JP2016161478A - コンタクタの故障判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出した電圧に基づいて故障の有無を判定するコンタクタ故障判定装置において、電圧検出部の故障の有無を判定すること。【解決手段】故障判定対象のコンタクタ３１０，３１２，３１４は、バッテリ３０の両極から延びる電源ライン３０４，３０６に設けられている。それぞれのコンタクタのオンオフ状態を切り換え、平滑化コンデンサ１８４の電圧変化を検出する。このとき、電圧が所定の時間変化率未満で変化した場合にはコンタクタが故障していると判定するとともに、電圧が所定の時間変化率以上で変化した場合には電圧検出手段が故障していると判定する。【選択図】図４

Description

本発明は、バッテリに接続されたコンタクタの故障を判定するコンタクタの故障判定装置に関する。

従来、電気自動車やハイブリット自動車などの電動車の駆動用電源として搭載されるバッテリは、複数の電池セルを直列に接続した組電池によって構成されている。このようなバッテリは、事故など不測の事態が発生した際に高電圧電源であるバッテリを外部から隔離するため、バッテリと負荷機器（例えばインバータ等）との間にコンタクタ（正側コンタクタおよび負側コンタクタ）が設けられている。
また、このような高電圧電源回路では電源起動時に突入電流が生じる可能性があるため、正側コンタクタまたは負側コンタクタと並列にプリチャージコンタクタと制限抵抗を設けて、突入電流を抑制している。

上記のコンタクタは電源回路の安全機構であり、これらのコンタクタが正常に動作するかを定期的にチェックする必要がある。このため、電動車の起動時（高電圧の電源供給の起動時）および終了時（高電圧の電源供給の終了時）にコンタクタを開閉して、コンタクタに故障が生じていないかを判定している。なお、電動車の起動時および終了時にコンタクタの故障判定を行うのは、電動車の走行中（高電圧使用中）には負荷に対して安定して電力を入出力する必要があり、コンタクタの開閉を行うことができないためである。

例えば、下記特許文献１では、正極コンタクタ、負極コンタクタ、およびプリチャージコンタクタに対して車両起動のための起動時指令を出力するタイミングで負極コンタクタおよびプリチャージコンタクタの溶着異常を診断するとともに、車両停止のための停止時指令を出力するタイミングで正極コンタクタの溶着異常を診断する技術が開示されている。

特開２０１３−１６９０８７号公報

上述した従来技術では、コンタクタのオンオフ制御状態とコンデンサ電圧の変化とに基づいてコンタクタの故障（溶着）を判定しているが、コンデンサ電圧を検出する電圧検出部に故障については考慮されていない。電圧検出部に故障が生じた場合、コンデンサ電圧が正しく検出できていないことを検知することができず、コンタクタの故障判定を正しく行うことができないという課題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、検出した電圧に基づいて故障の有無を判定するコンタクタ故障判定装置において、電圧検出部の故障の有無を判定することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかるコンタクタの故障判定装置は、バッテリの正極から延びる正極側電源ライン上または前記バッテリの負極から延びる負極側電源ライン上に設けられたコンタクタの故障を判定するコンタクタの故障判定装置であって、一端を前記正極側電源ラインに他端を前記負極側電源ラインに接続されたコンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、前記コンタクタのオンオフ制御状態と前記電圧とに基づいて前記コンタクタの故障の有無を判定するとともに、前記電圧の時間変化率に基づいて前記電圧検出手段の故障の有無を判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする。
請求項２の発明にかかるコンタクタの故障判定装置は、前記故障判定手段は、前記コンタクタが所定のオンオフ制御状態である際に前記電圧が所定の時間変化率未満で変化した場合に前記コンタクタが故障していると判定するとともに、前記電圧が前記所定の時間変化率以上で変化した場合に前記電圧検出手段の故障と判定する、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかるコンタクタの故障判定装置は、前記故障判定手段は、前記電圧が前記所定の時間変化率以上で下降した場合に前記電圧検出手段が地絡または断線していると判定する、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかるコンタクタの故障判定装置は、前記故障判定手段は、前記電圧が前記所定の時間変化率以上で上昇した場合に前記電圧検出手段が天絡していると判定する、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかるコンタクタの故障判定装置は、前記コンタクタは、前記バッテリおよび前記バッテリからの電力供給を受けて稼働するインバータとの間を結ぶコンタクタであり、前記正極側電源ラインに設けられた正側コンタクタと、前記負極側電源ラインに設けられた負側コンタクタと、前記正側コンタクタまたは前記負側コンタクタと並列に設けられたプリチャージコンタクタと、であり、前記コンデンサは、前記インバータの平滑化コンデンサである、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、コンタクタの故障の有無とともに電圧検出手段の故障の有無を判定するので、電圧検出手段の故障によるコンタクタ故障の誤判定を防止してコンタクタ故障判定の精度を向上させることができる。
請求項２の発明によれば、コンデンサの電圧が所定の時間変化率未満で変化した場合にコンタクタが故障していると判定し、所定の時間変化率以上で変化した場合に電圧検出手段の故障と判定するので、コンタクタの故障判定と電圧検出手段の故障判定とを同時に行うことができ、従来のコンタクタ故障判定のステップを変更せずに電圧検出手段の故障判定を行うことができる。
請求項３の発明によれば、電圧検出手段の故障が地絡または断線であることを他の故障と区別して判定することができる。
請求項４の発明によれば、電圧検出手段の故障が天絡であることを他の故障と区別して判定することができる。
請求項５の発明によれば、インバータに設けられた平滑化コンデンサを利用してコンタクタの故障判定を行うことができ、故障判定のために新たな構成を追加することなくコンタクタの故障の有無を判定することができる。

コンタクタ故障判定装置１０が搭載された電動車２０の構成を示す説明図である。 高電圧の電源供給の起動時における故障判定処理を示すタイムチャートである。 高電圧の電源供給の起動時における故障判定処理を示すタイムチャートである。 高電圧の電源供給の起動時における故障判定処理を示すタイムチャートである。 高電圧の電源供給の起動時における故障判定処理を示すタイムチャートである。 高電圧の電源供給の終了時における故障判定処理を示すタイムチャートである。 コンタクタ故障判定装置の他の適用例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるコンタクタの故障判定装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
本実施の形態では、本発明にかかるコンタクタの故障判定装置をバッテリと負荷機器（インバータ）との間を結ぶコンタクタの故障判定に用いる場合について説明する。

（実施の形態）
＜コンタクタ故障判定装置１０の構成＞
図１は、コンタクタ故障判定装置１０が搭載された電動車２０の構成を示す説明図である。
実施の形態にかかるコンタクタ故障判定装置１０は、電圧検出手段によって検出されたコンデンサ電圧に基づいて、電動車２０の車両ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１２で後述する故障判定処理を行うことによって実現する。
本実施の形態では、電動車２０は動力の一部をモータ１６で発生させて走行するハイブリット自動車であり、電動車２０の起動および終了は、運転者によるイグニッションスイッチ１４のオンオフ操作によって行われる。

バッテリ３０は、モータ１６の駆動用電源として電動車２０に搭載されている。
バッテリ３０は、複数の電池セルＣ１〜Ｃｎが直列に接続された組電池が単一の筐体内に収容されている。バッテリ３０の正極側には正極側電源ライン３０４が、負極側には負極側電源ライン３０６が、それぞれ接続されている。正極側電源ライン３０４の他端側にはバッテリ３０が電力を供給する負荷機器（本実施の形態ではインバータ１８）の正極が、負極側電源ライン３０６の他端側には負荷機器の負極が、それぞれ接続される。
バッテリ３０は高電圧電源であり、本実施の形態では電池電圧が３００Ｖであるものとする。

正極側電源ライン３０４上には正側コンタクタ３１０とプリチャージコンタクタ３１２とが並列に設けられている。また、負極側電源ライン３０６上には負側コンタクタ３１４が設けられている。
すなわち、本実施の形態で故障判定の対象となるコンタクタは、バッテリ３０およびバッテリ３０からの電力供給を受けて稼働する負荷機器であるインバータ１８との間を結ぶコンタクタであり、正極側電源ライン３０４に設けられた正側コンタクタ３１０と、負極側電源ライン３０６に設けられた負側コンタクタ３１４と、正側コンタクタ３１０と並列に設けられたプリチャージコンタクタ３１２と、である。
なお、本実施の形態では、プリチャージコンタクタ３１２が正側コンタクタ３１０と並列に設けられているが、プリチャージコンタクタ３１２を負側コンタクタ３１４と並列に設けてもよい。

正側コンタクタ３１０および負側コンタクタ３１４は、負荷機器とバッテリ３０との電気的な接続を断接するために設けられている。
また、プリチャージコンタクタ３１２と制限抵抗３１６は、コンデンサ未充電時において正側コンタクタ３１０と負側コンタクタ３１４を閉じたときの大きな突入電流によって両コンタクタ３１０と３１４が溶着することを防ぐために設けてある。
より詳細には、プリチャージコンタクタ３１２は制限抵抗３１６と直列に接続されており、プリチャージコンタクタ３１２と負側コンタクタ３１４とが閉にされた状態では回路上に流れる電流が制限されることにより、コンタクタを溶着することなく、平滑コンデンサ１８０の充電を可能とする。電動車２０における高電圧の電源供給の起動時には、まずプリチャージコンタクタ３１２と負側コンタクタ３１４とを閉にして制限された電流によって平滑化コンデンサ１８４の電圧を電池電圧と等しくする（プリチャージ）。プリチャージコンタクタ３１２が閉のままでは制限抵抗３１６が焼損する恐れがあるので、その後に、正側コンタクタ３１０を閉、プリチャージコンタクタ３１２を開にして、電動車２０の高電圧電源供給の起動処理を完了する。

モータ１６はバッテリ３０から供給される電力によって駆動される。
より詳細には、モータ１６とバッテリ３０との間には、直流電流を交流電流に変換するインバータ１８が設けられており、モータ１６にはインバータ１８で交流に変換された電流が供給される。
よって、本実施の形態では、バッテリ３０が電力を供給する負荷機器がインバータ１８であるものとして説明する。

インバータ１８は、正極側電源ライン３０４および負極側電源ライン３０６に接続されるインバータ回路１８３と、正極側電源ライン３０４および負極側電源ライン３０６にインバータ回路１８３と並列に接続される平滑化コンデンサ１８４と、放電抵抗１８５と、放電スイッチ１８９と、電圧計１８６と、ＭＣＵ（Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１８７とを備える。
インバータ回路１８３は、スイッチング素子を含んで構成されておりスイッチングによって直流電流を交流電流に変換する。また、インバータ回路１８３は、電動車２０の減速時にモータ１６で発生する回生電力（交流電流）を直流電流に変換してバッテリ３０へと供給する。
平滑化コンデンサ１８４は、インバータ回路１８３でのスイッチングによって発生するノイズを平滑化するために設けられている。
放電抵抗１８５は、電動車２０の高電圧電源供給の終了時に平滑化コンデンサ１８４に蓄えられた電荷を放電するために設けられている。
放電スイッチ１８９は、車両ＥＣＵ１２等により開閉が制御される。より詳細には、放電スイッチ１８９は常開接点であり、通常時は放電抵抗１８５に電流が流れないようになっている。一方、高電圧電源供給の終了時に平滑化コンデンサ１８４の電荷を放電させる必要がある場合には車両ＥＣＵ１２等から放電要求が出力され、放電スイッチ１８９が閉にされる。これにより放電抵抗１８５に電流が流れ、平滑化コンデンサ１８４に蓄えられた電荷が放電する。
電圧計１８６は、平滑化コンデンサ１８４と並列に接続され、平滑化コンデンサ１８４の電圧を測定する。
ＭＣＵ１８７は、車両ＥＣＵ１２から出力されるモータ１６への出力要求に対応してインバータ回路１８３を制御する。また、ＭＣＵ１８７は、電圧計１８６によって測定された平滑化コンデンサ１８４の電圧を車両ＥＣＵ１２に送信する。ＭＣＵ１８７と車両ＥＣＵ１２との間の通信は、ＣＡＮ通信によって行われる。
なお、本実施の形態では、電圧検出手段として、電圧計１８６、電圧計１８６とＭＣＵ１８７とを結ぶ配線１８１、ＭＣＵ１８７と車両ＥＣＵ１２とを結ぶ配線１８２を含むものとする。また、電圧検出手段による平滑コンデンサ１８４の電圧検出範囲は０〜３００Ｖであるものとする。

車両ＥＣＵ１２は、電動車２０全体の制御を司る制御部であり、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
車両ＥＣＵ１２は、上記ＣＰＵが上記制御プログラムを実行することによって、コンタクタ制御部１０２、故障判定部１０４および表示制御部１０６を実現する。

コンタクタ制御部１０２は、正側コンタクタ３１０、プリチャージコンタクタ３１２、および負側コンタクタ３１４の閉開を切り替える制御信号を出力する。
故障判定部１０４は、上記コンタクタのオンオフ制御状態と電圧計１８６で検出された平滑化コンデンサ１８４の電圧とに基づいてコンタクタの故障（溶着）の有無を判定するとともに、電圧の時間変化率に基づいて電圧検出手段の故障の有無を判定する。
なお、電圧検出手段の故障とは、例えば配線１８１の地絡、天絡および断線、電圧計１８６の不具合等である。
コンタクタ制御部１０２および故障判定部１０４の具体的な動作は、図２以降の図を用いて詳細に説明する。

表示制御部１０６は、故障判定部１０４によってコンタクタまたは電圧検出手段に故障が生じていると判定された場合、その旨を報知する情報を表示部１９に表示させる。
表示部１９は、電動車２０内の運転者の視認範囲（ダッシュボード付近等）に設けられており、表示制御部１０６の制御によってアイコンやメッセージ等を表示する。
なお、コンタクタに故障が生じている場合の報知は、表示部１９への表示に限らず、音声出力など従来公知の様々な報知方法が適用可能である。

なお、本実施の形態では車両ＥＣＵ１２がコンタクタ故障判定装置を実現するものとして説明するが、電動車２０に搭載された他の制御部、例えばバッテリ３０を制御するＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）や上述したＭＣＵ１８７によってコンタクタ故障判定装置を実現してもよい。

車両ＥＣＵ１２、電圧計１８６、ＭＣＵ１８７、表示部１９等は、バッテリ３０とは別に設けられた補機バッテリ（図示なし）に蓄電された電力によって駆動される。補機バッテリは、電動車２０内の各種補機を駆動するために設けられており、バッテリ３０と比較して低電圧（例えば１２Ｖ）のバッテリである。すなわち、コンタクタ故障判定装置１０は、バッテリ３０から電力供給を受ける高電圧電源系統とは異なる電源系統を用いて駆動される。

＜コンタクタ故障判定方法の詳細＞
つぎに、コンタクタ故障判定装置１０による故障判定方法の詳細について説明する。
コンタクタ故障判定装置１０は、電動車２０の起動時（高電圧の電源供給の起動時）にプリチャージコンタクタ３１２および負側コンタクタ３１４の故障の有無を、電動車２０の終了時（高電圧の電源供給の終了時）に正側コンタクタ３１０の故障の有無を、それぞれ判定する。
よって、以下では、高電圧の電源供給の起動時の処理と高電圧の電源供給の終了時の処理とに分けて説明を行う。

＜高電圧の電源供給の起動時の故障判定＞
図２〜図５は、高電圧の電源供給の起動時の故障判定処理を示すタイムチャートであり、図２はいずれのコンタクタにも溶着が生じていない通常状態、図３は負側コンタクタ３１４に溶着が生じている故障状態、図４は図３の一部拡大図、図５はプリチャージコンタクタ３１２に溶着が生じている故障状態を示している。
図２、図３、図５のタイムチャートは、時系列にフロー１からフロー４に分割されており、上から順に、イグニッションスイッチ１４の状態、電動車２０の走行／充電システムの状態、プリチャージコンタクタ３１２の状態、正側コンタクタ３１０の状態、負側コンタクタ３１４の状態、インバータ１８の平滑化コンデンサ１８４を放電するための放電要求の有無、およびコンデンサ電圧（電圧計１８６で測定される電圧）が示されている。

まず、図２を用いていずれのコンタクタにも溶着が生じていない通常状態について説明する。
図２の状態では、コンタクタ制御部１０２からのコンタクタ制御信号とコンタクタの実際の状態とは一致しており、どちらも実線で表示している。
フロー１の初期状態では、電動車２０は非起動状態であり、イグニッションスイッチ１４はオフ、電動車２０の走行／充電システムは非起動（Ｎｏｔ ａｃｔｉｖｅ）、プリチャージコンタクタ３１２は開（オフ）、正側コンタクタ３１０は開、負側コンタクタ３１４は開、放電要求はオフとなっており、コンデンサ電圧は０Ｖとなっている。

運転者によってイグニッションスイッチ１４がオンにされると、フロー１からフロー２に移行して、プリチャージコンタクタ３１２を閉（オン）に切り替える制御信号を出力する。これは、後述のように負側コンタクタ３１４の溶着の有無を判定するためである。
プリチャージコンタクタ３１２を閉に切り替える制御信号を出力した後、所定時間経過後にもコンデンサ電圧の上昇が見られない場合には、負側コンタクタ３１４が溶着していないと判定して、プリチャージコンタクタ３１２を開（オフ）に切り替える制御信号を出力する。

つぎに、フロー２からフロー３に移行して負側コンタクタ３１４を閉に切り替える制御信号を出力する。これは、後述のようにプリチャージコンタクタ３１２の溶着の有無を判定するためである。
負側コンタクタ３１４を閉に切り替える制御信号を出力した後、所定時間経過後にもコンデンサ電圧の上昇が見られない場合には、プリチャージコンタクタ３１２が溶着していないと判定して、フロー３からフロー４に移行して、プリチャージコンタクタ３１２を閉に切り替える制御信号を出力する。
この結果、バッテリ３０とインバータ１８との間にプリチャージコンタクタ３１２および負側コンタクタ３１４経由の閉回路が形成されて、コンデンサ電圧が上昇し始める。
コンデンサ電圧がバッテリ３０の電池電圧である約３００Ｖになると、フロー４からフロー５に移行して、正側コンタクタ３１０を閉に切り替える制御信号を出力する。
その後、プリチャージコンタクタ３１２を開に切り替える制御信号を出力すると、電動車２０の走行／充電システムが起動して（Ａｃｔｉｖｅ）、電動車２０の起動処理が完了する。

つぎに、図３を用いて負側コンタクタ３１４に溶着が生じている故障状態について説明する。
図３の状態では、コンタクタ制御部１０２からのコンタクタ制御信号と負側コンタクタ３１４の実際の状態とが一致しておらず、この時のコンタクタ制御信号を点線で示している。すなわち、負側コンタクタ３１４に溶着が生じている場合、コンタクタ制御部１０２からの負側コンタクタ３１４への制御信号（点線）は開であるが、負側コンタクタ３１４の実際の状態（実線）は閉となっている。
よって、フロー２でプリチャージコンタクタ３１２が閉になると同時に、バッテリ３０とインバータ１８との間にプリチャージコンタクタ３１２および負側コンタクタ３１４経由の閉回路が形成されて、符号Ｌ１のようにコンデンサ電圧が上昇し始める。
このことから、フロー２でプリチャージコンタクタ３１２を閉に切り替える制御信号が出力された後に負荷の電圧が上昇した場合に、負側コンタクタ３１４が溶着していると判定することができる。

ここで、負側コンタクタ３１４が故障している場合、コンデンサ電圧は通常符号Ｌ１に示すように所定の時間をかけて上昇する。一方、符号Ｌ２に示すようにごく短時間でコンデンサ電圧が変化する場合、電圧検出手段の故障により正しい電圧値が検出できなくなっている可能性がある。

図４は、図３のフロー２周辺の拡大図である。
図４では、初期状態では０Ｖであったコンデンサ電圧が、時刻ｔ０にプリチャージコンタクタ３１２が閉に制御された後に上昇し、最終的にバッテリ電圧である３００Ｖとなっている。
電圧検出手段の故障（天絡）により電圧の検出値が上昇した場合、符号Ｌ２に示すように電圧の時間変化率（ΔＶ２／Δｔ）が、符号Ｌ１に示す通常の電圧変化（ΔＶ１／Δｔ）よりもごく大きくなる。
このことを利用して、故障判定部１０４は、コンタクタが所定のオンオフ制御状態である際に電圧が所定の時間変化率未満で変化した場合（符号Ｌ１のような場合）にコンタクタが故障していると判定するとともに、電圧が所定の時間変化率以上で変化した場合（符号Ｌ２のような場合）に電圧検出手段の故障と判定する。
図３の例では、電圧が所定の時間変化率以上で上昇しているので電圧検出手段（例えば配線１８１）が天絡していると判定する。

負側コンタクタ３１４が故障（溶着）または電圧検出手段が故障していると判定した場合、コンタクタ故障判定装置１０は電動車２０の起動処理を中止して、プリチャージコンタクタ３１２を開に制御する制御信号を出力する。プリチャージコンタクタ３１２が開になると、コンデンサ電圧が低下して０Ｖになる。なお、電圧検出手段が故障している場合にはコンデンサ電圧の検出値は３００Ｖのままである。
また、コンタクタ故障判定装置１０は表示制御部１０６によって表示部１９にコンタクタまたは電圧検出手段の故障を示す表示等を行って運転者等に対して故障を報知する。
なお、負側コンタクタ３１４または電圧検出手段が故障していてもインバータ１８への電力供給は可能であるため、電動車２０の起動処理を継続するようにしてもよい。この場合であっても、表示部１９にコンタクタの故障を示す表示等を行って運転者等に対して故障を報知することが好ましい。

つづいて、図５を用いてプリチャージコンタクタ３１２に溶着が生じている故障状態について説明する。
図５の状態では、コンタクタ制御部１０２からのコンタクタ制御信号とプリチャージコンタクタ３１２の実際の状態とが一致しておらず、この時のコンタクタ制御信号を点線で示している。すなわち、フロー２でプリチャージコンタクタ３１２を閉にする制御信号が出力される前からプリチャージコンタクタ３１２は閉となっており、その後プリチャージコンタクタ３１２を開にする制御信号が出力された後もプリチャージコンタクタ３１２は閉状態を継続する。
よって、フロー３で負側コンタクタ３１４が閉になると同時に、バッテリ３０とインバータ１８との間にプリチャージコンタクタ３１２および負側コンタクタ３１４経由の閉回路が形成されて、符号Ｌ３のようにコンデンサ電圧が上昇し始める。
このことから、フロー３で負側コンタクタ３１４を閉に切り替える制御信号が出力された後に負荷の電圧が上昇した場合に、プリチャージコンタクタ３１２が溶着していると判定することができる。

このとき、故障判定部１０４は、フロー３に符号Ｌ４で示すように、コンデンサ電圧の時間変化率が所定値以上の場合には、プリチャージコンタクタ３１２の故障ではなく電圧検出手段の故障であると判定する。
プリチャージコンタクタ３１２または電圧検出手段が故障していると判定された場合、例えば負側コンタクタ３１４と同様に起動処理を中止する。
また、コンタクタのオンオフに連動せずに突然コンデンサ電圧が上昇または下降した場合なども電圧検出手段の故障であると判定してもよい。

＜高電圧の電源供給の終了時の故障判定＞
図６は、高電圧の電源供給の終了時の故障判定処理を示すタイムチャートである。
上述のように、高電圧終了時には正側コンタクタ３１０の故障の有無を判定する。
まず、正側コンタクタ３１０に溶着が生じていない通常状態について説明する。
フロー１の初期状態では、イグニッションスイッチ１４はオン、電動車２０の走行／充電システムは起動中（Ａｃｔｉｖｅ）、プリチャージコンタクタ３１２は開、正側コンタクタ３１０は閉、負側コンタクタ３１４は閉、放電要求はオフとなっており、コンデンサ電圧はバッテリ３０の電池電圧である３００Ｖとなっている。
すなわち、正側コンタクタ３１０と負側コンタクタ３１４とが閉にされ、プリチャージコンタクタ３１２が開に制御された状態となっている。

運転者によってイグニッションスイッチ１４がオフにされると、フロー１からフロー２に移行する。すなわち、電動車２０の走行／充電システムは非起動（Ｎｏｔ ａｃｔｉｖｅ）となり、インバータ１８の平滑化コンデンサ１８４を放電させるための放電要求がオンとなる。
コンタクタ故障判定装置１０は、コンタクタ制御部１０２から正側コンタクタ３１０を開に切り替える制御信号を出力する。正側コンタクタ３１０に故障がない場合、正側コンタクタ３１０が開（オフ）となり、バッテリ３０とインバータ１８との正側の接続が切断されるとともに、インバータ１８の平滑化コンデンサ１８４に蓄えられた電荷が放電抵抗１８５で消費されて、符号Ｌ５に示すコンデンサ電圧が低下し始める。

このとき、故障判定部１０４は、符号Ｌ６で示すように、コンデンサ電圧の時間変化率が所定値以上の場合には電圧検出手段の故障であると判定する。図６の場合、電圧が所定の時間変化率以上で下降しているので、電圧検出手段が地絡または断線していると判定する。

フロー２で低下を開始したコンデンサ電圧が約０Ｖまで低下すると、フロー３に移行して、コンタクタ制御部１０２は負側コンタクタ３１４を開に切り替える制御信号を出力する。
その後、放電要求がオフとなり（フロー４）、電動車２０の終了処理が完了する。

一方、正側コンタクタ３１０が故障（溶着）していると、フロー２で正側コンタクタ３１０を開に切り替える制御信号が出力された後も正側コンタクタ３１０が開にならない。よって、インバータ１８とバッテリ３０との接続が切断されずに、平滑化コンデンサ１８４が放電を行ってもほとんど電圧が降下しない。
このため、故障判定部１０４は、正側コンタクタ３１０を開に切り替える制御信号が出力された後にコンデンサ電圧がほとんど低下しない場合、正側コンタクタ３１０が溶着していると判定する。
正側コンタクタ３１０が溶着していると判定した場合、コンタクタ故障判定装置１０はフロー３に移行して負側コンタクタ３１４を開に制御する。負側コンタクタ３１４が開になると、符号Ｌ７に示すようにコンデンサ電圧が低下を開始する。このとき、故障判定部１０４は、符号Ｌ８で示すようにコンデンサ電圧の時間変化率が所定値以上の場合には、正側コンタクタ３１０の故障とともに電圧検出手段の故障も生じたと判定する。
そして、コンデンサ電圧が０Ｖになると放電要求がオフとなり（フロー４）、電動車２０の高電圧の電源供給の終了処理が完了する。
なお、正側コンタクタ３１０または電圧検出手段していると判定した場合、コンタクタ故障判定装置１０は、表示部１９にコンタクタまたは電圧検出手段の故障を示す表示等を行って運転者等に対して故障を報知する。

以上説明したように、実施の形態にかかるコンタクタ故障判定装置１０は、コンタクタ（正側コンタクタ３１０、負側コンタクタ３１４およびプリチャージコンタクタ３１２）の故障の有無とともに電圧検出手段の故障の有無を判定するので、電圧検出手段の故障によるコンタクタ故障の誤判定を防止してコンタクタ故障判定の精度を向上させることができる。
また、コンタクタ故障判定装置１０は、平滑化コンデンサ１８４の電圧が所定の時間変化率未満で変化した場合にコンタクタが故障していると判定し、所定の時間変化率以上で変化した場合に電圧検出手段の故障と判定するので、コンタクタの故障判定と電圧検出手段の故障判定とを同時に行うことができ、従来のコンタクタ故障判定のステップを変更せずに電圧検出手段の故障判定を行うことができる。
また、コンタクタ故障判定装置１０は、電圧検出手段の故障が地絡／断線または天絡であることをそれぞれ区別して判定することができる。
また、コンタクタ故障判定装置１０は、インバータ１８に設けられた平滑化コンデンサ１８４を利用してコンタクタの故障判定を行うことができ、故障判定のために新たな構成を追加することなくコンタクタの故障の有無を判定することができる。

なお、本実施の形態では、故障判定対象のコンタクタをバッテリ３０およびバッテリ３０からの電力供給を受けて稼働する負荷機器（インバータ１８）との間を結ぶコンタクタ（正側コンタクタ３１０、負側コンタクタ３１４およびプリチャージコンタクタ３１２）としたが、本発明はこれ以外のコンタクタにも適用可能である。
例えば、バッテリ３０の充電を行う際に外部充電装置のインターフェースが接続される充電端子とバッテリ３０との間に設けられたコンタクタ（以下、「充電コンタクタ」という）にも本発明を適用することができる。

この場合、例えば図７に示すように、バッテリ３０と充電端子４２Ａ，４２Ｂとを結ぶ充電ライン上には充電コンタクタ４０Ａ，４０Ｂが接続されている。充電コンタクタ４０Ａ，４０Ｂは、バッテリ３０と充電端子４２Ａ，４２Ｂとの電気的接続を断接するために設けられている。
充電コンタクタ４０Ａ，４０Ｂは、ＥＣＵ１２によってオンオフが制御される。充電コンタクタ４０Ａ，４０Ｂは、バッテリ３０の充電時以外は基本的にオフに制御されている。
充電コンタクタ４０Ａ，４０Ｂの充電端子４２Ａ，４２Ｂ側には、コンデンサ４４が接続されている。すなわち、コンデンサ４４は、充電コンタクタ４０Ａと充電端子４２Ａとを結ぶ正側充電ラインに一端を、充電コンタクタ４０Ｂと充電端子４２Ｂとを結ぶ負側充電ラインに他端を、それぞれ接続されている。
電圧計４６は、コンデンサ４４の電圧を検出し、ＥＣＵ１２へと出力する。

図７に示すコンタクタ故障判定装置５０は、例えば電動車の起動時や終了時などに充電コンタクタ４０Ａ，４０Ｂを片方ずつオンオフする。
例えば一方の充電コンタクタ４０（例えば充電コンタクタ４０Ａ）をオンにした際に電圧計４６の検出電圧が上がった場合は、他方の充電コンタクタ４０（例えば充電コンタクタ４０Ｂ）がオン固着していると判定することができる。
また、例えば両方の充電コンタクタ４０をオンにした状態で電圧計４６の検出電圧が変化しない場合は、いずれかの充電コンタクタ４０にオフ固着が生じていると判定することができる。

図７のような充電コンタクタ４０Ａ，４０Ｂの故障判定を行うコンタクタ故障判定装置５０に対しても、上述した電圧検出手段の故障判定を適用することができる。すなわち、コンタクタのオンオフを切り換えた際に電圧が所定の時間変化率未満で変化した場合にはコンタクタが故障していると判定するとともに、電圧が所定の時間変化率以上で変化した場合には電圧検出手段の故障と判定する。なお、図７では電圧検出手段とは電圧計４６および電圧計４６とＥＣＵ１２とを結ぶ配線となる。

１０……コンタクタ故障判定装置、１０２……コンタクタ制御部、１０４……故障判定部、１０６……表示制御部、１２……車両ＥＣＵ、１４……イグニッションスイッチ、１６……モータ、１８……インバータ、１８３……インバータ回路、１８４……平滑化コンデンサ、１８５……放電抵抗、１８６……電圧計、１８７……ＭＣＵ、１８９……放電スイッチ、１９……表示部、２０……電動車、３０……バッテリ、３０４……正極側電源ライン、３０６……負極側電源ライン、３１０……正側コンタクタ、３１２……プリチャージコンタクタ、３１４……負側コンタクタ、３１６……制限抵抗。

Claims (5)

1. バッテリの正極から延びる正極側電源ライン上または前記バッテリの負極から延びる負極側電源ライン上に設けられたコンタクタの故障を判定するコンタクタの故障判定装置であって、
   一端を前記正極側電源ラインに他端を前記負極側電源ラインに接続されたコンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記コンタクタのオンオフ制御状態と前記電圧とに基づいて前記コンタクタの故障の有無を判定するとともに、前記電圧の時間変化率に基づいて前記電圧検出手段の故障の有無を判定する故障判定手段と、
   を備えることを特徴とするコンタクタの故障判定装置。
2. 前記故障判定手段は、前記コンタクタが所定のオンオフ制御状態である際に前記電圧が所定の時間変化率未満で変化した場合に前記コンタクタが故障していると判定するとともに、前記電圧が前記所定の時間変化率以上で変化した場合に前記電圧検出手段の故障と判定する、
   ことを特徴とする請求項１記載のコンタクタの故障判定装置。
3. 前記故障判定手段は、前記電圧が前記所定の時間変化率以上で下降した場合に前記電圧検出手段が地絡または断線していると判定する、
   ことを特徴とする請求項２記載のコンタクタの故障判定装置。
4. 前記故障判定手段は、前記電圧が前記所定の時間変化率以上で上昇した場合に前記電圧検出手段が天絡していると判定する、
   ことを特徴とする請求項２または３記載のコンタクタの故障判定装置。
5. 前記コンタクタは、前記バッテリおよび前記バッテリからの電力供給を受けて稼働するインバータとの間を結ぶコンタクタであり、前記正極側電源ラインに設けられた正側コンタクタと、前記負極側電源ラインに設けられた負側コンタクタと、前記正側コンタクタまたは前記負側コンタクタと並列に設けられたプリチャージコンタクタと、であり、
   前記コンデンサは、前記インバータの平滑化コンデンサである、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のコンタクタの故障判定装置。

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