JP2023074418A - Abnormality determination method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異常判定方法に関する。 The present invention relates to an abnormality determination method.
特許文献1には、電池とインバータとを備えたモータの駆動システムにおいて、電池とインバータとの間に電流遮断器を備え、平滑コンデンサの電圧値の変化の度合いに基づき電流遮断器の動作の有無を判別する方法が開示されている。 In Patent Document 1, a motor drive system having a battery and an inverter is provided with a current breaker between the battery and the inverter, and whether or not the current breaker operates is determined based on the degree of change in the voltage value of the smoothing capacitor. A method for determining is disclosed.
特許文献1に記載の構成では、平滑コンデンサの電圧を電圧センサにより検出するものの、電圧センサにより取得される電圧値は、実際のコンデンサ電圧に外部からのノイズが重畳したものであり、ノイズとの切り分けが難しい。そのため、平滑コンデンサの電圧変動に基づく異常判定方法では、外部ノイズによる瞬時的な電圧変動を検知した際に異常状態であると誤判定してしまう可能性がある。 In the configuration described in Patent Document 1, although the voltage of the smoothing capacitor is detected by the voltage sensor, the voltage value obtained by the voltage sensor is the actual capacitor voltage superimposed with noise from the outside. Difficult to separate. Therefore, in the abnormality determination method based on the voltage fluctuation of the smoothing capacitor, there is a possibility of erroneously determining that there is an abnormality when an instantaneous voltage fluctuation due to external noise is detected.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電気回路の異常を判定する際の誤判定を抑制することができる異常判定方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an abnormality determination method capable of suppressing an erroneous determination when determining an abnormality in an electric circuit.
本発明は、回転電機による回生中に電気回路の異常を判定する異常判定方法であって、回生中に電流センサにより検出した回生電流の電流値と前記回生電流の電流指令値との間に乖離がある場合に、回生量を制限する制限ステップと、前記制限ステップにより前記回生量を制限した後に、平滑コンデンサの電圧値が所定値を超えた場合に、前記電気回路に異常が生じていると判定する判定ステップとを含むことを特徴とする。 The present invention is an anomaly judgment method for judging an anomaly in an electric circuit during regeneration by a rotating electrical machine, wherein there is a discrepancy between a current value of a regenerated current detected by a current sensor during regeneration and a current command value of the regenerated current. a limiting step for limiting the amount of regeneration, and when the voltage value of the smoothing capacitor exceeds a predetermined value after limiting the amount of regeneration by the limiting step, it is determined that an abnormality has occurred in the electric circuit. and a judgment step of judging.
本発明では、回生電流の実測値と回生電流の電流指令値との乖離に応じた1次判定を行い、その1次判定の結果、回生量を制限した状態で平滑コンデンサの電圧に応じた2次判定を行う。1次判定では、瞬時的なノイズによる変化を検出した際に回生量を制限して電圧変化を抑制するに留まり、システム停止には至らない。このように、異常判定を二重構造としたことにより、誤判定を抑制することができる。 In the present invention, a primary determination is made according to the deviation between the regenerative current measured value and the regenerative current command value. Make the next decision. In the primary determination, when a change due to instantaneous noise is detected, the amount of regeneration is limited to suppress the voltage change, and the system does not stop. In this way, erroneous determination can be suppressed by making the abnormality determination into a double structure.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における異常判定方法について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 An abnormality determination method according to an embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment described below.
(第1実施形態)
第1実施形態の異常判定方法は、モータを駆動する駆動システムでの異常を検出するための判定方法である。
(First embodiment)
The abnormality determination method of the first embodiment is a determination method for detecting an abnormality in a drive system that drives a motor.
図1は、第1実施形態の駆動システムの構成を模式的に示す図である。第1実施形態の駆動システム1は、電池2、インバータ3、モータ4と、平滑コンデンサ5と、電圧センサ6と、SMR(System Main Relay)7と、抵抗8と、コントローラ9と、を備えている。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the drive system of the first embodiment. The drive system 1 of the first embodiment includes a
電池2、直流電源であり、充電および放電が可能な蓄電池である。この電池2はリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池により構成される。また、電池2は、複数の単電池により構成された組電池により構成することが可能である。力行時、電池2は車両の駆動力を発生させるための電力をインバータ3に供給する。回生時、電池2はモータ4によって発電された電力を蓄えることができる。
インバータ3は、電池2からの直流電力を交流電力に変換してモータ4に供給する電力変換装置である。このインバータ3はPNラインに接続されている。インバータ3は、モータ4の三相コイルに三相の電流を通電できるように複数のスイッチング素子を備えたインバータ回路により構成されている。インバータ回路は相ごと(U相、V相、W相)に各スイッチング素子がスイッチング動作することによって直流電力を交流電力に変換する電気回路である。インバータ3は6つのスイッチング素子と6つのダイオードとを有する。スイッチング素子は、PNラインの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう2個ずつペアで配置されている。ダイオードは、それぞれに対応するスイッチング素子に逆方向に並列接続されている。さらに、インバータ3では、対となるスイッチング素子同士の接続点の各々にモータ4の三相コイルの各々が接続されている。
The
モータ4は、走行用の動力源であり、電動機および発電機の機能を有する回転電機(モータジェネレータ)である。このモータ4は、永久磁石が埋め込まれたロータと、三相コイル(U相、V相、W相)が巻き回されたステータとを有する同期発電電動機により構成されている。モータ4のステータに巻き回された三相のコイルはインバータ3と電気的に接続されている。また、車両は、モータ4から出力された動力を車輪に伝達する動力伝達装置を備え、モータ4から出力された動力によって車輪を駆動する。
The
平滑コンデンサ5は、インバータ3のスイッチング動作に伴う電圧変動を抑制する。電圧センサ6は、平滑コンデンサ5の電圧値に関する情報を取得する。平滑コンデンサ5および電圧センサ6は、SMR7よりもインバータ3側の回路(高圧側回路)に配置され、PNラインの正極母線と負極母線とに接続されている。
SMR7は、電池2とインバータ3との間に電気的に接続された電流遮断器である。このSMR7は、PNラインの正極母線に設けられたSMR7Aと、PNラインの負極母線に設けられたSMR7Bと、抵抗8と直列に接続されたSMR7Cとを含む。SMR7Cおよび抵抗8はSMR7Bに対して並列に接続されている。なお、SMR7AとSMR7BとSMR7Cとを特に区別しない場合には、単にSMR7と記載する。
また、SMR7はコントローラ9からの制御信号に応じて開放(OFF)または閉成(ON)される。SMR7が閉成されると電池2とインバータ3とが導通状態になり、電池2とインバータ3との間で電力の授受が可能になる。SMR7が開放されると電池2とインバータ3とが電気的に遮断状態になる。
Also, the
コントローラ9は、駆動システム1を制御する電子制御装置(ECU)である。この電子制御装置は、CPU、RAM、ROM、入出力インターフェースを備えたマイクロコンピュータを含んで構成されている。コントローラ9はROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。また、コントローラ9には各種センサからの信号が入力される。コントローラ9に入力される信号として、車両の車速を検出する車速センサからの車速信号、モータ4の回転角を検出する回転角センサからのレゾルバ信号、電圧センサ6からの電圧値などが挙げられる。そして、コントローラ9は各種センサから入力された信号に基づいて各種の制御を実行する。
The
例えば、コントローラ9はレゾルバ信号に基づいてモータ4の回転数を演算するなど、モータ制御のための演算処理を行う。演算の結果、インバータ3を制御するための指令信号がコントローラ9からインバータ3に出力される。この指令信号には、インバータ3のスイッチング素子へのスイッチング制御信号が含まれる。このように、コントローラ9はインバータ3を制御することによってモータ4に印加する電圧および電流を制御する。
For example, the
このように構成された駆動システム1では、モータ4による回生中にSMR7が故障した場合に平滑コンデンサ5への充電により高圧部品が耐圧超過を招く虞がある。これを防止するために、電気回路の異常をコントローラ9で検出するように構成されている。
In the drive system 1 configured as described above, if the
具体的には、回生中にSMR7が故障を起こしてSMR7が開放状態となる異常状態を想定する。この場合、モータ4から電池2への回生電力が平滑コンデンサ5に流れ込み、回生量に応じて平滑コンデンサ5の電圧が上昇する。そこで、コントローラ9は電圧センサ6により取得した平滑コンデンサ5の電圧に基づいてPNラインの異常を判定する。異常検出のトリガは1次判定と2次判定とを含む二重構造とする。1次判定は、インバータ3がモータ4からの電力を回生中、平滑コンデンサ5の電圧の変化の度合いに基づいて行われる。2次判定は、平滑コンデンサ5の電圧と閾値との比較に基づいて行われる。そして、1次判定の結果に応じて回生量を制限し、2次判定の結果に応じてインバータ3の動作を停止する。
Specifically, an abnormal state is assumed in which the
図2は、平滑コンデンサの電圧値の時間的な変化を示す図である。SMR7が開放状態となるオープン故障が発生すると、回生電力が平滑コンデンサ5に溜まるので、平滑コンデンサ5の電圧値が上昇するとともにコンデンサ電圧の変化量が大きくなる。そこで、この変化量に基づいた1次判定と、コンデンサ電圧に基づいた2次判定とを行う。1次判定では、一定時間内での電圧の上昇代が閾値を超えた場合に異常と判定する。2次判定では、コンデンサ電圧が高圧システムの耐圧以下に設定した閾値を超えた場合に異常と判定する。
FIG. 2 is a diagram showing temporal changes in the voltage value of the smoothing capacitor. When an open failure occurs in which the
図3は、第1実施形態の異常判定処理を示すフローチャート図である。駆動システム1では、PNラインでのオープン故障が発生し(ステップS101)、システム電圧が上昇する(ステップS102)。ステップS101では、SMR7のオープン故障が発生する。ステップS102では、PNラインが開放状態となることにより、平滑コンデンサ5の電圧が上昇する。
FIG. 3 is a flowchart showing abnormality determination processing of the first embodiment. In the drive system 1, an open fault occurs in the PN line (step S101), and the system voltage rises (step S102). At step S101, an open failure of the
また、コントローラ9は、インバータ3のスイッチング素子を制御して、インバータ3を回生動作させる(ステップS103)。ステップS103では、コントローラ9によりモータ4を回生制御するとともに、インバータ3を含むPCUを回生動作させる。
Further, the
そして、コントローラ9は、回生中に平滑コンデンサ5の電圧値の変化が異常を示すものであるか否かを判定する(ステップS104)。ステップS104では、平滑コンデンサ5の電圧値の変化量が閾値を超えたか否かが判定される。このステップS104は、二重構造の異常判定のうち、1次判定を行うステップである。
Then, the
1次判定の結果、回生中に平滑コンデンサ5の電圧値の変化が異常を示すものではないと判定された場合(ステップS104:No)、この制御ルーチンはステップS106に進む。
As a result of the primary determination, if it is determined that the change in the voltage value of the smoothing
1次判定の結果、回生中に平滑コンデンサ5の電圧値の変化が異常を示すものであると判定された場合(ステップS104:Yes)、コントローラ9は回生量を制限する(ステップS105)。ステップS105では、モータ4による回生量が制限される。コントローラ9は回生量を制限して電圧変化を抑制する制御を実行する。このステップS105は、回生量を制限する制限ステップである。
As a result of the primary determination, when it is determined that the change in the voltage value of the smoothing
そして、コントローラ9は、システム電圧がOVH閾値よりも大きいか否かを判定する(ステップS106)。ステップS106では、SMR7が開放したオープン故障状態において回生電力により上昇したコンデンサ電圧がOVH閾値を超えたか否かが判定される。OVH閾値は、高圧システムの耐圧以下に設定された閾値である。このステップS106は、二重構造の異常判定のうち、2次判定を行うステップ、すなわち異常判定を行う判定ステップである。
The
2次判定の結果、システム電圧がOVH閾値以下である場合(ステップS106:No)、この制御ルーチンはステップS103にリターンする。 As a result of the secondary determination, if the system voltage is equal to or less than the OVH threshold (step S106: No), this control routine returns to step S103.
2次判定の結果、システム電圧がOVH閾値よりも大きい場合(ステップS106:Yes)、コントローラ9は、異常が発生していると判断し、インバータ3の全スイッチング素子をオフにする(ステップS107)。ステップS107では、駆動システム1の異常が発生していることが検出されたことにより、インバータ3の全スイッチング素子をオフするための信号がコントローラ9からインバータ3に出力され、コントローラ9の制御によりインバータ3がシャットダウンされる。
As a result of the secondary determination, if the system voltage is greater than the OVH threshold (step S106: Yes), the
ステップS107の処理が実施されると、コントローラ9は車両を停止させて走行不可にする(ステップS108)。ステップS108の処理を実施すると、この制御ルーチンは終了する。
When the processing of step S107 is performed, the
図4は、第1実施形態のコンデンサ電圧の変化を示すタイムチャート図である。駆動システム1において、回生中にSMR7のオープン故障が発生する(時刻t1)。故障発生後、回生電力が平滑コンデンサ5に蓄えられるため、システム電圧が上昇するとともに、平滑コンデンサ5の電圧の変化量が閾値を超える。そして、コントローラ9は電圧センサ6からの検出値に基づいてコンデンサ電圧の変化量が閾値を超えたことを検出する(時刻t2)。1次判定の結果、コントローラ9は回生量を制限してコンデンサ電圧の変化を抑制する。その後、コントローラ9は平滑コンデンサ5の電圧がOVH閾値を超えたことを検出する(時刻t3)。2次判定の結果、コントローラ9はインバータ3の全スイッチング素子をオフにする。
FIG. 4 is a time chart showing changes in capacitor voltage in the first embodiment. In the drive system 1, an open failure of the
以上説明した通り、第1実施形態によれば、コンデンサ電圧に応じた異常判定の際に、二重構造の判定処理を行うため、1次判定の結果、回生量を制限して2次判定までの時間を確保することができる。つまり、2次判定で異常を検出したことによりシステム停止を実行するまでは電圧が上昇するものの、1次判定に応じて先に回生量を制限しているため、その分の電圧上昇を抑制することができる。そのため、外部ノイズによる電圧変化を検出した場合であっても、1次判定では回生量を制限して電圧変化を抑制するため、システム停止までは至らない。このように異常判定を二重構造としたことにより、外部ノイズが生じた場合であっても、誤判定を抑制することができる。 As described above, according to the first embodiment, when the abnormality is determined according to the capacitor voltage, the double structure determination process is performed. time can be secured. In other words, although the voltage rises until the system is stopped due to the detection of an abnormality in the secondary judgment, the amount of regeneration is limited in advance according to the primary judgment, so the voltage rise is suppressed by that amount. be able to. Therefore, even if a voltage change due to external noise is detected, the voltage change is suppressed by limiting the amount of regeneration in the primary determination, so the system does not stop. By adopting a dual structure for abnormality determination in this way, it is possible to suppress erroneous determination even when external noise occurs.
(第2実施形態)
第2実施形態における異常判定方法では、二重構造の異常判定のうち、1次判定において駆動システム1での電流の変化の度合いに応じた判定を行う。なお、第2実施形態の説明では、第1実施形態と同様の構成については説明を省略し参照符号を引用する。
(Second embodiment)
In the abnormality determination method according to the second embodiment, the determination according to the degree of change in the current in the drive system 1 is performed in the primary determination of the double structure abnormality determination. In addition, in the description of the second embodiment, the description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted and the reference numerals are used.
図5は、第2実施形態の駆動システムの構成を模式的に示す図である。第2実施形態の駆動システム1は、電池2、インバータ3、モータ4と、平滑コンデンサ5と、電圧センサ6と、SMR(System Main Relay)7と、抵抗8と、コントローラ9と、電流センサ10と、を備えている。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the drive system of the second embodiment. The drive system 1 of the second embodiment includes a
電流センサ10は、PNラインを流れる電流を検出する。この電流センサ10はPNラインの正極母線に接続され、電池2とSMR7Aとの間に設けられている。つまり、電流センサ10はSMR7Aよりも電池2側の回路(低圧側回路)に配置されている。そして、電流センサ10により検出した電流値がコントローラ9に出力される。
A
コントローラ9は、電流センサ10から取得したPNラインの電流の情報に基づいて1次判定を行う。この1次判定では、回生中にPNラインを流れる電流(回生電流)について、指令された回生電流値(電流指令値)と実電流値とに乖離がある場合に異常と判定する。
The
図6は、PNラインの電流値の時間的な変化を示す図である。SMR7が開放状態となるオープン故障が発生すると、回生電流がSMR7と電池2との間のPNラインを流れなくなるため、電流指令値に対して実電流値が低下するように乖離が生じる。そこで、第2実施形態では、この乖離量に基づいた1次判定とコンデンサ電圧に基づいた2次判定とを行う。
FIG. 6 is a diagram showing temporal changes in the current value of the PN line. If an open failure occurs in which the
図7は、第2実施形態の異常判定処理を示すフローチャート図である。なお、図7に示すステップS201,S203,S205~S208の処理は、図3に示すステップS101,S103,S105~S108の処理と同様であるため説明を省略する。 FIG. 7 is a flowchart showing abnormality determination processing according to the second embodiment. Note that the processing of steps S201, S203, S205 to S208 shown in FIG. 7 is the same as the processing of steps S101, S103, S105 to S108 shown in FIG.
図7に示すように、ステップS201においてPNラインのオープン故障が発生すると、PNラインの電流が遮断される(ステップS202)。ステップS202の処理を実施すると、この制御ルーチンはステップS203に進む。 As shown in FIG. 7, when an open fault occurs in the PN line in step S201, the current in the PN line is interrupted (step S202). After performing the process of step S202, the control routine proceeds to step S203.
ステップS203の処理が実施されると、コントローラ9は、回生中にPNラインを流れる電流に応じた情報が異常を示すものであるか否かを判定する(ステップS204)。ステップS204では、回生電流の電流指令値と回生電流の実測値との乖離量が閾値以上であるか否かが判定される。このステップS204は二重構造の異常判定のうち、1次判定を行うステップである。
When the process of step S203 is performed, the
1次判定の結果、回生中にPNラインを流れる電流に応じた情報が異常を示すものである場合(ステップS204:Yes)、この制御ルーチンはステップS205に進む。 As a result of the primary determination, if the information corresponding to the current flowing through the PN line during regeneration indicates an abnormality (step S204: Yes), the control routine proceeds to step S205.
1次判定の結果、回生中にPNラインを流れる電流に応じた情報が異常を示すものではない場合(ステップS204:No)、この制御ルーチンはステップS206に進む。 If the result of the primary determination is that the information corresponding to the current flowing through the PN line during regeneration does not indicate an abnormality (step S204: No), the control routine proceeds to step S206.
図8は、第2実施形態のコンデンサ電圧の変化を示すタイムチャート図である。駆動システム1において、回生中にSMR7のオープン故障が発生する(時刻t11)。故障発生後、回生電力が平滑コンデンサ5に蓄えられるため、システム電圧が上昇するとともに、回生電流の乖離量が閾値を超える。そして、コントローラ9は電流センサ10からの検出値に基づいて回生電流の実測値と回生電流の電流指令値との乖離量が閾値を超えたことを検出する(時刻t12)。1次判定の結果、コントローラ9は回生量を制限してコンデンサ電圧の変化を抑制する。その後、コントローラ9は平滑コンデンサ5の電圧がOVH閾値を超えたことを検出する(時刻t13)。2次判定の結果、コントローラ9はインバータ3の全スイッチング素子をオフにする。
FIG. 8 is a time chart showing changes in capacitor voltage in the second embodiment. In the drive system 1, an open failure of the
以上説明した通り、第2実施形態によれば、二重構造の異常判定を行う際、1次判定として、回生電流の実測値と回生電流の電流指令値との乖離量に応じた異常判定を行うことができる。これにより、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。そのため、外部ノイズが生じた場合であっても、誤判定を抑制することができる。 As described above, according to the second embodiment, when performing the abnormality determination of the dual structure, as the primary determination, the abnormality determination is performed according to the amount of divergence between the actual measurement value of the regenerative current and the current command value of the regenerative current. It can be carried out. Thereby, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Therefore, even when external noise occurs, erroneous determination can be suppressed.
また、第1実施形態および第2実施形態の変形例として、SMR7にオンとオフの駆動信号を出力するとともに、SMR7の開放状態もしくは短絡状態を示す信号をコントローラ9に出力する励磁回路を備えてもよい。この場合、コントローラ9は励磁回路からの信号に応じて1次判定を行い、回生量を制限することができる。
Further, as a modification of the first and second embodiments, an excitation circuit is provided for outputting ON and OFF drive signals to the
1 駆動システム
2 電池
3 インバータ
4 モータ
5 平滑コンデンサ
6 電圧センサ
7 SMR
9 コントローラ
10 電流センサ
1
9
Claims (1)
回生中に電流センサにより検出した回生電流の電流値と前記回生電流の電流指令値との間に乖離がある場合に、回生量を制限する制限ステップと、
前記制限ステップにより前記回生量を制限した後に、平滑コンデンサの電圧値が所定値を超えた場合に、前記電気回路に異常が生じていると判定する判定ステップと
を含むことを特徴とする異常判定方法。 An abnormality determination method for determining an abnormality in an electric circuit during regeneration by a rotating electric machine,
a limiting step of limiting the amount of regeneration when there is a deviation between the current value of the regenerative current detected by the current sensor during regeneration and the current command value of the regenerative current;
and a determination step of determining that an abnormality has occurred in the electric circuit when the voltage value of the smoothing capacitor exceeds a predetermined value after limiting the amount of regeneration by the limiting step. Method.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240320 |