電動システム
【課題】適切な状態のときだけに自己診断を実施して正確な異常判定を行わせることが可能な電動システムを提供する。
【解決手段】燃料電池１２と、燃料電池１２からの電力を昇圧するＦＣ昇圧コンバータ１４とを備え、ＦＣ昇圧コンバータ１４の各種状態を検出し、その検出結果に応じてＦＣ昇圧コンバータ１４を自己診断する燃料電池システム１１からなる電動システムであって、ＦＣ昇圧コンバータ１４の各種状態の検出結果の信頼性が低下している信頼性低下条件に当てはまる場合に、ＦＣ昇圧コンバータ１４の自己診断が禁止される。
【解決手段】燃料電池１２と、燃料電池１２からの電力を昇圧するＦＣ昇圧コンバータ１４とを備え、ＦＣ昇圧コンバータ１４の各種状態を検出し、その検出結果に応じてＦＣ昇圧コンバータ１４を自己診断する燃料電池システム１１からなる電動システムであって、ＦＣ昇圧コンバータ１４の各種状態の検出結果の信頼性が低下している信頼性低下条件に当てはまる場合に、ＦＣ昇圧コンバータ１４の自己診断が禁止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給源からの電力を昇圧するコンバータを備えた電動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池システムとして、蓄電装置と燃料電池との間に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータの電流センサの故障を１次側電力と２次側電力の偏差により検知する故障検知部と、故障検知部をＤＣ／ＤＣコンバータのコンバータ通過パワー効率が著しく低下する領域を除いて機能させる故障検知領域設定部と、を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２４５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池システム等の電動システムは、ダイアグノーシス（自己診断機能）でコンバータの異常判定が行われる。しかし、コンバータの部品や基板上の素子が正常動作しない状態で自己診断が実施されると、異常判定が正確に行われなくなるおそれがある。
【０００５】
上記の特許文献１のシステムでは、コンバータ通過パワー効率が著しく低下する領域を除いて故障検知部を機能させることが記載されているが、このように、コンバータ通過パワー効率が著しく低下する領域を除いて故障検知部を機能させるだけでは、コンバータの部品や基板上の素子が正常動作しない状態で自己診断を禁止させて異常判定の誤検出を回避する条件としては不十分であった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、適切な状態のときだけに自己診断を実施して正確な異常判定を行わせることが可能な電動システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の電動システムは、電力供給源と、該電力供給源からの電力を昇圧する昇圧コンバータとを備え、
前記昇圧コンバータの各種状態を検出し、その検出結果に応じて前記昇圧コンバータを自己診断する電動システムであって、
前記昇圧コンバータの各種状態の検出結果の信頼性が低下している信頼性低下条件に当てはまる場合に、前記昇圧コンバータの自己診断が禁止される。
【０００８】
この構成によれば、自己診断で判定するための各種状態の検出結果の信頼性が低下しているときには、自己診断を禁止させるので、不適切な自己診断による誤検出を抑制することができる。
【０００９】
本発明の電動システムにおいて、前記昇圧コンバータは、複数のリアクトルを備えた多相コンバータであっても良い。
【００１０】
本発明の電動システムにおいて、前記自己診断の項目は、前記昇圧コンバータにおける過電流異常、素子過熱異常、回路異常及び過電圧異常であっても良い。
【００１１】
本発明の電動システムにおいて、前記昇圧コンバータの各種状態を検出する複数のセンサを備え、前記信頼性低下条件は、前記センサが接続された電源異常、前記センサが接続されたバッテリの電圧低下、前記センサが接続された駆動回路内電源の電圧低下、駆動回路のＡ／Ｄコンバータ異常、駆動回路のＣＰＵ起動直後であっても良い。
【００１２】
本発明の電動システムにおいて、燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池を前記電力供給源として備えても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電動システムによれば、適切な状態のときだけに自己診断を実施して正確な異常判定を行わせることが可能な電動システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る電動システムである燃料電池システムの概略回路図である。
【図２】過電流等の自己診断を説明するフローチャートである。
【図３】回路異常の自己診断を説明するフローチャートである。
【図４】出力側過電圧等の自己診断を説明するフローチャートである。
【図５】入力側過電圧等の自己診断を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電動システムの実施形態について説明する。なお、本実施形態では、本発明に係る電動システムとして、燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の燃料電池システムを例にとって説明する。
【００１６】
図１を参照して、本実施形態における燃料電池システムの構成について説明する。
図１に示すように、燃料電池システム１１は、反応ガスである酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池（電力供給源）１２を備えている。
【００１７】
燃料電池１２は、例えば、高分子電解質形燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの水素ガス流路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスである空気が供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。
【００１８】
この燃料電池１２は、車両を走行させるための駆動モータ（駆動源、負荷）１３に接続されており、駆動モータ１３へ電力を供給する。この燃料電池１２から駆動モータ１３への電力供給経路には、燃料電池１２側から順に、ＦＣ昇圧コンバータ（昇圧コンバータ）１４、コンデンサ１５及び駆動インバータ１６が接続されている。
【００１９】
このように、燃料電池システム１１では、燃料電池１２で発電された電力がＦＣ昇圧コンバータ１４で昇圧され、駆動インバータ１６を介して駆動モータ１３へ給電される。
【００２０】
ＦＣ昇圧コンバータ１４は、多相のコンバータであるマルチフェーズコンバータであり、複数（本例では４つ）のコンバート部３１ａ〜３１ｄを備えている。これらのコンバート部３１ａ〜３１ｄは、それぞれリアクトル３２、トランジスタ３３及びダイオード３４を備えている。
【００２１】
駆動モータ１３は、例えば三相交流モータであり、駆動モータ１３が接続された駆動インバータ１６は、直流電流を三相交流に変換し、駆動モータ１３に供給する。
【００２２】
また、燃料電池システム１１は、駆動モータ１３へ電力を供給するバッテリ２１を備えている。このバッテリ２１から駆動モータ１３への電力供給経路には、バッテリ昇圧コンバータ２３が接続されている。本発明に係る燃料電池システムは、このバッテリ昇圧コンバータ２３を備えていない構成であってもよい。
【００２３】
このバッテリ２１の電力供給経路は、燃料電池１２の電力供給経路に接続されており、バッテリ２１からの電力が駆動モータ１３へ供給可能とされている。
【００２４】
本実施形態のバッテリ昇圧コンバータ２３は、直流の電圧変換器であり、バッテリ２１から入力された直流電圧を調整して駆動モータ１３側へ出力する機能と、燃料電池１２または駆動モータ１３から入力された直流電圧を調整してバッテリ２１に出力する機能と、を有する。このようなバッテリ昇圧コンバータ２３の機能により、バッテリ２１の充放電が実現される。また、バッテリ昇圧コンバータ２３により、燃料電池１２の出力電圧が制御される。バッテリ２１は、余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。
【００２５】
燃料電池システム１１は、揮発性メモリ４０を有するＥＣＵ（制御部）４１を備えている。このＥＣＵ４１には、燃料電池１２、ＦＣ昇圧コンバータ１４、バッテリ２１、バッテリ昇圧コンバータ２３、駆動インバータ１６及び駆動モータ１３が接続されており、ＥＣＵ４１は、これらの燃料電池１２、ＦＣ昇圧コンバータ１４、バッテリ２１、バッテリ昇圧コンバータ２３、駆動インバータ１６及び駆動モータ１３を制御する。
【００２６】
マルチフェーズコンバータからなるＦＣ昇圧コンバータ１４は、駆動回路や保護回路等の回路を有する制御基板を搭載したＩＰＭ（Intelligent Power Module）を備えている。
【００２７】
そして、上記の燃料電池システム１１では、ＦＣ昇圧コンバータ１４のＩＰＭを自己診断するダイアグノーシス（自己診断機能）で異常判定が行われる。このダイアグノーシスは、ＦＣ昇圧コンバータ１４に設けられた各センサからの検出結果に基づいて実施される。
【００２８】
この自己診断の項目としては、過電流異常、素子過熱異常、回路異常及び過電圧異常がある。
【００２９】
過電流異常が生じた場合は、電流が正常値となれば回復し、また、素子過熱異常が生じた場合も、温度が正常値となれば回復する。しかし、回路異常が生じた場合は、ＩＰＭの回路自体に破損や欠陥が生じているため修理が必要となる。また、過電圧異常が生じた場合は、ＩＰＭの電気・電子部品の破損・損傷が生じるため、やはり、修理が必要となる。
【００３０】
例えば、燃料電池１２を備えた燃料電池システム１１では、燃料電池１２から大電流が流されるため、この燃料電池１２の電流を昇圧するＦＣ昇圧コンバータ１４としては、前述したような複数のコンバート部３１ａ〜３１ｄを備えた多相のコンバータであるマルチフェーズコンバータが用いられる。このような多相のコンバータでは、各相への電流を均等に分配させるようにしても、各相に流される電流にバラツキが生じて許容値を超えた電流が流されるおそれがある。また、トータルの電流値が許容値以内であっても、何れかの相の電流が低いと、他の相で許容値を超えた過電流が流されるおそれもある。したがって、ＦＣ昇圧コンバータ１４として多相のコンバータを備えたシステムでは、ＦＣ昇圧コンバータ１４における過電流異常を自己診断できることが好ましい。
【００３１】
自己診断のためのセンサとしては、リアクトル電流センサＳ１、ＩＰＭ素子温度センサＳ２、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５がある。
【００３２】
そして、自己診断機能では、リアクトル３２の電流が過電流である場合に過電流フラグが立てられ、トランジスタやダイオード等の素子の温度が過熱している場合に過熱フラグが立てられる。また、ＦＣ昇圧コンバータ１４の出力側の電圧（ＦＶＨ）が過電圧である場合にＦＶＨ過電圧フラグが立てられ、ＦＣ昇圧コンバータ１４の入力側の電圧（ＦＶＬ）が過電圧である場合にＦＶＬ過電圧フラグが立てられる。
【００３３】
リアクトル電流センサＳ１は、ＦＣ昇圧コンバータ１４に設けられた電源の＋極及び−極に接続されている。ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３は、ＩＰＭの駆動回路内の電源に接続されている。ＩＰＭ素子温度センサＳ２、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５は、ＩＰＭの回路に接続されたバッテリの電極に接続されている。
【００３４】
次に、各種の自己診断について説明する。
（過電流等の自己診断）
過電流等の自己診断について、図２のフローチャートに沿って説明する。
【００３５】
ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が診断開始時間（５０ｍｓ）以上継続すると、診断が開始される（ステップＳ０１）。
【００３６】
リアクトル電流センサＳ１からの検出結果に基づいて、リアクトル３２に過電流が流れているか否かの過電流判定を行う（ステップＳ０２）。
【００３７】
この過電流判定（ステップＳ０２）の結果、リアクトル３２に過電流が流れている（過電流フラグあり）と判定されると、過電流異常（ステップＳ０３）と診断する。
【００３８】
過電流判定（ステップＳ０２）の結果、リアクトル３２に過電流が流れていない（過電流フラグなし）と判定されると、ＩＰＭ素子温度センサＳ２からの検出結果に基づいて、ＩＰＭの素子が過熱状態であるか否かの過熱判定を行う（ステップＳ０４）。
【００３９】
この過熱判定（ステップＳ０４）の結果、ＩＰＭの素子が過熱状態である（過熱フラグあり）と判定されると、過熱異常（ステップＳ０５）と診断する。
【００４０】
過熱判定（ステップＳ０５）の結果、ＩＰＭの素子が過熱状態でない（過熱フラグなし）と判定されると、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満か否かの回路異常判定を行う（ステップＳ０６）。
【００４１】
この回路異常判定（ステップＳ０６）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満であると判定されると、過電流異常（ステップＳ０３）と診断する。
【００４２】
回路異常判定（ステップＳ０６）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）以上であると判定されると、ＩＰＭの回路異常（ステップＳ０７）と診断する。
【００４３】
なお、過電流異常または過熱異常は、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が復帰時間（２００ｍｓ）を経過した後に確定する。
【００４４】
（回路異常の自己診断）
回路異常の自己診断について、図３のフローチャートに沿って説明する。
【００４５】
ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が診断開始時間（５０ｍｓ）以上継続すると、診断が開始される（ステップＳ１１）。
【００４６】
ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が、重度回路異常判定時間（４００ｍｓ）未満でＩＰＭＦＡＩＬ状態が正常に復帰したか否かの回路異常判定を行う（ステップＳ１２）。
【００４７】
この回路異常判定（ステップＳ１２）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態が正常に復帰されたと判定されると、ＩＰＭの回路異常を確定しない（ステップＳ１３）。
【００４８】
回路異常判定（ステップＳ１２）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態が正常に復帰されていないと判定されると、ＩＰＭの回路異常を確定し（ステップＳ１４）、重度の回路異常と診断する。
【００４９】
（出力側過電圧等の自己診断）
出力側過電圧等の自己診断について、図４のフローチャートに沿って説明する。
【００５０】
ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が診断開始時間（５０ｍｓ）以上継続すると、診断が開始される（ステップＳ２１）。
【００５１】
出力側電圧センサＳ４からの検出結果に基づいて、出力電圧（ＦＶＨ）が過電圧であるか否かの出力過電圧判定を行う（ステップＳ２２）。
【００５２】
この出力過電圧判定（ステップＳ２２）の結果、出力電圧が過電圧である（ＦＶＨ過電圧フラグあり）と判定されると、過電圧異常（ステップＳ２３）と診断する。
【００５３】
出力過電圧判定（ステップＳ２２）の結果、出力電圧が過電圧でない（ＦＶＨ過電圧フラグなし）と判定されると、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満か否かの回路異常判定を行う（ステップＳ２４）。
【００５４】
この回路異常判定（ステップＳ２４）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満であると判定されると、過電圧異常（ステップＳ２３）と診断する。
【００５５】
回路異常判定（ステップＳ２４）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）以上であると判定されると、ＩＰＭの回路異常（ステップＳ２５）と診断する。
【００５６】
なお、過電圧異常は、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が復帰時間（２００ｍｓ）を経過した後に確定する。
【００５７】
（入力側過電圧等の自己診断）
入力側過電圧等の自己診断について、図５のフローチャートに沿って説明する。
【００５８】
ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が診断開始時間（５０ｍｓ）以上継続すると、診断が開始される（ステップＳ３１）。
【００５９】
入力側電圧センサＳ５からの検出結果に基づいて、入力電圧（ＦＶＬ）が過電圧であるか否かの入力過電圧判定を行う（ステップＳ３２）。
【００６０】
この入力過電圧判定（ステップＳ３２）の結果、入力電圧が過電圧である（ＦＶＬ過電圧フラグあり）と判定されると、過電圧異常（ステップＳ３３）と診断する。
【００６１】
入力過電圧判定（ステップＳ３２）の結果、入力電圧が過電圧でない（ＦＶＬ過電圧フラグなし）と判定されると、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満か否かの回路異常判定を行う（ステップＳ３４）。
【００６２】
この回路異常判定（ステップＳ３４）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満であると判定されると、過電圧異常（ステップＳ３３）と診断する。
【００６３】
回路異常判定（ステップＳ３４）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）以上であると判定されると、ＩＰＭの回路異常（ステップＳ３５）と診断する。
【００６４】
なお、過電圧異常は、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が復帰時間（２００ｍｓ）を経過した後に確定する。
【００６５】
ところで、前述したように、リアクトル電流センサＳ１は、ＦＣ昇圧コンバータ１４に設けられた電源の＋極及び−極に接続されている。ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３は、ＩＰＭの駆動回路内の電源に接続されている。ＩＰＭ素子温度センサＳ２、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５は、ＩＰＭの回路に接続されたバッテリの電極に接続されている。
【００６６】
このため、リアクトル電流センサＳ１は、ＦＣ昇圧コンバータ１４の電源に異常があると検出結果の信頼性が低下する。また、ＩＰＭ素子温度センサＳ２、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５は、バッテリの電圧が基準値より低下していると検出結果の信頼性が低下する。さらに、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３は、ＩＰＭの駆動回路内の電源の電圧が基準値より低下していると検出結果の信頼性が低下する。
【００６７】
このように、リアクトル電流センサＳ１、ＩＰＭ素子温度センサＳ２、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５の検出結果の信頼性が低下した状態で、これらのセンサＳ１〜Ｓ５の検出結果に基づいて自己診断を実施すると、過電流異常、素子過熱異常、回路異常及び過電圧異常を誤検出してしまうおそれがある。
【００６８】
このため、本実施形態では、リアクトル電流センサＳ１、ＩＰＭ素子温度センサＳ２、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５の信頼性が低下する条件が成立するときは、自己診断の機能保証が得られないため、自己診断を禁止する。
【００６９】
また、ＩＰＭ内の制御基板のＡ／Ｄコンバータに異常が生じている状態やＩＰＭのＣＰＵが起動直後（３００ｍｓ）である状態のときも、自己診断の機能保証が得られない場合がある。したがって、本実施形態では、このような状態のときも自己診断を禁止する。
【００７０】
具体的には、次の信頼性低下条件（１）〜（５）が設定されており、これらの信頼性低下条件（１）〜（５）のいずれかの条件が成立したときは、自己診断を禁止する。
【００７１】
（信頼性低下条件）
（１）ＦＣ昇圧コンバータ１４の電源異常
（２）バッテリの電圧低下
（３）ＩＰＭ駆動回路内電源の電圧低下
（４）Ａ／Ｄコンバータ異常
（５）ＣＰＵ起動直後（３００ｍｓ）
【００７２】
このように、上記実施形態に係る燃料電池システム１１からなる電動システムによれば、自己診断で判定するための各種状態の検出結果の信頼性が低下しているときには、自己診断を禁止させるので、不適切な自己診断による誤検出を抑制することができる。つまり、適切な状態のときだけに自己診断を実施して正確な異常判定を行わせることができる。
【００７３】
なお、信頼性低下条件（２）については、性能保証電圧からの断線に対して、ＩＰＭのＣＰＵで電圧低下フラグを立てる前にＦａｉｌ信号を出力しない。この電圧低下フラグは、バッテリの電圧モニタからの電圧値が所定値以下となったときに立てられる。これにより、ＦＣ昇圧コンバータ１４の上流側のリレーやコネクタなどの不具合で、ＦＣ昇圧コンバータ１４の交換が必要な異常と自己診断することが抑制される。
【００７４】
また、上記実施形態では、本発明を燃料電池システムに適用した場合を例示したが、本発明は、電動システムであれば、ハイブリッドシステムやプラグインハイブリッドシステム等にも適用可能である。
【００７５】
また、上述した実施形態においては、本発明に係る電動システムは、車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１１…燃料電池システム（電動システム）、１２…燃料電池（電力供給源）、１４…ＦＣ昇圧コンバータ（昇圧コンバータ）、３２…リアクトル、Ｓ１…リアクトル電流センサ（センサ）、Ｓ２…ＩＰＭ素子温度センサ（センサ）、Ｓ３…ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサ（センサ）、Ｓ４…出力側電圧センサ（センサ）、Ｓ５…入力側電圧センサ（センサ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給源からの電力を昇圧するコンバータを備えた電動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池システムとして、蓄電装置と燃料電池との間に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータの電流センサの故障を１次側電力と２次側電力の偏差により検知する故障検知部と、故障検知部をＤＣ／ＤＣコンバータのコンバータ通過パワー効率が著しく低下する領域を除いて機能させる故障検知領域設定部と、を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２４５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池システム等の電動システムは、ダイアグノーシス（自己診断機能）でコンバータの異常判定が行われる。しかし、コンバータの部品や基板上の素子が正常動作しない状態で自己診断が実施されると、異常判定が正確に行われなくなるおそれがある。
【０００５】
上記の特許文献１のシステムでは、コンバータ通過パワー効率が著しく低下する領域を除いて故障検知部を機能させることが記載されているが、このように、コンバータ通過パワー効率が著しく低下する領域を除いて故障検知部を機能させるだけでは、コンバータの部品や基板上の素子が正常動作しない状態で自己診断を禁止させて異常判定の誤検出を回避する条件としては不十分であった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、適切な状態のときだけに自己診断を実施して正確な異常判定を行わせることが可能な電動システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の電動システムは、電力供給源と、該電力供給源からの電力を昇圧する昇圧コンバータとを備え、
前記昇圧コンバータの各種状態を検出し、その検出結果に応じて前記昇圧コンバータを自己診断する電動システムであって、
前記昇圧コンバータの各種状態の検出結果の信頼性が低下している信頼性低下条件に当てはまる場合に、前記昇圧コンバータの自己診断が禁止される。
【０００８】
この構成によれば、自己診断で判定するための各種状態の検出結果の信頼性が低下しているときには、自己診断を禁止させるので、不適切な自己診断による誤検出を抑制することができる。
【０００９】
本発明の電動システムにおいて、前記昇圧コンバータは、複数のリアクトルを備えた多相コンバータであっても良い。
【００１０】
本発明の電動システムにおいて、前記自己診断の項目は、前記昇圧コンバータにおける過電流異常、素子過熱異常、回路異常及び過電圧異常であっても良い。
【００１１】
本発明の電動システムにおいて、前記昇圧コンバータの各種状態を検出する複数のセンサを備え、前記信頼性低下条件は、前記センサが接続された電源異常、前記センサが接続されたバッテリの電圧低下、前記センサが接続された駆動回路内電源の電圧低下、駆動回路のＡ／Ｄコンバータ異常、駆動回路のＣＰＵ起動直後であっても良い。
【００１２】
本発明の電動システムにおいて、燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池を前記電力供給源として備えても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電動システムによれば、適切な状態のときだけに自己診断を実施して正確な異常判定を行わせることが可能な電動システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る電動システムである燃料電池システムの概略回路図である。
【図２】過電流等の自己診断を説明するフローチャートである。
【図３】回路異常の自己診断を説明するフローチャートである。
【図４】出力側過電圧等の自己診断を説明するフローチャートである。
【図５】入力側過電圧等の自己診断を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電動システムの実施形態について説明する。なお、本実施形態では、本発明に係る電動システムとして、燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の燃料電池システムを例にとって説明する。
【００１６】
図１を参照して、本実施形態における燃料電池システムの構成について説明する。
図１に示すように、燃料電池システム１１は、反応ガスである酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池（電力供給源）１２を備えている。
【００１７】
燃料電池１２は、例えば、高分子電解質形燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの水素ガス流路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスである空気が供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。
【００１８】
この燃料電池１２は、車両を走行させるための駆動モータ（駆動源、負荷）１３に接続されており、駆動モータ１３へ電力を供給する。この燃料電池１２から駆動モータ１３への電力供給経路には、燃料電池１２側から順に、ＦＣ昇圧コンバータ（昇圧コンバータ）１４、コンデンサ１５及び駆動インバータ１６が接続されている。
【００１９】
このように、燃料電池システム１１では、燃料電池１２で発電された電力がＦＣ昇圧コンバータ１４で昇圧され、駆動インバータ１６を介して駆動モータ１３へ給電される。
【００２０】
ＦＣ昇圧コンバータ１４は、多相のコンバータであるマルチフェーズコンバータであり、複数（本例では４つ）のコンバート部３１ａ〜３１ｄを備えている。これらのコンバート部３１ａ〜３１ｄは、それぞれリアクトル３２、トランジスタ３３及びダイオード３４を備えている。
【００２１】
駆動モータ１３は、例えば三相交流モータであり、駆動モータ１３が接続された駆動インバータ１６は、直流電流を三相交流に変換し、駆動モータ１３に供給する。
【００２２】
また、燃料電池システム１１は、駆動モータ１３へ電力を供給するバッテリ２１を備えている。このバッテリ２１から駆動モータ１３への電力供給経路には、バッテリ昇圧コンバータ２３が接続されている。本発明に係る燃料電池システムは、このバッテリ昇圧コンバータ２３を備えていない構成であってもよい。
【００２３】
このバッテリ２１の電力供給経路は、燃料電池１２の電力供給経路に接続されており、バッテリ２１からの電力が駆動モータ１３へ供給可能とされている。
【００２４】
本実施形態のバッテリ昇圧コンバータ２３は、直流の電圧変換器であり、バッテリ２１から入力された直流電圧を調整して駆動モータ１３側へ出力する機能と、燃料電池１２または駆動モータ１３から入力された直流電圧を調整してバッテリ２１に出力する機能と、を有する。このようなバッテリ昇圧コンバータ２３の機能により、バッテリ２１の充放電が実現される。また、バッテリ昇圧コンバータ２３により、燃料電池１２の出力電圧が制御される。バッテリ２１は、余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。
【００２５】
燃料電池システム１１は、揮発性メモリ４０を有するＥＣＵ（制御部）４１を備えている。このＥＣＵ４１には、燃料電池１２、ＦＣ昇圧コンバータ１４、バッテリ２１、バッテリ昇圧コンバータ２３、駆動インバータ１６及び駆動モータ１３が接続されており、ＥＣＵ４１は、これらの燃料電池１２、ＦＣ昇圧コンバータ１４、バッテリ２１、バッテリ昇圧コンバータ２３、駆動インバータ１６及び駆動モータ１３を制御する。
【００２６】
マルチフェーズコンバータからなるＦＣ昇圧コンバータ１４は、駆動回路や保護回路等の回路を有する制御基板を搭載したＩＰＭ（Intelligent Power Module）を備えている。
【００２７】
そして、上記の燃料電池システム１１では、ＦＣ昇圧コンバータ１４のＩＰＭを自己診断するダイアグノーシス（自己診断機能）で異常判定が行われる。このダイアグノーシスは、ＦＣ昇圧コンバータ１４に設けられた各センサからの検出結果に基づいて実施される。
【００２８】
この自己診断の項目としては、過電流異常、素子過熱異常、回路異常及び過電圧異常がある。
【００２９】
過電流異常が生じた場合は、電流が正常値となれば回復し、また、素子過熱異常が生じた場合も、温度が正常値となれば回復する。しかし、回路異常が生じた場合は、ＩＰＭの回路自体に破損や欠陥が生じているため修理が必要となる。また、過電圧異常が生じた場合は、ＩＰＭの電気・電子部品の破損・損傷が生じるため、やはり、修理が必要となる。
【００３０】
例えば、燃料電池１２を備えた燃料電池システム１１では、燃料電池１２から大電流が流されるため、この燃料電池１２の電流を昇圧するＦＣ昇圧コンバータ１４としては、前述したような複数のコンバート部３１ａ〜３１ｄを備えた多相のコンバータであるマルチフェーズコンバータが用いられる。このような多相のコンバータでは、各相への電流を均等に分配させるようにしても、各相に流される電流にバラツキが生じて許容値を超えた電流が流されるおそれがある。また、トータルの電流値が許容値以内であっても、何れかの相の電流が低いと、他の相で許容値を超えた過電流が流されるおそれもある。したがって、ＦＣ昇圧コンバータ１４として多相のコンバータを備えたシステムでは、ＦＣ昇圧コンバータ１４における過電流異常を自己診断できることが好ましい。
【００３１】
自己診断のためのセンサとしては、リアクトル電流センサＳ１、ＩＰＭ素子温度センサＳ２、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５がある。
【００３２】
そして、自己診断機能では、リアクトル３２の電流が過電流である場合に過電流フラグが立てられ、トランジスタやダイオード等の素子の温度が過熱している場合に過熱フラグが立てられる。また、ＦＣ昇圧コンバータ１４の出力側の電圧（ＦＶＨ）が過電圧である場合にＦＶＨ過電圧フラグが立てられ、ＦＣ昇圧コンバータ１４の入力側の電圧（ＦＶＬ）が過電圧である場合にＦＶＬ過電圧フラグが立てられる。
【００３３】
リアクトル電流センサＳ１は、ＦＣ昇圧コンバータ１４に設けられた電源の＋極及び−極に接続されている。ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３は、ＩＰＭの駆動回路内の電源に接続されている。ＩＰＭ素子温度センサＳ２、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５は、ＩＰＭの回路に接続されたバッテリの電極に接続されている。
【００３４】
次に、各種の自己診断について説明する。
（過電流等の自己診断）
過電流等の自己診断について、図２のフローチャートに沿って説明する。
【００３５】
ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が診断開始時間（５０ｍｓ）以上継続すると、診断が開始される（ステップＳ０１）。
【００３６】
リアクトル電流センサＳ１からの検出結果に基づいて、リアクトル３２に過電流が流れているか否かの過電流判定を行う（ステップＳ０２）。
【００３７】
この過電流判定（ステップＳ０２）の結果、リアクトル３２に過電流が流れている（過電流フラグあり）と判定されると、過電流異常（ステップＳ０３）と診断する。
【００３８】
過電流判定（ステップＳ０２）の結果、リアクトル３２に過電流が流れていない（過電流フラグなし）と判定されると、ＩＰＭ素子温度センサＳ２からの検出結果に基づいて、ＩＰＭの素子が過熱状態であるか否かの過熱判定を行う（ステップＳ０４）。
【００３９】
この過熱判定（ステップＳ０４）の結果、ＩＰＭの素子が過熱状態である（過熱フラグあり）と判定されると、過熱異常（ステップＳ０５）と診断する。
【００４０】
過熱判定（ステップＳ０５）の結果、ＩＰＭの素子が過熱状態でない（過熱フラグなし）と判定されると、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満か否かの回路異常判定を行う（ステップＳ０６）。
【００４１】
この回路異常判定（ステップＳ０６）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満であると判定されると、過電流異常（ステップＳ０３）と診断する。
【００４２】
回路異常判定（ステップＳ０６）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）以上であると判定されると、ＩＰＭの回路異常（ステップＳ０７）と診断する。
【００４３】
なお、過電流異常または過熱異常は、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が復帰時間（２００ｍｓ）を経過した後に確定する。
【００４４】
（回路異常の自己診断）
回路異常の自己診断について、図３のフローチャートに沿って説明する。
【００４５】
ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が診断開始時間（５０ｍｓ）以上継続すると、診断が開始される（ステップＳ１１）。
【００４６】
ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が、重度回路異常判定時間（４００ｍｓ）未満でＩＰＭＦＡＩＬ状態が正常に復帰したか否かの回路異常判定を行う（ステップＳ１２）。
【００４７】
この回路異常判定（ステップＳ１２）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態が正常に復帰されたと判定されると、ＩＰＭの回路異常を確定しない（ステップＳ１３）。
【００４８】
回路異常判定（ステップＳ１２）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態が正常に復帰されていないと判定されると、ＩＰＭの回路異常を確定し（ステップＳ１４）、重度の回路異常と診断する。
【００４９】
（出力側過電圧等の自己診断）
出力側過電圧等の自己診断について、図４のフローチャートに沿って説明する。
【００５０】
ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が診断開始時間（５０ｍｓ）以上継続すると、診断が開始される（ステップＳ２１）。
【００５１】
出力側電圧センサＳ４からの検出結果に基づいて、出力電圧（ＦＶＨ）が過電圧であるか否かの出力過電圧判定を行う（ステップＳ２２）。
【００５２】
この出力過電圧判定（ステップＳ２２）の結果、出力電圧が過電圧である（ＦＶＨ過電圧フラグあり）と判定されると、過電圧異常（ステップＳ２３）と診断する。
【００５３】
出力過電圧判定（ステップＳ２２）の結果、出力電圧が過電圧でない（ＦＶＨ過電圧フラグなし）と判定されると、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満か否かの回路異常判定を行う（ステップＳ２４）。
【００５４】
この回路異常判定（ステップＳ２４）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満であると判定されると、過電圧異常（ステップＳ２３）と診断する。
【００５５】
回路異常判定（ステップＳ２４）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）以上であると判定されると、ＩＰＭの回路異常（ステップＳ２５）と診断する。
【００５６】
なお、過電圧異常は、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が復帰時間（２００ｍｓ）を経過した後に確定する。
【００５７】
（入力側過電圧等の自己診断）
入力側過電圧等の自己診断について、図５のフローチャートに沿って説明する。
【００５８】
ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が診断開始時間（５０ｍｓ）以上継続すると、診断が開始される（ステップＳ３１）。
【００５９】
入力側電圧センサＳ５からの検出結果に基づいて、入力電圧（ＦＶＬ）が過電圧であるか否かの入力過電圧判定を行う（ステップＳ３２）。
【００６０】
この入力過電圧判定（ステップＳ３２）の結果、入力電圧が過電圧である（ＦＶＬ過電圧フラグあり）と判定されると、過電圧異常（ステップＳ３３）と診断する。
【００６１】
入力過電圧判定（ステップＳ３２）の結果、入力電圧が過電圧でない（ＦＶＬ過電圧フラグなし）と判定されると、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３からの信号に基づいて、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満か否かの回路異常判定を行う（ステップＳ３４）。
【００６２】
この回路異常判定（ステップＳ３４）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）未満であると判定されると、過電圧異常（ステップＳ３３）と診断する。
【００６３】
回路異常判定（ステップＳ３４）の結果、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が回路異常判定時間（２００ｍｓ）以上であると判定されると、ＩＰＭの回路異常（ステップＳ３５）と診断する。
【００６４】
なお、過電圧異常は、ＩＰＭＦＡＩＬ状態の異常の継続時間が復帰時間（２００ｍｓ）を経過した後に確定する。
【００６５】
ところで、前述したように、リアクトル電流センサＳ１は、ＦＣ昇圧コンバータ１４に設けられた電源の＋極及び−極に接続されている。ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３は、ＩＰＭの駆動回路内の電源に接続されている。ＩＰＭ素子温度センサＳ２、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５は、ＩＰＭの回路に接続されたバッテリの電極に接続されている。
【００６６】
このため、リアクトル電流センサＳ１は、ＦＣ昇圧コンバータ１４の電源に異常があると検出結果の信頼性が低下する。また、ＩＰＭ素子温度センサＳ２、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５は、バッテリの電圧が基準値より低下していると検出結果の信頼性が低下する。さらに、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３は、ＩＰＭの駆動回路内の電源の電圧が基準値より低下していると検出結果の信頼性が低下する。
【００６７】
このように、リアクトル電流センサＳ１、ＩＰＭ素子温度センサＳ２、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５の検出結果の信頼性が低下した状態で、これらのセンサＳ１〜Ｓ５の検出結果に基づいて自己診断を実施すると、過電流異常、素子過熱異常、回路異常及び過電圧異常を誤検出してしまうおそれがある。
【００６８】
このため、本実施形態では、リアクトル電流センサＳ１、ＩＰＭ素子温度センサＳ２、ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサＳ３、出力側電圧センサＳ４及び入力側電圧センサＳ５の信頼性が低下する条件が成立するときは、自己診断の機能保証が得られないため、自己診断を禁止する。
【００６９】
また、ＩＰＭ内の制御基板のＡ／Ｄコンバータに異常が生じている状態やＩＰＭのＣＰＵが起動直後（３００ｍｓ）である状態のときも、自己診断の機能保証が得られない場合がある。したがって、本実施形態では、このような状態のときも自己診断を禁止する。
【００７０】
具体的には、次の信頼性低下条件（１）〜（５）が設定されており、これらの信頼性低下条件（１）〜（５）のいずれかの条件が成立したときは、自己診断を禁止する。
【００７１】
（信頼性低下条件）
（１）ＦＣ昇圧コンバータ１４の電源異常
（２）バッテリの電圧低下
（３）ＩＰＭ駆動回路内電源の電圧低下
（４）Ａ／Ｄコンバータ異常
（５）ＣＰＵ起動直後（３００ｍｓ）
【００７２】
このように、上記実施形態に係る燃料電池システム１１からなる電動システムによれば、自己診断で判定するための各種状態の検出結果の信頼性が低下しているときには、自己診断を禁止させるので、不適切な自己診断による誤検出を抑制することができる。つまり、適切な状態のときだけに自己診断を実施して正確な異常判定を行わせることができる。
【００７３】
なお、信頼性低下条件（２）については、性能保証電圧からの断線に対して、ＩＰＭのＣＰＵで電圧低下フラグを立てる前にＦａｉｌ信号を出力しない。この電圧低下フラグは、バッテリの電圧モニタからの電圧値が所定値以下となったときに立てられる。これにより、ＦＣ昇圧コンバータ１４の上流側のリレーやコネクタなどの不具合で、ＦＣ昇圧コンバータ１４の交換が必要な異常と自己診断することが抑制される。
【００７４】
また、上記実施形態では、本発明を燃料電池システムに適用した場合を例示したが、本発明は、電動システムであれば、ハイブリッドシステムやプラグインハイブリッドシステム等にも適用可能である。
【００７５】
また、上述した実施形態においては、本発明に係る電動システムは、車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１１…燃料電池システム（電動システム）、１２…燃料電池（電力供給源）、１４…ＦＣ昇圧コンバータ（昇圧コンバータ）、３２…リアクトル、Ｓ１…リアクトル電流センサ（センサ）、Ｓ２…ＩＰＭ素子温度センサ（センサ）、Ｓ３…ＩＰＭＦＡＩＬ状態時間検出センサ（センサ）、Ｓ４…出力側電圧センサ（センサ）、Ｓ５…入力側電圧センサ（センサ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給源と、該電力供給源からの電力を昇圧する昇圧コンバータとを備え、
前記昇圧コンバータの各種状態を検出し、その検出結果に応じて前記昇圧コンバータを自己診断する電動システムであって、
前記昇圧コンバータの各種状態の検出結果の信頼性が低下している信頼性低下条件に当てはまる場合に、前記昇圧コンバータの自己診断が禁止される電動システム。
【請求項２】
前記昇圧コンバータは、複数のリアクトルを備えた多相コンバータである請求項１に記載の電動システム。
【請求項３】
前記自己診断の項目は、前記昇圧コンバータにおける過電流異常、素子過熱異常、回路異常及び過電圧異常である請求項１または請求項２に記載の電動システム。
【請求項４】
前記昇圧コンバータの各種状態を検出する複数のセンサを備え、
前記信頼性低下条件は、前記センサが接続された電源異常、前記センサが接続されたバッテリの電圧低下、前記センサが接続された駆動回路内電源の電圧低下、駆動回路のＡ／Ｄコンバータ異常、駆動回路のＣＰＵ起動直後である請求項１から３のいずれか一項に記載の電動システム。
【請求項５】
燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池を前記電力供給源として備えた請求項１から４のいずれか一項に記載の電動システム。
【請求項１】
電力供給源と、該電力供給源からの電力を昇圧する昇圧コンバータとを備え、
前記昇圧コンバータの各種状態を検出し、その検出結果に応じて前記昇圧コンバータを自己診断する電動システムであって、
前記昇圧コンバータの各種状態の検出結果の信頼性が低下している信頼性低下条件に当てはまる場合に、前記昇圧コンバータの自己診断が禁止される電動システム。
【請求項２】
前記昇圧コンバータは、複数のリアクトルを備えた多相コンバータである請求項１に記載の電動システム。
【請求項３】
前記自己診断の項目は、前記昇圧コンバータにおける過電流異常、素子過熱異常、回路異常及び過電圧異常である請求項１または請求項２に記載の電動システム。
【請求項４】
前記昇圧コンバータの各種状態を検出する複数のセンサを備え、
前記信頼性低下条件は、前記センサが接続された電源異常、前記センサが接続されたバッテリの電圧低下、前記センサが接続された駆動回路内電源の電圧低下、駆動回路のＡ／Ｄコンバータ異常、駆動回路のＣＰＵ起動直後である請求項１から３のいずれか一項に記載の電動システム。
【請求項５】
燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池を前記電力供給源として備えた請求項１から４のいずれか一項に記載の電動システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９９０２５（Ｐ２０１３−９９０２５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７２１７（Ｐ２０１１−２３７２１７）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【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２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【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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