JP2007329045A - リレー故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リレーの故障を診断する故障診断において、診断精度の向上を図る。
【解決手段】高電圧システム１０は、少なくとも、駆動モータ１１と、二次電池１３と、高電圧経路１４とを含む。第１のリレー１５〜１７は、自己の開閉状態に応じて、高電圧経路１４を介した駆動モータ１１と二次電池１３との間の接続を遮断可能なリレーである。絶縁抵抗センサ３０は、高電圧経路１４に接続されており、高電圧システム１０と接地電位との間の絶縁抵抗を検出するカップリングコンデンサ型のセンサである。状態変化部２１は、高電圧経路１４において、第１のリレー１５〜１７を介して絶縁抵抗センサ３０と対向する側に接続されており、高電圧システム１０と接地電位との間の静電容量または絶縁抵抗を変化させる。故障診断部４１は、第１のリレー１５〜１７の故障診断を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、リレーの故障を診断するリレー故障診断装置に関する。

電気自動車や燃料電池自動車といった高電圧システムを搭載する車両では、漏電による弊害が大きく、安全性を考慮してアースには接続されていないため、漏電を防止するために、絶縁抵抗を検出する必要がある。そのため、高電圧システム（高電圧電池など）と、この高電圧システムと絶縁されたグランド（車体ボディ）との間の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出装置が知られている。この絶縁抵抗検出装置では、矩形波信号を、検出抵抗およびカップリングコンデンサを介して高電圧システムに出力し、カップリングコンデンサ−検出抵抗間における接続点の電圧の変動に基づいて、絶縁抵抗が検出される。

例えば、特許文献１によれば、高電圧システムのリレーが開固着している或いは閉固着しているか否かを検知するために、絶縁抵抗検出装置の出力値を用いる診断手法が開示されている。かかる手法によれば、各部のリレーのオン・オフの組み合わせにおける、絶縁抵抗検出装置の出力値を記憶しておき、その出力値が予め記憶された値（各リレーがオンとなった状態のインピーダンス相当の値）となっている場合には、リレーが正常であると診断され、その出力値が予め記憶された値ではない場合には、リレーが異常（故障）であると診断される。
特開２００５−１４９８４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、高電圧システムの経路に存在する装置が経年劣化によって絶縁抵抗が劣化するなどした場合、予め見積もったインピーダンスに基づいて診断を行っているため、これが誤差となり誤診断に繋がるおそれがある。また、高電圧システムが燃料電池を備えているケースでは、燃料電池の液水の抵抗、インピーダンスが、気温等の環境条件により変動するため、診断の精度を確保することが難しいという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、リレーの故障を診断する故障診断において、診断精度の向上を図ることである。

かかる課題を解決するために、本発明は、高電圧システムと、第１のリレーと、絶縁抵抗センサと、状態変化部と、故障診断部とを有するリレー故障診断装置を提供する。ここで、高電圧システムは、少なくとも、負荷と、二次電池と、負荷および二次電池の間を電気的に接続する高電圧経路とを含む。第１のリレーは、自己の開閉状態に応じて、高電圧経路を介した負荷と二次電池との間の接続を遮断可能なリレーである。絶縁抵抗センサは、高電圧経路に接続されており、高電圧システムと接地電位との間の絶縁抵抗を検出するカップリングコンデンサ型のセンサである。状態変化部は、高電圧経路において、第１のリレーを介して絶縁抵抗センサと対向する側に接続されており、高電圧システムと接地電位との間の静電容量または絶縁抵抗を変化させる。故障診断部は、第１のリレーの故障診断を行う。

ここで、故障診断部は、閉固着診断手段と、開固着診断手段と、判定手段とを有している。閉固着診断手段は、第１のリレーに対して開状態を指示した状態において、絶縁抵抗センサによって検出される絶縁抵抗と、状態変化部によって静電容量または絶縁抵抗を変化させた場合に絶縁抵抗センサによって検出される絶縁抵抗との差に基づいて、第１のリレーの閉固着を診断する。開固着診断手段は、第１のリレーに対して開状態を指示した状態において絶縁抵抗センサによって検出される絶縁抵抗と、第１のリレーに対して閉状態を指示した状態において絶縁抵抗センサによって検出される絶縁抵抗との差に基づいて、第１のリレーの開固着を診断する。判定手段は、閉固着診断手段によって第１のリレーが閉固着していないと診断され、かつ、開固着診断手段によって第１のリレーが開固着していないと診断されたことを条件として、第１のリレーが故障していないと判定する。

本発明によれば、第１のリレーの閉固着の診断、開固着の診断を行い、第１のリレーが閉固着していないと診断され、かつ、開固着していないと診断されたことを条件として、第１のリレーが故障していないと判定される。これにより、閉固着および開固着の両者を総合的に評価した診断を行うことができるので、故障診断の精度向上を図ることができる。さらに、個々の診断においては、絶縁抵抗センサの出力の相対的な比較（すなわち、両者の出力に差があるか否か）によって診断を行うことができる。そのため、インピーダンスや、絶縁抵抗が経年変化した場合でも、精度よく診断を行うことができる。

図１は、本発明の実施形態にかかるリレー故障診断装置が適用された燃料電池車両の構成図である。本実施形態にかかるリレー故障診断装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により発電を行う燃料電池システムを、車両の駆動源として搭載している燃料電池自動車に対して適用されている。

リレー故障診断装置は、高電圧が印加される高電圧システム１０と、高電圧システム１０と接地電位との間の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗センサ３０と、制御部４０とを主体に構成されている。

高電圧システム１０は、車両の車輪に駆動力を与える駆動モータ１１、電力を発生する燃料電池１２、燃料電池１２からの発電電力を充電したり、電力を放電して駆動モータ１１に供給したりする二次電池１３、および、これらの高電圧補機を電気的に接続する高電圧経路１４とを含む。駆動モータ１１、燃料電池１２、二次電池１３および高電圧経路１４を含む高電圧システム１０は、絶縁抵抗によって、車体ボディ（グランド）と電気的に絶縁されている。

高電圧システム１０には、自己の開閉状態に応じて、高電圧経路１４を介した駆動モータ１１と二次電池１３との間の接続を遮断可能なリレー１５〜１７が設けられている。プラス側メインリレー１５は、高電圧経路１４において、二次電池１３のプラス極側に設けられており、マイナス側メインリレー１７は、二次電池１３のマイナス極側に設けられている。また、高電圧システム１０には、プラス側メインリレー１５と並列にシステム充電リレー１６が設けられている。さらに、高電圧経路１４と燃料電池１２との間には、自己の開閉に応じて、高電圧経路１４と燃料電池１２との間の接続を遮断可能な燃料電池遮断リレー１８が設けられている。プラス側メインリレー１５、システム充電リレー１６、マイナス側メインリレー１７および燃料電池遮断リレー１８の開閉状態は、後述する制御部４０によってそれぞれ制御される。

図２は、絶縁抵抗センサ３０を示すブロック図である。絶縁抵抗センサ３０は、高電圧システム１０と接地電位（車体ボディ（グランド）の電位）との間の絶縁抵抗を検出するカップリングコンデンサ型のセンサである。絶縁抵抗センサ３０は、矩形波発生手段３１と、検出抵抗３２と、カップリングコンデンサ３３と、変動検出手段３４と、絶縁抵抗算出手段３５とで構成されている。

矩形波発生手段３１は、デューティ比５０％の所定周波数の矩形波信号（パルス信号）を発生し、これを、検出抵抗３２およびカップリングコンデンサ３３を介して、高電圧経路１４に出力する（本実施形態では、高電圧経路１４上の各リレー１５〜１７を介して二次電池１３側に出力する）。高電圧システム１０は、絶縁抵抗を介してグランドと絶縁されている関係上、高電圧経路１４に矩形波信号を出力することにより、この矩形波信号は、検出抵抗３２およびカップリングコンデンサ３３を介して、絶縁抵抗に出力される。ここで、矩形波発生手段３１としては、例えば、発信回路を用いることができる。また、検出抵抗３２およびカップリングコンデンサ３３は、互いに直列に接続されて、矩形波発生手段３１から高電圧経路１４にかけて検出抵抗３２、カップリングコンデンサ３３の順に並んでいる。

変動検出手段３４および絶縁抵抗算出手段３５としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。ただし、変動検出手段３４および絶縁抵抗算出手段３５は、後述するこれらの機能をマイクロコンピュータの演算処理によって実現するのみならず、演算回路を用いてその機能を実現してもよい。

変動検出手段３４は、検出抵抗３２とカップリングコンデンサ３３との間における接続点Ｐの電圧を検出し、この検出された電圧の変動を検出する。具体的には、変動検出手段３４は、所定のサンプリング周期（本実施形態では、矩形波パルスの発信周期）に対応する接続点Ｐの電圧の推移における高位側のピーク電圧となるタイミング（以下「高位側ピークタイミング」という）と、低位側のピーク電圧となるタイミング（以下「低位側ピークタイミング」という）を検出する。ここで、高位側のピーク電圧は、一周期相当の矩形波信号の最大電圧（電圧レベルの高い側）に対応する接続点Ｐの電圧であり、低位側のピーク電圧は、一周期相当の矩形波信号の最小電圧（電圧レベルの低い側）に対応する接続点Ｐの電圧である。検出された高位側ピークタイミングおよび低位側ピークタイミングは、絶縁抵抗算出手段３５に出力される。

絶縁抵抗算出手段３５は、変動検出手段３４によって検出された高位側ピークタイミングおよび低位側ピークタイミングにおける、検出抵抗３２とカップリングコンデンサ３３との間における接続点Ｐの電圧（すなわち、高位側および低位側のピーク電圧）に基づいて、絶縁抵抗を算出する。接続点Ｐにおける電圧変動の振幅、すなわち、高位側のピーク電圧と低位側ピーク電圧との差は、絶縁抵抗と相関がある。一般に、振幅が大きいほど絶縁抵抗が大きくなる特性を有する。この特性をあらかじめ調べておくことで、絶縁抵抗算出手段３５は、高位側および低位側のピーク電圧から絶縁抵抗ＲＶを算出する。算出された絶縁抵抗ＲＶは、制御部４０に対して出力される。

制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを主体に構成されているマクロコンピュータを用いることができる。制御部４０は、ＲＯＭ内に格納されている制御プログラムに従い、車両の運転状態に関する各種の演算処理を行う。

本実施形態との関係において、制御部４０は、故障診断部４１を有する。この故障診断部４１は、高電圧経路１４を介した駆動モータ１１と二次電池１３との間の接続を遮断可能なリレー、すなわち、プラス側メインリレー１５、システム充電リレー１６およびマイナス側メインリレー１７を診断対象として（以下、これらのリレーを総称して「診断対象リレー」という）、絶縁抵抗センサ３０が検出する絶縁抵抗に基づいて、高電圧システム１０内の診断対象リレー１５〜１７の故障診断を行う。このような故障診断を行うために、制御部４０には、絶縁抵抗センサ３０からの検出信号ＲＶ、および、高電圧システム１０の電圧をシステム電圧として検出する電圧センサ２２からの検出信号が入力されている。

故障診断部４１は、以下に示す３つの機能を担う。第１に、故障診断部４１は、診断対象リレー１５〜１７に対して閉状態を指示した状態において、絶縁抵抗センサ３０によって検出される絶縁抵抗と、燃料電池遮断リレー１８を開状態から閉状態に切り換えた場合に絶縁抵抗センサ３０によって検出される絶縁抵抗との差に基づいて、診断対象リレー１５〜１７の閉固着を診断する（閉固着診断）。ここで、閉固着は、要着等によってリレーが閉じたまま（オンのまま）固着してしまう状態である。

第２に、故障診断部４１は、診断対象リレー１５〜１７に対して閉状態を指示した状態において絶縁抵抗センサ３０によって検出される絶縁抵抗と、診断対象リレー１５〜１７に対して開状態を指示した状態において絶縁抵抗センサ３０によって検出される絶縁抵抗との差に基づいて、診断対象リレー１５〜１７の開固着を診断する（開固着診断）。ここで、開固着は、リレーが開いたまま（オフのまま）固着してしまう状態である。

第３に、故障診断部４１は、閉固着診断において診断対象リレー１５〜１７が閉固着していないと診断され、かつ、開固着診断において診断対象リレー１５〜１７が開固着していないと診断されたことを条件として、診断対象リレー１５〜１７が故障していないと判定する。

本実施形態において、燃料電池１２および燃料電池遮断リレー１８は、高電圧経路１４において、上述した各リレー１５〜１７を介して絶縁抵抗センサ３０と対向する側に接続されている。この場合、燃料電池１２および燃料電池遮断リレー１８は、燃料電池遮断リレー１８の開閉状態を切り換えることにより、高電圧システムと接地電位との間の静電容量または絶縁抵抗を変化させる状態変化部２１として機能する。

図３は、本実施形態にかかる故障診断処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定の間隔毎に呼び出され、制御部４０によって実行される。まず、ステップ１（Ｓ１）において、診断条件、すなわち、診断を実行するための条件が成立したか否かが判断される。本実施形態では、診断対象リレー１５〜１７の診断を、この診断対象リレー１５〜１７によって二次電池１３と接続される駆動モータ１１が動作を開始する以前に行うこととする。そこで、駆動モータ１１が動作を開始することを前提に、例えば、車両の起動時、駆動モータ１１に電源が投入されることを前提に、この診断条件が成立し、これ以外のタイミングでは、診断条件は成立しない。このステップ１において肯定判定された場合、すなわち、診断条件が成立している場合には、ステップ２（Ｓ２）に進む。一方、ステップ１において否定判定された場合、すなわち、診断条件が成立していない場合には、ステップ２以降の処理をスキップして、本ルーチンを抜ける。

図４は、ステップ２における閉固着診断の処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、診断対象リレー１５〜１７および燃料電池遮断リレー１８がオフされる。すなわち、故障診断部４１は、診断対象リレー１５〜１７および燃料電池遮断リレー１８に対して開状態を指示する。ステップ１１（Ｓ１１）において、ステップ１０においてリレー１５〜１８に対して閉状態を指示したタイミングから所定時間ｔ1経過後の絶縁抵抗ＲＶ11を絶縁抵抗センサ３０から取得する。取得した絶縁抵抗ＲＶ11は、メモリ（ＲＡＭ）に格納される。ここで、時間ｔ1は、実験やシミュレーションを通じて、絶縁抵抗センサ３０の反応速度を予め調査しておき、センサの応答が安定するのに要する時間が設定されている。なお、本実施形態の絶縁抵抗センサ３０のように、コンデンサカップリング型のセンサでは、応答が速いもので、数１００msec程度で応答が安定するため、時間ｔ1は、例えば、５００msec〜１secの間で設定することができる。

ステップ１２（Ｓ１２）において、燃料電池遮断リレー１８がオンされる。すなわち、故障診断部４１は、燃料電池遮断リレー１８に対して閉状態を指示する。ステップ１３（Ｓ１３）において、ステップ１２において燃料電池遮断リレー１８に対して開状態を指示したタイミングから所定時間ｔ1経過後の絶縁抵抗ＲＶ12を絶縁抵抗センサ３０から取得する。取得した絶縁抵抗ＲＶ12は、メモリ（ＲＡＭ）に格納される。

ステップ１４（Ｓ１４）において、絶縁抵抗ＲＶ11，ＲＶ12を比較し、両者の差（絶対値）が第１の抵抗判定値ＤＲＶ1よりも大きいか否かが判定される。ここで、先のステップ１１，１３において取得された絶縁抵抗ＲＶ11，ＲＶ12の間に、第１の抵抗判定値ＤＲＶ1よりも大きな差がある場合には、診断対象リレー１５〜１７のいずれかのリレーが閉固着（溶着）していると診断する。なぜならば、診断対象リレー１５〜１７のいずれもが閉固着していない場合、この診断対象リレー１５〜１７よりも下流（すなわち、絶縁抵抗センサ３０よりも遠い側）の状態が変わったとしても、絶縁抵抗センサ３０の出力は変わらないからである。具体的には、下流の状態が変わる場合、すなわち、燃料電池遮断リレー１８が開状態から閉状態へと切り換えられた場合、高電圧システム１０と接地電位との間の浮遊容量は変化する。そのため、仮に、診断対象リレー１５〜１７のいずれかに閉固着が発生していれば、絶縁抵抗センサ３０はその変化を検知することとなる。すなわち、診断対象リレー１５〜１７が故障診断部４１の開指示に従って開状態（オフ）になっていれば、絶縁抵抗センサ３０は、浮遊容量の変化を検知することができない。

なお、閉固着がない場合に絶縁抵抗センサ３０の出力が変わらないのであれば、第１の抵抗判定値ＤＲＶ1は「０」に設定することができる。しかしながら、センサ出力のノイズや、サンプリングタイミングによって、絶縁抵抗センサ３０の値に微少な変化が生じることを考慮して、第１の抵抗判定値ＤＲＶ1には、診断対象リレー１５〜１７のいずれかに閉固着が発生していると見なせる程度の絶縁抵抗ＲＶ11，ＲＶ12の差が、実験やシミュレーションを通じて設定されている。ここで、絶縁抵抗センサ３０によるサンプリングは、数msecから数secまでの間の平均とすることにより第１の抵抗判定値ＤＲＶ1を小さな値に設定することができ、閉固着の診断性能の向上を図ることができる。すなわち、第１の抵抗判定値ＤＲＶ1は、検知に要する時間の短縮と、診断性能の向上との両立を図る観点から決定すればよい。

ステップ１４において否定判定された場合、すなわち、絶縁抵抗ＲＶ11，ＲＶ12の差が第1の抵抗判定値ＤＲＶ1以下の場合には（｜ＲＶ11−ＲＶ12｜≦ＤＲＶ1）、ステップ１５（Ｓ１５）に進む。一方、ステップ１４において肯定判定された場合、すなわち、絶縁抵抗ＲＶ11，ＲＶ12の差が第１の抵抗判定値ＤＲＶ1よりも大きい場合には（｜ＲＶ11−ＲＶ12｜＞ＤＲＶ1）、ステップ１６（Ｓ１６）に進む。

ステップ１５において、制御部４０のバックアップＲＯＭの所定アドレスに、診断対象リレー１５〜１７に閉固着がないことを示すフラグがセットされ（診断結果：ＯＫ）、本ルーチンを抜ける。一方、ステップ１６において、制御部４０のバックアップＲＯＭの所定アドレスに、診断対象リレー１５〜１７のいずれかのリレーに閉固着が発生していることを示すフラグがセットされる（診断結果：ＮＧ）。そして、ステップ１６に続くステップ１７において、閉固着している箇所（診断対象リレー１５〜１７）を検知する閉固着箇所検知処理を行った後に、本ルーチンを抜ける。

図５は、ステップ１７における閉固着箇所検知の処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ２０（Ｓ２０）において、高電圧システム１０の起動準備が完了しかた否かが判断される。本実施形態では、後述するように、システム充電リレー１６に対して閉状態を指示することにより、閉固着箇所の検知を行う。この際、仮に、マイナス側メインリレー１７が閉固着していた場合には、システム充電リレー１６のオンに伴い、高電圧経路１４に電力が供給され、高電圧システム１０が起動することとなる。そのため、高電圧システム１０が起動しても問題がないように、予め起動準備が完了しているか否かが判断される。ここで、高電圧システム１０の起動準備は、システム診断であり、具体的には、駆動モータ１１のＣＡＮ通信の診断や、駆動モータ１１の非常停止ラインの診断等が挙げられる。

このステップ２０において肯定判定された場合、すなわち、高電圧システム１０の起動準備が完了している場合には、ステップ２１（Ｓ２１）に進む。一方、ステップ２０において否定判定された場合、すなわち、高電圧システムの起動準備が完了していない場合には、ステップ２０に戻り、所定時間後に同様の判定を行う。

ステップ２１において、診断対象リレー１５〜１７および燃料電池遮断リレー１８がオフされる。すなわち、故障診断部４１は、診断対象リレー１５〜１７および燃料電池遮断リレー１８に対して開状態を指示する。ステップ２２（Ｓ２２）において、システム充電リレー１６がオンされる。すなわち、故障診断部４１は、システム充電リレー１６に対して閉状態を指示する。ステップ２３（Ｓ２３）において、システム電圧ＶＤ1が電圧センサ２２から取得される。

ステップ２４（Ｓ２４）において、システム電圧ＶＤ1が電圧判定値ＤＶＤ1よりも大きいか否かが判断される。マイナス側メインリレー１７が閉固着している場合には、システム充電リレー１６に対して閉状態が指示されることにより、高電圧経路１４に電力が供給されるため、電圧判定値ＤＶＤ1を実験やシミュレーションを通じて適切な値に設定しておくことにより、マイナス側メインリレー１７が閉固着しているか否かを判定することができる。このステップ２４において肯定判定された場合、すなわち、システム電圧ＶＤ1が電圧判定値ＤＶＤ1よりも大きい場合には（ＶＤ1＞ＤＶＤ1）、ステップ２５（Ｓ２５）に進む。一方、ステップ２４において否定判定された場合、すなわち、システム電圧ＶＤ1が電圧判定値ＤＶＤ1以下の場合には（ＶＤ1≦ＤＶＤ1）、ステップ２６に進む。

ステップ２５において、制御部４０のバックアップＲＯＭの所定アドレスに、マイナス側メインリレー１７の閉固着を示すフラグがセットされ、そして、本ルーチンを抜ける。これに対して、ステップ２６において、制御部４０のバックアップＲＯＭの所定アドレスに、プラス側のリレー、すなわち、プラス側メインリレー１５またはシステム充電リレー１６の閉固着を示すフラグがセットされ、そして、本ルーチンを抜ける。

再び、図３を参照するに、ステップ３（Ｓ３）において、開固着診断が実行される。図６は、ステップ３における開固着診断の処理手順を示すフローチャートである。ステップ３０（Ｓ３０）において、診断対象リレー１５〜１７および燃料電池遮断リレー１８がオフされる。すなわち、故障診断部４１は、診断対象リレー１５〜１７および燃料電池遮断リレー１８に対して開状態を指示する。ステップ３１（Ｓ３１）において、ステップ３０においてリレー１５〜１８に対して開状態を指示したタイミングから所定時間ｔ1経過後の絶縁抵抗ＲＶ21を絶縁抵抗センサ３０から取得する。取得した絶縁抵抗ＲＶ21は、メモリ（ＲＡＭ）に格納される。

ステップ３２（Ｓ３２）において、システム充電リレー１６がオンされる。すなわち、故障診断部４１は、システム充電リレー１６に対して閉状態を指示する。ステップ３３（Ｓ３３）において、ステップ３２においてシステム充電リレー１６に対して閉状態を指示したタイミングから所定時間ｔ1経過後の絶縁抵抗ＲＶ22を絶縁抵抗センサ３０から取得する。取得した絶縁抵抗ＲＶ22は、メモリ（ＲＡＭ）に格納される。

ステップ３４（Ｓ３４）において、絶縁抵抗ＲＶ21，ＲＶ22が比較され、両者の差（絶対値）が第２の抵抗判定値ＤＲＶ2よりも大きいか否かが判定される。ここで、先のステップ３１，３３において取得された絶縁抵抗ＲＶ21，ＲＶ22の間に、第２の抵抗判定値ＤＲＶ2よりも大きな差がある場合には、高電圧システム１０の絶縁抵抗または浮遊容量が変化したことを意味し、これにより、システム充電リレー１６が正常に閉状態（オン）となっていることが判断される。この第２の抵抗判定値ＤＲＶ2は、上述した閉固着診断処理に示す第１の抵抗判定値ＤＲＶ1と同様の観点から決定することができる。

ステップ３４において肯定判定された場合、すなわち、絶縁抵抗ＲＶ21，ＲＶ22の差（絶対値）が第２の抵抗判定値ＤＲＶ2よりも大きい場合には（｜ＲＶ21−ＲＶ22｜＞ＤＲＶ2）、ステップ３５（Ｓ３５）に進む。一方、ステップ３４において否定判定された場合、すなわち、絶縁抵抗ＲＶ21，ＲＶ22の差（絶対値）が第２の抵抗判定値ＤＲＶ2以下の場合には（ＲＶ21−ＲＶ22｜≦ＤＲＶ2）、後述するステップ４８に進む。

ステップ３５において、制御部４０のバックアップＲＯＭの所定アドレスに、システム充電リレー１６が開固着していないことを示すフラグがセットされる（システム充電リレー１６の診断結果：ＯＫ）。

ステップ３６（Ｓ３６）において、診断対象リレー１５〜１７および燃料電池遮断リレー１８がオフされる。すなわち、故障診断部４１は、診断対象リレー１５〜１７および燃料電池遮断リレー１８に対して開状態を指示する。ステップ３７（Ｓ３７）において、ステップ１０においてリレー１５〜１８に対して開状態を指示したタイミングから所定時間ｔ1経過後の絶縁抵抗ＲＶ31を絶縁抵抗センサ３０から取得する。取得した絶縁抵抗ＲＶ31は、メモリ（ＲＡＭ）に格納される。

ステップ３８（Ｓ３８）において、プラス側メインリレー１５がオンされる。すなわち、故障診断部４１は、プラス側メインリレー１５に対して閉状態を指示する。ステップ３９（Ｓ３９）において、ステップ３８においてプラス側メインリレー１５に対して開状態を指示したタイミングから所定時間ｔ1経過後の絶縁抵抗ＲＶ32を絶縁抵抗センサ３０から取得する。取得した絶縁抵抗ＲＶ32は、メモリ（ＲＡＭ）に格納される。

ステップ４０（Ｓ４０）において、絶縁抵抗ＲＶ31，ＲＶ32が比較され、両者の差（絶対値）が第３の抵抗判定値ＤＲＶ3よりも大きいか否かが判定される。ここで、先のステップ３７，３９において取得された絶縁抵抗ＲＶ31，ＲＶ32の間に、第３の抵抗判定値ＤＲＶ3よりも大きな差がある場合には、高電圧システム１０の絶縁抵抗または浮遊容量が変化したことを意味し、これにより、プラス側メインリレー１５が正常に閉状態となっていることが判断される。この第３の抵抗判定値ＤＲＶ3は、上述した閉固着診断処理に示す第１の抵抗判定値ＤＲＶ1と同様の観点から決定することができる。

ステップ４０において肯定判定された場合、すなわち、絶縁抵抗ＲＶ31，ＲＶ32の差（絶対値）が第３の抵抗判定値ＤＲＶ3よりも大きい場合には（｜ＲＶ31−ＲＶ32｜＞ＤＲＶ3）、ステップ４１（Ｓ４１）に進む。一方、ステップ４０において否定判定された場合、すなわち、絶縁抵抗ＲＶ31，ＲＶ32の差（絶対値）が第３の抵抗判定値ＤＲＶ3以下の場合には（ＲＶ31−ＲＶ32｜≦ＤＲＶ3）、後述するステップ４８に進む。

ステップ４１において、制御部４０のバックアップＲＯＭの所定アドレスに、プラス側メインリレー１５が開固着していないことを示すフラグがセットされる（プラス側メインリレー１５の診断結果：ＯＫ）。

ステップ４２（Ｓ４２）において、診断対象リレー１５〜１７および燃料電池遮断リレー１８がオフされる。すなわち、故障診断部４１は、診断対象リレー１５〜１７および燃料電池遮断リレー１８に対して開状態を指示する。ステップ４３（Ｓ４３）において、ステップ１０においてリレー１５〜１８に対して開状態を指示したタイミングから所定時間ｔ1経過後の絶縁抵抗ＲＶ41を絶縁抵抗センサ３０から取得する。取得した絶縁抵抗ＲＶ41は、メモリ（ＲＡＭ）に格納される。

ステップ４４（Ｓ４４）において、マイナス側メインリレー１７がオンされる。すなわち、故障診断部４１は、マイナス側メインリレー１７に対して閉状態を指示する。ステップ４５（Ｓ４５）において、ステップ４４においてマイナス側メインリレー１７に対して閉状態を指示したタイミングから所定時間ｔ1経過後の絶縁抵抗ＲＶ42を絶縁抵抗センサ３０から取得する。取得した絶縁抵抗ＲＶ42は、メモリ（ＲＡＭ）に格納される。

ステップ４６（Ｓ４６）において、絶縁抵抗ＲＶ41，ＲＶ42が比較され、両者の差（絶対値）が第４の抵抗判定値ＤＲＶ4よりも大きいか否かが判定される。ここで、先のステップ４３，４５において取得された絶縁抵抗ＲＶ41，ＲＶ42の間に、第４の抵抗判定値ＤＲＶ4よりも大きな差がある場合には、高電圧システム１０の絶縁抵抗または浮遊容量が変化したことを意味し、これにより、マイナス側メインリレー１７が正常に閉状態となっていることが判断される。この第４の抵抗判定値ＤＲＶ4は、上述した閉固着診断処理に示す第１の抵抗判定値ＤＲＶ1と同様の観点から決定することができる。

ステップ４６において肯定判定された場合、すなわち、絶縁抵抗ＲＶ41，ＲＶ42の差（絶対値）が第４の抵抗判定値ＤＲＶ4よりも大きい場合には（｜ＲＶ41−ＲＶ42｜＞ＤＲＶ4）、ステップ４７（Ｓ４７）に進む。一方、ステップ４６において否定判定された場合、すなわち、絶縁抵抗ＲＶ41，ＲＶ42の差（絶対値）が第４の抵抗判定値ＤＲＶ4以下の場合には（ＲＶ41−ＲＶ42｜≦ＤＲＶ4）、後述するステップ４８に進む。

ステップ４７において、制御部４０のバックアップＲＯＭの所定アドレスに、マイナス側メインリレー１７が開固着していないことを示すフラグがセットされ（マイナス側メインリレー１７の診断結果：ＯＫ）、本ルーチンを抜ける。これに対して、ステップ４８では、制御部４０のバックアップＲＯＭの所定アドレスに、診断対象リレー１５〜１７が開固着していることを示すフラグがセットされ（診断結果：ＮＧ）、本ルーチンを抜ける。

図７は、閉固着診断におけるタイミングチャートを示す。同図に示すように、燃料電池遮断リレー１８をオン（ＯＮ）した場合、診断対象リレー１５〜１７が閉固着していなければ、絶縁抵抗センサ３０の出力（絶縁抵抗）ＲＶは変化しない。ところが、診断対象リレー１５〜１７のいずれか一つでも閉固着（故障）している場合には、その出力ＲＶが変化する。そのため、この出力変化より、診断対象リレー１５〜１７の閉固着を診断することができる。また、図８は、開固着診断におけるタイミングチャートである。同図に示すように、診断対象リレー１５〜１７の各々を、一つずつオンしていった場合、リレーのオンに伴い高電圧システム１０の絶縁抵抗もしくは浮遊容量が変化するため、絶縁抵抗センサ３０の出力は変化する。そのため、このような出力変化がない場合には、診断対象リレー１５〜１７の開固着を診断することができる。このような一連の処理により、診断対象リレー１５〜１７の閉固着および開固着がないことを条件に、故障診断部４１は、これらのリレー１５〜１７に故障が生じていないとの総合的な判定を行う。

このような一連の故障診断処理は、燃料電池自動車の始動に伴い高電圧システム１０を起動する前に、或いは、燃料電池自動車の停止に伴い高電圧システム１０を停止した後に実行される。

図９は、燃料電池自動車の起動手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、制御部４０によって実行される。まず、ステップ５０において、制御部４０は、燃料電池自動車のスタートスイッチがオンされたか否かを判定する。このステップ５０において肯定判定された場合、すなわち、スタートスイッチがオンされた場合には、ステップ５１に進む。一方、ステップ５０において否定判定された場合、すなわち、スタートスイッチがオンされていない場合には、所定時間後にステップ５０に戻り、同様の判断を再度実行する。

ステップ５１において、制御部４０（特に、故障診断部４１）は、上述した一連の故障診断処理を行う。そして、診断対象リレー１５〜１７の閉固着および開固着がないことを条件に、故障診断部４１は、これらのリレー１５〜１７に故障が生じていないとの総合的な判定を行った上で、ステップ５２において、高電圧システム１０がオンされ、これにより、高電圧システムが起動する。そして、ステップ５４において、燃料電池自動車の走行に伴う処理を行う。なお、ステップ５１において、診断対象リレー１５〜１７に故障が生じている場合には、それ以降の処理をスキップして、起動を中止することが好ましい。

図１０は、燃料電池自動車の停止手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、制御部４０によって実行される。まず、ステップ６０において、制御部４０は、燃料電池自動車のスタートスイッチがオフされたか否かを判定する。このステップ６０において肯定判定された場合、すなわち、スタートスイッチがオフされた場合には、ステップ６１に進む。一方、ステップ６０において否定判定された場合、すなわち、スタートスイッチがオフされていない場合には、所定時間後にステップ６０に戻り、同様の判断を再度実行する。

ステップ６１において、高電圧システム１０がオフされ、これにより、高電圧システム１０が停止される。そして、ステップ６２において、制御部４０（特に、故障診断部４１）は、上述した一連の故障診断処理を行う。なお、高電圧システム１０がオンしていた直後であることを考慮し、開固着診断を実行する必要性は低いが、システムの特性によっては実施してもよい。また、閉固着診断では、図１１のタイミングチャートに示すように、高電圧システム１０がオンの状態で記憶していた絶縁抵抗センサ３０の出力（絶縁抵抗）と、プラス側メインリレー１５およびマイナス側メインリレー１７をオフした後の出力値とを比較し、両者の間に差がない場合には、どちらか一方のリレー１５，１７が閉固着していると判断してもよい。そして、ステップ５４において、燃料電池自動車の停止中の処理を行う。

このように本実施形態によれば、リレー故障診断装置は、高電圧システム１０と、診断対象リレー（第１のリレー）と、絶縁抵抗センサ３０と、状態変化部２１と、故障診断部４１とを有する。ここで、高電圧システム１０は、少なくとも、負荷（本実施形態では、駆動モータ１１）と、二次電池１３と、駆動モータ１１および二次電池１３の間を電気的に接続する高電圧経路１４とを含む。診断対象リレーは、自己の開閉状態に応じて、高電圧経路１４を介した駆動モータ１１と二次電池１３との間の接続を遮断可能となっている。絶縁抵抗センサ３０は、高電圧経路１４に接続されており、高電圧システム１０と接地電位との間の絶縁抵抗を検出するカップリングコンデンサ型のセンサである。状態変化部２１は、高電圧経路１４において、診断対象リレーを介して絶縁抵抗センサ３０と対向する側に接続されており、高電圧システム１０と接地電位との間の静電容量または絶縁抵抗を変化させる。故障診断部４１は、診断対象リレーの故障診断を行う。

故障診断部４１は、これを機能的に捉えた場合、閉固着診断手段と、開固着診断手段と、判定手段とを有する。この場合、閉固着診断手段は、診断対象リレーに対して開状態を指示した状態において、絶縁抵抗センサ３０によって検出される絶縁抵抗と、状態変化部２１によって静電容量または絶縁抵抗を変化させた場合に絶縁抵抗センサ３０によって検出される絶縁抵抗との差に基づいて、診断対象リレーの閉固着を診断する。開固着診断手段は、診断対象リレーに対して開状態を指示した状態において絶縁抵抗センサ３０によって検出される絶縁抵抗と、診断対象リレーに対して閉状態を指示した状態において絶縁抵抗センサ３０によって検出される絶縁抵抗との差に基づいて、診断対象リレーの開固着を診断する。判定手段は、閉固着診断手段によって診断対象リレーが閉固着していないと診断され、かつ、開固着診断手段によって診断対象リレーが開固着していないと診断されたことを条件として、診断対象リレーが故障していないと判定する。これらの閉固着診断手段、開固着診断手段および判定手段が実行する個々の機能は、本実施形態において、故障診断部４１によって実行される。

かかる構成によれば、診断対象リレーの閉固着の診断、診断対象リレーの開固着の診断を行い、診断対象リレーが閉固着していないと診断され、かつ、開固着していないと診断されたことを条件として、診断対象リレーが故障していないと判定される。これにより、閉固着および開固着の両者を総合的に評価した診断を行うことができるので、故障診断の精度向上を図ることができる。

さらに、閉固着の診断においては、診断対象リレーの閉固着を診断するにあたり、状態変化部２１を動作させ、絶縁抵抗センサ３０の出力の相対的な比較（すなわち、両者の出力に差があるか否か）によって閉固着の診断が行われる。そのため、車両のインピーダンスや、絶縁抵抗が経年変化した場合でも、精度よく開固着の診断を行うことができる。また、かかる閉固着診断によれば、高電圧システム１０が不用意にオン（電力供給）されるといった事態を抑制することができる。また、開固着の診断において、診断対象リレーの開閉状態を切り換えた場合の絶縁抵抗センサ３０の出力の相対的な比較（すなわち、両者の出力に差があるか否か）によって開固着の診断が行われる。そのため、車両のインピーダンスや、絶縁抵抗が経年変化した場合でも、精度よく開固着の診断を行うことができる。

また、本実施形態によれば、診断対象リレーは、高電圧経路１４において、二次電池１３のプラス極側に設けられるプラス側メインリレー１５と、二次電池１３のマイナス極側に設けられるマイナス側メインリレー１７と、プラス側メインリレー１５に並列に接続されるシステム充電リレー１６とを含む。ここで、開固着診断手段である故障診断部４１は、診断対象リレーである、プラス側メインリレー１５、マイナス側メインリレー１７およびシステム充電リレー１６に関する開固着を診断する場合には、プラス側メインリレー１５およびマイナス側メインリレー１７よりも優先して、システム充電リレー１６から診断を行う。

開固着診断では、診断対象リレー１５〜１７に対して閉状態を指示した状態において絶縁抵抗を取得する。すなわち、診断対象リレーをオンするにあたり、このオンするリレーが接続している極に対して、逆側の極に接続するリレーが溶着していた場合には、高電圧システムがオンとなる。この点、本実施形態によれば、システム充電リレー１６から開固着の診断を行うことで、システム充電リレー１６が最初にオンされるので、仮にマイナス側メインリレー１７が閉固着していたとしても、通電に伴う瞬時電流を抑制することができる。また、プラス側メインリレー１５が閉固着していた場合には、高電圧システムがオンとならず、故障診断に伴うシステムの故障を抑制することができる。

また、本実施形態において、リレー故障診断装置は、高電圧システム１０の電圧をシステム電圧として検出する電圧センサ２２をさらに有する。この場合、故障診断部４１は、閉固着診断において診断対象リレーが閉固着していると診断された場合には、システム充電リレー１６に対して閉状態を指示する。そして、故障診断部４１は、電圧センサ２２によって検出されるシステム電圧に基づいて、プラス側メインリレー１５およびシステム充電リレー１６の少なくとも一方が閉固着しているか、或いは、マイナス側メインリレー１７が閉固着しているかを検知する溶着箇所検知手段をさらに有する。かかる構成によれば、閉固着しているリレーの箇所を特定することができる。これにより、この診断結果を参照することにより、故障箇所の特定を容易に行うことができる。

また、故障診断部４１は、負荷の動作開始に先立ち、この負荷と二次電池１３との間の接続を遮断可能な診断対象リレーを対象として、故障診断を行う。ここで、本実施形態では、負荷として駆動モータ１１が例示されており、この駆動モータ１１の動作開始に先立ち、駆動モータ１１と二次電池１３との間の接続状態を遮断可能な診断対象リレー１５〜１７を対象として故障診断が行われる。本実施形態では、負荷として駆動モータ１１のみであるが、燃料電池自動車には、これ以外にも、燃料電池の空気供給用のコンプレッサ、燃料電池の燃料循環用のポンプ、エアコンコンプレッサなどが高電圧経路１４に接続されている。すなわち、これらの負荷に対応してリレーが設けられている場合には、このリレーを対象として故障診断を実行することができる。この際、これらのリレーに対して一連の動作で故障診断を行おうとすると、処理時間が大きくなる。しかしながら、各々の負荷が同時に動作開始となるシーンは少ないため、各々負荷の動作開始に先だって、故障診断を行うことにより、システム全体の処理動作と並行して故障診断を行うことができる。そのため、診断時間が冗長化するという不都合の発生を抑制することができる。

また、本実施形態において、故障診断部４１は、高電圧システム１０を起動する前に、或いは、高電圧システム１０を停止した後に、故障診断を行う。かかる構成によれば、システムの起動時や停止時に故障診断を行うこととなるので、診断頻度を増やすことができる。これにより、診断対象リレーの故障検知性能の向上を図ることができる。

また、本実施形態において、故障診断部４１は、閉固着診断手段による診断（閉固着診断）を行った後に、開固着診断手段による診断（開固着診断）を行う。どれかのリレーが溶着していると仮定した場合、故障診断の実行にあたり、リレーをオン・オフすると、高電圧システムが不用意にオンとなる可能性がある。しかしながら、閉固着の診断を行い、閉固着していないことが判明した後であれば、故障診断実施のためにプラス側もしくはマイナス側の片側だけリレーをオンしたとしても、高電圧システムがオンとなることはない。これにより、高電圧システムが不用意にオンとなる可能性が抑制される。

さらに、本実施形態において、状態変化部２１は、高電圧経路１４に接続される燃料電池１２と、自己の開閉状態に応じて、燃料電池１２と高電圧経路１４との間の接続を遮断可能な燃料電池遮断リレー１８とを有しており、この燃料電池遮断リレー１８の開閉状態を切り換えることにより、高電圧システム１０と接地電位との間の静電容量または絶縁抵抗を変化させている。かかる構成によれば、燃料電池自動車において、通常装備される燃料電池遮断リレー１８を用いて診断を行うことができる。そのため、コストアップすることなく、診断対象リレーの閉固着の診断を行うことができる。

なお、本実施形態では、燃料電池遮断リレー１８の開閉状態を切り換えることにより、高電圧システム１０の静電容量または絶縁抵抗を変化させているが、本発明はこれに限定されない。例えば、状態変化部２１は、高電圧経路１４に接続される抵抗１９またはコンデンサ２０と、自己の開閉状態に応じて、抵抗１９またはコンデンサ２０と高電圧経路１４との間の接続を遮断可能な変化リレー（燃料電池遮断リレー）１８とを有していてもよく、この場合、変化リレー１８の開閉状態を切り換えることにより、高電圧システム１０と接地電位との間の絶縁抵抗または静電容量を変化させる。かかる構成によれば、抵抗１９またはコンデンサ２０と、変化リレー１８を追加するだけで診断対象リレーの故障診断を行うことができる。

本実施形態にかかるリレー故障診断装置が適用された燃料電池車両の構成図 絶縁抵抗センサ３０を示すブロック図 本実施形態にかかる故障診断処理の手順を示すフローチャート ステップ２における閉固着診断の処理手順を示すフローチャート ステップ１７における閉固着箇所検知の処理手順を示すフローチャート ステップ３における開固着診断の処理手順を示すフローチャート 閉固着診断におけるタイミングチャート 開固着診断におけるタイミングチャート 燃料電池自動車の起動手順を示すフローチャート 燃料電池自動車の停止手順を示すフローチャート 停止時の閉固着診断におけるタイミングチャート

符号の説明

１０ 高電圧システム
１１ 駆動モータ
１２ 燃料電池
１３ 二次電池
１４ 高電圧経路
１５ プラス側メインリレー
１６ システム充電リレー
１７ マイナス側メインリレー
１８ 燃料電池遮断リレー
１９ 抵抗
２０ コンデンサ
２１ 状態変化部
２２ 電圧センサ
３０ 絶縁抵抗センサ
３１ 矩形波発生手段
３２ 検出抵抗
３３ カップリングコンデンサ
３４ 変動検出手段
３５ 絶縁抵抗算出手段
４０ 制御部
４１ 故障診断部

Claims (9)

1. リレー故障診断装置において、
   少なくとも、負荷と、二次電池と、前記負荷および前記二次電池の間を電気的に接続する高電圧経路とを含む高電圧システムと、
   自己の開閉状態に応じて、前記高電圧経路を介した前記負荷と前記二次電池との間の接続を遮断可能な第１のリレーと、
   前記高電圧経路に接続されており、前記高電圧システムと接地電位との間の絶縁抵抗を検出するカップリングコンデンサ型の絶縁抵抗センサと、
   前記高電圧経路において、前記第１のリレーを介して前記絶縁抵抗センサと対向する側に接続されており、前記高電圧システムと接地電位との間の静電容量または絶縁抵抗を変化させる状態変化部と、
   前記第１のリレーの故障診断を行う故障診断部とを有し、
   前記故障診断部は、
   前記第１のリレーに対して開状態を指示した状態において、前記絶縁抵抗センサによって検出される絶縁抵抗と、前記状態変化部によって静電容量または絶縁抵抗を変化させた場合に前記絶縁抵抗センサによって検出される絶縁抵抗との差に基づいて、前記第１のリレーの閉固着を診断する閉固着診断手段と、
   前記第１のリレーに対して開状態を指示した状態において前記絶縁抵抗センサによって検出される絶縁抵抗と、前記第１のリレーに対して閉状態を指示した状態において前記絶縁抵抗センサによって検出される絶縁抵抗との差に基づいて、前記第１のリレーの開固着を診断する開固着診断手段と、
   前記閉固着診断手段によって前記第１のリレーが閉固着していないと診断され、かつ、前記開固着診断手段によって前記第１のリレーが開固着していないと診断されたことを条件として、前記第１のリレーが故障していないと判定する判定手段と
   を有することを特徴とするリレー故障診断装置。
2. 前記第１のリレーは、前記高電圧経路において、前記二次電池のプラス極側に設けられるプラス側メインリレーと、前記二次電池のマイナス極側に設けられるマイナス側メインリレーと、前記プラス側メインリレーに並列に接続されるシステム充電リレーとを含み、
   前記開固着診断手段は、前記第１のリレーである、前記プラス側メインリレー、前記マイナス側メインリレーおよび前記システム充電リレーに関する開固着を診断する場合には、前記プラス側メインリレーおよび前記マイナス側メインリレーよりも優先して、前記システム充電リレーから診断を行うことを特徴とする請求項１に記載されたリレー故障診断装置。
3. 前記高電圧システムの電圧をシステム電圧として検出する電圧センサをさらに有し、
   前記故障診断部は、前記閉固着診断手段において前記第１のリレーが閉固着していると診断された場合に、前記システム充電リレーに対して閉状態を指示するとともに、前記電圧センサによって検出されるシステム電圧に基づいて、前記プラス側メインリレーおよび前記システム充電リレーの少なくとも一方が閉固着しているか、或いは、前記マイナス側メインリレーが閉固着しているかを検知する溶着箇所検知手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載されたリレー故障診断装置。
4. 前記故障診断部は、前記負荷の動作開始に先立ち、当該負荷と前記二次電池との間の接続を遮断可能な前記第１のリレーを対象として、前記故障診断を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載されたリレー故障診断装置。
5. 前記故障診断部は、前記高電圧システムを起動する前に、或いは、前記高電圧システムを停止した後に、前記故障診断を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載されたリレー故障診断装置。
6. 前記故障診断部は、前記閉固着診断手段による診断を行った後に、前記開固着診断手段による診断を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載されたリレー故障診断装置。
7. 前記状態変化部は、
   前記高電圧経路に接続される燃料電池と、
   自己の開閉状態に応じて、前記燃料電池と前記高電圧経路との間の接続を遮断可能な第２のリレーとを有し、
   前記第２のリレーの開閉状態を切り換えることにより、前記高電圧システムと接地電位との間の静電容量または絶縁抵抗を変化させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載されたリレー故障診断装置。
8. 前記状態変化部は、
   前記高電圧経路に接続されるコンデンサと、
   自己の開閉状態に応じて、前記コンデンサと前記高電圧経路との間の接続を遮断可能な第２のリレーとを有し、
   前記第２のリレーの開閉状態を切り換えることにより、前記高電圧システムと接地電位との間の静電容量を変化させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載されたリレー故障診断装置。
9. 前記状態変化部は、
   前記高電圧経路に接続される抵抗と、
   自己の開閉状態に応じて、前記抵抗と前記高電圧経路との間の接続を遮断可能な第２のリレーとを有し、
   前記第２のリレーの開閉状態を切り換えることにより、前記高電圧システムと接地電位との間の絶縁抵抗を変化させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載されたリレー故障診断装置。

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