(57)【要約】【課題】電気自動車において平滑コンデンサの静電容量低下を検知する。【解決手段】ハイブリッド車１０は、モータ２３０と、電流センサ２１５と、第１及び第２電力変換器２２０、２７０と、平滑コンデンサ２２５と、制御器３００を備える。第１電力変換器２２０は、バッテリ２１０の出力電力をモータ２３０の駆動電力に変換する。また第１電力変換器２２０は、運転者のアクセル操作に応じて出力が変化する。第２電力変換器２７０は、平滑コンデンサ２２５と並列に接続されており、運転者のアクセル操作に依存せずに一定出力で動作が可能である。制御器３００は、第１電力変換器２２０を停止させるとともに第２電力変換器２７０を一定出力で稼働させた状態において、電流センサ２１５によって計測されるリプル電流のうち設定閾値以上のリプル電流が、設定回数を超えて検知された場合、平滑コンデンサ２２５の静電容量が低下したと判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪を駆動する動力を生成する電動機と、
直流電源と、
前記直流電源の出力電流を計測する電流センサと、
前記直流電源の出力電力を前記電動機の駆動電力に変換する電力変換器であって運転者のアクセル操作に応じて出力電流が変化する第１電力変換器と、
前記直流電源と前記第１電力変換器の間に並列に接続されている平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと並列に接続されており、前記運転者のアクセル操作に依存せずに一定出力で動作が可能な第２電力変換器と、
前記第１電力変換器を停止させるとともに前記第２電力変換器を一定出力で作動させた状態において、前記電流センサによって計測されるリプル電流のうち設定閾値以上のリプル電流が、設定回数を超えて検知された場合、前記平滑コンデンサの静電容量が低下したと判断する制御器と、
を備える電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、電気自動車に関する技術を開示する。本明細書における電気自動車には、走行用に電動機（モータ）とエンジンの双方を備えるハイブリッド車、走行用電動機の電源として燃料電池を備える燃料電池車の双方を含む。
【背景技術】
【０００２】
直流電源の出力電力を、電動機を駆動するのに適した電力（駆動電力）に変換する電力変換器が知られている。直流電源と電力変換器の間に並列に平滑コンデンサが接続されることがある。平滑コンデンサは、直流電源の出力電流に含まれている脈動成分、あるいは、電力変換器側から伝播する電流の脈動成分を抑制する。電流の脈動成分はリプル電流あるいはリプル成分と呼ばれることがある。平滑コンデンサを挿入しても、わずかにリプル電流は残る。
【０００３】
平滑コンデンサは、劣化により、静電容量が低下することが知られている。静電容量が低下すると、平滑コンデンサのリプル除去能力が低下し、リプルが大きくなる。そこで、リプル電流を計測し、平滑コンデンサの劣化の指標にする技術が例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６４４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気自動車も、車載の直流電力を走行用の電動機を駆動するのに適した電力（駆動電力）に変換する電力変換器を備える。直流電源と電力変換器の間には平滑コンデンサが並列に接続される。ただし、走行用の電動機は、運転者のアクセル操作に応じてその出力電流の大きさが頻繁に変化する。そうすると、直流電源と電力変換器の間を流れる電流の直流成分も頻繁に変化する。電流の直流成分が頻繁に変化すると、リプル成分の大きさも頻繁に変化するから、リプル電流の大きさで平滑コンデンサの静電容量低下を判定することが難しくなる。本明細書は、電気自動車において、直流電源と電力変換器の間に備えられている平滑コンデンサの静電容量低下（即ち、平滑コンデンサの劣化）を判定する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する電気自動車の一形態は、駆動輪を駆動する動力を生成する電動機と、直流電源と、電流センサと、第１及び第２電力変換器と、平滑コンデンサと、制御器を備える。電流センサは、直流電源の出力電流を計測する。第１電力変換器は、直流電源の出力電力を電動機の駆動電力に変換する。その電力変換器は、運転者のアクセル操作に応じて出力電流が変化する。平滑コンデンサは、直流電源と第１電力変換器の間に並列に接続されている。第２電力変換器は、平滑コンデンサと並列に接続されている。第２電力変換器は、運転者のアクセル操作に依存せずに一定出力で動作が可能である。制御器は、第１電力変換器を停止させるとともに第２電力変換器を一定出力で作動させた状態において、電流センサによって計測されるリプル電流のうち設定閾値以上のリプル電流が、設定回数を超えて検知された場合、平滑コンデンサの静電容量が低下したと判断する。
【０００７】
上記形態の電気自動車では、出力電流が頻繁に変化する第１電力変換器を停止させるとともに第２電力変換器を一定出力で動作させ、リプル電流を安定にさせる。その状態で、設定閾値以上のリプル電流の発生回数をカウントし、カウントが設定回数を超えて検知されたら平滑コンデンサの静電容量が低下したと判断する。この電気自動車は、第１に、出力電流が頻繁に変化する電動機用の第１電力変換器を使わずに平滑コンデンサの静電容量低下を判定する。第２に、リプル電流の大きさが設定閾値を１回超えただけでは、平滑コンデンサの静電容量低下と判定せず、設定閾値を超えるリプル電流が設定回数を超えた場合に静電容量低下と判定する。上記の２点により、平滑コンデンサの静電容量低下（即ち、平滑コンデンサの劣化）を比較的に正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例の電気自動車（ハイブリッド車）の構成を示すブロック図である。
【図２】静電容量低下の検査処理を示すフローチャートである。
【図３】リプル電流の変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照して実施例の電気自動車を説明する。実施例の電気自動車は、エンジンとモータを備えるハイブリッド車１０である。図１は、ハイブリッド車１０の構成を示すブロック図である。ハイブリッド車１０は、走行用に、エンジン１１０（内燃機）とモータ２３０（電動機）を備える。そのほか、ハイブリッド車１０は、動力伝達機構１５０と、駆動輪１８０を備える。動力伝達機構１５０は、エンジン１１０およびモータ２３０の各動力源から駆動輪１８０へと動力を伝達する。ハイブリッド車１０の駆動輪１８０は、動力伝達機構１５０から伝達される動力によって回転する。モータ２３０は、車両の減速エネルギ、あるいは、エンジン１１０の動力の一部を使って駆動軸から逆駆動され、発電する場合もある。
【００１０】
ハイブリッド車１０は、更に、バッテリ２１０と、電流センサ２１５と、第１電力変換器２２０と、平滑コンデンサ２２５と、第２電力変換器２７０と、制御器３００とを備える。ハイブリッド車１０のバッテリ２１０は、モータ２３０を駆動する電力を蓄える。バッテリ２１０は、発電機として動作するモータ２３０を介して、エンジン１１０の回転動力から生成される電力、あるいは、駆動輪１８０の回転動力から生成される電力によって充電される。ハイブリッド車１０の電流センサ２１５は、バッテリ２１０の出力電流を計測する。制御器３００は、電流センサ２１５が計測する電流の大きさに基づいて、バッテリ２１０の状態を判断する。
【００１１】
ハイブリッド車１０における第１電力変換器２２０は、バッテリ２１０の出力電力を、モータ２３０の駆動に適した電力に変換する。第１電力変換器２２０は、バッテリ２１０から供給される直流電力を、モータ２３０を制御可能な三相交流電力に変換する三相出力インバータである。第１電力変換器２２０は、インバータ回路の前段に、バッテリ２１０の出力電圧を昇圧する電圧コンバータを備えている場合もある。第１電力変換器２２０は、制御器３００から出力される制御信号に基づいて動作する。
【００１２】
ハイブリッド車１０の平滑コンデンサ２２５は、バッテリ２１０と第１電力変換器２２０の間に並列に接続されたコンデンサである。平滑コンデンサ２２５は、バッテリ２１０から第１電力変換器２２０に供給される直流電流に含まれる脈動成分を抑制する。バッテリ２１０と第１電力変換器２２０の間を流れる直流電流に含まれる脈動成分には、バッテリ２１０の出力電流にもともと含まれる脈動成分のほか、第１電力変換器２２０あるいは後述する第２電力変換器２７０の内部のスイッチング素子の動作に起因して発生する脈動成分も含まれる。平滑コンデンサ２２５は、直流電流に含まれる脈動成分をその静電容量で吸収する。平滑コンデンサ２２５の劣化は、静電容量の低下となって現れる。静電容量が低下すると、直流電流の脈動成分の抑制能力が低下する。実施例のハイブリッド車１０は、リプル電流の大きさをモニタし、平滑コンデンサ２２５によるリプル抑制能力の低下、すなわち、平滑コンデンサ２２５の劣化を判定する。
【００１３】
ハイブリッド車１０における第２電力変換器２７０は、第１電力変換器２２０とは異なる電力変換器である。第２電力変換器２７０は、平滑コンデンサ２２５と電気的に並列に接続されている。第２電力変換器２７０は、バッテリ２１０から供給される直流電力を、エアコン用コンプレッサ（図示しない）を制御可能な三相交流電力に変換するエアコン用インバータである。第２電力変換器２７０は、制御器３００から出力される制御信号に基づいて動作する。
【００１４】
ハイブリッド車１０の制御器３００は、エンジン１１０、第１電力変換器２２０および第２電力変換器２７０を始めとするハイブリッド車１０の各部を制御する。制御器３００は、エンジン１１０を制御することによって、エンジン１１０から出力される動力を、ハイブリッド車１０の運転状況（車両を運転する運転者によるアクセル操作、クルーズコントロールの設定速度、先行車との車間距離、バッテリ２１０の充電状態など）に応じて調整する。制御器３００は、第１電力変換器２２０を制御することによって、モータ２３０から出力される動力をハイブリッド車１０の運転状況（車両を運転する運転者によるアクセル操作、クルーズコントロールの設定速度、先行車との車間距離、バッテリ２１０の充電状態など）に応じて制御する。
【００１５】
ハイブリッド車１０は、運転者のアクセル操作に応じてその駆動力を変化させる。制御器３００にはアクセル開度センサ３２０が接続されており、そのアクセル開度センサ３２０からの情報に基づいて、エンジン１１０の出力とモータ２３０の出力を制御する。モータ２３０の出力は、第１電力変換器２２０の出力にほぼ等価であり、第１電力変換器２２０は、上記したように制御器３００によって制御される。別言すれば、第１電力変換器２２０は、運転者のアクセル操作に依存してその出力が頻繁に変換する。他方、第２電力変換器２７０は、エアコン用コンプレッサを駆動するデバイスである。従って、第２電力変換器２７０は、運転者のアクセル操作に依存せずに、一定出力で動作が可能である。
【００１６】
制御器３００は、判断部３１０を備える。判断部３１０は、平滑コンデンサ２２５の静電容量の低下、即ち、平滑コンデンサ２２５の劣化を判定するプログラムである。判断部３１０は、第１電力変換器２２０を停止させるとともに第２電力変換器２７０を一定出力で作動させ、そのときに電流センサ２１５によって計測されるリプル電流Ｒｐのうち設定閾値Ｔｈ以上のリプル電流が、設定回数Ａを超えて検知された場合、平滑コンデンサ２２５の静電容量が低下したと判断する。判断部３１０を含め、制御器３００の各種機能は、コンピュータプログラムに基づいてソフトウェア的に実現される。なお、制御器３００の各種機能の少なくとも一部は、回路構成に基づいてハードウェア的に実現されてもよい。また、図１では、制御器３００をひとつの矩形で表しているが、制御器３００の機能は、複数のＣＰＵの協働で実現されてもよい。
【００１７】
リプル電流Ｒｐは、バッテリ２１０から第１電力変換器２２０あるいは第２電力変換器２７０に本来供給されるべき直流電流値（ＤＣ成分の電流値）に重畳した電流の脈動成分である。リプル電流Ｒｐの周波数帯域ｆｗは既知である。制御器３００は、電流センサ２１５の計測値の時系列データを、その周波数帯域ｆｗの信号だけを通過させるバンドパスフィルタにかけ、リプル電流Ｒｐを取り出す。リプル電流Ｒｐは、ＤＣ成分なしの脈動電流である。設定閾値Ｔｈは、リプル電流Ｒｐの正値側の片振幅の閾値として設定される。平滑コンデンサ２２５の静電容量低下前と低下後のリプル電流の変化の一例は図３を参照して後述する。
【００１８】
図２は、静電容量低下の検査処理を示すフローチャートである。制御器３００は、第１電力変換器２２０を停止させるとともに第２電力変換器２７０を一定出力で作動させることが可能な状況である場合、判断部３１０の機能に基づいて動作することによって、図２の検査処理を実行する。そのような状況の一例は、車両が信号待ちで停止しており、アイドリングストップ機能でモータ２３０とエンジン１１０の双方が停止しているとともに、エアコンが動作している状況である。あるいは、オートクルーズ機能が作動してエンジン１１０のみで一定速度走行しており、さらにエアコンが動作している状況である。
【００１９】
図２の検査処理を開始した後、制御器３００は、第１電力変換器２２０に制御信号を出力することによって、第１電力変換器２２０の動作を停止する（ステップＳ１１０）。第１電力変換器２２０の動作を停止させた後（ステップＳ１１０）、制御器３００は、第２電力変換器２７０に制御信号を出力することによって、第２電力変換器２７０を一定出力で作動させる（ステップＳ１２０）。その後、制御器３００は、変数Ｎを「０」に設定する（ステップＳ１３０）。
【００２０】
その後、制御器３００は、電流センサ２１５によって検知されるリプル電流Ｒｐの測定を開始する（ステップＳ１４０）。制御器３００は、電流センサ２１５から出力される検知信号に基づいて、リプル電流Ｒｐを測定する。なお、前述したように、制御器３００は、電流センサ２１５の計測値の時系列データをバンドパスフィルタに通し、平均値ゼロの周期的波形であるリプル電流Ｒｐを取得する。
【００２１】
図３は、リプル電流Ｒｐおよび変数ＣＴ，Ｆｄを示すグラフである。図３の下段には、リプル電流Ｒｐの一例を示す曲線Ｌ１，Ｌ２が図示されている。図３の下段において、横軸は時間を示し、縦軸はリプル電流Ｒｐの値を示す。曲線Ｌ１は、平滑コンデンサ２２５が正常である場合（平滑コンデンサ２２５が十分な静電容量を有する場合）に測定されるリプル電流Ｒｐの一例を示す。曲線Ｌ２は、平滑コンデンサ２２５が劣化した場合（平滑コンデンサ２２５の静電容量が低下した場合）に測定されるリプル電流Ｒｐの一例を示す。
【００２２】
設定閾値Ｔｈは、リプル電流Ｒｐの値を評価する閾値である。曲線Ｌ１におけるピーク値は、設定閾値Ｔｈを下回る。曲線Ｌ２におけるピーク値は、設定閾値Ｔｈ以上になる。設定閾値Ｔｈは、バッテリ２１０、平滑コンデンサ２２５および第２電力変換器２７０の各機器に対して設計された電気的特性に応じて予め設定された値である。先に述べたように、本実施例では、設定閾値Ｔｈは、平均値ゼロで大きさが周期的に変化するリプル電流Ｒｐの正値側の片振幅の大きさで定義される。
【００２３】
変数ＣＴは、リプル電流Ｒｐの測定値が設定閾値Ｔｈ未満である場合に「０」に設定され、リプル電流Ｒｐの測定値が設定閾値Ｔｈ以上である場合に「１」に設定される。変数Ｆｄは、平滑コンデンサ２２５の静電容量が正常であると判断する場合に「０」に設定され、平滑コンデンサ２２５の静電容量が低下したと判断する場合に「１」に設定される。
【００２４】
図２の説明に戻り、リプル電流Ｒｐの測定を開始した後（ステップＳ１４０）、制御器３００は、リプル電流Ｒｐのピーク値が設定閾値Ｔｈ以上になったか否かを判断する（ステップＳ１５０）。制御器３００は、変数ＣＴが「１」から「０」になるタイミング（図３のタイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５）で、リプル電流Ｒｐが設定閾値Ｔｈ以上になったと判断する。
【００２５】
リプル電流Ｒｐが設定閾値Ｔｈ以上になったと判断する場合（ステップＳ１５０「ＹＥＳ」）、制御器３００は、変数Ｎをインクリメントする（ステップＳ１５５）。リプル電流Ｒｐが設定閾値Ｔｈ以上になったと判断しない場合（ステップＳ１５０「ＮＯ」）、制御器３００は、変数Ｎの値をそのまま維持する。
【００２６】
制御器３００は、予め定められた検査時間の間、変数Ｎをインクリメントした後（ステップＳ１５５）、または、リプル電流Ｒｐが設定閾値Ｔｈ以上になったと判断しない場合（ステップＳ１５０「ＮＯ」）、変数Ｎが設定回数Ａを超えるか否かを判断する（ステップＳ１６０）。設定回数Ａは、変数Ｎを評価するために予め設定された値である。変数Ｎが設定回数Ａを超えた場合（ステップＳ１６０「ＹＥＳ」）、制御器３００は、平滑コンデンサ２２５の静電容量が低下したと判断し、変数Ｆｄの値を「１」に設定する（ステップＳ１９０、図３のタイミングＴ５）。その後、制御器３００は、図２の検査処理を終了する。
【００２７】
変数Ｎが設定回数Ａを超えない場合（ステップＳ１６０「ＮＯ」）、制御器３００は、リプル電流Ｒｐの測定開始（ステップＳ１４０）から経過した時間である検査時間が設定時間を経過したか否かを判断する（ステップＳ１７０）。設定時間は、検査時間を決定するために予め設定された値である。検査時間が設定時間を経過していない場合（ステップＳ１７０「ＮＯ」）、制御器３００は、リプル電流Ｒｐと設定閾値Ｔｈとの判断（ステップＳ１５０）からの処理を繰り返す。
【００２８】
検査時間が設定時間を経過した場合（ステップＳ１７０「ＹＥＳ」）、制御器３００は、平滑コンデンサ２２５の静電容量が正常であると判断し、変数Ｆｄの値を「０」に設定する（ステップＳ１８０）。その後、制御器３００は、図２の検査処理を終了する。
【００２９】
変数Ｆｄは、制御器３００に付随する不揮発性メモリ３３０にその領域が割り当てられている。そして、制御器３００が変数Ｆｄに「１」を設定するということは、制御器３００が、平滑コンデンサ２２５の静電容量が低下したことを示す信号を出力することに相当する。
【００３０】
図２の検査処理を終了した後、変数Ｆｄの値が「０」である場合、制御器３００は、通常の制御モードでハイブリッド車１０の各部を制御する。図２の検査処理を終了した後、変数Ｆｄの値が「１」である場合、制御器３００は、通常の制御モードから移行したフェールセーフモードでハイブリッド車１０の各部を制御する。フェールセーフモードとは、例えば、モータ２３０の出力（第１電力変換器２２０の出力）の許容最大出力を通常時よりも低く設定して走行するモードである。あるいは、フェールセーフモードとは、モータ２３０を使わず、エンジン１１０だけで走行するモードである。
【００３１】
以上説明した平滑コンデンサ２２５の静電容量低下検知の処理の特徴と利点を述べる。特徴の第１は、リプル電流のモニタリングによる平滑コンデンサ２２５の静電容量低下を検知するのに、走行用のモータ２３０に電力を供給する第１電力変換器２２０を使わず、一定出力で動作可能な第２電力変換器２７０を用いる点である。第１電力変換器２２０は、運転者のアクセル操作でその出力が頻繁に変化する。第１電力変換器２２０の出力の変化は、バッテリ２１０から第１電力変換器２２０へ流れる電流の直流成分の大きさの変化となって現れる。直流電流の変化は、リプル電流の大きさにも影響する。即ち、第１電力変換器２２０の出力が頻繁に変化すると、その変化に起因してリプル電流の大きさも変化する。そのようなリプル電流に基づいては、平滑コンデンサ２２５の静電容量の低下を正確に検出することができない。そこで、実施例のハイブリッド車１０は、平滑コンデンサ２２５の静電容量低下を検査する際には、第１電力変換器２２０を停止し、第２電力変換器２７０に一定出力させる。平滑コンデンサ２２５と並列に接続された第２電力変換器２７０に一定出力をさせることで、平滑コンデンサ２２５に流れる電流の直流成分を一定に保つ。その間のリプル電流の大きさは、平滑コンデンサ２２５の静電容量を比較的に正確に反映するはずである。実施例のハイブリッド車１０は、平滑コンデンサ２２５の静電容量低下を正確に検知することができる。
【００３２】
第２に、ハイブリッド車１０は、リプル電流が設定閾値を超えた回数をカウントし、カウントが所定回数を超えたら静電容量低下と判定する。リプル電流が設定閾値を１回でも超えたら静電容量低下と判定するように処理を構築すると、ノイズによってたまたまリプル電流が設定閾値を超えたときに静電容量低下と誤判定してしまう。一定回数をカウントしたときに静電容量低下と判定する処理により、ノイズに起因する誤判定を回避することができる。
【００３３】
上述した実施形態に関する留意点を以下に述べる。第２電力変換器２７０は、平滑コンデンサ２２５と並列に接続されるとともに、一定出力で作動させることが可能なデバイスであればよく、エアコン用インバータに限らず、灯火装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ、制御装置用ＤＣ−ＤＣコンバータおよび小型モータ用ＤＣ−ＤＣコンバータなどであってもよい。
【００３４】
車両は、駆動輪を駆動する動力の少なくとも一部を、バッテリから供給される電力を用いて電動機によって生成する車両であればよく、ハイブリッド車に限らず、電気自動車、プラグインハイブリッド車および燃料電池自動車などであってもよい。実施例のバッテリ２１０が請求項の「直流電源」の一例に相当するが、請求項の「直流電源」は燃料電池であってもよい。
【００３５】
リプル電流の値を評価する設定閾値は、正値側の片振幅に限らず、リプル電流の平均値とボトムとの差に応じた値であってもよいし、リプル電流のピーク値とボトム値との差に応じた値であってもよい。
【００３６】
以上、実施形態を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、上述した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面において説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載した組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面において説明した技術は、複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３７】
１０…車両
１１０…エンジン
１５０…動力伝達機構
１８０…駆動輪
２１０…バッテリ
２１５…電流センサ
２２０…第１電力変換器
２２５…平滑コンデンサ
２３０…モータ（電動機）
２７０…第２電力変換器
３００…制御器
３１０…判断部
３２０…アクセル開度センサ
３３０…不揮発性メモリ
Ａ…設定回数
ＣＴ…変数
Ｆｄ…変数
Ｌ１…曲線
Ｌ２…曲線
Ｎ…変数
Ｒｐ…リプル電流
Ｔ１〜Ｔ５…タイミング
Ｔｈ…設定閾値
【図１】
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【図２】
2018038154.tif 000004
【図３】
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