JP2013027094A - Abnormality determination device of electric system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気システムの異常判定装置に関し、特に、電気システムにおいて異常が発生した部位を特定する技術に関する。 The present invention relates to an abnormality determination device for an electrical system, and more particularly to a technique for identifying a site where an abnormality has occurred in an electrical system.
駆動源として電動モータを搭載したハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車などが知られている。これらのような車両は、電動モータに電力を供給する電源装置(バッテリおよびキャパシタなど)と、電圧を昇圧または降圧するためのコンバータ、ならびに、直流と交流とを変換するためのインバータなどの電気機器とが設けられた電気システムを有する。 A hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle and the like equipped with an electric motor as a driving source are known. Such vehicles include a power supply device (battery, capacitor, etc.) that supplies electric power to an electric motor, a converter for boosting or stepping down a voltage, and an electric device such as an inverter for converting direct current to alternating current. And an electrical system provided.
たとえば電気システムにおいてコンバータに異常が発生し、所望の電圧まで昇圧できないと、運転者が望む駆動力を得るように電動モータを駆動できない。したがって、特開2007−68305号公報(特許文献1)に記載のように、コンバータに異常が発生しているか否かを判定することが必要である。特開2007−68305号公報においては、請求項5等に記載されているように、コンバータの入力側の電圧値および出力側の電圧値の偏差の絶対値がしきい値よりも小さく、かつ出力側の電圧値がしきい値よりも小さいと、コンバータに異常が発生していると判定される。 For example, if an abnormality occurs in the converter in the electric system and the voltage cannot be increased to a desired voltage, the electric motor cannot be driven to obtain the driving force desired by the driver. Therefore, as described in JP 2007-68305 A (Patent Document 1), it is necessary to determine whether an abnormality has occurred in the converter. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-68305, as described in claim 5 and the like, the absolute value of the deviation between the voltage value on the input side and the voltage value on the output side of the converter is smaller than the threshold value, and the output If the voltage value on the side is smaller than the threshold value, it is determined that an abnormality has occurred in the converter.
しかしながら、電圧センサに異常が生じた場合には、コンバータが正常であっても、コンバータに異常が発生したと誤って判定され得る。 However, when an abnormality occurs in the voltage sensor, it can be erroneously determined that an abnormality has occurred in the converter even if the converter is normal.
本発明は、上述の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、コンバータと電圧センサとを区別して、異常が発生した部位を特定することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to identify a site where an abnormality has occurred by distinguishing between a converter and a voltage sensor.
ある実施例において、コンバータと、コンバータに接続された回路の電圧を検出するための電圧センサとが設けられた電気システムの異常判定装置は、電圧センサにより検出された電圧に応じて、異常が生じたか否かを判定するための判定手段と、異常が生じた場合、コンバータのスイッチング動作中にコンバータを流れる電流が増減するか否かに応じて、コンバータと電圧センサとのうちのいずれか一方を、異常が生じた部位として特定するための特定手段を備える。 In an embodiment, an abnormality determination device for an electrical system provided with a converter and a voltage sensor for detecting a voltage of a circuit connected to the converter generates an abnormality according to the voltage detected by the voltage sensor. A determination means for determining whether or not an abnormality has occurred, and in the event of an abnormality, either the converter or the voltage sensor is switched depending on whether the current flowing through the converter increases or decreases during the switching operation of the converter. And a specifying means for specifying the site where the abnormality has occurred.
この構成によると、電圧センサにより検出された電圧から異常が生じたことが検出された場合には、コンバータが正常である場合と異常である場合とで、コンバータのスイッチング動作中にコンバータを流れる電流の挙動が異なることに基づき、コンバータと電圧センサとのうちのどちらに異常が生じたかが特定される。 According to this configuration, when it is detected that an abnormality has occurred from the voltage detected by the voltage sensor, the current flowing through the converter during the switching operation of the converter depending on whether the converter is normal or abnormal. Based on the difference in the behaviors, it is specified which of the converter and the voltage sensor is abnormal.
別の実施例においては、コンバータにおける交流電流が検出されると、電圧センサが、異常が生じた部位として特定される。 In another embodiment, when an alternating current in the converter is detected, the voltage sensor is identified as the site where the abnormality has occurred.
この構成によると、コンバータが正常であれば、コンバータのスイッチング動作中にコンバータを流れる電流が増減するため、コンバータのスイッチング動作中にコンバータを流れる電流が増減すると、コンバータではなく電圧センサが、異常が生じた部位として特定される。 According to this configuration, if the converter is normal, the current flowing through the converter increases or decreases during the switching operation of the converter. Therefore, if the current flowing through the converter increases or decreases during the switching operation of the converter, the voltage sensor, not the converter, malfunctions. Identified as the site where it occurred.
さらに別の実施例においては、コンバータのスイッチング動作中にコンバータを流れる電流が増減しないと、コンバータが、異常が生じた部位として特定される。 In yet another embodiment, if the current flowing through the converter does not increase or decrease during the switching operation of the converter, the converter is identified as a site where an abnormality has occurred.
この構成によると、コンバータに異常が生じていれば、コンバータのスイッチング動作中にコンバータを流れる電流が増減しないため、コンバータのスイッチング動作中にコンバータを流れる電流が増減しないと、電圧センサではなくコンバータが、異常が生じた部位として特定される。 According to this configuration, if an abnormality occurs in the converter, the current flowing through the converter does not increase or decrease during the switching operation of the converter. Therefore, if the current flowing through the converter does not increase or decrease during the switching operation of the converter, , Identified as the site where the abnormality occurred.
さらに別の実施例においては、電圧センサは、第1の電圧センサと、第2の電圧センサとを含む。第1の電圧センサは、コンバータの入力側に接続された回路の電圧を検出する。第2の電圧センサは、コンバータの出力側に接続された回路の電圧を検出する。第1の電圧センサにより検出された電圧から定められる目標電圧よりも、第2の電圧センサによって検出された電圧が低いと、異常が生じたと判定される。 In yet another embodiment, the voltage sensor includes a first voltage sensor and a second voltage sensor. The first voltage sensor detects a voltage of a circuit connected to the input side of the converter. The second voltage sensor detects a voltage of a circuit connected to the output side of the converter. If the voltage detected by the second voltage sensor is lower than the target voltage determined from the voltage detected by the first voltage sensor, it is determined that an abnormality has occurred.
この構成によると、電圧の増大量が不足していることから異常を検出できる。 According to this configuration, an abnormality can be detected because the amount of increase in voltage is insufficient.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1を参照して、車両は、モータジェネレータ110と、減速機140と、バッテリ150とを備える。本実施の形態においては、一例としてモータジェネレータ110のみを駆動源として搭載した電気自動車について説明するが、エンジンを搭載したハイブリッド車または燃料電池を搭載した燃料電池車を用いてもよい。
Referring to FIG. 1, the vehicle includes a
モータジェネレータ110は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを備える、三相交流回転電機である。モータジェネレータ110は、バッテリ150に蓄えられた電力により駆動する。モータジェネレータ110が発生するトルクは、減速機140を介して前輪160に伝達される。前輪160の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。
車両の回生制動時には、減速機140を介して前輪160によりモータジェネレータ110が駆動され、モータジェネレータ110が発電機として作動する。これによりモータジェネレータ110は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。モータジェネレータ110により発電された電力は、バッテリ150に蓄えられる。モータジェネレータ110は、ECU(Electronic Control Unit)170により制御される。なお、ECU170は複数のECUに分割するようにしてもよい。
During regenerative braking of the vehicle, the
バッテリ150は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複
数直列に接続して構成された組電池である。
The
図2に示すように、バッテリ150の電圧VBは電圧センサ152により検出され、バッテリ150の電流IBは電流センサ154により検出される。電圧VBを表す信号および電流IBを表す信号は、ECU170に入力される。
As shown in FIG. 2, voltage VB of
図2は、車両の電気システムを示す。電気システムは、コンバータ200と、インバータ210と、DC/DCコンバータ230と、補機バッテリ240と、正極側システムメインリレー251と、負極側システムメインリレー252と、プリチャージ用システムメインリレー253と、抵抗254とを含む。
FIG. 2 shows a vehicle electrical system. The electrical system includes a
コンバータ200は、リアクトル202と、二つのnpn型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトル202は、バッテリ150の正極側に一端が接続され、2つのnpn型トランジスタの接続点に他端が接続される。リアクトル202に流れる電流IL、すなわちコンバータ200を流れる電流は、電流センサ204により検出され、ECU170に入力される。ECU170は所定の周期で動作するため、リアクトル202に流れる電流ILは、ECU170の動作周期と同じ、もしくは略同じ周期で繰り返し検出される。
2つのnpn型トランジスタは、直列に接続される。npn型トランジスタは、ECU170により制御される。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。
Two npn-type transistors are connected in series. The npn transistor is controlled by the
なお、npn型トランジスタとして、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar
Transistor)を用いることができる。npn型トランジスタに代えて、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の電力スイッチング素子を用いることができる。
As an npn transistor, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar)
Transistor) can be used. Instead of the npn type transistor, a power switching element such as a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) can be used.
バッテリ150から放電された電力をモータジェネレータ110に供給する際、コンバータ200のスイッチング動作により、電圧が昇圧される。周知のように、下アームのトランジスタをオンにしてリアクトル202に電気を溜め、上アームのトランジスタをオンにして電気を放出するという昇圧動作を所定の周期(デューティー比)で繰り返すことにより、電圧が昇圧される。逆に、モータジェネレータ110により発電された電力をバッテリ150に充電する際、電圧がコンバータ200により降圧される。
When the electric power discharged from
コンバータ200とインバータ210との間のシステム電圧VHは、電圧センサ180により検出される。電圧センサ180の検出結果は、ECU170に送信される。電圧センサ180は、コンバータ200が昇圧動作するときの出力側に接続された回路の電圧を検出するための電圧センサである。
System voltage VH between
インバータ210は、U相アーム、V相アームおよびW相アームを含む。U相アーム、V相アームおよびW相アームは並列に接続される。U相アーム、V相アームおよびW相アームは、それぞれ、直列に接続された2つのnpn型トランジスタを有する。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各npn型トランジスタの接続点は、モータジェネレータ110の各コイルの中性点112とは異なる端部にそれぞれ接続される。
インバータ210は、バッテリ150から供給される直流電流を交流電流に変換し、モータジェネレータ110に供給する。また、インバータ210は、モータジェネレータ1
10により発電された交流電流を直流電流に変換する。
The alternating current generated by 10 is converted into a direct current.
DC/DCコンバータ230は、バッテリ150と、コンバータ200との間において、コンバータ200と並列に接続される。DC/DCコンバータ230は、直流電圧を降圧する。DC/DCコンバータ230から出力される電力は、補機バッテリ240に充電される。補機バッテリ240に充電された電力は、電動オイルポンプおよび空調装置の電動コンプレッサ等の補機242、ならびにECU170に供給される。
DC /
正極側システムメインリレー251、負極側システムメインリレー252、プリチャージ用システムメインリレー253および抵抗254は、一例として、バッテリ150とDC/DCコンバータ230との間に設けられる。
The positive side system
正極側システムメインリレー251は、バッテリ150の正極側に接続される。負極側システムメインリレー252は、バッテリ150の負極側に接続される。プリチャージ用システムメインリレー253は、負極側システムメインリレー252に対して並列に、かつ抵抗254に対して直列に接続される。すなわち、プリチャージ用システムメインリレー253と抵抗254とが直列に接続された回路が、負極側システムメインリレー252に対して並列に接続される。
Positive side system
たとえば、正極側システムメインリレー251、負極側システムメインリレー252およびプリチャージ用システムメインリレー253の全てがオフの状態(開いている状態)で、運転者がスタートスイッチ(イグニッションスイッチでもよい)をオン操作することによって、電気システムを起動すると、まず、正極側システムメインリレー251と、プリチャージ用システムメインリレー253とがオンにされる(閉じられる)。これにより、平滑コンデンサ260がプリチャージされる。プリチャージ中は、コンバータ200ならびにインバータ210の作動が停止される。
For example, the positive switch system
平滑コンデンサ260のプリチャージ後、負極側システムメインリレー252がオンにされる。さらにその後、プリチャージ用システムメインリレー253がオフにされる。
After the smoothing
平滑コンデンサ260の電圧VLは、電圧センサ262により検出される。電圧センサ262の検出結果は、ECU170に送信される。電圧センサ262は、コンバータ200が昇圧動作するときの入力側に接続された回路の電圧を検出するための電圧センサである。
The voltage VL of the smoothing
平滑コンデンサ260の電圧VLは、コンバータ200が昇圧動作する際の目標出力電圧、すなわち、システム電圧VH(コンバータ200が昇圧動作するときの出力側に接続された回路の電圧)の目標値を算出するために用いられる。
The voltage VL of the smoothing
システム電圧VHの目標値は、一例として、平滑コンデンサ260の電圧VLに、コンバータ200のスイッチング動作のデューティー比から定まる昇圧比を乗算することにより算出される。システム電圧VHの目標値を算出する方法はこれに限定されない。
For example, the target value of system voltage VH is calculated by multiplying voltage VL of smoothing
本実施の形態においては、システム電圧VHの目標値(電圧センサ262により検出される平滑コンデンサ260の電圧VLから定められる目標電圧)よりも、電圧センサ180によって検出されたシステム電圧VHが低いと、ECU170は、異常が生じたと判定する。
In the present embodiment, if the system voltage VH detected by the
さらに、本実施の形態においては、異常が生じた場合、コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流IL(コンバータ200を流れる電流)が増減
するか否かに応じて、コンバータ200と、電圧センサ180ならびに電圧センサ262とのうちのいずれか一方を、ECU170が、異常が生じた部位として特定する。
Furthermore, in the present embodiment, when an abnormality occurs,
コンバータ200が正常であれば、コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILが増減するため、コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILが増減すると、コンバータ200ではなく、電圧センサ180ならびに電圧センサ262が、異常が生じた部位として特定される。なお、本実施の形態においては、電圧センサ180ならびに電圧センサ262のどちらのセンサに異常が生じたかは特定されない。
If
一方、コンバータ200に異常が生じていれば、コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILが増減しないため、コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILが増減しないと、電圧センサ180ならびに電圧センサ262ではなくコンバータ200が、異常が生じた部位として特定される。
On the other hand, if abnormality occurs in
一例として、リアクトル202に流れる電流ILの時系列データを周波数変換し、コンバータ200のスイッチング周波数に対応する周波数域のゲインが所定値異常であると、コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILが増減したと判断される。
As an example, when the time-series data of the current IL flowing through the
別の例として、リアクトル202に流れる電流ILの時系列データの最大値と最小値との差が所定値以上であると、コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILが増減したと判断される。
As another example, if the difference between the maximum value and the minimum value of the time series data of the current IL flowing through the
さらに別の例として、リアクトル202に流れる電流ILの前回の検出値からの変化量(前回の検出値と今回の検出値との差の絶対値)が、所定の期間内において所定値以上となる割合がしきい値以上であると、コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILが増減したと判断される。
As yet another example, the amount of change in the current IL flowing through the
なお、コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILが増減した判断する方法はこれらに限定されない。要するに、コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILの周波数に、スイッチング動作の周波数成分が含まれると、電圧センサ180ならびに電圧センサ262が、異常が生じた部位として特定される。コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILの周波数が、スイッチング動作の周波数成分を含まないと、コンバータ200が、異常が生じた部位として特定される。
Note that the method for determining that the current IL flowing through the
図3を参照して、ECU170が実行する処理について説明する。以下に説明する処理は、ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現してもよい。
Processing executed by
ステップ(以下、ステップをSと略す)100にて、コンバータ200のスイッチング動作、より具体的には昇圧動作が開始される。その後、S102にて、昇圧動作に異常があるか否かが判断される。
In step (hereinafter, step is abbreviated as S) 100, the switching operation of
上述したように、電圧センサ262により検出される平滑コンデンサ260の電圧VLから定められる、システム電圧VHの目標値よりも、電圧センサ180によって検出されたシステム電圧VHが低いと、異常が生じたと判定される(S102にてYES)。
As described above, if the system voltage VH detected by the
異常が生じたと判定されると(S102にてYES)、S104にて、コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流IL(コンバータ200を流れる電流)が増減するか否かが判定される。
If it is determined that an abnormality has occurred (YES in S102), it is determined in S104 whether current IL flowing through reactor 202 (current flowing through converter 200) increases or decreases during the switching operation of
コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILが増減すると(S104にてYES)、S106にて、電圧センサ180ならびに電圧センサ262が、異常が生じた部位として特定される。
If current IL flowing through
コンバータ200のスイッチング動作中にリアクトル202に流れる電流ILが増減しないと(S104にてNO)、S108にて、コンバータ200が、異常が生じた部位として特定される。より具体的には、コンバータ200の上アームのトランジスタが、異常が生じた部位として特定される。
If current IL flowing through
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て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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
110 モータジェネレータ、140 減速機、150 バッテリ、152 電圧センサ、154 電流センサ、160 前輪、170 ECU、180,262 電圧センサ、200 コンバータ、202 リアクトル、204 電流センサ、210 インバータ、230 DC/DCコンバータ、240 補機バッテリ、242 補機、251 正極側システムメインリレー、252 負極側システムメインリレー、253 プリチャージ用システムメインリレー、254 抵抗、260 平滑コンデンサ。 110 motor generator, 140 speed reducer, 150 battery, 152 voltage sensor, 154 current sensor, 160 front wheel, 170 ECU, 180, 262 voltage sensor, 200 converter, 202 reactor, 204 current sensor, 210 inverter, 230 DC / DC converter, 240 Auxiliary battery, 242 Auxiliary machine, 251 Positive side system main relay, 252 Negative side system main relay, 253 System main relay for precharging, 254 Resistance, 260 Smoothing capacitor.
Claims (4)
前記電圧センサにより検出された電圧に応じて、異常が生じたか否かを判定するための判定手段と、
異常が生じた場合、前記コンバータのスイッチング動作中に前記コンバータを流れる電流が増減するか否かに応じて、前記コンバータと前記電圧センサとのうちのいずれか一方を、異常が生じた部位として特定するための特定手段を備える、電気システムの異常判定装置。 An electrical system abnormality determination device provided with a converter and a voltage sensor for detecting a voltage of a circuit connected to the converter,
Determining means for determining whether an abnormality has occurred according to the voltage detected by the voltage sensor;
When an abnormality occurs, one of the converter and the voltage sensor is identified as the part where the abnormality has occurred, depending on whether the current flowing through the converter increases or decreases during the switching operation of the converter. An abnormality determination device for an electrical system, comprising a specifying means for
前記第1の電圧センサは、前記コンバータの入力側に接続された回路の電圧を検出し、
前記第2の電圧センサは、前記コンバータの出力側に接続された回路の電圧を検出し、
前記判定手段は、前記第1の電圧センサにより検出された電圧から定められる目標電圧よりも、前記第2の電圧センサによって検出された電圧が低いと、異常が生じたと判定する、請求項1〜3のいずれかに記載の電気システムの異常判定装置。 The voltage sensor includes a first voltage sensor and a second voltage sensor,
The first voltage sensor detects a voltage of a circuit connected to the input side of the converter,
The second voltage sensor detects a voltage of a circuit connected to the output side of the converter,
The determination unit determines that an abnormality has occurred when a voltage detected by the second voltage sensor is lower than a target voltage determined from a voltage detected by the first voltage sensor. 4. The abnormality determination device for an electrical system according to any one of 3 above.
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