(57)【要約】【課題】微少電流を検出する回路近傍の結露や電磁ノイズの回り込みなどの外乱による誤検出を防止する回路を備えた半導体リレー診断装置を提供する。【解決手段】モータ駆動システム１００は、回転電機１２と、インバータ１１と、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２と、半導体リレーであるＭＯＳＦＥＴ２１と、高電圧型のバッテリ１８と、平滑コンデンサ１５と、制限抵抗Ｒ０と、リーク電流検出回路１０と、半導体リレー診断装置１４と、モータ制御装置１３と、を有する。リーク電流検出回路１０は、ＭＯＳＦＥＴ２１を流れるリーク電流ＩＬを制限抵抗Ｒ０の両端電圧にてリーク電流検出用の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と差動アンプ１６と、フィードバック抵抗Ｒ３と、ＭＯＳＦＥＴ２１の作動状況を検出するための作動検出回路１７と、を有し、半導体リレー診断装置は、これらの信号に基づいて半導体リレーを診断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータとバッテリとの間に電磁リレー及び半導体リレーが設けられ、半導体リレーの異常を診断する車両用半導体リレー診断装置において、
バッテリの低電位側とインバータの低電位側との間に設けられた低電位電磁リレーと並列に配置され、バッテリの低電位側とインバータの低電位側との間で半導体リレーと直列に接続された抵抗素子の両端電圧によってリーク電流を検出するリーク電流検出手段と、
バッテリの高電位側とインバータの高電位側との間に設けられた高電位電磁リレーが導通となった後、検出された低電位側のリーク電流の時間変化に基づいて半導体リレーの異常を診断する診断手段と、
を有することを特徴とする車両用半導体リレー診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用半導体リレー診断装置において、
リーク電流検出手段によって検出されたリーク電流の時間変化を記憶し、記憶されたリーク電流に基づいて定常値と最大最小値を算出する算出手段を有し、
診断手段は、高電位電磁リレーが導通となった後のリーク電流を用いて、算出された定常値が所定の値以下であるときは、正常状態と判断する車両用半導体リレー診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用半導体リレー診断装置において、さらに、
診断手段は、測定された定常値が所定の値を上回り、算出された定常値と最大最小値の変化量とが所定の値を上回るとき、外乱状態と判定する車両用半導体リレー診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用半導体リレー診断装置において、さらに、
診断手段は、測定された定常値が所定の値を上回り、かつ、算出された定常値と最大最小値の変化量とが所定の値以下のとき、故障状態と判定する車両用半導体リレー診断装置。
【請求項５】
インバータとバッテリとの間に電磁リレー及び半導体リレーが設けられ、半導体リレーの異常を診断する車両用半導体リレー診断装置の診断方法において、
バッテリの低電位側とインバータの低電位側との間に設けられた低電位電磁リレーと並列に配置され、バッテリの低電位側とインバータの低電位側との間で半導体リレーと直列に接続された抵抗素子の両端電圧によってリーク電流を検出するリーク電流検出工程と、
バッテリの高電位側とインバータの高電位側との間に設けられた高電位電磁リレーが導通となった後、検出された低電位側のリーク電流の時間変化に基づいて半導体リレーの異常を診断する診断工程と、
を含むことを特徴とする車両用半導体リレー診断装置の診断方法。
【請求項６】
請求項５に記載の車両用半導体リレー診断装置の診断方法において、
リーク電流検出手段によって検出されたリーク電流の時間変化を記憶し、記憶されたリーク電流に基づいて定常値と最大最小値を算出する算出工程を含み、
診断工程は、高電位電磁リレーが導通となった後のリーク電流を用いて、算出された定常値が所定の値以下であるときは、正常状態と判断する車両用半導体リレー診断装置の診断方法。
【請求項７】
請求項６に記載の車両用半導体リレー診断装置の診断方法において、さらに、
診断工程は、測定された定常値が所定の値を上回り、算出された定常値と最大最小値の変化量とが所定の値を上回るとき、外乱状態と判定する車両用半導体リレー診断装置の診断方法。
【請求項８】
請求項７に記載の車両用半導体リレー診断装置の診断方法において、さらに、
診断工程は、測定された定常値が所定の値を上回り、かつ、算出された定常値と最大最小値の変化量とが所定の値以下のとき、故障状態と判定する車両用半導体リレー診断装置の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
インバータとバッテリとの間に設けられた半導体リレーの異常を診断する車両用半導体リレー診断装置及び診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車及び電気自動車等が開発され実用化されている。特にハイブリッド自動車は、内燃機関であるエンジンとバッテリで駆動されるモータとを動力源として用いることにより燃費の向上を図っている。
【０００３】
ハイブリッド自動車等は、バッテリの電圧を昇圧してモータを駆動すると共に、制動時の回生エネルギーによりバッテリを充電するインバータが設けられており、バッテリとインバータの接続にはシステムメインリレーとして高電位側と低電位側とに電磁リレーが設けられている。
【０００４】
インバータには電圧を平準化するための大容量のコンデンサが設けられているため、高電位側と低電位側の電磁リレーをいきなり導通状態にすると、未充電状態のコンデンサに突入電流が流れ、電磁リレーが溶着するおそれがある。このような突入電流が流れるのを防止するため、従来より、制限抵抗を有するプリチャージ用の電磁リレーを高電位側電磁リレーに並列に設け、高電位側電磁リレーを導通する前に、プリチャージ用の電磁リレーを導通させ、プリチャージ終了後に高電位側電磁リレーを導通させている。
【０００５】
電源投入時に電磁リレーの作動音が発生することは、静粛性を害すだけでなく、防音のためのコストアップを招く。そこで、このような問題を解決するために特許文献１には、プリチャージ用の電磁リレー代えて低コストかつ小型の半導体リレー（パワーＭＯＳＦＥＴトランジスタ）を用いた電源装置が開示されている。
【０００６】
また、半導体リレーを用いることで、半導体リレー特有の問題が発生する。そこで、特許文献２には、半導体リレーにおいてＭＯＳＦＥＴのドレイン端子の電位を検出することにより、負荷ショート保護機能や過電流保護機能を実現し、半導体リレー特有のＯＦＦ時の漏れ電流を低減する技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３０４４０８号公報
【特許文献２】特開２００２−４３９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２で開示されている回路には、低電位側に電圧検出機能を有しているものの、半導体リレーの診断機能は無い。また、半導体リレーのリーク電流を検出する回路を設けると、微少電流を検出する回路に電磁ノイズの回り込みや、湿度が増加して結露による電磁ノイズの回り込み等により誤った検出をするおそれがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、微少電流によりリーク故障を検出する半導体リレー診断装置において、微少電流を検出する回路近傍の結露や電磁ノイズの回り込みなどの外乱による誤検出を防止する回路を備えた半導体リレー診断装置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】
【００１０】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る車両用半導体リレー診断装置は、インバータとバッテリとの間に電磁リレー及び半導体リレーが設けられ、半導体リレーの異常を診断する車両用半導体リレー診断装置において、バッテリの低電位側とインバータの低電位側との間に設けられた低電位電磁リレーと並列に配置され、バッテリの低電位側とインバータの低電位側との間で半導体リレーと直列に接続された抵抗素子の両端電圧によってリーク電流を検出するリーク電流検出手段と、バッテリの高電位側とインバータの高電位側との間に設けられた高電位電磁リレーが導通となった後、検出された低電位側のリーク電流の時間変化に基づいて半導体リレーの異常を診断する診断手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る車両用半導体リレー診断装置において、リーク電流検出手段によって検出されたリーク電流の時間変化を記憶し、記憶されたリーク電流に基づいて定常値と最大最小値を算出する算出手段を有し、診断手段は、高電位電磁リレーが導通となった後のリーク電流を用いて、算出された定常値が所定の値以下であるときは、正常状態と判断することを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明に係る車両用半導体リレー診断装置において、診断手段は、測定された定常値が所定の値を上回り、算出された定常値と最大最小値の変化量とが所定の値を上回るとき、外乱状態と判定することを特徴とする。
【００１３】
さらにまた、本発明に係る車両用半導体リレー診断装置において、診断手段は、測定された定常値が所定の値を上回り、かつ、算出された定常値と最大最小値の変化量とが所定の値以下のとき、故障状態と判定することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る車両用半導体リレー診断装置の診断方法は、インバータとバッテリとの間に電磁リレー及び半導体リレーが設けられ、半導体リレーの異常を診断する車両用半導体リレー診断装置の診断方法において、バッテリの低電位側とインバータの低電位側との間に設けられた低電位電磁リレーと並列に配置され、バッテリの低電位側とインバータの低電位側との間で半導体リレーと直列に接続された抵抗素子の両端電圧によってリーク電流を検出するリーク電流検出工程と、バッテリの高電位側とインバータの高電位側との間に設けられた高電位電磁リレーが導通となった後、検出された低電位側のリーク電流の時間変化に基づいて半導体リレーの異常を診断する診断工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る車両用半導体リレー診断装置の診断方法において、リーク電流検出手段によって検出されたリーク電流の時間変化を記憶し、記憶されたリーク電流に基づいて定常値と最大最小値を算出する算出工程を含み、診断工程は、高電位電磁リレーが導通となった後のリーク電流を用いて、算出された定常値が所定の値以下であるときは、正常状態と判断することを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明に係る車両用半導体リレー診断装置の診断方法において、診断工程は、測定された定常値が所定の値を上回り、算出された定常値と最大最小値の変化量とが所定の値を上回るとき、外乱状態と判定することを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、車両用半導体リレー診断装置の診断方法において、診断工程は、測定された定常値が所定の値を上回り、かつ、算出された定常値と最大最小値の変化量とが所定の値以下のとき、故障状態と判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明を用いると、微少電流を検出する回路近傍の結露や電磁ノイズの回り込みなどの外乱による誤検出を防止することが可能となり、診断回路の信頼性が向上するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２０】
図１は、車両に搭載されるモータ駆動システム１００の構成図である。モータ駆動システム１００は、駆動用の電動機又は回生用の発電機として作動する回転電機１２（モータ／ジェネレータ）と、インバータ１１と、システムメインリレー（ＳＭＲ１，ＳＭＲ２）と、半導体リレーであるＭＯＳＦＥＴ２１と、高電圧型のバッテリ１８と、平滑コンデンサ１５と、制限抵抗Ｒ０と、リーク電流検出回路１０と、半導体リレー診断装置１４と、モータ制御装置１３と、を有している。
【００２１】
リーク電流検出回路１０は、ＭＯＳＦＥＴ２１を流れるリーク電流ＩＬを制限抵抗Ｒ０の両端電圧にてリーク電流検出用の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２及び差動アンプ１６と、フィードバック抵抗Ｒ３と、ＭＯＳＦＥＴ２１の作動状況を検出するための作動検出回路１７と、を有している。リーク電流検出回路１０は、検出したリーク電流と、ＭＯＳＦＥＴ２１の動作状況と、を半導体リレー診断装置１４へ出力する。
【００２２】
次に、各機器の接続関係について示す。バッテリ１８の高電位側には、システムメインリレーＳＭＲ１の一端が接続され、バッテリ１８の低電位側には、システムメインリレーＳＭＲ１の一端と、制限抵抗Ｒ０の一端が接続されており、制限抵抗Ｒ０の他端はＭＯＳＦＥＴ２１のソース端子に接続されている。また、システムメインリレーＳＭＲ１の他端と、平滑コンデンサ１５の一端と、インバータ１１の高電位側と、が接続され、同様にしてシステムメインリレーＳＭＲ２の他端と、平滑コンデンサ１５の他端と、ＭＯＳＦＥＴ２１のドレイン端子と、インバータ１１の低電位側と、が接続されている。
【００２３】
インバータ１１はバッテリ１８の直流電力を昇圧してＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相交流に変換し、各相のケーブルは、三相交流で作動する回転電機１２と接続されている。また、モータ制御装置１３は、図示しないイグニッションスイッチ（スタートＳ／Ｗ）、アクセル開度等の信号に応じてインバータ１１等を制御する。
【００２４】
図２には、半導体リレー診断装置１４によって検出されたリーク電流相当のリーク電圧と、そのリーク電圧の測定値の挙動による判断条件が示されている。図２に示す波形は、横軸は時間、縦軸はリーク電圧である。図１のリーク電流検出回路１０は、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の中間点Ａの電圧を増幅して半導体リレー診断装置１４に出力する。ＭＯＳＦＥＴ２１が正常状態のときは、定常しきい値以下のＡ状態となり、例えば、２ｍＶ程度の電圧値を検出して出力する。
【００２５】
ここで、定常しきい値は、例えば、５ｍＶに設定されているが、数ｍＶ程度の微少電圧を測定する回路に電磁ノイズが回り込むことにより、通常２ｍＶ程度の出力値が大幅に変動し、例えば、０Ｖから１０００ｍＶ（１Ｖ）程度の振幅で変化する場合がある。
【００２６】
このような場合では、定常しきい値５ｍＶ以上のリーク電圧を半導体リレーの異常として誤検知してしまう。そこで、本実施形態では、最低しきい値と最高しきい値とを設定し、結露や外来ノイズによるリーク電圧の変動と、故障とを識別するために、以下の処理を実行する。具体的には、リーク電流検出回路で増幅された信号を半導体リレー診断装置１４によりＡ／Ｄ変換後、最大最小値の変化量又は変化率を算出し、予め決められた幅を超えて変化する場合にはノイズによる「特異状態」であると判定し、測定を継続して誤検知を減少させる処理を実行する。
【００２７】
一般的に、ＭＯＳＦＥＴ２１が故障した場合には、所定のリーク電圧（図中の「故障状態」）で安定し、ノイズのような「特異状態」とはならない。しかし、特異状態が所定時間以上継続する場合には、リーク電流検出回路１０に設けられている別系統の作動検出回路１７により再度確認する必要がある。
【００２８】
図３には、半導体リレー診断装置１４の診断処理の流れが示されており、図１，図２と共に処理の流れを示す。最初に、モータ制御装置１３は半導体リレー診断装置１４に診断処理の開始を指示する。次に、モータ制御装置１３は、低電位側のＭＯＳＦＥＴ２１をオンにした後に、高電位側のシステムメインリレーＳＭＲ１をオンにすると、制限抵抗Ｒ０で制限された電圧によって平滑コンデンサ１５がプリチャージされる。
【００２９】
半導体リレー診断装置１４は、ステップＳ１０において、システムメインリレーＳＭＲ１と、ＭＯＳＦＥＴ２１と、の起動を確認すると、ステップＳ１２に移る。半導体リレー診断装置１４は、ステップＳ１２において、リーク電流検出回路１０のリーク電流の時間変化を測定する。次に、ステップＳ１４において、時間変化における定常値と、最大値と、最小値と、を算出する。ステップＳ１４で算出された定常値が図２の定常しきい値以下の場合は、ステップＳ２２に移り、「正常」と判断される。
【００３０】
もし、算出された定常値が定常しきい値を上回る場合には、ステップＳ１８に移る。ステップＳ１８において、最大最小値が最高しきい値と最低しきい値との両方を超えるような場合には、特異状態としてステップＳ２４に移る。ステップＳ２４において、ノイズと判定すると共に、検出カウンタｎをインクリメントする。ステップＳ２６において、検出カウンタｎがＮ回以下であれば、ステップＳ１２に戻り、測定を継続する。なお、最高しきい値と最低しきい値とはリーク電流波形の平均値を中心として設定されている。
【００３１】
ステップＳ２６においてＮ回を上回る場合には、ステップＳ２０に移り、ステップＳ２０において、ＭＯＳＦＥＴ２１の作動状況と、作動検出回路１７からの状態信号と、を比較してＭＯＳＦＥＴ２１の作動状況と一致しない場合には「故障」と判定して終了する。
【００３２】
なお、本実施形態では、半導体リレー診断装置１４がノイズによる「特異状態」であると判定した場合には、測定を継続させる処理を行ったが、この処理に限るものではなく、半導体リレー診断自身を所定時間マスクする処理に置き換えても好適である。また、本実施形態では半導体リレー診断装置１４を設けたが、モータ制御装置のプログラムで実現してもよい。さらに、本実施形態では、半導体スイッチをＭＯＳＦＥＴとして説明したが、これに限定するものではなく、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体リレー診断装置を含むモータ制御システムの構成図である。
【図２】半導体リレー診断装置において測定されたリーク電圧の変化と、判定条件を説明する説明図である。
【図３】半導体リレー診断装置の診断処理の流れを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  リーク電流検出回路、１１  インバータ、１２  回転電機、１３  モータ制御装置、１４  半導体リレー診断装置、１５  平滑コンデンサ、１６  差動アンプ、１７  作動検出回路、１８  バッテリ、２１  ＭＯＳＦＥＴ、１００  モータ駆動システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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