JP2023042382A - 電磁リレーの保護システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で電磁リレーの凍結による接点の導通不良を防止する電磁リレーの保護システムを提供する。【解決手段】車両の電池パック１２に搭載された電磁リレー（正極側電磁リレー１８、負極側電磁リレー２２）の凍結による接続不良の発生を未然に防止する電磁リレーの保護システム１０において、電磁リレーが設置された場所の環境温度を逐次測定して記憶する温度検知手段３４と、電磁リレーの固定端子に接続された電力線２４を冷却する冷却手段３０と、温度検知手段３４からの温度情報に基づき、電磁リレーが凍結する怖れが有ると判断したときに、冷却手段３０を作動させて電力線２４を冷却する制御部３２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁リレーの保護システム、特に、凍結による接点の導通不良を防止する電磁リレーの保護システムに関する。

電子機器や電源装置、車両等を起動する際に、装置や機器等に電力を供給するスイッチ切替手法として電磁リレーが多用されている。電磁リレーの筐体の内部には、回路を接続するための固定端子、可動端子、及び可動端子を動かすための励磁コイル等がある。励磁コイルに電圧を供給し、可動端子を動かして固定端子と接触させることで回路が接続、すなわち電源と電気負荷とが接続されるように構成されている。

このような構成の電磁リレーにおいては、励磁コイルや端子接点部の発熱によって電磁リレーの筐体内部には水蒸気が発生し、電磁リレーの周囲環境温度が氷点下になる場合は、固定端子に結露が発生し、発生した結露が凍結することで接点の導通不良が発生する。

図５は、電磁リレーの接点に凍結が生じた場合の接点の導通不良の説明図である。電磁リレー１８（２２）の固定端子４０には電力線、例えばバスバー２３、２４が接続されている。可動端子３８は、励磁コイル（図示していない）に電圧を供給することで、矢印Ａで示した様に固定端子４０側に移動し、固定端子４０の接点４０ａと可動端子３８の接点３８ａが当接するようになっている。

励磁コイルに電圧を供給すると励磁コイルが発熱し、また通電すると端子接点部が発熱し、筐体４４内には水蒸気が存在することとなる。この状況から電磁リレーが設置された場所の周囲温度が下がると、接点４０ａ全体に結露が発生する。周囲温度がさらに下がり氷点下になると結露が凍結し導通不良が発生する。すなわち、凍結により氷粒子４２が可動端子３８の接点３８ａと固定端子４０の接点４０ａとの間に存在することになり、固定端子４０の接点４０ａと可動端子３８の接点３８ａは導通不良の状態になる。

この凍結の問題に対して、特許文献１では、筐体又は筐体内部の凍結発生箇所に振動を発生させる振動発生手段を備えている。電磁リレーの筐体内部に凍結が発生していると判定されたときに、振動発生手段により発生した振動を、固定端子等に伝達させて凍結を解除するように構成している。

特開２００７－１６５４０６号公報

特許文献１に開示された方法では、振動を発生させるために、例えば振動モーターを追加する必要があり、これにより電磁リレーの高コスト化や、発生する振動により周囲の部品に影響を与える懸念がある。さらに、異音が発生する懸念もある。

また、最も考慮すべき点として、特許文献１に開示された方法では、凍結により導通不良が起きた場合、凍結を解除するまでに時間を要し、電磁リレーを直ちにＯＮにすることができないことである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で電磁リレーの凍結による問題を解消した電磁リレーの保護システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の電磁リレーの保護システムは、
車両に搭載された電磁リレーの凍結による接続不良の発生を未然に防止する電磁リレーの保護システムにおいて、
前記電磁リレーが設置された場所の環境温度を逐次測定して記憶する温度検知手段と、
前記電磁リレーの固定端子に接続された電力線を冷却する冷却手段と、
前記温度検知手段からの温度情報に基づき、前記電磁リレーが凍結する怖れが有ると判断したときに前記冷却手段を作動させて電力線を冷却する制御部と、
を有することを特徴とする。

この構成によれば、現在、凍結の生じていない電磁リレーにおいて、凍結が発生する環境温度が生じる判断した時に、電磁リレーの固定端子に接続された電力線を冷却することで、電磁リレーの固定端子の可動端子との接触部分への凍結を抑制し、接続不良の発生を防止することができる。すなわち、電磁リレーの固定端子には電力線が接続されているが、この接続部位は固定端子の基端側、すなわち、可動端子との接触する側とは反対側である。

したがって、電力線が冷却手段によって冷却されることで、環境温度によって自然に冷却されるよりも急な温度勾配によって固定端子の基端側が冷却される。これにより、結露、凍結の発生が固定端子の基端側に集中するという作用が生じる。すなわち、可動端子との接触部位において、環境温度の自然な下降に伴って生じる結露、凍結の発生状況よりも低い発生状況が確保され、凍結による導通不良の問題を回避することができる。

上記目的を達成するため、請求項２に記載の電磁リレーの保護システムは、
温度情報を含む気象予報情報を受信して記憶する気象情報格納手段を備え、
前記制御部による電磁リレーの凍結する怖れの判断は、
前記温度検知手段により所定の測定開始時間から現在時間まで逐次測定された温度変化の推移情報と、前記気象予報情報に基づく現在以降の温度推移予測情報とを用いて、その後の温度推移を予測し、該予測により前記電磁リレーが凍結する温度に到達するか否かによって判断することで行われることを特徴とする。

この構成により、凍結する怖れの判断は、電磁リレーでの実際の温度変化の推移情報と、気象予報情報に基づく現在以降の温度推移予測情報とを共に用いることでより確実な保護作用を得ることができる。すなわち、実際の温度変化の推移情報から凍結が予測される場合は、直ちに電力線の冷却動作を開始するが、さらに、実際の温度変化の推移情報からは電磁リレーは凍結する温度には到達しないと判断される場合でも、気象予報情報によれば、天候の急変により温度が急降下すると予測されている場合には、冷却動作を行うことができる。
これにより、気象予報情報を加味したより安定性の高いリレー保護を行うことができる。

請求項３に記載の電磁リレーの保護システムは、請求項１又は２に記載の電磁リレーの保護システムにおいて、
前記冷却手段の作動は、
前記電磁リレーが凍結する怖れが有るとの判断に加え、
前記電磁レーの温度が、結露が発生する温度条件を満たす時に行われることを特徴とする。

この構成により、冷却手段は、電磁リレーが凍結する怖れが有るとの判断に加え、電磁レーの温度が、結露が発生する温度条件を満たしているときに作動されるので、結露が生じて、それが凍結する可能性の高い状況のときのみ冷却手段を作動させることができる。すなわち、結露が生じない状況であれば、その凍結によりリレーの接続不良が発生することもないので、実際に必要な状況の時のみに電力線の冷却を行うことが可能となる。

請求項４に記載の電磁リレーの保護システムは、請求項１～３の何れか１項に記載の電磁リレーの保護システムにおいて、
前記冷却は、１０℃～４０℃／時間の温度勾配で行われることを特徴とする。

これにより、環境温度の自然な下降よりも急な温度勾配、１０℃～４０℃／時間で冷却を行うことにより、結露、凍結の発生を固定端子の基端側に効果的に集中させることができる。すなわち、固定端子の基端側の結露、凍結を多くし、可動端子との接触する側に発生する結露を効果的に少なくすることが可能となる。したがって、凍結による導通不良を確実に防止することができる。

本発明の電磁リレーの保護システムによれば、電磁リレーが凍結する怖れがあると判断された場合に、固定端子に接続された電力線を冷却することで、固定端子の基端側を接続端側（先端側）よりも低温とし、接続端側の凍結を的確に防止することができ、電磁リレーの導通不良の問題を回避することができる。したがって、信頼性の高い電磁リレーを提供することができ、これを搭載した車両のパフォーマンスが保証される。

本発明の電磁リレーの保護システムの概略構成図を示す。 本発明の電磁リレーの保護システムの制御のフローを示す。 本発明の電磁リレーの保護システムに係り、予測される温度推移についての説明図である。 本発明の電磁リレーの保護システムに係り、導通不良が解消される説明図である。 従来の電磁リレーの凍結による導通不良の問題点の説明図である。

以下、本発明の電磁リレーの保護システムの１つの実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の電磁リレーの保護システムの１つの実施の形態に係る概略構成図である。電磁リレーの保護システム１０は、電池１４、ジャンクションボックス１６、制御部３２等を収納する電池パック１２と、車載ネットワーク５０を介して接続される外部ユニット３６とを有する。

電池パック１２内には、その他、温度検知手段３４、正極側端子２６、負極側端子２８を備える。ジャンクションボックス１６内には、正極側の電磁リレー１８、負極側の電磁リレー２２、プリチャージリレー２０を有する。電池１４の正極と正極側の電磁リレー１６との間、及び電池１４の負極と負極側の電磁リレー２２との間が、電力線、例えば、バスバー２３を介してそれぞれ接続されている。

また、同様に、ジャンクションボックス１６内の正極側のリレー１８と正極側端子２６との間、及び、ジャンクションボックス１６内の負極側の電磁リレー２２と負極側端子２８との間は、それぞれバスバー２４を介して接続されている。バスバー２３とバスバー２４は、同質のものであるが、長さが異なる。

冷却手段３０は、例えばペルチェ素子であり、本実施の形態では、正極側の電磁リレー１８と正極側端子２６、及び負極側の電磁リレー２２と負極側端子２８との間のバスバー２４が共に冷却されるように構成されている。

温度検知手段３４は、電池パック１２内の温度、すなわち電磁リレー１８（２２）が設置された場所の環境温度を測定するものであり、所定開始時間から所定時間毎に逐次測定され、また測定した温度値は記憶される構成になっている。制御部３２は、車載ネットワーク５０を介して外部ユニット３６と通信を行うことが可能であり、温度情報を含む気象予報情報を受信することが可能である。得られた気象予報情報は気象情報格納手段３３に記憶される。その他、制御部３２は、電磁リレー１８（２２）が凍結する温度に到達するか否か判断すること、温度検知手段３４内の記憶した測定温度を参照すること、冷却手段３０を制御すること等が可能に構成されている。

図２は、本発明の電磁リレーの制御方法に係り、制御のフロー図である。本実施の形態では、電磁リレーが凍結する怖れの判断は、電磁リレーでの実際の温度変化の推移情報と、気象予報情報に基づく現在以降の温度推移予測情報とを共に用いている。

制御のフローは、車両の使用を終え、車両のイグニッションをＯＦＦにする（ステップＳ１）ことから始まる。すなわち、本発明の最も好ましい実施の形態としては、例えば、寒冷地において車両の使用を終えた後、次の日の朝までに凍結が予想される場合に、夜の間に凍結防止の制御を行い、早朝に凍結による電磁リレーの導通不良の問題がなく車両が直ちに使用できることを想定している。

図２のフローに戻り、車載ネットワーク５０を用いて外部ユニット３６から天気予報等の気象予報情報を入手し（ステップＳ２）、気象情報格納手段３３に格納する。そして、温度検知手段３４による測定温度を基に、電池パック内の温度の推移を予測する（ステップＳ３）。この電池パック１２内の温度の推移の予測（ステップＳ３）は、制御部３２が、温度検知手段３４での現在までの一連の温度測定値を基に行う。

図３は、本発明の電磁リレーの保護システムに係り、予測される温度推移についての説明図である。横軸は時間で、縦軸は温度である。曲線は２つあり、上部の曲線は、例えば、前回に車両を使用したときにおける１日の温度推移曲線（実測値）を示す。下部の曲線は当日に係るものであり、現在（丸印で示す）までの測定値を実線で示し、それ以降は予測される推移温度を破線で示す。すなわち、破線は、現在時間からその後の電磁リレーの温度の推移を予測したものである。縦軸のＴ１は結露開始温度であり、Ｔ２は凍結開始温度である。

この予測は、前述したように、制御部３２が、温度検知手段３４での現在までの一連の温度測定値を基に行うが、予測の仕方としては、例えば、人工知能（ＡＩ）を用いても良いし、温度測定値の回帰曲線等を求めて行っても良い。図３に示した温度予測では、現在以降、温度は結露開始温度、凍結開始温度以下になることが示されている。

図２のフローに戻り、次に、制御部３２は、電磁リレー１８（２２）が凍結する温度まで到達するか否か、すなわち凍結の可能性を判断する（ステップＳ４）。この判断は、図３に示した予測される推移温度、及び外部ユニット３６から得られた気象に関する情報を基にして判断される。すなわち、実際の温度変化の推移情報から凍結が予測される場合は、凍結する怖れ有りと判断されるが、さらに実際の温度変化の推移情報からは電磁リレーは凍結する温度には到達しないと判断される場合でも、気象予報情報によれば、天候の急変により温度が急降下すると予測されている場合には、凍結する怖れ有りと判断される。

凍結の可能性がないと判断した場合（ステップＳ４、Ｎｏ）、フローを終了する。凍結の可能性があると判断した場合（ステップＳ４、Ｙｅｓ）、電池パック１２内の温度を測定する（ステップＳ５）。電磁リレー１８（２２）が、結露が発生する温度になった場合（ステップＳ６、Ｙｅｓ）、すなわち、結露が発生する温度条件を満たしている場合、凍結防止制御を実行する（ステップＳ７）。

ここで、結露の発生する温度に関しては、電磁リレーの筐体の容積、筐体内の水分量、励磁コイルの発熱温度等により変化するが、本実施の形態においては、結露の発生する温度は実験や解析等により前もって判っているものとする。

ステップＳ７の凍結防止制御とは、電池パック１２内のバスバー２４を冷却手段３０で冷却することである。冷却し続けて、電池パック１２内の温度が、例えば０度以下、具体的に－５℃になったら（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、凍結防止制御をＯＦＦにする（ステップＳ９）。そして、フローを終了する。

電池パック１２内の温度が、結露が発生する温度にならない場合（ステップＳ６、Ｎｏ）、すなわち結露が発生する温度条件を満たさない場合、ステップＳ５の電池パック１２内の温度を測定するステップ５に戻る。ここで、電池パック１２内の温度が、結露が発生するまでの温度に下がらない場合（ステップＳ６、Ｎｏ）、ステップＳ５、ステップＳ６のループを回り続けるが、この状態は、いつかは結露が発生する温度となり（ステップＳ６、Ｙｅｓ）、凍結防止制御が実施（ステップＳ７）されるので無限ループには陥らない。なお、環境温度が変化して、電磁リレーが凍結する怖れがなくなることや結露が発生する温度条件が満たされない場合も生じることも考慮して、所定の時間だけステップ５、ステップ６を実施し、その後フローを終了するとしても良い。

凍結防止制御におけるバスバー２４の冷却は、１０℃～４０℃／時間の温度勾配で行われる。電磁リレーの大きさ等により、最適な冷却の温度勾配は変化するが、概ねこの範囲であれば良好な結果が得られる。この冷却により、結露、凍結を効率良く固定端子の基端側に発生することができる。

図４は、本発明の電磁リレー保護システムによる効果の説明図である。前述のように、凍結する怖れが有り、結露が発生する温度まで電池パック内の温度が低下した場合に、バスバー２４が冷却手段３０により冷却される。

バスバー２４は、例えば、銅板で構成されており、熱伝導率が良好であるので、固定端子４０の接点４０ａにおいて、バスバー２４に接続されている基端側Ｂが、先ず冷やされ、結露が発生する。電磁リレー１８（２２）の筐体内部４４の水分量は略一定であるので、バスバー２４に接続されている基端側Ｂに多くの結露が発生すれば、先端側Ｓ、すなわち可動端子３８側に発生する結露は相対的に少なくなる。すなわち、バスバー２４を自然に冷却されるよりも急な温度勾配によって冷却することで、固定端子４０の接点４０ａの基端側Ｂでの結露は多くなり、先端側Ｓでは結露が少ない。

この状態で、環境温度が、凍結が発生する温度に到達すると、固定端子４０ａの接点４０ａの先端側Ｓには氷結がほとんど発生せず、可動端子３８の接点３８ａと固定端子４０の接点４０ａは良好に接触する。すなわち、導通を阻む氷粒子４２は固定端子４０の接点４０ａと可動端子３８の接点３８ａとの間には存在せず、導通不良は発生しない。

なお、電池１４と電磁リレー１８（２２）とを接続するバスバー２３、２３は、電磁リレー１８と正極端子２６及び負極端子２８とを接続するバスバー２４、２４よりも短いので、凍結の問題が少ないので冷却手段は設置していないが、バスバー２３にも冷却手段３０を設置しても良い。

本発明の電磁リレーの保護システムによれば、電磁リレー１８（２２）が設置された場所の環境温度の測定温度から、電磁リレー１８（２２）は凍結する怖れが有ると予測されると、バスバー２４が冷却される。バスバー２４が冷却されると、これに接続された固定端子４０の接点４０ａは、バスバー２４に接続された基端側Ｓがより多く結露し、可動端子３０の接点３８ａと接触する側（先端側Ｓ）には、相対的に結露が少ない状態となる。したがって、温度が下がり凍結が生じた場合、固定端子４０と可動端子３８とが接触する部分には、導通不良となる氷４２は発生せず、電磁リレー１８（２２）を直ぐにＯＮとすることが可能である。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、冷却手段３０は、ペルチェ素子を例示したが、これに拘らない。バスバー２４の冷却は、ジャンクションボックス１６と電池パックの端子２６、２８の間のバスバー２４のみ冷却しているが、全てのバスバーを冷却するようにしても良い。

１０ 電磁リレーの保護システム
１２ 電池パック
１４ 電池
１６ ジャンクションボックス
１８ 正極側電磁リレー
２０ プリチャージリレー
２２ 負極側電磁リレー
２３、２４ バスバー（電力線）
２６ 正極側端子
２８ 負極側端子
３０ ペルチェ素子（冷却手段）
３２ 制御部
３３ 気象情報格納手段
３４ 温度検知手段
３６ 外部ユニット
３８ 可動端子
３８ａ 可動端子の接点
４０ 固定端子
４０ａ 固定端子の接点
４２ 氷粒子
５０ 車載ネットワーク
Ａ 可動端子の移動方向
Ｂ 固定端子の接点の基端側
Ｓ 固定端子の接点の先端側

Claims (4)

1. 車両に搭載された電磁リレーの凍結による接続不良の発生を未然に防止する電磁リレーの保護システムにおいて、
   前記電磁リレーが設置された場所の環境温度を逐次測定して記憶する温度検知手段と、
   前記電磁リレーの固定端子に接続された電力線を冷却する冷却手段と、
   前記温度検知手段からの温度情報に基づき、前記電磁リレーが凍結する怖れが有ると判断したときに前記冷却手段を作動させて電力線を冷却する制御部と、
   を有することを特徴とする電磁リレーの保護システム。
2. 温度情報を含む気象予報情報を受信して記憶する気象情報格納手段を備え、
   前記制御部による電磁リレーの凍結する怖れの判断は、
   前記温度検知手段により所定の測定開始時間から現在時間まで逐次測定された温度変化の推移情報と、前記気象予報情報に基づく現在以降の温度推移予測情報とを用いて、その後の温度推移を予測し、該予測により前記電磁リレーが凍結する温度に到達するか否かによって判断することで行われることを特徴とする電磁リレーの保護システム。
3. 前記冷却手段の作動は、
   前記電磁リレーが凍結する怖れが有るとの判断に加え、
   前記電磁レーの温度が、結露が発生する温度条件を満たすときに行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁リレーの保護システム。
4. 前記冷却は、１０℃～４０℃／時間の温度勾配で行われることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の電磁リレーの保護システム。

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