JP3640682B2

JP3640682B2 - 電気自動車のバッテリ接続制御装置

Info

Publication number: JP3640682B2
Application number: JP00520594A
Authority: JP
Inventors: 克彦林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1994-01-21
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2020-04-20
Also published as: JPH07212918A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電気自動車に搭載され直流電圧を出力するバッテリとこのバッテリから出力される電圧により駆動される駆動対象装置（例えばインバータ）の間の接続を制御する電気自動車のバッテリ接続制御装置に関し、特にメンテナンスプラグを備えるバッテリと駆動対象装置の間の接続の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車は車載のバッテリから供給される電力により走行用モータを駆動して走行する車両である。走行用モータは大出力のモータであるため、これに駆動電力を供給するためのバッテリの出力電圧（放電電圧）は高くなければならず、またその放電電流量も大きくなければならない。このようなバッテリの取扱いには非常に注意が必要であり、従来から、各種事故を防ぐという観点から各種の提案がなされている。
【０００３】
図７には、一従来例に係る電気自動車の要部構成が示されている。この図に示される三相交流モータ１０は電気自動車の走行用モータであり、車載の主バッテリ１２からインバータ１４を介して駆動電力の供給を受け回転駆動する。インバータ１４は所定個数の（図では６個の）スイッチング素子１６から構成されており、図示しないモータＥＣＵから供給されるスイッチング制御信号によりこれらスイッチング素子１６がオン／オフする。モータＥＣＵは、モータ１０に要求される出力に応じてこのスイッチング制御信号を発生させる。従って、インバータ１４を用いその制御を行うことにより、主バッテリ１２の出力電力（放電電力）を三相交流電力に変換してモータ１０を駆動することができ、またモータ１０の出力を制御することができる。
【０００４】
この従来例においては、主バッテリ１２に係る事故を防止するという観点から、大きく分けて２個の回路的対処が施されている。
【０００５】
第１の対処は、主バッテリ１２に安全プラグ１８を設けている点である。安全プラグ１８は、複数個のセルが直列接続された構成を有する主バッテリ１２において、セル接続のほぼ中央に設けられている。安全プラグ１８は、主バッテリ１２の通常使用時には装着状態とされており、この状態では主バッテリ１２の両端に電圧が現れる。安全プラグ１８を取り外すと、主バッテリ１２の両端には電圧は現れない。従って、非常時や主バッテリ１２の実装・修理等の作業時には、この安全プラグ１８を取り外すのみで、安全性を確保できる。この技術に関しては、本願出願人が先に提案している特公昭５７−４０６３号を参照されたい。
【０００６】
第２の対処は、主バッテリ１２とインバータ１４の間の接続を開閉するため２個のリレーＡ及びＢ並びに電流制限用の抵抗Ｒを設け、リレーＡ及びＢの開閉を車両ＥＣＵ２０により制御している点である。２個のリレーのうちＢは、オンした場合に主バッテリ１２とインバータ１４の間を直結するよう設けられており、従ってこのリレーＢをオンすることによりインバータ１４の動作を開始させることができる。しかし、インバータ１４の動作が安定的に実行されるためには主バッテリ１２から供給される直流電圧が安定している必要があり、そのため、例えば１４１００μＦ程度の容量を有するコンデンサＣがインバータ１４のバッテリ側端子間に設けられている。従って、コンデンサＣが充電されていない状態でリレーＢをオンさせると、コンデンサＣの急充電によって大電流が流れてしまう。リレーＡ及び抵抗Ｒはこの大電流を防ぐため設けられている。また、車両ＥＣＵ２０は、リレーＡ及びＢのオン／オフタイミングを制御する。抵抗Ｒ_ｄはコンデンサＣを放電させるための放電抵抗であり、この放電抵抗Ｒ_ｄを設けることにより、駆動系の各装置の修理及びメンテナンスの際の作業者の感電を防止できる。なお、コンデンサＣに蓄えられている電荷（静電エネルギー）が所定レベル以下になるまで点灯するよう、ＬＥＤを設けるのが好ましい。
【０００７】
図８には、この従来例における車両ＥＣＵ２０の動作のフロー、特にモータ始動時に実行されるジャンクションボックス２２の制御のフローが示されている。ジャンクションボックス２２は、電気自動車に搭載される各種電気機器間の接続を制御するためのリレー等を集めて構成した部材であり、図７に示されるリレーＡ及びＢ並びに抵抗Ｒの他にも、例えば主バッテリ１２と補機バッテリの間の接続や主バッテリ１２とエアコンの間の接続等に係る部材を有しているが、図７においては簡略化のため図示を省略している。
【０００８】
図８に示されるように、車両ＥＣＵ２０は、スタータ信号ＳＴがオンするのに応じてリレーＡ及びＢの制御を開始する（１００）。すなわち、車両操縦者のキー操作等に応じてスタータ信号ＳＴがオンするまでは、接点制御信号ＣＯＮＴをＬ値に保ち、リレーＡ及びＢをオフに保つ。スタータ信号ＳＴがオンすると、車両ＥＣＵ２０は、接点制御信号ＣＯＮＴをＨ値に変える（１０２）。ジャンクションボックス２２は、この接点制御信号ＣＯＮＴを入力する。リレーＡは、図９に示されるように、接点制御信号ＣＯＮＴの値がＨ値に転ずるのに応じてオンする。リレーＢは、接点制御信号ＣＯＮＴの値がＨ値に転じた後、コンデンサＣが充電されるのに十分な時間、例えば７００ｍｓｅｃの経過後にオンする。
【０００９】
従って、接点制御信号ＣＯＮＴの値がＨ値に転じた直後は主バッテリ１２とインバータ１４の間が抵抗Ｒを介して接続された状態となり、コンデンサＣは抵抗Ｒ及びコンデンサＣの値により定まる時定数で充電される。このとき、抵抗Ｒにより充電電流が制限されるから、主バッテリ１２の放電電流は大電流とはならない。さらに、コンデンサＣが充電された後にリレーＢがオンするため、抵抗Ｒによる電力消費や発熱はさほど問題とならない。このような構成及び制御により、大電流の発生を防ぐことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の構成においては、主バッテリとインバータの間が直結されている状態で安全プラグが抜かれると、インバータの主バッテリ側端子間に設けられているコンデンサに蓄えられた電荷は放電抵抗により５〜１０ｍｉｎ程度で放電する。この後に図９に示されるように安全プラグが再び装着されると、コンデンサの充電により主バッテリの放電電流が大電流となってしまう。これは、火花発生につながり、安全プラグの損傷の恐れがあった。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、車載の駆動対象装置（例えばインバータ）が車載のバッテリに直結している状態でメンテナンスプラグ（安全プラグ）が外され、再度装着された場合であっても、バッテリの放電電流が大電流とならないようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、電気自動車に搭載されたバッテリと駆動対象装置の間の接続を開閉するよう設けられた第１の接点と、第１の接点に直列接続された電流制限抵抗と、バッテリと駆動対象装置の間の接続を開閉するよう設けられ第１の接点及び電流制限抵抗に並列接続された第２の接点と、バッテリと駆動対象装置の間の接続を閉じる際、駆動対象装置に流れる電流が上記電流制限抵抗により制限されるよう、第１及び第２の接点の開閉タイミングを制御する閉結タイミング制御手段と、を備え、使用者によりバッテリにメンテナンスプラグが装着されたときにのみ直流電圧を出力するバッテリとこのバッテリから出力される電圧により駆動される駆動対象装置の間の接続を制御する装置において、バッテリに対するメンテナンスプラグの使用者による着脱状態を検出する検出手段と、メンテナンスプラグがはずされた場合に、少なくとも第２の接点を開放させる接続開放制御手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、また、接続開放制御手段が第２の接点を開放させた後に使用者によりメンテナンスプラグが装着された場合に、第１及び第２の接点を所定タイミングで閉結させる接続復帰制御手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、さらに、検出手段が、メンテナンスプラグと一体に着脱されるよう設けられた第３の接点と、第３の接点が開いた場合にメンテナンスプラグがはずされたと判定し、閉じた場合に装着されたと判定する手段と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明は、あるいは、検出手段が、バッテリの出力電圧を検出する手段と、バッテリの出力電圧が所定値より低い場合にメンテナンスプラグがはずされたと判定し、高い場合に装着されたと判定する手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
【作用】
本発明においては、まず、駆動対象装置に流れる電流を制限すべく、第１及び第２の接点が制御され、所定タイミングで閉結される。また、検出手段によってメンテナンスプラグの使用者による着脱状態が検出される。従って、例えば第２の接点が閉じている状態でメンテナンスプラグがはずされた場合、これを検出手段による検出の結果に基づき知ることができる。本発明においては、例えば第２の接点が閉じている状態でメンテナンスプラグがはずされた場合に、接続開放制御手段によって少なくとも第２の接点が開放するよう、制御される。従って、その後メンテナンスプラグが再度装着された場合であっても、バッテリから駆動対象装置（例えばインバータ）に至る回路は形成されず、あるいは少なくとも電流制限抵抗を含む回路となるから、バッテリの放電電流は大電流とはならない。
【００１７】
本発明においては、また、接続開放制御手段が第２の接点を開放させた後に使用者によりメンテナンスプラグが装着された場合に、第１及び第２の接点が所定タイミングで閉結するよう接続復帰制御手段により制御される。従って、メンテナンスプラグを再度装着した後車両操縦者が一旦スタート信号をオフさせ再度オンさせるといった手間なしに、駆動対象装置にバッテリの電力を供給可能になる。
【００１８】
本発明においては、さらに、上述の検出手段がメンテナンスプラグの付加的な構成により実現される。すなわち、メンテナンスプラグと一体に着脱されるよう第３の接点を設けておけば、第３の接点が開いた場合にメンテナンスプラグがはずされたと判定し、閉じた場合に装着されたと判定することが可能になる。
【００１９】
本発明においては、また、上述の検出手段が電圧センサ等によって実現される。すなわち、バッテリの出力電圧を検出する手段を設けておけば、バッテリの出力電圧が所定値より低い場合にメンテナンスプラグがはずされたと判定し、高い場合に装着されたと判定することが可能になる。バッテリの出力電圧は、一般に、駆動対象装置等の制御のために、あるいはバッテリの充電制御のために監視されているから、このような構成の検出手段を実現するためにはハードウエア的な付加は必要なく、専ら制御手順の変更のみで足りる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例について図面に基づいて説明する。なお、図７〜図９に示される従来例と同様の構成には同一の符号を付し説明を省略する。
【００２１】
図１には、本発明の第１実施例に係る電気自動車の構成が示されている。この実施例においては、主バッテリ１２の両端の電圧を検出する電圧センサ２４が設けられており、電圧センサ２４により検出された主バッテリ１２の出力電圧Ｖ_Ｂは車両ＥＣＵ２０に供給されている。
【００２２】
図２には、この実施例における車両ＥＣＵの制御フロー、特にモータ１０を始動させる際のジャンクションボックス２２の制御フローが示されている。この図で示されるように、本実施例においては、前述のステップ１０２が実行された後、電圧センサ２４によって検出される主バッテリ１２の出力電圧Ｖ_Ｂがほぼ０［Ｖ］であるかか否かが判定される（１０４）。すなわち、安全プラグ１８が装着されている状態では主バッテリ１２の両端の電圧は０とならないが、安全プラグ１８がはずされると０になる。従って、ステップ１０４により、安全プラグ１８が装着されているかあるいははずされているかを知ることができる。この判定の結果、Ｖ_Ｂ≒０［Ｖ］であると判定された場合、車両ＥＣＵ２０は、接点制御信号ＣＯＮＴの値をＨ値からＬ値に転ずる（１０６）。すると、これに応じ、ジャンクションボックス２２を構成するリレーＡ及びＢは共にオフする。この状態では、主バッテリ１２とインバータ１４の間の接続は断たれており、従って、この状態で使用者が安全プラグ１８を装着したとしても、コンデンサＣの充電による大電流が生じることはない。なお、ステップ１０４においてＶ_Ｂ≒０［Ｖ］でないと判定された場合には、スタート信号ＳＴがオフしている場合と同様図２に示される動作が終了する。
【００２３】
図３には、この実施例における車両ＥＣＵ２０の制御フロー、特にステップ１０６が実行された後に安全プラグ１８が再度装着された場合に実行される制御フローが示されている。この図で示される制御フローは、電圧センサ２４によって検出される主バッテリ１２の出力電圧Ｖ_ＢがＶ_Ｂ≒０［Ｖ］でないこと（１０８）、接点制御信号ＣＯＮＴの値がＬ値であること（１１０）、及びスタート信号ＳＴがオンしていること（１１２）を条件として実行される。これらの条件がいずれも成立した場合には、車両ＥＣＵ２０は接点制御信号ＣＯＮＴの値をＬ値からＨ値に転じる（１１４）。これに応じて、リレーＡ及びＢは、例えば、図９に示されるようなタイミングでオンする。従って、この実施例においては、図２に示される制御フローによってリレーＡ及びＢがオフした後に安全プラグ１８がはずされた場合であっても、車両操縦者がスタート信号ＳＴを一旦オフして再度オンするといった手順をふむことなく、リレーＡ及びＢが所定のタイミングでオンされることとなり、使用性の高い装置が得られる。
【００２４】
更に、この実施例においては、安全プラグ１８の状態が主バッテリ１２の両端の電圧、すなわち電圧センサ２４によって出力電圧Ｖ_Ｂの判定により検出されている。主バッテリ１２の出力電圧Ｖ_Ｂは、図示しないがインバータ１４の制御や主バッテリ１２の充放電制御のために従来から設けられるのが一般的であり、従って、この実施例に係る機能は格別のハードウエア的構成を付加することなく車両ＥＣＵ２０の制御手順の一部変更のみによって実現することができる。従って、この実施例の装置は実現が容易であり、またそれにより一層の安全性の向上といった効果を実現することができる。
【００２５】
図４には、本発明の第２実施例に係る電気自動車の構成が示されている。この図に示されるように本実施例においては、安全プラグ２６の構成が第１実施例における安全プラグ１８の構成とは異なっている。この安全プラグ２６は、＋５［Ｖ］にプルアップされた配線２８を接地するための接点３０を有している。また、この配線２８は、バッファ３２を介して車両ＥＣＵ２０に接続されている。車両ＥＣＵ２０は、バッファ３２の出力をプラグ状態信号ＰＬＧとして入力している。このプラグ状態信号ＰＬＧは、安全プラグ２６が装着されている場合にはＬ値となり、はずされている場合にはＨ値となる。すなわち、安全プラグ２６が装着されている状態では配線２８は接点３０を介して接地されているためプラグ状態信号ＰＬＧがＬ値となるのに対し、一旦安全プラグ２６がはずされると配線２８の電位は＋５［Ｖ］となりプラグ状態信号ＰＬＧは従ってＨ値となる。
【００２６】
図５及び図６には、本実施例における車両ＥＣＵ２０の制御フローが示されている。特に、図５に示される制御フローは第１実施例における図２の制御フローに、図６に示される制御フローは図３に示される制御フローにそれぞれ対応しており、これらの制御フローにおいては、ステップ１０４及び１０８に代えステップ１０４Ａ及び１０８Ａが実行されている。
【００２７】
ステップ１０４Ａ及び１０８Ａにおいては、第１実施例における出力電圧の検出値Ｖ_Ｂに代え、プラグ状態信号ＰＬＧを用いて安全プラグ２６の状態が判定される。すなわち、ステップ１０４Ａ及び１０８Ａにおいてはプラグ状態信号ＰＬＧの値がＨ値であるか否かが判定され、Ｈ値である場合には安全プラグ２６がはずされていると、Ｌ値である場合には装着されているとそれぞれ判定される。
【００２８】
従って、この実施例においても、前述の第１実施例と同様の効果を得ることができる。また、この効果は、安全プラグ２６の付加的な構成、すなわち接点３０によって実現することができ、ハードウエア的な変更も小規模なもので足りる。
【００２９】
なお、図２及び図５に示される制御フローにおいては、安全プラグ１８又は２６がはずされていると判定された場合にステップ１０６において接点制御信号ＣＯＮＴの値がＬ値に変えられ、リレーＡ及びＢが共にオフされていた。しかし、オフするのはリレーＡ及びＢのうちＢのみであっても構わない。すなわち、リレーＡがオンしておりＢがオフしている状態では、主バッテリ１２の放電電流によるコンデンサＣの充電は抵抗Ｒを介して行われる状態となるため、少なくとも、コンデンサＣの充電に係る電流値を制限することができる。また、その場合、図３又は図６に示されるステップ１１４においては、リレーＢのみをオンさせるだけで足りる。
【００３０】
更に、本発明は主バッテリ１２とインバータ１４との接続の制御に限定されるものではない。すなわち、主バッテリ１２との接続対象となる装置が、主バッテリ１２との接続の直後に比較的大きな電流が流れ得る性質を有しているならば、当該装置と主バッテリ１２との接続に本発明を適用することができる。加えて、リレーＡ及びＢの構成や、ジャンクションボックス２２の他の部分の構成、あるいは安全プラグ１８又は２６の細部の構成に限定を要するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少なくとも第２の接点が閉じている状態でメンテナンスプラグがはずされた場合に少なくとも第２の接点を開放させるようにしたため、その後メンテナンスプラグが再度装着された場合であってもバッテリの放電電流が大電流となることを防ぐことができ、火花発生によるメンテナンスプラグの損傷がなくより安全で使用性の高い電気自動車が得られる。
【００３２】
また、本発明によれば、接続開放制御手段が第２の接点を開放させた後にメンテナンスプラグが装着された場合に、第１及び第２の接点を所定順序及び所定時間間隔で閉結するようにしたため、メンテナンスプラグを再度装着した後車両操縦者が一旦スタート信号をオフさせ再度オンさせるといった手間なしに、駆動対象装置にバッテリの電力を供給可能になる。
【００３３】
本発明によれば、さらに、上述の検出手段をメンテナンスプラグの付加的な構成により実現でき、あるいは電圧センサ等を用いて実現できる。従って、装置に大きなハードウエア的改変を施す必要がなく、早期実施の容易な装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】この実施例の制御フローを示す図である。
【図３】この実施例の制御フローを示す図である。
【図４】第２実施例の構成を示すブロック図である。
【図５】この実施例の制御フローを示す図である。
【図６】この実施例の制御フローを示す図である。
【図７】従来例の構成を示すブロック図である。
【図８】この従来例の制御フローを示す図である。
【図９】この従来例の問題点を示す図である。
【符号の説明】
１０モータ
１２主バッテリ
１４インバータ
１８，２６安全プラグ
２０車両ＥＣＵ
２２ジャンクションボックス
２４電圧センサ
Ａ，Ｂリレー
Ｒ抵抗
Ｃコンデンサ

Claims

電気自動車に搭載されたバッテリと駆動対象装置の間の接続を開閉するよう設けられた第１の接点と、第１の接点に直列接続された電流制限抵抗と、バッテリと駆動対象装置の間の接続を開閉するよう設けられ第１の接点及び電流制限抵抗に並列接続された第２の接点と、バッテリと駆動対象装置の間の接続を閉じる際、駆動対象装置に流れる電流が上記電流制限抵抗により制限されるよう、第１及び第２の接点の開閉タイミングを制御する閉結タイミング制御手段と、を備え、使用者によりバッテリにメンテナンスプラグが装着されたときにのみ直流電圧を出力するバッテリとこのバッテリから出力される電圧により駆動される駆動対象装置の間の接続を制御する電気自動車のバッテリ接続制御装置において、
バッテリに対するメンテナンスプラグの使用者による着脱状態を検出する検出手段と、
メンテナンスプラグがはずされた場合に、少なくとも第２の接点を開放させる接続開放制御手段と、
を備えることを特徴とする電気自動車のバッテリ接続制御装置。
請求項１記載の電気自動車のバッテリ接続制御装置において、接続開放制御手段が第２の接点を開放させた後に使用者によりメンテナンスプラグが装着された場合に、第１及び第２の接点を所定タイミングで閉結させる接続復帰制御手段を備えることを特徴とする電気自動車のバッテリ接続制御装置。
請求項１記載の電気自動車のバッテリ接続制御装置において、検出手段が、メンテナンスプラグと一体に着脱されるよう設けられた第３の接点と、第３の接点が開いた場合にメンテナンスプラグがはずされたと判定し、閉じた場合に装着されたと判定する手段と、を有することを特徴とする電気自動車のバッテリ接続制御装置。
請求項１記載の電気自動車のバッテリ接続制御装置において、検出手段が、バッテリの出力電圧を検出する手段と、バッテリの出力電圧が所定値より低い場合にメンテナンスプラグがはずされたと判定し、高い場合に装着されたと判定する手段と、を有することを特徴とする電気自動車のバッテリ接続制御装置。