JP6186248B2 - インバータの異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータの異常判定装置に関する。

近年、環境負荷低減の観点から、環境性能の高い車両の開発・実用化が進んでいる。

このような車両においては、エンジンおよびモータの両方を備えており、発進時や加速時等においては、エンジン及びモータ両方の駆動力を利用する車両、もしくはエンジンにより発電機を駆動して発電した電力にてモータを駆動して走行することで、燃費の向上や排出ガスを低減するハイブリッド自動車がある。

また、エンジンを搭載せず、モータのみで走行し、燃料を一切使用しない電気自動車や燃料電池自動車がある。

これらの車両には、モータの駆動源として、蓄電装置（たとえば、二次電池やキャパシタ等）が搭載されており、モータを動力源として走行する場合には、インバータを介して蓄電装置からモータへ電力が供給されて、車両が走行する。また、下り坂走行や制動時にはモータを発電機として駆動し、インバータを介してエネルギーを蓄電装置へ回生し、充電を行う。

このような車両においては、インバータの入力側端子電圧や蓄電装置の端子電圧を検出する電圧センサが備えられ、これらのセンサにより検出された電圧値に基づいて、モータのトルク制御、回転数制御等の各駆動制御が実施されるようになっている。例えば、長い降坂路を走行させたとき等において、バッテリ電圧が高くなると、モータを発電機として駆動した場合に、インバータに加わる負荷が大きくなってしまう。そこで、バッテリの電圧が高い場合に、モータの発電を制限するようにしている。

従って、インバータの入力電圧や蓄電装置の電圧を検出する電圧センサに異常が発生すると、蓄電装置の電圧を正常に検出することができなくなり、モータの駆動制御を円滑に行うことができなくなるため、意図しないトルク変動等を引き起こす可能性がある。

このような問題に対し特許文献１では、エンジンを駆動することによって発電を行なう発電機と、この発電機を駆動するための発電機インバータと、ハイブリッド型車両を駆動する駆動モータと、この駆動モータを駆動するための駆動モータインバータと、発電機インバータおよび駆動モータインバータと接続されたバッテリと、発電機インバータに印加される電圧を検知する第１の電圧センサと、駆動モータインバータに印加される電圧を検知する第２の電圧センサと、バッテリ電圧を検知する第３の電圧センサと、第１〜第３の電圧センサによる検出結果に基づいてシステム電圧を判定するシステム電圧判定処理部を有し、３つの電圧センサのうちの２つの電圧値の差に基づいてシステム電圧の異常を判定する技術を提案している。

特開２００３−４７１０７号公報

しかしながら、上述の技術においては、３つの電圧センサによる電圧検出結果に基づいて、２つの電圧センサの検知結果の差を算出してシステム電圧の異常を判定している（例えば、第１の電圧センサと第２の電圧センサの検出結果の差、第１の電圧センサと第３の電圧センサの検出結果の差がそれぞれ所定値以上である場合、第１の電圧センサが異常であると判定する）。このため、電圧センサが３つ必要となり、電圧センサが２つしかない場合には適用することができない。すなわち、蓄電装置の電圧を検出する電圧センサとインバータの入力電圧を検出する電圧センサとを有する場合、どちらが異常かを判別することが困難である。

このような場合、異常である電圧センサを判別することができず、正常な電圧センサに対してもフェールセーフ制御等を実行してしまい、車両の制御を制限してしまう恐れがある。例えば、インバータの入力電圧を検出する電圧センサが故障した場合、蓄電装置の電圧センサとインバータの電圧センサのどちらが故障しているのか判別できないため、蓄電装置の入出力制限等のフェールセーフ制御を実施してしまい、蓄電装置の電力を補機類に使用している場合も、補機類の使用が制限されてしまう。

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、電圧値を計測する２つの電圧センサの何れかに異常が発生した場合に、異常なセンサを判定することができる異常判定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上
記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、蓄電装置の直流電力を交流電力に変換してモータを駆動するインバータの異常判定装置であって、インバータの入力側の電圧値を検出するための第１の電圧検出手段と、蓄電装置の電圧値を検出するための第２の電圧検出手段と、蓄電装置の電圧推定値を算出するための電圧推定手段と、検出された蓄電装置の電圧値とインバータの電圧値のそれぞれと、電圧推定値との偏差を算出し、偏差値と予め定められた閾値とを比較することにより、電圧検出手段の異常を判定するための異常判定手段を備えたインバータの異常判定装置を特徴とする。

本発明によれば、新たに電圧センサを追加することなく、簡易な構成で電圧センサの故障を判定し、異常な電圧センサを特定することができ、故障を検出した際に適切な処置をとることができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態におけるインバータの異常判定装置のブロック図 本発明の一実施形態における異常判定フローチャート コンデンサの充放電タイムチャート 本発明の一実施形態におけるバッテリ電圧推定値の算出フローチャート ＳＯＣに応じたＩ−Ｖ特性

以下、図面を用いて実施例を説明する。

図１は、この発明の一実施形態における異常判定装置の構成を示すブロック図である。

電源部１０７、インバータ部１０１およびモータ１０６を備えており、電源部１０７には、モータ駆動用の高電圧バッテリ１０８、バッテリ１０８の充放電電流Ｉｂａｔを計測するための電流センサ１１０、バッテリ１０８の端子電圧Ｖｂａｔを計測する電圧センサ１１１（以下、ＶＢセンサ）、電流センサ１１０や電圧センサ１１１の出力を取得しバッテリＳＯＣ演算やインバータ回路１０３への電力供給および遮断などを制御するバッテリコントローラ１０９等を備える。バッテリコントローラ１０９が取得したＶＢセンサ１１１の出力値Ｖｂａｔや電流センサ１１０の出力値Ｉｂａｔ、ＳＯＣ等の電源部１０７内部データは通信手段によりモータコントローラ１０２へ伝送される。

一方、インバータ部１０１には、バッテリ１０８の直流電力を交流電力へ変換するインバータ回路１０３、バッテリ１０８からインバータ回路１０３へ供給される直流電流Ｉｉｎｖを計測する電流センサ１０５、インバータ回路１０３の端子電圧Ｖｉｎｖを計測する電圧センサ１０４（以下、ＨＶセンサ）、電流センサ１０５やＨＶセンサ１０４の出力値および外部コントローラ（図示せず）から通信手段等により取得したトルク目標値或いは回転数目標値等に基づきインバータ回路１０３への駆動信号を生成するモータコントローラ１０２等を備える。

なお、インバータ部１０１に備えられたＨＶセンサ１０４は、バッテリ１０８から供給された電力を平滑化するために備えられたコンデンサ１１２の端子電圧を計測しているが、コンデンサ１１２の端子電圧はコンデンサ１１２の充電が完了するとバッテリ１０８の端子電圧と一致する。

また、図１に記載の構成においてコンバータ等の記載は無いが、これら機器を有していても構わない。

次に、図２のフローチャートを用いて電圧センサの異常判定処理について説明する。本フローは、モータコントローラ１０２において所定の周期（例えば５ｍｓ）で繰り返し実行される。

ステップＳ２０１ではコンデンサ１１２が充電中もしくは放電中であるかを判定する。図２にコンデンサ１１２の充放電時のインバータの端子電圧のタイムチャートを示す。

ＨＣＭ（ハイブリッドコントロールモジュール）などの外部ＥＣＵ（図示せず）からインバータの起動要求がＣＡＮ等の通信手段により伝送されると、バッテリ１０８からインバータへ電力が供給され、コンデンサが充電される。コンデンサの電圧はなだらかに上昇するため、バッテリ１０８の端子電圧Ｖｂａｔに収束するまでは異常判定を禁止する。コンデンサ１１２の充電完了は、充電開始からの時間が予め設定しておいた所定時間以上となった場合や、電圧Ｖｉｎｖの変化量が予め設定しておいた所定値以下となった場合に判定することができる。

放電についても同様に、外部ＥＣＵから放電要求が伝送されると、バッテリ１０８からインバータへ電力の供給が停止され、放電が開始される。放電中はバッテリ端子電圧Ｖｂａｔとインバータ端子電圧Ｖｉｎｖが一致しないため、異常判定を禁止する。

ステップＳ２０２ではＶＢセンサ１１１がバッテリ１０８の端子電圧Ｖｂａｔを計測し、バッテリコントローラ１０９が電圧値Ｖｂａｔを取得する。電圧値Ｖｂａｔは、ＣＡＮ等の通信手段によりモータコントローラ１０２に伝送される。

ステップＳ２０３では、ＨＶセンサ１０４がインバータ回路１０３に入力される電圧値Ｖｉｎｖを計測し、モータコントローラ１０２は電圧値Ｖｉｎｖを取得する。

ステップＳ２０４では、電圧推定値Ｖｅｓｔをバッテリ１０８のＳＯＣと充放電電流値に基づき算出する。本ステップの詳細な処理内容については後述する。

ステップＳ２０５では、ＨＶセンサにより計測された電圧値Ｖｉｎｖとバッテリ電圧推定値Ｖｅｓｔの偏差を算出し、偏差が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。偏差が閾値以上であると判定された場合は、ＨＶセンサの異常であると判断する。偏差が閾値以下であると判定された場合はステップＳ２０６の処理へ移行する。

尚、異常判定は、偏差が閾値以上である状態が予め定められた所定時間以上もしくは、所定時間継続した場合に異常と判定するようにしてもよい。

ステップＳ２０６では、バッテリの端子電圧Ｖｂａｔとバッテリ電圧推定値Ｖｅｓｔの偏差を算出し、偏差が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。偏差が閾値以上であると判定された場合は、ＶＢセンサの異常であると判断する。偏差が閾値以下であると判定された場合は、ＨＶセンサ、ＶＢセンサ共に異常がないと判定し、本フローチャートを繰り返し実行する。

尚、異常判定は、偏差が閾値以上である状態が予め定められた所定時間以上もしくは、所定時間継続した場合に異常と判定するようにしてもよい。

次に、図４のフローチャートを用いて、ステップＳ２０４のバッテリ電圧推定値Ｖｅｓｔの算出方法について説明する。

ステップＳ３０１では、電流積算値Ｉｓｕｍの算出を行う。電流積算値Ｉｓｕｍはインバータ回路１０３に供給される直流電流を計測する電流センサの計測値Ｉｉｎｖを積算することで算出することができる。

ただし、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を介し、バッテリ１０８の電力をスタータやエアコンシステム等の補機類で使用する場合は、バッテリコントローラ１０９から伝送される電流値Ｉｂａｔを積算して電流積算値Ｉｓｕｍを算出するようにしてもよく、各補機類を制御するコントロールユニットから伝送される各補機類の消費電流値とインバータ回路に供給される電流値Ｖｉｎｖを積算し、電流積算値Ｉｓｕｍを算出するようにしてもよい。

ステップＳ３０２では、電流積算値Ｉｓｕｍから、ＳＯＣを算出する。バッテリコントローラ１０９から伝送される満充電後のＳＯＣを初期値とし、ステップＳ３０１で算出した電流積算値Ｉｓｕｍをバッテリ毎に定められた満充電時の電池容量で除算したΔＳＯＣを減算することで算出することができる。

尚、ＳＯＣ初期値は、インバータ起動後にバッテリコントローラ１０９により算出されたＳＯＣを初期値としてもよく、図２に示すフローチャートの処理周期よりも長い周期毎（例えば１ｓ）にバッテリコントローラ１０９で算出されたＳＯＣを初期値としても良い。

ステップＳ３０３では、ＳＯＣと電流値Ｉｂａｔからバッテリ１０８の端子電圧を推定する。ＳＯＣに応じたＩ−Ｖ特性は図５に示すような関係がある（図５はＳＯＣ＝２０％、５０％、８０％の例）。そこで、モータコントローラ１０２は図５の特性をマップとして予め設定しておき、ＳＯＣと充放電電流値Ｉｂａｔからマップ検索することで端子電圧Ｖｅｓｔを推定することができる。

尚、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１０１ インバータ部
１０２ モータコントローラ
１０３ インバータ回路
１０４ ＨＶセンサ
１０５ 電流センサ
１０６ モータ
１０７ 電源部
１０８ バッテリ
１０９ バッテリコントローラ
１１０ 電流センサ
１１１ ＶＢセンサ
１１２ コンデンサ

Claims (4)

1. 蓄電装置の直流電力を交流電力に変換してモータを駆動するインバータの異常判定装置において、
   インバータの入力側の電圧値を検出するための第１の電圧検出手段と、
   前記蓄電装置の電圧値を検出するための第２の電圧検出手段と、
   前記蓄電装置の電圧推定値を算出するための電圧推定手段と、
   前記検出された蓄電装置の電圧値と前記インバータの電圧値のそれぞれと、前記電圧推定値との偏差を算出し、前記偏差値と予め定められた閾値とを比較し、前記偏差値が前記閾値以上の場合に異常と判定することにより、前記第１の電圧検出手段及び前記第２の電圧検出手段のそれぞれの異常を判定する異常判定手段を備えたことを特徴とするインバータの異常判定装置。
2. 請求項１に記載のインバータの異常判定装置において、
   前記電圧推定手段は、前記蓄電装置のＳＯＣ推定値と、前記インバータに入力される充放電電流から電流−電圧特性に基づき前記電圧推定値を算出することを特徴とするインバータの異常判定装置。
3. 請求項１又は２に記載のインバータの異常判定装置において、
   前記ＳＯＣ推定値は、前記インバータ回路の充放電電流積算値に基づき算出することを特徴とするインバータの異常判定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインバータの異常判定装置において、
   前記インバータは、前記蓄電装置から供給される電力を平滑化するためのコンデンサを備え、
   前記コンデンサの充電処理または放電処理中または放電状態の際は、異常判定を禁止することを特徴とするインバータの異常判定装置。