JP2020078097A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルの電流センサの異常判定を適切に実行し得る電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置５において、コントローラ４０は、電圧センサ１６から出力される昇圧前電圧値ＶＬ、電圧センサ１７から出力される昇圧後電圧値ＶＨ、電流センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃから出力される第１モータ電流値ＩＭ１及び電流センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃから出力される第２モータ電流値ＩＭ２に基づいてリアクトル１２の推定電流値を算出する。コントローラ４０は、電流センサ１５から出力されるリアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅと先に算出した推定電流値とを比較し、比較結果が予め定められた所定範囲内にない場合に、電流センサ１５に異常が生じていると判定する。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、電力変換装置に関する。

特許文献１に、モータを駆動するインバータと、バッテリが接続された低電圧系の電力を昇圧してインバータが接続された高電圧系に供給する昇圧コンバータと、異常判定手段を備えた電力変換装置が開示されている。昇圧コンバータは、複数のスイッチング素子とリアクトルを有している。電力変換装置は、リアクトルに流れる電流を検出する２つの電流センサを有している。異常判定手段は、２つの電流センサにより検出された電流の差が閾値以上のときに２つの電流センサの少なくとも一方に異常が生じていると判定する。閾値は、モータから出力すべき目標パワー、モータから出力されているパワー、モータから出力されているトルク、及びバッテリを充放電する電流に従って設定される。

特開２０１２−１０５５１１号公報

特許文献１の電力変換装置では、電力変換装置の直流側（すなわち、バッテリと昇圧コンバータ（電圧コンバータ）の間など）に、エアコンディショナなどの補機を駆動する負荷回路が接続されている場合がある。そのため、補機で電力が消費されると、その消費電力量の変動に起因して閾値を適切に設定することができない場合があり、リアクトルの電流センサの異常判定を適切に実行できないおそれがある。本明細書は、リアクトルの電流センサの異常判定を適切に実行し得る技術を提供する。

本明細書が開示する電力変換装置は、バッテリ電圧を昇圧する電圧コンバータ、電圧コンバータに接続されているとともにモータに交流電力を供給可能なインバータ、及び、コントローラを備えている。電圧コンバータは、高電圧側の正極端子と負極端子の間に直列接続されている２個のスイッチング素子と、２個のスイッチング素子の直列接続の中点と低電圧側の正極端子の間に接続されているリアクトルと、リアクトルに流れる電流を計測する第１電流センサと、低電圧側の電圧を計測する第１電圧センサと、高電圧側の電圧を計測する第２電圧センサと、を有している。インバータは、モータに流れる電流を計測する第２電流センサを有している。コントローラは、第１電圧センサから出力される第１電圧値、第２電圧センサから出力される第２電圧値、及び第２電流センサから出力される第２電流値に基づいてリアクトルを流れる電流の推定値（推定電流値ＩＬｅｓ）を算出する。コントローラは、第１電流センサから出力されるリアクトルの実測電流値と推定電流値とを比較する。そして、比較結果が予め定められた所定範囲内にない場合に、コントローラは、第１電流センサに異常が生じていると判定する。

上記の構成により、電力変換装置の入力側実測電圧値（第１電圧値）、入力側実測電流値（第１電流値）、出力側実測電圧値（第２電圧値）及び出力側実測電流値（第２電流値）を用いることで、リアクトルの電流センサ（第１電流センサ）の異常判定を実行することが可能になる。よって、電力変換装置の直流電圧側（バッテリと電圧コンバータとの間）に、補機を駆動する負荷回路が接続されている場合であっても、リアクトルの電流センサの異常の有無を的確に判定することができる。

また、第１電圧センサ、第２電圧センサ及び第２電流センサの測定性能や信頼性が比較的に高い場合には、各計測結果である第１電圧値、第２電圧値及び第２電流値に基づいてリアクトルの推定電流値ＩＬｅｓを算出することが可能になる。その結果、リアクトルの実測電流値と推定電流値とを比較することで、リアクトルの電流センサの異常判定を的確に実行することが可能になる。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

実施例の電力変換装置を有するパワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ」と称する）を備えた電気自動車の電力系のブロック図である。 電力変換装置のコントローラが実行する電流センサ異常判定処理の流れを示すフローチャートである。

図面を参照して実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置は、電気自動車に搭載されるＰＣＵを構成するものである。図１に電気自動車２の電力系のブロック図を示す。なお、本明細書における電気自動車には、燃料電池車、および、走行用のモータとエンジン（内燃機関）の両方を備えるハイブリッド車も含まれる。

電気自動車２は、走行用の駆動源として、２個のモータ６、７を備えている。これらのモータ６、７から出力される駆動トルクは、動力分配機構８で適宜に分配／合成されてドライブシャフト９へ伝達される。なお、図１は、本明細書が開示する技術の説明に要する部品だけを表しており、説明に関係のない一部の部品については図示を省略していることに留意されたい。

モータ６、７を駆動するための電力はメインバッテリ３から供給される。メインバッテリ３の出力電圧は、例えば３００ボルトである。メインバッテリ３は、例えばリチウム電池である。スイッチ４ａ、４ｂは、システムメインリレー４である。システムメインリレー４は、電気自動車２のメインスイッチ（不図示）と連動しているが、コントローラ４０によるオンオフ制御も可能に構成されている。

メインバッテリ３は、システムメインリレー４やパワーケーブル（不図示）を介してＰＣＵ５に接続されている。システムメインリレー４は、メインバッテリ３と車両の駆動系を接続したり切断したりするスイッチである。システムメインリレー４は、上位コントローラ（不図示）により切り換えられる。

電気自動車２は、パワーステアリングやエアコンディショナなどの補機５１を備えている。補機５１は、電力変換装置５の直流電圧側（すなわち、メインバッテリ３と電圧コンバータ１０）の間など）に、補機４１を駆動する負荷回路５２を介して接続されている。負荷回路５２は、ＤＣ−ＤＣコンバータで構成されている。

ＰＣＵ５は、メインバッテリ３とモータ６、７の間に接続されている。ＰＣＵ５は、電圧コンバータ１０、インバータ２０、３０、コントローラ４０などを含んで構成されている。なお、本明細書では、説明の便宜上、２個のモータのうち、一方を第１モータ６、他方を第２モータ７と称する。また、第１モータ６に交流電力を供給するインバータを第１インバータ２０、第２モータ７に交流電力を供給するインバータを第２インバータ３０と夫々称する。

電圧コンバータ１０は、メインバッテリ３から供給される電力の電圧をモータ６、７の駆動に適した電圧（例えば６００ボルト）まで昇圧する機能と、モータ６、７が発電した電力の電圧をメインバッテリ３の充電に適した電圧まで降圧する機能を有している。

なお、電気自動車２は、車両の減速エネルギを利用してモータ６、７で発電することもできる。モータ６が発電（交流電力）する場合、インバータ２０によって交流電力が直流電力に変換され、さらに電圧コンバータ１０によって直流電力がメインバッテリ３よりも僅かに高い電圧まで降圧され、メインバッテリ３へ供給される。

電圧コンバータ１０は、２個のトランジスタ１１ａ、１１ｂ、リアクトル１２、コンデンサ１３、１４により構成されている。本実施例では、電圧コンバータ１０は、これらに加えて、電流センサ１５や電圧センサ１６、１７を備えている。トランジスタ１１ａ及びトランジスタ１１ｂは、高電圧側プラス端子ＰＨと高電圧側マイナス端子ＮＨの間に直列に接続されている。これらのトランジスタは、典型的には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。なお、トランジスタ１１ａ、１１ｂがスイッチング素子の一例に相当する。

本実施例では、トランジスタ１１ａのコレクタが高電圧側プラス端子ＰＨに接続され、トランジスタ１１ｂのエミッタが高電圧側マイナス端子ＮＨに接続されている。また、トランジスタ１１ａのエミッタとトランジスタ１１ｂのコレクタが互いに接続されている。これら両トランジスタ１１ａ、１１ｂの接続部分を中点ＣＰと称する。トランジスタ１１ａは中点ＣＰに対して高電位側に位置し、トランジスタ１１ｂは中点ＣＰに対して低電位側に位置することから、トランジスタ１１ａは上アームと称され、またトランジスタ１１ｂは下アームと称されることもある。

これらのトランジスタ１１ａ、１１ｂのゲートには、コントローラ４０から配線される信号線が夫々接続されており、コントローラ４０から出力される駆動信号Ｓｃ（例えばＰＷＭ信号）によりこれらのトランジスタ１１ａ、１１ｂのスイッチング（オンオフ）を制御し得るように構成されている。トランジスタ１１ａ、１１ｂには、ダイオードが逆並列に夫々接続されている。これらのダイオードは、トランジスタ１１ａ、１１ｂがオン状態からオフ状態に移行する際に、逆方向に流れ込む電流を逃がすバイパス経路を構成するため、環流ダイオードやフリーホイールダイオードと称されることもある。

高電圧側プラス端子ＰＨと高電圧側マイナス端子ＮＨの間には、平滑コンデンサ１４と電圧センサ１７が接続されている。電圧センサ１７の出力端子は、コントローラ４０に接続されており、高電圧側の両端子ＰＨ、ＮＨ間の電圧（高電圧側（昇圧後）電圧ＶＨ）を計測してコントローラ４０に出力する。電圧センサ１７は、高電圧側の電圧を計測する第２電圧センサである。本実施例では、高電圧側の両端子ＰＨ、ＮＨは、インバータ２０に接続されている。低電圧側にも、このような端子ＰＬ、ＮＬが設けられており、このうちの低電圧側マイナス端子ＮＬは、高電圧側マイナス端子ＮＨと直流的に同電位にある。

リアクトル１２は、その一端側が低電圧側プラス端子ＰＬに接続されており、また他端側がトランジスタ１１ａ、１１ｂの中点ＣＰに接続されている。低電圧側プラス端子ＰＬには、バッテリ３のプラス端子がスイッチ４ａを介して接続されている。本実施例では、リアクトル１２の他端側（高電圧側プラス端子ＰＨ側）に電流センサ１５が接続されており、リアクトル１２を流れる電流を電流センサ１５により計測する。電流センサ１５の出力端子は、コントローラ４０に接続されている。電流センサ１５は、計測したリアクトル電流ＩＬの実測値（リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅ）をコントローラ４０に出力する。リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅは、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。

低電圧側プラス端子ＰＬと低電圧側マイナス端子ＮＬの間には、フィルタコンデンサ１３と電圧センサ１６が接続されている。電圧センサ１６の出力端子は、コントローラ４０に接続されており、低電圧側の両端子ＰＬ、ＮＬ間の電圧（低電圧側（昇圧前）電圧ＶＬ）を計測してコントローラ４０に出力する。電圧センサ１６は、低電圧側の電圧を計測する第１電圧センサである。本実施例では、これらの両端子ＰＬ、ＮＬは、システムメインリレー４（スイッチ４ａ、４ｂ）を介して、バッテリ３に接続されている。システムメインリレー４のオンオフ制御は、電気自動車のメインスイッチ（不図示）の入力にともなって、コントローラ４０の上位コントローラに制御される。

第１インバータ２０は、電圧コンバータ１０から供給される直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力に変換して第１モータ６を駆動する三相交流電力を供給したり、第１モータ６が発電した三相交流電力を直流電力に変換して電圧コンバータ１０へ供給したりする。

第１インバータ２０は、６個のトランジスタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆにより構成されている。本実施例では、第１インバータ２０は、これらに加えて、電流センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃを備えている。

トランジスタ２１ａ及びトランジスタ２１ｂは、高圧側プラス端子ＰＨに接続されている端子２０ａと高圧側マイナス端子ＮＨに接続されている端子２０ｂの間に直列に接続されている。トランジスタ２１ｃ及びトランジスタ２１ｄは、端子２０ａと端子２０ｂの間に直列に接続されている。トランジスタ２１ｅ及びトランジスタ２１ｆは、端子２０ａと端子２０ｂの間に直列に接続されている。これらのトランジスタは、典型的には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

本実施例では、トランジスタ２１ａのコレクタが端子２０ａに接続され、トランジスタ２１ｂのエミッタが端子２０ｂに接続されている。また、トランジスタ２１ａのエミッタとトランジスタ２１ｂのコレクタが互いに接続されている。これら両トランジスタ２１ａ、２１ｂの接続部分２０ｆは、第１モータ６のＵ相コイルに接続された端子２０ｃに接続されている。接続部分２０ｆと端子２０ｃの間には、電流センサ２２ａが接続されている。電流センサ２２ａは、第１モータ６のＵ相に流れる電流ＩＭＵ１を計測可能である。電流センサ２２ａの出力端は、コントローラ４０に接続されており、第１モータ６のＵ相に流れる電流を計測してコントローラ４０に出力する。電流値ＩＭＵ１は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。

さらに、トランジスタ２１ｃのコレクタが端子２０ａに接続され、トランジスタ２１ｄのエミッタが端子２０ｂに接続されている。また、トランジスタ２１ｃのエミッタとトランジスタ２１ｄのコレクタが互いに接続されている。これら両トランジスタ２１ｃ、２１ｄの接続部分２０ｇは、第１モータ６のＶ相コイルに接続された端子２０ｄに接続されている。接続部分２０ｇと端子２０ｄの間には、電流センサ２２ｂが接続されている。電流センサ２２ｂは、第１モータ６のＶ相に流れる電流ＩＭＶ１を計測可能である。電流センサ２２ｂの出力端は、コントローラ４０に接続されており、第１モータ６のＶ相に流れる電流を計測してコントローラ４０に出力する。電流値ＩＭＶ１は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。

さらに、トランジスタ２１ｅのコレクタが端子２０ａに接続され、トランジスタ２１ｆのエミッタが端子２０ｂに接続されている。また、トランジスタ２１ｅのエミッタとトランジスタ２１ｆのコレクタが互いに接続されている。これら両トランジスタ２１ｅ、２１ｆの接続部分２０ｈは、第１モータ６のＷ相コイルに接続された端子２０ｅに接続されている。接続部分２０ｈと端子２０ｅの間には、電流センサ２２ｃが接続されている。電流センサ２２ｃは、第１モータ６のＷ相に流れる電流ＩＭＷ１を計測可能である。電流センサ２２ｃの出力端は、コントローラ４０に接続されており、第１モータ６のＷ相に流れる電流を計測してコントローラ４０に出力する。電流値ＩＭＷ１は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。すなわち、電流値ＩＭ１は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。

なお、高電圧側に接続されるトランジスタ２１ａ、２１ｃ、２１ｅは上アームと称され、低電圧側に接続されるトランジスタ２１ｂ、２１ｄ、２１ｆは下アームと称されることもある。

これらのトランジスタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ（以下、トランジスタ２１ａ−２１ｆと称する場合がある。）のゲートには、コントローラ４０から配線される信号線が夫々接続されており、コントローラ４０から出力される制御信号（例えばＰＷＭ信号）Ｓｉ１によりこれらのトランジスタ２１ａ−２１ｆのスイッチング（オンオフ）を制御し得るように構成されている。

トランジスタ２１ａ−２１ｆには、ダイオードが逆並列に夫々接続されている。これらのダイオードは、トランジスタ２１ａ−２１ｆがオン状態からオフ状態に移行する際に、逆方向に流れ込む電流を逃がすバイパス経路を構成するため、環流ダイオードやフリーホイールダイオードと称されることもある。

また、第２インバータ３０は、電圧コンバータ１０から供給される直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力に変換して第２モータ７を駆動する三相交流電力を供給したり、第２モータ７が発電した三相交流電力を直流電力に変換して電圧コンバータ１０へ供給したりする。

第２インバータ３０は、第１インバータ２０と同様に、主に、６個のトランジスタ（不図示）により構成されている。本実施例では、第２インバータ３０は、これらに加えて、電流センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃを備えている。

電流センサ３２ａの出力端は、コントローラ４０に接続されており、電流センサ３２ａは、第２モータ７のＵ相に流れる電流ＩＭＵ２を計測してコントローラ４０に出力する。電流センサ３２ｂの出力端は、コントローラ４０に接続されており、電流センサ３２ｂは、第２モータ７のＶ相に流れる電流ＩＭＶ２を計測してコントローラ４０に出力する。電流センサ３２ｃの出力端は、コントローラ４０に接続されており、電流センサ３２ｃは、第２モータ７のＷ相に流れる電流ＩＭＷ２を計測してコントローラ４０に出力する。電流値ＩＭＵ２、ＩＭＶ２、ＩＭＷ２は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。すなわち、電流値ＩＭ２は、コントローラ４０にて出力値を保持可能な回路にて保持される。

本実施例では、第２インバータ３０は、コントローラ４０から出力される制御信号（例えばＰＷＭ信号）Ｓｉ２によりスイッチング素子が制御されて、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応した三相交流電力を生成可能に構成されている。なお、上述した電流センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（以下、電流センサ２２ａ−２２ｃと称する場合がある。）及び電流センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ（以下、電流センサ３２ａ−３２ｃと称する場合がある。）は、モータに流れる電流を計測する第２電流センサを構成する。第２電流センサから出力される第２電流値は、モータに流れる電流であり、本実施形態では、第１モータ電流値ＩＭ１と第２モータ電流値ＩＭ２の和として取得し得る。

コントローラ４０は、マイクロコンピュータを中心にＲＡＭ、ＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリや、入出力インタフェースなどを備えた制御装置である。コントローラ４０は、電圧コンバータ１０の昇圧動作や降圧動作を制御したり、インバータ２０、３０に対してはモータ６、７の出力トルクを制御したりする。また、後述するように電流センサ１５の異常を検出したりする。そのため、入出力インタフェースには、電流センサ１５、２２ａ−２２ｃ、３２ａ−３２ｃ、電圧センサ１６、１７、インバータ２０、３０や、モータ６、７の回転センサ（不図示）が接続されている。

コントローラ４０は、電圧コンバータ１０に対し、トランジスタ１１ａ、１１ｂが交互にオンオフするようにスイッチング（オン／オフ）タイミングを調整する。昇圧動作及び降圧動作は、いずれもトランジスタ１１ａ、１１ｂのスイッチングタイミングを調整してデューティ比を最適な値に設定することによって、昇圧動作では第１モータ６（または第２モータ７）の駆動に適した電圧に昇圧したり、降圧動作ではメインバッテリ３の充電に適した電圧に降圧したりする。

コントローラ４０は、第１インバータ２０に対して、上アームのトランジスタ２１ａ、２１ｃ、２１ｅと、下アームのトランジスタ２１ｂ、２１ｄ、２１ｆとが、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相にて、所定タイミングで交互にオンオフするＰＷＭ制御によりスイッチング（オン／オフ）タイミングを調整する。これにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した三相の交流電力が生成されて第１モータ６に供給される。

また、コントローラ４０は、第１インバータ２０に対するのと同様に、第２インバータ３０に対して、上アームのトランジスタと、下アームのトランジスタとが、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相で所定タイミンで交互にオンオフするＰＷＭ制御によりスイッチング（オン／オフ）タイミングを調整する。これにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した三相の交流電力が生成されて第２モータ７に供給される。

コントローラ４０は、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭに記憶された制御プログラムなどをＲＡＭに展開して処理を実行する。また、後述のリアクトルの電流センサ異常判定処理のプログラムもコントローラ４０のＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどに記憶されている。なお、コントローラ４０は、ＣＡＮやＬＩＮなどの車内ネットワークにも接続されており、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に基づくアクセル開度情報やブレーキペダルの踏み込み量に基づくブレーキ踏量情報などを、車内ネットワークを介してリアルタイムに取得可能に構成されている。

電流センサ１５は、電圧コンバータ１０が昇圧動作や降圧動作を行う際に必要な情報として、リアクトル１２に流れる電流値（実測電流値）を計測して電流センサ信号ＩＬを出力する。電流センサ１５は、他の電流センサ２２ａ−２２ｃや電圧センサ１６、１７などに比べると故障が生じやすい場合がある。そのため、故障などが発生して正常な電流センサ信号ＩＬを出力することができない場合には、その異常を検知する必要がある。そこで、本実施例では、コントローラ４０が図２に示す電流センサ異常判定処理を行うことにより、電流センサ１５の異常を検知可能にしている。

なお、この処理は、例えば、当該電気自動車のメインスイッチ（不図示）がオン状態にされた直後に実施される所定の故障診断プログラムに組み込まれて所定周期毎に繰り返し実行される。また、この処理は、当該電気自動車の力行時又は回生時において、所定タイミング又は所定期間にて行われるようにしてもよい。さらには、モータ６、７のトルクが一定である期間にて行われるのが好ましい。

図２に示すように、電流センサ異常判定処理では、まずステップＳ１０により電流値、電圧値、電力値など本処理で使用する各値を初期化する処理が行われる。電流値とは、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅ、第１モータ６の各相を流れる各相電流値（実測相電流値）ＩＭＵ１、ＩＭＶ１、ＩＭＷ１、これらの相電流値から算出される第１モータ電流値（実測電流値）ＩＭ１、第２モータ７の各相を流れる各相電流値（実測相電流値）ＩＭＵ２、ＩＭＶ２、ＩＭＷ２、及び、これら第２モータ７の相電流値から算出される第２モータ電流値（実測電流値）ＩＭ２である。電圧値とは、低電圧側（昇圧前）電圧値ＶＬ及び高電圧側（昇圧後）電圧値ＶＨである。低電圧側（昇圧前）電圧値ＶＬは電圧センサ１６から出力される第１電圧値であり、高電圧側（昇圧後）電圧値ＶＨは電圧センサ１７から出力される第２電圧値である。

電力値とは、第１モータ６の出力電力値ＷＭ１、第２モータ７の電力値ＷＭ２、及び昇圧後（出力側）電力値ＷＯである。第１モータ６の出力電力値ＷＭ１は、第１モータ６に印可される昇圧後電圧値ＶＨに第１モータ電流値ＩＭ１を乗算することで算出することができる。第２モータ７の出力電力値ＷＭ２は、第２モータ７に印可される昇圧後電圧値ＶＨに第２モータ電流値ＩＭ２を乗算することで算出することができる。昇圧後（出力側）電力値ＷＯは、第１モータ６の出力電力値に第２モータ７の出力電力値を加算することで算出することができる。

なお、本実施例では、電力変換装置５では電力収支が等しい。すなわち、昇圧後（出力側）電力値ＷＯは、昇圧前（入力側）電力値ＷＩと等しい。さらに、昇圧前（入力側）電力値ＷＩは、昇圧前電圧値ＶＬにリアクトル１２の電流値を乗算することで算出することができる。これらのことから、リアクトル１２に流れる推定電流値は、出力側電力値ＷＯと昇圧前電圧値ＶＬから算出することができる。

すなわち、リアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓは、下記数式（１）から算出することができる。
推定電流値ＩＬｅｓ＝ＷＯ／ＶＬ
＝（ＶＨ×（ＩＭ１＋ＩＭ２））／ＶＬ・・・（１）
ここで、ＷＯは出力側電力値であり、ＶＬは昇圧前電圧値であり、ＶＨは昇圧後電圧値であり、ＩＭ１は第１モータ電流値であり、ＩＭ２は第２モータ電流値である。

ステップＳ１２では、第１モータ６の各電流センサから第１モータ６の各相電流値を取得する処理が行われる。具体的には、電流センサ２２ａからＵ相電流値ＩＭＵ１、電流センサ２２ｂからＶ相電流値ＩＭＶ１、電流センサ２２ｃからＷ相電流値ＩＭＷ１を取得する。

ステップＳ１４では、第１モータ６の各電流センサから取得した第１モータ６の各相電流値から第１モータ６に流れる電流値である第１モータ電流値ＩＭ１を算出する処理が行われる。第１モータ電流値ＩＭ１は、Ｕ相電流値ＩＭＵ１、Ｖ相電流値ＩＭＶ１、及びＷ相電流値ＩＭＷ１から求められる。

ステップＳ１６では、第２モータ７の各電流センサから第２モータ７の各相電流値を取得する処理が行われる。具体的には、電流センサ３２ａからＵ相電流値ＩＭＵ２、電流センサ３２ｂからＶ相電流値ＩＭＶ２、電流センサ３２ｃからＷ相電流値ＩＭＷ２を取得する。

ステップＳ１８では、第２モータ７の各電流センサから取得した第２モータ７の各相電流値から第２モータ７に流れる電流値である第２モータ電流値ＩＭ２を算出する処理が行われる。例えば、第２モータ電流値ＩＭ２は、Ｕ相電流値ＩＭＵ２、Ｖ相電流値ＩＭＶ２、及びＷ相電流値ＩＭＷ２から求められる。

ステップＳ２０では、後に行われる昇圧後電力値ＷＯを算出する処理を行うため、昇圧後電圧値を取得する処理が行われる。具体的には、電圧センサ１７から高電圧側電圧値ＶＨを取得する。さらに、ステップＳ２２では、取得した高電圧側電圧値ＶＨと先に算出した第１モータ電流値ＩＭ１から、第１モータ６の出力電力値ＷＭ１を算出する処理が行われる。具体的には、第１モータ６の出力電力値ＷＭ１は、昇圧後電圧値ＶＨに第１モータ電流値ＩＭ１を乗算することで算出することができる。

さらに、ステップＳ２４では、取得した高電圧側電圧値ＶＨと先に算出した第２モータ電流値ＩＭ２から、第２モータ７の出力電力値ＷＭ２を算出する処理が行われる。具体的には、第２モータ７の出力電力値ＷＭ２は、昇圧後電圧値ＶＨに第２モータ電流値ＩＭ２を乗算することで算出される。ステップＳ２６では、昇圧後電力値ＷＯを算出する処理を行う。具体的には、昇圧後電力値ＷＯは、第１モータ出力電力値ＩＭ１に第２モータ出力電力値ＩＭ２を加算することで算出することができる。

ステップＳ２８では、後に行われるリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓを算出する処理を行うため、昇圧前電圧値を取得する処理が行われる。具体的には、電圧センサ１６から低電圧側電圧値ＶＬを取得する。さらに、取得した昇圧前電圧値ＶＬと先に算出した昇圧後電力値ＷＯから、ステップＳ３０の処理によりリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓを算出する処理が行われる。

具体的には、ステップＳ３０では、リアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓは、昇圧後電力値ＷＯを昇圧前電圧値ＶＬで除算することで算出する。このように、電圧センサ１６から出力される低電圧側電圧値ＶＬ、電圧センサ１７から出力される高電圧側電圧値ＶＨ、電流センサ２２ａ−２２ｃから出力される第１モータ電流値ＩＭ１、及び電流センサ３２ａ−３２ｃから出力される第２モータ電流値ＩＭ２に基づいてリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓを算出することができる。

ステップＳ３２では、後に行われるリアクトル１２の差電流値ΔＩＬを算出する処理を行うため、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅを取得する処理が行われる。具体的には、電流センサ１５からリアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅを取得する。さらに、ステップＳ３４では、取得したリアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅと先に算出したリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓから、リアクトル１２の差電流値ΔＩＬを算出する処理が行われる。リアクトル１２の差電流値ΔＩＬは、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅとリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓとの差分であり、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅとリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓとの比較結果である。なお、リアクトル１２の差電流値ΔＩＬを算出する処理は、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅとリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓとを比較する処理と称することができる。

そして、ステップＳ３６により、比較結果であるリアクトル１２の差電流値ΔＩＬが予め定められた所定範囲内にあるか否かの判定処理が行われる。本実施例では、例えば、リアクトル１２の差電流値ΔＩＬが所定の検出閾値を超えているか否かに基づいて判定する。この所定の検出閾値は、電流センサ１６による計測誤差の範囲がこれに相当し、実験やコンピュータシミュレーションの結果に基づいて決定される。

ステップＳ３６の判定処理によって、この差電流値が所定範囲内にないと判定された場合には（Ｓ３６：ＮＯ）、電流センサ１６が故障している蓋然性が高い。そのため、ステップＳ３８により、電流センサ１６（すなわちリアクトル電流センサ）に異常が生じている（電流センサ１６は異常である）旨の判定をする処理が行われる。この場合、例えば、インストルメントパネルにて警告を表示したり、自己診断情報などを記録する半導体メモリ（ダイアグ用メモリデバイス）への書き込みにより記録したりする。別言すれば、コントローラ４０は、差電流値が所定範囲内にない場合、電流センサ１６が故障していることを示す信号を出力する。

これに対して、ステップＳ３６の判定処理によって、差電流値が所定範囲内にあると判定された場合には（Ｓ３６：ＹＥＳ）、電流センサ１６は正常である蓋然性が高い。そのため、ステップＳ４０により、電流センサ１６（すなわちリアクトル電流センサ）は正常である旨の判定をする処理が行われる。コントローラ４０は、ステップＳ３８またはステップＳ４０の処理後、ステップＳ１２に戻りのステップＳ１２の処理を行う。

なお、比較結果は、差電流値ΔＩＬでなく、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅに対するリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓの比である比電流値で構成するようにしてもよい。また、本実施例では、電力変換装置５では、昇圧後（出力側）電力値ＷＯが昇圧前（入力側）電力値ＷＩと等しい場合、検出閾値を設定しているが、電力変換装置５の昇圧後（出力側）電力値ＷＯが昇圧前（入力側）電力値ＷＩと所定差分がある場合、その所定差分を考慮して検出閾値を設定するのが好適である。

本実施例では、電力変換装置５の入力側実測電圧値（昇圧前電圧値ＶＬ：第１電圧値）、入力側実測電流値（リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅ：第１電流値）、出力側実測電圧値（昇圧後電圧値ＶＨ：第２電圧値）及び出力側実測電流値（第１モータ電流値ＩＭ１、第２モータ電流値ＩＭ２：第２電流値）を用いることで、リアクトル１２の電流センサ（第１電流センサ）１５の異常判定を実行することが可能になる。

すなわち、電力変換装置５の直流電圧側（メインバッテリ３と電圧コンバータ１０との間）に、補機５１を駆動する負荷回路５２が接続されている場合であっても、補機の消費電力量の変動に影響を受けることなく、リアクトル１２の電流センサ（第１電流センサ）１５の異常判定を実行することが可能になる。よって、電力変換装置５の直流電圧側に、補機５１を駆動する負荷回路５２が接続されている場合であっても、リアクトル１２の電流センサ１５の異常判定を的確に実行することができる。

また、電圧センサ１６、電圧センサ１７及び電流センサ２２ａ−２２ｃ、３２ａ−３２ｃの測定性能や信頼性が比較的高い場合には、各計測結果である昇圧前電圧値ＶＬ、昇圧後電圧値ＶＨ、第１モータ電流値ＩＭ１及び第２モータ電流値ＩＭ２に基づいてリアクトル１２の推定電流値ＩＬｅｓを算出することが可能になる。その結果、リアクトル１２の実測電流値ＩＬｒｅと推定電流値とを比較することで、リアクトルの電流センサの異常判定を的確に実行することが可能になる。

なお、電流センサ異常判定処理では、電力変換装置５の入力側実測電圧値、入力側実測電流値、出力側実測電圧値及び出力側実測電流値として、所定期間計測した各電圧値及び電流値の平均値を使用するようにしてもよい。これにより、計測値からノイズをキャンセルしより精度の高い判定処理を行うことができる。

また、電流センサ異常判定処理では、電力変換装置５では電力収支は一定であるため、昇圧前電力値ＷＩと昇圧後電力値ＷＯを比較し、その比較結果が予め定められた所定範囲内にあるか否かの判定処理を行うようにしてもよい。例えば、昇圧前電力値ＷＩと昇圧後電力値ＷＯの差である差電力値ΔＷの絶対値を算出し、その絶対値が所定の閾値を超えているか否かに基づいて判定すればよい。所定の閾値は、電流センサ１６による計測誤差の範囲に応じて設定される値である。

差電力値ΔＷは、下記数式（２）から算出することができる。
差電力値ΔＷ＝ＷＩ−ＷＯ
＝ＶＬ×ＩＬｅｓ−ＶＨ×（ＩＭ１＋ＩＭ２）・・・（２）
ここで、ＷＩは入力側電力値であり、ＷＯは出力側電力値であり、ＶＬは昇圧前電圧値であり、ＩＬｅｓはリアクトル１２の推定電流値であり、ＶＨは昇圧後電圧値であり、ＩＭ１は第１モータ電流値であり、ＩＭ２は第２モータ電流値である。

実施例技術に関する留意点を述べる。トランジスタ１１ａ、１１ｂがスイッチング素子の一例に相当する。電流センサ１５が第１電流センサの一例に相当する。電圧センサ１６が第１電圧センサの一例に相当する。電圧センサ１７が第２電圧センサの一例に相当する。電流センサ２２ａ−２２ｃ、３２ａ−３２ｃが第２電流センサの一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：電圧コンバータ
１１ａ、１１ｂ：トランジスタ
１２：リアクトル
１５、２２ａ−２２ｃ、３２ａ−３２ｃ：電流センサ
１６、１７：電圧センサ
２０、３０：インバータ
４０：コントローラ
６、７：モータ

Claims (1)

1. バッテリ電圧を昇圧する電圧コンバータと、前記電圧コンバータに接続されているとともにモータに交流電力を供給可能なインバータと、コントローラと、を備えており、
   前記電圧コンバータは、
   高電圧側の正極端子と負極端子の間に直列接続されている２個のスイッチング素子と、
   前記２個のスイッチング素子の直列接続の中点と低電圧側の正極端子の間に接続されているリアクトルと、
   前記リアクトルに流れる電流を計測する第１電流センサと、
   前記低電圧側の電圧を計測する第１電圧センサと、
   前記高電圧側の電圧を計測する第２電圧センサと、を有しており、
   前記インバータは、前記モータに流れる電流を計測する第２電流センサを有しており、
   前記コントローラは、
   前記第１電圧センサから出力される第１電圧値、前記第２電圧センサから出力される第２電圧値、及び前記第２電流センサから出力される第２電流値に基づいて前記リアクトルの推定電流値を算出し、
   前記第１電流センサから出力される前記リアクトルの実測電流値と前記推定電流値とを比較し、
   比較結果が予め定められた所定範囲内にない場合に前記第１電流センサに異常が生じていると判定する、電力変換装置。

Images