JP7322493B2 - インバータ装置及びインバータ制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、インバータ装置及びインバータ制御プログラムに関する。

電気自動車に搭載されるモータ駆動用のインバータ装置は、高圧バッテリ（以下「バッテリ」）から供給される直流電圧を平滑する平滑コンデンサを備え、平滑コンデンサには電気自動車の走行中に多くの電荷が蓄積される。この状態で電気自動車が衝突事故などを起こした場合の安全を確保するため、電気自動車には、バッテリとインバータ装置との間の電路を閉塞（オン）又は開放（オフ）するコンタクタと、コンタクタのオンオフ制御を行う放電機構とが設けられている。

放電機構は、コンタクタをオフ状態に制御することによってインバータ装置からバッテリが切り離された状態で、平滑コンデンサに蓄積された電荷（蓄積電荷）を短時間で放電する機構である。放電機構によれば、蓄積電荷の放電が、平滑コンデンサに直列接続された放電抵抗で熱として消費される。ただし、バッテリの放電電流が放電抵抗に流入すると放電抵抗が焼損する虞があるため、蓄積電荷の放電動作は、通常、コンタクタがオンからオフに切り替わった後に行われる。ところが、放電機構などに何らかの不具合が生じた場合には、コンタクタがオンからオフに切り替わらない事象が発生しうる。このため蓄積電荷の放電動作においては、コンタクタがオフされていない状態、すなわちコンタクタのオン状態を検知することで、放電を中止する必要がある。

特許文献１には、蓄積電荷の放電開始後に平滑コンデンサに印加されるコンデンサ電圧が所定の閾値を下回らない場合、すなわちコンデンサ電圧が所定の閾値よりも高い場合、コンタクタがオフされていない状態（コンデンサにバッテリが接続された状態）であることを検知する技術が開示されている。特許文献１に開示される従来技術では、コンデンサ電圧と比較される所定の閾値が、放電抵抗を含む放電回路の部品定数で決定される。

特開２０１３－０３１３２９号公報

しかしながら、特許文献１に開示される従来技術では、放電抵抗の劣化や放電抵抗の開放故障などによって放電回路の部品定数（例えば放電抵抗値など）が変化した場合の対応が考慮されていない。従って、特許文献１に開示される従来技術では、部品定数が変化すると、実際にはコンタクタがオフ状態であるにも拘わらず、コンタクタがオン状態と誤検出されてしまい、蓄積電荷の放電が実施されない虞がある。また、特許文献１に開示される従来技術では、コンタクタのオンオフ状態の検出を、コンデンサ電圧の検出値のみで行っているため、放電抵抗の開放故障が発生した場合、抵抗値の変化量を検出できないため、適切な閾値を決定できない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、平滑コンデンサの放電を適切に実施できるインバータ装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係るインバータ装置は、車両に搭載されるバッテリから供給される電圧をコンタクタ経由で入力して平滑する平滑コンデンサを有し、平滑した電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、前記電圧変換部に印加される前記電圧の値である電圧値を検出する電圧検出部とを備える。インバータ装置は、前記平滑コンデンサの蓄電電荷を放電する抵抗器である放電抵抗と、前記放電抵抗に接続されるスイッチング素子に流れる電流の値である電流値を検出する電流検出部と、前記スイッチング素子を制御して前記蓄電電荷を放電させる放電制御部とを備える。前記放電制御部は、前記コンタクタがオン状態で、かつ、前記スイッチング素子が所定時間オンされたときに検出される前記電圧値及び前記電流値に基づき、前記放電抵抗の値である放電抵抗値を演算する放電抵抗値演算部と、上位装置からの放電指令に基づき前記スイッチング素子がオンされたときに検出される前記電流値と比較される電流閾値を、前記放電抵抗値に基づき補正する電流閾値補正部とを備える。

本発明によれば、平滑コンデンサの放電を適切に実施できる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るインバータ装置１００を備えた車両２００の構成例を示す図 放電制御部６２が有する機能の構成例を示す図 インバータ装置１００の処理動作を説明するためのフローチャート インバータ装置１００の処理動作を説明するためのタイミングチャート 補正される前の電流閾値（初期値）と放電電流を比較した場合におけるコンタクタのオン状態判定を説明するための図 補正された後の電流閾値（初期値）と放電電流を比較した場合におけるコンタクタのオン状態判定を説明するための図 本発明の実施の形態２に係るインバータ装置１００を備えた車両２００の構成例を示す図 図７に示す放電制御部６２が有する機能の構成例を示す図 実施の形態３に係るインバータ装置１００が備える放電制御部６２の機能の構成例を示す図 実施の形態３に係るインバータ装置１００の処理動作を説明するためのフローチャート 実施の形態３に係るインバータ装置１００の処理動作を説明するためのタイミングチャート 実施の形態３に係るインバータ装置１００において放電抵抗値を演算する場合にスイッチング素子６３をオンするタイミングを説明するための第１図 実施の形態３に係るインバータ装置１００において放電抵抗値を演算する場合にスイッチング素子６３をオンするタイミングを説明するための第２図

以下に、本発明の実施の形態に係るインバータ装置及びインバータ制御プログラムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１に係るインバータ装置１００を備えた車両２００の構成例を示す図である。車両２００は、例えばＥＶ（Electric Vehicle）である。

車両２００は、車両２００の走行時の駆動力を発生させる同期回転電機、誘導回転電機などの主電動機（三相交流モータ）であるモータ２０３と、モータ２０３を駆動するための電力を蓄える蓄電池である高圧バッテリ２０１とを備える。また車両２００は、高圧バッテリ２０１からインバータ装置１００に伸びる直流母線（例えば正極側直流母線１）に設けられる開閉器であるコンタクタ２０２と、高圧バッテリ２０１から入力される直流電圧を交流電圧に変換してモータ２０３に印加するインバータ装置１００とを備える。なお車両２００は、ＥＶに限定されず、高圧バッテリ２０１、コンタクタ２０２、インバータ装置１００、及びモータ２０３を備えた自動車であればよく、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車などでもよい。

コンタクタ２０２は、放電制御部６２からの制御信号に応じて、閉塞状態（オン）又は開放状態（オフ）に変化する。コンタクタ２０２がオンのとき、高圧バッテリ２０１がインバータ装置１００と電気的に接続されるため、高圧バッテリ２０１からインバータ装置１００へ直流電流が供給される。コンタクタ２０２がオフのとき、高圧バッテリ２０１とインバータ装置１００との電気的な接続が解除されるため、高圧バッテリ２０１からインバータ装置１００への直流電流の供給が停止される。

インバータ装置１００は、電圧変換部５０、放電制御回路６０、及び制御部７０を備える。放電制御回路６０及び制御部７０はマイクロコンピュータである。

電圧変換部５０は、電源生成部５１、放電抵抗５２、平滑コンデンサ５３及びインバータ回路５４を備える。

電源生成部５１は、直流母線（正極側直流母線１及び負極側直流母線２）に供給される電力を利用して、電圧検出部６１及び放電制御部６２を駆動するための電圧及び電流を生成する電源回路である。

放電抵抗５２は、例えば複数の抵抗器を並列に接続して成る並列抵抗器である。複数の抵抗器の数を調整することで、放電抵抗５２の合成抵抗の値を変更できる。なお放電抵抗５２は並列抵抗器に限定されず、単一の抵抗器で構成されるものでもよい。放電抵抗５２は、平滑コンデンサ５３の蓄積電荷を熱エネルギに変換することによって蓄積電荷を消費させる。放電抵抗５２の一端は、例えば正極側直流母線１に接続される。正極側直流母線１には平滑コンデンサ５３の一端が接続されているため、放電抵抗５２は、正極側直流母線１を介して、平滑コンデンサ５３と電気的に接続される。放電抵抗５２の他端は、スイッチング素子６３に接続される。

スイッチング素子６３は、例えばＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。なお、スイッチング素子６３は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴに限定されず、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などでもよい。

インバータ回路５４は、コンタクタ２０２を介して高圧バッテリ２０１から入力される直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧をモータ２０３に印加する電圧変換回路である。インバータ回路５４は、例えばＩＧＢＴなどのスイッチング素子を複数備え、それぞれのスイッチング素子は、ゲート駆動信号によりスイッチング動作を行う。ゲート駆動信号は、Ｈレベル又はＬレベルの二値をとる矩形波信号である。ゲート駆動信号は、ＥＣＵ７２から出力されるパルス幅変調信号が不図示のドライバによって、スイッチング素子を駆動可能な値の電圧に増幅された信号である。パルス幅変調信号のオンデューティが変化することによって、インバータ回路５４の出力電流（交流電圧）の平均値が変化する。なお、スイッチング素子は、ゲート駆動信号によりスイッチング動作が可能な素子であればよく、ＩＧＢＴに限定されない。

放電制御回路６０は、直流母線に印加される電圧を検出する電圧検出部６１と、放電制御部６２と、放電抵抗５２と直列に接続されるスイッチング素子６３と、スイッチング素子６３に流れる電流を検出するシャント抵抗などである電流検出部６４とを備える。

放電制御部６２は、電圧検出部６１で検出された電圧の値を示す電圧検出情報（Vdc_det）と、電流検出部６４に流れる電流の電流値に対応する電圧情報（Isw_det）と、ＥＣＵ７２からの各種指令とを入力する。放電制御部６２は、これらのデータ及び指令に基づき、コンタクタの動作を制御すると共に、スイッチング素子６３の動作を制御する。各種指令は、コンタクタ２０２をオン状態にさせるオン指令、コンタクタ２０２をオフ状態にさせるオフ指令、放電抵抗５２によって蓄電電荷を放電させるためにスイッチング素子６３をオン状態にさせる放電指令などである。放電指令は例えば不図示の上位装置から入力される。

放電制御部６２は、オフ指令を入力したとき、コンタクタ２０２の状態をオンからオフに変化させる制御信号を出力する。これにより、電圧変換部５０が高圧バッテリ２０１から切り離される。

また放電制御部６２は、オン指令を入力したとき、コンタクタ２０２の状態をオフからオンに変化させる制御信号を出力する。これにより、電圧変換部５０が高圧バッテリ２０１に接続される。

また放電制御部６２は、放電指令を入力したとき、スイッチング素子６３をオフからオンに変化させる制御信号を出力する。スイッチング素子６３が例えばＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである場合、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴのゲートに制御信号が入力されることによって、平滑コンデンサ５３、正極側直流母線１、放電抵抗５２、及びスイッチング素子６３による、電流経路が形成される。これにより、平滑コンデンサ５３の蓄積電荷を放電することができる。

また放電制御部６２は、放電抵抗５２の抵抗値を演算するために、コンタクタ２０２を一時的にオン状態にさせるオン指令を入力したとき、スイッチング素子６３を一時的にオン状態にさせる制御信号を出力する。一時的にオン状態にさせるとは、スイッチング素子６３をオフ状態からオン状態に変化させた後、例えば高圧バッテリ２０１から放電抵抗５２に供給される電流によって放電抵抗５２が破損しない程度の時間、スイッチング素子６３をオンさせた後、再びスイッチング素子６３をオフ状態にさせることである。放電抵抗５２の抵抗値の演算動作や、放電制御部６２の機能の詳細については後述する。

制御部７０は、放電制御部６２とインバータ回路５４を統括的に制御するＥＣＵ７２を備える。ＥＣＵ７２は、低圧バッテリ７１から供給される電力で駆動する。ＥＣＵ７２は、モータ２０３を制御するとき、例えば、電流検出部２０４で検出されたＵ、Ｖ、Ｗ相のそれぞれの電流の内、少なくとも２つの電流（例えばＵ相とＷ相の電流）の値を示す電流検出信号に基づいて、モータ２０３に流れる三相の各電流が目標トルクに応じた目標値となるように、パルス幅変調信号を生成する。パルス幅変調信号は、フォトカプラなどの信号絶縁部２０７を介してインバータ回路５４に入力される。電流検出部２０４は、インバータ回路５４とモータ２０３とを間に設けられる三相交流配線に流れる電流を検出するシャント抵抗などの電流検出手段である。

またＥＣＵ７２は、コンタクタオフ指令、コンタクタオン指令、放電指令を生成して放電制御部６２に入力する。これらの指令は、フォトカプラなどの信号絶縁部２０６を介して放電制御部６２に入力される。

図２は図１に示す放電制御部６２が有する機能の構成例を示す図である。放電制御部６２は、サンプラ１０、サンプラ１１、サンプラ１２、第１サンプリングタイミング生成部１３、スイッチング素子オン信号生成部１４、第２サンプリングタイミング生成部１５、サンプラ１６、電流閾値記憶部１７、電流閾値選択部１８、放電抵抗値演算部１９、放電抵抗値記憶部２０、電流閾値補正部２１、比較部２２及びコンタクタドライバ２３を備える。放電制御部６２が備えるこれらの機能は、インバータ制御プログラムをメモリに格納しておき、このプログラムをプロセッサ（コンピュータ）に実行させることにより、これらの機能が実現される。

サンプラ１０は、第１サンプリングタイミング生成部１３からのサンプリングタイミング信号に基づき、電圧検出部６１からの電圧検出情報（Vdc_det）をＡ／Ｄ変換してサンプリング情報を生成し、放電抵抗値演算部１９に入力する。サンプラ１１は、第１サンプリングタイミング生成部１３からのサンプリングタイミング信号に基づき、電流検出部６４からの電圧情報（Isw_det）をＡ／Ｄ変換してサンプリング情報を生成し、放電抵抗値演算部１９に入力する。サンプラ１０、１１は、後述するステップＳ３における電圧、電流のサンプリングを行う。

サンプラ１２は、第２サンプリングタイミング生成部１５からのサンプリングタイミング信号に基づき、電流検出部６４からの電圧情報（Isw_det）をＡ／Ｄ変換してサンプリング情報を生成し、電流閾値選択部１８に入力する。サンプラ１２は、後述するステップＳ１１における電流サンプルを行う。

第１サンプリングタイミング生成部１３は、コンタクタオン指令を入力して、コンタクタオン指令をトリガにして、電圧、電流のサンプリングを行うためのサンプリングタイミング信号を生成する。当該サンプリングタイミング信号は、後述するステップＳ３における電圧、電流のサンプリングを行うための信号である。

スイッチング素子オン信号生成部１４は、第１サンプリングタイミング生成部１３からのサンプリングタイミング信号、又は放電指令を入力したとき、スイッチング素子オン信号を生成する。第１サンプリングタイミング生成部１３からのサンプリングタイミング信号が入力された場合、後述するステップＳ２の動作が行われる。また放電指令が入力された場合、後述するステップＳ９の動作が行われる。

またスイッチング素子オン信号生成部１４は、比較部２２からのコンタクタ固着検知信号を入力したとき、スイッチング素子オン信号の生成を停止する。コンタクタ固着検知信号は、コンタクタ２０２が固着状態（コンタクタ２０２がオン状態）であることを示す信号である。コンタクタ固着検知信号が入力された場合、後述するステップＳ１７の動作が行われる。

第２サンプリングタイミング生成部１５は、放電指令とスイッチング素子オン信号とを入力して、サンプリングタイミング信号を生成する。

サンプラ１６は、第２サンプリングタイミング生成部１５で生成されたサンプリングタイミング信号に基づき、放電が開始された時点から所定の時間が経過した後に、Isw_detをＡ／Ｄ変換してサンプリング情報を生成する。サンプラ１６は、後述するステップＳ１５における電流サンプルを行う。

電流閾値記憶部１７は、放電開始直後に検出される電流値（後述するステップＳ９～Ｓ１１）のそれぞれに対応する電流閾値を記録している。

電流閾値選択部１８は、サンプラ１２でサンプリングされた電流値（放電開始直後の電流）を入力したとき、電流閾値記憶部１７を参照して、サンプリングされた電流に対応する電流閾値を選択して、選択した電流閾値を電流閾値補正部２１に入力する。このように放電開始直後の電流を対応する電流閾値を選択する理由は、平滑コンデンサ５３の放電開始の蓄電電荷量が異なると、平滑コンデンサ５３の端子電圧が異なり、放電開始直後の電流値が変化するためである。複数の放電開始直後の電流に対応する電流閾値を選択することで、放電開始後の所定タイミングにおける電流閾値の補正（後述するステップＳ１３）を適切に行うことが可能となる。なお「電流閾値」は、コンタクタオン状態を検出するための閾値である。

放電抵抗値演算部１９は、サンプラ１０及びサンプラ１１でサンプリングされた電流及び電圧に基づき、例えば電圧を電流で除すことで、放電抵抗５２の抵抗値（放電抵抗値）を演算する。

放電抵抗値記憶部２０は、放電抵抗値演算部１９で演算された放電抵抗値を示す情報を記憶する。放電抵抗値記憶部２０は、放電抵抗値演算部１９で演算された、時系列的に最新の抵抗値のみを記憶してもよいし、放電抵抗値演算部１９で複数回演算された抵抗値を時系列順に複数記憶してもよい。時系列順に複数記憶することで、例えば、過去に記憶された抵抗値の変化の傾向から、放電抵抗５２の劣化度合いを推定して放電抵抗５２の交換時期を判断するなどの対応も可能となる。

電流閾値補正部２１は、電流閾値選択部１８で選択された電流閾値（初期閾値、あるいは初期電流閾値）を、放電抵抗値に基づき、放電抵抗５２の現在の状態（経年劣化や、並列接続される複数の抵抗器の一部が開放故障しているなど）に応じた適切な電流閾値に補正し、補正後の電流閾値を比較部２２に入力する。具体的には、電流閾値補正部２１は、初期閾値に、下記（１）式で求められる値を乗算することによって、補正後の電流閾値を演算する。

Ｃは、平滑コンデンサ５３のコンデンサ静電容量である。Ｒは健全な抵抗値である。健全な抵抗値とは、放電抵抗５２の出荷時に測定された抵抗値、放電抵抗５２の製造時に満たすべき抵抗値などである。ΔＲは、放電抵抗５２の経年劣化などによって健全な抵抗値から増加した抵抗の値であり、放電抵抗値演算部１９で演算された抵抗値と、健全な抵抗値との差分に等しい。Ｔ_ｓ２は、スイッチング素子６３のオンタイミング（ステップＳ９）を起点として、このオンタイミングから所定時間経過するまでの時間である。Ｔ_ｓ２は、図４に示される時刻ｔ６から時刻ｔ８までの時間に等しい。ｅは自然対数の底を表す。Ｔ_ｓ２は、バッテリ電圧が連続的に印加されても部品の許容最高温度を超えない時間となるように決定される。

比較部２２は、サンプラ１６でサンプリングされたサンプリング情報である電流値と、電流閾値補正部２１で補正された電流閾値とを比較し、電流値が電流閾値以上（電流値≧電流閾値）の場合、コンタクタ２０２が固着状態（コンタクタ２０２がオン状態）であると判定し、スイッチング素子オン信号の出力を中止する信号（コンタクタ固着検知信号）を出力する。これにより、放電制御回路６０や放電抵抗５２などに、高圧バッテリ２０１の放電電流が流入して焼損することを抑制できる。コンタクタドライバ２３は、オフ指令を入力したとき、コンタクタ２０２の状態をオンからオフに変化させる制御信号を出力する。

次に図３～５を用いてインバータ装置１００の動作を説明する。図３はインバータ装置１００の処理動作を説明するためのフローチャートである。図４はインバータ装置１００の処理動作を説明するためのタイミングチャートである。

図３に示される処理動作は、放電抵抗値測定と記憶を実施するフロー（ステップＳ１～Ｓ６）と、放電実施フロー（ステップＳ７以降）とを含む。放電実施フローは、電流閾値補正フローと、コンタクタ固着検出フローとを含む。

例えばＥＣＵ７２がインバータ装置１００を起動するために、コンタクタオン指令を出力すると、図３に示される処理フローが開始される。

コンタクタオン指令が出力された時点から所定の時間Ｔ１が経過するまでステップＳ１の処理が繰り返される（ステップＳ１，Ｎｏ）。

所定の時間Ｔ１が設けられている理由は、コンタクタオン指令が投入された直後は、コンタクタ２０２のチャタリングなどによって、インバータ装置１００に印加される電圧の値とインバータ装置１００に流れる電流の値とが不安定なため、正確な抵抗値（放電抵抗５２の値）を演算することができないためである。

図４に示すように、時刻ｔ１でコンタクタオン指令が投入されると、平滑コンデンサ電圧（平滑コンデンサ５３の両端に印加される電圧）が時間の経過と共に上昇し、その後、一定値となる。所定の時間Ｔ１は、例えは平滑コンデンサ電圧が一定値となるまでの時間を考慮して、予め放電抵抗値演算部１９などに設定されている。

所定の時間Ｔ１が経過したとき（ステップＳ１，Ｙｅｓ）、ステップＳ２の処理が実行され、スイッチング素子６３がオンされる。

スイッチング素子６３がオンされたことで、放電抵抗５２に電流が流れる。このとき電圧検出部６１で検出される電圧がサンプリングされ、さらに電流検出部６４で検出される電流がサンプリングされる（ステップＳ３）。例えば、図４の時刻ｔ３で、これらのサンプリングが行われる。

サンプリングが行われた後、ステップＳ４において、スイッチング素子６３がオフされる。例えば図４の時刻ｔ４でスイッチング素子６３がオフされる。

その後、ステップＳ５において、放電抵抗値が演算され、ステップＳ６において、放電抵抗値が記憶される。

ステップＳ７において、コンタクタオフ指令が入力されるまでステップＳ７の処理が繰り返される（ステップＳ７，Ｎｏ）。

コンタクタオフ指令が入力されたとき（ステップＳ７，Ｙｅｓ）、ステップＳ８の処理が実行される。コンタクタオフ指令が入力されるタイミングは図４において時刻ｔ５で示される。

ステップＳ８において、放電指令が入力されたか否かが判断される。放電指令が入力されるまでステップＳ８の処理が繰り返され（ステップＳ８，Ｎｏ）。

放電指令が入力されたとき（ステップＳ８，Ｙｅｓ）、ステップＳ９において、スイッチング素子６３がオンされる。これにより放電が開始される（ステップＳ１０）。放電が開始されるタイミングは図４において時刻ｔ６で示される。

放電が開始された後、電流のサンプリングが行われ（ステップＳ１１）、サンプリングされた電流の値に基づき、電流閾値が選択される（ステップＳ１２）。そして、ステップＳ１２で選択された電流閾値の補正が行われる（ステップＳ１３）。電流閾値の選択と、電流閾値の補正が行われるタイミングは図４において時刻ｔ７で示される。

ステップＳ１４において、ステップＳ１０の放電が開始された時点から所定の時間Ｔ_ｓ２が経過するまでステップＳ１４の処理が繰り返される（ステップＳ１４，Ｎｏ）。

所定の時間Ｔ_ｓ２が経過したとき（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、電流のサンプリングが行われる（ステップＳ１５）。電流のサンプリングが行われるタイミングは図４において時刻ｔ８で示される。

ステップＳ１６では、ステップＳ１５でサンプリングされた電流値と、ステップＳ１３で補正された電流閾値とが比較される。

電流値が電流閾値未満（電流値＜電流閾値）の場合（ステップＳ１６，Ｎｏ）、平滑コンデンサ５３の電圧が安全電圧未満となるまで放電が継続される（ステップ１８及びステップＳ１９，Ｎｏ）。安全電圧は、車両２００の乗客へ蓄電電荷の影響が及ぶ虞がない値の電圧である。平滑コンデンサ５３の電圧が安全電圧未満となったとき（ステップＳ１９，Ｙｅｓ）、蓄電電荷の放電が停止される（ステップＳ２０）。

電流値が電流閾値以上（電流値≧電流閾値）の場合（ステップＳ１６，Ｙｅｓ）、コンタクタ２０２が固着状態（コンタクタ２０２がオン状態）であると判定され、放電制御回路６０や放電抵抗５２に高圧バッテリ２０１の放電電流が流入して焼損することを抑制するため、蓄電電荷の放電が中止される（ステップＳ１７）。

図５は補正される前の電流閾値（初期値）と放電電流を比較した場合におけるコンタクタ２０２のオン状態判定を説明するための図である。図５の横軸は時間を表し、縦軸は放電電流を表す。

放電電流特性Ａは、放電抵抗が劣化などしていない場合に、スイッチング素子６３がオンされたときに検出される電流の経時的変化を表す。放電電流特性Ａでは、時刻ｔ８で検出される電流が電流閾値（初期値）よりも小さいため、コンタクタ２０２がオフ状態と判定される。

放電電流特性Ｂは、放電電流特性Ａに対し放電開始電圧（平滑コンデンサ電圧）が２倍の条件で放電抵抗５２が劣化（抵抗値が２倍）などしている場合に、スイッチング素子６３がオンされたときに検出される電流の経時的変化を表す。放電抵抗５２が劣化などしている場合、抵抗値が大きくなり、放電時定数が増加する。一方、放電開始電流は放電開始電圧が２倍で抵抗値が２倍のため放電電流特性Ａと同じなる。従って、電流閾値（初期値）も放電電流特性Ａと同じ値が選択される。従って、時定数増加の影響で放電に時間がかかることで、時刻ｔ８で検出される電流が電流閾値（初期値）よりも大きくなり、実際にはコンタクタ２０２がオフ状態であるにも拘わらず、コンタクタ２０２がオン状態と誤判定され得る。その結果、平滑コンデンサ５３の放電が中止され、あるいは放電が実施されずに、車両２００の乗客に蓄電電荷の影響が及ぶ虞がある。

図６は補正された後の電流閾値（初期値）と放電電流を比較した場合におけるコンタクタのオン状態判定を説明するための図である。図６の横軸は時間を表し、縦軸は放電電流を表す。放電電流特性Ａ、Ｂは、図６に示されるものと同じでものである。

本実施の形態に係る放電制御部６２では、放電抵抗５２の状態に応じて、電流閾値が補正されるため、放電抵抗５２が劣化などよって抵抗値が大きくなった場合でも、時刻ｔ８で検出される電流が、補正後の電流閾値（初期値）よりも小さくなり、コンタクタ２０２がオフ状態と正しく判定される。

このように、本実施の形態では、放電抵抗５２が劣化などした場合でも、コンタクタ２０２がオフ状態と判定され、平滑コンデンサ５３の放電が適切に実施される。そのため、速やかに蓄電電荷の放電が行われ、車両２００の乗客に対する安全性が向上する。

なお、実施の形態１では、放電抵抗値演算部１９で演算された放電抵抗値を、放電抵抗値記憶部２０に記憶させて、記憶された放電抵抗値を電流閾値補正部２１が読み出すように構成されているが、放電抵抗値演算部１９で演算された放電抵抗値を電流閾値補正部２１が直接入力するように構成してもよい。

実施の形態２
図７は本発明の実施の形態２に係るインバータ装置１００を備えた車両２００の構成例を示す図である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分について述べる。

図７に示すインバータ装置１００は、実施の形態１のインバータ装置１００の構成要素に加えて、放電抵抗の温度を検出する温度検出部５５を備える。

図８は図７に示す放電制御部６２が有する機能の構成例を示す図である。図７に示す放電制御部６２は、実施の形態１の放電制御部６２の構成要素に加えて、処理中断部３０を備える。

処理中断部３０は、温度検出部５５で検出された温度が所定の温度を超えるとき、スイッチング素子オン信号生成部１４と電流閾値補正部２１に対して、中断指令を入力する。中断指令は、コンタクタ２０２がオン状態で、かつ、スイッチング素子６３が所定時間オンされる処理を、中断するための指令である。所定の温度は、事前の試験などによって得られた温度の値を示すデータであり、例えば、放電抵抗５２の故障率が増加傾向となる温度を基準に設定される。

電流閾値補正部２１は、中断指令を入力したとき、放電抵抗値記憶部２０に記憶された放電抵抗値に基づき、電流閾値を補正する。

急速放電直後の放電抵抗は高温状態のため、高温状態で放電抵抗値の演算処理のためにスイッチング素子６３をオンさせると、放電抵抗５２に過度な熱ストレスがかかり、放電抵抗５２の故障率が増加する。また頻繁にコンタクタ２０２をオンオフ制御した場合も、コンタクタ２０２がオンされる度に、放電抵抗５２に抵抗値測定用の電流が流れるため、同様に放電抵抗５２の故障率が増加する。

実施の形態２に係るインバータ装置１００によれば、放電抵抗５２が高温の場合、放電抵抗値の演算処理（コンタクタがオン状態で、かつ、スイッチング素子が所定時間オンされる処理）が中断されるため、放電抵抗５２に対する過度な熱ストレスを回避できる。従って、放電抵抗値の測定時おける放電抵抗５２の温度上昇が抑制され、放電抵抗５２の熱ストレスが軽減される。その結果、実施の形態１の効果に加えて、放電抵抗５２の故障率の上昇を抑制でき、放電抵抗５２の長寿命化を図ることができると共に、インバータ装置１００の信頼性が向上する。

実施の形態３
図９は実施の形態３に係るインバータ装置１００が備える放電制御部６２の機能の構成例を示す図である。図９に示される放電制御部６２は、図２に示される構成に加えて、オンオフ制御部４０を備える。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分について述べる。

オンオフ制御部４０は、コンタクタ２０２がオフされた状態で、かつ、電源生成部５１から出力される電力で電圧検出部６１が動作可能な期間に検出される電圧値が、第１閾値未満となったとき、スイッチング素子６３をオンさせ、さらに当該電圧値が、第１閾値より低い第２閾値未満となったとき、スイッチング素子６３をオフさせる。

図１０及び図１１を用いて実施の形態３のインバータ装置１００の動作を説明する。図１０は実施の形態３に係るインバータ装置１００の処理動作を説明するためのフローチャートである。図１１は実施の形態３に係るインバータ装置１００の処理動作を説明するためのタイミングチャートである。

インバータ装置１００を起動するためコンタクタオン指令が出力された後に、コンタクタオフ指令が入力されるまで、ステップＳ２１の処理が繰り返される（ステップＳ２１，Ｎｏ）。

コンタクタオフ指令が入力されたとき（ステップＳ２１，Ｙｅｓ）、放電指令が入力されたか否かが判断される（ステップＳ２２）。

放電指令が入力された場合（ステップＳ２２，Ｙｅｓ）、ステップＳ２３～Ｓ３４までの処理フローが実行される。ステップＳ２３～Ｓ３４までの処理フローは、図３に示す放電実施フローと同様のため、説明を割愛する。

放電指令が入力されない場合（ステップＳ２２，Ｎｏ）、ステップＳ４１～Ｓ４８までの処理が実行される。

ステップＳ４１において、検出される電圧値（直流母線電圧に等しい）が第１閾値電圧以下であるか否かが判断される。電圧値が第１閾値電圧以下になるまでステップＳ４１の処理が繰り返される（ステップＳ４１，Ｎｏ）。

なお、第１閾値電圧は、高圧バッテリ２０１の最低電圧未満に設定することが望ましい。コンタクタ２０２が固着している場合（オン状態のとき）には、高圧バッテリ２０１が接続状態のため検出される電圧値が高圧バッテリ２０１の最低電圧未満にならない。従って、検出される電圧値が第１閾値電圧以上に維持され、ステップＳ４２にてスイッチング素子オンが実施されないため、コンタクタ固着状態での放電（ステップＳ４３）を避けることができる。

コンタクタオフ指令が入力され、かつ、平滑コンデンサ５３の電圧値が第１閾値電圧以下となった場合（ステップＳ４１，Ｙｅｓ）、オンオフ制御部４０からの信号によりスイッチング素子６３がオンされる（ステップＳ４２）。

これにより放電が開始される（ステップＳ４３）。さらに、実施の形態３の第１サンプリングタイミング生成部１３は、オンオフ制御部４０の出力するスイッチング素子オン信号を受け、電圧、電流のサンプリングを行うためのサンプリングタイミング信号を生成する。これにより、電圧検出部６１で検出される電圧がサンプリングされ、さらに電流検出部６４で検出される電流がサンプリングされる（ステップＳ４４）。

ステップＳ４５において、実施の形態３のオンオフ制御部４０は、電圧値、すなわち電圧検出情報（Vdc_det）を入力し、直流母線電圧が第２閾値電圧以下であるか否かを判断する。電圧値が第２閾値電圧以下になるまでステップＳ４５の処理が繰り返される（ステップＳ４５，Ｎｏ）。

電圧値が第２閾値電圧以下となった場合（ステップＳ４５，Ｙｅｓ）、オンオフ制御部４０は、スイッチング素子６３がオフにする信号をスイッチング素子オン信号生成部１４に入力する（ステップＳ４６）。

その後、ステップＳ４７、ステップＳ４８において、図３に示すステップＳ５及びステップＳ６の処理と同様に、放電抵抗値の演算と記憶が行われる。

図１１に示すように、コンタクタオフ指令が時刻ｔ１０で入力された場合でも、電圧検出部６１と放電制御部６２には、電源生成部５１からの電源供給が一定時間継続されるための、その間に平滑コンデンサ５３の電圧を計測することができる。そのため図１１に示すように、平滑コンデンサ５３の電圧が第１閾値以下になった時点（時刻ｔ１１）から、第２閾値以下となる時点（時刻ｔ１２）までの間に、スイッチング素子６３がオンにされることで、放電抵抗値を演算するための電流を検出できる。

平滑コンデンサが第１閾値（Ｖ１）に達したタイミングと、第２閾値（Ｖ２）に達したタイミングと、スイッチング素子６３のオン期間（放電期間）Ｔ_ｓ３との関係は、下記（２）式のようになる。そして、Ｖ２、Ｔ_ｓ３が決まると、第１閾値（Ｖ１）は下記（３）式で表すことができる。Ｔ_ｓ３は，電圧または電流の検出遅れ時間のうち、長い方の検出遅れ時間以上となるように決定される。

第２閾値（Ｖ２）は、電源生成部５１が出力を停止する直前の出力電圧より高い値である。（３）式に従い第１閾値を定めることで、電源生成部５１が出力を停止する前に図１０のステップＳ４８の処理を完了することができる。

実施の形態３によれば、コンタクタ２０２がオフの状態でも、コンタクタ２０２がオフされた後に電源生成部５１から供給される電圧を利用することで、実施の形態１と同様に、適切な値の放電抵抗値を演算することができる。

また実施の形態３によれば、コンタクタ２０２がオフの状態のときに、放電抵抗値を演算できるため、放電抵抗測定時おける放電抵抗５２の温度上昇が抑制され、放電抵抗５２の熱ストレスが軽減される。

また実施の形態３によれば、実施の形態２のような温度検出手段が不要になり、インバータ装置１００の構成が簡素化され、信頼性がより一層向上する。

図１２は実施の形態３に係るインバータ装置１００において放電抵抗値を演算する場合にスイッチング素子６３をオンするタイミングを説明するための第１図である。図１３は実施の形態３に係るインバータ装置１００において放電抵抗値を演算する場合にスイッチング素子６３をオンするタイミングを説明するための第２図である。

実施の形態３に係るインバータ装置１００において、放電抵抗値の演算を行う場合、コンタクタオフ指令が入力された直後は、図１３に示すように平滑コンデンサ５３の放電電圧及び放電電流の変化率が大きい。このように、放電電圧及び放電電流の変化率が大きい期間にそれぞれをサンプル放電電圧，を、放電抵抗演算期間とした場合、電圧と電流のサンプルタイミングのずれによって、サンプルの同時性が失われ、放電抵抗値の演算結果に誤差を生じさせる。

これに対して、図１２に示すように、コンタクタオフ指令が入力されてから一定時間経過すると、平滑コンデンサ５３の放電電圧及び放電電流の変化率が比較的穏やかになるため、上記の誤差が低減する。従って、実施の形態３に係るインバータ装置１００において、放電抵抗値の演算を行う場合、コンタクタオフ指令が入力されてから一定時間経過したところで、スイッチング素子６３をオンさせて、放電抵抗値の演算を行うことが望ましい。

また、放電抵抗が健全などきの電流閾値（初期値）「Ｉｔｈ（Ｒ）」を下記（４）式で表し、ΔＲ増加時の閾値「Ｉｔｈ（Ｒ）＋ΔＲ」を下記（５）式で表し、電流閾値の補正値「（Ｉｔｈ（Ｒ）＋ΔＲ）／Ｉｔｈ（Ｒ）」を（６）式で表すると、（４）式（初期値）に（６）式を乗ずることで、放電抵抗健全時の電流閾値を、実際の放電抵抗の値に対応した電流閾値に補正できる。

上記（４）式から（６）式において、Ｉｏは放電電流の値である。ｅは自然対数の底を表す。Ｃは平滑コンデンサ５３のコンデンサ静電容量である。Ｒは健全な抵抗値である。Ｔ_ｓ２は、図１１に示される時刻ｔ１１から電流検出タイミングまでの時間に等しい。ΔＲは、放電抵抗５２の経年劣化などによって健全な抵抗値から増加した抵抗の値であり、放電抵抗値演算部１９で演算された抵抗値と、健全な抵抗値との差分に等しい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ：正極側直流母線
２ ：負極側直流母線
１０ ：サンプラ
１１ ：サンプラ
１２ ：サンプラ
１３ ：第１サンプリングタイミング生成部
１４ ：スイッチング素子オン信号生成部
１５ ：第２サンプリングタイミング生成部
１６ ：サンプラ
１７ ：電流閾値記憶部
１８ ：電流閾値選択部
１９ ：放電抵抗値演算部
２０ ：放電抵抗値記憶部
２１ ：電流閾値補正部
２２ ：比較部
２３ ：コンタクタドライバ
３０ ：処理中断部
４０ ：オンオフ制御部
５０ ：電圧変換部
５１ ：電源生成部
５２ ：放電抵抗
５３ ：平滑コンデンサ
５４ ：インバータ回路
５５ ：温度検出部
６０ ：放電制御回路
６１ ：電圧検出部
６２ ：放電制御部
６３ ：スイッチング素子
６４ ：電流検出部
７０ ：制御部
７１ ：低圧バッテリ
７２ ：ＥＣＵ
１００ ：インバータ装置
２００ ：車両
２０１ ：高圧バッテリ
２０２ ：コンタクタ
２０３ ：モータ
２０４ ：電流検出部
２０６ ：信号絶縁部
２０７ ：信号絶縁部

Claims (6)

1. 車両に搭載されるバッテリから供給される電圧をコンタクタ経由で入力して平滑する平滑コンデンサを有し、平滑した電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、
   前記電圧変換部に印加される前記電圧の値である電圧値を検出する電圧検出部と、
   前記平滑コンデンサの蓄電電荷を放電する抵抗器である放電抵抗と、
   前記放電抵抗に接続されるスイッチング素子に流れる電流の値である電流値を検出する電流検出部と、
   前記スイッチング素子を制御して前記蓄電電荷を放電させる放電制御部と、
   を備え、
   前記放電制御部は、
   前記コンタクタがオン状態で、かつ、前記スイッチング素子が所定時間オンされたときに検出される前記電圧値及び前記電流値に基づき、前記放電抵抗の値である放電抵抗値を演算する放電抵抗値演算部と、
   上位装置からの放電指令に基づき前記スイッチング素子がオンされたときに検出される前記電流値と比較される電流閾値を、前記放電抵抗値に基づき補正する電流閾値補正部と、
   を備えるインバータ装置。
2. 前記放電抵抗の温度を検出する温度検出部と、
   前記放電抵抗値演算部で演算された放電抵抗値を記憶する放電抵抗値記憶部と、
   前記温度が所定の温度を超える場合、前記コンタクタがオン状態で前記スイッチング素子が所定時間オンされる処理を中断する処理中断部と、
   を備え、
   前記電流閾値補正部は、
   前記処理中断部で前記処理が中断されたとき、前記放電抵抗値記憶部に記憶された放電抵抗値に基づき、前記電流閾値を補正する請求項１に記載のインバータ装置。
3. 車両に搭載されるバッテリから供給される電圧をコンタクタ経由で入力して平滑する平滑コンデンサを有し、平滑した電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、
   前記電圧変換部に印加される前記電圧の値である電圧値を検出する電圧検出部と、
   前記平滑コンデンサの蓄電電荷を放電する抵抗器である放電抵抗と、
   前記放電抵抗に接続されるスイッチング素子に流れる電流の値である電流値を検出する電流検出部と、
   前記スイッチング素子を制御して前記蓄電電荷を放電させる放電制御部と、
   前記コンタクタと前記電圧変換部との間に設けられる直流母線に供給される電力を利用して前記電圧検出部を駆動する電源を生成する電源生成部と、
   を備え、
   前記放電制御部は、
   前記コンタクタがオフされ、上位装置からの放電指令が無い状態、かつ、前記電源で動作する前記電圧検出部で検出される電圧値が、第１閾値未満となったとき、前記スイッチング素子をオンさせ、さらに当該電圧値が、前記第１閾値より低い第２閾値未満となったとき、前記スイッチング素子をオフさせるオンオフ制御部と、
   前記スイッチング素子が所定時間オンされたときに検出される前記電圧値及び前記電流値に基づき、前記放電抵抗の値である放電抵抗値を演算し、前記放電指令が有る状態にて前記スイッチング素子がオンされたときに検出される前記電流値と比較される電流閾値を、前記放電抵抗値に基づき補正する電流閾値補正部と、
   を備えるインバータ装置。
4. 前記第２閾値をＶ２とし、健全な前記放電抵抗値をＲとし、前記平滑コンデンサのコンデンサ静電容量をＣとし、前記電圧検出部の検出遅れ時間と前記電流検出部の検出遅れ時間のうち長い方の時間をＴ_ｓ３としたとき、
   前記第１閾値は、下記（１）式で演算される値より高い値とされ、
   前記第２閾値は、前記電源生成部が出力を停止する値より高い値である請求項３に記載のインバータ装置。
   

   
5. 前記電流閾値補正部は、
   前記放電抵抗値演算部で演算された放電抵抗値が健全な値より大きい場合、
   健全な抵抗値をＲとし、増加した抵抗値をΔＲとし、前記平滑コンデンサのコンデンサ静電容量をＣとし、前記スイッチング素子のオンタイミングを起点として当該オンタイミングから所定時間経過するまでの時間をＴ_ｓ２とし、自然対数の底をｅとしたとき、
   前記電流閾値を、前記電流閾値の初期設定値に下記（２）式を乗じた値とする請求項１に記載のインバータ装置。
   

   
6. 車両に搭載されるバッテリから供給される電圧をコンタクタ経由で入力して平滑する平滑コンデンサに印加される電圧の値である電圧値を検出するステップと、
   前記平滑コンデンサの蓄電電荷を放電する抵抗器である放電抵抗に接続されるスイッチング素子に流れる電流の値である電流値を検出するステップと、
   前記コンタクタがオン状態で、かつ、前記スイッチング素子が所定時間オンされたときに検出される前記電圧値及び前記電流値に基づき、前記放電抵抗の値である放電抵抗値を演算するステップと、
   上位装置からの放電指令に基づき前記スイッチング素子がオンされたときに検出される前記電流値と比較される電流閾値を、前記放電抵抗値に基づき補正するステップとを、
   コンピュータに実行させるインバータ制御プログラム。

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