JP3194252B2 - 車両の電気エネルギー源を遮断する回路装置及び方法 - Google Patents

車両の電気エネルギー源を遮断する回路装置及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特許請求の範囲第
１及び３項の上位概念に記載の、車両の電気エネルギー
源を遮断する回路装置及び方法に関し、それによれば、
２つのスイッチ要素が設けられており、これらのスイッ
チ要素が、電気エネルギー源の近くにおいて両方の導線
内に装備されており、これらの導線を介して車両の負荷
装置が、電気エネルギー源から電気エネルギーを供給さ
れ、その際、故障の場合に両方のスイッチ要素を開くこ
とによって、これら両方のスイッチ要素によって故障の
場合に、全極の遮断が実現される。
【０００２】
【従来の技術】本回路装置は、電気エネルギー源として
バッテリー（けん引バッテリー）又は燃料電池を有する
電気又はハイブリッド車両のような電動機により動作す
る車両に適用することができる。
【０００３】このような回路装置は、例えばＰＣＴ第９
５／０１８８７号明細書により公知であり、それによれ
ばバッテリー装置及び発電機の全極の分離が考慮されて
いる。この全極の分離は、故障の場合に、すなわち事故
が認識された際、及び通常動作におけるバッテリーの遮
断の際に行われる。
【０００４】このような全極の遮断は、同様に日本国特
許出願公開第０７０５９２０２号明細書から公知であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】それに対して本発明の
課題は、構成部分の費用を制限し、かつその際、安全性
の条件となる遮断機能を維持することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、このこ
とは、請求の範囲第１項に記載の回路装置によって達成
され、その際、両方のスイッチ要素のうちの一方が、動
作スイッチをなしており、それにより通常動作において
電気エネルギー源が遮断可能である。
【０００７】それによりその際にスイッチ要素を破壊す
ることなく、このスイッチ要素によって通常動作におけ
る、すなわちさらに頻繁な遮断過程が実現できるよう
に、両方のスイッチ要素のうちの一方を構成するだけで
よいことが有利に達成され、その際、このスイッチ要素
におけるスイッチ過程は、そのさらに頻繁な操作のため
にあまりに高価にならないようにする。他方のスイッチ
要素は、事故又は非常遮断の際に操作されるだけであ
る。このスイッチ過程は、希にしか行われないので、こ
のスイッチ要素において、スイッチ過程自体が費用がか
かり、又は場合によっては電極又は接点の燃焼のために
スイッチ要素における消耗が生じることはがまんでき
る。
【０００８】米国特許第３８４２２２８号明細書によれ
ば、電気接点を分離するために、電気スイッチの両方の
接点の間に電気的に非導通の材料からなる板を動かすよ
うに、スイッチ要素を構成することは公知である。板の
挿入によってこの電気接点は、ばねの力に抗して他方の
接点から切離される。とくに高い電圧の際に、接点の分
離の際にスイッチに火花連絡が生じる。両方の接点の間
に板を動かすことによって、この火花連絡は切断され、
それ故にスイッチ要素のこの構成は、“ギロチンによる
火花連絡の消去”とも称する。このスイッチ要素の操作
は、比較的多くの費用を表わす。
【０００９】しかしこのスイッチ要素は、大きな電流を
切換えるために適しているので、スイッチ要素のこのよ
うな構成は、請求の範囲第２項に関連して説明したよう
に、回路装置に非常スイッチとして使用することができ
る。
【００１０】さらに大きな電流の切換えに関連して、回
路装置において、負荷装置に対してかつ電気負荷装置の
電力吸収を制御し又は調整する制御又は調整要素に対し
て直列に配置されたスイッチを、遮断の際に、調整要素
によって負荷電流が低下制御されたときに初めて開くこ
とは公知である（ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４
１５７９４号明細書）。同様にこのスイッチは、調整要
素によって負荷装置の電流吸収が“上昇”される前に閉
じられる。これらの処置によって、スイッチにより切換
えるべき電流を制限することによって、スイッチの負荷
を逃すようにする。
【００１１】したがってこのような制御又は調整要素に
関連して、動作スイッチは、相応して簡単に構成するこ
とができる。リレースイッチを利用することができ、こ
のリレースイッチの機械的な負荷は、通常動作において
制限される。
【００１２】請求項２に記載の回路装置において、両方
のスイッチ要素のうちの他方は、非常スイッチを形成
し、この非常スイッチにおいてその接点の分離の際に、
非導通材料からなる要素が、両方の接点の間に動かされ
る。
【００１３】この要素は、再び戻すことができるので、
両方の接点を介して再び電気的結合を行うことができ
る。この非常スイッチによるスイッチ過程が、比較的高
価な場合でも、一度応答した、すなわち開いた後に非常
スイッチを再び利用することができることは、例えば溶
融ヒューズ又は花火技術的なヒューズの利用に対して有
利とわかった。さらにバッテリー装置が実質的に空のと
きにも、非常スイッチがトリガできることは、溶融ヒュ
ーズに対して有利とわかった。
【００１４】スイッチ装置のこの構成によれば、さらに
大きな電流も確実に切換えることができ、このことは、
ちょうど故障の場合に意味がある。したがってこの時、
大きな電流のこの切換えにおいて継続的な切換えのため
に両方のスイッチを構成する必要はない。動作スイッチ
のためにリレースイッチを考慮することができ、このリ
レースイッチは、故障の場合に、例えば非常スイッチの
操作の後に初めて開かれる。しかし他方において非常ス
イッチは希にしか操作されないので、スイッチ過程がい
くらか高価になってもがまんすることができる。
【００１５】請求項３に記載の方法において、通常動作
における遮断過程の際に、遮断過程の開始後の所定の第
１の期間ｔ１の後に、動作電流が第１の閾値より大きい
とき、又は通常動作における遮断過程の際に、動作スイ
ッチがそもそも開かないとき、非常スイッチが開かれ
る。
【００１６】非常スイッチのこの開きによって、動作ス
イッチがそもそも開かないような、又は動作スイッチに
よる遮断の前の負荷電流の低下制御が機能しないような
障害が生じたとき、バッテリー装置の遮断を達成するこ
とができる。
【００１７】これら両方の故障の場合は、相応する電流
測定によって認識することができる。電流測定は、低下
制御の際の故障を認識するために、時点Ｔ１に行われ
る。この故障は、この時点に動作電流が第１の閾値、例
えば２０Ａより大きいときに認識される。さらに電流測
定は、動作スイッチが開くために制御された後に行われ
る。故障は、この状況において、動作電流が０より大き
いときに認識される。
【００１８】第１の閾値は、例えば数１０アンペアのオ
ーダにあり、かつ例えば２０Ａである。
【００１９】この場合、非常スイッチがさらに大きな電
流の遮断のために、したがってこの動作状態において存
在する負荷電流の遮断のために構成されているとき、非
常スイッチによって、期間ｔ１の経過後にさらに大きな
負荷電流が、有利に遮断される。このことは、例えば請
求項２に記載されたように、非常スイッチが構成されて
いる場合である。
【００２０】請求項４に記載の方法において、まず電動
機の駆動電流を低下制御し、かつ駆動電流を低下制御し
たときに、動作スイッチを開くことによって、通常動作
において電動機により動作する車両におけるバッテリー
装置の遮断が行われる。
【００２１】それにより動作スイッチによって切換えな
ければならない動作電流は、有利に最小化される。それ
により動作スイッチは、機械的にあまり大きな負荷を受
けない。このことは、とくに電動機により動作する車両
の比較的大きな動作電流の際に、有利とわかった。
【００２２】請求項５に記載の方法において、動作電流
が所定の第２の閾値を上回ったとき、又はセンサ解析に
よりエアバッグをトリガする事故が認識されるとき、非
常スイッチ及び動作スイッチが開かれる。
【００２３】その際、大きな電流を切換えるためのその
適性のため、非常スイッチを動作スイッチより時間的に
早く切換えることは有利である。両方のスイッチ要素の
操作のため、バッテリー装置の全極の分離が行われてい
るので、事故の際の火災の危険が最小になっていること
は、有利とわかった。
【００２４】第２の閾値は、第１の閾値より大きく選定
されており、かつ電動機により動作する車両において、
数１００アンペアのオーダにあり、かつ例えば３００Ａ
である。
【００２５】請求項６に記載の方法において、通常動作
における遮断の際に、動作スイッチは、遮断過程の開始
後の期間ｔ２の経過後に開かれる。
【００２６】負荷電流の低下制御過程は、期間ｔ１の経
過後の負荷電流が第１の閾値より小さいように構成され
ている。値に関してこの閾値に相当する電流は、動作ス
イッチによって問題なく切換えることができる。したが
って動作スイッチの開きとともに、期間ｔ１より長い期
間ｔ２が待機されることによって、通常動作において動
作スイッチを開く際に、駆動電流は、第１の閾値より小
さい。低下制御が妨害されているとき、期間ｔ１の経過
後に、この期間ｔ１の経過後における駆動電流が第１の
閾値より大きいとき、非常スイッチが開かれる。非常ス
イッチを開いた後に、電流流通は中断されるので、時点
ｔ２に動作スイッチを開く際に、もはや電流は流れず、
したがって動作スイッチは、このスイッチ過程の際に負
荷を受けない。
【００２７】請求項７に記載の方法において、通常動作
における遮断の際に、駆動電流が第２の閾値より小さい
ときに、動作スイッチが開かれる。
【００２８】方法のこの構成において、駆動電流の測定
が行われるので、動作スイッチは、駆動電流が相応して
大幅に低下制御されたときに、時間的に適正に開かれ
る。
【００２９】有利な変形において、非常スイッチがいつ
開かれたか、又は非常スイッチがどの程度頻繁に開かれ
たかを、制御ユニットに記憶することも可能である。こ
の時、非常スイッチの負荷及び消耗を記憶することがで
きる。同様に駆動電流が第１の閾値より小さいというこ
となく、動作スイッチがどの程度頻繁に開かれたかを記
憶することができる。それにより動作スイッチの負荷と
消耗に関する報告も行うことができる。
【００３０】本発明による回路装置及び本発明による方
法において、回路装置を比較的低い価格になるように製
造できることは、有利とわかった。車両取付けの際に、
電気エネルギー源は、全極的に車両の残りから分離され
ている。
【００３１】同様に絶縁故障が確認されるとき、非常ス
イッチ及び動作スイッチを介する遮断を考慮することも
できる。
【００３２】認識された故障が車両運転者に表示される
と有利である。車両運転者は、この時、場合によっては
工場を捜さなければならないことを認識する。
【００３３】
【発明の実施の形態】本発明の実施例は、図面に詳細に
示されている。
【００３４】図１は、本発明による回路装置の基本表示
を示している。電気エネルギー源１は、２つのスイッチ
要素２及び３を介して制御又は調整ユニット４に接続さ
れている。図示した実施例においてこの調整ユニット４
によって、電動機の駆動電流が調節される。
【００３５】図１による回路装置の表示において、スイ
ッチ要素２は非常スイッチであり、かつスイッチ要素３
は動作スイッチである。
【００３６】図２は、非常スイッチ２の構成に対する実
施例を、側面の断面図（図２ａ）及び平面図（２ｂ）で
示している。
【００３７】非常スイッチ２は、２つの接続部２０１及
び２０２を有する。接点要素２０３及び２０４として非
常スイッチ２に２つの要素が設けられており、これらの
要素のうちの一方（２０４）は、接点ばねとして機能
し、この接点ばねのばね応力は、図示した実施例におい
て板ばね応力の結果として生じる。非常スイッチ２が閉
じているとき、両方の接点要素２０３及び２０４は互い
に接している。
【００３８】両方の接点要素２０３及び２０４を分離し
ようとするとき、両方の接点要素２０３及び２０４の間
に、電気的に非導通の材料からなる板２０５が動かされ
る。接点要素２０３及び２０４を板２０５の挿入によっ
て分離することによって、接点要素２０３及び２０４の
分離の際に生じることがある電気火花連絡は、即座に消
去される。
【００３９】電気的に非導通の材料からなる板２０５
は、図２に示された位置において、この板をトリガ金具
２０６により係止することによって保持される。非常ス
イッチ２の接点要素２０３及び２０４を分離しようとす
るとき、トリガ金具２０６は、トリガ磁石２０７によっ
て、これが板２０５をもはや引止めない位置に動かされ
る。この時、板２０５は、ばね２０８及び２０９の力の
ため、接点要素２０３及び２０４を分離するように動か
される。
【００４０】図３は、本発明による方法を実施する回路
装置の実施例を示しており、ここでは回路によって電気
車両の駆動装置が投入又は遮断されるようにする。
【００４１】回路は、２つの完全に分離したシステムか
らなり、これらのシステムのうち破線の上にある回路の
部分は、けん引電位にあり、かつけん引電圧により給電
されるが、一方回路の下側の部分（ここでは主リレーと
して構成された動作スイッチ及び予備充電リレーの制
御）は、車載電源網電位にあり、かつ端子３０から給電
される（車載電源網、連続プラス）。
【００４２】分路抵抗３０１が設けられており、それに
よりこの抵抗における電圧降下を介して、動作電流が測
定される。
【００４３】比較器３０２及びＯＲ素子３０３を介し
て、動作電流が、例えば３００Ａであることができる所
定の第１の閾値を上回ったとき、非常スイッチが開かれ
る。
【００４４】それによりパルス整形器３０９及び時定数
ｔ１を有するタイマ３１０をスタートさせることができ
る光学スイッチ要素３０７及び３０８に関連して比較器
３０４及び発光ダイオード３０５及び３０６を介して、
期間ｔ１の後に動作電流が、例えば２０Ａであることが
できる第２の閾値より下に低下したかどうかがチェック
される。そのためにタイマ３１０及び比較器３０４の出
力信号は、ＡＮＤ素子３１１に供給され、このＡＮＤ素
子の出力は、再びＯＲ素子３０３に供給される。時定数
ｔ１の経過後に動作電流が第２の閾値より下に低下して
いないとき、非常スイッチ２は開かれる。
【００４５】さらに参照符号３２０及び３２１に関する
表示に相応して、ソフトウエアによって引起こされる遮
断の可能性が存在する。それにより動作スイッチが開か
ないとき、又はセンサ解析によって事故が認識されてい
るとき、遮断を行うことができる。
【００４６】投入の際に、端子１５（３１２）、２３０
Ｖａｃ（３１３）に電圧が加わり、又は急速充電（３１
４）のためにパイロット接点を活性化した際、予備充電
リレー３１７、３１７’及びタイマ１が投入される。予
備充電リレー３１７、３１７’が引付けられるとすぐ
に、これは、光結合器Ｋ５自体を介して、ＰＣＴ予備充
電抵抗３１９を通る電流が予備充電リレー３１７、３１
７’によって遮断できる値に減衰するまで保持される。
主リレーとして構成された動作スイッチ３を引付けるこ
とができるようにするため、一方において予備充電リレ
ー３１７、３１７’の後のけん引電圧は、最小値を持た
なければならず、かつ他方においてＰＣＴ抵抗３１９を
介する電圧降下は、所定の値を下回らなければならず、
このことは、比較器３１５及び３１６によって実行され
る。図３に示された変形において、予備充電リレー３１
７、３１７’は、継続的に引付けられているが、一方動
作スイッチ３は、投入されている。
【００４７】遮断の際、確実かつ冗長な非常遮断機能を
果たさなければならないことを考慮しなければならな
い。しかし非常遮断機能にもかかわらず、非常スイッチ
２は、必要以上に頻繁にトリガされないようにする。こ
のことは、２つの冗長な遮断システムによって達成され
る。
【００４８】２３０Ｖａｃ電源網又は急速充電網及び端
子１５が遮断されているとき（３１２、３１３、３１
４）、２つの冗長なレーンを介してタイマ３１０及び３
１８のスタートが行われる。通常の場合、駆動コンバー
タにおいてバッテリー電流は、ｔ１以内に、２０Ａより
小さな値に低下するので、非常スイッチ２はトリガされ
ない。この時、動作スイッチ３は、遅くともｔ２（ｔ２
＞ｔ１）の経過後に開き、又はソフトウエアによってそ
れより早く（例えばＩＢａｔｔ＜２０Ａの確認後）遮断
される。
【００４９】コンバータがバッテリー電流を２０Ａより
下に下がらないようにすることができる場合、ｔ１の経
過後に非常スイッチ２はトリガされ、かつ続いて動作ス
イッチ３が同様にトリガされる。その際、短絡電流は、
非常スイッチ２によって切離される。ソフトウエアは、
この場合を信号通知すると有利であり、かつ例えば統計
のため又はスイッチの負荷を見積もることができるよう
にするため、分離が行われたことを生涯記憶する。
【００５０】非常スイッチ２が故障したとき、動作スイ
ッチ３は、ｔ２の経過後に電流を切離す。ソフトウエア
は、この場合を信号通知し、かつ同様に分離が行われた
ことを記憶する。
【００５１】動作スイッチ３が故障したとき、２０Ａよ
り大きな電流が存在する場合、動作スイッチ３の前に非
常スイッチ２が開く。２０Ａより小さな電流が存在する
場合、ハードウエアにより先天的に遮断は行われない。
非常スイッチ２は、この場合、ソフトウエアによってト
リガされる。
【００５２】本発明による回路装置及び本発明による方
法は、電気自動車における適用に適しているが、例えば
スタッカトラックのように高い安全規格を有する別のコ
ストの微妙な電気車両における適用にも適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回路装置の基本図である。
【図２】非常スイッチの構成の実施例を示す側面図（図
２ａ）及び平面図（図２ｂ）である。
【図３】本発明を実施する回路装置の実施例を示す図で
ある。
【符号の説明】
１ バッテリー装置 ２ スイッチ要素 ３ スイッチ要素 ２０３ 接点 ２０４ 接点 ２０５ 要素 ３０２ 閾値 ３０４ 閾値 ３０９ 閾値 ３１０ 閾値
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−94101（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−59202（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−30737（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3842228（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01H 9/54 H01H 33/59 H02J 7/00 B60L 3/04 B60R 16/02 H01H 33/59

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つのスイッチ要素（２，３）が設けら
    れており、これらのスイッチ要素が、バッテリー装置
    （１）の近くにおいて両方の導線内に装備されており、
    これらの導線を介して車両の負荷装置が、バッテリー装
    置（１）から電気エネルギーを供給され、その際、故障
    の場合に両方のスイッチ要素（２，３）を開くことによ
    って、これら両方のスイッチ要素（２，３）によって故
    障の場合に、全極の遮断が実現される、車両のバッテリ
    ー装置（１）を遮断する回路装置において、 両方のスイッチ要素のうちの一方（３）が、動作スイッ
    チ（３）をなしており、それにより通常動作においてバ
    ッテリー装置（１）が遮断可能であることを特徴とす
    る、車両のバッテリー装置（１）を遮断する回路装置。
  2. 【請求項２】 両方のスイッチ要素のうちの他方（２）
    が、非常スイッチ（２）を形成し、この非常スイッチに
    おいてその接点（２０３，２０４）の分離の際に、非導
    通材料からなる要素（２０５）が、両方の接点（２０
    ３，２０４）の間に動かされることを特徴とする、請求
    項１に記載の回路装置。
  3. 【請求項３】 通常動作における遮断過程の際に、遮断
    過程の開始後の所定の第１の期間ｔ１の後に、動作電流
    が第１の閾値（３０４，３０９，３１０）より大きいと
    き、又は通常動作における遮断過程の際に、動作スイッ
    チがそもそも開かないとき、非常スイッチ（２）が開か
    れることを特徴とする、請求項１又は２に記載の回路装
    置を有するバッテリー装置を遮断する方法。
  4. 【請求項４】 まず電動機の駆動電流を低下制御し、か
    つ駆動電流を低下制御したときに（３１８）、動作スイ
    ッチ（３）を開くことによって、通常動作において電動
    機により動作する車両における遮断が行われることを特
    徴とする、請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 動作電流が所定の第２の閾値（３０２）
    を上回ったとき、又はセンサ解析によりエアバッグをト
    リガする事故が認識されるとき、非常スイッチ（２）及
    び動作スイッチ（３）が開かれることを特徴とする、請
    求項３又は４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 通常動作における遮断の際に、動作スイ
    ッチ（３）が、遮断過程の開始後の期間ｔ２の経過後に
    開かれる（３１８）ことを特徴とする、請求項３ないし
    ５の１つに記載の方法。
  7. 【請求項７】 通常動作における遮断の際に、駆動電流
    が第２の閾値より小さいときに、動作スイッチ（３）が
    開かれることを特徴とする、請求項３ないし５の１つに
    記載の方法。
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