WO2015022800A1 - 制御装置、およびプログラム - Google Patents

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茂 渡部
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富士電機株式会社
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Definitions

  • This invention relates to a drive control technique for an electric motor.
  • An electric motor such as a three-phase AC motor is mounted on the electric vehicle as a power source.
  • the electric vehicle is equipped with a drive device for driving the electric motor and a host controller such as a VCU (Vehicle Control Unit) that communicates with the drive device and controls it.
  • the host controller generates various command values such as a torque command given to the driving device (for example, a value indicating a physical quantity of output torque such as x [Nm]) in accordance with the operation of the driver.
  • the drive device adjusts the AC power applied to the electric motor according to the command value given from the host controller. Thereby, traveling control of the electric vehicle is realized.
  • the host controller acquires various data (for example, data representing the current value such as output torque and rotation speed (number of rotations per unit time)) stored in the memory of the drive device, and based on these data Processing for controlling display of various meters is also executed. Thereby, a driver
  • the first countermeasure is to stop the driving of the electric motor unconditionally.
  • the first countermeasure there is a risk that a serious danger is caused in relation to other vehicles, for example, when a failure occurs while traveling on a highway.
  • the second coping method is a mode in which the vehicle operation is continued even in a failure state, considering that the vehicle is moved to a safe place such as a road shoulder and then stopped.
  • the second coping method has a problem that, when insulation deterioration occurs in a situation where the vehicle is stopped, the vehicle can be started in spite of the risk of electric shock.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in the event of a failure such as insulation degradation in an electric vehicle, it is possible to ensure the safety of the driver regardless of whether the vehicle is traveling or not. It aims at providing the technology to do.
  • the present invention provides a control device that performs operation control of a power conversion device that converts DC power supplied from a DC power source into AC power and supplies the motor to an electric motor in accordance with a command value given from a host controller.
  • the following failure detection means and control means are provided.
  • the failure detection means detects the occurrence of a failure in the electric motor or the power converter.
  • the control means applies a restriction according to the drive state of the motor at the time of the failure to the drive control of the motor by the subsequent power conversion device, triggered by the occurrence of the failure detected by the failure detection means.
  • the control unit is a drive control that maintains the output torque or rotation speed of the motor at that time. Only drive control to stop the motor is allowed. If the control device of the present invention and the power conversion device are combined to form a drive device that drives the electric motor of the electric vehicle, even if a failure occurs in the electric vehicle that is running, the speed that can not be accelerated is maintained. Therefore, it is possible to stop the vehicle after traveling to a safe place.
  • the control means Only drive control that maintains (that is, the stopped state) is allowed. That is, the start of running of the electric vehicle in a state where a failure has occurred is prohibited.
  • an insulation resistance detection circuit that detects an insulation resistance value between the power converter and the housing of the electric motor (for example, an insulation resistance value between the circuit board and the housing). Can be included in the failure detection means, and when the insulation resistance value detected by the insulation resistance detection circuit is less than a predetermined threshold, the failure detection means detects the occurrence of the failure.
  • the technique disclosed to each said prior art document about the specific measurement method of an insulation resistance value, or the specific structure of an insulation resistance detection circuit.
  • a circuit for detecting a failure of the switching element included in the power converter is provided in the failure detection means, and a failure occurs in the drive control of the motor after the failure of the switching element is detected by the circuit.
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the motor is provided in the failure detection means, and when the temperature detected by the temperature sensor exceeds a predetermined threshold value, it is considered that a failure has occurred and drive control of the motor thereafter is performed.
  • the above control may be performed by measuring the temperature of the power converter.
  • the control means when the occurrence of a failure is detected in the electric motor or the power conversion device, the control means performs processing for causing the output device to output a message notifying that the drive control of the subsequent electric motor is restricted.
  • the mode to be executed is conceivable. For example, when a display device such as a liquid crystal display is used as the output device, the message is displayed on the display device, and when a sound emitting device such as a speaker is used as the output device, the message is voiced to the sound emitting device. For example, the output.
  • the drive device that controls the drive of the electric vehicle motor is configured by combining the control device and the power conversion device of such an aspect, whether or not the vehicle is running
  • the drive device that controls the drive of the electric vehicle motor is configured by combining the control device and the power conversion device of such an aspect, whether or not the vehicle is running
  • the present invention provides a program for causing a control unit (for example, a computer such as a CPU (Central Processing Unit)) to execute the following first, second, and third processes.
  • the first process is a process of executing the operation control of the power conversion device that converts the DC power supplied from the DC power source into AC power and supplies the AC power to the motor in accordance with the command value given from the host controller.
  • a 2nd process is a process which detects generation
  • the third process is a process that is executed when a failure is detected in the second process. This third process is a process of adding a restriction according to the drive state of the motor at the time of failure to the drive control of the motor by the subsequent power conversion device.
  • control unit of an existing drive device provided with a sensor for detecting insulation resistance according to the program
  • the control unit can function as the control device of the present invention.
  • a mode in which the program is written and distributed on a computer-readable recording medium such as a CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) or a flash memory, or an electric such as the Internet
  • a mode of distribution by downloading via a communication line is conceivable.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a flow of a safety ensuring process executed by a control circuit 120 of the drive device 10; It is a figure which shows the state transition of the drive state of the electric motor 20 in this embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a drive device 10 including a control device according to an embodiment of the present invention.
  • the drive device 10 is mounted on an electric vehicle and is for performing drive control of an electric motor 20 that is a power source of the electric vehicle.
  • a three-phase AC motor is used as the motor 20.
  • the drive device 10 constitutes an electric motor drive control system together with the electric motor 20, the DC power supply 30 and the output device 40.
  • an upper controller such as a VCU is connected to the driving device 10 via an in-vehicle network.
  • the host controller generates a command value for designating the output torque and rotation speed of the electric motor 20 in accordance with the driver's operation on the vehicle driving operator such as an accelerator plate, and gives it to the driving device 10 via the in-vehicle network. .
  • the drive device 10 adjusts the current value of each phase applied to the electric motor 20 according to the command value provided from the host controller.
  • the DC power supply 30 is a storage battery such as a battery, and supplies DC power to the driving device 10.
  • the output device 40 is, for example, a liquid crystal display, and is provided on the driver seat side of the dashboard of the electric vehicle. Various messages are displayed on the output device 40 under the control of the driving device 10.
  • An example of a message output to the output device 40 is a warning message that informs the driver of the occurrence of a failure and prompts an appropriate response.
  • the configuration of the driving device 10 is roughly divided into a power supply circuit 110 and a control circuit 120.
  • the power supply circuit 110 is connected to the DC power supply 30 and the electric motor 20.
  • the power supply circuit 110 is a power conversion device such as an inverter, and includes a voltage conversion circuit 110a and a current conversion circuit 110b for converting DC power into AC power.
  • the voltage conversion circuit 110a is a chopper circuit, for example, and boosts (or steps down) the voltage of the DC power supplied from the DC power supply 30 under the control of the control circuit 120 and supplies the voltage to the current conversion circuit 110b.
  • the current conversion circuit 110 b converts the DC power supplied from the DC power supply 30 via the voltage conversion circuit 110 a into three-phase AC power under the control of the control circuit 120, and gives it to the electric motor 20.
  • the current conversion circuit 110b includes a plurality of switching elements such as IGBTs. By switching on / off of these switching elements by the control circuit 120, the current value of each phase (each phase of U, V, and W) of the three-phase AC power applied to the electric motor 20 is adjusted.
  • the voltage conversion circuit 110a that performs step-down (or step-up) of the DC power supplied from the DC power supply 30 is used as a component of the power supply circuit 110 (power conversion device). 110a may be provided outside the power converter or may be omitted.
  • the insulation resistance detection circuit 110c detects an insulation resistance value between the power supply circuit 110 and the casing, and supplies data indicating the detection result (hereinafter, insulation resistance value data) to the control circuit 120.
  • insulation resistance value data data indicating the detection result
  • an existing technique for example, a technique disclosed in the above-described prior art document
  • detection of insulation deterioration in the power supply circuit 110 is realized by causing the control circuit 120 to determine whether or not the resistance value represented by the insulation resistance value data is equal to or greater than a predetermined threshold value. That is, the insulation resistance detection circuit 110c and the control circuit 120 serve as a failure detection unit that detects occurrence of a failure in the power conversion device (power supply circuit 110).
  • the control circuit 120 is a control device according to the embodiment of the present invention, and controls the operation of the power conversion device (the power supply circuit 110 in the present embodiment) in accordance with various commands given from a host controller such as a VCU.
  • the control circuit 120 includes a computer such as a CPU (Central Processing Unit) and a RAM (Random).
  • a volatile storage unit such as Access Memory
  • a non-volatile storage unit such as Flash ROM.
  • the non-volatile storage unit stores a control program that causes the CPU to execute processing that clearly shows the features of the present invention.
  • the volatile storage unit is used as a work area when the control program is executed.
  • the CPU of the control circuit 120 reads the control program from the non-volatile storage unit to the volatile storage unit when the drive device 10 is powered on (not shown), and starts executing the control program.
  • the CPU operating according to the control program executes a process of adjusting the current value of each phase applied to the electric motor 20 in accordance with the command value provided from the host controller. For example, the switching element included in the current conversion circuit 110b is switched on / off according to a command value given from the host controller. Further, the CPU operating according to the control program performs a process of determining the presence or absence of a failure (insulation deterioration in the present embodiment) in the power supply circuit 110 based on the insulation resistance value data provided from the insulation resistance detection circuit 110c. Execute. Further, when it is determined that there is a failure, the CPU executes a process for ensuring safety (hereinafter, safety ensuring process).
  • the safety ensuring process causes the output device 40 to output a warning message having different contents depending on the driving state of the electric motor 20 at the time of the failure, and also when the electric motor 20 is not driven (that is, the vehicle is stopped). ) Is a process of limiting the drive control of the electric motor 20 by the subsequent power supply circuit 110 so that the state is maintained.
  • a feature of the present embodiment is that the control circuit 120 executes the safety ensuring process.
  • the safety ensuring process which shows the characteristic of this embodiment notably is demonstrated.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the safety ensuring process of the present embodiment.
  • the control circuit 120 acquires insulation resistance value data from the insulation resistance detection circuit 110c (step S100), and determines whether or not the insulation resistance value represented by the data is equal to or greater than a predetermined threshold value. (Step S110). It should be noted that the specific value of the threshold value may be set to a suitable value by performing experiments as appropriate. When the determination result of step S110 is “Yes”, the control circuit 120 determines that the insulation deterioration has not occurred in the power supply circuit 110, and executes the process of step S100 again.
  • step S110 when the determination result in step S110 is “No” (that is, when insulation deterioration is detected), the control circuit 120 drives the motor 20 (in other words, the vehicle is running). Whether or not) (step S120).
  • the state in which the electric motor 20 is being driven is a state in which the vehicle is traveling (any of the states during acceleration, traveling at a constant speed, and deceleration) as shown in FIG. Corresponding to the state).
  • the state in which the electric motor 20 is not driven (stopped state) refers to a command from the host controller although a voltage is applied to the drive device 10 from the DC power source 30 in a stopped state where the vehicle is not traveling. Is not given to the drive device 10 (“no command” state in FIG. 3).
  • step S120 when the determination result in step S120 is “Yes”, the control circuit 120 causes the output device 40 to display a warning message notifying the occurrence of a minor failure (hereinafter, minor failure) (step S120).
  • minor failure a minor failure
  • step S130 the processing after step S100 is executed again.
  • the user when insulation deterioration is detected while the vehicle is running, the user is notified of the occurrence of a failure (insulation deterioration) by the output of the warning message, but the vehicle can continue to run. For this reason, if a message such as “A failure has occurred. Move the vehicle to a safe place and stop.” Is adopted as the warning message above, the car is moved to a safe place such as a shoulder and stopped.
  • a countermeasure can be performed by the driver of the vehicle.
  • step S120 when the determination result in step S120 is “No” (that is, when the electric motor 20 is in a stopped state), the control circuit 120 causes a serious failure (hereinafter, a serious failure) to occur. A warning message to be notified is displayed on the output device 40, and thereafter, the motor 20 is not driven regardless of the command value given from the host controller (so that the stopped state is maintained or the serious failure state in FIG. 3). Thereafter, operation control of the power supply circuit 110 is performed (so that this serious failure state is maintained) (step S140).
  • step S140 even if the control circuit 120 is given a command value for designating an output torque or rotational speed other than 0 so that the output torque and rotational speed of the electric motor 20 are maintained at 0, For example, the command value is ignored.
  • a failure insulation deterioration
  • running of the vehicle in the state where the failure has occurred is prohibited, resulting in an electric leakage. This can prevent the driver from receiving an electric shock.
  • a warning message when a serious failure occurs, a message such as “A failure has occurred. For safety reasons, please stop driving. Contact your serviceman.” . By displaying such a warning message, it is possible to cause the driver of the vehicle to take measures such as calling a service person.
  • the same value of the insulation resistance (however, a value exceeding a predetermined threshold value) is used when the vehicle is running and when the vehicle is stopped. Even if it is detected, it is determined that the former is a minor failure and the vehicle can continue to travel, while the latter is determined to be a major failure and the start of traveling is prohibited. is there. This is because if the vehicle is running, it is preferable to run the vehicle to a safe place and stop it, while if it is stopped, it is preferable to prohibit running in a state where there is a risk of electric shock.
  • the drive device 10 of the present embodiment is mounted on an electric vehicle and the drive control of the electric motor 20 that is a power source of the electric vehicle is performed by the drive device 10, insulation deterioration in the power supply circuit 110 occurs. In this case, it is possible to ensure the safety of the driver or the like and to make the driver take appropriate measures regardless of whether the vehicle is traveling.
  • the drive control of the electric motor 20 by the power supply circuit 110 thereafter may be limited.
  • the control circuit 120 may be made to execute a process (rewritten to a small value and given to the power supply circuit 110).
  • vehicle driving such as "A failure has occurred. The vehicle is allowed to travel within a range where it can be moved to a safe place, and subsequent acceleration is prohibited.” It is sufficient to output a warning message for notifying that the is added.
  • insulation deterioration occurs in the power supply circuit 110, it is possible to ensure the safety of the driver regardless of whether or not the vehicle is traveling and to make the driver take appropriate measures. Can do.
  • the insulation resistance detection circuit 110c detects the insulation deterioration of the power supply circuit 110, but the insulation resistance detection circuit 110c may detect the insulation deterioration in the electric motor 20.
  • the failure to be detected by the failure detection means is not limited to the deterioration of insulation in the power supply circuit 110 or the electric motor 20.
  • a circuit for detecting a failure of the switching element provided in the current conversion circuit 110b is provided, and if a failure of the switching element is detected by the circuit, a serious failure occurs. If so, the control circuit 120 may make a determination.
  • a temperature sensor that detects the temperature of the drive device 10 (more specifically, the power supply circuit 110) or the electric motor 20 is provided instead of the insulation resistance detection circuit 110c, and the temperature detected by the temperature sensor has a predetermined threshold value.
  • Control for driving the electric motor 20 to the power supply circuit 110 may be executed by the control circuit 120. This is because driving the motor while suppressing the output of the motor in this way is expected to cause the temperature of the motor to be lower than the threshold value and to return to a normal state.
  • the failure detection means may be any means that detects any failure that occurs in the electric motor or power conversion device that is the target of drive control by the power conversion device.
  • a warning message for notifying the degree of the failure that has occurred when the occurrence of the failure is detected by the failure detection means (or a warning message for notifying that further vehicle driving is restricted) ) Is displayed on the output device 40.
  • the output device 40 may be constituted by a sound emitting device including a speaker and its drive circuit, and the warning message may be output as a sound.
  • the output of the warning message may be omitted. good.
  • the drive device 10 is configured by combining the power supply circuit 110 that drives the electric motor 20 and the control circuit 120 that controls the power supply circuit 110.
  • the control circuit 120, the insulation resistance detection circuit 110c, May be provided as a control device of a power conversion device that performs drive control of the electric motor 20.
  • a control device that performs operation control of a power conversion device that converts DC power supplied from a DC power source into AC power and supplies the motor to a motor in accordance with a command value given from a host controller, the motor or power conversion
  • the drive control of the motor by the subsequent power conversion device depends on the drive state of the motor at the time of failure occurrence Any aspect may be used as long as it provides a control device having control means for adding a restriction.

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Abstract

　電気自動車において故障が発生した場合に走行中であるか否かを問わずに運転者等の安全を確保できるようにする。直流電源３０から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機２０へ供給する電源回路１１０における筐体との間の絶縁抵抗値を駆動装置１０の絶縁抵抗検出回路１１０ｃに検出させる。駆動装置１０の制御回路１２０には、絶縁抵抗検出回路１１０ｃにより検出された絶縁抵抗値に基づいて絶縁劣化の有無を判定させ、絶縁劣化有りと判定した場合には電動機２０の駆動状態に応じた警告メッセージを出力装置４０に出力させる。加えて、電動機２０を停止させている状態で絶縁劣化が検出された場合には、その状態が維持されるように電源回路１１０による電動機２０の駆動制御に制限を加える処理を制御回路１２０に実行させる。

Description

制御装置、およびプログラム
　この発明は、電動機の駆動制御技術に関する。
　近年、電気自動車（以下、単に「車両」と呼ぶ場合がある）が急速に普及しつつある。電気自動車には三相交流電動機などの電動機が動力源として搭載されている。また、電気自動車には、電動機を駆動するための駆動装置と、駆動装置と通信しその制御を行うＶＣＵ（Vehicle Control Unit）などの上位コントローラが搭載されている。上位コントローラは、駆動装置に与えるトルク指令等の各種指令値（例えば、ｘ[Ｎｍ]など出力トルクの物理量を示す値）を運転者の操作に応じて生成する。駆動装置は、電動機に与える交流電力を上位コントローラから与えられた指令値に応じて調整する。これにより、電気自動車の走行制御が実現される。また、上位コントローラは、駆動装置のメモリに格納されている各種データ（例えば、出力トルクや回転速度（単位時間当たりの回転数）などの現在値を表すデータ）を取得し、それらデータに基づいて各種メータ類の表示制御を行う処理も実行する。これにより、走行速度等を運転者に把握させることができる。
特開平８－１６００８２号公報 特開２００２－１１２４０１号公報 特開２００２－３２５３０２号公報 特開２００５－１７６４４９号公報 特開２００７－１４７３６４号公報 特開２０１０－１９７０９３号公報
　電気自動車において、電動機や駆動装置の筐体の絶縁劣化が発生すると、運転者等が感電する虞がある。このような漏電に起因する運転者等の感電を防止するために、絶縁劣化等の故障が発生した場合には、以下の２種類の対処の何れかが採用されることが多かった。第１の対処法は、電動機の駆動を無条件に停止させることである。しかし、第１の対処法では、例えば高速道路を走行中に故障が発生した場合など他の車両等との関係で重大な危険を招く虞がある。これに対して第２の対処法は、故障状態であっても車両運転を継続させる態様であり、路肩などの安全な場所まで車両を移動させてから停止させることを考慮したものである。しかし、第２の対処法には、車両を停止させている状況下で絶縁劣化が発生した場合には感電の危険がある状態であるにも拘らず車両の運転を開始できるといった問題がある。
　本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、電気自動車において絶縁劣化等の故障が発生した場合に、走行中であるか否かを問わずに運転者等の安全を確保できるようにする技術を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために本発明は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機へ供給する電力変換装置の作動制御を上位コントローラから与えられる指令値に応じて行う制御装置に以下の故障検知手段と制御手段とを設ける。故障検知手段は、電動機または電力変換装置における故障の発生を検知する。制御手段は、故障検知手段により故障の発生が検知されたことを契機として、以降の電力変換装置による電動機の駆動制御に故障発生時の電動機の駆動状態に応じた制限を加える。
　より具体的には、制御手段は、電動機を駆動させている状況下で故障検知手段により故障の発生が検知された場合には、その時点の電動機の出力トルクまたは回転速度を維持する駆動制御または電動機を停止させる駆動制御のみを許容する。本発明の制御装置と電力変換装置とを組み合わせて電気自動車の電動機を駆動する駆動装置を構成すれば、走行中の電気自動車において故障が発生した場合であっても、加速はできないものの速度を維持したまま走行させることおよび減速させて停止させることは可能であるため、安全な場所まで走行させた後に停止させることができる。これに対して、電動機を駆動させていない状況下（すなわち、車両が停止している状況下）で故障検知手段により故障の発生が検知された場合には、制御手段は、故障発生時の状態（すなわち、停止状態）を維持する駆動制御のみを許容する。つまり、故障が発生した状態での電気自動車の走行開始が禁止される。
　このように、本発明によれば、電気自動車において故障が発生した場合に走行中であるか否かを問わずに運転者等の安全を確保すること（すなわち、走行中の故障発生であれば他の車両との関係での安全確保、停車中の故障発生であれば感電等の危険回避）が可能になる。なお、本発明によれば、上記のような駆動状態の遷移の制限を上位コントローラに行わせる態様に比較し、電動機の駆動状態として故障駆動中や故障停止中などの新たな状態を定義する必要がなく、電気自動車において故障が発生した場合の安全確保をより簡便に実現することができる、といった効果もある。特許文献１～６の各先行技術文献には、電気自動車における絶縁劣化を検出する技術が開示されている。しかし、これら先行技術文献には、絶縁劣化などの故障が発生した場合に、以降の電動機の駆動制御に故障発生時の電動機の駆動状態に応じた制限を加えることは記載も示唆もされていない。つまり、本願発明は、これら先行技術文献に開示の技術とは全く異なる発明である。
　本発明の制御装置の具体的な構成としては、電力変換装置または電動機における筐体との間の絶縁抵抗値（例えば回路基板と筐体との間の絶縁抵抗値）を検出する絶縁抵抗検出回路を故障検知手段に含ませておき、当該絶縁抵抗検出回路により検出された絶縁抵抗値が所定の閾値未満である場合に故障の発生を当該故障検知手段に検知させる態様が考えられる。なお、絶縁抵抗値の具体的な計測方法或いは絶縁抵抗検出回路の具体的な構成については上記各先行技術文献に開示の技術を適用するようにすれば良い。
　また、別の好ましい態様としては、電力変換装置に含まれるスイッチング素子の故障を検出する回路を故障検知手段に設け、当該回路によりスイッチング素子の故障が検知された以降の電動機の駆動制御に故障発生時の駆動状態に応じた制限を加えるようにしても良い。また、電動機の温度を検出する温度センサを故障検知手段に設け、当該温度センサにより検出された温度が所定の閾値以上となった場合には故障が発生したものと見なして以降の電動機の駆動制御に制限を加えるようにしても良い。例えば、上位コントローラから与えられるトルク指令等とは無関係に、電動機の出力トルクや回転数が定格値以下となるように制限を加えるといった具合である。このように電動機の出力を定格値以下に抑えつつ駆動することで、電動機の温度が上記閾値未満となり、正常な状態に復帰することが期待されるからである。なお、電動機の温度を検出するのではなく、電力変換装置の温度を計測して上記制御を行うようにしても良い。
　より好ましい態様としては、電動機または電力変換装置において故障の発生が検出された場合には、以降の電動機の駆動制御に制限が加えられることを報知するメッセージを出力装置に出力させる処理を上記制御手段に実行させる態様が考えられる。例えば出力装置として液晶ディスプレイなどの表示装置を用いる場合には、上記メッセージを当該表示装置に表示させ、出力装置としてスピーカなどの放音装置を用いる場合には、上記メッセージを当該放音装置に音声出力させるといった具合である。このような態様の制御装置と電力変換装置とを組み合わせて電気自動車の電動機の駆動制御を行う駆動装置を構成すれば、電気自動車において故障が発生した場合に走行中であるか否かを問わずに運転者等の安全を確保することが可能になるとともに、故障の発生により車両運転に制限が加えられることを運転者に把握させ、適切な対処を行うことを促すことができる。
　また、上記課題を解決するために本発明は、駆動装置の制御部（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのコンピュータ）に以下の第１、第２および第３の処理を実行させるプログラムを提供する。第１の処理とは、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機へ供給する電力変換装置の作動制御を、上位コントローラから与えられる指令値に応じて実行する処理である。第２の処理とは、電動機または電力変換装置における故障の発生を当該電動機や電力変換装置に設けられたセンサの出力に基づいて検知する処理である。なお、このようなセンサの具体例としては前述した絶縁抵抗検出回路や温度センサが挙げられる。第３の処理は、第２の処理にて故障の発生が検知されたことを契機として実行される処理である。この第３の処理は、以降の電力変換装置による電動機の駆動制御に故障発生時の電動機の駆動状態に応じた制限を加える処理である。
　例えば、絶縁抵抗検出のためのセンサを備えた既存の駆動装置の制御部を上記プログラムにしたがって作動させることで、当該制御部を本発明の制御装置として機能させることが可能になる。なお、上記プログラムの具体的な提供態様としては、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）やフラッシュメモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に上記プログラムを書き込んで配布する態様や、インターネットなどの電気通信回線経由のダウンロードにより配布する態様が考えられる。
本発明の一実施形態の駆動装置１０の構成例を示す図である。 同駆動装置１０の制御回路１２０が実行する安全確保処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態における電動機２０の駆動状態の状態遷移を示す図である。
　以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
（Ａ：構成）
　図１は、本発明の一実施形態の制御装置を含む駆動装置１０の構成例を示すブロック図である。駆動装置１０は、電気自動車に搭載され、当該電気自動車の動力源である電動機２０の駆動制御を行うためのものである。本実施形態では、電動機２０として三相交流電動機が用いられている。駆動装置１０は、電動機２０、直流電源３０および出力装置４０ととともに電動機駆動制御システムを構成する。図１では詳細な図示を省略したが、駆動装置１０には、車載ネットワークを介してＶＣＵなどの上位コントローラが接続される。この上位コントローラは、電動機２０の出力トルクや回転速度を指定する指令値をアクセル板などの車両運転用操作子に対する運転者の操作に応じて生成し、上記車載ネットワークを介して駆動装置１０に与える。駆動装置１０は上位コントローラから与えられる指令値に応じて電動機２０に与える各相の電流値を調整する。
　直流電源３０は、バッテリなどの蓄電池であり、駆動装置１０へ直流電力を供給する。出力装置４０は、例えば液晶ディスプレイであり、上記電気自動車のダッシュボードの運転席側に設けられている。出力装置４０には、駆動装置１０により制御の下、各種メッセージが表示される。出力装置４０に出力されるメッセージの一例としては、故障の発生を運転者に報知し、適切な対応を促す警告メッセージが挙げられる。
　図１に示すように、駆動装置１０の構成は、電源回路１１０と制御回路１２０とに大別される。電源回路１１０は、直流電源３０と電動機２０に接続されている。電源回路１１０は、インバータなどの電力変換装置であり、直流電力を交流電力に変換するための電圧変換回路１１０ａおよび電流変換回路１１０ｂを含んでいる。
　電圧変換回路１１０ａは、例えばチョッパ回路であり、制御回路１２０による制御の下、直流電源３０から供給される直流電力の電圧を昇圧（または降圧）して電流変換回路１１０ｂに与える。電流変換回路１１０ｂは、電圧変換回路１１０ａを介して直流電源３０から供給される直流電力を、制御回路１２０による制御の下、三相交流電力に変換して電動機２０に与える。図１では詳細な図示を省略したが、電流変換回路１１０ｂは、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を複数含んでいる。これらスイッチング素子のオン／オフが制御回路１２０によって切り換えられることで、電動機２０に与える三相交流電力の各相（Ｕ、ＶおよびＷの各相）の電流値が調整される。なお、本実施形態では、直流電源３０から供給される直流電力の降圧（または昇圧）を行う電圧変換回路１１０ａを電源回路１１０（電力変換装置）の構成要素としたが、このような電圧変換回路１１０ａを電力変換装置の外部に設けても良く、また省略しても勿論良い。
　絶縁抵抗検出回路１１０ｃは、電源回路１１０における筐体との間の絶縁抵抗値を検出し、その検出結果を示すデータ（以下、絶縁抵抗値データ）を制御回路１２０に与える。なお、絶縁抵抗検出回路１１０ｃによる絶縁抵抗値の具体的な検出方法については既存技術（例えば、前述した先行技術文献に開示の技術）を適宜用いるようにすれば良い。本実施形態では、上記絶縁抵抗値データの表す抵抗値が所定の閾値以上であるか否かを制御回路１２０に判定させることで、電源回路１１０における絶縁劣化の検出が実現される。つまり、絶縁抵抗検出回路１１０ｃと制御回路１２０は、電力変換装置（電源回路１１０）における故障の発生を検知する故障検知手段の役割を果たす。
　制御回路１２０は、本発明の実施形態の制御装置であり、ＶＣＵなどの上位コントローラから与えられる各種指令に応じて電力変換装置（本実施形態では、電源回路１１０）の作動制御を行う。図１では詳細な図示を省略したが、制御回路１２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などのコンピュータと、ＲＡＭ（Random
Access Memory）などの揮発性記憶部と、フラッシュロムなどの不揮発性記憶部とを含んでいる。不揮発性記憶部には、本発明の特徴を顕著に示す処理を上記ＣＰＵに実行させる制御プログラムが格納されている。また、上記揮発性記憶部は当該制御プログラムを実行する際のワークエリアとして利用される。制御回路１２０のＣＰＵは、駆動装置１０の電源（図示略）投入を契機として上記制御プログラムを不揮発性記憶部から揮発性記憶部へ読み出し、その実行を開始する。
　上記制御プログラムにしたがって作動しているＣＰＵは、上位コントローラから与えられる指令値に応じて電動機２０に与える各相の電流値を調整する処理を実行する。例えば、電流変換回路１１０ｂに含まれるスイッチング素子のオン／オフを上位コントローラから与えられる指令値に応じて切り替えるといった具合である。また、上記制御プログラムにしたがって作動しているＣＰＵは、絶縁抵抗検出回路１１０ｃから与えられる絶縁抵抗値データに基づいて電源回路１１０における故障（本実施形態では、絶縁劣化）の有無を判定する処理を実行する。さらに、故障ありと判定した場合には、上記ＣＰＵは、安全確保のための処理（以下、安全確保処理）を実行する。本実施形態における安全確保処理は、故障発生時の電動機２０の駆動状態に応じて異なる内容の警告メッセージを出力装置４０に出力させるとともに、電動機２０が駆動されていない場合（すなわち、車両が停車状態である場合）には、その状態が維持されるように、以降の電源回路１１０による電動機２０の駆動制御に制限を加える処理である。本実施形態の特徴は上記安全確保処理を制御回路１２０に実行させるようにした点にある。以下、本実施形態の特徴を顕著に示す安全確保処理について説明する。
　図２は、本実施形態の安全確保処理の流れを示すフローチャートである。
　図２に示すように、制御回路１２０は、絶縁抵抗検出回路１１０ｃから絶縁抵抗値データを取得し（ステップＳ１００）、当該データの表す絶縁抵抗値が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。なお、上記閾値の具体的な値については適宜実験を行って好適な値に定めるようにすれば良い。ステップＳ１１０の判定結果が“Ｙｅｓ”である場合には、制御回路１２０は、電源回路１１０における絶縁劣化は発生していないものと判定し、ステップＳ１００の処理を再度実行する。これに対して、ステップＳ１１０の判定結果が“Ｎｏ”である場合（すなわち、絶縁劣化が検出された場合）には、制御回路１２０は、電動機２０の駆動状態（換言すれば、車両が走行中であるか否か）を判定する（ステップＳ１２０）。本実施形態において、電動機２０が駆動されている状態とは、図３に示すように、車両が走行している状態（加速中、速度一定で走行中、および減速中の各状態のうちの何れかの状態）に対応する。同様に、電動機２０が駆動されていない状態（停止状態）とは、車両が走行していない停車状態のうち、駆動装置１０に直流電源３０から電圧が印加されているものの、上位コントローラからの指令が駆動装置１０に与えられていない状態（図３における「指令なし」状態）を言う。
　本実施形態では、制御回路１２０は、ステップＳ１２０の判定結果が“Ｙｅｓ”である場合には、軽度の故障（以下、軽故障）の発生を報知する警告メッセージを出力装置４０に表示させ（ステップＳ１３０）、ステップＳ１００以降の処理を再度実行する。つまり、車両走行中に絶縁劣化が検出された場合には、上記警告メッセージの出力により故障（絶縁劣化）の発生がユーザに報知されるものの、引き続き車両を走行させることはできる。このため、上記警告メッセージとして「故障が発生しました。安全な場所まで車両を移動させて停車させて下さい。」といったメッセージを採用すれば、路肩などの安全な場所まで車を移動させて停車させるといった対処を車両の運転者に行わせることができる。
　これに対して、ステップＳ１２０の判定結果が“Ｎｏ”であった場合（すなわち、電動機２０が停止状態であった場合）には、制御回路１２０は重度の故障（以下、重故障）の発生を報知する警告メッセージを出力装置４０に表示させ、以降、上位コントローラから与えられる指令値の如何によらず電動機２０を駆動しないように（停止状態が維持されるように、或いは図３における重故障状態に遷移させ、以降、この重故障状態が維持されるように）電源回路１１０の作動制御を行う（ステップＳ１４０）。このステップＳ１４０では、制御回路１２０は、電動機２０の出力トルクおよび回転速度が０に維持されるように、０以外の出力トルクまたは回転速度を指定する指令値を上位コントローラから与えられても、当該指令値を無視する、といった具合である。例えば、駆動装置１０の電源を投入し停車中の車両の走行を開始させる際に故障（絶縁劣化）が検出された場合には、故障が発生した状態での車両の走行が禁止され、漏電に起因する運転者の感電を防止することができる。なお、重故障発生時の警告メッセージとしては、「故障が発生しました。安全確保のため、走行開始を見合わせます。サービスマンに連絡して下さい。」などのメッセージを採用するようにすれば良い。このような警告メッセージの表示により、サービスマンを呼ぶなどの対処を車両の運転者に行わせることができる。
　ここで注目すべき点は、本実施形態の駆動装置１０では、車両が走行中である場合と停車中である場合とで、同じ値の絶縁抵抗値（ただし、所定の閾値を上回る値）が検出されたとしても、前者であれば軽故障と判定され走行継続可能である一方、後者であれば重故障と判定され走行開始が禁止されるといった具合に、異なる制御が為されるという点である。これは、車両が走行中であれば安全な場所まで車両を走行させて停止させることが好ましい一方、停車中であれば感電の危険がある状態での走行を禁止することが好ましいからである。
　以上説明したように本実施形態の駆動装置１０を電気自動車に搭載し、その電気自動車の動力源たる電動機２０の駆動制御を駆動装置１０により行うようにすれば、電源回路１１０における絶縁劣化が発生した場合に、走行中であるか否かを問わず、運転者等の安全を確保し、さらに運転者に適切な対処を行わせることができる。なお、上記実施形態では、電動機２０を駆動させている状況下で絶縁劣化が発生した場合には電動機２０の駆動制御に特段の制限を加えなかったが、車両を走行させている状況下（すなわち、電動機２０を駆動させている状況下）で絶縁劣化が発生した場合についても、以降の電源回路１１０による電動機２０の駆動制御に制限を加えるようにしても良い。
　具体的には、車両を走行させている状況下で絶縁劣化が発生した場合には、安全な場所まで車両を移動させることができれば充分であるから、図３にて点線×印で示すように車両を加速させる状態への遷移を禁止し、一定の走行速度で車両を走行させる駆動制御（例えば、故障発生時の電動機２０の出力トルク等を維持する駆動制御）、車両を減速させる駆動制御、および車両を停車させる駆動制御（電動機２０を停止させる駆動制御）のみが許容されるように制限を加えるのである。このようなことは、電動機２０の出力トルクおよび回転速度が故障発生時の値以下になるように、それ以上の値を指定する指令値を上位コントローラから受け取った場合には無視する（或いは、より小さな値に書き換えて電源回路１１０に与える）処理を制御回路１２０に実行させるようにすれば良い。また、このような制限を加える場合には、「故障が発生しました。安全な場所まで移動させる範囲で車両を走行させるため、以降の加速を禁止します。」といった具合に、車両運転に制限が加えられることを報知する警告メッセージを出力させるようにすれば良い。このような態様によっても、電源回路１１０における絶縁劣化が発生した場合に、走行中であるか否かを問わず、運転者等の安全を確保し、さらに運転者に適切な対処を行わせることができる。
（Ｂ：変形）
　以上本発明の実施形態について説明したが、この実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。
（１）上記実施形態では、電源回路１１０の絶縁劣化を絶縁抵抗検出回路１１０ｃにより検出したが、電動機２０における絶縁劣化を絶縁抵抗検出回路１１０ｃにより検出しても良い。
（２）故障検知手段による検出対象の故障は、電源回路１１０或いは電動機２０における絶縁劣化に限定される訳ではない。例えば、絶縁抵抗検出回路１１０ｃに代えて、電流変換回路１１０ｂに設けられているスイッチング素子の故障を検出する回路を設け、当該回路によりスイッチング素子の故障が検出された場合には、重故障が発生したと制御回路１２０に判定させても良い。また、駆動装置１０（より具体的には、電源回路１１０）或いは電動機２０の温度を検出する温度センサを絶縁抵抗検出回路１１０ｃの代わりに設け、当該温度センサにより検出された温度が所定の閾値を上回った場合には、軽故障が発生したものとして、出力トルクまたは回転速度が一定の値（例えば、故障発生時の出力トルク等の現在値や定格値など）以下になるように制限を加えつつ電動機２０を電源回路１１０に駆動させる制御を制御回路１２０に実行させても良い。このように電動機の出力を抑えつつ駆動することで電動機の温度が上記閾値未満となり、正常な状態に復帰することが期待されるからである。要は、故障検知手段は、電力変換装置による駆動制御の対象である電動機または電力変換装置に発生する何らかの故障を検出する手段であれば良い。
（３）上記実施形態では、故障検知手段により故障の発生が検知された場合に、発生した故障の程度を報知する警告メッセージ（或いは、以降の車両運転に制限が加えられることを報知する警告メッセージ）を出力装置４０に表示させた。しかし、出力装置４０をスピーカとその駆動回路からなる放音装置で構成し、上記警告メッセージを音声出力させるようにしても良い。なお、軽故障であるか重故障であるかを問わずに故障発生時の電動機の駆動状態に応じた制限を以降の電動機の駆動制御に加える態様においては、警告メッセージの出力を省略しても良い。
（４）上記実施形態では、電動機２０を駆動する電源回路１１０と、電源回路１１０の制御を行う制御回路１２０とを組み合わせて駆動装置１０を構成したが、制御回路１２０と絶縁抵抗検出回路１１０ｃとを組み合わせた装置を、電動機２０の駆動制御を行う電力変換装置の制御装置として提供しても良い。要は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機へ供給する電力変換装置の作動制御を上位コントローラから与えられる指令値に応じて行う制御装置であって、電動機または電力変換装置における故障の発生を検知する故障検知手段と、故障検知手段により故障の発生が検知されたことを契機として、以降の電力変換装置による電動機の駆動制御に故障発生時の電動機の駆動状態に応じた制限を加える制御手段とを有する制御装置、を提供する態様であれば良い。
　１０…駆動装置、１１０…電源回路、１１０ａ…電圧変換回路、１１０ｂ…電流変換回路、１１０ｃ…絶縁抵抗検出回路、１２０…制御回路、２０…電動機、３０…直流電源、４０…出力装置。

Claims (13)

  1. 　直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機へ供給する電力変換装置の作動制御を上位コントローラから与えられる指令値に応じて行う制御装置において、
    　前記電動機または前記電力変換装置における故障の発生を検知する故障検知手段と、
    　前記故障検知手段により故障の発生が検知されたことを契機として、以降の前記電力変換装置による前記電動機の駆動制御に故障発生時の前記電動機の駆動状態に応じた制限を加える制御手段と、
    　を有することを特徴とする制御装置。
  2. 　前記制御手段は、前記電動機を駆動させている状況下で前記故障検知手段により故障の発生が検知された場合には、その時点の前記電動機の出力トルクまたは回転速度を維持する駆動制御または前記電動機を停止させる駆動制御のみに制限する一方、前記電動機を駆動させていない状況下で前記故障検知手段により故障の発生が検知された場合には、その状態を維持する駆動制御のみに制限することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記故障検知手段は、前記電力変換装置または前記電動機における筐体との間の絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出回路を含み、当該絶縁抵抗検出回路により検出された絶縁抵抗値が所定の閾値未満である場合に故障の発生を検知する請求項１に記載の制御装置。
  4. 　前記故障検知手段は、前記電力変換装置または前記電動機における筐体との間の絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出回路を含み、当該絶縁抵抗検出回路により検出された絶縁抵抗値が所定の閾値未満である場合に故障の発生を検知する請求項２に記載の制御装置。
  5. 　前記制御手段は、前記電動機または前記電力変換装置における故障の発生が検出された場合には、以降の前記電動機の駆動制御に制限が加えられることを報知するメッセージを出力装置に出力させることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  6. 　前記制御手段は、前記電動機または前記電力変換装置における故障の発生が検出された場合には、以降の前記電動機の駆動制御に制限が加えられることを報知するメッセージを出力装置に出力させることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
  7. 　前記制御手段は、前記電動機または前記電力変換装置における故障の発生が検出された場合には、以降の前記電動機の駆動制御に制限が加えられることを報知するメッセージを出力装置に出力させることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
  8. 　前記制御手段は、前記電動機または前記電力変換装置における故障の発生が検出された場合には、以降の前記電動機の駆動制御に制限が加えられることを報知するメッセージを出力装置に出力させることを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
  9. 　前記制御手段は、前記電動機または前記電力変換装置における故障の発生が検出された場合には、故障発生時の前記電動機の駆動状態に応じて故障の程度を判定し、故障の程度に報知するメッセージを出力装置に出力させることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  10. 　前記制御手段は、前記電動機または前記電力変換装置における故障の発生が検出された場合には、故障発生時の前記電動機の駆動状態に応じて故障の程度を判定し、故障の程度に報知するメッセージを出力装置に出力させることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
  11. 　前記制御手段は、前記電動機または前記電力変換装置における故障の発生が検出された場合には、故障発生時の前記電動機の駆動状態に応じて故障の程度を判定し、故障の程度に報知するメッセージを出力装置に出力させることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
  12. 　前記制御手段は、前記電動機または前記電力変換装置における故障の発生が検出された場合には、故障発生時の前記電動機の駆動状態に応じて故障の程度を判定し、故障の程度に報知するメッセージを出力装置に出力させることを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
  13. 　コンピュータに、
    　直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機へ供給する電力変換装置の作動制御を、上位コントローラから与えられる指令値に応じて実行する第１の処理と、
    　前記電動機または前記電力変換装置における故障の発生を検知する第２の処理と、
    　前記第２の処理にて故障の発生が検知されたことを契機として実行される第３の処理であって、以降の前記電力変換装置による前記電動機の駆動制御に故障発生時の前記電動機の駆動状態に応じた制限を加える第３の処理と、
    　を実行させることを特徴とするプログラム。
     
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