JP2019535222A - 危険電圧インターロックループシステム - Google Patents

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Abstract

本発明は、危険電圧インターロックループ(HVIL)システム(10)に関する。このHVILシステム(10)は、第1のHVIL回路(12)と、第2のHVIL回路(14)と、第1及び第2のHVIL回路に接続されたガルバニック絶縁リレー(16)と、を備えている。本発明はまた、このようなシステムを備えた車両に関する。本発明はまた、危険電圧インターロックループシステムを動作させる方法に関する。【選択図】図1

Description

本発明は、危険電圧インターロックループ(HVIL)システムに関する。本発明はまた、このようなシステムを備えた車両に関する。本発明はまた、危険電圧インターロックループシステムを動作させる方法に関する。
本発明は、例えば、トラック、バス及び建設機械などの大型車両に適用することができる。本発明をトラックについて説明するが、本発明はこの特定車両に限定されず、他の車両にも使用することができる。
危険電圧インターロックループは、一般的に、例えば、蓋を開いたりコネクタを抜いたりするなど、システムのどこかに侵入や故障が検知された場合、システムのすべての高電圧源及び高電流源を確実に遮断するように実装されている。
例えば、米国特許出願公開第2014/0062180号明細書は、高電圧(HV)電力を供給するHV源、低電圧源、高電圧インターロックループ(HVIL)スイッチ、及び少なくとも1つの制御モジュールを有する、車両のHVシステムを開示している。低電圧源は、HV電力より低い低電圧電力を供給する。HVILスイッチは、低電圧源と通信している。HVILスイッチは、リードリレー及び磁気素子を有している。米国特許出願公開第2014/0062180号明細書は、HVILスイッチ#1がHV電源に該当し、HVILスイッチ#2が電力インバータに該当し、及びHVILスイッチ#3がACモータに該当する、複数のHVILスイッチを相互に接続するHVIL回路を更に開示している。
また、米国特許出願公開第2011/0062798号明細書は、高電圧電源、複数の高電圧負荷、及び複数の機能的な高電圧インターロック(HVIL)回路を持つ、高電圧システムを有する車両を開示している。各高電圧負荷は、カバー(enclosure)内に配置され、各機能的な高電圧インターロック回路は、カバーの1つに関連付けられている。
しかしながら、規格及び/又は法令によって、米国特許出願公開第2014/0062180号明細書及び米国特許出願公開第2011/0062798号明細書に開示されたようなシステムは、特定用途について不適切になるおそれがある。
本発明の目的は、特定用途について要求されるように、特に、電気的安全を高めることができる、改良された危険電圧インターロックループシステムを提供することである。例えば、電気道路用途では、車両は、少なくとも2つの独立した高電圧バスを持つ必要があるかもしれない。そして、各高電圧バスは、それ自身の危険電圧インターロックループを持つことができる。
本発明の第1の態様によれば、上述の目的は、第1のHVIL回路と、第2のHVIL回路と、第1及び第2のHVIL回路に接続された(第1の)ガルバニック絶縁リレーと、を備えた、危険電圧インターロックループ(HVIL)システムによって達成される。
本発明は、このようなリレーを使用して、回路間のガルバニック絶縁を維持しつつ、一方のHVIL回路で検知された故障を他方のHVIL回路にロバストかつ瞬時に伝えることができるという理解に基づいている。これは、このシステムが搭載された車両の電気的安全を高めることができる。
ガルバニック絶縁リレーは、例えば、電磁リレー又はソリッドステートリレーとすることができる。ソリッドステートリレーは、オプトカプラ(オプトアイソレータとも呼ばれる)を備えることができる。
ガルバニック絶縁リレーは、ガルバニック絶縁リレーを備えた第2のHVIL回路の少なくとも一部に電流が流れていないとき、第1のHVIL回路を開くように構成することができる。従って、このリレーは、ここでは、第2のHVIL回路で検知された故障を第1のHVIL回路に伝えることができる。「一部」は、例えば、メッシュとすることができる。
一実施形態では、第1のHVIL回路は、通信システムを介して、第1のHVIL回路で検知された故障を第2のHVIL回路に通信するように構成された、(第1の)電流損失検知装置を有することができる。このようにして、第1のHVIL回路で故障が検知されると、第2のHVIL回路を開くか遮断することができる。「故障」とは、HVIL回路のHVILブレーカースイッチが開くことを意味する。通信システムは、例えば、CAN(Controller Area Network)とすることができる。通信システムは、ガルバニック絶縁を有することができる。
他の実施形態によれば、このシステムは、第1及び第2のHVIL回路に接続された第2のガルバニック絶縁リレーを更に備えることができる。第2のガルバニック絶縁リレーは、第2のガルバニック絶縁リレーを備えた第1のHVIL回路の少なくとも一部に電流が流れていないとき、第2のHVIL回路を開くように構成することができる。このようにして、第1のHVIL回路で検知された故障も、第2のHVIL回路に伝えることができる。第2のガルバニック絶縁リレーは、例えば、電磁リレー又は(オプトカプラーを備えることができる)ソリッドステートリレーとすることができる。
第1のHVIL回路は、第1の電流源及び第1の電流損失検知装置を有することができ、第1のダイオードを持つ分岐路(branch)が、リレーと第2のリレーとの間のノードと、第1の電流損失検知装置と第1の電流源との間の他のノードと、に接続されている。第1のダイオードを持つ分岐路は、システムの起動中に使用することができる。
第1の電流損失検知装置は、第1の通信システムを介して、第1のHVIL回路で検知された故障を第1の電流源に伝えて第1の電流源を停止させ、上述の第1のダイオードにもかかわらず、第2のリレーが第2のHVIL回路を確実に開くように構成することができる。
第2のHVIL回路は、第2の電流源及び第2の電流損失検知装置を有することができ、第2のダイオードを持つ分岐路が、リレーと第2のリレーとの間のノードと、第2の電流損失検知装置と第2の電流源との間の他のノードと、に接続されている。第2の電流損失検知装置は、第2の通信システムを介して、第2のHVIL回路で検知された故障を第2の電流源に伝えて第2の電流源を停止させるように構成されている。このように、システム起動中に、どのHVIL回路が最初に起動されるかは重要ではない。
本発明の第2の態様によれば、第1の態様に係る危険電圧インターロックループシステムを備えた車両が提供される。
この車両は、独立した第1及び第2の高電圧バスを更に備えることができる。第1のHVIL回路が第1の高電圧バスに関連付けられ、第2のHVIL回路が第2の高電圧バスに関連付けられる。
この車両は、外部の架線からエネルギーを受け取るパンタグラフと、車両を推進する電気モータと、を更に備えることができる。パンタグラフ及び電気モータはそれぞれ、独立した第1及び第2の高電圧バスのいずれかに接続される。
本発明の第2の態様によれば、第1のHVIL回路と、第2のHVIL回路と、第1及び第2のHVIL回路に接続されたガルバニック絶縁リレーと、を備えた、危険電圧インターロックループシステムを動作させる方法が提供される。この方法は、リレーが第1のHVIL回路の少なくとも一部を閉じるように、第2のHVIL回路の電流源を起動させるステップと、第2のHVIL回路のブレーカーリレーが開いたならば、リレーが第1のHVIL回路を開くステップと、を備えている。この態様は、上述の態様と同じ又は類似の特徴及び技術的効果を呈することができ、その逆もあり得る。
本発明のさらなる利点及び有利な特徴は、以下の説明及び従属請求項に開示されている。
添付図面を参照して、実施例として挙げられる本発明の実施形態のより詳細な説明を以下に続ける。
本発明の実施形態に係る車両の概略的な側面図である。 本発明の第1実施形態に係るHVILシステムを示す。 本発明の第2実施形態の第1変形例に係るHVILシステムを示す。 本発明の第2実施形態の第2変形例に係るHVILシステムを示す。
図1は、本発明の実施形態に係る車両50の概略的な側面図である。車両50は、例えば、トラックとすることができる。車両50は、例えば、電気自動車又はハイブリッド自動車とすることができる。車両50は、電気道路用途で使用することができる。
車両50は、独立した第1及び第2の高電圧バス(HVB)52,54を備えている。第1及び第2の高電圧バス52,54は、独立しており、互いに電気的に接続されていない。車両50は、外部の架線(図示せず)からエネルギーを受け取るパンタグラフ56を更に備えている。車両50は、パンタグラフの代わりに、例えば、地表の電気トラックからエネルギーを受け取る他の手段を備えることもできる。車両50は、車両50を推進させる電気モータ58を更に備えている。パンタグラフ56及び電気モータ58のそれぞれは、第1及び第2の高電圧バス52,54のいずれかに接続されている。
車両50は、危険電圧インターロックループ(HVIL)システム10を更に備えている。HVILシステム10は、第1及び第2のHVIL回路12,14を備えている。第1のHVIL回路12は、第1の高電圧バス52に関連付けられ、第2のHVIL回路14は、第2の高電圧バス54に関連付けられている。これは、第1のHVIL回路12が第1の高電圧バス52の負荷に関連した故障を検知でき、第2のHVIL回路14が第2の高圧バス54の負荷に関連した故障を検知できることを意味している。この故障は、例えば、蓋を開けること、コネクタを抜くことなどとすることができる。
HVILシステム10は、第1及び第2のHVIL回路12,14を相互接続する、少なくとも1つのガルバニック絶縁リレー16,26を更に備えている。少なくとも1つのガルバニック絶縁リレー16,26によって、第1及び第2のHVIL回路12,14が互いに電気的に絶縁されているにもかかわらず、検知された故障を少なくともHVIL回路の一方から他方へと伝えることができる。
図2は、HVILシステム10の第1実施形態を示している。第1実施形態は、「単一方向故障伝達」と称することができる。図2のHVILシステム10は、第1のHVIL回路12、第2のHVIL回路14、及び1つのガルバニック絶縁リレー16を備えている。第1のHVIL回路12と第2のHVIL回路14との間の(想像上の)絶縁障壁は、図2において垂直な一点鎖線として示されている。
図2に示すリレー16は、電磁リレーであるが、その代わりに、例えば、オプトカプラーを持つソリッドステートリレーであってもよい。リレー16は、第1及び第2のHVIL回路12,14に接続されている。即ち、リレー16は、第2のHVIL回路14上のコイル18の形態をとる制御要素と、第1のHVIL回路12上の接極子(armature)20の形態をとる被制御要素と、を備えている。リレー16は、常開式(NO)である。
第1のHVIL回路12は、リレー16の接極子20から始めて反時計回り(即ち、電流方向)に、1つ以上の第1のHVILブレーカースイッチ46と、第1の電流損失検知装置22と、第1の電流源28と、を更に備えている。第2のHVIL回路14は、リレー16のコイル18から始めて反時計回り(即ち、電流方向)に、第2の電流源32と、第2の電流損失検知装置34と、1つ以上の第2のHVILブレーカースイッチ48と、を更に備えている。第1及び第2のHVIL回路12,14は、ここでは、単一ループ回路とすることができる。
リレー16は、一般的に、第2のHVIL回路14に電流が流れていないときに第1のHVIL回路12を開くことによって、第2のHVIL回路14の故障を第1のHVIL回路12に伝えるように構成されている。リレー16はまた、第2のHVIL回路14に電流が流れているとき、第1のHVIL回路12を閉じるように構成されている。
作動中、第2の電流源32が起動すると、リレー16のコイル18が励磁し、これによって第1のHVIL回路12を閉回路にする。そして、第1の電流源28が起動し、その結果、第1及び第2のHVIL回路12,14に電流が流れる。
何らかの事象によって第2のHVIL回路14に電流が流れなくなると(例えば、1つ以上の第2のHVILブレーカースイッチ48の1つが開くと)、リレー16のコイル18が励磁されなくなり、このため第1のHVIL回路12を開く。これは、第2のHVIL回路14及び第1のHVIL回路12の両方の第1及び第2の電流損失検知装置22,34によって検知される。
ある事象によって第1のHVIL回路12に電流が流れなくなると、通信システム24、例えば、CANを使用して、第1の電流損失検知装置22から第2のHVIL回路14へとこれが伝えられる。第1の電流損失検知装置22は、例えば、第2の電流源32に停止するように指示することができる。
HVILの事象(故障)の検知は、一般的に、2つのケースのうちの最初のケースの方が高速である。
図3は、HVILシステム10の第2実施形態の第1変形例を示している。第2実施形態は、「双方向故障伝達」と称することができ、その第1変形例は、特に、「対称双方向故障伝達」と称することができる。図3のHVILシステム10は、第1のHVIL回路12と、第2のHVIL回路14と、2つのガルバニック絶縁リレー16,26と、を備えている。第1のHVIL回路12と第2のHVIL回路14との間の(想像上の)絶縁障壁は、図3において垂直な一点鎖線として示されている。
図3に示すリレー16,26は、電磁リレーであるが、その代わりに、例えば、オプトカプラーを持つソリッドステートリレーであってもよい。各リレー16,26は、第1及び第2のHVIL回路12,14に接続されている。即ち、第1のリレー16は、第2のHVIL回路14上の第1のコイル18の形態をとる制御要素と、第1のHVIL回路12上の第1の接極子20の形態をとる被制御要素と、を備えている。第2のリレー26は、第1のHVIL回路12上の第2のコイル60の形態をとる制御要素と、第2のHVIL回路14上の第2の接極子62の形態をとる被制御要素と、を備えている。
第1のHVIL回路12は、時計回り(即ち、電流方向)に、第1の電流源28、第2のリレー26の第1のコイル60、第1のリレー16の第1の接極子20、1つ以上の第1のHVILブレーカースイッチ46、及び第1の電流損失検知装置22を備えている。第1のダイオード38を持つ分岐路40は、第1のリレー16と第2のリレー26との間の第1のHVIL回路12のノードと、第1の電流損失検知装置22と第1の電流供給源28との間の第1のHVIL回路12の他のノードと、に接続されている。これによって、第1の電流源28、第2のリレー26の第2のコイル60、及び第1のダイオード38は、第1の「サブループ」又はメッシュ64を形成する。第2のHVIL回路14は、時計回り(即ち、電流方向)に、第2の電流源32、第1のリレー16の第1のコイル18、第2のリレー26の第2の接極子62、1つ以上の第2のHVILブレーカースイッチ48、及び第2の電流損失検知装置34を備えている。第2のダイオード42を持つ分岐路44は、第1のリレー16と第2のリレー26との間の第2のHVIL回路14のノードと、第2の電流損失検知装置34と第2の電流源32との間の第2のHVIL回路14の他のノードと、に接続されている。これによって、第2の電流源32、第1のリレー16の第1のコイル18、及び第2のダイオード42は、第2の「サブループ」又はメッシュ66を形成する。
第1のリレー16は、一般的に、第2のHVIL回路14(の第2のメッシュ66)に電流が流れていないときに第1のHVIL回路12を開くことによって、第2のHVIL回路14の故障を第1のHVIL回路12に伝えるように構成されている。同様に、第2のリレー26は、一般的に、第1のHVIL回路12(の第1のメッシュ64)に電流が流れていないときに第2のHVIL回路14を開くことによって、第1のHVIL回路12の故障を第2のHVIL回路14に伝えるように構成されている。
作動中、第1又は第2の電流源28,32のいずれかが起動する前、第1及び第2のリレー16,26の両方は励磁しておらず、第1及び第2のHVIL回路12,14のどちらも閉じていない。第1及び第2の電流源28,32の一方、例えば、第1の電流源28が起動すると、電流が最初に分岐路40の第1のダイオード38を通って流れ、関連する第2のコイル60が励磁されて第2のHVIL回路14を閉じる。HVILシステム10は、今や他の(第2の)電流源32の起動が期待できる定常状態にある。第2の電流源32が起動すると、電流が第1のリレー16の第1のコイル18及び励磁された第2のリレー26の第2の接極子62を通って流れ、第2のHVIL回路14の起動が終了する。それによって第1のリレー16が起動するので、第1及び第2のHVIL回路12,14の両方は、完全に起動する。ごくわずかな電流が、第1及び第2のダイオード38,42を流れる。
第1及び第2のHVIL回路12,14のいずれかで事象が発生すると、対応する第1又は第2の電流源28,32が停止し、さもなければ電流が第1及び第2のダイオード38,42を通って再び流れる。このため、第1の電流損失検知装置22は、第1の通信システム30を介して、第1のHVIL回路12で検知された故障を第1の電流源28に伝えて第1の電流源28を停止させるように構成されている。同様に、第2の電流損失検知装置34は、第2の通信システム36を介して、第2のHVIL回路14で検知された故障を第2の電流源32に伝えて第2の電流源32を停止させるように構成されている。第1及び第2の通信システム30,36は、例えば、CANとすることができる。第1及び第2の通信システム30,36は、ガルバニック絶縁を有することができる。
例えば、第1のHVIL回路12に事象(故障)が発生すると、これが第1の電流損失検知装置22によって検知され、第1の電流損失検知装置22がその故障を第1の電流源28に伝えて第1の電流源28を停止させる。第1の電流源28が停止又は遮断されると、第1のメッシュ64に電流が流れず、第2のリレー26の第2のコイル60が励磁されなくなって、第2のHVIL回路14を開く。同様に、第2のHVIL回路14に事象(故障)が発生すると、これが第2の電流損失検知装置34によって検知され、第2の電流損失検知装置34がその故障を第2の電流源32に伝えて第2の電流源32を停止させる。第2の電流源32が停止又は遮断されると、第2のメッシュ66に電流が流れず、第1のリレー16の第1のコイル18が励磁されなくなって、第1のHVIL回路12を開く。
図4は、HVILシステム10の第2実施形態の第2変形例を示している。第2変形例は、「非対称双方向故障伝達」と称することができる。第2変形例は、第2のダイオード42及び第2の分岐路44が省略されていることを除き、第1変形例(図3)と同様である。また、第2の電流損失検知装置34は、第2の通信システムを介して、第2のHVIL回路14で検知された故障を第2の電流源32に伝えて第2の電流源32を停止させるように構成されている必要はない。図4に示す第2変形例では、第1の電流源28を最初に起動しなければならない。また、第2のHVIL回路14で故障が検知されると、この故障を最初に第2の電流損失検知装置34から第2の電流源32に伝えて第2の電流源32を停止させることなく、この故障が自動的に第1のHVIL回路12に伝えられる。その他の点では、第2変形例のHVILシステム10は、第1変形例のHVILシステム10と同様に作動する。
本発明は、上述及び図示の実施形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で、多くの変更及び修正がなされ得ることを認識するであろう。
本発明の第1の態様によれば、上述の目的は、第1の高電圧バス(52)に関連付けられた第1のHVIL回路(12)と、第2の高電圧バス(54)に関連付けられた第2のHVIL回路(14)と、第1及び第2のHVIL回路に接続されたガルバニック絶縁リレー(16)と、を備え、第1及び第2の高電圧バス(52,54)が独立して互いに電気的に接続されない、危険電圧インターロックループ(HVIL)システムによって達成される。ガルバニック絶縁リレーは、ガルバニック絶縁リレーを備えた第2のHVIL回路の少なくとも一部に電流が流れていないとき、第1のHVIL回路を開くように構成されている。
本明細書で使用される用語「一部」は、例えば、メッシュを有することができる。
本発明によれば、リレーは、ここでは、第2のHVIL回路で検知された故障を第1のHVIL回路に伝えることができる
この車両は、独立した第1及び第2の高電圧バスを更に備えている。第1のHVIL回路が第1の高電圧バスに関連付けられ、第2のHVIL回路が第2の高電圧バスに関連付けられる。
本発明の第2の態様によれば、第1の高電圧バス(52)に関連付けられた第1のHVIL回路(12)と、第2の高電圧バス(54)に関連付けられた第2のHVIL回路(14)と、第1及び第2のHVIL回路に接続されたガルバニック絶縁リレー(16)と、を備え、第1及び第2の高電圧バス(52,54)が独立して互いに電気的に接続されておらず、ガルバニック絶縁リレーが、当該ガルバニック絶縁リレーを備えた第2のHVIL回路の少なくとも一部に電流が流れていないとき、第1のHVIL回路を開くように構成された、危険電圧インターロックループシステムを動作させる方法が提供される。この方法は、リレーが第1のHVIL回路の少なくとも一部を閉じるように、第2のHVIL回路の電流源を起動させるステップと、第2のHVIL回路のブレーカーリレーが開いたならば、リレーが第1のHVIL回路を開くステップと、を備えている。この態様は、上述の態様と同じ又は類似の特徴及び技術的効果を呈することができ、その逆もあり得る。

Claims (12)

  1. 第1のHVIL回路(12)と、第2のHVIL回路(14)と、を備えた危険電圧インターロックループ(HVIL)システム(10)であって、
    前記第1及び前記第2のHVIL回路に接続されたガルバニック絶縁リレー(16)を更に備えた、
    ことを特徴とするシステム。
  2. 前記ガルバニック絶縁リレー(16)は、電磁リレー又はソリッドステートリレーである、
    請求項1に記載のシステム。
  3. 前記ガルバニック絶縁リレーは、当該ガルバニック絶縁リレーを備えた前記第2のHVIL回路の少なくとも一部に電流が流れていないとき、前記第1のHVIL回路を開くように構成された、
    請求項1又は2に記載のシステム。
  4. 前記第1のHVIL回路は、通信システム(24)を介して、前記第1のHVIL回路で検知された故障を前記第2のHVIL回路に伝えるように構成された電流損失検知装置(22)を備えた、
    請求項3に記載のシステム。
  5. 前記第1及び前記第2のHVIL回路に接続された第2のガルバニック絶縁リレー(26)を更に備え、
    前記第2のガルバニック絶縁リレー(26)は、当該第2のガルバニック絶縁リレーを備えた前記第1のHVIL回路の少なくとも一部に電流が流れていないとき、前記第2のHVIL回路を開くように構成された、
    請求項1〜3のいずれか1つに記載のシステム。
  6. 前記第1のHVIL回路は、第1の電流源(28)及び第1の電流損失検知装置(22)を備え、
    第1のダイオード(38)を持つ分岐路(40)が、前記リレーと前記第2のリレーとの間のノードと、前記第1の電流損失検知装置と前記第1の電流源との間の他のノードと、に接続された、
    請求項5に記載のシステム。
  7. 前記第1の電流損失検知装置(22)は、第1の通信システム(30)を介して、前記第1のHVIL回路で検知された故障を前記第1の電流源に伝えて当該第1の電流源を停止させるように構成された、
    請求項6に記載のシステム。
  8. 前記第2のHVIL回路は、第2の電流源(32)及び第2の電流損失検知装置(34)を備え、
    第2のダイオード(42)を持つ分岐路(44)が、前記リレーと前記第2のリレーとの間のノードと、前記第2の電流損失検知装置と前記第2の電流源との間の他のノードと、に接続され、
    前記第2の電流損失検知装置(34)が、第2の通信システム(36)を介して、前記第2のHVIL回路で検知された故障を前記第2の電流源に伝えて当該第2の電流源を停止させるように構成された、
    請求項7に記載のシステム。
  9. 請求項1〜8のいずれか1つに記載の危険電圧インターロックループシステム(10)を備えた車両(50)。
  10. 独立した第1及び第2の高電圧バス(52,54)を更に備え、
    前記第1のHVIL回路が前記第1の高電圧バスに関連付けられ、
    前記第2のHVIL回路が前記第2の高電圧バスに関連付けられた、
    請求項9に記載の車両。
  11. 外部の架線からエネルギーを受け取るパンタグラフ(56)と、
    前記車両を推進させる電気モータ(58)と、
    を更に備え、
    前記パンタグラフ及び前記電気モータのそれぞれが、独立した前記第1及び前記第2の高電圧バスに接続された、
    請求項10に記載の車両。
  12. 第1のHVIL回路(12)と、第2のHVIL回路(14)と、前記第1及び前記第2のHVIL回路に接続されたガルバニック絶縁リレー(16)と、を備えた、危険電圧インターロックループ(HVIL)システム(10)を動作させる方法であって、
    前記リレーが前記第1のHVIL回路の少なくとも一部を閉じるように、前記第2のHVIL回路の電流源(32)を起動させるステップと、
    前記第2のHVIL回路のブレーカースイッチ(48)が開くと、前記リレーが前記第1のHVIL回路を開くステップと、
    を特徴とする方法。
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