(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記負荷への給電ラインに電力を供給可能な蓄電装置と、
前記蓄電装置の正極と前記給電ラインとの間に設けられた上側スイッチング素子と、前記蓄電装置の正極および前記上側スイッチング素子を結ぶ経路と前記蓄電装置の負極との間に設けられた下側スイッチング素子とを含む電圧変換装置と、
前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素子を前記蓄電装置から切り離す遮断状態と、前記少なくとも一方のスイッチング素子を前記蓄電装置に接続する接続状態とのいずれかの状態に切替可能に構成された開閉装置と、
前記上側スイッチング素子、前記下側スイッチング素子、および前記開閉装置を制御する制御装置と、
前記少なくとも一方のスイッチング素子の異常を検出した場合に、前記少なくとも一方のスイッチング素子において短絡故障が発生している場合と短絡故障と異なる故障が発生している場合とで共通の異常信号を前記制御装置に出力する異常信号出力装置とを備え、
前記異常信号出力装置は、前記開閉装置が前記遮断状態であり、かつ、前記少なくとも一方のスイッチング素子を閉じるオン信号を受けた場合、前記異常が短絡故障のときには前記異常信号を出力し、前記異常が短絡故障とは異なる故障のときには前記異常信号を出力しないように構成されており、
前記制御装置は、
前記異常信号出力装置から前記異常信号を受けた場合、前記開閉装置を前記接続状態から前記遮断状態に切り替えた上で異常が検出された前記少なくとも一方のスイッチング素子に当該スイッチング素子を閉じるオン信号を出力する確認処理を行い、前記確認処理中に前記異常信号出力装置から前記異常信号を再度受けた場合には前記異常が短絡故障であると特定する、電源システム。
【請求項２】
前記給電ラインに対して前記電圧変換装置と並列に接続された他の電圧変換装置と、
前記他の電圧変換装置を介して前記蓄電装置よりも高い電圧の電力を前記給電ラインに供給可能な他の蓄電装置とを備え、
前記少なくとも一方のスイッチング素子は、前記上側スイッチング素子である、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記開閉装置を前記接続状態から前記遮断状態に切り替えた上で異常が検出された前記少なくとも一方のスイッチング素子に前記オン信号を出力した際、前記異常信号出力装置から前記異常信号を再度受けない場合には前記異常が短絡故障とは異なる異常であると特定し、
前記開閉装置を前記遮断状態から前記接続状態に切り替える、請求項１または２に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関し、より特定的には、負荷に電力を供給する電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車およびハイブリッド車などの電動車両においては、モータなどの負荷に電力を供給する電源システムが搭載されている。
【０００３】
たとえば、特開２０１４−５４１０２号公報（特許文献１）には、モータとバッテリとの間に昇圧コンバータが設けられた電気自動車が開示されている。この電気自動車においては、昇圧コンバータのスイッチング素子の短絡故障が発生していると検出された場合、遮断器によりスイッチング素子がバッテリから切り離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５４１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スイッチング素子を駆動するための駆動モジュールには、スイッチング素子に異常が発生した場合に異常信号を出力するように構成されているものがある。この異常信号を利用してスイッチング素子において発生した異常が短絡故障であると特定できれば、遮断器を作動させるか否かを判定することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、短絡故障が発生している場合と短絡故障とは異なる異常が発生している場合とで共通の異常信号を出力するように駆動モジュールが構成されている場合には、異常信号が出力されたとしても検出された異常が短絡故障であることまで特定できない。
【０００７】
本発明は、上記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、スイッチング素子において短絡故障が発生している場合と短絡故障とは異なる異常が発生している場合とで共通の異常信号が出力される場合であっても、スイッチング素子の短絡故障が発生しているか否かを特定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電源システムは、負荷に電力を供給する。電源システムは、蓄電装置と、電圧変換装置と、開閉装置と、制御装置と、異常信号出力装置とを備える。蓄電装置は、負荷への給電ラインに電力を供給可能である。電圧変換装置は、蓄電装置の正極と給電ラインとの間に設けられた上側スイッチング素子と、蓄電装置の正極および上側スイッチング素子を結ぶ経路と蓄電装置の負極との間に設けられた下側スイッチング素子とを含む。開閉装置は、上側スイッチング素子および下側スイッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素子を蓄電装置から切り離す遮断状態と、少なくとも一方のスイッチング素子を蓄電装置に接続する接続状態とのいずれかの状態に切替可能に構成される。制御装置は、上側スイッチング素子、下側スイッチング素子、および開閉装置を制御する。異常信号出力装置は、少なくとも一方のスイッチング素子の異常を検出した場合に、少なくとも一方のスイッチング素子において短絡故障が発生している場合と短絡故障と異なる故障が発生している場合とで共通の異常信号を制御装置に出力する。異常信号出力装置は、開閉装置が遮断状態であり、かつ、少なくとも一方のスイッチング素子を閉じるオン信号を受けた場合、異常が短絡故障のときには異常信号を出力し、異常が短絡故障とは異なる故障のときには異常信号を出力しない。制御装置は、異常信号出力装置から異常信号を受けた場合、開閉装置を接続状態から遮断状態に切り替えた上で異常が検出された少なくとも一方のスイッチング素子に当該スイッチング素子を閉じるオン信号を出力する確認処理を行い、確認処理中に異常信号出力装置から異常信号を再度受けた場合には異常が短絡故障であると特定する。
【０００９】
このような構成によれば、上側スイッチング素子および下側スイッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素子の異常が検出された場合、異常信号出力装置から制御装置に対して異常信号が出力される。一方、制御装置は、異常信号出力装置から異常信号を受けた場合、開閉装置を接続状態から遮断状態に切り替えた上で異常が検出された少なくとも一方のスイッチング素子に当該スイッチング素子を閉じるオン信号を出力し、異常信号出力装置から異常信号を再度受けた場合には検出された異常が短絡故障であると特定することができる。これにより、短絡故障が発生している場合と短絡故障とは異なる異常が発生している場合とで共通の異常信号が出力される場合であっても、スイッチング素子の短絡故障が発生しているか否かを特定することができる。
【００１０】
好ましくは、電源システムは、他の電圧変換装置と、他の蓄電装置とを備える。他の電圧変換装置は、給電ラインに対して電圧変換装置と並列に接続されている。他の蓄電装置は、他の電圧変換装置を介して蓄電装置よりも高い電圧の電力を給電ラインに供給可能である。少なくとも一方のスイッチング素子は、上側スイッチング素子である。
【００１１】
このような構成によれば、低電圧側の上側スイッチング素子の短絡故障が発生した場合、高電圧側の他の蓄電装置から低電圧側の蓄電装置に向けて短絡電流が発生する虞がある。しかし、異常信号を受けた場合には、制御装置によって開閉装置が接続状態から遮断状態に切り替えられて低電圧側の上側スイッチング素子が蓄電装置から切り離されるため、このような蓄電装置間の短絡電流の発生を防止することができる。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、開閉装置を接続状態から遮断状態に切り替えた上で異常が検出された少なくとも一方のスイッチング素子にオン信号を出力した際、異常信号出力装置から異常信号を再度受けない場合には異常が短絡故障とは異なる異常であると特定し、開閉装置を遮断状態から接続状態に切り替える。
【００１３】
このような構成によれば、制御装置は、開閉装置を接続状態から遮断状態に切り替えた上で異常が検出された少なくとも一方のスイッチング素子にオン信号を出力した際、異常信号出力装置から異常信号を再度受けない場合には検出された異常が短絡故障とは異なる異常であると特定することができる。さらに、開閉装置が遮断状態から接続状態に切り替られるため、電圧変換装置によって電圧変換された蓄電装置からの電力を再び負荷に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電動車両の構成を示す図である。
【図２】駆動モジュールの構成を示す図である。
【図３】フェール信号の出力パターンを説明するための図である。
【図４】ＥＣＵが実行する異常特定処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】異常発生時における信号の出力状態の変化の一例を示すタイミングチャートである。
【図６】低電圧側のバッテリに接続される下アーム素子をバッテリから切り離すリレーを備えた電源システムを示す図である。
【図７】１つのバッテリと１つの昇圧コンバータとを備えるとともに、上アーム素子をバッテリから切り離すリレーを備えた電源システムを示す図である。
【図８】１つのバッテリと１つの昇圧コンバータとを備えるとともに、下アーム素子をバッテリから切り離すリレーを備えた電源システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、参照する図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付してその説明は繰り返さない。
【００１６】
本実施の形態においては、電動車両の１つの例示的形態として、エンジンを搭載せずにモータジェネレータＭＧの働きによって走行可能な電気自動車について説明する。なお、電動車両は、電気自動車に限らず、エンジンおよびモータジェネレータＭＧの両方の働きによって走行可能なハイブリッド車であってもよい。
【００１７】
[電動車両の構成]
図１は、電動車両１の構成を示す図である。電動車両１は、ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）４０と、モータジェネレータＭＧと、インバータ３０と、平滑コンデンサＣＨと、電源システム１００とを備える。
【００１８】
ＥＣＵ４０は、「制御装置」の一実施形態に対応する。ＥＣＵ４０は、いずれも図示を省略するが、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、メモリと、バッファとを含んで構成される。ＥＣＵ４０は、メモリに記憶されたマップおよびプログラムなどに基づいて、所定の演算処理を実行する。そして、ＥＣＵ４０は、演算処理結果に応じた指令を出力することで、各装置を制御する。なお、ＥＣＵ４０の一部あるいは全部は、電子回路などのハードウェアにより演算処理を実行するように構成されてもよい。
【００１９】
モータジェネレータＭＧおよびインバータ３０は、「負荷」の一実施形態に対応する。モータジェネレータＭＧは、インバータ３０から供給される交流電力によって駆動輪（図示は省略）を回転させる。インバータ３０は、ＥＣＵ４０からの指令に応じて、電源システム１００から給電ラインＰＬを介して供給される直流電流を三相交流電流に変換してモータジェネレータＭＧに出力する。
【００２０】
平滑コンデンサＣＨは、給電ラインＰＬと基準ラインＮＬとの間に接続され、給電ラインＰＬおよび基準ラインＮＬの間の電圧ＶＨを平滑化する。平滑コンデンサＣＨには、電圧ＶＨを検出してＥＣＵ４０に出力する電圧センサ４３が設けられている。
【００２１】
電源システム１００は、給電ラインＰＬに電力を供給可能な２つのバッテリＢ１およびバッテリＢ２と、バッテリＢ１の正極および負極の両端に接続された平滑コンデンサＣ１と、バッテリＢ２の正極および負極の両端に接続された平滑コンデンサＣ２と、バッテリＢ１と給電ラインＰＬおよび基準ラインＮＬとの間に設けられた昇圧コンバータ１０と、バッテリＢ２と給電ラインＰＬおよび基準ラインＮＬとの間に設けられた昇圧コンバータ２０とを備える。
【００２２】
バッテリＢ１は、「蓄電装置」の一実施形態に対応し、バッテリＢ２は、「他の蓄電装置」の一実施形態に対応する。バッテリＢ１およびバッテリＢ２は、充放電が可能に構成された直流電源であり、たとえば、リチウムイオン電池もしくはニッケル水素電池などの二次電池、または電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。なお、バッテリＢ１およびバッテリＢ２は、外部からの電力を用いて充電することが可能に構成されていてもよい。たとえば、バッテリＢ１およびバッテリＢ２は、外部電源に接続可能な充電器と接続され、ユーザが充電器を外部電源に接続することにより、外部電源からバッテリＢ１およびバッテリＢ２に対して電力が供給されるものであってもよい。
【００２３】
バッテリＢ２は、給電ラインＰＬに対してバッテリＢ１と並列に接続される。また、本実施の形態においては、バッテリＢ２は、バッテリＢ１よりも高電圧の電力を給電ラインＰＬに供給可能である。
【００２４】
平滑コンデンサＣ１は、バッテリＢ１の端子間の電圧ＶＢ１を平滑化する。バッテリＢ１には、電圧ＶＢ１を検出してＥＣＵ４０に出力する電圧センサ４１が設けられている。
【００２５】
平滑コンデンサＣ２は、バッテリＢ２の端子間の電圧ＶＢ２を平滑化する。バッテリＢ２には、電圧ＶＢ２を検出してＥＣＵ４０に出力する電圧センサ４２が設けられている。
【００２６】
昇圧コンバータ１０は、「電圧変換装置」の一実施形態に対応する。昇圧コンバータ１０は、バッテリＢ１の電圧を昇圧して給電ラインＰＬに電力を供給する。
【００２７】
昇圧コンバータ１０は、バッテリＢ１の正極と給電ラインＰＬとの間に設けられたスイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１を含んで構成される上アーム素子と、バッテリＢ１の正極およびスイッチング素子Ｑ１を結ぶ経路とバッテリＢ１の負極との間に設けられたスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２を含んで構成される下アーム素子とを備える。より具体的には、バッテリＢ１の正極にリアクトルＬ１の一方端が接続され、リアクトルＬ１の他方端と給電ラインＰＬとの間に上アーム素子が設けられる。また、リアクトルＬ１の他方端とバッテリＢ１の負極との間に下アーム素子が設けられる。以下では、バッテリＢ１の正極に接続されたリアクトルＬ１の端を「リアクトルＬ１の一方端」と称し、スイッチング素子Ｑ２に接続されたリアクトルＬ１の端を「リアクトルＬ１の他方端」とも称する。
【００２８】
スイッチング素子Ｑ１は、「上側スイッチング素子」および「少なくとも一方のスイッチング素子」の一実施形態に対応する。スイッチング素子Ｑ１は、ＩＧＢＴ素子で構成される。スイッチング素子Ｑ１のコレクタは、供給ラインＰＬ１を介して給電ラインＰＬに接続される。なお、供給ラインＰＬ１は、バッテリＢ１からの電力を給電ラインＰＬに供給するラインである。ダイオードＤ１のカソードは、スイッチング素子Ｑ１のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のアノードは、スイッチング素子Ｑ１のエミッタに接続される。
【００２９】
スイッチング素子Ｑ２は、「下側スイッチング素子」の一実施形態に対応する。スイッチング素子Ｑ２は、ＩＧＢＴ素子で構成される。スイッチング素子Ｑ２のコレクタは、リアクトルＬ１の他方端に接続される。スイッチング素子Ｑ２のエミッタは、バッテリＢ１の負極に接続される。ダイオードＤ２のカソードは、スイッチング素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ２のアノードは、スイッチング素子Ｑ２のエミッタに接続される。
【００３０】
このような構成を有する昇圧コンバータ１０は、電圧センサ４１によって検出された電圧ＶＢ１および電圧センサ４３によって検出された電圧ＶＨに基づいてＥＣＵ４０から出力された指令に応じて、バッテリＢ１の電圧を昇圧して給電ラインＰＬに電力を供給する。
【００３１】
たとえば、昇圧動作時の昇圧コンバータ１０では、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態に維持され、かつスイッチング素子Ｑ２が所定のデューティ比でオン状態とオフ状態とに繰り返し制御される。なお、スイッチング素子がオフ状態にあるときはスイッチング素子が開いた状態、すなわち非導通状態となり、スイッチング素子がオン状態にあるときはスイッチング素子が閉じた状態、すなわち導通状態となる。これにより、スイッチング素子Ｑ２のオン時に流れる電流がリアクトルＬ１に電磁エネルギとして蓄積され、スイッチング素子Ｑ２がオフ状態に遷移すると、蓄積された電磁エネルギが放電電流に重畳されることでバッテリＢ１の電圧が昇圧される。
【００３２】
昇圧コンバータ２０は、「他の電圧変換装置」の一実施形態に対応する。昇圧コンバータ２０は、給電ラインＰＬに対して昇圧コンバータ１０と並列に接続される。昇圧コンバータ２０は、バッテリＢ２の電圧を昇圧して給電ラインＰＬに電力を供給する。
【００３３】
昇圧コンバータ２０は、バッテリＢ２の正極と給電ラインＰＬとの間に設けられたスイッチング素子Ｑ３およびダイオードＤ３を含んで構成される上アーム素子と、バッテリＢ２の正極およびスイッチング素子Ｑ３を結ぶ経路とバッテリＢ２の負極との間に設けられたスイッチング素子Ｑ４およびダイオードＤ４を含んで構成される下アーム素子とを備える。より具体的には、バッテリＢ２の正極にリアクトルＬ２の一方端が接続され、リアクトルＬ２の他方端と給電ラインＰＬとの間に上アーム素子が設けられる。また、リアクトルＬ２の他方端とバッテリＢ２の負極との間に下アーム素子が設けられる。
【００３４】
昇圧コンバータ２０の上アーム素子（スイッチング素子Ｑ３，ダイオードＤ３）は、上述した昇圧コンバータ１０の上アーム素子（スイッチング素子Ｑ１，ダイオードＤ１）と構成が同じであるため、説明を繰り返さない。また、昇圧コンバータ２０の下アーム素子（スイッチング素子Ｑ４，ダイオードＤ４）は、上述した昇圧コンバータ１０の下アーム素子（スイッチング素子Ｑ２，ダイオードＤ２）と構成が同様であるため、説明を繰り返さない。
【００３５】
このような構成を有する昇圧コンバータ２０は、電圧センサ４２によって検出された電圧ＶＢ２および電圧センサ４３によって検出された電圧ＶＨに基づいてＥＣＵ４０から出力された指令に応じて、バッテリＢ２の電圧を昇圧して給電ラインＰＬに電力を供給する。昇圧コンバータ２０の昇圧動作は昇圧コンバータ１０の昇圧動作と同様であるため、説明を繰り返さない。
【００３６】
なお、昇圧コンバータ１０，２０は、昇圧回路として動作するが、電動車両１の回生制動時にモータＭＧで発電された電力をバッテリＢ１，Ｂ２に戻す際には降圧回路として動作してもよい。
【００３７】
このように、２つのバッテリＢ１，Ｂ２と２つの昇圧コンバータ１０，２０とを用いることで、モータＭＧを動作させるための十分な電力を安定的に確保することができる。また、一方のバッテリの蓄電状態が悪化したり、スイッチング素子において短絡故障が発生したりした場合であっても、他方のバッテリの電力を給電ラインＰＬに供給することも可能である。
【００３８】
また、昇圧コンバータ１０においては、バッテリＢ２からの電力を給電ラインＰＬに供給する供給ラインＰＬ２および給電ラインＰＬの接続点Ｘと、リアクトルＬ１の他方端との間の経路にヒューズ５０が設けられている。本実施の形態においては、リアクトルＬ１の他方端とスイッチング素子Ｑ２との接続点Ｙと、スイッチング素子Ｑ１との間にヒューズ５０が設けられている。
【００３９】
ヒューズ５０は、「開閉装置」の一実施形態に対応する。ヒューズ５０は、ＥＣＵ４０から出力された指令に応じて、スイッチング素子Ｑ１を含む上アームをバッテリＢ１から切り離す遮断状態と、スイッチング素子Ｑ１を含む上アームをバッテリＢ１に接続する接続状態とのいずれかの状態に切替可能に構成されている。
【００４０】
ヒューズ５０は、スイッチング素子Ｑ１と同仕様のＩＧＢＴ素子で構成されるスイッチング素子Ｑ５と、スイッチング素子Ｑ２と同仕様のＩＧＢＴ素子で構成されるスイッチング素子Ｑ６と、ダイオードＤ１と同仕様のダイオードＤ５と、ダイオードＤ２と同仕様のダイオードＤ６とを備える。なお、同仕様とは、互いの部品が同じ形状（たとえば、パッケージが同じ）であり、かつ同じ性能を有することを意味する。すなわち、互いの部品が同仕様であるならば、互いの部品を共通化することができる。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＩＧＢＴ素子に限らず、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタで構成されてもよい。
【００４１】
スイッチング素子Ｑ５のコレクタおよびスイッチング素子Ｑ６のコレクタは、スイッチング素子Ｑ１のエミッタに接続される。スイッチング素子Ｑ５のエミッタおよびスイッチング素子Ｑ６のエミッタは、リアクトルＬ１の他方端およびスイッチング素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ５のカソードは、スイッチング素子Ｑ５のコレクタに接続される。ダイオードＤ５のアノードは、スイッチング素子Ｑ５のエミッタに接続される。ダイオードＤ６のカソードは、スイッチング素子Ｑ６のコレクタに接続される。ダイオードＤ６のアノードは、スイッチング素子Ｑ６のエミッタに接続される。
【００４２】
電源システム１００において、昇圧コンバータ１０が正常に動作している間は、高電圧側のバッテリＢ２から低電圧側のバッテリＢ１に向けて短絡電流が発生することがない。しかし、ヒューズ５０が接続状態にある場合において、昇圧コンバータ１０でスイッチング素子Ｑ１の短絡故障（スイッチング素子Ｑ１のコレクタ−エミッタ間が短絡して常にオン状態に維持される故障）が発生した場合、バッテリＢ１よりも高電圧のバッテリＢ２による電圧が接続点Ｘに印可されていることに起因してバッテリＢ２からバッテリＢ１に向けて短絡電流が発生する虞がある。
【００４３】
このため、ＥＣＵ４０は、スイッチング素子Ｑ１が正常である場合、スイッチング素子Ｑ５およびスイッチング素子Ｑ６をオン状態にしてヒューズ５０を接続状態にする一方、スイッチング素子Ｑ１に何らかの異常が発生した場合、スイッチング素子Ｑ５およびスイッチング素子Ｑ６をオフ状態にしてひとまずヒューズ５０を遮断状態にする。このように、スイッチング素子Ｑ１で発生した異常が短絡故障であっても、スイッチング素子Ｑ１をバッテリＢ１から切り離すことで、バッテリＢ２からバッテリＢ１に向けての短絡電流の発生を防止することができる。
【００４４】
また、ヒューズ５０は、接続点ＸとリアクトルＬ１の他方端との間の経路を遮断するため、バッテリＢ２の電圧がリアクトルＬ１に印可されてリアクトルＬ１が損傷してしまうことを防止するとともに、バッテリＢ２の電圧が平滑コンデンサＣ１に印可されてしまうことも防止することができる。
【００４５】
[駆動モジュールの構成]
スイッチング素子Ｑ１には、駆動モジュール７０が接続されている。なお、駆動モジュール７０は、スイッチング素子Ｑ１に限らず、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６およびインバータ３０に含まれる各スイッチング素子においても接続されているが、以下では、スイッチング素子Ｑ１に接続された駆動モジュール７０について説明する。
【００４６】
図２は、駆動モジュール７０の構成を示す図である。駆動モジュール７０は、ドライブ電源７７と、電流センサ７１と、温度センサ７２と、ドライブＩＣ７５とを備える。なお、ドライブＩＣ７５は、「異常信号出力装置」の一実施形態に対応する。
【００４７】
ドライブ電源７７は、図示しない別バッテリからの電力をドライブＩＣ７５に供給する。電流センサ７１は、たとえば抵抗器を含んで構成され、スイッチング素子Ｑ１のエミッタを流れる電流を検出してドライブＩＣ７５に出力する。温度センサ７２は、たとえばダイオードを含んで構成され、スイッチング素子Ｑ１の温度を検出してドライブＩＣ７５に出力する。
【００４８】
ＥＣＵ４０は、スイッチング素子Ｑ１に対して、当該スイッチング素子Ｑ１を閉じるゲート信号を出力する。ゲート信号は、「オン信号」の一実施形態に対応する。ＥＣＵ４０から出力されたゲート信号は、ドライブＩＣ７５を介してスイッチング素子Ｑ１に入力される。ゲート信号がスイッチング素子Ｑ１に入力されている場合、ゲート信号がオン状態となり、ゲート信号がスイッチング素子Ｑ１に入力されていない場合、ゲート信号がオフ状態となる。ドライブＩＣ７５は、ＥＣＵ４０からゲート信号を受けている場合、すなわちゲート信号がオン状態である場合、ドライブ電源７７から供給された電力を用いてスイッチング素子Ｑ１のゲートに所定電圧（たとえば、１５Ｖ）を印可する。ゲートに所定電圧が印可されるとスイッチング素子Ｑ１はオン状態になる。一方、ゲート信号がオフ状態である場合、ゲートに所定電圧が印可されないためスイッチング素子Ｑ１はオフ状態になる。
【００４９】
ドライブＩＣ７５は、短絡故障が発生している場合と短絡故障とは異なる異常が発生している場合とで共通のフェール信号を出力する。フェール信号は、「異常信号」の一実施形態に対応する。フェール信号が出力されている場合、フェール信号がオン状態となり、フェール信号が出力されていない場合、フェール信号がオフ状態となる。
【００５０】
図３は、フェール信号の出力パターンを説明するための図である。図３に示すように、ドライブＩＣ７５は、ヒューズ５０が接続状態にある場合において、電流センサ７１によって検出された電流が所定値以上となる過電流が生じた場合には、ＥＣＵ４０にフェール信号を出力する（図３のパターンＢ）。過電流は、スイッチング素子Ｑ１において短絡故障が発生した場合に限らず、短絡故障とは異なる異常（たとえば、スイッチング素子Ｑ１以外の部品故障）が発生した場合にも生じる。一方、ドライブＩＣ７５は、ヒューズ５０が遮断状態の場合、スイッチング素子Ｑ１に電流が流れないため過電流が生じず、フェール信号を出力しない。
【００５１】
また、図３に示すように、ドライブＩＣ７５は、ヒューズ５０が接続状態にある場合において、温度センサ７２によって検出された温度が所定値以上となる過熱が生じた場合には、ＥＣＵ４０にフェール信号を出力する（図３のパターンＣ）。過熱は、スイッチング素子Ｑ１において短絡故障が発生した場合に限らず、短絡故障とは異なる異常が発生した場合にも生じる。一方、ドライブＩＣ７５は、ヒューズ５０が遮断状態の場合、スイッチング素子Ｑ１に電流が流れないため過熱が生じず、フェール信号を出力しない。
【００５２】
さらに、図３に示すように、ドライブＩＣ７５は、ヒューズ５０が接続状態でありかつゲート信号がオン状態にある場合において、ドライブ電源７７の出力電圧が所定値以下に低下した場合には、ＥＣＵ４０にフェール信号を出力する（図３のパターンＡ）。ここで、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障が発生しているときには、コレクタ−エミッタ間の短絡に伴ないゲート−エミッタ間も短絡する。このため、スイッチング素子Ｑ１においては、短絡故障時にＥＣＵ４０からゲート信号を受けると、ゲート−エミッタ間に短絡電流が流れることに起因してドライブ電源７７の出力電圧が低下する。ドライブＩＣ７５は、このドライブ電源７７の出力電圧の低下を検出する。ドライブ電源７７の出力電圧の低下は、スイッチング素子Ｑ１において短絡故障が発生した場合に限り検出される。なお、ドライブＩＣ７５は、ヒューズ５０が遮断状態の場合においても、ゲート信号がオン状態であれば、ドライブ電源７７の出力電圧の低下を検出するためフェール信号を出力する（図３のパターンＤ）。
【００５３】
[異常特定処理]
図３で説明したように、ドライブＩＣ７５は、短絡故障が発生している場合と短絡故障とは異なる異常が発生している場合とで共通のフェール信号を出力する。このため、ＥＣＵ４０は、ヒューズ５０が接続状態にある場合において単純にフェール信号を受けただけでは、検出された異常がスイッチング素子Ｑ１の短絡故障であると特定することができない。よって、短絡故障とは異なる異常が発生している場合であっても、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障が発生している可能性を捨てきれず、再びヒューズ５０を接続状態にすることができない。また、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障が発生していないにも関わらずヒューズ５０が遮断状態に維持されたままであると、バッテリＢ２からの電力しか給電ラインＰＬに供給することができず、電動車両１が長時間走行を続けることができなくなってしまう。さらに、バッテリＢ２に接続された昇圧コンバータ２０においても制御破綻が起きるなどの異常が発生してしまう虞もある。
【００５４】
上述した問題に鑑み、ＥＣＵ４０は、図４に示す異常特定処理を実行することにより、ドライブＩＣ７５からフェール信号を受けた場合に、検出された異常がスイッチング素子Ｑ１の短絡故障であるか否かを特定する。以下、詳細に説明する。
【００５５】
図３のパターンＤで示したように、ドライブＩＣ７５は、ヒューズ５０が遮断状態でありかつゲート信号がオン状態である場合、異常が短絡故障である場合にはドライブ電源７７の出力電圧が低下するためフェール信号を出力する。これに対して、異常が短絡故障とは異なる異常である場合にはドライブ電源７７の出力電圧が低下しないためフェール信号を出力しない。このことを利用して、ＥＣＵ４０は、ドライブＩＣ７５からフェール信号を受けた場合、ヒューズ５０を接続状態から遮断状態に切り替えた上で異常が検出されたスイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力する。なお、このようなＥＣＵ４０による処理を確認処理とも称する。これにより、ＥＣＵ４０は、図３に示すパターンＤの状況を作り出す。そして、ＥＣＵ４０は、確認処理中にドライブＩＣ７５からフェール信号を再度受けた場合には検出された異常が短絡故障であると特定することができる。これにより、短絡故障が発生している場合と短絡故障とは異なる異常が発生している場合とで共通のフェール信号が出力される場合であっても、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障が発生しているか否かを特定することができる。
【００５６】
図４および図５を参照しながら、異常特定処理について詳細に説明する。図４は、ＥＣＵ４０が実行する異常特定処理の一例を示すフローチャートである。なお、ここでは、スイッチング素子Ｑ１で発生した異常を特定するための異常特定処理について説明する。また、図４に示すフローチャートの各ステップ（以下、Ｓと略す）は、基本的にはＥＣＵ４０によるソフトウェア処理によって実現されるが、ＥＣＵ４０内に作製されたハードウェア（電子回路）によって実現されてもよい。また、図５（ａ）は、低電圧側のバッテリＢ１に接続される上アーム素子、すなわちスイッチング素子Ｑ１において短絡故障とは異なる異常が発生した場合における信号の出力状態の変化の一例を示し、図５（ｂ）は、スイッチング素子Ｑ１において短絡故障が発生した場合における信号の出力状態の変化の一例を示す。
【００５７】
図４の処理は、ヒューズ５０が接続状態である場合において開始される。図４に示すように、ＥＣＵ４０は、フェール信号がオン状態になったか否かを判定する（Ｓ１０）。ＥＣＵ４０は、フェール信号を受けている間はフェール信号がオン状態であると特定し、フェール信号を受けていない間はフェール信号がオフ状態であると特定する。
【００５８】
ＥＣＵ４０は、フェール信号がオフ状態である場合（Ｓ１０でＮＯ）、本処理を終了する。
【００５９】
一方、ＥＣＵ４０は、フェール信号がオン状態である場合（Ｓ１０でＹＥＳ）、この時点では検出された異常がスイッチング素子Ｑ１の短絡故障であるか否かまで特定することができないため、ひとまずヒューズ５０を遮断状態にする（Ｓ１１）。たとえば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ＥＣＵ４０は、タイミングｔ１でフェール信号がオン状態になった場合、ヒューズ５０を遮断状態にする。
【００６０】
これにより、万一、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障が発生している場合であっても、バッテリＢ２からバッテリＢ１に向けての短絡電流の発生を防止することができる。また、ヒューズ５０が遮断状態になるとスイッチング素子Ｑ１に電流が流れなくなるため、過電流や過熱は生じず、フェール信号がオン状態からオフ状態に次第に切り替わる。
【００６１】
また、ＥＣＵ４０は、ヒューズ５０を遮断状態にしたときにゲート信号を出力していれば、ゲート信号の出力を停止する。
【００６２】
次に、ＥＣＵ４０は、スイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力可能な状態であるか否かを判定する（Ｓ１２）。たとえば、ＥＣＵ４０は、フェール信号がオン状態からオフ状態に切り替わり、ドライブＩＣ７５を介してスイッチング素子Ｑ１がゲート信号を受け入れ可能な状態になったか否かを判定する。たとえば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ＥＣＵ４０は、タイミングｔ２でフェール信号がオン状態からオフ状態に切り替わり、その後の所定期間において、スイッチング素子Ｑ１がゲート信号を受け入れ可能な状態になったか否かを判定する。
【００６３】
ＥＣＵ４０は、スイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力可能な状態ではない場合（Ｓ１２でＮＯ）、Ｓ１２の処理を繰り返す。
【００６４】
一方、ＥＣＵ４０は、スイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力可能な状態である場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、ヒューズ５０を遮断状態に維持したままで、スイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力する確認処理を行なう（Ｓ１３）。たとえば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ＥＣＵ４０は、タイミングｔ３でスイッチング素子Ｑ１がゲート信号を受け入れ可能な状態になれば、ヒューズ５０を遮断状態に維持したままでスイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力する。これにより、ＥＣＵ４０は、図３に示すパターンＤの状況を作り出す。
【００６５】
Ｓ１３の後、ＥＣＵ４０は、確認処理中にドライブＩＣ７５からフェール信号を再び受けてフェール信号がオン状態になったか否かを判定する（Ｓ１４）。
【００６６】
ＥＣＵ４０は、パターンＤのようにヒューズ５０を遮断状態に維持したままでスイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力したにも関わらず、フェール信号がオフ状態のままである場合（Ｓ１４でＮＯ）、スイッチング素子Ｑ１において短絡故障とは異なる異常が発生していると特定する（Ｓ１５）。たとえば、図５（ａ）に示すように、ＥＣＵ４０は、タイミングｔ３でスイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力してもフェール信号がオフ状態のままであれば、スイッチング素子Ｑ１において短絡故障とは異なる異常が発生していると特定する。
【００６７】
ＥＣＵ４０は、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障が発生していない場合、ヒューズ５０を再び接続状態にすることで昇圧コンバータ１０による再昇圧を可能にし（Ｓ１６）、本処理を終了する。たとえば、図５（ａ）に示すように、ＥＣＵ４０は、タイミングｔ５でヒューズ５０を再び接続状態にする。
【００６８】
これにより、スイッチング素子Ｑ１において短絡故障が発生していない場合には、昇圧コンバータ１０によって昇圧されたバッテリＢ１からの電力を再び給電ラインＰＬに供給することができる。
【００６９】
一方、ＥＣＵ４０は、パターンＤのようにヒューズ５０を遮断状態に維持したままでスイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力したことにより、再びフェール信号がオン状態になった場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、スイッチング素子Ｑ１において短絡故障が発生していると特定する（Ｓ１７）。たとえば、図５（ｂ）に示すように、ＥＣＵ４０は、タイミングｔ３でスイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力すると、その後のタイミングｔ４で再びフェール信号がオン状態になれば、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障が発生していると特定する。
【００７０】
次に、ＥＣＵ４０は、低電圧側のバッテリＢ１を利用する必要があるか否かを判定する（Ｓ１８）。スイッチング素子Ｑ１の短絡故障が発生している場合であっても、バッテリＢ１を利用する必要が生じる場合としては以下のことが考えられる。たとえば、ブレーキ回路などの補機系の構成に対しては図示しない補機バッテリから電力が供給される。また、補機バッテリは、図示しないＤＣ／ＤＣコンバータによって電圧変換された電力が供給される。このＤＣ／ＤＣコンバータは、最大許容電圧が予め決まっており、高電圧側のバッテリＢ２では使用できず、低電圧側のバッテリＢ１のみで使用可能である。このため、補機バッテリの蓄電量が著しく低下した場合には、バッテリＢ１の電力を利用する必要が生じる。
【００７１】
ＥＣＵ４０は、バッテリＢ１を利用する必要がある場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、スイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力せずにヒューズ５０を再び接続状態にする（Ｓ１９）。たとえば、図５（ｂ）に示すように、ＥＣＵ４０は、バッテリＢ１を利用する必要がある場合、タイミングｔ５でヒューズ５０を再び接続状態にする。但し、この場合、ＥＣＵ４０は、ヒューズ５０が接続状態であってもスイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力しない。
【００７２】
これにより、短絡故障が発生しているスイッチング素子Ｑ１を介して再びバッテリＢ１の電力を利用することができる。また、スイッチング素子Ｑ１にゲート信号が出力されないため、ドライブＩＣ７５によってドライブ電源７７の出力電圧の低下が検出されることでフェール信号が出力されてしまうこともない。
【００７３】
一方、ＥＣＵ４０は、バッテリＢ１を利用する必要がない場合（Ｓ１８でＮＯ）、もしくはＳ１９の処理の後、本処理を終了する。
【００７４】
以上のように、本実施の形態に係るＥＣＵ４０は、ヒューズ５０が接続状態にある場合においてドライブＩＣ７５からフェール信号を受けた場合、ヒューズ５０を接続状態から遮断状態に切り替えた上で異常が検出されたスイッチング素子Ｑ１にゲート信号を出力する確認処理を行ない、確認処理中にドライブＩＣ７５からフェール信号を再度受けた場合には検出された異常が短絡故障であると特定する。これにより、スイッチング素子Ｑ１において短絡故障が発生している場合と短絡故障とは異なる異常が発生している場合とで共通のフェール信号が出力される場合であっても、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障が発生しているか否かを特定することができる。そして、ＥＣＵ４０は、短絡故障とは異なる異常が発生していると特定した場合には、再びヒューズ５０を接続状態にすることができる。
【００７５】
[変形例]
本実施の形態においては、ヒューズ５０は、ＩＧＢＴ素子からなるスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６およびダイオードＤ５，Ｄ６を含んで構成されていた。しかし、ヒューズ５０は、その他の部材で構成されていてもよい。たとえば、図６に示すように、ヒューズ５０は、リレー６０で構成されてもよい。
【００７６】
また、本実施の形態においては、図４および図５を用いて、昇圧コンバータ１０の上アーム素子に含まれるスイッチング素子Ｑ１において発生した異常を特定するための異常特定処理について説明した。しかし、スイッチング素子Ｑ１に限らず、昇圧コンバータ１０の下アーム素子に含まれるスイッチング素子Ｑ２、昇圧コンバータ２０の上アーム素子に含まれるスイッチング素子Ｑ３、および昇圧コンバータ２０の下アーム素子に含まれるスイッチング素子Ｑ４のいずれにおいても、発生した異常を特定するために本実施の形態における異常特定処理を適用してもよい。すなわち、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３、およびスイッチング素子Ｑ４のいずれも、「少なくとも一方のスイッチング素子」の一実施形態に対応させてもよい。
【００７７】
たとえば、図６に示すように、接続点Ｙとスイッチング素子Ｑ２との間にヒューズ５０を設けてもよい。これにより、万一、スイッチング素子Ｑ２の短絡故障が発生している場合であっても、ヒューズ５０が遮断状態になることでスイッチング素子Ｑ２がバッテリＢ１から電気的に切り離されるため、バッテリＢ１の正極と負極との間に流れる短絡電流の発生を防止することができる。さらに、異常特定処理を実行することによって、ヒューズ５０が遮断状態である場合においてスイッチング素子Ｑ２に対して確認処理を行なえば、スイッチング素子Ｑ２の短絡故障が発生しているか否かを特定することができる。
【００７８】
また、本実施の形態において、電源システム１００は、２つのバッテリＢ１，Ｂ２と２つの昇圧コンバータ１０，２０とを備えていた。しかし、図７に示すように、電源システム１００は、１つのバッテリＢ１と１つの昇圧コンバータ１０とを備えていてもよい。さらに、このように構成した上で、接続点Ｙとスイッチング素子Ｑ１との間にヒューズ５０を設けてもよい。このように構成しても、異常特定処理を実行することによって、ヒューズ５０が遮断状態である場合においてスイッチング素子Ｑ１に対して確認処理を行なえば、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障が発生しているか否かを特定することができる。
【００７９】
また、図８に示すように、電源システム１００が１つのバッテリＢ１と１つの昇圧コンバータ１０とを備えた上で、さらに、接続点Ｙとスイッチング素子Ｑ２との間にヒューズ５０を設けてもよい。このように構成しても、異常特定処理を実行することによって、ヒューズ５０が遮断状態である場合においてスイッチング素子Ｑ２に対して確認処理を行なえば、スイッチング素子Ｑ２の短絡故障が発生しているか否かを特定することができる。
【００８０】
また、上述した実施の形態およびその変形例については、適宜組合せることも可能である。
【００８１】
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。
【符号の説明】
【００８２】
１  電動車両、１０，２０  昇圧コンバータ、３０  インバータ、４０  ＥＣＵ、４１，４２，４３  電圧センサ、５０  ヒューズ、７０  駆動モジュール、７１  電流センサ、７２  温度センサ、７５  ドライブＩＣ、７７  ドライブ電源、１００  電源システム、Ｂ１，Ｂ２  バッテリ、Ｌ１，Ｌ２  リアクトル、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６  スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６  ダイオード。
【図１】
0006369417.tif 000002
【図２】
0006369417.tif 000003
【図３】
0006369417.tif 000004
【図４】
0006369417.tif 000005
【図５】
0006369417.tif 000006
【図６】
0006369417.tif 000007
【図７】
0006369417.tif 000008
【図８】
0006369417.tif 000009