JP6729323B2

JP6729323B2 - 異常判定装置

Info

Publication number: JP6729323B2
Application number: JP2016227640A
Authority: JP
Inventors: 中野　雄太; 雄太中野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2036-11-24
Also published as: JP2018084486A

Description

本開示は、対象となる電子回路の異常を検知して異常発生信号を出力する異常検出回路の異常の有無を判定する異常判定装置に関する。

従来、はんだにより電子部品が実装された電子回路基板として、当該電子回路基板と電子部品とのはんだ接合部の状態を当該はんだ接合部に含まれる２点間で監視して破断を検知する監視手段を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この電子回路基板の監視手段は、１つのはんだ接合部の２点間の電圧または抵抗を定期的に計測し、電圧値または抵抗値が急激に大きくなったときに当該２点間のはんだ接合が破断したとみなす。

特開２００９−２５７８６３号公報

しかしながら、上述のような電子回路基板では、周囲を進行する電波に起因して比較的短いパルス幅のパルスが発生することがあり、監視手段が当該パルスをはんだ接合部の破断に起因したものであると誤判定してしまうおそれがある。

そこで、本開示の発明は、対象となる電子回路の異常を検知して異常発生信号を出力する異常検出回路の異常の有無を精度よく判定可能にすることを主目的とする。

本開示の異常判定装置は、はんだにより基板上に実装された電子部品を含むと共に対象となる電子回路の異常を検知して異常発生信号を出力する異常検出回路の異常の有無を判定する異常判定装置であって、前記異常検出回路の温度が所定温度範囲内に含まれる状態で該異常検出回路から前記異常発生信号の出力継続時間よりも短いパルス幅のパルスを複数回入力した際に、故障に繋がるおそれのある一時的な異常が前記異常検出回路に発生したと判定して警告を発生することを特徴とする。

このように、異常検出回路の異常判定に際して、パルスの入力時における異常検出回路の温度を考慮することで、異常検出回路の故障に繋がるおそれのあるはんだ接合部の熱膨張に起因して発生したパルスと、周囲を進行する電波に起因して発生したパルスとを精度よく区別することができる。この結果、この異常判定装置によれば、対象となる電子回路の異常を検知して異常発生信号を出力する異常検出回路の異常の有無を精度よく判定することが可能となる。

本開示の異常判定装置である電子制御装置を含む車両の概略構成図である。図１の車両における異常検出回路の異常判定に関連した構成を示す制御ブロック図である。異常検出回路の異常の有無を判定するためのルーチンを例示するフローチャートである。

図１は、本開示の異常判定装置である電子制御装置（以下、「ＥＣＵ］という）１０を含む車両としての電動車両１の概略構成図である。同図に示す電動車両１は、ＥＣＵ１０に加えて、デファレンシャルギヤ等を介して左右の駆動輪ＤＷに連結されたモータＭＧと、蓄電装置（バッテリ）２と、システムメインリレー３を介して蓄電装置２に接続されると共にモータＭＧを駆動する電力制御装置（以下、「ＰＣＵ」という）４とを含む。

モータＭＧは、三相同期電動機として構成されており、ＰＣＵ４を介して蓄電装置２と電力をやり取りする。モータＭＧは、蓄電装置２からの電力により駆動されて駆動輪ＤＷに走行用のトルクを出力すると共に、電動車両１の制動に際して駆動輪ＤＷに回生制動トルクを出力する。また、モータＭＧには、ロータの回転角θ（回転位置）を検出する回転角センサ（レゾルバ）６が設けられている。本実施形態において、蓄電装置２は、リチウムイオン二次電池またはニッケル水素二次電池である。システムメインリレー３は、図示するように、正極側電力ラインＰＬに接続される正極側リレーと、負極側電力ラインＮＬに接続される負極側リレーとを有する。

ＰＣＵ４は、モータＭＧを駆動する電子回路であるインバータ４０や、蓄電装置２からの電力を昇圧すると共にモータＭＧからの電力を降圧することができる電圧変換モジュール（昇降圧コンバータ）４１、平滑コンデンサ４２および４３、これらを収容するＰＣＵケース４Ｃ等を含む。インバータ４０は、スイッチング素子としての６つのトランジスタ（例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ））Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５およびＴｒ６と、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５およびＤ６とにより構成される。６つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、正極側電力ラインＰＬと負極側電力ラインＮＬとに対してソース側とシンク側とになるよう２個ずつ対をなす。また、対となる２つのトランジスタ同士の接続点の各々には、電動機ＭＧの三相コイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々が電気的に接続される。

電圧変換モジュール４１は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である２つのトランジスタと、各トランジスタに対して逆方向に並列接続された２つのダイオードと、リアクトルとを含むものである（何れも図示省略）。リアクトルの一端は、システムメインリレー３を介して蓄電装置２の正極端子に電気的に接続され、リアクトルの他端には、一方のトランジスタ（上アーム）のエミッタと他方のトランジスタ（下アーム）のコレクタとが電気的に接続される。また、上記一方のトランジスタ（上アーム）のコレクタは、正極側圧電力ラインＰＬに電気的に接続され、上記他方のトランジスタのエミッタは、負極側電力ラインＮＬに電気的に接続される。更に、平滑コンデンサ４２は、システムメインリレー３と電圧変換モジュール４１との間に設置され、電圧変換モジュール４１の蓄電装置２側の電圧すなわち昇圧前電圧ＶＬを平滑化する。また、平滑コンデンサ４３は、電圧変換モジュール４１とインバータ４０との間に設置され、電圧変換モジュール４１により昇圧された昇圧後電圧ＶＨを平滑化する。

更に、ＰＣＵ４は、インバータ４０や電圧変換モジュール４１、平滑コンデンサ４２，４３等を冷却するための図示しない積層冷却器や、当該積層冷却器に接続された冷媒ポンプＰを含む。冷媒ポンプＰは、ＬＬＣ（ロングライフクーラント）といった冷却媒体を図示しないリザーバタンクから吸入して積層冷却器に圧送する。インバータ４０等を冷却した冷却媒体は、積層冷却器を通過して図示しないラジエータに流入し、当該ラジエータで冷却された冷却媒体は上記リザーバタンクへと戻される。

ＥＣＵ１０は、図２に示すように、ＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力インターフェース等を有するマイクロコンピュータ１１や、ＥＥＰＲＯＭあるいはＳＲＡＭといった記憶装置１２、図示しない各種駆動回路等を含む。ＥＣＵ１０は、回転角センサ６により検出されるモータＭＧの回転角θ、図示しない電圧センサにより検出される昇圧前電圧ＶＬや昇圧後電圧ＶＨ、図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧの各相を流れる電流（相電流）の値等を入力する。ＥＣＵ１０は、これらの入力信号に基づいて、インバータ４０や電圧変換モジュール４１の各トランジスタへのスイッチング制御信号を生成し、インバータ４０および電圧変換モジュール４１をスイッチング制御する。また、ＥＣＵ１０は、システムメインリレー３を開閉制御する。更に、ＥＣＵ１０は、警告表示領域を有する液晶ディスプレイ等である表示装置７の制御部と接続されており、当該制御部に各種指令信号を出力する。

また、図２に示すように、ＥＣＵ１０（マイクロコンピュータ１１）には、ＰＣＵ４を冷却した冷却媒体の温度である冷媒温度Ｔｃを検出する温度検出回路４４や、インバータ４０の異常を検出するための異常検出回路４５が接続されている。異常検出回路４５は、例えば少なくとも何れか１つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に過電流が流れた際に、例えば５０〜１５０ｍｓｅｃ程度のパルス幅（出力継続時間）を有する異常発生信号（ハイレベル信号）ＦＩＮＶをＥＣＵ１０に出力するものである。ＥＣＵ１０は、異常検出回路４５から異常発生信号ＦＩＮＶを入力した場合、インバータ４０に異常が発生したとみなして当該インバータ４０のすべてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオフし、電動車両１の走行を停止させると共にその後の走行を禁止する。

本実施形態において、異常検出回路４５は、それぞれ対応するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に設けられた過電流検出素子に接続された複数のドライバＩＣ４５ａや、それぞれ対応するドライバＩＣ４５ａに接続された複数のラッチ回路４５ｂ、図示しないＯＲ回路等を有する。異常検出回路４５は、ドライバＩＣ４５ａや、ラッチ回路４５ｂおよびＯＲ回路等を構成する複数の電子品をはんだによって基板４５ｃ上に実装することにより構成される。また、異常検出回路４５は、ＰＣＵ４のＰＣＵケース４Ｃ内に配置され、上述の積層型冷却器を流通する冷却媒体により冷却される。なお、異常検出回路４５は、少なくとも何れか１つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に過電圧が印加されたことを検知して異常発生信号ＦＩＮＶを出力するように構成されてもよく、インバータ４０の過熱を検知して異常発生信号ＦＩＮＶを出力するように構成されてもよい。

ここで、上述のような異常検出回路４５において、ラッチ回路４５ｂからＥＣＵ１０までの間におけるはんだ接合部が熱膨張すると、一時的なショートやオープンによって異常発生信号ＦＩＮＶよりも短いパルス幅を有するパルス（以下、「短パルス」という）が異常検出回路４５で発生し、当該短パルス（ハイレベル信号）が異常検出回路４５からＥＣＵ１０に伝えられる。また、はんだ接合部が熱膨張すると、当該はんだ接合部への熱ストレスの蓄積により、異常検出回路４５が故障に至るおそれがある。更に、異常検出回路４５の故障により異常発生信号ＦＩＮＶが誤って出力されてしまうと、電動車両１の走行が停止されてしまい、点検整備に際してインバータ４０の交換が必要と判断されてしまうおそれもある。従って、はんだ接合部の熱膨張に起因して発生した短パルスを異常発生信号ＦＩＮＶと区別して検知し、当該短パルスを検知した際には、故障に繋がるおそれのある一時的な異常が異常検出回路４５に発生した旨を運転者に警告することが好ましい。

ただし、異常検出回路４５の周囲で例えば無線通信用の比較的強い電波が進行していると、信号ラインに当該電波が乗ることによって異常発生信号ＦＩＮＶよりも短いパルス幅を有するパルス（以下、「短パルス」という）が異常検出回路４５で発生し、当該短パルス（ハイレベル信号）も異常検出回路４５からＥＣＵ１０に伝えられる。かかる電波に起因した短パルスは、異常検出回路４５の異常によるものではなく、当該異常検出回路４５の故障に直接結びつくものではない。従って、異常検出回路４５における故障に繋がるおそれのある一時的な異常の発生の有無を誤判定しないように、はんだ接合部の熱膨張に起因して発生した短パルスと、電波に起因して発生した短パルスとを精度よく区別する必要がある。このため、ＥＣＵ１０は、以下に説明するようにして異常検出回路５０の異常の有無を判定する。

図３は、電動車両１における異常検出回路５０の異常の有無を判定するためのルーチンを例示するフローチャートである。図３のルーチンは、電動車両１がシステム起動されている間にＥＣＵ１０（マイクロコンピュータ１１）により基本的に所定時間（例えば５００μＳｅｃ程度）おきに繰り返し実行されるものである。

図３のルーチンの開始に際して、ＥＣＵ１０は、まず、異常検出回路４５からハイレベル信号を入力したか否かの判定処理を実行する（ステップＳ１００）。異常検出回路４５からハイレベル信号を入力したと判定した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、入力したハイレベル信号の継続時間を計測すると共に、ハイレベル信号がローレベルに切り替わったか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ＥＣＵ１０は、ハイレベル信号がローレベルに変化したと判定すると（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１２０にて計測したハイレベル信号の継続時間と予め定められた閾値とを比較することにより、入力したハイレベル信号が短パルスおよび異常発生信号ＦＩＮＶの何れであるかを判定する（ステップＳ１４０）。

ステップＳ１４０にて、ハイレベル信号の継続時間が上記閾値よりも短く、入力したハイレベル信号が短パルスであると判定した場合、ＥＣＵ１０は、その時点で温度検出回路４４により検出されている冷媒温度Ｔｃを異常検出回路４５の基板温度（基板４５ｃの温度）Ｔｃｂの今回値として取得すると共に、記憶装置１２からそれに格納されている基板温度Ｔｃｂの前回値を取得する（ステップＳ１５０）。記憶装置１２に格納されている基板温度Ｔｃｂの前回値は、本ルーチンの今回の実行時よりも前にＥＣＵ１０が異常検出回路４５から短パルスを入力したときに温度検出回路４４によって検出された冷媒温度Ｔｃである。次いで、ＥＣＵ１０は、基板温度Ｔｃｂの今回値と前回値とが所定温度範囲内に含まれているか否かを判定する（ステップＳ１６０）。ステップＳ１６０において、ＥＣＵ１０は、基板温度Ｔｃｂの今回値と前回値との差分の絶対値が予め定められた温度差（例えば、１０℃以下の値）以下である場合、基板温度Ｔｃｂの今回値と前回値とが所定温度範囲内に含まれていると判定し、当該絶対値が当該温度差を超えている場合、基板温度Ｔｃｂの今回値と前回値とが所定温度範囲内に含まれていないと判定する。

基板温度Ｔｃｂの今回値と前回値とが所定温度範囲内に含まれていると判定した場合（ステップＳ１６０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、図示しないカウンタをインクリメントした上で（ステップＳ１７０）、当該カウンタのカウント値Ｃが予め定められた閾値Ｃｒｅｆ（例えば２回）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１８０）。カウント値Ｃが閾値Ｃｒｅｆ以上であると判定した場合（ステップＳ１８０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、故障に繋がるおそれのある一時的な異常が異常検出回路４５に発生したとみなし、一時的異常フラグをオンすると共に、表示装置７上の所定の警告灯を点灯させるように当該表示装置７の制御部に指令信号を出力する（ステップＳ１９０）。

すなわち、ステップＳ１８０にて肯定判断がなされた場合、基板温度Ｔｃｂ（異常検出回路４５の温度）が所定温度範囲内に含まれる状態の異常検出回路４５からＥＣＵ１０が短パルスを複数回入力していることになる。また、基板温度Ｔｃｂが所定温度範囲内に含まれる状態で短パルスを複数回発生させる要因は、はんだ接合部の熱膨張である可能性が極めて高い。そして、はんだ接合部が熱膨張すると、当該はんだ接合部への熱ストレスの蓄積により、異常検出回路４５が故障に至るおそれがある。このため、ステップＳ１８０にて肯定判断がなされた場合には、上述のように、ステップＳ１９０にて一時的異常フラグがオンされると共に、表示装置７上の所定の警告灯が点灯させられる。これにより、異常検出回路４５の故障に起因した電動車両１の走行停止を未然に防止すると共に、異常検出回路４５の交換を促して、より高価なインバータ４０の交換を回避させることが可能となる。ステップＳ１９０の処理の後、ＥＣＵ１０は、記憶装置１２に格納されている基板温度Ｔｃｂの前回値をステップＳ１５０にて取得した冷媒温度Ｔｃで更新し（ステップＳ２００）、本ルーチンを一旦終了させる。

一方、ステップＳ１６０にて基板温度Ｔｃｂの今回値と前回値とが所定温度範囲内に含まれていないと判定した場合（ステップＳ１６０：ＮＯ）、およびステップＳ１８０にてカウント値Ｃが閾値Ｃｒｅｆ未満であると判定した場合（ステップＳ１８０：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１７０〜Ｓ１９０の処理を実行することなく、ステップＳ２００の処理を実行し、本ルーチンを一旦終了させる。すなわち、ステップＳ１６０またはＳ１８０にて否定判断がなされた場合、今回の短パルスの発生時と前回の短パルスの発生時とで基板温度Ｔｃｂ（異常検出回路４５の温度）がある程度異なっているか、今回入力された短パルスが単発的なものであることになるので、当該短パルスは、上述の電波に起因して発生したものである可能性が極めて高い。このため、ステップＳ１６０またはＳ１８０にて否定判断がなされた場合には、上述のように、ステップＳ１７０〜Ｓ１９０の処理がスキップされる。これにより、はんだ接合部の熱膨張に起因した短パルスと、電波に起因して発生した短パルスとを精度よく区別して、異常検出回路４５の一時的な異常が発生したと誤判定するのを抑制することが可能となる。

なお、ステップＳ１１０にて異常検出回路４５からハイレベル信号を入力していないと判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、ハイレベル信号の継続時間をクリアした上で（ステップＳ１２５）、本ルーチンを一旦終了させる。また、ステップＳ１３０にて異常発生信号ＦＩＮＶのパルス幅よりも長い時間が経過したにも拘わらずハイレベル信号がローレベルに変化しなかったと判定した場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、異常検出回路４５の故障によりハイレベル信号が継続して出力されているとみなし、異常検出回路故障フラグをオンした上で（ステップＳ１４５）、本ルーチンを一旦終了させる。異常検出回路故障フラグがオンされた後には、表示装置７上の所定の警告灯が点灯されると共に、電動車両１の走行が予め定められた条件下でのみ許容されることになる。また、ステップＳ１４０にて、ハイレベル信号の継続時間が上記閾値以上であり、入力したハイレベル信号が異常発生信号ＦＩＮＶであると判定した場合、ＥＣＵ１０は、インバータ４０に異常が発生したとみなしてインバータ異常フラグをオンした上で（ステップＳ１５５）、本ルーチンを一旦終了させる。インバータ異常フラグがオンされた後には、表示装置７上の所定の警告灯が点灯されると共に、インバータ４０のすべてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６がオフされ、電動車両１の走行が停止されると共にその後の走行が禁止される。

以上説明したように、異常判定装置としてのＥＣＵ１０は、はんだにより基板４５ｃ上に実装されたドライバＩＣ４５ａ等の電子部品を含むと共に対象となる電子回路であるインバータ４０の異常を検知して異常発生信号ＦＩＮＶを出力する異常検出回路４５の異常の有無を判定する。そして、ＥＣＵ１０は、基板温度Ｔｃｂ（異常検出回路４５の温度）が所定温度範囲内に含まれる状態で当該異常検出回路４５から異常発生信号ＦＩＮＶのパルス幅（出力継続時間）よりも短いパルス幅の短パルスを複数回入力した際に（ステップＳ１５０〜Ｓ１８０）、故障に繋がるおそれのある一時的な異常が異常検出回路４５に発生したと判定して警告を発生する（ステップＳ１９０）。このように、異常検出回路４５の異常判定に際して、短パルスの入力時における当該異常検出回路４５の温度を考慮することで、異常検出回路４５の故障に繋がるおそれのあるはんだ接合部の熱膨張に起因して発生した短パルスと、周囲を進行する電波に起因して発生した短パルスとを精度よく区別することができる。この結果、インバータ４０の異常を検知して異常発生信号ＦＩＮＶを出力する異常検出回路４５の異常の有無を精度よく判定することが可能となる。

なお、記憶装置１２は、マイクロコンピュータ１１に内蔵されたものであってもよい。また、上記実施形態では、温度検出回路４４により検出される冷媒温度Ｔｃが異常検出回路４５の基板温度Ｔｃｂとして代用されるが、基板４５ｃの温度が実測されてもよいことはいうまでもない。更に、ＥＣＵ１０の機能は、複数の電子制御装置に分散させてもよい。また、本開示の発明が適用される車両は、電動車両１に限られるものではない。すなわち、本開示の発明は、動力分配用のプラネタリギヤを有する２モータ式（シリーズパラレル方式）のハイブリッド車両であってもよく、１モータ式のハイブリッド車両であってもよく、シリーズ式のハイブリッド車両であってもよく、パラレル式のハイブリッド車両であってもよく、プラグイン式のハイブリッド車両であってもよい

そして、本開示の発明は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、電子回路の異常を検知して異常発生信号を出力する異常検出回路や、その異常判定装置の製造産業等において利用可能である。

１電動車両、２蓄電装置、３システムメインリレー、４電力制御装置（ＰＣＵ）、４ＣＰＣＵケース、６回転角センサ、７表示装置、１０電子制御装置（ＥＣＵ）、１１マイクロコンピュータ、１２記憶装置、４０インバータ、４１電圧変換モジュール、４２，４３平滑コンデンサ、４４温度検出回路、４５異常検出回路、４５ａドライバＩＣ、４５ｂラッチ回路、４５ｃ基板、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６ダイオード、ＤＷ駆動輪、ＭＧモータ、ＰＬ正極側電力ライン、ＮＬ負極側電力ライン、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６トランジスタ。

Claims

はんだにより基板上に実装された電子部品を含むと共に対象となる電子回路の異常を検知して異常発生信号を出力する異常検出回路の異常の有無を判定する異常判定装置であって、
前記異常検出回路の温度が所定温度範囲内に含まれる状態で該異常検出回路から前記異常発生信号の出力継続時間よりも短いパルス幅のパルスを複数回入力した際に、故障に繋がるおそれのある一時的な異常が前記異常検出回路に発生したと判定して警告を発生することを特徴とする異常判定装置。