JP2010093934A - 車載機器 - Google Patents

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篤志 内藤
Masaki Nagahara
正樹 長原
Tsugunori Sakata
世紀 坂田
Takeshi Harasawa
毅 原沢
Masanori Tsuzuki
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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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