JP5699969B2 - Converter fault detection device and converter fault detection method - Google Patents
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Description
本発明は、車両に搭載されるコンバータの故障を検出するコンバータ故障検出装置及びコンバータ故障検出方法に関する。 The present invention relates to a converter failure detection device and a converter failure detection method for detecting a failure of a converter mounted on a vehicle.
電気自動車、ハイブリッド自動車及び燃料電池自動車等の車両のように、モータの駆動力によって走行する車両が知られている。このような車両は、スイッチング素子をオン/オフすることでバッテリからの電圧を電圧変換するコンバータと、コンバータからの電圧を交流電圧に変換してモータに供給するインバータとを備えている。 2. Description of the Related Art A vehicle that travels by a driving force of a motor, such as an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle, is known. Such a vehicle includes a converter that converts a voltage from a battery by turning on / off a switching element, and an inverter that converts the voltage from the converter into an AC voltage and supplies the AC voltage to a motor.
コンバータにおいては、スイッチング素子の短絡故障が発生することがあり、その結果、素子焼損や負荷破壊等が発生するおそれがある。従来においては、バッテリからの電圧VLを指令値に従ってコンバータによって実際に昇圧し、昇圧後にコンバータから出力される電圧VHを測定し、実際に測定された電圧VHと指令値が示す電圧値とを比較することで、コンバータのスイッチング素子の短絡故障を検出していた。この場合、測定された電圧VHと指令値が示す電圧値とが異なる場合に、スイッチング素子に短絡故障が発生していると判定されていた。 In the converter, a short circuit failure of the switching element may occur, and as a result, the element may be burned out or the load may be broken. Conventionally, the voltage VL from the battery is actually boosted by the converter according to the command value, the voltage VH output from the converter after the boost is measured, and the actually measured voltage VH is compared with the voltage value indicated by the command value. By doing so, the short circuit fault of the switching element of the converter was detected. In this case, when the measured voltage VH and the voltage value indicated by the command value are different, it is determined that a short circuit failure has occurred in the switching element.
また、下記の特許文献1には、異常検出用リレーが設けられた充電器を備えた電源装置であって、異常検出用リレーをオンすることでバッテリと外部電源とを接続し、電圧を検出することで充電器よりも外部電源側の短絡を検出する電源装置が開示されている。 Patent Document 1 below is a power supply device including a charger provided with an abnormality detection relay, and the battery is connected to an external power source by detecting the voltage by turning on the abnormality detection relay. Thus, a power supply device that detects a short circuit on the external power supply side of the charger is disclosed.
また、下記の特許文献2には、第1のシステムメインリレーによって第1のバッテリと第1の昇圧回路とが接続され、かつ、第2のシステムメインリレーによって第2のバッテリと第2の昇圧回路との接続が解除されたときに、第2の昇圧回路の第2のバッテリ側の電圧に基づいて、第2の昇圧回路のスイッチング素子の故障を検知する装置が開示されている。 In Patent Document 2 below, a first battery and a first booster circuit are connected by a first system main relay, and a second battery and a second booster are connected by a second system main relay. An apparatus for detecting a failure of a switching element of a second booster circuit based on a voltage on a second battery side of the second booster circuit when the connection with the circuit is released is disclosed.
また、下記の特許文献3には、チョッパ回路におけるスイッチング素子の端子電圧の時間変化成分を算出し、スイッチング素子がオン/オフされるタイミングと時間変化成分とに基づいて故障検出を中断する区間を求め、当該中断する区間を除いてスイッチング素子の故障を検出する装置が開示されている。
In
上述したように、昇圧回路として機能させるためにコンバータを作動させ、昇圧後の電圧VHと指令値が示す電圧値とを比較する方法によると、スイッチング素子の短絡故障を検出することができるが、短絡故障が発生している場合には実際は昇圧されていないことになるため、電力が不足して必要なトルクが得られず、トルク抜けやエンジン吹け上がりが発生し、その結果、ドライバビリティが低下するおそれがある。また、昇圧を必要としない状況で昇圧を行って故障を検出する場合、燃費を低下させてしまうことになる。 As described above, according to the method of operating the converter to function as a booster circuit and comparing the boosted voltage VH with the voltage value indicated by the command value, it is possible to detect a short circuit failure of the switching element. When a short-circuit failure occurs, the actual pressure is not boosted, so the necessary torque cannot be obtained due to insufficient power, resulting in torque loss and engine run-up, resulting in reduced drivability. There is a risk. Further, when a failure is detected by boosting in a situation where boosting is not required, fuel consumption is reduced.
また、上記の特許文献1に記載された装置は、充電器よりも外部電源側の短絡を検出するに過ぎず、コンバータのスイッチング素子の故障を検出する装置ではない。また、上記の特許文献2に記載された装置は、第1のバッテリと第1の昇圧回路とが接続され、かつ、第2のバッテリと第2の昇圧回路との接続が解除された場合にのみ、スイッチング素子の故障を検出することができるに過ぎず、そのような状況を待っているだけでは故障検出の機会が限られてしまい、故障検出のタイミングを逃してしまうおそれがある。また、上記の特許文献3に記載された装置は、故障検出を中断する区間ではスイッチング素子の故障を検出することができず、この場合も、故障検出のタイミングを逃してしまうおそれがある。
In addition, the device described in Patent Document 1 only detects a short circuit on the side of the external power supply with respect to the charger, and is not a device that detects a failure of the switching element of the converter. In addition, the device described in Patent Document 2 described above is configured when the first battery and the first booster circuit are connected and the connection between the second battery and the second booster circuit is released. However, it is only possible to detect a failure of the switching element, and simply waiting for such a situation limits the chance of failure detection and may miss the timing of failure detection. In addition, the device described in
本発明の目的は、コンバータの故障を検出するための状況を積極的に作り出してコンバータの故障を検出することが可能なコンバータ故障検出装置及びコンバータ故障検出方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a converter failure detection apparatus and a converter failure detection method capable of positively creating a situation for detecting a converter failure and detecting a converter failure.
本発明は、車両に搭載されたモータに接続されたインバータと第1のバッテリとの間に設けられ、前記インバータの正極側母線と前記インバータの負極側母線との間に直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを含み、前記下アーム側スイッチング素子をオン/オフすることで前記第1のバッテリからの電圧を昇圧して前記インバータに供給し、前記上アーム側スイッチング素子をオン/オフすることで前記インバータからの電圧を降圧して前記第1のバッテリに供給するコンバータの故障を検出するコンバータ故障検出装置であって、前記第1のバッテリと前記コンバータとの間に接続されたDC/DCコンバータであって、前記第1のバッテリよりも電圧が低く前記車両に搭載された補機に電圧を供給する第2のバッテリに、前記第1のバッテリからの電圧を降圧して供給するDC/DCコンバータと、前記車両が停止している場合に、前記上アーム側スイッチング素子をオンするとともに前記下アーム側スイッチング素子をオフすることで、前記コンバータの前記第1のバッテリ側の電圧VLと前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHとを同一にし、その後、前記上アーム側スイッチング素子と前記下アーム側スイッチング素子とをオフし、前記コンバータと前記DC/DCコンバータとを接続させた状態で、前記第1のバッテリと前記コンバータとの接続及び前記第1のバッテリと前記DC/DCコンバータとの接続を解除し、その後、前記DC/DCコンバータを作動させ、前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHに基づいて前記コンバータの故障を検出する制御手段と、を有することを特徴とするコンバータ故障検出装置である。 The present invention is provided between an inverter connected to a motor mounted on a vehicle and a first battery, and is connected in series between a positive bus on the inverter and a negative bus on the inverter. Including an arm-side switching element and a lower arm-side switching element, and by turning on / off the lower arm-side switching element, the voltage from the first battery is boosted and supplied to the inverter, and the upper arm-side switching is performed. A converter failure detection device for detecting a failure of a converter for stepping down a voltage from the inverter and supplying the first battery by turning on / off an element, wherein the failure is detected between the first battery and the converter. A DC / DC converter connected to the first battery, wherein the voltage is lower than that of the first battery and is supplied to an auxiliary device mounted on the vehicle. A DC / DC converter that steps down the voltage from the first battery and supplies the second battery to the second battery that turns on the upper arm side switching element and the lower arm when the vehicle is stopped. By turning off the side switching element, the voltage VL on the first battery side of the converter and the voltage VH on the inverter side of the converter are made the same, and then the upper arm side switching element and the lower arm side switching With the element turned off, the connection between the first battery and the converter and the connection between the first battery and the DC / DC converter are released with the converter and the DC / DC converter connected. Thereafter, the DC / DC converter is operated, and the voltage VH on the inverter side of the converter is A converter failure detecting apparatus characterized by and a control means for detecting a failure of the converter are.
また、前記制御手段は、前記DC/DCコンバータを作動させた後、前記コンバータの前記第1のバッテリ側の電圧VLと前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHとの大小関係に基づいて前記コンバータの故障を検出することが好ましい。 Further, the control means operates the DC / DC converter, and then based on the magnitude relationship between the voltage VL on the first battery side of the converter and the voltage VH on the inverter side of the converter. It is preferable to detect a failure.
また、本発明は、車両に搭載されたモータに接続されたインバータと第1のバッテリとの間に設けられ、前記インバータの正極側母線と前記インバータの負極側母線との間に直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを含み、前記下アーム側スイッチング素子をオン/オフすることで前記第1のバッテリからの電圧を昇圧して前記インバータに供給し、前記上アーム側スイッチング素子をオン/オフすることで前記インバータからの電圧を降圧して前記第1のバッテリに供給するコンバータの故障を検出するコンバータ故障検出方法であって、前記車両が停止している間に、前記上アーム側スイッチング素子をオンするとともに前記下アーム側スイッチング素子をオフすることで、前記コンバータの前記第1のバッテリ側の電圧VLと前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHとを同一にする第1のステップと、前記第1のステップの後、前記上アーム側スイッチング素子と前記下アーム側スイッチング素子とをオフし、前記第1のバッテリと前記コンバータとの接続を解除する第2のステップと、前記第2のステップの後、前記第1のバッテリと前記コンバータとの間に接続されたDC/DCコンバータであって、前記第1のバッテリよりも電圧が低く前記車両に搭載された補機に電圧を供給する第2のバッテリに、前記第1のバッテリからの電圧を降圧して供給するDC/DCコンバータを、前記第1のバッテリとの接続を解除した状態で作動させる第3のステップと、前記第3のステップの後、前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHに基づいて前記コンバータの故障を検出する第4のステップと、を含むことを特徴とするコンバータ故障検出方法である。 Further, the present invention is provided between an inverter connected to a motor mounted on a vehicle and a first battery, and is connected in series between a positive bus on the inverter and a negative bus on the inverter. An upper arm side switching element and a lower arm side switching element, and the voltage from the first battery is boosted by turning on / off the lower arm side switching element, and is supplied to the inverter. A converter failure detection method for detecting a failure of a converter for stepping down a voltage from the inverter and supplying the first battery by turning on / off a side switching element, wherein the vehicle is stopped , By turning on the upper arm side switching element and turning off the lower arm side switching element, the converter of the converter A first step of making the voltage VL on one battery side equal to a voltage VH on the inverter side of the converter; and after the first step, the upper arm side switching element and the lower arm side switching element, A second step of turning off the first battery and the converter, and a DC / DC connected between the first battery and the converter after the second step. A DC / DC converter that lowers the voltage from the first battery and supplies it to a second battery that is lower in voltage than the first battery and supplies a voltage to an auxiliary device mounted on the vehicle. A third step of operating the DC converter in a state in which the connection with the first battery is released; and after the third step, on the inverter side of the converter A fourth step of detecting a failure of the converter on the basis of the pressure VH, a converter fault detection method characterized by including the.
また、前記第4のステップでは、前記DC/DCコンバータを作動させた後、前記コンバータの前記第1のバッテリ側の電圧VLと前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHとの大小関係に基づいて前記コンバータの故障を検出することが好ましい。 Further, in the fourth step, after the DC / DC converter is operated, the magnitude of the voltage VL on the first battery side of the converter and the voltage VH on the inverter side of the converter is based on the magnitude relationship. Preferably, converter failure is detected.
本発明によると、コンバータによる昇圧を実際に行わなくても、コンバータの故障を検出するための状況を車両の停車中に作り出してコンバータの故障を検出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to detect a converter failure by creating a situation for detecting a converter failure while the vehicle is stopped without actually boosting the converter.
図1を参照して、本発明の実施形態に係るコンバータ故障検出装置について説明する。本実施形態に係るコンバータ故障検出装置は、駆動源としてモータを備える電気自動車、ハイブリッド自動車又は燃料電池自動車に搭載される。図1には一例としてハイブリッド自動車の概略構成を示す。 A converter failure detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The converter failure detection apparatus according to this embodiment is mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a fuel cell vehicle that includes a motor as a drive source. FIG. 1 shows a schematic configuration of a hybrid vehicle as an example.
図1に示す車両は、一例として、直流電源10と、システムリレーSMRB,SMRGと、コンバータ11と、インバータ12,13と、電圧センサ14,15と、補機バッテリ20と、DC/DCコンバータ30と、制御装置40と、モータジェネレータMG1,MG2と、図示しないエンジン(内燃機関)とを含んで構成されている。モータジェネレータMG1にはインバータ12が接続され、モータジェネレータMG2にはインバータ13が接続され、直流電源10とインバータ12,13との間にはコンバータ11が設けられている。
As an example, the vehicle shown in FIG. 1 includes a
図示しないエンジンは、ガソリン等の燃料の燃焼エネルギーを源として駆動力を発生する。エンジンが発生する駆動力は2つの経路に分割される。一方は、図示しない減速機を介して車輪を駆動する駆動軸に伝達する経路であり、他方は、モータジェネレータMG1へ伝達する経路である。 An engine (not shown) generates driving force using combustion energy of fuel such as gasoline as a source. The driving force generated by the engine is divided into two paths. One is a path that transmits to the drive shaft that drives the wheels via a reduction gear (not shown), and the other is a path that transmits to the motor generator MG1.
モータジェネレータMG1,MG2は、例えば三相交流同期型モータであり、直流電源10に蓄えられた電力によって駆動される。モータジェネレータMG1は、図示しないエンジンによって駆動される発電機として機能し、また、エンジンに対して電動機として動作してエンジンを始動し得るモータである。モータジェネレータMG2は、車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するためのモータである。
Motor generators MG 1 and MG 2 are, for example, three-phase AC synchronous motors, and are driven by electric power stored in
インバータ12は、スイッチング素子とダイオードとを複数組み合わせて構成され、制御装置40からのスイッチング制御信号SINVに基づいて、直流電源10側からコンバータ11を介して供給される直流電圧(電圧VH)を三相交流電圧に変換してモータジェネレータMG1に供給する。これにより、モータジェネレータMG1は、トルク指令値によって指定された要求トルクを発生するように駆動される。また、インバータ12は、回生制動時に、モータジェネレータMG1が発電した交流電圧を制御装置40からのスイッチング制御信号SINVに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンバータ11を介して直流電源10に供給する。なお、回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生充電をさせながら車両を減速させることも含む。
The
インバータ13は、スイッチング素子とダイオードとを複数組み合わせて構成され、制御装置40からのスイッチング制御信号SINVに基づいて、直流電源10側からコンバータ11を介して供給される直流電圧(電圧VH)を三相交流電圧に変換してモータジェネレータMG2に供給する。これにより、モータジェネレータMG2は、トルク指令値によって指定された要求トルクを発生するように駆動される。また、インバータ13は、回生制動時に、モータジェネレータMG2が発電した交流電圧を制御装置40からのスイッチング制御信号SINVに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンバータ11を介して直流電源10に供給する。
The
直流電源10は、例えば充放電可能な直流電力源である。直流電源10としては、例えば、数100Vの端子電圧を有するリチウムイオン組電池、ニッケル水素組電池又はキャパシタ等を用いることができる。なお、直流電源10が「第1のバッテリ」の一例に相当する。
The
ここで、直流電源10及びインバータ12,13のそれぞれの電源ラインについて、高電圧側を正極側母線、低圧側を負極側母線と呼ぶこととすると、直流電源10のプラス端子に接続されるラインが直流電源10側の正極側母線であり、直流電源10のマイナス端子に接続されるラインが直流電源10側の負極側母線である。同様に、インバータ12,13の高電圧側電源ラインがインバータ12,13側の正極側母線であり、低電圧側電源ラインがインバータ12,13側の負極側母線である。図1に示すように、直流電源10側の負極側母線とインバータ12,13側の負極側母線とは相互に接続されて共通の負極側母線とされる。
Here, regarding the power supply lines of the
直流電源10とコンバータ11との間に、システムリレーSMRB,SMRGが設けられている。システムリレーSMRB,SMRGは、直流電源10からコンバータ11及びインバータ12,13に対する電力供給経路を導通又は遮断する。具体的には、システムリレーSMRBは、直流電源10のプラス端子と正極側母線との間に接続されている。システムリレーSMRGは、直流電源10のマイナス端子と負極側母線との間に接続されている。システムリレーSMRB,SMRGはそれぞれ、制御装置40からの信号SEに従って導通又は遮断される。
System relays SMRB and SMRG are provided between
システムリレーSMRB,SMRGとコンバータ11との間において、正極側母線と負極側母線との間にコンデンサC1が設けられている。コンデンサC1は、直流電源10からコンバータ11に供給される電圧(電圧VL)を平滑化し、電圧VLを保持する容量素子である。同様に、コンバータ11とインバータ12,13との間において、正極側母線と負極側母線との間にコンデンサC2が設けられている。コンデンサC2は、コンバータ11から供給される電圧(電圧VH)を平滑化し、電圧VHを保持する容量素子である。
Between system relays SMRB, SMRG and converter 11, capacitor C1 is provided between the positive side bus and the negative side bus. The capacitor C1 is a capacitive element that smoothes the voltage (voltage VL) supplied from the
コンバータ11は、制御装置40からのスイッチング制御信号SCNVに基づいて、直流電源10側の電圧VLとインバータ12,13側の電圧VHとの間の電圧変換を行う。コンバータ11は、一例として昇降圧チョッパ回路によって構成され、リアクトルLと、相互に直列に接続される2つのスイッチング素子Q1、Q2と、2つのスイッチング素子Q1,Q2のそれぞれに並列に逆接続されるダイオードD1,D2とを含んで構成されている。
The converter 11 performs voltage conversion between the voltage VL on the
リアクトルLはインダクタンス値Lを有する素子であって、電流Iが流れることで、(LI2)/2の電磁エネルギーを蓄積でき、また、この蓄積された電磁エネルギーを放出することができる。リアクトルLの一方側端子は、直流電源10の一方側端子と接続され、リアクトルLの他方側端子は、2つのスイッチング素子Q1,Q2が相互に直列に接続されている接続点に接続される。
The reactor L is an element having an inductance value L. When the current I flows, the reactor L can accumulate (LI 2 ) / 2 electromagnetic energy and can release the accumulated electromagnetic energy. One side terminal of reactor L is connected to one side terminal of
2つのスイッチング素子Q1,Q2は、リアクトルLに対し、電磁エネルギーを蓄積させ又は放出させることで、直流電源10側とインバータ12,13側との間において電圧変換を行いながら電力をやり取りさせる機能を有する。2つのスイッチング素子Q1,Q2の一方側のスイッチング素子Q1は、リアクトルLの他方側端子とインバータ12,13の正極側母線との間に設けられ、他方側のスイッチング素子Q2は、リアクトルLの他方側端子とインバータ12,13の負極側母線との間に設けられる。
The two switching elements Q1 and Q2 have a function of allowing the reactor L to store or release electromagnetic energy, thereby exchanging power while performing voltage conversion between the
2つのスイッチング素子Q1,Q2を区別するとき、インバータ12,13の正極側母線に接続される素子を上アーム側スイッチング素子と称し、共通の負極側母線に接続される素子を下アーム側スイッチング素子と称することができる。図1に示す例では、スイッチング素子Q1が上アーム側スイッチング素子に該当し、スイッチング素子Q2が下アーム側スイッチング素子に該当する。スイッチング素子Q1,Q2としては、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が用いられる。
When the two switching elements Q1 and Q2 are distinguished, an element connected to the positive bus on the
コンバータ11を昇圧回路として機能させる場合、上アーム側のスイッチング素子Q1をオフにした状態で、下アーム側のスイッチング素子Q2をオン/オフさせる。すなわち、下アーム側のスイッチング素子Q2がオンの状態においては、直流電源10から流れる電流は、リアクトルL、下アーム側のスイッチング素子Q2を経由して直流電源10に戻るループを形成する。このループを電流が流れている間に、磁気エネルギーがリアクトルLに蓄積される。そして、下アーム側のスイッチング素子Q2をオフにすると、直流電源10から流れる電流は、リアクトルL、ダイオードD1を経由してインバータ12,13側に流れ、直流電源10に戻るループを形成する。この間には、直流電源10からの電気エネルギーに加え、リアクトルLに蓄積された磁気エネルギーがインバータ12,13側に供給されるので、インバータ12,13側に供給される電圧は昇圧される。
When the converter 11 functions as a booster circuit, the lower arm side switching element Q2 is turned on / off in a state where the upper arm side switching element Q1 is turned off. That is, when the lower arm side switching element Q2 is on, a current flowing from the
一方、コンバータ11を降圧回路として機能させる場合、下アーム側のスイッチング素子Q2をオフにした状態で、上アーム側のスイッチング素子Q2をオン/オフさせる。すなわち、上アーム側のスイッチング素子Q1がオンの状態においては、インバータ12,13側から回生される電流は、上アーム側のスイッチング素子Q1、リアクトルL、直流電源10へと流れ、インバータ12,13側に戻るループを形成する。このように、上アーム側のスイッチング素子Q1がオン状態の場合、コンバータ11の直流電源10側の電圧VLと、コンバータ11のインバータ12,13側の電圧VHとが同一となる。また、上アーム側のスイッチング素子Q1がオフ状態の場合、リアクトルL、直流電源10、ダイオードD2からなるループを形成し、リアクトルLに蓄積された磁気エネルギーが直流電源10に回生される。
On the other hand, when the converter 11 functions as a step-down circuit, the upper arm side switching element Q2 is turned on / off in a state where the lower arm side switching element Q2 is turned off. That is, when the switching element Q1 on the upper arm side is on, the current regenerated from the
電圧センサ14はコンデンサC1の両端の電圧VLを検出し、電圧VLの値を制御装置40に出力する。また、電圧センサ15はコンデンサC2の両端の電圧VHを検出し、電圧VHの値を制御装置40に出力する。
The
また、インバータ12の各相アームとモータジェネレータMG1の各相コイルとを結ぶ配線には、少なくとも2相において電流を検出する図示しない電流センサが設けられている。同様に、インバータ13の各相アームとモータジェネレータMG2の各相コイルとを結ぶ配線には、少なくとも2相において電流を検出する図示しない電流センサが設けられている。電流センサによって検出された電流値は、制御装置40に出力される。
In addition, a current sensor (not shown) that detects current in at least two phases is provided on the wiring connecting each phase arm of
また、モータジェネレータMG1,MG2のそれぞれには、モータジェネレータMG1,MG2のそれぞれのロータの回転角を検出するレゾルバ等の図示しない位置センサが設けられている。位置センサによって検出された回転角を示すデータは、制御装置40に出力される。
Each of motor generators MG1 and MG2 is provided with a position sensor (not shown) such as a resolver for detecting the rotation angle of each rotor of motor generators MG1 and MG2. Data indicating the rotation angle detected by the position sensor is output to the
補機バッテリ20には、直流電源10よりも電圧が低い充放電可能なバッテリが用いられ、例えば、12V等の充放電可能なバッテリが用いられる。補機バッテリ20には、図示しない補機が接続されている。この補機には、例えば、車両に搭載されるエアーコンディショナー、車内灯、カーナビゲーションシステム等が含まれる。補機バッテリ20は、DC/DCコンバータ30を介して直流電源10から電力を受けて充電され得る。なお、補機バッテリ20が「第2のバッテリ」の一例に相当する。
As the
DC/DCコンバータ30は、システムリレーSMRB,SMRGとコンバータ11との間において、正極側母線と負極側母線との間に接続されている。DC/DCコンバータ30は、制御装置40の制御の下で動作する複数のスイッチング素子を含んで構成されている。DC/DCコンバータ30は、直流電源10から供給された電圧を所定の直流電圧に降圧して補機バッテリ20又は補機に供給する。
DC /
制御装置40は、運転状況に応じて各部の動作を制御することにより、モータジェネレータMG1,MG2による走行モードを、モータ走行、充電走行又はエンジン・モータ走行等の間で切り替える。例えば、制御装置40は、スイッチング制御信号SCNVをコンバータ11に出力してスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング動作を制御することで、コンバータ11を昇圧回路又は降圧回路として機能させる。また、モータジェネレータMG1を駆動する場合、制御装置40は、電圧VH、トルク指令値及びモータジェネレータMG1の電流値等に基づいてスイッチング制御信号SINVを生成し、スイッチング制御信号SINVをインバータ12に出力してインバータ12のスイッチング動作を制御する。同様に、モータジェネレータMG2を駆動する場合、制御装置40は、電圧VH、トルク指令値及びモータジェネレータMG2の電流値等に基づいてスイッチング制御信号SINVを生成し、スイッチング制御信号SINVをインバータ13に出力してインバータ13のスイッチング動作を制御する。また、制御装置40は、システムリレーSMRB,SMRGをオン/オフするための信号SEを生成してシステムリレーSMRB,SMRGに出力する。
コンバータ11の故障を検出するコンバータ故障検出装置は、DC/DCコンバータ30と制御装置40とを含み、コンバータ11の上アーム側のスイッチング素子Q1の短絡故障を検出する。
The converter failure detection device that detects a failure of converter 11 includes DC /
次に、図2及び図3を参照して、本実施形態に係るコンバータ故障検出装置の動作について説明する。図2は、本実施形態に係るコンバータ故障検出装置による動作の一例を示すフローチャートである。図3は、コンバータ11の直流電源10側の電圧VLとインバータ12,13側の電圧VHとの時間変化を示すグラフである。図3に示す2つのグラフのうち、上側のグラフは電圧VHの時間変化を示し、下側のグラフは電圧VLの時間変化を示す。横軸の時間は、図2に示す処理の各ステップに対応する。
Next, the operation of the converter failure detection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the converter failure detection apparatus according to this embodiment. FIG. 3 is a graph showing temporal changes in the voltage VL on the
まず、制御装置40は、車両が停車中であることを検出した場合(S01,Yes)、信号SEをシステムリレーSMRB,SMRGに出力し、システムリレーSMRB,SMRGをオンする(S02)。例えば、制御装置40は、モータジェネレータMG1,MG2に設けられたレゾルバ等の位置センサから回転角を示すデータを受け、当該回転角に基づいて車両の停車を検出する。
First, when it is detected that the vehicle is stopped (S01, Yes),
次に、制御装置40は、スイッチング制御信号SCNVをコンバータ11に出力し、上アーム側のスイッチング素子Q1をオンするとともに、下アーム側のスイッチング素子Q2をオフする(S03)。上アーム側のスイッチング素子Q1がオン状態の場合、コンバータ11の直流電源10側の電圧VL(コンデンサC1の両端の電圧VL)と、コンバータ11のインバータ12,13側の電圧VH(コンデンサC2の両端の電圧VH)とが同一となる。図3に示すように、S03に対応する時間においては、電圧VL及び電圧VHは同一となり、例えば直流電源10が供給する電圧E1となる。
Next,
次に、制御装置40は、スイッチング制御信号SCNVをコンバータ11に出力し、下アーム側のスイッチング素子Q2をオフにした状態で、上アーム側のスイッチング素子Q1をオフする(S04)。これにより、2つのスイッチング素子Q1,Q2がともにオフとなる。S04に対応する時間においては、図3に示すように、電圧VL及び電圧VHは変化せずに同一であり、電圧E1となっている。
Next, the
次に、制御装置40は、信号SEをシステムリレーSMRB,SMRGに出力し、システムリレーSMRB,SMRGをオフする(S05)。これにより、コンバータ11とDC/DCコンバータ30とが接続された状態で、直流電源10とコンバータ11との接続が解除され、直流電源10からコンバータ11への電力供給が遮断される。また、直流電源10とDC/DCコンバータ30との接続も解除され、直流電源10からDC/DCコンバータ30への電力供給が遮断される。
Next,
次に、制御装置40は、スイッチング制御信号をDC/DCコンバータ30に出力し、DC/DCコンバータ30を作動させる(S06)。これにより、コンデンサC1からDC/DCコンバータ30を介して補機バッテリ20に電圧が供給され、図3に示すように、S06に対応する時間以降、コンバータ11の直流電源10側の電圧VL(コンデンサC1の両端の電圧VL)は徐々に低下する。
Next, the
そして、制御装置40は、電圧VLと電圧VHとを比較し、電圧VLと電圧VHとの大小関係に基づいて、上アーム側のスイッチング素子Q1の故障を検出する(S07)。例えば、電圧VHと電圧VLとの大小関係が「電圧VH>電圧VL」となる場合(S07,YES)、制御装置40は、上側アームのスイッチング素子Q1は正常に機能していると判定する。一方、電圧VHと電圧VLとの大小関係が「電圧VH>電圧VL」とならない場合(S07,NO)、制御装置40は、上側アームのスイッチング素子Q1が短絡していると判定する。
Then, the
例えば、図3に示すように、S06に対応する時間以降においても電圧VHが一定となって「電圧VH>電圧VL」の関係が成立する場合(S07,YES)、制御装置40は、上側アームのスイッチング素子Q1は正常に機能していると判定する。一方、S06に対応する時間以降に電圧VHが低下して「電圧VH>電圧VL」の関係が成立しない場合(S07,NO)、制御装置40は、上側アームのスイッチング素子Q1が短絡していると判定する。
For example, as shown in FIG. 3, when the voltage VH is constant after the time corresponding to S06 and the relationship of “voltage VH> voltage VL” is established (S07, YES), the
すなわち、車両が停車中の状態で、S03にて電圧VHと電圧VLとを一定の電圧E1にした後、2つのスイッチング素子Q1,Q2をオフにしているため、直流電源10とコンバータ11との間に設けられたDC/DCコンバータ30を作動させても、インバータ12,13側の電圧VHは低下せずに一定の電圧E1に保たれるはずである。S06にてDC/DCコンバータ30を作動させた場合、直流電源10からの電力供給が遮断されているため、S06に対応する時間以降、電圧VLは徐々に低下する。従って、電圧VHが一定に保たれていれば、電圧VLよりも電圧VHは高圧となって「電圧VH>電圧VL」の関係は維持されるはずである。それにもかかわらず、「電圧VH>電圧VL」の関係が成立しないということは、インバータ12,13側の電圧VHが低下していることになる。すなわち、上アーム側のスイッチング素子Q1が短絡し、コンデンサC2からコンバータ11の直流電源10側に電圧が供給されていることになる。このように、電圧VHと電圧VLとの大小関係に基づいて、上アーム側のスイッチング素子Q1の短絡故障を検出することができる。
That is, since the two switching elements Q1 and Q2 are turned off after the voltage VH and the voltage VL are set to the constant voltage E1 in S03 while the vehicle is stopped, the
また、制御装置40は、S06に対応する時間以降、電圧VLとともに電圧VHが電圧E1から低下した場合、上アーム側のスイッチング素子Q1が短絡していると判定し、電圧VHが一定の場合、上アーム側のスイッチング素子Q1は正常に機能していると判定してもよい。
Further, after the time corresponding to S06, the
制御装置40は、スイッチング素子Q1の短絡故障を検出した場合、コンバータ11の故障をドライバーに報知するための異常検出信号を出力してもよいし、コンバータ11及びインバータ12,13のスイッチング動作を停止させることで車両の駆動を禁止してもよい。
When detecting a short circuit failure of switching element Q1,
以上のように、本実施形態に係るコンバータ故障検出装置によると、車両の停車中にコンバータ11の故障を検出するための状況を積極的に作り出し、コンバータ11の故障を検出することが可能となる。これにより、コンバータ11の故障を検出するための状況に車両システムがなるのを待たなくても、車両の停車中にコンバータ11の故障を検出することが可能となる。 As described above, according to the converter failure detection apparatus according to the present embodiment, it is possible to positively create a situation for detecting a failure of the converter 11 while the vehicle is stopped and to detect the failure of the converter 11. . Thus, it is possible to detect the failure of the converter 11 while the vehicle is stopped, without waiting for the vehicle system to enter a situation for detecting the failure of the converter 11.
また、本実施形態に係るコンバータ故障検出装置によると、昇圧回路として機能するようにコンバータ11を作動させなくても、コンバータ11の故障を検出することができる。従って、昇圧が不要な状況において昇圧を行わずに済むため、燃費の低下及びドライバビリティの低下を抑制することが可能となる。 Moreover, according to the converter failure detection apparatus according to the present embodiment, it is possible to detect a failure of the converter 11 without operating the converter 11 so as to function as a booster circuit. Therefore, since it is not necessary to perform boosting in a situation where boosting is not required, it is possible to suppress a decrease in fuel consumption and a decrease in drivability.
上述した制御装置40は、一例としてハードウェア資源とソフトウェアとの協働により実現され、例えば電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)である。具体的には、制御装置40の機能は、記録媒体に記録されたプログラムがメモリに読み出されてCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサにより実行されることによって実現される。上記のプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されることも可能であるし、データ信号として通信により提供されることも可能である。なお、制御装置40は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置40は、物理的に1つの装置により実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。
The
10 直流電源、11 コンバータ、12,13 インバータ、14,15 電圧センサ、20 補機バッテリ、30 DC/DCコンバータ、40 制御装置、C1,C2 コンデンサ、D1,D2 ダイオード、L リアクトル、Q1,Q2 スイッチング素子、MG1,MG2 モータジェネレータ。 10 DC power supply, 11 converter, 12, 13 inverter, 14, 15 voltage sensor, 20 auxiliary battery, 30 DC / DC converter, 40 controller, C1, C2 capacitor, D1, D2 diode, L reactor, Q1, Q2 switching Element, MG1, MG2 Motor generator.
Claims (4)
前記第1のバッテリと前記コンバータとの間に接続されたDC/DCコンバータであって、前記第1のバッテリよりも電圧が低く前記車両に搭載された補機に電圧を供給する第2のバッテリに、前記第1のバッテリからの電圧を降圧して供給するDC/DCコンバータと、
前記車両が停止している場合に、前記上アーム側スイッチング素子をオンするとともに前記下アーム側スイッチング素子をオフすることで、前記コンバータの前記第1のバッテリ側の電圧VLと前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHとを同一にし、その後、前記上アーム側スイッチング素子と前記下アーム側スイッチング素子とをオフし、前記コンバータと前記DC/DCコンバータとを接続させた状態で、前記第1のバッテリと前記コンバータとの接続及び前記第1のバッテリと前記DC/DCコンバータとの接続を解除し、その後、前記DC/DCコンバータを作動させ、前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHに基づいて前記コンバータの故障を検出する制御手段と、
を有することを特徴とするコンバータ故障検出装置。 An upper arm side switching element provided between an inverter connected to a motor mounted on a vehicle and a first battery and connected in series between a positive side bus of the inverter and a negative side bus of the inverter And a lower arm side switching element, the voltage from the first battery is boosted by turning on / off the lower arm side switching element and supplied to the inverter, and the upper arm side switching element is turned on / off. A converter failure detection device that detects a failure of a converter that steps down the voltage from the inverter and supplies the first battery by turning off,
A DC / DC converter connected between the first battery and the converter, wherein the second battery supplies a voltage to an auxiliary device mounted on the vehicle having a voltage lower than that of the first battery. And a DC / DC converter for stepping down and supplying a voltage from the first battery;
When the vehicle is stopped, by turning on the upper arm side switching element and turning off the lower arm side switching element, the voltage VL on the first battery side of the converter and the inverter of the converter The first battery in the state where the upper arm side switching element and the lower arm side switching element are turned off and the converter and the DC / DC converter are connected to each other. And the first battery and the DC / DC converter are disconnected, then the DC / DC converter is operated, and the converter is operated based on the voltage VH on the inverter side of the converter. Control means for detecting the failure of
A converter fault detection device comprising:
前記制御手段は、前記DC/DCコンバータを作動させた後、前記コンバータの前記第1のバッテリ側の電圧VLと前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHとの大小関係に基づいて前記コンバータの故障を検出する、
ことを特徴とするコンバータ故障検出装置。 The converter failure detection device according to claim 1,
After the DC / DC converter is operated, the control means detects a failure of the converter based on a magnitude relationship between the voltage VL on the first battery side of the converter and the voltage VH on the inverter side of the converter. To detect,
A converter failure detection device characterized by the above.
前記車両が停止している間に、前記上アーム側スイッチング素子をオンするとともに前記下アーム側スイッチング素子をオフすることで、前記コンバータの前記第1のバッテリ側の電圧VLと前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHとを同一にする第1のステップと、
前記第1のステップの後、前記上アーム側スイッチング素子と前記下アーム側スイッチング素子とをオフし、前記第1のバッテリと前記コンバータとの接続を解除する第2のステップと、
前記第2のステップの後、前記第1のバッテリと前記コンバータとの間に接続されたDC/DCコンバータであって、前記第1のバッテリよりも電圧が低く前記車両に搭載された補機に電圧を供給する第2のバッテリに、前記第1のバッテリからの電圧を降圧して供給するDC/DCコンバータを、前記第1のバッテリとの接続を解除した状態で作動させる第3のステップと、
前記第3のステップの後、前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHに基づいて前記コンバータの故障を検出する第4のステップと、
を含むことを特徴とするコンバータ故障検出方法。 An upper arm side switching element provided between an inverter connected to a motor mounted on a vehicle and a first battery and connected in series between a positive side bus of the inverter and a negative side bus of the inverter And a lower arm side switching element, the voltage from the first battery is boosted by turning on / off the lower arm side switching element and supplied to the inverter, and the upper arm side switching element is turned on / off. A converter failure detection method for detecting a failure of a converter that steps down a voltage from the inverter and supplies the first battery by turning off,
By turning on the upper arm side switching element and turning off the lower arm side switching element while the vehicle is stopped, the voltage VL on the first battery side of the converter and the inverter of the converter A first step for making the side voltage VH the same;
After the first step, a second step of turning off the upper arm side switching element and the lower arm side switching element and releasing the connection between the first battery and the converter;
After the second step, a DC / DC converter connected between the first battery and the converter, the voltage of which is lower than that of the first battery and installed in the vehicle. A third step of operating a DC / DC converter that steps down the voltage from the first battery and supplies the second battery that supplies the voltage in a state in which the connection with the first battery is released; ,
After the third step, a fourth step of detecting a failure of the converter based on the voltage VH on the inverter side of the converter;
A converter failure detection method comprising:
前記第4のステップでは、前記DC/DCコンバータを作動させた後、前記コンバータの前記第1のバッテリ側の電圧VLと前記コンバータの前記インバータ側の電圧VHとの大小関係に基づいて前記コンバータの故障を検出する、
ことを特徴とするコンバータ故障検出方法。 A converter failure detection method according to claim 3,
In the fourth step, after the DC / DC converter is operated, based on the magnitude relationship between the voltage VL on the first battery side of the converter and the voltage VH on the inverter side of the converter, Detect faults,
A converter failure detection method characterized by the above.
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