(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電機構の電力を電気負荷に供給する電源系統の異常検知装置であって、前記電気負荷は前記蓄電機構からの電力を変換する電力変換回路を含み、前記電源系統は、前記蓄電機構と前記電力変換回路との間に設けられた第１の開閉器と、前記蓄電機構と前記電力変換回路との間に設けられ、抵抗器と直列に設けられた第２の開閉器と、前記電力変換回路に並列に接続された平滑コンデンサと、前記第２の開閉器を閉じて前記平滑コンデンサをプリチャージし、前記プリチャージが終了すると前記第１の開閉器を閉じる制御回路とを含み、
前記異常検知装置は、
前記平滑コンデンサの電圧値を検知するための電圧検知手段と、
前記プリチャージ中における、前記蓄電機構から前記平滑コンデンサに流れる電流値を検知するための電流検知手段と、
前記電流検知手段により検知された電流値を積算するための積算手段と、
前記積算された電流値が所定の上限値以下である場合に、前記プリチャージにより前記平滑コンデンサが充電されるべき電圧値と、前記検知された平滑コンデンサの電圧値とに基づいて、前記電源系統の電源線に異常があること、および前記平滑コンデンサの電圧値を検知するための前記電圧検知手段に異常があることを区別して判定し、前記積算された電流値が前記上限値より大きい場合は、前記電気負荷に異常があることを判定するための判定手段とを含む、電源系統の異常検知装置。
【請求項２】
蓄電機構の電力を電気負荷に供給する電源系統の異常検知装置であって、前記電気負荷は前記蓄電機構からの電力を変換する電力変換回路を含み、前記電源系統は、前記蓄電機構と前記電力変換回路との間に設けられた第１の開閉器と、前記蓄電機構と前記電力変換回路との間に設けられ、抵抗器と直列に設けられた第２の開閉器と、前記電力変換回路に並列に接続された平滑コンデンサと、前記第２の開閉器を閉じて前記平滑コンデンサをプリチャージし、前記プリチャージが終了すると前記第１の開閉器を閉じる制御回路とを含み、
前記異常検知装置は、
前記蓄電機構の電圧値を検知するための第１の電圧検知手段と、
前記平滑コンデンサの電圧値を検知するための第２の電圧検知手段と、
前記プリチャージ中における、前記蓄電機構から前記平滑コンデンサに流れる電流値を検知するための電流検知手段と、
前記電流検知手段により検知された電流値を積算するための積算手段と、
前記積算された電流値が所定の上限値以下である場合に、前記蓄電機構の電圧値と、前記平滑コンデンサの電圧値とに基づいて、前記電源系統の電源線に異常があること、および前記第２の電圧検知手段に異常があることを区別して判定し、前記積算された電流値が前記上限値より大きい場合は、前記電気負荷に異常があることを判定するための判定手段とを含む、電源系統の異常検知装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記平滑コンデンサの電圧値がしきい値以下の場合に、前記電源系統に異常が発生していると判定する、請求項１または２に記載の電源系統の異常検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド車などの走行用モータを搭載した車両に関し、特に、バッテリと負荷とを接続および遮断する電源系統の異常を検知する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車のインバータの入力側の端子間には、電圧の変動を平滑化してインバータの作動を安定させるべく大容量の電解コンデンサが設けられる。電気自動車を走行させる際に、メインスイッチの操作によりコンタクタ（継電器：リレー）を閉じてコンデンサを充電するが、コンデンサをメインバッテリで直接充電すると大電流が流れてコンタクタの接点が損傷する可能性がある。そこで、先ずプリチャージコンタクタを閉じて抵抗等で電流を制限しながらコンデンサをプリチャージし、プリチャージが終了した後にメインコンタクタを閉じることにより接点の損傷を防止している。このため、確実にプリチャージの終了を判定することが重要である。
【０００３】
特開平１０−３０４５０１号公報（特許文献１）は、電気自動車のインバータに設けられたコンデンサのプリチャージの終了を確実に判定する電気自動車の制御装置を開示する。この電気自動車の制御装置は、メインバッテリの直流電力を交流電力に変換して走行モータを駆動するインバータと、メインバッテリおよびインバータ間に設けられたメインコンタクタと、メインバッテリおよびインバータ間に設けられたプリチャージコンタクタと、インバータに並列に接続された平滑用のコンデンサと、プリチャージコンタクタを閉じてコンデンサをプリチャージし、プリチャージが終了したと判定したときにメインコンタクタを閉じる制御回路とを備えた電気自動車の制御装置であって、プリチャージ電流を検出する電流検出回路と、プリチャージ開始から所定時間後のプリチャージ電流が基準値以下のときにプリチャージが終了したと判定する判定回路とを含む。
【０００４】
この電気自動車の制御装置によると、プリチャージ電流を検出する電流検出回路を備えており、判定回路は、プリチャージ開始から所定時間後のプリチャージ電流が基準値以下のときにプリチャージが終了したと判定する。このため、プリチャージ中にコンデンサの電荷が電気負荷に放電される異常時にプリチャージ終了の誤判定を避けることが可能となるだけでなく、メインバッテリの電圧が低下してプリチャージ終了電圧が基準値以上に上昇しない場合でもプリチャージ終了を的確に判定することができるようになる。
【特許文献１】特開平１０−３０４５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された電気自動車の制御装置における判定回路は、プリチャージ開始から所定時間後のプリチャージ電流が基準値以下のときにプリチャージが終了したと判定するので、プリチャージ中にコンデンサの電荷が電気負荷に放電される異常時を検出できる。しかしながら、この異常時の判定は、プリチャージ電流の瞬時値と基準値とを比較しているので、精度高く異常判定をすることが困難である。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、プリチャージ機能を有する車両用の電源系統に発生する異常を精度高く検知することができる電源系統の異常検知装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る電源系統の異常検知装置は、蓄電機構の電力が電力変換回路を経由して電気負荷に供給される電源系統の異常を検知する。電源系統は、蓄電機構と電力変換装置との間に設けられた第１の開閉器と、蓄電機構と電力変換装置との間に設けられ、抵抗器と直列に設けられた第２の開閉器と、電力変換回路に並列に接続された平滑用コンデンサと、第２の開閉器を閉じて平滑コンデンサをプリチャージし、プリチャージが終了すると第１の開閉器を閉じる制御回路とを含む。この異常検知装置は、平滑コンデンサの電圧値を検知するための電圧検知手段と、プリチャージ中における、蓄電機構から平滑コンデンサに流れる電流値を検知するための電流検知手段と、電流検知手段により検知された電流値を積算するための積算手段と、プリチャージにより平滑コンデンサが充電されるべき電圧値と、検知された平滑コンデンサの電圧値と、積算された電流値とに基づいて、電源系統の異常を判定するための判定手段とを含む。
【０００８】
第１の発明によると、プリチャージ時間を経過したときに、電圧検知手段により検知された電力変換装置（たとえば、インバータ駆動回路）に並列に接続された平滑コンデンサの電圧値が、プリチャージにより平滑コンデンサが充電されるべき電圧値にほぼ近い値まで上昇していると、正常にプリチャージされたと判定される。プリチャージ中において、蓄電機構である高圧電池などからインバータ回路に並列に接続された平滑コンデンサに流れる電流値を検知して積算しておく。この積算値が適正上限値よりも高い値であるにもかかわらず、プリチャージ時間を経過したときに平滑コンデンサの電圧値がプリチャージにより平滑コンデンサが充電されるべき電圧値にほぼ近い値まで上昇していないと、高圧電池からの電力が平滑コンデンサをプリチャージすることに用いられず、電気負荷に流れてしまったことが考えられ、これは電気負荷が異常であると判定される。また、この積算値が適正上限値よりも低い値であって適正下限値よりも高い値であるにもかかわらず、プリチャージ時間を経過したときに平滑コンデンサの電圧値がプリチャージにより平滑コンデンサが充電されるべき電圧値にほぼ近い値まで上昇していないと、平滑コンデンサの電圧値を検知する電圧検知手段が異常であると判定される。このようにして、平滑コンデンサに流れる電流値を検知して積算しておいた積算電流値に基づいて、電源系統の異常を判定することができる。その結果、プリチャージ機能を有する車両用の電源系統に発生する異常を精度高く検知することができる電源系統の異常検知装置を提供することができる。
【０００９】
第２の発明に係る電源系統の異常検知装置は、蓄電機構の電力が電力変換回路を経由して電気負荷に供給される電源系統の異常を検知する。電源系統は、蓄電機構と電力変換装置との間に設けられた第１の開閉器と、蓄電機構と電力変換装置との間に設けられ、抵抗器と直列に設けられた第２の開閉器と、電力変換回路に並列に接続された平滑用コンデンサと、第２の開閉器を閉じて平滑コンデンサをプリチャージし、プリチャージが終了すると第１の開閉器を閉じる制御回路とを含む。この異常検知装置は、蓄電機構の電圧値を検知するための第１の電圧検知手段と、平滑コンデンサの電圧値を検知するための第２の電圧検知手段と、プリチャージ中における、蓄電機構から平滑コンデンサに流れる電流値を検知するための電流検知手段と、電流検知手段により検知された電流値を積算するための積算手段と、蓄電機構の電圧値と、平滑コンデンサの電圧値と、積算された電流値とに基づいて、電源系統の異常を判定するための判定手段とを含む。
【００１０】
第２の発明によると、プリチャージ時間を経過したときに、第２の電圧検知手段により検知された電力変換装置（たとえば、インバータ駆動回路）に並列に接続された平滑コンデンサの電圧値が、第１の電圧検知手段により検知された蓄電機構である高圧電池の電圧値にほぼ近い値まで上昇していると、正常にプリチャージされたと判定される。プリチャージ中において、蓄電機構である高圧電池などからインバータ回路に並列に接続された平滑コンデンサに流れる電流値を検知して積算しておく。この積算値が適正上限値よりも高い値であるにもかかわらず、プリチャージ時間を経過したときに平滑コンデンサの電圧値が高圧電池の電圧値にほぼ近い値まで上昇していないと、高圧電池からの電力が平滑コンデンサをプリチャージすることに用いられず、電気負荷に流れてしまったことが考えられ、これは電気負荷が異常であると判定される。また、この積算値が適正上限値よりも低い値であって適正下限値よりも高い値であるにもかかわらず、プリチャージ時間を経過したときに平滑コンデンサの電圧値が高圧電池の電圧値にほぼ近い値まで上昇していないと、平滑コンデンサの電圧値を検知する第２の電圧検知手段が異常であると判定される。このようにして、平滑コンデンサに流れる電流値を検知して積算しておいた積算電流値に基づいて、電源系統の異常を判定することができる。その結果、プリチャージ機能を有する車両用の電源系統に発生する異常を精度高く検知することができる電源系統の異常検知装置を提供することができる。
【００１１】
第３の発明に係る電源系統の異常検知装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、判定手段は、電源系統の異常箇所を判定するための手段を含む。
【００１２】
第３の発明によると、プリチャージ時間を経過したときに、平滑コンデンサの電圧値が、プリチャージにより平滑コンデンサが充電されるべき電圧値や蓄電機構の電圧値にほぼ近い値にまで上昇していないと異常があると判定される。電流積算値が適正下限値よりも低い値であってプリチャージ時間を経過したときに平滑コンデンサの電圧値がかなり低いと、平滑コンデンサの電圧値を検知する電圧検知手段が異常である、または／かつ高圧電源線が異常（断線）と判定される。このようにして、平滑コンデンサに流れる電流値を検知して積算しておいた積算電流値に基づいて、電源系統の異常箇所を判定することができる。
【００１３】
第４の発明に係る電源系統の異常検知装置においては、第３の発明の構成に加えて、判定手段は、電源系統の電源線の異常、平滑コンデンサの電圧値を検知するための電圧検知手段の異常および電気負荷の異常を区別して判定するための手段を含む。
【００１４】
第４の発明によると、プリチャージ時間を経過したときに、平滑コンデンサの電圧値が蓄電機構の電圧値にほぼ近い値にまで上昇していないと異常があると判定される。さらに、平滑コンデンサの電圧値と蓄電機構の電圧値と電流積算値とに基づいて、電源系統の電源線の異常、平滑コンデンサの電圧値を検知するための電圧検知手段の異常および電気負荷の異常を区別して判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１６】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る電源系統の異常検知システムの全体構成について説明する。
【００１７】
この電源系統の異常検知システム１０００は、バッテリ２００とインバータの平滑コンデンサ３００と、負荷５００と、これらの接続／非接続を切換えるリレー４００，４１０，４２０と、バッテリ２００の電圧（これをバッテリ電圧ＶＢとする）を検知する電圧センサ２１０と、コンデンサ３００の電圧（これをインバータ電圧ＶＩとする）を検知する電圧センサ３１０と、これらを制御するコントローラ１００とを含む。
【００１８】
コントローラ１００は、バッテリ２００と負荷５００との正極側を直接接続するリレー４００の開閉を制御する機能と、バッテリ２００と負荷５００との負極側を直接接続するリレー４２０の開閉を制御する機能と、リレー４００に並列接続されバッテリ２００と負荷５００とを抵抗器４３０を介して接続するリレー４１０の開閉を制御する機能とを備える。負荷５００は、駆動用モータや、駆動用モータに電力を供給するインバータの駆動回路等である。
【００１９】
平滑コンデンサ３００は、負荷変動やノイズに対して、バッテリ２００の出力電圧を一定に保つ働きをする。起動時に、リレー４００および４２０をいきなり閉状態にすると、平滑コンデンサ３００への突入電流によってリレー４００，４２０の接点が溶着するおそれがある。そこで、「プリチャージ」と呼ばれる動作がコントローラ１００により実行される。すなわち、最初にリレー４００，４１０，４２０が開状態から、リレー４１０，４２０を閉状態に切換えて平滑コンデンサ３００を徐々に充電し（抵抗器４３０の作用により電流値を抑制して）、平滑コンデンサ３００が十分に充電された後に、リレー４１０を開状態に切換えて、同時にリレー４００を閉状態に切換える。
【００２０】
なお、バッテリ電圧をＶＢ、平滑コンデンサ３００の容量値をＣ、抵抗器４３０の抵抗値をＲとして、正常にプリチャージされている場合には、ｔ秒後のインバータ電圧ＶＩ（ｔ）は、ＶＩ（ｔ）＝ＶＢ・［１−ｅｘｐ｛−ｔ／（Ｃ・Ｒ）｝］で与えられる。
【００２１】
図２を参照して、コントローラ１００のメモリに記憶されるテーブルについて説明する。このテーブルは、異常箇所を特定するためのテーブルである。
【００２２】
図２に示すように、このテーブルは、横軸が、バッテリ２００から平滑コンデンサ３００に流れた電流の積算値（ΣＩＢ）と、適正下限値および適正上限値との関係を示し、縦軸が、プリチャージ後の平滑コンデンサ３００のインバータ電圧と、電圧しきい値Ａおよび（バッテリ電圧−電圧しきい値Ｂ）との関係を示している。
【００２３】
プリチャージが終了したときに電圧センサ３１０により測定された平滑コンデンサ３００の電圧（インバータ電圧ＶＩ）が、電圧センサ２１０により測定されたバッテリ２００の電圧（バッテリ電圧ＶＢ−電圧しきい値Ｂ）よりも大きい場合にはプリチャージが正常に終了したと判断される。電圧しきい値Ｂは、電圧センサ２１０，３１０の測定精度などに基づいて予め設定される値であって、小さな正の値である。
【００２４】
電流積算値（ΣＩＢ）が適正上限値より大きいにもかかわらず、プリチャージ後に電圧センサ３１０により測定された平滑コンデンサ３００の電圧値（インバータ電圧ＶＩ）が電圧しきい値Ａよりも小さい、または電圧しきい値Ａ以上バッテリ電圧から電圧しきい値Ｂを減算した値以下である場合には負荷５００に異常が発生していると判断される。この負荷５００の異常とは、インバータ駆動回路のＰＮ間が短絡している場合や、プリチャージ中に負荷５００が作動して電力が消費された場合などである。
【００２５】
電流積算値（ΣＩＢ）が適正下限値以上かつ適正上限値以下である場合において、プリチャージ後に電圧センサ３１０により測定された平滑コンデンサ３００の電圧値（インバータ電圧ＶＩ）が電圧しきい値Ａよりも小さいまたは電圧しきい値Ａ以上バッテリ電圧から電圧しきい値Ｂを減算した値以下である場合には、平滑コンデンサ３００の電圧値を測定する電圧センサ３１０が異常であると判断される。
【００２６】
電流積算値（ΣＩＢ）が適正下限値よりも小さい場合であって、プリチャージ後に電圧センサ３１０により測定された平滑コンデンサ３００の電圧値（インバータ電圧ＶＩ）が電圧しきい値Ａよりも小さい場合には高圧電源線が断線しているかまたは電圧センサ３１０が異常であると判断される。また、電流積算値（ΣＩＢ）が適正下限値よりも小さい場合であって、プリチャージ後に電圧センサ３１０により測定された平滑コンデンサ３００の電圧値（インバータ電圧ＶＩ）が電圧しきい値Ａ以上バッテリ電圧から電圧しきい値Ｂを減算した値以下である場合には、高圧電源線断線かつ電圧センサ３１０が異常であると判断される。
【００２７】
図３を参照して、コントローラ１００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００２８】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、コントローラ１００は、プリチャージ中であるか否かを判断する。この判断は、プリチャージ開始時刻を起算時としてタイマにより管理され、そのタイマがタイムアップするまではプリチャージ中であると判断される。プリチャージ中であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００２９】
Ｓ２００にて、コントローラ１００は、バッテリ２００から平滑コンデンサ３００に流れるバッテリ電流を積算する。この積算された電流積算値がΣＩＢである。
【００３０】
Ｓ３００にて、コントローラ１００は、予め定められたプリチャージ時間が経過したか否かを判断する。予め定められたプリチャージ時間が経過すると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ４００へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００３１】
Ｓ４００にて、コントローラ１００は、平滑コンデンサ３００の電圧を測定する電圧センサ３１０により測定されたインバータ電圧（ＶＩ）が電圧センサ２１０により測定されたバッテリ２００の電圧付近まで上昇しているか否かを判断する。インバータ電圧（ＶＩ）がバッテリ電圧（ＶＢ）付近まで上昇している場合には（Ｓ４００にてＹＥＳ）、このり処理は終了する。すなわち、プリチャージが正常に終了したと判断される。もしそうでないと（Ｓ４００にてＮＯ）、処理はＳ５００へ移される。
【００３２】
Ｓ５００にて、コントローラ１００は、インバータ電圧（ＶＩ）とバッテリ電流積算値（ΣＩＢ）とに基づいて故障箇所を特定する。このとき、図２に示す異常箇所特定テーブルが用いられ、高圧電源線断線、インバータ電圧センサ（電圧センサ３１０）異常または負荷５００の異常が判断される。これにより故障箇所が特定される。
【００３３】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電源系統の異常検知システムの動作について説明する。
【００３４】
コントローラ１００がプリチャージ開始指示を受けると、リレー４１０およびリレー４２０を閉じてプリチャージを開始する。このプリチャージにより、バッテリ２００から平滑コンデンサ３００に抵抗器４３０を介した電流が流れる。
【００３５】
プリチャージ中であるため（Ｓ１００にてＹＥＳ）、バッテリ電流が積算され積算電流値（ΣＩＢ）が算出される（Ｓ２００）。予め定められたプリチャージ時間が経過すると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、電圧センサ３１０により測定された平滑コンデンサ３００の電圧値であるインバータ電圧（ＶＩ）が電圧センサ２１０により検知されたバッテリ２００の電圧値であるバッテリ電圧（ＶＢ）付近まで上昇しているか否かが判断される（Ｓ４００）。インバータ電圧（ＶＩ）がバッテリ電圧（ＶＢ）付近まで上昇している場合には（Ｓ４００にてＹＥＳ）、図２に示すプリチャージ正常終了と判断される。
【００３６】
インバータ電圧（ＶＩ）がバッテリ電圧（ＶＢ）付近まで上昇していない場合には（Ｓ４００にてＮＯ）、図２に示す異常箇所特定テーブルを用いて異常箇所が特定される。このとき、電流積算値（ΣＩＢ）、電流積算値の適正上限値および適正下限値と、インバータ電圧の範囲との組合せに基づいて、負荷５００の異常、平滑コンデンサ３００の電圧値を検知する電圧センサ３１０の異常、高圧電源線が断線しているという異常の１つまたは２つの異常箇所を特定することができる（Ｓ５００）。
【００３７】
図４に、プリチャージが正常に終了する場合のタイミングチャートを示す。プリチャージの開始とともに、インバータ電圧（ＶＩ）が上昇し、プリチャージ終了時にはバッテリ電圧（ＶＢ）近くになっている。一方、図５に、負荷５００が短絡している場合のタイミングチャートを示す。この場合には、プリチャージを行なってもインバータ電圧（ＶＩ）はほとんど上昇せず、プリチャージ中であるにもかかわらず、バッテリ２００から負荷５００へ電力が供給されている可能性がある。このため、負荷５００が異常であると判断される。
【００３８】
以上のようにして、本実施の形態に係る電源系統の異常検知システムによると、プリチャージ中においてバッテリから平滑コンデンサに流れる電流値を積算しておいた電流積算値を用いて、プリチャージ後に平滑コンデンサの電圧値がバッテリ電圧値近くまで上昇していない場合において電源系統における異常箇所を特定することができる。
【００３９】
なお、上述した実施の形態においては、バッテリ２００の電圧（バッテリ電圧ＶＢ）を検知する電圧センサ２１０を用いた場合を説明したが、本発明はこのような電圧センサ２１０を用いるものに限定されない。バッテリ電圧ＶＢの代わりに、プリチャージにより平滑コンデンサが充電されるべき電圧を用いるようにしてもよい。すなわち、プリチャージ時間を経過したときに、平滑コンデンサ３００の電圧値が、プリチャージにより平滑コンデンサ３００が充電されるべき電圧にほぼ近い値まで上昇しているか否かにより、正常にプリチャージされたか否かを判定するとともに、異常箇所を図２のテーブルを用いて特定する。このようにすると、バッテリ電圧ＶＢを用いることなく、電源系統における異常箇所を特定することができる。
【００４０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源系統の異常検知システムの全体構成図である。
【図２】コントローラのメモリで記憶される異常箇所特定テーブルを示す図である。
【図３】コントローラで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る電源系統の異常検知システムにおけるタイミングチャート（その１）を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電源系統の異常検知システムにおけるタイミングチャート（その２）を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００  コントローラ、２００  バッテリ、２１０，３１０  電圧センサ、３００  平滑コンデンサ、４００，４１０，４２０  リレー、４３０  抵抗器、５００  負荷、１０００  電源系統の異常検知システム。
【図１】
0004604485.tif 000002
【図２】
0004604485.tif 000003
【図３】
0004604485.tif 000004
【図４】
0004604485.tif 000005
【図５】
0004604485.tif 000006