JP5626468B2 - 車両および車両の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両および車両の制御方法に関し、より特定的には、インバータにより交流電動機を駆動して走行が可能な車両におけるインバータ故障時の制御に関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。この車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。

これらの車両においては、一般的に、インバータを用いて、蓄電装置からの直流電力をモータジェネレータなどの回転電機を駆動するための交流電力に変換する。そして、回転電機によって発生した駆動力を用いて車両を走行させるとともに、回生制動時などにおいては、駆動輪やエンジンなどからの回転力を電気エネルギに変換して蓄電装置を充電する。

このような車両において、インバータに異常が生じた場合には、他の機器への影響等を防止するために適切な処置を行なうことが必要となる。

特開平１１−３３２００２号公報（特許文献１）は、インバータでモータを駆動する電気自動車において、インバータへの電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と、実際の電流値Ｉｄ，Ｉｑとの偏差ΔＩｄ，ΔＩｑの積分値が所定レベルを超えたか否かに基づいてインバータの異常を検出し、インバータの異常が検出された場合には、インバータをシャットダウンしてシステムを停止させる構成を開示する。

特開平１１−３３２００２号公報 特開２００４−１２０８８３号公報

特開平１１−３３２００２号公報（特許文献１）に開示された構成においては、インバータに異常が生じた場合には、インバータをシャットダウンすることによって、他の機器等への影響を抑制することが可能である。しかしながら、車両走行中にインバータに異常が生じた場合にはシステム停止となってしまうので、車両の退避走行ができず、路上で立ち往生するおそれがある。

また、モータとして回転子に永久磁石が埋め込まれた永久磁石型モータが採用される場合には、インバータに含まれるスイッチング素子の短絡故障が生じた際に、他の車両などによるけん引が行なわれると、駆動輪によってモータが回転されることによって生じるモータの誘起電圧によって、インバータおよびモータを構成する回路に短絡電流が生じ得る。そうすると、この短絡電流によって、モータやケーブルが発熱し、機器故障の要因となるおそれがある。

本発明は、このような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、インバータにより交流電動機を駆動して走行が可能な車両において、インバータが故障した場合に、機器を適切に保護しつつ、退避走行を可能とすることである。

本発明による車両は、蓄電装置からの電力を用いた走行駆動力により走行が可能な車両であって、走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、インバータと、第１および第２のコンデンサと、切換部と、制御装置とを備える。インバータは、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して回転電機を駆動する。第１および第２のコンデンサは、インバータの直流側の端子間に直列に接続される。切換部は、回転電機とインバータとを電気的に接続する経路に設けられ、回転電機における三相コイルを、それぞれに対応するインバータの三相の駆動アーム、または、第１および第２のコンデンサの接続ノードのいずれか一方に接続する。制御装置は、三相の駆動アームのうちの１つの相に故障が生じた場合に、当該故障が生じた駆動アームに対応する回転電機のコイルを接続ノード側に接続するように切換部を制御する。

好ましくは、制御装置は、車両の走行中にインバータに故障が生じた場合は、当該故障が生じている駆動アームに対応する回転電機のコイルを接続ノード側に接続するように切換部を制御し、その後、残余の二相の駆動アームを用いて回転電機を駆動する。

好ましくは、制御装置は、車両の走行中にインバータの故障が生じた場合は、車両の速度が予め定められた基準速度を上回っている状態においては、回転電機の三相コイルを駆動アーム側に接続したままとし、車両の速度が基準速度を下回った状態となったときに、当該故障が生じている駆動アームに対応する回転電機のコイルを接続ノード側に接続するように切換部を制御する。

好ましくは、制御装置は、第１のコンデンサにかかる電圧と第２のコンデンサにかかる電圧との間の電圧差の絶対値が予め定められたしきい値を上回る場合には、電圧差の絶対値がしきい値を下回る場合に比べて、回転電機の出力電力が制限されるように、インバータを制御する。

好ましくは、制御装置は、インバータから出力される故障信号に基づいて、インバータにおいて故障が生じている駆動アームを判定する。

好ましくは、制御装置は、インバータから回転電機へ流れる電流の大きさが所定値を上回ったことに基づいて、インバータにおいて故障が生じている駆動アームを判定する。

好ましくは、制御装置は、インバータが停止している間に回転電機が回転している状態となった場合に、インバータに故障が生じたときは、当該故障が生じている駆動アームに対応する回転電機のコイルを接続ノード側に接続するように切換部を制御する。

好ましくは、制御装置は、インバータから出力される故障信号に基づいて、インバータにおいて故障が生じている駆動アームを判定する。

好ましくは、制御装置は、インバータから回転電機へ流れる電流の大きさが所定値を上回ったことに基づいて、インバータにおいて故障が生じている駆動アームを判定する。

好ましくは、制御装置は、ユーザによって設定される信号に基づいて、インバータにおいて故障が生じている駆動アームを判定する。

好ましくは、回転電機は、永久磁石が埋め込まれた回転子を含む。
本発明による車両の制御方法は、蓄電装置からの電力を用いた走行駆動力により走行が可能な車両についての制御方法である。車両は、走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して回転電機を駆動するためのインバータと、インバータの直流側の端子間に、直列に接続された第１および第２のコンデンサと、回転電機とインバータとを電気的に接続する経路に設けられ、回転電機における三相コイルを、それぞれに対応するインバータの三相の駆動アーム、または、第１および第２のコンデンサの接続ノードのいずれか一方に接続するように構成された切換部とを含む。制御方法は、インバータにおける三相の駆動アームのうちの１つに故障が生じたことを検出するステップと、当該故障が生じている駆動アームに対応する回転電機のコイルを、接続ノード側に接続するように切換部を制御するステップとを備える。

本発明によれば、インバータにより交流電動機を駆動して走行が可能な車両において、インバータが故障した場合に、機器を適切に保護しつつ、退避走行を可能とすることができる。

本実施の形態に従う車両１００の全体ブロック図である。 走行中にインバータのスイッチング素子に短絡故障が生じた場合の短絡電流を説明するための図である。 インバータ故障時の退避走行制御を説明するためのフローチャートである。 インバータのスイッチング素子に短絡故障が生じている場合に、車両のけん引時において生じる短絡電流を説明するための図である。 インバータが故障した際の、けん引実施時の保護制御を説明するためのフローチャートである。

以下において、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［車両の基本構成］
図１は、本発明の実施の形態に従う車両１００の全体ブロック図である。本実施の形態においては、車両１００が電気自動車である構成を例として説明するが、車両１００の構成はこれに限定されるものではなく、蓄電装置からの電力によって走行可能な車両であれば適用可能である。車両１００としては、電気自動車以外にたとえばハイブリッド車両や燃料電池自動車などが含まれる。

図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１０と、システムメインリレー（System Main Relay：ＳＭＲ）１１５と、コンバータ１２０と、インバータ１３０と、モータジェネレータ１４０と、動力伝達ギヤ１５０と、駆動輪１６０と、切換部１７０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００とを備える。

蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置１１０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介して、コンバータ１２０に接続される。蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１４０を駆動するための電力をコンバータ１２０へ供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１４０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。

ＳＭＲ１１５に含まれるリレーは、蓄電装置１１０と電力線ＰＬ１，ＮＬ１とにそれぞれ接続される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１によって制御され、蓄電装置１１０とコンバータ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。

コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間に接続される。コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。

コンバータ１２０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１とを含む。

スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１の間に、電力線ＰＬ２から電力線ＮＬ１に向かう方向を順方向として直列に接続される。なお、本実施の形態において、スイッチング素子として、ＩＧＢＴを例として説明するが、ＩＧＢＴに代えて、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いてもよい。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと、電力線ＰＬ１との間に設けられる。すなわち、コンバータ１２０はチョッパ回路を形成する。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて制御され、電力線ＰＬ１，ＮＬ１と、電力線ＰＬ２，ＮＬ１との間で電圧変換動作を行なう。

コンバータ１２０は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１２０は、昇圧動作時には、蓄電装置１１０からの直流電圧を昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１および逆並列ダイオードＤ１を介して、電力線ＰＬ２へ供給することにより行なわれる。

また、コンバータ１２０は、降圧動作時には、インバータ１３０からの直流電圧を降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２および逆並列ダイオードＤ２を介して、電力線ＮＬ１へ供給することにより行なわれる。

これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ比）により制御される。なお、昇圧動作および降圧動作が不要の場合には、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定するように制御信号ＰＷＣを設定することで、電圧変換比＝１．０（デューティ比＝１００％）とすることもできる。

なお、本発明においては、コンバータ１２０は必須ではなく、蓄電装置１１０からの出力電圧がインバータ１３０に直接供給される構成であってもよい。

コンデンサＣ２１，Ｃ２２は、コンバータ１２０とインバータ１３０とを結ぶ電力線ＰＬ２，ＮＬ１の間に、直列に接続される。コンデンサＣ２１，Ｃ２２は、一緒になって電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。電圧センサ１８０，１８５は、それぞれコンデンサＣ２１，Ｃ２２にかかる電圧を検出し、その検出値ＶＨ１，ＶＨ２をＥＣＵ３００へ出力する。なお、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の容量は任意であるが、好ましくは同じ容量に設定される。

インバータ１３０は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１を介して、コンバータ１２０に接続される。インバータ１３０は、ＥＣＵ３００からの制御指令ＰＷＩにより制御され、コンバータ１２０から出力される直流電力を、モータジェネレータ１４０を駆動するための交流電力に電力変換する。

インバータ１３０は、Ｕ相アーム１３１と、Ｖ相アーム１３２と、Ｗ相アーム１３３とを含み、これらにより三相ブリッジ回路が形成される。Ｕ相アーム１３１、Ｖ相アーム１３２およびＷ相アーム１３３は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１３１は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはスイッチング素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはスイッチング素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはスイッチング素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはスイッチング素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１３２は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはスイッチング素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはスイッチング素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはスイッチング素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはスイッチング素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１３３は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８と、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはスイッチング素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはスイッチング素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはスイッチング素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはスイッチング素子Ｑ８のエミッタと接続される。

モータジェネレータ１４０は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータと中性点でＹ結線された三相コイルを有するステータとを備える三相交流電動発電機であり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３つのコイルは、各々一方端が中性点に共に接続される。そして、Ｕ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

モータジェネレータ１４０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ１５０を介して駆動輪１６０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１４０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１６０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、インバータ１３０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。

また、モータジェネレータ１４０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１４０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１１０を充電することも可能である。

なお、図１においては、モータジェネレータが１つ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータを複数設ける構成としてもよい。たとえば、２つのモータジェネレータを備えるハイブリッド車両の場合には、一方のモータジェネレータを専ら駆動輪１６０を駆動するための電動機として用い、他方のモータジェネレータを専らエンジンにより駆動される発電機として用いるようにしてもよい。

切換部１７０は、インバータ１３０とモータジェネレータ１４０とを結ぶ電力伝達経路に介挿される。切換部１７０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ対応した、リレーＲＹＵ，ＲＹＶ，ＲＹＷを含む。リレーＲＹＵ，ＲＹＶ，ＲＹＷは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２によって、個別に制御可能に構成される。

リレーＲＹＵは、モータジェネレータ１４０のＵ相コイルを、Ｕ相アーム１３１のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードおよびコンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続ノードＰ２０のいずれかに接続する。リレーＲＹＶは、モータジェネレータ１４０のＶ相コイルを、Ｖ相アーム１３２のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードおよびコンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続ノードＰ２０のいずれかに接続する。リレーＲＹＷは、モータジェネレータ１４０のＷ相コイルを、Ｗ相アーム１３３のスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードおよびコンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続ノードＰ２０のいずれかに接続する。

切換部１７０のリレーＲＹＵ，ＲＹＶ，ＲＹＷは、インバータ１３０に異常が生じていない場合には、モータジェネレータ１４０の各相のコイルに対応する相における駆動アームのスイッチング素子の接続ノードに接続する。一方、インバータ１３０のスイッチング素子に短絡故障が生じた場合には、切換部１７０のリレーＲＹＵ，ＲＹＶ，ＲＹＷのうち、短絡故障が発生した相のリレーについては、当該相のコイルをコンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続ノードＰ２０に接続する。

電流センサ１９０は、切換部１７０とモータジェネレータ１４０との間の電力伝達経路に設けられる。モータジェネレータ１４０の各相に流れる電流の合計は常にゼロとなるので、電流センサ１９０は、電力伝達経路の少なくともいずれか二相に設けられればよい。図１においては、たとえば、電流センサ１９０は、Ｕ相およびＶ相の電力伝達経路に設けられ、検出された電流Ｉｕ，ＩｖはＥＣＵ３００に送られる。

回転速度センサ１９５は、モータジェネレータ１４０に設けられる。回転速度センサ１９５は、モータジェネレータ１４０の回転速度を検出し、その検出値ＭＲＮをＥＣＵ３００へ出力する。なお、回転速度センサ１９５は、モータジェネレータ１４０の回転角度を検出する回転角センサであってもよく、その場合は、検出された回転角から、ＥＣＵ３００においてモータジェネレータ１４０の回転速度が演算される。

ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。ＥＣＵ３００における制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

なお、図１においては、制御装置として１つのＥＣＵ３００が備えられる構成を例として説明するが、制御装置の構成はこれに限定されない。たとえば、ＥＣＵ３００は、機器ごとや機能ごとに制御装置が設けられる構成としてもよい。

ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０からの電圧ＶＢ，電流ＩＢを受ける。ＥＣＵ３００は、電圧ＶＢ，電流ＩＢに基づいて、蓄電装置の充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）を演算する。

ＥＣＵ３００は、インバータ１３０の故障を示す故障信号ＦＬＴをインバータ１３０から受ける。故障信号ＦＬＴは、たとえば、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のいずれに異常が生じているか、およびスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のいずれに異常が生じているかなどの情報を含む。

ＥＣＵ３００は、図示しない車速センサから、車速を示す情報ＳＰＤ（以下、単に「車速ＳＰＤ」とも称する。）を受ける。また、ＥＣＵ３００は、ユーザの操作によるイグニッション信号ＩＧを受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、車両１００を他の車両でけん引する際に、ユーザ操作によりモード信号が設定される場合には、けん引動作を行なうことを示すモード信号ＭＯＤを受ける。

［退避走行制御］
このような車両１００において、走行中に、たとえばインバータ１３０のＵ相アーム１３１のスイッチング素子Ｑ３が導通状態のままとなってしまう短絡故障が生じた場合に、そのままスイッチング動作を継続して走行を行なうと、Ｕ相の下アームのスイッチング素子Ｑ４が導通状態にされたときに、電力線ＰＬ２およびＮＬ１間が短絡し、図２の矢印ＡＲ１０の方向に、大きな短絡電流が流れる。この短絡電流が継続的に流れることにより、故障していないスイッチング素子Ｑ４についても破損してしまったり、電力線ＰＬ２，ＮＬ１などの電力経路が発熱したりするおそれがある。

そのため、上記のようなインバータ１３０の異常が生じた場合には、速やかにインバータ１３０を停止することが望ましい。

しかしながら、インバータ１３０を停止してしまうと、モータジェネレータ１４０の駆動ができなくなってしまう。そのため、たとえば、エンジンを有しない電気自動車などにおいて、走行中にインバータ１３０の故障が生じた場合には、惰性走行が終了して車両が停止してしまうと、それ以降は自力で走行することができなくなってしまう。そうすると、道路上で立ち往生してしまい交通渋滞の原因となったり、修理を行なう場所まで到達できなかったりするおそれがある。

そこで、本実施の形態においては、インバータ１３０のいずれか１相のスイッチング素子に短絡故障が生じた場合に、切換部１７０によって異常が生じているスイッチング素子をモータジェネレータ１４０から切り離し、残りの健全な二相を用いてモータジェネレータ１４０を駆動して退避走行を行なう。

なお、三相の交流電動機の二相を用いて交流電動機を駆動する手法については、たとえば、特開２００４−１２０８８３号公報（特許文献２）に開示されており、詳細については記載しないが、概略的には、故障が生じていない駆動アームの４つのスイッチング素子に対して、位相が６０°ずつ異なる所定の周波数の２種類の正弦波信号を用いて生成されたＰＷＭ（Power Width Modulation）信号を与える。これによって、位相差π／３を持つ線間電圧が三相の励磁巻線に現れるようにすることによって、健全な二相のスイッチング素子を用いて交流電動機が駆動される。

図３は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される退避走行制御処理を説明するためのフローチャートである。図３および後述する図５に示すフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムが所定周期でメインルーチンから呼び出されて実行されることによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１および図３を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、インバータ１３０のいずれか１つの相のスイッチング素子に短絡故障が生じているか否かを判定する。

この故障の判定は、インバータ１３０から出力される故障信号ＦＬＴによって判定してもよいし、電流センサ１９０の検出値により故障発生時に流れる短絡電流を検出することによって判定するようにしてもよい。

インバータ１３０の故障が生じていない場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、退避走行は不要であるので、ＥＣＵ３００は以降のステップをスキップして、処理を終了する。

インバータ１３０の故障が生じている場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１０に進められ、ＥＣＵ３００は、短絡電流により他の機器の故障が発生しないように、インバータ１３０における全ての相のスイッチング素子を非導通としてシャットダウンする。これにより、車両１００が走行中の場合には、モータジェネレータ１４０による走行駆動力が喪失するので、惰性走行となる。

その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、上述の故障信号ＦＬＴ、または、短絡電流の検出から、スイッチング素子に短絡故障が発生した相の特定を行なう。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３０にて、図示しない車速センサからの車速ＳＰＤを取得し、取得した車速ＳＰＤが、予め定められた基準速度α以下であるか否かを判定する。なお、車速センサによる車速ＳＰＤに代えて、モータジェネレータ１４０の回転速度ＭＲＮを利用してもよい。

上述のように、異常が発生した相については、切換部１７０のリレーによって、モータジェネレータ１４０の対応する相のコイルがコンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続ノードＰ２０に接続される。このとき、モータジェネレータ１４０は磁界の発生に永久磁石が用いられているので、惰性走行によってモータジェネレータ１４０が回転されると、電磁誘導によりコイルに誘起電圧が生じる。この誘導電圧はモータジェネレータ１４０の回転速度に比例した大きさとなるため、車速ＳＰＤが大きい場合には、モータジェネレータ１４０の回転速度も大きくなり、発生する誘起電圧がコンデンサＣ２１，Ｃ２２の耐電圧を超えてしまいコンデンサＣ２１，Ｃ２２を破損させてしまう可能性がある。

そのため、車速ＳＰＤが基準速度αを上回る場合（Ｓ１４０にてＮＯ）は、Ｓ１３０に処理が戻されて、ＥＣＵ３００は、車速ＳＰＤが基準速度α以下となるまで惰性走行を継続する。

車速ＳＰＤが基準速度α以下となった場合（Ｓ１４０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、処理をＳ１５０に進めて、切換部１７０における故障が発生した相に対応する相のリレーを切換えて、モータジェネレータ１４０の当該相のコイルをコンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続ノードＰ２０に接続する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１６０にて、故障が発生した相以外の残りの二相を用いてモータジェネレータ１４０の駆動を開始する。これにより、モータジェネレータ１４０による走行駆動力が発生できるので、車両１００の退避走行が可能となる。

その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１７０にて、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の電圧差の絶対値が、しきい値Ｖｔｈよりも大きいか否かを判定する。

モータジェネレータ１４０の二相制御を実行中、インバータ１３０のスイッチング動作に応じて、モータジェネレータ１４０を駆動するが、急峻な負荷変動等により、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続ノードＰ２０の電位が変動し、コンデンサＣ２１，Ｃ２２にかかる電圧ＶＨ１，ＶＨ２に不平衡が生じる。

ここで、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の容量については、コスト上の観点から、一般的には、通常走行で生じ得る電圧変動を抑制できる範囲で可能な限り低容量とされる場合が多い。そのため、退避走行時のコンデンサＣ２１，Ｃ２２の電圧差の許容範囲を大きくすると、結果として、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の容量を大きくすることにつながるので、コストの増加を招くことになり得る。

したがって、本実施の形態においては、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の電圧差が大きくなる場合には、モータジェネレータ１４０で出力する電力を制限し、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の電圧差を低減する手法を採用する。

コンデンサＣ２１，Ｃ２２の電圧差の絶対値がしきい値Ｖｔｈよりも大きい場合（Ｓ１７０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１８０に進められ、ＥＣＵ３００は、モータジェネレータ１４０により出力される電力が小さくなるように出力制限を行なう。具体的には、たとえば、ユーザのアクセル操作に基づく要求トルクに上限値を設けたり、要求トルクを所定の割合で低下させたりする。その後、処理がＳ１９０に進められる。

一方、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の電圧差の絶対値がしきい値Ｖｔｈ以下の場合（Ｓ１７０にてＮＯ）は、Ｓ１８０がスキップされて処理がＳ１９０に進められる。

Ｓ１９０においては、ＥＣＵ３００は、退避走行が終了したか否かを判定する。退避走行の終了は、たとえば、ユーザによるイグニッションキーやイグニッションスイッチの操作によりイグニッション信号ＩＧがオフに設定されたこと、あるいは退避走行を解除するための特別な操作に基づいて判定される。

退避走行が終了していない場合（Ｓ１９０にてＮＯ）は、処理がＳ１７０に戻されて、ＥＣＵ３００は、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の電圧差に応じて出力制限を行ないつつ、退避走行を継続する。

退避走行が終了した場合（Ｓ１９０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は処理を終了する。
なお、図３には示していないが、インバータ１３０の故障が修理された場合には、切換部１７０において、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続ノードＰ２０側に切換えられていたリレーが、インバータ１３０側に戻される。

以上のような制御に従って処理を行なうことによって、インバータにより交流電動機を駆動して走行が可能な車両において、インバータが故障した場合に、コストの増加を抑制しながら機器を適切に保護して、退避走行をすることが可能となる。

［けん引時の制御］
上述のような退避走行が終了した後や、インバータ１３０以外の他の故障によってモータジェネレータ１４０による走行駆動力が発生できないような場合に、他の車両によるけん引が行なわれる場合がある。

けん引を行なうことによって駆動輪１６０が回転されると、上述のように、モータジェネレータ１４０のコイルに誘起電圧が発生する。すなわち、モータジェネレータ１４０が電圧源として作用する。

このとき、たとえば、図４のように、インバータ１３０のＵ相の上アームであるスイッチング素子Ｑ３に短絡が生じていた場合を考える。この場合において、モータジェネレータ１４０に、Ｖ相コイルの接続端子が正でかつＵ相コイル接続端子が負となるような誘起電圧が発生すると、図４中の矢印ＡＲ２０で示されるように、モータジェネレータ１４０のＶ相の接続端子から、ダイオードＤ５および短絡故障が生じているスイッチング素子Ｑ３を経由してＵ相接続端子に至るような短絡電流が流れ得る。

そうすると、この短絡電流が流れる経路の電力ケーブルやモータジェネレータ１４０が発熱する。これによって、電力ケーブルの被覆の絶縁が低下してしまったり、モータジェネレータ１４０に含まれる永久磁石の磁力が低下したりしてしまい、機器の機能および特性が損なわれてしまうおそれがある。

そのため、このようなインバータによりモータジェネレータを駆動して走行することができる車両においてインバータに短絡故障が生じた場合に、故障車両を移動させるときには、トラックなどの別の車両の荷台に故障車両を積載して移動させたり、駆動輪の下部に台車を設置して駆動輪が回転しないような対策を講じた上でけん引したりするといった、特別な搬送手段が必要であった。

そこで、本実施の形態においては、インバータに短絡故障が生じた際に、車両のけん引が行なわれる場合の機器の保護制御を実行し、他の一般的な車両でもけん引ができるようにする。

図５は、インバータ１３０に短絡故障が発生した際の、けん引実施時の保護制御を説明するためのフローチャートである。

図１および図５を参照して、ＥＣＵ３００は、Ｓ２００にて、電源がオンに設定されているか否かを判定する。これは、一般的に、電源がオンとなっていない場合には、変速機（図示せず）のシフトポジションが停車ポジション（Ｐ）から解除されないため、けん引自体が行なえないためである。

イグニッション信号ＩＧがオフの場合（Ｓ２００にてＮＯ）は、停車ポジションが解除できないため、ＥＣＵ３００は処理を終了する。

イグニッション信号ＩＧがオンの場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）は、処理がＳ２１０に進められ、ＥＣＵ３００は、インバータ１３０におけるすべての相のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８を非導通状態としシャットダウンする。

そして、ＥＣＵ３００は、処理をＳ２２０に進めて、モータジェネレータ１４０の回転速度ＭＲＮが上昇しているか否かを判定する。これは、けん引が開始されたか否かを判定するものであり、インバータ１３０によるモータジェネレータ１４０の駆動が停止されているにもかかわらず、モータジェネレータ１４０が回転している場合には、他の外力によって車両が移動させられている、すなわちけん引が行なわれていると判定するものである。また、ＥＣＵ３００は、ユーザの設定によって、けん引を行なうモードであることを示すモード信号ＭＯＤを受けている場合にも、けん引が開始されたと判定するようにしてもよい。

けん引が開始されていないと判定された場合（Ｓ２２０にてＮＯ）は、処理がＳ２２０に戻されて、ＥＣＵ３００は、けん引が開始されるのを待つ。

けん引が開始されたと判定された場合（Ｓ２２０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、インバータ１３０に短絡故障が生じているかを判定するために、Ｓ２３０にて、モータジェネレータ１４０に流れる電流を検出するとともに、Ｓ２４０にて、短絡電流が検出されたか否かを判定する。

短絡電流が検出されない場合（Ｓ２４０にてＮＯ）は、インバータ１３０には短絡故障が発生していないので、ＥＣＵ３００は、処理をＳ２３０に戻し、けん引中のモータジェネレータ１４０に流れる電流の監視を継続する。

短絡電流が検出された場合（Ｓ２４０にてＹＥＳ）は、Ｓ２５０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、検出された短絡電流から短絡故障が発生した相を特定する。

その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ２６０にて、切換部１７０における短絡故障が発生した相に対応するリレーを切換える。これによって、短絡電流が継続して流れることが防止できる。

なお、図５においては、インバータ１３０の短絡故障の有無および短絡故障が発生した相の特定を、電流センサ１９０で検出した電流値によって判定したが、図３の退避走行の場合に説明したように、インバータ１３０からの故障信号ＦＬＴに基づいて、短絡故障の有無および短絡故障が発生した相の特定を行なうようにしてもよい。

また、上述のＳ２２０におけるけん引開始判定については、他の車両によるけん引以外に、たとえば、人力で車両が移動されている場合や、下り坂などで重力によって車両が動いている場合にも、Ｓ２２０の条件が成立し得る。これらの場合にも、インバータ１３０に短絡故障が発生しているときには同様に短絡電流が流れ得るので、図５の処理を実行して、他の車両によるけん引時と同様の対応とすることが好ましい。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、車両をけん引する際に、インバータに短絡故障が発生したことに起因して生じる短絡電流を防止することができる。これによって、短絡電流によって生じる機器の機能および特性が損なわれてしまうことが防止できる。

なお、図３および図５で説明した退避走行制御および保護制御は、車両に対して各々個別に適用してもよいし、双方を組み合わせて適用するようにしてもよい。

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請求の範囲によって示され、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。

１００ 車両、１１０ 蓄電装置、１１５ ＳＭＲ、１２０ コンバータ、１３０ インバータ、１３１ Ｕ相アーム、１３２ Ｖ相アーム、１３３ Ｗ相アーム、１４０ モータジェネレータ、１５０ 動力伝達ギヤ、１６０ 駆動輪、１７０ 切換部、１８０，１８５ 電圧センサ、１９０ 電流センサ、１９５ 回転速度センサ、３００ ＥＣＵ、Ｃ１，Ｃ２１，Ｃ２２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＮＬ１，ＰＬ１，ＰＬ２ 電力線、Ｐ２０ 接続ノード、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、ＲＹＵ，ＲＹＶ，ＲＹＷ リレー。

Claims (10)

1. 蓄電装置からの電力を用いた走行駆動力により走行が可能な車両であって、
   走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、
   前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記回転電機を駆動するためのインバータと、
   前記インバータの直流側の端子間に、直列に接続された第１および第２のコンデンサと、
   前記回転電機と前記インバータとを電気的に接続する経路に設けられ、前記回転電機における三相コイルを、それぞれに対応する前記インバータの三相の駆動アーム、または、前記第１および第２のコンデンサの接続ノードのいずれか一方に接続するように構成された切換部と、
   前記車両の走行中に前記三相の駆動アームのうちの１つの相に故障が生じた場合に、当該故障が生じた駆動アームに対応する前記回転電機のコイルを前記接続ノード側に接続するように前記切換部を制御し、その後、残余の二相の駆動アームを用いて前記回転電機を駆動するように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第１のコンデンサにかかる電圧と前記第２のコンデンサにかかる電圧との間の電圧差の絶対値が予め定められたしきい値を上回る場合には、前記電圧差の絶対値が前記しきい値を下回る場合に比べて、前記回転電機の出力電力が制限されるように、前記インバータを制御する、車両。
2. 前記制御装置は、前記車両の走行中に前記インバータの故障が生じた場合は、前記車両の速度が予め定められた基準速度を上回っている状態においては、前記回転電機の三相コイルを前記駆動アーム側に接続したままとし、前記車両の速度が前記基準速度を下回った状態となったときに、当該故障が生じている駆動アームに対応する前記回転電機のコイルを前記接続ノード側に接続するように前記切換部を制御する、請求項１に記載の車両。
3. 前記制御装置は、前記インバータから出力される故障信号に基づいて、前記インバータにおいて故障が生じている駆動アームを判定する、請求項１に記載の車両。
4. 前記制御装置は、前記インバータから前記回転電機へ流れる電流の大きさが所定値を上回ったことに基づいて、前記インバータにおいて故障が生じている駆動アームを判定する、請求項１に記載の車両。
5. 前記制御装置は、前記インバータが停止している間に前記回転電機が回転している状態となった場合に、前記インバータに故障が生じたときは、当該故障が生じている駆動アームに対応する前記回転電機のコイルを前記接続ノード側に接続するように前記切換部を制御する、請求項１に記載の車両。
6. 前記制御装置は、前記インバータから出力される故障信号に基づいて、前記インバータにおいて故障が生じている駆動アームを判定する、請求項５に記載の車両。
7. 前記制御装置は、前記インバータから前記回転電機へ流れる電流の大きさが所定値を上回ったことに基づいて、前記インバータにおいて故障が生じている駆動アームを判定する、請求項５に記載の車両。
8. 前記制御装置は、ユーザによって設定される信号に基づいて、前記インバータにおいて故障が生じている駆動アームを判定する、請求項５に記載の車両。
9. 前記回転電機は、永久磁石が埋め込まれた回転子を含む、請求項１に記載の車両。
10. 蓄電装置からの電力を用いた走行駆動力により走行が可能な車両の制御方法であって、
    前記車両は、
    走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、
    前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記回転電機を駆動するためのインバータと、
    前記インバータの直流側の端子間に、直列に接続された第１および第２のコンデンサと、
    前記回転電機と前記インバータとを電気的に接続する経路に設けられ、前記回転電機における三相コイルを、それぞれに対応する前記インバータの三相の駆動アーム、または、前記第１および第２のコンデンサの接続ノードのいずれか一方に接続するように構成された切換部とを含み、
    前記制御方法は、
    前記インバータにおける三相の駆動アームのうちの１つに故障が生じたことを検出するステップと、
    当該故障が生じている駆動アームに対応する前記回転電機のコイルを、前記接続ノード側に接続するように前記切換部を制御するステップと、
    前記切換部を制御するステップの実行後に、残余の二相の駆動アームを用いて前記回転電機を駆動するステップと、
    前記第１のコンデンサにかかる電圧と前記第２のコンデンサにかかる電圧との間の電圧差の絶対値が予め定められたしきい値を上回るか否かを判定するステップと、
    前記電圧差の絶対値が前記しきい値を上回る場合は、前記電圧差の絶対値が前記しきい値を下回る場合に比べて、前記回転電機の出力電力が制限されるように、前記インバータを制御するステップとを備える、車両の制御方法。

Images