JP5835301B2 - 電源電流監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、負荷を駆動する駆動回路において電源電流の大きさを監視する電源電流監視装置に関する。

従来、モータ等の負荷を駆動する駆動回路において、バッテリ（電源）から駆動回路への給電経路に電源電流センサを設け、駆動回路に短絡異常が発生したとき、当該電源電流センサが過電流を検出し、電源リレーをオフすることで給電経路を切断する技術が知られている（例えば特許文献１）。

特開２００３−２１９６７５号公報

電源電流センサによる過電流の検出において、一時的な回路の接触による短絡やノイズによる誤検出等を除外するため、過電流が１回検出された後、電源リレーのオフとオンを繰り返し、過電流が規定回数連続して検出されたとき短絡異常を確定する反復監視処理を行う場合がある。特許文献１に開示されたような１系統のインバータ回路から構成される駆動回路に対しては、このような反復監視処理は、誤検出を防止し、不要なフェールセーフによる機能停止を回避する点で有効である。

ところで、車両の電動パワーステアリングシステム等では、信頼性を向上するための冗長設計として複数系統のモータ駆動回路を備える構成が知られている。また、一般にインバータ回路等の駆動回路の入力部には、入力電圧を平滑化するコンデンサが設けられる。電源に対して複数系統の駆動回路が並列に接続される装置では、通常運転時、各系統の入力部コンデンサに電荷が蓄えられている。

ここで、仮に２系統のうち１系統の駆動回路で過電流が１回検出され電源リレーをオフした場合を想定する。以下、過電流が１回検出された系統を「仮異常系統」という。仮異常系統の駆動回路が実際に短絡した場合、仮異常系統の入力部コンデンサの電荷は放電される。そのため、反復監視処理において再度電源リレーをオンしたとき、正常系統の入力部コンデンサの電荷が突入電流として仮異常系統に流れ込む。すると、仮異常系統の短絡異常がその後正常復帰したとしても、反復監視処理において、正常系統からのコンデンサ突入電流を「電源電流の過電流」であると誤検出する。

さらに、突入電流を放出した正常系統では、仮異常系統での過電流の検出により電源リレーをオフした後、電源から入力部コンデンサに二次突入電流が流れ込む。この二次突入電流に基づき、正常系統が過電流であると誤検出するおそれがある。
このように、２系統以上の駆動回路を備える装置では、仮異常系統の短絡異常を確定するための反復監視処理を適切に実行することができないという問題があった。

本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、２系統の駆動回路の１系統で電源電流の過電流が１回検出された後、当該仮異常系統について電源リレーのオフとオンを繰り返す反復監視処理によって短絡異常を確定する電源電流監視装置において、電源リレーをオンしたとき正常系統の入力部コンデンサから流れ込む突入電流に起因する誤検出を防止する電源電流監視装置を提供することにある。

本発明は、バッテリと、バッテリに対して並列に接続され協働して負荷を駆動する２系統の駆動回路と、駆動回路のバッテリ側の入力部に設けられる入力部コンデンサと、バッテリの電力が分岐される電力分岐点と駆動回路との間に設けられ電力経路を接続又は遮断する電源リレーと、を含む負荷駆動装置に適用され、駆動回路に向かって電源リレーを通過する電源電流の大きさを系統毎に監視する電源電流監視装置に係る発明である。
ここで、「電源電流」には、バッテリから駆動回路に供給される電流に加え、他系統から電力分岐点を経由して流れ込む電流が含まれる。

この電源電流監視装置は、電源電流が流れる電流検出手段の両端電圧に基づいて、駆動回路の高電位側と低電位側とが短絡する短絡異常が発生したことを判定する異常判定手段と、電源リレーの開閉を制御する電源リレー制御手段とを備える。
この電源電流監視装置は、異常判定手段により、いずれかの系統で所定閾値を超える電源電流が１回検出されたとき、当該系統を短絡異常の可能性がある「仮異常系統」であると認定する。そして、当該仮異常系統の電源リレーをオフした後、電源電流が所定閾値を超えた開始時刻から所定のサイクル時間後に再びオンしたときの電源電流の大きさを監視する監視サイクルを規定回数繰り返すことにより、所定条件を満たした場合に仮異常系統が短絡異常であると確定する反復監視処理を実行する。

反復監視処理において仮異常系統の電源リレーをオンしたとき想定される電源電流は、仮異常系統の他の系統である正常系統の入力部コンデンサから仮異常系統に流れ込むコンデンサ突入電流、及び、仮異常系統の短絡異常が継続している場合にバッテリから流れ込むバッテリ短絡電流である。
電源電流監視装置は、反復監視処理において、電源リレーをオンした後、電源電流が所定閾値を超えた時間である「過電流時間」の積算時間が所定の判定閾値に達した監視サイクルが規定回数連続したとき、仮異常系統が短絡異常であると確定する。

そして、判定閾値は、コンデンサ突入電流による過電流時間を「第１過電流時間」とし、バッテリ短絡電流による過電流時間を「第２過電流時間」とすると、第１過電流時間より長く、且つ、第１過電流時間と第２過電流時間との和より短く設定されていることを特徴とする。

これにより、仮異常系統の反復監視処理において、コンデンサ突入電流を判定対象から除外し、バッテリ短絡電流の有無に基づいて短絡異常を判定することができる。したがって、仮異常系統において一時的な短絡異常が発生した後正常復帰した場合には、復帰以後バッテリ短絡電流が流れないため、短絡異常であると確定されない。また、ノイズが誤検出された場合には、コンデンサ突入電流及びバッテリ短絡電流のいずれも流れないため、やはり短絡異常であると確定されない。よって、仮異常系統の反復監視処理において、正常系統からのコンデンサ突入電流に起因する誤検出を防止することができる。

本発明の実施形態による電流電源監視装置が適用される電動パワーステアリングシステム用モータ駆動装置の概略構成図。 本発明の実施形態による電流電源監視装置の回路構成図。 ２系統インバータ回路の１系統で短絡異常が発生したときに流れる電流を説明する説明図。 仮異常系統の電源リレーに流れる電源電流の波形図。 コンデンサ突入電流の理論波形図。 バッテリ短絡電流の理論波形図。 ２系統インバータ回路の１系統で発生した短絡異常が継続しているときの、本発明の第１実施形態による電流電源監視処理のタイムチャート。 ２系統インバータ回路の１系統で発生した短絡異常が正常復帰したときの、本発明の第１実施形態による電流電源監視処理のタイムチャート。 電流電源監視装置においてノイズが発生したときのタイムチャート。 本発明の第１実施形態による電流電源監視処理のフローチャート。 ２系統インバータ回路の１系統で発生した短絡異常が継続しているときの、本発明の第２実施形態による電流電源監視処理のタイムチャート。

以下、本発明の実施形態による電源電流監視装置について図面に基づいて説明する。
最初に、電源電流監視装置が適用される電動パワーステアリングシステム用モータ駆動装置の全体構成について、図１を参照して説明する。

（システム構成）
図１に示すように、モータ駆動装置１０は、バッテリ４７、２系統のインバータ回路６０１、６０２を含む電力変換装置５０、マイコン２０及び電源電流監視装置３０等から構成されている。インバータ回路６０１、６０２は、特許請求の範囲に記載の「駆動回路」に相当する。また、モータ駆動装置１０は、「負荷」としてのモータ８０を駆動する「負荷駆動装置」に相当する。特に本実施形態のモータ駆動装置１０は、車両において運転者の操舵トルクをアシストする電動パワーステアリングシステムに用いられる。

モータ駆動装置１０は、マイコン２０に入力されるトルクセンサ９４からの操舵トルク信号や、回転角センサ８５からの回転角信号等に基づいてモータ８０の駆動を制御する。これにより、モータ８０は、運転者によるハンドル９１の操舵を補助するための操舵アシストトルクを出力する。操舵アシストトルクは、図示しない減速ギアを経由してステアリングシャフト９２に伝達される。

モータ８０は、例えば三相交流ブラシレスモータであり、２組の三相巻線組８０１、８０２を有している。電力変換装置５０は、２組の巻線組８０１、８０２に対応する２系統のインバータ回路６０１、６０２を備え、インバータ回路６０１、６０２が出力する電力によってモータ８０を駆動する。冗長設計によって２系統の構成を採用することで、仮にいずれか１系統のインバータ回路が故障した場合、他方の系統のインバータ回路によってモータ８０の駆動を継続することができるため、信頼性が向上する。
以下の説明では、構成要素の符号について、原則として第１系統の構成要素には３桁の末尾に「１」を、第２系統の構成要素には３桁の末尾に「２」を付して区別する。

バッテリ４７は、直流電力を充放電可能な蓄電装置であり、ニッケル水素若しくはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等を含む。バッテリ４７の直流電力は、正極側の電力分岐点５４で２系統に分岐される。

電力変換装置５０は、インバータ回路６０１、６０２の入力部に、電源リレー５５１、５５２、シャント抵抗５７１、５７２、及び入力部コンデンサ５８１、５８２を系統毎に有している。２系統でのこれらの仕様及び電気的性能は互いに同等である。
電源リレー５５１、５５２は、電力分岐点５４とインバータ回路６０１、６０２との間に設けられ、インバータ回路６０１、６０２への電力経路を接続又は遮断する。

「電流検出手段」としてのシャント抵抗５７１、５７２は、電源リレー５５１、５５２と直列に接続され、その両端電圧に基づいて、電源電流監視装置３０により、電源リレー５５１、５５２を通過する電源電流が検出される。電源電流は、バッテリ４７側からインバータ回路６０１、６０２側に向かって流れる電流を正とする。後述するように、電源電流監視装置３０は、正の電源電流の大きさを系統毎に監視する。

入力部コンデンサ５８１、５８２は、インバータ回路６０１、６０２の高電位側と低電位側との間に接続されており、電荷を蓄え、インバータ回路６０１、６０２への電力供給を補助したり、脈動を平滑化したりする。
インバータ回路６０１、６０２は、バッテリ４７からの直流電力を三相交流電力に変換し、モータ８０の巻線組８０１、８０２へ供給する。

マイコン２０は、トルク信号、回転角信号等の入力信号に基づいて、モータ８０の駆動制御に係る各演算値を制御演算する。
電源電流監視装置３０は、「異常判定手段」としての異常判定部３１１、３１２、及び「電源リレー制御手段」としての電源リレープリドライバ３９１、３９２を系統毎に備えており、後述する反復監視処理を実行する。

異常判定部３１１、３１２は、各系統のシャント抵抗５７１、５７２の両端電圧に基づいて電源電流を検出し、いずれかの系統でインバータ回路６０１、６０２の高電位側と低電位側とが短絡する「短絡異常」が発生したことを判定する。ここで、「高電位側」及び「低電位側」は、それぞれバッテリ４７の正極及び負極に接続される。また、本明細書で「短絡異常」とは、上記のとおり「駆動回路の高電位側と低電位側とが短絡する異常」の意味で用い、例えば三相巻線組の相間での短絡等を意味しない。
電源リレープリドライバ３９１、３９２は、異常判定部３１１、３１２及びマイコン２０の指令に基づき、電源リレーの開閉を制御する。また、２系統の電源リレープリドライバ３９１、３９２は、後述するマスク処理に関して相互に信号を通信する。

次に、電源電流監視装置３０の詳細な回路構成について、図２を参照して説明する。２系統の構成は同等であるため、代表として第１系統について説明する。
上述のように、電源電流監視装置３０は、インバータ回路６０１に短絡異常が発生したことを判定する「異常判定手段」としての異常判定部３１１、及び、電源リレー５５１の開閉を制御する「電源リレー制御手段」としての電源リレープリドライバ３９１を含む。

異常判定部３１１は、電圧増幅部３２１、コンパレータ３３１、ＮＡＮＤゲート３４１、積算時間カウンタ３５１、判定部３６１、ダイアグ信号生成部３７１等から構成されている。
シャント抵抗５７１の両端電圧は電圧増幅部３２１で増幅され、コンパレータ３３１に入力される。コンパレータ３３１は、増幅された検出電圧を基準電圧と比較し、検出電圧が基準電圧未満のときＬＯ信号、検出電圧が基準電圧を超えたときＨＩ信号を出力する。

ＮＡＮＤゲート３４１は、コンパレータ３３１の出力信号とクロック信号との否定論理積を演算し、積算時間カウンタ３５１に出力する。
判定部３６１は、積算時間カウンタ３５１の積算時間が判定閾値に達したか判定する。
ダイアグ信号生成部３７１は、判定部３６１の判定結果に基づいてダイアグ信号を生成し、マイコン２０に送信する。

電源リレー５５１の開閉制御に関し、第１系統のＡＮＤゲート３８１は、マイコン２０からの指令があること、判定部３６１からの過電流判定信号があることに加え、第２系統が「監視時間Ｔｗ中でない」ことの情報が入力され、論理積を演算する。同様に、電源リレー５５２の開閉制御に関し、第２系統のＡＮＤゲート３８２は、第１系統が「監視時間Ｔｗ中でない」ことの情報が入力され、論理積を演算する。このように、電源電流監視装置３０は、他系統が監視時間Ｔｗ中であるか否かの情報に基づいて、後述するマスク処理を実行する。
電源リレープリドライバ３９１は、ＡＮＤゲート３８１の出力信号に基づき、電源リレー５５１のゲートにスイッチング信号を送信する。

次に、電力変換装置５０の具体的構成、及び、いずれかの系統のインバータ回路で短絡異常が発生したときに回路に流れる電流について、図３、図４を参照して説明する。
図３に示すように、電力変換装置５０は、バッテリ４７の正極側接続点５１及び負極側接続点５９にてバッテリ４７からの配線に接続されている。配線は、配線抵抗４８及び配線インダクタンス４９を有している。

電力変換装置５０は、正極側接続点５１に続く入力部にノイズフィルタとしてのコンデンサ５２及びコイル５３を有している。バッテリ４７の直流電力は、コイル５３の反バッテリ側の電力分岐点５４で２系統に分岐される。図３の左側に図示する第１系統は、電源リレー５５１、シャント抵抗５７１、入力部コンデンサ５８１及びインバータ回路６０１を含む。図の右側に図示する第２系統は、電源リレー５５２、シャント抵抗５７２、入力部コンデンサ５８２及びインバータ回路６０２を含む。

本実施形態では、電源リレー５５１、５５２は、スイッチング素子で構成されている。また、インバータ回路６０１、６０２は、それぞれ、６つのスイッチング素子がブリッジ接続されている。インバータ回路６０１、６０２のスイッチング素子は、プリドライバからゲートに入力されるゲート信号によってスイッチング動作し、三相巻線組８０１、８０２の各相への通電を切り替える。これらのスイッチング素子として、例えばＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）が用いられる。三相インバータ回路の構成は周知技術であるので、詳細な説明を省略する。

この電力変換装置５０において、第１系統のインバータ回路６０１の高電位側と低電位側とが短絡する短絡異常が発生した場合を想定する。図３では、短絡異常を模式的に説明するための仮想スイッチＳＣを図示している。短絡異常の状態は、この仮想スイッチＳＣがオンされた状態と等価である。
以下の説明では、図３に示す状態を基本とし、「短絡異常が発生した系統を第１系統、正常系統を第２系統」として説明中の符号を付す。

第１系統のインバータ回路６０１で短絡異常が発生すると、バッテリ４７からのバッテリ短絡電流Ｉｂは、実線矢印で示すように第１系統の電源リレー５５１を通って流れる。また、第２系統の入力部コンデンサ５８２に蓄えられた電荷が、コンデンサ突入電流Ｉｃとして破線矢印で示すように第１系統の電源リレー５５１を通って流れる。したがって、バッテリ短絡電流Ｉｂ及びコンデンサ突入電流Ｉｃが第１系統の「電源電流」として検出される。

このように、２系統のインバータ回路６０１、６０２がバッテリ４７に対して並列に接続された電力変換装置５０では、１系統で短絡異常が発生したとき、正常系統からのコンデンサ突入電流Ｉｃが電力分岐点５４を経由して異常系統に流れ込む。この現象は、インバータ回路が１系統の構成では想定し得ない、複数系統特有の現象である。

ところで、一般に電源電流センサによる過電流の検出において、一時的な回路の接触による短絡やノイズによる誤検出等を除外するため、過電流が１回検出された後、電源リレーのオフとオンを繰り返し、過電流が規定回数連続して検出されたとき短絡異常であると確定する「反復監視処理」を行う場合がある。１系統のインバータ回路から構成される駆動回路に対しては、反復監視処理は、誤検出を防止し、不要なフェールセーフによる機能停止を回避する点で有効である。

しかし、２系統の駆動回路を備える装置では、上述のコンデンサ突入電流Ｉｃにより反復監視処理を適切に実行することが困難となる。その理由を説明するため、次に、反復監視処理におけるコンデンサ突入電流Ｉｃ及びバッテリ短絡電流Ｉｂの経時変化について、図４の電流波形図を参照して説明する。反復監視処理では、電源電流の過電流が１回検出された系統を「仮異常系統」と認定し、電源リレーのオフとオンを繰り返して電源電流を監視することで、仮異常系統のインバータ回路が真に短絡しているか、或いは、一時的な接触やノイズを検出したに過ぎないのか判定する。
図４（ａ）は、実験によって得られた電源電流波形を示し、図４（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、「仮異常系統の電源電流Ｉ」、及び「正常系統の電源電流Ｊ」の波形を模式的に示したものである。この例では、仮異常系統で実際に短絡異常が継続しているものとする。

仮異常系統では、時刻ｔ０で電源リレー５５１をオンし短絡状態となると、コンデンサ突入電流Ｉｃのピークが先に現れた後、続いてバッテリ短絡電流Ｉｂのピークが現れる。そして、電源電流が閾値Ｖｔｈを超えたとき、過電流が検出される。
なお、電源電流監視装置３０は、シャント抵抗５７１、５７２の両端電圧を増幅した検出電圧を基準電圧と比較しており、電源電流を直接的に電流閾値と比較しているわけではない。しかし、本明細書では、技術常識に基づき電圧を電流に換算して考え、「電源電流が閾値Ｖｔｈを超える」という表現を用いることとする。

図４（ｂ）に示すように、仮異常系統では、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、コンデンサ突入電流Ｉｃが閾値Ｖｔｈを超え、時刻ｔ３から時刻ｔ５の間、バッテリ短絡電流Ｉｂが閾値Ｖｔｈを超える。電源電流が閾値Ｖｔｈを超えた時間を「過電流時間」という。特に、コンデンサ突入電流Ｉｃによる時刻ｔ１から時刻ｔ２までの過電流時間を「第１過電流時間Ｔｃ」といい、バッテリ短絡電流Ｉｂによる時刻ｔ３から時刻ｔ５までの過電流時間を「第２過電流時間Ｔｂ」という。また、最初に電源電流が閾値Ｖｔｈを超えた時刻ｔ１を「開始時刻ｔ１」といい、後述する積算時間の始期とする。
時刻ｔ３と時刻ｔ５との間の時刻ｔ４で、フェールセーフのため、仮異常系統の電源リレー５５１はオフされる。

一方、図４（ｃ）に示すように、正常系統では、時刻ｔ０に、コンデンサ突入電流Ｉｃの裏返しとしての負のコンデンサ放出電流Ｊｃが発生する。さらに、仮異常系統の電源リレー５５１がオフされた時刻ｔ４後に、配線インダクタンス４９およびコイル５３に蓄積されたエネルギーにより電力分岐点５４の端子電圧が上昇するので入力部コンデンサ５８２に吸収されバッテリ４７からの正の電流Ｊｂｃが流れ込む。以下、電流Ｊｂｃを「二次突入電流」という。

続いて、コンデンサ突入電流Ｉｃ及びバッテリ短絡電流Ｉｂの理論的根拠について、図５、図６を参照して説明する。
図５（ａ）に示すように、直流電圧Ｅ₀に充電された静電容量Ｃのコンデンサに対し、抵抗Ｒの抵抗器、及びインダクタンスＬのコイルが直列に接続されたモデルを想定する。この回路を切断状態から接続したときコンデンサから放電されるコンデンサ突入電流Ｉｃ（ｔ）は、下式（１．１）−（１．３）で表される。

図５（ｂ）に示すように、コンデンサ突入電流Ｉｃ（ｔ）は、ｔ＝０のときＩｃ＝０であり、ｔ＝ｔｐのときＩｃは正の極値を取り、ｔ＞ｔｐにて、Ｉｃが０に収束する波形を示している。

また図６（ａ）に示すように、直流電圧Ｅ₀のバッテリに対し、抵抗Ｒの抵抗器、及びインダクタンスＬのコイルが直列に接続されたモデルを想定する。このモデルに基づき、バッテリ短絡電流Ｉｂ（ｔ）は、下式（２）で表される。

図６（ｂ）に示すように、バッテリ短絡電流Ｉｂ（ｔ）は、一次遅れ系のステップ応答型の波形を示している。
実際のインバータ回路６０１、６０２では、コンデンサ突入電流Ｉｃとバッテリ短絡電流Ｉｂとが合成した波形が得られる。

以上のような電源電流の挙動により、反復監視処理において次のような現象が生じる。
まず、仮異常系統について、電源リレー５５１を一旦オフした後、正常復帰した場合を想定する。この状態で電源リレー５５１を再びオンしてもバッテリ短絡電流Ｉｂは流れない。しかし、前回のサイクルで電源リレー５５１をオンしたとき仮異常系統の入力部コンデンサ５８１は放電状態となっているため、電源リレー５５１を再びオンしたとき、正常系統の入力部コンデンサ５８２からコンデンサ突入電流Ｉｃが流れ込む。このコンデンサ突入電流Ｉｃが過電流として誤検出されるため、仮異常系統は、正常復帰したにもかかわらず短絡異常であると判定されることとなり、反復監視処理を実行する意味が無い。

さらに、正常系統については、仮異常系統の電源リレー５５１をオフしたとき入力部コンデンサ５８２からコンデンサ突入電流Ｉｃが放電される。そして、仮異常系統で過電流を検出し電源リレー５５１をオフすると、正常系統の入力部コンデンサ５８２に、バッテリ４７から二次突入電流Ｊｂｃが流れ込むこととなる。この二次突入電流Ｊｂｃによって、正常系統が過電流であると誤検出されるおそれがある。

このように、２系統の駆動回路を備える装置では、１系統の場合とは異なり、反復監視処理を適切に実行することができない。そこで、本発明の電源電流監視装置は、２系統の駆動回路を備える装置での反復監視処理において、仮異常系統の電源リレー５５１をオフしたとき、正常系統の入力部コンデンサ５８２から仮異常系統に流れ込むコンデンサ突入電流Ｉｃに起因する誤検出を防止することを目的とする。
以下、反復監視処理の具体的な構成について、実施形態毎に説明する。

（第１実施形態）
本発明の電源電流監視装置による反復監視処理の第１実施形態について、図７〜図１０を参照して説明する。
まず、仮異常系統に短絡異常が発生し、且つ、その短絡異常が継続しているときのタイムチャートを図７に示す。図７は、反復監視処理の規定回数をＮ回（Ｎ≧３）とした場合の、１回目、２回目及びＮ回目の監視サイクルにおける特性値を示している。２回目から（Ｎ−１）回目までの監視サイクルは、２回目の監視サイクルと同様である。

図７のうち、（ａ）〜（ｄ）、（ｇ）、（ｈ）は、仮異常系統に関する特性値を示す。
（ａ）は、図４（ｂ）に対応し、仮異常系統の電源電流を示す。各監視サイクルで、コンデンサ突入電流Ｉｃ及びバッテリ短絡電流Ｉｂが波形に現れている。
（ｂ）は、コンパレータ３３１の出力信号を示す。（ａ）の電源電流が閾値Ｖｔｈを超えている期間、コンパレータ出力信号はオンする。

（ｃ）は、過電流時間の積算時間カウンタを示す。開始時刻ｔ１後、仮異常系統にコンデンサ突入電流Ｉｃが流れたとき第１過電流時間Ｔｃが積算される。ここで、過電流時間の判定閾値Ｔｊは、第１過電流時間Ｔｃより長く、且つ、第１過電流時間Ｔｃと第２過電流時間Ｔｂとの和より短く設定されている。また、判定閾値Ｔｊから第１過電流時間Ｔｃを減じた時間を余裕時間Ｔａという。すなわち、式（３．１）−（３．３）のように表される。
Ｔｃ＜Ｔｊ＜Ｔｃ＋Ｔｂ ・・・（３．１）
Ｔｃ＋Ｔａ＝Ｔｊ ・・・（３．２）
Ｔａ＜Ｔｂ ・・・（３．３）

余裕時間Ｔａは、第１過電流時間Ｔｃが積算された時点における判定閾値Ｔｊまでの余裕の時間である。言い換えれば、第１過電流時間Ｔｃが積算され、さらに余裕時間Ｔａが積算されたとき、積算時間カウンタが判定閾値Ｔｊに達する。積算時間カウンタは、開始時刻ｔ１から所定の監視時間Ｔｗ（例えば１ｍｓ）が経過するとリセットされる。

（ｄ）は、仮異常系統の電源リレー５５１のオンオフを示す。（ｃ）の積算時間カウンタが判定閾値Ｔｊに達したとき、電源リレー５５１はオフされる。また、反復監視処理の規定回数未満で、開始時刻ｔ１から所定のサイクル時間Ｔｘ（例えば５ｍｓ）が経過したとき、電源リレー５５１は再度オンされる。こうして、電源リレー５５１が再度オンした時刻ｔ０から次の監視サイクルに移行する。

ここで、「サイクル時間」は、厳密には、電源リレー５５１をオンした時刻ｔ０から、次に電源リレー５５１をオンした時刻ｔ０までの時間を指すと考えられる。しかし、現実には、時刻ｔ０から電源電流が閾値Ｖｔｈを超える開始時刻ｔ１までの時間は極めて短く無視できるため、開始時刻ｔ１から次の監視サイクルの電源リレーオン時刻ｔ０までの時間を便宜的に「サイクル時間Ｔｘ」という。

（ｇ）、（ｈ）は、電源電流監視装置３０からマイコン２０に送信されるダイアグ信号を示す。（ｇ）は、各監視サイクルで電源リレー５５１がオフしたとき送信される仮ダイアグ信号を示し、（ｈ）は、仮ダイアグ信号がＮ回連続したとき送信される確定ダイアグ信号を示す。仮ダイアグ信号又は確定ダイアグ信号を受信したマイコン２０は、フェールセーフの観点から仮異常系統の異常時処置を実行する。なお、マイコン２０が実行する処理に関しては本発明の特徴的事項ではないため、詳細な説明を省略する。

図７（ｅ）、（ｆ）は、正常系統に関する特性値を示す。
（ｅ）は、正常系統についての電源電流の監視を停止するマスク処理を実行する期間を示す。本実施形態では、各監視サイクルの電源リレー５５１をオフした時刻から、監視時間Ｔｗがタイムアップするまでの期間、マスク処理を実行する。なお、監視時間Ｔｗは、当然ながらサイクル時間Ｔｘより短く設定される。
（ｆ）は、図４（ｃ）に対応し、正常系統の電源電流を示す。二次突入電流Ｊｂｃが現れる期間がマスク処理の期間に含まれるように、監視時間Ｔｗが設定されている。
以上の（ａ）〜（ｈ）が示す事項は、次の図８、図９にて援用する。

１回目の監視サイクルにおいて、仮異常系統に流れるコンデンサ突入電流Ｉｃ及びバッテリ短絡電流Ｉｂが流れると、積算時間カウンタで第１過電流時間Ｔｃ及び余裕時間Ｔａが積算されて判定閾値Ｔｊに達する。すると、電源リレー５５１がオフされると同時に、仮ダイアグ信号が送信され、また、マスク処理が開始される。
開始時刻ｔ１から監視時間Ｔｗが経過すると、積算時間カウンタがリセットされると同時に、マスク処理が終了する。その後、開始時刻ｔ１からサイクル時間Ｔｘ後に電源リレー５５１が再度オンされ、２回目の監視サイクルに移行する。

短絡異常が継続している場合、２回目から（Ｎ−１）回目までの監視サイクルでは、１回目の監視サイクルと同様の挙動が繰り返される。そして、Ｎ回目の監視サイクルにおいて電源リレー５５１がＮ回目にオフすると、Ｎ回目の仮ダイアグ信号とともに確定ダイアグ信号がマイコン２０に送信される。これにより、仮異常系統が短絡異常であることが確定する。

次に、仮異常系統に一時的に短絡異常が発生し、その後正常復帰したときの反復監視処理のタイムチャートを図８に示す。図８において、仮異常系統で短絡異常が発生した後の１回目の監視サイクルについては図７と同一である。
しかし、図８（ａ）に示すように、１回目の監視時間Ｔｗ終了後に仮異常系統が正常復帰すると、２回目の監視サイクルでは仮異常系統にコンデンサ突入電流Ｉｃのみが流れ、バッテリ短絡電流Ｉｂは流れない。

そのため、積算時間カウンタでは、コンデンサ突入電流Ｉｃによる第１過電流時間Ｔｃのみが積算され、判定閾値Ｔｊに達しないまま監視時間Ｔｗがタイムアップして、カウントがリセットされる（図８（ｃ））。これにより、２回目の監視サイクルでオンされた電源リレー５５１は、そのままオン状態を維持する。つまり、監視時間Ｔｗのタイムアップに伴って、仮異常系統についての反復監視処理は自動的に終了する。一方、正常系統については、電源リレー５５１がオフされないため、バッテリ４７からの二次突入電流Ｊｂｃは発生しない。

次に、もともと短絡異常が発生しておらず、外乱によるノイズが混入したときのタイムチャートを図９に示す。この場合、ノイズが検出された側の系統を便宜的に仮異常系統という。
図９（ａ）、（ｆ）に示すように、いずれの系統にも実際に短絡電流は発生していない。ただし、図９（ｂ）に示すように、コンパレータ信号に数μｓ程度のパルス状のノイズが現れたと仮定する。この場合、図９（ｃ）に示すように、最初のノイズ発生から過電流時間の積算が開始されるが、パルスに対応するわずかな過電流時間が積算されるに過ぎず、判定閾値Ｔｊに到達しないまま監視時間Ｔｗがタイムアップして積算時間カウンタがリセットされる。
このように、外乱ノイズによる誤検出についても適切に防止することができる。

続いて、図７、図８のタイムチャートに対応する反復監視処理のフローチャートを図１０に示す。フローチャートの説明において、記号「Ｓ」はステップを示す。
Ｓ１１では、仮異常系統で電源電流が過電流であるか否か判定する。なお、１回目の判定においては、「仮異常系統で」の部分を「いずれかの系統で」と読み替える。そして、電源電流が過電流であると判定された系統が「仮異常系統」と認定され、その後、Ｓ１８から戻ってきたときのＳ１１では、仮異常系統についての電源電流について判定する。

Ｓ１１でＹＥＳの場合、Ｓ１２にて、電源電流が閾値を超えた時刻を開始時刻ｔ１として過電流時間の積算を開始する。その後、仮異常系統では、短絡異常が継続している場合、コンデンサ突入電流Ｉｃ及びバッテリ短絡電流Ｉｂが流れ（図７参照）、正常復帰した場合、コンデンサ突入電流Ｉｃが流れ、バッテリ短絡電流Ｉｂは流れない（図８参照）。

Ｓ１３では、過電流時間の積算時間が判定閾値Ｔｊに達したか否か判定する。
コンデンサ突入電流Ｉｃによる第１過電流時間Ｔｃにバッテリ短絡電流Ｉｂによる第２過電流時間Ｔｂのうち余裕時間Ｔａが積算され、積算時間が判定閾値Ｔｊに達したとき、Ｓ１３でＹＥＳと判定され、Ｓ１４に移行する。Ｓ１４では、電源リレー５５１をオフするとともに、電源リレーオフ回数をインクリメントする。また、電源電流監視装置３０は、仮ダイアグ信号をマイコン２０に送信する（図７参照）。
一方、開始時刻ｔ１から監視時間Ｔｗ内に第１過電流時間Ｔｃに余裕時間Ｔａが積算されず、積算時間が判定閾値Ｔｊに達しない場合、Ｓ１３でＮＯと判定され、Ｓ２０にて積算時間カウンタをリセットし、処理を終了する（図８参照）。

Ｓ１４に続くＳ１５では、電源リレーオフ回数が反復監視処理の規定回数であるＮ回に達したか否か判定する。規定回数に達していない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、電源リレーオフと同時に正常系統のマスク処理を開始する（Ｓ１６）。そして、開始時刻ｔ１から監視時間Ｔｗ後に積算時間カウンタをリセットすると同時にマスク処理を終了する（Ｓ１７）。
その後、開始時刻ｔ１からサイクル時間Ｔｘ後に電源リレーをオンし（Ｓ１８）、Ｓ１１に戻って次の監視サイクルに移る（以上、図７参照）。

電源リレーオフ回数がＮ回に達すると（Ｓ１５：ＹＥＳ）、電源電流監視装置３０は、Ｓ１８にて、仮異常系統が短絡異常であると確定する確定ダイアグ信号をマイコン２０に送信し、反復監視処理を終了する（図７参照)。

以上の構成による本実施形態の電源電流監視装置の作用効果を整理する。
（１）電源電流監視装置３０は、仮異常系統の反復監視処理において、電源リレー５５１をオンした後、過電流時間の積算時間が所定の判定閾値Ｔｊに達した監視サイクルが規定回数のＮ回連続したとき、仮異常系統が短絡異常であると確定する。判定閾値Ｔｊは、コンデンサ突入電流Ｉｃによる第１過電流時間Ｔｃより長く、且つ、第１過電流時間Ｔｃと、バッテリ短絡電流Ｉｂによる第２過電流時間Ｔｂとの和より短く設定されている。これにより、コンデンサ突入電流Ｉｃを短絡異常の判定対象から除外し、バッテリ短絡電流Ｉｂの有無に基づいて短絡異常を判定することができる。

（２）電源電流監視装置３０は、仮異常系統の反復監視処理において、少なくとも、仮異常系統の電源リレーをオンしてから再びオフした後の所定期間、正常系統についての電源電流の監視を停止するマスク処理を実行する。これにより、二次突入電流Ｊｂｃによって正常系統が過電流異常と判定される誤検出を防止することができる。

（３）本実施形態では、反復監視処理の各監視サイクルにおいて、電源リレー５５１をオンした後、過電流時間の積算時間が所定の判定閾値Ｔｊに達したとき、電源リレー５５１をオフすると同時にマスク処理を開始し、開始時刻ｔ１から監視時間Ｔｗ後にマスク処理を終了する。マスク処理の期間を最小限とすることで、マスク処理中に正常系統に発生した異常を検出し損なうリスクを可及的に回避することができる。

（４）本実施形態の電源電流監視装置３０は、車両の電動パワーステアリングシステム用モータ駆動装置に適用される。電動パワーステアリングシステムでは、信頼性を向上するため、モータ駆動装置の駆動回路を２系統とする冗長設計が望まれる。したがって、本実施形態の電源電流監視装置３０の効果が特に有効に発揮される。

（第２実施形態）
次に、本発明の電源電流監視装置による反復監視処理の第２実施形態について、図１１のタイムチャートを参照して説明する。図１１は、第１実施形態の図７に対応する図であり、図７に用いた記号を援用する。
図１１（ｅ）に示すように、第２実施形態では、正常系統についてのマスク処理を、１回目に過電流を検出した開始時刻ｔ１から、反復監視処理の最終（Ｎ回目）の監視サイクルにおける監視時間Ｔｗの終了時刻まで継続して実行する。すなわち、第２実施形態のマスク処理期間は、第１実施形態のマスク処理期間をそっくり含み、さらに監視サイクル毎にマスク処理を中断することなく継続する。

この形態では、各監視サイクルの電源リレーのオン時刻ｔ０から開始時刻ｔ１までの時間を無視すると、「マスク処理期間≒サイクル時間Ｔｘ×（Ｎ−１）＋監視時間Ｔｗ」となる。また、仮異常系統について、積算時間に基づいて短絡異常を判定する点等、マスク処理以外の処理については第１実施形態と同様である。
なお、１回目の監視サイクルにおけるマスク処理の開始タイミングを、第１実施形態と同様、電源リレーをオフしたタイミングとしてもよい。
第２実施形態は、第１実施形態の効果（１）、（２）、（４）と同様の効果を奏する。

（その他の実施形態）
（ア）両端電圧に基づいて電源電流が検出される各系統の電流検出手段は、シャント抵抗５７１、５７２に限らず、既知の抵抗値を有する他の素子を用いることができる。
例えば、バッテリ４７の極性を逆に接続した場合に電源リレー５５１、５５２の寄生ダイオードを経由してインバータ回路６０１、６０２に電流が流れることを防止するため、電源リレー５５１、５５２とは寄生ダイオードの向きが反対の第２電源リレーを直列に接続する構成が知られている（例えば特開２０１３−１８３４６２号公報）。このような構成では、第２電源リレーを電流検出手段として用いてもよい。

（イ）上記実施形態では、本発明の電源電流監視装置が適用される２系統の駆動回路として、三相交流ブラシレスモータを駆動する２系統のインバータ回路６０１、６０２を例示した。その他、本発明の電源電流監視装置は、例えばブラシ付きＤＣモータを駆動する２系統のＨブリッジ回路に適用してもよい。これらのモータは、電動パワーステアリングシステム用の操舵アシストモータに限らない。また、本発明の電源電流監視装置は、駆動回路の入力部に入力部コンデンサを有するものであれば、モータ以外のどのような負荷を駆動する２系統の駆動回路に適用することもできる。

（ウ）さらに、本発明の電源電流監視装置は、３系統以上の複数系統の駆動回路が電源に対して並列に接続される負荷駆動装置に適用されてもよい。その場合、電源電流監視装置は、複数系統のうち仮異常系統、及び１つの正常系統を対象とする部分において、本発明の技術的範囲に含まれる。残りの正常系統については、１つ目の正常系統と同様、仮異常系統の電源リレーをオンしたとき負のコンデンサ放出電流Ｊｃが発生する。そして、残りの正常系統からのコンデンサ突入電流Ｉｃに起因する誤検出を防止することの課題解決に関しては、本発明の技術的思想を単純に寄せ集めることで達成される。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１０ ・・・モータ駆動装置（負荷駆動装置）、
３０ ・・・電源電流監視装置、
３１１、３１２・・・異常判定部（異常判定手段）、
３９１、３９２・・・電源リレープリドライバ（電源リレー制御手段）、
４７ ・・・バッテリ、 ５４ ・・・電力分岐点、
５５１、５５２・・・電源リレー、
５７１、５７２・・・シャント抵抗（電流検出手段）、
５８１、５８２・・・入力部コンデンサ、
６０１、６０２・・・インバータ回路（駆動回路）、
８０ ・・・モータ（負荷）。

Claims (5)

1. バッテリ（４７）と、
   前記バッテリに対して並列に接続され協働して負荷（８０）を駆動する２系統の駆動回路（６０１、６０２）と、
   前記駆動回路の前記バッテリ側の入力部に設けられる入力部コンデンサ（５８１、５８２）と、
   前記バッテリの電力が分岐される電力分岐点（５４）と前記駆動回路との間に設けられ電力経路を接続又は遮断する電源リレー（５５１、５５２）と、
   を含む負荷駆動装置（１０）に適用され、前記駆動回路に向かって前記電源リレーを通過する電源電流の大きさを系統毎に監視する電源電流監視装置（３０）であって、
   前記電源電流が流れる電流検出手段（５７１、５７２）の両端電圧に基づいて、前記駆動回路の高電位側と低電位側とが短絡する短絡異常が発生したことを判定する異常判定手段（３１１、３１２）と、
   前記電源リレーの開閉を制御する電源リレー制御手段（３９１、３９２）と、
   を備え、
   前記異常判定手段により、いずれかの系統で所定閾値（Ｖｔｈ）を超える前記電源電流が１回検出されたとき、当該系統を短絡異常の可能性がある仮異常系統であると認定し、当該仮異常系統の前記電源リレーをオフした後、前記電源電流が前記所定閾値を超えた開始時刻（ｔ１）から所定のサイクル時間（Ｔｘ）後に再びオンしたときの前記電源電流の大きさを監視する監視サイクルを規定回数繰り返すことにより、所定条件を満たした場合に前記仮異常系統が短絡異常であると確定する反復監視処理を実行し、
   前記反復監視処理において前記仮異常系統の前記電源リレーをオンしたとき想定される前記電源電流は、前記仮異常系統の他の系統である正常系統の前記入力部コンデンサから前記仮異常系統に流れ込むコンデンサ突入電流（Ｉｃ）、及び、前記仮異常系統の短絡異常が継続している場合に前記バッテリから流れ込むバッテリ短絡電流（Ｉｂ）であり、
   前記反復監視処理において、前記電源リレーをオンした後、前記電源電流が前記所定閾値を超えた時間である過電流時間の積算時間が所定の判定閾値（Ｔｊ）に達した前記監視サイクルが規定回数連続したとき、前記仮異常系統が短絡異常であると確定し、
   前記判定閾値は、
   前記コンデンサ突入電流による過電流時間を第１過電流時間（Ｔｃ）とし、
   前記バッテリ短絡電流による過電流時間を第２過電流時間（Ｔｂ）とすると、
   前記第１過電流時間より長く、且つ、前記第１過電流時間と前記第２過電流時間との和より短く設定されていることを特徴とする電源電流監視装置。
2. 前記反復監視処理において、少なくとも前記仮異常系統の前記電源リレーをオンしてから再びオフした後の所定期間、前記正常系統についての前記電源電流の監視を停止するマスク処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の電源電流監視装置。
3. 前記２系統の駆動回路、前記入力部コンデンサ、前記電源リレー及び前記電流検出手段は、仕様及び電気的性能が互いに同等であることを特徴とする請求項１または２に記載の電源電流監視装置。
4. 前記負荷を駆動する２系統の駆動回路は、交流モータを駆動する２系統のインバータ回路、又は、直流モータを駆動する２系統のＨブリッジ回路であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源電流監視装置。
5. 前記交流モータ又は前記直流モータは、車両の電動パワーステアリングシステムにおいて操舵アシストトルクを出力するモータであることを特徴とする請求項４に記載の電源電流監視装置。

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