JP2009213219A - 電流異常識別方法、車両用電力システムの動作制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過電流の発生の有無及び電流センサの異常の有無を迅速に判定可能な電流異常識別方法及びこの電流異常識別方法を用いる車両用電力システムの動作制御方法を提供する。
【解決手段】過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃ［秒］（車両用電力システム２０の線路９２における過電流の発生を確定するまでの時間）を、センサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂ［秒］（電流センサ６２に電力を供給する電源線７６又はグラウンド線７８の断線又は短絡の発生を確定するまでの時間）よりも長く設定する。このため、電流センサ６２の断線又は短絡の発生と過電流の発生とを区別して判定することができるとともに、両者の判定を迅速に行うことができる。
【選択図】図９

Description

この発明は、測定対象線路における過電流の発生と、前記測定対象線路の電流を測定する電流センサに電力を供給する電源線又はグラウンド線の断線又は短絡の発生と、を前記電流センサの出力信号に基づいて識別する電流異常識別方法及びこの電流異常識別方法を用いる車両用電力システムの動作制御方法に関する。

スイッチング素子を用いたいわゆるチョッパ制御により電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータを備える車両用電力システムが知られている（特許文献１）。特許文献１の車両用電力システムでは、アクセルペダルの踏込量と電流センサの出力を比較することにより電流センサの異常の有無を判定し、異常が有ると判定した場合、所定の通流率となるチョッパ信号を用いてトランジスタ（スイッチング素子）を制御する（特許文献１の図２のステップＳ１０、Ｓ１４、段落［００１８］〜［００２０］、［００２６］、［００２７］参照）。また、電流センサに異常がないことを確認した後（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、過電流の有無を判定し、過電流が有ると判定した場合、別の導通率となるチョッパ信号を用いてスイッチング素子を制御する（特許文献１の要約、図３のステップＳ１１、Ｓ１５、段落［００３１］、［００３２］参照）。

なお、車両用電力システムを流れる電流を検出する電流センサとして、正常動作時に所定範囲の電圧を出力し、断線又は短絡が発生した異常動作時に前記所定範囲を外れた電圧を出力するものが知られている（特許文献２の図２、段落［０００９］参照）。

特開平０７−０２３５０１号公報 特開２００７−０２４８２５号公報

特許文献１では、電流センサの異常の有無及び過電流の有無が判定されているものの、過電流の有無の判定は、電流センサの異常の有無の判定を待って行われる。このため、過電流の有無の判定を迅速に行うことができない。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、過電流の発生の有無及び電流センサの異常の有無を迅速に判定可能な電流異常識別方法及びこの電流異常識別方法を用いる車両用電力システムの動作制御方法を提供することを目的とする。

この発明に係る電流異常識別方法は、測定対象線路における過電流の発生と、前記測定対象線路の電流を測定する電流センサに電力を供給する電源線又はグラウンド線の断線又は短絡の発生と、を前記電流センサの出力信号に基づいて識別するものであって、前記電流センサは、正常動作時に所定範囲の出力信号を生成し、前記断線又は短絡が発生した異常動作時に前記所定範囲を外れた出力信号を生成し、前記出力信号に基づいて前記過電流の発生を検出したときに前記過電流の発生を確定するまでの時間を、前記断線又は短絡の発生を確定するまでの時間よりも長く設定したことを特徴とする。

この発明によれば、電流センサに電力を供給する電源線又はグラウンド線の断線又は短絡の発生を確定するまでの時間を、測定対象線路における過電流の発生を確定するまでの時間よりも短く設定する。このため、断線又は短絡の発生と過電流の発生とを区別して判定することができるとともに、両者の判定を迅速に行うことができる。

この発明に係る車両用電力システムの動作制御方法は、上述した電流異常識別方法を用いるものであって、前記車両用電力システムは、第１電力装置と、第２電力装置と、前記第１電力装置と前記第２電力装置との間で電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、前記電流センサの検出値が過電流判定閾値を超えたとき、前記断線又は短絡の発生を確定するまでの時間及び前記過電流の発生を確定するまでの時間の経過前に前記ＤＣ／ＤＣコンバータによる電圧変換を停止することができる。

また、この発明に係る車両用電力システムの動作制御方法は、上述した電流異常識別方法を用いるものであって、前記車両用電力システムは、第１電力装置と、第２電力装置と、前記第１電力装置と前記第２電力装置との間で電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、前記断線若しくは短絡の発生又は前記過電流の発生を確定したとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによる電圧変換を停止することもできる。

上記において、前記断線又は短絡の発生を確定した後、前記電流センサの検出値の使用を中止することが好ましい。

また、前記車両用電力システムは表示手段を備え、前記断線又は短絡の発生を確定したことを前記表示手段に表示することが好ましい。

この発明によれば、電流センサに電力を供給する電源線又はグラウンド線の断線又は短絡の発生を確定するまでの時間を、測定対象線路における過電流の発生を確定するまでの時間よりも短く設定する。このため、断線又は短絡の発生と過電流の発生とを区別して判定することができるとともに、両者の判定を迅速に行うことができる。

Ａ．一実施形態
以下、この発明に係る車両用電力システムの動作制御方法の一実施形態を実行可能な車両用電力システムについて図面を参照して説明する。

１．車両用電力システム２０の構成
（１）全体構成
図１は、この実施形態に係る車両用電力システムの動作制御方法を実行可能な車両用電力システム２０の回路図である。車両用電力システム２０は、燃料電池車両等の車両に搭載可能であり、基本的には、燃料電池２２とエネルギストレージである蓄電装置（バッテリという。）２４とから構成されるハイブリッド型の電力装置と、このハイブリッド型の電力装置から電流（電力）がインバータ３４を通じて供給される走行用のモータ２６と、バッテリ２４が接続される１次側１Ｓと、燃料電池２２とモータ２６（インバータ３４）とが接続される２次側２Ｓとの間で電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ装置｛ＶＣＵ（Voltage Control Unit）という。｝２３とから構成される。モータ２６の回転は、減速機１２、シャフト１４を通じて車輪１６に伝達される。

（２）燃料電池２２
燃料電池２２は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池２２には、水素タンク２８とエアコンプレッサ３０が配管により接続されている。水素タンク２８内の加圧水素は、燃料電池２２のアノードに供給される。また、エアコンプレッサ３０により空気が燃料電池２２のカソードに供給される。燃料電池２２内で反応ガスである水素（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）の電気化学反応により発電電流Ｉｆが生成される。発電電流Ｉｆは、電流センサ３２及びダイオード（ディスコネクトダイオードともいう。）３３を介して、インバータ３４及び（又は）ＶＣＵ２３のＤＣ／ＤＣコンバータ３６に供給される。

（３）バッテリ２４
１次側１Ｓに接続されるバッテリ２４は、例えばリチウムイオン２次電池やニッケル水素２次電池又はキャパシタを利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。

バッテリ２４は、ライト、パワーウインド、ワイパー用電動機等の補機４４にダウンバータ４２を通じて補機電流Ｉａｕを供給するとともに、ＶＣＵ２３のＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じてインバータ３４にモータ電流Ｉｍを供給する。

（４）インバータ３４、ダウンバータ４２
インバータ３４は、直流／交流変換を行い、モータ電流Ｉｍをモータ２６に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後のモータ電流Ｉｍを２次側２ＳからＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて１次側１Ｓに供給する。

この場合、回生電圧又は燃料電池２２の発電電圧Ｖｆである２次電圧Ｖ２がＤＣ／ＤＣコンバータ３６により低電圧に変換された１次電圧Ｖ１は、バッテリ電流Ｉｂａｔとしてバッテリ２４を充電するとともに、ダウンバータ４２により降圧されてさらに低電圧とされ、補機４４に補機電流Ｉａｕとして供給される。

（５）ＶＣＵ２３
ＶＣＵ２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、これを駆動制御するコンバータ制御部５４とから構成される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、バッテリ２４（第１電力装置）と第２電力装置｛燃料電池２２又は回生電源（インバータ３４とモータ２６）｝との間に、それぞれＩＧＢＴ等のスイッチング素子からなる上アーム素子８１と、下アーム素子８２とからなる相アームＵＡを有している。

上アーム素子８１及び下アーム素子８２には、それぞれ、逆方向にダイオード８３、８４が接続されている。

理解の便宜等を考慮し、この発明においては、上アーム素子８１及び下アーム素子８２には逆並列ダイオード８３、８４が含まれないものとする。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積するリアクトル９０が、相アームＵＡの中点の共通接続点とバッテリ２４との間に挿入されている。

上アーム素子８１は、コンバータ制御部５４から出力されるゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＨ（のハイレベル）によりそれぞれ駆動され、下アーム素子８２は、ゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＬ（のハイレベル）によりそれぞれ駆動にされる。

コンバータ制御部５４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作を制御する。制御の方法については後述する。また、コンバータ制御部５４は、過電流が発生している時間（過電流発生時間Ｔｏｃ［秒］）を測定するための第１タイマ５８と、電流センサ６２に異常が発生している時間（センサ異常発生時間Ｔｓａｂ［秒］）を測定するための第２タイマ５９とを有する。

（６）コンデンサ３８、３９
１次側１Ｓ及び２次側２Ｓには、それぞれ平滑用のコンデンサ３８、３９が設けられている。

（７）各種制御部（ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、コンバータ制御部５４、統括制御部５６）
燃料電池２２、水素タンク２８及びエアコンプレッサ３０を含むシステムはＦＣ制御部５０により制御される。インバータ３４とモータ２６を含むシステムはインバータ駆動部（図示せず）を含むモータ制御部５２により制御される。上述の通り、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を含むシステムはコンバータ制御部５４により制御される。

そして、これらＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、上位の制御部であり燃料電池２２の総負荷量Ｌｔ等の値を決定する統括制御部５６により制御される。

統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、モータ２６の状態、及び補機４４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した車両用電力システム２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。

統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、それぞれＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマの他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース、並びに、必要に応じてＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を有している。

統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信線７０を通じて相互に接続され、各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を共有し、これら各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各ＣＰＵが各ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。

また、統括制御部５６には、電流センサ６２に異常が発生したことを通知するための表示装置７２と、電流センサ６２に異常が発生したことを記憶するメモリ７４とが接続されている。

（８）各種スイッチ、各種センサ
車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、発電電流Ｉｆを検出する電流センサ３２の他、１次電圧Ｖ１（基本的にバッテリ電圧Ｖｂａｔに等しい。）を検出する電圧センサ６１、１次電流Ｉ１を検出する電流センサ６２、２次電圧Ｖ２（ディスコネクトダイオード３３が導通しているとき、略燃料電池２２の発電電圧Ｖｆに等しい。）を検出する電圧センサ６３、２次電流Ｉ２を検出する電流センサ６４、通信線７０に接続されるイグニッションスイッチ６５、アクセルセンサ６６、ブレーキセンサ６７、車速センサ６８、及び補機４４の操作部５５等がある。

本実施形態において、電流センサ６２は、いわゆるホール素子型の電流センサであり、低電圧バッテリ７１（図２参照）から供給される電力により動作する。電流センサ６２は、１次側１Ｓの線路９２で検出した１次電流Ｉ１に比例させて出力信号Ｓｉの電圧を変化させる。すなわち、電流センサ６２は、図３に示すように、その検出可能範囲（−４００〜＋４００［Ａ］）を、出力信号Ｓｉの出力可能電圧範囲（０．５〜４．５［Ｖ］）に対応させて出力する。また、電流センサ６２の電源線７６（図２参照）が断線した場合には、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉを０．１［Ｖ］以下にして出力し、電流センサ６２のグラウンド線７８が断線した場合には、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉを４．８［Ｖ］以上にして出力する。さらに、電源線７６とグラウンド線７８が短絡した場合には、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉを４．８［Ｖ］以上にして出力する。

２．各種制御／処理
（１）ＶＣＵ２３における基本的な電圧制御
図４には、コンバータ制御部５４により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の基本動作のフローチャートが示されている。

上述したように、統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、モータ２６の状態、及び補機４４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した車両用電力システム２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。

ステップＳ１において、統括制御部５６により、それぞれが負荷要求であるモータ２６の電力要求と補機４４の電力要求とエアコンプレッサ３０の電力要求から総負荷要求量Ｌｔが決定（算出）されると、ステップＳ２において、統括制御部５６は、決定した総負荷要求量Ｌｔを出力するための燃料電池分担負荷量Ｌｆと、バッテリ分担負荷量Ｌｂと、回生電源分担負荷量Ｌｒの配分を決定する。ここで、燃料電池分担負荷量Ｌｆを決定する場合、燃料電池２２の効率η（図５）が考慮される。

次いで、ステップＳ３において、コンバータ制御部５４により、燃料電池分担負荷量Ｌｆに応じて燃料電池２２の発電電圧Ｖｆ、ここでは、２次電圧Ｖ２が決定される。

２次電圧Ｖ２が決定されると、ステップＳ４において、コンバータ制御部５４は、決定した２次電圧Ｖ２となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６を駆動制御する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、いわゆる昇圧チョッパ動作、降圧チョッパ動作等を行う。

２次電圧Ｖ２及び１次電圧Ｖ１は、コンバータ制御部５４によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせたＰＩＤ制御により制御される。

（２）燃料電池２２の出力制御
次に、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御について説明する。

水素タンク２８からの燃料ガス及びエアコンプレッサ３０からの圧縮空気が供給されている発電時に、燃料電池２２の発電電流Ｉｆは、図５に示した特性９１｛関数Ｆ（Ｖｆ）という。｝上で２次電圧Ｖ２、すなわち発電電圧Ｖｆをコンバータ制御部５４によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて設定することにより決定される。つまり、発電電流Ｉｆは、発電電圧Ｖｆの関数Ｆ（Ｖｆ）値として決定される。Ｉｆ＝Ｆ（Ｖｆ）であり、例えば発電電圧ＶｆをＶｆ＝Ｖｆａ＝Ｖ２と設定すれば、その発電電圧Ｖｆａ（Ｖ２）の関数値としての発電電流Ｉｆａが決定される。｛Ｉｆａ＝Ｆ（Ｖｆａ）＝Ｆ（Ｖ２）｝。

このように燃料電池２２は二次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）を決定することにより発電電流Ｉｆが決定されるので、車両用電力システム２０を駆動制御する際には、基本的に、２次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）が目標電圧（目標値）に設定される。

車両用電力システム２０等燃料電池２２を含むシステムでは、基本的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓの２次電圧Ｖ２が目標電圧となるようにＶＣＵ２３が制御され、このＶＣＵ２３により燃料電池２２の出力（発電電流Ｉｆ）が制御される。

（３）車両用電力システム２０の動作制御
本実施形態では、電流センサ６２において、意図しない値を示す電流（異常電流）が検出された場合の対策が取られている。すなわち、車両用電力システム２０の線路９２における過電流の発生や、電流センサ６２に電力を供給する電源線７６又はグラウンド線７８の断線又は短絡の発生を検出し、これに伴う対応が可能である。

図６には、過電流の発生と、電流センサ６２の断線又は短絡の発生を区別して認識し、その認識結果に基づく対応を取るためのフローチャートが示されている。

ステップＳ１１において、コンバータ制御部５４は、電流センサ６２が検出した１次電流Ｉ１（より正確には、１次電流Ｉ１に対応して生成された出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉ）に基づき、過電流が発生している時間（過電流発生時間Ｔｏｃ［秒］）を測定する。

図７には、ステップＳ１１のサブルーチンとして、過電流発生時間Ｔｏｃを測定するためのフローチャートが示されている。ステップＳ１１１において、コンバータ制御部５４は、前回のサブルーチンにおいて、過電流が検出されたかどうかを確認する。具体的には、過電流判定フラグＦＬＧ１が「１」であるかどうかを確認する。過電流判定フラグＦＬＧ１は、過電流が検出されなかったとき「０」とされ、過電流が検出されたとき「１」とされる。

前回のサブルーチンで過電流が検出されず、過電流判定フラグＦＬＧ１が「０」である場合（Ｓ１１１：Ｎｏ）、ステップＳ１１２において、コンバータ制御部５４は、過電流が発生しているかどうかを判定する。具体的には、電流センサ６２で検出された１次電流Ｉ１に対応する出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉが、過電流の発生を判定するための過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃ［Ｖ］以上であるかどうかを判定する。過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃは、電流センサ６２の正常動作時の出力電圧範囲｛本実施形態では、０．５〜４．５［Ｖ］（−４００〜＋４００［Ａ］が対応）｝内に設定される。なお、過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃは、統括制御部５６から通知された燃料電池分担負荷量Ｌｆに応じて決定された燃料電池２２の発電電圧Ｖｆ（２次電圧Ｖ２）に応じて変化させることもできる。

出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉが過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃ未満である場合（Ｓ１１２：Ｎｏ）、ステップＳ１１３において、コンバータ制御部５４は、過電流が発生していないと判定し、過電流判定フラグＦＬＧ１を「０」のまま維持する。一方、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉが過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃ以上である場合（Ｓ１１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１４において、コンバータ制御部５４は、第１タイマ５８を用いて過電流発生時間Ｔｏｃの測定を開始する。続くステップＳ１１５において、コンバータ制御部５４は、過電流判定フラグＦＬＧ１を「０」から「１」に変更する。

ステップＳ１１１に戻り、前回のサブルーチンで過電流が検出され、過電流判定フラグＦＬＧ１が「１」である場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１６において、コンバータ制御部５４は、過電流が継続しているかどうかを判定する。具体的には、電流センサ６２で検出された１次電流Ｉ１に対応する出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉが過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃ以上であるかどうかを判定する。過電流が継続し、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉが過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃ以上である場合（Ｓ１１６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１７において、コンバータ制御部５４は、第１タイマ５８を用いた過電流発生時間Ｔｏｃの測定を継続する。過電流が検出されなくなり、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉが過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃ未満である場合（Ｓ１１６：Ｎｏ）、コンバータ制御部５４は、ステップＳ１１８において、過電流発生時間Ｔｏｃの測定を停止し、ステップＳ１１９において、第１タイマ５８のカウントをリセットする。そして、続くステップＳ１２０において、コンバータ制御部５４は、過電流判定フラグＦＬＧ１を「１」から「０」に変更する。

図６に戻り、ステップＳ１２において、コンバータ制御部５４は、センサ異常発生時間Ｔｓａｂ［秒］を測定する。センサ異常発生時間Ｔｓａｂは、電流センサ６２自体に異常が発生している時間、より具体的には、電流センサ６２の電源線７６又はグラウンド線７８に断線又は短絡が発生している時間を示す。

図８には、ステップＳ１２のサブルーチンとして、センサ異常発生時間Ｔｓａｂを測定するためのフローチャートが示されている。ステップＳ１２１において、コンバータ制御部５４は、前回のサブルーチンにおいて、電流センサ６２の異常（以下、単に「センサ異常」とも称する。）が検出されたかどうかを確認する。具体的には、センサ異常判定フラグＦＬＧ２が「１」であるかどうかを確認する。センサ異常判定フラグＦＬＧ２は、センサ異常が検出されなかったとき「０」とされ、センサ異常が検出されたとき「１」とされる。

前回のサブルーチンでセンサ異常が検出されず、センサ異常判定フラグＦＬＧ２が「０」である場合（Ｓ１２１：Ｎｏ）、ステップＳ１２２において、コンバータ制御部５４は、センサ異常が発生しているかどうかを判定する。具体的には、電流センサ６２で検出された１次電流Ｉ１に対応する出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉが、センサ異常の発生を判定するためのセンサ異常判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｓａｂ［Ｖ］以上であるかどうかを判定する。センサ異常判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｓａｂは、電流センサ６２の正常動作時の出力範囲を外れた値（本実施形態では、例えば、０．１［Ｖ］と４．８［Ｖ］）に設定される。

出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉがセンサ異常判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｓａｂ未満である場合（Ｓ１２２：Ｎｏ）、ステップＳ１２３において、コンバータ制御部５４は、センサ異常が発生していないと判定し、センサ異常判定フラグＦＬＧ２を「０」のまま維持する。一方、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉがセンサ異常判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｓａｂ以上である場合（Ｓ１２２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２４において、コンバータ制御部５４は、第２タイマ５９を用いてセンサ異常発生時間Ｔｓａｂの測定を開始する。続くステップＳ１２５において、コンバータ制御部５４は、センサ異常判定フラグＦＬＧ２を「０」から「１」に変更する。

ステップＳ１２１に戻り、前回のサブルーチンでセンサ異常が検出され、センサ異常判定フラグＦＬＧ２が「１」である場合（Ｓ１２１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２６において、コンバータ制御部５４は、センサ異常が継続しているかどうかを判定する。具体的には、電流センサ６２で検出された１次電流Ｉ１に対応する出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉがセンサ異常判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｓａｂ以上であるかどうかを判定する。センサ異常が継続し、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉがセンサ異常判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｓａｂ以上である場合（Ｓ１２６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２７において、コンバータ制御部５４は、第２タイマ５９を用いたセンサ異常発生時間Ｔｓａｂの測定を継続する。センサ異常が検出されなくなり、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉがセンサ異常判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｓａｂ未満である場合（Ｓ１２６：Ｎｏ）、コンバータ制御部５４は、ステップＳ１２８において、センサ異常発生時間Ｔｓａｂの測定を停止し、ステップＳ１２９において、第２タイマ５９のカウントをリセットする。そして、続くステップＳ１３０において、コンバータ制御部５４は、センサ異常判定フラグＦＬＧ２を「１」から「０」に変更する。

図６に戻り、ステップＳ１３において、コンバータ制御部５４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を停止すべきかどうかを判定する。具体的には、ステップＳ１１で測定した過電流発生時間Ｔｏｃが、コンバータ停止閾値ＴＨ＿Ｔｓｔ［秒］以上であるかどうかを判定する。コンバータ停止閾値ＴＨ＿Ｔｓｔは、センサ異常の発生を確定するセンサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂ及び過電流の発生を確定する過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃよりも短い時間に設定される。

過電流発生時間Ｔｏｃがコンバータ停止閾値ＴＨ＿Ｔｓｔ未満である場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１４において、コンバータ制御部５４は、通常処理としてのＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作を継続する（ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作を停止していた場合、当該動作を再開する。）。過電流発生時間Ｔｏｃがコンバータ停止閾値ＴＨ＿Ｔｓｔ以上である場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５において、コンバータ制御部５４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作を停止するとともに、その旨を知らせるコンバータ停止信号Ｓｓｔを統括制御部５６に送信する。

続くステップＳ１６において、コンバータ制御部５４は、ステップＳ１２で測定したセンサ異常発生時間Ｔｓａｂがセンサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂ以上であるかどうかを判定する。

センサ異常発生時間Ｔｓａｂがセンサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂ以上である場合（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１７において、コンバータ制御部５４は、電流センサ６２に異常が発生していることを確定する。そして、ステップＳ１８において、電流センサ６２の検出値の利用を停止すると共に、電流センサ６２に異常が発生している旨を知らせるセンサ異常確定信号Ｓｓａｂを統括制御部５６に送信する。このセンサ異常確定信号Ｓｓａｂを受信した統括制御部５６は、電流センサ６２に異常が発生している旨を表示装置７２に表示するとともに、電流センサ６２に異常が発生している旨をメモリ７４に記憶する。また、ステップＳ１９において、コンバータ制御部５４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作を再開し、電流センサ６２の検出値を用いずにＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作を制御する。例えば、電圧センサ６３で検出した２次電圧Ｖ２や電圧センサ６１で検出した１次電圧Ｖ１を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作を制御する。センサ異常発生時間Ｔｓａｂがセンサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂ未満である場合（Ｓ１６：Ｎｏ）、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０において、コンバータ制御部５４は、ステップＳ１１で測定した過電流発生時間Ｔｏｃが過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃ以上であるかどうかを判定する。過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃは、センサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂよりも長い時間に設定されている（ＴＨ＿Ｔｏｃ＞ＴＨ＿Ｔｓａｂ）。例えば、過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃは、電流センサ６２の電源線７６又はグラウンド線７８が断線又は短絡した場合に、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉが、過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃを越えてからセンサ異常判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｓａｂに到達するのに要する時間と、センサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂとの和よりも長い時間に設定することができる。過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃを越えてからセンサ異常判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｓａｂに到達するのに要する時間は、電流センサ６２のサンプル品を用いて予め計測しておくこと等により知ることができる。

過電流発生時間Ｔｏｃが過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃ以上である場合（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、ステップＳ２１において、コンバータ制御部５４は、車両用電力システム２０（より具体的には１次側１Ｓ）に過電流が発生していることを確定し、過電流が発生している旨を統括制御部５６に通知する。そして、コンバータ制御部５４と統括制御部５６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作を停止した状態で、電流センサ６２からの出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉが過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃ未満となったかどうかを監視する。出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉが過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃ未満となったら、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作を再開する。

ステップＳ２０において過電流発生時間Ｔｏｃが過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃ未満である場合（Ｓ２０：Ｎｏ）、ステップＳ２２において、コンバータ制御部５４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作の停止を維持する。

図９には、電流センサ６２に異常（グラウンド線７８の断線）が発生した場合の出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉの波形の一例が示されている。時点ｔ１において、グラウンド線７８が断線すると、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉは、徐々に上昇し、時点ｔ２において過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃに到達する。コンバータ制御部５４は、時点ｔ２から過電流発生時間Ｔｏｃの測定を開始する（図７のＳ１１４）。

時点ｔ３において、過電流発生時間Ｔｏｃが、コンバータ停止閾値ＴＨ＿Ｔｓｔ以上となると（図６のＳ１３：Ｙｅｓ）、コンバータ制御部５４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６による電圧変換を中止し、コンバータ停止信号Ｓｓｔを統括制御部５６に送信する（図６のＳ１５）。

時点ｔ４において、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉがセンサ異常判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｓａｂに到達すると、コンバータ制御部５４は、センサ異常発生時間Ｔｓａｂの測定を開始する（図８のＳ１２４）。

時点ｔ５において、センサ異常発生時間Ｔｓａｂが、センサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂ以上となると（図６のＳ１６：Ｙｅｓ）、コンバータ制御部５４は、電流センサ６２に異常が発生していることを確定し、センサ異常確定信号Ｓｓａｂを統括制御部５６に送信する（図６のＳ１７）。

なお、図９に示すように、電流センサ６２に異常が発生していることを確定した時点で、過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃは経過していない。このため、過電流の発生は確定されず、センサ異常の発生と過電流の発生とを区別して判定することができる。

３．本実施形態の効果
以上のように、本実施形態では、センサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂ（電流センサ６２に電力を供給する電源線７６又はグラウンド線７８の断線又は短絡の発生を確定するまでの時間）を、過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃ（車両用電力システム２０の線路９２における過電流の発生を確定するまでの時間）よりも短く設定している。このため、断線又は短絡の発生と過電流の発生とを区別して判定することができるとともに、両者の判定を迅速に行うことができる。

すなわち、過電流は電流センサ６２以外の車両用電力システム２０に異常があるときに検出されるものであり、過電流が発生しても電流センサ６２自体は正常に動作している。従って、電流センサ６２の出力信号Ｓｉは、正常動作時の電圧範囲に含まれることが通常である。一方、電源線７６又はグラウンド線７８に断線や短絡が発生したとき、電流センサ６２の出力信号Ｓｉは、正常動作時の所定電圧を外れたものとなる。このため、電流センサ６２が正常動作している状態で断線又は短絡が生じた場合、出力信号Ｓｉは、正常動作時の電圧範囲からこの電圧範囲を外れるように変化する。従って、過電流発生時間Ｔｏｃは、センサ異常発生時間Ｔｓａｂよりも先に検出開始可能となる。ここで、本実施形態では、センサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂを、過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃよりも短く設定している。このため、断線又は短絡が発生している場合に、過電流が発生していると誤って判定することを避けることができる。さらに、上述の通り、過電流発生時間Ｔｏｃは、センサ異常発生時間Ｔｓａｂよりも先に検出可能であるため、断線又は短絡の発生の判定結果を待たずに過電流の発生の判定を始めることができる。その結果、過電流の発生及び断線又は短絡の発生のいずれについても迅速に判定することができる。

本実施形態によれば、電流センサ６２の断線又は短絡の発生及び過電流の発生を確定する前であっても、過電流発生時間Ｔｏｃが過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃを超えたとき（図６のＳ１３：Ｙｅｓ）にはＤＣ／ＤＣコンバータ３６による電圧変換を停止する（図６のＳ１５）。このため、実際に過電流が発生し且つ過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃが比較的長い場合であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６による電圧変換を停止することにより、それ以上の過電流を抑制することができる。

上記実施形態では、電流センサ６２の異常（断線又は短絡の発生）を確定した後、電流センサ６２の検出値の使用を中止する。これによれば、電流センサ６２の異常の発生を確定すると、すなわち、電流センサ６２自体に問題があると判断すると、その後に電流センサ６２の検出値を使用しない。反対に言えば、電流センサ６２自体には問題がないと判断している間は、電流センサ６２の検出値を使用し続ける。このため、電流センサ６２自体に問題があるかどうかを判定し、電流センサ６２自体に問題があるときのみ、その後の電流センサ６２の検出値の使用を中止することができる。

車両用電力システム２０は表示装置７２を備え、電流センサ６２に断線又は短絡が発生したことを表示装置７２に表示する。これにより、断線又は短絡の発生があったことを運転手や搭乗者等に通知することができる。その結果、電流センサ６２に断線又は短絡が発生していることを外部から特定可能となり、車両用電力システム２０のメンテナンス効率を向上させることができる。

Ｂ．変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の（１）〜（３）の構成を採用することができる。

（１）車両用電力システム２０
上記実施形態では、車両用電力システム２０を燃料電池車両に搭載したが、これに限られない。例えば、バッテリ駆動車両（電気自動車）に搭載することもできる。もちろん、エンジンとバッテリとモータを搭載した、いわゆるパラレル方式又はシリーズパラレル方式のハイブリッド自動車にも適用することもできる。

上記実施形態では、電流センサ６２の測定対象線路として、車両用電力システム２０の線路を挙げたが、その他の線路を電流センサ６２の測定対象線路とすることもできる。

（２）ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を停止するタイミング
上記実施形態では、センサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂ及び過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃが経過する前であっても、過電流発生時間Ｔｏｃが、コンバータ停止閾値ＴＨ＿Ｔｓｔを越えたときにＤＣ／ＤＣコンバータ３６を停止した。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を停止するタイミングはこれに限られない。例えば、図１０に示すフローチャートのように、センサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂ及び過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃが経過した後（すなわち、センサ異常又は過電流が確定した後）にＤＣ／ＤＣコンバータ３６を停止することもできる。

なお、図１０の各ステップは、図６の各ステップと以下のように対応する。すなわち、Ｓ３１→Ｓ１１、Ｓ３２→Ｓ１２、Ｓ３３→Ｓ１６、Ｓ３４→Ｓ１７、Ｓ３５→Ｓ１８、Ｓ３６→Ｓ２０、Ｓ３７→Ｓ２１、Ｓ３８→Ｓ１５、Ｓ３９→Ｓ１４のように対応する。

図１１には、電流センサ６２に異常（グラウンド線７８の断線）が発生した場合の出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉの波形の別の例が示されており、図１０のフローチャートを用いて電流センサ６２のグラウンド線７８に断線が発生したことを判定することができる。すなわち、時点ｔ１１において、グラウンド線７８が断線すると、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉは、徐々に上昇し、時点ｔ１２において過電流判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｏｃに到達する。コンバータ制御部５４は、時点ｔ１２から過電流発生時間Ｔｏｃの測定を開始する（図１０のＳ３１）。

時点ｔ１３において、出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉがセンサ異常判定閾値ＴＨ＿Ｖｉｓａｂに到達すると、コンバータ制御部５４は、センサ異常発生時間Ｔｓａｂの測定を開始する（Ｓ３２）。

時点ｔ１４において、センサ異常発生時間Ｔｓａｂが、センサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂ以上となると（Ｓ３３：Ｙｅｓ）、コンバータ制御部５４は、電流センサ６２に異常が発生していることを確定し、センサ異常確定信号Ｓｓａｂを統括制御部５６に送信する（Ｓ３４）。また、電流センサ６２の検出値の使用を中止するが（Ｓ３５）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６による電圧変換は継続する。

図１１に示す出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉのように、センサ異常確定時間ＴＨ＿Ｔｓａｂ及び過電流確定時間ＴＨ＿Ｔｏｃが比較的短い場合、電流センサ６２の断線若しくは短絡の発生又は過電流の発生を確定した上で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６による電圧変換を停止することができる。

（３）その他
上記実施形態では、１次電流Ｉ１を測定する電流センサ６２の検出値の取扱いに焦点を当てて説明したが、同様の取扱いを別の電流センサにおいて行うこともできる。

上記実施形態では、電流センサ６２のグラウンド線７８が断線した場合を例として挙げたが、電源線７６が断線した場合や電源線７６とグラウンド線７８が短絡した場合も本発明を用いることができる。なお、電流センサ６２に異常が発生したことにより出力信号Ｓｉの電圧Ｖｓｉが低下する場合（上記実施形態では、電源線７６の断線が発生した場合）、図９や図１１の波形の動きが上下逆になることが理解されよう。

上記実施形態では、単相の相アームＵＡを用いたが、複数の相アームを用いてもよい。

この発明の一実施形態に係る車両用電力システムの動作制御方法を実行可能な車両用電力システムの回路図である。 前記車両用電力システムに設けられた電流センサ及びその周辺のブロック図である。 前記電流センサの出力特性図である。 燃料電池車両に搭載された車両用電力システムの基本制御のフローチャートである。 燃料電池の電流電圧特性の説明図である。 上記実施形態に係る車両用電力システムの動作制御方法を示すフローチャートである。 図６の車両用電力システムの動作制御方法における過電流発生時間の測定方法を示すフローチャートである。 図６の車両用電力システムの動作制御方法におけるセンサ異常発生時間の測定方法を示すフローチャートである。 電流センサのグラウンド線に断線が発生した場合の電流センサによる出力信号電圧の波形の一例を示すタイムチャートである。 車両用電力システムの動作制御方法の変形例を示すフローチャートである。 電流センサのグラウンド線に断線が発生した場合の電流センサによる出力信号の電圧の波形の別の例を示すタイムチャートである。

符号の説明

２０…車両用電力システム ２２…燃料電池（第２電力装置）
２３…ＤＣ／ＤＣコンバータ装置（ＶＣＵ）
２４…バッテリ（第１電力装置） ２６…モータ（第２電力装置）
３４…インバータ ３６…ＤＣ／ＤＣコンバータ
５４…コンバータ制御部 ６２…電流センサ
７２…表示装置 ７４…メモリ
７６…電源線 ７８…グラウンド線
８１…上アーム素子 ８２…下アーム素子
８３、８４…ダイオード ９０…リアクトル
９２…線路
Ｓｉ…出力信号 ＴＨ＿Ｔｏｃ…過電流確定時間
ＴＨ＿Ｔｓａｂ…センサ異常確定時間 ＴＨ＿Ｖｉｏｃ…過電流判定閾値
ＴＨ＿Ｖｉｓａｂ…センサ異常判定閾値 ＵＡ…相アーム
ＵＨ、ＵＬ…駆動信号 Ｖｓｉ…出力信号の電圧

Claims (5)

1. 測定対象線路における過電流の発生と、前記測定対象線路の電流を測定する電流センサに電力を供給する電源線又はグラウンド線の断線又は短絡の発生と、を前記電流センサの出力信号に基づいて識別する電流異常識別方法であって、
   前記電流センサは、正常動作時に所定範囲の出力信号を生成し、前記断線又は短絡が発生した異常動作時に前記所定範囲を外れた出力信号を生成し、
   前記出力信号に基づいて前記過電流の発生を検出したときに前記過電流の発生を確定するまでの時間を、前記断線又は短絡の発生を確定するまでの時間よりも長く設定した
   ことを特徴とする電流異常識別方法。
2. 請求項１記載の電流異常識別方法を用いる車両用電力システムの動作制御方法であって、
   前記車両用電力システムは、第１電力装置と、第２電力装置と、前記第１電力装置と前記第２電力装置との間で電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
   前記電流センサの検出値が過電流判定閾値を超えたとき、前記断線又は短絡の発生を確定するまでの時間及び前記過電流の発生を確定するまでの時間の経過前に前記ＤＣ／ＤＣコンバータによる電圧変換を停止する
   ことを特徴とする車両用電力システムの動作制御方法。
3. 請求項１記載の電流異常識別方法を用いる車両用電力システムの動作制御方法であって、
   前記車両用電力システムは、第１電力装置と、第２電力装置と、前記第１電力装置と前記第２電力装置との間で電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
   前記断線若しくは短絡の発生又は前記過電流の発生を確定したとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによる電圧変換を停止する
   ことを特徴とする車両用電力システムの動作制御方法。
4. 請求項２又は３記載の車両用電力システムの動作制御方法において、
   前記断線又は短絡の発生を確定した後、前記電流センサの検出値の使用を中止する
   ことを特徴とする車両用電力システムの動作制御方法。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の車両用電力システムの動作制御方法において、
   前記車両用電力システムは表示手段を備え、
   前記断線又は短絡の発生を確定したことを前記表示手段に表示する
   ことを特徴とする車両用電力システムの動作制御方法。

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