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WO2015137006A1 - オン故障検知装置及びその方法 - Google Patents

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WO2015137006A1
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failure
switching element
voltage
detected
failure detection
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圭史 永坂
秀隆 佐藤
大崎　智康
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Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Automotive Thermal Systems Co Ltd
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    • B60H2001/2256—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant obtaining information from a variable, e.g. by means of a sensor related to the operation of the heater itself, e.g. flame detection or overheating

Definitions

  • a positive temperature coefficient thermistor element (hereinafter referred to as “PTC element”) is used as a heat generating element as one of heat sources for heating.
  • PTC element a positive temperature coefficient thermistor element
  • a PTC heater is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the energization control of the PTC element is performed by turning on and off a switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • a switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the current that flows when the switching element is on-failed is equal to the current that normally flows, the current at the time of the on-failure cannot be separated from the current at the normal time, and it cannot be protected by a fuse.
  • the above problem is not limited to PTC elements, but is a problem that commonly occurs in elements whose resistance values change according to temperature.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an on-failure detection device capable of detecting an on-failure of a switching element that performs conduction control of an element whose resistance value changes according to temperature, and the device It aims to provide a method.
  • an on-failure detection for detecting an on-failure of a first switching element that is provided corresponding to an element whose resistance value changes according to temperature and controls energization of the element.
  • the first switching element In the state where an off command is output to the first switching element and power can be supplied to the element, when the parameter regarding the voltage across the element is equal to or greater than a predetermined threshold, the first switching element It is an on-failure detection apparatus provided with a detection means for detecting an on-failure.
  • the voltage across the element is zero if the first switching element is not on-failed. Become.
  • the first switching element is on-failed, even if an off command is issued, the on-state is maintained, and a voltage is detected at the voltage across the element. Therefore, an on-failure can be detected based on a parameter related to the voltage across the element.
  • the above element has a characteristic that the resistance value changes with temperature, but the voltage across the element takes a constant value (same or almost the same as the applied voltage) without depending on the temperature. Therefore, by using the parameters related to the voltage across the element, even if the current flowing through the element is small and cannot be detected by a conventional shunt resistor, it can be easily detected whether or not the current is flowing through the element. it can.
  • the power supply to the element can be cut off.
  • the detection means outputs an off command to the second switching element when the on-failure of the first switching element is not detected, and the first switching element In this state, an ON failure of the second switching element may be detected when a parameter relating to the voltage across the element is equal to or greater than a predetermined threshold.
  • the detection means includes a first voltage dividing means connected to the high voltage side of the element, a second voltage dividing means connected to the low voltage side of the element, and the first voltage dividing means.
  • a photocoupler connected in a forward direction to a line connecting the output terminal of the pressure means and the output terminal of the second voltage dividing means, and detecting an on-failure based on the output of the photocoupler. .
  • the 2nd mode of the present invention is a PTC heater provided with the above-mentioned on failure detection device.
  • an auxiliary device including the PTC heater, a power storage device used as a power source for the auxiliary device, and a third power line provided on the power line connecting the power storage device and the auxiliary machinery.
  • a switching element; and a vehicle control device wherein the vehicle control device opens the third switching element when an abnormality is detected in the vehicle and the third switching element is opened. Whether or not it is an overcurrent abnormality of the power storage device, and if it is determined that there is no overcurrent abnormality, the third switching element is closed to determine whether or not the auxiliary machinery is overcurrent abnormality. If the vehicle is determined to be not overcurrent abnormality of the auxiliary machinery, the vehicle is configured to detect a failure of each device constituting the auxiliary machinery.
  • a voltage lower than the voltage supplied during normal operation may be supplied from the power storage device.
  • the failure determination threshold value of each device used when detecting the failure of the auxiliary equipment is set to a value smaller than the determination threshold value used in the overcurrent abnormality of the auxiliary equipment by the control device of the vehicle. May be.
  • an on-failure detection for detecting an on-failure of a first switching element that is provided corresponding to an element whose resistance value changes according to temperature and controls energization of the element.
  • the parameter regarding the voltage across the element is equal to or higher than a predetermined threshold value, and the first switching element
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the PTC heater which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is the figure which showed schematic structure of the on-failure detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is the figure which showed schematic structure of the on-failure detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. It is the figure which showed schematic structure of the on-failure detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. It is the figure which showed schematically the structure of the high voltage
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a PTC heater according to a first embodiment of the present invention.
  • the PTC heater 1 includes PTC elements 2a and 2b whose resistance values change according to temperature, and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor: first switching element) 3a that controls energization of the PTC element 2a.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor: first switching element
  • an on-failure detection device 10 for detecting an on-failure as a main component.
  • the drive circuit 4 drives the IGBTs 3a and 3b by applying voltage signals based on the control signals Sa and Sb to the gates (conduction control terminals) of the IGBTs 3a and 3b, respectively.
  • IGBT other power devices such as an FET (Field-Effect Transistor) and a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) can be used.
  • FET Field-Effect Transistor
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor FET
  • the current measuring unit 6 includes a shunt resistor 14 and an operational amplifier 15 that amplifies and outputs the voltage across the shunt resistor 14.
  • the output of the operational amplifier 15 is input to the control device 5.
  • the element short-circuit detection unit 7 has a configuration in which the gate voltages of the IGBTs 3a and 3b are turned off by hardware in order to eliminate the response delay of the control device 5 when a short-circuit is detected. In this way, in the case of a short circuit of the PTC element itself, a larger current flows than usual, so that the short circuit can be detected by the shunt resistor 14.
  • the on-failure detection apparatus 10 includes a power supply IGBT (second switching element) 11 provided in a power supply line L that supplies power to the PTC elements 2a and 2b, and a detection unit 12.
  • the on / off of the IGBT 11 may be controlled by, for example, a microcomputer provided in the detection unit 12 to be described later, or controlled based on an on / off command given from a control device (upper control device) of a device in which the PTC heater 1 is mounted. It may be done.
  • the microcomputer 23 calculates a parameter based on the voltage across the PTC element 2b from the input information, here, the voltage across the voltage after voltage division, and detects an ON failure of the IGBT 3b when the voltage is equal to or higher than a predetermined threshold.
  • the IGBT 3b when the IGBT 3b is in the ON state, a current flows through the PTC element 2b, and a voltage drop determined by the current and the resistance value of the PTC element 2b occurs. This voltage drop is equal to the power supply voltage.
  • the voltage across the PTC element 2b is constant without depending on the resistance value of the PTC element 2b, even if the resistance value of the PTC element 2b is high and the current is small, the voltage of the PTC element 2b It is possible to easily detect the conducting state, in other words, that the IGBT 3b is in the on state.
  • the on failure detection of the IGBT 3b and the on failure detection of the IGBT 11 are performed in the following procedure.
  • the on-failure of the IGBT 11 is determined. In this case, when the IGBT 11 is turned off and the IGBT 3b is turned on, if the both-end voltage after voltage division calculated by the microcomputer 23 is equal to or higher than a predetermined threshold value, it is determined that the IGBT 11 is in an on failure.
  • an on-failure detection signal is output to the control devices 5 of the IGBTs 3a and 3b, and the IGBTs 3a and 3b are turned off.
  • a switch (not shown) provided on the power line between the upper power supply and the PTC heater 1 is turned off to turn off the PTC heater 1.
  • the power supply may be cut off.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the on-failure detection device 10 ′ according to the present embodiment.
  • the on-failure detection device 10 ′ according to the present embodiment includes a high-voltage side voltage divider (first voltage divider) 21 connected to the high voltage side of the PTC element 2b as a detection unit 12 ′.
  • first voltage divider first voltage divider
  • the microcomputer 26 determines that the IGBT 3b is in the ON state when the ON signal is input. For example, when an off signal is input to the microcomputer 26 when an off voltage is applied to the gate of the IGBT 3b, the detection unit 12 ′ determines that the IGBT 3b is on.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the PTC heater according to the present embodiment.
  • the configuration of the on-failure detection device is different from that of the first or second embodiment described above.
  • the voltage detected by the operational amplifier 31 is input to the control device 5.
  • the control device 5 determines that the IGBTs 3a and 3b are on-failed when the operational amplifier 31 detects a voltage in spite of outputting the off command to the IGBTs 3a and 3b.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a high-voltage system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the high-voltage system of the electric vehicle 40 is provided with a plurality of fuses 46 as protection means when an overcurrent flows.
  • the contactor 44 is opened for safety. For example, this may be performed based on a command from the control device 45, or may be performed based on a command from the protection device when a protection device (not shown) is provided independently. Good.
  • an abnormality for example, current abnormality, temperature abnormality, pressure abnormality, etc.
  • the contactor 44 is opened for safety. For example, this may be performed based on a command from the control device 45, or may be performed based on a command from the protection device when a protection device (not shown) is provided independently. Good.

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Abstract

　オン故障検知装置は、例えば、温度に応じて抵抗値が変化するＰＴＣ素子（２ｂ）に対応して設けられるとともに、ＰＴＣ素子（２ｂ）の通電を制御するためのＩＧＢＴ（３ｂ）のオン故障を検知する。オン故障検知装置は、ＩＧＢＴ（３ｂ）に制御装置からオフ指令が出力されている状態において、ＰＴＣ素子（２ｂ）の両端電圧の分圧後の電位差を演算により求め、この電位差が所定の閾値以上である場合に、ＩＧＢＴ（３ｂ）のオン故障を検知する。これにより、温度に応じて抵抗値が変化する素子の導通制御を行うスイッチング素子のオン故障を検知することが可能となる。

Description

オン故障検知装置及びその方法
　本発明は、例えば、ＰＴＣ素子等の温度に応じて抵抗が変化する素子の導通制御を行うスイッチング素子のオン故障を検知するオン故障検知装置及びその方法に関するものである。
　例えば、電気自動車やハイブリッド車等に適用される車両用空調装置では、暖房用の熱源の一つとして、正特性サーミスタ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；以下、「ＰＴＣ素子」という。）を発熱要素とするＰＴＣヒータが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
　ＰＴＣ素子の通電制御は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子をオンオフすることで行われるが、このスイッチング素子が故障した場合はＰＴＣヒータに電流が流れ続けることになる。したがって、スイッチング素子のオン故障の検出を行う必要がある。
特開２００８－２７７３５１号公報 特開２０１３－１５９１３５号公報
　一般的に、ＰＴＣヒータの通電制御回路には、ＰＴＣヒータに流れる電流を検出するための電流センサ（例えば、シャント抵抗、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）等）が設けられている。しかしながら、ＰＴＣ素子の特性は、図７に示すように、温度に対して抵抗値が大きく変化するため、温度が高い場合には流れる電流が小さくなり、電流センサの誤差やオフセット調整シロに埋もれてしまい、検出することができないという問題がある。また、シャント抵抗の抵抗値を大きくすれば、検出は可能となるが、発熱の関係からシャント抵抗の抵抗値には制限がある。
　また、スイッチング素子のオン故障時に流れる電流は、通常流れる電流と等しいため、オン故障時における電流と通常時の電流とを切り分けることができず、ヒューズで保護することもできない。
　上記の問題は、ＰＴＣ素子に限らず、温度に応じて抵抗値が変化する素子において共通に発ずる問題である。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、温度に応じて抵抗値が変化する素子の導通制御を行うスイッチング素子のオン故障を検知することのできるオン故障検知装置及びその方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１態様は、温度に応じて抵抗値が変化する素子に対応して設けられるとともに、前記素子の通電を制御するための第１スイッチング素子のオン故障を検知するためのオン故障検知装置であって、前記第１スイッチング素子にオフ指令が出力され、前記素子に電力が供給可能な状態において、前記素子の両端電圧に関するパラメータが所定の閾値以上である場合に、前記第１スイッチング素子のオン故障を検知する検知手段を具備するオン故障検知装置である。
　本態様によれば、前記第１スイッチング素子にオフ指令が出力され、前記素子に電力が供給可能な状態にある場合、第１スイッチング素子がオン故障していなければ、素子の両端電圧はゼロとなる。一方、第１スイッチング素子がオン故障している場合には、オフ指令が出されていたとしてもオン状態が維持されることにより、素子の両端電圧には電圧が検出されることとなる。したがって、素子の両端電圧に関するパラメータに基づいてオン故障を検知することができる。
　上記素子は温度に応じて抵抗値が変化する特性を有するが、素子の両端電圧は、温度に依存せずに一定の値（印加電圧と同一かほぼ同じ値）をとる。したがって、素子の両端電圧に関するパラメータを用いることにより、素子に流れる電流が小さく、従来のシャント抵抗では検出できない場合であっても、素子に電流が流れているのか否かを容易に検知することができる。
　上記オン故障検知装置において、前記素子に電力を供給する電源ラインに設けられた第２スイッチング素子を備え、前記検知手段によりオン故障が検知された場合に、前記第２スイッチング素子をオフ状態とすることとしてもよい。
　上記構成によれば、第１スイッチング素子のオン故障が検知された場合には、素子への電力供給を遮断することが可能となる。
　上記オン故障検知装置において、前記検知手段は、前記第１スイッチング素子のオン故障が検知されなかった場合に、前記第２スイッチング素子に対してオフ指令を出力させるとともに、前記第１スイッチング素子に対してオン指令を出力させ、この状態において、前記素子の両端電圧に関するパラメータが所定の閾値以上である場合に、前記第２スイッチング素子のオン故障を検知することとしてもよい。
　第２スイッチング素子が設けられている場合には、第１スイッチング素子のオン故障だけでなく、第２スイッチング素子のオン故障も検知することで、安全性を向上させることができる。
　上記オン故障検知装置において、前記検知手段は、前記素子の高電圧側に接続された第１分圧手段と、前記素子の低電圧側に接続された第２分圧手段と、前記第１分圧手段の出力端子と前記第２分圧手段の出力端子とを接続するラインに順方向に接続されたフォトカプラとを備え、前記フォトカプラの出力に基づいてオン故障を検知することとしてもよい。
　上記構成によれば、検知手段を簡素かつ廉価な構成とすることが可能となる。
　本発明の第２態様は、上記オン故障検知装置を備えるＰＴＣヒータである。
　本発明の第３態様は、上記ＰＴＣヒータを含む補機類と、前記補機類の電源として用いられる蓄電装置と、前記蓄電装置と前記補機類とを接続する電力線に設けられた第３スイッチング素子と、車両の制御装置とを備え、前記車両の制御装置は、車内で異常が検知されて前記第３スイッチング素子が開状態とされた場合に、前記第３スイッチング素子を開状態としたまま、前記蓄電装置の過電流異常であるか否かを判定し、過電流異常でないと判定した場合に、前記第３スイッチング素子を閉状態として、前記補機類の過電流異常であるか否かを判定し、前記補機類の過電流異常でないと判定した場合に、前記補機類を構成する各機器の故障検知を実施させる車両である。
　上記車両において、前記補機類の故障検知の際には、通常運転時に供給される電圧よりも低い電圧が前記蓄電装置から供給されることとしてもよい。
　このように、故障検知の際には、通常運転時よりも小さな電圧を印加することにより、素子の損傷や感電のおそれを低下させることが可能となる。
　上記車両において、前記補機類の故障検知の際に用いられる各前記機器の故障判定閾値は、前記車両の制御装置による前記補機類の過電流異常で用いられる判定閾値よりも小さい値に設定されていてもよい。
　これにより、車両の制御装置によって補機類の過電流異常が検知される前に、各機器の故障判定を終了させることが可能となる。これにより、正常な機器については、継続して電力を供給させることが可能となる。
　上記車両において、前記オン故障検知装置が前記車両の制御装置に設けられていてもよい。これにより、装置の簡素化を図ることが可能となる。
　本発明の第４態様は、温度に応じて抵抗値が変化する素子に対応して設けられるとともに、前記素子の通電を制御するための第１スイッチング素子のオン故障を検知するためのオン故障検知方法であって、前記第１スイッチング素子にオフ指令が出力され、前記素子に電力が供給可能な状態において、前記素子の両端電圧に関するパラメータが所定の閾値以上である場合に、前記第１スイッチング素子のオン故障を検知するオン故障検知方法である。
　本発明によれば、温度に応じて抵抗値が変化する素子の導通制御を行うスイッチング素子のオン故障を検知することができるという効果を奏する。
本発明の第１実施形態に係るＰＴＣヒータの概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係るオン故障検知装置の概略構成を示した図である。 本発明の第２実施形態に係るオン故障検知装置の概略構成を示した図である。 本発明の第３実施形態に係るオン故障検知装置の概略構成を示した図である。 本発明の一実施形態に係る車両の高圧系統の構成を概略的に示した図である。 機器の故障検知に用いる閾値について説明するための図である。 ＰＴＣ素子の温度－抵抗特性の一例を示した図である。
〔第１実施形態〕
　以下に、本発明のオン故障検知装置及びその方法をＰＴＣヒータに適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、温度に応じて抵抗値が変化する素子としてＰＴＣ素子を例に挙げて説明するが、本発明はこの例に限定されない。
　図１は、本発明の第１実施形態に係るＰＴＣヒータの概略構成図である。図１に示すように、ＰＴＣヒータ１は、温度に応じて抵抗値が変化するＰＴＣ素子２ａ、２ｂと、ＰＴＣ素子２ａの通電制御を行うＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：第１スイッチング素子）３ａと、ＰＴＣ素子２ｂの通電制御を行うＩＧＢＴ（第１スイッチング素子）３ｂと、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂを制御するための制御信号Ｓａ、Ｓｂを生成して駆動回路４に与える制御装置５と、制御信号Ｓａ、Ｓｂに基づいてＩＧＢＴ３ａ、３ｂを駆動する駆動回路４と、ＰＴＣ素子２ａ、２ｂに流れる電流を検知する電流計測部６と、ＰＴＣ素子２ａ、２ｂの短絡を検知する素子短絡検知部７と、ＩＧＢＴ３ｂのオン故障を検知するオン故障検知装置１０とを主な構成として備えている。
　ここで、図１では、ＰＴＣ素子が２つ設けられた場合を例示しているが、ＰＴＣ素子の設置数は限定されない。以下の説明では、便宜上、ＩＧＢＴ３ｂのオン故障を検知する場合について例示するが、同様の方法により、ＩＧＢＴ３ａのオン故障を検知することが可能である。
　駆動回路４は、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂのゲート（導通制御端子）に、制御信号Ｓａ、Ｓｂに基づく電圧信号をそれぞれ印加することで、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂを駆動する。ここで、ＩＧＢＴに代えて、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ＦＥＴ）等の他のパワーデバイスを用いることも可能である。
　制御装置５は、例えば、マイクロコンピュータであり、補助記憶装置に記録されたプログラムをＣＰＵが主記憶装置に読みだして実行することにより、各種機能（例えば、ＰＴＣ素子のオンオフ制御や短絡保護機能）を実現する。例えば、通常のＰＴＣ素子２ａ、２ｂのオンオフ制御については、公知技術を採用することが可能である。
　電流計測部６は、シャント抵抗１４と、シャント抵抗１４の両端電圧を増幅して出力するオペアンプ１５とを備えている。オペアンプ１５の出力は、制御装置５に入力される。
　素子短絡検知部７は、ＰＴＣ素子２ａ、２ｂに流れる電流をシャント抵抗１４を用いて検出し、検出した電圧が所定の電圧以上であった場合にＰＴＣ素子２ａ、２ｂの短絡を検知し、短絡検知信号を制御装置５に出力する。制御装置５は、素子短絡検知部７から短絡検知信号が入力されると、駆動回路４に対してＰＴＣ素子２ａ、２ｂをオフ状態とするための負荷遮断信号を出力する。
　素子短絡検知部７は、短絡が検知された場合における制御装置５の応答遅延を解消するために、ハードウェア的にＩＧＢＴ３ａ、３ｂのゲート電圧をオフとする構成を備えている。このように、ＰＴＣ素子自体の短絡の場合には、通常時よりも大きな電流が流れることから、シャント抵抗１４によって短絡を検出することができる。
　オン故障検知装置１０は、ＰＴＣ素子２ａ、２ｂに電力を供給する電源ラインＬに設けられた電源供給用のＩＧＢＴ（第２スイッチング素子）１１と、検知部１２とを備えている。ＩＧＢＴ１１のオンオフは、例えば、後述する検知部１２が備えるマイクロコンピュータにより制御されてもよいし、ＰＴＣヒータ１が搭載されている装置の制御装置（上位制御装置）から与えられるオンオフ指令に基づいて制御されることとしてもよい。
　検知部１２は、ＰＴＣ素子２ｂの両端電圧に関するパラメータに基づいてＩＧＢＴ３ｂのオン故障を検知する。例えば、検知部１２は、図２に示すように、ＰＴＣ素子２ｂの高圧側に接続された高圧側分圧器２１と、ＰＴＣ素子２ｂの低圧側に接続された低圧側分圧器２２と、高圧側分圧器２１の出力及び低圧側分圧器２２の出力が入力されるマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という。）２３とを備えている。
　マイコン２３は、入力情報からＰＴＣ素子２ｂの両端電圧に基づくパラメータ、ここでは、分圧後の両端電圧を演算し、当該電圧が所定の閾値以上である場合に、ＩＧＢＴ３ｂのオン故障を検知する。
　例えば、ＩＧＢＴ３ｂがオン状態である場合には、ＰＴＣ素子２ｂに電流が流れ、電流とＰＴＣ素子２ｂの抵抗値とで決まる電圧降下が発生する。この電圧降下は、電源電圧に等しい値となる。このように、ＰＴＣ素子２ｂの両端電圧は、ＰＴＣ素子２ｂの抵抗値に依存せずに一定となるので、ＰＴＣ素子２ｂの抵抗値が高く、電流が小さい場合であっても、ＰＴＣ素子２ｂの導通状態、換言すると、ＩＧＢＴ３ｂがオン状態となっていることを容易に検知することが可能となる。
　ここで、ＩＧＢＴ３ｂが導通状態にある場合、マイコン２３において演算される電圧（分圧後の両端電圧）は、電源電圧と、高圧側分圧器２１の分圧比、及び低圧側分圧器２２の分圧比で決定され、この値以上にはならない。ＩＧＢＴ３ｂがオフ状態であれば、ＰＴＣ素子２ｂの両端電圧はゼロとなる。従って、マイコン２３における所定の閾値は、ゼロよりも大きく、ＩＧＢＴ３ｂが導通状態の場合にマイコン２３において演算される電圧値以下の値に設定すればよい。
　上記構成を備えるＰＴＣヒータ１において、ＩＧＢＴ３ｂのオン故障検知及びＩＧＢＴ１１のオン故障検知は、以下の手順で行われる。
　まず、ＩＧＢＴ３ｂはオン状態とし、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂに与えるゲート電圧をオフ電圧（例えば、０Ｖ）とする。すなわち、駆動回路４からＩＧＢＴ３ａ、３ｂのゲートにオフ電圧を与える。この状態において、マイコン２３には、高圧側分圧器２１の出力と、低圧側分圧器２２の出力とが入力され、マイコン２３において電位差（分圧後の両端電圧）が演算される。そして、分圧後の両端電圧が所定の閾値以上であれば、ＩＧＢＴ３ｂがオン故障であると判定し、所定の値未満であれば、正常であると判定する。
　オン故障であることが検知された場合には、例えば、マイコン２３がＩＧＢＴ１１をオフ状態とすることで、ＰＴＣ素子２ａ、２ｂに対する電力供給を遮断する。
　ＩＧＢＴ３ｂが正常であった場合には、ＩＧＢＴ１１のオン故障について判定する。この場合、ＩＧＢＴ１１をオフ状態とし、ＩＧＢＴ３ｂをオン状態としたときに、マイコン２３で演算される分圧後の両端電圧が所定の閾値以上であれば、ＩＧＢＴ１１がオン故障であると判断する。
　この場合は、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂの制御装置５に対してオン故障検知信号を出力し、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂをオフ状態とさせる。上位の電源からＰＴＣヒータ１に電力が供給されている場合には、上位の電源とＰＴＣヒータ１との電力線に設けられたスイッチ（図示略）をオフ状態とすることで、ＰＴＣヒータ１への電力供給を遮断することとしてもよい。
　以上説明したように、本実施形態に係るＰＴＣヒータ１及びオン故障検知装置１０によれば、ＰＴＣ素子２ｂの両端電圧に基づくパラメータ（分圧後の両端電圧）に基づいてオン故障を判定するので、ＰＴＣ素子２ｂの温度－抵抗特性（例えば、図７参照）に依存せずに、オン故障を検知することが可能となる。
〔第２実施形態〕
　次に、本発明の第２実施形態に係るＰＴＣヒータについて図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係るオン故障検知装置１０´の概略構成を示した図である。図３に示すように、本実施形態に係るオン故障検知装置１０´は、検知部１２´として、ＰＴＣ素子２ｂの高電圧側に接続された高圧側分圧器（第１分圧器）２１と、ＰＴＣ素子２ｂの低電圧側に接続された低圧側分圧器（第２分圧器）２２と、高圧側分圧器２１の出力端子と低圧側分圧器２２の出力端子とを接続するラインＬ２に順方向に接続されたフォトカプラ２５と、フォトカプラ２５の出力に応じた信号が入力されるマイコン２６とを備えている。
　このような構成によれば、ＩＧＢＴ３ｂがオン状態にあり、ＰＴＣ素子２ｂに電流が流れている場合には、フォトカプラ２５に電流が流れることにより、オン信号がマイコン２６に出力される。他方、ＩＧＢＴ３ｂがオフ状態にある場合には、ＰＴＣ素子２ｂに電流が流れないため、フォトカプラ２５に電流が流れず、オフ信号がマイコン２６に出力される。
　マイコン２６は、オン信号が入力された場合に、ＩＧＢＴ３ｂがオン状態であると判定する。例えば、検知部１２´は、ＩＧＴＢ３ｂのゲートに対してオフ電圧が与えられている場合に、マイコン２６にオン信号が入力された場合には、ＩＧＢＴ３ｂのオン故障であると判定する。
　上述した第１実施形態では、分圧後の電位差をマイコン２３において演算することから、マイコン２３において２つのＡ／Ｄ変換器（図示略）が必要とされるが、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換器を用いることなく、フォトカプラ２５という簡素な素子によってオン故障の検知を行うことが可能となる。
〔第３実施形態〕
　次に、本発明の第３実施形態に係るＰＴＣヒータについて図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係るＰＴＣヒータの概略構成を示した図である。本実施形態に係るＰＴＣヒータでは、オン故障検知装置の構成が上述した第１または第２実施形態と異なる。
　具体的には、図４に示すように、本実施形態に係るオン故障検知装置３０は、上述の検知部１２、１２´に代えて、シャント抵抗１４の両端電圧を計測するオペアンプ３１を備えている。ここで、オペアンプ３１は、電流計測部６が備えるオペアンプ１５よりもハイゲインとされる。
　このように、精度の高いオペアンプ３１を用いてシャント抵抗１４の両端電圧を検出することにより、従来は、ＰＴＣ素子２ｂの抵抗値が高い場合において、誤差やオフセット調整シロとして埋もれていた電流値を検出することが可能となり、オン故障を検知することが可能となる。
　オペアンプ３１により検出された電圧は、制御装置５に入力される。制御装置５は、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂに対してオフ指令を出力しているにも関わらず、オペアンプ３１によって電圧が検出された場合には、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂのオン故障であると判断する。
　次に、上述のＰＴＣヒータを備える車両の一実施形態について図５を参照して説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る電気自動車の高圧系統について概略的に示した図である。
　図５に示すように、電気自動車４０は、例えば、上述した第１実施形態に係るＰＴＣヒータ１を含む補機類４１と、補機類４１の電源として用いられるとともに、走行用モータ４２の電源として用いられる蓄電装置４３と、蓄電装置４３と補機類４１とを接続する電力線に設けられたコンタクタ（第３スイッチング素子）４４と、車両の制御装置（以下、単に「制御装置」という。）４５とを備えている。コンタクタ４４は、正極側コンタクタ４４ａと、負極側コンタクタ４４ｂとを有している。
　電気自動車４０の高圧系統には、過電流が流れた場合の保護手段として、複数のヒューズ４６が設けられている。
　次に、上述した構成を備える電気自動車４０において、車内に設けられている種々のセンサ（不図示）によって異常が検知された場合の異常検知手順について説明する。
　まず、車内に設けられているセンサによって異常（例えば、電流異常、温度異常、圧力異常等）が検知された場合、安全面からコンタクタ４４が開状態とされる。これは、例えば、制御装置４５からの指令に基づいて行われてもよいし、保護装置（不図示）が独立して設けられている場合には保護装置からの指令に基づいて行われてもよい。
　次に、制御装置４５は、コンタクタ４４の開状態を維持したまま、蓄電装置４３の過電流異常であるか否かを判定する。この結果、過電流異常である場合には、コンタクタ４４の開状態が維持される。一方、過電流異常でない場合には、コンタクタ４４を閉状態とし、補機類４１の過電流異常か否かを判定する。
　この結果、補機類４１の過電流異常であると判定された場合には、コンタクタ４４が再度開状態とされ、この状態が維持される。一方、補機類４１の過電流異常でないと判定された場合には、補機類４１の各機器における故障判定が実施される。
　これにより、例えば、ＰＴＣヒータ１においては、上述したように、オン故障検知装置１０によるオン故障の検知が行われ、その結果が制御装置４５に通知される。他の機器についても同様にそれぞれの故障診断が行われ、その結果が制御装置４５に通知される。なお、この故障診断の場合には、蓄電装置４３から各機器に供給される電圧を下げることとしてもよい。例えば、通常運転時においては、３００Ｖ程度の電圧が印加されていたとすると、この１／５程度、例えば、６０Ｖの電圧としてもよい。このように、電圧を下げることにより、素子破壊や感電の可能性を低下させることが可能となる。
　そして、例えば、ＰＴＣヒータ１においてオン故障が検知された場合には、制御装置４５からＩＧＢＴ１１（図１参照）をオフ状態とする指令が出力され、ＩＧＢＴ１１のオフ状態が維持される。これにより、ＰＴＣヒータ１と蓄電装置４３との接続が遮断される。
　このようにして、ＰＴＣヒータ１におけるＩＧＢＴ１１を開状態とすることで、故障が検知された機器（例えば、ＰＴＣヒータ１）のみを蓄電装置４３と切り離すことができ、他の正常である機器に対しては蓄電装置４３からの電力供給を継続して行うことが可能となる。
　本実施形態においては、制御装置４５と、ＰＴＣヒータ１のオン故障検知装置１０とを個別に設けたが、これに代えて、オン故障検知装置１０の機能を制御装置４５に搭載することとしてもよい。これにより、ＰＴＣヒータ１の構成の簡素化を図ることができる。
　上記実施形態において、例えば、補機類４１の過電流異常を判定した場合に、いずれかの機器において過電流異常が検出された場合には、コンタクタ４４がオフ状態とされてしまい、正常な機器への電力供給も遮断されてしまう。この状態を回避するために、例えば、図６に示すように、制御装置４５におけるシステムレベルでの過電流異常の閾値よりも小さい値に、各機器（例えば、ＰＴＣヒータ１）におけるオン故障の閾値を小さく設定することとしてもよい。
　このように、オン故障の閾値を、システムレベルでの過電流異常の閾値よりも小さい値に設定することで、補機類４１の過電流異常が検出される前に、ＰＴＣヒータ１等のオン故障の検知を終了させることが可能となる。これにより、正常であると判定された機器に対しては、継続して電力供給を行うことが可能となる。
　本実施形態においては、第１実施形態に係るＰＴＣヒータ１を電気自動車４０に搭載する場合について例示したが、これに代えて、第２または第３実施形態に係るＰＴＣヒータを搭載することとしてもよい。
　制御装置４５は、高圧系統側に設けられることが好ましく、制御装置４５の電源は低圧側（例えば、１２Ｖ系）から供給することが好ましい。これにより、高電圧系の入力電圧が低くても電圧・電流を安価に測定することが可能となる。
　本実施形態では、電気自動車を例に挙げて説明したが、電気自動車に限定されず、他の車両、例えば、ハイブリッド車両、高圧バッテリを搭載しない純エンジン車両でもよい。
　本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、例えば、上述した各実施形態を部分的または全体的に組み合わせる等して、種々変形実施が可能である。
１　ＰＴＣヒータ
２ａ、２ｂ　ＰＴＣ素子
３ａ、３ｂ、１１　ＩＧＢＴ
４　駆動回路
５　制御装置
１０、１０´、３０　オン故障検知装置
１２、１２´　検知部
１４　シャント抵抗
２１　高圧側分圧器
２２　低圧側分圧器
２３、２６　マイコン
２５　フォトカプラ
３１　オペアンプ
４０　電気自動車
４１　補機類
４３　蓄電装置
４４　コンタクタ
４５　制御装置

Claims (10)

  1. 　温度に応じて抵抗値が変化する素子に対応して設けられるとともに、前記素子の通電を制御するための第１スイッチング素子のオン故障を検知するためのオン故障検知装置であって、
    　前記第１スイッチング素子にオフ指令が出力され、前記素子に電力が供給可能な状態において、前記素子の両端電圧に関するパラメータが所定の閾値以上である場合に、前記第１スイッチング素子のオン故障を検知する検知手段を具備するオン故障検知装置。
  2. 　前記素子に電力を供給する電源ラインに設けられた第２スイッチング素子を備え、
    　前記検知手段によりオン故障が検知された場合に、前記第２スイッチング素子をオフ状態とする請求項１に記載のオン故障検知装置。
  3. 　前記検知手段は、前記第１スイッチング素子のオン故障が検知されなかった場合に、前記第２スイッチング素子に対してオフ指令を出力させるとともに、前記第１スイッチング素子に対してオン指令を出力させ、この状態において、前記素子の両端電圧に関するパラメータが所定の閾値以上である場合に、前記第２スイッチング素子のオン故障を検知する請求項２に記載のオン故障検知装置。
  4. 　前記検知手段は、
    　前記素子の高電圧側に接続された第１分圧手段と、
    　前記素子の低電圧側に接続された第２分圧手段と、
    　前記第１分圧手段の出力端子と前記第２分圧手段の出力端子とを接続するラインに順方向に接続されたフォトカプラと
    を備え、
    　前記フォトカプラの出力に基づいてオン故障を検知する請求項１から請求項３のいずれかに記載のオン故障検知装置。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれかに記載のオン故障検知装置を備えるＰＴＣヒータ。
  6. 　請求項５に記載のＰＴＣヒータを含む補機類と、
    　前記補機類の電源として用いられる蓄電装置と、
    　前記蓄電装置と前記補機類とを接続する電力線に設けられた第３スイッチング素子と、
    　車両の制御装置と
    を備え、
    　前記車両の制御装置は、
    　車内で異常が検知されて前記第３スイッチング素子が開状態とされた場合に、前記第３スイッチング素子を開状態としたまま、前記蓄電装置の過電流異常であるか否かを判定し、
    　過電流異常でないと判定した場合に、前記第３スイッチング素子を閉状態として、前記補機類の過電流異常であるか否かを判定し、
    　前記補機類の過電流異常でないと判定した場合に、前記補機類を構成する各機器の故障検知を実施させる車両。
  7. 　前記補機類の故障検知の際には、通常運転時に供給される電圧よりも低い電圧が前記蓄電装置から供給される請求項６に記載の車両。
  8. 　前記補機類の故障検知の際に用いられる各前記機器の故障判定閾値は、前記車両の制御装置による前記補機類の過電流異常で用いられる判定閾値よりも小さい値に設定されている請求項６または請求項７に記載の車両。
  9. 　前記オン故障検知装置が前記車両の制御装置に設けられている請求項６から請求項８のいずれかに記載の車両。
  10. 　温度に応じて抵抗値が変化する素子に対応して設けられるとともに、前記素子の通電を制御するための第１スイッチング素子のオン故障を検知するためのオン故障検知方法であって、
    　前記第１スイッチング素子にオフ指令が出力され、前記素子に電力が供給可能な状態において、前記素子の両端電圧に関するパラメータが所定の閾値以上である場合に、前記第１スイッチング素子のオン故障を検知するオン故障検知方法。
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