JPH0919003A - 電動車両におけるコンデンサの劣化判定装置 - Google Patents

電動車両におけるコンデンサの劣化判定装置

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JPH0919003A
JPH0919003A JP7160494A JP16049495A JPH0919003A JP H0919003 A JPH0919003 A JP H0919003A JP 7160494 A JP7160494 A JP 7160494A JP 16049495 A JP16049495 A JP 16049495A JP H0919003 A JPH0919003 A JP H0919003A
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capacitor
voltage
inverter
motor
deterioration
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Sadao Shinohara
貞夫 篠原
Tetsuo Shimodaira
哲郎 下平
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動車両のインバータに設けた平滑用コンデ
ンサの劣化判定を、そのコンデンサを取り外すことなく
行えるようにする。 【構成】 モータコンタクタ２１をＯＮする前に、プリ
チャージコンタクタ２２をＯＮしてインバータ６の平滑
用コンデンサ２７を充電する。その際に電圧センサＳ2
によりコンデンサ２７の電圧の増加率を検出し、その増
加率が所定値を越えたときにコンデンサ２７が劣化して
いると判定する。また、モータコンタクタ２１をＯＦＦ
した後に、ディスチャージコンタクタ２４をＯＮしてイ
ンバータ６のコンデンサ２７を放電し、その際に電圧セ
ンサＳ2 で検出したコンデンサ２７の電圧の減少率が所
定値を越えたときにコンデンサ２７が劣化していると判
定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バッテリと、バッテリ
が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ
と、インバータが出力する交流電力により駆動される走
行用モータと、インバータに並列に接続されたコンデン
サとを備えた電動車両におけるコンデンサの劣化判定装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電動車両のインバータの入力側の端子間
には、電圧の変動を平滑化してインバータの作動を安定
させるための電解コンデンサが装着されている（例え
ば、特開平４−１６５９０１号公報参照）。
【０００３】ところで、前記コンデンサの寿命はモータ
の運転状態に応じて変化し、例えば回生異常によってコ
ンデンサに高電圧が加わると、液漏れや容量低下等の劣
化現象が発生して寿命が短くなる。そこで従来は、イン
バータからコンデンサを取り外し、その容量を測定する
ことにより寿命の判定を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の手法では、インバータから定期的にコンデンサを取
り外して寿命の判定を行う必要があり、その作業が面倒
であった。
【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、コンデンサをインバータから取り外すことなく、オ
ンボード状態のまま寿命の判定を行えるようにすること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１記載に記載された発明は、バッテリと、バ
ッテリが出力する直流電力を交流電力に変換するインバ
ータと、インバータが出力する交流電力により駆動され
る走行用モータと、インバータに並列に接続されたコン
デンサとを備えた電動車両において、コンデンサを充電
する充電手段と、コンデンサの電圧を検出する電圧検出
手段と、充電手段の作動時に、電圧検出手段で検出した
コンデンサの電圧の変化状態に基づいて該コンデンサの
劣化を判定する劣化判定手段とを備えたことを特徴とす
る。
【０００７】また請求項２に記載された発明は、バッテ
リと、バッテリが出力する直流電力を交流電力に変換す
るインバータと、インバータが出力する交流電力により
駆動される走行用モータと、インバータに並列に接続さ
れたコンデンサとを備えた電動車両において、コンデン
サを放電する放電手段と、コンデンサの電圧を検出する
電圧検出手段と、放電手段の作動時に、電圧検出手段で
検出したコンデンサの電圧の変化状態に基づいて該コン
デンサの劣化を判定する劣化判定手段とを備えたことを
特徴とする。
【０００８】
【作用】請求項１の構成によれば、未充電のコンデンサ
を充電手段で充電するときに該コンデンサの電圧を電圧
検出手段で検出し、そのコンデンサの電圧の変化状態に
基づいて劣化判定手段がコンデンサの劣化を判定する。
【０００９】請求項２の構成によれば、既充電のコンデ
ンサを放電手段で放電するときに該コンデンサの電圧を
電圧検出手段で検出し、そのコンデンサの電圧の変化状
態に基づいて劣化判定手段がコンデンサの劣化を判定す
る。
【００１０】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
【００１１】図１〜図５は本発明の一実施例を示すもの
で、図１は電動車両の全体構成を示す図、図２は制御系
のブロック図、図３は充電時の作用を説明するフローチ
ャート、図４は放電時の作用を説明するフローチャー
ト、図５は作用を説明するグラフである。
【００１２】図１及び図２に示すように、四輪の電動車
両Ｖは、三相交流モータ１のトルクがディファレンシャ
ル２を介して伝達される駆動輪としての左右一対の前輪
Ｗｆ，Ｗｆと、従動輪としての左右一対の後輪Ｗｒ，Ｗ
ｒとを有する。電動車両Ｖの後部に搭載された例えば２
８８ボルトのメインバッテリ３は、モータコンタクタ２
１、プリチャージ回路４1 、ジョイントボックス５、デ
ィスチャージ回路４2及びパワードライブユニットを構
成するインバータ６を介してモータ１に接続される。例
えば１２ボルトのサブバッテリ７にメインスイッチ８及
びヒューズ９を介して接続された電子制御ユニット１０
は、モータ１の駆動トルク及び回生トルクを制御すべく
インバータ６に接続される。サブバッテリ７をメインバ
ッテリ３の電力で充電すべく、バッテリチャージャ１１
及びＤＣ／ＤＣコンバータ１２が設けられる。
【００１３】モータコンタクタ２１と並列に接続された
プリチャージ回路４1 は、直列に接続されたプリチャー
ジコンタクタ２２及びプリチャージ抵抗２３から構成さ
れる。また、ディスチャージ回路４2 は、直列に接続さ
れたディスチャージコンタクタ２４及びディスチャージ
抵抗２５から構成される。更に、メインスイッチ８には
バックアップコンタクタ２６が並列に接続される。
【００１４】前記電子制御ユニット１０は本発明の劣化
判定手段を構成し、前記プリチャージ回路４1 及びディ
スチャージ回路４2 は、それぞれ本発明の充電手段及び
放電手段を構成する。
【００１５】メインバッテリ３とインバータ６とを接続
する直流部には、その電流ＩPDU を検出する電流センサ
Ｓ1 と、電圧ＶPDU を検出する電圧センサＳ2 とが設け
られており、電流センサＳ1 で検出したインバータ６の
直流部の電流ＩPDU 及び電圧センサＳ2 で検出したイン
バータ６の直流部の電圧ＶPDU は電子制御ユニット１０
に入力される。また、モータ回転数センサＳ3 で検出し
たモータ回転数Ｎｍと、アクセル開度センサＳ4 で検出
したアクセル開度θAPと、シフトポジションセンサＳ5
で検出したシフトポジションＰとが電子制御ユニット１
０に入力される。
【００１６】インバータ６は複数のスイッチング素子を
備えおり、電子制御ユニット１０から各スイッチィング
素子にスイッチング信号を入力することにより、モータ
１の駆動時にはメインバッテリ３の直流電力を三相交流
電力に変換して該モータ１に供給し、モータ１の被駆動
時（回生時）には該モータ１が発電した三相交流電力を
直流電力に変換してメインバッテリ３に供給する。また
インバータ６の高電位入力端子及び低電位入力端子間
に、電解コンデンサよりなる平滑用のコンデンサ２７が
装着される。コンデンサ２７の充電中及び放電中におけ
る電圧は、前記電圧センサＳ2 により検出される。
【００１７】モータ１の低回転数側の領域においてイン
バータ６はＰＷＭ（パルス幅変調）制御され、ＰＷＭ制
御のデューティ率が１００％に達した後の高回転数側の
領域では所謂弱め界磁制御される。弱め界磁制御とは、
モータ１の永久磁石が発生している界磁と逆方向の界磁
が発生するように、モータ１に供給する一次電流に界磁
電流成分を持たせるもので、全体の界磁を弱めてモータ
１の回転数を高回転数側に延ばすものである。
【００１８】次に、図３及び図５に基づいて、コンデン
サ２７の充電時の作用を説明する。
【００１９】先ず、時刻Ｔ＝０にメインスイッチ８をＯ
Ｎするとバックアップコンタクタ２６がＯＮし、電子制
御ユニット１０が作動状態になる（ステップＳ１）。時
間Ｔ 1 が経過して時刻Ｔ＝Ｔ1 になるとプリチャージコ
ンタクタ２２がＯＮし、メインバッテリ３からプリチャ
ージ抵抗２３を介してコンデンサ２７に電流が流れ、コ
ンデンサ２７の充電が開始される（ステップＳ２）。プ
リチャージコンタクタ２２がＯＮすると同時に、電圧セ
ンサＳ2 でコンデンサ２７の電圧Ｖ1 を検出する（ステ
ップＳ３）。
【００２０】プリチャージコンタクタ２２がＯＮしてか
ら所定時間ｔ1 が経過した時刻Ｔ2において、モータコ
ンタクタ２１をＯＮすると同時に（ステップＳ４）、プ
リチャージコンタクタ２２をＯＦＦする（ステップＳ
５）。そして、プリチャージコンタクタ２２をＯＦＦす
ると同時に、電圧センサＳ2 でコンデンサ２７の電圧Ｖ
2 を検出する（ステップＳ６）。尚、前記所定時間ｔ1
は、コンデンサ２７の充電が完了する時間よりも短く設
定される。
【００２１】続いて、前記所定時間ｔ1 におけるコンデ
ンサ２７の電圧の変化率ｄＶ／ｄｔを、 ｄＶ／ｄｔ＝（Ｖ2 −Ｖ1 ）／ｔ1 により算出する（ステップＳ７）。そして、前記電圧の
変化率ｄＶ／ｄｔが第１の所定値よりも大きい場合には
（ステップＳ８）、即ちコンデンサ２７の充電時におけ
る電圧の増加率が大きい場合には、時定数（コンデンサ
容量Ｃとプリチャージ抵抗Ｒとの積）の低下からコンデ
ンサ容量Ｃが低下したことを検知し、コンデンサ２７が
劣化していると判断してランプやブザーで警報を発する
（ステップＳ９）。
【００２２】而して、ステップＳ１０において、以下の
通常の走行制御が行われる。
【００２３】即ち、モータ回転数センサＳ3 で検出した
モータ回転数Ｎｍと、アクセル開度センサＳ4 で検出し
たアクセル開度θAPと、シフトポジションセンサＳ5 で
検出したシフトポジションＰとに基づいて、ドライバー
がモータ１に発生させようとしているトルク指令値をマ
ップ検索によって算出する。トルク指令値には駆動トル
ク指令値と回生トルク指令値とがあり、駆動トルク指令
値はモータ１に駆動トルクを発生させる場合に対応し、
回生トルク指令値はモータ１に回生トルクを発生させる
場合に対応する。続いて、前記トルク指令値とモータ回
転数センサＳ3で検出したモータ回転数Ｎｍとを乗算
し、これを変換効率で除算することにより、モータ１に
供給すべき、或いは回生によりモータ１から取り出すべ
き目標電力を算出する。目標電力は正値の場合と負値の
場合とがあり、正の目標電力はモータ１が駆動トルクを
発生する場合に対応し、負の目標電力はモータ１が回生
トルクを発生する場合に対応する。
【００２４】一方、電流センサＳ1 で検出したインバー
タ６の直流部の電流ＩPDU と、電圧センサＳ2 で検出し
たインバータ６の直流部の電圧ＶPDU とを乗算すること
により、インバータ６に入力される実電力を算出する。
目標電力と同様に、実電力にも正値の場合と負値の場合
とがあり、正の実電力はモータ１が駆動トルクを発生す
る場合に対応し、負の実電力はモータ１が回生トルクを
発生する場合に対応する。
【００２５】そして、前記目標電力及び実電力との偏差
を算出し、その偏差をゼロに収束させるべく、インバー
タ６を介してモータ１がＰＷＭ制御或いは弱め界磁制御
される。
【００２６】次に、図４及び図５に基づいて、コンデン
サ２７の放電時の作用を説明する。
【００２７】先ず、運転者がメインスイッチ８をＯＦＦ
したとき、モータ回転数Ｎｍ或いは車速に基づいて車両
が停車中であるか走行中であるかを判断し（ステップＳ
１１）、車両が走行中であれば前述した通常の走行制御
が行われる（ステップＳ１２）。尚、メインスイッチ８
がＯＦＦしても、所定の時間バックアップコンタクタ２
６がＯＮ状態に維持されるため、電子制御ユニット１０
の機能はそのまま維持される。
【００２８】一方、ステップＳ１１で車両が停車中であ
れば、メインスイッチ８のＯＦＦによりモータコンタク
タ２１がＯＦＦする（ステップＳ１３）。モータコンタ
クタ２１がＯＦＦした後、時刻Ｔ3 においてディスチャ
ージコンタクタ２４がＯＮし（ステップＳ１４）、それ
と同時に電圧センサＳ2 でコンデンサ２７の電圧Ｖ3を
検出する（ステップＳ１５）。
【００２９】ディスチャージコンタクタ２４のＯＮによ
り、コンデンサ２７に蓄えられた電荷はディスチャージ
抵抗２５により消費され、前記時刻Ｔ3 から所定時間ｔ
2 が経過した時刻Ｔ4 において、ディスチャージコンタ
クタ２４をＯＦＦすると同時に（ステップＳ１６）、電
圧センサＳ2 でコンデンサ２７の電圧Ｖ4 を検出する
（ステップＳ１７）。尚、前記所定時間ｔ2 は、コンデ
ンサ２７の放電が完了する時間よりも短く設定される。
【００３０】続いて、前記所定時間ｔ2 におけるコンデ
ンサ２７の電圧の変化率ｄＶ／ｄｔを、 ｄＶ／ｄｔ＝（Ｖ3 −Ｖ4 ）／ｔ2 により算出する（ステップＳ１８）。そして、前記電圧
の変化率ｄＶ／ｄｔが第２の所定値よりも大きい場合に
は（ステップＳ１９）、即ちコンデンサ２７の放電時に
おける電圧の減少率が大きい場合には、時定数（コンデ
ンサ容量Ｃとディスチャージ抵抗Ｒとの積）の低下から
コンデンサ容量Ｃが低下したことを検知し、コンデンサ
２７が劣化していると判断してランプやブザーで警報を
発する（ステップＳ２０）。而して、ステップＳ２１に
おいて、バックアップコンタクタ２１がＯＦＦすること
により、電子制御ユニット１０の機能が停止する。
【００３１】尚、プリチャージ抵抗２３とディスチャー
ジ抵抗２５とは抵抗値が異なっているので、充電時にお
ける劣化判定の基準となる第１の所定値と、放電時にお
ける劣化判定の基準となる第２の所定値とは、それぞれ
別個の値となる。
【００３２】上述したように、コンデンサ２７の劣化判
定を該コンデンサ２７をインバータ６から取り外すこと
なくオンボード状態のまま行うことができるので、コン
デンサ２７のメンテナンスに要する時間を大幅に削減す
ることができる。
【００３３】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
【００３４】例えば、実施例のディスチャージ回路４2
は抵抗のみを用いた簡単なものであるが、これを定電流
回路とすればメインバッテリ３の電圧等に影響されずに
一層正確な判定を行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】以上のように、請求項１に記載された発
明によれば、未充電のコンデンサを充電手段で充電する
ときに該コンデンサの電圧を電圧検出手段で検出し、そ
のコンデンサの電圧の変化状態に基づいて劣化判定手段
がコンデンサの劣化を判定するので、コンデンサを取り
外すことなく劣化状態の判定を行うことが可能となって
作業性が向上する。
【００３６】また請求項２に記載された発明によれば、
既充電のコンデンサを放電手段で放電するときに該コン
デンサの電圧を電圧検出手段で検出し、そのコンデンサ
の電圧の変化状態に基づいて劣化判定手段がコンデンサ
の劣化を判定するので、コンデンサを取り外すことなく
劣化状態の判定を行うことが可能となって作業性が向上
する。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動車両の全体構成を示す図
【図２】制御系のブロック図
【図３】充電時の作用を説明するフローチャート
【図４】放電時の作用を説明するフローチャート
【図５】作用を説明するグラフ
【符号の説明】
１ モータ（走行用モータ） ３ メインバッテリ（バッテリ） ４1 プリチャージ回路（充電手段） ４2 ディスチャージ回路（放電手段） ６ インバータ １０ 電子制御ユニット（劣化判定手段） ２７ コンデンサ Ｓ2 電圧センサ（電圧検出手段）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バッテリ（３）と、バッテリ（３）が出
    力する直流電力を交流電力に変換するインバータ（６）
    と、インバータ（６）が出力する交流電力により駆動さ
    れる走行用モータ（１）と、インバータ（６）に並列に
    接続されたコンデンサ（２７）とを備えた電動車両にお
    いて、 コンデンサ（２７）を充電する充電手段（４1 ）と、 コンデンサ（２７）の電圧を検出する電圧検出手段（Ｓ
    2 ）と、 充電手段（４1 ）の作動時に、電圧検出手段（Ｓ2 ）で
    検出したコンデンサ（２７）の電圧の変化状態に基づい
    て該コンデンサ（２７）の劣化を判定する劣化判定手段
    （１０）と、を備えたことを特徴とする電動車両におけ
    るコンデンサの劣化判定装置。
  2. 【請求項２】 バッテリ（３）と、バッテリ（３）が出
    力する直流電力を交流電力に変換するインバータ（６）
    と、インバータ（６）が出力する交流電力により駆動さ
    れる走行用モータ（１）と、インバータ（６）に並列に
    接続されたコンデンサ（２７）とを備えた電動車両にお
    いて、 コンデンサ（２７）を放電する放電手段（４2 ）と、 コンデンサ（２７）の電圧を検出する電圧検出手段（Ｓ
    2 ）と、 放電手段（４2 ）の作動時に、電圧検出手段（Ｓ2 ）で
    検出したコンデンサ（２７）の電圧の変化状態に基づい
    て該コンデンサ（２７）の劣化を判定する劣化判定手段
    （１０）と、を備えたことを特徴とする電動車両におけ
    るコンデンサの劣化判定装置。
JP7160494A 1995-06-27 1995-06-27 電動車両におけるコンデンサの劣化判定装置 Pending JPH0919003A (ja)

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Cited By (26)

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