JP2020099112A - プリチャージ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】プリチャージ制御装置において、電流センサの故障によってプリチャージの完了が誤判定されるのを抑制する。【解決手段】プリチャージ制御装置は、メインコンタクタ24と、コンデンサ16と、プリチャージコンタクタ28と、電流センサ20と、制御部30とを備える。バッテリ2から負荷10〜14への電力供給を開始する際、制御部は、検出電流が所定電流以下であるときに、プリチャージコンタクタ28を閉じてプリチャージを開始し、プリチャージ開始後は、検出電流が第1閾値以上となり、その後、検出電流が第2閾値以下となった際に、プリチャージが完了したと判定し、メインコンタクタを閉じる。【選択図】図1

Description

本開示は、バッテリから負荷への電力供給経路を導通させるメインコンタクタを閉じる前に、負荷に並列接続された平滑用のコンデンサをプリチャージするよう構成されたプリチャージ制御装置に関する。
プリチャージ制御装置は、例えば、特許文献1に記載のように、バッテリから負荷への電力供給経路に設けられたメインコンタクタと、メインコンタクタに並列接続され、電流制限用の抵抗を介して電力供給経路を形成するプリチャージコンタクタと、を備える。
そして、バッテリから負荷への電力供給を開始する際には、プリチャージコンタクタを閉じて、負荷に並列接続された平滑用のコンデンサへのプリチャージを開始する。また、プリチャージ開始後は、プリチャージ開始から所定時間後のプリチャージ電流が基準値以下であるか否かを判断し、プリチャージ電流が基準値以下であれば、プリチャージが完了したと判断して、メインコンタクタを閉じ、負荷の駆動を許可する。
このように、バッテリから負荷への電力供給を開始する際にコンデンサへのプリチャージを実行するのは、メインコンタクタを閉じたときに流れる突入電流を抑制して、メインコンタクタを保護するためである。
特開平10−304501号公報
しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、従来装置では、プリチャージ開始後、所定時間経過後の電流値に基づき、プリチャージの完了判定を行うことから、電流センサの故障時には、プリチャージの完了判定を正常に実施できない、という課題が見出された。
つまり、電流センサが故障しているときには、電流を検出できないことから、プリチャージが完了していない状態でメインコンタクタが閉じられ、メインコンタクタに大電流が流れて、メインコンタクタが故障することが考えられる。
本開示の一つの局面は、メインコンタクタを閉じる前に、プリチャージコンタクタを閉じてコンデンサをプリチャージするプリチャージ制御装置において、電流センサの故障によってプリチャージの完了が誤判定されるのを抑制することが望ましい。
本開示の一局面のプリチャージ制御装置は、メインコンタクタ(24)と、コンデンサ(16)と、プリチャージコンタクタ(28)と、電流センサ(20)と、制御部(30)と、を備える。
メインコンタクタは、バッテリ(2)から負荷(10,12,14)への電力供給経路(6)に設けられており、コンデンサは、負荷に並列接続されて電圧変動を平滑化する。
また、プリチャージコンタクタは、メインコンタクタに対し、電流制限用の抵抗(26)を介して並列接続されており、電流センサは、メインコンタクタ及びプリチャージコンタクタよりもバッテリ側の電力供給経路に流れる電流を検出する。
そして、メインコンタクタ及びプリチャージコンタクタが開状態であるとき、バッテリから負荷への電力供給を開始する際には、制御部が、まず、プリチャージコンタクタを閉じてコンデンサへのプリチャージを開始する。また、制御部は、コンデンサへのプリチャージが完了すると、メインコンタクタを閉じて、負荷の駆動を許可する。
このため、本開示のプリチャージ制御装置によれば、上述した従来装置と同様、メインコンタクタを閉じる前にコンデンサをプリチャージすることで、メインコンタクタを閉じたときに大電流が流れて、メインコンタクタが故障するのを抑制できる。
また、制御部は、電流センサによる検出電流が所定電流以下であるときに、プリチャージを開始する。従って、メインコンタクタ及びプリチャージコンタクタが開状態で、電力供給経路が遮断されているにもかかわらず、電流センサにて電流が検出されているとき、つまり、電流センサが故障しているときに、プリチャージが開始されるのを抑制できる。
また、制御部は、プリチャージの開始後、電流センサによる検出電流がプリチャージ実施判定用の第1閾値以上となり、その後、検出電流がプリチャージ完了判定用の第2閾値以下となった際に、プリチャージが完了したと判定する。
これは、プリチャージ開始後は、抵抗を介してコンデンサに突入電流が流れるため、電流センサによる検出電流が上昇し、その後、検出電流が徐々に低下するからである。つまり、制御部は、プリチャージ開始後の電流変化を、第1閾値及び第2閾値を用いて確認し、その電流変化が正常であるときに、プリチャージが完了したと判定して、メインコンタクタを閉じるように構成されている。
従って、本開示のプリチャージ制御装置によれば、電流センサが故障しているときに、プリチャージが開始されるのを抑制することができ、プリチャージ開始後は、検出電流の変化から、プリチャージが完了したことを正確に判定することができる。
そして、メインコンタクタは、制御部にてプリチャージが正常に実施されたことが確認されてから閉じられるので、メインコンタクタに大電流が流れて、メインコンタクタが故障するのを、従来装置に比べてより良好に抑制することができる。
実施形態の車両の電源システム全体の構成を表す説明図である。 ECUにて実行されるプリチャージ制御処理を表すフローチャートである。 プリチャージ制御処理によるプリチャージコンタクタ及びメインコンタクタの制御動作を表すタイムチャートである。 従来装置による電流センサ故障時のプリチャージコンタクタ及びメインコンタクタの制御動作を表すタイムチャートである。
以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
[実施形態]
[構成]
図1に示す本実施形態の電源システムは、電気自動車若しくはハイブリッド車に搭載されたバッテリ2から、正極側及び負極側の電力供給経路4,6を介して、車両の動力源となるモータ8への通電を制御するインバータ10等に電力供給するためのものである。
正極側及び負極側の電力供給経路4,6には、負荷として、インバータ10に加えて、バッテリ2から供給される高電圧(例えば250V)を所定の低電圧(例えば12V)に変換するDC/DCコンバータ12や、他の高圧系部品14も接続されている。
また、正極側及び負極側の電力供給経路4,6には、上記各負荷10〜14に並列接続されて、電力供給経路4,6間の電圧変動を吸収する平滑用のコンデンサ16、及び、その両端電圧を検出する電圧センサ18も設けられている。
また、バッテリ2からコンデンサ16を含む各負荷10〜14までの正極側及び負極側の電力供給経路4,6には、それぞれ、各電力供給経路4,6を導通・遮断させる正極側コンタクタ22及び負極側コンタクタ24が設けられている。
このため、コンデンサ16を含む各負荷10〜14には、これら2つのコンタクタ22,24を閉じて各電力供給経路4,6を導通させることで、バッテリ2から高電圧が供給されることになる。
また、これら2つのコンタクタ22,24のうち、負極側コンタクタ24には、電流制限用の抵抗26を介して、プリチャージコンタクタ28が並列接続されている。
なお、本実施形態では、負極側コンタクタ24が、本開示のメインコンタクタに相当する。そして、以下の説明では、正極側コンタクタをSMR−B、負極側コンタクタ24をSMR−G、プリチャージコンタクタをSMR−Pと記載する。SMRは、システムメインリレーを表す。
このため、SMR−P28とSMR−B22を閉じれば、抵抗26を介して、コンデンサ16を含む各負荷10〜14への電力供給経路が形成されることになる。
SMR−P28は、電源システムの起動時に抵抗26を介して電力供給経路を形成することで、コンデンサ16への充電電流を流し、コンデンサ16をプリチャージするためのものである。そして、SMR−P28は、SMR−B22及びSMR−G24と共に、制御部としてのECU30により、オン・オフ状態が切り換えられる。
ECU30は、電子制御装置であり、CPU、ROM、RAMを含むマイクロコンピュータにて構成されている。そして、ECU30は、車両のイグニッションスイッチ(以下、IG−SW)32がオン状態であるとき、車両に搭載された低電圧バッテリから電力供給を受けて動作する。
また、ECU30は、IG−SW32がオン状態であるとき、車両のスタータスイッチ(以下、ST−SW)34が操作されると、電源システムの起動指令が入力されたものとして、図2に示すプリチャージ制御処理を実行する。
なお、ECU30の電源となる低電圧バッテリは、DC/DCコンバータ12にて生成される低電圧により充電されるため、低電圧バッテリが放電してECU30が動作不能になることはない。
次に、ECU30には、上述した電圧センサ18、IG−SW32、ST−SW34に加えて、電流センサ20、及び、報知部36が接続されている。
電流センサ20は、メインコンタクタとしてのSMR−G24及びSMR−P28と、バッテリ2の負極とを接続する、バッテリ側の負極側電力供給経路6に流れる電流を検出するよう構成されている。
また、報知部36は、後述のプリチャージ制御処理で電流センサ20等の異常を検出した際に、その旨を乗員に報知するためのものであり、警報音を発生する警報音発生部や異常内容を表示する表示部等にて構成されている。
そして、ECU30は、電流センサ20からの検出信号から得られる検出電流に基づき、図2に示すプリチャージ制御処理を実行することで、本開示のプリチャージ制御装置としての機能を実現する。
つまり、本開示の制御部であるECU30は、プリチャージ制御処理において、電流センサ20による検出電流に基づき、電流センサ20の故障判定、及び、コンデンサ16へのプリチャージの完了判定を行う。
また、ECU30は、プリチャージ制御処理において、SMR−P28及びSMR−B28を閉じることで、コンデンサ16へのプリチャージを開始し、プリチャージが完了したことを判定すると、SMR−G24を閉じて、各負荷10〜14の駆動を許可する。
[プリチャージ制御処理]
次に、ECU30にて実行されるプリチャージ制御処理について説明する。
図2に示すように、プリチャージ制御処理が開始されると、まず、S110にて、電流センサ20により検出された検出電流の電流値が、予め設定された異常判定値以下であるか否かを判断する。
つまり、SMR−P28及びSMR−G24が共に開状態(オフ状態)であるとき、電流センサ20が正常であれば、電流センサ20にて検出される電流値は「0」であるので、S110では、この電流値に基づき、電流センサ20が故障しているか否かを判定する。このため、S110にて使用される異常判定値には、「0」若しくは「0」付近の所定電流が設定されている。
S110にて、電流センサ20により検出された電流値が異常判定値を超えていると判定されると、S120に移行し、電流センサ20が故障していると判断して、報知部36を介して電流センサの故障を報知する、電流センサ故障判定処理を実行する。
そして、続くS130では、電流センサ20が故障しているので、コンデンサ16へのプリチャージを禁止し、当該プリチャージ制御処理を終了する。
次に、S110にて、電流センサ20により検出された検出電流の電流値が異常判定値以下であると判断されると、電流センサ20は正常であるので、S140に移行し、コンデンサ16へのプリチャージを開始する。このプリチャージの開始は、図3に示すように、SMR−P28及びSMR−B22を閉じてオン状態にすることで実施される。
なお、図3では、時点t1でプリチャージを開始する際、SMR−P28及びSMR−B22を順にオン状態に切り換えるように記載されているが、SMR−P28及びSMR−B22を同時にオン状態に切り換えるようにしてもよい。また、SMR−B22、SMR−P28の順にオン状態に切り換えるようにしてもよい。
このように、S140にてコンデンサ16へのプリチャージを開始すると、S150に移行し、電流センサ20により検出された検出電流の電流値が、プリチャージ実施判定用として予め設定された第1閾値以上になったか否かを判断する。
つまり、図3に示すように、SMR−B22及びSMR−P28がオン状態となって、時点t1でプリチャージが開始されると、コンデンサ16に電流が流れることによって、検出電流が領域Aの「0」から領域Bの大電流へと急峻に立ち上がる。
そこで、S150では、検出電流の電流値が第1閾値以上になったか否かを判断することで、コンデンサ16へのプリチャージが正常に開始されたか否かを判断するのである。
そして、S150にて、検出電流の電流値が第1閾値以上になったと判断されると、S160に移行し、電流センサ20により検出された検出電流の電流値が、プリチャージ完了判定用として予め設定された第2閾値以下になったか否かを判断する。
S160の処理は、プリチャージによって、コンデンサ16への充電電流が、図3に示す領域Cの「0」付近まで低下して、コンデンサ16へのプリチャージが完了したことを判定する処理である。このため、S160での判定処理に用いられる第2閾値には、S150での判定処理に用いられる第1閾値よりも小さい電流値が予め設定されている。但し、第2閾値は第1閾値と同じであってもよい。
そして、電流センサ20による検出電流の電流値が第2閾値以下になり、S160にて、プリチャージが完了したと判断されると、S170に移行し、SMR−G24をオン状態に切り換える。この結果、コンデンサ16を含む各負荷10〜14には、抵抗26にて電流制限されることなく、電力供給経路4,6を介して電力供給できるようになる。
なお、S170では、図3に示すように、プリチャージの完了判定に伴い、時点t2でメインコンタクタとしてのSMR−G24をオンさせた後、SMR−P28をオフし、各負荷10〜14の駆動を許可する。
次に、S150にて、検出電流の電流値は第1閾値未満であると判断されると、S180に移行し、S140にてプリチャージを開始してから、予め設定されたプリチャージ実行判定用の第1判定時間が経過したか否かを判断する。
そして、S180にて、第1判定時間は経過していないと判断されると、S150に移行し、第1判定時間が経過したと判断されると、S190に移行する。
S190では、プリチャージ開始後、第1判定時間が経過しても検出電流が第1閾値以上にならないので、電流センサ20若しくは電力供給経路4,6に異常があると判断し、その旨を、報知部36を介して報知する。
そして、続くS200では、電流センサ20若しくは電力供給経路4,6に異常があるので、SMR−B22,SMR−G24,SMR−P28を全てオフ状態にして、プリチャージを中止し、当該プリチャージ制御処理を終了する。
また、S160にて、検出電流の電流値は第2閾値を超えていると判断された場合には、S210に移行し、S140にてプリチャージを開始してから、予め設定されたプリチャージ完了判定用の第2判定時間が経過したか否かを判断する。
そして、S210にて、第2判定時間は経過していないと判断されると、S160に移行し、第2判定時間が経過したと判断されると、S220に移行する。なお、第2判定時間に、第1判定時間よりも長い時間が設定されているのは、いうまでもない。
S220では、電力供給経路4,6に接続された高圧系部品14等の負荷による電力持ち出し異常が発生していると判断して、その旨を、報知部36を介して報知する。
そして、続くS230では、高圧系部品14等の負荷による電力持ち出し異常が発生しているので、SMR−B22,SMR−G24,SMR−P28を全てオフ状態にして、プリチャージを中止し、当該プリチャージ制御処理を終了する。
[効果]
以上説明したように、ECU30は、電源システムの起動直後に、プリチャージ制御処理を実行する。そして、プリチャージ制御処理では、SMR−P28及びSMR−B22を閉じることで、コンデンサ16をプリチャージし、プリチャージ完了後に、SMR−G24を閉じて、負荷の駆動を許可する。
このため、本実施形態によれば、従来装置と同様、コンデンサ16へのプリチャージを行うことで、SMR−B22とSMR−G24を閉じたときに大電流が流れて、SMR−B22、SMR−G24が故障するのを抑制できる。
また、ECU30は、プリチャージを開始する前に、電流センサ20により検出された電流値が異常判定値以下であるか否かを判断することで、電流センサ20の異常判定を行い、電流センサ20の異常を判定すると、その旨を報知して、プリチャージを禁止する。
このため、上述した従来装置のように、電流センサ20が故障しているときに、プリチャージを開始してしまい、プリチャージ開始後、電流センサ20による検出電流に基づき、プリチャージの完了を判定できなくなるのを抑制できる。
つまり、上述した従来装置では、電流センサの故障を判定することなく、プリチャージを開始し、所定時間経過後に検出される電流値が、プリチャージ完了判定用の所定の閾値以下であれば、プリチャージが完了したと判断して、メインコンタクタを導通させる。
このため、従来装置では、図4に示すように、プリチャージ開始後所定時間が経過した時点t2で、コンデンサが十分プリチャージされていないにも関わらず、メインコンタクタがオンされることがある。そして、このようにメインコンタクタがオンされると、コンデンサとバッテリとの電圧差により大電流が流れ、メインコンタクタが故障することが考えられる。
これに対し、本実施形態では、プリチャージを開始する前に、電流センサ20の故障判定を行い、故障判定時にはプリチャージを禁止することから、こうした問題が発生するのを抑制できる。また、乗員は、報知部36からの報知によって、電流センサ20の故障を検知し、正常部品に交換することができる。
次に、ECU30は、プリチャージを開始すると、電流センサ20による検出電流が一旦第1閾値以上となり、その後、第2閾値以下となった際に、プリチャージが完了したと判定して、SMR−G24をオンし、負荷の駆動を許可する。
このため、本実施形態によれば、プリチャージ開始後のプリチャージの完了判定を、上述した従来装置に比べて、より正確に実施し、メインコンタクタとしてのSMR−G24をオンすることができる。
よって、本実施形態によれば、プリチャージの完了を誤判定することで、メインコンタクタとしてのSMR−G24をオンした際に大電流が流れ、SMR−G24が故障するのを抑制することもできる。
また、ECU30は、プリチャージ開始後、第1判定時間が経過しても、電流値が第1閾値以上とならないときには、電流センサ20若しくは電力供給経路4,6に異常が生じたと判断して、プリチャージを中止し、その旨を乗員に報知する。
また、ECU30は、プリチャージを正常に開始できていても、プリチャージ開始後第2判定時間が経過する迄の間に、電流値が第2閾値未満とならないときには、負荷による電力持ち出し異常が生じていると判断する。そして、この異常判定時にも、プリチャージを中止し、その旨を乗員に報知する。
このため、本実施形態によれば、電流センサ20、電力供給経路4,6、及び、負荷の何れかに異常があるときに、プリチャージを中止して、電源供給経路4,6を遮断できるだけでなく、故障の疑いがある部位を乗員に報知して、修理を促すことができる。
[他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、プリチャージ制御処理において、S110にて電流値が異常判定値を超えていると判断されると、S120に移行し、電流センサ20の故障を判定するものとして説明した。
これに対し、S110にて、電流値が異常判定値を超えていると判断した場合には、プリチャージ制御処理の開始後、所定時間が経過しているか否かを判断して、所定時間が経過していなければ、再度S110の判定処理を実行するようにしてもよい。このようにすれば、電源システムの起動直後に、電流センサ20の出力が一時的に不安定になった際に、S120にて、電流センサ20の故障が誤判定されるのを抑制できる。
また、上記実施形態では、プリチャージコンタクタであるSMR−P28が並列接続されるメインコンタクタは、負極側の電力供給経路6に設けられたSMR−G24であるとして説明した。
これに対し、SMR−P28が並列接続されるメインコンタクタは、正極側の電力供給経路4に設けられたSMR−B22であってもよい。この場合、コンデンサ16へのプリチャージは、SMR−P28とSMR−G24をオンすることにより実施し、プリチャージ完了判定後に、SMR−B22をオンするようにすれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、制御部としてのECU30は、マイクロコンピュータにて構成され、制御部としての機能は、ECU30にて実行されるプリチャージ制御処理、換言すればコンピュータプログラム、にて実現されるものとして説明した。これに対し、本開示の制御部は、機能の一部若しくは全てを、複数のハードウェアを用いて実現するように構成されていてもよい。
また、上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。
また、本開示は、車両の電源システム等に用いられるプリチャージ制御装置の他、プリチャージ制御装置の制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、プリチャージ制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
2…バッテリ、4,6…電力供給経路、8…モータ、10…インバータ、12…DC/DCコンバータ、14…高圧系部品、16…コンデンサ、20…電流センサ、22…正極側コンタクタ(SMR−B)、24…負極側コンタクタ(SMR−G)、26…抵抗、28…プリチャージコンタクタ(SMR−P)、30…ECU。

Claims (4)

  1. バッテリ(2)から負荷(8,10,12,14)への電力供給経路(6)に設けられたメインコンタクタ(24)と、
    前記負荷に並列接続された平滑用のコンデンサ(16)と、
    前記メインコンタクタに対し、電流制限用の抵抗(26)を介して並列接続されたプリチャージコンタクタ(28)と、
    前記メインコンタクタ及び前記プリチャージコンタクタよりも前記バッテリ側の前記電力供給経路に流れる電流を検出する電流センサ(20)と、
    前記メインコンタクタ及び前記プリチャージコンタクタが開状態であるとき、前記バッテリから前記負荷への電力供給を開始する際には、前記プリチャージコンタクタを閉じて前記コンデンサへのプリチャージを開始し、前記コンデンサへのプリチャージが完了すると、前記メインコンタクタを閉じて、前記負荷の駆動を許可するように構成された制御部(30)と、
    を備え、
    前記制御部は、前記電流センサによる検出電流が所定電流以下であるときに、前記プリチャージを開始し、前記プリチャージの開始後は、前記電流センサによる検出電流がプリチャージ実施判定用の第1閾値以上となり、その後、前記検出電流がプリチャージ完了判定用の第2閾値以下となった際に、前記プリチャージが完了したと判定するよう構成されている、プリチャージ制御装置。
  2. 前記制御部は、前記プリチャージを開始する前の前記検出電流が前記所定電流以下である場合には、前記電流センサが故障していると判定して、前記プリチャージを禁止するよう構成されている、請求項1に記載のプリチャージ制御装置。
  3. 前記制御部は、前記プリチャージを開始してから、第1判定時間以上、前記検出電流が前記第1閾値以上とならない場合に、前記電流センサ若しくは前記電力供給経路に異常があると判定して、前記プリチャージを中止するよう構成されている、請求項1又は請求項2に記載のプリチャージ制御装置。
  4. 前記制御部は、前記プリチャージを開始してから、第2判定時間以上、前記検出電流が前記第2閾値以下にならない場合に、前記負荷に異常があると判定して、前記プリチャージを中止するよう構成されている、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載のプリチャージ制御装置。
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