| 【発明の名称】 |
車載用キャパシタの性能診断方法および車両用電動システム |
| 【発明者】 |
【氏名】丸山 宜之
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】車載されたキャパシタに蓄電されたエネルギーを利用する車両用電動システムにおいて、車載用キャパシタの性能診断を、簡便かつ短時間に行なう。
【解決手段】車載用キャパシタ８０ａ，８０ｂの充電電流を精密抵抗７０の電圧値から求め、システム起動後の充電電流と各車載用キャパシタ８０ａ，８０ｂの電圧の初期変化に基づいて、車載用キャパシタ８０ａ，８０ｂそれぞれの静電容量又は内部抵抗を求める。この静電容量又は内部抵抗が所定の許容範囲内であるか否かによって、車載用キャパシタ８０ａ，８０ｂの性能診断が行なわれる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車載されたキャパシタに蓄電されたエネルギーを利用する車両用電動システムにおいて、前記車載用キャパシタの性能診断を行なう方法であって、前記車両用電動システムの起動にともなって前記車載用キャパシタの充電が開始されたときの、前記車載用キャパシタに流れる電流の初期変化および前記車載用キャパシタの電圧の初期変化を検出する状態変化検出工程と、検出された電流変化および電圧変化に基づいて、前記車載用キャパシタの性能の良否を判定する性能判定工程と、前記車載用キャパシタ性能の判定結果を報知する判定結果報知工程と、を備えることを特徴とする車載用キャパシタの性能診断方法。
【請求項２】 前記状態変化検出工程において、前記電流の初期変化は、前記車載用キャパシタに直列に接続された精密抵抗間の電圧に基づいて検出されることを特徴とする請求項１に記載の車載用キャパシタの性能診断方法。
【請求項３】 前記性能判定工程において、前記車載用キャパシタの性能の良否の判定は、検出された電流変化および電圧変化に基づいて算出される前記車載用キャパシタの静電容量が所定の許容範囲内か否かによって実施されることを特徴とする請求項１または２に記載の車載用キャパシタの性能診断方法。
【請求項４】 前記性能判定工程において、前記車載用キャパシタの性能の良否の判定は、検出された電流変化および電圧変化に基づいて算出される前記車載用キャパシタの内部抵抗が所定の許容範囲内か否かによって実施されることを特徴とする請求項１または２に記載の車載用キャパシタの性能診断方法。
【請求項５】 車載されたキャパシタに蓄電されたエネルギーを利用する車両用電動システムであって、前記車載用キャパシタに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記車載用キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、前記車両用電動システムの起動にともなって前記車載用キャパシタの充電が開始されたときの、前記車載用キャパシタに流れる電流の初期変化および前記車載用キャパシタの電圧の初期変化を前記電流電圧検出手段を用いて検出する状態変化検出手段と、検出された電流変化および電圧変化に基づいて、前記車載用キャパシタの性能の良否を判定する性能判定手段と、前記車載用キャパシタ性能の判定結果を報知する判定結果報知手段と、を備えることを特徴とする車両用電動システム。
【請求項６】 前記電流検出手段は、前記車載用キャパシタに直列に接続された精密抵抗間の電圧に基づいて電流を検出することを特徴とする請求項５に記載の車両用電動システム。
【請求項７】 前記性能判定手段は、検出された電流変化および電圧変化に基づいて算出される前記車載用キャパシタの静電容量が所定の許容範囲内か否かによって、前記車載用キャパシタの性能の良否判定を行なうことを特徴とする請求項５または６に記載の車両用電動システム。
【請求項８】 前記性能判定手段は、検出された電流変化および電圧変化に基づいて算出される前記車載用キャパシタの内部抵抗が所定の許容範囲内か否かによって、前記車載用キャパシタの性能の良否判定を行なうことを特徴とする請求項５または６に記載の車両用電動システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車載用キャパシタの性能診断方法および車両用電動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車（いわゆるハイブリッド車を含む）においては、バッテリからの電力をインバータを用いて、交流電流に変換する。そして、この交流電流によって車両走行用のモータが駆動する。ここで、モータは車両走行用であるので、高出力であり、大電流が流れる。そこで、インバータへ供給する直流電圧を維持するために、インバータの入力側にキャパシタが配置される。
【０００３】モータを正常に駆動させるためには、このキャパシタが正常に機能していなけばならない。このため、電気自動車を起動させる際の車両のシステムチェックにおいても、キャパシタが正常であるか否かを診断することが必要である。
【０００４】キャパシタの診断方法としては、充電に要する時間と、充電電流および電圧から静電容量を求めることによって不具合の判定を行なうことが知られている（たとえば、特開２０００−２７８８０２号公報参照）。
【０００５】また、キャパシタの診断方法としては、キャパシタの充電電流を制御できる充放電機能を備え、キャパシタに一定電流を流したときの電圧変化を調べることによって不具合の判定を行なうことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】通常、キャパシタが満充電になるには５分〜１０分程度の時間を要するので、電気自動車を起動させる際の車両のシステムチェックにおいて、充電に要する時間と、充電電流および電圧から静電容量を求めることによって不具合の判定をするとシステムチェックに多大な時間がかかってしまい、現実的ではなかった。
【０００７】また、キャパシタの充電電流を制御できる充放電機能を用いて、キャパシタの不具合の判定をする場合には、別途充放電機能が必要であり、構成が複雑となりコストアップとなっていた。
【０００８】そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる車載用キャパシタの性能診断方法および車両用電動システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、車載されたキャパシタに蓄電されたエネルギーを利用する車両用電動システムにおいて、前記車載用キャパシタの性能診断を行なう方法であって、前記車両用電動システムの起動にともなって前記車載用キャパシタの充電が開始されたときの、前記車載用キャパシタに流れる電流の初期変化および前記車載用キャパシタの電圧の初期変化を検出する状態変化検出工程と、検出された電流変化および電圧変化に基づいて、前記車載用キャパシタの性能の良否を判定する性能判定工程と、前記車載用キャパシタ性能の判定結果を報知する判定結果報知工程と、を備える。
【００１０】また、本発明は、前記状態変化検出工程において、前記電流の初期変化は、前記車載用キャパシタに直列に接続された精密抵抗間の電圧に基づいて検出されてもよい。
【００１１】また、本発明は、前記性能判定工程において、前記車載用キャパシタの性能の良否の判定は、検出された電流変化および電圧変化に基づいて算出される前記車載用キャパシタの静電容量が所定の許容範囲内か否かによって実施されてもよい。また、前記性能判定工程において、前記車載用キャパシタの性能の良否の判定は、検出された電流変化および電圧変化に基づいて算出される前記車載用キャパシタの内部抵抗が所定の許容範囲内か否かによって実施されてもよい。
【００１２】本発明は、車載されたキャパシタに蓄電されたエネルギーを利用する車両用電動システムであって、前記車載用キャパシタに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記車載用キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、前記車両用電動システムの起動にともなって前記車載用キャパシタの充電が開始されたときの、前記車載用キャパシタに流れる電流の初期変化および前記車載用キャパシタの電圧の初期変化を前記電流電圧検出手段を用いて検出する状態変化検出手段と、検出された電流変化および電圧変化に基づいて、前記車載用キャパシタの性能の良否を判定する性能判定手段と、前記車載用キャパシタ性能の判定結果を報知する判定結果報知手段と、を備える。
【００１３】また、本発明は、前記電流検出手段は、前記車載用キャパシタに直列に接続された精密抵抗間の電圧に基づいて電流を検出してもよい。
【００１４】また、本発明の前記性能判定手段は、検出された電流変化および電圧変化に基づいて算出される前記車載用キャパシタの静電容量が所定の許容範囲内か否かによって、前記車載用キャパシタの性能の良否判定を行なってもよい。また、前記性能判定手段は、検出された電流変化および電圧変化に基づいて算出される前記車載用キャパシタの内部抵抗が所定の許容範囲内か否かによって、前記車載用キャパシタの性能の良否判定を行なってもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。
【００１６】図１は、実施形態に係る車載用キャパシタの性能診断方法が適用されるモータ駆動システム１０の概略構成図である。バッテリ２０は、多数の電池セルからなる組電池であり約３００Ｖの出力電圧を有する。バッテリ２０の正極は、ＳＭＲ（システムメインリレー）３０を介して、インバータ回路４０の一端と接続されている。また、バッテリ２０の負極は、ＳＭＲ３２を介して、インバータ回路４０の他端と接続されている。このインバータ回路４０には、３相交流誘導モータ５０が負荷として接続されている。従って、ＳＭＲ３０およびＳＭＲ３２をオンすることにより、インバータ回路４０に電力が供給され、インバータ回路４０のスイッチング制御により三相交流が発生する。この３相交流によって３相交流誘導モータ５０が駆動し、車両が走行する。
【００１７】インバータ回路４０の直流電源側端子間には、放電抵抗６０並びに直列接続された精密抵抗７０、車載用キャパシタ８０ａ、および車載用キャパシタ８０ｂがそれぞれ接続されている。車載用キャパシタ８０ａ、および車載用キャパシタ８０ｂの最大電圧は、約２．５Ｖである。本実施形態では、説明を簡単にするために、車載用キャパシタの数は２個であるが、車載用キャパシタの個数は例えば７個が好適である。車載用キャパシタ８０ａ、および車載用キャパシタ８０ｂは、ＳＭＲ３０およびＳＭＲ３２をオンすることにより充電される。
【００１８】また、精密抵抗７０、車載用キャパシタ８０ａ、および車載用キャパシタ８０ｂには、それぞれの両端電圧を検出する電圧計９０、９２、９４が設置されている。電圧計９０、９２、９４で検出された電圧信号は、後述する車載用キャパシタ性能診断部１００に送信される。
【００１９】車載用キャパシタ性能診断部１００は、システム起動開始後に、電圧計９０、９２、９４からの電圧信号に基づいて、車載用キャパシタ８０ａ、８０ｂの性能診断を行う。車載用キャパシタ性能診断部１００での性能診断は、システム起動開始後の充電電流と各車載用キャパシタの両端電圧とから、各車載用キャパシタの静電容量又は内部抵抗を算出し、算出結果が所定の許容範囲内であるか否かを判定することによって行なわれる。
【００２０】図２のフローチャートを用いて、モータ駆動システム１０における車載用キャパシタの性能診断処理を説明する。
【００２１】まず、モータ駆動システム１０の起動に伴って、車載用キャパシタ８０ａ、８０ｂの充電が開始される（Ｓ１０）。
【００２２】車載用キャパシタ８０ａ、８０ｂの充電開始後の精密抵抗７０および車載用キャパシタ８０ａ、８０ｂの両端電圧の検出結果は、車載用キャパシタ性能診断部１００に順次送信される。この検出結果に基づいて、車載用キャパシタ性能診断部１００は、車載用キャパシタ８０ａ、８０ｂの性能診断を行なう（Ｓ２０）。
【００２３】次に、車載用キャパシタ８０ａ、８０ｂの性能診断について具体的に説明する。
【００２４】ここで、時刻ｔにおける精密抵抗７０の両端電圧をΔＶｒ（ｔ）とし、時刻ｔにおける車載用キャパシタ８０ａ、８０ｂの両端電圧（車載用キャパシタ電圧）をそれぞれΔＶ１（ｔ）、ΔＶ２（ｔ）とする。時刻ｔにおける車載用キャパシタ８０ａ、８０ｂに流れる充電電流を、Ｉ（ｔ）とする。また、車載用キャパシタ８０ａ、８０ｂの静電容量を、それぞれ、Ｃ１，Ｃ２とし、内部抵抗を、それぞれ、Ｒ１，Ｒ２とする。
【００２５】図３は、システム起動後の充電電流Ｉ（ｔ）の変化を示すグラフであり、図４は、システム起動後の車載用キャパシタ８０ａの車載用キャパシタ電圧△Ｖ１（ｔ）の変化を示すグラフである。充電電流Ｉ（ｔ）は、時刻０（システム起動時）における電流値Ｉ（０）から徐々に減少し、時刻Ｔにおいておいて０になる。また、車載用キャパシタ電圧ΔＶ１（ｔ）は、時刻０（システム起動時）における電圧値ΔＶ１（０）から充電により徐々に増加し、時刻Ｔにおいてフル充電状態になり、電圧値△Ｖ１（Ｔ）になる。
【００２６】充電電流Ｉ（ｔ）は、精密抵抗７０の両端電圧ΔＶｒ（ｔ）を用いて、式（１）により精度良く求められる。
【数１】
【００２７】時刻ｔにおける静電容量Ｃ１、Ｃ２は、式（１）で求めた充電電流Ｉ（ｔ）、ΔＶｎ（０）およびΔＶｎ（ｔ）を用いて、式（２）により求められる。
【数２】
【００２８】ここで、ｎ＝１または２である。
【００２９】また、時刻ｔにおける内部抵抗Ｒ１、Ｒ２は、式（１）から求められた充電電流Ｉ（ｔ）、Ｉ（０）、ΔＶｎ（０）およびΔＶｎ（ｔ）を用いて、式（３）により求められる。
【数３】
【００３０】車載用キャパシタ性能診断部１００は、算出された静電容量Ｃ１、Ｃ２および内部抵抗Ｒ１、Ｒ２が所定の許容範囲内であるかを調べ（Ｓ３０）、許容範囲内である場合には正常と判定し、システムの起動が正常に完了される（Ｓ４０）。また、いずれかの算出結果が許容範囲外の場合には、その車載用キャパシタは異常であると判定し、システムの起動が中断されるとともに、ユーザに判定結果が通知される（Ｓ５０）。
【００３１】通常、上記車載用キャパシタの性能診断において、時刻ｔは１秒程度で十分であり、システム起動から車載用キャパシタの性能診断までに要する時間も１秒程度という短時間で済む。このため、システム起動をよりスムースに行なうことができる。
【００３２】また、システムの起動後の充電電流および電圧の初期変化に基づいて車載用キャパシタの性能診断を行なうことができるため、車載用キャパシタの性能診断用の電流等の制御が不要であり、簡便な構成で診断が実行できる。
【００３３】なお、応用例として、車載用キャパシタに蓄積されたエネルギーが放出されてモータ等の負荷が駆動する際に、上記実施形態と同様に、放電後の車載用キャパシタに流れる電流、および電圧の初期変化を検出することにより、車載用キャパシタの静電容量および内部抵抗を算出し、この値が所定の許容範囲内であるか否かによって、車載用キャパシタの性能診断を行なうこともできる。
【００３４】
【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明によれば、車載されたキャパシタに蓄電されたエネルギーを利用する車両用電動システムにおいて、前記車載用キャパシタの性能診断を、簡便かつ短時間に行なうことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
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| 【出願日】 |
平成１４年１月２５日（２００２．１．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２２４９０２（Ｐ２００３−２２４９０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年８月８日（２００３．８．８） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１７３３１（Ｐ２００２−１７３３１） |
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