(57)【要約】【課題】  電源装置の駆動回路を流れる駆動電流の異常を高精度に検出する。【解決手段】  電流検出部６０ａは、ＣＰＵの最速演算周期でモータ電流ＭＣＲＴのサンプリングを行なう。電流積算値演算部６２は、モータ電流ＭＣＲＴのサンプリング値をサンプリング期間で積分して電流積算値Ｉｓを算出し、異常判定部６４ａへ出力する。異常判定部６４ａは、電流積算値Ｉｓがしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄよりも大きいか否かを判定し、電流積算値Ｉｓがしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄよりも大きいと判定されると、モータ電流ＭＣＲＴの異常を指示する検出信号ＤＥＴを生成してリレー駆動部６６および報知部６８へ出力する。リレー駆動部６６は、検出信号ＤＥＴを受けると、システムリレーをオフするための信号ＳＥを生成する。報知部６８は、検出信号ＤＥＴを受けると信号ＡＬを生成して電源装置の外部に配された表示手段へ出力する。【選択図】        図４
2006014495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
前記電源から電力の供給を受けて負荷回路を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路に流れる駆動電流の異常を検出する異常電流検出回路とを備え、
前記異常電流検出回路は、前記駆動電流の電流積算値が所定のしきい値を越えたことを検出して前記駆動電流の異常を判定する、電源装置。
【請求項２】
開閉動作により前記電源と前記駆動回路とを電気的に結合／分離する開閉器をさらに備え、
前記異常電流検出回路は、前記駆動電流の異常を検出したときに前記電源と前記駆動回路とを電気的に分離するように前記開閉動作を制御する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記異常電流検出回路は、
前記駆動電流を所定の演算周期でサンプリングする電流検出手段と、
前記サンプリングした駆動電流を前記サンプリングに要した複数個の前記所定の演算周期で積分して前記駆動電流の電流積算値を演算する電流積算値演算手段と、
前記駆動電流の電流積算値が前記所定のしきい値を越えたか否かを判定し、前記駆動電流の電流積算値が前記所定のしきい値を越えたことを検出して前記駆動電流の異常を判定する異常判定手段とを含む、請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記所定の演算周期は、前記異常電流検出回路が演算処理可能な最速演算周期を含む、請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記所定のしきい値は、前記駆動回路が破壊されるときの前記駆動電流の電流積算値よりも低いとする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記負荷回路は、交流モータを含み、
前記異常電流検出回路は、
前記交流モータの制御モードを判定するモード判定手段をさらに含み、
前記モード判定手段は、前記駆動電流が正常時の動作範囲を越えて流れた時点における前記交流モータの制御モードを判定し、
前記異常判定手段は、前記所定のしきい値を前記判定された制御モードに好適なしきい値に調整し、前記駆動電流の電流積算値が前記好適なしきい値を越えたか否かを判定し、前記駆動電流の電流積算値が前記好適なしきい値を越えたことを検出して前記駆動電流の異常を判定する、請求項１から５のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記モード判定手段は、キャリア周波数が異なる制御モードを判定する、請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記異常判定手段は、前記判定された制御モードのキャリア周波数に応じて前記しきい値を調整する、請求項７に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源装置に関し、特に、電源装置に搭載された駆動回路に流れる電流の異常を検出する機能を備えた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。
【０００３】
また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
ここで、ハイブリッド自動車および電気自動車に搭載される直流電源としては、高出力を得るために高電圧のものが一般に用いられる。高電圧の直流電源を用いた場合、過負荷時において、過熱による電動機の焼き付きや焼損などが生じる危険がある。また、漏電時には感電の危険がある。このため、これらの危険を回避できるような安全装置が求められる（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
図１１は、特許文献１に記載される電気自動車用安全装置の構成を示すブロック図である。
【０００６】
図１１を参照して、電気自動車用安全装置は、直流電源１１０から負荷回路１３０への給電路Ｌに開閉器１５０を設け、保護回路１４０からドライブ回路１５１に入力される外部信号に応じて開閉器１５０を開閉動作するように構成される。
【０００７】
より具体的には、保護回路１４０において、給電路Ｌを通過する電流が電流検出器１４１により検出される。電流検出器１４１の出力は、電流検出回路１４２で増幅されて制御回路１４３に入力される。制御回路１４３は、検出された電流値が負荷回路１３０の定格電流を越えた時点から所定の動作時間が経過した後に検出電流値が定格電流以下になっていなければ、出力リレー回路１４４を駆動し、ドライブ回路１５１を介して開閉器１５０の接点ｒをオフにする。
【０００８】
なお、このときの動作時間は、電流検出器１４１での検出電流値が定格電流を越えた時点から時限され、この時間が経過した後にも定格電流以下になっていないときに開閉器１５０を遮断するように設定される時間である。また、動作時間は、たとえば電流値が大きくなるほど反比例的に短くなるように、通過電流の大きさに応じて設定される。さらに、動作時間の時限中に検出電流が定格電流以下になれば開閉器１５０の遮断は行なわず、次に定格電流を越えた時点から改めて時限動作が行なわれる。
【特許文献１】特開平７−１２３５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１１に示す電気自動車用安全装置においては、通過電流が定格電流以上になったことが検出されると、検出時点から所定の動作時間が経過するまでに上記定格電流よりも小さくなっていなければ負荷回路１３０への給電が遮断されるので、過電流に対する保護が可能となる。
【００１０】
また、動作時間が経過するまでは負荷回路１３０への給電が継続することから、負荷回路１３０が一時的に過負荷になったとしても負荷回路１３０への給電が直ちに遮断されることがないので、異常がないときに保護回路１４０が作動して給電が遮断されるという不都合が回避される。
【００１１】
しかしながら、図１１における異常判定方法においては、定格電流と通過電流の大きさにより一義的に決まる動作時間とに基づいて通過電流の異常の有無を判定することから、以下に述べる点において、その異常検出精度に問題が生じる。
【００１２】
詳細には、図１１の負荷回路１３０として、たとえばインバータおよび交流モータが設けられているときには、通過電流は、正常動作時において正弦波の電流波形を示す一方、インバータの制御に異常が生じたときなどは、本来の正弦波とは程遠い電流波形となる。
【００１３】
異常時の通過電流としては、たとえば、一時的に定格電流を大きく越えて流れる電流波形や正弦波の上限レベル付近を前後して継続的に流れる電流波形のパターンが挙げられる。定格電流を上回る大電流がインバータに流れた場合には、その通過電流の大きさと流れる時間とに応じてインバータに一時的に大きな負荷がかかることから、インバータが破壊されるおそれがある。一方、正弦波の上限レベル付近を前後して継続的に通過電流が流れた場合については、インバータに正常時の最大レベルの負荷が連続してかかることから、やはりインバータを破壊してしまうこととなる。したがって、インバータの破壊を防ぐためには、正常動作時では有り得ない電流波形については、確実に異常と判定することが求められる。
【００１４】
そこで、上記の異常検出方法によれば、一時的に定格電流を大きく越えて流れる異常電流に対しては、その流れる期間が所定の動作時間を上回れば異常と判定する。
【００１５】
一方、正弦波の上限レベル付近を前後して継続して流れる異常電流に対しては、異常判定の基準となるしきい値を定格電流から正弦波の上限レベルに下げて設定する必要がある。しかしながら、上記しきい値を正弦波の上限レベルとしたとすれば、動作時間の時限中に通過電流がしきい値以下となれば時限動作を初期化して、次にしきい値を越えた時点から改めて時限動作をすることから、正弦波の上限レベル付近を前後して流れる異常電流を正確に捉えることが困難である。すなわち、動作時間の設定によって、動作時間が相対的に短ければ、本来インバータへの負荷が小さい正弦波の上限レベルを一時的に越える通過電流であっても異常と判定される場合が起こり得る。一方、動作時間が相対的に長ければ、インバータへの負荷が大きい、正弦波の上限レベルを前後しながら継続的に流れる通過電流が、時限動作が初期化されることによって異常と判定されない場合が起こり得る。このように、上記の異常判定方法によれば、インバータにとって好ましくない異常電流のパターンと異常判定結果とが必ずしも整合しないという問題がある。
【００１６】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、負荷を駆動する駆動回路を流れる電流の異常を高精度に検出可能な電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明によれば、電源装置は、電源と、電源から電力の供給を受けて負荷回路を駆動する駆動回路と、駆動回路に流れる駆動電流の異常を検出する異常電流検出回路とを備える。異常電流検出回路は、駆動電流の電流積算値が所定のしきい値を越えたことを検出して駆動電流の異常を判定する。
【００１８】
好ましくは、電源装置は、開閉動作により電源と駆動回路とを電気的に結合／分離する開閉器をさらに備える。異常電流検出回路は、駆動電流の異常を検出したときに電源と駆動回路とを電気的に分離するように開閉動作を制御する。
【００１９】
好ましくは、異常電流検出回路は、駆動電流を所定の演算周期でサンプリングする電流検出手段と、サンプリングした駆動電流をサンプリングに要した複数個の所定の演算周期で積分して駆動電流の電流積算値を演算する電流積算値演算手段と、駆動電流の電流積算値が所定のしきい値を越えたか否かを判定し、駆動電流の電流積算値が所定のしきい値を越えたことを検出して駆動電流の異常を判定する異常判定手段とを含む。
【００２０】
好ましくは、所定の演算周期は、異常電流検出回路が演算処理可能な最速演算周期を含む。
【００２１】
好ましくは、所定のしきい値は、駆動回路が破壊されるときの駆動電流の電流積算値よりも低いとする。
【００２２】
好ましくは、負荷回路は、交流モータを含み、異常電流検出回路は、交流モータの制御モードを判定するモード判定手段をさらに含む。モード判定手段は、駆動電流が正常時の動作範囲を越えて流れた時点における交流モータの制御モードを判定する。異常判定手段は、所定のしきい値を判定された制御モードに好適なしきい値に調整し、駆動電流の電流積算値が好適なしきい値を越えたか否かを判定し、駆動電流の電流積算値が好適なしきい値を越えたことを検出して駆動電流の異常を判定する。
【００２３】
好ましくは、モード判定手段は、キャリア周波数が異なる制御モードを判定する。
【００２４】
好ましくは、異常判定手段は、判定された制御モードのキャリア周波数に応じてしきい値を調整する。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、駆動電流の電流積算値が所定のしきい値を超えたことを検出して異常を判定することから、単一の動作時間における通過電流の様相によって異常を判定する従来の異常判定方法に対して、駆動回路に過負荷となる異常電流をより高精度に検出することができる。
【００２６】
また、駆動電流の異常を判定する所定のしきい値は、異常発生時に駆動回路にかかる負荷に基づいて設定されることから、異常電流の波形によらず駆動回路を確実に保護することができる。
【００２７】
さらに、交流モータの制御モードに応じて所定のしきい値を調整することにより、異常電流の波形によらず精緻に異常を判定することができ、駆動回路の保護をより厚くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２９】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電源装置の概略ブロック図である。
【００３０】
図１を参照して、電源装置は、直流電源Ｂと、電圧センサ１０と、インバータ１２と、電流センサ２０と、レゾルバ３０と、制御装置４０とを備える。
【００３１】
交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、交流モータＭ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえばエンジンを始動し得るようなモータである。
【００３２】
インバータ１２は、Ｕ相アーム１４と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１８とからなる。Ｕ相アーム１４、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１８は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
【００３３】
Ｕ相アーム１４は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２からなる。Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４からなる。Ｗ相アーム１８は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６からなる。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ接続されている。
【００３４】
各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通に接続されて構成される。Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点にそれぞれ接続されている。
【００３５】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池からなる。電圧センサ１０は、直流電源Ｂから出力される電圧Ｖｍを検出し、検出した電圧Ｖｍを制御装置４０へ出力する。
【００３６】
システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置４０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。
【００３７】
インバータ１２は、直流電源Ｂから直流電圧が供給されると、制御装置４０からの駆動信号ＤＲＶに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。
【００３８】
また、インバータ１２は、電源装置が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置４０からの信号ＤＲＶに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧を直流電源Ｂへ供給する。
【００３９】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。
【００４０】
電流センサ２０は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置４０へ出力する。
【００４１】
レゾルバ３０は、交流モータＭ１の回転軸に取り付けられており、交流モータＭ１の回転子の回転角度θｎを検出して制御装置４０へ出力する。
【００４２】
制御装置４０は、外部に設けられたＥＣＵ（Electrical Control Unit）からトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサ１０から電圧Ｖｍを受け、電流センサ２０からモータ電流ＭＣＲＴを受け、レゾルバ３０から回転角度θｎを受ける。
【００４３】
制御装置４０は、レゾルバ３０からの回転角度θｎと、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴとを用いてインバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ６を駆動するための駆動信号ＤＲＶを生成し、その生成した駆動信号ＤＲＶをインバータ１２へ出力する。
【００４４】
さらに、制御装置４０は、電源装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、回転角度θｎとトルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴとに基づいて、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための駆動信号ＤＲＶを生成し、その生成した駆動信号ＤＲＶをインバータ１２へ出力する。この場合、インバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ６は、駆動信号ＤＲＶによってスイッチング制御される。これにより、インバータ１２は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換して直流電源Ｂへ供給する。
【００４５】
図２は、図１における制御装置４０のブロック図である。
【００４６】
図２を参照して、制御装置４０は、インバータ制御回路４０１と、異常電流検出回路４０２ａとを含む。
【００４７】
インバータ制御回路４０１は、回転角度θｎ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、交流モータＭ１の駆動時、インバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ６をオン／オフするための駆動信号ＤＲＶを生成し、その生成した駆動信号ＤＲＶをインバータ１２へ出力する。
【００４８】
また、インバータ制御回路４０１は、電源装置が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、回転角度θｎ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための駆動信号ＤＲＶを生成してインバータ１２へ出力する。
【００４９】
異常電流検出回路４０２ａは、電流センサ２０で検出されたモータ電流ＭＣＲＴをサンプリングし、そのサンプリングした電流レベルに基づいてモータ電流ＭＣＲＴに生じた異常を検知する。異常電流検出回路４０２ａは、モータ電流ＭＣＲＴの異常を検知すると、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフするための信号ＳＥを生成し、その生成した信号ＳＥをシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。さらに、異常電流検出回路４０２ａは、ユーザに対して異常発生を報知するための信号ＡＬを生成し、その生成した信号ＡＬを電源装置外部に出力する。
【００５０】
図３は、図２に示すインバータ制御回路４０１の制御ブロック図である。
【００５１】
図３を参照して、インバータ制御回路４０１は、電流変換部５１と、減算器５２と、ＰＩ制御部５３と、回転速度演算部５７と、速度起電力予測演算部５８と、加算器５４と、変換部５５と、駆動信号生成部５６とを含む。
【００５２】
電流変換部５１は、電流センサ２０が検出したモータ電流ＭＣＲＴをレゾルバ３０から出力された回転角度θｎを用いて三相二相変換する。つまり、電流変換部５１は、交流モータＭ１の各相を流れる３相のモータ電流ＭＣＲＴを回転角度θｎを用いてｄ軸およびｑ軸に流れる電流値Ｉｄ，Ｉｑに変換して減算器５２へ出力する。
【００５３】
減算器５２は、交流モータＭ１がトルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを出力するための電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊から、電流変換部５１からの電流値Ｉｄ，Ｉｑを減算して偏差ΔＩｄ，ΔＩｑを演算する。
【００５４】
ＰＩ制御部５３は、偏差ΔＩｄ，ΔＩｑに対してＰＩゲインを用いてモータ電流調整用の操作量を演算する。
【００５５】
回転速度演算部５７は、レゾルバ３０から受けた回転角度θｎに基づいて交流モータＭ１の回転速度を演算し、その演算した回転速度を速度起電力予測演算部５８へ出力する。速度起電力予測演算部５８は、回転速度演算部５７からの回転速度に基づいて速度起電力の予測値を演算する。
【００５６】
加算器５４は、ＰＩ制御部５３からのモータ電流調整用の操作量と、速度起電力予測演算部５８からの速度起電力の予測値とを加算してｄ軸およびｑ軸に印加する電圧の操作量Ｖｄ，Ｖｑを演算する。
【００５７】
変換部５５は、ｄ軸およびｑ軸に印加する電圧の操作量Ｖｄ，Ｖｑを回転角度θｎを用いて交流モータＭ１の３相コイルに印加する電圧の操作量に変換する。駆動信号生成部５６は、変換部５５からの出力に基づいて駆動信号ＤＲＶを生成する。
【００５８】
図４は、図２に示す異常電流検出回路４０２ａのブロック図である。
【００５９】
図４を参照して、異常電流検出回路４０２ａは、電流検出部６０ａと、電流積算値演算部６２と、異常判定部６４ａと、リレー駆動部６６と、報知部６８とを含む。
【００６０】
電流検出部６０ａは、電流センサ２０で検出されたモータ電流ＭＣＲＴを受けると、所定の演算周期でモータ電流ＭＣＲＴをサンプリングする。ここで、所定の演算周期は、ユーザによって任意の周期に設定することができる。ただし、異常検出精度を考慮すれば、制御装置４０を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit）の持つ最速演算周期に設定することが好ましい。サンプリングされたモータ電流ＭＣＲＴは、電流積算値演算部６２へ出力される。
【００６１】
電流積算値演算部６２は、サンプリングしたモータ電流ＭＣＲＴをサンプリングに要した期間で積分して電流積算値Ｉｓを演算する。なお、サンプリング期間がＮ個の所定の演算周期のときの電流積算値Ｉｓは、１個の所定の演算周期あたりのサンプリング期間をＴとして、
【００６２】
【数１】
2006014495.tif 000003
【００６３】
で与えられる。式（１）により得られた電流積算値Ｉｓは、異常判定部６４ａへ出力される。
【００６４】
異常判定部６４ａは、電流積算値Ｉｓを受けると、以下に示すように、異常検出の判断基準となる所定のしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄとの大小関係に基づいて、モータ電流ＭＣＲＴの異常の有無を判定する。
【００６５】
図５は、図４に示す異常電流検出回路４０２ａにおける異常検出動作を説明するための概略図である。
【００６６】
図５を参照して、モータ電流ＭＣＲＴは、電源装置が正常状態にあるときには、点線で示すように、正弦波の電流波形となる。一方、電源装置において、何らかの原因により異常が生じたときには、実線で示すように、正弦波から発振した電流波形となる。このとき、図５に示すように、正常電流よりも高い電流レベルで発振し続けたとすれば、インバータ１２に過電流が継続して流れることとなり、インバータ１２を破壊してしまうおそれがある。
【００６７】
そこで、異常電流検出回路４０２ａでは、モータ電流ＭＣＲＴがインバータ１２に与える負荷の大きさを算出し、算出した負荷の大きさに基づいてモータ電流ＭＣＲＴの異常を検出する構成とする。
【００６８】
詳細には、図５を参照して、モータ電流ＭＣＲＴが正常時の正弦波の波形であれば、この波形を積分して得られる電流積算値Ｉｓは、点線で示すように、同じく正弦波の波形となる。このときインバータ１２にかかる負荷は、所定の変動幅において周期性を持って増減するに留まり、インバータ１２への負荷も比較的小さい。
【００６９】
一方、モータ電流ＭＣＲＴが図５の実線で示すような異常電流の波形となったときには、この波形を積分して得られる電流積算値Ｉｓは、実線で示すように単調に増加する結果となる。したがって、インバータ１２にかかる負荷も単調に増加することとなり、インバータ１２を破壊するおそれがある。
【００７０】
ここで、モータ電流ＭＣＲＴの異常時の電流波形には、図５に示す正弦波の上限レベルを継続する波形以外にも、瞬時的に高電流となる波形などが含まれるが、これらの電流波形を一律に積分して電流積算値Ｉｓを求めることにより、インバータ１２に及ぼす負荷の大きさという統一した基準で各電流波形を比較することが可能となる。異常判定部６４ａは、この電流積算値Ｉｓに対して、インバータ１２に所定の負荷を与えるときの電流積算値Ｉｓを所定のしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄに設定し、電流積算値Ｉｓがこのしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄを越えたことを検出して、モータ電流ＭＣＲＴの異常を判定することとする。なお、所定のしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄは、インバータ１２が破壊されるときの電流積算値Ｉｓよりも低い電流値に設定する必要がある。
【００７１】
このような構成とすることにより、モータ電流ＭＣＲＴの異常は、インバータ１２への負荷がしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄを越えたことに基づいて検出されることから、瞬時的にモータ電流ＭＣＲＴが高い電流値を示したときなどのインバータ１２への負荷が小さいケースをも異常として検出されることがない。また、従来の異常検出方法において検出が困難であった正弦波の上限レベルを前後する異常電流についても確実に検出することができ、異常検出精度を高めることができる。
【００７２】
再び図４を参照して、異常判定部６４ａは、モータ電流ＭＣＲＴが異常であると判断すると、異常検出を指示する検出信号ＤＥＴを生成し、その生成した検出信号ＤＥＴをリレー駆動部６６および報知部６８へそれぞれ出力する。
【００７３】
リレー駆動部６６は、検出信号ＤＥＴに応答して、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２が信号ＳＥに応じてオフされることにより、直流電源Ｂが電源装置から切り離され、インバータ１２に異常電流が流れ込むのが抑えられる。
【００７４】
報知部６８は、検出信号ＤＥＴに応答して、ユーザに異常発生を知らせる警報出力である信号ＡＬを生成し、生成した信号ＡＬを電源装置の外部へ出力する。出力された信号ＡＬは、車両に搭載された図示しない表示手段に転送されると、音声信号もしくは映像信号に変換されて出力される。
【００７５】
図６は、実施の形態１による電源装置の異常電流検出動作を説明するためのフローチャートである。
【００７６】
図６を参照して、電流検出部６０ａは、モータ電流ＭＣＲＴのサンプリングを行なう（ステップＳ０１）。サンプリング周期は、ＣＰＵの最速演算周期に設定される。サンプリングされたモータ電流ＭＣＲＴは、電流積算値演算部６２へ出力される。
【００７７】
次に、電流積算値演算部６２は、モータ電流ＭＣＲＴのサンプリング値を受けると、所定の演算周期（サンプリング期間Ｔ）ごとにサンプリング値を積分して電流積算値Ｉｓを算出する（ステップＳ０２）。算出された電流積算値Ｉｓは、異常判定部６４ａへ出力される。
【００７８】
異常判定部６４ａは、電流積算値Ｉｓを受けると、電流積算値Ｉｓがしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ０３）。
【００７９】
ステップＳ０３において、電流積算値Ｉｓがしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄよりも大きいと判定されると、異常判定部６４ａは、モータ電流ＭＣＲＴの異常を検出したことを指示する検出信号ＤＥＴを生成し、その生成した検出信号ＤＥＴをリレー駆動部６６および報知部６８へ出力する（ステップＳ０４）。
【００８０】
リレー駆動部６６は、検出信号ＤＥＴを受けると、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。これにより、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２はオフされる（ステップＳ０５）。
【００８１】
報知部６８は、検出信号ＤＥＴを受けると、信号ＡＬを生成して電源装置の外部に配された表示手段（図示せず）へ出力する。これにより、ユーザに対して異常電流の発生が報知される（ステップＳ０６）。
【００８２】
一方、ステップＳ０３において、電流積算値Ｉｓがしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄよりも小さいと判定されると、ステップＳ０１に戻り、ステップＳ０１およびＳ０２に示す電流積算値Ｉｓの演算およびしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄとの比較動作を継続する。
【００８３】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、モータ電流の電流積算値を演算し、その演算した電流積算値が所定のしきい値を越えたことに基づいてモータ電流の異常を判定することから、インバータに過大な負荷を及ぼす異常電流を、その電流波形によらず高精度で検出することができ、インバータの保護の高信頼化を図ることができる。
【００８４】
［実施の形態２］
図７は、実施の形態２に従う電源装置における異常電流検出回路のブロック図である。なお、本実施の形態に従う電源装置は、図１に示す電源装置における異常検出回路４０２ａを異常検出回路４０２ｂに置き換えたものに等しいことから、重複する部位についての詳細な説明は省略する。
【００８５】
図７を参照して、異常電流検出回路４０２ｂは、電流検出部６０ｂと、電流積算値演算部６２と、異常判定部６４ｂと、リレー駆動部６６と、報知部６８と、制御モード判定部７０とを含む。
【００８６】
電流検出部６０ｂは、図１の電流検出部６０ａと同様に、ＣＰＵの最速演算周期に相当する所定の演算周期でモータ電流ＭＣＲＴのサンプリングを行ない、サンプリングした結果を電流積算値演算部６２へ出力する。
【００８７】
電流積算値演算部６２は、実施の形態１と同様に、サンプリングされたモータ電流ＭＣＲＴを受けると、モータ電流ＭＣＲＴをサンプリング期間で積分して電流積算値Ｉｓを演算する。
【００８８】
電流検出部６０ｂは、さらに、モータ電流ＭＣＲＴについて、電流波形が通常時の動作範囲から外れたことを検出するための所定のしきい値ＭＣＲＴ＿ｓｔｄを有する。電流検出部６０ｂは、モータ電流ＭＣＲＴがこのしきい値ＭＣＲＴ＿ｓｔｄを越えたタイミングで制御モード判定部７０を駆動させるための信号ＯＰを生成し、その生成した信号ＯＰを制御モード判定部７０へ出力する。
【００８９】
制御モード判定部７０は、電流検出部６０ｂから信号ＯＰを受けると、外部ＥＣＵからのトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、交流モータＭ１の制御モードを判定する。
【００９０】
ここで、インバータ１２における交流モータＭ１の制御モードには、ＰＷＭ制御モード、過変調制御モード、および矩形波制御モードがある。そして、これらの制御モードは、インバータ１２に含まれるＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ６をオン／オフする周波数（「キャリア周波数」と言う。以下、同じ。）が相互に異なる。より具体的には、ＰＷＭ制御モードは、キャリア周波数が最も高く、過変調制御モードはキャリア周波数が次に高く、矩形波制御モードはキャリア周波数が最も低い。
【００９１】
したがって、インバータ１２における交流モータＭ１の制御モードが異なれば、モータ電流ＭＣＲＴにおいても、その電流波形が相互に異なることとなる。このため、モータ電流ＭＣＲＴに異常が生じた場合においても、制御モードによってインバータ１２にかかる負荷の度合いが異なってくることとなる。たとえば、キャリア周波数が最も高いＰＷＭ制御モードでは、インバータ１２への負荷が最も大きく、キャリア周波数が最も低い矩形波制御モードでは負荷が最も小さい。
【００９２】
そこで、本実施の形態では、このようなインバータ１２への負荷の度合いを考慮して、制御モード間で相互に異なる異常電流の判定基準を設ける構成とする。これによれば、異常電流の電流波形によらず精緻に異常検出を行なうことができ、インバータ１２の保護をより厚くすることができる。
【００９３】
図８を参照して、制御モード判定部７０における交流モータＭ１の制御モードの判定方法について説明する。図８は、交流モータＭ１のトルクＴとモータ回転数ＭＲＮとの関係を示す図である。
【００９４】
交流モータＭ１のトルクＴは、所定の回転数までは一定であり、所定の回転数を越えると、モータ回転数ＭＲＮの増加に伴ない徐々に低下する。領域ＲＧＮ１は、交流モータＭ１の制御モードがＰＷＭ制御モードであることを示し、領域ＲＧＮ２は、交流モータＭ１の制御モードが過変調制御モードであることを示し、領域ＲＧＮ３は、交流モータＭ１の制御モードが矩形波制御モードであることを示す。
【００９５】
制御モード判定部７０は、電流検出部６０ｂから制御モード判定部７０を駆動させるための信号ＯＰを受け、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受けると、その受けたトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮが領域ＲＧＮ１〜ＲＧＮ３のいずれの領域に含まれるかを判定する。制御モード判定部７０は、制御モードを判定すると、判定された制御モードを指示する信号ＭＤを生成し、その生成した信号ＭＤを異常判定部６２ｂへ出力する。
【００９６】
なお、制御モード判定部７０は、図８に示すモータのトルクＴとモータ回転数ＭＲＮとの関係をマップとして保存しており、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受けると、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮが図８に示す領域ＲＧＮ１〜ＲＧＮ３のいずれに含まれるかを検索して、交流モータＭ１の制御モードがＰＷＭ制御モード、過変調制御モードおよび矩形波制御モードのいずれであるかを判定する。
【００９７】
異常判定部６４ｂは、制御モード判定部７０から信号ＭＤと受けると、信号ＭＤによって指示される制御モードに基づいてしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄを設定する。
【００９８】
図９は、交流モータＭ１の制御モードとしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄとの関係を示す図である。
【００９９】
図９に示すように、しきい値Ｉｓ＿ｓｔｄは、インバータ１２の保護レベルと制御モードのキャリア周波数とに基づいて、相互に異なる電流値に設定される。具体的には、キャリア周波数が最も高いＰＷＭ制御モードにおいて、しきい値Ｉｓ＿ｓｔｄは最も低く、たとえばキャリア周波数５ｋＨｚに対して、しきい値Ｉｓ＿ｓｔは２５Ａ・ｓｅｃに設定される。また、キャリア周波数が次に高い過変調制御モードにおいて、しきい値Ｉｓ＿ｓｔｄは次に低く、たとえばキャリア周波数２．５ｋＨｚに対して、しきい値Ｉｓ＿ｓｔｄは５０Ａ・ｓｅｃに設定される。さらに、キャリア周波数が最も低い矩形波制御モードにおいて、しきい値Ｉｓ＿ｓｔｄは最も高く、たとえば１００Ａ・ｓｅｃに設定される。
【０１００】
より具体的には、異常判定部６４ｂは、図９に示す交流モータＭ１の制御モードとしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄとの相関図をマップとして保存しており、制御モード判定部７０から信号ＭＤを受けると、信号ＭＤによって指示される制御モードに対応するしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄを選択し、当該制御モードにおけるしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄとして決定する。
【０１０１】
次に、異常判定部６４ｂは、しきい値Ｉｓ＿ｓｔｄを決定すると、電流積算値Ｉｓがこの決定後のしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄを越えるか否かを判定し、その判定した結果に基づいてモータ電流ＭＣＲＴの異常の有無を判断する。
【０１０２】
詳細には、実施の形態１と同様に、電流積算値Ｉｓがしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄよりも大きいか否かを判定する。電流積算値Ｉｓがしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄよりも大きいと判定されると、異常判定部６４ｂは、モータ電流ＭＣＲＴが異常であると判断して検出信号ＤＥＴを出力する。一方、電流積算値Ｉｓがしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄよりも小さいと判定されると、異常判定部６４ｂは、さらに電流積算値Ｉｓの演算および判定動作を継続する。
【０１０３】
リレー駆動部６６および報知部６８については、実施の形態１において説明したとおりである。
【０１０４】
図１０は、実施の形態２による電源装置の異常電流検出動作を説明するためのフローチャートである。
【０１０５】
図１０を参照して、最初に、電流検出部６０ｂは、所定の演算周期でモータ電流ＭＣＲＴのサンプリングを行なう。サンプリング周期は、所定の演算周期としてＣＰＵの最速演算周期に設定される（ステップＳ１０）。サンプリングしたモータ電流ＭＣＲＴは、電流積算値演算部６２へ出力される。
【０１０６】
電流積算値演算部６２は、サンプリングされたモータ電流ＭＣＲＴをサンプリング期間で積分して電流積算値Ｉｓを演算する（ステップＳ１１）。具体的には、ＣＰＵの最速演算周期あたりのサンプリング期間Ｔごとにモータ電流ＭＣＲＴが積分されて電流積算値Ｉｓに加算されることにより、電流積算値Ｉｓが更新される。
【０１０７】
電流検出部６０ｂでは、ステップＳ１０のサンプリングに並行して、サンプリングしたモータ電流ＭＣＲＴが所定のしきい値ＭＣＲＴ＿ｓｔｄを越えたか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において、モータ電流ＭＣＲＴがしきい値ＭＣＲＴ＿ｓｔｄを越えたと判定されると、モータ電流ＭＣＲＴがしきい値ＭＣＲＴ＿ｓｔｄを越えたことを指示する信号ＯＰを生成し、その生成した信号ＯＰを制御モード判定部７０へ出力する。
【０１０８】
制御モード判定部７０は、信号ＯＰを受けると、外部ＥＣＵから受けたトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、制御モードがＰＷＭ制御モード、過変調制御モードおよび矩形波制御モードのいずれであるかを判定する（ステップＳ１３）。制御モード判定部７０は、判定した制御モードを指示する信号ＭＤを生成し、その生成した信号ＭＤを異常判定部６４ｂへ出力する。
【０１０９】
異常判定部６４ｂは、電流検出部６０ｂから電流積算値Ｉｓを受け、制御モード判定部７０から信号ＭＤを受けると、信号ＭＤによって指示される制御モードに対応するしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄを図９に示すマップから選択して、しきい値Ｉｓ＿ｓｔｄに決定する（ステップＳ１４）。
【０１１０】
次に、異常判定部６４ｂは、電流積算値Ｉｓが決定したしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１５）。
【０１１１】
ステップＳ１５において、電流積算値Ｉｓがしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄよりも大きいと判定されると、異常判定部６４ｂは、モータ電流ＭＣＲＴの異常を検出したことを指示する検出信号ＤＥＴを生成し、その生成した検出信号ＤＥＴをリレー駆動部６６および報知部６８へ出力する（ステップＳ１６）。
【０１１２】
リレー駆動部６６は、検出信号ＤＥＴを受けると、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。これにより、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２はオフされる（ステップＳ１７）。
【０１１３】
報知部６８は、検出信号ＤＥＴを受けると、信号ＡＬを生成して電源装置１００の外部に配された表示手段へ出力する。これにより、ユーザに対して異常電流の発生が報知される（ステップＳ１８）。その後は、実施の形態１と同様である。
【０１１４】
一方、ステップＳ１５において、電流積算値Ｉｓがしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄよりも小さいと判定されると、再びステップＳ１０に戻り、ステップＳ１０〜Ｓ１４に示すモータ電流ＭＣＲＴのサンプリング、電流積算値Ｉｓの演算およびしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄとの比較動作が引き続き行なわれる。
【０１１５】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、交流モータの制御モードに基づいて電流積算値のしきい値を調整することにより、異常電流の波形によらず精緻に異常を判定することができ、インバータを確実に保護することができる。
【０１１６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
この発明は、電源から電力の供給を受けて負荷回路を駆動する駆動回路を含む電源装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】この発明の実施の形態１による電源装置の概略ブロック図である。
【図２】図１における制御装置４０のブロック図である。
【図３】図２に示すインバータ制御回路４０１の制御ブロック図である。
【図４】図２に示す異常電流検出回路４０２ａのブロック図である。
【図５】図４に示す冷却ファンの異常検出動作の具体的な制御プログラムの一例を示す図である。
【図６】実施の形態１による電源装置の異常電流検出動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】実施の形態２に従う電源装置における異常電流検出回路のブロック図である。
【図８】交流モータＭ１のトルクＴとモータ回転数ＭＲＮとの関係を示す図である。
【図９】交流モータＭ１の制御モードとしきい値Ｉｓ＿ｓｔｄとの関係を示す図である。
【図１０】実施の形態２による電源装置の異常電流検出動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】特許文献１に記載される電気自動車用安全装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０  電圧センサ、１２  インバータ、１４  Ｕ相アーム、１６  Ｖ相アーム、１８  Ｗ相アーム、２０  電流センサ、３０  レゾルバ、４０  制御装置、５１  電流変換部、５２  減算器、５３  ＰＩ制御部、５４  加算器、５５  変換部、５６  駆動信号生成部、５７  回転速度演算部、５８  速度起電力予測演算部、６０ａ，６０ｂ  電流検出部、６２  電流積算値演算部、６４ａ，６４ｂ  異常判定部、６６  リレー駆動部、６８，１４９  報知部、７０  制御モード判定部、１１０，Ｂ  直流電源、１２０  漏電検出回路、１３０  負荷回路、１４０  保護回路、１４１  電流検出器、１４２  電流検出回路、１４３  制御回路、１４４  出力リレー回路、１４５  遮断回路、１４６  ウォッチドッグタイマ、１４７  温度検出回路、１４８  エアバッグ検出回路、１５０  開閉器、１５１  ドライブ回路、４０１  インバータ制御回路、４０２ａ，４０２ｂ  異常電流検出回路、ＳＲ１，ＳＲ２  システムリレー、Ｑ１〜Ｑ６  ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード、Ｌ  給電路、Ｍ１  交流モータ。
【図１】
2006014495.tif 000004
【図２】
2006014495.tif 000005
【図３】
2006014495.tif 000006
【図４】
2006014495.tif 000007
【図５】
2006014495.tif 000008
【図６】
2006014495.tif 000009
【図７】
2006014495.tif 000010
【図８】
2006014495.tif 000011
【図９】
2006014495.tif 000012
【図１０】
2006014495.tif 000013
【図１１】
2006014495.tif 000014