JP2006310091A - リレー制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電源と、当該直流電源に並列に接続されたコンデンサと、直流電源とコンデンサとの間に介挿されたリレーとを備え、直流電源の電力がコンデンサを介して負荷に供給されるシステムにおいて、リトライ制御によるリレー溶着を回避する。
【解決手段】直流電源１からモータ４への電力供給を遮断する際、リレー制御装置８は、ＳＭＲ５Ｇをオフさせた後に所定のタイムアウト時間内にコンデンサ２の電圧が所定の放電完了電圧まで低下しなかった場合、コンデンサ２のリレーオフ後の電圧変化量がＳＭＲ５Ｇの溶着耐圧値以下であるか否かを判断する。そして、溶着耐圧値以下であると判断されたときには、ＳＭＲ５Ｇを再度オンさせた後にオフさせるリトライ制御を実行し、溶着耐圧値以下でないと判断されたときには、上記リトライ制御を実行しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源と、当該直流電源に並列に接続されたコンデンサと、直流電源とコンデンサとの間に介挿されたリレーとを備え、直流電源の電力がコンデンサを介して負荷に供給されるシステムにおいて、リレーをオン／オフ制御するリレー制御装置に関する。

直流電源と、当該直流電源に並列に接続されたコンデンサと、直流電源とコンデンサとの間に介挿されたリレーとを備え、直流電源の電力がコンデンサを介して負荷に供給されるシステムにおいて、負荷への電力供給を遮断する際、リレーをオフさせた後、所定のタイムアウト時間内にコンデンサの電圧が所定電圧まで放電により低下した場合にはリレー溶着なしと判定し、低下しなかった場合にはリレー溶着ありと判定する技術が知られている。

また、特許文献１には、電磁リレーへのオンおよびオフの出力を一回あるいは複数回繰り返し出力することにより、電磁リレー接点の溶着を解除するものが開示されている。

特開平９−１１５４０３号公報 特開２０００−２７０５６１号公報 特開２００３−１３９８１０号公報

上記溶着の有無を判定する技術に上記特許文献１に記載の技術を適用すれば、次のような構成が想定される。すなわち、リレーをオフさせた後、タイムアウト時間内にコンデンサの電圧が所定電圧まで低下しなかった場合に、リレーを再度オンさせた後にオフさせるリトライ制御を実行する構成が想定される。

しかし、上記構成では、コンデンサのリレーオフ後の電圧変化量がリレーの溶着耐圧値を超えている場合、リトライ制御でリレーを再接続したとき、溶着耐圧値を超える電圧がリレーにかかってしまい、リレーが本当に溶着してしまう危険性がある。

そこで、本発明は、リトライ制御によるリレー溶着を回避することができるリレー制御装置を提供する。

本発明に係るリレー制御装置は、直流電源と、当該直流電源に並列に接続されたコンデンサと、前記直流電源と前記コンデンサとの間に介挿されたリレーとを備え、前記直流電源の電力が前記コンデンサを介して負荷に供給されるシステムにおいて、前記リレーをオン／オフ制御するリレー制御装置であって、前記直流電源から前記負荷への電力供給を遮断する際、前記リレーをオフさせた後に所定のタイムアウト時間内に前記コンデンサの電圧が所定の放電完了電圧まで低下しなかった場合、前記コンデンサのリレーオフ後の電圧変化量が前記リレーの溶着耐圧値以下であるか否かを判断し、溶着耐圧値以下であると判断されたときには、前記リレーを再度オンさせた後にオフさせるリトライ制御を実行し、溶着耐圧値以下でないと判断されたときには、前記リトライ制御を実行しないことを特徴とする。

本発明の好適な態様では、前記溶着耐圧値以下でないと判断されたときには、前記タイムアウト時間を延長し、延長後のタイムアウト時間内に前記コンデンサの電圧が前記放電完了電圧まで低下しなかった場合に、前記リレーが溶着していると判定する。

本発明によれば、リトライ制御によるリレー溶着を回避することができるリレー制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、本発明に係るリレー制御装置を電気自動車やハイブリッド車の駆動システムに適用した場合を例にとって説明する。

図１は、本実施の形態に係るリレー制御装置を含む駆動システム１０の構成を示す概略回路図である。図１において、駆動システム１０は、直流電源１、コンデンサ２、インバータ３、モータ４、システムメインリレー（以下、ＳＭＲと称す）５Ｂ，５Ｇ，５Ｐ、抵抗６、電圧検出器７、およびリレー制御装置８を備えている。

直流電源１は、直流電力を供給する電源であり、ここでは比較的高圧の車載バッテリである。この直流電源１の正極には電源ラインＬ１が接続されており、負極にはアースラインＬ２が接続されている。

コンデンサ２は、直流電源１の直流電圧を平滑化するためのものである。このコンデンサ２は、電源ラインＬ１とアースラインＬ２との間に接続されており、直流電源１と並列に接続されている。

インバータ３は、直流電源１からコンデンサ２を介して供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータ４に供給するものである。このインバータ３は、電源ラインＬ１とアースラインＬ２との間に並列に設けられたＵ，Ｖ，Ｗ相アームを含んで構成されている。Ｕ相アームは、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子３１，３２が直列に接続されてなり、Ｖ相アームは、スイッチング素子３３，３４が直列に接続されてなり、Ｗ相アームは、スイッチング素子３５，３６が直列に接続されてなる。

モータ４は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線を固定子巻線として含む３相交流モータであり、例えばブラシレスＤＣモータである。モータ４の各相巻線は、インバータ３の各相アームの中間点に接続されている。具体的には、スイッチング素子３１，３２の中間点はＵ相巻線に、スイッチング素子３３，３４の中間点はＶ相巻線に、スイッチング素子３５，３６の中間点はＷ相巻線に接続されている。

ＳＭＲ５Ｂ，５Ｇ，５Ｐは、直流電源１とモータ４との接続を断続して、直流電源１からモータ４への電力供給を制御するためのリレーであり、直流電源１とコンデンサ２との間に設けられている。具体的には、ＳＭＲ５Ｂは電源ラインＬ１に介挿されており、ＳＭＲ５Ｇ，５ＰはアースラインＬ２に介挿されている。ＳＭＲ５Ｐには抵抗６が直列に接続されており、この直列接続はＳＭＲ５Ｇに並列に接続されている。

電圧検出器７は、コンデンサ２の両端電圧を検出するセンサであり、検出された電圧を示す電圧検出値Ｖｃをリレー制御装置８に出力する。

リレー制御装置８は、ＳＭＲ５Ｂ，５Ｇ，５Ｐのオン／オフを制御するとともに、リレー溶着の有無を判定する装置である。ここでは、リレー制御装置８は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）であり、その機能は、ＲＯＭ等の記憶媒体に格納されたプログラムがＣＰＵにより実行されることによって実現される。ただし、リレー制御装置８は、どのような構成で実現されてもよく、例えば専用のハードウェア回路により実現されてもよい。

ここで、上記構成を有する駆動システム１０の動作のうち、直流電源１からモータ４への電力供給を開始する際の動作について簡単に説明する。リレー制御装置８は、ＳＭＲ５Ｂをオンさせた後にＳＭＲ５Ｐをオンさせる。これにより、直流電源１とコンデンサ２とが抵抗６を介して接続され、抵抗６により突入電流が抑制されつつコンデンサ２の充電が開始される。そして、リレー制御装置８は、コンデンサ２がある程度充電された後、ＳＭＲ５Ｐをオフさせるとともに、ＳＭＲ５Ｇをオンさせる。これにより、直流電源１とコンデンサ２とは、抵抗６を介さずに接続されることとなり、最終的にはコンデンサ２の電圧は直流電源１の電圧と等しくなる。

なお、上記の電力供給の開始処理が終了した後は、不図示のモータ制御ＥＣＵからのＰＷＭ信号によってインバータ３の各スイッチング素子３１〜３６がオン／オフ制御され、これにより直流電源１の直流電圧が３相交流電圧に変換されてモータ４に供給され、モータ４が駆動制御される。

図２は、直流電源１からモータ４への電力供給を遮断する際のリレー制御装置８の動作手順を示すフローチャートである。図３は、電力供給を遮断する際におけるコンデンサ２の電圧変化を示すタイムチャートである。以下、図２、３に従って、直流電源１からモータ４への電力供給を遮断する際のリレー制御装置８の動作について詳しく説明する。

図２において、リレー制御装置８は、ＳＭＲ５Ｇをオフさせるとともに（Ｓ１）、コンデンサ２に蓄えられた電荷を放電させるための放電制御（ディスチャージ制御）を開始する（Ｓ２）。ここでは、リレー制御装置８は、インバータ３の各スイッチング素子３１〜３６のオン／オフを制御することにより、モータ４が回転しないようにコンデンサ２からモータ４の巻線に電流を流し、コンデンサ２の電荷をモータ４の巻線抵抗にて消費放電させる。また、このとき、リレー制御装置８は、放電開始後の経過時間ｔの計時を開始する（Ｓ３）。

その後、リレー制御装置８は、電圧検出器７の出力をモニタし、経過時間ｔが所定のタイムアウト時間ｔ１に達するまで、電圧検出値Ｖｃが所定の放電完了電圧（異常判定電圧とも言う）以下であるか否かの判断を行う（Ｓ４、Ｓ５）。ここで、上記のタイムアウト時間ｔ１は、標準的な放電完了時間、放電完了時間のバラツキ、使い勝手などを考慮して予め決められる。

経過時間ｔがタイムアウト時間ｔ１に達する前に、電圧検出値Ｖｃが放電完了電圧以下になったと判断された場合（Ｓ４：ＹＥＳ、Ｓ５：ＮＯ）、リレー制御装置８は、ＳＭＲ５Ｇは溶着していないと判定してＳＭＲ５Ｂをオフさせる（Ｓ６）。したがって、図３の曲線Ａ１のように、タイムアウト時間内にコンデンサ２の残電圧が放電により溶着異常範囲外（異常判定電圧以下の範囲）となった場合、すなわちタイムアウト（規定時間オーバー）となるまでにコンデンサ２の放電が完了した場合、溶着異常なしと判定されて正常終了する。

一方、電圧検出値Ｖｃが放電完了電圧以下になったと判断されることなく、経過時間ｔがタイムアウト時間ｔ１に到達した場合（Ｓ４：ＮＯ、Ｓ５：ＹＥＳ）、リレー制御装置８は、電圧検出値Ｖｃのリレーオフ後の変化量ΔＶｃが所定の溶着耐圧値Ｖｘ以下であるか否かを判断する（Ｓ７）。ここで、上記のリレーオフ後の変化量ΔＶｃは、ＳＭＲ５Ｇオフ時点における電圧検出値とタイムアウト時点における電圧検出値との差の絶対値である。上記のタイムアウト時点とは、放電開始後タイムアウト時間ｔ１後の時点である。

そして、変化量ΔＶｃが溶着耐圧値Ｖｘ以下であると判断された場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、リレー制御装置８は、いわゆるリトライ制御を実行する（Ｓ８）。したがって、図３の曲線Ａ４のように、タイムアウト時点において、コンデンサ２の残電圧が溶着異常範囲内であり、かつコンデンサ２の電圧変化量が溶着耐圧値以下である場合には、リトライ制御が実行される。

ここで、上記リトライ制御の手順について説明する。図４は、リトライ制御の手順を示すフローチャートである。図４において、リレー制御装置８は、リトライ回数ｎを”０”に設定しておき（Ｓ４１）、ＳＭＲ５Ｇを再度オンさせる（Ｓ４２）。そして、リレー制御装置８は、ＳＭＲ５Ｇを所定時間だけオンさせた後にオフさせ（Ｓ４３）、これとともに放電制御を開始し（Ｓ４４）、放電開始後の経過時間ｔの計時を開始する（Ｓ４５）。

その後、経過時間ｔがタイムアウト時間ｔ１に達する前に、電圧検出値Ｖｃが放電完了電圧以下になったと判断された場合（Ｓ４６：ＹＥＳ、Ｓ４７：ＮＯ）、リレー制御装置８は、ＳＭＲ５Ｇは溶着していないと判定してＳＭＲ５Ｂをオフさせる（Ｓ４８）。したがって、例えばリトライによって軽度のリレー溶着が解消され、タイムアウト時間内にコンデンサ２の電荷を十分にディスチャージできた場合には、ＳＭＲ５Ｇに溶着異常はないと判定され、正常終了する。

一方、電圧検出値Ｖｃが放電完了電圧以下になったと判断されることなく、経過時間ｔがタイムアウト時間ｔ１に到達したと判断された場合（Ｓ４６：ＮＯ、Ｓ４７：ＹＥＳ）、リレー制御装置８は、リトライ回数ｎをカウントアップした上で（Ｓ４９）、リトライ回数ｎが所定回数Ｎ（Ｎは１以上の整数）に達したか否かを判断する（Ｓ５０）。そして、リトライ回数ｎが所定回数Ｎに達していないと判断された場合には（Ｓ５０：ＮＯ）、ステップＳ４２に戻ってリトライを繰り返し、達していると判断された場合には（Ｓ５０：ＹＥＳ）、ＳＭＲ５Ｇが溶着していると判定し、その旨を報知する等の所定の溶着検出時処理を実行する（Ｓ５１）。例えば、リレー溶着を示す警告ランプを点灯させて、リレー溶着有りを運転者に警告する。したがって、一定回数のリトライを行ったにもかかわらずタイムアウト時間内にコンデンサ２の電荷を十分にディスチャージできなかった場合には、ＳＭＲ５Ｇに溶着異常ありと判定され、その旨が報知される。

以上のとおり、変化量ΔＶｃが溶着耐圧値Ｖｘ以下であると判断された場合には（Ｓ７：ＹＥＳ）、リレー制御装置８は、上記リトライ制御を実行する（Ｓ８）。

一方、変化量ΔＶｃが溶着耐圧値Ｖｘより大きいと判断された場合（Ｓ７：ＮＯ）、リトライを実行するとＳＭＲ５Ｇが本当に溶着してしまう危険性が高いので、リトライによる溶着を回避するため、リレー制御装置８はリトライ制御を実行しない。このとき、リレー制御装置８は、溶着ありと判定して所定の溶着検出時処理を実行してもよいが、本実施の形態では、タイムアウト時間を延長することとする。これは、リレー溶着以外の原因で放電が遅くなった場合にリレー溶着異常であると誤って判定されることを避けるためである。

具体的には、リレー制御装置８は、タイムアウト時間ｔ１を所定時間だけ延長し、経過時間ｔが延長後のタイムアウト時間ｔ２に達するまで、電圧検出値Ｖｃが放電完了電圧以下であるか否かの判断を行う（Ｓ９、Ｓ１０）。ここで、延長後のタイムアウト時間ｔ２は、使い勝手などを考慮して決められる。

経過時間ｔが延長後のタイムアウト時間ｔ２に到達する前に、電圧検出値Ｖｃが放電完了電圧以下になったと判断された場合（Ｓ９：ＹＥＳ、Ｓ１０：ＮＯ）、リレー制御装置８は、ＳＭＲ５Ｇは溶着していないと判定してＳＭＲ５Ｂをオフさせる（Ｓ６）。したがって、図３の曲線Ａ２のように、延長後のタイムアウト時間内に（タイムアウト最終ガードまでに）コンデンサ２の残電圧が放電により溶着異常範囲外となった場合には、ＳＭＲ５Ｇに溶着異常はないと判定され、正常終了する。

一方、電圧検出値Ｖｃが放電完了電圧以下になったと判断されることなく、経過時間ｔが延長後のタイムアウト時間ｔ２に到達したと判断された場合（Ｓ９：ＮＯ、Ｓ１０：ＹＥＳ）、リレー制御装置８は、ＳＭＲ５Ｇが溶着していると判定し、その旨を報知する等の所定の溶着検出時処理を実行する（Ｓ１１）。したがって、図３の曲線Ａ３のように、タイムアウト時間を延長したにもかかわらず放電が完了せず、タイムアウト最終ガード（ｔ＝ｔ２）までかかってしまった場合には、ＳＭＲ５Ｇに溶着異常ありと判定され、その旨が報知される。

以上のとおり、本実施の形態では、直流電源から負荷（モータ４）への電力供給を遮断する際、リレー（ＳＭＲ５Ｇ）をオフさせた後に所定のタイムアウト時間内にコンデンサの電圧が所定の放電完了電圧まで低下しなかった場合、コンデンサのリレーオフ後の電圧変化量がリレーの溶着耐圧値以下であるか否かを判断し、溶着耐圧値以下であると判断されたときには、リレーを再度オンさせた後にオフさせるリトライ制御を実行し、溶着耐圧値以下でないと判断されたときには、当該リトライ制御を実行しない。このため、本実施の形態によれば、リトライ制御におけるリレーの再接続によりリレーに溶着耐圧値より大きい電圧がかかってしまうことを避けることができ、リトライ制御によるリレーの溶着を回避することができる。

また、本実施の形態では、リレーオフ後のコンデンサの電圧変化量がリレーの溶着耐圧値以下でないと判断されたときには、タイムアウト時間を延長し、延長後のタイムアウト時間内にコンデンサの電圧が放電完了電圧まで低下しなかった場合、リレーが溶着していると判断する。このため、本実施の形態によれば、タイムアウト時間の経過時に即座にリレー溶着ありと判定する構成に比べて、誤判定を少なくすることができる。すなわち、即座にリレー溶着ありと判定する構成では、リレー溶着以外の何らかの原因で放電が遅れたケースにおいて、誤ってリレー溶着ありと判定してしまうが、本実施の形態では、タイムアウト時間を延長するので、このような誤判定を少なくすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更することができる。例えば、直流電源１から電力供給を受ける負荷は、上記実施の形態ではモータ４であったが、特にこれに限られない。

また、上記実施の形態では直流電源１とコンデンサ２との間にＳＭＲ５Ｂ，５Ｇ，５Ｐが設けられているが、ＳＭＲ５ＧまたはＳＭＲ５Ｂのみが設けられる構成でもよい。

また、直流電源１とコンデンサ２との間に、直流電源１の電圧を昇圧させるための昇圧コンバータが設けられてもよい。

また、上記実施の形態ではインバータ３のスイッチング素子をスイッチングしてコンデンサ２に蓄えられた電荷をモータ４の銅損で消費させることとしたが、コンデンサ２と並列に（電源ラインＬ１とアースラインＬ２との間に）抵抗を設け、当該抵抗により、または当該抵抗およびモータ４により電荷を消費させることとしてもよい。このとき、抵抗に直列にスイッチング素子を設け、放電制御時に当該スイッチング素子をオンすることとしてもよい。さらに、上記のような特別な放電制御を行うことなく、自然放電を利用することも可能である。

実施の形態に係るリレー制御装置を含む駆動システムの構成を示す概略回路図である。 直流電源からモータへの電力供給を遮断する際のリレー制御装置の動作手順を示すフローチャートである。 電力供給を遮断する際におけるコンデンサの電圧変化を示すタイムチャートである。 リトライ制御の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 直流電源、２ コンデンサ、３ インバータ、４ モータ、５Ｂ，５Ｐ，５Ｇ システムメインリレー（ＳＭＲ）、６ 抵抗、７ 電圧検出器、８ リレー制御装置、１０ 駆動システム。

Claims (2)

1. 直流電源と、当該直流電源に並列に接続されたコンデンサと、前記直流電源と前記コンデンサとの間に介挿されたリレーとを備え、前記直流電源の電力が前記コンデンサを介して負荷に供給されるシステムにおいて、前記リレーをオン／オフ制御するリレー制御装置であって、
   前記直流電源から前記負荷への電力供給を遮断する際、前記リレーをオフさせた後に所定のタイムアウト時間内に前記コンデンサの電圧が所定の放電完了電圧まで低下しなかった場合、前記コンデンサのリレーオフ後の電圧変化量が前記リレーの溶着耐圧値以下であるか否かを判断し、溶着耐圧値以下であると判断されたときには、前記リレーを再度オンさせた後にオフさせるリトライ制御を実行し、溶着耐圧値以下でないと判断されたときには、前記リトライ制御を実行しないことを特徴とするリレー制御装置。
2. 請求項１に記載のリレー制御装置であって、
   前記溶着耐圧値以下でないと判断されたときには、前記タイムアウト時間を延長し、延長後のタイムアウト時間内に前記コンデンサの電圧が前記放電完了電圧まで低下しなかった場合に、前記リレーが溶着していると判定することを特徴とするリレー制御装置。

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