JP6334096B2

JP6334096B2 - 車両用制御装置

Info

Publication number: JP6334096B2
Application number: JP2013123195A
Authority: JP
Inventors: 浩昭尾谷; 牧野　友由; 友由牧野; 晃中澤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2033-06-11
Also published as: JP2014241681A

Description

本発明の実施形態は、車両用制御装置に関する。

一般に、車両用制御装置においては、架線から電力を受け取り、車両を駆動するのに必要な電圧・電流に変換してモータへ供給している。電圧・電流の変換は電力変換装置が用いられる。この電力変換装置には、電力変換装置の機器内などで地絡が発生した際に、装置を保護するために接地電流を検出する電流検出器を設けることがある。この電流検出器で検出する接地電流値を用いて電力変換装置が正常に動作しているか判断を行っている。

特開２００８−３１２４０３号公報

しかしながら、上記の電流検出器において、制御部で電流を読み込む際に読込み誤差が発生する場合がある。そのため、読込み誤差なのか通常の電力変換装置の駆動時に流れる接地電流なのか区別をすることができず電流検出器の健全性を確認することが困難であった。

本発明が解決しようとする課題は、電流検出器に異常があった場合に、異常を検出できる車両用制御装置を提供することである。

実施形態の車両用制御装置は、モータへ供給するための電力を変換する電力変換装置と、電力変換装置と電力変換装置の接地との配線上に設けられている電流検出器と、電力変換装置、電流検出器と接続する制御部と、を備え、制御部は、電力変換装置の駆動開始前に電流検出器で検出した初期電流値と電力変換装置駆動開始後に電流検出器で検出した接地電流とを用いて実電流値を算出し、実電流値と予め定められたセット値とを比較して電流検出器の異常を判断する。

第１の実施形態の車両用制御装置の全体構成を示す図である。第１の実施形態の車両用制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。第２の実施形態の車両用制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。変形例の車両用制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。

以下、実施形態の制御装置を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図１は、第１の実施形態の車両用制御装置の全体構成を示す図である。図２は、第１の実施形態の車両用制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。

（構成）
図１には、架線１、高速遮断器２、メイントランス３、電力変換装置４（コンバータ５、インバータ６、コンデンサ７、電流検出器８を含む）、接地１０、モータ９、制御部１００（電流検出部１０１、初期電流記憶部１０２、インバータ駆動制御部１０３、実電流演算部１０４、異常判断部１０５を含む）、車両用制御装置２００が示されている。このとき、車両用制御装置２００は電力変換装置４及び制御部１００を有している。

架線１から高速遮断器２、メイントランス３を介して、電力変換装置４へ架線電力を供給する。供給された架線電力は電力変換装置４においてモータ９の駆動電力に変換され、モータ９に供給される。モータ９に駆動電力が供給されると、モータ９が駆動電力を駆動力として回転し、モータ９を搭載している車両が走行する。

電流検出器８は、コンデンサ７と接地１０を接続する配線上に設けられている。電力変換装置４にて過大電流が流れた場合は、電流検出器８に通常よりも大きい電流が流れるため、電力変換装置４の異常を発見できる。

（作用）
上記のような車両制御装置２００において、モータ９を駆動するためインバータ６を制御する制御部１００の電源が投入される（Ｓｔｅｐ１０）。制御部１００の電源が投入されると、制御部１００の各機能及び、制御部１００を電源としている電流検出器８が動作可能な状態となる。

また、制御部１００と電気的に接続されている電流検出器８は、制御部１００の電源投入に伴い計測を開始する。このとき、電流検出器８は、真の電流を検出する場合はゼロを検出し、読込誤差が発生する場合は、この読込誤差分を微小電流として電流検出部１０１に出力する。電流検出部１０１は入力されたゼロから数ｍＡ〜数十ｍＡの微小電流を初期電流値とし（Ｓｔｅｐ１１）、初期電流記憶部１０２へ出力する。初期電流値は、初期電流記憶部１０２で記憶される。

またインバータ駆動制御部１０３からゲート指令がインバータ６へ出力されるとインバータ６が駆動を開始する（Ｓｔｅｐ１２）。このインバータ６へのゲート指令の出力に伴い、電流検出部１０１へインバータ駆動開始信号が出力される。

電流検出部１０１は、インバータ６の駆動開始に伴って電流検出器８側に流れる数十ｍＡの電流を検出する。このとき、インバータ駆動制御部１０３よりインバータ駆動開始信号を受け取っていると、この数十ｍＡの電流を接地電流とする（Ｓｔｅｐ１４）。接地電流は実電流演算部１０４に出力される。

接地電流を受け取った実電流演算部１０４は、初期電流値を初期電流値記憶部１０２へ読込みに行く。このとき、実電流演算部１０４が初期電流値を認識する方法は、実電流演算部１０４が初期電流値記憶部１０２へ初期電流値を読込む、初期電流値記憶部１０２が実電流演算部１０４へ初期電流を出力するなどの対応が可能である。取得した接地電流値と初期電流値に基づいて接地電流値−初期電流値＝実電流値を算出する（Ｓｔｅｐ１５）。また、算出した実電流を予め設定しているセット値αと比較する（Ｓｔｅｐ１５）。

このとき、実電流値＞セット値αであれば、電流検出器８には、接地電流から初期電流値を差し引いてもインバータ駆動開始に伴う正常な電流検出が確保できているとして電流検出器８は正常に機能していると判断する（Ｓｔｅｐ１６）。また、実電流値＜セット値αであれば、電流検出器８には接地電流から初期電流値を差し引いた場合、インバータ駆動開始に伴う正常な電流が検出されない。そのため、電流検出器８が制御部１００との電気的接続に問題があるか、電流検出器８が検出した電流値を制御部１００が正常に読み込むことができていない、電流検出器８そのものの破損など電流検出器８に異常が発生していると判断される（Ｓｔｅｐ１７）。

電流検出器の異常と判断された場合、運転室等の外部へ電流検出器異常の信号を出力し、モニタ等の表示器で表示する、ランプを点灯するなどが可能である。

（効果）
以上述べた実施形態の制御装置によれば、接地電流検出器に異常があった場合に、異常を検出できる車両用制御装置を提供することが可能となる。

そのため、電流検出器の異常を発見することにより、車両の健全性を保つことが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図３は、第２の実施形態の車両用制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。尚、図１乃至２と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第１の実施形態とは、初期電流値の設定が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。

（作用）
本実施形態の車両制御装置２００において、モータ９を駆動するためインバータ６を制御する制御部１００の電源が投入される（Ｓｔｅｐ２０）。制御部１００の電源が投入されると、制御部１００と各機能及び、制御部１００を電源としている電流検出器８が動作可能な状態となる。

また、制御部１００と電気的に接続されている電流検出器８は、制御部１００の電源投入に伴い計測を開始する。このとき、電流検出器８は、真の電流を検出する場合はゼロを検出し、読込誤差が発生する場合は、この読込誤差分を微小電流として電流検出部１０１に出力する。電流検出部１０１は入力されたゼロから数ｍＡ〜数十ｍＡの微小電流を初期電流と認識する（Ｓｔｅｐ２１）。検出された初期電流値は、初期電流記憶部１０２に入力され、初期電流記憶部１０２で記憶される。

またインバータ駆動制御部１０３からゲート指令がインバータ６へ出力されるとインバータ６が駆動を開始する（Ｓｔｅｐ２２）。このインバータ６より出力されるインバータ駆動開始信号が電流検出部１０１に入力されなければ、電流検出部１０１は初期電流記憶部１０２へ検出電流値を出力する。初期電流値記憶部１０２は入力された新たなら検出電流値を初期電流値として更新する。

インバータ駆動開始信号を電流検出部１０１が受け取った場合、電流検出部１０１は、その後、検出した電流値を初期電流値記憶部１０２への出力を停止する。初期電流値記憶部１０２では、電流検出部１０１の最後の出力となった電流値を初期電流値として決定する（Ｓｔｅｐ２３）。決定した初期電流値を初期電流値記憶部１０２に出力する。このとき、初期電流値の決定方法は、インバータ駆動開始信号を初期電流値記憶部１０２へ直接入力し、インバータ駆動開始信号の入力直前の電流値を初期電流値記憶部１０２で初期電流値として決定する方法も可能である。

また、電流検出部１０１は、インバータ６のインバータ駆動開始信号に直後に検出された電流値を接地電流とする（Ｓｔｅｐ２４）。この接地電流は実電流演算部１０４に出力される。

以下の動作は第１の実施形態と同様のため省略する。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御装置によれば、接地電流検出器に異常があった場合に、異常を検出できる車両用制御装置を提供することが可能となる。

また本実施形態では、インバータの駆動開始が制御部の電源投入後、しばらく経過した後であってもインバータ駆動開始前と直後で実電流を演算することが可能なため、温度の変化等で初期電流値が変化した場合も制御精度を向上することが可能となる。

（変形例）
変形例について図を参照し、詳細に説明する。図４は、変形例の車両用制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。尚、図１乃至３と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本変形例は、第１の実施形態と第２の実施形態と組み合わせることが可能である。以下、その点について詳細に説明する。

（作用）
電流検出部１０１が初期電流値を検出後、初期電流値は予め設定されたセット値γと比較される（Ｓｔｅｐ３０）。比較され、初期電流値がセット値γよりも小さければ、初期電流値は正常に検出できているとして、次のインバータ駆動開始の動作に移動する。

また、初期電流値がセット値γよりも大きい場合、すでに地絡状態であるか、検出器の異常、もしくは制御読込不良と考えられるため車両用制御装置２００が異常状態であると判断される。その場合、車両用制御装置２００の異常を運転室等の外部へ表示することができる。

さらに、制御部１００の読込み不良と異常個所を特定できるため、メンテナンスが簡易的になる。そのため省保守化が可能である。

上記で説明された全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。そのため、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１架線
２高速遮断器
３メイントランス
４電力変換装置
５コンバータ
６インバータ
７コンデンサ
８電流検出器
９モータ
１０接地
１００制御部
１０１電流検出部
１０２初期電流記憶部
１０３インバータ駆動制御部
１０４実電流演算部
１０５異常判断部
２００車両用制御装置

Claims

モータへ供給するための電力を変換する電力変換装置と、
前記電力変換装置と、前記電力変換装置の接地との配線上に設けられている電流検出器と、
前記電力変換装置、前記電流検出器と接続する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電力変換装置の駆動開始前に前記電流検出器で検出した初期電流値と前記電力変換装置駆動開始後に前記電流検出器で検出した接地電流とを用いて実電流値を算出し、前記実電流値と予め定められたセット値とを比較して前記電流検出器の異常を判断する車両用制御装置。
前記電力変換装置はインバータを有しており、前記電流検出器は前記インバータの直流側に接続されるコンデンサと接地の配線上に設けられている請求項１記載の車両用制御装置。
前記初期電流値は前記電力変換装置の駆動開始直前の電流値である請求項１または２に記載の車両用制御装置。