JP2020078097A - Power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、電力変換装置に関する。 The technique disclosed in the present specification relates to a power conversion device.
特許文献１に、モータを駆動するインバータと、バッテリが接続された低電圧系の電力を昇圧してインバータが接続された高電圧系に供給する昇圧コンバータと、異常判定手段を備えた電力変換装置が開示されている。昇圧コンバータは、複数のスイッチング素子とリアクトルを有している。電力変換装置は、リアクトルに流れる電流を検出する２つの電流センサを有している。異常判定手段は、２つの電流センサにより検出された電流の差が閾値以上のときに２つの電流センサの少なくとも一方に異常が生じていると判定する。閾値は、モータから出力すべき目標パワー、モータから出力されているパワー、モータから出力されているトルク、及びバッテリを充放電する電流に従って設定される。 Patent Document 1 discloses an electric power conversion device including an inverter that drives a motor, a boost converter that boosts electric power of a low-voltage system connected to a battery and supplies the electric power to a high-voltage system connected to the inverter, and an abnormality determination unit. Is disclosed. The boost converter has a plurality of switching elements and a reactor. The power conversion device has two current sensors that detect a current flowing through the reactor. The abnormality determining means determines that at least one of the two current sensors has an abnormality when the difference between the currents detected by the two current sensors is equal to or more than a threshold value. The threshold value is set according to the target power to be output from the motor, the power output from the motor, the torque output from the motor, and the current that charges and discharges the battery.
特許文献１の電力変換装置では、電力変換装置の直流側（すなわち、バッテリと昇圧コンバータ（電圧コンバータ）の間など）に、エアコンディショナなどの補機を駆動する負荷回路が接続されている場合がある。そのため、補機で電力が消費されると、その消費電力量の変動に起因して閾値を適切に設定することができない場合があり、リアクトルの電流センサの異常判定を適切に実行できないおそれがある。本明細書は、リアクトルの電流センサの異常判定を適切に実行し得る技術を提供する。 In the power conversion device of Patent Document 1, in the case where a load circuit for driving an auxiliary device such as an air conditioner is connected to the DC side of the power conversion device (that is, between the battery and the boost converter (voltage converter)). There is. Therefore, when power is consumed by the auxiliary machine, it may not be possible to properly set the threshold value due to fluctuations in the amount of power consumption, and it may not be possible to appropriately execute abnormality determination of the current sensor of the reactor. .. The present specification provides a technique capable of appropriately executing abnormality determination of a current sensor of a reactor.
本明細書が開示する電力変換装置は、バッテリ電圧を昇圧する電圧コンバータ、電圧コンバータに接続されているとともにモータに交流電力を供給可能なインバータ、及び、コントローラを備えている。電圧コンバータは、高電圧側の正極端子と負極端子の間に直列接続されている２個のスイッチング素子と、２個のスイッチング素子の直列接続の中点と低電圧側の正極端子の間に接続されているリアクトルと、リアクトルに流れる電流を計測する第１電流センサと、低電圧側の電圧を計測する第１電圧センサと、高電圧側の電圧を計測する第２電圧センサと、を有している。インバータは、モータに流れる電流を計測する第２電流センサを有している。コントローラは、第１電圧センサから出力される第１電圧値、第２電圧センサから出力される第２電圧値、及び第２電流センサから出力される第２電流値に基づいてリアクトルを流れる電流の推定値（推定電流値ＩＬｅｓ）を算出する。コントローラは、第１電流センサから出力されるリアクトルの実測電流値と推定電流値とを比較する。そして、比較結果が予め定められた所定範囲内にない場合に、コントローラは、第１電流センサに異常が生じていると判定する。 The power conversion device disclosed in this specification includes a voltage converter that boosts a battery voltage, an inverter that is connected to the voltage converter and that can supply AC power to a motor, and a controller. The voltage converter is connected between two switching elements connected in series between a positive terminal and a negative terminal on the high voltage side, and between a midpoint of series connection of the two switching elements and a positive terminal on the low voltage side. And a first current sensor that measures a current flowing through the reactor, a first voltage sensor that measures a low-voltage side voltage, and a second voltage sensor that measures a high-voltage side voltage. ing. The inverter has a second current sensor that measures the current flowing through the motor. The controller controls the current flowing through the reactor based on the first voltage value output from the first voltage sensor, the second voltage value output from the second voltage sensor, and the second current value output from the second current sensor. An estimated value (estimated current value ILes) is calculated. The controller compares the measured current value of the reactor output from the first current sensor with the estimated current value. Then, when the comparison result is not within the predetermined range, the controller determines that the first current sensor has an abnormality.
上記の構成により、電力変換装置の入力側実測電圧値（第１電圧値）、入力側実測電流値（第１電流値）、出力側実測電圧値（第２電圧値）及び出力側実測電流値（第２電流値）を用いることで、リアクトルの電流センサ（第１電流センサ）の異常判定を実行することが可能になる。よって、電力変換装置の直流電圧側（バッテリと電圧コンバータとの間）に、補機を駆動する負荷回路が接続されている場合であっても、リアクトルの電流センサの異常の有無を的確に判定することができる。 With the above configuration, the input-side measured voltage value (first voltage value), the input-side measured current value (first current value), the output-side measured voltage value (second voltage value), and the output-side measured current value of the power conversion device By using the (second current value), it becomes possible to execute the abnormality determination of the current sensor (first current sensor) of the reactor. Therefore, even if the load circuit that drives the auxiliary device is connected to the DC voltage side (between the battery and the voltage converter) of the power conversion device, it is possible to accurately determine whether the current sensor of the reactor is abnormal. can do.
また、第１電圧センサ、第２電圧センサ及び第２電流センサの測定性能や信頼性が比較的に高い場合には、各計測結果である第１電圧値、第２電圧値及び第２電流値に基づいてリアクトルの推定電流値ＩＬｅｓを算出することが可能になる。その結果、リアクトルの実測電流値と推定電流値とを比較することで、リアクトルの電流センサの異常判定を的確に実行することが可能になる。 Further, when the measurement performance and reliability of the first voltage sensor, the second voltage sensor, and the second current sensor are relatively high, the first voltage value, the second voltage value, and the second current value, which are the measurement results, are obtained. It is possible to calculate the estimated current value ILes of the reactor based on As a result, by comparing the measured current value of the reactor with the estimated current value, it becomes possible to accurately execute the abnormality determination of the current sensor of the reactor.
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。 Details of the technology disclosed in this specification and further improvements will be described in the embodiments of the invention.
図面を参照して実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置は、電気自動車に搭載されるＰＣＵを構成するものである。図１に電気自動車２の電力系のブロック図を示す。なお、本明細書における電気自動車には、燃料電池車、および、走行用のモータとエンジン（内燃機関）の両方を備えるハイブリッド車も含まれる。
A power converter according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The power converter of the embodiment constitutes a PCU mounted on an electric vehicle. FIG. 1 shows a block diagram of a power system of the
電気自動車２は、走行用の駆動源として、２個のモータ６、７を備えている。これらのモータ６、７から出力される駆動トルクは、動力分配機構８で適宜に分配／合成されてドライブシャフト９へ伝達される。なお、図１は、本明細書が開示する技術の説明に要する部品だけを表しており、説明に関係のない一部の部品については図示を省略していることに留意されたい。
The
モータ６、７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、例えばリチウム電池である。スイッチ４ａ、４ｂは、システムメインリレー４である。システムメインリレー４は、電気自動車２のメインスイッチ（不図示）と連動しているが、コントローラ４０によるオンオフ制御も可能に構成されている。
Electric power for driving the
メインバッテリ３は、システムメインリレー４やパワーケーブル（不図示）を介してＰＣＵ５に接続されている。システムメインリレー４は、メインバッテリ３と車両の駆動系を接続したり切断したりするスイッチである。システムメインリレー４は、上位コントローラ（不図示）により切り換えられる。 The main battery 3 is connected to the PCU 5 via a system main relay 4 and a power cable (not shown). The system main relay 4 is a switch that connects or disconnects the main battery 3 and the drive system of the vehicle. The system main relay 4 is switched by a host controller (not shown).
電気自動車２は、パワーステアリングやエアコンディショナなどの補機５１を備えている。補機５１は、電力変換装置５の直流電圧側（すなわち、メインバッテリ３と電圧コンバータ１０）の間など）に、補機４１を駆動する負荷回路５２を介して接続されている。負荷回路５２は、ＤＣ−ＤＣコンバータで構成されている。
The
ＰＣＵ５は、メインバッテリ３とモータ６、７の間に接続されている。ＰＣＵ５は、電圧コンバータ１０、インバータ２０、３０、コントローラ４０などを含んで構成されている。なお、本明細書では、説明の便宜上、２個のモータのうち、一方を第１モータ６、他方を第２モータ７と称する。また、第１モータ６に交流電力を供給するインバータを第１インバータ２０、第２モータ７に交流電力を供給するインバータを第２インバータ３０と夫々称する。
The PCU 5 is connected between the main battery 3 and the
電圧コンバータ１０は、メインバッテリ３から供給される電力の電圧をモータ６、７の駆動に適した電圧（例えば６００ボルト）まで昇圧する機能と、モータ６、７が発電した電力の電圧をメインバッテリ３の充電に適した電圧まで降圧する機能を有している。
The
なお、電気自動車２は、車両の減速エネルギを利用してモータ６、７で発電することもできる。モータ６が発電（交流電力）する場合、インバータ２０によって交流電力が直流電力に変換され、さらに電圧コンバータ１０によって直流電力がメインバッテリ３よりも僅かに高い電圧まで降圧され、メインバッテリ３へ供給される。
The
電圧コンバータ１０は、２個のトランジスタ１１ａ、１１ｂ、リアクトル１２、コンデンサ１３、１４により構成されている。本実施例では、電圧コンバータ１０は、これらに加えて、電流センサ１５や電圧センサ１６、１７を備えている。トランジスタ１１ａ及びトランジスタ１１ｂは、高電圧側プラス端子ＰＨと高電圧側マイナス端子ＮＨの間に直列に接続されている。これらのトランジスタは、典型的には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。なお、トランジスタ１１ａ、１１ｂがスイッチング素子の一例に相当する。
The
本実施例では、トランジスタ１１ａのコレクタが高電圧側プラス端子ＰＨに接続され、トランジスタ１１ｂのエミッタが高電圧側マイナス端子ＮＨに接続されている。また、トランジスタ１１ａのエミッタとトランジスタ１１ｂのコレクタが互いに接続されている。これら両トランジスタ１１ａ、１１ｂの接続部分を中点ＣＰと称する。トランジスタ１１ａは中点ＣＰに対して高電位側に位置し、トランジスタ１１ｂは中点ＣＰに対して低電位側に位置することから、トランジスタ１１ａは上アームと称され、またトランジスタ１１ｂは下アームと称されることもある。 In this embodiment, the collector of the transistor 11a is connected to the high voltage side plus terminal PH, and the emitter of the transistor 11b is connected to the high voltage side minus terminal NH. The emitter of the transistor 11a and the collector of the transistor 11b are connected to each other. The connecting portion between these two transistors 11a and 11b is referred to as the midpoint CP. Since the transistor 11a is located on the high potential side with respect to the midpoint CP and the transistor 11b is located on the low potential side with respect to the midpoint CP, the transistor 11a is referred to as the upper arm and the transistor 11b is referred to as the lower arm. Sometimes called.
これらのトランジスタ１１ａ、１１ｂのゲートには、コントローラ４０から配線される信号線が夫々接続されており、コントローラ４０から出力される駆動信号Ｓｃ（例えばＰＷＭ信号）によりこれらのトランジスタ１１ａ、１１ｂのスイッチング（オンオフ）を制御し得るように構成されている。トランジスタ１１ａ、１１ｂには、ダイオードが逆並列に夫々接続されている。これらのダイオードは、トランジスタ１１ａ、１１ｂがオン状態からオフ状態に移行する際に、逆方向に流れ込む電流を逃がすバイパス経路を構成するため、環流ダイオードやフリーホイールダイオードと称されることもある。
Signal lines wired from the
高電圧側プラス端子ＰＨと高電圧側マイナス端子ＮＨの間には、平滑コンデンサ１４と電圧センサ１７が接続されている。電圧センサ１７の出力端子は、コントローラ４０に接続されており、高電圧側の両端子ＰＨ、ＮＨ間の電圧（高電圧側（昇圧後）電圧ＶＨ）を計測してコントローラ４０に出力する。電圧センサ１７は、高電圧側の電圧を計測する第２電圧センサである。本実施例では、高電圧側の両端子ＰＨ、ＮＨは、インバータ２０に接続されている。低電圧側にも、このような端子ＰＬ、ＮＬが設けられており、このうちの低電圧側マイナス端子ＮＬは、高電圧側マイナス端子ＮＨと直流的に同電位にある。
The smoothing
リアクトル１２は、その一端側が低電圧側プラス端子ＰＬに接続されており、また他端側がトランジスタ１１ａ、１１ｂの中点ＣＰに接続されている。低電圧側プラス端子ＰＬには、バッテリ３のプラス端子がスイッチ４ａを介して接続されている。本実施例では、リアクトル１２の他端側（高電圧側プラス端子ＰＨ側）に電流センサ１５が接続されており、リアクトル１２を流れる電流を電流センサ１５により計測する。電流センサ１５の出力端子は、コントローラ４０に接続されている。電流センサ１５は、計測したリアクトル電流ＩＬの実測値（リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅ）をコントローラ４０に出力する。リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅは、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。
The
低電圧側プラス端子ＰＬと低電圧側マイナス端子ＮＬの間には、フィルタコンデンサ１３と電圧センサ１６が接続されている。電圧センサ１６の出力端子は、コントローラ４０に接続されており、低電圧側の両端子ＰＬ、ＮＬ間の電圧（低電圧側（昇圧前）電圧ＶＬ）を計測してコントローラ４０に出力する。電圧センサ１６は、低電圧側の電圧を計測する第１電圧センサである。本実施例では、これらの両端子ＰＬ、ＮＬは、システムメインリレー４（スイッチ４ａ、４ｂ）を介して、バッテリ３に接続されている。システムメインリレー４のオンオフ制御は、電気自動車のメインスイッチ（不図示）の入力にともなって、コントローラ４０の上位コントローラに制御される。
The
第１インバータ２０は、電圧コンバータ１０から供給される直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力に変換して第１モータ６を駆動する三相交流電力を供給したり、第１モータ６が発電した三相交流電力を直流電力に変換して電圧コンバータ１０へ供給したりする。
The first inverter 20 converts the DC power supplied from the
第１インバータ２０は、６個のトランジスタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆにより構成されている。本実施例では、第１インバータ２０は、これらに加えて、電流センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃを備えている。
The first inverter 20 is composed of six
トランジスタ２１ａ及びトランジスタ２１ｂは、高圧側プラス端子ＰＨに接続されている端子２０ａと高圧側マイナス端子ＮＨに接続されている端子２０ｂの間に直列に接続されている。トランジスタ２１ｃ及びトランジスタ２１ｄは、端子２０ａと端子２０ｂの間に直列に接続されている。トランジスタ２１ｅ及びトランジスタ２１ｆは、端子２０ａと端子２０ｂの間に直列に接続されている。これらのトランジスタは、典型的には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。
The
本実施例では、トランジスタ２１ａのコレクタが端子２０ａに接続され、トランジスタ２１ｂのエミッタが端子２０ｂに接続されている。また、トランジスタ２１ａのエミッタとトランジスタ２１ｂのコレクタが互いに接続されている。これら両トランジスタ２１ａ、２１ｂの接続部分２０ｆは、第１モータ６のＵ相コイルに接続された端子２０ｃに接続されている。接続部分２０ｆと端子２０ｃの間には、電流センサ２２ａが接続されている。電流センサ２２ａは、第１モータ６のＵ相に流れる電流ＩＭＵ１を計測可能である。電流センサ２２ａの出力端は、コントローラ４０に接続されており、第１モータ６のＵ相に流れる電流を計測してコントローラ４０に出力する。電流値ＩＭＵ１は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。
In this embodiment, the collector of the transistor 21a is connected to the terminal 20a, and the emitter of the
さらに、トランジスタ２１ｃのコレクタが端子２０ａに接続され、トランジスタ２１ｄのエミッタが端子２０ｂに接続されている。また、トランジスタ２１ｃのエミッタとトランジスタ２１ｄのコレクタが互いに接続されている。これら両トランジスタ２１ｃ、２１ｄの接続部分２０ｇは、第１モータ６のＶ相コイルに接続された端子２０ｄに接続されている。接続部分２０ｇと端子２０ｄの間には、電流センサ２２ｂが接続されている。電流センサ２２ｂは、第１モータ６のＶ相に流れる電流ＩＭＶ１を計測可能である。電流センサ２２ｂの出力端は、コントローラ４０に接続されており、第１モータ６のＶ相に流れる電流を計測してコントローラ４０に出力する。電流値ＩＭＶ１は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。
Further, the collector of the transistor 21c is connected to the terminal 20a, and the emitter of the
さらに、トランジスタ２１ｅのコレクタが端子２０ａに接続され、トランジスタ２１ｆのエミッタが端子２０ｂに接続されている。また、トランジスタ２１ｅのエミッタとトランジスタ２１ｆのコレクタが互いに接続されている。これら両トランジスタ２１ｅ、２１ｆの接続部分２０ｈは、第１モータ６のＷ相コイルに接続された端子２０ｅに接続されている。接続部分２０ｈと端子２０ｅの間には、電流センサ２２ｃが接続されている。電流センサ２２ｃは、第１モータ６のＷ相に流れる電流ＩＭＷ１を計測可能である。電流センサ２２ｃの出力端は、コントローラ４０に接続されており、第１モータ６のＷ相に流れる電流を計測してコントローラ４０に出力する。電流値ＩＭＷ１は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。すなわち、電流値ＩＭ１は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。
Further, the collector of the transistor 21e is connected to the terminal 20a, and the emitter of the
なお、高電圧側に接続されるトランジスタ２１ａ、２１ｃ、２１ｅは上アームと称され、低電圧側に接続されるトランジスタ２１ｂ、２１ｄ、２１ｆは下アームと称されることもある。
The transistors 21a, 21c, 21e connected to the high voltage side may be referred to as upper arms, and the
これらのトランジスタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ（以下、トランジスタ２１ａ−２１ｆと称する場合がある。）のゲートには、コントローラ４０から配線される信号線が夫々接続されており、コントローラ４０から出力される制御信号（例えばＰＷＭ信号）Ｓｉ１によりこれらのトランジスタ２１ａ−２１ｆのスイッチング（オンオフ）を制御し得るように構成されている。
Signal lines wired from the
トランジスタ２１ａ−２１ｆには、ダイオードが逆並列に夫々接続されている。これらのダイオードは、トランジスタ２１ａ−２１ｆがオン状態からオフ状態に移行する際に、逆方向に流れ込む電流を逃がすバイパス経路を構成するため、環流ダイオードやフリーホイールダイオードと称されることもある。 Diodes are respectively connected in antiparallel to the transistors 21a-21f. These diodes form a bypass path that releases a current flowing in the opposite direction when the transistors 21a-21f transition from the on state to the off state, and are therefore also referred to as freewheeling diodes or freewheeling diodes.
また、第２インバータ３０は、電圧コンバータ１０から供給される直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力に変換して第２モータ７を駆動する三相交流電力を供給したり、第２モータ７が発電した三相交流電力を直流電力に変換して電圧コンバータ１０へ供給したりする。
The
第２インバータ３０は、第１インバータ２０と同様に、主に、６個のトランジスタ（不図示）により構成されている。本実施例では、第２インバータ３０は、これらに加えて、電流センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃを備えている。
Like the first inverter 20, the
電流センサ３２ａの出力端は、コントローラ４０に接続されており、電流センサ３２ａは、第２モータ７のＵ相に流れる電流ＩＭＵ２を計測してコントローラ４０に出力する。電流センサ３２ｂの出力端は、コントローラ４０に接続されており、電流センサ３２ｂは、第２モータ７のＶ相に流れる電流ＩＭＶ２を計測してコントローラ４０に出力する。電流センサ３２ｃの出力端は、コントローラ４０に接続されており、電流センサ３２ｃは、第２モータ７のＷ相に流れる電流ＩＭＷ２を計測してコントローラ４０に出力する。電流値ＩＭＵ２、ＩＭＶ２、ＩＭＷ２は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。すなわち、電流値ＩＭ２は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。
The output end of the
本実施例では、第２インバータ３０は、コントローラ４０から出力される制御信号（例えばＰＷＭ信号）Ｓｉ２によりスイッチング素子が制御されて、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応した三相交流電力を生成可能に構成されている。なお、上述した電流センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（以下、電流センサ２２ａ−２２ｃと称する場合がある。）及び電流センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ（以下、電流センサ３２ａ−３２ｃと称する場合がある。）は、モータに流れる電流を計測する第２電流センサを構成する。第２電流センサから出力される第２電流値は、モータに流れる電流であり、本実施形態では、第１モータ電流値ＩＭ１と第２モータ電流値ＩＭ２の和として取得し得る。
In the present embodiment, the switching element of the
コントローラ４０は、マイクロコンピュータを中心にＲＡＭ、ＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリや、入出力インタフェースなどを備えた制御装置である。コントローラ４０は、電圧コンバータ１０の昇圧動作や降圧動作を制御したり、インバータ２０、３０に対してはモータ６、７の出力トルクを制御したりする。また、後述するように電流センサ１５の異常を検出したりする。そのため、入出力インタフェースには、電流センサ１５、２２ａ−２２ｃ、３２ａ−３２ｃ、電圧センサ１６、１７、インバータ２０、３０や、モータ６、７の回転センサ（不図示）が接続されている。
The
コントローラ４０は、電圧コンバータ１０に対し、トランジスタ１１ａ、１１ｂが交互にオンオフするようにスイッチング（オン／オフ）タイミングを調整する。昇圧動作及び降圧動作は、いずれもトランジスタ１１ａ、１１ｂのスイッチングタイミングを調整してデューティ比を最適な値に設定することによって、昇圧動作では第１モータ６（または第２モータ７）の駆動に適した電圧に昇圧したり、降圧動作ではメインバッテリ３の充電に適した電圧に降圧したりする。
The
コントローラ４０は、第１インバータ２０に対して、上アームのトランジスタ２１ａ、２１ｃ、２１ｅと、下アームのトランジスタ２１ｂ、２１ｄ、２１ｆとが、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相にて、所定タイミングで交互にオンオフするＰＷＭ制御によりスイッチング（オン／オフ）タイミングを調整する。これにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した三相の交流電力が生成されて第１モータ６に供給される。
In the
また、コントローラ４０は、第１インバータ２０に対するのと同様に、第２インバータ３０に対して、上アームのトランジスタと、下アームのトランジスタとが、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相で所定タイミンで交互にオンオフするＰＷＭ制御によりスイッチング（オン／オフ）タイミングを調整する。これにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した三相の交流電力が生成されて第２モータ７に供給される。
Further, as in the case of the first inverter 20, the
コントローラ４０は、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭに記憶された制御プログラムなどをＲＡＭに展開して処理を実行する。また、後述のリアクトルの電流センサ異常判定処理のプログラムもコントローラ４０のＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどに記憶されている。なお、コントローラ４０は、ＣＡＮやＬＩＮなどの車内ネットワークにも接続されており、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に基づくアクセル開度情報やブレーキペダルの踏み込み量に基づくブレーキ踏量情報などを、車内ネットワークを介してリアルタイムに取得可能に構成されている。
The
電流センサ１５は、電圧コンバータ１０が昇圧動作や降圧動作を行う際に必要な情報として、リアクトル１２に流れる電流値（実測電流値）を計測して電流センサ信号ＩＬを出力する。電流センサ１５は、他の電流センサ２２ａ−２２ｃや電圧センサ１６、１７などに比べると故障が生じやすい場合がある。そのため、故障などが発生して正常な電流センサ信号ＩＬを出力することができない場合には、その異常を検知する必要がある。そこで、本実施例では、コントローラ４０が図２に示す電流センサ異常判定処理を行うことにより、電流センサ１５の異常を検知可能にしている。
The
なお、この処理は、例えば、当該電気自動車のメインスイッチ（不図示）がオン状態にされた直後に実施される所定の故障診断プログラムに組み込まれて所定周期毎に繰り返し実行される。また、この処理は、当該電気自動車の力行時又は回生時において、所定タイミング又は所定期間にて行われるようにしてもよい。さらには、モータ６、７のトルクが一定である期間にて行われるのが好ましい。
It should be noted that this process is incorporated into a predetermined failure diagnosis program executed immediately after a main switch (not shown) of the electric vehicle is turned on, and is repeatedly executed at predetermined intervals. Further, this process may be performed at a predetermined timing or a predetermined period during power running or regeneration of the electric vehicle. Further, it is preferable to be performed in a period in which the torques of the
図２に示すように、電流センサ異常判定処理では、まずステップＳ１０により電流値、電圧値、電力値など本処理で使用する各値を初期化する処理が行われる。電流値とは、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅ、第１モータ６の各相を流れる各相電流値（実測相電流値）ＩＭＵ１、ＩＭＶ１、ＩＭＷ１、これらの相電流値から算出される第１モータ電流値（実測電流値）ＩＭ１、第２モータ７の各相を流れる各相電流値（実測相電流値）ＩＭＵ２、ＩＭＶ２、ＩＭＷ２、及び、これら第２モータ７の相電流値から算出される第２モータ電流値（実測電流値）ＩＭ２である。電圧値とは、低電圧側（昇圧前）電圧値ＶＬ及び高電圧側（昇圧後）電圧値ＶＨである。低電圧側（昇圧前）電圧値ＶＬは電圧センサ１６から出力される第１電圧値であり、高電圧側（昇圧後）電圧値ＶＨは電圧センサ１７から出力される第２電圧値である。
As shown in FIG. 2, in the current sensor abnormality determination process, first, in step S10, a process of initializing each value used in this process such as a current value, a voltage value, and a power value is performed. The current values are the measured current value ILre of the
電力値とは、第１モータ６の出力電力値ＷＭ１、第２モータ７の電力値ＷＭ２、及び昇圧後（出力側）電力値ＷＯである。第１モータ６の出力電力値ＷＭ１は、第１モータ６に印可される昇圧後電圧値ＶＨに第１モータ電流値ＩＭ１を乗算することで算出することができる。第２モータ７の出力電力値ＷＭ２は、第２モータ７に印可される昇圧後電圧値ＶＨに第２モータ電流値ＩＭ２を乗算することで算出することができる。昇圧後（出力側）電力値ＷＯは、第１モータ６の出力電力値に第２モータ７の出力電力値を加算することで算出することができる。
The power values are the output power value WM1 of the
なお、本実施例では、電力変換装置５では電力収支が等しい。すなわち、昇圧後（出力側）電力値ＷＯは、昇圧前（入力側）電力値ＷＩと等しい。さらに、昇圧前（入力側）電力値ＷＩは、昇圧前電圧値ＶＬにリアクトル１２の電流値を乗算することで算出することができる。これらのことから、リアクトル１２に流れる推定電流値は、出力側電力値ＷＯと昇圧前電圧値ＶＬから算出することができる。
In the present embodiment, the power converter 5 has the same power balance. That is, the boosted (output side) power value WO is equal to the pre-boosted (input side) power value WI. Further, the pre-boosting (input side) power value WI can be calculated by multiplying the pre-boosting voltage value VL by the current value of the
すなわち、リアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓは、下記数式（１）から算出することができる。
推定電流値ＩＬｅｓ＝ＷＯ／ＶＬ
＝（ＶＨ×（ＩＭ１＋ＩＭ２））／ＶＬ・・・（１）
ここで、ＷＯは出力側電力値であり、ＶＬは昇圧前電圧値であり、ＶＨは昇圧後電圧値であり、ＩＭ１は第１モータ電流値であり、ＩＭ２は第２モータ電流値である。
That is, the estimated current value ILes of the
Estimated current value ILes = WO / VL
= (VH × (IM1 + IM2)) / VL ... (1)
Here, WO is an output side electric power value, VL is a pre-boosting voltage value, VH is a post-boosting voltage value, IM1 is a first motor current value, and IM2 is a second motor current value.
ステップＳ１２では、第１モータ６の各電流センサから第１モータ６の各相電流値を取得する処理が行われる。具体的には、電流センサ２２ａからＵ相電流値ＩＭＵ１、電流センサ２２ｂからＶ相電流値ＩＭＶ１、電流センサ２２ｃからＷ相電流値ＩＭＷ１を取得する。
In step S12, a process of acquiring the current value of each phase of the
ステップＳ１４では、第１モータ６の各電流センサから取得した第１モータ６の各相電流値から第１モータ６に流れる電流値である第１モータ電流値ＩＭ１を算出する処理が行われる。第１モータ電流値ＩＭ１は、Ｕ相電流値ＩＭＵ１、Ｖ相電流値ＩＭＶ１、及びＷ相電流値ＩＭＷ１から求められる。
In step S14, a process of calculating a first motor current value IM1 which is a current value flowing in the
ステップＳ１６では、第２モータ７の各電流センサから第２モータ７の各相電流値を取得する処理が行われる。具体的には、電流センサ３２ａからＵ相電流値ＩＭＵ２、電流センサ３２ｂからＶ相電流値ＩＭＶ２、電流センサ３２ｃからＷ相電流値ＩＭＷ２を取得する。
In step S16, a process of acquiring the current value of each phase of the second motor 7 from each current sensor of the second motor 7 is performed. Specifically, the U-phase current value IMU2 is obtained from the
ステップＳ１８では、第２モータ７の各電流センサから取得した第２モータ７の各相電流値から第２モータ７に流れる電流値である第２モータ電流値ＩＭ２を算出する処理が行われる。例えば、第２モータ電流値ＩＭ２は、Ｕ相電流値ＩＭＵ２、Ｖ相電流値ＩＭＶ２、及びＷ相電流値ＩＭＷ２から求められる。 In step S18, a process of calculating a second motor current value IM2 which is a current value flowing through the second motor 7 from each phase current value of the second motor 7 acquired from each current sensor of the second motor 7 is performed. For example, the second motor current value IM2 is obtained from the U-phase current value IMU2, the V-phase current value IMV2, and the W-phase current value IMW2.
ステップＳ２０では、後に行われる昇圧後電力値ＷＯを算出する処理を行うため、昇圧後電圧値を取得する処理が行われる。具体的には、電圧センサ１７から高電圧側電圧値ＶＨを取得する。さらに、ステップＳ２２では、取得した高電圧側電圧値ＶＨと先に算出した第１モータ電流値ＩＭ１から、第１モータ６の出力電力値ＷＭ１を算出する処理が行われる。具体的には、第１モータ６の出力電力値ＷＭ１は、昇圧後電圧値ＶＨに第１モータ電流値ＩＭ１を乗算することで算出することができる。
In step S20, the process for calculating the post-boosting power value WO is performed, and thus the process for obtaining the post-boosting voltage value is performed. Specifically, the high voltage side voltage value VH is acquired from the voltage sensor 17. Further, in step S22, a process of calculating the output power value WM1 of the
さらに、ステップＳ２４では、取得した高電圧側電圧値ＶＨと先に算出した第２モータ電流値ＩＭ２から、第２モータ７の出力電力値ＷＭ２を算出する処理が行われる。具体的には、第２モータ７の出力電力値ＷＭ２は、昇圧後電圧値ＶＨに第２モータ電流値ＩＭ２を乗算することで算出される。ステップＳ２６では、昇圧後電力値ＷＯを算出する処理を行う。具体的には、昇圧後電力値ＷＯは、第１モータ出力電力値ＩＭ１に第２モータ出力電力値ＩＭ２を加算することで算出することができる。 Further, in step S24, a process of calculating the output power value WM2 of the second motor 7 is performed from the acquired high voltage side voltage value VH and the second motor current value IM2 calculated previously. Specifically, the output power value WM2 of the second motor 7 is calculated by multiplying the boosted voltage value VH by the second motor current value IM2. In step S26, a process of calculating the boosted power value WO is performed. Specifically, the boosted power value WO can be calculated by adding the second motor output power value IM2 to the first motor output power value IM1.
ステップＳ２８では、後に行われるリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓを算出する処理を行うため、昇圧前電圧値を取得する処理が行われる。具体的には、電圧センサ１６から低電圧側電圧値ＶＬを取得する。さらに、取得した昇圧前電圧値ＶＬと先に算出した昇圧後電力値ＷＯから、ステップＳ３０の処理によりリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓを算出する処理が行われる。
In step S28, the process of calculating the estimated current value ILes of the
具体的には、ステップＳ３０では、リアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓは、昇圧後電力値ＷＯを昇圧前電圧値ＶＬで除算することで算出する。このように、電圧センサ１６から出力される低電圧側電圧値ＶＬ、電圧センサ１７から出力される高電圧側電圧値ＶＨ、電流センサ２２ａ−２２ｃから出力される第１モータ電流値ＩＭ１、及び電流センサ３２ａ−３２ｃから出力される第２モータ電流値ＩＭ２に基づいてリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓを算出することができる。
Specifically, in step S30, estimated current value ILes of
ステップＳ３２では、後に行われるリアクトル１２の差電流値ΔＩＬを算出する処理を行うため、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅを取得する処理が行われる。具体的には、電流センサ１５からリアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅを取得する。さらに、ステップＳ３４では、取得したリアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅと先に算出したリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓから、リアクトル１２の差電流値ΔＩＬを算出する処理が行われる。リアクトル１２の差電流値ΔＩＬは、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅとリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓとの差分であり、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅとリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓとの比較結果である。なお、リアクトル１２の差電流値ΔＩＬを算出する処理は、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅとリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓとを比較する処理と称することができる。
In step S32, since the process of calculating the differential current value ΔIL of the
そして、ステップＳ３６により、比較結果であるリアクトル１２の差電流値ΔＩＬが予め定められた所定範囲内にあるか否かの判定処理が行われる。本実施例では、例えば、リアクトル１２の差電流値ΔＩＬが所定の検出閾値を超えているか否かに基づいて判定する。この所定の検出閾値は、電流センサ１６による計測誤差の範囲がこれに相当し、実験やコンピュータシミュレーションの結果に基づいて決定される。
Then, in step S36, it is determined whether or not the difference current value ΔIL of
ステップＳ３６の判定処理によって、この差電流値が所定範囲内にないと判定された場合には（Ｓ３６：ＮＯ）、電流センサ１６が故障している蓋然性が高い。そのため、ステップＳ３８により、電流センサ１６（すなわちリアクトル電流センサ）に異常が生じている（電流センサ１６は異常である）旨の判定をする処理が行われる。この場合、例えば、インストルメントパネルにて警告を表示したり、自己診断情報などを記録する半導体メモリ（ダイアグ用メモリデバイス）への書き込みにより記録したりする。別言すれば、コントローラ４０は、差電流値が所定範囲内にない場合、電流センサ１６が故障していることを示す信号を出力する。
When it is determined by the determination process of step S36 that the difference current value is not within the predetermined range (S36: NO), there is a high probability that the current sensor 16 is out of order. Therefore, in step S38, a process of determining that the current sensor 16 (that is, the reactor current sensor) is abnormal (the current sensor 16 is abnormal) is performed. In this case, for example, a warning is displayed on the instrument panel, or the semiconductor memory (diag memory device) for recording self-diagnosis information is recorded by writing. In other words, the
これに対して、ステップＳ３６の判定処理によって、差電流値が所定範囲内にあると判定された場合には（Ｓ３６：ＹＥＳ）、電流センサ１６は正常である蓋然性が高い。そのため、ステップＳ４０により、電流センサ１６（すなわちリアクトル電流センサ）は正常である旨の判定をする処理が行われる。コントローラ４０は、ステップＳ３８またはステップＳ４０の処理後、ステップＳ１２に戻りのステップＳ１２の処理を行う。
On the other hand, when it is determined by the determination process of step S36 that the difference current value is within the predetermined range (S36: YES), the current sensor 16 is highly likely to be normal. Therefore, in step S40, a process of determining that the current sensor 16 (that is, the reactor current sensor) is normal is performed. After the processing of step S38 or step S40, the
なお、比較結果は、差電流値ΔＩＬでなく、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅに対するリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓの比である比電流値で構成するようにしてもよい。また、本実施例では、電力変換装置５では、昇圧後（出力側）電力値ＷＯが昇圧前（入力側）電力値ＷＩと等しい場合、検出閾値を設定しているが、電力変換装置５の昇圧後（出力側）電力値ＷＯが昇圧前（入力側）電力値ＷＩと所定差分がある場合、その所定差分を考慮して検出閾値を設定するのが好適である。
The comparison result may be configured not by the difference current value ΔIL but by a specific current value which is a ratio of the estimated current value ILes of the
本実施例では、電力変換装置５の入力側実測電圧値（昇圧前電圧値ＶＬ：第１電圧値）、入力側実測電流値（リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅ：第１電流値）、出力側実測電圧値（昇圧後電圧値ＶＨ：第２電圧値）及び出力側実測電流値（第１モータ電流値ＩＭ１、第２モータ電流値ＩＭ２：第２電流値）を用いることで、リアクトル１２の電流センサ（第１電流センサ）１５の異常判定を実行することが可能になる。
In the present embodiment, the input side measured voltage value (voltage value VL before boosting: first voltage value) of the power conversion device 5, the input side measured current value (measured current value ILre of the reactor 12: first current value), the output side. By using the actually measured voltage value (boosted voltage value VH: second voltage value) and the output side actually measured current value (first motor current value IM1, second motor current value IM2: second current value), the current of the
すなわち、電力変換装置５の直流電圧側（メインバッテリ３と電圧コンバータ１０との間）に、補機５１を駆動する負荷回路５２が接続されている場合であっても、補機の消費電力量の変動に影響を受けることなく、リアクトル１２の電流センサ（第１電流センサ）１５の異常判定を実行することが可能になる。よって、電力変換装置５の直流電圧側に、補機５１を駆動する負荷回路５２が接続されている場合であっても、リアクトル１２の電流センサ１５の異常判定を的確に実行することができる。
That is, even when the
また、電圧センサ１６、電圧センサ１７及び電流センサ２２ａ−２２ｃ、３２ａ−３２ｃの測定性能や信頼性が比較的高い場合には、各計測結果である昇圧前電圧値ＶＬ、昇圧後電圧値ＶＨ、第１モータ電流値ＩＭ１及び第２モータ電流値ＩＭ２に基づいてリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓを算出することが可能になる。その結果、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅと推定電流値とを比較することで、リアクトルの電流センサの異常判定を的確に実行することが可能になる。
When the measurement performance and reliability of the voltage sensor 16, the voltage sensor 17, and the
なお、電流センサ異常判定処理では、電力変換装置５の入力側実測電圧値、入力側実測電流値、出力側実測電圧値及び出力側実測電流値として、所定期間計測した各電圧値及び電流値の平均値を使用するようにしてもよい。これにより、計測値からノイズをキャンセルしより精度の高い判定処理を行うことができる。 In the current sensor abnormality determination process, the measured voltage value on the input side, the measured current value on the input side, the measured voltage value on the output side, and the measured current value on the output side of the power conversion device 5 are used to measure the voltage value and the current value for a predetermined period. You may make it use an average value. As a result, noise can be canceled from the measured value, and more accurate determination processing can be performed.
また、電流センサ異常判定処理では、電力変換装置５では電力収支は一定であるため、昇圧前電力値ＷＩと昇圧後電力値ＷＯを比較し、その比較結果が予め定められた所定範囲内にあるか否かの判定処理を行うようにしてもよい。例えば、昇圧前電力値ＷＩと昇圧後電力値ＷＯの差である差電力値ΔＷの絶対値を算出し、その絶対値が所定の閾値を超えているか否かに基づいて判定すればよい。所定の閾値は、電流センサ１６による計測誤差の範囲に応じて設定される値である。 In the current sensor abnormality determination process, since the power balance of the power converter 5 is constant, the pre-boosting power value WI and the post-boosting power value WO are compared, and the comparison result is within a predetermined range. You may make it determine the process. For example, the absolute value of the difference power value ΔW, which is the difference between the pre-boosting power value WI and the post-boosting power value WO, may be calculated, and the determination may be made based on whether or not the absolute value exceeds a predetermined threshold value. The predetermined threshold value is a value set according to the range of the measurement error by the current sensor 16.
差電力値ΔＷは、下記数式（２）から算出することができる。
差電力値ΔＷ＝ＷＩ−ＷＯ
＝ＶＬ×ＩＬｅｓ−ＶＨ×（ＩＭ１＋ＩＭ２）・・・（２）
ここで、ＷＩは入力側電力値であり、ＷＯは出力側電力値であり、ＶＬは昇圧前電圧値であり、ＩＬｅｓはリアクトル１２の推定電流値であり、ＶＨは昇圧後電圧値であり、ＩＭ１は第１モータ電流値であり、ＩＭ２は第２モータ電流値である。
The power difference value ΔW can be calculated from the following mathematical expression (2).
Power difference value ΔW = WI-WO
= VL × ILes−VH × (IM1 + IM2) (2)
Here, WI is an input side electric power value, WO is an output side electric power value, VL is a pre-boosting voltage value, ILes is an estimated current value of the
実施例技術に関する留意点を述べる。トランジスタ１１ａ、１１ｂがスイッチング素子の一例に相当する。電流センサ１５が第１電流センサの一例に相当する。電圧センサ１６が第１電圧センサの一例に相当する。電圧センサ１７が第２電圧センサの一例に相当する。電流センサ２２ａ−２２ｃ、３２ａ−３２ｃが第２電流センサの一例に相当する。
Points to be noted regarding the example technology will be described. The transistors 11a and 11b correspond to an example of a switching element. The
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 above in detail, 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 the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technique illustrated in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes has technical utility.
１０：電圧コンバータ
１１ａ、１１ｂ：トランジスタ
１２：リアクトル
１５、２２ａ−２２ｃ、３２ａ−３２ｃ：電流センサ
１６、１７：電圧センサ
２０、３０：インバータ
４０：コントローラ
６、７：モータ
10: Voltage converter 11a, 11b: Transistor 12:
Claims (1)
前記電圧コンバータは、
高電圧側の正極端子と負極端子の間に直列接続されている２個のスイッチング素子と、
前記２個のスイッチング素子の直列接続の中点と低電圧側の正極端子の間に接続されているリアクトルと、
前記リアクトルに流れる電流を計測する第１電流センサと、
前記低電圧側の電圧を計測する第１電圧センサと、
前記高電圧側の電圧を計測する第２電圧センサと、を有しており、
前記インバータは、前記モータに流れる電流を計測する第２電流センサを有しており、
前記コントローラは、
前記第１電圧センサから出力される第１電圧値、前記第２電圧センサから出力される第２電圧値、及び前記第２電流センサから出力される第２電流値に基づいて前記リアクトルの推定電流値を算出し、
前記第１電流センサから出力される前記リアクトルの実測電流値と前記推定電流値とを比較し、
比較結果が予め定められた所定範囲内にない場合に前記第１電流センサに異常が生じていると判定する、電力変換装置。 A voltage converter for boosting the battery voltage, an inverter connected to the voltage converter and capable of supplying AC power to the motor, and a controller,
The voltage converter is
Two switching elements connected in series between the positive terminal and the negative terminal on the high voltage side,
A reactor connected between the midpoint of the series connection of the two switching elements and the positive terminal on the low voltage side;
A first current sensor for measuring a current flowing through the reactor;
A first voltage sensor for measuring the voltage on the low voltage side,
A second voltage sensor for measuring the voltage on the high voltage side,
The inverter has a second current sensor that measures a current flowing through the motor,
The controller is
An estimated current of the reactor based on a first voltage value output from the first voltage sensor, a second voltage value output from the second voltage sensor, and a second current value output from the second current sensor. Calculate the value,
Comparing the measured current value of the reactor output from the first current sensor and the estimated current value,
A power converter that determines that an abnormality has occurred in the first current sensor when the comparison result is not within a predetermined range.
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