(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のリアクトルを有する第１の変圧回路及び前記第１の変圧回路と並列に設けられ第２のリアクトルを有する第２の変圧回路を含む少なくとも２相の変圧回路と、前記第１のリアクトル及び前記第２のリアクトルのそれぞれに流れる電流を測定する電流センサとを備えたコンバータにおいて実施される異常判定方法であって、
電圧を一定にするステップであって、前記第１の変圧回路による昇圧前電圧及び前記第２の変圧回路による昇圧前電圧を一定にする、又は前記第１の変圧回路による昇圧後電圧及び前記第２の変圧回路による昇圧後電圧を一定にするステップと、
前記電流センサにより測定された電流の変化率と、前記リアクトルのインダクタンスとに基づいて、前記第１の変圧回路による昇圧前又は昇圧後の前記一定にされた電圧と、前記第２の変圧回路による昇圧前又は昇圧後の前記一定にされた電圧とを算出するステップと、
前記算出された前記第１の変圧回路による昇圧前電圧が前記第２の変圧回路による昇圧前電圧と異なる場合、又は前記算出された前記第１の変圧回路による昇圧後電圧が前記第２の変圧回路による昇圧後電圧と異なる場合、前記電流センサを異常と判断するステップと
を備える異常判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータの異常判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池及び二次電池を電源として使用する電力供給システムを搭載した燃料電池自動車が注目されている。当該電源からの電力は、走行用モータ及び補機（例えば、ラジエータファン、冷却水ポンプ、電灯など）を含む電気負荷に供給される。このような燃料電池自動車などの電動車両には、走行のための駆動力を生成し、かつ、回生による発電が可能な走行用モータが搭載されている。また、走行用モータの制御のためにインバータが搭載されている。
【０００３】
上記のインバータに対して安定的に電力を供給するために、燃料電池又は二次電池とインバータとの間に昇圧コンバータが設けられる。当該コンバータには、昇圧前電圧、昇圧後電圧、及びリアクトルの電流のそれぞれを検出するためのセンサが設けられており、当該センサによる検出結果に基づいてコンバータの動作が制御される。
【０００４】
特許文献１には、並列に接続され、それぞれリアクトルが設けられた複数の昇圧回路を備えるコンバータが開示されている。当該コンバータには、各リアクトルの電流、昇圧前電圧及び昇圧後電圧を計測するための複数のセンサが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−０１９４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コンバータはセンサの出力に基づいて動作が制御されるため、コンバータが安定的な出力を行うためには、複数のセンサのそれぞれが正常に動作しているか否かを特定する技術が必要とされている。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものである。本発明の課題は、コンバータに設けられたセンサの異常を検知するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る異常判定方法は、第１のリアクトルを有する第１の変圧回路及び前記第１の変圧回路と並列に設けられ第２のリアクトルを有する第２の変圧回路を含む少なくとも２相の変圧回路と、前記第１のリアクトル及び前記第２のリアクトルのそれぞれに流れる電流を測定する電流センサとを備えたコンバータにおいて実施される異常判定方法であって、電圧を一定にするステップであって、前記第１の変圧回路による昇圧前電圧及び前記第２の変圧回路による昇圧前電圧を一定にする、又は前記第１の変圧回路による昇圧後電圧及び前記第２の変圧回路による昇圧後電圧を一定にするステップと、前記電流センサにより測定された電流の変化率と、前記リアクトルのインダクタンスとに基づいて、前記第１の変圧回路による昇圧前又は昇圧後の前記一定にされた電圧と、前記第２の変圧回路による昇圧前又は昇圧後の前記一定にされた電圧とを算出するステップと、前記算出された前記第１の変圧回路による昇圧前電圧が前記第２の変圧回路による昇圧前電圧と異なる場合、又は前記算出された前記第１の変圧回路による昇圧後電圧が前記第２の変圧回路による昇圧後電圧と異なる場合、前記電流センサを異常と判断するステップとを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、昇圧コンバータの昇圧前の電圧（ＶＬ）又は昇圧後の電圧（ＶＨ）を一定にしている状態で、電流センサに異常がある場合、各々の昇圧回路について、電流センサから取得される電流値を用いて算出（推定）される昇圧前の電圧（ＶＬ）又は昇圧後の電圧（ＶＨ）は異なる値を示すため、電流センサの異常を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る電力供給システムの概略構成を示す図である。
【図２】一実施形態に係る電力供給システムにおける制御を示すグラフである。
【図３】他の実施形態に係る電力供給システムの概略構成を示す図である。
【図４】他の実施形態に係る電力供給システムにおける制御処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態１
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。ただし、発明の範囲をこれらに限定するものではない。
【００１２】
［電力供給システムの構成］
図１を参照して、本実施形態における電力供給システムの概略構成の例を説明する。同図に示す電力供給システム１は、燃料電池自動車等の車両に搭載可能なシステムである。電力供給システム１は、主な構成として、昇圧コンバータ１０、燃料電池２１、負荷２２、電圧センサ２３、電圧センサ２４、及び制御部２５を備える。なお、図１は、電力供給システム１が備える主要な構成を示しているにすぎず、電力供給システム１は、車両に搭載される一般的な電力供給システムが備える他の構成を備えることができる。以下に同図に示す各構成について説明する。
【００１３】
燃料電池２１は、複数のセル（アノード、カソード、及び電解質を備える単一の電池（発電体））を直列に積層してなる固体高分子電解質形のセルスタックを含んで構成される。燃料電池２１による通常の発電時の運転において、アノードにおいて（１）式の酸化反応が生じ、カソードにおいて（２）式の還元反応が生じる。燃料電池２１全体としては（３）式の起電反応が生じることにより、電力を発生する。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-                      （１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ      （２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ              （３）
【００１４】
負荷２２は、インバータ、又は当該インバータを介して昇圧コンバータ１０に接続される走行用モータなどの電気負荷である。負荷２２は、昇圧コンバータ１０から供給された電力を駆動電力として動作する。
【００１５】
電圧センサ２３は、昇圧コンバータ１０への入力電圧（すなわち、昇圧前電圧）を測定するセンサである。電圧センサ２４は、昇圧コンバータ１０からの出力電力（すなわち、昇圧後電圧）を測定するセンサである。
【００１６】
昇圧コンバータ１０は、燃料電池２１と負荷２２との間に設けられたＤＣ電圧の昇圧コンバータである。昇圧コンバータ１０は、燃料電池２１から供給された電力のＤＣ電圧を昇圧して負荷２２に出力する。
【００１７】
昇圧コンバータ１０は、電流センサ１１、リアクトル１２、ダイオード１３、スイッチング素子１４及びコンデンサ１５を備える。電流センサ１１は、リアクトル１２に流れる電流であるリアクトル電流を測定するセンサである。リアクトル１２は、燃料電池２１からの電源ラインＰＬに接続されており、燃料電池２１からの電力に基づいてエネルギーを蓄積するように構成されたリアクトルである。ダイオード１３は、リアクトル１２の出力側と負荷２２との間に設けられた整流素子である。スイッチング素子１４は、リアクトル１２の出力側と接地ラインＮＬとの間に接続されている。コンデンサ１５は、ダイオード１３の出力側と接地ラインＮＬとの間に接続され、ダイオード１３からの直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧を負荷２２へ供給する。
【００１８】
制御部２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備えたコンピュータにより構成される。制御部２５は、他の構成から入力した信号、及びＲＡＭなどの記憶部に記憶されたプログラムになどに基づいて、電力供給システム１が備える各構成の処理及び動作を制御し、また、当該制御に必要な各種演算を実行する。
【００１９】
制御部２５は、例えば、制御信号を出力することにより、予め設定されたデューティ比でスイッチング素子１４のターンオン及びターンオフを制御する。スイッチング素子１４がターンオンすると、燃料電池２１からリアクトル１２を介してスイッチング素子１４に電流が流れ始め、リアクトル１２に磁気エネルギーが蓄積される。スイッチング素子１４がターンオフすると、ターンオンしていた期間にリアクトル１２に蓄積された磁気エネルギーはダイオード１３を介して負荷２２に出力される。
【００２０】
図２を参照して、スイッチング素子１４のオン及びオフのタイミングを示すタイミングチャート、及びスイッチング素子１４の状態に応じたリアクトル１２に流れる電流の測定値の変化を示すグラフの例を説明する。
【００２１】
図２に示す例において、制御部２５からターンオフの制御信号が出力されている（すなわち、スイッチング素子１４の状態ＣＳがＯＦＦである）とき、リアクトル１２に流れる電流ＬＩは下がり続ける。また、制御部２５からターンオンの制御信号が出力されている（すなわち、スイッチング素子１４の状態ＣＳがＯＮである）間、リアクトル１２に流れる電流ＬＩは上がり続ける。同図において、時間Ｔ0のとき（スイッチング素子１４の状態ＣＳがＯＦＦからＯＮに切り替わったとき）、電流ＬＩの値はＩ0である。その後、期間Ｔｏｎ経過後の時間Ｔ1において、スイッチング素子１４の状態ＣＳがＯＮからＯＦＦに切り替わり、この時の電流ＬＩの値はＩ1である。その後、期間Ｔｏｆｆ経過後の時間Ｔ2において、スイッチング素子１４の状態ＣＳがＯＦＦからＯＮに切り替わり、この時の電流ＬＩの値はＩ2である。
【００２２】
ここで、スイッチング素子１４の状態がＯＦＦであるときにリアクトル１２に蓄積された磁気エネルギーによって生じる誘導電圧は、燃料電池２１の出力電圧に重ね合わされる。そのため、ダイオード１３の出力電圧は、燃料電池２１の出力電圧よりも高くなる。すなわち、本実施形態において、リアクトル１２、ダイオード１３、及びスイッチング素子１４を含む要素により、変圧回路を構成する。
【００２３】
図１の制御部２５の説明に戻る。制御部２５は、さらに、電流センサ１１により測定された電流の変化率と、リアクトル１２のインダクタンスとに基づいて、上述の変圧回路による昇圧前電圧又は昇圧後電圧の推定値を算出することができる。当該推定値の算出は、例えば次のように行うことができる。
【００２４】
まず、図２に示す例において、変圧回路による昇圧前電圧をＶＬとし、リアクトル１２のインダクタンスをＬとすると、リアクトル電流の上昇傾きは、ＶＬ／Ｌである。また、電流センサ１１による測定値により算出可能なリアクトル電流の上昇傾きは、（Ｉ1−Ｉ0）／Ｔｏｎである。よって、次の式が成り立つ。
ＶＬ／Ｌ＝（Ｉ1−Ｉ0）／Ｔｏｎ      （１）
【００２５】
式（１）より、昇圧前電圧ＶＬは次の式で表すことができる。
ＶＬ＝Ｌ（Ｉ1−Ｉ0）／Ｔｏｎ      （２）
【００２６】
すなわち、電流センサ１１により測定可能な値であるＩ1、Ｉ0とＴｏｎから求められる電流の変化率と、リアクトル１２のインダクタンスＬとを用いて昇圧前電圧ＶＬの推定値を算出することができる。
【００２７】
また、図２に示す例において、変圧回路による昇圧後電圧をＶＨとすると、リアクトル電流の下降傾きは、−（ＶＨ−ＶＬ）／Ｌである。また、電流センサ１１による測定値により算出可能なリアクトル電流の下降傾きは、（Ｉ2−Ｉ1）／Ｔｏｆｆである。よって、次の式が成り立つ。
−（ＶＨ−ＶＬ）／Ｌ＝（Ｉ2−Ｉ1）／Ｔｏｆｆ      （３）
【００２８】
式（１），（３）より、変圧回路による昇圧後電圧ＶＨは次の２つの式で表すことができる。
ＶＨ＝ＶＬ（１−（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ）・（Ｉ2−Ｉ1）／（Ｉ1−Ｉ0））      （４）
ＶＨ＝Ｌ（（Ｉ1−Ｉ0）／Ｔｏｎ−（Ｉ2−Ｉ1）／Ｔｏｆｆ）              （５）
【００２９】
すなわち、式（５）により、電流センサ１１により測定可能な値であるＩ0，Ｉ1，Ｉ2とＴｏｎ，Ｔｏｆｆから求められる電流の変化率と、リアクトル１２のインダクタンスＬとを用いて昇圧後電圧ＶＨの推定値を算出することができる。
【００３０】
また、式（１），（２），（３）より、インダクタンスＬ及び昇圧前電圧ＶＬを次の式により表すことができる。
Ｌ＝ＶＬ・Ｔｏｎ／（Ｉ1−Ｉ0）      （６）
Ｌ＝ＶＨ／（（Ｉ1−Ｉ0）／Ｔｏｎ−（Ｉ2−Ｉ1）／Ｔｏｆｆ））      （７）
ＶＬ＝（ＶＨ（Ｉ1−Ｉ0）／Ｔｏｎ）／（（Ｉ1−Ｉ0）／Ｔｏｎ−（Ｉ2−Ｉ1）／Ｔｏｆｆ）      （８）
【００３１】
すなわち、インダクタンスＬ、昇圧前電圧ＶＬ及び昇圧後電圧ＶＨのうちいずれか１つの値が既知であれば、電流センサ１１による測定値を用いて他の２つの値を算出することができる。
【００３２】
実施形態２
本実施形態では、実施形態１で説明した式を用いてセンサの異常を検知する方法について説明する。
【００３３】
［電力供給システムの構成］
図３を参照して、実施形態２における電力供給システムの概略構成の例を説明する。同図に示す電力供給システム３は、燃料電池自動車等の車両に搭載可能なシステムである。電力供給システム３は、主な構成として、昇圧コンバータ３０、燃料電池２１、負荷２２、電圧センサ２３、電圧センサ２４、及び制御部３１を備える。図３において、図１に示した電力供給システム１が有する構成と同様の構成については、同じ符号が付されている。ここでは、本実施形態について、実施形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００３４】
昇圧コンバータ３０は、図１に示した昇圧コンバータ１０が備える構成に加え、電流センサ１６、リアクトル１７、ダイオード１８、及びスイッチング素子１９を備える。電流センサ１６は、リアクトル１７に流れる電流であるリアクトル電流を測定するセンサである。リアクトル１７は、燃料電池２１からの電源ラインＰＬに、リアクトル１２と並列に接続されており、燃料電池２１からの電力に基づいてエネルギーを蓄積するように構成されたリアクトルである。ダイオード１８は、リアクトル１７の出力側と負荷２２との間に、ダイオード１３と並列に設けられた整流素子である。スイッチング素子１９は、リアクトル１７の出力側と接地ラインＮＬとの間に接続されている。
【００３５】
ここで、昇圧コンバータ３０において、リアクトル１２（第１のリアクトル）、ダイオード１３、及びスイッチング素子１４を含む要素により、第１の変圧回路を構成する。また、リアクトル１７（第２のリアクトル）、ダイオード１８、及びスイッチング素子１９を含む構成により、第２の変圧回路を構成する。また、図３に示すように、昇圧コンバータ３０において、第１の変圧回路と第２の変圧回路は並列に設けられている。
【００３６】
制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたコンピュータにより構成される。制御部３１は、他の構成から入力した信号、及びＲＡＭなどの記憶部に記憶されたプログラムになどに基づいて、電力供給システム３が備える各構成の処理及び動作を制御し、また、当該制御に必要な各種演算を実行する。制御部３１は、実施形態１の制御部２５と同様の制御を行うことに加え、電流センサ１１，１６の異常を検知するように制御する。
【００３７】
［制御部による制御フロー］
図４を参照して、制御部３１により電流センサ１１，１６の異常を検知する制御処理のフローを説明する。この処理は、制御部３１が第１の変圧回路による昇圧前電圧及び第２の変圧回路による昇圧前電圧を一定にしたとき、又は第１の変圧回路による昇圧後電圧及び第２の変圧回路による昇圧後電圧を一定にしたときに開始する。
【００３８】
まず、ステップＳ１１において、制御部３１は、第１の変圧回路におけるリアクトル１２のリアクトル電流の電流センサ１１による測定値と、第２の変圧回路におけるリアクトル１７のリアクトル電流の電流センサ１６による測定値とを取得する。例えば、制御部３１は、スイッチング素子１４，１９がＯＦＦからＯＮに切り替わるタイミング、その後ＯＮからＯＦＦに切り替わるタイミング、さらにその後ＯＦＦからＯＮに切り替わるタイミングのそれぞれにおける電流センサ１１，１６による測定値と、当該タイミングの情報とを電流センサ１１，１６から取得する。また、制御部３１は、昇圧前電圧ＶＬが一定である時における上記のリアクトル電流の測定値を取得する。
【００３９】
次いで、ステップＳ１２において、制御部３１は、ステップＳ１１で取得されたリアクトル電流の測定値と、測定のタイミングの情報と、リアクトル１２，１７の既知のインダクタンスとに基づいて、上記の式（２）又は式（５）により、第１の変圧回路による昇圧前又は昇圧後の前述の一定にされた電圧と、第２の変圧回路による昇圧前又は昇圧後の前述の一定にされた電圧とを算出する。すなわち、制御部３１は、電流センサ１１，１６により測定された電流の変化率と、リアクトル１２，１７のインダクタンスとに基づいて、第１及び第２の変圧回路による昇圧前電圧又は昇圧後電圧の推定値を算出することができる。
【００４０】
次いで、ステップＳ１３において、制御部３１は、ステップＳ１２における算出結果を互いに比較する。すなわち、ステップＳ１２において昇圧前電圧を算出したときは、制御部３１は、第１の変圧回路による昇圧前電圧と、第２の変圧回路による昇圧前電圧とを比較する。また、ステップＳ１２において昇圧後電圧を算出したときは、制御部３１は、第１の変圧回路による昇圧後電圧と、第２の変圧回路による昇圧後電圧とを比較する。
【００４１】
次いで、ステップＳ１４において、制御部３１は、ステップＳ１３における比較結果に基づいて、電流センサ１１，１６の異常の有無を判定する。すなわち、第１の変圧回路による昇圧前電圧と、第２の変圧回路による昇圧前電圧と（又は、第１の変圧回路による昇圧後電圧と、第２の変圧回路による昇圧後電圧と）が一致するとき（又は、差異が十分小さい値であることを判定可能なように設定された閾値未満であるとき）は、正常であると判定する。また、上記電圧が異なるとき（又は、上記閾値以上であるとき）は、電流センサ１１及び電流センサ１６の少なくとも一方に異常があると判定する（すなわち、異常を検出する）。
【００４２】
以上のように本実施形態によれば、昇圧コンバータ３０に設けられた電流センサ１１，１６の異常を検知することができる。
【００４３】
［変形例］
上記の実施形態２に対して、次のような変形例を適用することができる。すなわち、実施形態２において、昇圧コンバータ３０は、変圧回路を２相有し、当該２相の変圧回路における電圧を比較することにより電流センサ１１，１６の異常の有無を判定する。この変形例として、３相の変圧回路を備えるように昇圧コンバータ３０を構成し、どの電流センサに異常があるかを特定するようにすることができる。例えば、３相の変圧回路における２相の変圧回路のリアクトルの電流測定値が互いに一致し、他の１相の変圧回路におけるリアクトルの電流測定値のみ一致しない場合、制御部３１は、測定値が一致しない電流センサに異常があると判定することができる。昇圧コンバータ３０に４相以上の変圧回路を備えるように構成することによっても、同様の方法により異常のある電流センサを特定することができる。すなわち、例えば、４相の変圧回路における３相の変圧回路のリアクトルの電流測定値が互いに一致し、他の１相の変圧回路におけるリアクトルの電流測定値のみ一致しない場合、制御部３１は、測定値が一致しない電流センサに異常があると判定することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１，３  電力供給システム
１０,３０  昇圧コンバータ
１１，１６  電流センサ
１２，１７  リアクトル
１３，１８  ダイオード
１４，１９  スイッチング素子
１５  コンデンサ
２１  燃料電池
２２  負荷
２３  電圧センサ
２４  電圧センサ
２５，３１  制御部
【図１】
0006642296.tif 000002
【図２】
0006642296.tif 000003
【図３】
0006642296.tif 000004
【図４】
0006642296.tif 000005