JP2011514797A - 高圧電源のための放電回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、スイッチング抵抗器（２）を含んだ、電源または電気素子（Ｃ１）を放電する装置に関する。この放電回路は、前記スイッチング抵抗器（２）が、熱結合したＰＴＣ抵抗器（Ｒ１）とスイッチ（Ｔ１）を含んでおり、前記スイッチ（Ｔ１）の制御端子（Ｇ）が電源電圧（Ｖ）に接続されている場合、非常に損失が低く、高い信頼性をもって動作する。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に従った、電源または電気素子を放電するための装置に関する。

ハイブリッド車両や電気駆動車両では、ふつう数百ボルトにもなる電圧が使用される。ここでは、６０Ｖを超える電圧を「高電圧」と呼ぶ。乗員保護の理由から、高電圧車載電源は遮断可能であり、放電することができる。この目的で、公知の高電圧車載電源は能動型または受動型の放電装置を有している。公知の受動放電装置は、例えばキャパシタのようなエネルギー蓄積器に並列接続された抵抗器から構成されている。動作時には、キャパシタが抵抗器を介して絶えず放電される。その際、抵抗器は持続的な電力損失を発生させる。この電力損失は１０Ｗ以上になることもある。また、放電抵抗器は持続的な電力損失が大きいので通常はヒートシンク上に取り付けなければならない。

公知の能動放電装置はふつうスイッチによってオンオフ可能なスイッチング抵抗器を有している。この抵抗器は通常動作時にはスイッチオフされており、要求があると制御装置によって自動的にスイッチオンされる。また、この抵抗器は持続的な電力損失のためではなく、エネルギーを放電するために設計されていなければならない。制御装置が故障した場合には、スイッチが適時に作動しなかったり、まったく作動しなかったりすることが生じうる。この場合、車載電源は放電されないので、感電の危険性がある。その他に、供給電源またはバッテリへの主スイッチが誤って開かず、放電抵抗器が破壊されてしまうという危険性もある。

発明の概要
本発明の課題は、高い信頼性をもって動作し、熱損失が少なく、さらには本質安全である、高圧電源のための放電回路を提供することである。

この課題は本発明に従い、請求項１に記載の特徴により解決される。本発明のその他の実施形態は従属請求項に示されている。

本発明の本質的な側面は、放電回路をＰＴＣ抵抗器によって実現し、このＰＴＣ抵抗器をスイッチによって活動化または非活動化させることにある。なお、スイッチの制御端子は（直接的または間接的に）電源電圧から給電される。スイッチとＰＴＣ抵抗器は熱結合しており、被制御電流シンクとして機能する。スイッチがオンになるとすぐに、ＰＴＣ抵抗器はトランジスタによって加熱され、抵抗値が上がる。これによってトランジスタの制御電圧が変化し、トランジスタとＰＴＣ抵抗器を通る放電電流が減少する。放電すべき電源からスイッチに給電することにより、放電回路の機能が制御装置に依存せずにどんな場合でも保証される。

スイッチング抵抗器は例えばキャパシタのような放電すべき素子に並列に接続されていることが好ましい。本発明の好適な実施形態によれば、各容量素子に別個の放電回路が、すなわち固有のＰＴＣ抵抗器が設けられている。この場合、ＰＴＣ抵抗器は容量素子に蓄積されているエネルギーしか熱に変換してはならない。代替的には、１つの放電回路によって複数のキャパシタまたは容量素子を放電してもよい。同時に、この回路は例えば供給電源／バッテリへの主スイッチが開かない場合でも本質安全である。スイッチは好ましくはＭＯＳトランジスタのようなトランジスタを含んでいる。

スイッチの制御端子（例えばゲート）には、好ましくは第２のスイッチが接続されており、この第２のスイッチによって第１のスイッチを活動化または非活動化させることができる。第２のスイッチは好ましくは第１のスイッチの制御端子と基準電位（例えばアース）との間に接続されている。それゆえ、第１のスイッチの制御端子は基準電位または電源電圧ないし電源電圧から派生した電圧に選択的に接続させることができる。

第１のスイッチの制御端子は好ましくは抵抗器を介して電源電位に接続されている。この抵抗器は好ましくは数百キロオームのオーム性抵抗を有する。

本発明の特別な実施形態によれば、第１のスイッチの制御端子にツェナーダイオードが接続されている。このツェナーダイオードは好ましくは第２のスイッチに並列して配置されており、電流制御のために一定の電圧を供給するのに使用される。

本発明による放電回路は、好ましくは制御ユニットも、例えば、第２のスイッチの制御端子に接続された、第２のスイッチを制御する制御装置も、含んでいる。好ましくは、第２のスイッチは通常動作時には導通している。それゆえ、第１のスイッチは高抵抗であり、ＰＴＣ抵抗器に電流が流れない。放電要求があった場合には、第２のスイッチが開かれ、それにより第１のスイッチが閉じる。それゆえ、電源ないし素子はＰＴＣ抵抗器を介して放電される。

放電プロセスは好ましくは「車両イグニッションＡＵＳ」動作の後、車両衝突の後、またはメインテナンス作業の実行前に行われる。

上記放電回路は特にハイブリッド車両で使用されるが、電気車両や燃料電池車両でも使用可能である。

以下に、添付図面に基づいて本発明の実施例をより詳細に説明する。

高圧電源のための放電回路の概略図を示す。

発明の実施形態
図１には、ハイブリッド車両の高電圧車載電源のための放電回路の簡略化された図が示されている。高圧電源の電圧は例えば４００Ｖであってよい。放電回路はここではキャパシタＣ１の放電に使用されるが、他の容量素子に対しても使用することができる。この種のキャパシタＣ１はふつう、電気負荷の動作電圧を安定化させるためにバッファキャパシタとして使用される。

例えば事故後または車両メインテナンスの前のような特定の状況では、バッファキャパシタＣ１に蓄積されている電荷を速やかに減少させなければならない。この目的で、キャパシタＣ１に並列接続されたスイッチング抵抗器２が設けられている。なおここで、給電端子は電源電圧Ｖに接続されており、第２の端子はアースに接続されている。

スイッチング抵抗器２はＭＯＳトランジスタＴ１とＰＴＣ抵抗器Ｒ１（PTC: Positive Temperature Coefficient）を含んでいる。これら２つの素子は直列接続されており、ＰＴＣ抵抗器Ｒ１はアース側に配置されている。トランジスタＴ１とＰＴＣ抵抗器Ｒ１は熱結合しており、好ましくはプリント基板上に配置されている。制御端子Ｇ１は抵抗器Ｒ２を介して供給電圧Ｖに接続されている。

トランジスタＴ１は通常動作時には開かれており、要求があるとオン状態になる。すると、キャパシタＣ１がトランジスタＴ１とＰＴＣ抵抗器Ｒ１を介して放電する。電流はＰＴＣ抵抗器Ｒ１によってある最大値に制限される。ここで、スイッチとＰＴＣ抵抗器は被制御電流シンクとして機能する。トランジスタＴ１がオンになるとすぐに、ＰＴＣ抵抗器Ｒ１はトランジスタＴ１によって加熱され、抵抗値が上がる。これによってトランジスタの制御電圧が変化し、トランジスタとＰＴＣ抵抗器を通る放電電流が減少する。

トランジスタＴ１を制御するために、トランジスタＴ１の制御端子Ｇに接続された制御回路１が設けられている。制御回路１は、ここではバイポーラトランジスタとして実現された第２のスイッチＴ２を含んでいる。バイポーラトランジスタＴ２は制御端子Ｇとアースの間に接続されており、制御ユニット３によって制御される。

トランジスタＴ２は通常動作時には導通しており、制御端子Ｇをアースへ引き込む。要求または電圧降下があると、第２のトランジスタＴ２は高抵抗になる。これにより、第１のトランジスタＴ１はオン状態となる。そして、第１のトランジスタＴ１自体が電源から給電される。これにより、キャパシタＣ１はトランジスタＴ１とＰＴＣ抵抗器Ｒ１を介して放電する。

トランジスタＴ１の制御端子Ｇにはさらに、トランジスタＴ１を過電圧から保護し、一定の電圧を提供するために使用される、ツェナーダイオードＤ１が接続されている。

容量素子（Ｃ１）が複数ある場合には、各素子に固有の放電回路を割り当ててもよい。

Claims (6)

1. スイッチング抵抗器（２）を含んだ、電源または電気素子（Ｃ１）を放電する装置において、前記スイッチング抵抗器（２）が、熱結合したＰＴＣ抵抗器（Ｒ１）とスイッチ（Ｔ１）を含んでおり、前記スイッチ（Ｔ１）の制御端子（Ｇ）が電源電圧（Ｖ）に接続されていることを特徴とする、電源または電気素子（Ｃ１）を放電する装置。
2. 前記スイッチング抵抗器（２）は放電すべき素子（Ｃ１）に並列接続されている、請求項１記載の装置。
3. 前記スイッチ（Ｔ１）の前記制御端子（Ｇ）に第２のスイッチ（Ｔ２）が接続されており、当該第２のスイッチ（Ｔ２）により、前記制御端子（Ｇ）を前記電源電圧（Ｖ）または基準電圧に選択的に接続することができる、請求項１または２記載の装置。
4. 前記スイッチ（Ｔ１）の前記制御端子（Ｇ）は抵抗器（Ｒ２）を介して前記電源電圧（Ｖ）に接続されている、請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
5. 前記スイッチ（Ｔ１）の前記制御端子（Ｇ）にツェナーダイオード（Ｄ１）が接続されている、請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
6. 前記第２のスイッチ（Ｔ２）を制御する制御ユニット（３）が設けられている、請求項３記載の装置。

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