(57)【要約】【課題】共通の直流電力源回路に接続された複数のインバータ回路について、故障検出を容易にすることを目的とする。【解決手段】故障検出処理は、第１モータジェネレータ１６の電力伝送線Ｕ１およびＶ１に設けられた電流検出センサ３０の検出値、または、第２モータジェネレータ２０の電力伝送線Ｕ２およびＶ２に設けられた電流検出センサ３０の検出値を用いて行われる。コントロールユニット２２は、基準範囲外の電流測定値がある旨の判定をした場合には、第１モータジェネレータ１６の動作点が変更されるよう、第１インバータ回路１４を制御する。その後、コントロールユニット２２は、基準範囲外の電流測定値がある旨の判定をした場合には、故障しているインバータ回路、故障しているスイッチング素子対、故障しているＩＧＢＴ等を特定する故障情報を生成し、コントロールユニット２２が備えるメモリに記憶する。【選択図】図１
2011244577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の直流電力源回路に接続され、それぞれが直流交流変換を行う複数のインバータ回路のうち、いずれかの故障を検出するインバータ回路故障検出装置において、
各インバータ回路を制御するコントロールユニットと、
故障検出対象のインバータ回路から当該インバータ回路に対応して設けられたモータジェネレータに至る交流電力伝送線の電流を検出し、電流検出値を前記コントロールユニットに与える電流検出手段と、を備え、
前記コントロールユニットは、
前記電流検出値に異常が生じたか否かを判定する電流異常検出手段と、
前記電流異常検出手段によって異常が生じた旨の判定がなされた場合に、前記複数のインバータ回路のうちいずれかのインバータ回路に対応するモータジェネレータの回転状態が変化するよう、当該インバータ回路に対し回転状態変更制御を行う回転状態変更手段と、
前記回転状態変更手段による制御が行われた後に、前記電流異常検出手段によって異常が生じた旨の判定がなされた場合に、その判定がなされたインバータ回路に故障が生じた旨の判定をする故障判定手段と、
を備えることを特徴とするインバータ回路故障検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ回路故障検出装置において、
前記回転状態変更手段は、
前記複数のインバータ回路に対応して設けられた複数のモータジェネレータ間の回転速度差異が予め定められた範囲内である場合に、前記回転状態制御を行うことを特徴とするインバータ回路故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ回路故障検出装置に関し、特に、インバータ回路からモータジェネレータに至る電力伝送線の電流検出値に基づいてインバータ回路の故障を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンおよびモータジェネレータを用いて走行するハイブリッド自動車、モータジェネレータを用いて走行する電気自動車等の電動車両が広く用いられている。モータジェネレータは、直流交流変換を行うインバータ回路に接続される。インバータ回路は、直流電力源回路から供給される直流電力を交流電力に変換して、その交流電力をモータジェネレータに供給すると共に、モータジェネレータによる交流発電電力を直流電力に変換して、その直流電力を直流電力源回路に供給する。
【０００３】
電動車両には、保守、点検等を容易にするため、インバータ回路、モータジェネレータ等の故障を検出する装置が搭載されることが多い。下記の特許文献には、電動車両について、インバータ回路、モータジェネレータ等の故障を検出する技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７６０４９号公報
【特許文献２】特開２００５−１６０１９０号公報
【特許文献３】特開平７−１５４９０１号公報
【特許文献４】特開２００８−５６８１号公報
【特許文献５】特開２００５−３０４２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、電動車両には、複数のモータジェネレータおよび各モータジェネレータに対応するインバータ回路が搭載される。例えば、ハイブリッド自動車の場合、エンジンの始動およびエンジン駆動力による発電を行う第１モータジェネレータと、走行駆動および回生制動を行う第２モータジェネレータとが搭載される。各モータジェネレータに対応するインバータ回路は、共通の直流電力源回路に接続される。
【０００６】
インバータ回路を制御するコントロールユニットは、インバータ回路からモータジェネレータに至る電力伝送線の電流検出値に基づいて、インバータ回路の故障を検出する。しかし、複数のインバータ回路が共通の直流電力源回路に接続される構成とした場合、複数のインバータ回路のうちいずれかのインバータ回路の故障が、他のインバータ回路に流れる電流に影響を及ぼすことがある。これによって、インバータ回路が故障していることを確定することが困難となることがある。
【０００７】
本発明は、共通の直流電力源回路に接続された複数のインバータ回路について、故障検出を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、共通の直流電力源回路に接続され、それぞれが直流交流変換を行う複数のインバータ回路のうち、いずれかの故障を検出するインバータ回路故障検出装置において、各インバータ回路を制御するコントロールユニットと、故障検出対象のインバータ回路から当該インバータ回路に対応して設けられたモータジェネレータに至る交流電力伝送線の電流を検出し、電流検出値を前記コントロールユニットに与える電流検出手段と、を備え、前記コントロールユニットは、前記電流検出値に異常が生じたか否かを判定する電流異常検出手段と、前記電流異常検出手段によって異常が生じた旨の判定がなされた場合に、前記複数のインバータ回路のうちいずれかのインバータ回路に対応するモータジェネレータの回転状態が変化するよう、当該インバータ回路に対し回転状態変更制御を行う回転状態変更手段と、前記回転状態変更手段による制御が行われた後に、前記電流異常検出手段によって異常が生じた旨の判定がなされた場合に、その判定がなされたインバータ回路に故障が生じた旨の判定をする故障判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るインバータ回路故障検出装置においては、前記回転状態変更手段は、前記複数のインバータ回路に対応して設けられた複数のモータジェネレータ間の回転速度差異が予め定められた範囲内である場合に、前記回転状態制御を行うことが好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、共通の直流電力源回路に接続された複数のインバータ回路について、故障検出を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る車両駆動システムの構成を示す図である。
【図２】故障検出処理においてコントロールユニットが実行する処理のフローチャートである。
【図３】電力伝送線Ｖ１に流れる電流の時間波形を示す図である。
【図４】第２インバータ回路のＶ相の２つのＩＧＢＴのうちの一方がオープン故障を生じた場合における各測定値の時間波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に本発明の実施形態に係る車両駆動システムの構成を示す。車両駆動システムは、電池１０、昇降圧コンバータ回路１２、第１インバータ回路１４、第２インバータ回路１８およびコントロールユニット２２を備える。昇降圧コンバータ回路１２は、コントロールユニット２２の制御に従い動作する。すなわち、昇降圧コンバータ回路１２は、電池１０の出力電圧を昇圧し、昇圧電圧を第１インバータ回路１４および第２インバータ回路１８に出力すると共に、インバータ回路側の電圧を降圧し、降圧電圧を電池１０に出力する。
【００１３】
また、車両駆動システムは、第１インバータ回路１４に接続される第１モータジェネレータ（ＭＧ１）１６、および第２インバータ回路１８に接続される第２モータジェネレータ（ＭＧ２）２０を備える。第１インバータ回路１４および第２インバータ回路１８は、コントロールユニット２２の制御に従い動作する。すなわち、第１インバータ回路１４は、昇降圧コンバータ回路１２と第１モータジェネレータ１６との間で直流交流変換を行い、第２インバータ回路１８は、昇降圧コンバータ回路１２と第２モータジェネレータ２０との間で直流交流変換を行う。
【００１４】
このように、昇降圧コンバータ回路１２、第１インバータ回路１４および第２インバータ回路１８は、電圧の昇降圧および直流交流変換を行う電力変換回路として機能する。また、電池１０および昇降圧コンバータ回路１２は、第１インバータ回路１４および第２インバータ回路１８との間で直流電力を授受する直流電力源回路として機能する。
【００１５】
車両駆動システムをハイブリッド自動車に用いる場合、エンジン、第１モータジェネレータ１６および第２モータジェネレータ２０の各シャフトが、プラネタリギアユニット等のトルク分割機構に取り付けられる。トルク分割機構はこれらの相互間でトルクを作用させる。さらに、第２モータジェネレータ２０のシャフトには、車輪との間でトルクを作用させるトルク伝達機構が取り付けられる。また、車両駆動システムを電気自動車に用いる場合、第１モータジェネレータ１６および第２モータジェネレータ２０の各シャフトは、車輪との間でトルクを作用させるトルク伝達機構に取り付けられる。
【００１６】
第１インバータ回路１４および第２インバータ回路１８の具体的な構成について説明する。第１インバータ回路１４および第２インバータ回路１８のそれぞれは、３対のスイッチング素子対２４を備える。ここで、スイッチング素子対とは、一方のエミッタ端子が他方のコレクタ端子に接続された２つのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２６の対をいう。各ＩＧＢＴ２６のコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子にアノード端子が接続されるようダイオード２８が接続されている。
【００１７】
第１インバータ回路１４および第２インバータ回路１８のそれぞれが備える３対のスイッチング素子対２４の回路図上側のＩＧＢＴのコレクタ端子は共通に接続され、その共通接続端は、昇降圧コンバータ回路１２の昇圧出力側の正極端子に接続されている。そして、３対のスイッチング素子対２４の回路図下側のＩＧＢＴのエミッタ端子もまた共通に接続され、その共通接続端は、昇降圧コンバータ回路１２の昇圧出力側の負極端子に接続されている。
【００１８】
第１インバータ回路１４が備える３対のスイッチング素子対２４は、第１モータジェネレータ１６に至る３相の電力伝送線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１に対応する。すなわち、各スイッチング素子対２４における上側のＩＧＢＴと下側のＩＧＢＴの接続節点には、対応する電力伝送線が接続されている。
【００１９】
同様に、第２インバータ回路１８が備える３対のスイッチング素子対２４は、第２モータジェネレータ２０に至る３相の電力伝送線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２に対応する。すなわち、各スイッチング素子対２４における上側のＩＧＢＴと下側のＩＧＢＴの接続節点には、対応する電力伝送線が接続されている。
【００２０】
コントロールユニット２２は、運転操作等に応じて、昇降圧コンバータ回路１２から出力された直流電力が３相交流電力に変換され、その３相交流電力が第１モータジェネレータ１６に供給されるよう、または、第１モータジェネレータ１６の交流発電電力が直流電力に変換され、その直流電力が昇降圧コンバータ回路１２に供給されるよう、第１インバータ回路１４が備える各スイッチング素子対２４を制御する。
【００２１】
また、コントロールユニット２２は、運転操作等に応じて、昇降圧コンバータ回路１２から出力された直流電力が３相交流電力に変換され、その３相交流電力が第２モータジェネレータ２０に供給されるよう、または、第２モータジェネレータ２０の交流発電電力が直流電力に変換され、その直流電力が昇降圧コンバータ回路１２に供給されるよう、第２インバータ回路１８が備える各スイッチング素子対２４を制御する。
【００２２】
なお、ここでは、スイッチング素子対２４をなすスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた例を示しているが、スイッチング素子としては、サイリスタ、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等のその他の半導体素子を用いてもよい。
【００２３】
次に、第１インバータ回路１４および第２インバータ回路１８に対する故障検出について説明する。本発明に係る車両駆動システムでは、第１インバータ回路１４または第２インバータ回路１８においてＩＧＢＴの故障が生じたことを検出することができる。この故障検出処理は、第１モータジェネレータ１６の電力伝送線Ｕ１およびＶ１に設けられた電流検出センサ３０の検出値、または、第２モータジェネレータ２０の電力伝送線Ｕ２およびＶ２に設けられた電流検出センサ３０の検出値を用いて行われる。このような故障検出処理においてコントロールユニット２２が実行する処理のフローチャートを図２に示す。
【００２４】
ここでは、第１インバータ回路１４においてＩＧＢＴの故障が生じたことを検出する場合について説明する。コントロールユニット２２は、電力伝送線Ｕ１およびＶ１に設けられた電流検出センサ３０から、電力伝送線Ｕ１およびＶ１の電流検出値、すなわち、電流測定値Ｉｕ１およびＩｖ１を取得する。そして、電流測定値Ｉｕ１およびＩｖ１に基づいて、電力伝送線Ｗ１の電流測定値Ｉｗ１を求める（Ｓ１）。
【００２５】
コントロールユニット２２は、電流測定値Ｉｕ１、Ｉｖ１およびＩｗ１のそれぞれについて時間平均値を求める（Ｓ２）。ここで時間平均値とは、例えば、予め定められた時間長での時間平均値を求める平滑化処理をいう。
【００２６】
コントロールユニット２２は、電流測定値Ｉｕ１、Ｉｖ１およびＩｗ１の各時間平均値のうち、予め定められた基準範囲外のものがあるか否かを判定する（Ｓ３）。ここで、基準範囲は、予め定められた正の値ＴＨについて、閾値−ＴＨ以上、閾値ＴＨ以下の数値範囲として定義してもよい。
【００２７】
例えば、第１インバータ回路１４の各ＩＧＢＴが正常である場合において、図３（ａ）に示すように、電力伝送線Ｖ１に流れる電流が正弦波状の時間波形を有するものとする。このとき、第１インバータ回路１４のＶ相の２つのＩＧＢＴのうちの一方がオープン故障を生じた場合、図３（ｂ）に示すように、電力伝送線Ｖ１に流れる電流は半波整流波形となり、時間平均値は０でない値にオフセットする。また、ここでは、オープン故障について採り上げているが、その他の故障の場合にも電力伝送線に流れる電流の時間平均値が０でない値にオフセットする傾向がある。
【００２８】
したがって、電流測定値Ｉｕ１、Ｉｖ１およびＩｗ１の各時間平均値のうち、基準範囲外のものがある場合、基準範囲外の電流測定値に対応する相のＩＧＢＴがオープン故障等の故障を生じている可能性がある。そこで、本実施形態では、この現象に着目し、ＩＧＢＴが故障しているか否かを判定する。
【００２９】
しかしながら、次に説明するように、第２インバータ回路１８において故障が生じた場合、第１インバータ回路１４に流れる電流がその影響を受け、電流測定値Ｉｕ１、Ｉｖ１およびＩｗ１のいずれかの時間平均値が基準範囲外となる場合がある。したがって、単に、基準範囲外の電流測定値に対応する相のＩＧＢＴが故障している旨の判定をしたのでは、判定誤りとなる可能性がある。
【００３０】
図４は、第２インバータ回路１８のＶ相の２つのＩＧＢＴのうちの一方がオープン故障を生じた場合における、第２モータジェネレータ２０の電力伝送線Ｖ２の電流測定値Ｉｖ２、第１モータジェネレータ１６の電力伝送線Ｖ１の電流測定値Ｉｖ１、第２モータジェネレータ２０の回転速度Ｒ２、および第１モータジェネレータ１６の回転速度Ｒ１を示したものである。ここでは、時刻ｔｃにおいて、第２インバータ回路１８のＶ相の２つのＩＧＢＴのうちの一方を強制的にオープンとした。
【００３１】
図４（ａ）は、第１モータジェネレータ１６の回転速度Ｒ１と第２モータジェネレータ２０の回転速度Ｒ２との差異が５０００［ｒｐｍ］以上である場合を示し、図４（ｂ）は、第１モータジェネレータ１６の回転速度と第２モータジェネレータ２０の回転速度との差異が１０００［ｒｐｍ］以下である場合を示す。
【００３２】
図４（ａ）においては、時刻ｔｃ以降において、故障が生じていない側の電流測定値Ｉｖ１の時間平均値は０に近く基準範囲内となる。他方、図４（ｂ）においては、時刻ｔｃ以降において、故障が生じていない側の電流測定値Ｉｖ１の時間平均値は０からオフセットすることがあり、基準範囲外となることがある。したがって、単に、基準範囲外の電流測定値に対応する相のＩＧＢＴが故障している旨の判定をしたのでは、判定誤りとなる可能性がある。
【００３３】
そこで、本実施形態では、以下に述べるステップＳ４〜Ｓ６の処理を実行し、第２インバータ回路１８による影響を受け難い動作状態に車両駆動システムを設定した上で、基準範囲外の電流測定値に対応する相のＩＧＢＴが故障しているか否かの判定を行う。
【００３４】
ステップＳ３において、コントロールユニット２２は、基準範囲外の電流測定値がない旨の判定をした場合にはステップＳ１の処理に戻る。一方、基準範囲外の電流測定値がある旨の判定をした場合には、第１モータジェネレータ１６の動作点が変更されるよう、第１インバータ回路１４を制御する（Ｓ４）。ここで動作点とは、モータジェネレータの回転速度およびトルクによって規定されるモータジェネレータの動作状態をいう。第１モータジェネレータ１６の動作点は、第１インバータ回路１４のスイッチング状態を変化させ、第１インバータ回路１４および第１モータジェネレータ１６に流れる電流を変化させることで変更することができる。
【００３５】
なお、ここでは、第１モータジェネレータ１６の動作点を変更する処理としているが、第２モータジェネレータ２０の動作点を変更する処理を実行してもよい。この場合、コントロールユニット２２は、第２モータジェネレータ２０の動作点が変更されるよう、第２インバータ回路１８を制御する。
【００３６】
コントロールユニット２２は、ステップＳ３と同様の判定処理を行う（Ｓ５）。そして、基準範囲外の電流測定値がある旨の判定をした場合には、故障しているインバータ回路、故障しているスイッチング素子対、故障しているＩＧＢＴ等を特定する故障情報を生成し、コントロールユニット２２が備えるメモリに記憶する（Ｓ６）。故障しているＩＧＢＴの特定は、基準範囲外の電流測定値に対応する相を特定することで、３対のスイッチング素子対２４のうち故障しているものを特定し、さらに、電流測定値の時間平均値の極性等に基づいて、上側および下側のＩＧＢＴのうち故障している一方を特定することで行われる。なお、故障情報を記憶させる代わりに、警告表示、警告音の鳴動等により運転者に注意を促す機器を設けてもよい。一方、コントロールユニット２２は、基準範囲外の電流測定値がない旨の判定をした場合には、処理を終了する（Ｓ５）。
【００３７】
このような処理によれば、ステップＳ４において、第１モータジェネレータ１６の動作点を変化させた上で、基準範囲外の電流測定値に対応する相のＩＧＢＴが故障している旨の判定がなされる。これによって、第１インバータ回路１４による影響を受け難い動作状態に車両駆動システムを設定した上で、故障しているか否かの判定をすることができる。
【００３８】
なお、コントロールユニット２２は、ステップＳ３とステップＳ４との間に、第１モータジェネレータ１６の回転速度と第２モータジェネレータ２０の回転速度との差異を測定し、その差異が予め定められた範囲外であるときは、ステップＳ４の処理を回避してステップＳ５の処理に進む処理を実行してもよい。
【００３９】
上記では、第１インバータ回路１４においてＩＧＢＴの故障が生じたことを検出する場合について説明した。本実施形態に係る車両駆動システムでは、第２インバータ回路１８および第２モータジェネレータ２０の構成は、第１インバータ回路１４および第１モータジェネレータ１６の構成と同様である。したがって、第１インバータ回路１４に関する処理と同様の処理によって、第２インバータ回路１８においてＩＧＢＴの故障が生じたことを検出する処理を実行することができる。
【００４０】
また、上記では、第１モータジェネレータ１６に対応する電流センサ３０が、電力伝送線Ｕ１およびＶ１の各電流を検出する構成について採り上げたが、電流センサ３０は、電力伝送線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１のうち、任意の２つの電流を検出するものとしてもよい。同様に、上記では、第２モータジェネレータ２０に対応する電流センサ３０としては、電力伝送線Ｕ２およびＶ２の各電流を検出する構成について採り上げたが、電流センサ３０は、電力伝送線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２のうち、任意の２つの電流を検出するものとしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  電池、１２  昇降圧コンバータ回路、１４  第１インバータ回路、１６  第１モータジェネレータ、１８  第２インバータ回路、２０  第２モータジェネレータ、２２  コントロールユニット、２４  スイッチング素子対、２６  ＩＧＢＴ、２８  ダイオード、３０  電流センサ。
【図１】
2011244577.tif 000003
【図２】
2011244577.tif 000004
【図３】
2011244577.tif 000005
【図４】
2011244577.tif 000006