JP2019128218A - 電流センサの故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランプ機能レスの電流センサの出力異常を容易に検知する。【解決手段】クランプ機能レスの電流センサの出力固着異常を診断する電流センサの故障診断装置（モータＥＣＵ８）であって、電流センサ２の検出電流が過電流しきい値ＯＡを超えて増加した場合に、検出カウンタのカウント値を増加させ、遮断回路が動作する所定の時間が経過するまで電流センサ２の検出電流は増加し、検出電流がオーバーレンジ閾値ＯＬＨを超えているときに、モータＥＣＵ８は電流センサ２の出力異常診断を行う。遮断回路が動作したとしても、電流センサ２の検出電流が電流しきい値ＯＡを下回らず、検出カウンタのカウント値に変化しないため、モータＥＣＵ８は電流センサ２を出力異常であると判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサの故障診断装置に関する。

下記特許文献１には、電流センサ出力の今回値と前回値との差が所定値以下である場合に電流センサの出力が固着している可能性があると判断して今回値を記憶し、この記録値と電流センサの出力値との差が所定値以下である場合にタイマーによる計時を開始し、計時時間が所定時間を経過した場合に電流センサの出力固着異常を断定する技術（電流センサの故障診断装置）が開示されている。

特許第４８３９７１１号公報

ところで、電流センサには、出力が異常に高くなると当該出力を上限値にクランプするクランプ機能付きのものと当該クランプ機能を有しないクランプ機能レスのものとが存在する。クランプ機能付きの電流センサは出力がクランプされるので出力固着である出力異常を容易に検知することが可能であるが、クランプ機能レスの電流センサは、負荷に応じて出力が増加するため、当該出力が上限値（一定値）にクランプされないので過電流が発生しているのか、センサの異常による出力異常なのかを区別できず、電流センサの出力異常を検知することが困難である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、クランプ機能レスの電流センサの出力異常を容易に検知することが可能な電流センサの故障診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、電流センサの故障診断装置に係る解決手段として、クランプ機能レスの電流センサの出力固着異常を診断する電流センサの故障診断装置であって、前記電流センサの出力が異常しきい値を複数回越えたか否かを検出することにより出力固着異常を診断する、という手段を採用する。

本発明によれば、クランプ機能レスの電流センサの出力異常を容易に検知することが可能である。

本発明の一実施形態に係る電流センサの故障診断装置及び検知対象を示すブロック図（ａ）と故障診断装置の動作を示すタイミングチャート（ｂ）である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る電流センサの故障診断装置及び検知対象であるモータ駆動回路は、図１（ａ）に示すように、バッテリ１、電流センサ２（２１，２２，２３）、メインコンタクタ３、サブコンタクタ４、インバータ５、走行モータ６、バッテリＥＣＵ７及びモータＥＣＵ８を備えている。なお、このモータ駆動回路は、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、走行動力を発生する走行モータ６を駆動する電力回路である。

バッテリ１は、複数の電池セル（単電池）が直列接続された組電池であり、数百ボルトの高電圧電力（直流電力）を出力する。このバッテリ１は、例えばリチウムイオンバッテリあるいは燃料電池である。

電流センサ２（２１，２２，２３）は、インバータ５から走行モータ６に供給される各相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の駆動電流を検出しモータＥＣＵ８に出力する。すなわち、電流センサ２１は、Ｕ相モータ線に流れるＵ相駆動電流を検出し、電流センサ２２は、Ｖ相モータ線に流れるＶ相駆動電流を検出し、電流センサ２３は、Ｗ相モータ線に流れるＷ相駆動電流を検出する。このような３つの電流センサ２（２１，２２，２３）は、クランプ機能レスの電流センサであり、出力が異常に高い値となっても当該出力を一定値にクランプしない。

メインコンタクタ３は、バッテリ１のプラス端子側に設けられており、バッテリ１のプラス端子とインバータ５との接続状態を接続／非接続に切替える開閉器である。サブコンタクタ４は、バッテリ１のマイナス端子側に設けられており、バッテリ１のマイナス端子とインバータ５との接続状態を接続／非接続に切替える開閉器である。なお、本実施形態におけるモータ駆動回路は、プリチャージコンタクタを備えないが、必要に応じてプリチャージコンタクタを備えてもよい。すなわち、メインコンタクタ３と並列にプリチャージコンタクタを設けてもよい。

インバータ５は、バッテリ１から入力された直流電力を交流電力に変換して走行モータ６に供給する電力変換回路（三相インバータ）である。すなわち、このインバータ５は、３つのスイッチングレグを備えている。各スイッチングレグは、三相つまりＵ相、Ｖ相及びＷ相にそれぞれ対応しており、各々に直列接続された一対のスイッチング素子（上アーム用スイッチング素子及び下アーム用スイッチング素子）から構成されている。

走行モータ６は、上記インバータ５から供給される三相交流電力を駆動電力として回転動力を発生する三相電動機である。この走行モータ６は、車両が走行するための走行動力を発生する動力源である。この走行モータ６は、図示するように３つのモータ線つまりＵ相モータ線、Ｖ相モータ線及びＷ相モータ線によってインバータ５に接続されている。

バッテリＥＣＵ７は、バッテリ１の充放電を制御する制御装置であり、上位制御系から入力される制御指令に基づいてメインコンタクタ３及びサブコンタクタ４の開閉を制御する。

モータＥＣＵ８は、インバータ５が備える各スイッチング素子に信号を供給することによって走行モータを制御する制御装置であり、モータＥＣＵは所定の周期でＵ相電流センサ２１、Ｖ相電流センサ２２、Ｗ相電流センサ２３により検出した電流検出信号に基づいて、各電流センサ２の出力異常を検知する。すなわち、このモータＥＣＵは、本実施形態における故障診断装置である。

次に、本実施形態に係る故障診断装置の動作について、図１（ｂ）をも参照して詳しく説明する。

本実施形態におけるモータ駆動回路は、バッテリＥＣＵ７がメインコンタクタ３及びサブコンタクタ４を閉状態に設定することによりバッテリ１とインバータ５とを接続状態とし、かつモータＥＣＵ８による制御の下でインバータ５が作動することによって走行モータ６に駆動電力（交流電力）を供給する。

この状態において、電流センサ２から出力される検出電流つまり各相の駆動電流は、負荷であるインバータ５及び走行モータ６の状態に応じて変化する。すなわち、電流センサ２の検出電流は、図１（ｂ）の上段に示すように、車両の異常状態である過電流や、電流センサ２の故障によって電流値が増大して過電流しきい値ＯＡ及び電流センサ２の出力異常であるオーバーレンジしきい値ＯＬ_Ｈを超える場合がある。なお、上記過電流しきい値ＯＡは、本実施形態における異常しきい値である。

ここで、クランプ機能を有する電流センサの場合、検出電流が過電流しきい値ＯＡを超え、さらにオーバーレンジしきい値ＯＬ_Ｈを超えると、出力が一定値にクランプされる。検出電流は強制的に上記高電流に保持される。これに対して、クランプ機能レスの電流センサ２では、検出電流がオーバーレンジしきい値ＯＬ_Ｈを超えても、出力は所定の高電流にクランプされることはなく、負荷に対応した値となる。

一方、電流センサ２の検出電流が過電流しきい値ＯＡを超えると、モータＥＣＵ８が所定時間の間、過電流遮断回路を動作させ、過電流遮断回路がモータＥＣＵ８からスイッチング素子に供給する信号を遮断してスイッチング素子がオン状態にならないようにする。この結果、各相のモータ線に流れる駆動電流が低下する。

所定時間が経過すると、モータＥＣＵ８は、過電流遮断回路の動作を停止させ、モータＥＣＵ８からスイッチング素子にスイッチング信号が供給され、スイッチング素子がオン状態となることによって、電流センサ２の検出電流は各相のモータ線に流れる駆動電流に応じて上昇する。

すなわち、電流センサ２の検出電流が過電流しきい値ＯＡを一旦超えると、電流センサ２の検出電流は、図１（ｂ）に示すように過電流しきい値ＯＡの上下に繰り返し変動することになる。なお、クランプ機能を有する電流センサでは、電流センサの出力が高電流にクランプされるので、上述した検出電流の変動は発生しない。

ここで、過電流が発生している場合について説明する。図１（ｂ）の時点Ａにおいて、出力異常診断のタイミングのため、モータＥＣＵ８は電流センサ２の出力異常診断を行う。このとき検出電流が過電流しきい値ＯＡを超えていないため、モータＥＣＵ８は電流センサ２は正常と判断する。

次に、図１（ｂ）の時点Ｂにおいて、電流センサ２の検出電流が増化し、電流センサ２の検出電流が過電流しきい値ＯＡを超えた場合に、モータＥＣＵ８は検出カウンタを増加させ、さらに遮断回路を動作させるが、遮断回路が動作するまで所定の時間が経過するため、電流センサ２の検出電流はオーバーレンジしきい値ＯＬ_Ｈを超える。

次に、図１（ｂ）の時点Ｃにおいて、出力異常診断のタイミングのため、モータＥＣＵ８は電流センサ２の出力異常診断を行う。このとき、電流センサ２の検出電流はオーバーレンジしきい値ＯＬ_Ｈを超えて、かつ、今回の出力異常診断におけるカウンタ値と前回の出力異常診断におけるカウンタ値と異なり、カウンタ値が変化しているため、モータＥＣＵ８は電流センサ２を正常と判断する。

次に、図１（ｂ）の時点Ｄにおいて、遮断回路が動作して各相のモータ線に流れる駆動電流が低下することで、電流センサ２の検出電流が電流しきい値ＯＡを下回った場合に、モータＥＣＵ８は検出カウンタを増加させる。

このようにして、モータＥＣＵ８はオーバーレンジしきい値ＯＬ_Ｈを超え、かつ、所定の周期において検出カウンタの値に変化がある場合に、電流センサ２を正常と判断し、過電流が発生していると判断する。

次に、電流センサ２の出力異常が発生している場合について説明する。
図１（ｂ）の時点Ｅにおいて、電流センサ２の検出電流が過電流しきい値ＯＡを超えていないため、モータＥＣＵ８は電流センサ２を正常と判断する。

次に、図１（ｂ）の時点Ｆにおいて、電流センサ２の検出電流が増化し検出電流が過電流しきい値ＯＡを超えた場合に、モータＥＣＵ８は検出カウンタを増加させ、さらに遮断回路を動作させが、遮断回路が動作するまで所定の時間が経過するため検出電流はオーバーレンジしきい値ＯＬ_Ｈを超える。

次に、図１（ｂ）の時点Ｇにおいて、電流センサ２の検出電流がオーバーレンジしきい値ＯＬ_Ｈを超えているときに、モータＥＣＵ８は出力異常診断を行う。このとき、電流センサ２の検出電流はオーバーレンジしきい値ＯＬ_Ｈを超えて、かつ、今回の出力異常診断におけるカウンタ値と前回の出力異常診断におけるカウンタ値と異なり、カウンタ値が変化しているため、モータＥＣＵ８は電流センサ２を正常と判断する。

次に、図１（ｂ）の時点Ｈにおいて、電流センサ２の出力異常が発生している場合は、遮断回路が動作しても、各相のモータ線に流れる駆動電流が低下するが、電流センサ２の検出電流が電流しきい値ＯＡを下回らず、検出カウンタは変化はしない。

さらに、図１（ｂ）の時点Ｉにおいて、モータＥＣＵ８は故障診断を行う。このとき電流センサ２の検出電流はオーバレンジしきい値ＯＬ_Ｈを超えているが、今回の出力異常診断におけるカウンタ値と前回の出力異常診断におけるカウンタ値とが同じ値で、カウンタ値が変化していないため、モータＥＣＵ８は電流センサ２を出力異常であると判定する。

このようにして、モータＥＣＵ８はオーバーレンジしきい値ＯＬ_Ｈを超え、かつ、所定の周期において検出カウンタの値に変化がない場合に、電流センサ２の出力異常が発生したと判定する。すなわち、モータＥＣＵ８は、所定の周期において、電流センサ２の検出電流が過電流しきい値ＯＡ（異常閾値）を跨ぐ変化を検出することにより電流センサ２の出力異常の発生しているか否かを判断することができる。

したがって、本実施形態によれば、クランプ機能レスの電流センサ２の出力異常を容易に検知することが可能である。なお、クランプ機能を有する電流センサでは、電流センサの出力が高電流にクランプされるので、検出電流が過電流しきい値ＯＡを複数回越えることはなく、よって計数値は「１」から増えることがない。

なお、上記実施形態では、本発明をモータ線の駆動電流を検出する電流センサ２に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は様々なアプリケーションに使用されるクランプ機能レスの電流センサの出力異常の検知に適用することが可能である。

１ バッテリ
２ 電流センサ
３ メインコンタクタ
４ サブコンタクタ
５ インバータ
６ 走行モータ６
７ バッテリＥＣＵ
８ モータＥＣＵ

Claims (1)

1. クランプ機能レスの電流センサの出力異常を診断する電流センサの故障診断装置であって、
   前記電流センサの出力が異常しきい値を複数回越えたか否かを検出することにより出力異常を診断することを特徴とする電流センサの故障診断装置。
   
   

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