JP4545514B2 - 電圧変換器の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１電圧供給源の電圧を第２電圧供給源に対して変換する電圧変換器の制御方法に関するものである。

従来、蓄電装置の電圧を変換して負荷へ供給するシステムにおいては、例えば出力電流の過電流保護装置を備えたものがある。このシステムでは、第１電圧供給源の電圧を第２電圧供給源に対して変換する電圧変換器をトランスにより構成する。このトランスの二次巻線の誘起電圧を整流して、負荷に供給する出力電圧が設定した値となるように制御回路によってトランスの一次巻線に接続したスイッチングトランジスタのＯＮ、ＯＦＦを制御する。そして、この制御を行う際、スイッチングトランジスタを介してトランスの一次巻線に流れる電流を電流検出手段により検出すると共に、検出された電流値を基準値と比較し、電流値が基準値を超えた場合には、過電流検出信号を制御回路に加えて電圧変換器の出力電圧の垂下制御を行わせる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−８４７４４号公報

ところで、前記電圧変換器の信頼性を確保するためには、電圧変換器の故障判定を行うことが望ましい。前記電圧変換器の故障判定を行う手法としては、該電圧変換器により変換された前記第２電圧供給源における実際の電圧値と、前記第２電圧供給源に対する指令電圧値とを比較することが簡便であり好ましい。しかしながら、電圧垂下制御によっても前記指令電圧値と前記実際の電圧値とに差が生じることから、上述の手法を使用すると誤検知の原因になってしまうという問題がある。

従って、本発明は、垂下制御中の誤検知を防止することができ、信頼性を向上することができる電圧変換器の制御方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、第１電圧供給源（例えば、実施の形態における高電圧バッテリＢ１）の電圧を第２電圧供給源（例えば、実施の形態における低電圧バッテリＢ２）に対して変換する電圧変換器の入力電圧および出力電圧を検出して、前記入力電圧が正常である場合の前記出力電圧の異常判断を行う前記電圧変換器の制御方法において、電圧変換器（例えば、実施の形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１）の電圧垂下制御中には電圧変換器に接続された制御装置から出力される第２電圧供給源に対する指令電圧値と前記制御装置に入力される前記第２電圧供給源の実際の電圧値とに基づく電圧変換器の故障判断を禁止することを特徴とする。

この発明によれば、前記電圧変換器の電圧垂下制御中には前記指令電圧値と前記実際の電圧値とに差が生じるが、この時に電圧変換器の故障判断を禁止するので、電圧垂下制御による誤検知を防止することができる。従って、電圧変換器の故障判定の精度を向上することができ、信頼性を高めることができる。

また、前記電圧変換器の電圧垂下制御中以外のときに前記電圧変換器の故障を判断するので、故障判断の信頼性を高めつつ、簡便に前記電圧変換器の故障判定を行うことができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記第２電圧供給源に対する指令電圧値と前記第２電圧供給源の実際の電圧値とが所定時間以上相違する場合には、前記電圧変換器を故障と判断することを特徴とする。

この発明によれば、前記指令電圧値と前記実際の電圧値とが瞬間的に変動した場合にまで故障と判断することを防止できるため、より確定的に故障と判定することができ、故障判断の信頼性をさらに高めることができる。

請求項１に係る発明によれば、電圧変換器の故障判定の精度を向上することができ、信頼性を高めることができる。
さらに請求項１に係る発明によれば、故障判断の信頼性を高めつつ、簡便に前記電圧変換器の故障判定を行うことができる。
請求項２に係る発明によれば、より確定的に故障と判定することができ、故障判断の信頼性をさらに高めることができる。

以下、本発明の実施の形態における電圧変換器の制御方法を図面と共に説明する。図１は、本発明の実施の形態における電圧変換器の制御システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態の電圧変換器の制御システムは、特にＥＶ（Electric Vehicles）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicles ）等の車両に搭載して利用することが有用であり、一例として、電圧変換器の制御システムがＥＶやＨＥＶに搭載された場合について説明する。

図１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、入力された電圧を昇圧または降圧して出力する電圧変換器であって、本実施の形態では入力された電圧を降圧して出力するダウンバータとする。具体的にＤＣ／ＤＣコンバータ１について説明すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、車両の走行用モータを駆動するための電力を蓄電する高電圧バッテリＢ１により入力端子から入力された電力を降圧するために、高電圧バッテリＢ１の正極側端子がトランスＴ１の一次巻き線の一方の端子に接続され、トランスＴ１の一次巻き線のもう一方の端子は、スイッチング素子Ｑ１を介して、高電圧バッテリＢ１の負正極側端子へ接続されている。なお、スイッチング素子Ｑ１には、自己の導通方向とは逆向きに導通する転流ダイオード（Free Wheeling Diode ）Ｄ１が接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１の制御端子（例えばスイッチング素子Ｑ１がＦＥＴやＩＧＢＴの場合はゲート端子）には、後述する制御部４から制御線が接続されている。

一方、トランスＴ１の二次巻き線の一方の端子には、トランスＴ１の二次巻き線に誘起した電力を整流するための整流ダイオードＤ３のアノード端子が接続されている。また、更に整流ダイオードＤ３のカソード端子とトランスＴ１の二次巻き線のもう一方の端子との間には、出力電圧を平滑化するためのコンデンサＣ１が接続されると共に、整流ダイオードＤ３とコンデンサＣ１との接点には同様に出力電圧を平滑化するためのコイルＬ１の一方の端子が接続されており、コイルＬ１のもう一方の端子とトランスＴ１の二次巻き線のもう一方の端子とで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力を成す。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流を測定する電流センサ２を介して、コイルＬ１のもう一方の端子がＤＣ／ＤＣコンバータ１の一方の出力端子として出力され、トランスＴ１の二次巻き線のもう一方の端子がＤＣ／ＤＣコンバータ１のもう一方の出力端子として出力される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧を測定する電圧センサ６が接続されており、電圧センサ６が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧Ｖｉｎ（Ｖｈｂ）も、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力制御を実行する制御部４へ入力されている。制御部４は外部ＥＣＵ７と通信可能に接続されており、外部ＥＣＵ７からの電圧指令値ＤＶＣに基づいて制御を行う。この外部ＥＣＵ７には低電圧バッテリＢ２の電圧を検出する電圧センサ８の電圧値Ｖｏｕｔ（Ｖｌｂ）が入力される。
また、電流センサ２が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流Ｉｏｕｔは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力制御を実行する制御部４へ入力されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧を測定する電圧センサ３が接続されており、電圧センサ３が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖｌｂ）も、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力制御を実行する制御部４へ入力されている。

これにより、制御部４は、外部ＥＣＵ７からの電圧指令値ＤＶＣに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流Ｉｏｕｔ、及び出力電圧Ｖｏｕｔが目標値となるように、入力電圧Ｖｉｎに基づいて、スイッチング素子Ｑ１の通電率（ＯＮ、ＯＦＦ制御のデューティ）を制御する。また、電装負荷５の作動状態等によっては、スイッチング素子Ｑ１の通電率を制御することによって、低電圧バッテリＢ２の電圧を垂下させる電圧垂下制御を行う。また制御部４には温度センサ９からの情報が入力される。この温度センサ９情報によりＤＣ／ＤＣコンバータ１の素子温度が一定以上になった場合、垂下制御を行う。垂下制御の際には、制御部４から外部ＥＣＵ７に対して垂下フラグを通信する。外部ＥＣＵ７は垂下フラグを受けると、高圧バッテリＢ１の電圧読み込みを行わない。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１により降圧された電力を蓄電する低電圧バッテリＢ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１により降圧された電力により動作するワイパーやライト等の車両用補機類である電装負荷５とが並列に接続されている。また、外部ＥＣＵ７には、警告灯（図示せず）が接続されている。そして、後述のようにＤＣ／ＤＣコンバータ１の故障が確定したときには、警告灯を点灯させる制御を行う。

本実施の形態の電圧変換器の制御システムを搭載したＥＶやＨＥＶは、高電圧バッテリＢ１の電力により走行用モータを駆動すると共に、走行用モータの回生動作により高電圧バッテリＢ１を充電しながら走行する。同時に、高電圧バッテリＢ１に蓄電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１により降圧しながら低電圧バッテリＢ２を充電し、低電圧バッテリＢ２に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の車両用補機類を動作させながら走行する。なお、高電圧バッテリＢ１としては、例えば１４４［Ｖ］系のバッテリを用いることができ、低電圧バッテリＢ２としては、例えば１２［Ｖ］系のバッテリを用いることができる。

図２は同実施の形態における電圧変換器の制御システムの故障判定動作を示すフローチャートである。同図に示すように、外部ＥＣＵ７は、ステップＳ１２で、低電圧バッテリＢ２に対する電圧指令値ＤＶＣを設定する。そして、制御部４から垂下中フラグを受信する。この垂下中フラグは常時通信され、垂下中か否かがわかるように設定されている。そして、電圧センサ３、６によって、低電圧バッテリＢ２の電圧Ｖｌｂと、高電圧バッテリＢ１の電圧Ｖｈｂをそれぞれ測定する。

ついで、ステップＳ１４で、低電圧バッテリＢ２の電圧を垂下させる電圧垂下制御が行われているか否か（電圧垂下中か否か）を判定する。電圧垂下制御は、電装負荷５の作動状態等によりスイッチング素子Ｑ１の制御を行って電圧垂下要求信号を制御部４で受信し、垂下中であるというフラグを制御部４から外部ＥＣＵ７に送信する。従って、電圧垂下制御の判定については、電流センサ２の出力値や温度センサ９で検出されるスイッチング素子Ｑ１の温度状態により判定することができる。
ステップＳ１４の判定結果がＹＥＳであれば（電圧垂下制御中であれば）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の故障判定を行うことなく本フローチャートの処理を終了する。また、ステップＳ１４の判定結果がＮＯであればステップＳ１８の処理に進む。

ステップＳ１８では、電圧センサ３により検出した低電圧バッテリＢ２の検出電圧Ｖｌｂが指令電圧ＤＶＣから所定値ΔＶｌｂ０を減じた値以下か否かを判定し、この判定結果がＹＥＳであればステップＳ２０に進み、判定結果がＮＯであれば本フローチャートの処理を終了する。

ステップＳ２０では、ステップＳ１８で判定した状態が規定時間ｔ０以上継続しているか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであればステップＳ２２に進み、判定結果がＮＯであれば本フローチャートの処理を終了する。ステップＳ２０の判定結果がＹＥＳの場合には、高電圧バッテリＢ１の入力電圧は正常であるにも関わらず、低電圧バッテリＢ２の出力が低下している状態であるので、ステップＳ２２で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を故障と確定して、本フローチャートの処理を終了する。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電圧垂下制御中には外部ＥＣＵ７によるＤＣ／ＤＣコンバータ１の故障判断を禁止するため、電圧垂下制御中において低電圧バッテリＢ２に対する指令電圧値ＤＶＣと実際の電圧値Ｖｌｂとに差が生じたことによるＤＣ／ＤＣコンバータ１の状態を誤判定することを防止できる。すなわち、電圧垂下制御による誤検知を防止することができる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の故障判定の精度を向上することができ、信頼性を高めることができる。

また、低電圧バッテリＢ２に対する指令電圧値ＤＶＣと実際の電圧値Ｖｌｂとに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ１を故障と判断するため、故障判断の信頼性を高めつつ、簡便にＤＣ／ＤＣコンバータ１の故障判定を行うことができる。
そして、ステップＳ２０に示すように、指令電圧値ＤＶＣと実際の電圧値Ｖｌｂとが所定時間ｔ０以上相違する場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を故障と判断するので、指令電圧値ＤＶＣと実際の電圧値Ｖｌｂとが瞬間的に変動した場合にまで故障と判断することを防止できるため、より確定的に故障と判定することができ、故障判断の信頼性をさらに高めることができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を故障と確定したときに、警告灯を作動させることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電圧低下を速やかに運転者に伝えることができるため、サービスセンタ等での迅速な修理が可能となる。

なお、本発明の内容は上述の実施の形態のみに限られるものでないことはもちろんである。例えば、実施の形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータによって、高電圧バッテリＢ１から低電圧バッテリＢ２に対して降圧する場合について説明したが、低電圧バッテリＢ２から高電圧バッテリＢ１に対して昇圧する場合にも適用することができる。

本発明の実施の形態における電圧変換器の制御システムの構成を示すブロック図である。 同実施の形態における電圧変換器の制御システムの故障判定動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…ＤＣ／ＤＣコンバータ
２…電流センサ
３…電圧センサ
４…制御部
Ｂ１…高電圧バッテリ（第１電圧供給源）
Ｂ２…低電圧バッテリ（第２電圧供給源）

Claims (2)

1. 第１電圧供給源の電圧を第２電圧供給源に対して変換する電圧変換器の入力電圧および出力電圧を検出して、前記入力電圧が正常である場合の前記出力電圧の異常判断を行う前記電圧変換器の制御方法において、電圧変換器の電圧垂下制御中には電圧変換器に接続された制御装置から出力される第２電圧供給源に対する指令電圧値と前記制御装置に入力される前記第２電圧供給源の実際の電圧値とに基づく電圧変換器の故障判断を禁止することを特徴とする電圧変換器の制御方法。
2. 前記第２電圧供給源に対する指令電圧値と前記第２電圧供給源の実際の電圧値とが所定時間以上相違する場合には、前記電圧変換器を故障と判断することを特徴とする請求項１に記載の電圧変換器の制御方法。

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