(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、
前記バッテリと並列に接続され、昇圧前電圧を蓄えるコンデンサと、
前記コンデンサに接続されるリアクトルと、前記リアクトルに接続されるスイッチング素子を含み、スイッチング素子のスイッチングにより、昇圧電圧を得る昇圧コンバータと、
前記昇圧電圧を検出する昇圧電圧センサと、
前記リアクトルに流れるリアクトル電流を検出する電流センサと、
前記昇圧前の電圧を検出する昇圧前電圧センサと、
を備え、
前記昇圧前電圧センサで検出した昇圧電圧および前記電流センサで検出したリアクトル電流のフィードバック制御によって昇圧コンバータを制御する昇圧コンバータの制御装置であって、
前記電流センサで検出したリアクトル電流の変動の幅が所定値未満であり、前記昇圧前電圧センサで検出した昇圧前電圧の変動の幅が所定値よりも大きければ、電流センサの故障と判定する、
昇圧コンバータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の昇圧コンバータの制御装置であって、
前記バッテリと前記昇圧コンバータの間に、前記昇圧前電圧が供給される電気負荷が接続され、
前記電流センサの故障判定を行う場合に、前記電気負荷への供給電力を制限する、
昇圧コンバータの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の昇圧コンバータの制御装置であって、
前記昇圧コンバータの制御装置は、前輪駆動用モータジェネレータと、後輪駆動用モータジェネレータを有する車両に搭載され、
前記前輪駆動用モータジェネレータは、前記昇圧電圧の供給を受けて駆動され、
前記後輪駆動用モータジェネレータは、前記電気負荷として、前記昇圧前電圧の供給を受けて駆動され、
前記電流センサの故障判定を行う場合に、前記後輪駆動用モータジェネレータの出力に対する前記前輪駆動用モータジェネレータの出力の比率を高くすることで、前記昇圧前電圧の供給を受ける電気負荷への供給電力を制限する、
昇圧コンバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ電圧を昇圧する昇圧コンバータのリアクトル電流を検出する電流センサの故障判定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気自動車（ＥＶ）や、ハイブリッド車（ＨＶ）などでは、車載バッテリの電力を利用してモータジェネレータを駆動して走行する。ここで、高回転数、高出力のモータジェネレータ駆動においては、電源電圧の高い方が効率がよい。そこで、バッテリ電圧を昇圧コンバータで昇圧し、得られた昇圧電圧を、インバータを介しモータジェネレータに供給する場合が多い。ここで、昇圧電圧は、モータジェネレータの出力トルクに応じて異なる。このため、昇圧コンバータは、昇圧電圧が適切なものとなるようにフィードバック制御される。また、昇圧電圧をより適切に制御するために、昇圧コンバータに含まれるリアクトルに流れるリアクトル電流を計測し、これが目標値になるようにフィードバック制御することも行われている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１１６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リアクトル電流のフィードバック制御が行われる場合には、計測したリアクトル電流が正しいことが要求される。リアクトル電流を計測する電流センサが固着故障（出力が一定値に張り付く故障）を起こすと、昇圧動作の制御性が悪化する。すなわち、リアクトル電流に基づく誤った制御によって回路が制御されることで昇圧電圧が振動し、昇圧電圧の変動により、昇圧電圧に基づく制御によって生成されるリアクトル電流もまた振動する。
【０００５】
本発明は、リアクトル電流を検出する電流センサの固着故障が起こった場合にも、制御における振動発生を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、バッテリと、前記バッテリと並列に接続され、昇圧前電圧を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサに接続されるリアクトルと、前記リアクトルに接続されるスイッチング素子を含み、スイッチング素子のスイッチングにより、昇圧電圧を得る昇圧コンバータと、前記昇圧電圧を検出する昇圧電圧センサと、前記リアクトルに流れるリアクトル電流を検出する電流センサと、前記昇圧前の電圧を検出する昇圧前電圧センサと、を備え、前記昇圧前電圧センサで検出した昇圧電圧および前記電流センサで検出したリアクトル電流のフィードバック制御によって昇圧コンバータを制御する昇圧コンバータの制御装置であって、前記電流センサで検出したリアクトル電流の変動の幅が所定値未満であり、前記昇圧前電圧センサで検出した昇圧前電圧の変動の幅が所定値よりも大きければ、電流センサの故障と判定する。
【０００７】
一形態では、前記バッテリと前記昇圧コンバータの間に、前記昇圧前電圧が供給される電気負荷が接続され、前記電流センサの故障判定を行う場合に、前記電気負荷への供給電力を制限する。
【０００８】
一形態では、前記昇圧コンバータの制御装置は、前輪駆動用モータジェネレータと、後輪駆動用モータジェネレータを有する車両に搭載され、前記前輪駆動用モータジェネレータは、前記昇圧電圧の供給を受けて駆動され、前記後輪駆動用モータジェネレータは、前記電気負荷として、前記昇圧前電圧の供給を受けて駆動され、前記電流センサの故障判定を行う場合に、前記後輪駆動用モータジェネレータの出力に対する前記前輪駆動用モータジェネレータの出力の比率を高くすることで、前記昇圧前電圧の供給を受ける電気負荷への供給電力を制限する。
【発明の効果】
【０００９】
リアクトル電流を検出する電流センサの固着故障が起こった場合にも、昇圧電圧を収束するように昇圧コンバータを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ハイブリッド車の要部構成を示すブロック図である。
【図２】昇圧コンバータの構成を示す図である。
【図３】異常判定の処理についてのフローチャートである。
【図４】リアクトル電流ＩＬの変化状態を示す図である。
【図５】昇圧前電圧ＶＬの変化状態を示す図である。
【図６】リアクトル電流の変動ΔＩＬの変化状態を示す図である。
【図７】昇圧前電圧の変動ΔＶＬの変化状態を示す図である。
【図８】異常カウンタのカウント値の変化状態を示す図である。
【図９】異常判定の処理の他の例についての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、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
図１は、ハイブリッド車の駆動系を示す概略ブロック図である。バッテリ１０の直流出力は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された後、第１インバータ１４および第２インバータ１６に供給される。第１インバータ１４には、発電用の第１ＭＧ（モータジェネレータ）１８が接続されており、第２インバータ１６には駆動用の第２ＭＧ（モータジェネレータ）２０が接続されている。
【００１３】
第１ＭＧ１８および第２ＭＧ２０の出力軸は、動力変換部２２に接続されており、この動力変換部２２にはエンジン２４の出力軸も接続されている。また、動力変換部２２と第２ＭＧ２０を接続する出力軸の回転は駆動出力として車両の駆動軸に伝達されるようになっており、動力変換部２２および／または第２ＭＧ２０の出力が車輪に伝達されてハイブリッド車が走行する。
【００１４】
動力変換部２２は、例えば遊星歯車機構で構成されており、第１ＭＧ１８、第２ＭＧ２０、エンジン２４の間での動力伝達を制御する。エンジン２４は基本的に動力の出力源として使用され、エンジン２４の出力は動力変換部２２を介し、第１ＭＧ１８に伝達される。これによって、エンジン２４の出力により第１ＭＧ１８が発電し、得られた発電電力は、第１インバータ１４、昇圧コンバータ１２を介してバッテリ１０に充電される。また、エンジン２４の出力は、動力変換部２２を介して、駆動軸に伝達され、エンジン２４の出力によって車両が走行する。なお、図１において、電力の伝達系については普通の実線、機械的な動力伝達系については太実線、信号の伝達系（制御系）については破線で示してある。
【００１５】
制御部２６は、アクセル踏み込み量、車速から決定される目標トルクなどに応じて第１、第２インバータ１４，１６や、エンジン２４の駆動を制御して駆動軸への出力を制御する。また、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）に応じて、エンジン２４の駆動、第１インバータ１４のスイッチングを制御して、バッテリ１０の充電を制御する。なお、車両の減速の際には、第２インバータ１６を制御して、第２ＭＧ２０による回生制動を行い、得られた回生電力によりバッテリ１０を充電する。また、第１ＭＧ１８により回生制動を行ってもよい。
【００１６】
ここで、本実施形態においては、バッテリ１０の出力側には、バッテリ１０の出力電圧を平滑するコンデンサ３０が設けられ、このコンデンサ３０の電圧（昇圧前電圧ＶＬ）を計測する昇圧前電圧センサ３２が設けられている。また、昇圧コンバータ１２の出力側には、出力電圧を平滑するコンデンサ３４が設けられ、このコンデンサ３４の電圧、すなわち第１および第２インバータ１４，１６の入力電圧（昇圧電圧ＶＨ）を計測する昇圧電圧センサ３６が設けられている。
【００１７】
昇圧コンバータ１２の入力側には、昇圧前電圧ＶＬの供給を受けて駆動される電気負荷３８が接続されている。この例では、電気負荷３８として、車両の後輪を駆動する第３モータジェネレータ４２が設けられており、この第３モータジェネレータ４２には、第３インバータ４０を介し駆動電流が供給される。なお、この昇圧前電圧ＶＬにより駆動される電気負荷３８としては、エアコンや、車室内に設けられたＡＶ１００Ｖコンセントに接続される機器、車載補機や補機電池に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータなどがある。
【００１８】
図２には、昇圧コンバータ１２の内部構成が示されている。昇圧コンバータ１２は、直列接続された２つのスイッチング素子５０，５２と、スイッチング素子５０，５２の中間点に接続された１つのリアクトル５４から構成されている。各スイッチング素子５０，５２は、ＩＧＢＴなどのトランジスタと、このトランジスタの逆方向電流を流すダイオードとからなっている。
【００１９】
バッテリ１０の正極にリアクトル５４の一端が接続され、リアクトル５４の他端がスイッチング素子５０，５２の中間点に接続されている。スイッチング素子５０は、トランジスタのコレクタが第１および第２インバータ１４，１６の正極母線に接続され、エミッタがスイッチング素子５２のトランジスタのコレクタに接続されている。スイッチング素子５２のトランジスタのエミッタは、バッテリ１０の負極および第１および第２インバータ１４，１６の負極母線に接続されている。
【００２０】
また、リアクトル５４に流れるリアクトル電流ＩＬを計測する電流センサ５６が設けられている。そこで、昇圧前電圧センサ３２、昇圧電圧センサ３６、電流センサ５６で検出した昇圧前電圧ＶＬ、昇圧電圧ＶＨ、リアクトル電流ＩＬが制御部２６に供給される。ここで、電流センサ５６で検出するリアクトル電流ＩＬは、スイッチング素子５２をオフした後のスイッチング素子５０，５２がオフの期間の電流値とするとよい。これによって、スイッチング素子５２のダイオードを介し、コンデンサ３４に充電される電流量を把握することができる。また、スイッチング素子５０がオンの際の電流により、降圧時の電流を検出するとよい。
【００２１】
制御部２６は、上述したように、目標トルクが駆動出力として出力され、また必要な発電電力が得られるように第１および第２インバータ１４，１６およびエンジン２４を制御する。
【００２２】
さらに、制御部２６は、昇圧コンバータ１２のスイッチング素子５０，５２のスイッチングを制御して、昇圧電圧ＶＨが目標値になるように制御する。この制御は、基本的に昇圧電圧センサ３６で検出した昇圧電圧ＶＨが目標値に一致するようにフィードバック制御することで行われる。一方、昇圧電圧ＶＨは、第１および第２インバータ１４，１６に流れる電流量と、上述したリアクトル電流から決定できる。そこで、制御部２６は、昇圧電圧ＶＨについて、上述したフィードバック制御に合わせてリアクトル電流が目標値になるように、制御する。
【００２３】
ここで、電流センサ５６が固着故障すると、ノイズなどの影響で若干振動するがほぼ一定値になる。このような固着故障が発生すると、リアクトル電流によるフィードバック制御によって、昇圧電圧ＶＨが振動することになる。すなわち、昇圧電圧ＶＨは、リアクトル電流を積分した時間でのコンデンサ３４の充電電圧であり、リアクトル電流による制御に比べ応答の遅い制御である。そこで、リアクトル電流に基づく誤った制御によって、昇圧電圧ＶＨの目標値との差が所定以上になった場合に、昇圧電圧ＶＨを目標値に近づける制御が働くため、昇圧電圧ＶＨが振動することになる。ただ、昇圧電圧ＶＨは変動量が所定範囲になるように制御されているため、その変動量は大きくない。
【００２４】
一方、実際のリアクトル電流ＩＲは大きく変動しており、昇圧前電圧ＶＬは、バッテリ１０の内部抵抗による電圧降下分があり、実際のリアクトル電流ＩＲの変動に伴い、昇圧電圧ＶＨに比べ大きく振動する。
【００２５】
昇圧前電圧ＶＬについては、下式が成立する。
ＶＬ＝Ｖ０−Ｒ＊ＩＢ＝Ｖ０−Ｒ＊（Ｉｌｏａｄ＋ＩＲ）
ここで、Ｖ０はバッテリ１０の開放電圧、ＩＢはバッテリ１０の電流、Ｒはバッテリ１０の内部抵抗、ＩＲはリアクトル電流である。
【００２６】
上記式から明らかなように、電気負荷３８への電流Ｉｌｏａｄに変化がなければ、昇圧前電圧ＶＬの変化はリアクトル電流の変化に応じたものになる。一方、電流検出センサ５６が固着故障を起こすと、電流検出センサ５６の出力であるリアクトル電流ＩＲの変化が小さくなる。
【００２７】
制御部２６は、上述のように、リアクトル電流ＩＲが所定値になる制御と、昇圧電圧ＶＨが所定値になるように制御しており、この制御によって、実際のリアクトル電流ＩＲが大きく変化する。
【００２８】
従って、電流センサ５６の検出値であるリアクトル電流ＩＲはほとんど変化がないのに、昇圧前電圧ＶＬは大きく変化する。
【００２９】
そこで、本実施形態では、図３に示すように、まず、リアクトル電流ＩＬの所定時間における変動ΔＩＬがΔＩＬの閾値未満かを判定する（Ｓ１１）。Ｓ１１の判定でＮＯの場合、電流センサ５６に故障はないと判定する（Ｓ１２）。
【００３０】
次に、Ｓ１１の判定でＹＥＳであった場合、昇圧前電圧ＶＬの変動ΔＶＬがΔＶＬの閾値未満かを判定する（Ｓ１３）。この判定でＮＯの場合、電流センサ５６に故障はないと判定する（Ｓ１４）。
【００３１】
一方、Ｓ１３の判定で、ＹＥＳの場合には、電流センサ５６の故障と判定する（Ｓ１５）。
【００３２】
図４には、所定時間（例えば、数１００ｍｓｅｃ）におけるリアクトル電流ＩＬの変化状態が示されている。図３のＳ１１においては、この所定期間内の最大値と、最小値の差の絶対値ΔＩＬ＝｜ＩＬ最大値−ＩＬ最小値｜を閾値と比較する。なお、昇圧時のみや、降圧時のみのリアクトル電流ＩＬを検出の対象として、その所定期間内の変動ΔＩＬを検出することも好適である。
【００３３】
図５は、所定時間（例えば、数１００ｍｓｅｃ）における昇圧前電圧ＶＬの変化状態を示している。昇圧前電圧ＶＬについては、昇圧前電圧センサ３２の出力を連続的に検出すればよい。そして、図３のＳ１３では検出された昇圧前電圧ＶＬの最大値と、最小値の差の絶対値ΔＶＬ＝｜ＶＬ最大値−ＩＬ最小値｜を閾値と比較する。
【００３４】
図６には、電流センサ５６の固着故障時のリアクトル電流ＩＬの状態が示してある。このように、リアクトル電流ＩＬの変動は小さく、ΔＩＬはΔＩＬについての閾値ΔＩＬ閾値より小さくなる。ΔＩＬは各種ノイズによる変動分である。
【００３５】
図７には、電流センサ５６の固着故障時の昇圧前電圧ＶＬの状態が示してある。このように、昇圧前電圧ＶＬの変動は、リアクトル電流に基づくフィードバック制御および昇圧電圧ＶＨに基づくフィードバック制御により、大きく変動することになる。
【００３６】
図８には、制御部２６内に備えられている、異常カウンタ２６ａの状態を示してある。異常カウンタは、ΔＶＬが閾値を超えた状態（時間）についてカウントアップする。そして、図３における、Ｓ１３においては、この異常カウンタ２６ａのカウント値がカウント値についての閾値（カウント値閾値）を超えたときに、異常と判定する。これによって、電流センサ５６の異常でないのにこれを異常と判定してしまう可能性を減少することができる。
【００３７】
このようにして、本実施形態では、リアクトル電流ＩＬの変動ΔＩＬが所定値未満であって、昇圧前電圧の変動ΔＶＬが所定値以上である場合に、異常カウンタを動作させてカウント値が所定以上となった場合に、電流センサ５６を異常と判定する。これによって、瞬間的な異常判定を排除して、確実な異常判定が行える。
【００３８】
＜その他の構成例＞
ここで、図１に示すように、コンデンサ３０には、電気負荷３８が接続されており、この電気負荷３８は昇圧前電圧ＶＬで駆動される。従って、電気負荷３８が存在する。この電気負荷３８には、図１に示すように後輪駆動用の第３モータジェネレータ４２があるが、図２に示すように、エアコンや、車室内に設けられたＡＶ１００Ｖコンセントに接続される機器、車載補機や補機電池に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータなどがある。
【００３９】
そして、これら電気負荷３８は、昇圧前電圧ＶＬにより駆動されるものであり、電気負荷３８に流れる電流Ｉｌｏａｄによって、昇圧前電圧ＶＬが変動する。従って、昇圧前電圧ＶＬの変動ΔＶＬも、電気負荷３８に流れる電流Ｉｌｏａｄの変化によって、変動することになる。
【００４０】
本実施形態では、図３のＳ１３に示すように、昇圧前電圧ＶＬの変動ΔＶＬの大きさによって異常判定を行う。電気負荷３８に流れる電流によって、変動ΔＶＬが変化すると、Ｓ１３の判定が正しく行えない可能性がある。
【００４１】
そこで、Ｓ１３の判定を行う場合には、電気負荷３８への電力供給を制限することが好適である。すなわち、電気負荷３８に流れる電流を、昇圧前電圧ＶＬの変動ΔＶＬが、Ｓ１３の判定に対し影響がでないか、ほとんど問題とならない程度に制限する。
【００４２】
本実施形態では、図９に示すように、故障判定を行う場合には、まず電気負荷３８への供給電力を制限する（Ｓ２１）。これによって、電気負荷３８への電流Ｉｌｏａｄが所定の小さな値になる。そして、この状態で、Ｓ１１の判定を行い、この判定でＹＥＳの場合には、その後Ｓ１３の判定に移る。これによって、電気負荷３８の影響を抑制して、電流センサ５６の異常判定が行える。
【００４３】
ここで、第３モータジェネレータ４２の出力は、車両の駆動力であり、単独で制限するのは適切でない。そこで、第３モータジェネレータ４２の出力を制限する場合には、第２モータジェネレータ２０に第３モータジェネレータ４２の制限分を肩代わりすることが好適である。すなわち、車両に搭載されている駆動用のモータジェネレータである、第２モータジェネレータ２０と、第３モータジェネレータ４２の合計の目標出力における、第２および第３モータジェネレータ２０，４２の出力の比率を変更することで、合計出力を維持しつつ、昇圧前電圧ＶＬの変化を抑制することが可能となる。なお、第１モータジェネレータ１８によっても、駆動力の一部を負担することは可能であり、その場合には第１モータジェネレータ１８の出力も含めてもよい。さらに、エンジン２４の出力も含めて合計の出力を一定に維持しつつ、第３モータジェネレータ４２の出力の比率を下げることも好適である。もちろん、第３モータジェネレータ４２の出力を０とすることが好適である。
【００４４】
なお、第３モータジェネレータ４２は後輪駆動用であり、第３モータジェネレータ４２を駆動する場合には、車両は４輪駆動となり、これを止めることで前輪駆動（ＦＦ）となる。
【００４５】
さらに、第３モータジェネレータ４２には、誘導モータ（ＩＭ）を利用することが好適である。すなわち、第３モータジェネレータ４２は、後輪と連結されており、後輪の回転に基づいて回転する。永久磁石モータ（ＰＭ）を利用した場合、永久磁石の回転に基づき逆起電圧が発生してしまうが、誘導モータであれば、ステータ側の電力供給を行わないことで、逆起電圧は発生しない。このため、第２モータジェネレータ２０と、第３モータジェネレータ４２の出力比率を変更して、第３モータジェネレータ４２の駆動をやめても問題が生じない。
【００４６】
なお、第３モータジェネレータ４２以外の電気負荷３８については、消費電力を制限して、その電流を所定値以下とすることが好適である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  バッテリ、１２  昇圧コンバータ、１４  第１インバータ、１６  第２インバータ、１８  第１モータジェネレータ、２０  第２モータジェネレータ、２２  動力変換部、２４  エンジン、２６  制御部、３０，３４  コンデンサ、３２  昇圧前電圧センサ、３６  昇圧電圧センサ、３８  電気負荷、４０  第３インバータ、４２  第３モータジェネレータ、５０，５２  スイッチング素子、５４  リアクトル、５６  電流センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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