JP6760046B2 - インバータの異常判定装置 - Google Patents

Description

本開示は、それぞれ上アームおよび下アームを含む複数のレグを有するインバータの異常判定装置に関する。

従来、この種のインバータの異常判定装置として、Ａ相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の何れか）の第１アーム（上アームまたは下アーム）を所定時間だけオンさせると共に、当該所定時間内に過電流検出回路により所定の閾値を超える過電流が検出された場合に、Ａ相の第２アーム（下アームまたは上アーム）が短絡故障していると判定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この異常判定装置において、上記所定時間は、Ａ相の第１アームをターンオンさせた時点より、第１電源線から三相交流モータおよびＡ相の第２アームを経由して接地ラインに至る経路を流れる電流が所定の閾値に達する時点までの時間よりも短くなるように設定される。そして、この異常判定装置は、上記Ａ相および第１アームの一方を前回処理時の相またはアームとは異なるように順次変更していくことで、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の何れにおいて上アームおよび下アームの何れに短絡故障が発生しているかを判定する。

特開２００９−０１７６６５号公報

上記特許文献１に記載された発明は、短絡故障したアームを精度よく判別可能にするものではあるが、インバータで過電流が検出されてからＡ相および第１アームの一方を前回処理時の相またはアームとは異なるように順次変更しながらスイッチング制御を行う点で、故障判定の迅速性の面でなお改善の余地を有している。また、故障したアームを速やかに特定可能にするにあたっては、インバータやその制御装置のコストアップや装置全体体格の増加を抑制することが求められる。

そこで、本開示の発明は、コストアップや装置全体の体格の増加を抑制しつつ、インバータの複数のレグの何れにおいて上アームおよび下アームの何れに関する異常が発生したかを速やかに精度よく判定可能な異常判定装置の提供を主目的とする。

本開示のインバータの異常判定装置は、それぞれ上アームおよび下アームを含む複数のレグを有するインバータの異常判定装置において、前記上アームおよび前記下アームごとに設けられて対応する前記上アームまたは前記下アームに関する異常をそれぞれ検知し、前記異常の検知に応じて予め定められた出力時間だけフェイル信号を単一の信号線に出力すると共に、予め定められた出力停止時間が経過した後に故障信号を予め定められた回数だけ前記単一の信号線に出力する複数の異常検出回路と、前記信号線から前記フェイル信号および前記故障信号を入力し、前記出力時間と前記出力停止時間と前記故障信号の出力回数とに基づいて、前記複数のレグの何れにおいて前記上アームおよび前記下アームの何れに関する異常が発生したかを判定する判定部とを備え、前記出力時間および前記出力停止時間との少なくとも何れか一方が同一の前記レグに含まれる前記上アームと前記下アームとで異なっており、かつ前記故障信号の出力回数が前記レグごとに異なっていることを特徴とする。

このように、フェイル信号の出力時間および出力停止時間との少なくとも何れか一方を同一のレグに含まれる上アームと下アームとで異ならせることで、信号線を介して判定部に伝達される信号の波形に基づいて、上アームに関する異常、下アームに関する異常、および上アームおよび下アームの双方に関する異常とを容易かつ精度よく識別することができる。また、故障信号の出力回数をレグごとに異ならせることで、異常に関連した上アームおよび／または下アームを含むレグを精度よく特定することが可能となる。更に、フェイル信号および故障信号が複数の異常検出回路から単一の信号線を介して判定部に伝達されるようにすることで、コストアップや装置全体の体格の増加を抑制することができる。この結果、この異常判定装置によれば、コストアップや装置全体の体格の増加を抑制しつつ、インバータの複数のレグの何れにおいて上アームおよび下アームの何れに関する異常が発生したかを速やかに精度よく判定することが可能となる。

また、上記出力停止時間の経過後に出力される故障信号をパルスとして複数のレグごとにパルス数を異ならせてもよい。更に、故障信号は、出力時間および出力停止時間を１周期とする信号であってもよく、このような故障信号の出力回数を複数のレグごとに異ならせてもよい。また、駆動ＩＣ低電圧、過熱、オフ故障、オン故障といった故障状態によって故障信号の出力態様を異ならせてもよい。

本開示のインバータの異常判定装置を含む車両の概略構成図である。 図１の車両におけるインバータの異常判定に関連した構成を示す概略構成図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、フェイル信号および故障信号や判定部の入力信号の時間的変化を例示するタイムチャートである。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、フェイル信号および故障信号や判定部の入力信号の時間的変化を例示するタイムチャートである。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、フェイル信号および故障信号の時間的変化を例示するタイムチャートである。 インバータの異常判定手順を説明するためのルーチンを例示するフローチャートである。 インバータの異常判定手順を説明するためのルーチンを例示するフローチャートである。 インバータの異常判定手順を説明するためのルーチンを例示するフローチャートである。 インバータの異常判定手順を説明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、本開示のインバータの異常判定装置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、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ジェネレータ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ジェネレータＭＧを駆動する電力制御装置（以下、「ＰＣＵ」という）４と、電力制御装置４を制御する電子制御装置（以下、「ＥＣＵ］という）１０とを含む。

モータジェネレータ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。モータジェネレータ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、モータジェネレータ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、ニッケル水素二次電池またはキャパシタである。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、モータジェネレータ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ジェネレータ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）４５、平滑コンデンサ４６および４７、これらを収容するＰＣＵケース４Ｃ等を含み、ＥＣＵ１０により制御される。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とを含む。

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。本実施形態において、トランジスタＴｒ１は、電動機ＭＧのＵ相に対応したレグ（以下、「Ｕ相レグ」という）の上アームであり、トランジスタＴｒ２は、Ｕ相レグの下アームである。また、トランジスタＴｒ３は、電動機ＭＧのＶ相に対応したレグ（以下、「Ｖ相レグ」という）の上アームであり、トランジスタＴｒ４は、Ｖ相レグの下アームである。更に、トランジスタＴｒ５は、電動機ＭＧのＷ相に対応したレグ（以下、「Ｗ相レグ」という）の上アームであり、トランジスタＴｒ６は、Ｗ相レグの下アームである。以下、適宜、トランジスタＴｒ１を「Ｕ相上アームＴｒ１」または「上アームＴｒ１」といい、トランジスタＴｒ２を「Ｕ相下アームＴｒ２」または「下アームＴｒ２」といい、トランジスタＴｒ３を「Ｖ相上アームＴｒ３」または「上アームＴｒ３」といい、トランジスタＴｒ４を「Ｖ相下アームＴｒ４」または「下アームＴｒ４」といい、トランジスタＴｒ５を「Ｗ相上アームＴｒ５」または「上アームＴｒ５」といい、トランジスタＴｒ６を「Ｗ相下アームＴｒ６」または「下アームＴｒ６」という。

更に、インバータ４０は、図２に示すように、Ｕ相上アームＴｒ１に対応した駆動回路４ｕｕ、Ｕ相下アームＴｒ２に対応した駆動回路４ｕｌ、Ｖ相上アームＴｒ３に対応した駆動回路４ｖｕ、Ｖ相下アームＴｒ４に対応した駆動回路４ｖｌ、Ｗ相上アームＴｒ５に対応した駆動回路４ｗｕ、およびＷ相下アームＴｒ６に対応した駆動回路４ｗｌを有する。各駆動回路４ｕｕ〜４ｗｌは、駆動ＩＣ４１と、当該駆動ＩＣ４１に接続されたフォトカプラ４２と、ＭＯＳトランジスタ４３を介して駆動ＩＣに接続されたフォトカプラ４４とを含む。図示するように、駆動回路４ｕｕ〜４ｗｌのフォトカプラ４４は、一端が接地されると共に他端がＥＣＵ１０に接続された単一のフェイル信号線ＦＳＬに対して互いに直列に組み込まれる。フェイル信号線ＦＳＬは、プルアップ抵抗を介して電源（ＤＣ５Ｖ）に接続される。

各駆動回路４ｕｕ〜４ｗｌの駆動ＩＣ４１は、フォトカプラ４２を介してＥＣＵ１０からのゲート信号ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵまたはＷＬを入力し、対応するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフ制御する。また、駆動ＩＣ４１は、対応するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に関する異常、すなわち短絡、過電流、加熱といった素子異常や、駆動回路４ｕｕ〜４ｗｌにおける電圧低下や誤駆動等の回路異常を検知する。更に、各駆動回路４ｕｕ〜４ｗｌの駆動ＩＣ４１は、対応するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に関する異常を検知すると、それぞれ予め定められた出力時間だけＭＯＳトランジスタ４３をオフすることにより当該出力時間だけフェイル信号線ＦＳＬにフェイル信号を出力する。すなわち、ＭＯＳトランジスタ４３がオフされると、それに対応したフォトカプラ４４のダイオードに電流が流れなくなることでフェイル信号線ＦＳＬに接続された当該フォトカプラ４４のトランジスタがオフされる。これにより、ＭＯＳトランジスタ４３がオフされた時間すなわち出力時間だけ電源からの電圧（５Ｖ）がプルアップされることでフェイル信号線ＦＳＬの論理が反転し、異常検出回路としての駆動回路４ｕｕ〜４ｗｌ側からフェイル信号線ＦＳＬを介してＥＣＵ１０にフェイル信号（Ｈｉレベル信号）が出力されることになる。更に、各駆動回路４ｕｕ〜４ｗｌの駆動ＩＣ４１は、フェイル信号を出力した後に予め定められた出力停止時間だけＭＯＳトランジスタ４３をオンし、フェイル信号線ＦＳＬをＬｏレベルにする。そして、当該出力停止時間が経過すると、当該ＭＯＳトランジスタ４３をオン／オフ制御して、故障信号としてのＨｉレベルのパルスを予め定められた回数だけフェイル信号線ＦＳＬに出力する。

図３から図５に示すように、上記出力時間および出力停止時間との少なくとも何れか一方は、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグのそれぞれにおいて上アームＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５と下アームＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６とで異なるように定められている。本実施形態において、上アームＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５の少なくとも何れかに関する異常が発生した場合のフェイル信号の出力時間を“Ｔ１ｆ”とし、出力停止時間を“Ｔ１ｎｆ”とし、下アームＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６の少なくとも何れかに関する異常が発生した場合のフェイル信号の出力時間を“Ｔ２ｆ”とし、出力停止時間を“Ｔ２ｎｆ”としたときに、出力時間Ｔ１ｆ，Ｔ２ｆおよび出力停止時間Ｔ１ｎｆ，Ｔ２ｎｆは、例えば、Ｔ１ｆ＜Ｔ２ｆ、かつＴ１ｆ＋Ｔ１ｎｆ−Ｔ２ｆ≠Ｔ２ｎｆ、を満たすように定められ、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグでそれぞれ同一とされる。また、故障信号としてのパルスの出力回数は、Ｕ相レグとＶ相レグとＷ相レグとで互いに異なるように定められている。本実施形態では、図３から図５に示すように、例えば、Ｕ相レグにおけるパルスの出力回数は３回、Ｖ相レグにおけるパルスの出力回数は５回、Ｗ相レグにおけるパルスの出力回数は７回とされている。

電圧変換モジュール４５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）。また、平滑コンデンサ４６は、システムメインリレー３と電圧変換モジュール４５との間に設置され、電圧変換モジュール４５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。更に、平滑コンデンサ４７は、電圧変換モジュール４５とインバータ４０との間に設置され、電圧変換モジュール４５により昇圧された昇圧後電圧ＶＨを平滑化する。

ＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ、タイマ入力ポート１１０、第１および第２汎用出力ポート１１１，１１２を含む入出力インターフェースを有するマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という）１１や、ゲート信号シャットダウン回路（以下、「ＳＤＮ回路」という）１２等を含む。ＥＣＵ１０のマイコン１１は、回転角センサ６により検出されるモータジェネレータ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ジェネレータＭＧの各相を流れる電流（相電流）の値等を入力する。マイコン１１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４５へのスイッチング制御信号（ＰＷＭ信号）を生成してＳＤＮ回路１２にゲート信号として出力する。

また、マイコン１１は、フェイル信号ラインＦＳＬと接続されており、当該フェイル信号ラインＦＳＬから信号を入力すると、出力時間Ｔ１ｆまたはＴ２ｆが立ち下がる前までの時間ｘｘ以内に、通常Ｌｏレベルに設定される第１汎用出力ポート１１１をＨｉレベルに切り換え、それによりＳＤＮ回路１２にシャットダウン指令をフェイル信号線ＦＳＬの論理によらず少なくとも故障信号としてのパルスの入力から所定時間Ｔｐｒｅｆが経過するまで与え続ける。更に、故障相や故障個所を特定した後、マイコン１１は、第２汎用出力ポート１１２をＬｏレベルに切り換えることでＳＤＮ回路１２にシャットダウン解除指令を与える。マイコン１１のタイマ入力ポート１１０は、上記出力時間Ｔ１ｆ，Ｔ２ｆに対応したフェイル信号（Ｈｉレベル信号）の入力継続時間であるフェイルＨｉ継続時間ＴＨと、上記フェイル信号の出力停止時間Ｔ１ｎｆ，Ｔ２ｎｆに対応したＬｏレベルの継続時間であるフェイルＬｏ継続時間ＴＬとをカウントすると共に、故障信号としてのパルス（立上がりエッジ）の入力回数をカウントする。

ＳＤＮ回路１２は、フェイル信号線ＦＳＬおよびマイコン１１の第１汎用出力ポート１１１に接続されたＯＲゲートや、当該ＯＲゲートおよびマイコン１１の第２汎用出力ポート１１２に接続されたＡＮＤゲート、それぞれ駆動回路４ｕｕ〜４ｗｌの何れかに対応した複数（６個）のＡＮＤゲートおよび複数（６個））のＭＯＳトランジスタを有する。ＳＤＮ回路１２は、フェイル信号線ＦＳＬからフェイル信号（Ｈｉレベル信号）を入力せず、かつマイコン１１の第１汎用出力ポート１１１からの入力がＬｏレベルである間、マイコン１１からのスイッチング制御信号をゲート信号ＵＵ〜ＷＬとして出力する。また、ＳＤＮ回路１２は、フェイル信号線ＦＳＬからフェイル信号および故障信号を入力すると共に、マイコン１１の第１汎用出力ポート１１１からの入力がＨｉレベルである間、すべてのＭＯＳトランジスタをオフすることによりインバータ４０をシャットダウンする。更に、ＳＤＮ回路１２は、フェイル信号線ＦＳＬからフェイル信号および故障信号を入力しなくなり、かつマイコン１１の第２汎用出力ポート１１２からの入力がＬｏレベルになると、マイコン１１からのスイッチング制御信号に対応したＭＯＳトランジスタをオンしてインバータ４０のシャットダウンを解除する。

上述のようなマイコン１１およびＳＤＮ回路１２を含むＥＣＵ１０は、インバータ４０の駆動回路４ｕｕ〜４ｗｌと共にインバータ４０の異常判定装置として機能する。すなわち、判定部としてのＥＣＵ１０のマイコン１１（ＣＰＵ）は、フェイル信号線ＦＳＬからのフェイル信号および故障信号に基づいて、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れにおいてトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の何れに関する異常が発生したかを判定する。そして、ＥＣＵ１０は、異常判定結果に応じたフェールセーフ処理を実行する。例えば、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグのうちの２相のレグに異常に関連したトランジスタが含まれていない場合、ＥＣＵ１０は、第２汎用出力ポート１１２をＬｏレベルに切り換えて、当該２相のレグのトランジスタをスイッチング制御することにより電動車両１を退避走行させる。この場合、異常に関連したトランジスタがオフ故障している場合には、上記２相のレグのトランジスタをスイッチング制御することで電動車両１を継続して走行させることができる。また、異常に関連したトランジスタがオン故障している場合には、上記２相のレグの上アームまたは下アームをオンすることで、いわゆる３相オン状態を形成してモータジェネレータＭＧを流れる電流を低下させ、当該モータジェネレータＭＧの減磁を抑制することができる。

次に、電動車両１におけるインバータ４０の異常判定手順について説明する。図６は、素子異常や回路異常といった異常に関連したトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を特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６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のマイコン１１により所定時間おきに繰り返し実行されるものである。

図６のルーチンの開始に際して、マイコン１１（ＣＰＵ）は、タイマ入力ポート１１０により上述のフェイルＨｉ継続時間ＴＨがカウントアップされているか否かを判定する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０にてフェイルＨｉ継続時間ＴＨがカウントアップされていないと判定した場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、マイコン１１は、その時点で本ルーチンを一旦終了させ、次の実行タイミングが到来すると、ステップＳ１０以降の処理を実行する。ステップＳ１０にてフェイルＨｉ継続時間ＴＨがカウントアップされていると判定した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、マイコン１１は、フェイルＨｉ継続時間ＴＨが予め定められた閾値ＴＨｒｅｆ以上であり、かつ第１汎用出力ポート１１１がＬｏレベルに設定されているか否かを判定する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０にて用いられる閾値ＴＨｒｅｆは、ノイズによる誤判定が抑制されるように定められた比較的短い時間である。ステップＳ２０にて否定判断を行った場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、マイコン１１は、その時点で本ルーチンを一旦終了させ、次の実行タイミングが到来すると、ステップＳ１０以降の処理を実行する。これに対して、ステップＳ２０にて肯定定判断を行った場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、マイコン１１は、第１汎用出力ポート１１１をＨｉレベルに切り換えると共に（ステップＳ３０）、インバータ異常フラグをオンし（ステップＳ４０）、本ルーチンを終了させる。

図７は、図６のステップＳ４０にてインバータ異常フラグがオンされた場合に、ＥＣＵ１０のマイコン１１により所定時間おきに繰り返し実行されるルーチンを例示するフローチャートである。図７のルーチンの開始に際して、マイコン１１は、フェイルＨｉ継続時間ＴＨが上述の出力時間Ｔ１ｆから比較的小さい値Δｔを減じた値（＝Ｔ１ｆ−Δｔ）未満であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。ステップＳ１００にて肯定判断を行った場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、マイコン１１は、現在のフェイルＨｉ継続時間ＴＨ（今回値）が本ルーチンの前回実行時におけるフェイルＨｉ継続時間ＴＨ（初期値：０）と一致しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０にて否定判断を行った場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、マイコン１１は、その時点で本ルーチンを一旦終了させ、次の実行タイミングが到来すると、ステップＳ１００以降の処理を実行する。また、ステップＳ１１０にて現在のフェイルＨｉ継続時間ＴＨが当該フェイルＨｉ継続時間ＴＨの前回値に一致していると判定した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、マイコン１１は、フェイルＨｉ継続時間ＴＨのカウンタをリセットした上で（ステップＳ１２０）、本ルーチンを一旦終了させ、次の実行タイミングが到来すると、ステップＳ１００以降の処理を実行する。

一方、ステップＳ１００にてフェイルＨｉ継続時間ＴＨが上述の出力時間Ｔ１ｆから値Δｔを減じた値以上であると判定した場合（ステップＳ１００：ＮＯ）、マイコン１１は、フェイルＨｉ継続時間ＴＨが出力時間Ｔ１ｆから値Δｔを減じた値以上であると共に出力時間Ｔ１ｆと値Δｔとの和（＝Ｔ１ｆ＋Δｔ）以下であり、かつフェイルＨｉ継続時間ＴＨがカウントアップされていないかどうか判定する（ステップＳ１３０）。ここで、例えばＵ相レグのＵ相上アームＴｒ１に関する異常が発生している一方、Ｕ相下アームＴｒ２に関する異常が発生していない場合、図３（ａ），（ｂ）および（ｃ）に示すように、Ｕ相上アームＴｒ１に対応した駆動回路４ｕｕは、図３における時刻ｔ０から出力時間Ｔ１ｆが経過するまでの間、フェイル信号（Ｈｉレベル信号）をフェイル信号線ＦＳＬに出力する。この場合、出力時間Ｔ１ｆの経過後に駆動回路４ｕｕでＭＯＳトランジスタ４３をオンされる間、すなわち出力停止時間Ｔ１ｎｆが経過するまでの間、Ｕ相下アームＴｒ２に対応した駆動回路４ｕｌからフェイル信号（Ｈｉレベル信号）がフェイル信号線ＦＳＬに出力されることはない。

従って、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れかにおいて上アームＴｒ１等に関する異常のみが発生している場合、マイコン１１（タイマ入力ポート１１０）の入力信号の波形は、上アームＴｒ１，Ｔｒ３またはＴｒ５に対応した駆動回路４ｕｕ，４ｖｕまたは４ｗｕからのフェイル信号の波形に概ね一致する。このため、ステップＳ１３０にて肯定判断を行った場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、マイコン１１は、確定したフェイルＨｉ継続時間ＴＨが出力時間Ｔ１ｆに概ね一致しており、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れかにおいて上アームＴｒ１，Ｔｒ３またはＴｒ５に関する異常が発生しているとみなす。そして、マイコン１１は、上アーム異常フラグをオンし（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了させる。

これに対して、ステップＳ１３０にて否定判断を行った場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、マイコン１１は、フェイルＨｉ継続時間ＴＨが上述の出力時間Ｔ２ｆから値Δｔを減じた値（＝Ｔ２ｆ−Δｔ）以上であると共に出力時間Ｔ２ｆと値Δｔとの和（＝Ｔ２ｆ＋Δｔ）以下であり、かつフェイルＨｉ継続時間ＴＨがカウントアップされていないかどうか判定する（ステップＳ１５０）。ここで、例えばＶ相レグのＶ相上アームＴｒ３に関する異常とＶ相下アームＴｒ４に関する異常との双方が発生している場合、図４（ａ），（ｂ）および（ｃ）に示すように、Ｖ相上アームＴｒ３に対応した駆動回路４ｖｕは、図４における時刻ｔ０から出力時間Ｔ１ｆが経過するまでの間、フェイル信号（Ｈｉレベル信号）をフェイル信号線ＦＳＬに出力する。更に、この場合、図４における時刻ｔ０から出力時間Ｔ２ｆが経過するまでの間、Ｖ相下アームＴｒ４に対応した駆動回路４ｖｌでＭＯＳトランジスタ４３がオフされることから、Ｖ相上アームＴｒ３に対応した駆動回路４ｖｕでＭＯＳトランジスタ４３をオンされる間、すなわち出力停止時間Ｔ１ｎｆが経過するまでの間に、Ｖ相下アームＴｒ４に対応した駆動回路４ｖｌからフェイル信号（Ｈｉレベル信号）がフェイル信号線ＦＳＬに出力される。従って、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れかにおいて上アームＴｒ１等に関する異常と下アームＴｒ２等に関する異常の双方が発生している場合、マイコン１１（タイマ入力ポート１１０）の入力信号の波形は、下アームＴｒ２，Ｔｒ４またはＴｒ６に対応した駆動回路４ｕｌ，４ｖｌまたは４ｗｌからのフェイル信号の波形に概ね一致する。

また、例えばＷ相レグのＷ相上アームＴｒ５に関する異常が発生していない一方で、Ｗ相下アームＴｒ６に関する異常が発生している場合、図５（ａ），（ｂ）および（ｃ）に示すように、Ｗ相下アームＴｒ６に対応した駆動回路４ｗｌは、図５における時刻ｔ０から出力時間Ｔ２ｆが経過するまでの間、フェイル信号（Ｈｉレベル信号）をフェイル信号線ＦＳＬに出力する。従って、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れかにおいて下アームＴｒ２等に関する異常のみが発生している場合も、マイコン１１（タイマ入力ポート１１０）の入力信号の波形は、下アームＴｒ２，Ｔｒ４またはＴｒ６に対応した駆動回路４ｕｌ，４ｖｌまたは４ｗｌからのフェイル信号の波形に概ね一致する。

これにより、ステップＳ１５０にて肯定判断を行った場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、マイコン１１は、確定したフェイルＨｉ継続時間ＴＨが出力時間Ｔ２ｆに概ね一致しており、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れかにおいて上アームＴｒ１等および下アームＴｒ２等の双方に関する異常、または下アームＴｒ２等に関する異常が発生しているとみなす。そして、マイコン１１は、上下／下アーム異常フラグをオンし（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了させる。また、ステップＳ１５０にて否定判断を行った場合（ステップＳ１５０：ＮＯ）、マイコン１１は、フェイルＨｉ継続時間ＴＨが予め定められた長期出力異常時間ＴＬＦ以上であるか否かを判定し（ステップＳ１７０）、フェイルＨｉ継続時間ＴＨが長期出力異常時間ＴＬＦ未満であれば（ステップＳ１７０：ＮＯ）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。また、ステップＳ１７０にてフェイルＨｉ継続時間ＴＨが長期出力異常時間ＴＬＦであると判定した場合（ステップＳ１７０：ＹＥＳ）、マイコン１１は、フェイル信号等の出力異常や、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの２つ以上における異常が発生しているとみなして特殊異常フラグをオンし（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了させる。

図８は、図７のステップＳ１６０にて上下／下アーム異常フラグがオンされた場合に、ＥＣＵ１０のマイコン１１により所定時間おきに繰り返し実行されるルーチンを例示するフローチャートである。図８のルーチンの開始に際して、マイコン１１は、タイマ入力ポート１１０によりカウントされるフェイルＬｏ継続時間ＴＬが上述の出力時間Ｔ１ｆと出力停止時間Ｔ１ｎｆとの和から出力時間Ｔ２ｆを減じた値未満であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。ステップＳ２００にて肯定判断を行った場合（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、マイコン１１は、現在のフェイルＬｏ継続時間ＴＬ（今回値）が本ルーチンの前回実行時におけるフェイルＬｏ継続時間ＴＬ（初期値：０）と一致しているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。ステップＳ２１０にて否定判断を行った場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、マイコン１１は、その時点で本ルーチンを一旦終了させ、次の実行タイミングが到来すると、ステップＳ２００以降の処理を実行する。また、ステップＳ２１０にて現在のフェイルＬｏ継続時間ＴＬが当該フェイルＬｏ継続時間ＴＬの前回値に一致していると判定した場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、特殊異常フラグをオンし（ステップＳ２２０）、本ルーチンを終了させる。

一方、ステップＳ２００にて否定判断を行った場合（ステップＳ２００：ＮＯ）、マイコン１１は、タイマ入力ポート１１０によってフェイル信号線ＦＳＬからのパルス（故障信号）の立ち上がりエッジが検出された際のＬｏ継続時間ＴＬをラッチして時間ＴＬｒとする（ステップＳ２３０）。次いで、マイコン１１は、時間ＴＬｒが出力時間Ｔ１ｆと出力停止時間Ｔ１ｎｆとの和から出力時間Ｔ２ｆおよび値Δｔを減じた値（＝Ｔ１ｆ＋Ｔ１ｎｆ−Ｔ２ｆ−Δｔ）以上であると共に出力時間Ｔ１ｆと出力停止時間Ｔ１ｎｆと値Δｔとの和から出力時間Ｔ２ｆを減じた値（＝Ｔ１ｆ＋Ｔ１ｎｆ−Ｔ２ｆ＋Δｔ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ２４０）。

ここで、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れかにおいて上アームＴｒ１，Ｔｒ３またはＴｒ５に関する異常と下アームＴｒ２，Ｔｒ４またはＴｒ６に関する異常の双方が発生している場合、図４（ａ），（ｂ）および（ｃ）に示すように、時刻ｔ０から出力時間Ｔ２ｆが経過して下アームＴｒ２，Ｔｒ４またはＴｒ６に対応した駆動回路４ｕｌ，４ｖｌまたは４ｗｌからのフェイル信号の出力が停止した後、時刻ｔ０から出力時間Ｔ１ｆおよび出力停止時間Ｔ１ｎｆが経過した時点で、マイコン１１（タイマ入力ポート１１０）は、上アームＴｒ１，Ｔｒ３またはＴｒ５に対応した駆動回路４ｕｕ，４ｖｕまたは４ｗｕからのパルスを入力する。従って、上記時間ＴＬｒは、出力時間Ｔ１ｆと出力停止時間Ｔ１ｎｆとの和から出力時間Ｔ２ｆを減じた値（＝Ｔ１ｆ＋Ｔ１ｎｆ−Ｔ２ｆ）に概ね一致することになる。

このため、ステップＳ２４０にて肯定判断を行った場合（ステップＳ２４０：ＹＥＳ）、マイコン１１は、時間ＴＬｒが出力時間Ｔ１ｆと出力停止時間Ｔ１ｎｆとの和から出力時間Ｔ２ｆを減じた値に概ね一致しており、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れかにおいて上アームＴｒ１等および下アームＴｒ２等の双方に関する異常が発生しているとみなす。そして、マイコン１１は、上下アーム異常フラグをオンすると共に上下／下アーム異常フラグをオフし（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了させる。また、ステップＳ２４０にて否定判断を行った場合（ステップＳ２４０：ＮＯ）、マイコン１１は、時間ＴＬｒが出力時間Ｔ２ｆから値Δｔを減じた値（＝Ｔ２ｆ−Δｔ）以上であると共に出力時間Ｔ２ｆと値Δｔとの和（＝Ｔ２ｆ＋Δｔ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ２６０）。

ステップＳ２６０にて肯定判定を行った場合（ステップＳ２６０：ＹＥＳ）、マイコン１１は、時間ＴＬｒが出力時間Ｔ２ｆに概ね一致しており、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れかにおいて下アームＴｒ２，Ｔｒ４またはＴｒ５に関する異常が発生しているとみなす。そして、マイコン１１は、下アーム異常フラグをオンすると共に上下／下アーム異常フラグをオフし（ステップＳ２７０）、本ルーチンを終了させる。これに対して、ステップＳ２６０に否定判断を行った場合（ステップＳ２６０：ＮＯ）、マイコン１１は、特殊異常フラグをオンし（ステップＳ２８０）、本ルーチンを終了させる。

図９は、図７のステップＳ１４０にて上アーム異常フラグがオンされた場合、図８のステップＳ２５０にて上下アーム異常フラグがオンされた場合、および図８のステップＳ２７０に下アーム異常フラグがオンされた場合に、ＥＣＵ１０のマイコン１１により所定時間おきに繰り返し実行されるルーチンを例示するフローチャートである。図８のルーチンの開始に際して、マイコン１１は、タイマ入力ポート１１０によりカウントされたフェイル信号線ＦＳＬからのパルス（故障信号）の立ち上がりエッジのカウント値Ｃｅを取得する（ステップＳ３００）。カウント値Ｃｅは、故障信号としてのパルスの入力開始から上記所定時間Ｔｐｒｅｆが経過するまでにタイマ入力ポート１１０によりカウントされるものである。

ステップＳ３００の処理の後、マイコン１１は、カウント値ＣｅがＵ相レグに対応した値Ｃｕに一致するか否かを判定する（ステップＳ３１０）、本実施形態において、値Ｃｕは、“３”および“６”であり、ステップＳ３１０では、カウント値Ｃｅが“３”または“６”である場合に肯定判断がなされる。ステップＳ３１０にて肯定判断を行った場合（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）、マイコン１１は、Ｕ相レグで異常が発生しているとみなしてＵ相異常フラグをオンすると共に（ステップＳ３２０）、第２汎用出力ポート１１２をＬｏレベルに切り換え（ステップＳ３３０）、本ルーチンを終了させる。この場合、ＳＤＮ回路１２にパルス（故障信号）が入力しなくなり、かつ第２汎用出力ポート１１２からの入力がＬｏレベルになることで、ＳＤＮ回路１２によりインバータ４０のシャットダウンが解除される。

また、ステップＳ３１０にて否定判断を行った場合（ステップＳ３１０：ＮＯ）、マイコン１１は、カウント値ＣｅがＶ相レグに対応した値Ｃｖに一致するか否かを判定する（ステップＳ３４０）、本実施形態において、値Ｃｖは、“５”および“１０”であり、ステップＳ３１０では、カウント値Ｃｅが“５”または“１０”である場合に肯定判断がなされる。ステップＳ３４０にて肯定判断を行った場合（ステップＳ３４０：ＹＥＳ）、マイコン１１は、Ｖ相レグで異常が発生しているとみなしてＶ相異常フラグをオンすると共に（ステップＳ３５０）、第２汎用出力ポート１１２をＬｏレベルに切り換え（ステップＳ３３０）、本ルーチンを終了させる。

更に、ステップＳ３４０にて否定判断を行った場合（ステップＳ３４０：ＮＯ）、マイコン１１は、カウント値ＣｅがＷ相レグに対応した値Ｃｗに一致するか否かを判定する（ステップＳ３６０）、本実施形態において、値Ｃｗは、“７”および“１４”であり、ステップＳ３６０では、カウント値Ｃｅが“７”または“１４”である場合に肯定判断がなされる。ステップＳ３６０にて肯定判断を行った場合（ステップＳ３６０：ＹＥＳ）、マイコン１１は、Ｗ相レグで異常が発生しているとみなしてＷ相異常フラグをオンすると共に（ステップＳ３７０）、第２汎用出力ポート１１２をＬｏレベルに切り換え（ステップＳ３３０）、本ルーチンを終了させる。そして、ステップＳ３６０に否定判断を行った場合（ステップＳ３６０：ＮＯ）、マイコン１１は、特殊異常フラグをオンし（ステップＳ３８０）、本ルーチンを終了させる。図７のステップＳ１８０、図８のステップＳ２２０，ステップＳ２８０または図９のステップＳ３８０にて特殊異常フラグがオンされた場合、ＥＣＵ１０は、予め定められたフェールセーフ処理を実行する。

上述のような図６、図７および図９のルーチンが実行されることで、Ｕ相レグにおける上アームＴｒ１および／または下アームＴｒ２に関する異常の有無を速やかに精度よく判定することが可能となる。また、図６から図９のルーチンが実行されることで、Ｖ相レグにおける上アームＴｒ３および／または下アームＴｒ４に関する異常の有無と、Ｗ相レグにおける上アームＴｒ５および／または下アームＴｒ６に関する異常の有無とを速やかに精度よく判定することが可能となる。

すなわち、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグのそれぞれにおいて、上アームＴｒ１等についてのフェイル信号の出力時間Ｔ１ｆと下アームＴｒ２等についてのフェイル信号の出力時間Ｔ２ｆとを異ならせることで、フェイル信号線ＦＳＬを介してＥＣＵ１０のマイコン１１（判定部）に伝達される信号（入力信号）の波形に基づいて、上アームＴｒ１等に関する異常、下アームＴｒ２等に関する異常、および上アームＴｒ１等および下アームＴｒ２等の双方に関する異常とを容易かつ精度よく識別することができる。また、故障信号としてのパルスの出力回数をＵ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグごとに異ならせることで、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れにおいて上アームおよび／または下アームに関する異常が発生しているかを精度よく特定することが可能となる。

従って、電動車両１では、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れかにおいて上アームおよび／または下アームに関する異常が発生している場合には、異常判定結果に応じた適切なフェールセーフ処理を実行することができる。また、フェイル信号および故障信号が複数の駆動回路４ｕｕ〜４ｗｌから単一のフェイル信号線ＦＳＬを介してＥＣＵ１０のマイコン１１に伝達されるようにすることで、コストアップや、インバータ４０およびＥＣＵ１０すなわちＰＣＵ４ひいては電動車両１全体の体格の増加を抑制することができる。この結果、コストアップや装置全体の体格の増加を抑制しつつ、インバータ４０のＵ相レグ，Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れにおいて上アームおよび下アームの何れに関する異常が発生したかを速やかに精度よく判定することが可能となる。

なお、上記実施形態において、出力時間Ｔ１ｆ，Ｔ２ｆおよび出力停止時間Ｔ１ｎｆ，Ｔ２ｎｆは、駆動回路４ｕｕ，４ｖｕまたは４ｗｕからのパルス（故障信号）と、駆動回路４ｕｌ，４ｖｌまたは４ｗｌからのパルス（故障信号）とが重畳しないように定められるとよい。ただし、出力時間Ｔ１ｆ，Ｔ２ｆおよび出力停止時間Ｔ１ｎｆ，Ｔ２ｎｆ並びにパルスの出力回数は、上述のような異常判定が実行可能となるのであれば、任意に定めることが可能であり、上述のものには限られない。すなわち、出力時間Ｔ１ｆ，Ｔ２ｆおよび出力停止時間Ｔ１ｎｆ，Ｔ２ｎｆは、例えば、Ｔ１ｆ＞Ｔ２ｆ、かつＴ１ｆ＋Ｔ１ｎｆ−Ｔ２ｆ≠Ｔ２ｎｆ、を満たすように定められてもよい。また、上記実施形態において、所定時間Ｔｐｒｅｆは、図４に示すように、Ｗ相レグのＷ相上アームＴｒ５に関する異常とＷ相下アームＴｒ６に関する異常との双方が発生している場合に、タイマ入力ポート１１０への故障信号としてのパルスの入力開始から入力完了までに要する時間よりも長く定められればよい。更に、出力停止時間Ｔ１ｎｆ，Ｔ２ｎｆの経過後に出力される故障信号をパルスとする代わりに、出力時間Ｔ１ｆまたはＴ２ｆおよび出力停止時間Ｔ１ｎｆまたはＴ２ｎｆを１周期とする信号を故障信号とし、当該故障信号の出力回数をＵ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグごとに異ならせてもよい。また、上記実施形態において、駆動ＩＣ低電圧、過熱、オフ故障、オン故障といった故障状態によって故障信号の出力態様を異ならせてもよい。

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、本開示の発明が適用される車両は、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、プラグイン式の車両であってもよい

以上説明したように、それぞれ上アームＴｒ１，Ｔｒ３またはＴｒ５および下アームＴｒ２，Ｔｒ４またはＴｒ６を含むＵ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグを有するインバータ４０の異常判定装置は、上アームＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５および下アームＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６ごとに設けられて対応する上アームまたは下アームに関する異常をそれぞれ検知する異常検出回路としての駆動回路４ｕｕ，４ｖｕ，４ｗｕ，４ｕｌ，４ｖｌおよび４ｗｌと、判定部としてのＥＣＵ１０とにより構成される。また、各駆動回路４ｕｕ〜４ｗｌは、異常の検知に応じて予め定められた出力時間Ｔ１ｆ，Ｔ２ｆだけフェイル信号を単一のフェイル信号線ＦＳＬに出力すると共に、予め定められた出力停止時間Ｔ１ｎｆ，Ｔ２ｎｆが経過した後に故障信号としてのパルスを予め定められた回数だけ当該フェイル信号線に出力する。更に、ＥＣＵ１０（マイコン１１）は、フェイル信号線ＦＳＬからフェイル信号および故障信号を入力し、出力時間Ｔ１ｆ，Ｔ２ｆと出力停止時間Ｔ１ｎｆ，Ｔ２ｎｆと故障信号の出力回数を示すカウント値Ｃｅとに基づいて、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れにおいて上アームおよび下アームの何れに関する異常が発生したかを判定する（図６〜図９）。そして、出力時間および出力停止時間との少なくとも何れか一方、すなわち出力時間Ｔ１ｆ，Ｔ２ｆは、同一のレグに含まれる上アームと下アームとで異なっており、かつ故障信号の出力回数は、Ｕ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグごとに異なっている。これにより、コストアップや装置全体の体格の増加を抑制しつつ、インバータ４０のＵ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの何れにおいて上アームおよび下アームの何れに関する異常が発生したかを速やかに精度よく判定することが可能となる。

また、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、インバータ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）、４Ｃ ＰＣＵケース、４ｕｕ，４ｖｕ，４ｗｕ，４ｕｌ，４ｖｌ，４ｗｌ 駆動回路、６ 回転角センサ、１０ 電子制御装置（ＥＣＵ）、１１ マイクロコンピュータ（マイコン）、１２ ゲート信号シャットダウン回路（ＳＤＮ回路）、４０ インバータ、４１ 駆動ＩＣ、４２，４４ フォトカプラ、４３ ＭＯＳトランジスタ、４５ 電圧変換モジュール、４６，４７ 平滑コンデンサ、１１０ タイマ入力ポート、１１１ 第１汎用出力ポート、１１２ 第２汎用出力ポート、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６ ダイオード、ＤＷ 駆動輪、ＦＳＬ フェイル信号線、ＭＧ モータジェネレータ、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 (1)

1. それぞれ上アームおよび下アームを含む複数のレグを有するインバータの異常判定装置において、
   前記上アームおよび前記下アームごとに設けられて対応する前記上アームまたは前記下アームに関する異常をそれぞれ検知し、前記異常の検知に応じて予め定められた出力時間だけフェイル信号を単一の信号線に出力すると共に、予め定められた出力停止時間が経過した後に故障信号を予め定められた回数だけ前記単一の信号線に出力する複数の異常検出回路と、
   前記信号線から前記フェイル信号および前記故障信号を入力し、前記出力時間と前記出力停止時間と前記故障信号の出力回数とに基づいて、前記複数のレグの何れにおいて前記上アームおよび前記下アームの何れに関する異常が発生したかを判定する判定部と、
   を備え、
   前記出力時間および前記出力停止時間との少なくとも何れか一方が同一の前記レグに含まれる前記上アームと前記下アームとで異なっており、かつ前記故障信号の出力回数が前記レグごとに異なっていることを特徴とするインバータの異常判定装置。

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