JP2013169087A - Abnormality detecting device of power supply device and electric drive device of rotating electric machine provided with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置の異常検出装置およびこれを備えた回転電機の電動駆動装置に関する。 The present invention relates to an abnormality detection device for a power supply device and an electric drive device for a rotating electrical machine including the same.
ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)などの電動車両では、所望の高電圧を確保するため、二次電池の単電池セルを多数直列接続して構成される組電池(電池システム)が用いられている。この組電池からの出力をインバータにより交流に変換し、交流モータを駆動するハイブリッド自動車等の電動駆動装置には、組電池とインバータの正極間および負極間を接続するそれぞれの高電圧電源ラインに正極コンタクタおよび負極コンタクタが直列に接続される。また、正極コンタクタには、抵抗とプリチャージコンタクタの直列回路が並列に接続される。 In an electric vehicle such as a hybrid vehicle (HEV) or an electric vehicle (EV), an assembled battery (battery system) configured by connecting a large number of unit cells of a secondary battery in series is used to secure a desired high voltage. It has been. In an electric drive device such as a hybrid vehicle that converts the output from the assembled battery into alternating current by an inverter and drives an alternating current motor, a positive electrode is connected to each high-voltage power supply line that connects between the positive electrode and the negative electrode of the assembled battery and the inverter. A contactor and a negative contactor are connected in series. In addition, a series circuit of a resistor and a precharge contactor is connected in parallel to the positive contactor.
インバータ側には直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサがインバータと並列に設けられる。この平滑コンデンサは大容量であるので、正極および負極コンタクタを閉として、放電状態の平滑コンデンサが組電池にいきなり接続されると、正負の高電圧電源ラインに大電流が流れ、正極および負極コンタクタが溶着する可能性がある。そこで組電池からインバータへの電力の供給は、はじめにプリチャージコンタクタと負極コンタクタを閉状態にすることにより平滑コンデンサへの初充電(プリチャージ)を行い、このコンデンサ電圧が組電池の電圧となった状態で正極コンタクタを閉状態にすることで行われる。 On the inverter side, a smoothing capacitor for smoothing the DC voltage is provided in parallel with the inverter. Since this smoothing capacitor has a large capacity, when the positive and negative contactors are closed and a discharged smoothing capacitor is suddenly connected to the assembled battery, a large current flows through the positive and negative high-voltage power supply lines, and the positive and negative contactors There is a possibility of welding. Therefore, the power supply from the assembled battery to the inverter is performed by first charging the smoothing capacitor (precharge) by first closing the precharge contactor and the negative electrode contactor, and this capacitor voltage becomes the voltage of the assembled battery. This is done by closing the positive contactor in the state.
このように平滑コンデンサへのプリチャージを行うことで、正極コンタクタを閉状態にする際の突入電流を無くし、コンタクタの接点溶着を防止する手法が広く用いられている。しかしながら、電動駆動装置の長期間の使用で、コンタクタは開閉操作時に発生する接点のアークや経年劣化により溶着する可能性がある。正極と負極のコンタクタが溶着すると2次電池とインバータとを切り離すことができなくなり、組電池の不要な放電などの不具合が発生する。このため、コンタクタの溶着が検出された際にはコンタクタの閉操作を禁止したり、車両操作者(運転者)に通知する処理が必要である。 In this way, by precharging the smoothing capacitor, a method of eliminating inrush current when the positive contactor is closed and preventing contact welding of the contactor is widely used. However, there is a possibility that the contactor may be welded due to a contact arc generated during opening / closing operation or aged deterioration with long-term use of the electric drive device. When the contactors of the positive electrode and the negative electrode are welded, it becomes impossible to separate the secondary battery and the inverter, and problems such as unnecessary discharge of the assembled battery occur. For this reason, when contactor welding is detected, it is necessary to prohibit contactor closing operation or to notify the vehicle operator (driver).
このため、電動車両の起動時あるいは停止時に正極および負極コンタクタが溶着しているかどうかの診断を行う手法が従来より盛んに開発されている。このコンタクタの溶着診断はある程度時間のかかる処理であるが、コンタクタの溶着は組電池とインバータの接続時、すなわち車両の始動時に発生することが最も多いので、このコンタクタ溶着診断も多くの場合車両の始動時に行われている(たとえば特許文献1、2参照)。また、車両の停止時に行う手法も公開されている(たとえば特許文献3参照)。
For this reason, techniques for diagnosing whether the positive and negative electrode contactors are welded when the electric vehicle is started or stopped have been actively developed. Although this contactor welding diagnosis is a process that takes some time, contactor welding occurs most often when the battery pack is connected to the inverter, that is, when the vehicle is started. It is performed at the time of starting (for example, refer to
従来のコンタクタの溶着診断手法は時間がかかるため、車両の始動時に実施すると、車両の駆動開始を所定時間遅らせる必要があった。 Since the conventional contactor welding diagnosis method takes time, if it is performed at the start of the vehicle, it is necessary to delay the start of driving of the vehicle for a predetermined time.
(1)請求項1に記載の発明は、バッテリとインバータとを接続する正極側電源ラインに設けられた正極コンタクタと、バッテリと前記インバータとを接続する負極側電源ラインに設けられた負極コンタクタと、記正極コンタクタに並列接続され、互いに直列接続されたプリチャージコンタクタおよび制限抵抗と、正極側電源ラインと前記負極側電源ラインの間に前記インバータと並列に介装された平滑コンデンサと、平滑コンデンサの端子間電圧を測定するコンデンサ電圧検出手段と、正極コンタクタ、負極コンタクタ、およびプリチャージコンタクタの開閉指令を制御する制御手段とを備えた電源装置の異常検出装置であって、制御手段は、正極コンタクタ、負極コンタクタ、およびプリチャージコンタクタに対して車両起動のための起動時指令を出力するタイミングで、正極コンタクタとプリチャージコンタクタを含む正極側コンタクタおよび負極コンタクタのいずれか一方の溶着異常を診断し、正極コンタクタとプリチャージコンタクタ、負極コンタクタ、およびプリチャージコンタクタに対して車両停止のための停止時指令を出力するタイミングで、正極側コンタクタおよび負極コンタクタのいずれか他方の溶着異常を診断する診断手段を備えることを特徴とする電源装置の異常検出装置である。
(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電源装置の異常検出装置において、診断手段は、起動時指令を出力するタイミングで、負極コンタクタの溶着異常を診断する負側診断手段と、停止時指令を出力するタイミングで、正極側コンタクタの溶着異常を診断する正側診断手段とを含むことを特徴とする
(3)請求項3に記載の発明は、請求項12に記載の電源装置の異常検出装置において、負側診断手段は、起動時指令を出力するタイミングで、プリチャージコンタクタを閉成する指令を出力するとともにコンデンサ電圧検出手段によって平滑コンデンサの端子間電圧を検出し、その後、プリチャージコンタクタを開放する指令を出力するとともにコンデンサ電圧検出手段によって平滑コンデンサの端子間電圧を検出し、検出した二つの平滑コンデンサの端子間電圧の差に基づいて、負極コンタクタの溶着異常を判定することを特徴とする
(4)請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の電源装置の異常検出装置において、負側診断手段は、プリチャージコンタクタを開放する指令を出力したときの平滑コンデンサの端子間電圧がプリチャージコンタクタを閉成する指令を出力したときの平滑コンデンサの端子間電圧よりも低下していれば、負極コンタクタの溶着異常と判定することを特徴とする。
(5)請求項5に記載の発明は、請求項2または3に記載の電源装置の異常検出装置において、制御手段は、正極側コンタクタの診断結果を格納する記憶部を備え、起動時指令を出力するタイミングで、正極側コンタクタの診断結果を読み出して、正極側コンタクタが溶着異常であると判定することを特徴とする。
(6)請求項6に記載の発明は、請求項3乃至5のいずれか1項に記載の電源装置の異常検出装置において、正側診断手段は、停止時指令を出力するタイミングで、コンデンサ電圧検出手段によって平滑コンデンサの端子間電圧を検出し、その後、正極側コンタクタを開放する指令を出力するとともにコンデンサ電圧検出手段により平滑コンデンサの端子間電圧を検出し、検出した二つの平滑コンデンサの端子間電圧の差に基づいて、正極側コンタクタの溶着異常を判定することを特徴とする。
(7)請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の電源装置の異常検出装置において、正側診断手段は、正極コンタクタを開放する指令を出力したときの平滑コンデンサの端子間電圧が、正極コンタクタを開放する指令を出力する前の平滑コンデンサの端子間電圧から減少しないとき正極側コンタクタの溶着異常と判定することを特徴とする。
(8)請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電源装置の異常検出装置において、バッテリの総電圧を測定するバッテリ電圧検出手段をさらに備え、制御手段は、起動時指令が出力されるタイミングで、正極コンタクタ、負極コンタクタおよびプリチャージコンタクタを全て開放となるように制御するとともにバッテリの端子間電圧と平滑コンデンサの端子間電圧をそれぞれ検出し、それら端子間電圧の差が所定の値より小さい場合に、正極側コンタクタと負極コンタクタがともに溶着異常であると判定することを特徴とする。
(9)請求項9に記載の発明は、バッテリとインバータとを接続する正極側電源ラインに設けられた正極コンタクタと、バッテリとインバータとを接続する負極側電源ラインに設けられた負極コンタクタと、正極コンタクタに並列接続され、互いに直列接続されたプリチャージコンタクタおよび制限抵抗と、正極側電源ラインと負極側電源ラインの間にインバータと並列に介装された平滑コンデンサと、平滑コンデンサの端子間電圧を測定するコンデンサ電圧検出手段と、正極コンタクタ、負極コンタクタ、およびプリチャージコンタクタの開閉指令を制御する制御手段とを備えた電源装置の異常検出装置であって、負極コンタクタと前記正極コンタクタとをオンとしてバッテリーのDC電力をインバータに供給する前に、プリチャージコンタクタのみをオンからオフにした時の平滑コンデンサの端子間電圧がプリチャージコンタクタをオフした時に減少した場合に、負極コンタクタが溶着異常であると判定することを特徴とする電源装置の異常検出装置である。
(10)請求項10に記載の発明は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の電源装置の異常検出装置を備えた回転電機の電動駆動装置である。
(1) The invention described in
(2) The invention according to claim 2 is the abnormality detection device for the power supply device according to
(5) The invention according to claim 5 is the abnormality detection device for the power supply device according to
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the abnormality detection device for a power supply device according to any one of the third to fifth aspects, the positive side diagnosis means outputs the capacitor voltage at the timing of outputting the stop command. The voltage between the terminals of the smoothing capacitor is detected by the detection means, and then a command to open the positive contactor is output and the voltage between the terminals of the smoothing capacitor is detected by the capacitor voltage detection means. The welding abnormality of the positive contactor is determined based on the voltage difference.
(7) The invention according to
(8) The invention according to claim 8 is the abnormality detection device for the power supply device according to any one of
(9) The invention according to
(10) A tenth aspect of the invention is an electric drive device for a rotating electrical machine including the abnormality detection device for a power supply device according to any one of the first to ninth aspects.
本発明によるコンタクタの異常溶着検出装置およびこれを備えた回転電機の電動駆動装置を用いることにより、車両起動(キーオン)後の車両駆動を速やかに開始することができる。 By using the contactor abnormal welding detection device according to the present invention and the electric drive device of the rotating electrical machine provided with the contactor, vehicle drive after vehicle start-up (key-on) can be started quickly.
以下、本発明の実施形態を図1〜10を参照して説明する。
本発明によるコンタクタの異常検出装置およびこれを備えた回転電機の電動駆動装置は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車(EV)や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車(HEV)に適用できる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
The contactor abnormality detection device and the electric drive device for a rotating electric machine provided with the same according to the present invention are a pure electric vehicle (EV) that is driven only by the rotating electric machine, or a hybrid electric that is driven by both the engine and the rotating electric machine. Applicable to automobile (HEV).
図1は、本発明によるコンタクタの異常検出装置およびこれを備えた回転電機の電動駆動装置の概略構成を示す図である。
回転電機(モータ)1を電動駆動する電動駆動装置2は、電池システム4から供給されるDC電力をAC電力に変換してモータ1に供給するインバータ3、電池システム4の充放電状態を監視/制御するバッテリコントローラ5、インバータ3を制御するモータコントローラ6、とを備える。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a contactor abnormality detection device according to the present invention and an electric drive device of a rotating electrical machine including the contactor abnormality detection device.
The electric drive device 2 that electrically drives the rotating electrical machine (motor) 1 monitors the charge / discharge states of the
モータコントローラ6およびバッテリコントローラ5は上位のコントローラである車両コントローラ7により制御される。イグニッションスイッチ8が車両の操作者(運転者)によりオンとされると、低電圧バッテリ9から車両コントローラ7および電動駆動装置2に低電圧DC電力が供給される。これにより、車両コントローラ6が起動され、さらに車両コントローラ6の制御により電動駆動装置2のバッテリコントローラ5とモータコントローラ6が起動され、電動駆動装置2が制御・駆動される。車両コントローラ7、バッテリコントローラ5、モータコントローラ6の間の通信は、たとえばCANにより行われている。
The motor controller 6 and the battery controller 5 are controlled by a
電池システム4は、リチウムイオン電池等の二次電池セルが複数個直列あるいは直並列に接続された二次電池モジュール10を複数個備えた高電圧バッテリである。また、二次電池モジュール10は、複数個の直列に接続された2次電池セルからなるセルグループが複数個直列あるいは直並列に接続されて構成されているが、図1ではこれを簡略化して示してある。
The
各々のセルグループはそれぞれに対応づけられたセルコントローラ11によって、それぞれのセルグループの二次電池セルの状態が監視され、充放電状態が制御される。電池システム全体の監視と充放電状態がバッテリコントローラ5によって制御され、複数のセルコントローラ11が通信経路12を介してバッテリコントローラ5から制御されて二次電池セルの充放電状態が制御される。
なお、複数のセルコントローラ11は双方向通信によりバッテリコントローラ5と情報の授受を行っているが、図1ではこれを簡略化して示してある。
Each cell group is monitored by the
The plurality of
電池システム4は、通常2つの大きなブロックに分割されており、この2つのブロックの間にサービスディスコネクトスイッチ(SDSW)13が設けられている。図1では簡単のため、2つの二次電池モジュール10から構成される電池システム4において、2つの二次電池モジュール10の間に示してある。このSDSW13は、車両のメンテナンス時等に安全確保のために、電池システム4からの高電圧直流電圧の出力を遮断する目的で用いられる。
The
電池システム4からの高電圧DC電力のインバータへの供給は、正極側電源ライン14と負極側電源ライン15を介して行われ、このDC電力の供給/遮断を行うために、正極側DC電源ラインにはメインコンタクタ(+)16が設けられており、負極側DC電源ラインにはメインコンタクタ(−)17が設けられている。また、メインコンタクタ(+)16に並列に、プリチャージコンタクタ18と制限抵抗19(抵抗値R2)の直列回路が設けられている。メインコンタクタ(+)16とメインコンタクタ(−)18は、電池システム4からの高電圧DC電力が常時流れるので、大電力での使用に耐える設計となっているが、多数回オン/オフを繰り返すと溶着を起こす場合がある。
Supply of high voltage DC power from the
車両の起動時には、まずプリチャージコンタクタ18がオンとされるが、メインコンタクタ(+)16、メインコンタクタ(−)17およびプリチャージコンタクタ18の制御については後述する。なお、これらのコンタクタのオン/オフは、バッテリコントローラ5から制御される構成であっても、あるいはモータコントローラ6から制御される構成であってもよい。なお、これらのコンタクタの制御用の配線は省略してある。
When the vehicle is started, the
正極側電源ライン14と負極側電源ライン15の間に、メインコンタクタ(+)16およびメインコンタクタ(−)17より電池システム側にバッテリー総電圧を検出する電圧センサ20が設けられ、インバータ3側に平滑コンデンサ22の端子間電圧を検出する電圧センサ21が設けられている。電圧センサ20の出力はバッテリコントローラ5に入力されているが、この配線は省略してある。また電圧センサ21の出力はバッテリコントローラ5に入力されていてもよいし、あるいはモータコントローラ6に入力されていてもよい。
Between the positive
後述の、本発明によるコンタクタの異常検出装置の説明では、電圧センサ20と21両方で検出された電圧を用いてコンタクタの溶着異常を検出する。図1に示すように、バッテリコントローラ5とモータコントローラ6はCANを介して通信を行っており、電圧センサ21の出力がモータコントローラ6に入力される構成であっても、バッテリコントローラ5は電圧センサ21で検出された電圧情報を入手するように構成してもよい。
In the description of the contactor abnormality detection device according to the present invention, which will be described later, the contactor welding abnormality is detected using the voltage detected by both the
インバータ3には平滑コンデンサ22と放電抵抗23が並列に接続されている。
インバータ3は複数のIGBTあるいはMOSFETなどのスイッチング素子(不図示)を備え、これらのスイッチング素子のスイッチングにより電池システム4から供給されるDC電力をAC電力に変換してモータ1に供給する。このスイッチング素子のスイッチングによりノイズが発生するが、平滑コンデンサ22は、このノイズを除去するために設けられている。なお、このスイッチング素子のスイッチングは、モータコントローラ6からの制御信号(PWM信号、不図示)により上記のスイッチング素子のゲートを駆動することによって行われる。また、このPWM信号は、車両コントローラ7からのトルク要求に基づいてモータコントローラ6で生成されるが、詳細は省略する。
A smoothing
The
なお、EVやHEVでは、モータ1は、アクセルペダル戻し操作による減速時や、ブレーキペダル踏み込みによるブレーキング時に発電を行う(回生発電)モータジェネレータとして動作する。この回生発電の場合には、インバータ3は、モータ1で発生したAC電力をDC電力に変換して電池システム4に供給し、電池システム4が充電される。
本発明による電源装置の異常検出装置では、車両から起動指令が出力されたタイミングおよび車両から起動停止指令が出力されたタイミングにおいて、コンタクタ溶着異常診断を行い、二つのタイミングで診断された結果を総合してコンタクタ溶着異常診断を行う。
In the EV or HEV, the
In the abnormality detection device for a power supply device according to the present invention, contactor welding abnormality diagnosis is performed at the timing when the start command is output from the vehicle and the timing when the start / stop command is output from the vehicle, and the results of diagnosis at two timings are comprehensively Then, contactor welding abnormality diagnosis is performed.
平滑コンデンサ22は大容量のコンデンサであり、車両動作が終了し、キーオフして車両を停止する場合には、この平滑コンデンサ22に蓄えられた電荷を放電する必要がある。放電抵抗23は、この平滑コンデンサ22の電荷を放電するために、平滑コンデンサ22に並列に接続されている。
The smoothing
本発明によるコンタクタの異常検出装置は、以下で説明するようなコンタクタ溶着異常診断手法を実行する検出装置装置である。したがって、本発明による電源装置の異常検出装置は、このコンタクタ溶着異常診断を実施する制御装置と、コンタクタ溶着異常診断のための信号をこの制御装置に入力する電動駆動装置2に含まれる各種装置である。この制御装置としては、バッテリコントローラ5あるいはモータコントローラ6いずれでもよいが、メインコンタクタ(+)16、プリチャージコンタクタ18、メインコンタクタ(−)の制御を行う制御装置であることが好ましい。
The contactor abnormality detection device according to the present invention is a detection device device that executes a contactor welding abnormality diagnosis method as described below. Therefore, the abnormality detection device for the power supply device according to the present invention includes various devices included in the control device that performs the contactor welding abnormality diagnosis and the electric drive device 2 that inputs a signal for the contactor welding abnormality diagnosis to the control device. is there. The control device may be either the battery controller 5 or the motor controller 6, but is preferably a control device that controls the main contactor (+) 16, the
したがって、メインコンタクタ(+)16、プリチャージコンタクタ18、メインコンタクタ(−)17は、コンタクタ異常診断のための信号をこの電源装置の異常検出装置の制御装置に入力する装置であり、さらに、電圧センサ20、21も溶着異常診断用の信号を生成する装置である。
以下本発明による電源装置の異常検出装置で実行される溶着異常診断の手法について説明する。
Accordingly, the main contactor (+) 16, the
The welding abnormality diagnosis method executed by the abnormality detection device for a power supply device according to the present invention will be described below.
(コンタクタ溶着異常診断)
本発明による電源装置の異常検出装置で実行するコンタクタ異常診断の特徴は、従来実行されているようなコンタクタ異常診断を2つの部分に分割して実行することである。第1の異常診断は、車両の起動時に実行され、第2の異常診断は車両の駆動終了時に実行される。従来行われているコンタクタ異常診断で、メインコンタクタ(+)16とメインコンタクタ(−)17を開閉して行う異常診断は、本発明では第2の異常診断に含まれている。メインコンタクタ(+)16とメインコンタクタ(−)17の開閉は、高電圧が印加された状態で行うので、このためこれらのコンタクタが溶着する可能性があり、このコンタクタの溶着を診断することがコンタクタ異常診断の目的であるが、この異常診断のためのコンタクタの開閉で溶着が起こる可能性もある。本発明による電源装置の異常検出装置で実行するコンタクタ異常診断では、第1の異常診断ではこのようなメインコンタクタの開閉を行わないので、車両駆動前の異常診断によるコンタクタの溶着の可能性を無くすことができる。
(Contactor welding abnormality diagnosis)
The feature of the contactor abnormality diagnosis executed by the abnormality detection device of the power supply device according to the present invention is that the contactor abnormality diagnosis as conventionally performed is divided into two parts and executed. The first abnormality diagnosis is executed when the vehicle is started, and the second abnormality diagnosis is executed when the driving of the vehicle is finished. The conventional abnormality diagnosis performed by opening and closing the main contactor (+) 16 and the main contactor (−) 17 in the contactor abnormality diagnosis is included in the second abnormality diagnosis in the present invention. Since the main contactor (+) 16 and the main contactor (−) 17 are opened and closed in a state where a high voltage is applied, there is a possibility that these contactors are welded, and it is possible to diagnose the welding of the contactors. Although it is the purpose of the contactor abnormality diagnosis, there is a possibility that welding occurs when the contactor is opened and closed for the abnormality diagnosis. In the contactor abnormality diagnosis executed by the abnormality detection device of the power supply device according to the present invention, since the main contactor is not opened and closed in the first abnormality diagnosis, the possibility of contactor welding due to the abnormality diagnosis before driving the vehicle is eliminated. be able to.
本発明による異常検出装置により異常検出対象となる電源装置は、バッテリ4とインバータ3とを接続する正極側電源ライン14に設けられた正極コンタクタ16と、バッテリ4とインバータ3とを接続する負極側電源ライン15に設けられた負極コンタクタ17と、正極コンタクタ16に並列接続され、互いに直列接続されたプリチャージコンタクタ18および制限抵抗19と、正極側電源ライン14と負極側電源ライン15の間にインバータ3と並列に介装された平滑コンデンサ22と、平滑コンデンサ22の端子間電圧を測定するコンデンサ電圧センサ21と、正極コンタクタ16、負極コンタクタ17、およびプリチャージコンタクタ18の開閉指令を制御するバッテリーコントローラ5、またはモータコントローラ6に代表される制御装置とを備えている。そして、本発明による異常検出装置の制御装置は、正極コンタクタ16、負極コンタクタ17、およびプリチャージコンタクタ18に対して車両起動のための起動時指令を出力するタイミングで、正極コンタクタ16とプリチャージコンタクタ18を含む正極側コンタクタおよび負極コンタクタ17のいずれか一方の溶着異常を診断し、正極コンタクタ16、負極コンタクタ17、およびプリチャージコンタクタ18に対して車両停止のための停止時指令を出力するタイミングで、正極側コンタクタ16および/または18と、負極コンタクタ17のいずれか他方の溶着異常を診断する。以下、診断手順を詳細に説明する。
The power supply device that is the target of abnormality detection by the abnormality detection device according to the present invention includes the
(第1の異常診断)
図2は、本発明による電源装置の異常検出装置で実行する第1の異常診断の処理フローを示す。この第1の異常診断でのステップS6以降の処理は大きく2つ(フロー1Aと1B)に分けられる。
フロー1A(ステップS6〜S15)は、車両の起動時に正極側のコンタクタ(メインコンタクタ(+)16あるいはプリチャージコンタクタ18)と負極側のコンタクタ(メインコンタクタ(−)17)の両方が溶着しているかどうかを簡易に診断する処理である。ステップS5で、全てのコンタクタをオフとするように制御した状態で行うもので、従来のように、これらのコンタクタのオン・オフ切換えは行わない。
(First abnormality diagnosis)
FIG. 2 shows a processing flow of a first abnormality diagnosis executed by the abnormality detection device for a power supply device according to the present invention. The processing after step S6 in the first abnormality diagnosis is roughly divided into two (
In the
図3、4の診断処理タイミングチャートはこのフロー1Aの部分に対応している。車両起動時に正極側および負極側のコンタクタの両方が溶着している場合が図3に示すタイミングチャートであり、図4に示すタイミングチャートは、正極側あるいは負極側のいずれか一方は少なくとも溶着していない正常な状態のものを示している。図3、4それぞれの上部では各コンタクタの制御状態(点線)と実状態(実線)が示されている。また図3、4それぞれの下部では、電圧センサ20で検出された電池システム4の総電圧VBと電圧センサ21で検出された平滑コンデンサ22の端子間電圧VCが示されている。
The diagnostic processing timing charts of FIGS. 3 and 4 correspond to this
フロー1B(ステップS16〜S28)の部分は、プリチャージコンタクタ18のみオン/オフしてコンタクタの異常診断を行う診断処理を示す。図5、6の診断処理タイミングチャートはこのフロー1Aの部分に対応している。図5は、車両起動時に負極側のコンタクタ17が溶着している場合を示すタイミングチャートであり、図6は、全てのコンタクタが正常に動作している場合のタイミングチャートである。
診断処理においては、フロー1Bでもメインコンタクタ(+)16とメインコンタクタ(−)17のオン/オフ制御を行わないので、従来の溶着診断に比べ簡易かつ高速に診断を行うことができる。
以下図2〜6を参照して、第1の異常診断の各ステップでの処理について説明する。
The part of the
In the diagnosis process, since the on / off control of the main contactor (+) 16 and the main contactor (−) 17 is not performed even in the
Hereinafter, with reference to FIGS. 2 to 6, processing in each step of the first abnormality diagnosis will be described.
EVやHEVなどの車両を起動するため、イグニッションスイッチ8(図1)でキーオン(ステップS1)すると、コンタクタ異常診断を実行する制御装置が起動される(ステップS2)。上記のように、この制御装置はコンタクタ異常診断を実行する制御装置であり、バッテリコントローラ5であってもモータコントローラ6であってもよい。キーオンすると、低電圧バッテリ9から、車両コントローラ7および電動駆動装置2の低電圧側にあるバッテリコントローラ5とモータコントローラ6に電源が供給され、起動される。
In order to start a vehicle such as an EV or HEV, when the key is turned on (step S1) with the ignition switch 8 (FIG. 1), a control device for executing contactor abnormality diagnosis is started (step S2). As described above, this control device is a control device that performs contactor abnormality diagnosis, and may be the battery controller 5 or the motor controller 6. When the key is turned on, power is supplied from the low-
バッテリコントローラ5およびモータコントローラ6は起動されると、それぞれが監視している対象の状態を把握する等の初期処理を行う(ステップS3)。たとえば、バッテリコントローラ5は、電池システム4の各電池セルを監視するセルコントローラ11を立ち上げる信号を送り、複数のセルコントローラを順次立ち上げるとともに、これらのセルコントローラ11を介して、各電池セルの電圧の初期状態や温度などのデータを入手する。また、モータコントローラ6も、インバータの温度や平滑コンデンサの端子間電圧などのデータを入手する。なお、各電池セルやインバータの状態に関するデータは、所定の時間間隔で適宜これらのデータがバッテリコントローラ5あるいはモータコントローラ6に入力されるが、図2のフローでは省略されている。
なお、キーオンと同時に行われるこの初期処理のタイミングを時刻t0とする。
When the battery controller 5 and the motor controller 6 are activated, they perform initial processing such as grasping the state of the target monitored by each of them (step S3). For example, the battery controller 5 sends a signal for starting up the
Note that the timing of this initial processing that is performed simultaneously with key-on is time t0.
ステップS4で、車両コントローラ7から溶着診断開始の指令が制御装置に送られると、ステップS5以降の溶着診断が制御装置によって実行される。車両始動時は、コンタクタが溶着していない正常状態であれば、メインコンタクタ(+)16、プリチャージコンタクタ18、メインコンタクタ(−)17は全てオフ、すなわち開放されているが、念のためステップS5で、これらのコンタクタをオフ、すなわち開放とする制御を行う。この時の時刻をt1(図3参照)とする。
In step S4, when a command to start welding diagnosis is sent from the
(図2のフロー1Aの部分)
ステップS6では、時刻t1で電圧センサ20で検出された電池システム4の端子間電圧VBと、電圧センサ21で検出された平滑コンデンサ22の端子間電圧VCとを比較し、式(1)に示すように、その差が所定の電圧差ΔV1より大きければ、正極側のコンタクタ16、18および負極側のコンタクタ17が共に溶着している状態ではない(図4参照)と判断し、ステップS16に進む。またVBとVCの差がΔV1より小さければステップS7に進む。
VB−VC > ΔV1 ...(1)
(Part of
In step S6, the inter-terminal voltage VB of the
VB−VC> ΔV1. . . (1)
もし、正極側のコンタクタ(メインコンタクタ(+)16あるいはプリチャージコンタクタ18)と負極側のコンタクタ(メインコンタクタ(−)17)の両方が溶着している場合は、電圧センサ20で検出される電池システム4の端子間電圧VBと電圧センサ21で検出される平滑コンデンサの端子間電圧VCはほぼ等しくなる(図3参照)。正極側のコンタクタであるメインコンタクタ(+)16が溶着している場合は、VBとVCはほとんど等しい値となり、正極側のコンタクタであるプリチャージコンタクタ18のみが溶着している場合は、制限抵抗19(抵抗値R2)と放電抵抗23(抵抗値R1)による電圧分割に従い、VBとVCの値に差が生じる。ステップS6での判断の閾値ΔV1は、正極側ではプリチャージコンタクタのみ溶着している場合を基準とするので、メインコンタクタ(+)16あるいはプリチャージコンタクタ18のどちらが溶着している場合でも検出できるように設定される。
If both the positive contactor (main contactor (+) 16 or precharge contactor 18) and the negative contactor (main contactor (-) 17) are welded, the battery detected by the
なお、図3上部では、プリチャージコンタクタ18とメインコンタクタ(+)16の両方が溶着している場合を示している。また、図4上部では、プリチャージコンタクタ18とメインコンタクタ(+)16の両方が正常に動作している場合を示している。プリチャージコンタクタ18とメインコンタクタ(+)16のいずれか一方のみが溶着し、またメインコンタクタ(−)17が正常に動作している場合は、コンタクタは図3に示す状態となるが、VBとVCの電圧は図4に示すようになる。
3 shows a case where both the
ステップS7からS15では、正極側のコンタクタ16および/またはプリチャージコンタクタ18と負極側のコンタクタ17の両方が溶着しているかどうかを確認する。ステップS1の車両起動が前回車両停止してからすぐ行われた場合、平滑コンデンサ22の電荷の放電が終了していない場合は、正極側および負極側のコンタクタ16、18および17の全てが溶着していない正常な場合であっても、ステップS6でVB−VC>ΔV1が否定判定される可能性がある。この場合でも、正極側および負極側のコンタクタが溶着していない正常な場合は、ステップS5で全てのコンタクタがオフになっていれば、平滑コンデンサ22の電荷は放電抵抗23を介して放電され、電圧VCは次第に低下する。したがってこの電圧VCの低下を確認することにより、正極側のコンタクタ16および/または18と負極側のコンタクタ17の両方が溶着しているかどうかを確認することができる。
In steps S7 to S15, it is confirmed whether or not both the
ステップS7では、ステップS1の車両起動が前回車両停車時から充分時間(時間T)が経過しているかどうか判定する。前回の車両停止から充分時間が経過していない場合は、ステップS8に進む。
前回車両停止してから充分時間が経過(時間T)した後、今回のステップS1の車両起動が行われた場合は、正極側および負極側のコンタクタ16および/または18と17が共に溶着していなければ、全てのコンタクタ16〜18が開放されている。そのため、平滑コンデンサ22の電荷は充分放電され、平滑コンデンサ22の端子間電圧VCはほぼ0になる。なお、この時間Tは、放電抵抗23の抵抗値R1と平滑コンデンサ22の容量Cで定まる時定数τ1により適宜定める。
逆に前回車両停止してから充分時間が経過しているにも拘わらず、ステップS6で否定判定された場合は、正極側のコンタクタ16および/または18と負極側のコンタクタ17が共に溶着している場合であるので、ステップS8からS12の処理は必要なく、ステップS7からステップS13に進んでよい。
In step S7, it is determined whether or not a sufficient time (time T) has elapsed since the last vehicle stop in step S1. If sufficient time has not elapsed since the previous vehicle stop, the process proceeds to step S8.
After a sufficient time has elapsed since the previous vehicle stop (time T), when the vehicle is started in the current step S1, the positive and
On the other hand, if a negative determination is made in step S6 even though a sufficient time has elapsed since the previous vehicle stop, the
ステップS8では、電圧センサ21で測定した平滑コンデンサ22の端子間電圧VCを初期値VC0とし、カウンタを0に設定する。これに続いてステップS9からS12の処理を所定回数繰り返す。
ステップS9で所定の時間Δt経過するまで待ち、ステップS10で再度平滑コンデンサ22の端子間電圧VCを測定し、初期値VC0との差(VC0−VC)が所定の電圧差ΔV2より大きいかどうか判定する。
初期値VC0との差が所定の電圧差ΔV2より大きければ、平滑コンデンサ22の電荷が正常に放電されている、すなわち正極側コンタクタ16および18と負極側コンタクタ17がともに溶着している状態ではないとして、図2の異常診断フローの後半部分(1B)を実行する。
初期値VC0と測定した端子間電圧VCの差が所定の電圧差ΔV2より大きくなければステップS11に進む。
In step S8, the inter-terminal voltage VC of the smoothing
In step S9, the process waits until a predetermined time Δt elapses. In step S10, the voltage VC between the terminals of the smoothing
If the difference from the initial value VC0 is larger than the predetermined voltage difference ΔV2, the charge of the smoothing
If the difference between the initial value VC0 and the measured inter-terminal voltage VC is not greater than the predetermined voltage difference ΔV2, the process proceeds to step S11.
ステップS11では、カウントが所定値Nを超えているか否かを判定し、所定値Nを超えていればステップS13に進む。カウントが所定値N以下であれば、ステップS12でカウントを1増加しステップS9に戻る。すなわち、ステップS9とS10の処理を所定回数繰り返す。 所定値Nは、ステップS9での待ち時間Δtでの平滑コンデンサ22の端子間電圧VCの減少の大きさΔVと、ステップS10の判定の閾値ΔV2を考慮して設定される。たとえば、上記の時定数τを用いて以下の式(2)の関係を満たすように、N、Δt、ΔV2を設定すれば、ステップS9とS10の処理をN回繰り返すとΔV2以上の電圧減少が確認できる。
ΔV=VC0・exp(−N・Δt/τ1)≧ ΔV2 ...(2)
なお、ΔV2は、電圧センサ21を用いた電圧測定系のノイズと電圧検出分解能を考慮して、少なくとも有意な電圧差が確実にあると判定できる程度に設定すればよい。ΔV2が小さくできれば、小さい電圧差でステップS10の判定ができるので、高速に異常診断ができることになる。
In step S11, it is determined whether or not the count exceeds a predetermined value N. If the count exceeds the predetermined value N, the process proceeds to step S13. If the count is less than or equal to the predetermined value N, the count is incremented by 1 in step S12, and the process returns to step S9. That is, steps S9 and S10 are repeated a predetermined number of times. The predetermined value N is set in consideration of the amount of decrease ΔV in the voltage VC between the terminals of the smoothing
ΔV = VC0 · exp (−N · Δt / τ1) ≧ ΔV2. . . (2)
Note that ΔV2 may be set to such an extent that at least a significant voltage difference can be reliably determined in consideration of noise of the voltage measurement system using the
ステップS11でカウントが所定値N以上であれば、平滑コンデンサ22の放電が充分に行われない、すなわちステップS13で正極側のコンタクタ(メインコンタクタ(+)16あるいはプリチャージコンタクタ18)と負極側のコンタクタ(メインコンタクタ(−)17)の両方が溶着しているであると判断して正極側のコンタクタ溶着異常フラグFP=1(=ON)とし、負極側のコンタクタ溶着異常フラグFN=1(=ON)とする。
If the count is equal to or greater than the predetermined value N in step S11, the smoothing
ステップS14では、正極側のコンタクタ16および/または18と負極側のコンタクタ17が共に溶着している情報、すなわち溶着異常フラグFP、FNを、上位制御装置である車両コントローラ7に送信し、終了する(ステップS15)。
なお、車両コントローラ7は、受信した溶着異常フラグFP、FNのデータを不揮発性のメモリ領域(不図示)に格納しておく。また同時に、溶着異常フラグFP、FNのいずれかがON(=1)となっている場合は、コンタクタに溶着異常が発生していることを別のフラグFCに1をセットする。このフラグFCの内容は、車両起動後の処理、たとえばステップS3の処理で上位コントローラ7から、異常診断を行う制御装置5または6に送信される。
In step S14, information that the
The
(図2のフロー1Bの部分)
ステップS6でVB−VC>ΔV1の条件を満たしている場合、すなわち電池システム4の端子間電圧VBに対して、平滑コンデンサ22の端子間電圧VCの値が非常に小さい場合(図4に示すように正常な場合はVC=0V)、ステップS16〜S30(フロー1B)が実行される。
ステップS16では、先に説明したように、ステップS3の処理の中で上位コントローラである車両コントローラ7から制御装置5または6に送信されたデータに基づいて、コンタクタ溶着異常フラグFCに1がセットされているか確認する。もしFC=1となっていれば、制御装置の不揮発メモリに格納されている正極側コンタクタ溶着異常フラグFPの内容を読み出す(ステップS17)。
(Part of
When the condition of VB−VC> ΔV1 is satisfied in step S6, that is, when the value of the inter-terminal voltage VC of the smoothing
In step S16, as described above, 1 is set in the contactor welding abnormality flag FC based on the data transmitted from the
ステップS6あるいはステップS10で肯定判定されるとステップS16へ移行する。このとき、正極側のコンタクタ(メインコンタクタ(+)16あるいはプリチャージコンタクタ18)と負極側のコンタクタ(メインコンタクタ(−)17)の両方が共に溶着した状態ではない。ステップS17の情報、すなわち、正極側コンタクタ溶着異常フラグFPは、ステップS18以降の処理で正極側あるいは負極側のコンタクタが溶着しているかの判定に利用される。
なお、以下のステップS18〜S24での処理に対応して、図5はメインコンタクタ(−)17が溶着している場合のタイミングチャートを示し、図6はこれと比較するため、全てのコンタクタが溶着しておらず、正常に動作する場合のタイミングチャートを示す。
If a positive determination is made in step S6 or step S10, the process proceeds to step S16. At this time, both the positive contactor (main contactor (+) 16 or precharge contactor 18) and the negative contactor (main contactor (-) 17) are not welded together. The information in step S17, that is, the positive electrode side contactor welding abnormality flag FP is used to determine whether the positive electrode side or negative electrode side contactor is welded in the processing after step S18.
Incidentally, in correspondence with the processing in the following steps S18 to S24, FIG. 5 shows a timing chart when the main contactor (−) 17 is welded, and FIG. 6 shows all contactors for comparison with this. A timing chart in the case of normal operation without welding is shown.
ステップS18では、平滑コンデンサ22の端子間電圧VCを測定する。この時の時刻をt2とし、測定した平滑コンデンサ端子間電圧をVC(t2)とする。この端子間電圧測定に続いて、ステップS19において、プリチャージコンタクタ18を所定時間オンとしたのち、ステップS20において、時刻t3で平滑コンデンサ22の端子間電圧VCを測定する。この時の時刻をt3とし、測定した平滑コンデンサ22の端子間電圧をVC(t3)とする。これに続いてプリチャージコンタクタ18をオフとする(ステップS21)。
In step S18, the voltage VC between the terminals of the smoothing
ステップS22で、平滑コンデンサ22の端子間電圧VC(t2)とVC(t3)を式(3)により比較する。(VC(t3)―VC(t2))所定値ΔV3以上であるか否かを判定する。ステップS22が肯定判断されれば、メインコンタクタ(−)17が溶着していると判断し、ステップS24に進む。または、コンデンサ端子間電圧VC(t2)とVC(t3)の差である(VC(t3)―VC(t2))がΔV3より小さければ、ステップS24の処理を行う。
VC(t3)−VC(t2)≧ ΔV3 ...(3)
In step S22, the inter-terminal voltage VC (t2) and VC (t3) of the smoothing
VC (t3) −VC (t2) ≧ ΔV3. . . (3)
上記のステップS16での処理で説明したように、ステップS16が実行される場合は、正極側コンタクタ(メインコンタクタ(+)16あるいはプリチャージコンタクタ18)と負極側コンタクタ(メインコンタクタ(−)17)両方が共に溶着した状態ではない。
したがって、たとえばメインコンタクタ(−)17が溶着している場合は、正極側コンタクタ(メインコンタクタ(+)16およびプリチャージコンタクタ18)は正常に動作していることになる。この状態の診断処理ステップS16〜S28での各コンタクタの状態と平滑コンデンサ端子間電圧VCのタイミングチャートが図5に示されている。
As described in the processing in step S16 above, when step S16 is executed, the positive contactor (main contactor (+) 16 or precharge contactor 18) and the negative contactor (main contactor (-) 17). Both are not welded together.
Therefore, for example, when the main contactor (−) 17 is welded, the positive contactors (the main contactor (+) 16 and the precharge contactor 18) are operating normally. FIG. 5 shows a timing chart of each contactor state and the smoothing capacitor terminal voltage VC in the diagnostic processing steps S16 to S28 in this state.
図5に示す平滑コンデンサ端子間電圧VC(t2)とVC(t3)が、メインコンタクタ(−)が溶着している場合の平滑コンデンサ端子間電圧VCの上昇の例である。
時刻t2で平滑コンデンサ端子間電圧VC(t2)を測定した後にプリチャージコンタクタ18がオンとされると、メインコンタクタ(−)17が溶着している場合は、制限抵抗18を介して電池システム4から電流が流れ、平滑コンデンサ22が充電され、その端子間電圧が上昇して時刻t3でVC(t3)となる。したがって、上記式(3)を用いて、メインコンタクタ(−)17が溶着していると判断する。
The smoothing capacitor terminal voltages VC (t2) and VC (t3) shown in FIG. 5 are examples of the rise of the smoothing capacitor terminal voltage VC when the main contactor (−) is welded.
When the
なお、詳細は省略するが、時刻t2からt3までの平滑コンデンサ22の端子間電圧VCの上昇の時定数τ2は、放電抵抗23の抵抗値R1および制限抵抗19の抵抗値R2の合成抵抗と平滑コンデンサ22の容量Cで定まる時定数τ2に依存する。ステップS22での式(3)に基づいた判定を行うためには、下記の物理定数を考慮すればよい。
すなわち、(1)時刻t2からt3までの経過時間、上記時定数τ2、および電池システム4の端子間電圧VBの分割電圧(VB・R1/(R1+R2))に基いた、平滑コンデンサ22の端子間電圧VCの上昇(VC(t2)→VC(t3))と、(2)電圧センサ21を備える電圧測定系のノイズを考慮した電圧検出分解能とに基づいて、ΔV3と時刻t2からt3までの経過時間を適宜設定すればよい。
上記ステップS11で説明したと同様に、ΔV3が小さくできれば、ステップS22の判定を高速に行うことができる。なお、図5で時刻t4以降は、車両の駆動準備処理となるので、説明を省略する。
Although not described in detail, the time constant τ2 of the rise of the voltage VC between the terminals of the smoothing
That is, (1) between the terminals of the smoothing
As described in step S11 above, if ΔV3 can be reduced, the determination in step S22 can be performed at high speed. In FIG. 5, the vehicle drive preparation process is performed after time t4, and the description thereof is omitted.
ステップS22で肯定判定された場合、ステップS23に進み、メインコンタクタ(−)17が溶着しているとして、負極側のコンタクタ溶着異常フラグFNをオンする。 If an affirmative determination is made in step S22, the process proceeds to step S23, and the negative contactor welding abnormality flag FN is turned on, assuming that the main contactor (-) 17 is welded.
ステップS22で否定判定された場合は、ステップS24に進み、ステップS23までの処理で、コンタクタ溶着異常フラグFPあるいはFNがオンされていないか確認する。もし、コンタクタ溶着異常フラグFPあるいはFNのいずれかがオンになっていれば、ステップS25に進み、上位制御装置である車両コントローラ7に溶着異常フラグの情報を送信する。
さらにステップS26で異常診断を終了する。
If a negative determination is made in step S22, the process proceeds to step S24, and it is confirmed whether the contactor welding abnormality flag FP or FN is turned on in the process up to step S23. If either the contactor welding abnormality flag FP or FN is on, the process proceeds to step S25, and the welding abnormality flag information is transmitted to the
Furthermore, abnormality diagnosis is complete | finished by step S26.
ステップS24で否定判定された場合は、全てのコンタクタは溶着しておらず、正常に動作していると判断し(ステップS27)、コンタクタ溶着異常診断は終了となる(ステップS28)。 If a negative determination is made in step S24, it is determined that all contactors are not welded and are operating normally (step S27), and the contactor welding abnormality diagnosis is terminated (step S28).
(第1の異常診断後の車両の駆動)
全てのコンタクタ16〜18が正常に動作していると判定されて終了した場合(ステップS28)は、第1の異常診断終了後、正極側のコンタクタ(メインコンタクタ(+)16あるいはプリチャージコンタクタ18)と負極側のコンタクタ(メインコンタクタ(−)17)が閉成され、電池システム4からDC電力がインバータ3に供給される。また、第1の異常診断において、正極側あるいは負極側のコンタクタ16〜18のいずれかが溶着異常となっていると判定されて終了した場合(ステップS15、S26)であっても、車両の駆動は可能であるので、溶着異常の状態のままでインバータにDC電力供給を行う場合もある。
図5、図6で、時刻t4以降が第1の異常診断に続いて車両の駆動を行う場合のタイミングチャートであるが、説明は省略する。なお、図5での時刻t3以降の平滑コンデンサの端子間電圧VCの減少の時定数は前述のτ1となる。
(Driving of the vehicle after the first abnormality diagnosis)
When it is determined that all of the
In FIGS. 5 and 6, the timing chart after the time t <b> 4 is a timing chart when the vehicle is driven following the first abnormality diagnosis, but the description is omitted. Note that the time constant of the decrease of the smoothing capacitor terminal voltage VC after time t3 in FIG. 5 is τ1 described above.
(第2の異常診断)
メインコンタクタ(+)16とメインコンタクタ(−)17を開閉して行う異常診断は、本発明では第2の異常診断として車両の駆動終了時に実行される。
この第2の異常診断は従来行われている異常診断と同等であるので簡単に説明する。
(Second abnormality diagnosis)
The abnormality diagnosis performed by opening and closing the main contactor (+) 16 and the main contactor (−) 17 is executed as the second abnormality diagnosis in the present invention at the end of driving of the vehicle.
Since this second abnormality diagnosis is equivalent to a conventional abnormality diagnosis, it will be briefly described.
なお、図8は正極側コンタクタ(メインコンタクタ(+)16およびプリチャージコンタクタ18)の内、メインコンタクタ(+)16が溶着異常となった場合の診断処理タイミングチャート (S51〜S62)であり、各コンタクタの状態と平滑コンデンサ22の端子間電圧VCのタイミングチャートである。また、図9は、全てのコンタクタが正常に動作している場合のタイミングチャートである。
FIG. 8 is a diagnostic processing timing chart (S51 to S62) when the main contactor (+) 16 of the positive side contactors (main contactor (+) 16 and precharge contactor 18) is abnormally welded. 6 is a timing chart of the state of each contactor and the voltage VC between terminals of the smoothing
正極側コンタクタであるプリチャージコンタクタ18のみが溶着異常となっている場合は、メインコンタクタ(+)16をオフとすることにより、上記のステップS6での説明から分かるように、電池システムの総電圧VBと平滑コンデンサ端子間電圧VCに差が生じるので、これを検出することにより、メインコンタクタ(+)16とプリチャージコンタクタ18のいずれが溶着しているか判定することが原理的に可能である。しかしながら、プリチャージコンタクタ18に流れる電流は制限抵抗19により制限されているので、溶着異常を起こすことは稀であり、さらに、電池システム4の端子間電圧VBも充電状態に依存して変化しているので、メインコンタクタ(+)16とプリチャージコンタクタ18のいずれが溶着しているか判定することは実際は難しく、ここでも正極側コンタクタ(メインコンタクタ(+)16とプリチャージコンタクタ18)の溶着異常の判断を行っている。
When only the
ステップS51で、車両を停止するためにイグニッションスイッチ8をオフにすると(時刻t8)、車両停止時のコンタクタの溶着異常診断が開始され、ステップS52で制御装置(バッテリコントローラ5、セルコントローラ11、モータコントローラ6)の停止処理が開始される。この停止処理ではたとえば、電池システム4の充電状態の情報を上位制御装置である車両コントローラ7に送信する処理なども含まれる。また、ステップS53以下の溶着診断処理もこの停止処理の一部として実行される。
In step S51, when the ignition switch 8 is turned off to stop the vehicle (time t8), the contactor welding abnormality diagnosis when the vehicle stops is started, and in step S52, the control device (battery controller 5,
ステップS53で溶着診断が開始され、ステップS54でメインコンタクタ(+)16とメインコンタクタ(−)17をオンとし、プリチャージコンタクタ18をオフとする制御が行われる(時刻t9)。車両が駆動状態であったので、正常であれば各コンタクタはこのような状態となっているが、各コンタクタの状態を確定するため、念のためこのような制御を行う。 In step S53, welding diagnosis is started, and in step S54, control is performed to turn on the main contactor (+) 16 and the main contactor (-) 17 and turn off the precharge contactor 18 (time t9). Since the vehicle is in a driving state, each contactor is in such a state if it is normal, but such control is performed just in case to determine the state of each contactor.
ステップS55では、平滑コンデンサ22の端子間電圧VCを測定する。この時の時刻をt10とし、測定した端子間電圧をVC(t10)とする。これに続いてステップS56でメインコンタクタ(+)16をオフとする。さらにステップS57で、平滑コンデンサ22の端子間電圧を測定する。この時の時刻をt11とし、端子間電圧をVC(t11)とする。
In step S55, the voltage VC between the terminals of the smoothing
メインコンタクタ(+)16が正常に動作していれば、図9に示すように、時刻t10で平滑コンデンサ22の端子間電圧VC(t10)の測定後にメインコンタクタ(+)16をオフとすると、平滑コンデンサ22の電荷は放電抵抗23により放電されるので、端子間電圧VCは時刻t10以降次第に前述の時定数τ1で減少する。
逆にメインコンタクタ(+)16が溶着異常となっている場合には、図8に示すように、平滑コンデンサ22の端子間電圧VCは、メインコンタクタ(−)17がオフとされる時刻t11まで低下せず、電池システム4の端子間電圧VBと同じ電圧を示す。
If the main contactor (+) 16 is operating normally, as shown in FIG. 9, when the main contactor (+) 16 is turned off after the measurement of the voltage VC (t10) between the terminals of the smoothing
On the contrary, when the main contactor (+) 16 has a welding abnormality, as shown in FIG. 8, the voltage VC between the terminals of the smoothing
ステップS58で、平滑コンデンサ22の端子間電圧VC(t10)とVC(t11)が以下の式(4)を満たす場合は、正極側コンタクタ(メインコンタクタ(+)16あるいはプリチャージコンタクタ18)が溶着異常であるとしてステップS59に進む。
VC(t10)−VC(t11)≧ ΔV4 ...(4)
時刻t10とt11の時間差および式(4)の閾値ΔV4は、上記のΔV1〜ΔV3での説明と同様に、電圧の減少の大きさと電圧測定での分解能を考慮して適宜設定される。
In step S58, when the inter-terminal voltages VC (t10) and VC (t11) of the smoothing
VC (t10) −VC (t11) ≧ ΔV4. . . (4)
The time difference between the times t10 and t11 and the threshold value ΔV4 in the equation (4) are appropriately set in consideration of the magnitude of voltage decrease and the resolution in voltage measurement, as in the description of ΔV1 to ΔV3.
ステップS59では、正極側コンタクタ(メインコンタクタ(+)16あるいはプリチャージコンタクタ18)が溶着異常であるとして、溶着異常フラグFPに1をセットする。 In step S59, it is assumed that the positive contactor (main contactor (+) 16 or precharge contactor 18) has a welding abnormality, and 1 is set to the welding abnormality flag FP.
ステップS60では、全てのコンタクタをオフとする制御を行う(図8、図9では省略)。
以上で車両停止時の溶着診断(第2の以上診断)が終了となる(ステップS61)。
In step S60, control is performed to turn off all contactors (omitted in FIGS. 8 and 9).
This completes the welding diagnosis when the vehicle is stopped (second diagnosis) (step S61).
以上説明した第1実施形態では次の作用効果を奏することができる。
(1)正極コンタクタと負極コンタクタの溶着異常診断を車両起動時と車両停止時のタイミングで行うようにした。したがって、車両起動時に短時間に発進することができる。
In the first embodiment described above, the following operational effects can be achieved.
(1) The welding abnormality diagnosis of the positive contactor and the negative contactor is performed at the time of starting the vehicle and stopping the vehicle. Therefore, it can start in a short time when the vehicle is started.
(第1の変形例)
以上で説明した本発明の実施形態では、プリチャージコンタクタ18と制限抵抗19(抵抗値R2)の直列回路がメインコンタクタ(+)16に並列に設けられているとして説明した。
このプリチャージコンタクタ18と制限抵抗19(抵抗値R2)の直列回路は、メインコンタクタ(−)に並列に設けてもよい。
(First modification)
In the embodiment of the present invention described above, the series circuit of the
The series circuit of the
この第1の変形実施例では、上記で説明した溶着診断で診断する正極側コンタクタと負極側コンタクタが入れ替わることになる。すなわち、第1の以上診断ではメインコンタクタ(+)の溶着異常を診断する。図2のステップS17では負極側コンタクタ溶着異常フラグFNを読出し、ステップS23でメインコンタクタ(+)16の溶着異常フラグFPが設定される。
また、図3〜6でのメインコンタクタ(+)16とメインコンタクタ(−)17の制御ならびに実状態が入れ替わることになる。
In the first modified embodiment, the positive electrode side contactor and the negative electrode side contactor diagnosed by the welding diagnosis described above are interchanged. That is, in the first diagnosis above, the welding abnormality of the main contactor (+) is diagnosed. In step S17 of FIG. 2, the negative contactor welding abnormality flag FN is read, and in step S23, the welding abnormality flag FP of the main contactor (+) 16 is set.
Further, the control and the actual state of the main contactor (+) 16 and the main contactor (−) 17 in FIGS. 3 to 6 are interchanged.
さらに、車両停止時の溶着診断(第2の異常診断)では、ステップS56でメインコンタクタ(−)をオフにし、ステップS59でメインコンタクタ(−)の溶着異常フラグをFNに1を設定する。また図8、9では図3〜6と同様に、メインコンタクタ(+)16とメインコンタクタ(−)17の制御ならびに実状態が入れ替わる。 Further, in the welding diagnosis (second abnormality diagnosis) when the vehicle is stopped, the main contactor (-) is turned off in step S56, and the welding abnormality flag of the main contactor (-) is set to 1 in step S59. 8 and 9, as in FIGS. 3 to 6, the control and actual state of the main contactor (+) 16 and the main contactor (−) 17 are switched.
(第2の変形例)
図10に示すように、放電抵抗23に直列に放電抵抗リレー24を設けてもよい。なお、図10では、見易いように図1から各コントローラとモータを省略している。
放電抵抗リレー24をオン/オフすることにより放電抵抗23を平滑コンデンサに並列に接続したり、あるいはこの接続を解除することができる。
(Second modification)
As shown in FIG. 10, a
By turning on / off the
上記のステップS6での説明および第2の異常診断の説明の最初の部分の記載から分かるように、図10において、メインコンタクタ(+)16が溶着しておらず、プリチャージコンタクタ19とメインコンタクタ(−)が溶着している場合、この放電抵抗リレー24をオンとすると、制限抵抗R2と放電抵抗R1によって電池システム4の端子間電圧VBが分割され、電圧センサ21で検出する平滑コンデンサ22の端子間電圧VCが低下する。この放電抵抗リレー24のオン/オフは、車両の駆動が停止しインバータが動作していない状態で、メインコンタクタ(+)16とプリチャージコンタクタ18の状態を変えずに行うことができるので、このリレー24のオン/オフでの平滑コンデンサ22の端子間電圧VCの差、すなわち電池システム4の端子間電圧VBとリレー24をオンにした時の平滑コンデンサ22の端子間電圧VCとの差を安定して検出することができる。
したがって、プリチャージコンタクタ19のみが溶着している場合は、この放電抵抗リレー24がオンとオフの時の平滑コンデンサ端子間電圧VCの差を検出することで、プリチャージコンタクタ19が溶着していることを検出することができる。
As can be seen from the description in step S6 and the description of the first part of the second abnormality diagnosis, in FIG. 10, the main contactor (+) 16 is not welded, and the
Therefore, when only the
なお、メインコンタクタ(+)16が溶着している場合は、プリチャージコンタクタ18と放電抵抗リレー24をそのようにオン/オフしても、平滑コンデンサ22の端子間電圧VCの差は殆ど出ないので、逆にこのような場合は、少なくともメインコンタクタ(+)16が溶着していると判定できる。
もともとプリチャージコンタクタ18には、制限抵抗19により大きな電流が流れないようになっているので、プリチャージコンタクタ18が溶着異常となる可能性は、メインコンタクタ(+)16より小さいと考えられる。放電抵抗リレー24とプリチャージコンタクタ18を様々な組み合わせでオン/オフしても、制限抵抗R2と放電抵抗R1の電圧分割による平滑コンデンサ22の端子間電圧VCの差が検出されない場合は、メインコンタクタ(+)16の溶着異常の可能性が高いと推定できる。
When the main contactor (+) 16 is welded, even if the
Originally, a large current is prevented from flowing through the
以上で説明したように、正極側コンタクタと負極側コンタクタの溶着異常を診断し、もしコンタクタ異常が検出された場合は、これを上位制御装置(車両コントローラ7)に送信し、車両の運転者に溶着異常を通知する。このようにして異常が検出された場合に、たとえば溶着した部品(コンタクタ)を交換することで、電池システムの不要な放電を避けることができ、電池システムの寿命を損なうことなく、エネルギーの無駄な使用を低減することができる。 As described above, the welding abnormality of the positive side contactor and the negative side contactor is diagnosed, and if a contactor abnormality is detected, this is transmitted to the host control device (vehicle controller 7) and is sent to the vehicle driver. Notify welding abnormality. When an abnormality is detected in this way, for example, by replacing a welded part (contactor), unnecessary discharge of the battery system can be avoided, and energy is wasted without impairing the life of the battery system. Use can be reduced.
以上の説明は本発明の実施形態および変形実施の例であり、本発明はこれらの実施形態や変形実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の特徴を損なわずに様々な変形実施が可能である。 The above description is examples of the embodiments and modified embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments and modified examples. Those skilled in the art can implement various modifications without impairing the features of the present invention.
1…モータ(回転電機)
2…電動駆動装置
3…インバータ
4…電池システム(組電池)
5…バッテリコントローラ(制御装置)
6…モータコントローラ(制御装置)
7…車両コントローラ(上位制御装置)
8…イグニッションスイッチ
9…低電圧バッテリ
10…二次電池モジュール
11…セルコントローラ
12…通信経路
13…サービスディスコネクトスイッチ(SDSW)
14…正極側電源ライン
15…負極側電源ライン
16…メインコンタクタ(+)
17…メインコンタクタ(−)
18…プリチャージコンタクタ
19…制限抵抗
20…電圧センサ
21…電圧センサ
22…平滑コンデンサ
23…放電抵抗
24…放電抵抗リレー
1 ... Motor (rotary electric machine)
2 ...
5 ... Battery controller (control device)
6. Motor controller (control device)
7 ... Vehicle controller (high-order control device)
8 ...
14 ...
17 ... Main contactor (-)
18 ...
Claims (10)
前記バッテリと前記インバータとを接続する負極側電源ラインに設けられた負極コンタクタと、
前記正極コンタクタに並列接続され、互いに直列接続されたプリチャージコンタクタおよび制限抵抗と、
前記正極側電源ラインと前記負極側電源ラインの間に前記インバータと並列に介装された平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの端子間電圧を測定するコンデンサ電圧検出手段と、
前記正極コンタクタ、負極コンタクタ、およびプリチャージコンタクタの開閉指令を制御する制御手段とを備えた電源装置の異常検出装置において、
前記制御手段は、前記正極コンタクタ、負極コンタクタ、およびプリチャージコンタクタに対して車両起動のための起動時指令を出力するタイミングで、前記正極コンタクタとプリチャージコンタクタを含む正極側コンタクタおよび負極コンタクタのいずれか一方の溶着異常を診断し、前記正極コンタクタとプリチャージコンタクタ、負極コンタクタ、およびプリチャージコンタクタに対して車両停止のための停止時指令を出力するタイミングで、前記正極側コンタクタおよび負極コンタクタのいずれか他方の溶着異常を診断する診断手段を備えることを特徴とする電源装置の異常検出装置。 A positive contactor provided on a positive power line connecting the battery and the inverter;
A negative contactor provided on a negative power line connecting the battery and the inverter;
A precharge contactor and a limiting resistor connected in parallel to each other and connected in series to the positive contactor;
A smoothing capacitor interposed in parallel with the inverter between the positive power line and the negative power line;
Capacitor voltage detection means for measuring a voltage across the terminals of the smoothing capacitor;
In an abnormality detection device for a power supply device comprising control means for controlling an opening / closing command of the positive electrode contactor, the negative electrode contactor, and the precharge contactor,
The control means outputs either a positive contactor or a negative contactor including the positive contactor and the precharge contactor at a timing of outputting a start-up command for starting the vehicle to the positive contactor, the negative contactor, and the precharge contactor. One of the positive contactor and the negative contactor is diagnosed at the timing when a stop command for stopping the vehicle is output to the positive contactor, the precharge contactor, the negative contactor, and the precharge contactor. An abnormality detection device for a power supply device, comprising diagnostic means for diagnosing the other welding abnormality.
前記診断手段は、
前記起動時指令を出力するタイミングで、前記負極コンタクタの溶着異常を診断する負側診断手段と、前記停止時指令を出力するタイミングで、前記正極側コンタクタの溶着異常を診断する正側診断手段とを含むことを特徴とする電源装置の異常検出装置。 In the abnormality detection apparatus of the power supply device according to claim 1,
The diagnostic means includes
Negative diagnosis means for diagnosing welding abnormality of the negative contactor at the timing of outputting the startup command, and positive diagnosis means for diagnosing welding abnormality of the positive contactor at the timing of outputting the stop time command An abnormality detection device for a power supply device comprising:
前記負側診断手段は、前記起動時指令を出力するタイミングで、前記プリチャージコンタクタを閉成する指令を出力するとともに前記コンデンサ電圧検出手段によって前記平滑コンデンサの端子間電圧を検出し、その後、前記プリチャージコンタクタを開放する指令を出力するとともに前記コンデンサ電圧検出手段によって前記平滑コンデンサの端子間電圧を検出し、前記検出した二つの平滑コンデンサの端子間電圧の差に基づいて、前記負極コンタクタの溶着異常を判定することを特徴とする電源装置の異常検出装置。 In the abnormality detection apparatus of the power supply device according to claim 2,
The negative side diagnosis means outputs a command for closing the precharge contactor at a timing of outputting the start time command and detects a voltage between terminals of the smoothing capacitor by the capacitor voltage detection means. A command to open the precharge contactor is output and the voltage between the terminals of the smoothing capacitor is detected by the capacitor voltage detection means, and the welding of the negative contactor is performed based on the difference between the detected voltages between the terminals of the two smoothing capacitors. An abnormality detection device for a power supply device, characterized by determining an abnormality.
前記負側診断手段は、前記プリチャージコンタクタを開放する指令を出力したときの前記平滑コンデンサの端子間電圧が前記プリチャージコンタクタを閉成する指令を出力したときの前記平滑コンデンサの端子間電圧よりも低下していれば、前記負極コンタクタの溶着異常と判定することを特徴とする電源装置の異常検出装置。 In the abnormality detection apparatus of the power supply device according to claim 3,
The negative side diagnosis means is configured such that a voltage between terminals of the smoothing capacitor when a command to open the precharge contactor is output is a voltage between terminals of the smoothing capacitor when a command to close the precharge contactor is output. If it is also lowered, it is determined that the negative electrode contactor is abnormally welded.
前記制御手段は、前記正極側コンタクタの診断結果を格納する記憶部を備え、
前記起動時指令を出力するタイミングで、前記正極側コンタクタの診断結果を読み出して、前記正極側コンタクタが溶着異常であると判定することを特徴とする電源装置の異常検出装置。 In the abnormality detection apparatus of the power supply device according to claim 2 or 3,
The control means includes a storage unit that stores a diagnosis result of the positive contactor,
An abnormality detection device for a power supply device, wherein the diagnosis result of the positive contactor is read out at the timing of outputting the startup command, and it is determined that the positive contactor has a welding abnormality.
前記正側診断手段は、前記停止時指令を出力するタイミングで、前記コンデンサ電圧検出手段によって前記平滑コンデンサの端子間電圧を検出し、その後、前記正極側コンタクタを開放する指令を出力するとともに前記コンデンサ電圧検出手段により前記平滑コンデンサの端子間電圧を検出し、前記検出した二つの平滑コンデンサの端子間電圧の差に基づいて、前記正極側コンタクタの溶着異常を判定することを特徴とする電源装置の異常検出装置。 In the abnormality detection apparatus of the power supply device according to any one of claims 3 to 5,
The positive side diagnosis means detects the voltage across the terminals of the smoothing capacitor by the capacitor voltage detection means at the timing of outputting the stop time command, and then outputs a command to open the positive side contactor and the capacitor A voltage detecting unit detects a voltage between terminals of the smoothing capacitor, and determines a welding abnormality of the positive contactor based on a difference between the detected voltages between two terminals of the smoothing capacitor. Anomaly detection device.
前記正側診断手段は、前記正極コンタクタを開放する指令を出力したときの前記平滑コンデンサの端子間電圧が、前記正極コンタクタを開放する指令を出力する前の前記平滑コンデンサの端子間電圧から減少しないとき、前記正極側コンタクタの溶着異常と判定することを特徴とする電源装置の異常検出装置。 In the abnormality detection apparatus of the power supply device according to claim 6,
The positive-side diagnosis means does not reduce the voltage across the smoothing capacitor when the command to open the positive contactor is output from the voltage across the smoothing capacitor before outputting the command to open the positive contactor. When this is the case, it is determined that the positive electrode side contactor is abnormally welded.
前記バッテリの総電圧を測定するバッテリ電圧検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記起動時指令が出力されるタイミングで、前記正極コンタクタ、前記負極コンタクタおよび前記プリチャージコンタクタを全て開放となるように制御するとともに前記バッテリの端子間電圧と前記平滑コンデンサの端子間電圧をそれぞれ検出し、それら端子間電圧の差が所定の値より小さい場合に、前記正極側コンタクタと前記負極コンタクタがともに溶着異常であると判定することを特徴とする電源装置の異常検出装置。 In the abnormality detection apparatus of the power supply device according to any one of claims 1 to 7,
Battery voltage detection means for measuring the total voltage of the battery,
The control means controls the positive contactor, the negative contactor and the precharge contactor to be all open at the timing when the start-up command is output, and the battery inter-terminal voltage and the smoothing capacitor terminal An abnormality detection device for a power supply apparatus, wherein each of the inter-voltages is detected, and when the difference between the voltages between the terminals is smaller than a predetermined value, it is determined that both the positive contactor and the negative contactor are abnormal in welding. .
前記バッテリと前記インバータとを接続する負極側電源ラインに設けられた負極コンタクタと、
前記正極コンタクタに並列接続され、互いに直列接続されたプリチャージコンタクタおよび制限抵抗と、
前記正極側電源ラインと前記負極側電源ラインの間に前記インバータと並列に介装された平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの端子間電圧を測定するコンデンサ電圧検出手段と、
前記正極コンタクタ、負極コンタクタ、およびプリチャージコンタクタの開閉指令を制御する制御手段とを備えた電源装置の異常検出装置において、
前記負極コンタクタと前記正極コンタクタとをオンとして前記バッテリーのDC電力を前記インバータに供給する前に、前記プリチャージコンタクタのみをオンからオフにした時の前記平滑コンデンサの端子間電圧が前記プリチャージコンタクタをオフした時に減少した場合に、前記負極コンタクタが溶着異常であると判定することを特徴とする電源装置の異常検出装置。 A positive contactor provided on a positive power line connecting the battery and the inverter;
A negative contactor provided on a negative power line connecting the battery and the inverter;
A precharge contactor and a limiting resistor connected in parallel to each other and connected in series to the positive contactor;
A smoothing capacitor interposed in parallel with the inverter between the positive power line and the negative power line;
Capacitor voltage detection means for measuring a voltage across the terminals of the smoothing capacitor;
In an abnormality detection device for a power supply device comprising control means for controlling an opening / closing command of the positive electrode contactor, the negative electrode contactor, and the precharge contactor,
Before the negative contactor and the positive contactor are turned on and the DC power of the battery is supplied to the inverter, the voltage between the terminals of the smoothing capacitor when only the precharge contactor is turned off is changed to the precharge contactor. An abnormality detection device for a power supply device, wherein the negative electrode contactor is determined to have a welding abnormality when it decreases when the power is turned off.
An electric drive device for a rotating electrical machine comprising the abnormality detection device for a power supply device according to any one of claims 1 to 9.
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