JP2010093934A - 車載機器 - Google Patents

Abstract

【課題】車両衝突時にシステムメインリレーをオフした時における更なる安全向上を図ることができる車載機器を提供する。
【解決手段】インバータ４０が、高圧バッテリ１０にシステムメインリレー２０およびＰＣＵ３０を介して接続されている。インバータ４０にエアコン用モータ５０が接続され、インバータ４０により通電される。衝突検出手段７０は車両の衝突検出時にシステムメインリレー２０をオフしてバッテリ１０の電源ラインを遮断する。ＨＶ−ＥＣＵ６０は、衝突検出手段７０による車両の衝突検出に基づいてインバータ４０に蓄えられた電荷を放電させる。ＣＰＵ４２は、インバータ４０において入力する電源電圧の変化に基づいてインバータ４０に蓄えられた電荷を放電させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両衝突時にシステムメインリレーをオフして電源ラインを遮断する車載機器に関するものである。

ハイブリッド車には車両衝突時に高圧バッテリのシステムメインリレー（ＳＭＲ）をオフして電源ラインを遮断状態にする安全システムを搭載している。しかし、システムメインリレーがオフになってもＰＣＵ（パワーコントロールユニット）に接続されている機器（インバータ等）には電荷が残っており、放電が遅れると漏電してしまう可能性がある。特許文献１等においては、ＨＶ−ＥＣＵは衝突予知信号に基づいてコンデンサに蓄えられた電荷をモータジェネレータにトルクを発生させることなく強制的に放電させる構成を採っている。
特開２００５−２０９５２号公報

ところが、ＨＶ−ＥＣＵからの信号ハーネスの切断等が発生すると、コンデンサに蓄えられた電荷を放電させることが困難となってしまう。
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、車両衝突時にシステムメインリレーをオフした時における更なる安全向上を図ることができる車載機器を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、バッテリと、前記バッテリにシステムメインリレーを介して接続された電気回路と、前記電気回路に接続され、前記電気回路により通電される負荷と、車両の衝突検出時に前記システムメインリレーをオフして前記バッテリの電源ラインを遮断する衝突検出手段と、を備えた車載機器において、前記衝突検出手段による車両の衝突検出に基づいて前記電気回路に蓄えられた電荷を放電させる第１の放電制御手段と、前記電気回路において入力する電源電圧の変化に基づいて前記電気回路に蓄えられた電荷を放電させる第２の放電制御手段と、を備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、衝突検出手段の車両の衝突検出時にシステムメインリレーがオフされてバッテリの電源ラインが遮断される。また、第１の放電制御手段により衝突検出手段による車両の衝突検出に基づいて電気回路に蓄えられた電荷が放電される。

一方、第２の放電制御手段により、電気回路において入力する電源電圧の変化に基づいて電気回路に蓄えられた電荷が放電される。これにより、第１の放電制御手段に加え、第２の放電制御手段により電気回路に蓄えられた電荷を放電させることができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の車載機器において前記第１の放電制御手段の異常時に、前記第２の放電制御手段によって前記電気回路に蓄えられた電荷を放電するとよい。第１の放電制御手段の異常時とは、故障や断線等によって第１の放電制御手段を構成する機器により電気回路に蓄えられた電荷を放電させることができない場合である。これにより、第１の放電制御手段を構成する機器により電気回路に蓄えられた電荷を放電させることができない場合にも、第２の放電制御手段により電気回路に蓄えられた電荷を放電させることができる。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の車載機器において前記負荷はモータであり、前記電気回路はインバータであるとよい。
請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車載機器において前記第１の放電制御手段および第２の放電制御手段は、前記電気回路を構成するスイッチング素子を制御することにより前記電気回路に蓄えられた電荷を放電させるようにすると、部品を追加することなく放電させることができる。

請求項５に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車載機器において前記第１の放電制御手段および第２の放電制御手段は、放電回路を通電することにより前記電気回路に蓄えられた電荷を放電させるようにするとよい。

請求項６に記載のように、請求項５に記載の車載機器において前記放電回路はスイッチおよび抵抗であるとよい。
請求項７に記載のように、請求項６に記載の車載機器において前記放電回路は前記電気回路内に設けられているとよい。

本発明によれば、車両衝突時にシステムメインリレーをオフした時における更なる安全向上を図ることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１には本実施形態における車載機器の構成を示す。本実施形態ではハイブリッド車の空調システムに具体化している。

本実施形態の車載機器は、図１に示すように、高圧バッテリ１０とシステムメインリレー（以下、ＳＭＲという）２０とパワーコントロールユニット（以下、ＰＣＵという）３０とインバータ４０と負荷としてのエアコン用モータ５０とハイブリッド制御コンピュータ（以下、ＨＶ−ＥＣＵという）６０と衝突検出手段７０とを備えている。

高圧バッテリ１０に対しＳＭＲ２０を介してＰＣＵ３０が接続されている。ＰＣＵ３０にはインバータ４０が接続されている。ＳＭＲ２０は正極端子用常閉接点ＳＷ１と負極端子用常閉接点ＳＷ２とを備えている。ＰＣＵ３０は、高圧バッテリ１０の直流電圧を昇圧させる機能と、その昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して走行モータに供給する機能と、高圧バッテリ１０の直流電圧をそのまま外部機器に供給する機能等を有している。本実施形態ではＰＣＵ３０からエアコン用モータ５０に高圧バッテリ電圧がインバータ４０を介して供給されるようになっている。即ち、高圧バッテリ１０の正極端子にはＳＭＲ２０の接点ＳＷ１を介してインバータ４０の正側配線が接続されている。また、高圧バッテリ１０の負極端子にはＳＭＲ２０の接点ＳＷ２を介してインバータ４０の負側配線が接続されている。

ＰＣＵ３０とインバータ４０とは高圧系ハーネス８０により接続されている。インバータ４０にはエアコン用モータ５０が接続されている。
インバータ４０は、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と６つのダイオードＤ１〜Ｄ６とドライブ回路４１とＣＰＵ４２と入力フィルタ４３とを備えている。インバータ４０の電源入力側において、正側配線にはコイルＬ１が接続されるとともに、正側配線と負側配線との間にはコンデンサＣ１が接続されている。このコイルＬ１とコンデンサＣ１とにより入力フィルタ４３が構成されている。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としてパワーＭＯＳを用いている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はＩＧＢＴでもよい。正側配線と負側配線との間において、スイッチング素子Ｑ１とＱ２、スイッチング素子Ｑ３とＱ４、スイッチング素子Ｑ５とＱ６が、それぞれ直列に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には各ダイオードＤ１〜Ｄ６が逆並列接続されている。スイッチング素子Ｑ１とＱ２との間、スイッチング素子Ｑ３とＱ４との間、スイッチング素子Ｑ５とＱ６との間からモータ５０のコイルが接続されている。

各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御端子（パワーＭＯＳのゲート端子）はドライブ回路４１と接続され、ドライブ回路４１により各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がスイッチング制御される。ドライブ回路４１にはＣＰＵ４２が接続されている。

インバータ４０にはＨＶ−ＥＣＵ６０が信号系ハーネス９０により接続されている。ＨＶ−ＥＣＵ６０によりエアコン用モータの駆動指令等がインバータ４０のＣＰＵ４２に出力される。このＨＶ−ＥＣＵ６０からのエアコン用モータ５０の駆動指令に基づいてＣＰＵ４２がドライブ回路４１を介してスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御して直流電流が三相交流電流に変換される。インバータ４０で変換された三相交流電流がエアコン用モータ５０のコイルに供給される。このインバータ４０によるエアコン用モータ５０の通電にてエアコン用モータ５０が駆動される。

また、インバータ４０のＣＰＵ４２には自己放電モードが設定されている（自己放電を行わせるためのプログラムを有している）。具体的には、全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンしてインバータ４０に蓄えられた電荷をモータ５０のコイルで消費して放電させることができるようになっている。

インバータ４０においては高圧バッテリ電圧をモニタしている。詳しくは、インバータ４０の正側配線におけるコイルＬ１とコンデンサＣ１との間のα点は抵抗Ｒ１を介してＣＰＵ４２に接続され、ＣＰＵ４２はα点の電位を検知することができるようになっている。

また、車両には衝突検出手段７０が搭載されている。衝突検出手段７０はＳＭＲ２０およびＨＶ−ＥＣＵ６０と接続されている。衝突検出手段７０としてＧセンサが用いられており、所定の大きさ以上の加速度が車両に加わるとＳＭＲ２０およびＨＶ−ＥＣＵ６０に対して衝突検出信号を出力し、この信号がＳＭＲ２０をオフ、即ち、接点ＳＷ１，ＳＷ２を開路するための信号となる。

上述したようにインバータ４０のＣＰＵ４２とＨＶ−ＥＣＵ６０とは信号系ハーネス９０により接続され、高圧系ハーネス８０とは別ハーネスを用いており、インバータ４０の高圧系と信号系とは、それぞれ別のハーネスが使用されている。

次に、このように構成した車載機器の作用を説明する。
まず、第１の放電制御手段（ＨＶ−ＥＣＵ６０）によって電荷の放電を行う場合を説明する。車両が衝突すると、衝突検出手段７０により衝突が検出されて検出信号がＳＭＲ２０およびＨＶ−ＥＣＵ６０に送られる。ＳＭＲ２０において衝突検出信号の入力により図２のｔ１のタイミングで接点ＳＷ１，ＳＷ２を開路する（リレーをオフする）。このようにハイブリッド車において衝突検出時にＳＭＲ２０をオフにして高圧バッテリ１０の電源ラインを遮断状態にすることにより安全化が図られる。

また、ＨＶ−ＥＣＵ６０は、衝突検出手段７０による車両の衝突検出に基づいてインバータ４０に蓄えられた電荷（コンデンサＣ１等の電荷）を放電させるべくインバータ４０のＣＰＵ４２に対し自己放電を実行させる指令信号を出力する。インバータ４０のＣＰＵ４２は自己放電指令を受けて自己放電モードを設定して全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンしてインバータ４０に蓄えられた電荷をモータ５０のコイルで消費して放電させる。このようにＳＭＲ２０がオフになってもインバータ４０には電荷が残っており自己放電が遅いと漏電してしまう可能性があるが、自己放電モードを設定することにより短時間に自己放電を行わせることができる。これによって衝突時の安全性のレベルアップが図られる。

次に、第２の放電制御手段（ＣＰＵ４２）によって電荷を放電する場合を説明する。 即ち、衝突検出時にＨＶ−ＥＣＵ６０から情報が来ない場合（異常時）、例えば、信号系ハーネス９０が断線（図１において×で示す）した場合、実質的に、図３に示すように、ＨＶ−ＥＣＵ６０からインバータ４０が切り離された状態になる。

インバータ４０のＣＰＵ４２はインバータ４０に入力する電源電圧、即ち、インバータ４０のα点の電位を検知している。図３の信号系ハーネス９０の断線時（またはＨＶ−ＥＣＵ６０の故障により）インバータ４０のＣＰＵ４２に情報が来ない時において、図２に示すようにその電位の時間的変化ｄＶ／ｄｔが所定値以上であると、図２のｔ２のタイミングでＣＰＵ４２はバッテリ電圧異常であるとしてインバータ４０に蓄えられた電荷（コンデンサＣ１等の電荷）を放電させるべく強制的に自己放電モードを設定して全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンしてインバータ４０に蓄えられた電荷をモータ５０のコイルで消費して放電させる。

このようにインバータ４０の構成としてＨＶ−ＥＣＵ６０から情報が来なくても自己放電モードを設定して短時間で放電させることができる。
つまり、衝突検出時にＨＶ−ＥＣＵ６０からインバータ４０に衝突検出に伴う指令（ＳＭＲのオフ情報）をもらって自己放電モードを設定する（第１の放電制御手段）だけでなく、さらに、衝突検出時にＨＶ−ＥＣＵ６０からインバータ４０に衝突検出に伴う指令（ＳＭＲのオフ情報）が来ない場合（異常時）についても、高圧バッテリ１０側の電圧をインバータ４０でモニタして一定のｄＶ／ｄｔでその電圧が降下していたならば自己放電モードを設定して短時間の自己放電を行わせる（第２の放電制御手段）。これによって衝突時の安全性のレベルアップが更に図られる。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１の放電制御手段としてのＨＶ−ＥＣＵ６０により衝突検出手段７０による車両の衝突検出に基づいてインバータ４０に蓄えられた電荷を放電させる。これに加えて、第１の放電制御手段であるＨＶ−ＥＣＵ６０の異常時に、第２の放電制御手段としてのＣＰＵ４２によりインバータ４０において入力する電源電圧の変化に基づいてインバータ４０に蓄えられた電荷を放電させるようにした。これにより、断線等によってＨＶ−ＥＣＵ６０によりインバータ４０に蓄えられた電荷を放電させることができない場合やＨＶ−ＥＣＵ故障時にも、ＣＰＵ４２によりインバータ４０に蓄えられた電荷を放電させることができる。その結果、車両衝突時にシステムメインリレー２０をオフした時における更なる安全向上を図ることができる。

（２）負荷はモータ５０であり、電気回路はインバータ４０であり、第１の放電制御手段（ＨＶ−ＥＣＵ６０）および第２の放電制御手段（ＣＰＵ４２）は、インバータ４０を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御することによりインバータ４０に蓄えられた電荷を放電させることができ、短時間に放電させるべくインバータのＣＰＵ４２に自己放電を行わせるためのプログラム（シーケンス）を有している構成とした。これにより、部品の追加なく対応することができる（放電させることができる）。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・前記実施形態では短時間に放電させるべくインバータのＣＰＵ４２に自己放電を行わせるためのプログラム（シーケンス）を有している構成としたが、これに代わり、図４に示すように、放電回路を構成するスイッチＳＷ１０および放電用抵抗Ｒ１０に電流を流して放電させるようにしてもよい。詳しくは、インバータ４０内の正側配線と負側配線との間に放電回路としての抵抗Ｒ１０とスイッチＳＷ１０とを直列に接続する。例えば、インバータ４０の基板内にスイッチＳＷ１０および抵抗Ｒ１０を実装する。そして、スイッチＳＷ１０をＣＰＵ４２によりオンオフ制御できるようにしておく。そして、ＣＰＵ４２はインバータ４０のα点の電位の時間的変化ｄＶ／ｄｔが所定値以上であると、スイッチＳＷ１０をオンしてインバータ４０に蓄えられた電荷を抵抗Ｒ１０で消費して放電させる。なお、スイッチＳＷ１０としてパワースイッチング素子、例えば、パワーＭＯＳやＩＧＢＴを使用するとよい。

このように、第１の放電制御手段および第２の放電制御手段は、放電回路（スイッチＳＷ１０および抵抗Ｒ１０）を通電することにより電気回路としてのインバータ４０に蓄えられた電荷を放電させるようにしてもよい。また、放電回路（スイッチＳＷ１０および抵抗Ｒ１０）をインバータ４０内に設ける。具体的には、スイッチＳＷ１０および抵抗Ｒ１０をインバータ４０の基板内に実装する。これによって、インバータ外部に放電回路用のスペースを取る必要がなくなり、車載機器の小型化を実現できる。

なお、放電回路（スイッチＳＷ１０および抵抗Ｒ１０）は、インバータ４０内に設けられる構成に限定されるのではなく、インバータ４０の外部に設けてもよい。
・図１では高圧バッテリ１０に対しＳＭＲ２０およびＰＣＵ３０を介してインバータ４０を接続したが、この形態に限ることはなく、要は、バッテリ１０にＳＭＲ２０を介して電気回路としてのインバータ４０が接続されていればよい。

・前記実施形態では電気回路はインバータであったが、これに代わりコンバータであってもよい。
・ハイブリッド車以外にも電気自動車等に具体化してもよい。

本実施形態における車載機器の構成図。 本実施形態における車載機器の作用を説明するためのフローチャート。 本実施形態における車載機器の構成図。 別例の車載機器の構成図。

符号の説明

１０…高圧バッテリ、２０…システムメインリレー、４０…インバータ、４２…ＣＰＵ、５０…エアコン用モータ、６０…ＨＶ−ＥＣＵ、７０…衝突検出手段、Ｑ１…スイッチング素子、Ｑ２…スイッチング素子、Ｑ３…スイッチング素子、Ｑ４…スイッチング素子、Ｑ５…スイッチング素子、Ｑ６…スイッチング素子、Ｒ１０…抵抗、ＳＷ１０…スイッチ。

Claims (7)

1. バッテリと、
   前記バッテリにシステムメインリレーを介して接続された電気回路と、
   前記電気回路に接続され、前記電気回路により通電される負荷と、
   車両の衝突検出時に前記システムメインリレーをオフして前記バッテリの電源ラインを遮断する衝突検出手段と、
   を備えた車載機器において、
   前記衝突検出手段による車両の衝突検出に基づいて前記電気回路に蓄えられた電荷を放電させる第１の放電制御手段と、
   前記電気回路において入力する電源電圧の変化に基づいて前記電気回路に蓄えられた電荷を放電させる第２の放電制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車載機器。
2. 前記第１の放電制御手段の異常時に、前記第２の放電制御手段によって前記電気回路に蓄えられた電荷を放電することを特徴とする請求項１に記載の車載機器。
3. 前記負荷はモータであり、前記電気回路はインバータであることを特徴とする請求項１または２に記載の車載機器。
4. 前記第１の放電制御手段および第２の放電制御手段は、前記電気回路を構成するスイッチング素子を制御することにより前記電気回路に蓄えられた電荷を放電させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車載機器。
5. 前記第１の放電制御手段および第２の放電制御手段は、放電回路を通電することにより前記電気回路に蓄えられた電荷を放電させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車載機器。
6. 前記放電回路はスイッチおよび抵抗であることを特徴とする請求項５に記載の車載機器。
7. 前記放電回路は前記電気回路内に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の車載機器。

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