JP2014048050A - 溶着判断回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 大容量のコンデンサを用いずにリレーが溶着していないことを検出することのできる溶着判断回路を提供する。
【解決手段】 電力負荷機器と、前記電力負荷機器に電力を供給する第１電源と、前記電力負荷機器と前記第１電源との間に接続され両者間の接続を断接するリレー装置と、を具備する電気回路に対する前記リレー装置の溶着判断を行う溶着判断回路において、前記溶着判断回路は、第１コンデンサと抵抗又は第２コンデンサとを直列に接続するとともに、前記第１コンデンサを前記リレー装置と並列に接続し、前記抵抗又は第２コンデンサに電力を供給する第２電源と、前記抵抗又は第２コンデンサにかかる電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出電圧に基づき前記リレー装置の溶着判断を行う溶着判定手段７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は溶着判断回路に関する。

近年、二次電池からの電力によってモータを駆動して走行する電気自動車やハイブリッド車等の電動車両が、低公害性などの点から注目されている。電気自動車では、複数の二次電池が直列接続されたバッテリと、バッテリからの電力によって作動し車両に駆動力を付与するモータと、バッテリとモータとの間に設けられたインバータとを有する。

このような直流電源であるバッテリとインバータとの間には、バッテリを制御するための電源制御装置が設けられている。電源制御装置は通常リレーを有し、バッテリとインバータとを電気的に接続し、又は遮断している。このリレーは、例えば過電流等によって溶着してしまうことも考えられる。そこで、リレーの溶着検出を行う溶着検出部を有する電源制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１８５８１２号公報（図１、請求項１等）

しかしながら、特許文献１に記載された電源制御装置では、溶着検出を行うためのコンデンサが大容量であるため製造コストがかかるという問題がある。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、大容量のコンデンサを用いずにリレーが溶着していないことを検出することのできる溶着判断回路を提供しようとするものである。

本発明の溶着判断回路は、電力負荷機器と、前記電力負荷機器に電力を供給する第１電源と、前記電力負荷機器と前記第１電源との間に接続され両者間の接続を断接するリレー装置と、を具備する電気回路に対する前記リレー装置の溶着判断を行う溶着判断回路において、前記溶着判断回路は、第１コンデンサと抵抗又は第２コンデンサとを直列に接続するとともに、前記第１コンデンサを前記リレー装置と並列に接続し、前記抵抗又は第２コンデンサに電力を供給する第２電源と、前記抵抗又は第２コンデンサにかかる電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出電圧に基づき前記リレー装置の溶着判断を行う溶着判定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明においては、リレーに対してコンデンサを並列に設けていることから、容量の小さいコンデンサを用いることができる。そして、電圧検出手段の検出電圧に基づきリレー装置の溶着判断を行うことで、簡易にリレーが溶着していないことを検出することができる。

前記リレー装置は、前記電力負荷機器と前記第１電源の負極端子との間に接続される負側リレー装置と、前記電力負荷機器と前記第１電源の正極端子との間に接続される正側リレー装置とからなり、前記溶着判断回路は、前記負側リレー装置の溶着を判断する負側溶着判断回路と、前記正側リレー装置の溶着を判断する正極溶着判断回路とからなり、前記第１コンデンサは前記負側溶着判断回路と前記正側溶着判断回路とにそれぞれ備えられると共に、前記抵抗又は前記第２コンデンサと前記第２電源とは前記負側溶着判断回路と前記正側溶着判断回路とに共用して備えられ、前記負側溶着判断回路及び前記正側溶着判断回路のそれぞれに前記第２電源からの電源供給を断接するスイッチ装置を備えることが好ましい。各リレーについてそれぞれ溶着判断部が設けられていることで、それぞれのリレーについて溶着判断を行うことが可能である。

本発明の好ましい実施形態としては、前記第２コンデンサは前記負側溶着判断回路と前記正側溶着判断回路とにそれぞれ備えられ、前記電圧検出手段は、前記第２コンデンサにかかる電圧を測定することが挙げられる。

前記溶着判断手段は、前記リレー装置が開状態で前記第２電源から前記溶着判断回路に電力を供給した際に前記電圧検出手段で検出される所定の電圧値を記憶しており、前記リレー装置を開作動指示した後に記第２電源から前記溶着判断回路に電力を供給した際に前記電圧検出手段により検出される電圧値が前記所定の電圧値と異なる場合は前記リレー装置が溶着していると判断することが好ましい。

本発明の溶着判断回路によれば、大容量のコンデンサを用いずにリレーが溶着していないことを検出することができるという優れた効果を奏し得る。

実施形態１に係る電源制御装置を説明するための模式的回路図である。 溶着判断部を説明するための模式的回路図である。 実施形態２に係る電源制御装置を説明するための模式的回路図である。 他の実施形態に係る電源制御装置を説明するための模式的回路図である。 他の実施形態に係る電源制御装置を説明するための模式的回路図である。

（実施形態１）
実施形態１に係る溶着判断回路を含む電源制御装置１０について、図１を用いて説明する。

電源制御装置１０は、例えば電気自動車に搭載されるものである。電源制御装置１０は、直流電源１を備える。直流電源１は、複数の電池が直列に接続されて高電圧高電流を出力することができるように構成されている電源ユニットである。直流電源１は、インバータ２を介して負荷である図示しないモータ（電力負荷機器を構成する）に接続されている。

直流電源１の正極側端子と、インバータ（電力負荷機器を構成する）２との間には、正側リレー３が設けられている。また、直流電源１の負極側端子とインバータ２との間には負側リレー４が設けられている。各リレーにより、直流電源１とインバータ２との間の電力供給を遮断することが可能である。

この直流電源１からの直流電流は、正側リレー３及び負側リレー４が導通状態となっている場合にインバータ２に入力されて直流から交流に変換され、図示しないモータに入力される。

かかる正側リレー３及び負側リレー４が溶着していないことを確認するために、本実施形態における電源制御装置１０は、溶着判断部５を備えている。溶着判断部５について、以下説明する。

溶着判断部５は、交流電源部（第２電源）ＦＧと、交流電源部ＦＧに接続された抵抗Ｒ１とを有する。この抵抗Ｒ１には抵抗Ｒ１における電圧を検出する電圧検出手段Ｖ１が設けられている。電圧検出手段Ｖ１には、溶着判断手段７が設けられている。

また、正側リレー３に対して並列となるようにコンデンサ（第１コンデンサ）Ｃ１が設けられている。このコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との間には、スイッチＳＷ１と、コンデンサＣ２とが抵抗Ｒ１に対して直列となるように設けられている。さらに、コンデンサＣ１に対して直列となるようにコンデンサＣ３が設けられている。コンデンサＣ３はアースに接続されている。コンデンサＣ２、Ｃ３はそれぞれグランド分離コンデンサとして機能する。これらの交流電源部ＦＧ、抵抗Ｒ１及び電圧検出手段Ｖ１と、スイッチＳＷ１と、コンデンサＣ１〜Ｃ３とにより正側リレー３の溶着を判断する正側溶着判断回路５１が形成されている。

また、負側リレー４に対して並列となるようにコンデンサＣ４が設けられている。このコンデンサＣ４と抵抗Ｒ１との間には、スイッチＳＷ２と、コンデンサＣ５とが抵抗Ｒ１直列となるように設けられている。さらに、コンデンサＣ４に対して直列となるようにコンデンサＣ６が設けられている。コンデンサＣ６はアースに接続されている。これらの交流電源部ＦＧ、抵抗Ｒ１及び電圧検出手段Ｖ１と、スイッチＳＷ２と、コンデンサＣ４〜Ｃ６により負側リレー４の溶着を判断する負側溶着判断回路５２が形成されている。

正側溶着判断回路５１と負側溶着判断回路５２とはそれぞれ回路構成は同一であるので初めに正側溶着判断回路５１について図２を用いて説明する。

正側溶着判断回路５１は、図２に示すような閉回路である。かかる正側溶着判断回路５１において、正側リレー３が非導通状態、即ち接点が開状態である場合には、交流電源部ＦＧからの交流電流は、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ２、コンデンサＣ１、コンデンサＣ３の順に流れてアースに入力される。他方で、正側リレー３が導通状態、即ち接点が閉状態である場合には、交流電源部ＦＧからの交流電流は、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ２、正側リレー３、コンデンサＣ３の順に流れてアースに入力される。即ち、正側リレー３が導通状態である場合にはコンデンサＣ１に交流電流は流れず、非導通状態である場合にはコンデンサＣ１に交流電流が流れるように正側溶着判断回路５１は構成されている。

即ち、正側溶着判断回路５１によれば、正側リレー３が導通状態にあるかどうかにより回路の合成容量が変わり、これにより抵抗Ｒ１に印加される電圧が変化する。電圧検出手段Ｖ１は、この抵抗Ｒ１に印加される電圧を測定して、検出された電圧値を溶着判断手段７に入力する。溶着判断手段７は、この電圧が予め定めた基準値よりも大きいかどうかにより溶着判断を行う。

かかる正側溶着判断回路５１による正側リレー３の溶着判断について具体的に説明する。

初めに正側リレー３を非導通状態とし、スイッチＳＷ１をオン状態として交流電源部ＦＧから交流電流を流す。正側リレー３は非導通状態であるので、この正側溶着判断回路５１における合成容量は導通状態の場合よりも小さくなる。この場合に抵抗Ｒ１における電圧を電圧検出手段により測定すると、抵抗Ｒ１にかかる電圧は導通状態に比べて大きい。従って、抵抗Ｒ１にかかる電圧は予め定めた基準値以上となる。

他方で、仮に正側リレー３が溶着していると、正側リレー３を非導通状態としても、実際には正側リレー３は導通することになる。この場合には、スイッチＳＷ１をオン状態として交流電源部ＦＧから交流電流を流すと、正側リレー３は導通状態であるので、この正側溶着判断回路５１における合成容量は非導通状態の場合よりも大きくなる。従って、抵抗Ｒ１における電圧を電圧検出手段により測定すると、抵抗Ｒ１にかかる電圧は非導通状態に比べて小さい。即ち、抵抗Ｒ１にかかる電圧は予め定めた基準値以下となる。

このように、正側溶着判断回路５１では、正側リレー３を非導通状態とし、かつ、スイッチＳＷ１をオン状態として抵抗Ｒ１にかかる電圧を測定し、溶着判断手段７により測定された電圧が予め定めた基準値よりも大きいか小さいかを判断することによって正側リレー３の溶着判断を行うことができる。予め定めた基準値よりも電圧が大きい場合にはリレーは溶着していないので走行を続ける。予め定めた基準値よりも電圧が小さい場合にはリレーが溶着している可能性があるので車両が走行中であれば走行を中止する。

負側溶着判断回路５２も、上述した正側溶着判断回路５１と同様に作動するものである。従って、負側リレー４を非導通状態とし、かつ、スイッチＳＷ２をオン状態として抵抗Ｒ１にかかる電圧を測定した場合に、溶着判断手段７により測定された電圧が予め定めた基準値よりも大きいか小さいかによって負側リレー４の溶着判断を行うことができる。

このように、本実施形態における電源制御装置では、溶着判断部５を有することで溶着判断を簡易に行うことが可能である。

また、このような溶着判断部５では、溶着判断のためのコンデンサＣ１、Ｃ４の容量を小さくすることができる。即ち、正側リレー３及び負側リレー４に対して直列にコンデンサ及び抵抗を接続し、この抵抗における電圧降下を測定する場合には、コンデンサは回路抵抗が小さくなるように容量の大きいものを用いる必要がある。これに対し、本実施形態においては正側リレー３及び負側リレー４に対して並列にコンデンサＣ１、Ｃ４を接続すると共に、これらに対して直列となるように抵抗を接続し、この抵抗における電圧降下を測定しているので、回路抵抗を小さくする必要がなく、コンデンサは容量の小さいものを用いることができる。

さらにこのような溶着判断部５では、さらにスイッチＳＷ１及びＳＷ２のどちらかをオン状態として溶着を判断することで、即ち正側溶着判断回路５１及び負側溶着判断回路５２のどちらかを駆動することで、どちらのリレーが溶着しているかも判断することができる。従来は、いずれが溶着しているかまでは判断することができなかったが、このように正側リレー３又は負側リレー４のいずれが溶着しているかも判断できることで、より早急に対応することが可能である。

（実施形態２）
本発明の別の実施形態について、図３を用いて説明する。

本実施形態の電源制御装置は、実施形態１とは別の溶着判断部６を有している。図３において、図１と同一の構成要素については同一の参照符号を付してある。

溶着判断部６は、正側リレー３に並列で接続されたコンデンサＣ１１と、このコンデンサＣ１１に直列で接続されたコンデンサＣ１２（第２コンデンサ）とを備える。コンデンサＣ１２はアースに接続される。また、負側リレー４に並列となるように接続されたコンデンサＣ１３と、コンデンサＣ１３に直列となるように接続されたコンデンサＣ１４（第２コンデンサ）とを備える。コンデンサＣ１４は、アースに接続されている。

ここで、これらのコンデンサＣ１１〜Ｃ１４は、それぞれブリッジ平衡をとることができるように、それぞれのコンデンサＣ１１〜Ｃ１４の容量Ｚが、Ｚ１１（Ｃ１１）×Ｚ１４（Ｃ１４）とＺ１２（Ｃ１２）×Ｚ１３（Ｃ１３）が等しくなるように構成されている。即ち、コンデンサＣ１１〜Ｃ１４によりブリッジ回路ＢＣが構成されている。

また、正側リレー３に対して直列となるようにスイッチＳＷ１１が設けられていると共に、負側リレー４に対して並列となるようにスイッチＳＷ１２が接続されている。

また、溶着判断部６は交流電源部ＦＧを有し、交流電源部ＦＧは、コンデンサＣ１５を介して正側リレー３及び負側リレー４に交流電流を入力できるように回路に接続されている。

本実施形態では、溶着判断部６は、コンデンサＣ１１及びＣ１２間の接点Ａと、コンデンサＣ１３及びＣ１４間の接点Ｂとの間に電圧検出手段Ｖ２が設けられ、これらの間の電圧差を電圧検出手段Ｖ２により検出する。そして、電圧検出手段Ｖ２に設けられた溶着判断手段７により、正側リレー３及び負側リレー４における溶着の有無が判断される。

かかる溶着判断部６において、正側リレー３及び負側リレー４が共に非導通状態、即ち接点が開状態である場合には、スイッチをオン状態としても溶着判断部６のブリッジ回路ＢＣは平衡状態にあるため接点Ａ−Ｂ間では電圧差が発生せず、電圧検出手段Ｖでは電圧差を検出できない。他方で、正側リレー３及び負側リレー４のうちいずれかが溶着しているとすれば、各スイッチをオン状態とすればブリッジ回路ＢＣにおいて平衡状態を保つことができず、接点Ａ−Ｂ間で電圧差が生じ、電圧検出手段Ｖ２ではこの電圧差が検出される。

かかる溶着判断部６による正側リレー３の溶着判断について説明する。

正側リレー３及び負側リレー４を非導通状態とし、スイッチＳＷ１１をオン状態として、スイッチＳＷ１２はオフ状態とする。そして、交流電源部ＦＧから交流電流を回路に入力する。交流電流は、正側リレー３が溶着していない場合には、コンデンサＣ１１及びＣ１２側を流れる。また、スイッチＳＷ１２はオフ状態であるので、交流電流はコンデンサＣ１３及びＣ１４側を流れる。この場合には、ブリッジ回路ＢＣにおいて平衡状態が保持されているので接点Ａ−Ｂ間に電圧差が生じない。

他方で、正側リレー３が溶着しているとすれば、交流電流はコンデンサＣ１１ではなく正側リレー３を流れるので、ブリッジ回路ＢＣにおいて平衡状態が保持されず接点Ａ−Ｂ間に電圧差が生じる。

即ち、正側リレー３を非導通状態とし、かつ、スイッチＳＷ１１をオン状態として接点Ａ−Ｂ間の電圧を電圧検出手段Ｖ２により測定し、検出結果を溶着判断手段７に入力する。溶着判断手段７は、電圧差が生じていれば正側リレー３が溶着していると判断し、電圧差が生じていなければ正側リレー３が溶着していないと判断できる。本実施形態の溶着判断部６は、このようにして正側リレー３の溶着判断を行うことができる。

負側リレー４が溶着しているか否かについての判断も同様である。

正側リレー３及び負側リレー４を非導通状態とし、スイッチＳＷ１２をオン状態として、スイッチＳＷ１１はオフ状態とする。そして、交流電源部ＦＧから交流電流を回路に入力する。交流電流は、負側リレー４が溶着していない場合には、コンデンサＣ１３及びＣ１４側を流れる。また、スイッチＳＷ１１はオフ状態であるので、交流電流はコンデンサＣ１１及びＣ１２側を流れる。この場合には、ブリッジ回路ＢＣにおいて平衡状態が保持されているので接点Ａ−Ｂ間に電圧差が生じない。

他方で、負側リレー４が溶着しているとすれば、交流電流は負側リレー４を流れるので、ブリッジ回路において平衡状態が保持されず接点Ａ−Ｂ間に電圧差が生じる。

即ち、負側リレー４を非導通状態とし、かつ、スイッチＳＷ１２をオン状態として接点Ａ−Ｂ間の電圧を測定し、検出結果を溶着判断手段７に入力する。溶着判断手段７は、電圧差が生じていれば負側リレー４が溶着していると判断し、電圧差が生じていなければ負側リレー４が溶着していないと判断できる。本実施形態の溶着判断部６は、このようにして負側リレー４の溶着判断を行うことができる。

本実施形態では、実施形態１と同様に各リレーのうちいずれかが溶着していないかどうかを簡易に判断できると共に、各リレーに対してコンデンサが並列に設けられていることからコンデンサＣ１１、Ｃ１３の容量を従来に比べ小さくすることができる。さらに、実施形態２では、実施形態１と比較して回路の部品点数が少ない。

このように、上述した各実施形態においては、各リレーに対して並列となるようにコンデンサを接続し、抵抗もしくは接点間の電圧を測定して簡易にリレーが溶着していないことを確認することができる。従って、これらの溶着判断部５、６を設けた電気自動車においては常に溶着していないことを確認しながら走行することが可能である。

上述した各実施形態において、交流電源と電圧検出手段とリレーに対して並列に設けられたコンデンサとを有し、リレーの溶着判断をすることができれば回路構成は特に限定されない。例えば、上述した実施形態１においては、二つのリレーに対して一つの交流電源部ＦＧを設けたが、これに限定されない。それぞれのリレーに対してそれぞれ同一の交流電流を印加できるように構成してもよい。

上述した実施形態１においては、コンデンサＣ２、Ｃ５を設けたが、これに限定されない。例えば他のコンデンサの容量や抵抗Ｒ１の大きさを適宜設定することで設けなくてもよい。

本発明の溶着判断回路は、上述した形態に限定されない。例えば、図４に示すように構成してもよい。図４に示す構成では、図１の抵抗Ｒ１をコンデンサＣ７に変更したものであり、このコンデンサＣ７に印加される電圧を測定し、この電圧が所定値よりも大きいかどうかにより溶着判断を実施することも可能である。

また、図５に示すように構成してもよい。即ち、図５に示すように、図３に示す構成において、さらにコンデンサＣ１５（第２コンデンサ）に印加される電圧を測定するものである。溶着判断手段は、この電圧が所定値よりも大きいかどうかにより溶着判断を実施する。

このように、本発明の溶着判断回路においては、交流電源から電圧が印加される抵抗又はコンデンサ（第２コンデンサ）の電圧を測定し、この値に基づいて溶着判断を行うことができるように構成されていればよい。

本発明の溶着判断回路は、小さな容量のコンデンサを用いて、正確にリレーの溶着判断を行って高電圧高電流電源を制御することができる。従って、例えば自動車製造産業において利用可能である。

１ 直流電源
２ インバータ
３ 正側リレー
４ 負側リレー
５、６ 溶着判断部
１０ 電源制御装置
５１ 正側溶着判断回路
５２ 負側溶着判断回路
Ａ 接点
Ｂ 接点
ＢＣ ブリッジ回路
ＦＧ 交流電源部
Ｒ１ 抵抗

Claims (4)

1. 電力負荷機器と、
   前記電力負荷機器に電力を供給する第１電源と、
   前記電力負荷機器と前記第１電源との間に接続され両者間の接続を断接するリレー装置と、を具備する電気回路に対する前記リレー装置の溶着判断を行う溶着判断回路において、
   前記溶着判断回路は、
   第１コンデンサと抵抗又は第２コンデンサとを直列に接続するとともに、前記第１コンデンサを前記リレー装置と並列に接続し、
   前記抵抗又は第２コンデンサに電力を供給する第２電源と、
   前記抵抗又は第２コンデンサにかかる電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段の検出電圧に基づき前記リレー装置の溶着判断を行う溶着判定手段と、を備えることを特徴とする溶着判断回路。
2. 前記リレー装置は、
   前記電力負荷機器と前記第１電源の負極端子との間に接続される負側リレー装置と、
   前記電力負荷機器と前記第１電源の正極端子との間に接続される正側リレー装置とからなり、
   前記溶着判断回路は、
   前記負側リレー装置の溶着を判断する負側溶着判断回路と、
   前記正側リレー装置の溶着を判断する正極溶着判断回路とからなり、
   前記第１コンデンサは前記負側溶着判断回路と前記正側溶着判断回路とにそれぞれ備えられると共に、前記抵抗又は前記第２コンデンサと前記第２電源とは前記負側溶着判断回路と前記正側溶着判断回路とに共用して備えられ、
   前記負側溶着判断回路及び前記正側溶着判断回路のそれぞれに前記第２電源からの電源供給を断接するスイッチ装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶着判断回路。
3. 前記第２コンデンサは前記負側溶着判断回路と前記正側溶着判断回路とにそれぞれ備えられ、
   前記電圧検出手段は、前記第２コンデンサにかかる電圧を測定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の溶着判断回路。
4. 前記溶着判断手段は、
   前記リレー装置が開状態で前記第２電源から前記溶着判断回路に電力を供給した際に前記電圧検出手段で検出される所定の電圧値を記憶しており、
   前記リレー装置を開作動指示した後に記第２電源から前記溶着判断回路に電力を供給した際に前記電圧検出手段により検出される電圧値が前記所定の電圧値と異なる場合は前記リレー装置が溶着していると判断する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶着判断回路。

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