JP2017153316A - Electric vehicle - Google Patents

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裕司 大宮
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology utilizing a step-down converter as much as possible in an electric vehicle comprising the step-down converter that supplies power with the voltage of a main power source lowered even after a self-diagnosis function outputs an abnormality detection signal.SOLUTION: A step-down converter 20 includes a self-diagnosis circuit that notifies an ECU 8 of an abnormality detection signal when abnormality is detected. The ECU, when receiving the abnormality detection signal, checks whether or not the environmental state of the step-down converter is in a prescribed normal range, and when in the normal range, the ECU transmits to the step-down converter a forced action command signal that forcedly operates the step-down converter by ignoring the detected abnormality. Further, the ECU checks whether or not the output voltage of the step-down converter is in a range of an allowable voltage including a target voltage, and when the output voltage is outside of the allowable range, the ECU transmits to the step-down converter a control switching signal for switching to open loop control by cutting off a feedback control loop.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電動車両に関する。本明細書における電動車両は、走行用モータを備えた自動車を意味し、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車などが含まれる。   The present invention relates to an electric vehicle. The electric vehicle in this specification means an automobile provided with a traveling motor, and includes an electric automobile, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, and the like.

特定のタイプの電動車両は、走行用モータに電力を供給する主電源と、出力電圧が主電源の電圧よりも低く、車載の電気機器に電力を供給する補機バッテリの2種類の電源を備える。さらに、その特定のタイプの電動車両は、補機バッテリを充電すべく、主電源の電力を降圧する降圧コンバータを備える。降圧コンバータは、内部異常を検知する自己診断回路を備える。自己診断機能は、内部の異常を検知すると、降圧コンバータを制御する上位コントローラに異常検知信号を送信する。   A specific type of electric vehicle includes two types of power sources: a main power source that supplies power to the motor for traveling, and an auxiliary battery that outputs power to a vehicle-mounted electrical device whose output voltage is lower than the voltage of the main power source. . Furthermore, the specific type of electric vehicle includes a step-down converter that steps down the power of the main power source in order to charge the auxiliary battery. The step-down converter includes a self-diagnosis circuit that detects an internal abnormality. When the self-diagnosis function detects an internal abnormality, it transmits an abnormality detection signal to the host controller that controls the step-down converter.

降圧コンバータが故障しても、補機バッテリに残量があれば車両は走行を続けることができる。特許文献1に開示された電動車両では、降圧コンバータから異常検知信号を受信すると、上位コントローラは、補機バッテリの残量に応じて、補機バッテリの電力で動作するデバイスのうち、車両の走行に不可欠でないデバイスの動作を制限し、補機バッテリの負荷を下げて走行可能な状態を維持する。   Even if the step-down converter fails, the vehicle can continue to travel if the auxiliary battery has a remaining amount. In the electric vehicle disclosed in Patent Document 1, when the abnormality detection signal is received from the step-down converter, the host controller drives the vehicle out of devices that operate with the power of the auxiliary battery according to the remaining amount of the auxiliary battery. This limits the operation of devices that are not essential to the vehicle, and reduces the load on the auxiliary battery to maintain a state where it can run.

特開2005−229706号公報JP 2005-229706 A

特許文献1の技術では、降圧コンバータの自己診断機能の判断に基づいて、上位コントローラは、補機バッテリの残量に応じてデバイスの動作を制限する。一方、降圧コンバータが異常信号を送信しても、降圧コンバータがまだ使用可能である可能性もある。例えば、降圧コンバータ内の自己診断機能自体が誤動作した場合などである。あるいは、降圧コンバータは異常を生じているが、性能を落とせば継続して活用可能である可能性もある。本明細書は、降圧コンバータから異常検知信号を受信した上位コントローラに、降圧コンバータの状態を診断させ、降圧コンバータの自己診断機能が異常検知信号を出力した後であってもできるだけ降圧コンバータを活用する技術を提供する。   In the technique of Patent Document 1, the host controller limits the operation of the device according to the remaining amount of the auxiliary battery based on the determination of the self-diagnosis function of the step-down converter. On the other hand, even if the step-down converter transmits an abnormal signal, the step-down converter may still be usable. For example, when the self-diagnosis function itself in the step-down converter malfunctions. Alternatively, although the step-down converter has an abnormality, there is a possibility that it can be used continuously if performance is degraded. This specification makes the host controller that has received the abnormality detection signal from the step-down converter diagnose the state of the step-down converter, and uses the step-down converter as much as possible even after the self-diagnostic function of the step-down converter outputs the abnormality detection signal. Provide technology.

本明細書が開示する電動車両は、主電源と、補機バッテリと、降圧コンバータと、コントローラ(上位コントローラ)を備える。主電源は、走行用モータに電力を供給する。なお、主電源は、電力を蓄えるバッテリであってもよいし、燃料電池などの発電装置であってもよい。補機バッテリは、出力電圧が主電源の電圧よりも低く、車載の電気機器(補機)に電力を供給する。降圧コンバータは、入力端が主電源に接続されており出力端が補機バッテリに接続されており、主電源の電力を目標電圧まで降圧して補機バッテリに供給する。降圧コンバータは、出力電圧と目標電圧の差に基づいて決定される指令値に基づいて動作するフィードバック制御ループを備えている。また、降圧コンバータは、異常を検知すると異常検知信号をコントローラへ通知する自己診断回路を備えている。コントローラは、異常検知信号を受信すると、降圧コンバータの環境状態が所定の正常範囲にあるか否かをチェックする。環境状態とは、コントローラが取得し得る降圧コンバータに関する情報である。環境状態の具体例には、降圧コンバータの入力端電圧、出力電圧、温度などがある。コントローラは、環境状態が正常範囲外の場合は、降圧コンバータを停止させる。一方、環境状態が正常範囲内の場合、コントローラは、降圧コンバータへ、検知した異常を無視して動作させる強制動作指令信号を送信する。コントローラは、降圧コンバータが強制動作指令信号に基づいて動作している間に降圧コンバータの出力電圧が目標電圧を含む所定の許容範囲内であるか否かをチェックする。そして、コントローラは、降圧コンバータの出力電圧が許容範囲内の場合は、降圧コンバータをそのまま動作させる。コントローラは、許容範囲外の場合は、降圧コンバータに、フィードバック制御ループを遮断させるとともに、入力端電圧と目標電圧に基づいて決定される指令値に基づいてオープンループ制御させる制御切換信号を送信する。   The electric vehicle disclosed in this specification includes a main power source, an auxiliary battery, a step-down converter, and a controller (higher-order controller). The main power supply supplies power to the traveling motor. The main power source may be a battery that stores electric power or a power generation device such as a fuel cell. The auxiliary battery has an output voltage lower than the voltage of the main power supply, and supplies power to the on-vehicle electric device (auxiliary machine). The step-down converter has an input terminal connected to the main power supply and an output terminal connected to the auxiliary battery, and supplies the auxiliary battery with the electric power of the main power supply reduced to a target voltage. The step-down converter includes a feedback control loop that operates based on a command value determined based on the difference between the output voltage and the target voltage. Further, the step-down converter includes a self-diagnosis circuit that notifies the controller of an abnormality detection signal when an abnormality is detected. When receiving the abnormality detection signal, the controller checks whether or not the environmental state of the step-down converter is within a predetermined normal range. The environmental state is information regarding the step-down converter that can be acquired by the controller. Specific examples of the environmental state include the input voltage, output voltage, and temperature of the step-down converter. The controller stops the step-down converter when the environmental state is outside the normal range. On the other hand, when the environmental state is within the normal range, the controller transmits a forced operation command signal for ignoring the detected abnormality to the step-down converter. The controller checks whether the output voltage of the step-down converter is within a predetermined allowable range including the target voltage while the step-down converter is operating based on the forced operation command signal. Then, when the output voltage of the step-down converter is within an allowable range, the controller operates the step-down converter as it is. When the controller is out of the allowable range, the controller transmits a control switching signal for causing the step-down converter to interrupt the feedback control loop and to perform open loop control based on a command value determined based on the input terminal voltage and the target voltage.

上記の電動車両のコントローラは、降圧コンバータが異常検知信号を受信すると、まず、環境状態をチェックする。環境状態が正常範囲内であれば、降圧コンバータはまだ使える可能性が残る。そこでコントローラは、環境状態が正常範囲内の場合、降圧コンバータを強制的に動作させ、異常検知信号が正しく出力されたものであるかを検証する。コントローラは、異常検出信号出力の後であっても、その出力電圧が許容範囲であれば、そのまま動作を継続させる。出力電圧が許容範囲外の場合は、コントローラは、フィードバックループに異常があると判断し、オープンループ制御に切り換える。このように、本明細書が開示する電動車両は、自己診断機能により異常検知信号を出力した降圧コンバータを上位のコントローラが再度診断し、可能なかぎり降圧コンバータを活用する。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。   When the step-down converter receives the abnormality detection signal, the controller of the electric vehicle first checks the environmental state. If the environmental conditions are within the normal range, the buck converter still has the potential to be used. Therefore, when the environmental state is within the normal range, the controller forcibly operates the step-down converter and verifies whether the abnormality detection signal is correctly output. Even after the abnormality detection signal is output, the controller continues the operation as long as the output voltage is within an allowable range. If the output voltage is outside the allowable range, the controller determines that there is an abnormality in the feedback loop and switches to open loop control. As described above, in the electric vehicle disclosed in this specification, the host controller again diagnoses the step-down converter that outputs the abnormality detection signal by the self-diagnosis function, and uses the step-down converter as much as possible. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

実施例の電動車両(ハイブリッド車)のブロック図である。It is a block diagram of the electric vehicle (hybrid vehicle) of an Example. 降圧コンバータの内部構成のブロック図である。It is a block diagram of an internal configuration of a step-down converter. ECUが実行する降圧コンバータ診断処理のフローチャートである。It is a flowchart of the step-down converter diagnostic process which ECU performs.

図面を参照して実施例の電動車両を説明する。実施例の電動車両は、ハイブリッド車である。図1にハイブリッド車2のブロック図を示す。ハイブリッド車2は、走行用にエンジン10とモータ7を備える。エンジン10とモータ7の出力トルクはギアセット11により合成され、不図示の車軸に伝達される。また、ギアセット11は、エンジン10の出力トルクの一部を車軸に伝達し、残りをモータ7の出力軸に伝達する場合もある。この場合、モータ7は、発電機として機能する。即ち、ハイブリッド車2は、エンジン10の出力で走行しながらモータ7で発電することもできる。また、ハイブリッド車2は、ブレーキペダルが踏まれたときに、車両の運動エネルギを使ってモータ7で発電する場合もある。モータ7の発電で得た電力は、メインバッテリ3の充電に使われる。   An electric vehicle according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The electric vehicle according to the embodiment is a hybrid vehicle. FIG. 1 shows a block diagram of the hybrid vehicle 2. The hybrid vehicle 2 includes an engine 10 and a motor 7 for traveling. The output torques of the engine 10 and the motor 7 are synthesized by the gear set 11 and transmitted to an axle (not shown). Further, the gear set 11 may transmit a part of the output torque of the engine 10 to the axle and transmit the rest to the output shaft of the motor 7. In this case, the motor 7 functions as a generator. That is, the hybrid vehicle 2 can generate electric power with the motor 7 while traveling at the output of the engine 10. Moreover, the hybrid vehicle 2 may generate electric power with the motor 7 using the kinetic energy of the vehicle when the brake pedal is depressed. The electric power obtained by the power generation of the motor 7 is used for charging the main battery 3.

メインバッテリ3は、システムメインリレー4を介して昇圧コンバータ5の低電圧端に接続されている。昇圧コンバータ5の高電圧端はインバータ6の直流端に接続されている。インバータ6の交流端にモータ7が接続されている。昇圧コンバータ5は、メインバッテリ3の電力を昇圧してインバータ6へ供給する。メインバッテリ3の出力電圧は例えば300ボルトであり、昇圧コンバータ5は、その電圧を例えば600ボルトまで昇圧する。   The main battery 3 is connected to the low voltage end of the boost converter 5 via the system main relay 4. The high voltage end of the boost converter 5 is connected to the DC end of the inverter 6. A motor 7 is connected to the AC terminal of the inverter 6. Boost converter 5 boosts the power of main battery 3 and supplies it to inverter 6. The output voltage of the main battery 3 is 300 volts, for example, and the boost converter 5 boosts the voltage to 600 volts, for example.

メインバッテリ3は、また、システムメインリレー4を介して降圧コンバータ20の入力端20aに接続されている。降圧コンバータ20の出力端20bは、補機バッテリ9に接続されている。なお、降圧コンバータ20の出力端20bの負極は、グランドGを介して補機バッテリ9の負極に接続されている。補機バッテリ9の出力電圧は、例えば12ボルトである。補機バッテリ9は、12ボルトで動作する車載の電気機器17に電力を供給する。電気機器17は、例えば、カーナビゲーションシステムや、ルームランプである。本明細書では、メインバッテリ3の出力電圧よりはるかに低い電圧(具体的には例えば100ボルト未満)の電力が伝送される電気系統を補機系統と称し、補機系統に接続されている電気機器を補機と総称する。図中の符号17が示すデバイスは、複数の補機を代表している。   The main battery 3 is also connected to the input terminal 20 a of the step-down converter 20 via the system main relay 4. The output terminal 20 b of the step-down converter 20 is connected to the auxiliary battery 9. Note that the negative electrode of the output terminal 20b of the step-down converter 20 is connected to the negative electrode of the auxiliary battery 9 via the ground G. The output voltage of the auxiliary battery 9 is 12 volts, for example. The auxiliary battery 9 supplies electric power to the on-vehicle electric device 17 that operates at 12 volts. The electric device 17 is, for example, a car navigation system or a room lamp. In the present specification, an electric system that transmits power of a voltage (specifically, for example, less than 100 volts) much lower than the output voltage of the main battery 3 is referred to as an auxiliary system, and the electric system connected to the auxiliary system Equipment is collectively referred to as auxiliary equipment. A device indicated by reference numeral 17 in the drawing represents a plurality of auxiliary machines.

降圧コンバータ20は、メインバッテリ3の電力を降圧して補機バッテリ9に供給する。別言すれば、補機バッテリ9は、降圧コンバータ20を介してメインバッテリ3の電力で充電される。降圧コンバータ20は、メインバッテリ3の出力電圧(300ボルト)を、補機バッテリ9の出力電圧よりもわずかに高い電圧(例えば、12.5ボルト)に降圧する。   Step-down converter 20 steps down the power of main battery 3 and supplies it to auxiliary battery 9. In other words, the auxiliary battery 9 is charged with the power of the main battery 3 via the step-down converter 20. Step-down converter 20 steps down the output voltage (300 volts) of main battery 3 to a voltage (for example, 12.5 volts) slightly higher than the output voltage of auxiliary battery 9.

昇圧コンバータ5、インバータ6、降圧コンバータ20は、それらの上位のコントローラであるECU8(Electronic Control Unit)により制御される。ECU8は、様々な車両情報に基づいて、昇圧コンバータ5、インバータ6、降圧コンバータ20を制御する。具体的には、ECU8は、車速とアクセル開度に基づいて、車両が出力すべきトルク(要求トルク)を決定する。さらに、ECU8は、メインバッテリ3の残量(SOC:State Of Charge)や、メインバッテリ3の温度、インバータ6の温度などに基づいて、要求トルクを、エンジン10で賄うべきトルクとモータ7で賄うべきトルクに分割する。そして、ECU8は、モータ7で賄うべきトルクに基づいて、昇圧コンバータ5、インバータ6、降圧コンバータ20の夫々に、目標値を与え、それらを駆動する。   The step-up converter 5, the inverter 6, and the step-down converter 20 are controlled by an ECU 8 (Electronic Control Unit) which is a higher-order controller thereof. The ECU 8 controls the step-up converter 5, the inverter 6, and the step-down converter 20 based on various vehicle information. Specifically, the ECU 8 determines a torque (requested torque) that the vehicle should output based on the vehicle speed and the accelerator opening. Further, the ECU 8 supplies the required torque with the motor 7 and the motor 7 based on the remaining amount of the main battery 3 (SOC: State Of Charge), the temperature of the main battery 3, the temperature of the inverter 6, and the like. Divide into power torque. Then, the ECU 8 gives a target value to each of the step-up converter 5, the inverter 6, and the step-down converter 20 based on the torque to be provided by the motor 7, and drives them.

一方、昇圧コンバータ5、インバータ6、降圧コンバータ20は、自己の異常を検知する自己診断機能を備えており、ECU8は、昇圧コンバータ5、インバータ6、降圧コンバータ20の自己診断回路から送られる異常検知信号をモニタしている。ECU8は、異常検知信号を受信すると、予め定められた処理を実行し、異常検知信号を送信したデバイスがまだ使えるか否かをチェックする。ECU8は、異常検知信号を送信したデバイスが使えないと判断した場合、車両を直ちに停止する。ECU8は、異常検知信号を送信したデバイスが使えると判断した場合は、異常の状態に応じて可能な範囲でそのデバイスを継続して動作させる。ECU8には、コンソール15と不揮発性メモリ16が接続されており、異常の状態に応じてコンソール15の所定の警告灯を点灯させるとともに、異常の状態を示すデータを不揮発性メモリ16のダイアグ領域に格納する。ダイアグ領域のデータは、車両のメンテナンスの際にサービススタッフが車両の状態を確認するのに活用される。   On the other hand, the boost converter 5, the inverter 6, and the step-down converter 20 have a self-diagnosis function that detects their own abnormality, and the ECU 8 detects abnormality detected from the self-diagnosis circuit of the boost converter 5, the inverter 6, and the step-down converter 20. The signal is monitored. When the ECU 8 receives the abnormality detection signal, the ECU 8 executes a predetermined process and checks whether the device that has transmitted the abnormality detection signal is still usable. When the ECU 8 determines that the device that has transmitted the abnormality detection signal cannot be used, the ECU 8 immediately stops the vehicle. When the ECU 8 determines that the device that has transmitted the abnormality detection signal can be used, the ECU 8 continuously operates the device within a possible range according to the state of the abnormality. A console 15 and a nonvolatile memory 16 are connected to the ECU 8, and a predetermined warning lamp of the console 15 is turned on according to the abnormal state, and data indicating the abnormal state is stored in a diagnosis area of the nonvolatile memory 16. Store. The data in the diagnosis area is used by the service staff to check the vehicle state during vehicle maintenance.

ここからは、ECU8と降圧コンバータ20の関係について説明する。降圧コンバータ20の入力端20aには第1電圧センサ12が接続されており、降圧コンバータ20の出力端20bには第2電圧センサ13が接続されている。また、降圧コンバータ20には、その温度を計測する温度センサ14が取り付けられている。第1、第2電圧センサ12、13の計測値、及び、温度センサ14の計測値は、ECU8に送信される。ECU8は、降圧コンバータ20から異常検知信号を受信すると、電圧センサ12、13、温度センサ14の計測値に基づいて降圧コンバータ20の状態を確認し、可能であれば、降圧コンバータ20の利用を継続する。   From here, the relationship between ECU8 and the step-down converter 20 is demonstrated. The first voltage sensor 12 is connected to the input terminal 20 a of the step-down converter 20, and the second voltage sensor 13 is connected to the output terminal 20 b of the step-down converter 20. The step-down converter 20 is attached with a temperature sensor 14 for measuring the temperature. The measured values of the first and second voltage sensors 12 and 13 and the measured value of the temperature sensor 14 are transmitted to the ECU 8. When the ECU 8 receives the abnormality detection signal from the step-down converter 20, the ECU 8 checks the state of the step-down converter 20 based on the measurement values of the voltage sensors 12, 13 and the temperature sensor 14, and continues using the step-down converter 20 if possible. To do.

図2に、降圧コンバータ20の内部構成のブロック図を示す。まず、入力端20aから出力端20bの間の構成を説明する。入力端20aには、コイルとコンデンサからなるフィルタ回路23が接続されている。フィルタ回路23に、直流を交流に変換するパワー回路24が接続されている。パワー回路24は、4個のトランジスタ24a〜24dを使ったDC−AC変換回路である。パワー回路24は、変圧トランス25の一次コイルに接続されている。変圧トランス25の二次コイルには、整流回路26が接続されている。整流回路26と出力端20bの間に、コイルとコンデンサからなる平滑回路27が接続されている。   FIG. 2 shows a block diagram of the internal configuration of the step-down converter 20. First, the configuration between the input end 20a and the output end 20b will be described. A filter circuit 23 composed of a coil and a capacitor is connected to the input terminal 20a. A power circuit 24 that converts direct current to alternating current is connected to the filter circuit 23. The power circuit 24 is a DC-AC conversion circuit using four transistors 24a to 24d. The power circuit 24 is connected to the primary coil of the transformer 25. A rectifier circuit 26 is connected to the secondary coil of the transformer 25. A smoothing circuit 27 composed of a coil and a capacitor is connected between the rectifier circuit 26 and the output terminal 20b.

入力端20aに入力されたが直流電力は、フィルタ回路23で平滑化された後にパワー回路24に入力される。パワー回路24は、4個のトランジスタ24a〜24dのスイッチング動作によって入力された直流電力を交流に変換し、変圧トランス25の一次コイルへ伝達する。変圧トランス25は、入力された交流電力の電圧を所定の比率で下げて二次コイルに出力する。二次コイルに出力された交流電力は、整流回路26で直流に戻され、平滑回路27で平滑化されて出力端20bから出力される。図2に示すフィルタ回路23、パワー回路24(DC−AC変換回路)、整流回路26、平滑回路27は、よく知られているので詳しい説明は省略する。なお、パワー回路24が出力電圧の大きさを決定する。パワー回路24のトランジスタ24a〜24dは、マイクロプロセッサユニット21(MPU21)からのPWM(Pulse Width Moduration)信号により駆動される。降圧コンバータ20の出力電圧は、パワー回路24のトランジスタ24a〜24dに与えるPWM信号のデューティ比で決定される。   The DC power input to the input terminal 20 a is smoothed by the filter circuit 23 and then input to the power circuit 24. The power circuit 24 converts the DC power input by the switching operation of the four transistors 24 a to 24 d into AC and transmits the AC power to the primary coil of the transformer 25. The transformer 25 reduces the voltage of the input AC power at a predetermined ratio and outputs it to the secondary coil. The AC power output to the secondary coil is returned to DC by the rectifier circuit 26, smoothed by the smoothing circuit 27, and output from the output terminal 20b. Since the filter circuit 23, the power circuit 24 (DC-AC conversion circuit), the rectifier circuit 26, and the smoothing circuit 27 shown in FIG. 2 are well known, detailed description thereof is omitted. The power circuit 24 determines the magnitude of the output voltage. The transistors 24a to 24d of the power circuit 24 are driven by a PWM (Pulse Width Modulation) signal from the microprocessor unit 21 (MPU 21). The output voltage of step-down converter 20 is determined by the duty ratio of the PWM signal applied to transistors 24a-24d of power circuit 24.

MPU21にはメモリ30が接続されており、そのメモリ30に、MPU21が実行するプログラムが格納されている。メモリ30に格納されているプログラムには、パワー回路24のトランジスタ24a〜24dを制御する制御プログラム30a、降圧コンバータ20の内部で異常が発生したか否かを検出する自己診断プログラム30bなどがある。   A memory 30 is connected to the MPU 21, and a program executed by the MPU 21 is stored in the memory 30. The programs stored in the memory 30 include a control program 30a that controls the transistors 24a to 24d of the power circuit 24, a self-diagnosis program 30b that detects whether or not an abnormality has occurred inside the step-down converter 20, and the like.

降圧コンバータ20の出力電圧Voutの目標値(目標電圧Vtgt)は、上位のコントローラであるECU8から送られる。ECU8は、モータ7が出力すべきトルクに基づいて目標電圧Vtgtを決定する。また、ECU8は、第1電圧センサ12の計測値により、入力端電圧Vinを取得する。取得した入力端電圧Vinも、ECU8が降圧コンバータ20へ送信する。   A target value (target voltage Vtgt) of the output voltage Vout of the step-down converter 20 is sent from the ECU 8 which is a host controller. The ECU 8 determines the target voltage Vtgt based on the torque that the motor 7 should output. Further, the ECU 8 acquires the input terminal voltage Vin from the measurement value of the first voltage sensor 12. The ECU 8 also transmits the acquired input terminal voltage Vin to the step-down converter 20.

MPU21は、制御プログラム30aを定期的に実行し、入力端電圧Vin、出力電圧Vout、及び、目標電圧Vtgtに基づいて、パワー回路24のトランジスタ24a〜24dに供給するPWM信号のデューティ比を決定する。より具体的には、MPU21は、入力端電圧Vinと目標電圧Vtgtに基づいて、降圧比に相当するデューティ比を決定し、出力電圧Voutと目標電圧Vtgtの差に基づいて、先に決定したデューティ比を補正する。別言すれば、MPU21は、出力電圧Voutと目標電圧Vtgtとの差に基づいて、パワー回路24のトランジスタ24a〜24dに供給するPWM信号(デューティ比を含む)を決定する。図2に示すように、降圧コンバータ20は、出力電圧Voutと目標電圧Vtgtとの差を得る差分器22を含むフィードバックループ29を有している。   The MPU 21 periodically executes the control program 30a, and determines the duty ratio of the PWM signal supplied to the transistors 24a to 24d of the power circuit 24 based on the input terminal voltage Vin, the output voltage Vout, and the target voltage Vtgt. . More specifically, the MPU 21 determines a duty ratio corresponding to the step-down ratio based on the input terminal voltage Vin and the target voltage Vtgt, and based on the difference between the output voltage Vout and the target voltage Vtgt, Correct the ratio. In other words, the MPU 21 determines a PWM signal (including a duty ratio) to be supplied to the transistors 24a to 24d of the power circuit 24 based on the difference between the output voltage Vout and the target voltage Vtgt. As shown in FIG. 2, the step-down converter 20 includes a feedback loop 29 including a difference unit 22 that obtains a difference between the output voltage Vout and the target voltage Vtgt.

降圧コンバータ20には、内部の状態を検知するセンサ群28が備えられている。センサ群28には、例えば、過電圧を検知するセンサ、過電流を検知するセンサ、断線検出センサなどがある。MPU21は、自己診断プログラム30bを定期的に実行し、それらセンサ群28から得られる計測値をチェックする。自己診断プログラム30bでは、センサ群28の夫々から得られる計測値が、予め定められた正常範囲内に属するか否かをチェックする。MPU21は、センサ群28の夫々から得られる計測値が、正常範囲外の場合には、ECU8へ、異常検知信号を送信する。また、降圧コンバータ20は、異常を検知すると、降圧動作を停止する。即ち、MPU21は、パワー回路24の全てのトランジスタ24a〜24dをオフする。   The step-down converter 20 includes a sensor group 28 that detects an internal state. The sensor group 28 includes, for example, sensors that detect overvoltage, sensors that detect overcurrent, and disconnection detection sensors. The MPU 21 periodically executes the self-diagnosis program 30b and checks the measurement values obtained from the sensor group 28. In the self-diagnosis program 30b, it is checked whether or not the measurement values obtained from each of the sensor groups 28 belong to a predetermined normal range. The MPU 21 transmits an abnormality detection signal to the ECU 8 when the measurement value obtained from each of the sensor groups 28 is outside the normal range. Further, when step-down converter 20 detects an abnormality, step-down operation is stopped. That is, the MPU 21 turns off all the transistors 24a to 24d of the power circuit 24.

降圧コンバータ20では、誤って異常検知信号が出力される場合が想定される。例えば、降圧コンバータ20の筐体内へ混入した異物によりセンサが故障した場合である。そのような場合、実際には異常は発生しておらず、降圧コンバータ20はこれまで通り利用できるにも関わらず、異常検知信号が出力されてしまう。あるいは、一時的な過電流により異常検知信号が出力された場合には、過電流が解消されれば、降圧コンバータ20を使えるようになる。そこで、異常検知信号を受信したECU8は、降圧コンバータ20の状態を再度診断し、可能なかぎり降圧コンバータ20を活用する。   In step-down converter 20, a case where an abnormality detection signal is erroneously output is assumed. For example, this is a case where the sensor has failed due to foreign matter mixed into the casing of the step-down converter 20. In such a case, no abnormality has actually occurred, and although the step-down converter 20 can be used as before, an abnormality detection signal is output. Alternatively, when an abnormality detection signal is output due to a temporary overcurrent, the step-down converter 20 can be used if the overcurrent is eliminated. Therefore, the ECU 8 that has received the abnormality detection signal diagnoses the state of the step-down converter 20 again and uses the step-down converter 20 as much as possible.

なお、先に述べたように、降圧コンバータ20の入力端20aには第1電圧センサ12が接続されており、出力端20bには第2電圧センサ13が接続されている。第1電圧センサ12は、入力端電圧Vinを計測し、第2電圧センサ13は出力端電圧Vout(出力電圧Vout)を計測する。また、降圧コンバータ20には、その温度を計測する温度センサ14が備えられている。第1、第2電圧センサ12、13の計測値、及び、温度センサ14の計測値は、ECU8に送られる。   As described above, the first voltage sensor 12 is connected to the input terminal 20a of the step-down converter 20, and the second voltage sensor 13 is connected to the output terminal 20b. The first voltage sensor 12 measures the input terminal voltage Vin, and the second voltage sensor 13 measures the output terminal voltage Vout (output voltage Vout). Further, the step-down converter 20 is provided with a temperature sensor 14 for measuring the temperature thereof. The measured values of the first and second voltage sensors 12 and 13 and the measured value of the temperature sensor 14 are sent to the ECU 8.

図3にECU8が実行する降圧コンバータ診断処理のフローチャートを示す。ECU8は、降圧コンバータ20から異常検知信号を受信すると、図3の処理を実行する。異常検知信号を受信すると、ECU8は、降圧コンバータ20の環境状態をチェックする(S2)。環境状態とは、ECU8が取得し得る降圧コンバータ20に関する情報であり、具体的には、第1電圧センサ12によって計測される入力端電圧Vin、第2電圧センサ13によって計測される出力端電圧Vout(出力電圧Vout)、温度センサ14によって計測される降圧コンバータの温度などである。ECU8は、これら環境状態のそれぞれが、予め定められた正常範囲内であるか否をチェックする。環境状態の少なくとも1つが予め定められた正常範囲を外れていた場合には、ECU8は、異常ありと判断し(S3:YES)、異常時処理を実行する(S12)。異常時処理では、ECU8は、コンソール15の警告灯を点灯させるとともに、異常が発生したことを示すデータを不揮発性メモリ16に格納する。正常範囲を外れていた環境状態が特定の状態の場合には、ECU8は、直ちに車両を停止する場合もある。   FIG. 3 shows a flowchart of the step-down converter diagnostic process executed by the ECU 8. When the ECU 8 receives the abnormality detection signal from the step-down converter 20, the ECU 8 executes the process of FIG. When the abnormality detection signal is received, the ECU 8 checks the environmental state of the step-down converter 20 (S2). The environmental state is information regarding the step-down converter 20 that can be acquired by the ECU 8, and specifically, the input terminal voltage Vin measured by the first voltage sensor 12 and the output terminal voltage Vout measured by the second voltage sensor 13. (Output voltage Vout), the temperature of the step-down converter measured by the temperature sensor 14, and the like. The ECU 8 checks whether or not each of these environmental states is within a predetermined normal range. If at least one of the environmental conditions is out of the predetermined normal range, the ECU 8 determines that there is an abnormality (S3: YES), and executes an abnormality process (S12). In the abnormal process, the ECU 8 turns on the warning lamp of the console 15 and stores data indicating that an abnormality has occurred in the nonvolatile memory 16. When the environmental condition outside the normal range is a specific state, the ECU 8 may stop the vehicle immediately.

環境状態の全てが正常範囲内の場合、即ち、ステップS2の環境状態チェックで異常が検知できなかった場合(S3:NO)、ECU8は、コンソール15の別の警告灯を点灯させる(S4)。あるいは、ECU8は、ステップS12で点灯させる同じ警告灯を、ステップS12の場合とは異なる色で点灯させる。ステップS4で点灯させる警告灯は、運転者にメンテナンスを促す意味を有するものである。   When all the environmental conditions are within the normal range, that is, when no abnormality is detected in the environmental condition check in step S2 (S3: NO), the ECU 8 turns on another warning lamp of the console 15 (S4). Alternatively, the ECU 8 lights the same warning lamp that is turned on in step S12 in a color different from that in step S12. The warning light that is turned on in step S4 has a meaning of prompting the driver to perform maintenance.

次にECU8は、強制動作指令信号を降圧コンバータ20に送信する(S5)。先に述べたように、降圧コンバータ20の自己診断プログラム30bでは、異常が検知されると降圧動作を停止する。強制動作指令信号は、降圧コンバータ20のMPU21に、センサ群28の計測データを無視して降圧動作を再開させる指令信号である。強制動作指令信号を受信した降圧コンバータ20は、制御プログラム30aを起動し、出力電圧Voutと目標電圧Vtgtとの差がゼロになるように、パワー回路24のトランジスタ24a〜24dに供給するPWM信号のデューティ比を決定し、そのPWM信号でトランジスタを駆動する。即ち、降圧コンバータ20は、降圧動作を再開する。このとき、MPU21は、先に説明したフィードバックループ29を使い、フィードバック制御によって出力電圧Voutを目標電圧Vtgtに一致させるように動作する。   Next, the ECU 8 transmits a forced operation command signal to the step-down converter 20 (S5). As described above, the self-diagnosis program 30b of the step-down converter 20 stops the step-down operation when an abnormality is detected. The forced operation command signal is a command signal that causes the MPU 21 of the step-down converter 20 to ignore the measurement data of the sensor group 28 and resume the step-down operation. The step-down converter 20 that has received the forcible operation command signal activates the control program 30a and outputs the PWM signal supplied to the transistors 24a to 24d of the power circuit 24 so that the difference between the output voltage Vout and the target voltage Vtgt becomes zero. The duty ratio is determined, and the transistor is driven by the PWM signal. That is, the step-down converter 20 resumes the step-down operation. At this time, the MPU 21 operates using the feedback loop 29 described above so that the output voltage Vout matches the target voltage Vtgt by feedback control.

次にECU8は、降圧コンバータ20の出力電圧Voutが、予め定められた許容範囲内であるか否かをチェックする(S6)。ここでの許容範囲は、目標電圧Vtgtを含む所定の範囲に定められている。例えば、目標電圧Vtgtは補機バッテリ9の出力電圧である12ボルトよりわずかに高い13ボルトに設定されており、許容範囲は、12〜14ボルトに設定されている。   Next, the ECU 8 checks whether or not the output voltage Vout of the step-down converter 20 is within a predetermined allowable range (S6). The allowable range here is set to a predetermined range including the target voltage Vtgt. For example, the target voltage Vtgt is set to 13 volts that is slightly higher than 12 volts that is the output voltage of the auxiliary battery 9, and the allowable range is set to 12 to 14 volts.

出力電圧Voutが許容範囲内であった場合(S6:YES)、ECU8は、降圧コンバータ20はこれまで通りに利用できると判断し、降圧コンバータ20をそのまま継続して利用する(S7)。ただし、降圧コンバータ20は、すでに異常検知信号を出力しているので、再び異常を生じる虞がある。それゆえ、ECU8は、以後、定期的に環境状態チェックを行うようにする(S8)。具体的には、ECU8は、環境状態チェックのルーチンを実行するトリガとなるタイマを起動する。ステップS8以後、ECU8は、環境状態チェックを実行する毎にタイマを起動し、環境状態チェックが定期的に行われるようにする。   When the output voltage Vout is within the allowable range (S6: YES), the ECU 8 determines that the step-down converter 20 can be used as before, and continues to use the step-down converter 20 as it is (S7). However, since the step-down converter 20 has already output the abnormality detection signal, there is a risk that abnormality will occur again. Therefore, the ECU 8 periodically checks the environmental condition thereafter (S8). Specifically, the ECU 8 starts a timer that serves as a trigger for executing an environmental condition check routine. After step S8, the ECU 8 starts a timer each time the environmental state check is executed, so that the environmental state check is periodically performed.

一方、ステップS6の判断がNOの場合、即ち、降圧コンバータ20を強制動作させた場合に出力電圧Voutが許容範囲外であった場合、ECU8は、降圧コンバータ20のフィードバックループ29が正常に機能していないと判断する。この場合、ECU8は、制御切換指令信号を降圧コンバータ20に送信する(S13)。制御切換指令信号は、降圧コンバータ20に、フィードバック制御ループを遮断させるとともに、入力端電圧Vinと目標電圧Vtgtに基づいて決定される指令値に基づいてオープンループ制御させる指令である。制御切換指令信号を受信した降圧コンバータ20のMPU21は、フィードバックループ29を遮断し、入力端電圧Vinと目標電圧Vtgtに基づいて決定される指令値に基づいてオープンループ制御を実行する。具体的には、MPU21は、[係数×目標電圧Vtgt/(入力端電圧Vin×トランス巻線比)]の式でデューティ比を決定し、そのデューティ比で位相がずれているPWM信号を各トランジスタ24a〜24dに供給する。   On the other hand, if the determination in step S6 is NO, that is, if the output voltage Vout is outside the allowable range when the step-down converter 20 is forcibly operated, the ECU 8 causes the feedback loop 29 of the step-down converter 20 to function normally. Judge that it is not. In this case, the ECU 8 transmits a control switching command signal to the step-down converter 20 (S13). The control switching command signal is a command for causing the step-down converter 20 to interrupt the feedback control loop and to perform open loop control based on a command value determined based on the input terminal voltage Vin and the target voltage Vtgt. The MPU 21 of the step-down converter 20 that has received the control switching command signal cuts off the feedback loop 29 and performs open loop control based on the command value determined based on the input terminal voltage Vin and the target voltage Vtgt. Specifically, the MPU 21 determines a duty ratio by an equation [coefficient × target voltage Vtgt / (input terminal voltage Vin × transformer winding ratio)], and outputs a PWM signal whose phase is shifted by the duty ratio to each transistor. 24a to 24d.

オープンループ制御を開始した降圧コンバータ20に対して、ECU8は、再度、出力電圧Voutが許容範囲内であるか否かをチェックする(S14)。ここでの許容範囲は、ステップS6で利用する許容範囲と同じである。オープンループ制御によって出力電圧Voutが許容範囲内であった場合、ECU8は、降圧コンバータが利用可能であると判断し、そのまま降圧コンバータ20を継続して利用する(S14:YES、S7)。この場合も、ECU8は、以後、定期的に環境状態チェックを行うようにする(S8)。   For the step-down converter 20 that has started the open loop control, the ECU 8 checks again whether or not the output voltage Vout is within the allowable range (S14). The allowable range here is the same as the allowable range used in step S6. When the output voltage Vout is within the allowable range by the open loop control, the ECU 8 determines that the step-down converter can be used, and continues to use the step-down converter 20 as it is (S14: YES, S7). Also in this case, the ECU 8 periodically checks the environmental condition thereafter (S8).

一方、オープンループ制御によっても出力電圧Voutが許容範囲から外れている場合には、ECU8は、降圧コンバータ20の活用は不可能であると判断し、ステップS12と同様の異常時処理を実行する(S14:NO、S15)。   On the other hand, if the output voltage Vout is out of the allowable range even by the open loop control, the ECU 8 determines that the step-down converter 20 cannot be used, and executes the abnormality process similar to step S12 ( S14: NO, S15).

このように、ECU8は、内部診断回路によって異常検知信号を出力した降圧コンバータ20に対し、再度診断を行い、降圧コンバータ20が継続して利用可能か否かを検証する。ECU8は、降圧コンバータ20が利用可能であると判断し、継続して利用する。このように、ECU8は、自己診断回路により異常検知信号を出力した降圧コンバータ20を可能なかぎり活用する。ただし、ECU8は、一旦異常検知信号を発信した降圧コンバータ20に対し、降圧コンバータ20の環境状態チェックを定期的に実行するようにする。ECU8は、降圧コンバータ20のモニタリングを強化し、降圧コンバータ20の状態が悪化しないか監視する。   In this way, the ECU 8 performs a diagnosis again on the step-down converter 20 that has output the abnormality detection signal by the internal diagnosis circuit, and verifies whether or not the step-down converter 20 can be continuously used. The ECU 8 determines that the step-down converter 20 can be used and continues to use it. In this way, the ECU 8 utilizes the step-down converter 20 that outputs the abnormality detection signal by the self-diagnosis circuit as much as possible. However, the ECU 8 periodically checks the environmental state of the step-down converter 20 for the step-down converter 20 that has once transmitted the abnormality detection signal. The ECU 8 strengthens monitoring of the step-down converter 20 and monitors whether the state of the step-down converter 20 is deteriorated.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。ECU8は、請求項の「降圧コンバータを制御するコントローラ」の一例に相当する。自己診断プログラム30bを実行するMPU21と、降圧コンバータ20の内部状態を計測するセンサ群28が、請求項の「自己診断回路」の一例に相当する。   Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. The ECU 8 corresponds to an example of a “controller that controls the step-down converter” in the claims. The MPU 21 that executes the self-diagnosis program 30b and the sensor group 28 that measures the internal state of the step-down converter 20 correspond to an example of the “self-diagnosis circuit” in the claims.

実施例の電動車両はハイブリッド車2であった。本明細書が開示する技術は、電気自動車や燃料電池車に適用することも好適である。本明細書が開示する技術を燃料電池車に適用する場合、図1のメインバッテリ3は、燃料電池に置き換えられる。   The electric vehicle of the example was a hybrid vehicle 2. The technology disclosed in this specification is also preferably applied to an electric vehicle and a fuel cell vehicle. When the technique disclosed in this specification is applied to a fuel cell vehicle, the main battery 3 in FIG. 1 is replaced with a fuel cell.

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
4:システムメインリレー
5:昇圧コンバータ
6:インバータ
7:モータ
8:ECU(コントローラ)
9:補機バッテリ
10:エンジン
11:ギアセット
12、13:電圧センサ
14:温度センサ
15:コンソール
16:不揮発性メモリ
17:電気機器
20:降圧コンバータ
20a:入力端
20b:出力端
21:マイクロプロセッサユニット(MPU)
22:差分器
23:フィルタ回路
24:パワー回路
24a−24d:トランジスタ
25:変圧トランス
26:整流回路
27:平滑回路
28:センサ群
29:フィードバックループ
30:メモリ
30a:制御プログラム
30b:自己診断プログラム
2: Hybrid vehicle 3: Main battery 4: System main relay 5: Boost converter 6: Inverter 7: Motor 8: ECU (controller)
9: Auxiliary battery 10: Engine 11: Gear set 12, 13: Voltage sensor 14: Temperature sensor 15: Console 16: Non-volatile memory 17: Electrical equipment 20: Step-down converter 20a: Input end 20b: Output end 21: Microprocessor Unit (MPU)
22: subtractor 23: filter circuit 24: power circuit 24a-24d: transistor 25: transformer 26: rectifier circuit 27: smoothing circuit 28: sensor group 29: feedback loop 30: memory 30a: control program 30b: self-diagnosis program

Claims (1)

走行用モータに電力を供給する主電源と、
出力電圧が前記主電源の電圧よりも低く、車載の電気機器に電力を供給する補機バッテリと、
入力端が前記主電源に接続されており出力端が前記補機バッテリに接続されており、前記主電源の電力を目標電圧まで降圧して前記補機バッテリに供給する降圧コンバータと、
前記降圧コンバータを制御するコントローラと、
を備えており、
前記降圧コンバータは、出力電圧と目標電圧の差に基づいて決定される指令値に基づいて動作するフィードバック制御ループを備えているとともに、異常を検知すると異常検知信号を前記コントローラへ通知する自己診断回路を備えており、
前記コントローラは、
前記異常検知信号を受信すると、前記降圧コンバータの環境状態が所定の正常範囲にあるか否かをチェックし、
前記環境状態が前記正常範囲外の場合は、前記降圧コンバータを停止させ、
前記環境状態が前記正常範囲内の場合は、前記降圧コンバータへ、検知した異常を無視して動作させる強制動作指令信号を送信し、
前記降圧コンバータが前記強制動作指令信号に基づいて動作している間に前記降圧コンバータの出力電圧が前記目標電圧を含む所定の許容範囲内であるか否かをチェックし、
前記降圧コンバータの出力電圧が前記許容範囲内の場合は、前記降圧コンバータをそのまま動作させ、
前記降圧コンバータの出力電圧が前記許容範囲外の場合は、前記降圧コンバータに、前記フィードバック制御ループを遮断させるとともに、前記入力端電圧と前記目標電圧に基づいて決定される指令値に基づいてオープンループ制御させる制御切換信号を送信する、
ことを特徴とする電動車両。
A main power supply that supplies power to the motor for traveling;
An auxiliary battery for supplying electric power to an on-vehicle electric device whose output voltage is lower than the voltage of the main power source;
A step-down converter having an input terminal connected to the main power supply and an output terminal connected to the auxiliary battery, and stepping down the electric power of the main power supply to a target voltage and supplying the auxiliary battery to the auxiliary battery;
A controller for controlling the step-down converter;
With
The step-down converter includes a feedback control loop that operates based on a command value determined based on a difference between an output voltage and a target voltage, and a self-diagnosis circuit that notifies the controller of an abnormality detection signal when an abnormality is detected With
The controller is
Upon receiving the abnormality detection signal, it is checked whether the environmental condition of the step-down converter is within a predetermined normal range,
If the environmental condition is outside the normal range, stop the step-down converter,
When the environmental state is within the normal range, a forced operation command signal for ignoring the detected abnormality is transmitted to the step-down converter,
Check whether the output voltage of the step-down converter is within a predetermined allowable range including the target voltage while the step-down converter is operating based on the forced operation command signal,
When the output voltage of the step-down converter is within the allowable range, the step-down converter is operated as it is,
When the output voltage of the step-down converter is out of the allowable range, the step-down converter causes the feedback control loop to be interrupted and an open loop based on a command value determined based on the input terminal voltage and the target voltage Send a control switching signal to control,
The electric vehicle characterized by the above-mentioned.
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