JP2015053767A

JP2015053767A - 電気自動車の異常検知装置及び電気自動車

Info

Publication number: JP2015053767A
Application number: JP2013184297A
Authority: JP
Inventors: 池田　和隆; Kazutaka Ikeda; 和隆池田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2015-03-19

Abstract

【課題】電気自動車に関する様々な異常を検知可能とする。【解決手段】電流の高調波成分は、電動機３を含む駆動系に発生する異常並びにインバータ７を含む回路系に発生する異常の種類や発生箇所に応じた次数に変化が現れる。そこで、異常判定用ＥＣＵ10は、正常とみなしたときの高調波成分の波形をメモリに格納しておく。そして、異常判定用ＥＣＵ10は、走行中に計測した高調波成分の波形と、メモリに格納した波形とを比較することで高調波成分の変化を検出する。故に、本実施形態の異常検知装置１は、電気自動車２に関する様々な異常が検知可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車の異常を検知する異常検知装置、及び当該異常検知装置を搭載した電気自動車に関する。

近年、化石燃料(ガソリンや軽油など)の消費を抑制するため、蓄電池(バッテリ)と電動機(モータ)を搭載した電気自動車(ハイブリッド電気自動車、及び燃料電池車を含む。)が急速に普及してきている。

電気自動車は、バッテリから供給する高圧の直流電力をインバータ装置で交流電力に変換してモータに供給することでモータを駆動している(特許文献１参照)。インバータ装置は、複数の半導体スイッチング素子を有するインバータ回路、前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御回路、バッテリの電圧変動を平滑化するための電解コンデンサなどで構成される。

ところで、電気自動車には様々な異常が生じる可能性があるから、そのような異常を検知する異常検知装置が電気自動車に搭載されている。例えば、特許文献１記載の従来例では、インバータ装置を収納した金属製の外箱と、電気自動車の車体(フレーム)との固定に緩みが生じてインバータ装置のフレームグランドが開放状態になっていないかを検知する異常検知装置がインバータ装置に内蔵されている。

特開２００１−２１８３０４号公報

しかしながら、特許文献１記載の従来例のように、従来の異常検知装置では単一の異常しか検知することができず、検知しようとする異常の種類毎に異常検知装置が必要であった。

ここで、誘導電動機及びインバータを対象とした電気機器の劣化診断法が特開２００３−７５５１６号公報に開示されている。前記劣化診断法は、運転中の誘導電動機、または制御運転中のインバ−タにおいて、該インバ−タもしくは前記誘導電動機の各相間電圧及び各相電流を、それぞれ測定して電圧不平衡率及び電流不平衡率を得る。また、前記劣化診断法は、前記各相電流の少なくとも一相の電流、もしくは前記各相電流によって発生する磁界に含まれる高調波成分の各次数の大きさを測定して高調波含有率を得る。さらに、前記劣化診断法は、電圧不平衡率及び電流不平衡率と、高調波含有率とから劣化判定値を求め、劣化判定値に基づいて前記誘導電動機及び前記インバ−タの劣化の度合いや、劣化原因並びに劣化場所の特定する。

前記劣化診断法によれば、電気機器の劣化度合や劣化原因及び劣化場所を単一の装置で診断(検知)することができる。しかしながら、前記劣化診断法を電気自動車における異常検知に利用することは、これまで行われていなかった。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、電気自動車に関する様々な異常を検知可能とすることを目的とする。

本発明の異常検知装置は、蓄電池から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータが出力する交流電力で駆動される電動機とを有する電気自動車に搭載され、前記インバータが出力する交流電流の高調波成分を計測する計測手段と、前記計測手段で計測される前記高調波成分の変化に基づいて異常発生の有無を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

この異常検知装置において、前記判定手段は、正常とみなしたときの前記高調波成分の波形と比較することで前記高調波成分の変化を検出することが好ましい。

この異常検知装置において、前記判定手段が異常発生有りと判定した場合に報知する報知手段を備えることが好ましい。

本発明の電気自動車は、蓄電池から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータが出力する交流電力で駆動される電動機と、前記何れかの異常検知装置とを搭載することを特徴とする。

本発明の電気自動車の異常検知装置及び電気自動車は、判定手段が、計測手段で計測される高調波成分の変化に基づいて異常発生の有無を判定するので、電気自動車に関する様々な異常が検知に可能になるという効果がある。

本発明に係る異常検知装置及び電気自動車の実施形態を示すブロック図である。 (ａ)，(ｂ)は同上における交流電流の高調波成分の波形図である。

本発明に係る電気自動車及びその異常検知装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態の電気自動車２は、図１に示すように異常検知装置１、電動機(モータ)３、車輪(ホイール及びタイヤ)４、車軸５、蓄電池(バッテリ)６、インバータ７、給電線８などを備える。

電動機３は、例えば、誘電電動機からなり、インバータ７から給電線８を介して供給される交流電力で駆動される。車軸５は、電動機３の出力軸と接続されており、電動機３の出力軸が回転することで回転する。車軸５の両端には２つの車輪(前輪)４が取り付けられている。

インバータ７は、蓄電池６から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した直流電力を給電線８を介して電動機３に出力する。蓄電池６は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池からなり、図示しない充電設備から充電ケーブルを介して充電される。ただし、異常検知装置１を除く電気自動車２の構成は従来周知であるから、詳細な構成の図示並びに説明は省略する。

異常検知装置１は、異常判定用ＥＣＵ(Electronic Control Unit)10及び電流計測部11を備える。電流計測部11は、例えば、磁気抵抗素子やホール素子を有し、交流電流が流れることで給電線８の周囲に生じる磁界の強さを計測し、その計測値(アナログの電圧信号)を異常判定用ＥＣＵに出力する。つまり、給電線８の周囲に生じる磁界の強さは給電線８に流れる電流の大きさに比例するので(ビオ・サバールの法則より)、前記磁界の強さを計測することによって、間接的に交流電流の大きさを計測することができる。

異常判定用ＥＣＵ10は、電流計測部11から出力される電圧信号を所定のサンプリング周期でディジタル値に変換して取り込み、取り込んだディジタル値(電流計測値)をメモリに格納する。さらに、異常判定用ＥＣＵ10は、メモリに格納した電流計測値から高速フーリエ変換によって電流の高調波成分を求め、求めた高調波成分をメモリに格納する。

ここで、特開２００３−７５５１６号公報に記載されているように、電流の高調波成分は、電動機３を含む駆動系に発生する異常並びにインバータ７を含む回路系に発生する異常の種類や発生箇所に応じた次数に変化が現れる。そこで、異常判定用ＥＣＵ10は、正常とみなしたとき(例えば、走行距離が数百km未満のとき)の高調波成分の波形(図２(ａ)参照)をメモリに格納しておく。そして、異常判定用ＥＣＵ10は、走行中に計測した高調波成分の波形(測定波形と呼ぶ。)と、メモリに格納した波形(以下、基準波形と呼ぶ。)とを比較することで高調波成分の変化を検出する。例えば、図２(ｂ)に示すように、基準波形(破線α)に対して測定波形(実線β)が各次数で変化した場合、異常判定用ＥＣＵ10は、各次数の変化率が各次数毎のしきい値を超えたとき、それぞれの次数に対応した種類及び発生箇所に異常が発生していると判断する。ただし、各次数と異常の種類及び発生箇所との対応関係は、事前に電気自動車２の車種毎に調査しておく必要がある。なお、高調波成分の変化に基づいて検知可能な異常としては、相対的に低い次数(２次〜１０次程度)では主に駆動系の異常があり、相対的に高い次数(１１次以上)では主に回路系の異常がある。

例えば、タイヤの空気圧が不足したままで高速走行した場合、スタンディングウェーブ(タイヤの波打ち現象)によってタイヤの転がり抵抗が著しく増加するため、正常時に比べて高調波成分が大きく変化する。また、タイヤの空気圧が過剰な状態で走行した場合、路面の凹凸がタイヤで吸収され難くなるため、同じく、正常時に比べて高調波成分が大きく変化する。あるいは、ホイール・アラインメントに狂いが生じたまま走行した場合、タイヤが偏摩耗して振動が大きくなるため、同じく、正常時に比べて高調波成分が大きく変化する。その他にも、ミッションオイルの劣化や電動機３の巻線絶縁不良やレアショート、軸受け摩耗、インバータ７の回路の不具合、平滑コンデンサの劣化などが原因で、正常時に比べて高調波成分が大きく変化する。

また、異常判定用ＥＣＵ10は、高調波成分の波形の変化から異常有りと判定した場合、発生している異常の内容及び発生箇所を示すコードを外部に出力する。当該コードは、ＣＡＮ(Controller Area Network)などの規格に準拠した車載ネットワークを通して他のＥＣＵ、例えば、運転席のコンソールに様々な表示を行うＥＣＵに受け取られる。そして、当該ＥＣＵは、受け取ったコードに対応した異常の内容及び発生箇所を、コンソールに設置されている液晶ディスプレイに表示して運転者に報知することが好ましい。

なお、異常判定用ＥＣＵ10は上述した異常検知処理を常時行う必要は無く、例えば、電気自動車２に搭載されている他のＥＣＵ(車両全体を制御するＥＣＵなど)からの指示を受けたときに異常検知処理を行うことが好ましい。

上述のように本実施形態の異常検知装置１及び電気自動車２では、電気自動車２に関する様々な異常が検知可能になる。

１異常検知装置
２電気自動車
３電動機
７インバータ
８給電線
１０異常判定用ＥＣＵ
１１電流計測部

Claims

蓄電池から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータが出力する交流電力で駆動される電動機とを有する電気自動車に搭載され、前記インバータが出力する交流電流の高調波成分を計測する計測手段と、前記計測手段で計測される前記高調波成分の変化に基づいて異常発生の有無を判定する判定手段とを備えることを特徴とする電気自動車の異常検知装置。
前記判定手段は、正常とみなしたときの前記高調波成分の波形と比較することで前記高調波成分の変化を検出することを特徴とする請求項１記載の電気自動車の異常検知装置。
前記判定手段が異常発生有りと判定した場合に報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の電気自動車の異常検知装置。
蓄電池から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータが出力する交流電力で駆動される電動機と、請求項１〜３の何れかの異常検知装置とを搭載することを特徴とする電気自動車。