(57)【要約】  【課題】負荷側の容量分の変化やプリチャージ抵抗の変化に対してもメインリレーの突入電流による不具合を確実に防止し、信頼性を向上させる。  【解決手段】プリチャージリレーをＯＮして（Ｓ１）、コンデンサへの突入電流を制限しつつ充電を開始した後、電圧センサからの信号を読み込んでバッテリの出力電圧Ｖ１、コンデンサの充電電圧Ｖ２を監視する（Ｓ２）。そして、バッテリの出力電圧Ｖ１とコンデンサの充電電圧Ｖ２との電圧差（Ｖ１−Ｖ２）が閾値Ｖｓ以下になったか否かを調べ（Ｓ３）、Ｖｓ≧（Ｖ１−Ｖ２）となった時点でメインリレーをＯＮしてバッテリとコンデンサ（及び負荷）とを直接接続し（Ｓ４）、プリチャージリレーをＯＦＦする（Ｓ５）。これにより、負荷側の容量分の変化やプリチャージ抵抗の変化に対してもメインリレーの突入電流による不具合を確実に防止し、信頼性を向上させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の主電源と負荷とを断続するメインリレーと、該メインリレーに並列にプリチャージ抵抗を介して接続されたプリチャージリレーとを有する車両用電源システムの制御装置であって、
上記主電源側の電圧と上記負荷側の電圧との電圧差を求め、該電圧差と予め設定した閾値とを比較する比較手段と、
上記比較手段による比較結果、上記電圧差が上記閾値を越えているとき、上記メインリレーのリレー接点を開成させた状態で上記プリチャージリレーのリレー接点を閉成させて上記主電源側と上記負荷側とを上記プリチャージ抵抗を介して接続し、上記電圧差が上記閾値以下になったとき、上記プリチャージリレーのリレー接点を開成させると共に上記メインリレーのリレー接点を閉成させて上記主電源側と上記負荷側とを接続するリレー制御手段とを備えたことを特徴とする車両用電源システムの制御装置。
【請求項２】
上記プリチャージリレーのリレー接点を閉成させた後の経過時間を記録し、上記電圧差が上記閾値以下になったときの経過時間が第１の設定時間未満のとき、或いは上記電圧差が上記閾値を越えている状態の経過時間が第２の設定時間を越えたとき、上記負荷側或いは上記プリチャージ抵抗に異常が発生したと判断する診断手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の車両用電源システムの制御装置。
【請求項３】
上記負荷の前段側に、上記主電源からの電圧を平滑化するコンデンサを接続し、上記主電源の出力電圧と上記コンデンサの充電電圧との差を上記電圧差とすることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用電源システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の主電源と負荷との接続を断続するメインリレーと、このメインリレーに並列に接続されたプリチャージリレーとを有する車両用電源システムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車等の車両においては、バッテリ等の主電源とインバータ等の負荷側との間は、安全のための電源リレーで切り離されているが、この電源リレーを接続する際には、容量性負荷への突入電流によってリレー接点が溶着する虞がある。従って、一般に、電源リレーとしては、バッテリと負荷との間に介装されたメインリレーと、このメインリレーに並列に抵抗を介して接続したリレー（いわゆるプリチャージリレー）とを備え、このプリチャージリレーを介して負荷側の容量分を充電した後、メインの電源リレーを接続する技術が一般に採用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、主コイルと副コイルとを備えたメインリレーに、プリチャージ回路を並列に接続し、このプリチャージ回路のプリチャージ抵抗を、メインリレーの副コイルに並列に接続することにより、メインリレーを確実にオンに切り換えると共に、オンに保持するときの消費電力を節約する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３２３８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来、プリチャージリレーによって負荷側の容量分を充電する際には、電圧とコンデンサ容量とから充電時間（プリチャージ時間）を予め設定し、この予め設定したプリチャージ時間だけ、プリチャージリレーをオンしてバッテリと負荷とを接続するようにしている。
【０００５】
このため、コンデンサ容量の変化やプリチャージ抵抗のばらつき等によって充電が完了しない場合があり、プリチャージ時間が過ぎてメインリレーを接続したとき、リレー接点に流れる電流を十分に減少させることができず、接点溶着等の不具合が生じる虞がある。更には、経年劣化等によってコンデンサ容量が減少したり、プリチャージ抵抗の損失熱によって抵抗値が異常に増加しても、対処困難であった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、負荷側の容量分の変化やプリチャージ抵抗の変化に対してもメインリレーの突入電流による不具合を確実に防止することができ、信頼性を向上することのできる車両用電源システムの制御装置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、本発明による車両用電源システムの制御装置は、車両の主電源と負荷とを断続するメインリレーと、該メインリレーに並列にプリチャージ抵抗を介して接続されたプリチャージリレーとを有する車両用電源システムの制御装置であって、上記主電源側の電圧と上記負荷側の電圧との電圧差を求め、該電圧差と予め設定した閾値とを比較する比較手段と、上記比較手段による比較結果、上記電圧差が上記閾値を越えているとき、上記メインリレーのリレー接点を開成させた状態で上記プリチャージリレーのリレー接点を閉成させて上記主電源側と上記負荷側とを上記プリチャージ抵抗を介して接続し、上記電圧差が上記閾値以下になったとき、上記プリチャージリレーのリレー接点を開成させると共に上記メインリレーのリレー接点を閉成させて上記主電源側と上記負荷側とを接続するリレー制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による車両用電源システムの制御装置は、負荷側の容量分の変化やプリチャージ抵抗の変化に対してもメインリレーの突入電流による不具合を確実に防止することができ、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の第１形態に係わり、図１は電源システムの回路構成図、図２は制御装置の機能構成図、図３はリレー制御シーケンスのフローチャート、図４は電源システムの変形例を示す回路構成図、図５は電源システムの他の変形例を示す回路構成図である。
【００１０】
図１に示す電源システムは、電気自動車等に搭載されて高圧直流電源を供給するバッテリ１を主電源とするシステムであり、バッテリ１と負荷５０とを接続・遮断するメインリレー１０、このメインリレー１０に並列接続されたプリチャージリレー２０、メインリレー１０及びプリチャージリレー２０を制御するリレー制御装置３０を主要構成としている。負荷５０の前段には、バッテリ１からの出力に含まれるリップル分等を除去して平滑化した電圧を負荷５０に供給するためのコンデンサ４０が並列に接続されている。
【００１１】
尚、図１においては、バッテリ１の負荷５０として、バッテリ１からの電力を直流から交流に変換するインバータ５１、このインバータ５１からの交流電力によって駆動される三相モータ５２を例示している。バッテリ１の負荷としては、その他、直流モータやＤＣ−ＤＣコンバータ等があり、システムの構成によっては、コンデンサ４０を負荷と独立して別に設けない場合もある。その場合には、コンデンサ４０は、負荷の容量分を代表するものとする。
【００１２】
メインリレー１０は、バッテリ１とコンデンサ４０及び負荷５０とを断続するリレー接点１０ａと、このリレー接点１０ａを開閉駆動する電磁コイル１０ｂとからなり、電磁コイル１０ｂの通電がリレー制御装置３０によって制御される。また、プリチャージリレー２０は、メインリレー１０をＯＮする前にコンデンサ４０に予め充電（プリチャージ）するためのリレーであり、このプリチャージリレー２０のリレー接点２０ａとコンデンサ４０との間に、バッテリ１からの突入電流を制限するプリチャージ抵抗２１が接続されている。プリチャージリレー２０のリレー接点２０ａを開閉駆動する電磁コイル２０ｂは、リレー制御装置３０によって制御される。
【００１３】
一方、リレー制御装置３０は、マイクロコンピュータを中心として構成され、図２に示すように、中央処理装置となるＣＰＵ３１のバスラインに、制御プログラムや制御用各種固定データを記憶したＲＯＭ３２、ワークデータを記憶するＲＡＭ３３、アナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ３４、各種信号を入出力するためのＩ／Ｏインターフェイス３５、他の装置とデータ通信を行うための通信モジュール３６が接続されている。
【００１４】
リレー制御装置３０には、電圧センサ６０，６１からの信号がＡ／Ｄコンバータ３４を介して入力される。電圧センサ６０，６１は、それぞれ、バッテリ１の出力電圧Ｖ１、コンデンサ４０の充電電圧Ｖ２を検出するためのセンサであり、図１に示すように、それぞれ、バッテリ１の出力ライン、インバータ５１の入力ラインに配設されている。尚、電圧センサ６０，６１は、それぞれ、バッテリ１、インバータ５１に埋設するようにしても良い。
【００１５】
リレー制御装置３０は、比較手段としての機能及びリレー制御手段としての機能により、バッテリ１の出力電圧Ｖ１とコンデンサ４０の充電電圧Ｖ２とを比較してメインリレー１０及びプリチャージリレー２０の開閉タイミングを決定し、各リレー１０，２０の電磁コイル１０ｂ，２０ｂの通電をＯＮ，ＯＦＦする。このリレー開閉タイミングの決定および通電制御は、具体的には、リレー制御装置３０のＲＯＭ３２に制御プログラムとして予め記憶されたリレー制御シーケンスに従って実行される。次に、リレー制御シーケンスについて図３のフローチャートを用いて説明する。
【００１６】
このリレー制御シーケンスは、先ず、最初のステップＳ１においてプリチャージリレー２０をＯＮして電磁コイル２０ｂに通電する。このプリチャージリレー２０の電磁コイル２０ｂへの通電により、リレー接点２０ａが閉成されてバッテリ１とコンデンサ４０とがプリチャージ抵抗２１を介して接続され、プリチャージ抵抗２１によってバッテリ１からコンデンサ４０への突入電流を制限しつつ充電が開始される。
【００１７】
次に、ステップＳ２で電圧センサ６０，６１からの信号を読み込み、バッテリ１の出力電圧Ｖ１、コンデンサ４０の充電電圧Ｖ２を監視する。そして、ステップＳ３で、バッテリ１の出力電圧Ｖ１とコンデンサ４０の充電電圧Ｖ２との電圧差（Ｖ１−Ｖ２）が閾値Ｖｓ以下になったか否かを調べる。閾値Ｖｓは、メインリレー１０のリレー接点１０ａを閉じてバッテリ１とコンデンサ４０（及び負荷５０）とを直接接続したとき、リレー接点１０ａに流れる電流が接点の溶着を生じることのない許容電圧差として設定される値であり、予めシミュレーション或いは実験等によって求められ、リレー制御装置３０のＲＯＭ３２に予め固定データとして記憶されている。
【００１８】
その結果、Ｖｓ＜（Ｖ１−Ｖ２）の場合には、ステップＳ３からステップＳ２へ戻って電圧Ｖ１，Ｖ２の監視を継続し、Ｖｓ≧（Ｖ１−Ｖ２）となった時点で、ステップＳ３からステップＳ４へ進み、メインリレー１０をＯＮして電磁コイル１０ｂに通電する。このメインリレー１０の電磁コイル１０ｂへの通電によってリレー接点１０ａが閉成し、プリチャージ抵抗２１を短絡してバッテリ１とコンデンサ４０（及び負荷５０）とが直接接続される。そして、ステップＳ５でプリチャージリレー２０をＯＦＦし、本シーケンスを終了する。
【００１９】
尚、簡易的には、コンデンサ４０の充電電圧Ｖ２のみを監視してメインリレー１０及びプリチャージリレー２０を制御することも可能であり、その場合には、バッテリ１の電圧Ｖ１は、始動時や運転時等の運転状況毎に予め設定した既値の電圧値として扱う。
【００２０】
ここで、以上のリレー制御シーケンスを実行するリレー制御装置３０は、図１に示す構成に限らず、種々の構成とすることが可能である。例えば、バッテリ電圧を検出する電圧センサ６０からの信号とコンデンサ電圧を検出する電圧センサ６１からの信号とを、互いに通信ラインを介して接続した別々の装置で処理し、一方の装置でメインリレー１０及びプリチャージリレー２０を制御するようにしても良い。
【００２１】
また、図４に示すように、リレー制御機能を有するバッテリ制御装置１００と、インバータ５１を制御するインバータ制御装置２００とを、互いに通信ライン１５０で接続することにより、リレー制御装置３０として形成するようにしても良い。バッテリ制御装置１００はバッテリ１の筐体等に一体的に設置されるマイクロコンピュータ１００ａを中心として構成し、同様に、インバータ制御装置２００もインバータ５１の筐体等に一体的に設置されるマイクロコンピュータ２００ａを中心として構成する。バッテリ電圧を検出する電圧センサ６０、コンデンサ電圧を検出する電圧センサ６１は、それぞれ、バッテリ１、インバータ５１に埋設され、電圧センサ６１で検出した電圧値をインバータ制御装置２００からバッテリ制御装置１００へ送信することにより、バッテリ制御装置１００でメインリレー１０及びプリチャージリレー２０を制御する。
【００２２】
更に、リレー制御装置３０には、マイクロコンピュータを内蔵することなく、ハードウエア回路によって上述のリレー制御シーケンスの機能を実現することも可能である。図５は、差動増幅器３７及び比較器３８を主とするハードウエア回路を備えたリレー制御装置３０Ａを示し、このハードウエア回路で上述のリレー制御シーケンスと同等の機能を実現する。
【００２３】
すなわち、電圧センサ６０，６１の信号は差動増幅器３７に入力され、差動増幅器３７から電圧差（Ｖ１−Ｖ２）相当する電圧ΔＶが出力される。この差動増幅器３７の出力電圧ΔＶは、比較器３８に入力され、閾値Ｖｓに相当する基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。そして、電圧ΔＶと基準電圧Ｖｒｅｆとの比較結果に応じた比較器３８の出力と、その出力を反転した出力とより、メインリレー１０とプリチャージリレー２０とが互いに逆の関係でＯＮ，ＯＦＦされる。
【００２４】
以上のように、本形態においては、コンデンサ４０の容量のばらつきやプリチャージ抵抗２１の抵抗値のばらつき、更には、経年変化によるコンデンサ容量の変化や抵抗値の変化が生じても、確実にコンデンサ４０を充電してバッテリ電圧とコンデンサ充電電圧との電圧差を許容値以下にすることができ、メインリレー１０のリレー接点１０ａに過大な突入電流が流れることを防止して接点の溶着を確実に回避し、信頼性向上することができる。
【００２５】
次に、本発明の実施の第２形態について説明する。図６は本発明の実施の第２形態に係り、リレー制御及び診断シーケンスのフローチャートである。
【００２６】
第２形態は、前述の第１形態に対し、リレー制御機能に加えてコンデンサ４０及びプリチャージ抵抗２１の異常を診断する診断機能を付加するものである。すなわち、コンデンサ４０は、経年変化や発熱による劣化によって容量が減少し、極端な場合、容量抜けといった異常が発生する。また、プリチャージ抵抗２１も、経年変化に伴う劣化や損失による発熱によって抵抗値が増大し、極端な場合には断線する虞がある。従って、第２形態では、コンデンサ４０を充電するプリチャージの時間を記録することにより、これらの異常を診断する。
【００２７】
このため、第２形態では、リレー制御装置３０にて実行するプログラムを、図３に示すリレー制御シーケンスのプログラムから図６に示すリレー制御及び診断シーケンスのプログラムに変更する。
【００２８】
図６のリレー制御及び診断シーケンスのプログラムでは、最初のステップＳ１０において、コンデンサ４０のプリチャージの経過時間（プリチャージ時間）Ｔｐの記録を開始し、ステップＳ１１でプリチャージリレー２０をＯＮして電磁コイル２０ｂに通電し、バッテリ１からプリチャージ抵抗２１を介してコンデンサ４０への充電を開始する。
【００２９】
次に、ステップＳ１２で電圧センサ６０，６１からの信号に基づくバッテリ１の出力電圧Ｖ１及びコンデンサ４０の充電電圧Ｖ２を監視すると共に、プリチャージ時間Ｔｐを記録して監視する。そして、ステップＳ１３で、電圧差（Ｖ１−Ｖ２）が閾値Ｖｓ以下になったか否かを調べる。
【００３０】
その結果、Ｖｓ＜（Ｖ１−Ｖ２）の場合には、ステップＳ１３からステップＳ１９へ進んでプリチャージ時間Ｔｐが設定時間Ｔ２を越えたか否かを調べる。設定時間Ｔ２は、主としてプリチャージ抵抗２１の異常を診断するための時間であり、プリチャージ抵抗２１の抵抗値のばらつきや劣化による抵抗値の増大等に対して許容される充電時間の上限値として、シミュレーション或いは実験等により設定され、予めリレー制御装置３０のＲＯＭ３２に固定データとして記憶されている。
【００３１】
そして、ステップＳ１９において、Ｔｐ≦Ｔ２の場合、ステップＳ１２へ戻って電圧Ｖ１，Ｖ２、プリチャージ時間Ｔｐの監視を継続し、プリチャージ時間Ｔｐが設定時間Ｔ２を越えることなくＶｓ≧（Ｖ１−Ｖ２）となった時点で、ステップＳ１３からステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、プリチャージ時間Ｔｐの記録を終了し、ステップＳ１５で、最終的なプリチャージ時間Ｔｐが設定時間Ｔ１未満か否かを調べる。設定時間Ｔ１は、主としてコンデンサ４０の異常を診断するための時間であり、予め、コンデンサ４０の容量のばらつきや劣化による容量減少等に対して許容される充電時間の下限値として、シミュレーション或いは実験等により設定され、予めリレー制御装置３０のＲＯＭ３２に固定データとして記憶されている。
【００３２】
尚、設定時間Ｔ１による診断は、発生頻度は小さいが、プリチャージ抵抗２１が短絡或いは短絡に近い状態になった場合にも適用可能である。
【００３３】
設定時間Ｔ１による診断の結果、プリチャージ時間Ｔｐが設定時間Ｔ１以上（Ｔｐ≧Ｔ１）である場合には、正常であると診断してステップＳ１５からステップＳ１６へ進み、メインリレー１０をＯＮして電磁コイル１０ｂに通電する。このメインリレー１０の電磁コイル１０ｂへの通電によってリレー接点１０ａが閉成し、プリチャージ抵抗２１を短絡してバッテリ１とコンデンサ４０（及び負荷５０）とが直接接続される。そして、ステップＳ１７でプリチャージリレー２０をＯＦＦし、本シーケンスを正常終了する。
【００３４】
一方、ステップＳ１９においてプリチャージ時間Ｔｐが設定時間Ｔ２より長い場合（Ｔｐ＞Ｔ２）、或いは、ステップＳ１５においてプリチャージ時間Ｔｐが設定時間Ｔ１より短い場合（Ｔｐ＜Ｔ１）には、プリチャージ抵抗２１或いはコンデンサ４０が異常であると診断してステップＳ２０へ進み、プリチャージリレー２０をＯＦＦしてバッテリ１とコンデンサ４０（及び負荷５０）との接続を切断する。そして、ステップＳ２１でフェイル信号を出力して異常発生を告知し、本シーケンスを異常終了する。
【００３５】
第２形態では、プリチャージ抵抗２１が劣化して抵抗値が増大し、断線或いは断線に近い状態となった場合や、コンデンサ４０が劣化して容量が減少し、容量抜け等が発生した場合にも、異常を検出してメインリレー１０及びプリチャージリレー２０、負荷の各種機器を保護することができる。すなわち、メインリレー１０及びプリチャージリレー２０に対する制御機能に加えて異常診断機能を有するため、メインリレー１０の接点溶着を防止できるばかりでなく、システム全体の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、電源システムの回路構成図
【図２】同上、制御装置の機能構成図
【図３】同上、リレー制御シーケンスのフローチャート
【図４】同上、電源システムの変形例を示す回路構成図
【図５】同上、電源システムの他の変形例を示す回路構成図
【図６】本発明の実施の第２形態に係わり、リレー制御及び診断シーケンスのフローチャート
【符号の説明】
【００３７】
１  バッテリ
１０  メインリレー
２０  プリチャージリレー
２１  プリチャージ抵抗
３０  リレー制御装置
４０  コンデンサ
５０  負荷
Ｖ１−Ｖ２  電圧差
Ｖｓ  閾値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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