(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路の制御装置において前記電力変換回路の異常判定を行う電力変換回路の異常判定装置であって、
前記電力変換回路の電力変換後の出力電圧を検出する出力電圧検出器から出力電圧信号を入力する出力電圧検出部と、
出力電圧指示値に従って前記電力変換回路を制御して前記出力電圧を調整する電力変換制御部を前記電力変換回路の故障検出のために、異常判定のための前記出力電圧指示値により駆動させて、前記電力変換制御部の制御により追従して変化した前記出力電圧検出器からの前記出力電圧信号に従い、前記電力変換回路の時定数より大きい設定時間経過後の定常状態にある前記出力電圧検出器より得られた検出された出力電圧の値が、前記電力変換制御部の出力電圧指示値の電圧値前後の予め設定された範囲から外れた場合に前記電力変換回路を異常と判定する異常判定部と、
を備えた電力変換回路の異常判定装置。
【請求項２】
前記異常判定部が、前記制御装置による負荷への電力供給のための前記電力変換制御部による前記電力変換回路の制御の起動時に異常判定制御を行う請求項１に記載の電力変換回路の異常判定装置。
【請求項３】
前記異常判定部が、前記制御装置による負荷への電力供給のための前記電力変換制御部による前記電力変換回路の制御の終了時に異常判定制御を行う請求項１に記載の電力変換回路の異常判定装置。
【請求項４】
前記異常判定部が、毎回、異常判定のための前記出力電圧指示値を指示して前記電力変換制御部による前記電力変換回路の制御を複数回行い、複数回の判定に従って異常判定を行う請求項１から３までのいずれか１項に記載の電力変換回路の異常判定装置。
【請求項５】
電力変換回路の制御装置において、前記電力変換回路の異常判定を行う電力変換回路の異常判定方法であって、
出力電圧指示値に従って前記電力変換回路を制御して電力変換後の出力電圧を調整する電力変換制御を、前記電力変換回路の故障検出のために、異常判定のための前記出力電圧指示値に従って行い、電力変換制御により追従して変化し前記電力変換回路の時定数より大きい設定時間経過後の定常状態にある検出された前記出力電圧の値が、前記電力変換制御の出力電圧指示値の電圧値前後の予め設定された範囲から外れた場合に前記電力変換回路を異常と判定する、
電力変換回路の異常判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、制御装置により制御される電力変換回路の異常判定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力変換回路の異常判定方法について例えば下記特許文献１，２に見られるようなものがある。
【０００３】
特許文献１では、入力側電圧、入力側電流、出力側電圧、スイッチング素子の操作量等の異常判断用パラメータを有する２つの制御回路によって、２つ制御回路の算出結果の差分が閾値を上回る場合に電源システムを異常と判断する。これによって、電源システムの信頼性低下を抑制している。
【０００４】
特許文献２では、インバータ素子の後段に接続される高周波トランスの出力電圧がさらに後段に接続されている低電圧検出回路によって、低電圧と検出された場合に故障と判断する。これによって、負荷に対して並列接続された電力変換回路の故障を判別している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０８５３３２号公報
【特許文献２】特公昭５８−０５７０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記に想定した場合の他にも電力変換回路に異常が生じる等、電源システムに異常が生じることがある。この場合も電源システムの供給先に電力を適切に供給することができなくなる等の不都合が生じる懸念がある。例えば、出力電流センサが故障もしくはシステム内に有していない場合に、電力が電力の供給先であるバッテリに供給されているかを出力電圧検出部のみから検出を行おうとしても、出力電圧だけでは判断がつかない。このため、バッテリへ適切に電力が供給されているか判断できない。
このような場合に、電源システムに異常が生じた後の対応を適切にとるためには、電源システムに自身の異常の有無を適切に判断することのできる技術を採用することが望まれる。
【０００７】
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、出力電圧から電力変換回路または電力変換回路を含む電源システムの異常の有無を適切に判断することのできる電力変換回路の異常判定装置およびその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、電力変換回路の制御装置において前記電力変換回路の異常判定を行う電力変換回路の異常判定装置であって、前記電力変換回路の電力変換後の出力電圧を検出する出力電圧検出器から出力電圧信号を入力する出力電圧検出部と、出力電圧指示値に従って前記電力変換回路を制御して前記出力電圧を調整する電力変換制御部を前記電力変換回路の故障検出のために、異常判定のための前記出力電圧指示値により駆動させて、前記電力変換制御部の制御により追従して変化した前記出力電圧検出器からの前記出力電圧信号に従い、前記電力変換回路の時定数より大きい設定時間経過後の定常状態にある前記出力電圧検出器より得られた検出された出力電圧の値が、前記電力変換制御部の出力電圧指示値の電圧値前後の予め設定された範囲から外れた場合に前記電力変換回路を異常と判定する異常判定部と、を備えた電力変換回路の異常判定装置等にある。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、出力電圧から電力変換回路または電力変換回路を含む電源システムの異常の有無を適切に判断することのできる電力変換回路の異常判定装置およびその方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の一実施の形態による電力変換回路の異常判定装置を含む電源システムの一例の概略構成を示す図である。
【図２】図１の制御装置のハードウェア構成の一例を概略的に示す図である。
【図３】図１の制御装置におけるこの発明による電力変換回路の異常判定に係る機能ブロック図である。
【図４】この発明による電力変換回路の異常判定装置の動作の一例を示す動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明による電力変換回路の異常判定装置およびその方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の一実施の形態による電力変換回路の異常判定装置を含む電源システムの一例の概略構成を示す図である。図１は車両電源システムの場合の構成であり、第１のバッテリ５(高圧バッテリ)は、車載主機としての回転機(モータジェネレータ)または空調装置の電動式圧縮機等(図１の車載電気負荷３)の電力供給源であり、例えば数百Ｖ以上の設定高電圧を有する蓄電池である。第１のバッテリ５としては例えば、リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池を採用することができる。
【００１３】
第１のバッテリ５は、ＤＣＤＣコンバータ６に接続可能とされている。ＤＣＤＣコンバータ６は概略、一対のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２の直列接続体ともう一対のスイッチング素子ＳＷ２１，ＳＷ２２の直列接続体の並列接続体(フルブリッジ回路)、トランス７、制御装置１、出力電圧検出器４を備えて構成される電力変換装置である。ここで、ＤＣＤＣコンバータ６内の制御装置１と出力電圧検出器４を除く部分が電力変換回路９である。
【００１４】
ＤＣＤＣコンバータ６は第２のバッテリ２(低圧バッテリ)と第２のバッテリ２につながれた車両電気負荷３から要求される電力を適切に供給する。
【００１５】
高電位側のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ２１の入力端子(ドレイン)は、第１のバッテリ５の正極側に接続され、低電位側のスイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ２２の出力端子(ソース)は、第１のバッテリ５の負極側に接続されている。なお、各スイッチング素子の入出力端子間のそれぞれには、フリーホイールダイオード(図示省略)が接続されている。
【００１６】
一対のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２の接続点、及びもう一対のスイッチング素子ＳＷ２１，ＳＷ２２の接続点には、トランス７の１次側コイルの両端がそれぞれ接続されている。
【００１７】
トランス７の２次側コイルの両端には、それぞれのダイオードＤのアノード側が接続され、カソード側は短絡されている(互いに接続されている)。２つのダイオードＤのアノード側はリアクトルＬとコンデンサＣからなる平滑回路８(ＬＣフィルタ)に接続されている。
【００１８】
上記第１のバッテリ５およびＤＣＤＣコンバータ６の１次側は、車載高圧システムを構成し、ＤＣＤＣコンバータ６のケースに接続されたグランドラインＧＬから絶縁されている。これに対し、ＤＣＤＣコンバータ６の２次側はグランドラインＧＬを基準電位として動作する車載低圧システムを構成する。
【００１９】
このため、実施形態では、トランス７の２次側コイルの中点タップがグランドラインＧＬに接続されている。こうした構成によれば、ダイオードは直列接続体のスイッチング素子が同時にオンにならないように高電位側と低電位側のスイッチング素子が交互にスイッチングすることにより、２次側コイルの両端の電圧の１／２の電圧が出力することになる。なお、中点タップとはトランス７の２次側コイルの中央(両端子から等距離にある点である中点)に接続された端子のことである。
【００２０】
平滑回路８の後段には出力電圧検出器４が備えられている。
【００２１】
ＤＣＤＣコンバータ６の一対の出力側は、第２のバッテリ２(低圧バッテリ)、車載電気負荷３等が並列接続で接続されている。第２のバッテリ２は、低圧システムの一部を構成し、第１のバッテリ５の電圧よりも低電圧(例えば１２Ｖ)を出力する蓄電池(例えば鉛蓄電池)である。なお、車載電気負荷３は、例えば、空調装置(より詳しくは、空調装置の送風用のファンや暖房用のヒータ等)、ヘッドライト、更には車載主機としてのエンジン駆動用のアクチュエータ(燃料噴射弁等)を含むものである。
【００２２】
図２には、図１の制御装置１のハードウェア構成の一例を概略的に示す。インタフェース(Ｉ／Ｆ)１０１は、出力電圧検出器４を含む外部装置との信号の入出力制御を行う。プロセッサ１０２はメモリ１０３に格納されたプログラムに従って各種処理を実行する。メモリ１０３は、上述のプログラムと共にさらに各処理で使用するデータ、処理結果等を格納する。表示器１０４は、制御装置１への入出力データ(情報)、処理過程、処理結果等を表示する。そしてこれらのインタフェース(Ｉ／Ｆ)１０１、プロセッサ１０２、メモリ１０３、表示器１０４はバス接続されている。なお異常判定結果等を制御装置１の外部に出力する場合には、表示器１０４は必須のものではない。
【００２３】
制御装置１はこの発明による電力変換回路９の異常判定の他に、通常の負荷への電力供給のための電力変換回路９の制御も行う。図３には図１の制御装置１におけるこの発明による電力変換回路の異常判定に係る機能ブロック図を示した。
【００２４】
図３の出力電圧検出部１１１は、電力変換回路９の電力変換後の出力電圧を検出する出力電圧検出器４から出力電圧信号を入力する。
電力変換制御部１１２は、出力電圧指示に従って電力変換回路９を制御して出力電圧を調整する。
異常判定部１１３は、電力変換回路９の異常判定時に、通常の負荷への電力供給において使用される上述の電力変換制御部１１２を電力変換回路９の故障検出のために駆動させて、出力電圧検出器４より得られた検出された出力電圧が、電力変換制御部１１２の出力電圧指示の電圧から閾値以上外れた場合に電力変換回路９を異常と判定する。
これらの出力電圧検出部１１１、電力変換制御部１１２、異常判定部１１３はメモリ１０３に格納されたプログラムに従ってプロセッサ１０２により実行される。
なおこれらの機能ブロックは図２に示すプロセッサを含むハードウェアで実行される代わりに、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)等のディジタル回路で構成してもよい。
また記憶部１１４は図２のメモリ１０３に相当する。
【００２５】
図４はこの発明による電力変換回路の異常判定装置の動作の一例を示す動作フローチャートである。この動作フローチャートは電力変換回路が負荷への電力供給のための駆動中に行うと、実践の電力変換操作のため精度が低下すると考えられる。このため、この動作フローチャートはＤＣＤＣコンバータ６の起動時または終了時に行うのがよい。ＤＣＤＣコンバータ６の起動時と終了時の両方で行ってもよい。すなわち、制御装置１による負荷３への電力供給のための電力変換制御部１１２による電力変換回路９の制御の起動時または終了時または起動時と終了時の両方で異常判定制御を行うようにする。
起動時に電力変換回路９の故障を判定できれば、負荷への電力供給のための駆動中に故障を判定するよりも被害を抑制できる可能性が高くなる。また終了時に判定できれば故障のまま装置を放置せずに対応することが可能となる。
【００２６】
図４はスタートからエンドまでステップＳ１０１からステップＳ１１１を有する。
図４のステップＳ１０１，Ｓ１０５は出力電圧検出部１１１で実行される。
ステップＳ１０３，Ｓ１０４は電力変換制御部１１２で実行される。
ステップＳ１０２、およびステップＳ１０６からＳ１１１は異常判定部１１３で実行される。
【００２７】
ステップＳ１０１では、出力電圧(低圧バッテリ電圧)を検出する出力電圧検出器４より検出する。
【００２８】
ステップＳ１０２では、異常検出開始のための条件を確認する。出力電圧の高電圧異常が検出されて、電力変換回路９の異常判定処理が実行不可能な状態であるのかを確認するため、ステップＳ１０１で取得した出力電圧と予めメモリ１０３に(以下同様)記憶させておいた閾値γと比較して、出力電圧Ｖoutが設定された閾値γより大きい場合(Ｖout＞γ)は直ちに異常判定処理を終了し、出力電圧Ｖoutが閾値γ以下(Ｖout≦γ)の場合は異常判定処理を継続する。
【００２９】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０１で取得した出力電圧を基に出力電圧指示値を算出する。出力電圧指示値の算出は、取得した出力電圧Ｖoutに予めメモリ１０３に記憶させておいた基準倍率ｋを掛け合わせて(Ｖout×ｋ)算出する。または予め記憶させておいた基準値ｒを用いてもよいし、出力電圧Ｖoutごとに対応した基準値ｒ(ｖ)を定めた２次元マップを予め記憶させておいて利用してもよい。
【００３０】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で算出した出力電圧指示値を用いて、異常判定のための出力電圧制御を行う。出力電圧制御は通常の制御方式を用いる。すなわち、通常、負荷３への電力供給のために使用される電力変換回路９の出力電圧制御を電力変換回路９の故障検出のために駆動させる。通常の制御方式としては例えば出力電圧を指示値としたＰＩＤ(Proportional-Integral-Derivative)制御を制御装置内で演算し、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)方式で電力変換回路９を制御したり、制御装置１内に出力電圧制御ＩＣを設けて、制御してもよい。この発明では上記出力電圧制御を限定せず、種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３１】
ステップＳ１０５では、電力変換回路９の出力電圧(低圧バッテリ電圧)を出力電圧指示値と比較するために、定常状態になっているであろう時間が経過した後、改めて出力電圧(低圧バッテリ電圧)を出力電圧検出器４より検出する。定常状態までの時間は予め記憶させておく。この際、予め記憶させておく定常状態までの時間は少なくとも予め測定または算出した時定数より大きい値を用いる。この時間を設定し、その精度を上げることでより正確に判定でき、誤判定を抑制することが可能となる。
【００３２】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０３で算出した出力電圧指示値とステップＳ１０５で取得した出力電圧を比較し、出力電圧制御で追従しているか否かを判断する。出力電圧制御で追従しているとすると、電力変換回路９に故障等の異常がなく正常状態と判断することができる。
一方、出力電圧制御で追従していないとすると、電力変換回路９に故障等の異常が発生し出力電圧制御ができず、異常状態と判断することができる。
この際、ステップＳ１０３で算出した出力電圧指示値を中央値とした基準倍率±α％以内の値を取得した出力電圧が示している場合を出力電圧が追従しているとして正常判定、それ以外の値を示す場合を出力電圧が追従していないとして異常判定とする。
【００３３】
ステップＳ１０７では、単一の正常判定結果をメモリ１０３に記録する。この単一の正常判定結果はステップＳ１１１の総合正常異常判定で用いる。ここで、総合正常異常判定とは判定の精度を上げるため、複数回の結果から判断することで誤判定を抑制するものである。
【００３４】
ステップＳ１０８では、単一の異常判定結果をメモリ１０３に記録する。この単一の異常判定結果はステップＳ１１１の総合正常異常判定で用いる。
【００３５】
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０３で操作した出力電圧を操作前の出力電圧に戻す。この際、ステップＳ１０２で取得した出力電圧の値を出力電圧指示値に与え、出力電圧制御を行い、出力電圧のリセットを行う。
【００３６】
ステップＳ１１０では、まず検出時間の確認を行う。検出時間は予めステップＳ１０３からステップＳ１１０にかかる基準時間βを記憶させておき、βを超えている場合、次のステップＳ１１１処理に移行する。βを超えていない場合、検出回数の判定に移行する。
【００３７】
検出回数の判定は総合正常異常判定で精度を上げることに起因し、精度を上げたい回数をステップＳ１０３からステップＳ１１０をループさせる。
【００３８】
ステップＳ１１１では、総合正常異常判定を行う。総合正常異常判定では、まずステップＳ１１０で検出時間を超えたものは異常判定を下す。次に、検出時間内に「正常」の判定回数を終えたものは下記の基準で正常異常判定を行う。
ステップＳ１１０で既定回数ε以上正常である判定を受けたものは正常判定とする。上記以外は異常判定を下す。既定回数εは例えば検出回数に一定の倍率をかけたものを利用してもよい。
すなわち、ステップＳ１１０，Ｓ１１１では、１回の検出時間が基準時間βを超えた場合、その時点で「異常」の判定となる。また、１回の検出時間が基準時間βを超えなければ、ステップＳ１０３からステップＳ１１０を繰り返し、検出回数が予め設定された回数で検出終了となる。そして検出回数のうち既定回数ε以上「正常」の判定を受けたものを最終的に「正常判定」とする。
【００３９】
上記のステップＳ１１１の結果をもって電力変換回路の異常判定を終了する。
【００４０】
このように電力変換回路の異常判定方法を用いることにより、電力変換回路ひいては電源システムの異常の有無を適切に判断することができ、起動時や終了時に行えば駆動中よりもスムーズに電源システムの停止動作に繋げることが可能となり、駆動中に発生した場合よりも被害を最小限に抑え、故障したままの状態で装置を放置しなくてよくなる。また、この発明により出力電圧検出器４と出力電圧指示で、安価に電力変換回路の異常判定を実現することが可能となる。
【００４１】
以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  制御装置、２  バッテリ、３  車載電気負荷、４  出力電圧検出器、
５  バッテリ、６  ＤＣＤＣコンバータ、７  トランス、８  平滑回路、
９  電力変換回路、１０１  インタフェース、１０２  プロセッサ、１０３  メモリ、
１０４  表示器、１１１  出力電圧検出部、１１２  電力変換制御部、
１１３  異常判定部、Ｃ  コンデンサ、Ｌ  リアクトル、Ｄ  ダイオード、
ＧＬ  グランドライン。
【要約】
【課題】出力電圧から電力変換回路の異常の有無を適切に判断することのできる電力変換回路の異常判定装置等を提供する。
【解決手段】電力変換回路の制御装置において前記電力変換回路の異常判定を行う電力変換回路の異常判定装置であって、前記電力変換回路の電力変換後の出力電圧を検出する出力電圧検出器から出力電圧信号を入力する出力電圧検出部と、出力電圧指示値に従って前記電力変換回路を制御して前記出力電圧を調整する電力変換制御部を前記電力変換回路の故障検出のために、異常判定のための前記出力電圧指示値により駆動させて、前記出力電圧検出器より得られた検出された出力電圧の値が、前記電力変換制御部の出力電圧指示値の電圧値前後の予め設定された範囲から外れた場合に前記電力変換回路を異常と判定する異常判定部と、を備えた。
【選択図】図４【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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