JP6396041B2 - 車両及び故障検知方法 - Google Patents
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Description
PTC素子の通電制御は、IGBT(Insulted Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子をオンオフすることで行われるが、このスイッチング素子が故障した場合はPTCヒータに電流が流れ続けることになる。したがって、スイッチング素子のオン故障の検出を行う必要がある。
また、スイッチング素子のオン故障時に流れる電流は、通常流れる電流と等しいため、オン故障時における電流と通常時の電流とを切り分けることができず、ヒューズで保護することもできない。
また、上記の問題は、PTC素子に限らず、温度に応じて抵抗値が変化する素子において共通に発ずる問題である。
また、上記素子は温度に応じて抵抗値が変化する特性を有するが、素子の両端電圧は、温度に依存せずに一定の値(印加電圧と同一かほぼ同じ値)をとる。したがって、素子の両端電圧に関するパラメータを用いることにより、素子に流れる電流が小さく、従来のシャント抵抗では検出できない場合であっても、素子に電流が流れているのか否かを容易に検知することができる。
このように、故障検知の際には、通常運転時よりも小さな電圧を印加することにより、素子の損傷や感電のおそれを低下させることが可能となる。
これにより、車両の制御装置によって補機類の過電流異常が検知される前に、各機器の故障判定を終了させることが可能となる。これにより、正常な機器については、継続して電力を供給させることが可能となる。
以下に、本発明のオン故障検知装置及びその方法をPTCヒータに適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、温度に応じて抵抗値が変化する素子としてPTC素子を例に挙げて説明するが、本発明はこの例に限定されない。
図1に示すように、PTCヒータ1は、温度に応じて抵抗値が変化するPTC素子2a、2bと、PTC素子2aの通電制御を行うIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:第1スイッチング素子)3aと、PTC素子2bの通電制御を行うIGBT(第1スイッチング素子)3bと、IGBT3a、3bを制御するための制御信号Sa、Sbを生成して駆動回路4に与える制御装置5と、制御信号Sa、Sbに基づいてIGBT3a、3bを駆動する駆動回路4と、PTC素子2a、2bに流れる電流を検知する電流計測部6と、PTC素子2a、2bの短絡を検知する素子短絡検知部7と、IGBT3bのオン故障を検知するオン故障検知装置10とを主な構成として備えている。
素子短絡検知部7は、PTC素子2a、2bに流れる電流をシャント抵抗14を用いて検出し、検出した電圧が所定の電圧以上であった場合にPTC素子2a、2bの短絡を検知し、短絡検知信号を制御装置5に出力する。制御装置5は、素子短絡検知部7から短絡検知信号が入力されると、駆動回路4に対してPTC素子2a、2bをオフ状態とするための負荷遮断信号を出力する。また、素子短絡検知部7は、短絡が検知された場合における制御装置5の応答遅延を解消するために、ハードウェア的にIGBT3a、3bのゲート電圧をオフとする構成を備えている。このように、PTC素子自体の短絡の場合には、通常時よりも大きな電流が流れることから、シャント抵抗14によって短絡を検出することができる。
まず、IGBT3bはオン状態とし、IGBT3a、3bに与えるゲート電圧をオフ電圧(例えば、0V)とする。すなわち、駆動回路4からIGBT3a、3bのゲートにオフ電圧を与える。この状態において、マイコン23には、高圧側分圧器21の出力と、低圧側分圧器22の出力とが入力され、マイコン23において電位差(分圧後の両端電圧)が演算される。そして、分圧後の両端電圧が所定の閾値以上であれば、IGBT3bがオン故障であると判定し、所定の値未満であれば、正常であると判定する。
次に、本発明の第2実施形態に係るPTCヒータについて図3を参照して説明する。図3は、本実施形態に係るオン故障検知装置10´の概略構成を示した図である。図3に示すように、本実施形態に係るオン故障検知装置10´は、検知部12´として、PTC素子2bの高電圧側に接続された高圧側分圧器(第1分圧器)21と、PTC素子2bの低電圧側に接続された低圧側分圧器(第2分圧器)22と、高圧側分圧器21の出力端子と低圧側分圧器22の出力端子とを接続するラインL2に順方向に接続されたフォトカプラ25と、フォトカプラ25の出力に応じた信号が入力されるマイコン26とを備えている。
マイコン26は、オン信号が入力された場合に、IGBT3bがオン状態であると判定する。例えば、検知部12´は、IGTB3bのゲートに対してオフ電圧が与えられている場合に、マイコン26にオン信号が入力された場合には、IGBT3bのオン故障であると判定する。
次に、本発明の第3実施形態に係るPTCヒータについて図4を参照して説明する。図4は、本実施形態に係るPTCヒータの概略構成を示した図である。本実施形態に係るPTCヒータでは、オン故障検知装置の構成が上述した第1または第2実施形態と異なる。
具体的には、図4に示すように、本実施形態に係るオン故障検知装置30は、上述の検知部12、12´に代えて、シャント抵抗14の両端電圧を計測するオペアンプ31を備えている。ここで、オペアンプ31は、電流計測部6が備えるオペアンプ15よりもハイゲインとされる。このように、精度の高いオペアンプ31を用いてシャント抵抗14の両端電圧を検出することにより、従来は、PTC素子2bの抵抗値が高い場合において、誤差やオフセット調整シロとして埋もれていた電流値を検出することが可能となり、オン故障を検知することが可能となる。オペアンプ31により検出された電圧は、制御装置5に入力される。制御装置5は、IGBT3a、3bに対してオフ指令を出力しているにも関わらず、オペアンプ31によって電圧が検出された場合には、IGBT3a、3bのオン故障であると判断する。
また、電気自動車40の高圧系統には、過電流が流れた場合の保護手段として、複数のヒューズ46が設けられている。
まず、車内に設けられているセンサによって異常(例えば、電流異常、温度異常、圧力異常等)が検知された場合、安全面からコンタクタ44が開状態とされる。これは、例えば、制御装置23からの指令に基づいて行われてもよいし、保護装置(不図示)が独立して設けられている場合には保護装置からの指令に基づいて行われてもよい。
また、制御装置45は、高圧系統側に設けられることが好ましく、また、制御装置45の電源は低圧側(例えば、12V系)から供給することが好ましい。これにより、高電圧系の入力電圧が低くても電圧・電流を安価に測定することが可能となる。
また、本実施形態では、電気自動車を例に挙げて説明したが、電気自動車に限定されず、他の車両、例えば、ハイブリッド車両、高圧バッテリを搭載しない純エンジン車両でもよい。
2a、2b PTC素子
3a、3b、11 IGBT
4 駆動回路
5 制御装置
10、10´、30 オン故障検知装置
12、12´ 検知部
14 シャント抵抗
21 高圧側分圧器
22 低圧側分圧器
23、26 マイコン
25 フォトカプラ
31 オペアンプ
40 電気自動車
41 補機類
43 蓄電装置
44 コンタクタ
45 制御装置
Claims (8)
- 温度に応じて抵抗値が変化する素子に対応して設けられるとともに、前記素子の通電を制御するための第1スイッチング素子のオン故障を検知するためのオン故障検知装置を備えるPTCヒータを含む補機類と、
前記補機類の電源として用いられる蓄電装置と、
前記蓄電装置と前記補機類とを接続する電力線に設けられた第3スイッチング素子と、
車両の制御装置と
を備え、
前記オン故障検知装置は、前記第1スイッチング素子にオフ指令が出力され、前記素子に電力が供給可能な状態において、前記素子の両端電圧に関するパラメータが所定の閾値以上である場合に、前記第1スイッチング素子のオン故障を検知する検知手段を具備し、
前記車両の制御装置は、
車内で異常が検知されて前記第3スイッチング素子が開状態とされた場合に、前記第3スイッチング素子を開状態としたまま、前記蓄電装置の過電流異常であるか否かを判定し、
過電流異常でないと判定した場合に、前記第3スイッチング素子を閉状態として、前記補機類の過電流異常であるか否かを判定し、
前記補機類の過電流異常でないと判定した場合に、前記補機類を構成する各機器の故障検知を実施させる車両。 - 前記素子に電力を供給する電源ラインに設けられた第2スイッチング素子を備え、
前記検知手段によりオン故障が検知された場合に、前記第2スイッチング素子をオフ状態とする請求項1に記載の車両。 - 前記検知手段は、前記第1スイッチング素子のオン故障が検知されなかった場合に、前記第2スイッチング素子に対してオフ指令を出力させるとともに、前記第1スイッチング素子に対してオン指令を出力させ、この状態において、前記素子の両端電圧に関するパラメータが所定の閾値以上である場合に、前記第2スイッチング素子のオン故障を検知する請求項2に記載の車両。
- 前記検知手段は、
前記素子の高電圧側に接続された第1分圧手段と、
前記素子の低電圧側に接続された第2分圧手段と、
前記第1分圧手段の出力端子と前記第2分圧手段の出力端子とを接続するラインに順方向に接続されたフォトカプラと
を備え、
前記フォトカプラの出力に基づいてオン故障を検知する請求項1から請求項3のいずれかに記載の車両。 - 前記補機類の故障検知の際には、通常運転時に供給される電圧よりも低い電圧が前記蓄電装置から供給される請求項1から4のいずれかに記載の車両。
- 前記補機類の故障検知の際に用いられる各前記機器の故障判定閾値は、前記車両の制御装置による前記補機類の過電流異常で用いられる判定閾値よりも小さい値に設定されている請求項1から5のいずれかに記載の車両。
- 前記オン故障検知装置が前記車両の制御装置に設けられている請求項1から6のいずれかに記載の車両。
- 温度に応じて抵抗値が変化する素子に対応して設けられるとともに、前記素子の通電を制御するための第1スイッチング素子のオン故障を検知するためのオン故障検知装置を備えるPTCヒータを含む補機類と、前記補機類の電源として用いられる蓄電装置と、前記蓄電装置と前記補機類とを接続する電力線に設けられた第3スイッチング素子と、車両の制御装置とを備えた車両の故障検知方法であって、
前記第1スイッチング素子にオフ指令が出力され、前記素子に電力が供給可能な状態において、前記素子の両端電圧に関するパラメータが所定の閾値以上である場合に、前記第1スイッチング素子のオン故障を検知する検知工程と、
車内で異常が検知されて前記第3スイッチング素子が開状態とされた場合に、前記第3スイッチング素子を開状態としたまま、前記蓄電装置の過電流異常であるか否かを判定し、過電流異常でないと判定した場合に、前記第3スイッチング素子を閉状態として、前記補機類の過電流異常であるか否かを判定し、前記補機類の過電流異常でないと判定した場合に、前記補機類を構成する各機器の故障検知を実施させる判定工程と、
を含む故障検知方法。
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