の異常処理が実行されることなく処理は終了する。

一方、過電圧発生フラグＯＶＬがオンに設定されている場合には、制御装置５０は、続いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０からの異常信号ＮＯＤＤがオンに設定されているか否かを判定する（ステップＳ０２）。

ステップＳ０２において、異常信号ＮＯＤＤがオンに設定されている場合、すなわち、過電圧発生フラグＯＶＬがオンされ、かつ、異常信号ＮＯＤＤがオンされている場合には、制御装置５０は、昇圧コンバータ１２の異常が発生していると判断する（ステップＳ０３）。このとき、制御装置５０は、コンバータ故障発生信号ＦＣＶをオンに設定する。コンバータ故障発生信号ＦＣＶに応じて昇圧コンバータ１２およびインバータ１４は動作が停止される（ステップＳ０４）。

次に、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４の動作が停止されて、負荷駆動装置１００における昇圧コンバータ異常発生時の異常処理が終了すると、制御装置５０は、電動車両を退避走行モードに設定する（ステップＳ０５）。このときの退避走行は、昇圧コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフに固定して、すなわち、昇圧コンバータ１２の昇圧動作を停止して行なわれる。したがって、バッテリＢ１の出力電圧を昇圧することなく、交流モータＭＧをインバータ１４により駆動制御して、車両駆動力が発生される。

一方、ステップＳ０２において、異常信号ＮＯＤＤがオフに設定されている場合には、すなわち、過電圧発生フラグＯＶＬがオンされ、かつ、異常信号ＮＯＤＤがオフされている場合には、制御装置５０は、電圧センサ２０または過電圧検知部５２２の故障が発生していると判断する（ステップＳ０６）。このとき、制御装置５０は、故障発生フラグＦＶＬをオンに設定する。

そして、制御装置５０は、電動車両を退避走行モードに設定する（ステップＳ０７）。このときの退避走行は、電圧センサ１０によって検出されたバッテリＢ１からの直流電圧ＶＢに基づいてシステム電圧ＶＨが電圧指令Ｖｄｃｃｏｍに一致するように昇圧コンバータ１２を制御することにより行なわれる。したがって、交流モータＭＧの動作状態に応じてシステム電圧ＶＨを適切に可変制御することにより、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに従った車両駆動力を交流モータＭＧから発生させることができる。

なお、本実施の形態では、本発明による負荷駆動装置が、ハイブリッド自動車または電気自動車等の電動車両に搭載される実施例を示したが、本発明の適用はこのような搭載例に限定されるものではない。すなわち、コンバータとインバータとの組合せによって負荷を駆動制御する構成の負荷駆動装置である限り、負荷の構成を特に限定することなく本発明の適用が可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、コンバータとインバータとの組合せにより負荷を駆動制御する負荷駆動装置およびそれを搭載した電動車両に利用することができる。

この発明の実施の形態に従う負荷駆動装置の全体構成図である。 図１の制御装置の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態による負荷駆動装置が搭載された電動車両における、昇圧コンバータ入力側電圧の異常発生時の異常処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

５ 接地ライン、６，７ 電源ライン、１０，１３，２０ 電圧センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２４ 電流センサ、３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０ 制御装置、１００ 負荷駆動装置、５０２ モータ制御用相電圧演算部、５０４ インバータ用ＰＷＭ信号変換部、５０６ インバータ入力電圧指令演算部、５０８ コンバータ用デューティー比演算部、５１０ コンバータ用ＰＷＭ信号変換部、５２０ コンバータ異常検知部、５２２ 過電圧検知部、５２４，５２６ ＡＮＤゲート、Ｂ１ バッテリ、Ｂ２ 補機バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ 逆並列ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ 交流モータ、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー。

Claims (6)

1. 電源線へ電力を供給可能に設けられた第１電源と、
   前記電源線の電圧を電圧指令値に従った電圧に変換して出力する第１のコンバータと、
   前記第１のコンバータおよび電気負荷の間に接続され、前記第１のコンバータの出力電圧を前記電気負荷の駆動電圧に変換するように構成されたインバータと、
   前記電源線に対して前記第１のコンバータと並列に接続され、前記電源線の電圧を降圧して第２電源へ供給するとともに、降圧動作が異常である場合に異常信号を出力する第２のコンバータと、
   前記電源線の電圧を検知する第１の電圧センサと、
   前記第１の電圧センサのセンサ値および前記電圧指令値に基づいて前記第１のコンバータにおける電圧変換動作を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記第１の電圧センサのセンサ値に基づいて、前記電源線の電圧が所定の閾値を越えて上昇したことを検知する電圧異常検知手段と、
   前記電圧異常検知手段が前記電源線の電圧異常を検知した場合に、前記第２のコンバータからの前記異常信号に基づいて前記第１のコンバータの異常発生の有無を判断する異常検知手段とを含む、負荷駆動装置。
2. 前記異常検知手段は、前記電圧異常検知手段が前記電源線の電圧異常を検知した場合に、前記第２の電圧変換器から前記異常信号を受けていないときには、前記第１の電圧センサの故障発生を検知する、請求項１に記載の負荷駆動装置。
3. 前記電気負荷は、出力トルクにより電動車両の車輪を駆動するように構成された電動機である、請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置。
4. 前記電源からの直流電圧を検知する第２の電圧センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１の電圧センサの故障検知後において、前記第２の電圧センサのセンサ値および前記電圧指令値に基づいて前記第１のコンバータを制御するとともに、前記電動機が前記電動車両の退避走行のための出力トルクを発生するように前記インバータを制御する、請求項３に記載の負荷駆動装置。
5. 前記第１のコンバータおよび前記インバータの間に配され、前記第１のコンバータにより変換された直流電圧を平滑化して前記インバータに入力する蓄電器をさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１のコンバータの異常検知後において、前記電源からの供給電力および前記蓄電器の蓄積電力の少なくとも一方を用いて前記電動機が前記電動車両の退避走行のための出力トルクを発生するように、前記第１のコンバータおよび前記インバータを制御する、請求項４に記載の負荷駆動装置。
6. 前記制御装置は、前記第１のコンバータの異常検知後において、前記第１のコンバータの電圧変換動作を停止させる、請求項５に記載の負荷駆動装置。

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