JP6677905B2 - 異常検出装置及び電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、異常検出装置及び電源装置に関するものである。

特許文献１には、並列接続された複数相のチョッパ部を含み、各相チョッパ部のスイッチ素子を異なる位相でスイッチ駆動し、発電装置からの直流電圧を所定の出力電圧に変換する多相チョッパと、各相チョッパ部のスイッチ素子の故障を検出する故障検出手段とを備えた電源装置が開示されている。

特開２０１３−４６５４１号公報

特許文献１の電源装置は、各相チョッパ部のスイッチ素子に対する制御信号の立下り（又は立上り）エッジのタイミングで出力電流値を取得し、取得した各電流値が異なれば故障と判断して出力電流を制限する構成となっている。しかし、特許文献１の技術では、並列接続された複数の電圧変換部（各相チョッパ部）において故障が生じている部分を具体的に特定できないという問題がある。

本発明は上述した事情に基づいてなされたものであり、複数の電圧変換部によって電圧変換を行うことができる電源装置の異常部分を具体的に特定することが可能な装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一例である異常検出装置は、
スイッチ素子のオンオフ動作によって入力電圧を昇圧又は降圧する電圧変換部を複数備えた多相変換部を制御対象とし、前記多相変換部の各々の前記電圧変換部に設けられた各々の前記スイッチ素子に対しオン信号とオフ信号とを交互に切り替える制御信号を出力する構成をなし、所定の時期に前記多相変換部に対して動作を停止させる前記電圧変換部の数を次第に増加させる動作停止制御を行う制御部と、
前記制御部が前記動作停止制御を行う期間における前記多相変換部からの出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかの変化に基づいて、異常が生じている１又は複数の前記電圧変換部を特定する特定部と、
を含む。

上述した異常検出装置では、制御部が所定の時期に多相変換部に対して動作を停止させる電圧変換部の数を次第に増加させる動作停止制御を行う。この構成では、動作停止制御により、いずれか１又は複数の電圧変換部を切替対象として動作状態から停止状態に切り替えたとき、切替対象が正常であれば多相変換部の出力が切り替えの前後で適正に変化し、切替対象が異常（例えば、スイッチ素子のオープン異常など）であれば多相変換部の出力が切り替えの前後で異常な変化を示すことになる。このような特徴を利用し、特定部は、制御部が動作停止制御を行う期間における多相変換部からの出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかの変化に基づいて、異常が生じている１又は複数の電圧変換部を特定する。よって、本構成によれば、複数の電圧変換部によって電圧変換を行い得る電源装置の異常部分を具体的に特定することができる。

実施例１の異常検出装置及び電源装置を含んだ車載電源システムを例示する回路図である。 実施例１の異常検出装置における異常判定制御の流れを例示するフローチャートである。 実施例１の異常検出装置における再判定制御の流れを例示するフローチャートである。 実施例１の異常検出装置を備えた電源装置において、２番目の相に異常が生じている時の動作停止制御中の出力電流の変化を例示するグラフである。 実施例１の異常検出装置を備えた電源装置において、ｍ番目の相に異常が生じている時の動作停止制御中の出力電流の変化を例示するグラフである。

ここで、発明の望ましい例を示す。
制御部は、車両の動作を停止させる停止条件が成立した場合に動作停止制御を行う構成であってもよい。

この構成によれば、動作を停止させる電圧変換部の数を次第に増加させる動作停止制御を車両の動作を停止させる時期（即ち、車両の走行がなされない時期）に行うことができるため、異常部分を具体的に特定するための停止動作を、車両動作への影響を抑えて行うことができる。

制御部は、停止条件の成立に応じて動作停止制御を行ったときに特定部によって異常が生じている１又は複数の電圧変換部が特定された場合、次回の車両始動条件の成立時に、前回の動作停止制御において特定部によって異常と特定された１又は複数の電圧変換部を選択的に動作させる構成であってもよい。そして、異常検出装置は、次回の車両始動条件の成立時に１又は複数の電圧変換部を選択的に動作させたときの多相変換部からの出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかに基づいて、選択的に動作させた１又は複数の電圧変換部が異常であるか否かを判定し、異常である場合に所定の保護動作を行う保護動作部を有していてもよい。

この構成によれば、車両を停止させる時期に異常検出を行ったときに異常部分として１又は複数の電圧変換部が特定された場合、その特定された部分が異常であるか否かを始動時期に再度確認することができる。このような方法により、確実性の高い異常判定が可能となる。しかも、複数回の異常判定を、車両動作を停止させる時期及び次回の始動時期に行うため、動作停止制御や異常の再判定が、走行などの車両動作に影響を及ぼしにくくなる。

制御部は、全ての電圧変換部を動作させる通常制御時には、多相変換部からの出力電流又は出力電圧が第１目標値となるように全ての電圧変換部の駆動を制御する構成であってもよい。次回の車両始動条件の成立時に１又は複数の電圧変換部を選択的に動作させる場合には、出力電流又は出力電圧が第１目標値よりも小さい第２目標値となるように選択された１又は複数の電圧変換部の駆動を制御してもよい。

異常の可能性が高い部分を選択的に動作させて再判定する場合、動作させる電圧変換部には通常とは異なる過大な出力が生じる可能性があるため、上記構成のように目標値を抑えた動作により再判定を行えば、再判定時の過大な出力が抑えられやすくなる。

特定部は、制御部が動作停止制御を行う期間において、いずれか１又は複数の電圧変換部が動作状態から停止状態に切り替えられるときの切り替えの前後で出力電流又は出力電圧の変動量が所定値以下である場合に、変動量が所定値以下となる切り替えがなされた１又は複数の電圧変換部を異常と判定する構成であってもよい。

このような方式で異常判定を行えば、十分な出力がなされない異常部分をより正確に特定することができる。

特定部は、制御部が動作停止制御を行う期間において、いずれか１又は複数の電圧変換部が動作状態から停止状態に切り替えられたことにより、出力電流又は出力電圧が所定の出力閾値を超えた状態から所定の出力閾値以下の状態に変化し且つ変化後に停止状態に切り替えられていない残余の電圧変換部が存在する場合、変化後に存在する残余の電圧変換部を異常と判定する構成であってもよい。

このような方式で異常判定を行えば、十分な出力がなされない異常部分をより正確に特定することができ、しかも、全部の電圧変換部についての異常判定をより早期に終了することができる。

上記異常検出装置と、多相変換部とを含む形で電源装置を構成し得る。この構成によれば、上記異常検出装置と同様の効果を奏する電源装置を実現できる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１について説明する。
図１で示す電源装置１は、車載用の多相型ＤＣＤＣコンバータとして構成されており、入力側導電路６に印加された直流電圧（入力電圧）を多相方式且つ降圧方式で電圧変換し、入力電圧を降圧した出力電圧を出力側導電路７に出力する構成となっている。更に、電源装置１は、異常検出装置３を備えている。

電源装置１は、入力側導電路６と出力側導電路７とを備えた電源ライン５と、入力された電圧を変換して出力するｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎを備えた多相変換部２と、電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎを制御信号によって個々に制御する制御部４とを備える。なお、電圧変換部の個数（多相変換部２における最大相数）であるｎは２以上の自然数であればよい。以下では、図１で示す構成、即ち、ｎ＝４である場合を代表例として説明する。

以下では、制御部４によって異常検出装置３が構成される例を代表例として説明する。但し、この例はあくまで一例であり、異常検出装置３は、制御部４以外の部品を含んだ形で構成されていてもよい。

入力側導電路６は、例えば、相対的に高い電圧が印加される一次側（高圧側）の電源ラインとして構成され、一次側電源部９１の高電位側の端子に導通するとともに、その一次側電源部９１から所定の直流電圧（例えば、４８Ｖ）が印加される構成をなす。この入力側導電路６は、各電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４の個別入力路ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，ＬＡ４にそれぞれ接続されている。一次側電源部９１は、例えば、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等の蓄電手段によって構成され、高電位側の端子は所定の高電位（例えば４８Ｖ）に保たれ、低電位側の端子は例えばグラウンド電位（０Ｖ）に保たれている。また、入力側導電路６には、オルタネータとして構成される発電機９０も接続されている。

出力側導電路７は、相対的に低い電圧が印加される二次側（低圧側）の電源ラインとして構成されている。この出力側導電路７には、出力側導電路７には、一次側電源部９１の出力電圧よりも小さい直流電圧（例えば１２Ｖ）を出力する蓄電手段（鉛蓄電池等）が接続されている。なお、出力側導電路７には、車載用電気機器などの図示しない負荷も接続されている。

入力側導電路６と出力側導電路７との間には、多相変換部２が設けられている。この多相変換部２は、入力側導電路６と出力側導電路７との間に並列に接続されたｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎを備える。ｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎは、同様の構成をなし、いずれも同期整流方式の降圧型コンバータとして機能する。なお、以下では、ｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎの各電圧変換部を電圧変換部ＣＶとも称する。入力側導電路６からはｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎの各個別入力路ＬＡ１，ＬＡ２…ＬＡｎが分岐している。また、ｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎの各個別出力路ＬＢ１，ＬＢ２…ＬＢｎは、共通の出力路である出力側導電路７に接続されている。なお、ｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎは、それぞれ１相目、２相目…ｎ相目とされている。なお、本明細書では、「相に対応する電圧変換部」を単に「相」と称することもある。

ｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎのうち、第ｋ相の電圧変換部ＣＶｋについて説明する。以下において、ｋは、ｎ以下の自然数である。第ｋ相の電圧変換部ＣＶｋは、ハイサイド側のスイッチ素子ＳＡｋと、ローサイド側のスイッチ素子ＳＢｋと、インダクタＬｋと、保護用のスイッチ素子ＳＣｋとを備える。例えば、第１相の電圧変換部ＣＶ１は、ハイサイド側のスイッチ素子ＳＡ１と、ローサイド側のスイッチ素子ＳＢ１と、インダクタＬ１と、保護用のスイッチ素子ＳＣ１とを備えており、第２相の電圧変換部ＣＶ２は、ハイサイド側のスイッチ素子ＳＡ２と、ローサイド側のスイッチ素子ＳＢ２と、インダクタＬ２と、保護用のスイッチ素子ＳＣ２とを備えている。第３相、第４相も同様である。

第ｋ相の電圧変換部ＣＶｋにおいて、スイッチ素子ＳＡｋは、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成され、スイッチ素子ＳＡｋのドレインには、入力側導電路６から分岐した個別入力路ＬＡｋが接続されている。スイッチ素子ＳＡｋのソースには、ローサイド側のスイッチ素子ＳＢｋのドレイン及びインダクタＬｋの一端が接続されている。スイッチ素子ＳＢｋは、スイッチ素子ＳＡｋとインダクタＬｋとの接続点にドレインが接続され、ソースはグラウンドに接続されている。インダクタＬｋの他端は、スイッチ素子ＳＣｋのソースに接続されている。スイッチ素子ＳＣｋのドレインは、出力側導電路７に接続されている。スイッチ素子ＳＣｋは、過電流、過電圧、逆流等の異常時に経路の導通を遮断するように機能するものである。なお、図１ではスイッチ素子ＳＡｋ，ＳＢｋ，ＳＣｋの各ゲートに接続される制御線は省略しているが、各スイッチ素子ＳＡｋ，ＳＢｋ，ＳＣｋが個別の制御線を介して制御部４によって制御され得る。

制御部４は、主として、制御回路１０とＰＷＭ駆動部１８とを備える。制御回路１０は、例えばＣＰＵを有するマイクロコンピュータを含んでなる。この制御回路１０は、後述する特定部及び保護動作部等として機能する部分（ＣＰＵ等）と、ＲＯＭ、ＲＡＭなどによって構成される記憶部と、アナログ電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１６とを備える。Ａ／Ｄ変換器１６には、後述する電流検出回路９Ａ、電圧検出回路９Ｂなどから出力される各電圧値が入力される。

制御部４において、制御回路１０は、デューティ比を決定する機能、及び決定したデューティ比のＰＷＭ信号を生成し出力する機能を有しており、具体的には、ｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎのそれぞれに対するＰＷＭ信号を生成し、出力する。例えば、定常出力状態において、ｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎを全て駆動する場合、制御回路１０は、位相が２π／ｎずつ異なるＰＷＭ信号を生成し、ｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎのそれぞれに出力する。図１の例のように多相変換部２が４個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４によって構成されていれば、制御部４からそれぞれに対して位相が２π／４ずつ異なるＰＷＭ信号が与えられる。

ＰＷＭ駆動部１８は、制御回路１０で生成された各相に対するＰＷＭ信号に基づき、各相のスイッチ素子ＳＡｋ，ＳＢｋ（ｋは、１〜ｎの自然数）のそれぞれを交互にオンするためのオン信号をスイッチ素子ＳＡｋ，ＳＢｋのゲートに印加する。スイッチ素子ＳＡｋ，ＳＢｋへのＰＷＭ信号の出力中においてスイッチ素子ＳＢｋのゲートに与えられる信号は、デッドタイムが確保された上で、スイッチ素子ＳＡｋのゲートに与えられる信号に対して位相が反転する。

電源装置１は、複数の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎからの共通の出力経路（出力側導電路７）における出力電流及び出力電圧を反映した値をそれぞれ検出する検出部を備える。電流検出回路９Ａは、出力側導電路７を流れる電流に対応する電圧値を検出値として出力する構成であればよい。例えば、電流検出回路９Ａは、出力側導電路７に介在する抵抗器と差動増幅器とを有し、抵抗器の両端電圧が差動増幅器に入力され、出力側導電路７を流れる電流によって抵抗器に生じた電圧降下量が差動増幅器で増幅され、これを検出値として制御回路１０のＡ／Ｄ変換器１６に出力するようになっている。電圧検出回路９Ｂは、例えば出力側導電路７の電圧を反映した値（例えば、出力側導電路７の電圧そのもの、或いは分圧値等）を制御回路１０のＡ／Ｄ変換器１６に出力する部分として構成されている。以下では、電流検出回路９Ａから出力される検出値を「検出電流値」とし、電圧検出回路９Ｂから出力される検出値を「検出電圧値」として説明する。

次に、制御部４によって行われる多相変換部２の駆動制御について説明する。
まず、定常状態での基本動作について説明する。定常状態での基本動作は、後述する図２の処理が実行される前の動作であり、且つ、後述する図３の処理が実行された後の動作である。制御部４は、電圧変換部ＣＶｋ（ｋは、１〜ｎの自然数）を複数備えてなる多相変換部２を制御対象とし、多相変換部２の各々の電圧変換部ＣＶｋに設けられた各々のスイッチ素子ＳＡｋ，ＳＢｋに対しオン信号とオフ信号とを交互に切り替える制御信号を出力する機能を有する。

定常状態のとき、制御部４は、ｎ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎのそれぞれに対して、デッドタイムを設定した形でＰＷＭ信号を相補的に出力する。例えば、第ｋ相の電圧変換部ＣＶｋを構成するスイッチ素子ＳＡｋ，ＳＢｋの各ゲートに対しては、制御部４は、デッドタイムを設定した上で、スイッチ素子ＳＡｋのゲートへのオン信号の出力中には、スイッチ素子ＳＢｋのゲートにオフ信号を出力し、スイッチ素子ＳＡｋのゲートへのオフ信号の出力中には、スイッチ素子ＳＢｋのゲートにオン信号を出力する。電圧変換部ＣＶｋは、このような相補的なＰＷＭ信号に応じて、スイッチ素子ＳＡｋのオン動作とオフ動作との切り替えをスイッチ素子ＳＢｋのオフ動作とオン動作との切り替えと同期させて行い、これにより、個別入力路ＬＡｋに印加された直流電圧を降圧し、個別出力路ＬＢｋに出力する。個別出力路ＬＢｋの出力電圧は、スイッチ素子ＳＡｋ，ＳＢｋの各ゲートに与えるＰＷＭ信号のデューティ比に応じて定まる。このような制御は、上述した自然数ｋが１からｎのいずれの場合でも、即ち、第１相から第ｎ相までのいずれの電圧変換部においても、同様に行われる。

制御部４は、多相変換部２を動作させる場合、複数の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｎの一部又は全部を、制御信号（ＰＷＭ信号）によって個々に制御し、多相変換部２からの出力が設定された目標値となるようにフィードバック制御を行う。具体的には、制御部４は、電流検出回路９Ａによって制御回路１０に入力された検出値（出力側導電路７の電流値）と、出力電流の目標値（目標電流値）とに基づき、公知のＰＩＤ制御方式によるフィードバック演算によって各相の制御量（デューティ比）を決定する。例えば、駆動相数がｍのときの定常出力状態では、フィードバック演算によって決定したデューティ比のＰＷＭ信号を、位相を２π／ｍずつ異ならせてｍ個の電圧変換部のそれぞれに出力する。なお、ｎ個の電圧変換部を全て駆動せる場合にはｎ＝ｍであり、後述する故障判定などによってｎ個の電圧変換部のうちｐ個の電圧変換部を駆動させない場合には、ｍ＝ｎ−ｐである。

次に、図２等を参照して異常判定制御を説明する。
図１で示す電源装置１では、制御部４が所定の時期に多相変換部２に対して動作停止制御（動作を停止させる電圧変換部ＣＶの数を次第に増加させる制御）を行うとともに、異常判定を行う。具体的には、車両の動作を停止させる停止条件が成立したとき（例えば、図示しないイグニッションスイッチがオフ状態になり、制御部４にイグニッションスイッチがオフ状態であることを示すＩＧオフ信号が入力されたとき）から、図２で示す異常判定制御が終了するまでの間が「所定の時期」である。制御部４は、上述した停止条件の成立に応じて図２で示す異常判定制御を実行し、多相変換部２の動作を上述した定常状態のときの動作から切り替える。そして、制御部４は、図２で示す異常判定制御の最中に動作を停止させる電圧変換部ＣＶの数を次第に増加させる動作停止制御を行う。更に、制御部４（具体的には、制御回路１０）が特定部として機能し、図２の異常判定制御がなされる期間（動作停止制御を行う期間）における多相変換部２からの出力電流の変化に基づいて、異常が生じている１又は複数の電圧変換部を特定する。

制御部４は、上述した定常状態の制御から図２の異常判定制御へと制御を切り替えた場合、切替直後には、多相変換部２からの出力電流を目標電流値Ｘ１とするように定常状態のときに動作していたｍ個の電圧変換部ＣＶを定常状態のときと同様に動作させる。即ち、ｍ個の電圧変換部ＣＶに対して上述したフィードバック制御を行う。なお、図２の異常判定制御を行うときのフィードバック制御に用いる目標電流値Ｘ１は、定常状態の制御で用いる目標電流値と同一であってもよく、これよりも小さい値であってもよい。なお、多相変換部２における全数ｎの電圧変換部ＣＶのうち、いくつかの電圧変換部ＣＶの故障が既に確定しており、定常状態のときの動作数ｍがｎ未満である場合、図２で示す異常判定制御の開始直後にはそのｍ個の電圧変換部ＣＶの動作を継続することになる。

図２の異常判定制御では、まず、ステップＳ１においてｉ＝１とし、ｍ個の相（ｍ個の電圧変換部ＣＶ）のうちのいずれか１つめの相（電圧変換部ＣＶ）を着目対象とする。ｉの値は、ｍ個の相（電圧変換部ＣＶ）のうちの着目する相（電圧変換部ＣＶ）の番号を示す値である。なお、ｍ個の電圧変換部ＣＶにおいて、番号（順序）は予め決められた定め方で定めることができ、その定め方は特に限定されない。

制御部４は、ステップＳ１の後、又は後述するステップＳ１０の後にステップＳ２の処理を行い、ｉ番目の相（電圧変換部ＣＶ）の動作を停止させる。ステップＳ１の直後にステップＳ２の処理を行う場合、制御部４は、１番目の相（電圧変換部ＣＶ）の動作を停止させることになり、ステップＳ１０の処理の後にステップＳ２の処理を行う場合、制御部４は、ステップＳ１０で更新されたｉで特定されるｉ番目の相（電圧変換部ＣＶ）の動作を停止させることになる。

制御部４は、ステップＳ２の後のステップＳ３の処理において、所定時間ｔの間、多相変換部２からの出力電流が０（Ａ）相当であるか否かを判断する。具体的には、ステップＳ２でｉ番目の相の動作停止処理がなされた直後から所定時間ｔが経過するまでの間、電流検出回路９Ａから制御部４に入力される検出値（検出電流値）が、非通電状態を示す所定の出力閾値以下であるか否かを判断する。

制御部４は、ステップＳ３の処理において条件を満たすと判断した場合、即ち、Ｓ２で動作停止処理がなされた直後から所定時間ｔが経過するまでの間、電流検出回路９Ａから制御部４に入力される検出値（検出電流値）が所定の出力閾値以下であると判断した場合（ステップＳ３でＹＥＳの場合）、ステップＳ４の処理に移行する。

制御部４は、ステップＳ４の処理において、着目している相（着目している電圧変換部ＣＶ）の番号ｉが図２の異常判定制御を開始したときの動作総数（即ち、定常状態での動作相数）ｍと一致しているか否かを判断し、ｉ＝ｍであると判断した場合（ステップＳ４でＹＥＳの場合）、ステップＳ５に処理を移行し、ステップＳ５の処理においてｍ番目の相（最後の電圧変換部ＣＶ）を正常と判定する。逆に、ステップＳ４の処理においてｉとｍが一致していないと判断した場合（ステップＳ４でＮＯの場合）、制御部４は、ステップＳ６において残余の相（ｉ＋１番目〜ｍ番目の電圧変換部ＣＶ）を故障と仮判定し且つｉ番目の相（電圧変換部ＣＶ）を正常と判定する。

一方、制御部４は、ステップＳ３の処理において条件を満たさないと判断した場合、即ち、Ｓ２で動作停止処理がなされた直後から所定時間ｔが経過するまでの間に電流検出回路９Ａから制御部４に入力される検出値（検出電流値）が所定の出力閾値を超えたと判断した場合（ステップＳ３でＮＯの場合）、ステップＳ７の処理に移行する。制御部４は、ステップＳ７において、所定時間ｔの間、多相変換部２からの出力電流が変動しないか否かを判断する。具体的には、ステップＳ２にてｉ番目の相（電圧変換部ＣＶ）の動作を停止させる際の停止直前の時点から所定時間ｔが経過するまでの間における多相変換部２からの出力電流の変動量が所定値以下であるかを判断する。所定値は、０より大きく目標電流値Ｘ１よりも小さい値であり、例えば、Ｘ１／ｍよりも小さい値とすることができる。

制御部４は、ステップＳ７の判断において条件を満たすと判断した場合、即ち、ステップＳ２にてｉ番目の相（電圧変換部ＣＶ）の動作を停止させる直前の時点から所定時間ｔが経過するまでの間における多相変換部２からの出力電流の変動量が所定値以下であると判断した場合、ステップＳ８に処理を移行し、ｉ番目の相（電圧変換部ＣＶ）を故障と仮判定する。逆に、ステップＳ２にてｉ番目の相（電圧変換部ＣＶ）の動作を停止させる直前の時点から所定時間ｔが経過するまでの間における多相変換部２からの出力電流の変動量が所定値を超えると判断した場合、ステップＳ９に処理を移行し、ｉ番目の相（電圧変換部ＣＶ）を正常と判定する。

制御部４は、ステップＳ８、Ｓ９のいずれの処理を行った場合でも、ステップＳ１０において、ｉの値をインクリメントする。即ち、ステップＳ１０の前に設定されたｉの値に１を加算し、その加算後の値を新たなｉとする。そして、制御部４は、ステップＳ１０が終わると、ステップＳ２に処理を移行し、ステップＳ２以降の処理を上述した流れで同様に行う。

本構成では、制御回路１０が特定部の一例に相当し、制御部４が動作停止制御を行う期間における多相変換部２からの出力電流の変化に基づいて、異常が生じている電圧変換部ＣＶを特定する機能を有する。なお、上述した例では、ステップＳ６又はステップＳ８において故障と仮判定された電圧変換部ＣＶが「異常が生じている電圧変換部」に相当する。

具体的には、特定部に相当する制御回路１０は、ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の処理を行うように構成され、制御部４が動作停止制御を行う期間において、いずれかの電圧変換部ＣＶが動作状態から停止状態に切り替えられたことにより出力電流が所定の出力閾値を超えた状態から所定の出力閾値以下の状態に変化し且つ変化後に停止状態に切り替えられていない残余の電圧変換部ＣＶが存在する場合、変化後に存在する残余の電圧変換部ＣＶを異常（具体的には仮故障）と判定する。

また、特定部に相当する制御回路１０は、ステップＳ７、Ｓ８、Ｓ９の処理を行うように構成され、制御部４が動作停止制御を行う期間において、いずれかの電圧変換部ＣＶが動作状態から停止状態に切り替えられるときの切り替えの前後で出力電流の変動量（具体的には、ステップＳ２で動作停止がなされる直前の時点から所定時間ｔの間における電流の最大値と最小値との差）が所定値以下である場合（即ち、ステップＳ７でＹＥＳと判断される場合）に、変動量が所定値以下となる切り替えがなされた電圧変換部ＣＶを異常（具体的には仮故障）と判定する。

次に、図３等を参照し、再判定制御について説明する。
上述したように、制御部４は、停止条件の成立（具体的には制御部４へのイグニッションオフ信号の入力）に応じて動作停止制御を行うとともに、異常が生じている電圧変換部ＣＶの特定を試みる。そして、その動作停止制御中に異常が生じている電圧変換部ＣＶが特定された場合、制御部４は、次回の車両始動条件の成立時に、前回の動作停止制御において異常と特定された電圧変換部ＣＶを選択的に動作させる。

制御部４は、車両の始動時（具体的には、制御部４に対してイグニンションスイッチがオン状態に切り替わったことを示すＩＧオン信号が入力されたとき）に、上述した定常状態の制御に先立って図３で示す再判定制御を行う。なお、図３の再判定制御が行われる前は、多相変換部２の全ての電圧変換部ＣＶを動作停止状態で維持する。

図３で示す再判定制御では、まず、故障と仮判定された相（電圧変換部ＣＶ）が存在するか否かを判断する。具体的には、前回の車両の停止時に行われた異常判定制御（即ち、図３の再判定制御の前に行われた直近の異常判定制御）において、いずれかの電圧変換部ＣＶが故障と仮判定されているか否かを判断する。前回の車両の停止時に行われた異常判定制御（図２）においてＳ６又はＳ８の処理がなされ、いずれかの電圧変換部ＣＶが故障と仮判定されている場合、ステップＳ１１に処理を移行し、全数ｎの電圧変換部ＣＶのうち、その電圧変換部ＣＶ（即ち、前回の車両停止時に故障と仮判定された相）のみを選択的に動作させる。ステップＳ１１において一部の電圧変換部ＣＶを選択的に動作させる場合、制御部４は、多相変換部２からの出力電流（即ち選択された電圧変換部ＣＶからの出力電流）を目標電流値Ｘ２とするように選択された電圧変換部ＣＶに対して上述したフィードバック制御を行う。なお、図３のステップ１１において、選択された電圧変換部ＣＶを動作させるときのフィードバック制御に用いる目標電流値Ｘ２は、上述した異常判定制御で用いる目標電流値Ｘ１よりも小さく設定する。

このように、制御部４は、全ての電圧変換部ＣＶを動作させる通常制御時（定常状態において全数ｎの電圧変換部ＣＶを動作させるとき）には、多相変換部２からの出力電流が第１目標値（例えば目標電流値Ｘ１）となるように全ての電圧変換部ＣＶの駆動を制御する。一方、図２の異常判定制御の後、次回の車両始動条件の成立時にいずれかの電圧変換部ＣＶを選択的に動作させる場合には、出力電流が第１目標値（例えば目標電流値Ｘ１）よりも小さい第２目標値（目標電流値Ｘ２）となるように選択された電圧変換部ＣＶの駆動を制御し、選択された電圧変換部ＣＶのみによって降圧動作を行う。

ステップＳ１１においていずれかの電圧変換部ＣＶを選択的に動作させた場合、目標の出力がなされているか（即ち、ステップＳ１１においていずれかの電圧変換部ＣＶを選択的に動作させたときの出力電流値が所定電流値に達しているか）否かを判断する。ステップＳ１２において、出力電流値が所定電流値に達していると判断した場合、制御部４は、ステップＳ１３に処理を移行し、ステップＳ１１で動作させた電圧変換部ＣＶ（即ち、図２の異常判定制御で故障と仮判定された相）についての故障の仮判定を解除し、その電圧変換部ＣＶを正常と判定する。逆に、ステップＳ１２において、出力電流値が所定電流値に達していないと判断した場合、制御部４は、ステップＳ１４に処理を移行し、ステップＳ１１で動作させた電圧変換部ＣＶ（即ち、故障と仮判定された相）を異常（故障）と再判定する。ステップＳ１３又はステップＳ１４の後、図３の再判定制御を終了し、上述した定常状態の制御に移行する。

本構成では、図３の再判定処理においていずれかの電圧変換部ＣＶが異常と再判定された場合（Ｓ１４で故障と判定された場合）、その電圧変換部ＣＶの異常（故障）を確定させる。そして、図３の後に行う定常状態の制御では、Ｓ１４で異常（故障）が確定した電圧変換部ＣＶを動作させずに動作禁止状態とし、残りの電圧変換部ＣＶを動作させて電圧変換を行う。

本構成では、制御部４（具体的には制御回路１０）が保護動作部の一例に相当し、図２の異常判定制御の後、次回の車両始動条件の成立時に電圧変換部ＣＶを選択的に動作させたときの多相変換部２からの出力電流にいずれかに基づいて、選択的に動作させた電圧変換部ＣＶが異常であるか否かを判定し、異常である場合に保護動作を行うように機能する。なお、上述した例では、保護動作の一例として、Ｓ１４で異常（故障）と再判定された電圧変換部ＣＶの動作を禁止する例を示したが、保護動作はこの例に限定されず、例えば、Ｓ１４で異常（故障）と再判定された電圧変換部ＣＶが異常である旨の情報を外部装置（例えば上位ＥＣＵなど）に通知するような動作であってもよい。

制御部４は、図３のステップＳ１０において、故障と仮判定された相（電圧変換部ＣＶ）が存在しないと判断した場合、図３の処理を終了する。この場合、ステップＳ１１〜ステップＳ１４の処理を行わずに、上述した定常状態の制御に移行する。

なお、上述した説明では、図２の異常判定制御でいずれかの電圧変換部ＣＶが故障（異常）と仮判定される例を示したが、図２の異常判定制御で複数の電圧変換部ＣＶが故障（異常）と仮判定された場合、それぞれの電圧変換部ＣＶに対して図３のステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を行い、それぞれの電圧変換部ＣＶの故障（異常）を個別に再判定すればよい。

以上のように、本構成の異常検出装置３では、制御部４が所定の時期に多相変換部２に対して動作を停止させる電圧変換部ＣＶの数を次第に増加させる動作停止制御を行う。この構成では、動作停止制御によりいずれかの電圧変換部ＣＶを切替対象として動作状態から停止状態に切り替えたとき、切替対象が正常であれば多相変換部２の出力が切り替えの前後で適正に変化し、切替対象が異常（例えば、スイッチ素子のオープン異常など）であれば多相変換部２の出力が切り替えの前後で異常な変化を示すことになる。このような特徴を利用し、特定部に相当する制御回路１０は、制御部４が動作停止制御を行う期間における多相変換部２からの出力電流の変化に基づいて、異常が生じている電圧変換部ＣＶを特定する。よって、本構成によれば、複数の電圧変換部ＣＶによって電圧変換を行い得る電源装置１の異常部分を具体的に特定することができる。

制御部４は、車両の動作を停止させる停止条件が成立した場合（具体的には、イグニッションスイッチがオン状態に切り替わったことを示すイグニッションオン信号が入力された場合）に動作停止制御を行う構成である。この構成によれば、動作停止制御（動作を停止させる電圧変換部ＣＶの数を次第に増加させる制御）を車両の動作を停止させる時期（即ち、車両の走行がなされない時期）に行うことができるため、異常部分を具体的に特定するための停止動作を、車両動作への影響を抑えて行うことができる。

制御部４は、停止条件の成立に応じて動作停止制御を行ったときに特定部によって異常が生じている電圧変換部ＣＶが特定された場合、次回の車両始動条件の成立時に、前回の動作停止制御において異常と特定された電圧変換部ＣＶを選択的に動作させる。そして、制御回路１０が保護動作部として機能し、次回の車両始動条件の成立時に電圧変換部ＣＶを選択的に動作させたときの多相変換部２からの出力電流に基づいて、選択的に動作させた電圧変換部ＣＶが異常であるか否かを判定し、異常である場合に所定の保護動作を行う。

この構成によれば、車両を停止させる時期に異常検出を行ったときに異常部分としての電圧変換部ＣＶが特定された場合、その特定された部分が異常であるか否かを始動時期に再度確認することができる。このような方法により、確実性の高い異常判定が可能となる。しかも、複数回の異常判定を、車両動作を停止させる時期及び次回の始動時期に行うため、動作停止制御や異常の再判定が、走行などの車両動作に影響を及ぼしにくくなる。

制御部４は、全ての電圧変換部ＣＶを動作させる通常制御時（定常状態の制御時）に、多相変換部２からの出力電流が第１目標値となるように全ての電圧変換部ＣＶの駆動を制御する構成をなす。一方、図２の異常判定制御が行われた後の次回の車両始動条件の成立時に実行される図３の再判定制御においていずれかの電圧変換部ＣＶを選択的に動作させる場合には、出力電流が第１目標値よりも小さい第２目標値となるように、選択された電圧変換部ＣＶの駆動を制御する。異常の可能性が高い部分を選択的に動作させて再判定する場合、通常とは異なる過大な出力が生じる可能性もあるため、上記構成のように目標値を抑えた動作により再判定を行えば、再判定時の過大な出力が抑えられやすくなる。

特定部に相当する制御回路１０は、制御部４が動作停止制御を行う期間において、いずれかの電圧変換部ＣＶが動作状態から停止状態に切り替えられるときの切り替えの前後で出力電流の変動量が予め定められた所定値以下である場合に、その電圧変換部ＣＶ（変動量が所定値以下となる切り替えがなされた電圧変換部ＣＶ）を異常と判定する。

この効果については、図４を参照して説明する。図４の例は、駆動するｍ個の電圧変換部ＣＶのうち２番目の相（電圧変換部ＣＶ）のスイッチ素子にオープン故障が生じており、２番目の相に電流が流れない異常が生じている例である。なお、図４では、横軸が時間であり、縦軸が出力電流であり、時間０のときが定常状態の制御から動作停止制御に切り替わったタイミングである。そして、時間０の後、時間Ｔ１で駆動数ｍのうちの１番目の相（電圧変換部ＣＶ）を停止させ、時間Ｔ２で、駆動数ｍのうちの２番目の相（電圧変換部ＣＶ）を停止させ、時間Ｔｍで、駆動数ｍのうちのｍ番目の相（電圧変換部ＣＶ）を停止させている。

本構成では、定常状態のとき及び図２の動作停止制御時の目標電流値がＸ１であり、ｍ個の電圧変換部ＣＶを動作させる場合には各相の電流値はＸ１／ｍに制御される。全ての電圧変換部ＣＶが正常状態である多相変換部２に対して上述した動作停止制御を行う場合、電圧変換部ＣＶの動作が停止する毎に、停止する電圧変換部ＣＶに流れていた電流分の電流変動（電流低下）が生じ、その後、残余の電圧変換部ＣＶに対するフィードバック制御によって出力電流値は目標電流値Ｘ１に戻されることになる。しかし、図４のように２番目の相（電圧変換部ＣＶ）のスイッチ素子にオープン故障が生じており、２番目の相に電流が流れないようになっている場合、時間Ｔ１で正常な１番目の相（電圧変換部ＣＶ）の動作を停止させたときには電流変動が生じるが、オープン故障が生じている２番目の相（電圧変換部ＣＶ）の動作を停止させたときには停止前後で電流変動が生じないため、電流変動量は所定値（例えば０よりも大きくＸ１／ｍよりも小さく設定された所定の値）以下となる。図２で示す異常判定制御では、このような異常をステップＳ７〜Ｓ９の処理によって特定することができる。このような方式で異常判定を行えば、十分な出力がなされない異常部分をより正確に特定することができる。

特定部に相当する制御回路１０は、制御部４が動作停止制御を行う期間において、いずれかの電圧変換部ＣＶが動作状態から停止状態に切り替えられたことにより、出力電流が所定の出力閾値（０よりも大きく目標電流値Ｘ１よりも小さい所定の閾値であり、例えばＸ１／ｍ以下の値）を超えた状態から所定の出力閾値以下の状態に変化し且つ変化後に停止状態に切り替えられていない残余の電圧変換部ＣＶが存在する場合、変化後に存在する残余の電圧変換部ＣＶを異常と判定する。

この効果については、図５を参照して説明する。図５の例は、駆動するｍ個の電圧変換部ＣＶのうちｍ番目の相（電圧変換部ＣＶ）のスイッチ素子にオープン故障が生じており、ｍ番目の相に電流が流れない異常が生じている例である。本構成では、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・と電圧変換部ＣＶを順次停止させた場合、それぞれの停止タイミングで電圧変動が生じ、それぞれの停止タイミングの後には、再び出力電流を目標電流値Ｘ１に戻すように制御がなされる。しかし、図５のようにｍ番目の相（電圧変換部ＣＶ）のスイッチ素子にオープン故障が生じており、ｍ番目の相に電流が流れないようになっている場合、時間Ｔm-1でｍ−１番目の相（電圧変換部ＣＶ）の動作を停止させたときに電流が０まで低下することになる。図２で示す異常判定制御では、このような異常をステップＳ３〜Ｓ６の処理によって特定することができる。このような方式で異常判定を行えば、十分な出力がなされない異常部分をより正確に特定することができ、しかも、全部の電圧変換部ＣＶについての異常判定をより早期に終了することができる。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施例１では、降圧型の多相コンバータを例示したが、昇圧型の多相コンバータであってもよく昇降圧型の多相コンバータであってもよい。いずれの場合でも、所定の時期に１相ずつ又は複数相ずつ電圧変換部の動作を停止させ、いずれかの停止前後で出力電流の変動量が所定値未満になった場合にその停止対象となった１又は複数の電圧変換部を異常と判定するような方法を用いることができる。
（２）実施例１では、ｋを１〜ｎの自然数とし、各相のローサイド側にスイッチ素子ＳＢｋを設けたが、接地電位にアノードが接続されたダイオードに置き換えることが可能である。また、スイッチ素子ＳＡｋ，ＳＢｋは、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴであってもよく、バイポーラトランジスタ等の他のスイッチ素子であってもよい。
（３）実施例１における一次側電源部９１や二次側電源部９２はあくまで一例であり、公知の様々な蓄電手段を適用することができる。
（４）実施例１における入力側や出力側の出力構成はあくまで一例であり、いずれの例においても、様々な装置や電子部品を入力側導電路６や出力側導電路７に接続することができる。
（５）図１では、４つの電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４が並列に接続された４相構造の電源装置１を代表例として例示したが、電圧変換部の数は４未満の複数であってもよく、５以上の複数であってもよい。
（６）制御部４は、制御回路１０に入力された出力側導電路７の電圧値（検出電圧値）と、出力電圧の目標値（目標電圧値）とに基づき、出力電圧を目標電圧値に近づけるように公知のＰＩＤ制御方式によるフィードバック演算を行うとともに各電圧変換部ＣＶに与える制御量（デューティ比）を決定してもよい。
（７）実施例１では、イグニッションスイッチがオフ状態になったときに動作停止制御を行う例を示したが、いずれの例においても、この例に限定されない。例えば、エンジン動作中の所定の時期に動作停止制御を行うようにしてもよい。或いは、エンジン始動直後に動作停止制御を行うようにしてもよい。
（８）実施例１では、動作停止制御において、動作を停止させる電圧変換部ＣＶの数を１つずつ増加させる例を示したが、動作を停止させる電圧変換部ＣＶの数を複数個（例えば２個）ずつ増加させるようにしてもよい。この場合も、実施例１と同様の方法で異常を判定することができる。例えば、制御部４が動作停止制御を行う期間において、いずれか２つの電圧変換部ＣＶが動作状態から停止状態に切り替えられるときの切り替えの前後で出力電流の変動量が所定値以下である場合に、それら２つの電圧変換部ＣＶを異常と判定してもよい。この場合、図３の再判定制御では、異常と判定された２つの電圧変換部ＣＶを動作させ、出力電流値が一定値以下の場合にこれら２つの電圧変換部ＣＶを異常と判定し、一定値を超える場合には２つの電圧変換部ＣＶをいずれも正常と判断してもよい。また、この構成では、制御部４が動作停止制御を行う期間において、いずれか２つの電圧変換部ＣＶが動作状態から停止状態に切り替えられたことにより、出力電流が所定の出力閾値を超えた状態から所定の出力閾値以下の状態に変化し且つ変化後に停止状態に切り替えられていない残余の電圧変換部が存在する場合、変化後に存在する残余の電圧変換部を異常と判定してもよい。
（９）特定部に相当する制御回路１０は、制御部４が動作停止制御を行う期間において、いずれか１又は複数の電圧変換部ＣＶが動作状態から停止状態に切り替えられるときの切り替えの前後で出力電圧の変動量が所定値以下である場合に、その電圧変換部（変動量が所定値以下となる切り替えがなされた１又は複数の電圧変換部ＣＶ）を異常と判定してもよい。

（１０）特定部に相当する制御回路１０は、制御部４が動作停止制御を行う期間において、いずれか１又は複数の電圧変換部ＣＶが動作状態から停止状態に切り替えられたことにより、出力電圧が所定の出力閾値を超えた状態から所定の出力閾値以下の状態に変化し且つ変化後に停止状態に切り替えられていない残余の前記電圧変換部が存在する場合、変化後に存在する残余の電圧変換部を異常と判定してもよい。

１…電源装置
２…多相変換部
３…異常検出装置
４…制御部
１０…制御回路（特定部、保護動作部）
ＣＶ…電圧変換部
ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＢ４…スイッチ素子

Claims (7)

1. スイッチ素子のオンオフ動作によって入力電圧を昇圧又は降圧する電圧変換部を複数備えた多相変換部を制御対象とし、前記多相変換部の各々の前記電圧変換部に設けられた各々の前記スイッチ素子に対しオン信号とオフ信号とを交互に切り替える制御信号を出力する構成をなし、所定の時期に前記多相変換部に対して動作を停止させる前記電圧変換部の数を次第に増加させる動作停止制御を行う制御部と、
   前記制御部が前記動作停止制御を行う期間における前記多相変換部からの出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかの変化に基づいて、異常が生じている１又は複数の前記電圧変換部を特定する特定部と、
   を含む異常検出装置。
2. 前記制御部は、車両の動作を停止させる停止条件が成立した場合に前記動作停止制御を行う請求項１記載の異常検出装置。
3. 前記制御部は、前記停止条件の成立に応じて前記動作停止制御を行ったときに前記特定部によって異常が生じている１又は複数の前記電圧変換部が特定された場合、次回の車両始動条件の成立時に、前回の前記動作停止制御において前記特定部によって異常と特定された１又は複数の前記電圧変換部を選択的に動作させ、
   更に、前記次回の車両始動条件の成立時に１又は複数の前記電圧変換部を選択的に動作させたときの前記多相変換部からの出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかに基づいて、選択的に動作させた１又は複数の前記電圧変換部が異常であるか否かを判定し、異常である場合に所定の保護動作を行う保護動作部を有する請求項２に記載の異常検出装置。
4. 前記制御部は、
   全ての前記電圧変換部を動作させる通常制御時には、前記多相変換部からの出力電流又は出力電圧が第１目標値となるように全ての前記電圧変換部の駆動を制御し、
   前記次回の車両始動条件の成立時に１又は複数の前記電圧変換部を選択的に動作させる場合には、出力電流又は出力電圧が前記第１目標値よりも小さい第２目標値となるように選択された１又は複数の前記電圧変換部の駆動を制御する請求項３に記載の異常検出装置。
5. 前記特定部は、前記制御部が前記動作停止制御を行う期間において、いずれか１又は複数の前記電圧変換部が動作状態から停止状態に切り替えられるときの切り替えの前後で前記出力電流又は前記出力電圧の変動量が所定値以下である場合に、変動量が前記所定値以下となる切り替えがなされた１又は複数の前記電圧変換部を異常と判定する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の異常検出装置。
6. 前記特定部は、前記制御部が前記動作停止制御を行う期間において、いずれか１又は複数の前記電圧変換部が動作状態から停止状態に切り替えられたことにより、前記出力電流又は前記出力電圧が所定の出力閾値を超えた状態から前記所定の出力閾値以下の状態に変化し且つ変化後に停止状態に切り替えられていない残余の前記電圧変換部が存在する場合、変化後に存在する残余の前記電圧変換部を異常と判定する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の異常検出装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の異常検出装置と、前記多相変換部とを含む電源装置。

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