JP2009296791A - 電源回路制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の電源電圧が不明でも、プリチャージ後にメインリレーを閉成することができようにした電源回路制御装置を提案する。
【解決手段】電池と負荷との間にプリチャージリレーを備えたリレーと電圧変動抑制コンデンサとを接続して構成された電源回路を制御する電源回路制御装置であって、イグニッションオフ時に負荷入力電圧を記憶する記憶手段と、イグニッションオン時に電源電圧を計測する電源電圧計測手段（Ｓ１０，Ｓ１２）と、該電源電圧計測手段で電源電圧が計測できないときに、記憶手段の記憶電圧を読み出す比較電圧設定手段（Ｓ１１）と、イグニッションオン時に、プリチャージリレーを閉成すると共に、電源電圧計測手段による電源電圧又は比較電圧設定手段による記憶電圧と現在の負荷入力電圧とを比較し、その結果に従いメインリレーを閉成するリレー制御手段（Ｓ１３〜Ｓ１７）と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）などの走行用モータを含む車両において、電源の電池から負荷へ電力を供給する電源回路の制御に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車においては、電池の直流電源をインバータにより交流変換して走行用モータを駆動する。この電池からみて負荷となるインバータ（インバータの前に昇圧コンバータを含む場合は昇圧コンバータ）へ電力を供給する電源回路には、イグニッションオン（つまりシステム起動）に従って閉成されるリレーと、電源電圧変動を抑制する平滑用のコンデンサと、が備えられる（特許文献１）。

そのコンデンサは、イグニッションオン時に電池からいきなり充電してしまうと、大電流によって接点損傷の可能性があるので、電源回路のメインリレーを閉成する前に、プリチャージリレーの閉成によってプリチャージされる。プリチャージリレーは、抵抗により電流制限したリレーである。このプリチャージリレーの閉成によって、コンデンサの両端電圧（＝負荷入力電圧）が電池の電源電圧程度まで上昇したところで、メインリレーを閉成して負荷への電力供給が可能な状態となる。
特開２００５−１９２３２４号公報

上記メインリレーとプリチャージリレーの切り換えは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の電源回路制御装置により実行される。当該制御装置は、イグニッションオン時に、プリチャージリレーを閉成すると共に電池の電源電圧とプリチャージによる負荷入力電圧とを比較することで、プリチャージリレーからメインリレーへの切り換え時点を判断する。このリレー制御において、電源電圧センサの故障などによって電源電圧検出に異常が発生し、電源電圧が不明となった場合、プリチャージ負荷入力電圧を電源電圧と比較することができなくなる。すると、電源回路制御装置がメインリレーを閉成することができなくなって、負荷への電力供給が開始されないということになる。

本発明は、このような技術背景に着目したもので、電源電圧が不明となった場合でも、メインリレーを閉成することができようにした電源回路制御装置を提案するものである。

本発明に関連する電源回路は、電池と負荷との間の電力線に接続されてイグニッションオンに従い閉成されるリレーと、該リレーよりも前記負荷側において前記電力線に接続された電圧変動抑制用のコンデンサと、を含んで構成され、前記リレーが、前記電力線に接続されたメインリレーと、該メインリレーに対し並列接続され、前記メインリレーよりも電流を抑制してあるプリチャージリレーと、を有する電源回路である。

このような電源回路の前記リレーを制御するために、本発明に係る電源回路制御装置は、イグニッションオフ時に、前記負荷へ印加されている負荷入力電圧を記憶する記憶手段と、イグニッションオン時に、前記電池の電源電圧を計測する電源電圧計測手段と、該電源電圧計測手段により電源電圧が計測できないときに、前記記憶手段によって記憶されている記憶電圧を読み出す比較電圧設定手段と、イグニッションオン時に、前記プリチャージリレーを閉成すると共に、前記電源電圧計測手段により計測された電源電圧又は前記比較電圧設定手段により読み出された記憶電圧と前記負荷へ印加される負荷入力電圧とを比較し、当該比較結果に従って前記メインリレーを閉成するリレー制御手段と、を含んで構成される。

本発明に係る電源回路制御装置によると、電源電圧センサの故障などで電池の電源電圧検出が異常となった場合、直前のイグニッションオフ時に記憶手段にて記憶された負荷入力電圧を、電源電圧の代わりに比較対象として使用し、プリチャージリレーからメインリレーへの切り換え制御を実行することができる。リレーを切断した後には電池の充放電は無いものと見なせるので、記憶手段により記憶された記憶電圧、すなわち、リレー切断前にコンデンサ両端にかかっていた負荷入力電圧は、ほぼ現在の電源電圧に等しい。したがって、記憶手段による記憶電圧を比較対象とすることで、電源電圧が不明となったときでもリレー制御を行ってメインリレーを閉成し、負荷への電力供給を開始することが可能となる。

本発明に係る電源回路制御装置の実施形態について、図１に回路図を示している。

図示の回路は、ハイブリッド自動車における走行用モータを駆動する回路で、三相交流の走行用モータを駆動するためのインバータＩＮＶ（ＤＣ−ＡＣ）と、電源電圧を昇圧してインバータＩＮＶに提供する昇圧コンバータＣＮＶ（ＤＣ−ＤＣ）と、を備えている。また、昇圧コンバータＣＮＶからインバータＩＮＶの間の電力線間には、リップル抑制のための平滑コンデンサＣと、この平滑コンデンサＣに溜まる電荷を放電するための放電抵抗Ｒと、が並列に接続されている。

これら昇圧コンバータＣＮＶ及びインバータＩＮＶを含んだ負荷に対し、電池ＢＡＴから電力を供給する本実施形態の電源回路は、電池ＢＡＴと負荷との間の電力線に接続されたリレー１０と、電圧変動を抑制するために、リレー１０よりも負荷側において電力線に接続されたコンデンサ２０と、を含んで構成される。イグニッションオンに従って閉成されるリレー１０は、メインリレーとして、電池ＢＡＴの高電位側に接続された高電位側リレースイッチ１１と、電池ＢＡＴの低電位側に接続された低電位側リレースイッチ１２と、を含んで構成される。また、本実施形態のリレー１０においては、スイッチ素子１３（図示の例ではＦＥＴ）と抵抗素子１４とを直列接続してメインリレーよりも電流を抑制したプリチャージリレーが、低電位側リレースイッチ１２に並列接続されている。

当該電源回路には、コンデンサ２０の両端電圧、つまり負荷入力電圧を計測するための電圧センサ２１と、電池ＢＡＴの電源電圧を計測するための電源電圧センサ３０と、が設けられている。また、負荷へ流れる電流を計測する電流センサ４０も設けられており、これらセンサ２１，３０，４０の出力信号は、電源回路制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０に入力される。

ＥＣＵ５０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）の通信によりイグニッションスイッチ（スタートスイッチ）のオンオフを検知し、各センサ２１，３０，４０の出力信号を入力して、制御動作を実行する。すなわち、ＥＣＵ５０は、ＲＯＭ等に格納されたプログラムに従って、記憶手段、電源電圧計測手段、比較電圧設定手段、リレー制御手段として動作し、リレー１０の制御を実行する。以下、図２及び図３のフローチャートに従って、ＥＣＵ５０が実行するリレー制御を説明する。

まず、現在のトリップ（走行制御）において、電源電圧センサ３０のセンサ故障や断線などで電源電圧検出の異常が発生し、電池ＢＡＴの電源電圧が不明となった場合に、電圧センサ２１によって計測される負荷入力電圧を記憶する図２の処理から説明する。なお、図２のフローチャートでは電源電圧が不明となった場合に負荷入力電圧を記憶する制御としているが、電源電圧が不明か否かに関わりなく、イグニッションオフ時の負荷入力電圧を常に記憶する制御とすることもできる。

ＥＣＵ５０は、トリップ中、電源電圧センサ３０からの出力信号が途絶える等の異常が発生するかどうか、電源電圧センサ３０の出力信号を監視している（Ｓ１）。その結果、電源電圧センサ３０の異常等で電源電圧が不明になると、ＥＣＵ５０は、イグニッションオフ、つまりトリップ終了になるか否かを監視する（Ｓ２）。なお、電源電圧センサ３０の異常は、例えば、電源電圧センサ３０の出力が異常値を示しているにも関わらず、電圧センサ２１の出力は正常値を示しているなどの状況によって、判別することもできる。

ＥＣＵ５０は、イグニッションオフが検出されると、終了シーケンスでリレー１０を切断する前に、記憶手段として動作し、まず、負荷へ流れる電流を確認する（Ｓ３）。すなわち、負荷に電流が流れているうちは負荷入力電圧が変動し得るので、電流センサ４０により検出される電流値（絶対値）をしきい値と比較し、しきい値よりも下回れば、負荷へ電流が流れていないものと判断する。このときのしきい値は、回路構成に応じて適宜決められるものである。電流値がしきい値を下回らないうちは、ステップＳ１の電源電圧不明判断から繰り返す。

ＥＣＵ５０は、電流センサ４０による電流値がしきい値を下回れば、このときに電圧センサ２１により検出される負荷入力電圧を、フラッシュメモリ等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶する（Ｓ４）。そして、ＥＣＵ５０は、通常どおりの終了シーケンスを実行してリレー１０の切断等を実施し（Ｓ５）、トリップを終える。これにより、電源電圧が不明となった場合のイグニッションオフ時に、負荷へ印加されている負荷入力電圧が記憶される。

イグニッションオフの後、次のイグニッションオン、つまりトリップが開始されると、ＥＣＵ５０は、電源電圧計測手段として動作し、電源電圧センサ３０の出力信号を読み取りにいく。このときに、電源電圧検出が正常か否かの判断を実行する（Ｓ１０）。すなわち、ＥＣＵ５０は、電源電圧センサ３０の出力信号読み取りを行い、その結果、電源電圧センサ３０の出力信号が読み取れないなどの異常があれば、電源電圧不明と判断する。あるいは、この他に、例えば図２のステップＳ１で電源電圧不明となった場合に所定のメモリ領域にフラグをたてておき、ＥＣＵ５０がそのフラグを読みにいくことで、電源電圧不明を判断する処理とすることもできる。

次いで、ＥＣＵ５０は、電源電圧検出が異常で電源電圧不明と判断した場合、すなわち電源電圧計測手段により電源電圧が計測できないときに、比較電圧設定手段として動作する。比較電圧設定手段として動作するＥＣＵ５０は、メモリに記憶されている記憶電圧、すなわち直前のイグニッションオフに際して記憶された負荷入力電圧を読み出す。そして、ＥＣＵ５０は、この読み出した記憶電圧を、プリチャージ負荷入力電圧と比較する比較対象に設定する（Ｓ１１）。一方、電源電圧検出が正常である場合のＥＣＵ５０は、電源電圧センサ３０を利用して計測される電源電圧を、プリチャージ負荷入力電圧と比較する比較対象に設定する（Ｓ１２）。

このようにして比較対象の電圧を設定したＥＣＵ５０は、リレー制御手段として動作し、コンデンサ２０のプリチャージを開始する。このプリチャージ過程のタイムチャートを図４に示している。

プリチャージにおいてＥＣＵ５０は、リレー１０における高電位側リレースイッチ１１を回路保護のため先にオンにし（Ｓ１３）、この次にプリチャージリレーのスイッチ素子１３をオンにする（Ｓ１４）。プリチャージリレーは抵抗素子１４により電流が制限されているので、コンデンサ２０の両端電圧である負荷入力電圧は、図４のプリチャージ期間に示すように、スイッチ素子１３のオン後に漸増する。

このプリチャージリレー閉成後のＥＣＵ５０は、比較対象として設定されたステップＳ１１の記憶電圧又はステップＳ１２の電源電圧と、電圧センサ２１により計測される現在の負荷入力電圧とを比較することで、プリチャージの終了タイミングを監視する（Ｓ１５）。プリチャージ終了のタイミングは、コンデンサ２０に負担がかからないレベルまで負荷入力電圧が上昇したとＥＣＵ５０が判断したときである。本実施形態の場合、ＥＣＵ５０は、電圧センサ２１により計測される負荷入力電圧が、ステップＳ１１の記憶電圧又はステップＳ１２の電源電圧のレベルと等しくなったときにプリチャージ終了とし、この後のメインリレー閉成時にコンデンサ２０にかかる負担が極力小さくなるようにしている。

ＥＣＵ５０は、プリチャージ終了を判断すると、低電位側リレースイッチ１２をオンにする（Ｓ１６）。すなわち、メインリレーが閉成され、負荷への電力供給が可能となる。そして、ＥＣＵ５０は、プリチャージリレーのスイッチ素子１３をオフにし（Ｓ１７）、電力供給が可能になったことを示す信号を出力して（Ｓ１８）、負荷の駆動を開始させる。

この実施形態に係る電源回路制御装置によると、電源電圧センサ３０の故障などで電源電圧が不明となった場合、イグニッションオフ時にそのときの負荷入力電圧を記憶し、次のイグニッションオン時に、当該記憶電圧を電源電圧の代わりにプリチャージの比較対象として使用することができるようにしている。これにより、電源電圧不明となったときでも、プリチャージリレーからメインリレーへの切り換え制御が実行され、メインリレーを閉成して負荷への電力供給を開始することが可能となる。

本発明に係る電源回路制御装置の実施形態を示した回路図。 本発明の実施形態に係る電源回路制御装置が実行するイグニッションオフ時の制御フローチャート。 本発明の実施形態に係る電源回路制御装置が実行するイグニッションオン時の制御フローチャート。 イグニッションオン時の制御信号タイムチャート。

符号の説明

１０ リレー
１１ 高電位側リレースイッチ（メインリレー）
１２ 低電位側リレースイッチ（メインリレー）
１３ スイッチ素子（プリチャージリレー）
１４ 抵抗素子（プリチャージリレー）
２０ コンデンサ
２１ 電圧センサ
３０ 電源電圧センサ
４０ 電流センサ
５０ ＥＣＵ（電源回路制御装置）

Claims (4)

1. 電池と負荷との間の電力線に接続されてイグニッションオンに従い閉成されるリレーと、該リレーよりも前記負荷側において前記電力線に接続された電圧変動抑制用のコンデンサと、を含んで構成され、前記リレーが、前記電力線に接続されたメインリレーと、該メインリレーに対し並列接続され、前記メインリレーよりも電流を抑制してあるプリチャージリレーと、を有する電源回路の前記リレーを制御する電源回路制御装置であって、
   イグニッションオフ時に、前記負荷へ印加されている負荷入力電圧を記憶する記憶手段と、
   イグニッションオン時に、前記電池の電源電圧を計測する電源電圧計測手段と、
   該電源電圧計測手段により電源電圧が計測できないときに、前記記憶手段によって記憶されている記憶電圧を読み出す比較電圧設定手段と、
   イグニッションオン時に、前記プリチャージリレーを閉成すると共に、前記電源電圧計測手段により計測された電源電圧又は前記比較電圧設定手段により読み出された記憶電圧と前記負荷へ印加される負荷入力電圧とを比較し、当該比較結果に従って前記メインリレーを閉成するリレー制御手段と、
   を含んで構成される電源回路制御装置。
2. 前記記憶手段は、イグニッションオフ時に、前記負荷へ電流が流れていないことを確認して前記負荷入力電圧を記憶する請求項１記載の電源回路制御装置。
3. 前記リレー制御手段は、前記電源電圧又は前記記憶電圧と前記負荷入力電圧とを比較し、前記負荷入力電圧が前記電源電圧又は前記記憶電圧に等しくなったときに、前記メインリレーを閉成する請求項１又は請求項２記載の電源回路制御装置。
4. 前記メインリレーが、前記電池の高電位側に接続された高電位側リレースイッチと、前記電池の低電位側に接続された低電位側リレースイッチと、を含んで構成され、前記プリチャージリレーは、直列接続したスイッチ素子及び抵抗素子を前記低電位側リレースイッチに対し並列接続して構成され、
   前記リレー制御手段は、イグニッションオン時に前記プリチャージリレーを閉成するときに、前記メインリレーの前記高電位側リレースイッチをオンにした後に前記プリチャージリレーのスイッチ素子をオンにする請求項１〜３のいずれか１項記載の電源回路制御装置。

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