JP2024015606A - リレー制御装置 - Google Patents

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拓也 沖
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Shoichi ARIMOTO
竜一 伊藤
Ryuichi Ito
健太郎 牛尾
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Abstract

【課題】故障診断の際にラッチングリレーの開閉動作を抑制できるようにする。【解決手段】閉側コイルと開側コイルとを有するラッチングリレーを制御するリレー制御装置であって、電源供給抵抗と電源供給スイッチとを有する電源供給制御部と、リレー閉スイッチを有するリレー閉制御部と、リレー開スイッチを有するリレー開制御部と、電圧検出抵抗および電圧検出スイッチを有し、電圧信号を出力する電圧検出部と、電源供給スイッチのオンオフを制御する電源供給信号、リレー閉スイッチのオンオフを制御するリレー閉信号、リレー開スイッチのオンオフを制御するリレー開信号、電圧検出スイッチのオンオフを制御する検出信号を出力し、電源供給信号、リレー閉信号、リレー開信号、検出信号および電圧信号に基づいて故障を検出する制御部と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、ラッチングリレーを制御するリレー制御装置に関する。
バッテリを搭載した車両等では、バッテリから負荷側への電力供給状態を切換えるためのリレーとして、非通電で開状態/閉状態を維持できるラッチングリレーが広く用いられている。
一般に、ラッチングリレーは、開側コイルと閉側コイルとを有しており、開閉の切替時のみに一方のコイルに電流を流すように制御する。このため、ラッチングリレーを制御するリレー制御装置では、両コイルそれぞれにスイッチを介して電源を接続し、開閉の切替時に一方のスイッチをオン駆動する。これにより、一方のコイルが通電し、ラッチングリレーが開または閉動作を行なう。
リレー制御装置においてスイッチ短絡等の故障が発生すると、ラッチングリレーの開閉制御に支障を来たすことから、特許文献1に記載されているように、リレー制御装置では故障診断機能の実装が求められている。故障診断機能を備えたリレー制御装置は、ラッチングリレーの通常動作とは別のタイミングで自己診断を行なうことが多く、例えば、スイッチをオンオフ駆動し、その際にコイルに流れる電流を計測することで故障を検出することができる。
特開2017-17642号公報
しかしながら、故障診断のためにスイッチをオンオフ駆動すると、故障診断の度にラッチングリレーが開閉動作してしまう。ラッチングリレーは開閉動作によって消耗するのに加え、バッテリから負荷側への電力供給に用いられるパワーラッチングリレーは、開閉動作の際に相当の動作音を発することからノイズ源となり得る。このため、通常動作時以外におけるラッチングリレーの開閉動作は減らすことが好ましい。
そこで、本発明は、故障診断の際にラッチングリレーの開閉動作を抑制できるリレー制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様であるリレー制御装置は、電力の供給を受け、閉側コイルと開側コイルとを有するラッチングリレーを制御するリレー制御装置であって、
前記閉側コイルの第1端および前記開側コイルの第1端の接続点と第1電極との間に並列に接続された、電源供給抵抗と電源供給スイッチとを有する電源供給制御部と、
前記閉側コイルの第2端と第2電極との間に接続されたリレー閉スイッチを有するリレー閉制御部と、
前記開側コイルの第2端と第2電極との間に接続されたリレー開スイッチを有するリレー開制御部と、
前記接続点と前記第2電極との間に直列に接続された電圧検出抵抗および電圧検出スイッチを有し、前記接続点の電圧に基づく電圧信号を出力する電圧検出部と、
前記電源供給スイッチのオンオフを制御する電源供給信号、前記リレー閉スイッチのオンオフを制御するリレー閉信号、前記リレー開スイッチのオンオフを制御するリレー開信号、前記電圧検出スイッチのオンオフを制御する検出信号を出力し、前記電源供給信号、前記リレー閉信号、前記リレー開信号、前記検出信号および前記電圧信号に基づいて故障を検出する制御部と、
を備えることを特徴とする。
ここで、前記制御部は、前記電源供給信号、前記リレー閉信号、前記リレー開信号、前記検出信号の状態の組み合わせ毎に正常な電圧範囲が定められており、前記電圧信号が正常な電圧範囲を逸脱している場合に故障と判定することができる。
また、前記電源供給抵抗は、前記電源供給スイッチがオフ状態のとき、リレー閉スイッチあるいはリレー開スイッチをオン状態に切換えても前記ラッチングリレーが動作しない程度に電流を制限する値であることが望ましい。
本発明の一態様であるリレー制御装置は、故障診断の際にラッチングリレーの開閉動作を抑制することができる。
本実施形態のリレー制御装置を説明するブロック図である。 動作時毎の制御信号と正常な電圧範囲との対応を示す図である。 リレー制御装置の通常時動作を説明するフローチャートである。 リレー制御装置の診断モード時動作を説明するフローチャートである。 リレー制御装置の診断モード時動作を説明するフローチャートである。
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態に係るリレー制御装置100を説明するブロック図である。リレー制御装置100は、外部から電力の供給を受け、ラッチングリレー200の開閉動作を制御する装置である。電源301とグランドGとにより電力供給ラインが形成されている。
ここで、ラッチングリレー200は、閉動作の際に通電させる閉側コイル201と開動作の際に通電させる開側コイル202とを有している。閉側コイル201の電源301側である第1端と開側コイル202の電源301側である第1端とは接続点Aで接続している。一方、閉側コイル201のグランドG側である第2端と開側コイル202のグランドG側である第2端とは独立している。本図ではラッチングリレー200が備えるコイル以外の機構、例えば、可動接点、固定接点等は省略している。なお、本例では、リレー制御装置100が電力の供給を受ける電極として第1電極を電源301、第2電極をグランドGとしているが、第1電極を正極、第2電極を負極等としてもよい。
本図に示すように、リレー制御装置100は、電源供給制御部110、リレー閉制御部120、リレー開制御部130、電圧検出部140、制御部150を備えている。
電源供給制御部110は、接続点Aと電源301と間に設けられており、並列に接続された電源供給スイッチ111と電源供給抵抗112とを備えている。電源供給スイッチ111は、例えば、pMOSFETで構成することができ、制御部150からの電源供給信号に基づいてオンオフ動作する。電源供給スイッチ111がオン状態のとき、接続点Aと電源301とは電源供給スイッチ111と電源供給抵抗112の並列回路を介して接続される。この場合、電源供給抵抗112の影響は極めて小さくなる。電源供給スイッチ111がオフ状態のとき、電源供給抵抗112は故障検出に必要な電圧を生成することができる。
リレー閉制御部120は、閉側コイル201の第2端とグランドGと間に設けられており、両者間の接続状態を切換えるリレー閉スイッチ121を備えている。リレー閉スイッチ121は、例えば、nMOSFETで構成することができ、制御部150からのリレー閉信号に基づいてオンオフ動作する。
リレー開制御部130は、開側コイル202の第2端とグランドGと間に設けられており、両者間の接続状態を切換えるリレー開スイッチ131を備えている。リレー開スイッチ131は、例えば、nMOSFETで構成することができ、制御部150からのリレー開信号に基づいてオンオフ動作する。
電圧検出部140は、接続点Aの電圧を検出し、電圧信号として制御部150に出力する。電圧検出部140は、接続点Aとグランド間に直列に接続された電圧検出抵抗141と電圧検出スイッチ142を備えている。電圧検出スイッチ142は、例えば、nMOSFETで構成することができ、制御部150からの検出信号に基づいてオンオフ動作する。
電圧検出スイッチ142がオンの状態で、接続点Aが電圧検出抵抗141を介してグランドに接続され、電圧検出抵抗141に生じる電圧が電圧信号として出力される。電圧検出スイッチ142がオフの状態では、この経路が形成されないため、電圧検出抵抗141での電力消費を削減することができる。
なお、接続点Aの電圧を分圧した値を電圧信号として出力するようにしてもよい。また、接続点Aの電圧を測定する電圧センサを備えて、測定結果に基づく値を電圧信号として出力してもよい。
制御部150は、例えば、マイクロコンピュータで構成することができ、電源供給制御部110、リレー閉制御部120、リレー開制御部130、電圧検出部140の動作を制御する。制御内容には、電源供給制御部110の電源供給スイッチ111、リレー閉制御部120のリレー閉スイッチ121、リレー開制御部130のリレー開スイッチ131、電圧検出部140の電圧検出スイッチ142のオンオフ制御が含まれる。
電源供給スイッチ111がオフ状態のとき、リレー閉スイッチ121あるいはリレー開スイッチ131をオン状態に切換えると、電源供給抵抗112を介して電源301からグランドGに電流が流れる。電源供給抵抗112は、この際にラッチングリレー200が動作しない程度にまで電流を制限するような大きな値とする。
リレー制御装置100は自己診断を行なう診断モードを有しており、制御部150の制御により診断モードに移行する。診断モードは、電源供給制御部110、リレー閉制御部120、リレー開制御部130、電圧検出部140の故障を自己診断で検出するモードであり、通常のラッチングリレー200の開閉動作とは別の動作が行なわれる。
診断モードでは、あらかじめ定められた手順に従って、電源供給制御部110、リレー閉制御部120、リレー開制御部130、電圧検出部140の動作を制御する。すなわち、電源供給制御部110、リレー閉制御部120、リレー開制御部130、電圧検出部140が有する各スイッチをオンオフ駆動する制御信号(電源供給信号、リレー閉信号、リレー開信号、検出信号)の状態を順次切り替えて各機能部の故障診断を行なう。
制御部150では、図2に示すように、それぞれの機能部に対する制御信号の組み合わせに対応して、電圧信号について正常な範囲があらかじめ定められている。制御部150は、電圧検出部140から入力した電圧信号が、そのオンオフ制御信号の組み合わせに対応した正常な電圧範囲から逸脱している場合にリレー制御装置100で故障が発生したと判定する。
本実施形態において、電圧範囲は、Highレベル、Midレベル、Lowレベルの3つに区分けされる。Highレベルは、概ね電源301の電圧に対応する範囲であり、Lowレベルは、概ねグランドGの電圧に対応する範囲であり、Midレベルはその中間の範囲である。これらの電圧範囲は、電源301の電圧、電源供給抵抗112および電圧検出抵抗141の値等に応じてあらかじめ定めておく。もちろん、電圧信号は、分圧等により適宜レベルシフトしてもよく、電圧範囲もレベルシフトした電圧信号に対応して定めることができる。
次に、上記構成のリレー制御装置100の動作について説明する。まず、リレー制御装置100の通常時動作、すなわち、診断モード以外における動作について、図3のフローチャートを参照して説明する。本動作は、制御部150の制御により行なわれる。
通常動作時においてラッチングリレー200を動作させない待機状態では、制御部150は、電源供給制御部110、リレー閉制御部120、リレー開制御部130、電圧検出部140をいずれもオフ制御とする(S101)。すなわち、電源供給スイッチ111,リレー閉スイッチ121、リレー開スイッチ122、電圧検出スイッチ142をいずれもオフ状態とする。
通常動作時に後述する診断モードへの移行条件を満たした場合には(S102:Yes)、診断モード動作を行なう(S103)。診断モード動作については後に詳述する。診断モード移行条件を満たさない場合には(S102:No)、通常動作を継続する。
ラッチングリレー200を閉動作させる場合には(S104:Yes)、電源供給制御部110、リレー閉制御部120、電圧検出部140をともにオン制御する(S105)。これにより閉側コイル201が通電し、ラッチングリレー200が閉動作する。
閉動作時間を見込んだ所定時間経過後に、電源供給制御部110、リレー閉制御部120、電圧検出部140をともにオフ制御する(S106)。オフ制御後もラッチングリレー200は、閉状態を維持する。
ラッチングリレー200を開動作させる場合には(S107:Yes)、電源供給制御部110、リレー開制御部130、電圧検出部140をともにオン制御する(S108)。これにより開側コイル202が通電し、ラッチングリレー200が開動作する。
開動作時間を見込んだ所定時間経過後に、電源供給制御部110、リレー開制御部130、電圧検出部140をともにオフ制御する(S109)。オフ制御後もラッチングリレー200は、開状態を維持する。以降は、(S101)に戻り、必要に応じて閉動作、開動作を繰り返す。
なお、通常時動作においては、いずれの動作とも正常な電圧範囲はHighレベルとなる。制御部150は、通常時動作においてHighレベル以外の電圧を検出した場合、リレー制御装置100で故障が発生したと判定することができる。
このように制御部150は、リレー制御装置100の通常動作時において、ラッチングリレー200の開閉動作時にのみ電源供給制御部110、電圧検出部140をオン制御する。これにより、開閉動作をしていないときの消費電力を削減することができる。
次に、リレー制御装置100の診断モードにおける動作について、図4、図5のフローチャートを参照して説明する。本動作は、制御部150の制御により行なわれる。診断モードへは、例えば、リレー制御装置100の起動時に移行したり、他装置からの要求に基づいて移行したり、前回の診断から所定時間経過後に移行することができる。
診断モードにおいて、制御部150は、初期状態として電圧検出部140、電源供給制御部110、リレー閉制御部120、リレー開制御部130をいずれもオフ制御とする(図4:S201)。
いずれの機能部とも故障が発生していない場合、電源301からグランドGに電流は流れず、電圧検出部140は、電源供給制御部110の電源供給抵抗112を介してほぼ電源301の電圧を検出する。このため、正常電圧範囲はHighレベルとなる(図2:A)。
制御部150は、電圧信号がこの正常電圧範囲から逸脱している場合(S202:Yes)、すなわち、電圧信号がHighレベル以外の場合は、リレー制御装置100で故障が発生したと判定する(S203)。故障箇所は、例えば、リレー閉制御部120のリレー閉スイッチ121、リレー開制御部130のリレー開スイッチ131あるいは電圧検出部140の電圧検出スイッチ142の短絡故障の可能性がある。
電圧信号がこの正常電圧範囲から逸脱していなければ(S202:No)、すなわち、電圧信号がHighレベルであれば、電圧検出部140をオン制御とする(S204)。
いずれの機能部とも故障が発生していない場合、電源供給制御部110の電源供給抵抗112と電圧検出部140の電圧検出抵抗141を介して電源301からグランドに電流が流れ、電圧検出部140は、電源301の電圧を電源供給抵抗112と電圧検出抵抗141とで分圧した電圧を検出する。このため、正常電圧範囲はMidレベルとなる(図2:B)。
制御部150は、電圧信号がこの正常電圧範囲から逸脱している場合(S205:Yes)、すなわち、電圧信号がMidレベル以外の場合は、リレー制御装置100で故障が発生したと判定する(S206)。故障箇所は、例えば、電圧信号がHighレベルであれば、電源供給制御部110の電源供給スイッチ111の短絡故障あるいは電圧検出部140の電圧検出スイッチ142のオープン故障の可能性があり、電圧信号がLowレベルであれば、リレー閉制御部120のリレー閉スイッチ121あるいはリレー開制御部130のリレー開スイッチ131の短絡故障の可能性がある。その後、制御部150は、電圧検出部140をオフ制御として(S207)、診断モードを終了する。
電圧信号がこの正常電圧範囲から逸脱していなければ(S205:No)、すなわち、電圧信号がMidレベルであれば、電源供給制御部110をオン制御にする(S208)。
いずれの機能部とも故障が発生していない場合、電源供給制御部110の電源供給スイッチ111と電圧検出部140の電圧検出抵抗141を介して電源301からグランドに電流が流れ、電圧検出部140はほぼ電源301の電圧を検出する。このため、正常電圧範囲はHighレベルとなる(図2:C)。
制御部150は、電圧信号がこの正常電圧範囲から逸脱している場合(S209:Yes)、すなわち、電圧信号がHighレベル以外の場合は、リレー制御装置100で故障が発生したと判定する(S210)。故障箇所は、例えば、電源供給制御部110の電源供給スイッチ111あるいは電圧検出部140の電圧検出スイッチ142のオープン故障の可能性がある。その後、制御部150は、電源供給制御部110をオフ制御にする(S211)とともに、電圧検出部140をオフ制御にして(S207)、診断モードを終了する。
制御部150は、診断モード動作時の処理(S208)において電源供給制御部110をオン制御するが、リレー閉制御部120、リレー開制御部130ともオフ制御を維持しているため、リレー制御装置100が正常な状態であれば、ラッチングリレー200が開閉動作を行なうことはない。
電圧信号がこの正常電圧範囲から逸脱していなければ(S209:No)、すなわち、電圧信号がHighレベルであれば、電源供給制御部110をオフ制御にする(図5:S212)。そして、リレー閉制御部120をオン制御する(S213)。
いずれの機能部とも故障が発生していない場合、電源供給制御部110の電源供給抵抗112と閉側コイル201とリレー閉制御部120のリレー閉スイッチ121を介して電源301からグランドGに電流が流れ、電圧検出部140はほぼグランドGの電圧を検出する。このため、正常電圧範囲はLowレベルとなる(図2:D)。
制御部150は、電圧信号がこの正常電圧範囲から逸脱している場合(S214:Yes)、すなわち、電圧信号がLowレベル以外の場合は、リレー制御装置100で故障が発生したと判定する(S215)。故障箇所は、例えば、リレー閉制御部120のリレー閉スイッチ121のオープン故障の可能性がある。なお、閉側コイル201の断線等の可能性もある。すなわち、閉側コイル201の断線も故障判定の対象とすることができる。その後、制御部150は、リレー閉制御部120をオフ制御にする(S216)とともに、電圧検出部140をオフ制御にして(S207)、診断モードを終了する。
制御部150は、診断モード動作時の処理(S213)においてリレー閉制御部120をオン制御するが、電源供給制御部110をオフ制御としているため、リレー制御装置100が正常な状態であれば、電源供給抵抗112によって閉側コイル201にはラッチングリレー200を動作させるほどの電流は流れず、ラッチングリレー200が閉動作を行なうことはない。
電圧信号がこの正常電圧範囲から逸脱していなければ(S214:No)、すなわち、電圧信号がLowレベルであれば、リレー閉制御部120をオフ制御にする(S217)。そして、リレー開制御部130をオン制御する(S218)。なお、リレー閉制御部120のオン制御(S213)による診断、リレー開制御部130のオン制御(S218)による診断の順序は逆であってもよい。
いずれの機能部とも故障が発生していない場合、電源供給制御部110の電源供給抵抗112と開側コイル202とリレー開制御部130のリレー開スイッチ131を介して電源301からグランドに電流が流れ、電圧検出部140はほぼグランドの電圧を検出する。このため、正常電圧範囲はLowレベルとなる(図2:E)。
制御部150は、電圧信号がこの正常電圧範囲から逸脱している場合(S219:Yes)、すなわち、電圧信号がLowレベル以外の場合は、リレー制御装置100で故障が発生したと判定する(S220)。故障箇所は、例えば、リレー開制御部130のリレー開スイッチ131のオープン故障の可能性がある。なお、開側コイル202の断線等の可能性もある。すなわち、開側コイル202の断線も故障判定の対象とすることができる。その後、制御部150は、リレー閉制御部120をオフ制御にする(S221)とともに、電圧検出部140をオフ制御にして(S207)、診断モードを終了する。
制御部150は、診断モード動作時の処理(S218)においてリレー開制御部130をオン制御するが、電源供給制御部110をオフ制御としているため、リレー制御装置100が正常な状態であれば、電源供給抵抗112によって開側コイル202にはラッチングリレー200を動作させるほどの電流は流れず、ラッチングリレー200が開動作を行なうことはない。
電圧信号がこの正常電圧範囲から逸脱していなければ(S219:No)、すなわち、電圧信号がLowレベルであれば、リレー制御装置100で故障が発生しておらず、電源供給制御部110、リレー閉制御部120、リレー開制御部130、電圧検出部140とも正常であると判定する(S222)。
その後、制御部150は、リレー開制御部130をオフ制御にする(S223)とともに、電圧検出部140をオフ制御にして(S224)、診断モードを終了する。診断モード終了後は、通常動作に移行する。
以上説明したように、本実施形態のリレー制御装置100は、リレー閉制御部120、リレー開制御部130をオン駆動して診断を行なう際に、電源供給制御部110をオフ制御できる構成としたためラッチングリレー200の開閉動作を抑制することができる。
なお、図4、図5に示した故障診断の手順は一例であり、他の手順で故障診断を行なってもよい。また、電圧検出部140を制御部150とは別の機能部として説明したが、電圧検出部140を制御部150に含めるようにしてもよい。
100 リレー制御装置
110 電源供給制御部
111 電源供給スイッチ
112 電源供給抵抗
120 リレー閉制御部
121 リレー閉スイッチ
130 リレー開制御部
131 リレー開スイッチ
140 電圧検出部
141 電圧検出抵抗
142 電圧検出スイッチ
150 制御部
200 ラッチングリレー
201 閉側コイル
202 開側コイル
301 電源

Claims (5)

  1. 電力の供給を受け、閉側コイルと開側コイルとを有するラッチングリレーを制御するリレー制御装置であって、
    前記閉側コイルの第1端および前記開側コイルの第1端の接続点と第1電極との間に並列に接続された、電源供給抵抗と電源供給スイッチとを有する電源供給制御部と、
    前記閉側コイルの第2端と第2電極との間に接続されたリレー閉スイッチを有するリレー閉制御部と、
    前記開側コイルの第2端と第2電極との間に接続されたリレー開スイッチを有するリレー開制御部と、
    前記接続点と前記第2電極との間に直列に接続された電圧検出抵抗および電圧検出スイッチを有し、前記接続点の電圧に基づく電圧信号を出力する電圧検出部と、
    前記電源供給スイッチのオンオフを制御する電源供給信号、前記リレー閉スイッチのオンオフを制御するリレー閉信号、前記リレー開スイッチのオンオフを制御するリレー開信号、前記電圧検出スイッチのオンオフを制御する検出信号を出力し、前記電源供給信号、前記リレー閉信号、前記リレー開信号、前記検出信号および前記電圧信号に基づいて故障を検出する制御部と、
    を備えることを特徴とするリレー制御装置。
  2. 前記制御部は、前記電源供給信号、前記リレー閉信号、前記リレー開信号、前記検出信号の状態の組み合わせ毎に正常な電圧範囲が定められており、前記電圧信号が正常な電圧範囲を逸脱している場合に故障と判定することを特徴とする請求項1に記載のリレー制御装置。
  3. 前記電源供給抵抗は、前記電源供給スイッチがオフ状態のとき、リレー閉スイッチあるいはリレー開スイッチをオン状態に切換えても前記ラッチングリレーが動作しない程度に電流を制限する値であることを特徴とする請求項1に記載のリレー制御装置。
  4. 前記制御部は、診断モードを有しており、診断モードにおいて前記リレー閉信号をオン状態あるいは前記リレー開信号をオン状態とする場合は、前記電源供給信号をオフ状態とすることを特徴とする請求項1に記載のリレー制御装置。
  5. 前記制御部は、前記診断モード以外においては、前記リレー閉信号をオン状態あるいは前記リレー開信号をオン状態とする場合は、前記電源供給信号をオン状態とすることを特徴とする請求項4に記載のリレー制御装置。
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