ハイブリッド車両回路システム
【課題】ハイブリッド車両回路システムにおいて、車両搭載用回路の状態で、その回路に含まれる容量素子の容量値を計測することである。
【解決手段】ハイブリッド車両回路システム１０は、スイッチ素子とインダクタンス素子と容量素子とを含む車両搭載用回路として電源回路２０を備える。そして、例えば、電源回路２０に含まれるスイッチング素子５２をオフ状態のままとしてスイッチング素子５４をオフからオンとして、インダクタンス素子であるリアクトル３８と、容量素子である平滑コンデンサ４２とでＬＣ共振系を形成させる。その共振系によって平滑コンデンサ４２における充放電エネルギを計測し、その計測に基いて共振時定数を求め、ＬＣを含む共振時定数の式にリアクトル３８のインダクタンス値Ｌを代入して平滑コンデンサ４２容量値Ｃを推定する。
【解決手段】ハイブリッド車両回路システム１０は、スイッチ素子とインダクタンス素子と容量素子とを含む車両搭載用回路として電源回路２０を備える。そして、例えば、電源回路２０に含まれるスイッチング素子５２をオフ状態のままとしてスイッチング素子５４をオフからオンとして、インダクタンス素子であるリアクトル３８と、容量素子である平滑コンデンサ４２とでＬＣ共振系を形成させる。その共振系によって平滑コンデンサ４２における充放電エネルギを計測し、その計測に基いて共振時定数を求め、ＬＣを含む共振時定数の式にリアクトル３８のインダクタンス値Ｌを代入して平滑コンデンサ４２容量値Ｃを推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両回路システムに係り、特に容量素子を含む車両搭載用回路を備えるハイブリッド車両回路システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機を備えるハイブリッド車両等においては、電源回路を含む回路が車両に搭載される。この車両搭載用回路には、様々な電気部品等が含まれるので、その特性劣化等が車両運行上に影響を及ぼすことがある。特に、車両の電源回路は高圧大電流を扱うので、容量素子等の特性劣化の監視等が必要である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、インバータのコンデンサ充電においてその異常を検知する電気車の制御装置として、定電流充電の場合、充電経過時間の推移に対するコンデンサの電圧の推移が正常であれば直線的になることを利用する方法が述べられている。
【０００４】
また、特許文献２には、車載用電動機制御装置を構成する個々の部品の劣化検知が述べられている。平滑用コンデンサの劣化判定としては、直流母線電流量と平滑用コンデンサのリップル電流量の比を平滑用コンデンサの温度で補正して行うことが述べられている。
【０００５】
また、特許文献３には、蓄電装置としての電気二重層コンデンサアレイに電圧モニタ端子を設け、各コンデンサモジュールの端子間電圧と温度の双方または一方が異常なものを劣化モジュールとみなして、コンデンサアレイから分離する監視を行うことが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３５４７８９号公報
【特許文献２】特開２００７−６０８６６号公報
【特許文献３】特開平９−２５２５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術によれば、車両搭載用回路における容量素子の特性劣化について様々な検出方法が述べられている。これらの方法は、容量素子の動作特性の劣化を見るようにしているので、容量素子の容量値そのものを計測して、その劣化を検出することができない。
【０００８】
本発明の目的は、車両搭載用回路の状態で、その回路に含まれる容量素子の容量値を計測できるハイブリッド車両回路システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るハイブリッド車両回路システムは、スイッチ素子とインダクタンス素子と容量素子とを含む車両搭載用回路と、スイッチ素子をオンオフして、インダクタンス素子と容量素子とを含む共振系を形成させる共振系形成手段と、共振系によって容量素子における充放電エネルギを計測する計測手段と、計測された充放電エネルギに基いて共振時定数を求め、容量素子の容量値を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るハイブリッド車両回路システムにおいて、容量値の推定値と予め定めた所定の判定値との比較によって容量素子の劣化判定を行う判定手段を備えることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係るハイブリッド車両回路システムにおいて、判定手段が容量素子を劣化状態であると判定するときにその結果をユーザに通報する出力手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により、ハイブリッド車両回路システムは、車両搭載用回路のスイッチ素子をオンオフして、インダクタンス素子と容量素子とを含む共振系を形成させ、その共振系によって容量素子における充放電エネルギを計測して共振時定数を求め、その共振時定数から容量素子の容量値を推定する。このようにして、車両搭載用回路の状態で、その回路に含まれる容量素子の容量値を計測することができる。
【００１３】
また、ハイブリッド車両回路システムにおいて、容量値の推定値と予め定めた所定の判定値との比較によって容量素子の劣化判定を行うので、計測容量値に基いて劣化状態を判定することができる。
【００１４】
また、ハイブリッド車両回路システムにおいて、判定手段が容量素子を劣化状態であると判定するときにその結果をユーザに通報するので、特性劣化に対する対処を速やかに取ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両回路システムの構成を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、容量素子の容量値を計測するために用いられる共振系のモデル図である。
【図３】図２のモデル図において、スイッチ素子のオンによって生じる容量素子の充放電エネルギの様子を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、車両搭載用回路に含まれる容量素子の容量値を計測する手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る実施の形態において、容量素子の容量値の計測のための共振系形成の例の１つを説明する図である。
【図６】図５とは別の共振系形成の例を説明する図である。
【図７】図５、図６とは別の共振系形成の例を説明する図である。
【図８】図５から図７とは別の共振系形成の例を説明する図である。
【図９】図５から図８とは別の共振系形成の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、ハイブリッド車両回路システムが適用されるものとして、回転電機に接続される電源回路に関するシステムを説明するが、スイッチ素子とインダクタンス素子と容量素子とを含む車両搭載用回路に関するシステムであれば、電源回路以外の回路に関するシステムであってもよい。
【００１７】
また、電源回路の基本的な構成を、蓄電装置、平滑コンデンサ、電圧変換器、インバータ回路を含むものとして説明するが、これら以外の要素を含むものとしてもよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ、補機用の電源回路等を含む電源装置であってもよい。
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１８】
図１は、ハイブリッド車両回路システム１０の構成を説明する図である。このハイブリッド車両回路システム１０は、エンジン１４と回転電機１６，１８とを駆動源１２とするハイブリッド車両に搭載される回路システムで、具体的には、回転電機１６，１８二節即される電源回路２０と制御装置７０とを含むシステムである。駆動源１２は、ハイブリッド車両回路システム１０に直接的には含まれない要素であるが、図１では関連する要素として図示されている。
【００１９】
ここで、エンジン１４は、内燃機関で、上記のように回転電機１６，１８とともに車両の駆動源を構成する。エンジン１４は、車両の車軸を駆動しタイヤを回転して走行を行わせる機能と共に、図示されていない動力分配機構を介して回転電機１６，１８と接続され、例えば、図１でＭＧ１として示されている回転電機１６を発電機として用いて発電を行わせ、ＭＧ２として示される回転電機１８のアシストを受けて走行を行う機能を有する。
【００２０】
また、回転電機１６，１８は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、上記のようにエンジン１４と動力分配機構によって接続される三相同期型の回転電機である。回転電機１６，１８の制御は、図示されていないＭＧ−ＥＣＵを介して行われる。
【００２１】
図１でＭＧ１として示される回転電機１６は、主として発電機として用いられ、例えばエンジン１４によって駆動されて交流電力を発電し、電源回路２０によって直流電力に変換されて蓄電装置２２を充電する機能を有する。図１でＭＧ２として示される回転電機１８は、主として車両の力行時の走行駆動に用いられ、蓄電装置２２の直流電力を電源回路２０によって変換された交流電力によって作動する機能を有する。また、回転電機１８は、車両の制動時にはその回生エネルギを回収して、電源回路２０によって直流電力に変換し蓄電装置２２を充電する機能も有する。このときには、回転電機１８は発電機として機能することになる。
【００２２】
電源回路２０は、蓄電装置２２と、３つのリレー２４，２６，２８と抵抗素子３０を含んで構成されるシステムメインリレーと、電圧変換器３２と、回転電機１６に接続されるＭＧ１インバータ３４と、回転電機１８に接続されるＭＧ２インバータ３６を備えて構成される。
【００２３】
また、電源回路２０は、システムメインリレーと電圧変換器３２との間に設けられる平滑コンデンサ４２と、電圧変換器３２と２つのインバータの間に設けられる平滑コンデンサ４４を備える。ここで２つのインバータとは、上記のＭＧ１インバータ３４とＭＧ２インバータである。
【００２４】
蓄電装置２２は、充放電可能な高電圧用２次電池である。蓄電装置２２としては、例えば、約２００Ｖの端子間電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。組電池は、単電池または電池セルと呼ばれる端子間電圧が１Ｖから数Ｖの電池を複数個組み合わせて、上記の所定の端子間電圧と得るようにしたものである。上記のように、蓄電装置２２は、２次電池とキャパシタを含む広い概念である。
【００２５】
システムメインリレーは、電源回路２０において、蓄電装置２２とそれ以外の回路要素との間の接続関係を、開放遮断状態と閉成接続状態との間で切り換える機能を有する複合リレーである。システムメインリレーは、蓄電装置２２の負極側母線に直列に接続配置されるＢリレーと呼ばれるリレー２４と、正極側母線に直列に接続配置されるＰリレーと呼ばれるリレー２６と、リレー２６に並列に、抵抗素子３０に直列接続された形態で配置されるＲリレーと呼ばれるリレー２８を含んで構成される。
【００２６】
このように複数のリレー２４，２６，２８と抵抗素子３０を含んでシステムメインリレーを構成するのは、扱われる直流電力が高電圧、大電力であるので、遮断あるいは接続の際に各リレーの作動時間を適当に制御することで、溶着が生じないようにするためである。抵抗素子３０は、蓄電装置２２側から平滑コンデンサ４２に突入電流が流れること、または平滑コンデンサ４２からリレー側に突入電流が流れることを防止するためである。
【００２７】
平滑コンデンサ４２は、その両端子がそれぞれ蓄電装置２２の両端子に接続される容量素子で、上記のように、蓄電装置２２と電圧変換器３２との間に配置される。この平滑コンデンサ４２は、蓄電装置２２から放電される直流電力、蓄電装置２２に充電される直流電力についてその脈動を平滑化する機能を有する。
【００２８】
平滑コンデンサ４２に並列に配置される電圧検出部６４は、平滑コンデンサ４２の端子間電圧を検出し、制御装置７０に伝送する機能を有する電圧センサである。この検出電圧は、蓄電装置２２の端子間電圧を代表的に示すものとなる。平滑コンデンサ４２の端子間電圧は、図１においてＶLとして示されている。
【００２９】
電圧変換器３２は、蓄電装置２２と２つのインバータの間に配置され、電圧変換機能を有する回路である。電圧変換器３２は、インダクタンス素子であるリアクトル３８と、スイッチング素子５２，５４を含んで構成される。スイッチング素子５２，５４は電圧変換器３２の正極側母線と負極側母線の間に直列に接続されて配置される。リアクトル３８は、一方端が蓄電装置２２の正極側母線に接続され、他方端がこの２つのスイッチング素子５２，５４の直列接続点に接続される。
【００３０】
リアクトル３８に設けられる電流検出部６０は、リアクトル３８に流れるリアクトル電流ＩLを検出する電流センサである。検出されたリアクトル電流ＩLは、制御装置７０に伝送される。
【００３１】
平滑コンデンサ４４は、その両端子がそれぞれ電圧変換器３２および２つのインバータについての正極側母線と負極側母線に接続される容量素子で、上記のように、電圧変換器３２と２つのインバータとの間に配置される。この平滑コンデンサ４４は、電圧変換器３２から出力される電圧変換後の直流電力、２つのインバータから電圧変換器３２に供給される直流電力についてその脈動を平滑化する機能を有する。
【００３２】
平滑コンデンサ４４に並列に配置される電圧検出部６６は、電圧検出部６４と同様に、平滑コンデンサ４４の端子間電圧を検出し、制御装置７０に伝送する機能を有する電圧センサである。この検出電圧は、２つのインバータの正極側母線と負極側母船との間のいわゆるシステム電圧を示すものとなる。平滑コンデンサ４４の端子間電圧は、図１においてＶHとして示されている。
【００３３】
２つのインバータのうち、ＭＧ１インバータ３４は、回転電機１６に接続される回路で、複数のスイッチング素子を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。同様に、ＭＧ２インバータ３６は、回転電機１６に接続される回路で、複数のスイッチング素子を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。
【００３４】
すなわち、ＭＧ１インバータ３４は、回転電機１６を発電機として機能させるときは、回転電機１６からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置２２側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、ＭＧ２インバータ３６は、回転電機１８をモータとして機能させるときは、蓄電装置２２側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機１６に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有し、回転電機１８を発電機として機能させるときは、回転電機１８からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置２２側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。
【００３５】
制御装置７０は、電源回路２０の各要素の動作を統一的に制御する機能を有する。例えば、電圧変換器３２と２つのインバータを構成する各スイッチング素子の動作を制御する機能を有する。ここでは特に、容量素子としての平滑コンデンサ４２，４４の容量値を推定し、その劣化を判定する機能を有する。制御装置７０には出力部７１が接続される。かかる制御装置７０としては、車両搭載に適したコンピュータを用いることができる。制御装置７０の機能を、例えば、図示されていないが、ハイブリッド車両の動作全体を制御するＨＶ−ＥＣＵの機能の一部としてもよい。
【００３６】
制御装置７０は、電源回路２０に含まれるスイッチ素子と、インダクタンス素子であるリアクトル３８とを用い、スイッチ素子をオンオフして、リアクトルと容量素子とを含む共振系を形成させる共振系形成処理部７２と、共振系によって容量素子における充放電エネルギを計測する充放電エネルギ計測処理部７４と、計測された充放電エネルギに基いて共振時定数を求め、容量素子の容量値を推定する容量値推定処理部７６と、容量値の推定値と予め定めた所定の判定値との比較によって容量素子の劣化判定を行う劣化判定処理部７８と、容量素子を劣化状態であると判定するときにその結果をユーザに通報する判定結果出力処理部８０とを含んで構成される。これらの各機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、電源回路制御プログラムを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。
【００３７】
図２は、容量素子の容量値を計測するために用いられる共振系のモデル図である。電源回路２０には、平滑コンデンサ４２，４４のような容量素子４０、インダクタンス素子であるリアクトル３８、リレー２４，２６，２８、スイッチング素子５２、５４のようなスイッチ５０が含まれている。これらの容量素子４０、リアクトル３８は、スイッチ５０がオンすることで、ＬＣ共振系を形成する。
【００３８】
この共振系は、共振周波数がｆ0＝１／｛２π（ＬＣ）1/2｝となる。ここで、容量素子４０の充放電エネルギの変化を、容量素氏４０の端子間電圧ＶCの変化として電圧検出部６２で検出し、または、リアクトル３８を流れるリアクトル電流ＩLの変化として電流検出部６０で検出することで、共振状態における共振周波数ｆ0を知ることができる。したがって、共振周波数ｆ0、あるいはその逆数をとって、共振振動の１周期時間である共振時定数Ｔ0を求め、これらの式に含まれるＬＣについて、リアクトル３８のインダクタンス値をＬに代入して、容量素子４０の容量値Ｃを推定することができる。
【００３９】
図３は、図２のモデル図において、スイッチ５０のオンによって生じる容量素子４０の充放電エネルギの様子を示す図である。ここでは、横軸に時間をとり、縦軸に、容量素子４０の端子間電圧ＶC、リアクトル３８に流れるリアクトル電流ＩL、スイッチ素子（ＳＷ）５０のオンオフ状態をとってある。
【００４０】
図２のモデルでＬＣ共振系を形成するには、容量素子４０が適当に充電されていることが必要である。また、容量素子４０が満充電であると、スイッチ５０がオンしたとき、放電電流が大きすぎてリアクトル３８、スイッチ５０を破損する恐れもある。そこで、スイッチ５０をオンする前の時間ｔAからｔBの間で、容量素子４０を適当に放電させる。その後にスイッチ５０をオンすると、ＬＣ共振系が形成され、容量素子４０が放電する。
【００４１】
容量素子４０からの放電エネルギは、容量素子４０の端子間電圧ＶCの時間変化で評価できる。ここでは、容量素子４０の端子間電圧ＶCが共振周波数ｆ0で正弦波状に変化する。そこで、スイッチ５０がオンした時間ｔからＶCがゼロとなる時間ｔ1までの時間（ｔ1−ｔ0）を共振振動の（１／４）周期、あるいは、ＶCが負側の最大値をとる時間をｔ2として、（ｔ2−ｔ0）を共振振動の（１／２）周期として、共振振動の１周期である共振時定数Ｔ0を求めることができる。共振時定数Ｔ0が求まれば、上記のように、リアクトル３８のインダクタンス値Ｌを用いて、容量素子４０の容量値を求めることができる。
【００４２】
容量素子４０からの放電エネルギは、リアクトル３８を流れるリアクトル電流ＩLの時間変化で評価できる。ここでは、リアクトル電流ＩLが共振周波数ｆ0で正弦波状に変化する。そこで、スイッチ５０がオンした時間ｔからＩLが正の最大値となる時間ｔ1までの時間（ｔ1−ｔ0）を共振振動の（１／４）周期、あるいは、ＩLがゼロとなる時間をｔ2として、（ｔ2−ｔ0）を共振振動の（１／２）周期として、共振振動の１周期である共振時定数Ｔ0を求めることができる。共振時定数Ｔ0が求まれば、上記のように、リアクトル３８のインダクタンス値Ｌを用いて、容量素子４０の容量値を求めることができる。
【００４３】
なお、図２では、電源が設けられていないので、スイッチ５０をオンすることで容量素子４０がリアクトル３８を通して放電するが、スイッチ５０に直列に電源が設けられているモデルでもよい。この場合には、容量素子４０がリアクトル３８を介して充電されることになる。
【００４４】
上記原理に基いて、車両搭載用回路に含まれる容量素子の容量値を計測する手順を図４のフローチャートを用いて説明する。これらの手順は、電源回路制御プログラムの中の容量値推定パートの各処理手順に対応する。以下では、図２のモデルについて、すなわち容量素子４０の放電エネルギを計測することで容量素子４０の容量値を推定する手順を説明する。なお、上記のように、モデルによっては、容量素子４０の充電エネルギを計測することで容量素子４０の容量値を推定することも可能である。
【００４５】
ここでは、まず、車両のイグニッションスイッチがオン状態からオフ状態になったか否かを確認する（Ｓ１０）。車両のイグニッションスイッチがオンしている状態では、電源回路２０が動作中であるので、電源回路２０に含まれる容量素子４０が充放電をおこなっている。そのような状態では、図２で説明したＬＣ共振系を形成することができないので、イグニッションオフになったところで、容量素子４０の容量値の推定処理を行うものとする必要がある。
【００４６】
Ｓ１０の判断が肯定されると、次に、容量値を推定したい容量素子４０を適当に放電し（Ｓ１２）、容量素子４０の端子間電圧ＶCが予め定めた所定値となったか否かを判断する（Ｓ１４）。この処理は、図２で説明したように、スイッチ５０をオンしたときに過大電流が流れて、容量素子４０を含めて電源回路２０を構成する素子を損傷させないためである。したがって、予め定めた所定値は、スイッチ５０をオンしたときに流れる電流の大きさが電源回路２０を構成する素子を損傷させない程度の大きさとすることができる。例えば、予め定めた所定値として、数Ｖから数１０Ｖの間の値を用いることができる。
【００４７】
Ｓ１４の判断が肯定されると、次に、図２の例では、スイッチ（ＳＷ）５０をオンして、リアクトル３８と容量素子４０によるＬＣ共振系を形成する（Ｓ１６）。ここまでの処理手順は、制御装置７０の共振系形成処理部７２の機能によって実行される。
【００４８】
そして、容量素子４０の端子間電圧ＶCの時間変化、またはリアクトル電流ＩLの時間変化を計測する（Ｓ１８）。この計測は、容量素子４０の充放電エネルギの計測に相当する。この処理手順は、制御装置７０の充放電エネルギ計測処理部７４の機能によって実行される。
【００４９】
Ｓ１８でＶCの変化、またはＩLの変化が計測されてそのデータが取得されると、共振時定数Ｔ0が算出される（Ｓ２０）。具体的には、図２の例で、（ｔ1−ｔ0）を共振振動の（１／４）周期、（ｔ2−ｔ0）を共振振動の（１／２）周期として、共振振動の１周期である共振時定数Ｔ0が求められる。
【００５０】
そして、ＬＣを含む共振時定数Ｔ0の式に、リアクトル３８のインダクタンス値Ｌを代入し、容量素子４０の容量値Ｃを算出し、これを容量素子４０の容量値の推定値とする（Ｓ２２）。この処理手順は、制御装置７０の容量値推定処理部７６の機能によって実行される。
【００５１】
次に、推定された容量値と、予め定めてある所定の劣化判定容量値とを比較し、前者が後者の値未満か否かを判断する（Ｓ２４）。所定の劣化判定容量値は、容量素子４０の仕様、または実験により設定することができる。Ｓ２４の判断が否定されると、容量素子４０は正常であると判断される（Ｓ２６）。Ｓ２４の判断が肯定されると、その容量素子４０は劣化していると判断される（Ｓ２８）。これらの処理手順は、制御装置７０の劣化判定処理部７８の機能によって実行される。
【００５２】
Ｓ２８において容量素子４０が劣化していると判定されると、その結果が、出力部７１によってユーザに通報される（Ｓ３０）。出力部７１における出力としては、車室内のアラームランプ等を点灯すること等とすることとできる。このようにして、容量素子４０の容量値が推定でき、必要な場合にはユーザにその結果を出力して知らせることができる。
【００５３】
図５と図６は、図１で説明した電源回路２０における平滑コンデンサ４２，４４の容量値をそれぞれ推定するときの様子を説明する図である。いずれの場合もイグニッションスイッチがオフとされ、それに対応し、リレー２４，２６，２８がいずれも遮断状態となっている。
【００５４】
図５は、容量値を推定する対象の容量素子が平滑コンデンサ４２であり、この場合には、オンオフされるスイッチとして、電圧変換器３２のスイッチング素子５４が用いられる。すなわち、スイッチング素子５２をオフとして、スイッチング素子５４をオフからオンとして、平滑コンデンサ４２とリアクトル３８とで、ＬＣ共振系を形成する。ＬＣ共振系が形成されたときの平滑コンデンサ４２の充放電エネルギの計測は、図１で説明した電圧検出部６４の検出するＶLまたは電流検出部６０のＩLによって行うことができる。
【００５５】
図６は、容量値を推定する対象の容量素子が平滑コンデンサ４４であり、この場合には、オンオフされるスイッチとして、新たに、蓄電装置２２の正極側母線と負極側母線との間に計測用スイッチ８２が設けられる。そして、電圧変換器３２のスイッチング素子５４をオフとし、その状態で、スイッチング素子５４をオフからオン、計測用スイッチ８２をオフからオンとする。このようにして、平滑コンデンサ４４とリアクトル３８とで、ＬＣ共振系を形成する。ＬＣ共振系が形成されたときの平滑コンデンサ４４の充放電エネルギの計測は、図１で説明した電圧検出部６６の検出するＶHまたは電流検出部６０のＩLによって行うことができる。
【００５６】
図７は、蓄電装置２２のほかに、第２蓄電装置４６とこれに対応する第２電圧変換器３３を用いるシステムの場合に、第２蓄電装置４６の容量値を推定する様子を説明する図である。第２蓄電装置４６としては、電気二重層キャパシタあるいは電気二重層コンデンサと呼ばれるものをあげることができる。第２蓄電装置４６と第２電圧変換器３３との間には、リレー８４，８６が設けられる。
【００５７】
第２電圧変換器３３は、図１で説明した電圧変換器３２と同様の構成として、リアクトル８８と、スイッチング素子９０，９２を含む。そして、第２電圧変換器３３の正極側母線は、電圧変換器３２の正極側母線と接続され、第２電圧変換器３３の負極側母線は、電圧変換器３２の負極側母線と接続される。つまり、第２蓄電装置４６と第２電圧変換器３３を含む部分は、２つのインバータについて、蓄電装置２２と電圧変換器３２を含む部分と並列に接続されるように配置される。
【００５８】
図７において、第２蓄電装置４６を容量値推定の対象とするときは、リレー８４，８６を接続状態とする。そして、この場合には、オンオフされるスイッチとして、第２電圧変換器３３のスイッチング素子９２が用いられる。すなわち、第２電圧変換器３３のスイッチング素子９０をオフとし、スイッチング素子９２をオフからオンとする。このようにして、第２蓄電装置４６と、第２電圧変換器３３のリアクトル８８とで、ＬＣ共振系を形成する。ＬＣ共振系が形成されたときの第２蓄電装置４６の充放電エネルギの計測は、図示されていないが、第２蓄電装置４６の端子間電圧を計測する電圧検出部が検出する電圧の変化、または、リアクトル８８を流れる電流を計測する電流検出部が検出する電流の変化に基いて行うことができる。
【００５９】
図８と図９は、図７のシステムにおいて、電圧変換器を双方向動作のいわゆるＨブリッジ方式としたときの容量素子の容量値の推定の様子を説明する図である。このいわゆるＨブリッジ方式で構成されるＨブリッジ電圧変換器１０２は、図７の第２電圧変換器３３のスイッチング素子９０，９２に対し、リアクトル８８を挟んでさらにスイッチング素子９８，１００を設けたものである。このスイッチング素子９８，１００は直列に接続されて、その直列接続素子の両端子が、それぞれ第２蓄電装置４６の正極側母線と負極側母線に接続されるように配置される。第２蓄電装置４６とＨブリッジ電圧変換器１０２との間には、リレー９４，９６が設けられる。
【００６０】
図８は、第２蓄電装置４６の容量値を推定するときの様子を説明する図である。ここでは、リレー９４，９６が接続状態とされる。そして、オンオフされるスイッチとして、Ｈブリッジ電圧変換器１０２のスイッチング素子９８と、スイッチング素子９２が用いられる。すなわち、スイッチング素子１００と、スイッチング素子９０がオフとされ、その状態で、スイッチング素子９８と、スイッチング素子９２がオフからオンとされる。
【００６１】
このようにして、第２蓄電装置４６と、Ｈブリッジ電圧変換器１０２のリアクトル８８とで、ＬＣ共振系を形成する。ＬＣ共振系が形成されたときの第２蓄電装置４６の充放電エネルギの計測は、図７と同様に、第２蓄電装置４６の端子間電圧を計測する電圧検出部が検出する電圧の変化、または、リアクトル８８を流れる電流を計測する電流検出部が検出する電流の変化に基いて行うことができる。
【００６２】
図９は、平滑コンデンサ４４の容量値を推定するときの様子を説明する図である。ここでは、リレー９４，９６が遮断状態とされる。そして、オンオフされるスイッチとして、Ｈブリッジ電圧変換器１０２のスイッチング素子１００と、スイッチング素子９０が用いられる。すなわち、スイッチング素子９８と、スイッチング素子９２がオフとされ、その状態で、スイッチング素子１００と、スイッチング素子９０がオフからオンとされる。
【００６３】
このようにして、平滑コンデンサ４４と、Ｈブリッジ電圧変換器１０２のリアクトル８８とで、ＬＣ共振系を形成する。ＬＣ共振系が形成されたときの平滑コンデンサ４４の充放電エネルギの計測は、図１で説明した電圧検出部６６が検出するＶHの変化、または、リアクトル８８を流れる電流を計測する電流検出部が検出する電流の変化に基いて行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係るハイブリッド車両回路システムは、容量素子を含む車両搭載用回路を備えるハイブリッド車両に利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ ハイブリッド車両回路システム、１２ 駆動源、１４ エンジン、１６，１８ 回転電機、２０ 電源回路、２２ 蓄電装置、２４，２６，２８，８４，８６，９４，９６ リレー、３０ 抵抗素子、３２ 電圧変換器、３３ 第２電圧変換器、３４ ＭＧ１インバータ、３６ ＭＧ２インバータ、３８，８８ リアクトル、４０ 容量素子、４２，４４ 平滑コンデンサ、４６ 第２蓄電装置、５０ スイッチ（ＳＷ）、５２，５４，９０，９２，９８，１００ スイッチング素子、６０ 電流検出部、６２，６４，６４ 電圧検出部、７０ 制御装置、７１ 出力部、７２ 共振系形成処理部、７４ 充放電エネルギ計測処理部、７６ 容量値推定処理部、７８ 劣化判定処理部、８０ 判定結果出力処理部、８２ 計測用スイッチ、１０２ ブリッジ電圧変換器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両回路システムに係り、特に容量素子を含む車両搭載用回路を備えるハイブリッド車両回路システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機を備えるハイブリッド車両等においては、電源回路を含む回路が車両に搭載される。この車両搭載用回路には、様々な電気部品等が含まれるので、その特性劣化等が車両運行上に影響を及ぼすことがある。特に、車両の電源回路は高圧大電流を扱うので、容量素子等の特性劣化の監視等が必要である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、インバータのコンデンサ充電においてその異常を検知する電気車の制御装置として、定電流充電の場合、充電経過時間の推移に対するコンデンサの電圧の推移が正常であれば直線的になることを利用する方法が述べられている。
【０００４】
また、特許文献２には、車載用電動機制御装置を構成する個々の部品の劣化検知が述べられている。平滑用コンデンサの劣化判定としては、直流母線電流量と平滑用コンデンサのリップル電流量の比を平滑用コンデンサの温度で補正して行うことが述べられている。
【０００５】
また、特許文献３には、蓄電装置としての電気二重層コンデンサアレイに電圧モニタ端子を設け、各コンデンサモジュールの端子間電圧と温度の双方または一方が異常なものを劣化モジュールとみなして、コンデンサアレイから分離する監視を行うことが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３５４７８９号公報
【特許文献２】特開２００７−６０８６６号公報
【特許文献３】特開平９−２５２５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術によれば、車両搭載用回路における容量素子の特性劣化について様々な検出方法が述べられている。これらの方法は、容量素子の動作特性の劣化を見るようにしているので、容量素子の容量値そのものを計測して、その劣化を検出することができない。
【０００８】
本発明の目的は、車両搭載用回路の状態で、その回路に含まれる容量素子の容量値を計測できるハイブリッド車両回路システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るハイブリッド車両回路システムは、スイッチ素子とインダクタンス素子と容量素子とを含む車両搭載用回路と、スイッチ素子をオンオフして、インダクタンス素子と容量素子とを含む共振系を形成させる共振系形成手段と、共振系によって容量素子における充放電エネルギを計測する計測手段と、計測された充放電エネルギに基いて共振時定数を求め、容量素子の容量値を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るハイブリッド車両回路システムにおいて、容量値の推定値と予め定めた所定の判定値との比較によって容量素子の劣化判定を行う判定手段を備えることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係るハイブリッド車両回路システムにおいて、判定手段が容量素子を劣化状態であると判定するときにその結果をユーザに通報する出力手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により、ハイブリッド車両回路システムは、車両搭載用回路のスイッチ素子をオンオフして、インダクタンス素子と容量素子とを含む共振系を形成させ、その共振系によって容量素子における充放電エネルギを計測して共振時定数を求め、その共振時定数から容量素子の容量値を推定する。このようにして、車両搭載用回路の状態で、その回路に含まれる容量素子の容量値を計測することができる。
【００１３】
また、ハイブリッド車両回路システムにおいて、容量値の推定値と予め定めた所定の判定値との比較によって容量素子の劣化判定を行うので、計測容量値に基いて劣化状態を判定することができる。
【００１４】
また、ハイブリッド車両回路システムにおいて、判定手段が容量素子を劣化状態であると判定するときにその結果をユーザに通報するので、特性劣化に対する対処を速やかに取ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両回路システムの構成を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、容量素子の容量値を計測するために用いられる共振系のモデル図である。
【図３】図２のモデル図において、スイッチ素子のオンによって生じる容量素子の充放電エネルギの様子を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、車両搭載用回路に含まれる容量素子の容量値を計測する手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る実施の形態において、容量素子の容量値の計測のための共振系形成の例の１つを説明する図である。
【図６】図５とは別の共振系形成の例を説明する図である。
【図７】図５、図６とは別の共振系形成の例を説明する図である。
【図８】図５から図７とは別の共振系形成の例を説明する図である。
【図９】図５から図８とは別の共振系形成の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、ハイブリッド車両回路システムが適用されるものとして、回転電機に接続される電源回路に関するシステムを説明するが、スイッチ素子とインダクタンス素子と容量素子とを含む車両搭載用回路に関するシステムであれば、電源回路以外の回路に関するシステムであってもよい。
【００１７】
また、電源回路の基本的な構成を、蓄電装置、平滑コンデンサ、電圧変換器、インバータ回路を含むものとして説明するが、これら以外の要素を含むものとしてもよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ、補機用の電源回路等を含む電源装置であってもよい。
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１８】
図１は、ハイブリッド車両回路システム１０の構成を説明する図である。このハイブリッド車両回路システム１０は、エンジン１４と回転電機１６，１８とを駆動源１２とするハイブリッド車両に搭載される回路システムで、具体的には、回転電機１６，１８二節即される電源回路２０と制御装置７０とを含むシステムである。駆動源１２は、ハイブリッド車両回路システム１０に直接的には含まれない要素であるが、図１では関連する要素として図示されている。
【００１９】
ここで、エンジン１４は、内燃機関で、上記のように回転電機１６，１８とともに車両の駆動源を構成する。エンジン１４は、車両の車軸を駆動しタイヤを回転して走行を行わせる機能と共に、図示されていない動力分配機構を介して回転電機１６，１８と接続され、例えば、図１でＭＧ１として示されている回転電機１６を発電機として用いて発電を行わせ、ＭＧ２として示される回転電機１８のアシストを受けて走行を行う機能を有する。
【００２０】
また、回転電機１６，１８は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、上記のようにエンジン１４と動力分配機構によって接続される三相同期型の回転電機である。回転電機１６，１８の制御は、図示されていないＭＧ−ＥＣＵを介して行われる。
【００２１】
図１でＭＧ１として示される回転電機１６は、主として発電機として用いられ、例えばエンジン１４によって駆動されて交流電力を発電し、電源回路２０によって直流電力に変換されて蓄電装置２２を充電する機能を有する。図１でＭＧ２として示される回転電機１８は、主として車両の力行時の走行駆動に用いられ、蓄電装置２２の直流電力を電源回路２０によって変換された交流電力によって作動する機能を有する。また、回転電機１８は、車両の制動時にはその回生エネルギを回収して、電源回路２０によって直流電力に変換し蓄電装置２２を充電する機能も有する。このときには、回転電機１８は発電機として機能することになる。
【００２２】
電源回路２０は、蓄電装置２２と、３つのリレー２４，２６，２８と抵抗素子３０を含んで構成されるシステムメインリレーと、電圧変換器３２と、回転電機１６に接続されるＭＧ１インバータ３４と、回転電機１８に接続されるＭＧ２インバータ３６を備えて構成される。
【００２３】
また、電源回路２０は、システムメインリレーと電圧変換器３２との間に設けられる平滑コンデンサ４２と、電圧変換器３２と２つのインバータの間に設けられる平滑コンデンサ４４を備える。ここで２つのインバータとは、上記のＭＧ１インバータ３４とＭＧ２インバータである。
【００２４】
蓄電装置２２は、充放電可能な高電圧用２次電池である。蓄電装置２２としては、例えば、約２００Ｖの端子間電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。組電池は、単電池または電池セルと呼ばれる端子間電圧が１Ｖから数Ｖの電池を複数個組み合わせて、上記の所定の端子間電圧と得るようにしたものである。上記のように、蓄電装置２２は、２次電池とキャパシタを含む広い概念である。
【００２５】
システムメインリレーは、電源回路２０において、蓄電装置２２とそれ以外の回路要素との間の接続関係を、開放遮断状態と閉成接続状態との間で切り換える機能を有する複合リレーである。システムメインリレーは、蓄電装置２２の負極側母線に直列に接続配置されるＢリレーと呼ばれるリレー２４と、正極側母線に直列に接続配置されるＰリレーと呼ばれるリレー２６と、リレー２６に並列に、抵抗素子３０に直列接続された形態で配置されるＲリレーと呼ばれるリレー２８を含んで構成される。
【００２６】
このように複数のリレー２４，２６，２８と抵抗素子３０を含んでシステムメインリレーを構成するのは、扱われる直流電力が高電圧、大電力であるので、遮断あるいは接続の際に各リレーの作動時間を適当に制御することで、溶着が生じないようにするためである。抵抗素子３０は、蓄電装置２２側から平滑コンデンサ４２に突入電流が流れること、または平滑コンデンサ４２からリレー側に突入電流が流れることを防止するためである。
【００２７】
平滑コンデンサ４２は、その両端子がそれぞれ蓄電装置２２の両端子に接続される容量素子で、上記のように、蓄電装置２２と電圧変換器３２との間に配置される。この平滑コンデンサ４２は、蓄電装置２２から放電される直流電力、蓄電装置２２に充電される直流電力についてその脈動を平滑化する機能を有する。
【００２８】
平滑コンデンサ４２に並列に配置される電圧検出部６４は、平滑コンデンサ４２の端子間電圧を検出し、制御装置７０に伝送する機能を有する電圧センサである。この検出電圧は、蓄電装置２２の端子間電圧を代表的に示すものとなる。平滑コンデンサ４２の端子間電圧は、図１においてＶLとして示されている。
【００２９】
電圧変換器３２は、蓄電装置２２と２つのインバータの間に配置され、電圧変換機能を有する回路である。電圧変換器３２は、インダクタンス素子であるリアクトル３８と、スイッチング素子５２，５４を含んで構成される。スイッチング素子５２，５４は電圧変換器３２の正極側母線と負極側母線の間に直列に接続されて配置される。リアクトル３８は、一方端が蓄電装置２２の正極側母線に接続され、他方端がこの２つのスイッチング素子５２，５４の直列接続点に接続される。
【００３０】
リアクトル３８に設けられる電流検出部６０は、リアクトル３８に流れるリアクトル電流ＩLを検出する電流センサである。検出されたリアクトル電流ＩLは、制御装置７０に伝送される。
【００３１】
平滑コンデンサ４４は、その両端子がそれぞれ電圧変換器３２および２つのインバータについての正極側母線と負極側母線に接続される容量素子で、上記のように、電圧変換器３２と２つのインバータとの間に配置される。この平滑コンデンサ４４は、電圧変換器３２から出力される電圧変換後の直流電力、２つのインバータから電圧変換器３２に供給される直流電力についてその脈動を平滑化する機能を有する。
【００３２】
平滑コンデンサ４４に並列に配置される電圧検出部６６は、電圧検出部６４と同様に、平滑コンデンサ４４の端子間電圧を検出し、制御装置７０に伝送する機能を有する電圧センサである。この検出電圧は、２つのインバータの正極側母線と負極側母船との間のいわゆるシステム電圧を示すものとなる。平滑コンデンサ４４の端子間電圧は、図１においてＶHとして示されている。
【００３３】
２つのインバータのうち、ＭＧ１インバータ３４は、回転電機１６に接続される回路で、複数のスイッチング素子を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。同様に、ＭＧ２インバータ３６は、回転電機１６に接続される回路で、複数のスイッチング素子を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。
【００３４】
すなわち、ＭＧ１インバータ３４は、回転電機１６を発電機として機能させるときは、回転電機１６からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置２２側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、ＭＧ２インバータ３６は、回転電機１８をモータとして機能させるときは、蓄電装置２２側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機１６に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有し、回転電機１８を発電機として機能させるときは、回転電機１８からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置２２側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。
【００３５】
制御装置７０は、電源回路２０の各要素の動作を統一的に制御する機能を有する。例えば、電圧変換器３２と２つのインバータを構成する各スイッチング素子の動作を制御する機能を有する。ここでは特に、容量素子としての平滑コンデンサ４２，４４の容量値を推定し、その劣化を判定する機能を有する。制御装置７０には出力部７１が接続される。かかる制御装置７０としては、車両搭載に適したコンピュータを用いることができる。制御装置７０の機能を、例えば、図示されていないが、ハイブリッド車両の動作全体を制御するＨＶ−ＥＣＵの機能の一部としてもよい。
【００３６】
制御装置７０は、電源回路２０に含まれるスイッチ素子と、インダクタンス素子であるリアクトル３８とを用い、スイッチ素子をオンオフして、リアクトルと容量素子とを含む共振系を形成させる共振系形成処理部７２と、共振系によって容量素子における充放電エネルギを計測する充放電エネルギ計測処理部７４と、計測された充放電エネルギに基いて共振時定数を求め、容量素子の容量値を推定する容量値推定処理部７６と、容量値の推定値と予め定めた所定の判定値との比較によって容量素子の劣化判定を行う劣化判定処理部７８と、容量素子を劣化状態であると判定するときにその結果をユーザに通報する判定結果出力処理部８０とを含んで構成される。これらの各機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、電源回路制御プログラムを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。
【００３７】
図２は、容量素子の容量値を計測するために用いられる共振系のモデル図である。電源回路２０には、平滑コンデンサ４２，４４のような容量素子４０、インダクタンス素子であるリアクトル３８、リレー２４，２６，２８、スイッチング素子５２、５４のようなスイッチ５０が含まれている。これらの容量素子４０、リアクトル３８は、スイッチ５０がオンすることで、ＬＣ共振系を形成する。
【００３８】
この共振系は、共振周波数がｆ0＝１／｛２π（ＬＣ）1/2｝となる。ここで、容量素子４０の充放電エネルギの変化を、容量素氏４０の端子間電圧ＶCの変化として電圧検出部６２で検出し、または、リアクトル３８を流れるリアクトル電流ＩLの変化として電流検出部６０で検出することで、共振状態における共振周波数ｆ0を知ることができる。したがって、共振周波数ｆ0、あるいはその逆数をとって、共振振動の１周期時間である共振時定数Ｔ0を求め、これらの式に含まれるＬＣについて、リアクトル３８のインダクタンス値をＬに代入して、容量素子４０の容量値Ｃを推定することができる。
【００３９】
図３は、図２のモデル図において、スイッチ５０のオンによって生じる容量素子４０の充放電エネルギの様子を示す図である。ここでは、横軸に時間をとり、縦軸に、容量素子４０の端子間電圧ＶC、リアクトル３８に流れるリアクトル電流ＩL、スイッチ素子（ＳＷ）５０のオンオフ状態をとってある。
【００４０】
図２のモデルでＬＣ共振系を形成するには、容量素子４０が適当に充電されていることが必要である。また、容量素子４０が満充電であると、スイッチ５０がオンしたとき、放電電流が大きすぎてリアクトル３８、スイッチ５０を破損する恐れもある。そこで、スイッチ５０をオンする前の時間ｔAからｔBの間で、容量素子４０を適当に放電させる。その後にスイッチ５０をオンすると、ＬＣ共振系が形成され、容量素子４０が放電する。
【００４１】
容量素子４０からの放電エネルギは、容量素子４０の端子間電圧ＶCの時間変化で評価できる。ここでは、容量素子４０の端子間電圧ＶCが共振周波数ｆ0で正弦波状に変化する。そこで、スイッチ５０がオンした時間ｔからＶCがゼロとなる時間ｔ1までの時間（ｔ1−ｔ0）を共振振動の（１／４）周期、あるいは、ＶCが負側の最大値をとる時間をｔ2として、（ｔ2−ｔ0）を共振振動の（１／２）周期として、共振振動の１周期である共振時定数Ｔ0を求めることができる。共振時定数Ｔ0が求まれば、上記のように、リアクトル３８のインダクタンス値Ｌを用いて、容量素子４０の容量値を求めることができる。
【００４２】
容量素子４０からの放電エネルギは、リアクトル３８を流れるリアクトル電流ＩLの時間変化で評価できる。ここでは、リアクトル電流ＩLが共振周波数ｆ0で正弦波状に変化する。そこで、スイッチ５０がオンした時間ｔからＩLが正の最大値となる時間ｔ1までの時間（ｔ1−ｔ0）を共振振動の（１／４）周期、あるいは、ＩLがゼロとなる時間をｔ2として、（ｔ2−ｔ0）を共振振動の（１／２）周期として、共振振動の１周期である共振時定数Ｔ0を求めることができる。共振時定数Ｔ0が求まれば、上記のように、リアクトル３８のインダクタンス値Ｌを用いて、容量素子４０の容量値を求めることができる。
【００４３】
なお、図２では、電源が設けられていないので、スイッチ５０をオンすることで容量素子４０がリアクトル３８を通して放電するが、スイッチ５０に直列に電源が設けられているモデルでもよい。この場合には、容量素子４０がリアクトル３８を介して充電されることになる。
【００４４】
上記原理に基いて、車両搭載用回路に含まれる容量素子の容量値を計測する手順を図４のフローチャートを用いて説明する。これらの手順は、電源回路制御プログラムの中の容量値推定パートの各処理手順に対応する。以下では、図２のモデルについて、すなわち容量素子４０の放電エネルギを計測することで容量素子４０の容量値を推定する手順を説明する。なお、上記のように、モデルによっては、容量素子４０の充電エネルギを計測することで容量素子４０の容量値を推定することも可能である。
【００４５】
ここでは、まず、車両のイグニッションスイッチがオン状態からオフ状態になったか否かを確認する（Ｓ１０）。車両のイグニッションスイッチがオンしている状態では、電源回路２０が動作中であるので、電源回路２０に含まれる容量素子４０が充放電をおこなっている。そのような状態では、図２で説明したＬＣ共振系を形成することができないので、イグニッションオフになったところで、容量素子４０の容量値の推定処理を行うものとする必要がある。
【００４６】
Ｓ１０の判断が肯定されると、次に、容量値を推定したい容量素子４０を適当に放電し（Ｓ１２）、容量素子４０の端子間電圧ＶCが予め定めた所定値となったか否かを判断する（Ｓ１４）。この処理は、図２で説明したように、スイッチ５０をオンしたときに過大電流が流れて、容量素子４０を含めて電源回路２０を構成する素子を損傷させないためである。したがって、予め定めた所定値は、スイッチ５０をオンしたときに流れる電流の大きさが電源回路２０を構成する素子を損傷させない程度の大きさとすることができる。例えば、予め定めた所定値として、数Ｖから数１０Ｖの間の値を用いることができる。
【００４７】
Ｓ１４の判断が肯定されると、次に、図２の例では、スイッチ（ＳＷ）５０をオンして、リアクトル３８と容量素子４０によるＬＣ共振系を形成する（Ｓ１６）。ここまでの処理手順は、制御装置７０の共振系形成処理部７２の機能によって実行される。
【００４８】
そして、容量素子４０の端子間電圧ＶCの時間変化、またはリアクトル電流ＩLの時間変化を計測する（Ｓ１８）。この計測は、容量素子４０の充放電エネルギの計測に相当する。この処理手順は、制御装置７０の充放電エネルギ計測処理部７４の機能によって実行される。
【００４９】
Ｓ１８でＶCの変化、またはＩLの変化が計測されてそのデータが取得されると、共振時定数Ｔ0が算出される（Ｓ２０）。具体的には、図２の例で、（ｔ1−ｔ0）を共振振動の（１／４）周期、（ｔ2−ｔ0）を共振振動の（１／２）周期として、共振振動の１周期である共振時定数Ｔ0が求められる。
【００５０】
そして、ＬＣを含む共振時定数Ｔ0の式に、リアクトル３８のインダクタンス値Ｌを代入し、容量素子４０の容量値Ｃを算出し、これを容量素子４０の容量値の推定値とする（Ｓ２２）。この処理手順は、制御装置７０の容量値推定処理部７６の機能によって実行される。
【００５１】
次に、推定された容量値と、予め定めてある所定の劣化判定容量値とを比較し、前者が後者の値未満か否かを判断する（Ｓ２４）。所定の劣化判定容量値は、容量素子４０の仕様、または実験により設定することができる。Ｓ２４の判断が否定されると、容量素子４０は正常であると判断される（Ｓ２６）。Ｓ２４の判断が肯定されると、その容量素子４０は劣化していると判断される（Ｓ２８）。これらの処理手順は、制御装置７０の劣化判定処理部７８の機能によって実行される。
【００５２】
Ｓ２８において容量素子４０が劣化していると判定されると、その結果が、出力部７１によってユーザに通報される（Ｓ３０）。出力部７１における出力としては、車室内のアラームランプ等を点灯すること等とすることとできる。このようにして、容量素子４０の容量値が推定でき、必要な場合にはユーザにその結果を出力して知らせることができる。
【００５３】
図５と図６は、図１で説明した電源回路２０における平滑コンデンサ４２，４４の容量値をそれぞれ推定するときの様子を説明する図である。いずれの場合もイグニッションスイッチがオフとされ、それに対応し、リレー２４，２６，２８がいずれも遮断状態となっている。
【００５４】
図５は、容量値を推定する対象の容量素子が平滑コンデンサ４２であり、この場合には、オンオフされるスイッチとして、電圧変換器３２のスイッチング素子５４が用いられる。すなわち、スイッチング素子５２をオフとして、スイッチング素子５４をオフからオンとして、平滑コンデンサ４２とリアクトル３８とで、ＬＣ共振系を形成する。ＬＣ共振系が形成されたときの平滑コンデンサ４２の充放電エネルギの計測は、図１で説明した電圧検出部６４の検出するＶLまたは電流検出部６０のＩLによって行うことができる。
【００５５】
図６は、容量値を推定する対象の容量素子が平滑コンデンサ４４であり、この場合には、オンオフされるスイッチとして、新たに、蓄電装置２２の正極側母線と負極側母線との間に計測用スイッチ８２が設けられる。そして、電圧変換器３２のスイッチング素子５４をオフとし、その状態で、スイッチング素子５４をオフからオン、計測用スイッチ８２をオフからオンとする。このようにして、平滑コンデンサ４４とリアクトル３８とで、ＬＣ共振系を形成する。ＬＣ共振系が形成されたときの平滑コンデンサ４４の充放電エネルギの計測は、図１で説明した電圧検出部６６の検出するＶHまたは電流検出部６０のＩLによって行うことができる。
【００５６】
図７は、蓄電装置２２のほかに、第２蓄電装置４６とこれに対応する第２電圧変換器３３を用いるシステムの場合に、第２蓄電装置４６の容量値を推定する様子を説明する図である。第２蓄電装置４６としては、電気二重層キャパシタあるいは電気二重層コンデンサと呼ばれるものをあげることができる。第２蓄電装置４６と第２電圧変換器３３との間には、リレー８４，８６が設けられる。
【００５７】
第２電圧変換器３３は、図１で説明した電圧変換器３２と同様の構成として、リアクトル８８と、スイッチング素子９０，９２を含む。そして、第２電圧変換器３３の正極側母線は、電圧変換器３２の正極側母線と接続され、第２電圧変換器３３の負極側母線は、電圧変換器３２の負極側母線と接続される。つまり、第２蓄電装置４６と第２電圧変換器３３を含む部分は、２つのインバータについて、蓄電装置２２と電圧変換器３２を含む部分と並列に接続されるように配置される。
【００５８】
図７において、第２蓄電装置４６を容量値推定の対象とするときは、リレー８４，８６を接続状態とする。そして、この場合には、オンオフされるスイッチとして、第２電圧変換器３３のスイッチング素子９２が用いられる。すなわち、第２電圧変換器３３のスイッチング素子９０をオフとし、スイッチング素子９２をオフからオンとする。このようにして、第２蓄電装置４６と、第２電圧変換器３３のリアクトル８８とで、ＬＣ共振系を形成する。ＬＣ共振系が形成されたときの第２蓄電装置４６の充放電エネルギの計測は、図示されていないが、第２蓄電装置４６の端子間電圧を計測する電圧検出部が検出する電圧の変化、または、リアクトル８８を流れる電流を計測する電流検出部が検出する電流の変化に基いて行うことができる。
【００５９】
図８と図９は、図７のシステムにおいて、電圧変換器を双方向動作のいわゆるＨブリッジ方式としたときの容量素子の容量値の推定の様子を説明する図である。このいわゆるＨブリッジ方式で構成されるＨブリッジ電圧変換器１０２は、図７の第２電圧変換器３３のスイッチング素子９０，９２に対し、リアクトル８８を挟んでさらにスイッチング素子９８，１００を設けたものである。このスイッチング素子９８，１００は直列に接続されて、その直列接続素子の両端子が、それぞれ第２蓄電装置４６の正極側母線と負極側母線に接続されるように配置される。第２蓄電装置４６とＨブリッジ電圧変換器１０２との間には、リレー９４，９６が設けられる。
【００６０】
図８は、第２蓄電装置４６の容量値を推定するときの様子を説明する図である。ここでは、リレー９４，９６が接続状態とされる。そして、オンオフされるスイッチとして、Ｈブリッジ電圧変換器１０２のスイッチング素子９８と、スイッチング素子９２が用いられる。すなわち、スイッチング素子１００と、スイッチング素子９０がオフとされ、その状態で、スイッチング素子９８と、スイッチング素子９２がオフからオンとされる。
【００６１】
このようにして、第２蓄電装置４６と、Ｈブリッジ電圧変換器１０２のリアクトル８８とで、ＬＣ共振系を形成する。ＬＣ共振系が形成されたときの第２蓄電装置４６の充放電エネルギの計測は、図７と同様に、第２蓄電装置４６の端子間電圧を計測する電圧検出部が検出する電圧の変化、または、リアクトル８８を流れる電流を計測する電流検出部が検出する電流の変化に基いて行うことができる。
【００６２】
図９は、平滑コンデンサ４４の容量値を推定するときの様子を説明する図である。ここでは、リレー９４，９６が遮断状態とされる。そして、オンオフされるスイッチとして、Ｈブリッジ電圧変換器１０２のスイッチング素子１００と、スイッチング素子９０が用いられる。すなわち、スイッチング素子９８と、スイッチング素子９２がオフとされ、その状態で、スイッチング素子１００と、スイッチング素子９０がオフからオンとされる。
【００６３】
このようにして、平滑コンデンサ４４と、Ｈブリッジ電圧変換器１０２のリアクトル８８とで、ＬＣ共振系を形成する。ＬＣ共振系が形成されたときの平滑コンデンサ４４の充放電エネルギの計測は、図１で説明した電圧検出部６６が検出するＶHの変化、または、リアクトル８８を流れる電流を計測する電流検出部が検出する電流の変化に基いて行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係るハイブリッド車両回路システムは、容量素子を含む車両搭載用回路を備えるハイブリッド車両に利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ ハイブリッド車両回路システム、１２ 駆動源、１４ エンジン、１６，１８ 回転電機、２０ 電源回路、２２ 蓄電装置、２４，２６，２８，８４，８６，９４，９６ リレー、３０ 抵抗素子、３２ 電圧変換器、３３ 第２電圧変換器、３４ ＭＧ１インバータ、３６ ＭＧ２インバータ、３８，８８ リアクトル、４０ 容量素子、４２，４４ 平滑コンデンサ、４６ 第２蓄電装置、５０ スイッチ（ＳＷ）、５２，５４，９０，９２，９８，１００ スイッチング素子、６０ 電流検出部、６２，６４，６４ 電圧検出部、７０ 制御装置、７１ 出力部、７２ 共振系形成処理部、７４ 充放電エネルギ計測処理部、７６ 容量値推定処理部、７８ 劣化判定処理部、８０ 判定結果出力処理部、８２ 計測用スイッチ、１０２ ブリッジ電圧変換器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ素子とインダクタンス素子と容量素子とを含む車両搭載用回路と、
スイッチ素子をオンオフして、インダクタンス素子と容量素子とを含む共振系を形成させる共振系形成手段と、
共振系によって容量素子における充放電エネルギを計測する計測手段と、
計測された充放電エネルギに基いて共振時定数を求め、容量素子の容量値を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両回路システム。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車両回路システムにおいて、
容量値の推定値と予め定めた所定の判定値との比較によって容量素子の劣化判定を行う判定手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両回路システム。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド車両回路システムにおいて、
判定手段が容量素子を劣化状態であると判定するときにその結果をユーザに通報する出力手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両回路システム。
【請求項１】
スイッチ素子とインダクタンス素子と容量素子とを含む車両搭載用回路と、
スイッチ素子をオンオフして、インダクタンス素子と容量素子とを含む共振系を形成させる共振系形成手段と、
共振系によって容量素子における充放電エネルギを計測する計測手段と、
計測された充放電エネルギに基いて共振時定数を求め、容量素子の容量値を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両回路システム。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車両回路システムにおいて、
容量値の推定値と予め定めた所定の判定値との比較によって容量素子の劣化判定を行う判定手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両回路システム。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド車両回路システムにおいて、
判定手段が容量素子を劣化状態であると判定するときにその結果をユーザに通報する出力手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両回路システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２２３６７１（Ｐ２０１１−２２３６７１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８７７０２（Ｐ２０１０−８７７０２）
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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