JP2009298220A - 漏電検出システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】漏電検出の誤検出や誤作動を防止できる漏電検出システム及び方法を提供する。
【解決手段】高電圧を制御する電子制御ユニット(ECU)を含む複数の電子制御ユニット(ECU)と、該電子制御ユニット(ECU)間で情報の授受を行う通信ネットワークを具備する高電圧の漏電検出を行うシステムにおいて、漏電検出操作を実行する前に、少なくとも前記電子制御ユニット(ECU)の1つについて故障が存在していないことと、前記通信ネットワークによる前記電子制御ユニット(ECU)間の通信が正常に行われたことを確認した場合に、漏電検出操作を実行することを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、漏電検出システム及び方法に関するものであり、特に、自動車エアコン用電動コンプレッサにおける漏電検出システムに使用されるのに好適である。
ハイブリッド車や燃料電池車等では、特許文献1に示すように、制御機能を分割して複数のECUに割り付けるようにしたものが知られている。このような車両において、ECU間におけるデータや情報の転送、交換は、一般的には、CAN(Controller Area Network)やLIN(Local Interconnect Network)といったシリアル通信を使って行われている。
ハイブリッド車は、駆動力を発生するための走行用駆動源として、電力により駆動される電気モータである車両駆動用モータと、ガソリンなどを燃料とする内燃機関である車両駆動用エンジンとを備えている。車両駆動用エンジンを制御するECU(Electronic Control Unit)や、高電圧バッテリを操作するECUや、高電圧を使ってモータ等のアクチュエータを制御するECU等により、発進時および低速走行時には車両用モータからの駆動力のみにより走行し、通常走行時にはエンジン又は車両用モータのいずれかの駆動力により走行する。車両の空調装置は、ハイブリッド車の車室内を空調するためのエアコンユニットと、エアコンユニットを構成するエアコンECU等から成り、この空調装置は車室内の温度を設定温度に保つように制御している。
このようなハイブリッド車では、走行用モータ駆動用の電池の電圧が200V以上の高電圧バッテリを使っている事例が多く、部品交換や点検等のメンテナンス時において 誤って感電しない方策を確立することが重要となってきている。このような方策の一例として、ボンネットを開けると、開いたことを検知するスイッチを設けたものが、実用化されている。このスイッチにより、高電圧バッテリを制御する高電圧制御ECUが、高電圧バッテリからの車両内への電力供給を遮断する。
さらに、感電防止をレベルアップさせるためには、前記のメカニカルなスイッチによる遮断だけでなく 高電圧を扱う複数のECUを利用した別の遮断手段が要望されてきている。しかしながら、ECU間通信を利用した遮断システムでは、ECU間通信に異常があってECU間相互に確実な制御連携ができないと、漏電検出や電力遮断制御において誤検出や誤作動の恐れが生じてしまう。
特に、コンプレッサ制御ECUの場合は、通信ネットワーク制御 ECUのような上位ECUから「漏電検出モードに移行」しろという指令を受け取ると、INV−ECUを漏電検出モードに移行させる。上位ECUとコンプレッサECUとは車内ネットワークを介して接続されているため、コンプレッサECUが受け取る信号は常に正しいとは限らない。ノイズなどの外乱により上位ECUから「漏電検出モードに移行」という信号を受けていないにも関わらず、INV−ECUを漏電検出モードに移行すると、INV−ECUはコンプレッサを駆動できなくなり、車室内の空調を継続できなくなる。
さらに、CAN等の通信ネットワークの異常を確認せずに実行すると、複数のECUが相互に連携して行う漏電故障検出では相手のECUの作動状況を把握しないまま、100Vを超える高電圧操作や故障検出を行う恐れがあり、正しい漏電検出ができなくなるといった問題が発生する。
特開2007−002816号公報
本発明の解決しようとする課題は、上記問題に鑑み、ECU間通信を利用した漏電検出システムにおいて、上位のECUから漏電検出指令が届いたときに、ECUに故障が存在する場合や、ECU間通信に異常があって、ECU間相互に確実な制御連携ができない場合による漏電検出の誤検出や誤作動を防止できる漏電検出システムを提供することである。
本発明は、上記課題を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
請求項1に記載の発明では、高電圧バッテリを制御する電子制御ユニット(ECU)、電動コンプレッサを制御するコンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)、及び、通信ネットワークを制御する電子制御ユニット(ECU)を含む複数の電子制御ユニット(ECU)、並びに、
該複数の電子制御ユニット(ECU)間で情報の授受を行う通信ネットワーク
を具備する漏電検出システムにおいて、
漏電検出操作を実行する前に、前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)に故障が存在しておらず、かつ、前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)が、
前記電子制御ユニット(ECU)間の前記通信ネットワークによる通信が正常に行われたという条件が成立したことを確認した場合に、漏電検出操作を実行する。
これにより、ECUに故障が存在する場合や、ECU間通信に異常があって、ECU間相互に確実な制御連携ができない場合による、漏電検出の誤検出や誤作動を防止でき、確実な漏電検出、及び、漏電検査の実行が行うことができる。
請求項2に記載の発明では、請求項1の発明において、前記複数の電子制御ユニット(ECU)に、さらに、高電圧を使いアクチュエータを制御する電子制御ユニット(ECU)を含むことを特徴とする。
これにより、請求項1に記載の発明と同様に、確実な漏電検出、及び、漏電検査の実行が行える。
請求項3に記載の発明では、請求項1の発明において、前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)が、ハイブリッド自動車、燃料電池車、又は、電気自動車におけるエアコン用電動コンプレッサを制御する電子制御ユニット(ECU)であることを特徴とする。
これにより、請求項1に記載の発明と同様に、電動コンプレッサ - 高電圧バッテリ系のシステムにおける確実な漏電検出、及び、漏電検査の実行を行うことができる。
請求項4に記載の発明では、請求項1の発明において、前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)は、第1種の通信プロトコルと第2種の通信プロトコルとで情報交換するためのゲートウエイ電子制御ユニット(GW−ECU3)と、インバータモータを制御する電子制御ユニット(INV−ECU4)を具備することを特徴とする。
これにより、請求項1に記載の発明と同様に、電気的な絶縁を図るために、フォトカプラを搭載した INV−ECU4とは別に高速なCANバスと情報交換を行う為 ゲートウエイ機能を持たせたECU(GW−ECU3)を備えた構成の場合にも、確実な漏電検出、及び、漏電検査の実行が行える。
請求項5に記載の発明では、請求項1の発明において、前記通信ネットワークが、車載用として規定している通信プロトコル(CAN、LIN、FLEX−RAY、MOST、その他のシリアル通信)を使用していることを特徴とする。これにより、漏電検出専用の通信回線を用意することなく、もともとECU間の通信で使用していた通信ネットワークを活用することができ、高電圧の漏電検出を行うシステムを車両用に適用することが容易である。
請求項6に記載の発明では、請求項1の発明において、前記複数の電子制御ユニット(ECU)は、さらに、強制的に電源をカットするための時限タイマ(ステップS118)を具備することを特徴とする。これにより、突然、通信ネットワークの故障が生じて、情報のやり取りができなくなった場合でも、自力で電源をカットして、ECUに電力供給するバッテリの消耗を防ぐことができる。
請求項7に記載の発明は、高電圧バッテリを制御する電子制御ユニット(ECU)、電動コンプレッサを制御するコンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)、及び、通信ネットワークを制御する電子制御ユニット(ECU)を含む複数の電子制御ユニット(ECU)間で、前記通信ネットワークにより情報の授受を行うステップと、漏電検出操作を実行する前に、前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)に故障が存在しておらず、かつ、前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)が、前記電子制御ユニット(ECU)間の前記通信ネットワークによる通信が正常に行われたという条件が成立したことを確認するステップ(S200〜S203)と、前記確認するステップで、前記条件が成立した場合、漏電検出操作を実行するステップ(S115)を具備する漏電検出方法に関する。
これにより、ECUに故障が存在する場合や、ECU間通信に異常があって、ECU間相互に確実な制御連携ができない場合による、漏電検出の誤検出や誤作動を防止でき、確実な漏電検出、及び、漏電検査の実行が行うことができる。
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図1は、エアコン用電動コンプレッサシステムを示す全体概略図である。図2は、図1の一部詳細概略図である。
エアコン用電動コンプレッサ1は、気化した冷媒を圧縮して液化する冷媒コンプレッサ6と、コンプレッサを駆動するインバータモータ5と、冷媒コンプレッサに繋がれ冷媒が配送される冷媒配管8と、これらを電子制御する2つのECU 、すなわち、インバータ制御ECU4(以下、INV−ECU4と略す。)と、ゲートウエイECU3(以下、GW−ECU3と略す。)からなる。INV−ECU4とGW−ECU3とはコンプレッサ制御ECUを構成する。
INV−ECU4は、ハイブリッド車用高電圧バッテリ7から高電圧(一例では288V)12を受けて GW−ECU3からの制御情報に従い、インバータモータ5を駆動する 。GW−ECU3は、エアコンECU16からのインバータモータの回転数の情報をCANバス13経由で受けて、INV−ECU4に、SCI通信17経由で伝達する。感電防止の視点から、GW−ECU3とINV−ECU4との間は、フォトカプラを使って電気的な絶縁を図っている。このため、通信速度を、CAN通信の水準に上げられないので、電動コンプレッサ1におけるSCI通信17を、車両ネットワークであるCANバス13に接続する為に、GW−ECU3をおいて情報交換を行っている。
高電圧制御ECU2は、主に、ハイブリッド車用高電圧バッテリ7から電源を送出するか否かのON/OFFを、スイッチング信号10にて行うことにより、図示しないハイブリッド車駆動用のモータや、本システムのインバータモータ5への高電圧供給の制御を行っている。このECUには詳細には説明しないが、漏電検出センサ9が接続されており、高電圧出力時の漏電の有無を検知できるようになっている。
ネットワークマネジメントECU15は、本システムでは、後述のIG−Keyの状態(スタートボタンのONかOFFの状態を指す。)やスリープモードへの遷移等を、CANバス13に接続された各ECUに通知したりする。
図3は、GW−ECUにおける処理の全体的フローチャートを示す。
GW−ECUに電源が入ると、パワーオンリセット状態(ステップS100) となり、所定の初期設定処理(ステップS101)が実行される。ここでは、後述の漏電検出フラグを0にクリアしておく。パワーオンリセット状態とは、GW−ECUを始めとする各ECUが、電源が入るとマイコンがリセット状態から復帰し、プログラムを実行可能な状態となったことを意味する。
ステップ102において、予めスケジューリングされた時間同期プログラムにより、2ms処理(ステップS103) 、10ms処理(ステップS104)、100ms処理(ステップS105)等の各タスク処理が実行される。これらの時間同期処理はGW−ECU3の電源がOFFされるまで継続的に実行される。
図4は、GW−ECUにおける漏電検出のフローチャートを示す。この処理は、図2における10ms処理の中のタスクとしてプログラムされている。
運転ドライバがIG−Key(スタートボタン)を押すと、ネットワークマネジメントECUがこれを認識し、各ECUに対してウェイクアップパルスを、専用回線を通じて発行し、各ECUに強制的に電源が入る仕組みになっている。GW−ECU3が起動されると同時に、CANバス経由でIG−Key情報(IG−Key ON)が送られる。GW−ECU3は、IG−Key状態を認識する。スタートボタンが押されてONになっている状態が、IG−Key ONであり、再度押されてOFFになると、IG−Key OFFの状態となる。
ネットワークマネジメントECU15から、CANバス13経由で送られるIG−Key OFF情報が、ONからOFFに変化したか否かをステップS110で確認し、IG−KeyがONからOFFに変わった場合、漏電検出フラグを1にセットする(ステップ112)。ONからOFFに変わった場合の検知手段としては、10ms前の過去情報を保持しておき、最新の情報と比較することで検知することができる。
なお、ステップS112でセットした漏電検出フラグは、後述のステップS115で、GW−ECU3からINV−ECU4に対して、漏電検出用としてIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を駆動操作するために、SCI通信で送出される。他方、漏電検出フラグが1である場合の漏電検出作動モードになっていることを明示することで、ダイアグノーシス(車両自己診断機能)等の他の処理において、誤作動や誤検出しないためにも使用される。
IG−KeyがONからOFFに変わった場合以外(NOの場合)は、ステップS111で、IG−Key情報の状態をチェックする。このとき、OFFでない(IG−Key ON)ならば、その後、運転ドライバがIG−KeyをOFFにして、車両を停止させる行為を検出するまでは、この漏電検出ロジックは機能させず、ステップS119を経て本処理を抜ける。 OFFであれば、ステップS113に移行する。これは、OFFの場合は、既に漏電検出フラグが1にセットされており、ステップS112が不要だからである。
次に、漏電検出作動モードを確認 (ステップS113) する。ここでは運転ドライバが IG−KeyをOFFしたものの、システムとして本当に漏電検出し可能な状態にあるかを確認するために設けられている。確認の条件は、図5の説明の部分で詳細を説明する。
ステップS113において漏電検出条件が不成立と判断した時は、後述のステップ117のスリープモードへの移行判断の確認に移る。
ステップ113で漏電検出可と判断された場合は、INV−ECU4に対して、漏電検出用のIGBT駆動操作をSCI通信で指示(ステップS115)する。
次いで、高電圧制御ECU2に対して漏電検出検査フラグ情報を発信し、漏電検出検査の実行許可を通知する。(ステップS116)
すなわち、漏電検出検査フラグが0から1に変化すると、高電圧制御ECU2のタイミング処理ループで、1が立つことで、漏電検出検査の実行許可がなされ、高電圧制御ECU2では、漏電検出センサ9を用い漏電検出を行う。
ステップS117では スリープアクト(スリープモードへの移行可否をチェックする処理)を行う。このスリープアクト情報は、ネットワークマネジメントECU15が 各ECUに対して、IG−Key情報を発信後、所定時間(一例では20分)待って、発信し、スリープモードに各ECUを遷移させる情報である。スリープアクト情報が来た時、スリープモードへの移行ができると判断する。
ステップS117で、GW−ECU3が、スリープモードへ移行可能ならば、漏電検出フラグを0にクリア(ステップS119)して処理を終了する。スリープモードへ移行可能でない場合は、強制的に電源をカットする時間が経過(一例では31分)したかを確認(ステップS118)して、時間を経過していない場合は、そのまま何もせずに処理を終了する。時間を経過した場合は、漏電検出フラグを0にクリア(ステップ119)して処理を終了する。この強制電源カット時間を監視する目的は、CANバス13等に異常があった時、ネットワークマネジメントECU15からスリープアクト情報が来なくなり、GW−ECU3の電源が、いつまでも切れずにバッテリを消耗するのを回避するためである。
この漏電検出システムは、ネットワークマネジメントECU15のIG−Key OFFを起点に、GW−ECUで漏電検出判断と、INV−ECU4に対する漏電検出用のIGBT駆動操作を行い、高電圧制御ECU2は、漏電検出センサ9を使って漏電検出の有無を実行する。
漏電検出検査フラグ情報は、GW−ECU3で、INV−ECU4に対して漏電検出用IGBT駆動操作を行った時点で、高電圧制御ECU2に対して発行される。高電圧制御ECU2は、漏電検出検査フラグ情報を受信後、漏電検出センサ9を使用して電動コンプレッサ1での漏電検出検査を3秒間行い、もし、漏電が確認された場合は、高電圧バッテリ7に対して電力供給を停止し、INV−ECU4の主電源を直ちにカットする。
ネットワークマネジメントECU15は IG−Key OFF情報を発信後、高電圧制御ECU2での漏電検出検査のため5秒間待つが、その検査結果、又は、検査実施の有無の如何を問わず、各ECUに対して、スリープアクト情報をCANバス13上に出し、スリープモードに遷移させる。GW−ECU3は、スリープモードへの遷移要求の情報により内蔵の電源回路をカットする。
図5は、図4の「漏電検出作動モードの確認」の詳細内容を示している。
ここでは、INV−ECU4の故障の有無(ステップS200)、INV−ECU4とのSCI通信異常の有無(ステップS201)、GW−ECU3に記録された他の故障検出の有無(ステップS202)、CAN通信異常の検出の有無(ステップS203)により、漏電検出条件が不成立か、成立か、または、INV−ECU4等異常のため、漏電検出しないかを識別している。
図5のステップS200、S201、S202、S203の異常・故障の基本的な定義について、次に説明する。
1.INV−ECU4の故障の定義
INV−ECU4自身が、そのドライビングサイクル(IG−Key Onの期間)中にIGBT等の回路素子の過熱状態やインバータモータ5の作動不良、その他、ECU内部で発生した異常を検出した時。(この異常はGW−ECU3に通知される。)
2.GW−ECU3とINV−ECU4との間のSCI通信で起こる通信データの異常の定義
(1)通信回線の断線 又は、短絡、ECUの電源変動による作動不良、CPU暴走等が発生し、定期通信の送受信イベントが、2つのECUの少なくともいずれかで発生しなくなったことを検出した時。
(2)GW−ECU3、INV−ECU4が、SCI通信時にパリティやフレーミングエラー、オーバーランエラーのいずれかをUART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)モジュールで検出される通信エラーを認識した時。GW−ECU3、INV−ECU4がSCI通信時にその他の手段により通信エラーを認識した時。
3.GW−ECU3の故障の定義
GW−ECU3自身が、そのドライビングサイクル(IG−Key Onの期間)中にECU内部で発生した異常を検出した時。
4.CANバス13上で起こる通信データの異常の定義
(1)CANバスオフエラー発生時。
(2)高電圧制御ECU2から高電圧情報が、定期的に送られなくなったことを示す故障が検出された時。
これは、高電圧情報がCAN通信で送られてこなくなったことを意味し、本事例では一例として、高電圧情報は、高電圧制御ECU2から100ms毎に送られてきている。
(3)ネットワークマネジメントECU15から、IG−Key情報が送られていないことを検出した時。これは、GW−ECU3が、パワーオンリセット後、一度もIG−Key情報(ONであれ、OFFであれ)を受け取っていないと認識した時を指している。
(4)エアコンECU16から、インバータモータ5の制御回転数情報が、定期的に送られなくなったことを示す故障が検出された時。
(5)CANバス上の各ECUが、CANバス上での通信時に何らかの故障を検出したことを示すエラー情報を配信した時。
以上の実施態様においては、CANバスを用いて説明しているが、LIN、FLEX−RAY、MOST、他のシリアル通信などの通信プロトコルのよる各ECU間の通信においても、すべての車載用として規定している通信プロトコルならいずれにおいても、これまで述べてきた漏電検出システムは適用可能である。
エアコン用電動コンプレッサシステムを示す全体概略図である。 エアコン用電動コンプレッサシステムの一部を示す詳細概略図である。 GW−ECU3における処理の全体的フローチャートを示す。 GW−ECU3における漏電検出のフローチャートを示す。 図4の「漏電検出作動モードの確認」の詳細内容を示す。
符号の説明
1 エアコン用電動コンプレッサ
3 ゲートウエイECU(GW−ECU)
4 インバータ制御ECU(INV−ECU)
5 インバータモータ
6 冷凍コンプレッサ
7 ハイブリッド車用高電圧バッテリ
8 冷凍配管
9 漏電検出センサ
10 スイッチング信号
12 288V高電圧出力
13 CANバス
15 ネットワークマネジメントECU
16 エアコンECU

Claims (7)

  1. 高電圧バッテリを制御する電子制御ユニット(ECU)、電動コンプレッサを制御するコンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)、及び、通信ネットワークを制御する電子制御ユニット(ECU)を含む複数の電子制御ユニット(ECU)、並びに、
    該複数の電子制御ユニット(ECU)間で情報の授受を行う通信ネットワーク
    を具備する漏電検出システムにおいて、
    漏電検出操作を実行する前に、前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)に故障が存在しておらず、かつ、前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)が、
    前記電子制御ユニット(ECU)間の前記通信ネットワークによる通信が正常に行われたという条件が成立したことを確認した場合に、漏電検出操作を実行する漏電検出システム。
  2. 前記複数の電子制御ユニット(ECU)に、さらに、高電圧を使いアクチュエータを制御する電子制御ユニット(ECU)を含むことを特徴とする請求項1に記載の漏電検出システム。
  3. 前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)が、ハイブリッド自動車、燃料電池車、又は、電気自動車におけるエアコン用電動コンプレッサを制御する電子制御ユニット(ECU)であることを特徴とする請求項1に記載の漏電検出システム。
  4. 前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)は、第1種の通信プロトコルと第2種の通信プロトコルとで情報交換するためのゲートウエイ電子制御ユニット(GW−ECU)と、インバータモータを制御する電子制御ユニット(INV−ECU)を具備することを特徴とする請求項1に記載の漏電検出システム。
  5. 前記通信ネットワークが、車載用として規定している通信プロトコルを使用していることを特徴とする請求項1に記載の漏電検出システム。
  6. 前記複数の電子制御ユニット(ECU)は、さらに、強制的に電源をカットするための時限タイマを具備することを特徴とする請求項1に記載の漏電検出システム。
  7. 高電圧バッテリを制御する電子制御ユニット(ECU)、電動コンプレッサを制御するコンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)、及び、通信ネットワークを制御する電子制御ユニット(ECU)を含む複数の電子制御ユニット(ECU)間で、前記通信ネットワークにより情報の授受を行うステップと、
    漏電検出操作を実行する前に、前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)に故障が存在しておらず、かつ、前記コンプレッサ制御電子制御ユニット(ECU)が、前記電子制御ユニット(ECU)間の前記通信ネットワークによる通信が正常に行われたという条件が成立したことを確認するステップと、
    前記確認するステップで、前記条件が成立した場合、漏電検出操作を実行するステップを具備する漏電検出方法。
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