(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オンオフが低圧電源により駆動される、高圧回路用のリレーであって、
コイル電流が前記低圧電源により供給される主コイルと、前記高圧回路に配置され、前記主コイルへの電力の遮断および供給に応じて前記高圧回路を開閉する、前記主コイルと協働する第1アーマチュアと、
駆動回路の閉路時に通電されて前記第1アーマチュアを閉成位置にする付加電磁力を発生させる、前記第1アーマチュアと協働する副コイルと、前記高圧回路の高圧電源により電力供給される、前記副コイルに電力を供給する前記駆動回路と、
前記駆動回路に位置し、前記主コイルへの電力の遮断および供給に応じて前記駆動回路を開閉する、前記主コイルと協働する第２アーマチュアと、を備える、
リレー。
【請求項２】
前記第1アーマチュアと前記第2アーマチュアは連動構造であることを特徴とする請求項1に記載のリレー。
【請求項３】
前記副コイルのコイル巻数は、前記第1アーマチュアに対する前記副コイルによる前記付加電磁力が前記第1アーマチュアと前記第2アーマチュアの合計復元力よりも小さいように設計されていることを特徴とする請求項2に記載のリレー。
【請求項４】
前記副コイルのコイル巻数は、前記第1アーマチュアに対する前記副コイルによる前記付加電磁力が前記第2アーマチュアによる付加復元力よりも大きいように設計されていることを特徴とする請求項2に記載のリレー。
【請求項５】
前記主コイルは、少なくとも前記低圧電源が公称値にあるときに提供する電磁力は、前記第1アーマチュアと前記第2アーマチュアの合計復元力よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載のリレー。
【請求項６】
前記副コイルの軸線は、前記副コイルが通電されたときの前記第1アーマチュアにおける磁場密度が最大になるように、前記第1アーマチュアに一致するとともに、前記第1アーマチュアの近傍に位置することを特徴とする請求項1に記載のリレー。
【請求項７】
前記副コイルのコイル巻きつけ方向は、前記第1アーマチュアに対する前記副コイルによる前記付加電磁力が前記高圧電源の充電時にも放電時にも前記第1アーマチュアを閉成位置にする方向に作用するように設計されていることを特徴とする請求項1に記載のリレー。
【請求項８】
前記低圧電源は12Vの電圧源であることを特徴とする請求項1に記載のリレー。
【請求項９】
動力電池回路であって、
高圧電池群と、
高圧回路により高圧電池群と接続され、高圧電池群の直流電力を交流電力に変換するインバータと、
を備え、
前記高圧回路には、前記動力電池回路のオンオフを制御する請求項1〜8のいずれか一項に記載のリレーが設けられ、前記高圧電池群は、前記リレーにおける前記高圧電源として用いられる
動力電池回路。
【請求項１０】
前記動力電池回路は、電気自動車において使用されることを特徴とする請求項9に記載の動力電池回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力電気設計の分野に関し、特に、高圧回路用のリレーおよび当該リレーを使用する動力電池回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、市場上のほとんどの純粋な電気自動車は、低圧の12Vシステムによって駆動される動力電池を使用している。基本的な原理は、バッテリーの高圧回路において、リレーとプリチャージ抵抗を直並列接続して、高圧電源のオンオフを実現し、その回路図を図1に示す。
【０００３】
図に示すように、システム全体において、3つのリレーは、一般的に車載の12Vの電力供給である低圧電源で駆動される。このシステムには、低圧の給電電圧の変動に対処できないという大きな問題がある。
【０００４】
電気自動車の多くの付属品、例えば、エアコンコンプレッサー、パワーステアリング、冷却ファン、照明、ワイパーなどには、12Vの低圧電源が供給される。これらの電気機器の動作状態は、常に動的に変化するので、12Vの低圧電源に対する需要が不安定になり、極端な作動状況では、電圧の急降下を引き起こす可能性がある。このような急降下により電圧があるしきい値を下回ると、高圧回路のリレーは、供給されたエネルギーでリレーが閉じられないため、リレーを強制的に開放させ、高圧回路が遮断されることになる。このような状況は運転の安全に大きな影響を与えることに違いない。
【０００５】
従って、この分野では、高圧リレー状態に対する低圧電源の電圧変動の影響を克服するための改良リレー形態が必要である。
【発明の概要】
【０００６】
以下に、1つまたは複数の態様の基本的内容が分かるように、その概要を提供する。この概要は、構想されたすべての態様の詳細な概要ではなく、また、すべての態様のキーまたは決定的要素を指摘しようとするものではなく、任意またはすべての態様の範囲を画定しようとするものでもない。その唯一の目的は、後述のより詳細な説明の基礎として、簡略化された形で1つまたは複数の態様のいくつかの概念を提供することである。
【０００７】
本発明の一態様によれば、オンオフが低圧電源により駆動される、高圧回路用のリレーであって、
コイル電流が前記低圧電源により供給される主コイルと、前記高圧回路に配置され、前記主コイルへの電力の遮断および供給に応じて前記高圧回路を開閉する、前記主コイルと協働する第1アーマチュアと、
駆動回路の閉路時に通電されて前記第1アーマチュアを閉成位置にする付加電磁力を発生させる、前記第1アーマチュアと協働する副コイルと、前記高圧回路の高圧電源により電力供給される、前記副コイルに電力を供給する前記駆動回路と、
前記駆動回路に位置し、前記主コイルへの電力の遮断および供給に応じて前記駆動回路を開閉する、前記主コイルと協働する第２アーマチュアと、を備える
リレーが提供される。
【０００８】
一例では、前記第1アーマチュアと前記第2アーマチュアは連動構造である。
【０００９】
一例では、前記副コイルのコイル巻数は、前記第1アーマチュアに対する前記副コイルによる前記付加電磁力が前記第1アーマチュアと前記第2アーマチュアの合計復元力よりも小さいように設計されている。
【００１０】
一例では、前記副コイルのコイル巻数は、前記第1アーマチュアに対する前記副コイルによる前記付加電磁力が前記第2アーマチュアによる付加復元力よりも大きいように設計されている。
【００１１】
一例では、前記主コイルは、少なくとも前記低圧電源が公称値にあるときに提供する電磁力は、前記第1アーマチュアと前記第2アーマチュアの合計復元力よりも大きい。
【００１２】
一例では、前記副コイルの軸線は、前記副コイルが通電されたときに前記第1アーマチュアにおける磁場密度が最大になるように、前記第1アーマチュアに一致するとともに、前記第1アーマチュアの近傍に位置する。
【００１３】
一例では、前記副コイルのコイル巻きつけ方向は、前記第1アーマチュアに対する前記副コイルによる前記付加電磁力が前記高圧電源の充電時にも放電時にも前記第1アーマチュアを閉成位置にする方向に作用するように設計されている。
【００１４】
一例では、前記低圧電源は12Vの電圧源である。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、
動力電池回路であって、
高圧電池群と、
高圧回路により高圧電池群と接続され、高圧電池群の直流電力を交流電力に変換するインバータと、
を備え、
前記高圧回路には、前記動力電池回路のオンオフを制御するための前記リレーが設けられ、前記高圧電池群は、前記リレーにおける前記高圧電源として用いられる、
動力電池回路も提供される。
【００１６】
一例では、前記動力電池回路は、電気自動車に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
以下の図面に基づいて本開示の実施例の詳細な説明を読んだ後、本発明の前記の特徴と利点をより良く理解することができる。図面において、各構成要素は必ずしも縮尺通りに描いたものではなく、類似の関連特性または特徴を有する構成要素は、同一または類似の符号を持つ可能性がある。
【図１】従来の動力電池回路における高圧回路のオンオフの概略図を示す。
【図２】本発明の一態様によるリレーの構成の概略図を示す。
【図３】一実施例による副コイルの取り付け概略図を示す。
【図４ａ】充電時の第１アーマチュアおよび磁場方向と磁場力方向との関係図を示す。
【図４ｂ】放電時の第1アーマチュアおよび磁場方向と磁場力方向との関係図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面および具体的な実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。以下、図面および具体的な実施例に基づいて説明する各態様は、あくまでも例示であり、本発明の保護範囲を制限するものとして理解されてはならないことに留意されたい。
【００１９】
図1に示すように、リレーの主要部材は、アーマチュア101とコイル102（コアを含む。）を含み、アーマチュア101とコイル102との間の電磁力によりオンオフを実現する。詳細には、コイルに電流がない場合には、アーマチュア101は、復元力（例えば、バネによって発生する。）によって開放位置に維持され、すなわち、アーマチュアの可動接点と高圧母線の固定接点とは、離間する。
【００２０】
コイル両端に一定の電圧を加えると、コイルには一定の電流が流れ、電磁効果が生じるので、アーマチュア101は電磁力によって復元力に抗して閉成位置に移動し、すなわち、アーマチュアの可動接点と高圧母線の固定接点とは、閉成する。
【００２１】
コイルへの電力供給が再び遮断すると、電磁力も消滅し、アーマチュア101は復元力によって元の位置に戻り、可動接点と高圧母線の固定接点とを開放させる。このように閉成、開放することにより、回路内のオン、オフの目的が達成される。
【００２２】
アーマチュアが閉成位置にあるとき、閉成位置に維持されるようにするために、アーマチュアが受ける電磁力は、復元力よりも大きくなければならない。電磁力はコイル電流の大きさに影響される。前述したように、純粋な電気自動車の動力電池回路では、コイルは低圧電源（例えば、12Vの電圧）により電力供給される。一方、電気自動車の多くの付属品、例えばエアコンコンプレッサー、パワーステアリング、冷却ファン、照明、ワイパーなども、当該12Vの電圧源により電力供給されるので、これらの電子部品の動作状態の変化によって、この12Vの電圧源は極めて不安定で、変動しやすいである。12Vの電圧源の変動はコイル電流の変化に影響を及ぼし、ひいては、電磁力の安定に影響を及ぼす。この低圧電源の電圧が急降下してあるしきい値を下回ると、高圧回路のリレーは、供給されたエネルギーでリレーが閉じられないため、リレーを強制的に開放させ、高圧回路が遮断されることになり、運転の安全に大きな影響を与える。
【００２３】
本発明では、付加コイルを導入することにより、リレーが閉じる時に、リレーの閉じ状態が維持されるように追加の電磁力を提供する。この付加コイルは、高圧システムをエネルギー源として利用して、リレーの閉じを維持するのに十分なエネルギーを提供するとともに、安全性能、及び従来のシステムとの整合の利便性を考慮して、低圧電源を相変わらず起動電源として使用し、リレーをオフする指令として該低圧電源を使用する。この形態はリレーの低圧部分と高圧維持部分を仕切り、高圧部分は閉成力増強用のもののみとされ、リレーのオンオフは相変わらず低圧部分によって制御され、予期しない場合にはリレーをオフする機能を確保する。
【００２４】
図2は、本発明の一態様によるリレー200の構成概略図を示す。なお、図2に示すものは、単なる構成概略図であり、図面中の各部材間の相対的な位置は、必ずしも現実の部品材間の位置関係を反映するものではない。
【００２５】
リレー200の役割は、高圧回路231のオンオフを制御することであり、そのオンオフは低圧電源によって駆動される。図2に示すように、リレー200は、主コイル211と、主コイル211と協働する第1アーマチュア212とを含む。
【００２６】
第1アーマチュア212は、高圧回路231に位置し、主コイル211が通電されるときに発生する電磁力によって、第1アーマチュア212が復元力に抗して閉成位置に移動し、すなわち、第1アーマチュア212上の可動接点と高圧母線の固定接点とが閉成するようになる。主コイル211への電力供給が遮断すると、電磁力が消滅し、第1アーマチュア212は復元力によってオフ位置に戻り、すなわち、第1アーマチュア212の可動接点と高圧母線の固定接点とが分離されるようになる。
【００２７】
前述したように、主コイル211のコイルは低圧電源によって電力供給され、閉成状態では、低圧電源の電圧変動によって、第1アーマチュア212の閉成を維持するための電磁力に変動が生じ、第1アーマチュア212がオフする恐れがある。
【００２８】
このため、リレー200に対して、第1アーマチュア212と協働する副コイル221を特別に設計し、第1アーマチュア212が閉成位置にあるときに、第1アーマチュア212に追加の電磁力を提供する。
【００２９】
特に、副コイル221は、駆動回路232を介して高圧電源により電力供給される。駆動回路232には、第2アーマチュア222が設計されており、駆動回路232のオンオフは、主ライン圏211と協働する第2アーマチュア222によって制御される。
【００３０】
主コイル211が通電されると、発生する電磁力によって、第2アーマチュア222が復元力に抗して閉成位置に移動し、すなわち、第2アーマチュア222上の可動接点と駆動回路上の固定接点とが閉成するようになる。主コイル211への電力供給が遮断すると、電磁力が消滅し、第2アーマチュア222は復元力により開放位置に戻り、すなわち、第2アーマチュア212の可動接点と駆動回路上の固定接点とが分離されるようになる。
【００３１】
特に、第1アーマチュア212と第2アーマチュア222は、連動機構であってもよく、すなわち、両者は同期に運動してもよい。例えば、第1アーマチュア212と第2アーマチュア222が同一のブラケットに固定されることで両者を同期に連動させてもよい。このようにすると、第1アーマチュア212と第2アーマチュア222とを同期に開放または閉成させることができる。
【００３２】
駆動回路232における第1のアーマチュア222が閉成位置にあるとき、副コイル221は通電され、これにより、主コイル211に発生する第1アーマチュア222に対する電磁力に加えて、第1アーマチュア212を閉成位置に維持するための追加の電磁力が発生する。
【００３３】
本発明では、副コイル221の電流は、高圧電源から供給されるので、第1アーマチュア212の閉成を維持するのに十分な電磁力を発生することができる。さらに、副コイル221への電力の供給および遮断は、相変わらず低圧電源によって制御され、すなわち、低圧電源が主コイル211に電力を供給して第1アーマチュア212を閉成させるとき、第2アーマチュア222の閉成によって、副コイル221が通電されるので、第1アーマチュア212の閉成状態を維持するために補助的な追加の電磁力を提供する。一方、第1アーマチュア212を開放したい場合に、主コイル211への低圧電源による電力供給を遮断すれば、このとき、第2アーマチュア222の開放によって副コイル221への電力供給が遮断するので、第1アーマチュア212が正常に開放することができる。
【００３４】
一般的に、第2アーマチュア222を追加した後に、追加の復元力が生じることもある。第1アーマチュア212と第2アーマチュア222が連動構造である場合、第1アーマチュア212と第2アーマチュア222の閉成状態での閉成能力を増強するために、副コイル221の巻数を、通電されたときに副コイル22に発生する電磁力が、第2アーマチュア222の追加による追加復元力より大きいように設計することができる。
【００３５】
もちろん、第2アーマチュア222を追加した後に、追加の復元力が発生する可能性があるが、リレー200がオフされた時には、副コイル221は電磁力を提供できないので、第1アーマチュア212と第2アーマチュア222とが連動構造である場合には、少なくとも低圧電源が公称値にある際に主コイル211が提供する電磁力は、第1アーマチュア212と第2アーマチュア222の合計復元力より大きい必要がある。
【００３６】
また、第1アーマチュア212と第2アーマチュア222とが連動構造である場合に、副コイル221が通電された時に発生する電磁力が大きすぎると、主コイル211への電力供給が遮断した時に、副コイル211の電磁力によって第1アーマチュア212と第2アーマチュア222が閉成したままで、リレーに対する低圧電源のオンオフ制御が無効になる可能性がある。このため、副コイル221の巻数は、通電される時に副コイル221が発生する電磁力が第1アーマチュア212および第2アーマチュア222の合計復元力より小さくなるように設計されてもよく、これによって、主コイル211への電力供給が遮断したときに、第1アーマチュア212および第2アーマチュア222が開放してリレー200をオフにする目的を果たすことができる。
【００３７】
図3は、副コイルの取り付け概略図を示している。図3の破線の左側は、副コイル221と第1アーマチュア212との取り付け構造の正面図であり、破線の右側は、側面図である。
【００３８】
図3に示すように、副コイル221の軸線は、第1アーマチュア212と一致し、これにより、副コイル221が通電されたときに発生する磁力線の中心が第1アーマチュア212を通り、電磁力を最大にすることができる。また、副コイル221を第1アーマチュア212の近傍に位置させ、例えば、図3の側面図のように、第1アーマチュア212と副コイル221との軸線距離aをできるだけ小さくし、副コイル221によって発生する磁場をできるだけ利用し、第1アーマチュア212における磁場密度を向上させる。
【００３９】
図3の電流方向を例にすると、第1アーマチュア212の電流は右方向に流れ、副コイル221の電流方向により発生する磁力線方向は正面図で紙面に垂直する内側であり、左手の法則により、生成されたローレンツ力が上向きで、ちょうど第1アーマチュア212を閉成させる方向であることが分かる。
【００４０】
また、前述したように、リレー200は、図1に示すように、純粋な電気自動車の動力電池回路に使用される可能性がある。このような動力電池回路においては、高圧回路における電流は、高圧電池群の充電時と放電時とに、異なる電流方向を有する。
【００４１】
この場合、本発明では、副コイル221のコイル巻きつけ方向は、第1アーマチュア212に対する副コイル221による付加電磁力が、高圧電源の充電時にも放電時にも、第1アーマチュア212を閉成させる方向に作用するように設計される。
【００４２】
図4aは、充電時の第1アーマチュアおよび磁場方向と磁場力方向との関係図を示す。図4bは、放電時の第1アーマチュアおよび磁場方向と磁場力方向との関係図を示す。
【００４３】
図4aに示すように、高圧電源の充電時における高圧母線の電流方向を右方向と仮定すると、副コイル221のコイル巻きつけ方向は、駆動回路232を介して高圧電源が供給する電流によって発生する磁場方向が紙面に垂直する内側になるように設計されてもよく、この場合、左手の法則により、発生する磁場力方向は上向きであり、第1アーマチュア212を閉成させる。
【００４４】
この設計において、高圧電源が放電すると仮定すると、高圧母線の電流方向は左方向へ変わるとともに、高圧電源によって電力供給される駆動回路232の電流方向も変化するので、副コイル221の電流方向も逆になり、最終的な磁場方向は紙面に垂直する外側になり、この場合、左手の法則により、発生する磁場力方向は依然として上向きであり、第1アーマチュア212を閉成させる。
【００４５】
本発明では、同じ高圧電源を利用して副コイル221に電力供給することにより、特定の副コイル221の巻き付け方式において、高圧電源の放電であろうと、充電であろうと、第1アーマチュアが受けるローレンツ力はリレーの閉じに寄与することを確保することができる。これは動力電池回路のような充放電が必要である回路において充放電シーンのニーズに合致している。
【００４６】
本発明はまた、前記のリレーを含む動力電池回路を提供し、その高圧電池群は前記の高圧電源である。このような動力電池回路は電気自動車に使える。
【００４７】
本開示に関する前記の説明は、当業者が本開示を作成または使用することを可能にするために提供される。本開示の様々な修正は、当業者にとって自明であり、本明細書で定義された普遍的原理は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、他の変形体に適用され得る。したがって、本開示は、本明細書で説明された例および設計に限定されることを意図するものではなく、本明細書で開示された原理および新規性の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【図１】
0006891343.tif 000002
【図２】
0006891343.tif 000003
【図３】
0006891343.tif 000004
【図４ａ】
0006891343.tif 000005
【図４ｂ】
0006891343.tif 000006