JP5617784B2 - 電気システムの異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気システムの異常判定装置に関し、特に、電気システムにおいて短絡が発生した部位を特定する技術に関する。

駆動源として電動モータを搭載したハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車などが知られている。これらのような車両は、電動モータに電力を供給する電源装置（バッテリおよびキャパシタなど）と、電圧を昇圧または降圧するためのコンバータ、ならびに、直流と交流とを変換するためのインバータなどの電気機器とが設けられた電気システムを有する。電気システムは電気部品から構成されているため、特開２００９−１５３２７４号公報（特許文献１）の請求項５等に記載のように、短絡を検出する必要がある。特開２００９−１５３２７４号公報においては、第２６段落に記載されているように、回路に流れる電流が正常な電流よりも大きくなったことにより、短絡を検出している。

特開２００９−１５３２７４号公報

しかしながら、短絡を検出できたとしても、短絡した部位を特定できなければ、車両の修理のために電気システム全体を交換しなければならなくなる。その結果、修理コストが増大する。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、短絡が生じた部位を特定することである。

ある実施例において、電源装置と、電源装置に接続された電気機器とが設けられた電気システムの異常判定装置は、電気機器の電流を検出するための手段と、電源装置の電流を検出するための手段と、電気機器の電流と電源装置の電流とに応じて、電源装置と電気機器との間の経路ならびに電源装置を除き、電気機器含む第１の領域と、電源装置と電気機器との間の経路ならびに電源装置を含む第２の領域とのうちのいずれか一方を、短絡が生じた部位として特定するための特定手段を備える。

この構成よると、電源装置と電気機器との間の経路において短絡が生じた場合と、電気機器において短絡が生じた場合とでは、電気機器の電流と電源装置の電流との関係が異なることに基づき、電気機器の電流と電源装置の電流とに応じて、短絡が生じた部位が特定される。

別の実施例においては、電気機器の電流と電源装置の電流とが同じであると、電源装置と電気機器との間の経路ならびに電源装置を除き、電気機器を含む領域が、短絡が生じた部位として特定される。

この構成によると、電気機器において短絡が生じると、電源装置と電気機器とに略同じ電流が流れるため、電気機器の電流と電源装置の電流とが同じであると、電源装置と電気機器との間の経路ならびに電源装置を除き、電気機器を含む領域が、短絡が生じた部位と
して特定される。

さらに別の実施例においては、電気機器の電流と電源装置の電流とが異なると、電源装置と電気機器との間の経路ならびに電源装置を含む領域が、短絡が生じた部位として特定される。

この構成によると、電源装置と電気機器との間の経路において短絡が生じると、電気機器には電流が流れずに、電源装置の電流のみが検出されるため、電気機器の電流と電源装置の電流とが異なると、電源装置と電気機器との間の経路ならびに電源装置を含む領域が、短絡が生じた部位として特定される。

さらに別の実施例においては、電気機器の作動が停止されている間において、短絡が生じた部位が特定される。

この構成によると、短絡が生じていなければ、電気機器の電流および電源装置の電流のいずれも検出されない状況下において、電気機器の電流と電源装置の電流とに応じて、短絡が生じた部位が特定される。したがって、電気機器の電流または電源装置の電流が検出されたことにより、短絡が生じたことを正しく検出できる。

車両の概略構成図である。 車両の電気システムを示す図である。 コンバータとバッテリとの間の経路ならびにバッテリを除き、コンバータおよびインバータを含む領域と、コンバータとバッテリとの間の経路ならびにバッテリを含む領域とを示す図である。 ＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、車両は、モータジェネレータ１１０と、減速機１４０と、バッテリ１５０とを備える。本実施の形態においては、一例としてモータジェネレータ１１０のみを駆動源として搭載した電気自動車について説明するが、エンジンを搭載したハイブリッド車または燃料電池を搭載した燃料電池車を用いてもよい。

モータジェネレータ１１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。モータジェネレータ１１０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力により駆動する。モータジェネレータ１１０が発生するトルクは、減速機１４０を介して前輪１６０に伝達される。前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。

車両の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０によりモータジェネレータ１１０が駆動され、モータジェネレータ１１０が発電機として作動する。これによりモータジェネレータ１１０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。モータジェネレータ１１０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。モータジェネレータ１１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０により制御される。なお、ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

バッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。

図２に示すように、バッテリ１５０の電圧ＶＢは電圧センサ１５２により検出され、バッテリ１５０の電流ＩＢは電流センサ１５４により検出される。電圧ＶＢを表す信号および電流ＩＢを表す信号は、ＥＣＵ１７０に入力される。

図２は、車両の電気システムを示す。電気システムは、コンバータ２００と、インバータ２１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０と、補機バッテリ２４０と、正極側システムメインリレー２５１と、負極側システムメインリレー２５２と、プリチャージ用システムメインリレー２５３と、抵抗２５４とを含む。

コンバータ２００は、リアクトル２０２と、二つのｎｐｎ型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトル２０２は、バッテリ１５０の正極側に一端が接続され、２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点に他端が接続される。リアクトル２０２に流れる電流ＩＬ、すなわちコンバータ２００の電流は、電流センサ２０４により検出され、ＥＣＵ１７０に入力される。

２つのｎｐｎ型トランジスタは、直列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタは、ＥＣＵ１７０により制御される。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。

なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar
Transistor）を用いることができる。ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。

バッテリ１５０から放電された電力をモータジェネレータ１１０に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に、モータジェネレータ１１０により発電された電力をバッテリ１５０に充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。

コンバータ２００とインバータ２１０との間のシステム電圧ＶＨは、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出結果は、ＥＣＵ１７０に送信される。

インバータ２１０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、モータジェネレータ１１０の各コイルの中性点１１２とは異なる端部にそれぞれ接続される。

インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、モータジェネレータ１１０に供給する。また、インバータ２１０は、モータジェネレータ１１０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、バッテリ１５０と、コンバータ２００との間において、コンバータ２００と並列に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、直流電圧を降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０から出力される電力は、補機バッテリ２４０に充電される。補機バッテリ２４０に充電された電力は、電動オイルポンプおよび空調装置の電
動コンプレッサ等の補機２４２、ならびにＥＣＵ１７０に供給される。

正極側システムメインリレー２５１、負極側システムメインリレー２５２、プリチャージ用システムメインリレー２５３および抵抗２５４は、一例として、バッテリ１５０とＤＣ／ＤＣコンバータ２３０との間に設けられる。

正極側システムメインリレー２５１は、バッテリ１５０の正極側に接続される。負極側システムメインリレー２５２は、バッテリ１５０の負極側に接続される。プリチャージ用システムメインリレー２５３は、負極側システムメインリレー２５２に対して並列に、かつ抵抗２５４に対して直列に接続される。すなわち、プリチャージ用システムメインリレー２５３と抵抗２５４とが直列に接続された回路が、負極側システムメインリレー２５２に対して並列に接続される。

たとえば、正極側システムメインリレー２５１、負極側システムメインリレー２５２およびプリチャージ用システムメインリレー２５３の全てがオフの状態（開いている状態）で、運転者がスタートスイッチ（イグニッションスイッチでもよい）をオン操作することによって、電気システムを起動すると、まず、正極側システムメインリレー２５１と、プリチャージ用システムメインリレー２５３とがオンにされる（閉じられる）。これにより、平滑コンデンサ２６０がプリチャージされる。プリチャージ中は、コンバータ２００ならびにインバータ２１０の作動が停止される。

平滑コンデンサ２６０のプリチャージ後、負極側システムメインリレー２５２がオンにされる。さらにその後、プリチャージ用システムメインリレー２５３がオフにされる。

平滑コンデンサ２６０のチャージが終了した後において、コンバータ２００ならびにインバータ２１０が停止されていれば、電流センサ１５４により検出されるバッテリ１５０の電流ＩＢはゼロである。すなわちバッテリ１５０の電流ＩＢは検出されない。

しかしながら、電気システムにおいて短絡が生じると、バッテリ１５０の電圧ＶＢを抵抗２５４の抵抗値Ｒで除算した値と同じ、もしくは略同じ大きさの電流ＩＢが検出され得る。

そこで、本実施の形態においては、プリチャージの開始後、コンバータ２００ならびにインバータ２１０が停止された状態において、バッテリ１５０の電圧ＶＢを抵抗２５４の抵抗値Ｒで除算した値と同じ、もしくは略同じ大きさの電流ＩＢが所定時間継続して検出されると、ＥＣＵ１７０は、電気システムにおいて短絡が生じたと判定する。短絡が生じたことは、たとえばフラグをオンにすることなどによってＥＣＵ１７０内のメモリに記憶される。これにより、修理工場等において作業者が診断ツールを用いて、電気システムに短絡が生じたことを把握できる。

さらに、本実施の形態においては、電流センサ２０４により検出される、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬ（コンバータ２００の電流）と、バッテリ１５０の電流ＩＢとに応じて、ＥＣＵ１７０が、短絡が生じた電気システムの部位を特定する。特定された部位を示すデータは、ＥＣＵ１７０内のメモリに記憶される。これにより、修理工場等において作業者が診断ツールを用いて、短絡が生じた部位を把握できる。

図３において矢印で示すように、コンバータ２００とバッテリ１５０との間の電気経路ならびにバッテリ１５０を除き、コンバータ２００およびインバータ２１０を含む領域３００において短絡が生じた場合、短絡電流はコンバータ２００を流れる。したがって、本実施の形態においては、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬと、バッテリ１５０の電流Ｉ
Ｂとが同じ、または略同じであると、コンバータ２００とバッテリ１５０との間の電気経路ならびにバッテリ１５０を除き、コンバータ２００およびインバータ２１０を含む領域３００が、短絡が生じた部位として特定される。

たとえば、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬと、バッテリ１５０の電流ＩＢとの差の絶対値が所定値よりも小さいと、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬと、バッテリ１５０の電流ＩＢとが同じ、または略同じであると判断される。

本実施の形態において、コンバータ２００とバッテリ１５０との間の電気経路は、より具体的には、正極側システムメインリレー２５１と、負極側システムメインリレー２５２と、プリチャージ用システムメインリレー２５３と、抵抗２５４と、平滑コンデンサ２６０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０と、補機バッテリ２４０と、補機２４２とを含む。

一方、コンバータ２００とバッテリ１５０との間の電気経路ならびにバッテリ１５０を含む領域３１０において短絡が生じた場合、短絡電流はコンバータ２００には流れない。たとえば平滑コンデンサ２６０の正極と負極とが短絡すると、短絡電流はコンバータ２００には流れずに、平滑コンデンサ２６０を流れる。よって、バッテリ１５０の電流ＩＢが検出される（ゼロより大きくなる）とともに、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬは検出されない（ゼロになる）。そこで、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬと、バッテリ１５０の電流ＩＢとが異なると、コンバータ２００とバッテリ１５０との間の電気経路ならびにバッテリ１５０を含む領域３１０が、短絡が生じた部位として特定される。

たとえば、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬと、バッテリ１５０の電流ＩＢとの差の絶対値が所定値以上であると、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬと、バッテリ１５０の電流ＩＢとが異なると判断される。

図４を参照して、ＥＣＵ１７０が実行する処理について説明する。以下に説明する処理は、ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現してもよい。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、正極側システムメインリレー２５１と、プリチャージ用システムメインリレー２５３とがオンにされ、平滑コンデンサ２６０がプリチャージが開始される。コンバータ２００ならびにインバータ２１０は停止されたままにされる。

その後、バッテリ１５０の電圧ＶＢを抵抗２５４の抵抗値Ｒで除算した値と同じ、もしくは略同じ大きさの電流ＩＢが所定時間継続して検出されると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、Ｓ１０４にて、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬと、バッテリ１５０の電流ＩＢとが同じ、または略同じであるか否かが判断される。

リアクトル２０２に流れる電流ＩＬと、バッテリ１５０の電流ＩＢとが同じ、または略同じであると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、Ｓ１０６にて、コンバータ２００とバッテリ１５０との間の電気経路ならびにバッテリ１５０を除き、コンバータ２００およびインバータ２１０を含む領域３００が、短絡が生じた部位として特定される。

一方、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬと、バッテリ１５０の電流ＩＢとが異なると（Ｓ１０４にてＮＯ）、Ｓ１０８にて、コンバータ２００とバッテリ１５０との間の電気経路ならびにバッテリ１５０を含む領域３１０が、短絡が生じた部位として特定される。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１１０ モータジェネレータ、１４０ 減速機、１５０ バッテリ、１５２ 電圧センサ、１５４ 電流センサ、１６０ 前輪、１７０ ＥＣＵ、１８０ 電圧センサ、２００
コンバータ、２０２ リアクトル、２０４ 電流センサ、２１０ インバータ、２３０
ＤＣ／ＤＣコンバータ、２４０ 補機バッテリ、２４２ 補機、２５１ 正極側システムメインリレー、２５２ 負極側システムメインリレー、２５３ プリチャージ用システムメインリレー、２５４ 抵抗、２６０ 平滑コンデンサ、３００，３１０ 領域。

Claims (4)

1. 電源装置と、前記電源装置に接続された電気機器とが設けられた電気システムの異常判定装置であって、
   前記電気機器の電流を検出するための手段と、
   前記電源装置の電流を検出するための手段と、
   前記電気機器の電流と前記電源装置の電流とに応じて、前記電源装置と前記電気機器との間の経路ならびに前記電源装置を除き、前記電気機器を含む第１の領域と、前記電源装置と前記電気機器との間の経路ならびに前記電源装置を含む第２の領域とのうちのいずれか一方を、短絡が生じた部位として特定するための特定手段を備える、電気システムの異常判定装置。
2. 前記特定手段は、
   前記電気機器の電流と前記電源装置の電流とが同じであると、前記第１の領域を、短絡が生じた部位として特定する、請求項１に記載の電気システムの異常判定装置。
3. 前記特定手段は、
   前記電気機器の電流と前記電源装置の電流とが異なると、前記第２の領域を、短絡が生じた部位として特定する、請求項１に記載の電気システムの異常判定装置。
4. 前記特定手段は、前記電気機器の作動が停止されている間において、短絡が生じた部位を特定する、請求項１に記載の電気システムの異常判定装置。

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