(57)【要約】【課題】通電開閉器の駆動回路自身の故障と当該駆動回路を制御する制御信号の伝送回路の故障とを識別する。【解決手段】所定デューティ比のパルス信号を駆動回路に供給することにより通電開閉器に駆動電流を流して当該通電開閉器の状態を切り替える給電制御装置であって、駆動回路から得られるモニタ信号の信号状態に基づいて当該駆動回路の異常及び上記パルス信号の伝送回路の異常を判定する異常判定部を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定デューティ比のパルス信号を駆動回路に供給することにより通電開閉器に駆動電流を流して当該通電開閉器の状態を切り替える給電制御装置であって、
前記駆動回路から得られるモニタ信号の信号状態に基づいて当該駆動回路の異常及び前記パルス信号の伝送回路の異常を判定する異常判定部を備えることを特徴とする給電制御装置。
【請求項２】
前記異常判定部は、前記モニタ信号の電圧が一定電圧か否かに基づいて前記駆動回路の異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の給電制御装置。
【請求項３】
前記異常判定部は、前記モニタ信号の信号状態が所定デューティ比とは異なるデューティ比を有するか否かに基づいて前記伝送回路の異常を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の給電制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の給電制御装置を備え、
前記異常判定部が前記駆動回路の異常を判定すると、車両の走行を停止させることを特徴とする走行制御装置。
【請求項５】
前記異常判定部が前記伝送回路の異常を判定すると、車両の退避走行させることを特徴とする請求項４に記載の走行制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電制御装置及び走行制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、電力を負荷に通電するリレーが駆動回路の故障によって通電状態のままとなることを回避する蓄電システムが開示されている。この蓄電システムは、リレーの駆動回路の電圧をモニターすることによって駆動回路の故障を検知するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３３８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記背景技術ではリレーの駆動回路の故障を検知することができるものの、当該駆動回路を制御している制御信号の伝送系の故障と駆動回路自身の故障とを識別することができない。したがって、例えばリレーが車両の走行用モータを駆動する駆動回路（インバータ）に電力を供する電源供給系に設けられたものであった場合、駆動回路の故障に対してより適切な対処を採ることができない。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、通電開閉器の駆動回路自身の故障と当該駆動回路を制御する制御信号の伝送回路の故障とを識別することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、給電制御装置に係る第１の解決手段として、所定デューティ比の制御信号を駆動回路に供給することにより通電開閉器に駆動電流を流して当該通電開閉器の状態を切り替える給電制御装置であって、前記駆動回路から得られるモニタ信号の信号状態に基づいて当該駆動回路の異常及び前記制御信号の伝送回路の異常を判定する異常判定部を備える、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、給電制御装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記異常判定部は、前記モニタ信号の電圧が一定電圧か否かに基づいて前記駆動回路の異常を判定する、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、給電制御装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記異常判定部は、前記モニタ信号の信号状態が所定デューティ比とは異なるデューティ比を有するか否かに基づいて前記伝送回路の異常を判定する、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、走行制御装置に係る第１の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段に係る給電制御装置を備え、前記異常判定部が前記駆動回路の異常を判定すると車両の走行を停止させる、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、走行制御装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記異常判定部が前記伝送回路の異常を判定すると車両の退避走行させる、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、駆動回路の出力端の信号状態に基づいて当該駆動回路の異常及び伝送回路の異常を判定する異常判定部を備えるので、通電開閉器の駆動回路自身の故障と当該駆動回路を制御する制御信号の伝送回路の故障とを識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における車両走行系のシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における給電制御装置８の要部構成を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態における給電制御装置８の動作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】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態における車両走行系は、電気自動車やハイブリッド自動車等、電力によってモータを駆動することにより走行のための駆動力を得る車両に設けられるものであり、図１に示すようにバッテリ１、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３、抵抗器４、サブコンタクタ５、インバータ６、走行モータ７、給電制御装置８及び電力制御装置９を備えている。
【００１４】
バッテリ１は、複数の電池セルが一列に直列接続された組電池である。このバッテリ１は、プラス端子Ｔｐとマイナス端子Ｔｎとを備え、当該プラス端子Ｔｐ及びマイナス端子Ｔｎから数百ボルトの高電圧電力（直流電力を）を外部に出力する。
【００１５】
メインコンタクタ２は、励磁コイルと当該励磁コイルへの給電状態に応じて開状態あるいは閉状態に変化する一対の接点を備えた通電開閉器であり、一方の接点が上記バッテリ１のプラス端子Ｔｐに接続されており、他方の接点がインバータ６の第１入力端に接続されている。このメインコンタクタ２は、給電制御装置８から上記励磁コイルに供給される駆動電流に基づいて開状態あるいは閉状態に設定されることにより、上記バッテリ１のプラス端子Ｔｐとインバータ６の第１入力端との接続／非接続を切り替える。
【００１６】
プリチャージコンタクタ３は、上記メインコンタクタ２と同様に励磁コイルと当該励磁コイルへの給電状態に応じて開状態あるいは閉状態に変化する一対の接点を備えた通電開閉器であり、一方の接点が上記メインコンタクタ２と同様にバッテリ１のプラス端子Ｔｐに接続されており、他方の接点が抵抗器４の一端に接続されている。このプリチャージコンタクタ３は、上記メインコンタクタ２と同様に、給電制御装置８から励磁コイルに供給される駆動電流に基づいて閉状態あるいは開状態に設定されることにより、上記バッテリ１のプラス端子Ｔｐのインバータ６の第１入力端との接続／非接続を切り替える。
【００１７】
抵抗器４は、一端が上記プリチャージコンタクタ３の他方の接点に接続され、他端が上記メインコンタクタ２と同様にインバータ６の第１入力端に接続されている。すなわち、プリチャージコンタクタ３と抵抗器４とは直列接続されており、当該直列接続状態でメインコンタクタ２に並列接続されている。なお、プリチャージコンタクタ３には抵抗器４が直列接続されているので、プリチャージコンタクタ３を通過する高電圧電力は、メインコンタクタ２を通過する高電圧電力よりも抵抗器４の抵抗値の分だけ小さな値となる。すなわち、プリチャージコンタクタ３を通過する高電圧電流は、メインコンタクタ２を通過する高電圧電流よりも抵抗器４の抵抗値の分だけ小さい。
【００１８】
サブコンタクタ５は、上記メインコンタクタ２及びプリチャージコンタクタ３と同様に励磁コイルと当該励磁コイルへの給電状態に応じて開状態あるいは閉状態に変化する一対の接点を備えた通電開閉器であり、一方の接点が上記バッテリ１のマイナス端子Ｔｎに接続されており、他方の接点がインバータ６の第２入力端に接続されている。このサブコンタクタ５は、給電制御装置８から供給される駆動電流に基づいて閉状態あるいは開状態に設定されることにより、上記バッテリ１のマイナス端子Ｔｎとインバータ６の第２入力端と接続／非接続を切り替える。
【００１９】
インバータ６は、第１入力端と第２入力端及び第１〜第３出力端を備える三相インバータである。インバータ６の第１入力端及び第２入力端には上記バッテリ１から高周波電力（直流電力）が入力される。このインバータ６は、第１入力端及び第２入力端に入力されたバッテリ１の高周波電力（直流電力）を所定周波数かつ三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力（三相交流電力）に変換して第１〜第３出力端から走行モータ７に出力する。
【００２０】
このようなインバータ６は、電力制御装置９から入力されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の制御信号（例えばＰＷＭ信号）に基づいて高周波電力（直流電力）を三相交流電力に変換する。すなわち、インバータ６は、両端に高周波電力（直流電力）が供給されると共に、上記制御信号によってスイッチング動作が制御される３つのスイッチングレグを備える。これら各スイッチングレグは、上アームを構成するスイッチングトランジスタと下アームを構成するスイッチングトランジスタとを備え、上記各スイッチングトランジスタに上記制御信号が入力されることにより各相の交流電力を出力する。
【００２１】
走行モータ７は、上記インバータ６から供給される三相交流電力を駆動電力として回転動力を発生する三相電動機である。車両は、この走行モータ７が発生する回転動力を走行のための駆動力として走行する。このような走行モータ７は、例えば制御性に優れた三相直流電動機である。
【００２２】
給電制御装置８は、車両の運転手の操作指示（例えばイグニッションスイッチの「ＯＮ」）に基づいて、上述したメインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５の動作を制御することにより、バッテリ１の高電圧電力のインバータ６への通電を制御する装置である。この給電制御装置８は、上記メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５の制御に加えて、当該制御に基づく上記高電圧電力のインバータ６への通電状態を電力制御装置９に通知する。
【００２３】
このような給電制御装置８は、図２に示すようにＭＰＵ８ａ、制御信号発生部８ｂ、伝送回路８ｃ、駆動トランジスタ８ｄ、還流ダイオード８ｅ、反転回路８ｆ、信号検出部８ｇ及び異常判定部８ｈを備えており、一対の配線Ｈ１，Ｈ２を介してメインコンタクタ２の励磁コイルに接続されている。これら構成要素のうち、駆動トランジスタ８ｄ、還流ダイオード８ｅ及び一対の配線Ｈ１，Ｈ２は、メインコンタクタ２を駆動するコンタクタ駆動回路を構成している。
【００２４】
なお、この図２では、メインコンタクタ２に関するコンタクタ駆動回路のみが示されているが、給電制御装置８には、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５用にも図２に示すコンタクタ駆動回路と同様のものが設けられている。
【００２５】
ＭＰＵ８ａは、予め記憶している通電制御プログラムに基づいて所定の制御処理を行うソフトウエア制御装置であり、給電制御装置８の全体動作を制御する。このＭＰＵ８ａは、上記通電制御プログラム及び内部回路によって実現される機能構成要素として、制御信号発生部８ｂ、信号検出部８ｇ及び異常判定部８ｈを備えている。
【００２６】
制御信号発生部８ｂは、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５を制御するための制御信号（コンタクタ制御信号Ｃ）を生成する。この制御信号発生部８ｂは、コンタクタ制御信号Ｃを伝送回路８ｃ及び異常判定部８ｈに出力する。また上記コンタクタ制御信号Ｃは、所定デューティ比を有するパルス信号であり、伝送回路８ｃの入力端に入力される。なお、上記所定デューティ比は、例えば５０％である。
【００２７】
伝送回路８ｃは、抵抗器やコンデンサ等の受動素子から構成されており、制御信号発生部８ｂから入力されたコンタクタ制御信号Ｃを駆動トランジスタ８ｄの制御端子に出力する。駆動トランジスタ８ｄは、パワーＭＯＳＦＥＴ等のパワートランジスタであり、１つの制御端子（例えばゲート端子）と一対の出力端子（例えばソース端子及びドレイン端子）とを備える。この駆動トランジスタ８ｄは、制御端子に入力されたコンタクタ制御信号Ｃに基づいてＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態に状態変化する。このような駆動トランジスタ８ｄの一対の出力端子のうち、一方の出力端子は、還流ダイオード８ｅのアノード端子つまりメインコンタクタ２の励磁コイルの一端に接続され、他方の出力端子は給電制御装置８の接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。
【００２８】
還流ダイオード８ｅは、アノード端子が駆動トランジスタ８ｄの一方の出力端子に接続され、カソード端子がメインコンタクタ２の励磁コイルの他端及び給電制御装置８の電源に接続されている。このような還流ダイオード８ｅは、メインコンタクタ２の励磁コイルに給電される駆動電流を還流させるための回路素子である。
【００２９】
ここで、この給電制御装置８では、駆動トランジスタ８ｄの一方の出力端子と還流ダイオード８ｅのアノード端子との接続点を検出点Ｐとしている。この検出点Ｐには、配線Ｈ２を介してメインコンタクタ２の励磁コイルの一端が接続されており、当該励磁コイルを介して電源と接続されている。反転回路８ｆは、このような検出点Ｐの信号状態を示す検出信号Ｄを反転させて信号検出部８ｇに出力する。この反転回路８ｆは、上述したコンタクタ駆動回路と信号検出部８ｇとの間においてバッファ回路として機能するものである。
【００３０】
信号検出部８ｇは、反転回路８ｆから入力される検出信号Ｄのレベル（振幅）及びエッジ（例えば立上りエッジ）を検出し、当該検出の結果を異常判定部８ｈに出力する。異常判定部８ｈは、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５用の各コンタクタ駆動回路から入力される検出信号Ｄ及び制御信号発生部８ｂから入力されるコンタクタ制御信号Ｃに基づいて、コンタクタ駆動回路自身の故障とコンタクタ制御信号Ｃの伝送回路８ｃの故障とを識別し、当該識別の結果を電力制御装置９に出力する。
【００３１】
電力制御装置９は、給電制御装置８から入力される通知や運転者の操作指示等に基づいてインバータ６を制御することにより車両の走行を制御する。図示していないが、この電力制御装置９には、上記給電制御装置８から入力される通知の他に車両を走行させる上で必要な各種情報が入力されている。この電力制御装置９は、このような通知や各種情報及び運転者の操作指示に基づいてインバータ６を制御することにより走行モータ７の動作を制御する。
【００３２】
次に、このように構成された車両走行系の動作、特に給電制御装置８の動作について、図３のフローチャートに沿って詳しく説明する。
【００３３】
この車両走行系が設けられる車両では、運転手がイグニッションスイッチを「ＯＮ」すると、この操作指示が車両に別途設けられた通信系を介して給電制御装置８に入力される。そして、給電制御装置８は、この操作指示に従って、先行してプリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５をＯＦＦ状態からＯＮ状態に状態変化させる。
【００３４】
すなわち、給電制御装置８の制御信号発生部ｂは、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５に関するコンタクタ制御信号Ｃを生成してプリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５に関する駆動トランジスタ８ｄに出力する。そして、駆動トランジスタ８ｄは、プリチャージコンタクタ３の励磁コイル及びサブコンタクタ５の励磁コイルに駆動電流Ｉｄを給電する。
【００３５】
そして、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５は、開状態から閉状態に状態変化し、インバータ６の第１入力端をバッテリ１のプラス端子Ｔｐに接続し、またインバータ６の第２入力端をバッテリ１のマイナス端子Ｔｎに接続する。この結果、バッテリ１からインバータ６に高電圧電力（直流電力）が給電される。
【００３６】
そして、このようなプリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５が閉状態になった後、一定時間が経過すと、制御信号発生部８ｂは、メインコンタクタ２に関するコンタクタ制御信号Ｃを生成してメインコンタクタ２に関する駆動トランジスタ８ｄに出力する。そして、駆動トランジスタ８ｄは、メインコンタクタ２の励磁コイルに駆動電流Ｉｄを給電する。
【００３７】
この結果、メインコンタクタ２は、開状態から閉状態に状態変化する。このメインコンタクタ２が閉状態になることによって、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５が閉状態のときよりも大きな高電圧電力（直流電力）がインバータ６の第１入力端と第２入力端に給電される。そして、インバータ６は、この高電圧電力（直流電力を）を三相交流電力に変換して走行モータ７に出力し、以って車両が走行を開始する。
【００３８】
このように、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５を先行して閉状態に制御し、その後でメインコンタクタ２を閉状態に制御することにより、プリチャージコンタクタ３に直列接続された抵抗器４によって突入電力の緩和が図られる。すなわち、短時間に急激に大きな高電圧電力（直流電力）が車両走行系に流れることにより、当該車両走行系を構成する各部品にダメージをを与えることを軽減することが可能である。
【００３９】
ここで、上述したようにコンタクタ制御信号Ｃは所定デューティ比のパルス信号である。メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５が閉状態のとき、駆動トランジスタ８ｄは、ＯＦＦ状態とＯＮ状態とを所定デューティ比で繰り返す状態となる。
【００４０】
すなわち、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５の各励磁コイルには間欠的に駆動電流が給電される状態である。しかしながら、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５における各一対の接点は、自らの機械的な応答性が緩慢なために、閉状態を維持する。換言すると、第２コンタクタ制御信号Ｃ２における所定デューティ比は、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５における各一対の接点が閉状態を維持し得る値に設定されている。
【００４１】
このような動作をする給電制御装置８について、異常判定部８ｈは、以下のような故障判定処理を行うことによってメインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３及びサブコンタクタ５のコンタクタ駆動回路自身の故障とコンタクタ制御信号Ｃの伝送回路８ｃの故障とを識別する。
【００４２】
すなわち、異常判定部８ｈは、故障診断を開始すると、反転回路８ｆから入力される検出信号Ｄの信号状態（つまりレベル及びエッジ）が予め記憶された正常状態と一致するか否かを判断する（ステップＳ１）。そして、異常判定部８ｈは、信号状態が正常状態と一致する場合は、コンタクタ駆動回路自身及び伝送回路８ｃが正常であると判定し（ステップＳ２）、車両の通常走行を許容する（ステップＳ３）。
【００４３】
そして、異常判定部８ｈは、上記信号状態が正常状態と不一致の場合には、検出信号ＤがＬ（ロー）電位（ＧＮＤ電位）あるいはＨ（ハイ）電位（電源電位）の何れかを取り得る信号（二値信号）か否かを判断する（ステップＳ４）。そして、異常判定部８ｈは、このステップＳ４の判断が「Ｙｅｓ」の場合、コンタクタ駆動回路自身に故障が発生したと判定し（ステップＳ５）、車両の走行を停止させる（ステップＳ６）。すなわち、異常判定部８ｈは、電力制御装置９に対して車両の走行停止を指示する通知を行う。
【００４４】
ここで、制御信号発生部８ｂ及びコンタクタ駆動回路が正常に機能している場合、パルス信号であるコンタクタ制御信号Ｃによって駆動トランジスタ８ｄが所定デューティ比でＯＦＦ状態とＯＮ状態とを繰り返す。したがって、検出信号Ｄは、制御信号Ｃと同様に所定デューティ比のパルス信号となる。
【００４５】
これに対して、コンタクタ駆動回路の各構成要素のうち、例えば一対の配線Ｈ１，Ｈ２の少なくとも何れか一方が断線故障した場合、検出点Ｐはメインコンタクタ２の励磁コイルを介して電源と接続されている状態（正常状態）ではなく、電源との接続が乖離することになるので、検出信号Ｄは、パルス信号ではなくＬ（ロー）電位（ＧＮＤ電位）の状態となる。したがって、このような断線故障がコンタクタ駆動回路に発生した場合、ステップＳ４の判断は「Ｙｅｓ」となる。
【００４６】
一方、異常判定部８ｈは、上記ステップＳ４の判断が「Ｎｏ」の場合には、検出信号Ｄのデューティ比が所定デューティ比に対して極端な値か否かを判断する（ステップＳ７）。そして、異常判定部８ｈは、このステップＳ７の判断が「Ｎｏ」の場合、コンタクタ制御信号Ｃの異常つまりコンタクタ制御信号Ｃを生成する制御信号発生部８ｂの故障と判定し（ステップＳ８）、車両の走行を停止させる（ステップＳ９）。すなわち、異常判定部８ｈは、電力制御装置９に対して車両の走行停止を指示する通知を行う。
【００４７】
なお、異常判定部８ｈは、上記ステップＳ７の判断が「Ｙｅｓ」の場合、つまりモニター信号のデューティ比が所定デューティ比に対して極端に変化していない場合には、コンタクタ駆動回路及び制御信号発生部８ｂの故障ではなく、伝送回路８ｃに故障が発生したと判定し（ステップＳ１０）、電力制御装置９に対して車両の退避走行を指示する（ステップＳ１１）。
【００４８】
例えば、上記伝送回路８ｃにおける回路部品の接続状態が不安定になり、伝送回路の信号伝送における時定数が増大した場合、コンタクタ制御信号Ｃは積分あるいは微分された状態、つまりコンタクタ制御信号Ｃの所定デューティ比とは若干異なったデューティ比の信号となって駆動トランジスタ８ｄの制御端子に入力されることになる。この結果、駆動トランジスタ８ｄは、所定デューティ比とは異なったデューティ比ＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。したがって、コンタクタ制御信号Ｃの伝送回路に故障が発生した場合、検出信号Ｄのデューティ比は、所定デューティ比に対して若干の変化するものの、極端には変化しないものとなる。
【００４９】
このような本実施形態によれば、コンタクタ駆動回路から得られる検出信号Ｄに基づいて当該コンタクタ駆動回路自身の故障（異常）とコンタクタ制御信号Ｃの伝送回路８ｃの故障（異常）とを識別することができる。また、本実施形態によれば、このような故障の識別結果に基づいて車両の通常走行、退避走行あるいは走行停止を適切に制御することが可能である。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、車両においてバッテリの高電圧電力で走行モータ７を駆動する走行系にに本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、車両における走行モータ７への給電以外に様々な分野に適用可能である。
【００５１】
（２）上記実施形態では、によってコンタクタ駆動回路を構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、還流ダイオード８ｅを省略したものをコンタクタ駆動回路としてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１  バッテリ
２  メインコンタクタ（通電開閉器）
３  プリチャージコンタクタ（通電開閉器）
４  抵抗器
５  サブコンタクタ（通電開閉器）
６  インバータ
７  走行モータ
８  給電制御装置
８ａ  ＭＰＵ
８ｂ  制御信号発生部
８ｃ  伝送回路
８ｄ  駆動トランジスタ
８ｅ  還流ダイオード
８ｆ  反転回路
８ｇ  信号検出部
８ｈ  異常判定部
９  電力制御装置
Ｈ１，Ｈ２  配線
【図１】
2017175760.tif 000003
【図２】
2017175760.tif 000004
【図３】
2017175760.tif 000005