JP2016123145A

JP2016123145A - Electric vehicle

Info

Publication number: JP2016123145A
Application number: JP2014260053A
Authority: JP
Inventors: 悦司田口; Etsushi Taguchi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2034-12-24
Also published as: JP6327141B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology that is on an electric vehicle comprising a voltage converter and an inverter and makes it possible to perform a short-circuit check using counter-electromotive force of a motor even when the counter-electromotive force is high.SOLUTION: A hybrid vehicle disclosed by the present specification comprises: a voltage converter for boosting voltage of a battery; an inverter; a drive motor; and a controller. A capacitor is connected between the voltage converter and the inverter. When a voltage across the capacitor is lower than a voltage of counter-electromotive force, a short-circuit check for identifying a short-circuited switching element cannot be performed appropriately. The controller, when a voltage VH across the capacitor is lower than a voltage of counter-electromotive force, actuates the voltage converter (S14, S16) so that the voltage VH across the capacitor is equal to or higher than the voltage of counter-electromotive force.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、電動車両に関する。 The present invention relates to an electric vehicle.

電動車両は直流電力を交流電力に変換して走行用のモータに供給するインバータを備える。インバータは、複数のスイッチング素子を適宜にオンオフして直流電力を交流電力に変換する。特許文献１に、モータの逆起電力を利用してインバータのスイッチング素子の短絡チェックを行う技術が開示されている。その技術では、インバータの全てのスイッチング素子にオフ信号を供給したのち、逆起電力によってモータが生成する交流電流を電流センサによって計測し、その計測結果に基づいて短絡故障を検知する。具体的には、特許文献１の技術では、計測された交流電流をスムージングした後に絶対値をとった信号と、計測された交流電流の絶対値をとった後にスムージングした信号との差分を求める。そして、その差分と、予め定められている１相短絡、２相短絡、及び、３相短絡の各電流レベルとを比較して短絡故障を判定する。 The electric vehicle includes an inverter that converts DC power into AC power and supplies the motor to a traveling motor. The inverter appropriately turns on / off a plurality of switching elements to convert DC power into AC power. Patent Document 1 discloses a technique for performing a short-circuit check of a switching element of an inverter using a back electromotive force of a motor. In this technique, after supplying an OFF signal to all switching elements of the inverter, an alternating current generated by the motor by back electromotive force is measured by a current sensor, and a short circuit failure is detected based on the measurement result. Specifically, in the technique of Patent Document 1, the difference between the signal obtained after smoothing the measured alternating current and the signal smoothed after taking the absolute value of the measured alternating current is obtained. Then, the short circuit failure is determined by comparing the difference with each current level of a predetermined one-phase short circuit, two-phase short circuit, and three-phase short circuit.

特開２００９−２７８７９１号公報JP 2009-278791 A

電動車両の中には、直流電源の電圧を昇圧してインバータに供給する電圧コンバータを備えるものがある。そのような電動車両では、インバータの入力側に、電圧コンバータの出力する電流の脈動を抑えるコンデンサが接続される。そのようなコンデンサを備える電動車両において上記した短絡チェックを行う際、モータの逆起電力の電圧がコンデンサの両端電圧よりも高くなると、コンデンサを介してインバータの正極線と負極線の間に電流が流れてしまい、短絡チェックができなくなる。例えば、モータが高回転で回転していると逆起電力も高電圧となり、コンデンサの両端電圧を超えてしまう可能性が高まる。本明細書は、入力側にコンデンサが並列に接続されたインバータを有する電動車両において、逆起電力の電圧が高い場合でも短絡チェックを適切に行うことのできる技術を提供する。 Some electric vehicles include a voltage converter that boosts the voltage of a DC power supply and supplies the boosted voltage to an inverter. In such an electric vehicle, a capacitor that suppresses pulsation of current output from the voltage converter is connected to the input side of the inverter. When performing the above-described short circuit check in an electric vehicle equipped with such a capacitor, if the voltage of the back electromotive force of the motor becomes higher than the voltage across the capacitor, a current is passed between the positive and negative electrodes of the inverter via the capacitor. This will cause a short circuit check. For example, when the motor rotates at a high speed, the back electromotive force also becomes a high voltage, and the possibility of exceeding the voltage across the capacitor increases. The present specification provides a technique capable of appropriately performing a short-circuit check even when the voltage of the counter electromotive force is high in an electric vehicle having an inverter having a capacitor connected in parallel on the input side.

本明細書が開示する電動車両は、電圧コンバータ、インバータ、走行用のモータ、コンデンサ、及び、コントローラを備える。電圧コンバータは直流電源の電圧を昇圧してインバータに供給する。インバータは、電圧コンバータによって昇圧された直流電力を交流電力に変換する。インバータは、交流各相の上アームと下アームの夫々にスイッチング素子を備えている。走行用のモータはインバータの交流出力端に接続されている。コンデンサは、電圧コンバータとインバータの間に並列に接続されている。コントローラは、モータの逆起電力を利用してインバータのスイッチング素子の短絡チェックを行う。コントローラは、スイッチング素子の短絡チェックを行う際、コンデンサの両端電圧がモータの逆起電力の電圧よりも高くなるように電圧コンバータを制御する。 The electric vehicle disclosed in this specification includes a voltage converter, an inverter, a motor for traveling, a capacitor, and a controller. The voltage converter boosts the voltage of the DC power supply and supplies it to the inverter. The inverter converts the DC power boosted by the voltage converter into AC power. The inverter includes a switching element in each of the upper arm and the lower arm of each AC phase. The traveling motor is connected to the AC output terminal of the inverter. The capacitor is connected in parallel between the voltage converter and the inverter. The controller performs a short circuit check of the switching element of the inverter using the back electromotive force of the motor. When performing a short circuit check of the switching element, the controller controls the voltage converter so that the voltage across the capacitor is higher than the voltage of the back electromotive force of the motor.

上記した構成により、短絡チェックの際にモータの逆起電力による電流がコンデンサを通じてインバータの正極線と負極線の間を流れることが防止される。よって、モータの逆起電力を利用したスイッチング素子の短絡チェックを適切に行うことができる。短絡チェックの具体例など、本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 With the above-described configuration, current due to the counter electromotive force of the motor is prevented from flowing between the positive electrode line and the negative electrode line of the inverter through the capacitor during the short circuit check. Therefore, a short circuit check of the switching element using the back electromotive force of the motor can be appropriately performed. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification, such as a specific example of short circuit check, will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION”.

ハイブリッド車の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of a hybrid vehicle. １相短絡の例を示すインバータのブロック図である。It is a block diagram of the inverter which shows the example of a 1 phase short circuit. １相短絡が生じているときの３相電流のグラフである。It is a graph of the three-phase current when the one-phase short circuit has occurred. ２相短絡の例を示すインバータのブロック図である。It is a block diagram of the inverter which shows the example of a two-phase short circuit. ２相短絡が生じているときの３相電流のグラフである。It is a graph of the three-phase current when the two-phase short circuit has occurred. ３相短絡が生じているときの３相電流のグラフである。It is a graph of the three-phase current when the three-phase short circuit has occurred. ＶＨ電圧調整処理のフローチャートである。It is a flowchart of a VH voltage adjustment process. 短絡チェック処理のフローチャートである。It is a flowchart of a short circuit check process.

図面を参照して実施例の電動車両を説明する。本実施例の電動車両は、走行用の駆動源としてエンジン６と、２個のモータ８、４８を備えるハイブリッド車２である。図１に、ハイブリッド車２の駆動系のブロック図を示す。モータ８、４８は、３相交流によって駆動される。モータ８、４８の出力トルクとエンジン６の出力トルクは、動力分配機構７で適宜に分配／合成される。動力分配機構７は、例えばプラネタリギアである。動力分配機構７は、エンジン６、モータ８、４８から夫々伝達される動力を、所定比率で合成して出力軸７ａに出力する。動力分配機構７の出力は、デファレンシャルギア１０を介して駆動輪１０ａ、１０ｂに伝達される。動力分配機構７は、また、エンジン６とモータ８から伝達される動力を、所定の比率でモータ４８と出力軸７ａに分配する。このとき、モータ４８は、エンジン６とモータ８の駆動力により発電する。モータ４８は、また、停止しているエンジン６を始動するセルモータとしても機能する。 An electric vehicle according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The electric vehicle of this embodiment is a hybrid vehicle 2 that includes an engine 6 and two motors 8 and 48 as a driving source for traveling. FIG. 1 shows a block diagram of a drive system of the hybrid vehicle 2. The motors 8 and 48 are driven by a three-phase alternating current. The output torque of the motors 8 and 48 and the output torque of the engine 6 are appropriately distributed / synthesized by the power distribution mechanism 7. The power distribution mechanism 7 is a planetary gear, for example. The power distribution mechanism 7 combines the power transmitted from the engine 6 and the motors 8 and 48 at a predetermined ratio and outputs the combined power to the output shaft 7a. The output of the power distribution mechanism 7 is transmitted to the drive wheels 10a and 10b via the differential gear 10. The power distribution mechanism 7 also distributes the power transmitted from the engine 6 and the motor 8 to the motor 48 and the output shaft 7a at a predetermined ratio. At this time, the motor 48 generates power using the driving force of the engine 6 and the motor 8. The motor 48 also functions as a cell motor that starts the stopped engine 6.

モータ８、４８を駆動するための電力はメインバッテリ３から供給される。メインバッテリ３の出力電圧は、例えば３００ボルトである。メインバッテリ３は、システムメインリレー４を介してパワーコントロールユニット５に接続されている。パワーコントロールユニット５は、メインバッテリ３の電力を変換してモータ８、４８に供給するパワーデバイスである。以下、説明の簡略化のため、パワーコントロールユニット５をＰＣＵ５と称する。 Electric power for driving the motors 8 and 48 is supplied from the main battery 3. The output voltage of the main battery 3 is, for example, 300 volts. The main battery 3 is connected to the power control unit 5 via the system main relay 4. The power control unit 5 is a power device that converts the power of the main battery 3 and supplies it to the motors 8 and 48. Hereinafter, for simplification of description, the power control unit 5 is referred to as PCU 5.

ＰＣＵ５は、電圧コンバータ２０、２個のインバータ３０、４７、及び、パワーコントローラ５０を含む。電圧コンバータ２０は、メインバッテリ３の電圧をモータ８、４８の駆動に適した電圧（例えば６００ボルト）まで昇圧する。インバータ３０、４７は、昇圧された直流電力を３相交流電力に変換する。インバータ３０の交流出力端にモータ８が接続されている。インバータ４７の交流出力端にモータ４８が接続されている。パワーコントローラ５０は、電圧コンバータ２０とインバータ３０、４７を制御する。 The PCU 5 includes a voltage converter 20, two inverters 30 and 47, and a power controller 50. The voltage converter 20 boosts the voltage of the main battery 3 to a voltage suitable for driving the motors 8 and 48 (for example, 600 volts). Inverters 30 and 47 convert the boosted DC power into three-phase AC power. The motor 8 is connected to the AC output terminal of the inverter 30. A motor 48 is connected to the AC output terminal of the inverter 47. The power controller 50 controls the voltage converter 20 and the inverters 30 and 47.

ハイブリッド車２は、エンジン６の駆動力を利用してモータ８、４８で発電することもできる。また、ハイブリッド車２は、車両の運動エネルギ（制動時の車両の減速エネルギ）を利用してモータ８、４８で発電することもできる。このような発電は「回生」と呼ばれている。モータ８、４８が発電する場合、インバータ３０、４７が交流を直流に変換し、さらに電圧コンバータ２０がメインバッテリ３よりも僅かに高い電圧まで降圧し、メインバッテリ３へ供給する。即ち、電圧コンバータ２０は、一方向で電圧を昇圧し、逆方向で電圧を降圧することのできる双方向コンバータである。 The hybrid vehicle 2 can also generate electric power with the motors 8 and 48 using the driving force of the engine 6. The hybrid vehicle 2 can also generate electric power with the motors 8 and 48 using the kinetic energy of the vehicle (the deceleration energy of the vehicle during braking). Such power generation is called “regeneration”. When the motors 8 and 48 generate electric power, the inverters 30 and 47 convert alternating current into direct current, and the voltage converter 20 steps down to a voltage slightly higher than the main battery 3 and supplies it to the main battery 3. That is, the voltage converter 20 is a bidirectional converter that can step up the voltage in one direction and step down the voltage in the reverse direction.

電圧コンバータ２０は、リアクトル２１とＩＧＢＴ等のスイッチング素子２２、２３とコンデンサ２４を主とする回路である。スイッチング素子２２、２３には、夫々、逆方向の電流をバイパスさせるためのダイオード（ダイオード２８、２９）が逆並列に接続されている。電圧コンバータ２０の高電圧側（即ちインバータ３０の側）には、インバータ３０、４７に入力される電流を平滑化するためのコンデンサ２５が接続されている。図１に示した電圧コンバータ２０の回路は良く知られているので詳しい説明は省略する。 The voltage converter 20 is a circuit mainly including a reactor 21, switching elements 22 and 23 such as an IGBT, and a capacitor 24. Diodes (diodes 28 and 29) for bypassing current in the reverse direction are connected to the switching elements 22 and 23 in antiparallel. A capacitor 25 for smoothing the current input to the inverters 30 and 47 is connected to the high voltage side of the voltage converter 20 (that is, the inverter 30 side). Since the circuit of the voltage converter 20 shown in FIG. 1 is well known, detailed description thereof is omitted.

電圧コンバータ２０に２個のインバータ（インバータ３０とインバータ４７）が並列に接続されている。インバータ３０とインバータ４７は同じ構造を有している。図１では、インバータ４７は内部回路の図示を省略している。以下、インバータ３０について説明し、インバータ４７については説明を省略する。以下の説明では、電圧コンバータ２０、インバータ３０、及び、パワーコントローラ５０の関係についても説明する。その説明において「インバータ３０」は、「インバータ３０とインバータ４７の夫々」と読み替えることができる。また、インバータ４７の交流出力端には電流センサが備えられているが、その電流センサの図示は省略されている。 Two inverters (inverter 30 and inverter 47) are connected to the voltage converter 20 in parallel. The inverter 30 and the inverter 47 have the same structure. In FIG. 1, the inverter 47 does not show an internal circuit. Hereinafter, the inverter 30 will be described, and the description of the inverter 47 will be omitted. In the following description, the relationship among the voltage converter 20, the inverter 30, and the power controller 50 will also be described. In the description, “inverter 30” can be read as “inverter 30 and inverter 47 respectively”. Moreover, although the current sensor is provided in the alternating current output terminal of the inverter 47, illustration of the current sensor is abbreviate | omitted.

インバータ３０は、スイッチング動作を行うスイッチング素子３１、３２、３３、３４、３５、３６を備える。以下、符号「３１、３２、３３、３４、３５、３６」を、「３１−３６」と称する場合がある。これらのスイッチング素子３１−３６のそれぞれにも、電流バイパス用のダイオード４１、４２、４３、４４、４５、４６が逆並列に接続されている。６個のスイッチング素子３１−３６は、２個ずつ直列に接続されており、３セットの直列回路が正極線Ｐと負極線Ｎの間に並列に接続されている。正極線Ｐと負極線Ｎは、インバータ３０の直流電力入力端にも相当する。即ち、電圧コンバータ２０の出力電力（直流電力）は、インバータ３０の正極線Ｐと負極線Ｎに印加され、正極線Ｐと負極線Ｎの間に配置された６個のスイッチング素子３１−３６が適宜にオンオフすることで、モータ８を駆動するための３相交流が生成される。スイッチング素子３１と３２の直列接続の中点から第１相の交流が出力される。スイッチング素子３３と３４の直列接続の中点から第２相の交流が出力される。スイッチング素子３５と３６の直列接続の中点から第３相の交流が出力される。３相の交流は互いに位相が１２０度ずれており、それらの和は常に一定となる。３相交流の和が常に一定になるのは、インバータ３０の正極線Ｐと負極線Ｎに入力される直流電力のエネルギが一定だからである。別言すれば、３相交流の電流の和は、入力された直流電力の電流に等しくなる。インバータ３０は、入力される一定の大きさの電気エネルギを、３個のエネルギ正弦波に分割するデバイスである。６個のスイッチング素子３１−３６、及び、電圧コンバータ２０のスイッチング素子２２、２３は、パワーコントローラ５０から供給されるＰＷＭ信号により制御される。 The inverter 30 includes switching elements 31, 32, 33, 34, 35, and 36 that perform a switching operation. Hereinafter, the reference numerals “31, 32, 33, 34, 35, and 36” may be referred to as “31-36”. The current bypass diodes 41, 42, 43, 44, 45, 46 are also connected in antiparallel to each of these switching elements 31-36. Two switching elements 31-36 are connected in series, and three sets of series circuits are connected in parallel between the positive line P and the negative line N. The positive line P and the negative line N also correspond to the DC power input terminal of the inverter 30. That is, the output power (DC power) of the voltage converter 20 is applied to the positive line P and the negative line N of the inverter 30, and the six switching elements 31-36 disposed between the positive line P and the negative line N are provided. By appropriately turning on and off, a three-phase alternating current for driving the motor 8 is generated. The first-phase alternating current is output from the midpoint of the serial connection of the switching elements 31 and 32. A second-phase alternating current is output from the midpoint of the serial connection of the switching elements 33 and 34. A third-phase alternating current is output from the midpoint of the serial connection of the switching elements 35 and 36. The three-phase alternating currents are 120 degrees out of phase with each other, and their sum is always constant. The reason why the sum of the three-phase alternating current is always constant is that the energy of the direct-current power input to the positive line P and the negative line N of the inverter 30 is constant. In other words, the sum of the three-phase AC currents is equal to the input DC power current. The inverter 30 is a device that divides input electrical energy of a certain magnitude into three energy sine waves. The six switching elements 31 to 36 and the switching elements 22 and 23 of the voltage converter 20 are controlled by a PWM signal supplied from the power controller 50.

なお、３相交流インバータの場合、３相は夫々、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相と呼ばれることがある。図１でも、スイッチング素子３１と３２の中点とモータ８を結ぶ線に「Ｕ」と表記してある。同様に、スイッチング素子３３と３４の中点とモータ８を結ぶ線に「Ｖ」と表記してあり、スイッチング素子３５と３６の中点とモータ８を結ぶ線に「Ｗ」と表記してある。本実施例では、第１相が「Ｕ相」に対応し、第２相が「Ｖ相」に対応し、第３相が「Ｗ」相に対応する。また、各相において、正極線Ｐからモータ８までの電流経路を「上アーム」と称し、モータ８から負極線Ｎまでの電流経路を「下アーム」と称する。さらに、上アームの電流経路に配置されているスイッチング素子は上アームスイッチング素子と呼ばれ、下アームの電流経路に配置されているスイッチング素子は下アームスイッチング素子と呼ばれる。これらの呼称はインバータの技術分野では一般に知られており、本明細書でも、以下、しばしば用いる。インバータ３０は、３個の上アームスイッチング素子と３個の下アームスイッチング素子を備える。 In the case of a three-phase AC inverter, the three phases may be referred to as a U phase, a V phase, and a W phase, respectively. In FIG. 1 as well, a line connecting the midpoint of the switching elements 31 and 32 and the motor 8 is indicated by “U”. Similarly, a line connecting the midpoint of the switching elements 33 and 34 and the motor 8 is indicated by “V”, and a line connecting the midpoint of the switching elements 35 and 36 and the motor 8 is indicated by “W”. . In this embodiment, the first phase corresponds to the “U phase”, the second phase corresponds to the “V phase”, and the third phase corresponds to the “W” phase. In each phase, the current path from the positive line P to the motor 8 is referred to as “upper arm”, and the current path from the motor 8 to the negative line N is referred to as “lower arm”. Further, the switching element arranged in the current path of the upper arm is called an upper arm switching element, and the switching element arranged in the current path of the lower arm is called a lower arm switching element. These names are generally known in the technical field of inverters, and are often used hereinafter in this specification. The inverter 30 includes three upper arm switching elements and three lower arm switching elements.

ＰＣＵ５は、インバータ３０が出力する３相各相の電流を計測する３個の電流センサ９ａ、９ｂ、９ｃを備えている。なお、３個の電流センサ９ａ、９ｂ、９ｃを包括的に示す場合には「電流センサ９」と表記する。電流センサ９の計測電流は、パワーコントローラ５０に送られる。 The PCU 5 includes three current sensors 9a, 9b, and 9c that measure the current of each of the three phases output from the inverter 30. In addition, when the three current sensors 9a, 9b, and 9c are shown comprehensively, they are expressed as “current sensor 9”. The measurement current of the current sensor 9 is sent to the power controller 50.

パワーコントローラ５０は、ＣＰＵ、メモリ、及び、入出力インタフェース等の電子部品で構成される情報処理装置である。パワーコントローラ５０が電圧コンバータ２０とインバータ３０のスイッチング素子２２、２３、３１−３６を制御する。パワーコントローラ５０によって生成されるＰＷＭ信号に応じて電圧コンバータ２０のスイッチング素子２２、２３と、インバータ３０のスイッチング素子３１−３６がスイッチング動作を行い、入力された電力を変換する。パワーコントローラ５０には、また、ＨＶコントローラ６０が接続されている。ＨＶコントローラ６０には、運転者による操作情報として、例えば、アクセル開度情報やブレーキ踏力情報が入力される。パワーコントローラ５０は、アクセル開度情報、ブレーキ踏力情報、及び、メインバッテリ３の電圧などに基づいて、モータ８と４８の目標出力と目標回転数を決定する。パワーコントローラ５０は、モータ８の目標出力から、電圧コンバータ２０の目標出力電圧を定める。パワーコントローラ５０は、目標出力電圧が実現されるように、電圧コンバータ２０のスイッチング素子２２、２３を駆動するためのＰＷＭ信号を生成してそれらのスイッチング素子に供給する。また、パワーコントローラ５０は、モータ８の目標出力と目標回転数から、インバータ３０の３相交流の目標電流を決める。目標電流は、目標回転数から導出された周波数と、目標出力から導出された振幅を有する。パワーコントローラ５０は、インバータ３０の各出力電流が目標電流に追従するように、電流センサ９を用いてインバータ３０をフィードバック制御する。パワーコントローラ５０は、目標電流を実現させるＰＷＭ信号を生成し、スイッチング素子３１−３６に供給する。 The power controller 50 is an information processing apparatus including electronic components such as a CPU, a memory, and an input / output interface. The power controller 50 controls the voltage converter 20 and the switching elements 22, 23, 31-36 of the inverter 30. In accordance with the PWM signal generated by the power controller 50, the switching elements 22 and 23 of the voltage converter 20 and the switching elements 31-36 of the inverter 30 perform a switching operation to convert the input power. An HV controller 60 is also connected to the power controller 50. For example, accelerator opening information and brake pedal force information are input to the HV controller 60 as operation information by the driver. The power controller 50 determines the target output and target rotational speed of the motors 8 and 48 based on accelerator opening information, brake pedal force information, the voltage of the main battery 3, and the like. The power controller 50 determines the target output voltage of the voltage converter 20 from the target output of the motor 8. The power controller 50 generates a PWM signal for driving the switching elements 22 and 23 of the voltage converter 20 and supplies them to the switching elements so that the target output voltage is realized. Further, the power controller 50 determines a three-phase AC target current of the inverter 30 from the target output of the motor 8 and the target rotation speed. The target current has a frequency derived from the target rotational speed and an amplitude derived from the target output. The power controller 50 feedback-controls the inverter 30 using the current sensor 9 so that each output current of the inverter 30 follows the target current. The power controller 50 generates a PWM signal for realizing the target current and supplies the PWM signal to the switching elements 31-36.

以下、パワーコントローラ５０によるインバータ３０の短絡故障チェックについて説明する。パワーコントローラ５０は、電流センサ９によって、インバータ３０の３相交流出力をモニタしており、３相交流の出力が正常範囲を超えたときに異常が生じていると判断する。パワーコントローラ５０は、異常の種類を特定し、もし特定できた場合には、予め定められたプログラムに従って、その異常に対する対策を講じる。異常の一つにスイッチング素子の短絡故障がある。これは、インバータ３０の６個のスイッチング素子３１−３６のうち、１個あるいは複数のスイッチング素子がオンに固定されてしまい、オフに切り替えられなくなる故障である。 Hereinafter, a short circuit fault check of the inverter 30 by the power controller 50 will be described. The power controller 50 monitors the three-phase AC output of the inverter 30 with the current sensor 9, and determines that an abnormality has occurred when the three-phase AC output exceeds the normal range. The power controller 50 identifies the type of abnormality and, if it can be identified, takes measures against the abnormality according to a predetermined program. One of the abnormalities is a short circuit failure of the switching element. This is a failure in which one or a plurality of switching elements among the six switching elements 31-36 of the inverter 30 are fixed on and cannot be switched off.

短絡故障を起こすと、もはやインバータは正常な直流−交流変換をできないので、パワーコントローラは、インバータ３０の全てのスイッチング素子３１−３６にオフ信号を供給する。「オフ信号」とは、スイッチング素子のソース−ドレイン間（あるいはコレクタ−エミッタ間）を遮断させる信号である。なお、「オン信号」とは、スイッチング素子のソース−ドレイン間（あるいはコレクタ−エミッタ間）を導通させる信号である。 When a short-circuit failure occurs, the power controller supplies an off signal to all the switching elements 31-36 of the inverter 30 because the inverter can no longer perform normal DC-AC conversion. The “off signal” is a signal that interrupts the source-drain (or collector-emitter) of the switching element. The “on signal” is a signal for conducting between the source and drain (or between collector and emitter) of the switching element.

一方、ハイブリッド車２は、モータ８を使わずともエンジン６とモータ４８で走行を続けることができる。また、ハイブリッド車２では、駆動輪１０ａ、１０ｂとモータ８が常時連結されている。それゆえ、インバータ３０を停止し、エンジン６とモータ４８を使って走行している間、モータ８は回転し続け、逆起電力を発生し続ける。インバータ３０のスイッチング素子が短絡故障を起こしたままだと、短絡故障を生じたスイッチング素子を含む相に、逆起電力による電流が集中して流れ続ける。そのまま放置すると、短絡相（短絡したスイッチング素子を含む相）のバスバ（電流経路）や短絡したスイッチング素子に熱負荷が集中することになる。そこで、パワーコントローラ５０は、短絡故障を起こしたスイッチング素子を特定する。そしてパワーコントローラ５０は、上アームのいずれかのスイッチング素子が短絡故障を生じていれば上アームの他のスイッチング素子にオン信号を供給し、下アームのいずれかのスイッチング素子が短絡故障を生じていれば下アームの他のスイッチング素子にオン信号を供給する。上アームの全てのスイッチング素子がオンすると、あるいは、下アームの全てのスイッチング素子がオンすると、逆起電力による電流は３相に分散して流れる。それゆえ、短絡相の熱負荷を抑制することができる。 On the other hand, the hybrid vehicle 2 can continue to run with the engine 6 and the motor 48 without using the motor 8. In the hybrid vehicle 2, the drive wheels 10a and 10b and the motor 8 are always connected. Therefore, while the inverter 30 is stopped and traveling using the engine 6 and the motor 48, the motor 8 continues to rotate and continues to generate back electromotive force. If the switching element of the inverter 30 remains short-circuited, current due to the back electromotive force continues to flow in the phase including the switching element in which the short-circuit failure has occurred. If left as it is, the thermal load is concentrated on the bus bar (current path) of the short-circuited phase (phase including the short-circuited switching element) or the short-circuited switching element. Therefore, the power controller 50 identifies the switching element that has caused the short-circuit failure. Then, the power controller 50 supplies an ON signal to the other switching elements of the upper arm if any one of the switching elements of the upper arm has a short circuit fault, and the short circuit fault has occurred for any of the switching elements of the lower arm. Then, an ON signal is supplied to the other switching elements of the lower arm. When all the switching elements of the upper arm are turned on or when all the switching elements of the lower arm are turned on, the current due to the back electromotive force flows in three phases. Therefore, the thermal load of the short circuit phase can be suppressed.

なお、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子を導通させるとインバータ３０の正極線Ｐと負極線Ｎが短絡する。そうすると、メインバッテリ３の出力端が短絡することになり、その場合、インバータ３０と並列に接続されているインバータ４７を動作させることができなくなる。インバータ３０は、短絡故障したスイッチング素子と同じ側（上アーム側あるいは下アーム側）の他のスイッチング素子をオンさせ、他方の側のスイッチング素子をオフに保持することで、正極線Ｐと負極線Ｎの短絡を避けつつ、モータ８の逆起電力による電流を３相に分散させる。 When the switching element of the upper arm and the switching element of the lower arm are made conductive, the positive line P and the negative line N of the inverter 30 are short-circuited. If it does so, the output terminal of the main battery 3 will short-circuit, and it will become impossible to operate the inverter 47 connected in parallel with the inverter 30 in that case. The inverter 30 turns on the other switching element on the same side (upper arm side or lower arm side) as the switching element in which the short circuit has failed, and holds the switching element on the other side off, whereby the positive line P and the negative line While avoiding a short circuit of N, the current due to the counter electromotive force of the motor 8 is dispersed in three phases.

スイッチング素子の短絡故障の可能性がある場合、パワーコントローラ５０は、モータ８の逆起電力を利用して、どのスイッチング素子で短絡故障が生じているのかを特定する。短絡故障しているスイッチング素子を特定する処理が、短絡チェックである。短絡チェックの原理を説明する。なお、ここで想定している短絡故障のモードは、１相の上アームと下アームのいずれか一方が短絡している故障モード、２相の上アームのスイッチング素子、あるいは、２相の下アームのスイッチング素子が短絡している故障モード、３相の上アームの全てのスイッチング素子が短絡している故障モード、３相の下アームの全てのスイッチング素子が短絡している故障モードである。その他の故障モードは、本実施例の技術が着目するモードではないので、他の技術によって特定されればよい。 When there is a possibility of a short circuit failure of the switching element, the power controller 50 uses the back electromotive force of the motor 8 to identify which switching element has the short circuit fault. A process for identifying a switching element having a short circuit failure is a short circuit check. The principle of the short circuit check will be described. In addition, the short-circuit failure mode assumed here is a failure mode in which one of the upper arm and lower arm of one phase is short-circuited, a switching element of the upper arm of two phases, or a lower arm of two phases. This is a failure mode in which all switching elements of the three-phase upper arm are short-circuited, and a failure mode in which all switching elements of the three-phase lower arm are short-circuited. The other failure modes are not modes focused on by the technology of the present embodiment, and may be specified by other technologies.

図２に、インバータ３０の回路図を示す。図２の回路図は、図１におけるインバータ３０の回路図と同じである。図２では、例として、第２相（Ｖ相）の上アームスイッチング素子（スイッチング素子３３）が短絡故障を生じていると仮定する。図２では、スイッチング素子３３を破線で描き、短絡故障を表現している。以下では、図２に合わせて、第１相、第２相、第３相との表現に代えて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相との表現を用いる。また、短絡故障を生じているスイッチング素子を含む相を「短絡相」と称し、短絡相以外の相を非短絡相と称する。図２では、電圧コンバータ２０とインバータ４７の図示は省略している。 FIG. 2 shows a circuit diagram of the inverter 30. The circuit diagram of FIG. 2 is the same as the circuit diagram of the inverter 30 in FIG. In FIG. 2, as an example, it is assumed that the upper arm switching element (switching element 33) of the second phase (V phase) has a short circuit fault. In FIG. 2, the switching element 33 is drawn with a broken line to express a short circuit failure. In the following, in accordance with FIG. 2, expressions of the U phase, the V phase, and the W phase are used instead of the expressions of the first phase, the second phase, and the third phase. In addition, a phase including a switching element causing a short circuit failure is referred to as a “short circuit phase”, and a phase other than the short circuit phase is referred to as a non-short circuit phase. In FIG. 2, the voltage converter 20 and the inverter 47 are not shown.

先に述べたように、パワーコントローラ５０は、短絡チェックに先立って、全てのスイッチング素子にオフ信号を供給する。そうすると、短絡しているスイッチング素子を除き、電流は、ダイオード４１−４６が許容する一方向だけに流れることができる。短絡故障しているＶ相の上アームだけは、電流は双方向に流れることができる。このとき、インバータ３０とモータ８で電流が流れることができるのは、図２の矢印線Ａ１−Ａ３が示すループだけである。このループは、モータ８のＵ相コイルとＷ相コイル、Ｕ相とＷ相の上アームのダイオード４１、４５、短絡故障したＶ相上アームのスイッチング素子３３、Ｖ相コイルの順に流れる。ダイオード４１、４５により、電流は一方向にしか流れないこと、逆起電力の３相交流の和は常にゼロになることから、このとき、電流センサ９の計測電流は、図３に示すようになる。グラフＧ１がＵ相の電流を示し、グラフＧ２がＶ相の電流を示しており、Ｇ３がＷ相の電流を示している。縦軸は、電流であり、インバータ３０からモータ８への向きが、グラフ上の正方向に対応する。図５と図６にも同様の電流グラフを示すが、それらのグラフにおける符号は図３のグラフと同じである。 As described above, the power controller 50 supplies an off signal to all the switching elements prior to the short circuit check. Then, except for the switching element that is short-circuited, current can flow only in one direction allowed by the diodes 41-46. Only the upper arm of the V-phase that is short-circuited can flow in both directions. At this time, the current can flow through the inverter 30 and the motor 8 only in the loop indicated by the arrow line A1-A3 in FIG. This loop flows in the order of the U-phase coil and W-phase coil of the motor 8, the U-phase and W-phase upper arm diodes 41 and 45, the short-circuit faulty V-phase upper arm switching element 33, and the V-phase coil. Since the currents flow only in one direction due to the diodes 41 and 45, and the sum of the three-phase AC of the back electromotive force is always zero, the measured current of the current sensor 9 at this time is as shown in FIG. Become. The graph G1 indicates the U-phase current, the graph G2 indicates the V-phase current, and the G3 indicates the W-phase current. The vertical axis represents current, and the direction from the inverter 30 to the motor 8 corresponds to the positive direction on the graph. 5 and 6 also show similar current graphs, but the symbols in those graphs are the same as those in FIG.

Ｕ相とＷ相は、モータ８からインバータ３０に受けて電流が流れる（図２の矢印線Ａ１参照）。Ｖ相では、インバータ３０からモータ８へ向けて電流が流れる（図２の矢印線Ａ３参照）。モータ８で発生する逆起電力は交流であるが、電流が流れることができる方向は、図２の矢印線Ａ１−Ａ３の一方向だけであるので、逆起電力の電流は正負が反転しないように直流成分を有するようになる。即ち、電流はＵ相とＷ相では常に負値の正弦波となり、Ｖ相では常に正値の正弦波となる。モータ８の逆起電力は、そのエネルギにより、Ｕ相とＷ相の電流の平均値とＶ相の電流の平均値の間に電位差（直流成分）を生じさせ、インバータ３０とモータ８で作る電流経路の閉ループに交流を流すことになる。 In the U phase and the W phase, current flows from the motor 8 to the inverter 30 (see arrow line A1 in FIG. 2). In the V phase, a current flows from the inverter 30 toward the motor 8 (see arrow line A3 in FIG. 2). Although the back electromotive force generated by the motor 8 is alternating current, the current can flow only in one direction of the arrow line A1-A3 in FIG. Has a direct current component. That is, the current is always a negative sine wave in the U phase and the W phase, and is always a positive sine wave in the V phase. The back electromotive force of the motor 8 causes a potential difference (DC component) between the average value of the U-phase and W-phase currents and the average value of the V-phase currents due to the energy, and the current generated by the inverter 30 and the motor 8. AC will flow in the closed loop of the path.

Ｖ相（短絡相）の電流は、Ｕ相の電流とＷ相の電流を加えて正負の符号を逆転させたものに相当する。以上の理由により、図３に示すように、逆起電力に起因して３相を流れる電流はいずれの相でもゼロクロスしない。ゼロクロスとは、電流波形が電流値ゼロの線を横切ることである。「ゼロクロスしない」とは、別言すれば、電流の符号が逆転しないことである。 The V-phase (short-circuited) current corresponds to a current obtained by adding a U-phase current and a W-phase current and reversing the positive and negative signs. For the above reasons, as shown in FIG. 3, the current flowing through the three phases due to the back electromotive force does not zero-cross in any phase. Zero crossing means that a current waveform crosses a line having a current value of zero. In other words, “no zero crossing” means that the sign of the current is not reversed.

パワーコントローラ５０は、逆起電力に起因して生じる各相の電流がゼロクロスするか否かで短絡相を特定する。また、短絡相における電流の向きで、上アームのスイッチング素子が短絡故障しているのか、あるいは、下アームのスイッチング素子が短絡故障しているのかを識別する。図３から理解される通り、Ｖ相のスイッチング素子３３が短絡故障している場合、いずれの相の電流もゼロクロスしない。また、Ｖ相の上アームスイッチング素子３３が短絡故障しているので、Ｖ相の電流はインバータ３０からモータ８へと流れる。すなわち、Ｖ相の電流の大きさは正値となる。１相が短絡故障を生じている場合、その短絡相の電流が正値の場合（インバータ３０からモータ８に向けて電流が流れる場合）、上アームのスイッチング素子が短絡していると特定することができる。逆に、その短絡相の電流が負値の場合（モータ８からインバータ３０に向けて電流が流れる場合）、下アームのスイッチング素子が短絡していると判定することができる。別のスイッチング素子が短絡故障を生じている場合も、上記と同様のアルゴリズムで短絡故障のスイッチング素子を特定することができる。 The power controller 50 identifies the short-circuited phase based on whether or not the current of each phase generated due to the back electromotive force zero-crosses. In addition, the direction of the current in the short circuit phase identifies whether the upper arm switching element has a short circuit failure or the lower arm switching element has a short circuit failure. As understood from FIG. 3, when the V-phase switching element 33 is short-circuited, neither phase current zero-crosses. Further, since the V-phase upper arm switching element 33 is short-circuited, the V-phase current flows from the inverter 30 to the motor 8. That is, the magnitude of the V-phase current is a positive value. When one phase has a short-circuit fault, if the current in the short-circuit phase is positive (when current flows from the inverter 30 to the motor 8), specify that the switching element of the upper arm is short-circuited Can do. Conversely, when the current in the short-circuit phase is a negative value (when current flows from the motor 8 toward the inverter 30), it can be determined that the switching element of the lower arm is short-circuited. Even when another switching element has a short-circuit fault, the short-circuit fault switching element can be identified by the same algorithm as described above.

図２における矢印破線Ｃ１は、逆起電力による電圧がコンデンサ２５の両端電圧ＶＨを超えている場合の電流の流れを示している。矢印破線Ｃ１のように電流が流れてしまうと上記した短絡チェックのアルゴリズムは機能しない。なぜならば、逆起電力による電流が、コンデンサ２５を介してインバータ３０の正極線Ｐと負極線Ｎの間で流れてしまうからである。パワーコントローラ５０は、逆起電力の電圧がコンデンサ２５の両端電圧ＶＨを超える場合は、電圧コンバータ２０を駆動して両端電圧ＶＨを高める。コンデンサ２５の両端電圧調整については後に説明する。 An arrow broken line C <b> 1 in FIG. 2 indicates a current flow when the voltage due to the counter electromotive force exceeds the voltage VH across the capacitor 25. If a current flows as indicated by an arrow broken line C1, the above short-circuit check algorithm does not function. This is because a current due to the back electromotive force flows between the positive electrode line P and the negative electrode line N of the inverter 30 via the capacitor 25. When the voltage of the back electromotive force exceeds the voltage VH across the capacitor 25, the power controller 50 drives the voltage converter 20 to increase the voltage VH across the capacitor 25. The adjustment of the voltage across the capacitor 25 will be described later.

次に、図４に、Ｕ相とＶ相の下アームのスイッチング素子３２、３４が短絡故障した場合の電流の流れを示す。図４において、スイッチング素子３２、３４を破線で描き、短絡故障を表現している。この場合、逆起電力に起因する電流が流れる経路は次の２つである。一つは、短絡故障したＵ相下アームのスイッチング素子３２を通り、次いでＶ相下アームのダイオード４４とＷ相下アームのダイオード４６を通ってモータ８に戻る経路である（矢印線Ｂ１参照）。別の一つは、短絡故障したＶ相下アームのスイッチング素子３４を通り、次いでＵ相下アームのダイオード４２とＷ相下アームのダイオード４６を通ってモータ８に戻る経路である（矢印線Ｂ２参照）。この場合は、矢印線Ｂ３が示すように、短絡相であるＵ相とＶ相には電流が双方向に流れ得る。一方、非短絡相であるＷ相は、インバータ３０からモータ８へ、即ち正方向の一方向にしか流れることができない。図５に、スイッチング素子３２、３４が短絡故障した場合の逆起電力に起因する電流のグラフを示す。図５に示すように、モータ８が発生する逆起電力は、そのエネルギにより、一方向にしか電流が流れることのできないＷ相の電流平均値とＵ相とＶ相の電流平均値との間に電位差を生じさせ、Ｗ相にも交流が流れるようにする。 Next, FIG. 4 shows a current flow when the switching elements 32 and 34 of the lower arms of the U phase and the V phase are short-circuited. In FIG. 4, the switching elements 32 and 34 are drawn with broken lines to express a short circuit failure. In this case, there are the following two paths through which the current caused by the counter electromotive force flows. One is a path that passes through the switching element 32 of the U-phase lower arm that has a short-circuit failure and then returns to the motor 8 through the diode 44 of the V-phase lower arm and the diode 46 of the W-phase lower arm (see arrow line B1). . The other is a path that passes through the switching element 34 of the V-phase lower arm that has a short-circuit failure, and then returns to the motor 8 through the diode 42 of the U-phase lower arm and the diode 46 of the W-phase lower arm (arrow line B2). reference). In this case, as indicated by the arrow line B3, current can flow bidirectionally in the U phase and the V phase, which are short-circuited phases. On the other hand, the W phase, which is a non-short circuit phase, can only flow from the inverter 30 to the motor 8, that is, in one direction of the positive direction. FIG. 5 shows a graph of current caused by the back electromotive force when the switching elements 32 and 34 are short-circuited. As shown in FIG. 5, the back electromotive force generated by the motor 8 is between the current average value of the W phase and the current average value of the U phase and the V phase, in which current can flow only in one direction due to the energy. A potential difference is caused to flow so that alternating current also flows in the W phase.

図５に示すように、Ｕ相とＶ相の下アームスイッチング素子３２、３４が短絡故障している場合、Ｕ相とＶ相の電流はゼロクロスするが、非短絡相であるＷ相はゼロクロスしない。また、非短絡相であるＷ相の電流は正値（インバータからモータへ電流が流れる）となり、短絡相であるＵ相とＶ相は、双方向に電流が流れる。２相短絡の場合、非短絡相の電流が正値の場合（インバータ３０からモータ８に向けて電流が流れる場合）、短絡相の下アームのスイッチング素子が短絡していると判定することができる。逆に、非短絡相の電流が負値の場合（モータ８からインバータ３０に向けて電流が流れる場合）、短絡相の上アームのスイッチング素子が短絡していると判定することができる。他の組み合わせの２相で短絡故障が生じている場合も、上記と同じアルゴリズムで短絡したスイッチング素子を特定することができる。 As shown in FIG. 5, when the U-phase and V-phase lower arm switching elements 32 and 34 are short-circuited, the U-phase and V-phase currents cross zero, but the non-short-circuited W phase does not zero-cross. . In addition, the W-phase current that is a non-short-circuited phase has a positive value (current flows from the inverter to the motor), and the U-phase and V-phase that are short-circuited flow in both directions. In the case of a two-phase short circuit, when the current in the non-short circuit phase is a positive value (when the current flows from the inverter 30 toward the motor 8), it can be determined that the switching element of the lower arm of the short circuit phase is short-circuited. . Conversely, when the current in the non-short circuit phase is a negative value (when the current flows from the motor 8 toward the inverter 30), it can be determined that the switching element of the upper arm of the short circuit phase is short-circuited. Even when a short-circuit fault occurs in another combination of the two phases, the short-circuited switching element can be identified by the same algorithm as described above.

図６に、上アームの全てのスイッチング素子３１、３３、３５が短絡故障した場合の電流グラフを示す。３相が短絡故障していると、いずれの相でも双方向に電流が流れることができる。それゆえ、３相各相の電流グラフは平均値ゼロの正弦波となる。このとき、３相全ての電流がゼロクロスすることになる。下アームの全てのスイッチング素子３２、３４、３６が短絡故障した場合の電流グラフも図６と同じになる。 FIG. 6 shows a current graph when all the switching elements 31, 33, and 35 of the upper arm are short-circuited. If the three phases are short-circuited, current can flow bidirectionally in any phase. Therefore, the current graph of each of the three phases is a sine wave with an average value of zero. At this time, the currents of all three phases are zero-crossed. The current graph when all the switching elements 32, 34, and 36 of the lower arm are short-circuited is also the same as FIG.

以上の例から、逆起電力に起因して流れる電流の状態と短絡相との間には、次の関係があることがわかる。（１）モータ８の逆起電力によって発生する３相交流電流の全てがゼロクロスする場合、３相の全ての上アームスイッチング素子、又は、３相の全ての下アームスイッチング素子が短絡故障を生じている。（２）３相交流電流のうち、２相がゼロクロスする場合は、３相のうちのいずれか２相の上アームスイッチング素子又は２相の下アームスイッチング素子が短絡故障を生じている。このとき、ゼロクロスしている相で短絡故障が生じている。（３）３相交流電流の全てがゼロクロスしない場合は、３相のうちの１相の上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の一方が短絡故障を生じている。このとき、いずれか２相の電流は常に正値あるいは負値であり、残りの１相の電流は、先の２相の電流とは逆の符号を有する。他の２相と電流の向きが異なる相で短絡故障が生じている。 From the above examples, it can be seen that there is the following relationship between the state of the current flowing due to the back electromotive force and the short-circuited phase. (1) When all of the three-phase AC current generated by the back electromotive force of the motor 8 crosses zero, all three-phase upper arm switching elements or all three-phase lower arm switching elements cause a short-circuit fault. Yes. (2) When two phases of the three-phase alternating currents are zero-crossed, a short-circuit fault has occurred in any two-phase upper arm switching element or two-phase lower arm switching element of the three phases. At this time, a short-circuit failure has occurred in the zero-crossing phase. (3) When all of the three-phase alternating currents do not zero-cross, one of the upper arm switching element and the lower arm switching element of one of the three phases has a short circuit failure. At this time, any two-phase current is always positive or negative, and the remaining one-phase current has a sign opposite to that of the previous two-phase current. A short-circuit fault has occurred in the phase in which the current direction is different from the other two phases.

さらに、短絡相が判明すれば、電流の向きによって、上アームのスイッチング素子が短絡しているのか、下アームのスイッチング素子が短絡しているのか、次の通り判明する。（４）１相短絡の場合、短絡相の電流がインバータ３０からモータ８へ向けて流れているのであれば上アームのスイッチング素子が短絡故障を生じており、短絡相の電流がモータ８からインバータ３０へ向けて流れているのであれば下アームのスイッチング素子が短絡故障を生じている。（５）２相短絡の場合、非短絡相の電流がインバータ３０からモータ８へ向けて流れているのであれば下アームのスイッチング素子が短絡故障を生じており、非短絡相の電流がモータ８からインバータ３０へ向けて流れているのであれば上アームのスイッチング素子が短絡故障を生じている。 Furthermore, if the short-circuited phase is found, whether the upper-arm switching element is short-circuited or the lower-arm switching element is short-circuited is determined according to the current direction as follows. (4) In the case of a single-phase short circuit, if the short-circuit current flows from the inverter 30 to the motor 8, the switching element of the upper arm has a short-circuit failure, and the short-circuit current is transferred from the motor 8 to the inverter. If it is flowing toward 30, the switching element of the lower arm has a short circuit failure. (5) In the case of a two-phase short circuit, if a non-short-circuit current flows from the inverter 30 toward the motor 8, the switching element of the lower arm has a short-circuit failure, and the non-short-circuit current is If the current flows from the inverter to the inverter 30, the switching element of the upper arm has a short circuit failure.

以上説明したように、逆起電力に起因する電流が流れる向きによって、上アームのスイッチング素子が短絡故障しているのか、下アームのスイッチング素子が短絡しているのかを判別することができる。なお、上アームの全てのスイッチング素子が短絡している場合、あるいは、下アームの全てのスイッチング素子が短絡している場合は、上アームと下アームのどちらが短絡故障しているかを判別する必要がない。逆起電力に起因する電流は３相に分散して流れるのでそのまま放置してよいからである。また、上アームのいずれかのスイッチング素子と下アームのいずれかのスイッチング素子が短絡している場合は、メインバッテリ３の出力端子が短絡してしまうので、システムメインリレー４を開くしかない。本実施例で想定しているのは、メインバッテリ３を接続したままで、モータ８の逆起電力に起因する電流を、上アームまたは下アームの３相に分散させることである。上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子が短絡している態様は、本実施例の対象外であり、別の技術を使って対策すればよい。インバータ４７についても同様の短絡チェックを行うことができる。 As described above, it is possible to determine whether the switching element of the upper arm is short-circuited or the switching element of the lower arm is short-circuited according to the direction in which the current caused by the counter electromotive force flows. When all the switching elements of the upper arm are short-circuited, or when all the switching elements of the lower arm are short-circuited, it is necessary to determine which of the upper arm and the lower arm is short-circuited. Absent. This is because the current caused by the counter electromotive force flows in three phases and can be left as it is. Further, when any one of the switching elements of the upper arm and the switching element of the lower arm are short-circuited, the output terminal of the main battery 3 is short-circuited, so the system main relay 4 must be opened. In the present embodiment, it is assumed that the current caused by the counter electromotive force of the motor 8 is distributed to the three phases of the upper arm or the lower arm while the main battery 3 is connected. A mode in which the switching element of the upper arm and the switching element of the lower arm are short-circuited is out of the scope of the present embodiment, and a countermeasure may be taken using another technique. A similar short-circuit check can be performed for the inverter 47 as well.

逆起電力を利用した短絡チェックの処理を、図７と図８のフローチャートを参照して改めて説明する。図７は、短絡チェック前にパワーコントローラ５０がコンデンサ２５の両端電圧を調整する処理である。なお、厳密には、図７のフローチャートにおけるステップＳ１２からＳ１６までの処理が、両端電圧の調整処理である。ステップＳ１７は短絡チェック処理であり、ステップＳ１８は、上アームと下アームのいずれかの３相のスイッチング素子をオンさせて逆起電力による電流を３相に分散させる処理である。 The short-circuit check process using the back electromotive force will be described again with reference to the flowcharts of FIGS. FIG. 7 shows a process in which the power controller 50 adjusts the voltage across the capacitor 25 before the short circuit check. Strictly speaking, the processing from steps S12 to S16 in the flowchart of FIG. Step S17 is a short-circuit check process, and step S18 is a process of turning on the three-phase switching element of either the upper arm or the lower arm to disperse the current due to the back electromotive force in three phases.

先に述べたように、短絡チェックは、各相に流れる逆起電力の電流の大きさで短絡相を特定する処理である。逆起電力の電圧がコンデンサ２５の両端電圧ＶＨよりも高いと、コンデンサ２５を通じて正極線Ｐと負極線Ｎの間に電流が流れてしまい、上記した短絡チェックが適切に行われない。それゆえ、パワーコントローラ５０は、短絡チェックを実行するのに先立って、両端電圧ＶＨが逆起電力の電圧を上回るように電圧コンバータ２０を制御する。その処理のフローチャートが図７である。 As described above, the short circuit check is a process of identifying the short circuit phase by the magnitude of the back electromotive force current flowing in each phase. If the voltage of the back electromotive force is higher than the voltage VH across the capacitor 25, a current flows between the positive line P and the negative line N through the capacitor 25, and the above-described short circuit check is not properly performed. Therefore, before executing the short circuit check, the power controller 50 controls the voltage converter 20 so that the voltage VH between both ends exceeds the voltage of the counter electromotive force. A flowchart of the processing is shown in FIG.

図７の処理は、パワーコントローラ５０がインバータ３０で短絡故障が生じていることを検知したときに開始される。パワーコントローラ５０は、例えば、インバータ３０の３相交流出力が所定の異常を生じているときに短絡故障が生じていると判断する。本実施例では、短絡しているアームを特定する処理に着目しているので、短絡故障の検知のアルゴリズムの例については説明を割愛する。 The process of FIG. 7 is started when the power controller 50 detects that a short circuit failure has occurred in the inverter 30. For example, the power controller 50 determines that a short-circuit failure has occurred when the three-phase AC output of the inverter 30 causes a predetermined abnormality. In the present embodiment, attention is paid to the process of identifying the arm that is short-circuited, and therefore an explanation of an example of an algorithm for detecting a short-circuit fault will be omitted.

パワーコントローラ５０は、短絡故障を検知すると、まず、インバータ３０の全スイッチング素子にオフ信号を供給する（Ｓ１２）。次にパワーコントローラ５０は、逆起電力の電圧を算出する（Ｓ１３）。逆起電力の電圧は、モータ８の回転数に既知の定数（逆起定数）を乗じた値である。次にパワーコントローラ５０は、算出された逆電力の電圧とコンデンサ２５の両端電圧ＶＨを比較する（Ｓ１４）。ＰＣＵ５はコンデンサ２５の両端電圧ＶＨを計測する電圧センサを備えており、パワーコントローラ５０は、その電圧センサから両端電圧ＶＨを得る。 When the power controller 50 detects a short circuit failure, it first supplies an off signal to all the switching elements of the inverter 30 (S12). Next, the power controller 50 calculates the voltage of the counter electromotive force (S13). The voltage of the counter electromotive force is a value obtained by multiplying the rotational speed of the motor 8 by a known constant (back electromotive constant). Next, the power controller 50 compares the calculated reverse power voltage with the voltage VH across the capacitor 25 (S14). The PCU 5 includes a voltage sensor that measures the voltage VH across the capacitor 25, and the power controller 50 obtains the voltage VH across the voltage sensor.

パワーコントローラ５０は、両端電圧ＶＨが逆起電力の電圧よりも低い場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、電圧制限を解除し（Ｓ１５）、電圧コンバータ２０を作動させる（Ｓ１６）。ここで、制限電圧とは、力行時の電圧コンバータ２０の出力電圧の上限値である。力行時は電圧コンバータ２０とインバータ３０のスイッチング素子に大電流が流れ続けるので、それらのスイッチング素子が過負荷とならないように、電圧コンバータ２０に制限電圧が設けられている。短絡チェックの場合は短時間で済むので、仮に逆起電力の電圧がその制限電圧よりも高い場合には、その制限電圧を解除しても、スイッチング素子に加わる熱負荷は許容される。パワーコントローラ５０は、両端電圧ＶＨが逆起電力の電圧よりも高くなるように、電圧コンバータ２０を制御する。このとき、パワーコントローラ５０は、電圧コンバータ２０の出力電圧が、ハイブリッド車２の力行時の電圧コンバータ２０の出力電圧の上限を規定する制限電圧を超えることを許容する。その後、パワーコントローラ５０は短絡チェックを開始する（Ｓ１７）。一方、ステップＳ１４において、両端電圧ＶＨが逆起電力の電圧よりも高い場合には、パワーコントローラ５０は、ステップＳ１５、Ｓ１６をスキップし、短絡チェックを開始する（Ｓ１４：ＮＯ、Ｓ１７）。 When the both-ends voltage VH is lower than the counter electromotive force voltage (S14: YES), the power controller 50 releases the voltage restriction (S15) and operates the voltage converter 20 (S16). Here, the limit voltage is an upper limit value of the output voltage of the voltage converter 20 during power running. Since a large current continues to flow through the switching elements of the voltage converter 20 and the inverter 30 during power running, a limiting voltage is provided in the voltage converter 20 so that these switching elements do not become overloaded. In the case of the short-circuit check, a short time is sufficient. If the voltage of the counter electromotive force is higher than the limit voltage, the thermal load applied to the switching element is allowed even if the limit voltage is released. The power controller 50 controls the voltage converter 20 so that the both-ends voltage VH is higher than the back electromotive force voltage. At this time, the power controller 50 allows the output voltage of the voltage converter 20 to exceed the limit voltage that defines the upper limit of the output voltage of the voltage converter 20 during the power running of the hybrid vehicle 2. Thereafter, the power controller 50 starts a short circuit check (S17). On the other hand, in step S14, when the both-ends voltage VH is higher than the back electromotive force voltage, the power controller 50 skips steps S15 and S16 and starts a short circuit check (S14: NO, S17).

次に、図８を参照して、短絡チェックの処理を説明する。パワーコントローラ５０は、インバータ３０の３相各相の電流値を電流センサ９から取得する（Ｓ２２）。パワーコントローラ５０は、所定時間の間、電流センサ９の計測値を蓄積し、電流の時系列データを得る。そして、パワーコントローラ５０は、得られた３相各相の電流の時系列データから、ゼロクロスする相の数を判定する（Ｓ２３）。パワーコントローラ５０は、ゼロクロスする相が無い場合には１相短絡状態であると判定する（Ｓ２４）。パワーコントローラ５０は、２相の電流がゼロクロスする場合、いずれか２相で短絡故障が生じていると判定する（Ｓ２５）。パワーコントローラ５０は、３相の全ての電流がゼロクロスしている場合は、３相の全てで短絡故障が生じていると判定する（Ｓ２６）。 Next, a short check process will be described with reference to FIG. The power controller 50 acquires the current values of the three phases of the inverter 30 from the current sensor 9 (S22). The power controller 50 accumulates the measurement value of the current sensor 9 for a predetermined time, and obtains time series data of current. Then, the power controller 50 determines the number of phases that are zero-crossed from the obtained time-series data of the currents of the three phases (S23). The power controller 50 determines that the one-phase short-circuit state is present when there is no phase that zero-crosses (S24). When the two-phase currents zero-cross, the power controller 50 determines that a short-circuit failure has occurred in any two phases (S25). When all the currents of the three phases are zero-crossed, the power controller 50 determines that a short circuit fault has occurred in all of the three phases (S26).

１相短絡の場合（Ｓ２４）、パワーコントローラ５０は、他の２相と電流の向きが異なる相が短絡相であると判定する。パワーコントローラ５０は、その短絡相の電流の大きさが正値であれば、上アームのスイッチング素子が短絡していると判定し（Ｓ２７、Ｓ２９）、電流の大きさが負値であれば、下アームのスイッチング素子が短絡していると判定する（Ｓ２７、Ｓ３０）。 In the case of a one-phase short circuit (S24), the power controller 50 determines that a phase having a current direction different from that of the other two phases is a short circuit phase. If the magnitude of the short-circuit current is a positive value, the power controller 50 determines that the switching element of the upper arm is short-circuited (S27, S29), and if the magnitude of the current is a negative value, It is determined that the switching element of the lower arm is short-circuited (S27, S30).

２相短絡の場合（Ｓ２５）、パワーコントローラ５０は、ゼロクロスしている２相が短絡相であると判定する。パワーコントローラ５０は、非短絡相（ゼロクロスしていない相）の電流の大きさが負値であれば、上アームのスイッチング素子が短絡していると判定し（Ｓ２８、Ｓ２９）、電流の大きさが正値であれば、下アームのスイッチング素子が短絡していると判定する（Ｓ２８、Ｓ３０）。 In the case of a two-phase short circuit (S25), the power controller 50 determines that the two phases that are zero-crossing are the short circuit phases. The power controller 50 determines that the switching element of the upper arm is short-circuited if the magnitude of the current in the non-short-circuited phase (phase that is not zero-crossed) is a negative value (S28, S29), and the magnitude of the current If is a positive value, it is determined that the switching element of the lower arm is short-circuited (S28, S30).

こうして、パワーコントローラ５０は、短絡相と、その短絡相が上アームで短絡が生じているのか、あるいは、下アームで短絡が生じているのかを特定する。即ち、パワーコントローラ５０は、短絡しているスイッチング素子を特定する。３相短絡の場合（Ｓ２６）は、パワーコントローラ５０は、何もせずに短絡チェックを終える。 Thus, the power controller 50 specifies the short-circuited phase and whether the short-circuited phase is short-circuited in the upper arm or the short-circuited in the lower arm. That is, the power controller 50 identifies the switching element that is short-circuited. In the case of a three-phase short circuit (S26), the power controller 50 ends the short circuit check without doing anything.

図７のフローチャートに戻る。パワーコントローラ５０は、短絡チェック（Ｓ１７）を終えると、電圧コンバータ２０を停止する（Ｓ１８）。そしてパワーコントローラ５０は、次に３相オン制御に移行する（Ｓ１９）。１相短絡あるいは２相短絡の場合、パワーコントローラ５０は、短絡故障のスイッチング素子が上アームのスイッチング素子であれば、非短絡相の上アームのスイッチング素子をオンさせる。また、短絡故障のスイッチング素子が下アームのスイッチング素子であれば、パワーコントローラ５０は、非短絡相の下アームのスイッチング素子をオンさせる。３相短絡の場合、パワーコントローラ５０は、何もせず３相オン制御（Ｓ１８）を通過する。 Returning to the flowchart of FIG. After completing the short circuit check (S17), the power controller 50 stops the voltage converter 20 (S18). Then, the power controller 50 proceeds to three-phase on control (S19). In the case of the one-phase short circuit or the two-phase short circuit, the power controller 50 turns on the upper arm switching element in the non-short circuit phase if the short circuit fault switching element is the upper arm switching element. Further, if the short-circuit fault switching element is the lower-arm switching element, the power controller 50 turns on the lower-arm switching element of the non-short-circuiting phase. In the case of a three-phase short circuit, the power controller 50 does nothing and passes the three-phase on control (S18).

ステップＳ１９の結果、インバータ３０は、上アームと下アームのいずれか一方が３相オンの状態となり、他方が３相オフの状態となる。モータ８の逆起電力に起因する電流は、３相オンのアームを流れる。このとき、電流は３相に分散される。その結果、特定の相に熱負荷が集中することが回避される。また、上アームと下アームのいずれか一方が全てオフであるので、インバータ３０の正極線Ｐと負極線Ｎが短絡しない。それゆえ、システムメインリレー４（図１参照）を閉じたままとすることができ、他方のインバータ（インバータ４７）を利用し続けることができる。即ち、ハイブリッド車２は、インバータ３０で短絡故障が生じた場合、モータ８の逆起電力による電流を分散させつつ、メインバッテリ３とインバータ４７を使ってモータ４８を駆動することができる。 As a result of step S19, in the inverter 30, either the upper arm or the lower arm is in the three-phase on state, and the other is in the three-phase off state. The current resulting from the back electromotive force of the motor 8 flows through the three-phase on arm. At this time, the current is dispersed in three phases. As a result, it is avoided that the heat load is concentrated on a specific phase. In addition, since either one of the upper arm and the lower arm is all off, the positive line P and the negative line N of the inverter 30 are not short-circuited. Therefore, the system main relay 4 (see FIG. 1) can be kept closed, and the other inverter (inverter 47) can continue to be used. That is, when a short circuit failure occurs in the inverter 30, the hybrid vehicle 2 can drive the motor 48 using the main battery 3 and the inverter 47 while dispersing the current due to the counter electromotive force of the motor 8.

実施例で説明した技術の留意点を述べる。実施例の技術は、次の故障モードを区別する。（１）インバータのいずれか１相のスイッチング素子が短絡している場合、（２）上アームのいずれか２相のスイッチング素子が短絡している場合、（３）下アームのいずれか２相のスイッチング素子が短絡している場合、（４）上アームと下アームのいずれか一方で３相全てのスイッチング素子が短絡している場合。他の故障モードは、本明細書が開示する技術とは別の技術で判定すればよい。 Points to be noted for the technology described in the embodiments will be described. The example technique distinguishes between the following failure modes: (1) When any one phase switching element of the inverter is short-circuited, (2) When any two-phase switching element of the upper arm is short-circuited, (3) Any two-phase switching element of the lower arm When switching elements are short-circuited, (4) When all three-phase switching elements are short-circuited on either the upper arm or the lower arm. Other failure modes may be determined by a technique different from the technique disclosed in this specification.

実施例の技術の一つの適用先が、上記実施例で説明したように、モータを含む２個以上の走行用駆動源を有する電動車両である。実施例の電動車両はハイブリッド車であり、２個の駆動源としてエンジンとモータを備える。２個の駆動源は２個のモータであってもよい。実施例のハイブリッド車は、車輪とモータが常時連結している構造を有する。２個の駆動源を有する電動車両の場合、１個のモータのインバータが短絡故障を生じても残りの駆動源で走行を継続することができる。その場合、モータは逆駆動状態となり逆起電力を発生する。逆起電力による電流が短絡故障した相に集中して流れると熱負荷が増大する。逆起電力による電流はインバータの３相に分散させることが望ましい。実施例の技術は、そのような電動車両において、インバータが短絡故障を生じた場合に、メインバッテリを切り離すことなく、モータの逆起電力による電流を故障したインバータの３相に分散させることができる。即ち、故障したインバータに接続されたモータの逆起電力による電流を分散させつつ、他の駆動源で走行を継続することができる。 One application of the technology of the embodiment is an electric vehicle having two or more driving sources including a motor as described in the above embodiment. The electric vehicle according to the embodiment is a hybrid vehicle, and includes an engine and a motor as two drive sources. The two drive sources may be two motors. The hybrid vehicle of the embodiment has a structure in which wheels and a motor are always connected. In the case of an electric vehicle having two drive sources, it is possible to continue running with the remaining drive sources even if a short circuit failure occurs in the inverter of one motor. In this case, the motor is in a reverse drive state and generates a back electromotive force. If the current due to the counter electromotive force is concentrated on the short-circuited phase, the heat load increases. It is desirable to distribute the current due to the back electromotive force in the three phases of the inverter. The technology of the embodiment can distribute the current due to the back electromotive force of the motor to the three phases of the failed inverter without disconnecting the main battery when the inverter has a short circuit failure in such an electric vehicle. . That is, it is possible to continue traveling with another drive source while dispersing the current due to the counter electromotive force of the motor connected to the failed inverter.

実施例の技術は、駆動源として１個のモータを有する電動車両に対しても適用することができる。例えば、実施例の技術は、インバータが故障して電動車両がけん引される際、逆起電力による電流をインバータ内で分散させることができる。 The technology of the embodiment can also be applied to an electric vehicle having one motor as a drive source. For example, according to the technology of the embodiment, when the inverter fails and the electric vehicle is towed, the current caused by the back electromotive force can be distributed in the inverter.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

２：ハイブリッド車
３：メインバッテリ
５：インバータ
６：エンジン
７：動力分配機構
８：走行用モータ
９、９ａ、９ｂ、９ｃ：電流センサ
２０：電圧コンバータ回路
２２、２３：スイッチング素子
３０：インバータ主回路
３１−３６：スイッチング素子
５０：パワーコントローラ
５１：目標値生成回路
５２：差分器
５３：信号生成部
５４：異常検知部
６０：ＨＶコントローラ 2: Hybrid vehicle 3: Main battery 5: Inverter 6: Engine 7: Power distribution mechanism 8: Driving motors 9, 9a, 9b, 9c: Current sensor 20: Voltage converter circuit 22, 23: Switching element 30: Inverter main circuit 31-36: Switching element 50: Power controller 51: Target value generation circuit 52: Difference unit 53: Signal generation unit 54: Abnormality detection unit 60: HV controller

Claims

A voltage converter that boosts the voltage of the DC power supply;
Each of the upper arm and the lower arm of each phase has a switching element, an inverter that converts the DC power boosted by the voltage converter into AC power,
A traveling motor connected to the AC output terminal of the inverter;
A capacitor connected in parallel between the voltage converter and the inverter;
A controller that performs a short circuit check of the switching element using a back electromotive force of the motor;
With
The controller controls the voltage converter so that a voltage across the capacitor is higher than a voltage of the back electromotive force when performing a short circuit check of the switching element.

2. The electric vehicle according to claim 1, wherein the controller allows the output voltage of the voltage converter to exceed a limit voltage that defines an upper limit of the output voltage of the voltage converter during powering of the electric vehicle. .

The controller, as the short circuit check,
Supply an off signal to all switching elements,
When all three-phase AC current generated by the back electromotive force of the motor crosses zero, all three-phase upper arm switching elements or all three-phase lower arm switching elements cause a short-circuit fault. It is determined that
When two phases of the three-phase alternating current are zero-crossed, it is determined that the switching element of the upper arm or the lower arm of any two phases of the three phases has a short circuit failure,
When all of the three-phase alternating currents do not cross zero, it is determined that one of the upper-arm switching element and the lower-arm switching element of one of the three phases has a short-circuit fault.
The electric vehicle according to claim 1, wherein the vehicle is an electric vehicle.

The controller is
When it is determined that the two-phase switching element among the three phases has a short circuit failure,
When the current of the non-short circuit phase flows from the inverter toward the motor, it is determined that the switching element of the lower arm has caused a short circuit failure,
When the current of the non-short circuit phase is flowing from the motor toward the inverter, it is determined that the switching element of the upper arm has caused a short circuit failure,
When it is determined that one of the three phases has a short circuit fault,
When a short-circuit current is flowing from the inverter toward the motor, it is determined that the switching element of the upper arm has caused a short-circuit fault,
When a short-circuit current is flowing from the motor toward the inverter, it is determined that the switching element of the lower arm has caused a short-circuit failure.
The electric vehicle according to claim 3.

After the controller performs the short circuit check,
Stop said voltage converter,
Supplying an ON signal to the switching element of the non-short-circuited phase of the arm on the short-circuit fault side,
The electric vehicle according to claim 4.