(57)【要約】【課題】本発明は、電力変換装置の故障検出装置及び故障検出方法に係り、直流電源と電力変換装置とを繋ぐ電源＋ラインに断線が生じたことをその断線発生後速やかに判定することにある。【解決手段】直流電源の両端に接続される電源＋ライン及び電源−ラインに両端が接続されるコンデンサと、電源＋ラインと電源−ラインとの間に直列接続される上アーム素子及び下アーム素子と、を有し、上アーム素子及び下アーム素子のスイッチングにより直流電源とモータとの間で電力変換を行う電力変換装置の故障検出装置は、コンデンサの両端間に生ずる電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段により検出される電圧の上昇率が所定閾値以上である場合に、電源＋ラインに断線が生じていると判定する断線判定手段と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の両端に接続される電源＋ライン及び電源−ラインに両端が接続されるコンデンサと、前記電源＋ラインと前記電源−ラインとの間に直列接続される上アーム素子及び下アーム素子と、を有し、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のスイッチングにより前記直流電源とモータとの間で電力変換を行う電力変換装置の故障検出装置であって、
前記コンデンサの両端間に生ずる電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出される前記電圧の上昇率が所定閾値以上である場合に、前記電源＋ラインに断線が生じていると判定する断線判定手段と、
を備えることを特徴とする電力変換装置の故障検出装置。
【請求項２】
前記断線判定手段により前記電源＋ラインに断線が生じていると判定された場合に、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のシャットダウンを行う第１のＳ／Ｄ手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置の故障検出装置。
【請求項３】
前記電源＋ライン上にコンタクタが設けられ、
前記断線判定手段は、前記上昇率が前記所定閾値以上である場合に、前記コンタクタに開故障が生じていると判定することを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置の故障検出装置。
【請求項４】
前記電圧検出手段により検出される前記電圧が所定電圧以上である場合に、前記電源＋ラインと前記電源−ラインとの間に過電圧が生じていると判定する過電圧判定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の電力変換装置の故障検出装置。
【請求項５】
前記過電圧判定手段により前記電源＋ラインと前記電源−ラインとの間に過電圧が生じていると判定された場合に、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のシャットダウンを行う第２のＳ／Ｄ手段を備えることを特徴とする請求項４記載の電力変換装置の故障検出装置。
【請求項６】
前記過電圧判定手段は、時定数が第１時定数に設定された、前記電圧検出手段により検出される前記電圧から高周波成分を除去する第１のローパスフィルタを有し、前記第１のローパスフィルタが出力する電圧が前記所定電圧以上である場合に、前記電源＋ラインと前記電源−ラインとの間に過電圧が生じていると判定すると共に、
前記断線判定手段は、時定数が前記第１時定数よりも大きな第２時定数に設定された、前記電圧検出手段により検出される前記電圧から高周波成分を除去する第２のローパスフィルタと、前記第１のローパスフィルタが出力する電圧と前記第２のローパスフィルタが出力する電圧とを比較する比較器と、を有し、前記比較器による前記第１のローパスフィルタが出力する電圧と前記第２のローパスフィルタが出力する電圧との差が前記所定閾値以上である場合に、前記電源＋ラインに断線が生じていると判定することを特徴とする請求項４又は５記載の電力変換装置の故障検出装置。
【請求項７】
前記断線判定手段は、前記差が前記所定閾値以上となった後、所定時間、前記電源＋ラインに断線が生じているとの判定を保持させる断線判定保持手段を有することを特徴とする請求項６記載の電力変換装置の故障検出装置。
【請求項８】
直流電源の両端に接続される電源＋ライン及び電源−ラインに両端が接続されるコンデンサと、前記電源＋ラインと前記電源−ラインとの間に直列接続される上アーム素子及び下アーム素子と、を有し、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のスイッチングにより前記直流電源とモータとの間で電力変換を行う電力変換装置の故障検出方法であって、
前記コンデンサの両端間に生ずる電圧を検出する第１のステップと、
前記第１のステップにおいて検出される前記電圧の上昇率が所定閾値以上である場合に、前記電源＋ラインに断線が生じていると判定する第２のステップと、
を備えることを特徴とする電力変換装置の故障検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置の故障検出装置及び故障検出方法に係り、特に、直流電源とモータとの間で電力変換を行う電力変換装置の故障を検出するうえで好適な故障検出装置及び故障検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流電源とモータとの間で電力変換を行う電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。この電力変換装置は、コンデンサと、上アーム素子及び下アーム素子と、を有している。コンデンサの両端は、直流電源の両端に接続される電源＋ライン及び電源−ラインに接続されている。上アーム素子及び下アーム素子は、電源＋ラインと電源−ラインとの間に直列接続されている。上アーム素子及び下アーム素子はそれぞれ、スイッチング素子とダイオードとにより構成されている。
【０００３】
電力変換装置において上アーム素子及び下アーム素子のスイッチング素子のスイッチングにより直流電源からの直流電力が交流電力に変換されてモータへ供給されると、モータが回転動作される。また、電力変換装置において上アーム素子及び下アーム素子のスイッチング素子のスイッチングにより交流電力が直流電力に変換されて直流電源へ供給されると、直流電源が充電される。従って、電力変換装置による電力変換によりモータの駆動及び回生を行うことができる。
【０００４】
また、上記した特許文献１記載の電力変換装置は、電源＋ライン上に設けられたメインコンタクタを有している。メインコンタクタは、電力変換装置において電力変換を行うべきときに直流電源と電力変換装置とを導通するようにオンされ、一方、電力変換装置において電力変換を行うべきでないときに直流電源と電力変換装置とを遮断するようにオフされる。
【０００５】
また、上記した特許文献２記載の電力変換装置は、コンデンサの両端間に生ずる電圧の過電圧、すなわち、電源＋ラインと電源−ラインとの間の過電圧を検出すると共に、過電圧が生じたと判定した場合にその過電圧から回路を保護する処理を実行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−８３１２３号公報
【特許文献２】特開平４−６９０９６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、モータ回生時に、例えばメインコンタクタのオープンフェール（開故障）など、直流電源と電力変換装置との間の電源ラインに断線が生ずると、コンデンサの両端間に生ずる電圧が上昇する。上記した特許文献１，２記載の電力変換装置では、コンデンサの両端間に生ずる電圧が所定電圧以上となった場合に、電源＋ラインと電源−ラインとの間に過電圧が生じたと判定されるので、かかる過電圧判定により電源ラインの断線有無を判定することができる。しかし、かかる構成では、電源ラインの断線有無を判定するのに、コンデンサの両端間に生ずる電圧自体を所定閾値と比較することが必要であるので、電源ラインの断線が発生してから装置側がその断線が生じていると判定するまでに多くの時間を要するおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、直流電源と電力変換装置とを繋ぐ電源＋ラインに断線が生じたことをその断線発生後速やかに判定することが可能な電力変換装置の故障検出装置及び故障検出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】
【０００９】
本発明の一態様は、直流電源（２０）の両端に接続される電源＋ライン（２４）及び電源−ライン（２６）に両端が接続されるコンデンサ（３０）と、前記電源＋ライン（２４）と前記電源−ライン（２６）との間に直列接続される上アーム素子（３２）及び下アーム素子（３４）と、を有し、前記上アーム素子（３２）及び前記下アーム素子（３４）のスイッチングにより前記直流電源（２０）とモータ（２２）との間で電力変換を行う電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）であって、前記コンデンサ（３０）の両端間に生ずる電圧を検出する電圧検出手段（５４）と、前記電圧検出手段（５４）により検出される前記電圧の上昇率が所定閾値以上である場合に、前記電源＋ライン（２４）に断線が生じていると判定する断線判定手段（５８）と、を備える電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）である。
【００１０】
また、本発明の一態様は、直流電源（２０）の両端に接続される電源＋ライン（２４）及び電源−ライン（２６）に両端が接続されるコンデンサ（３０）と、前記電源＋ライン（２４）と前記電源−ライン（２６）との間に直列接続される上アーム素子（３２）及び下アーム素子（３４）と、を有し、前記上アーム素子（３２）及び前記下アーム素子（３４）のスイッチングにより前記直流電源（２０）とモータ（２２）との間で電力変換を行う電力変換装置（１０）の故障検出方法であって、前記コンデンサ（３０）の両端間に生ずる電圧を検出する第１のステップと、前記第１のステップにおいて検出される前記電圧の上昇率が所定閾値以上である場合に、前記電源＋ライン（２４）に断線が生じていると判定する第２のステップと、を備える電力変換装置（１０）の故障検出方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、直流電源と電力変換装置とを繋ぐ電源＋ラインに断線が生じたことをその断線発生後速やかに判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例である電力変換装置及びその故障検出装置を含むシステムの構成図である。
【図２】本実施例の電力変換装置の故障検出装置の構成図である。
【図３】電源＋ラインの断線有無の判定を過電圧検出回路を用いて行う場合における各部位に生ずる電圧の一例の時間波形である。
【図４】本実施例の電力変換装置の故障検出装置において実現される動作を説明するための図である。
【図５】本実施例の電力変換装置の故障検出装置における効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて、本発明に係る電力変換装置の故障検出装置の具体的な実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例である電力変換装置１０及びその故障検出装置１２を含むシステム１４の構成図を示す。また、図２は、本実施例の電力変換装置１０の故障検出装置１２の構成図を示す。
【００１５】
図１に示す如く、本実施例のシステム１４は、例えば電気自動車やハイブリッド車両に搭載されるシステムであって、直流電源２０と、モータ２２と、を備えている。直流電源２０は、電力を蓄えかつ放出する充放電可能なリチウムイオン電池やニッケル水素電池などであって、例えば３００ボルトの直流電圧を出力することが可能なバッテリである。モータ２２は、直流電源２０側からの電力供給により駆動力を発生する三相交流モータであって、また、発電可能なモータジェネレータである。
【００１６】
また、システム１４は、電力変換装置１０と、故障検出装置１２と、を備えている。電力変換装置１０は、直流電源２０とモータ２２との間に介在されている。電力変換装置１０は、直流電源２０の直流電力を交流電力に変換してモータ２２に供給するインバータ装置であると共に、モータ２２の発電した交流電力を直流電力に変換して直流電源２０に供給するコンバータ装置である。また、故障検出装置１２は、電力変換装置１０の故障を検出する装置である。
【００１７】
直流電源２０の両端には、電源＋ライン２４及び電源−ライン２６が接続されている。電源＋ライン２４上には、メインコンタクタ２８が設けられている。メインコンタクタ２８は、電力変換装置１０において電力変換を行うべきときすなわち正常時に直流電源２０と電力変換装置１０とを導通するようにオンされ、一方、電力変換装置において電力変換を行うべきでないときすなわち異常時に直流電源２０と電力変換装置１０とを遮断するようにオフされる。
【００１８】
電力変換装置１０は、コンデンサ３０と、上アーム素子３２及び下アーム素子３４と、を有している。コンデンサ３０の両端は、電源＋ライン２４及び電源−ライン２６に接続されている。コンデンサ３０は、電源＋ライン２４と電源−ライン２６との間の電圧を平滑化する機能を有する。上アーム素子３２及び下アーム素子３４は、相ごとに対応して設けられている。各相の上アーム素子３２及び下アーム素子３４は、電源＋ライン２４と電源−ライン２６との間に直列接続されている。各相の上アーム素子３２及び下アーム素子３４はそれぞれ、２種類のパワー半導体素子からなる。
【００１９】
具体的には、上アーム素子３２は、スイッチング素子３６と、ダイオード３８と、からなる。スイッチング素子３６は、コレクタが電源＋ライン２４に接続されており、スイッチング動作する例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やパワーＭＯＳＦＥＴである。ダイオード３８は、スイッチング素子３６のコレクタ−エミッタ間に逆並列接続されている。ダイオード３８は、スイッチング素子３６のエミッタからコレクタへの電流の流通を許容するダイオードである。
【００２０】
下アーム素子３４は、スイッチング素子４０と、ダイオード４２と、からなる。スイッチング素子４０は、エミッタが電源−ライン２６に接続されており、スイッチング動作する例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。ダイオード４２は、スイッチング素子４０のコレクタ−エミッタ間に逆並列接続されている。ダイオード４２は、スイッチング素子４０のエミッタからコレクタへの電流の流通を許容するダイオードである。
【００２１】
電力変換装置１０は、また、各スイッチング素子３６，４０を駆動制御する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す。）４４を有している。ＥＣＵ４４は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す。）４６を有している。マイコン４６は、ソフトウェアで構成された、Ｓ／Ｗパターン生成部４８と、フェール判定部５０と、を有している。Ｓ／Ｗパターン生成部４８は、各スイッチング素子３６，４０に対して供給すべきスイッチングパターンを生成する部位である。また、フェール判定部５０は、電力変換装置１０における例えばスイッチング素子３６，４０の故障などのフェールを判定する部位である。
【００２２】
Ｓ／Ｗパターン生成部４８には、ドライブ回路５２が接続されている。ドライブ回路５２は、スイッチング素子３６，４０ごとに設けられており、対応のスイッチング素子３６，４０を駆動する回路である。Ｓ／Ｗパターン生成部４８は、ドライブ回路５２ごとに、生成したスイッチングパターンに従ったＳ／Ｗ信号を供給する。各ドライブ回路５２は、Ｓ／Ｗパターン生成部４８から供給されるＳ／Ｗ信号に従って対応のスイッチング素子３６，４０を駆動する。
【００２３】
フェール判定部５０には、上記のドライブ回路５２が接続されている。フェール判定部５０は、フェールが生じているとの判定を行った場合に、すべてのドライブ回路５２に対して、スイッチング素子３６，４０をシャットダウンするＳ／Ｄ信号を供給する。各ドライブ回路５２は、フェール判定部５０から供給されるＳ／Ｄ信号に従って対応のスイッチング素子３６，４０を駆動停止する。
【００２４】
また、故障検出装置１２は、ハードウェアで構成された電圧検出回路５４を備えている。電圧検出回路５４は、コンデンサ３０の両端に接続されており、そのコンデンサ３０の両端間すなわち電源＋ライン２４と電源−ライン２６との間に生ずる電圧ＶＰＮを検出する。
【００２５】
故障検出装置１２は、また、ハードウェアで構成された過電圧検出回路５６を備えている。過電圧検出回路５６は、電圧検出回路５４に接続されている。電圧検出回路５４が検出して出力した電圧ＶＰＮは、過電圧検出回路５６に供給される。過電圧検出回路５６は、電圧検出回路５４から供給される電圧ＶＰＮに基づいて、コンデンサ３０の両端間すなわち電源＋ライン２４と電源−ライン２６との間に過電圧が生じているか否かを判定する。
【００２６】
故障検出装置１２は、また、ハードウェアで構成された断線検出回路５８を備えている。断線検出回路５８は、電圧検出回路５４に接続されている。電圧検出回路５４が検出して出力した電圧ＶＰＮは、断線検出回路５８に供給される。断線検出回路５８は、電圧検出回路５４から供給される電圧ＶＰＮに基づいて、直流電源２０と電力変換装置１０との間の電源ライン（具体的には、電源＋ライン２４）に断線が生じているか否かを判定する。尚、この判定される断線には、電源＋ライン２４自体の断線以外に、メインコンタクタ２８のオープンフェール（開故障）が含まれる。
【００２７】
具体的には図２に示す如く、過電圧検出回路５６は、ローパスフィルタ６０と、コンパレータ６２と、を有している。ローパスフィルタ６０には、電圧検出回路５４が検出して出力する電圧ＶＰＮが入力される。ローパスフィルタ６０の時定数τ１は、スイッチング素子のスイッチングによるサージ分を除去できる程度であれば十分であって、予め所定値（例えば、１０μｓｅｃ〜２０μｓｅｃの間の１５μｓｅｃなど）に設定されている。ローパスフィルタ６０は、電圧検出回路５４が検出して出力する電圧ＶＰＮから高周波成分を除去する回路である。
【００２８】
ローパスフィルタ６０の出力端子には、コンパレータ６２の入力端子が接続されている。ローパスフィルタ６０が高周波成分を除去した電圧検出回路５４からの電圧ＶＰＮ（以下、この電圧ＶＰＮをＶＰＮａと称す。）は、コンパレータ６２に供給される。コンパレータ６２は、その高周波成分除去後の電圧ＶＰＮａを所定電圧ＶＰＮ０と比較して、その比較結果に応じたハイ信号又はロー信号を出力する回路である。尚、コンパレータ６２は、ハイ信号又はロー信号を出力するうえでヒステリシスを設けるものであってもよい。
【００２９】
すなわち、過電圧検出回路５６は、電圧検出回路５４からの高周波成分除去後の電圧ＶＰＮａが所定電圧ＶＰＮ０以上であるか否かに基づいて、コンデンサ３０の両端間に過電圧が生じているか否かを判定する。尚、上記の所定電圧ＶＰＮ０は、少なくともコンデンサ３０や上アーム素子３２及び下アーム素子３４の耐圧を超えないように予め定められた閾値電圧であって、例えば４００ボルトなどに設定されている。過電圧検出回路５６は、ＶＰＮａ≧ＶＰＮ０が成立しない場合は過電圧が生じていないと判定してハイ信号ＯＶ１を出力する。一方、ＶＰＮａ≧ＶＰＮ０が成立する場合は過電圧が生じていると判定してロー信号（ＯＶ１−ΔＶ）を出力する。
【００３０】
また、断線検出回路５８は、ローパスフィルタ６４と、比較器６６と、コンパレータ６８と、出力保持器７０と、を有している。ローパスフィルタ６４には、電圧検出回路５４が検出して出力する電圧ＶＰＮが入力される。ローパスフィルタ６４の時定数τ２は、上記したローパスフィルタ６０の時定数τ１よりも大きな値（例えば、その時定数τ１に対して１０倍以上遅い１ｍｓｅｃなど）に予め設定されている。また、この時定数τ２は、モータ２２の回転数が一定であるときにトルクが最大レートＴｒｑ＿ｒａｔｅで最大トルクＴｒｑ＿ｍａｘまで変化した際に十分に実電圧に出力電圧が追従するような値に予め設定されている。ローパスフィルタ６４は、電圧検出回路５４が検出して出力する電圧ＶＰＮから高周波成分を除去する回路である。
【００３１】
ローパスフィルタ６０の出力端子及びローパスフィルタ６４の出力端子には、比較器６６が接続されている。ローパスフィルタ６０が高周波成分を除去した電圧検出回路５４からの電圧ＶＰＮａ、及び、ローパスフィルタ６０が高周波成分を除去した電圧検出回路５４からの電圧ＶＰＮ（以下、この電圧ＶＰＮをＶＰＮｂと称す。）は、比較器６６に供給される。比較器６６は、ローパスフィルタ６０による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮａとローパスフィルタ６４による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮｂとの差（ΔＶＰＮ＝ＶＰＮａ−ＶＰＮｂ）を算出して、その差電圧ΔＶＰＮに応じた信号を出力する回路である。
【００３２】
比較器６６の出力端子には、コンパレータ６８の入力端子が接続されている。比較器６６が算出した差電圧ΔＶＰＮは、コンパレータ６８に供給される。コンパレータ６８は、その差電圧ΔＶＰＮを所定閾値ΔＶＰＮ０とを比較して、その比較結果に応じたハイ信号又はロー信号を出力する回路である。尚、コンパレータ６８は、ハイ信号又はロー信号を出力するうえでヒステリシスを設けるものであってもよい。
【００３３】
コンパレータ６８の出力端子には、出力保持器７０の入力端子が接続されている。コンパレータ６８が出力する信号は、出力保持器７０に供給される。出力保持器７０は、コンパレータ６８の出力信号をその出力開始から所定時間Ｔ（例えば１ｍｓｅｃ）だけ保持する回路である。
【００３４】
すなわち、断線検出回路５８は、ローパスフィルタ６０による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮａとローパスフィルタ６４による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮｂとの差電圧ΔＶＰＮが所定閾値ΔＶＰＮ０以上であるか否かに基づいて、電源＋ライン２４に断線が生じているか否かを判定する。尚、上記の所定閾値ΔＶＰＮ０は、電源＋ライン２４に断線が生じている場合に電圧検出回路５４が検出する電圧ＶＰＮの最小の上昇傾き（上昇率）であって、予め定められた値である。
【００３５】
断線検出回路５８は、ΔＶＰＮ≧ΔＶＰＮ０が成立しない場合は、コンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮの上昇率があまり高くないと判断できるので、電源＋ライン２４に断線が生じていないと判定してハイ信号ＯＶ２を出力する。一方、ΔＶＰＮ≧ΔＶＰＮ０が成立する場合は、コンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮの上昇率が高いと判断できるので、電源＋ライン２４に断線が生じていると判定してロー信号（ＯＶ２−ΔＶ）を出力する。尚、このロー信号（ＯＶ２−ΔＶ）の出力は、少なくとも所定時間Ｔだけ保持される。
【００３６】
過電圧検出回路５６の出力端子（具体的には、コンパレータ６２の出力端子）、及び、断線検出回路５８の出力端子（具体的には、出力保持器７０の出力端子）には、ＯＲ回路７２の入力端子が接続されている。コンパレータ６２の出力信号及び出力保持器７０の出力信号は共に、ＯＲ回路７２に供給される。ＯＲ回路７２は、コンパレータ６２の出力信号がロー信号（ＯＶ１−ΔＶ）である又は出力保持器７０の出力信号がロー信号（ＯＶ２−ΔＶ）である場合に、すべてのドライブ回路５２に対して、スイッチング素子３６，４０をシャットダウンするＳ／Ｄ信号を供給する。
【００３７】
ＯＲ回路７２の出力端子及び上記のフェール判定部５０には、ＯＲ回路７４を介してドライブ回路５２が接続されている。ＯＲ回路７２が出力するＳ／Ｄ信号、及び、フェール判定部５０が出力するＳ／Ｄ信号は、ＯＲ回路７４に供給される。ＯＲ回路７４は、ＯＲ回路７２からＳ／Ｄ信号が供給される又はフェール判定部５０からＳ／Ｄ信号が供給される場合に、すべてのドライブ回路５２に対してＳ／Ｄ信号を供給する。各ドライブ回路５２は、ＯＲ回路７４から供給されるＳ／Ｄ信号に従って対応のスイッチング素子３６，４０を駆動停止する。
【００３８】
図３は、電源＋ライン２４の断線有無の判定を過電圧検出回路５６を用いて行う場合における各部位に生ずる電圧の一例の時間波形を示す。図４は、本実施例の電力変換装置１０の故障検出装置１２において実現される動作を説明するための図を示す。尚、図４においては、電源＋ライン２４の断線有無の判定を過電圧検出回路５６を用いて行う場合にコンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮやΔＶＰＮなどの一例の時間波形を実線で示し、また、電源＋ライン２４の断線有無の判定を本実施例の断線検出回路５８を用いて行う場合にコンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮの一例の時間波形を一点鎖線で示す。更に、図５は、本実施例の電力変換装置１０の故障検出装置１２における効果を説明するための図を示す。
【００３９】
本実施例の電力変換装置１０において、モータ２２が発電により回生されると、その発電電力がモータ２２から電力変換装置１０を経由して直流電源２０へ向けて供給される。この際、電源＋ライン２４に断線が生じていなければ、その電源＋ライン２４に流れる電流ＩＰＮが略一定に維持された状態でモータ２２側から直流電源２０側へ向かう。
【００４０】
かかるモータ２２の回生状態で例えばメインコンタクタ２８のオープンフェールなどによって電源＋ライン２４に断線が生ずると（図３及び図４において時刻ｔ０）、電源＋ライン２４をモータ２２側から直流電源２０側へ向けて電流が流通することができなくなるので、すなわち、電源＋ライン２４に流れる電流ＩＰＮがゼロとなるので、モータ２２側から流れてきた電流がコンデンサ電流Ｉｃとしてコンデンサ３０に流れる。このため、電源＋ライン２４の断線時には、コンデンサ３０に蓄えられる電荷が増大して、そのコンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮが上昇する。
【００４１】
故障検出装置１２において、電圧検出回路５４は、コンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮを検出する。そして、断線検出回路５８は、上記した差電圧ΔＶＰＮ（すなわち、コンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮの上昇率）が所定閾値ΔＶＰＮ０以上であるか否かに基づいて、メインコンタクタ２８のオープンフェールの有無を含む電源＋ライン２４に断線が生じているか否かを判定する。従って、本実施例の故障検出装置１２によれば、電源＋ライン２４の断線有無の判定を、コンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮの上昇率に基づいて行うことができる。
【００４２】
一方、上記の如く電源＋ライン２４の断線時はコンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮが上昇するので、その電源＋ライン２４の断線有無の判定を過電圧検出回路５６を用いて行うこと、すなわち、その電圧ＶＰＮが過電圧を示す所定電圧ＶＰＮ０以上であるか否かに基づいて行うことは可能である。しかし、かかる過電圧検出回路５６を用いた手法では、時刻ｔ０における電源＋ライン２４の断線発生後、その電源＋ライン２４の断線を判定するのに多くの時間を要するおそれがある（図３及び図４における時刻ｔ１）。
【００４３】
これに対して、本実施例においては、上記の如く、電源＋ライン２４の断線有無の判定を、コンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮの上昇率に基づいて行う。従って、本実施例の故障検出装置１２によれば、時刻ｔ０において電源＋ライン２４の断線が発生してから、故障検出装置１２がその電源＋ライン２４の断線を判定するまでの時間を短縮することができ、その断線判定をその断線発生後速やかに行うことができる（図４における時刻ｔ２）。
【００４４】
また、本実施例においては、上記の如く電源＋ライン２４の断線が判定されると、電力変換装置１０の各スイッチング素子３６，４０がシャットダウンにより駆動停止される。このため、本実施例によれば、電源＋ライン２４の断線に起因して電力変換装置１０の各スイッチング素子３６，４０が故障するのを防止することができる。
【００４５】
一方、モータ２２の回生状態で電源＋ライン２４の断線が発生することによってスイッチング素子３６，４０がシャットダウンにより駆動停止されても、モータ２２のリアクトルに蓄えられていたエネルギが直流電源２０側に戻ってくるので、コンデンサ３０の両端間の電圧ＶＰＮが更に上昇して、その最大到達電圧が上がる。この点、かかる電圧上昇分を考慮してコンデンサ３０の耐圧やスイッチング素子３６，４０のシャットダウンのための閾値設定を行うことが必要である。
【００４６】
これに対して、本実施例においては、上記の如く、電源＋ライン２４の断線判定がその断線発生後速やかに行われるので、コンデンサ３０が上昇によって到達する最大到達電圧を、過電圧検出回路５６を用いて電源＋ライン２４の断線有無を判定する手法に比べて下げることができる。このため、本実施例によれば、コンデンサ３０や上アーム素子３２及び下アーム素子３４の耐圧を下げることができ、その耐圧設計に余裕を持たせることができるので、電力変換装置１０を構成するハード部材を安価に設計することができる。
【００４７】
また、本実施例において、断線検出回路５８は、電源＋ライン２４の断線有無を判定するうえで、ローパスフィルタ６０による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮａとローパスフィルタ６４による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮｂとの差電圧ΔＶＰＮが所定閾値ΔＶＰＮ０以上であるか否かを判別する。
【００４８】
図５に示す如く、比較的小さな時定数τ１を有するローパスフィルタ６０が出力する電圧ＶＰＮａは、そのローパスフィルタ６０を通過する前に電圧検出回路５４が検出して出力する電圧ＶＰＮと略同じ値であって、その電圧ＶＰＮに含まれる直流検出誤差分及びリプル分と略同じ直流検出誤差分及びリプル分を含む。また、比較的大きな時定数τ２を有するローパスフィルタ６４が出力する電圧ＶＰＮｂは、上記したローパスフィルタ６０が出力する電圧ＶＰＮａに含まれる直流検出誤差分と略同じ直流検出誤差分を含むが、その電圧ＶＰＮａに含まれるリプル分よりも小さなリプル分を含むので、全体としてその電圧ＶＰＮａよりも小さな値となる。
【００４９】
このため、本実施例の如く、ローパスフィルタ６０による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮａとローパスフィルタ６４による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮｂとの差電圧ΔＶＰＮに基づいて電源＋ライン２４の断線有無を判定すれば、電源＋ライン２４の断線有無を判定するためのパラメータから直流検出誤差分を除去することができると共に、電源＋ライン２４の断線有無を判定するためのパラメータに含まれるリプル分を減少させることができる。従って、本実施例の故障検出装置１２によれば、電源＋ライン２４の断線有無の判定を精度良く行うことができる。
【００５０】
また、本実施例においては、断線検出回路５８による電源＋ライン２４の断線有無の判定が上記の差電圧ΔＶＰＮが所定閾値ΔＶＰＮ以上であるか否かに基づいて行われるが、差電圧ΔＶＰＮが所定閾値ΔＶＰＮ以上となった後、その断線検出回路５８が出力するロー信号（ＯＶ２−ΔＶ）が、そのロー信号の出力開始後、少なくとも所定時間Ｔだけ保持される。このため、本実施例によれば、断線検出回路５８による電源＋ライン２４に断線が生じているとの判定が短時間で終了するのを防止することができる。従って、本実施例によれば、電源＋ライン２４の断線判定後におけるスイッチング素子３６，４０のシャットダウンの実施が短時間で終了することやそのシャットダウンの実施が遅れて開始されるのを防止することができる。
【００５１】
尚、上記の実施例においては、電圧検出回路５４が特許請求の範囲に記載した「電圧検出手段」に、断線検出回路５８が特許請求の範囲に記載した「断線判定手段」に、メインコンタクタ２８が特許請求の範囲に記載した「コンタクタ」に、過電圧検出回路５６が特許請求の範囲に記載した「過電圧判定手段」に、ＯＲ回路７２が特許請求の範囲に記載した「第１のＳ／Ｄ手段」及び「第２のＳ／Ｄ手段」に、ローパスフィルタ６０が特許請求の範囲に記載した「第１のローパスフィルタ」に、ローパスフィルタ６４が特許請求の範囲に記載した「第２のローパスフィルタ」に、時定数τ１が特許請求の範囲に記載した「第１時定数」に、時定数τ２が特許請求の範囲に記載した「第２時定数」に、出力保持器７０が特許請求の範囲に記載した「断線判定保持手段」に、それぞれ相当している。
【００５２】
また、上記の実施例においては、電圧検出回路５４がコンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮを検出することが特許請求の範囲に記載した「第１のステップ」に、断線検出回路５８がローパスフィルタ６０による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮａとローパスフィルタ６４による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮｂとの差電圧ΔＶＰＮが所定閾値ΔＶＰＮ０以上であるか否かに基づいて電源＋ライン２４に断線が生じているか否かを判定することが特許請求の範囲に記載した「第２のステップ」に、それぞれ相当している。
【００５３】
ところで、上記の実施例においては、コンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮの上昇率として、ローパスフィルタ６０による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮａとローパスフィルタ６４による高周波成分除去後の電圧ＶＰＮｂとの差である差電圧ΔＶＰＮを用いている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、他の手法でコンデンサ３０の両端間に生ずる電圧ＶＰＮの上昇率を算出することとしてもよい。
【００５４】
また、上記の実施例においては、電力変換装置１０や故障検出装置１２を電気自動車やハイブリッド車両に搭載するものとした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、車両以外のものに搭載するものとしてもよい。
【００５５】
尚、以上の実施例に関し、更に以下を開示する。
【００５６】
（１）直流電源（２０）の両端に接続される電源＋ライン（２４）及び電源−ライン（２６）に両端が接続されるコンデンサ（３０）と、前記電源＋ライン（２４）と前記電源−ライン（２６）との間に直列接続される上アーム素子（３２）及び下アーム素子（３４）と、を有し、前記上アーム素子（３２）及び前記下アーム素子（３４）のスイッチングにより前記直流電源（２０）とモータ（２２）との間で電力変換を行う電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）であって、前記コンデンサ（３０）の両端間に生ずる電圧を検出する電圧検出手段（５４）と、前記電圧検出手段（５４）により検出される前記電圧の上昇率が所定閾値以上である場合に、前記電源＋ライン（２４）に断線が生じていると判定する断線判定手段（５８）と、を備える電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）。
【００５７】
上記（１）記載の構成によれば、コンデンサの両端間に生ずる電圧の上昇率が所定閾値以上である場合に電源＋ラインに断線が生じていると判定するので、その電源＋ラインの断線判定をコンデンサの両端間に生ずる電圧自体に基づいて行う構成に比べて、その電源＋ラインの断線判定をその断線発生後速やかに行うことができる。
【００５８】
（２）上記（１）記載の電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）において、前記断線判定手段（５８）により前記電源＋ライン（２４）に断線が生じていると判定された場合に、前記上アーム素子（３２）及び前記下アーム素子（３４）のシャットダウンを行う第１のＳ／Ｄ手段（７２）を備える電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）。
【００５９】
（３）上記（１）又は（２）記載の電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）において、前記電源＋ライン（２４）上にコンタクタ（２８）が設けられ、前記断線判定手段（５８）は、前記上昇率が前記所定閾値以上である場合に、前記コンタクタ（２８）に開故障が生じていると判定する電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）。
【００６０】
上記（３）記載の構成によれば、コンデンサの両端間に生ずる電圧の上昇率が所定閾値以上である場合にコンタクタに開故障が生じていると判定するので、その開故障の判定をコンデンサの両端間に生ずる電圧自体に基づいて行う構成に比べて、その開故障の判定をその開故障の発生後速やかに行うことができる。
【００６１】
（４）上記（１）乃至（３）の何れか一項記載の電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）において、前記電圧検出手段（５４）により検出される前記電圧が所定電圧以上である場合に、前記電源＋ライン（２４）と前記電源−ライン（２６）との間に過電圧が生じていると判定する過電圧判定手段（５６）を備える電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）。
【００６２】
（５）上記（４）記載の電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）において、前記過電圧判定手段（５６）により前記電源＋ライン（２４）と前記電源−ライン（２６）との間に過電圧が生じていると判定された場合に、前記上アーム素子（３２）及び前記下アーム素子（３４）のシャットダウンを行う第２のＳ／Ｄ手段（７２）を備える電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）。
【００６３】
（６）上記（４）又は（５）記載の電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）において、前記過電圧判定手段（５６）は、時定数が第１時定数に設定された、前記電圧検出手段（５４）により検出される前記電圧から高周波成分を除去する第１のローパスフィルタ（６０）を有し、前記第１のローパスフィルタ（６０）が出力する電圧が前記所定電圧以上である場合に、前記電源＋ライン（２４）と前記電源−ライン（２６）との間に過電圧が生じていると判定すると共に、前記断線判定手段（５８）は、時定数が前記第１時定数よりも大きな第２時定数に設定された、前記電圧検出手段（５４）により検出される前記電圧から高周波成分を除去する第２のローパスフィルタ（６４）と、前記第１のローパスフィルタ（６０）が出力する電圧と前記第２のローパスフィルタ（６４）が出力する電圧とを比較する比較器（６６）と、を有し、前記比較器（６６）による前記第１のローパスフィルタ（６０）が出力する電圧と前記第２のローパスフィルタ（６４）が出力する電圧との差が前記所定閾値以上である場合に、前記電源＋ライン（２４）に断線が生じていると判定する電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）。
【００６４】
上記（６）記載の構成によれば、電源＋ラインの断線有無を判定するためのパラメータから直流検出誤差分を除去することができると共に、電源＋ラインの断線有無を判定するためのパラメータに含まれるリプル分を減少させることができるので、電源＋ラインの断線有無の判定を精度良く行うことができる。
【００６５】
（７）上記（６）記載の電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）において、前記断線判定手段（５８）は、前記差が前記所定閾値以上となった後、所定時間、前記電源＋ライン（２４）に断線が生じているとの判定を保持させる断線判定保持手段（７０）を有する電力変換装置（１０）の故障検出装置（１２）。
【００６６】
上記（７）記載の構成によれば、電源＋ラインに断線が生じているとの判定が短時間で終了するのを防止することができるので、断線判定後の処理の実施が短時間で終了することやその処理の実施が遅れて開始されるのを防止することができる。
【００６７】
（８）直流電源（２０）の両端に接続される電源＋ライン（２４）及び電源−ライン（２６）に両端が接続されるコンデンサ（３０）と、前記電源＋ライン（２４）と前記電源−ライン（２６）との間に直列接続される上アーム素子（３２）及び下アーム素子（３４）と、を有し、前記上アーム素子（３２）及び前記下アーム素子（３４）のスイッチングにより前記直流電源（２０）とモータ（２２）との間で電力変換を行う電力変換装置（１０）の故障検出方法であって、前記コンデンサ（３０）の両端間に生ずる電圧を検出する第１のステップと、前記第１のステップにおいて検出される前記電圧の上昇率が所定閾値以上である場合に、前記電源＋ライン（２４）に断線が生じていると判定する第２のステップと、を備える電力変換装置（１０）の故障検出方法。
【００６８】
上記（８）記載の構成によれば、コンデンサの両端間に生ずる電圧の上昇率が所定閾値以上である場合に電源＋ラインに断線が生じていると判定するので、その電源＋ラインの断線判定をコンデンサの両端間に生ずる電圧自体に基づいて行う構成に比べて、その電源＋ラインの断線判定をその断線発生後速やかに行うことができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０  電力変換装置
１２  故障検出装置
２０  直流電源
２２  モータ
２４  電源＋ライン
２６  電源−ライン
２８  メインコンタクタ
３０  コンデンサ
３２  上アーム素子
３４  下アーム素子
３６，４０  スイッチング素子
３８，４２  ダイオード
４４  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４６  マイコン
５４  電圧検出回路
５６  過電圧検出回路
５８  断線検出回路
６０，６４  ローパスフィルタ
６２，６８  コンパレータ
６６  比較器
７０  出力保持器
【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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