JP2011114974A - 電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 突入制限抵抗を確実に放熱しながらも、必要な時に車両を始動することができる電源制御装置を提供する。
【解決手段】 電源制御装置２のＥＣＵ１０は、通常時リレー制御部１３を有している。通常時リレー制御部１３は、キースイッチ１５から始動指示信号を受けると、グラウンドリレー７及びプリチャージリレー８をＯＮするように制御し、その後メインリレー６をＯＮし、プリチャージリレー８をＯＦＦするように制御する。そして、通常時リレー制御部１３は、キースイッチ１５から停止指示信号を受けると、メインリレー６のＯＮタイミングから規定時間が経過したかどうかを判断し、規定時間が経過していないときは、メインリレー６及びグラウンドリレー７をＯＮ状態に維持し、規定時間が経過したときは、メインリレー６及びグラウンドリレー７をＯＦＦするように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に搭載された電源ユニットを制御する電源制御装置に関するものである。

従来の電源制御装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、高電圧バッテリとモータとの接続回数をカウントし、そのカウント値が所定値に達すると、高電圧バッテリとモータとの接続動作を禁止することで、突入制限抵抗を放熱させて保護するというものが知られている。

特開２００４−８８８２１号公報

しかしながら、上記従来技術においては、高電圧バッテリとモータとの接続動作を禁止した後、突入制限抵抗が十分に放熱されるまでは、高電圧バッテリとモータとを再接続できないため、車両を動かせない時間が発生してしまう。

本発明の目的は、突入制限抵抗を確実に放熱しながらも、必要な時に車両を始動することができる電源制御装置を提供することである。

本発明は、バッテリと負荷との間に接続されたメインリレー及びグラウンドリレーと、メインリレー及びグラウンドリレーの一方に並列に接続されたプリチャージリレーと、プリチャージリレーに直列に接続され、バッテリから負荷への突入電流を制限する突入制限抵抗とを有する電源ユニットを制御する電源制御装置において、外部から電源接続要求を受けると、プリチャージリレーを一時的にＯＮすると共にメインリレー及びグラウンドリレーをＯＮするように制御し、外部から電源遮断要求を受けると、メインリレー及びグラウンドリレーをＯＦＦするように制御する第１リレー制御手段と、プリチャージリレーがＯＮしてからＯＦＦするまでの間の何れかのタイミングからの経過時間を計測する時間計測手段とを備え、第１リレー制御手段は、電源遮断要求を受けても、時間計測手段により計測された経過時間が予め決められた規定時間に達していないときは、メインリレー及びグラウンドリレーをＯＦＦせずにＯＮ状態に維持するように制御することを特徴とするものである。

このような電源制御装置においては、外部からの電源接続要求を受けると、まずプリチャージリレーとメインリレー及びグラウンドリレーの一方とがＯＮされることで、バッテリから突入制限抵抗に電流が流れ、バッテリから負荷への突入電流が抑制される。その後、メインリレー及びグラウンドリレーの他方がＯＮされることで、バッテリと負荷とがメインリレー及びグラウンドリレーを介して電気的に接続され、メインリレー及びグラウンドリレーを経由して電流が流れるようになる。ここで、突入制限抵抗に電流が流れると、突入制限抵抗が発熱する。このため、バッテリと負荷との電気的接続／遮断が繰り返し行われると、突入制限抵抗が放熱されずに過熱状態になってしまう。

そこで本発明では、プリチャージリレーがＯＮしてからＯＦＦするまでの間の何れかのタイミングからの経過時間を計測する。そして、外部からの電源遮断要求を受けても、当該タイミングからの経過時間が規定時間に達していないときは、メインリレー及びグラウンドリレーをＯＦＦせずにＯＮ状態に維持するように制御する。このため、その後に外部からの電源接続要求を受けても、メインリレー及びグラウンドリレーを経由して電流が流れ、突入制限抵抗には電流が流れないため、突入制限抵抗の放熱が継続されることとなる。これにより、突入制限抵抗を十分に放熱することができる。また、メインリレー及びグラウンドリレーがＯＮ状態に維持されることで、バッテリと負荷とが電気的に接続された状態にあるため、外部からの電源接続要求を受けたときに、直ちに車両を始動することができる。

好ましくは、バッテリ、負荷、メインリレー、グラウンドリレー及びプリチャージリレーの異常を検知する異常検知手段と、異常検知手段によりバッテリ、負荷、メインリレー、グラウンドリレー及びプリチャージリレーの異常が検知されたときに、メインリレー及びグラウンドリレーを強制的にＯＦＦするように制御する第２リレー制御手段とを更に備える。この場合には、バッテリや負荷等の故障に対して迅速に対処することが可能となり、電源ユニットの更なる不具合の発生を避けることができる。

また、好ましくは、電源ユニットは産業車両に搭載されている。フォークリフト等の産業車両では、短い距離や時間で荷物の搬送が繰り返し行われたり、複数のオペレータの乗り換えが頻繁に行われるため、始動及び停止を繰り返す頻度が高くなる。従って、産業車両に搭載された電源ユニットに対して本発明の電源制御装置を適用するのが、特に有効である。

本発明によれば、突入制限抵抗を確実に放熱しながらも、必要な時に車両を始動することができる。これにより、例えば車両の始動及び停止を繰り返し行っても、突入制限抵抗を保護することが可能となる。

本発明に係わる電源制御装置の一実施形態を電源ユニットの電気回路と共に示すブロック図である。 図１に示した通常時リレー制御部により実行されるリレー制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示した異常時リレー制御部により実行されるリレー制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示した電源制御装置の動作を示すタイミング図である。

以下、本発明に係わる電源制御装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる電源制御装置の一実施形態を電源ユニットの電気回路と共に示すブロック図である。同図において、電源ユニット１及び電源制御装置２は、産業車両の一つであるフォークリフトに搭載されている。

電源ユニット１は、モータ３と、このモータ３に電力を供給する高電圧バッテリ４とを備えている。モータ３は、例えば車輪を回転駆動させる走行モータである。高電圧バッテリ４は、例えばＤＣ２００Ｖの大容量バッテリである。モータ３には、フィルタ用のコンデンサ５が並列に接続されている。

高電圧バッテリ４の正極（＋）側とモータ３との間にはメインリレー６が接続され、高電圧バッテリ４の負極（−）側とモータ３との間にはグラウンドリレー７が接続されている。メインリレー６には、プリチャージリレー８が並列に接続されている。

プリチャージリレー８には、突入制限抵抗９が直列に接続されている。突入制限抵抗９は、高電圧バッテリ４からモータ３への突入電流を制限するための抵抗である。高電圧バッテリ４をいきなりモータ３に電気的に接続すると、瞬間的にメインリレー６に大電流（突入電流）が流れるため、メインリレー６が破壊するおそれがある。突入制限抵抗９を設けることにより、高電圧バッテリ４からモータ３への電力供給開始時点において、突入制限抵抗９によって突入電流のエネルギーが熱エネルギーに変換されるため、メインリレー６の破壊を防止することができる。

電源制御装置２は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０と、バッテリ状態検出器１１と、モータ状態検出器１２とを有している。バッテリ状態検出器１１は、高電圧バッテリ４の電圧、電流、温度等が正常な状態であるかどうかを検出する。モータ状態検出器１２は、モータ３の電圧、電流、温度等が正常な状態であるかどうかを検出する。なお、特に図示はしないが、電源制御装置２は、メインリレー６、グラウンドリレー７及びプリチャージリレー８の状態が正常かどうかを検出するセンサ（電圧計等）も有している。

ＥＣＵ１０には、フォークリフトを始動するためのイグニッションキースイッチ１５と、フォークリフトの動作を緊急停止させるための非常停止スイッチ１６とが接続されている。

ＥＣＵ１０は、通常時リレー制御部１３と、異常時リレー制御部１４とを有している。通常時リレー制御部１３は、イグニッションキースイッチ１５からの指示信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）に基づいて所定の処理を行い、リレー６〜８を制御する。異常時リレー制御部１４は、非常停止スイッチ１６からの指示信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）、バッテリ状態検出器１１及びモータ状態検出器１２等の検出信号に基づいて所定の処理を行い、リレー６〜８を制御する。

図２は、通常時リレー制御部１３により実行されるリレー制御処理の手順を示すフローチャートである。同図において、まず初期状態としてメインリレー６、グラウンドリレー７及びプリチャージリレー８を全てＯＦＦ（遮断）するように制御する（手順Ｓ５１）。

続いて、イグニッションキースイッチ１５から始動指示信号（ＯＮ信号）を受けたかどうかを判断し（手順Ｓ５２）、始動指示信号を受けたときは、グラウンドリレー７及びプリチャージリレー８をＯＮ（導通）するように制御する（手順Ｓ５３）。続いて、所定時間経過後にメインリレー６をＯＮするように制御する（手順Ｓ５４）。そして、制限抵抗冷却カウンタを０にクリアする（手順Ｓ５５）。

続いて、プリチャージリレー８をＯＦＦするように制御する（手順Ｓ５６）。そして、制限抵抗冷却カウンタをインクリメントする（手順Ｓ５７）。

続いて、イグニッションキースイッチ１５から停止指示信号（ＯＦＦ信号）を受けたかどうかを判断し（手順Ｓ５８）、停止指示信号を受けていないときは、手順Ｓ５６，Ｓ５７を繰り返し実行する。

停止指示信号を受けたときは、メインリレー６がＯＮされてから規定時間（例えば１００ｓ）が経過したかどうか、つまり制限抵抗冷却カウンタの値が予め設定された規定値（例えば１００ｓに相当する値）に達したかどうかを判断する（手順Ｓ５９）。制限抵抗冷却カウンタの値が規定値に達していないときは、手順Ｓ５６〜Ｓ５８を繰り返し実行する。制限抵抗冷却カウンタの値が規定値に達したときは、メインリレー６及びグラウンドリレー７をＯＦＦするように制御する（手順Ｓ６０）。

図３は、異常時リレー制御部１４により実行されるリレー制御処理の手順を示すフローチャートである。同図において、まず非常停止スイッチ１６のＯＮ／ＯＦＦ信号、バッテリ状態検出器１１及びモータ状態検出器１２等の検出データを入力する（手順Ｓ６１）。続いて、非常停止スイッチ１６がＯＮであるかどうかを判断し（手順Ｓ６２）、非常停止スイッチ１６がＯＮであるときは、メインリレー６、グラウンドリレー７及びプリチャージリレー８をＯＦＦするように制御する（手順Ｓ６４）。

非常停止スイッチ１６がＯＦＦであるときは、バッテリ状態検出器１１及びモータ状態検出器１２等の検出データから、高電圧バッテリ４及びモータ３等に異常が発生しているかどうかを判断する（手順Ｓ６３）。高電圧バッテリ４及びモータ３等に異常が発生していないときは、手順Ｓ６１に戻り、高電圧バッテリ４及びモータ３等に異常が発生しているときは、メインリレー６、グラウンドリレー７及びプリチャージリレー８をＯＦＦするように制御する（手順Ｓ６４）。

以上において、通常時リレー制御部１３の上記手順Ｓ５１〜Ｓ５４，Ｓ５６，Ｓ５８〜Ｓ６０は、外部から電源接続要求（上記の始動指示信号に相当）を受けると、プリチャージリレー８を一時的にＯＮすると共にメインリレー６及びグラウンドリレー７をＯＮするように制御し、外部から電源遮断要求（上記の停止指示信号に相当）を受けると、メインリレー６及びグラウンドリレー７をＯＦＦするように制御する第１リレー制御手段を構成する。通常時リレー制御部１３の上記手順Ｓ５５，Ｓ５７は、プリチャージリレー８がＯＮしてからＯＦＦするまでの間の何れかのタイミングからの経過時間を計測する時間計測手段を構成する。

また、バッテリ状態検出器１１及びモータ状態検出器１２等は、バッテリ（高電圧バッテリ４）、負荷（モータ３）、メインリレー６、グラウンドリレー７及びプリチャージリレー８の異常を検知する異常検知手段を構成する。異常時リレー制御部１４は、異常検知手段によりバッテリ４、負荷３、メインリレー６、グラウンドリレー７及びプリチャージリレー８の異常が検知されたときは、メインリレー６及びグラウンドリレー７を強制的にＯＦＦするように制御する第２リレー制御手段を構成する。

以上のように構成した本実施形態の動作を図４により説明する。フォークリフトを始動すべくイグニッションキースイッチ１５がＯＮされると、通常時リレー制御部１３によりグラウンドリレー７及びプリチャージリレー８がＯＮされる。すると、高電圧バッテリ４とモータ３とが突入制限抵抗９及びプリチャージリレー８を介して電気的に接続され、高電圧バッテリ４から突入制限抵抗９に電流が流れるため、高電圧バッテリ４からモータ３への突入電流が抑制される。このとき、突入制限抵抗９に電流が流れることで、突入制限抵抗９が発熱する。

そして、所定時間が経過し、モータ３の入力電圧が上昇すると、通常時リレー制御部１３によりメインリレー６がＯＮされ、引き続きプリチャージリレー８がＯＦＦされる。これにより、高電圧バッテリ４とモータ３とがメインリレー６を介して電気的に接続され、高電圧バッテリ４からメインリレー６を通ってモータ３に電流が供給されるようになる。このとき、メインリレー６がＯＮするタイミングで、制限抵抗冷却カウンタの計数が開始される。また、メインリレー６がＯＮされると、突入制限抵抗９には電流が流れなくなるため、突入制限抵抗９の放熱（冷却）が開始される。

その後、イグニッションキースイッチ１５がＯＦＦされたときに、制限抵抗冷却カウンタの値が規定値に達していない場合には、まだ突入制限抵抗９が十分に冷却されていないと判断され、通常時リレー制御部１３によりメインリレー６及びグラウンドリレー７がＯＦＦされずにＯＮ状態のままとなる。ただし、モータ３等の駆動系は完全に停止するようになり、フォークリフト自体が動くことは無い。

その後、イグニッションキースイッチ１５が再度ＯＮされたときには、メインリレー６及びグラウンドリレー７はＯＮ状態となっており、プリチャージリレー８はＯＦＦ状態のままとなっている。このため、突入制限抵抗９には電流が流れないので、突入制限抵抗９が発熱することは無く、突入制限抵抗９の放熱動作が継続される。また、高電圧バッテリ４とモータ３とは電気的に接続された状態にあるので、フォークリフトが直ちに再始動されるようになる。

その後、イグニッションキースイッチ１５がＯＦＦされたときに、制限抵抗冷却カウンタの値が規定値に達している場合には、突入制限抵抗９の冷却が十分に行われたものと判断され、通常時リレー制御部１３によりメインリレー６及びグラウンドリレー７がＯＦＦされる。これにより、高電圧バッテリ４とモータ３との電気的接続が遮断されるようになる。

また、運転者により非常停止スイッチ１６がＯＮされた場合、高電圧バッテリ４、モータ３、メインリレー６、グラウンドリレー７及びプリチャージリレー８の故障等が発生した場合には、突入制限抵抗９の放熱状態にかかわらず、異常時リレー制御部１４によりメインリレー６及びグラウンドリレー７が強制的にＯＦＦされる。

以上のように本実施形態においては、イグニッションキースイッチ１５がＯＦＦされたときに、メインリレー６のＯＮタイミングから所定時間が経過していれば、メインリレー６及びグラウンドリレー７の遮断を許可し、メインリレー６のＯＮタイミングから所定時間が経過していなければ、メインリレー６及びグラウンドリレー７の遮断を許可しないようにするので、突入制限抵抗９の放熱（冷却）が効果的に実施されるようになる。従って、イグニッションキースイッチ１５のＯＮ／ＯＦＦ、つまりフォークリフトの始動／停止が繰り返し行われる場合に、突入制限抵抗９の冷却のために高電圧バッテリ４とモータ３とを電気的に接続できないことが原因で、フォークリフトを動かせない時間が発生するという不具合を回避することができる。

また、高電圧バッテリ４やモータ３等の故障が発生した際には、メインリレー６及びグラウンドリレー７を即座に遮断するので、電源ユニット１の異常時の動作にも十分対応することができる。

また、上記のようなメインリレー６及びグラウンドリレー７の制御は、新規部品を追加すること無く、ソフトウェア上の変更のみで簡単に実現可能である。従って、特にコストを増大させなくて済む。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、メインリレー６のＯＮタイミングで制限抵抗冷却カウンタの計数が開始されるようにしたが、制限抵抗冷却カウンタの計数を開始するタイミングとしては、特にこれに限られず、例えばプリチャージリレー８のＯＦＦ時点やＯＮ時点であっても良い。

また、上記実施形態では、プリチャージリレー８及び突入制限抵抗９がメインリレー６に並列に接続されているが、プリチャージリレー８及び突入制限抵抗９をグラウンドリレー７に並列に接続しても良い。

さらに、上記実施形態では、イグニッションキースイッチ１５がＯＦＦされた後再度ＯＮされたときに、制限抵抗冷却カウンタの値が規定値に達していない場合には、プリチャージリレー８をＯＮさせずにＯＦＦ状態のままにするものとしたが、プリチャージリレー８をＯＮさせても良い。この場合でも、メインリレー６及びグラウンドリレー７はＯＮ状態に維持されているため、抵抗の無いメインリレー６及びグラウンドリレー７を経由して電流が流れるようになる。従って、突入制限抵抗９には電流が流れないため、突入制限抵抗９の放熱動作が継続される。

さらに、上記実施形態に係わる電源ユニット１及び電源制御装置２は、フォークリフトに搭載されるものであるが、本発明は、自動車等の車両にも適用可能である。

１…電源ユニット、２…電源制御装置、３…モータ（負荷）、４…高電圧バッテリ、６…メインリレー、７…グラウンドリレー、８…プリチャージリレー、９…突入制限抵抗、１０…ＥＣＵ、１１…バッテリ状態検出器（異常検知手段）、１２…モータ状態検出器（異常検知手段）、１３…通常時リレー制御部（第１リレー制御手段、時間計測手段）、１４…異常時リレー制御部（第２リレー制御手段）１５…イグニッションキースイッチ。

Claims (3)

1. バッテリと負荷との間に接続されたメインリレー及びグラウンドリレーと、前記メインリレー及び前記グラウンドリレーの一方に並列に接続されたプリチャージリレーと、前記プリチャージリレーに直列に接続され、前記バッテリから前記負荷への突入電流を制限する突入制限抵抗とを有する電源ユニットを制御する電源制御装置において、
   外部から電源接続要求を受けると、前記プリチャージリレーを一時的にＯＮすると共に前記メインリレー及び前記グラウンドリレーをＯＮするように制御し、外部から電源遮断要求を受けると、前記メインリレー及び前記グラウンドリレーをＯＦＦするように制御する第１リレー制御手段と、
   前記プリチャージリレーがＯＮしてからＯＦＦするまでの間の何れかのタイミングからの経過時間を計測する時間計測手段とを備え、
   前記第１リレー制御手段は、前記電源遮断要求を受けても、前記時間計測手段により計測された前記経過時間が予め決められた規定時間に達していないときは、前記メインリレー及び前記グラウンドリレーをＯＦＦせずにＯＮ状態に維持するように制御することを特徴とする電源制御装置。
2. 前記バッテリ、前記負荷、前記メインリレー、前記グラウンドリレー及び前記プリチャージリレーの異常を検知する異常検知手段と、
   前記異常検知手段により前記バッテリ、前記負荷、前記メインリレー、前記グラウンドリレー及び前記プリチャージリレーの異常が検知されたときに、前記メインリレー及び前記グラウンドリレーを強制的にＯＦＦするように制御する第２リレー制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
3. 前記電源ユニットは産業車両に搭載されていることを特徴とする請求項１または２記載の電源制御装置。
   

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