JP4390602B2 - 車両用の電源装置とコンタクタの切り換え方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリチャージ回路でもって、車両に搭載される走行用バッテリの負荷に並列に接続している大容量のコンデンサーをプリチャージした状態で、コンタクタをオンに切り換える車両用の電源装置と、コンタクタの切り換え方法に関する。

車両用の電源装置は、大容量コンデンサーを並列に接続している負荷に電力を供給する。この電源装置は、出力側にコンタクタを接続しており、コンタクタを介して負荷に電力を供給する。コンタクタは、異常時にオフに切り換えられて、出力を遮断する。また、車両を使用しない状態、たとえば自動車のイグニッションスイッチをオフにする状態でオフに切り換えられて出力を遮断する。また、自動車が衝突した時などにもコンタクタをオフにして出力を遮断して安全性を向上している。

コンタクタがオンに切り換えられるとき、走行用バッテリは大容量のコンデンサーをチャージする。このとき、瞬間的に極めて大きなチャージ電流が流れる。大きなチャージ電流は、コンタクタの接点に損傷を与える。とくに、大きなチャージ電流でコンタクタの接点が溶着することがある。接点が溶着すると、コンタクタはオフに切り換えできなくなって、走行用バッテリを負荷から切り離しできなくする。この弊害を防止するために、コンタクタをオンに切り換える前に、コンデンサーをプリチャージするプリチャージ回路を備える電源装置が開発されている（特許文献１参照）。
特開２００１−１２８３０５号公報

特許文献１の公報には、プリチャージ回路を備える電源装置が記載される。プリチャージ回路は、走行用バッテリと負荷の間に設けられており、電流を制限しながらコンデンサーをプリチャージする。このプリチャージ回路は、電流を制限するためのプリチャージ抵抗と、このプリチャージ抵抗に直列に接続しているプリチャージスイッチとを備える。プリチャージ回路は、コンタクタと並列に接続している。プリチャージ回路は、プリチャージスイッチをオンして負荷に接続しているコンデンサーをプリチャージする。コンデンサーがプリチャージされると、コンタクタの１次側と２次側間の電圧の差が低下する。電圧差が設定電圧よりも低くなると、コンタクタをオンに切り換えて、走行用バッテリを負荷に接続する。コンタクタをオンに切り換えた後、プリチャージスイッチをオフに切り換える。

しかしながら、この構造のプリチャージ回路は、たとえば負荷がショートし、あるいは非常に低抵抗やショートに近い状態にあると、プリチャージ抵抗に長い時間、大きな電流が流れ、この大電流がプリチャージ抵抗を焼損させる弊害が発生する。プリチャージ抵抗は、正常な使用状態においては、短い時間プリチャージ電流が流れる状態で使用される。したがって、この使用状態に耐える容量、すなわちワット数の抵抗を使用している。プリチャージ電流は大電流であるが、通電時間が短いことが、プリチャージ抵抗の温度上昇を小さくする。このため、プリチャージ抵抗は、短いプリチャージ電流に耐えるワット数のものが使用される。いいかえると、プリチャージ抵抗は、瞬間的なプリチャージ電流に耐えるワット数のものを使用している。このプリチャージ抵抗に連続して大電流が流れると、プリチャージ抵抗は連続して大きなジュール熱が発生し、これがプリチャージ抵抗を過熱して焼損させる。すなわち、プリチャージの完了を検出する前に、プリチャージ抵抗が焼損してしまう欠点がある。

とくに、車両に搭載される電源装置は、温度や湿度等の外的条件が厳しく、さらに振動や衝撃を受ける厳しい環境で使用されることから、全ての回路を長い期間にわたって正常に動作させるのが極めて難しい。このため、できるかぎり種々の故障を速やかに検出して、故障が他の部分を故障させないようにすることが大切である。

本発明は、このことを実現することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、負荷のショートや低抵抗な状態でプリチャージ抵抗が焼損するのを有効に防止しながら、コンデンサーのプリチャージを確実に検出して、コンタクタを安全にオンに切り換えできる車両用の電源装置と、コンタクタの切り換え方法を提供することにある。

本発明の車両用の電源装置は、走行用バッテリ１の出力側に接続されて、コンデンサー１３を並列に接続している負荷１１への電力供給を制御するコンタクタ２と、このコンタクタ２をオフからオンに切り換えるときに、負荷１１のコンデンサー１３のプリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗６とプリチャージスイッチ７とを有するプリチャージ回路３と、このプリチャージスイッチ７とコンタクタ２のオンオフを制御する制御回路４とを備える。この電源装置は、プリチャージ回路３がコンデンサー１３をプリチャージした後、コンタクタ２をオンに切り換える。

さらに、本発明の請求項１の電源装置は、制御回路４が、プリチャージスイッチ７がオンに切り換えられてからカウントを開始するスタートタイマーと、このスタートタイマーがタイムアップする状態で、走行用バッテリ１に流れる電流を検出する電流検出回路８と、コンタクタ２の１次側と２次側との電圧差を検出する電圧検出回路９とを備える。制御回路４は、スタートタイマーがタイムアップする状態で、電流検出回路８で検出した走行用バッテリ１の電流を設定電流に比較し、その後、電圧検出回路９で検出したコンタクタ２の１次側と２次側との電圧差を設定電圧に比較し、走行用バッテリ１の電流が設定電流よりも小さく、かつ、電圧差が設定電圧よりも低い状態でコンタクタ２をオンに切り換える。

さらに、本発明の請求項２の電源装置は、制御回路４が、プリチャージスイッチ７がオンに切り換えられてからカウントを開始するスタートタイマーと、このスタートタイマーがタイムアップする状態で、コンタクタ２の１次側と２次側との電圧差を検出する電圧検出回路９と、走行用バッテリ１に流れる電流を検出する電流検出回路８とを備える。制御回路４は、スタートタイマーがタイムアップする状態で、電圧検出回路９で検出した電圧差を設定電圧に比較し、さらに、電流検出回路８で検出した走行用バッテリ１の電流を設定電流に比較し、電圧差が設定電圧よりも低く、かつ、走行用バッテリ１の電流が設定電流よりも小さい状態でコンタクタ２をオンに切り換える。

さらに、本発明の請求項３の電源装置は、制御回路４が、プリチャージスイッチ７がオンに切り換えられてからカウントを開始するスタートタイマーと、このスタートタイマーがタイムアップする状態で、走行用バッテリ１に流れる電流を検出する電流検出回路８とを備える。制御回路４は、スタートタイマーがタイムアップする状態で、電流検出回路８で検出した第１検出電流を第１設定電流に比較し、その後、電流検出回路８で検出した第２検出電流を、第１設定電流より小さい第２設定電流に比較し、第１検出電流が第１設定電流よりも小さく、かつ、第２検出電流が第２設定電流よりも小さい状態で、コンタクタ２をオンに切り換える。

本発明の請求項４の車両用の電源装置は、請求項１に記載される電源装置であって、制御回路４が中間タイマーを備えている。この中間タイマーは、電流検出回路８で走行用バッテリ１の電流を検出して、電流が設定電流よりも小さいとカウントを開始する。制御回路４は、この中間タイマーがタイムアップする状態で、電圧検出回路９がプリチャージ抵抗６の電圧を検出して設定電圧に比較する。

本発明の請求項５の車両用の電源装置は、請求項２に記載される電源装置であって、制御回路４が中間タイマーを備えている。この中間タイマーは、電圧検出回路９がプリチャージ抵抗６の電圧を検出して、電圧が設定電圧よりも低いとカウントを開始する。制御回路４は、この中間タイマーがタイムアップする状態で、電流検出回路８が走行用バッテリ１の電流を検出して設定電流に比較する。

本発明の請求項６の車両用の電源装置は、請求項３に記載される電源装置であって、制御回路４が中間タイマーを備えている。この中間タイマーは、電流検出回路８で検出された第１検出電流が第１設定電流よりも小さいとカウントを開始する。制御回路４は、この中間タイマーがタイムアップする状態で、電流検出回路８が第２検出電流を検出して第２設定電流に比較する。

本発明の請求項７の車両用の電源装置は、請求項１に記載される電源装置であって、制御回路４がプリチャージタイマーを備えている。このプリチャージタイマーは、電圧検出回路９が電圧差を検出する時間を特定する。この電源回路は、プリチャージタイマーの設定時間に電圧検出回路９で検出される電圧差が設定電圧に低下しないと、プリチャージスイッチ７をオフに切り換えてプリチャージを中断する。

本発明の請求項８の車両用の電源装置は、請求項２に記載される電源装置であって、制御回路４がプリチャージタイマーを備えている。このプリチャージタイマーは、走行用バッテリ１の電流を検出する時間を特定する。この電源装置は、プリチャージタイマーの設定時間に電流検出回路８で検出される走行用バッテリ１の電流が設定電流に低下しないと、プリチャージ回路３のスイッチをオフに切り換えてプリチャージを中断する。

本発明の請求項９の車両用の電源装置は、請求項３に記載される電源装置であって、制御回路４がプリチャージタイマーを備えている。このプリチャージタイマーは、電流検出回路８が走行用バッテリ１の第２検出電流を検出する時間を特定する。この電源装置は、プリチャージタイマーの設定時間に電流検出回路８で検出される第２検出電流が第２設定電流に低下しないと、プリチャージ回路３のスイッチをオフに切り換えてプリチャージを中断する。

本発明の車両用の電源装置のコンタクタの切り換え方法は、走行用バッテリ１の出力側に接続されて、コンデンサー１３を並列に接続している負荷１１への電力供給を制御するコンタクタ２と、コンタクタ２をオフからオンに切り換えるときには、負荷１１のコンデンサー１３のプリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗６とプリチャージスイッチ７とを有するプリチャージ回路３と、このプリチャージスイッチ７とコンタクタ２のオンオフを制御する制御回路４とを備える電源装置のコンタクタ２を切り換える方法である。この切り換え方法は、プリチャージ回路３でもって、負荷１１に並列に接続しているコンデンサー１３をプリチャージした後、コンタクタ２をオンに切り換える。

さらに、本発明の請求項１０のコンタクタの切り換え方法は、プリチャージスイッチ７がオンに切り換えられるとスタートタイマーのカウントを開始させ、このスタートタイマーがタイムアップすると、走行用バッテリ１に流れる電流を検出し、その後、コンタクタ２の１次側と２次側との電圧差を検出する。スタートタイマーがタイムアップしてから、電流検出回路８で検出された走行用バッテリ１の電流を設定電流に比較し、その後さらに、電圧検出回路９で検出した電圧差を設定電圧に比較する。走行用バッテリ１の電流が設定電流よりも小さく、かつ、プリチャージ抵抗６の電圧差が設定電圧よりも低い状態において、コンタクタ２をオンに切り換える。

さらに、本発明の請求項１１のコンタクタの切り換え方法は、プリチャージスイッチ７がオンに切り換えられるとスタートタイマーのカウントを開始させ、このスタートタイマーがタイムアップすると、コンタクタ２の１次側と２次側との電圧差を検出し、その後、走行用バッテリ１に流れる電流を検出する。スタートタイマーがタイムアップしてから、電圧検出回路９で検出した電圧差を設定電圧に比較し、その後さらに、電流検出回路８で検出された走行用バッテリ１の電流を設定電流に比較する。電圧差が設定電圧よりも低く、かつ、走行用バッテリ１の電流が設定電流よりも小さい状態において、コンタクタ２をオンに切り換える。

さらに、本発明の請求項１２のコンタクタの切り換え方法は、プリチャージスイッチ７がオンに切り換えられるとスタートタイマーのカウントを開始させ、このスタートタイマーがタイムアップすると、走行用バッテリ１に流れる電流を検出する。スタートタイマーがタイムアップしてから、電流検出回路８で検出した第１検出電流を第１設定電流に比較し、その後さらに、電流検出回路８で検出した第２検出電流を第２設定電流に比較する。第１検出電流が第１設定電流よりも小さく、かつ、第２検出電流が第２設定電流よりも小さい状態において、コンタクタ２をオンに切り換える。

本発明の車両用の電源装置とコンタクタの切り換え方法は、負荷のショートや低抵抗な状態によって、プリチャージ抵抗が焼損するのを有効に防止しながら、コンデンサーのプリチャージを確実に検出して、コンタクタを安全にオンに切り換えできる特長がある。それは、本発明の請求項１及び２の電源装置と請求項１０及び１１のコンタクタの切り換え方法が、プリチャージスイッチがオンに切り換えられてから所定の時間が経過した後、走行用バッテリの電流とコンタクタの１次側と２次側を設定値に比較しており、走行用バッテリの電流が設定電流よりも小さく、かつ、電圧差が設定電圧よりも低い状態でコンタクタをオンに切り換えるからである。さらに、本発明の請求項３の電源装置と請求項１２のコンタクタの切り換え方法においては、プリチャージスイッチがオンに切り換えられてから所定の時間が経過した後、走行用バッテリに流れる電流を時間差を設けて検出して設定電流に比較しており、第１検出電流が第１設定電流よりも小さく、かつ、第２検出電流が、第１設定電流よりも小さい第２設定電流よりも小さい状態でコンタクタをオンに切り換えるからである。

したがって、本発明によれば、負荷のショート等によってコンデンサーがプリチャージされず、プリチャージ抵抗に流れる電流が減少しない状態となっても、プリチャージ抵抗に長い時間、大きな電流が流れるのを確実に防止して、この大電流に起因するプリチャージ抵抗の焼損を有効に防止できると共に、コンデンサーのプリチャージを確実に検出してコンタクタを安全に切り換えできる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置とコンタクタの切り換え方法を例示するものであって、本発明は電源装置とコンタクタの切り換え方法を以下に特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１に示す車両用の電源装置は、ハイブリッドカーに搭載され、あるいは電気自動車に搭載されて、負荷１１として接続されるモーター１２を駆動して車両を走行させる。この図の電源装置は、走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１の出力側に接続されて、負荷１１への電力供給を制御するコンタクタ２と、このコンタクタ２をオンに切り換えるに先だって、負荷１１のコンデンサー１３をプリチャージするプリチャージ回路３と、このプリチャージ回路３とコンタクタ２を制御する制御回路４とを備える。

負荷１１は、並列に大容量のコンデンサー１３を接続している。このコンデンサー１３は、コンタクタ２をオンに切り換える状態で、走行用バッテリ１と両方から負荷１１に電力を供給する。とくに、コンデンサー１３からは、負荷１１に瞬間的に大電力を供給する。このため、走行用バッテリ１に並列にコンデンサー１３を接続することで、負荷１１に供給できる瞬間電力を大きくできる。コンデンサー１３から負荷１１に供給できる電力は、静電容量に比例するので、このコンデンサー１３には、たとえば４０００〜６０００μＦと極めて大きい静電容量のものが使用される。放電状態にある大容量のコンデンサー１３が、出力電圧の高い走行用バッテリ１に接続されると、瞬間的に極めて大きいチャージ電流が流れる。コンデンサー１３のインピーダンスが極めて小さいからである。

走行用バッテリ１は、車両を走行させるモーター１２を駆動する。モーター１２に大電力を供給できるように、走行用バッテリ１は多数の二次電池５を直列に接続して出力電圧を高くしている。二次電池５は、ニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池が使用される。ただ、二次電池には、ニッケルカドミウム電池など充電できる全ての電池を使用できる。走行用バッテリ１は、モーター１２に大電力を供給できるように、たとえば、出力電圧を３００〜４００Ｖと高くしている。ただし、電源装置は、走行用バッテリの出力側にＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を接続して、走行用バッテリの電圧を昇圧して、負荷に電力を供給することもできる。この電源装置は、直列に接続する二次電池の個数を少なくして、走行用バッテリの出力電圧を低くできる。したがって、走行用バッテリは、たとえば出力電圧を１５０〜４００Ｖとすることができる。

プリチャージ回路３は、電流を制限しながらコンデンサー１３をプリチャージする。このプリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗６とプリチャージスイッチ７を直列に接続している。プリチャージ抵抗６は、負荷１１のコンデンサー１３のプリチャージ電流を制限する。プリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗６の電気抵抗を大きくしてプリチャージ電流を小さくできる。たとえば、プリチャージ抵抗６を１０Ω、走行用バッテリ１の出力電圧を４００Ｖとする電源装置は、プリチャージ電流の最大値が４０Ａとなる。プリチャージ抵抗６は、大きくしてプリチャージ電流の最大値を小さくできる。ただ、プリチャージ抵抗６が大きくなると、コンデンサー１３をプリチャージする時間が長くなる。プリチャージ電流が小さくなるからである。プリチャージ抵抗６の電気抵抗は、プリチャージ電流とプリチャージ時間とを考慮して、たとえば、５〜２０Ω、好ましくは６〜１８Ω、さらに好ましくは６〜１５Ωに設定される。

プリチャージ回路３は、コンタクタ２の接点に並列に接続される。図の電源装置は、プラス側とマイナス側の両方にコンタクタ２を設けて、プラス側のコンタクタ２Ａの接点と並列にプリチャージ回路３を接続している。この電源装置は、マイナス側のコンタクタ２Ｂをオンに切り換える状態で、プリチャージ回路３でコンデンサー１３をプリチャージする。プリチャージ回路３でコンデンサー１３がプリチャージされると、プラス側のコンタクタ２Ａをオンに切り換えて、プリチャージ回路３のプリチャージスイッチ７をオフに切り換える。

プリチャージ回路３は、プリチャージスイッチ７をオンにして、コンデンサー１３をプリチャージする。プリチャージスイッチ７は、リレー等の機械的な接点を有するスイッチである。ただ、プリチャージスイッチには、トランジスターやＦＥＴ等の半導体スイッチング素子も使用できる。

コンタクタ２は、機械的に可動する接点を有するリレーである。コンタクタ２は、第１の接点２ａ（図においてプラス側の接点）をオフに保持して、第２の接点２ｂ（図においてマイナス側の接点）のみをオンに切り換える。この状態で、プリチャージ回路３でコンデンサー１３をプリチャージする。コンデンサー１３がプリチャージされた後、第１の接点２ａをオフからオンに切り換えて、走行用バッテリ１を負荷１１に接続する。その後、プリチャージ回路３のプリチャージスイッチ７をオフに切り換える。オン状態のコンタクタ２をオフに切り換えるときは、両方の接点を同時にオフにする。

制御回路４は、プリチャージを開始してから、設定時間経過した後に、電流または電圧を検出するタイミングを特定するスタートタイマー（図示せず）と、走行用バッテリ１に流れる電流を検出する電流検出回路８と、コンタクタ２に対して１次側の電圧（Ｖｔ）と２次側の電圧（Ｖｉ）との電圧差を検出する電圧検出回路９とを備える。コンデンサー１３をプリチャージしているタイミングにおいて、走行用バッテリ１に流れる電流はプリチャージ抵抗６の電流と同じになる。なお、電流検出回路８は、図１のように２次側でなくても、１次側又は走行用バッテリ内に設置しても良い。

スタートタイマーは、プリチャージを開始してから、走行用バッテリ１の電流を検出し、あるいはプリチャージ抵抗６の両端の電圧を検出するタイミングを特定する。したがって、スタートタイマーは、プリチャージ回路３がプリチャージを開始するとき、すなわちプリチャージスイッチ７がオンに切り換えられるタイミングでカウントを開始する。スタートタイマーがタイムアップするタイミングで、制御回路４は電流検出回路８で走行用バッテリ１の電流を検出し、あるいは電圧検出回路９で１次側と２次側の電圧差を検出する。スタートタイマーの設定時間は、プリチャージ抵抗６にショート電流が流れても焼損しない時間であって、プリチャージ電流がピーク電流から減少する電流となる時間、たとえば５０ｍｓｅｃに設定される。ただし、このスタートタイマーの設定時間は、２０〜２００ｍｓｅｃ、好ましくは３０〜１５０ｍｓｅｃ、さらに好ましくは３０〜１００ｍｓｅｃに設定することができる。

電流検出回路８は、走行用バッテリ１の電流を検出する。図の電源装置は、コンタクタ２の出力側に電流検出回路８を接続しているが、電流検出回路は、走行用バッテリ１から出力端子１０の間であって、コンデンサー１３をプリチャージする状態で走行用バッテリ１とプリチャージ抵抗６に流れる電流を検出できる位置に連結される。電流検出回路８は、漏れ磁束を検出して、電流を検出し、あるいはプリチャージ抵抗の電圧を検出して、電流を検出する。さらに、図示しないが、コンタクタと出力端子との間に、極めて電気抵抗の小さい電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗の電圧を検出して、電流を検出することもできる。

さらに、制御回路４は、コンタクタ２の１次側と２次側との電圧差を検出する電圧検出回路９も備える。図の電圧検出回路９は、コンタクタ２の１次側の電圧（Ｖｔ）と２次側の電圧（Ｖｉ）を検出し、これらより１次側と２次側の電圧差を検出している。

制御回路４は、電流検出回路８で検出した検出電流を設定電流に比較して、コンデンサー１３を正常にプリチャージしているか、あるいはコンデンサー１３のプリチャージよりも過大な電流が流れているかどうかを判定する。したがって、制御回路４が記憶する設定電流は、完全に放電されたコンデンサー１３において、図３に示すように、所定の時間における正常なプリチャージ電流よりも大きく設定される。図２のフローチャートにおいては、設定電流を１５Ａとしている。正常な状態で、コンデンサー１３のプリチャージ電流は、図３に示すように時間とともに減少する。この図は、プリチャージスイッチ７がオンになって電流が減少する状態を示している。負荷１１がショートし、あるいはショートに近い状態となって過大な電流が流れると、走行用バッテリ１やプリチャージ抵抗６に流れる電流がこの電流よりも大きくなる。したがって、設定電流は、図３に示すように、所定の時間におけるコンデンサー１３のプリチャージ電流よりも大きく設定される。プリチャージ電流は時間と共に減少するので、設定電流は時間と共に変更する必要がある。図３は、プリチャージスイッチ７をオンにして５０ｍｓｅｃ後の設定電流を１５Ａとしている。

本発明の電源装置は、図示しないが、プリチャージ抵抗６の電圧で過大な電流を検出することもできる。この電源装置は、過大な電圧を設定電圧に比較して、負荷１１に過大な電流が流れていることを検出する。

さらに、図１に示す制御回路４は、中間タイマー（図示せず）も備えている。中間タイマーは、スタートタイマーがタイムアップして、電流検出回路８で走行用バッテリ１の電流を検出して、電流が設定電流よりも小さいとカウントを開始し、この中間タイマーがタイムアップする状態で、電圧検出回路９がプリチャージ抵抗６の電圧を検出して、設定電圧に比較する。すなわち、電流検出回路８が走行用バッテリ１に過電流が流れていないことを検出してから、プリチャージの完了を検出するために電圧検出回路９が電圧の検出を開始する時間を特定する。

本発明の電源装置は、スタートタイマーがタイムアップすると、先にプリチャージ抵抗６の電圧を検出し、その後、走行用バッテリ１の電流を検出してプリチャージの完了を検出することもできる。この電源装置の中間タイマーは、スタートタイマーがタイムアップして、電圧検出回路９でプリチャージ抵抗６の電圧を検出して、電圧が設定電圧よりも小さくて過電流が流れていないことを検出するとカウントを開始する。中間タイマーがタイムアップすると、電流検出回路８は走行用バッテリ１の電流を検出して、設定電流に比較して、プリチャージの完了を検出する。この中間タイマーは、電圧検出回路９がプリチャージ抵抗６の電圧を検出して過電流が流れていないことを検出してから、電流検出回路８がプリチャージの完了を検出するために電流の検出を開始する時間を特定する。

中間タイマーの設定時間は、たとえば２５０ｍｓｅｃに設定される。ただし、中間タイマーの設定時間は５０〜５００ｍｓｅｃ、好ましくは６０〜４００ｍｓｅｃ、さらに好ましくは１００〜３５０ｍｓｅｃに設定される。中間タイマーの設定時間が長すぎると、コンデンサー１３のプリチャージの検出が遅くなり、反対に設定時間が短すぎると、コンデンサー１３が十分にプリチャージされないタイミングからプリチャージを検出する必要がある。プリチャージタイマーの設定時間は、コンデンサー１３のプリチャージを速やかに検出しながら、早すぎるタイミングからプリチャージを検出しないように、前述の範囲に設定される。

中間タイマーを備える電源装置は、過電流を検出した後、一定時間経過してコンデンサー１３がプリチャージを完了したかどうかの検出を開始する。本発明の電源装置は、必ずしも中間タイマーを必要としない。中間タイマーのない電源装置は、スタートタイマーがタイムアップして過電流を検出し、過電流でないことが判別されると、その後、直ちに、コンデンサー１３のプリチャージの完了の検出を開始する。

さらに、図に制御回路４は、プリチャージタイマー（図示せず）を備えている。プリチャージタイマーは、コンデンサー１３のプリチャージを検出する時間帯を特定する。プリチャージタイマーの設定時間内に、コンデンサー１３のプリチャージが検出されると、コンタクタ２をオンに切り換える。プリチャージタイマーの設定時間内にコンデンサー１３のプリチャージが検出されないと、プリチャージエラーとして、プリチャージスイッチ７をオフにしてプリチャージを停止する。

図２のフローチャートは、プリチャージタイマーの設定時間を６００ｍｓｅｃとしている。このプリチャージタイマーは、プリチャージ抵抗６の電圧の検出を開始するときからカウントを開始して、６００ｍｓｅｃ経過するとタイムアップする。プリチャージタイマーの設定時間は、完全に放電されたコンデンサー１３をプリチャージ抵抗６でプリチャージできる時間よりも長く設定される。すなわち、正常なコンデンサー１３のプリチャージが、プリチャージタイマーの設定時間内に完了するように、設定時間が特定される。プリチャージタイマーの設定時間が短すぎると、コンデンサー１３のプリチャージを正常に検出できなくなり、反対に長すぎると、正常にプリチャージされない状態の検出に時間がかかってしまう。このため、このプリチャージタイマーの設定時間は、完全に放電されたコンデンサー１３のプリチャージを設定時間内に確実に検出しながら、正常にプリチャージされないコンデンサー１３を速やかに検出できる時間に設定される。

コンデンサー１３のプリチャージ時間は、コンデンサー１３の静電容量とプリチャージ抵抗６の電気抵抗で特定される。静電容量が大きくなることと、プリチャージ抵抗６の電気抵抗が大きくなることは、コンデンサー１３のプリチャージ時間を長くする。反対にコンデンサー１３の静電容量とプリチャージ抵抗６の電気抵抗を小さくして、プリチャージ時間を短縮できる。また、図２のフローチャートにおいては、コンタクタ２の１次側と２次側の電圧差を比較する設定電圧によって、いいかえると、この電圧差がどの程度まで減少するとプリチャージ完了と判定するかでもプリチャージ時間は変動する。電圧差を比較してプリチャージ完了と判定する設定電圧（図では２０Ｖ）を低くすると、プリチャージ完了と判定する時間は長くなり、反対に設定電圧を高くすると、プリチャージ完了と判定する時間は短くなる。

したがって、プリチャージタイマーの設定時間は、コンデンサー１３の静電容量とプリチャージ抵抗６の電気抵抗と設定電圧を考慮して最適値に設定され、たとえば、４００〜１０００ｍｓｅｃ、好ましくは４５０〜８００ｍｓｅｃ、さらに好ましくは５００〜７００ｍｓｅｃに設定される。

図４のフローチャートで示すように、コンデンサー１３を充電する電流、いいかえると走行用バッテリ１やプリチャージ抵抗６の電流でプリチャージの完了を検出する電源装置は、プリチャージタイマーでもって、電流を検出してプリチャージの完了を検出する時間帯を特定する。この電源装置は、プリチャージタイマーの設定時間内に、電流検出回路８で検出される走行用バッテリ１の電流が設定電流以下に低下しないと、プリチャージエラーとして、プリチャージ回路３のスイッチをオフに切り換えてプリチャージを中断する。プリチャージタイマーの設定時間内に、走行用バッテリ１の電流が設定電流よりも小さくなると、コンデンサー１３のプリチャージが完了されたとして、コンタクタ２をオンに切り換え、その後、プリチャージスイッチ７をオフに切り換える。

図２のフローチャートで示すように、１次側と２次側の電圧差でプリチャージの完了を検出する電源装置は、電圧検出回路９が１次側と２次側の電圧の検出を開始すると、プリチャージタイマーがカウントを開始する。走行用バッテリ１やプリチャージ抵抗６の電流でプリチャージの完了を検出する電源装置は、電流検出回路８が電流の検出を開始すると、プリチャージタイマーがカウントを開始する。

以上の電源装置は、図２または図４のフローチャートで、コンデンサー１３をプリチャージした後、コンタクタ２をオンに切り換えて、走行用バッテリ１から負荷１１に電力を供給できる状態とする。

電源装置は、図２のフローチャートにおいては、以下の工程でコンタクタ２をオンに切り換える。
［ｎ＝１のステップ］
このステップで、制御回路４は、コンデンサー１３のプリチャージを開始する。
［ｎ＝２のステップ］
このステップで、制御回路４は、マイナス側のコンタクタ２をオンに切り換える。このステップにおいて、プラス側のコンタクタ２はオフに保持される。
［ｎ＝３のステップ］
制御回路４は、プリチャージスイッチ７をオンに切り換える。この状態になると、走行用バッテリ１は、プリチャージ抵抗６を介してコンデンサー１３に接続される。プリチャージ抵抗６は、プリチャージ電流を制限しながら、走行用バッテリ１でコンデンサー１３のプリチャージを開始する。
［ｎ＝４、５のステップ］
プリチャージスイッチ７がオンに切り換えられて、コンデンサー１３のプリチャージが開始されると、スタートタイマーがカウントを開始する。
スタートタイマーがタイムアップして設定時間（この図では５０ｍｓｅｃ）経過すると、電流検出回路８はコンデンサー１３を充電する電流を検出し、検出電流を設定電流（図では１５Ａ）に比較する。
この電源装置は、スタートタイマーがタイムアップするタイミングにおいて、走行用バッテリ１またはプリチャージ抵抗６の電流が１５Ａよりも小さいと、負荷１１に過大な電流が流れていないと判定する。
［ｎ＝６、７のステップ］
検出電流が設定電流よりも大きいと、負荷１１に過大な電流が流れているプリチャージエラーと判定し、プリチャージスイッチ７をオフに切り換えて、プリチャージを停止する。プリチャージエラーになると、プリチャージを停止するので、コンタクタ２はオンに切り換えられない。
［ｎ＝８のステップ］
電流検出回路８の検出電流が設定電流（１５Ａ）よりも小さいと、中間タイマーがカウントを開始する。中間タイマーがタイムアップするまで、設定時間（この図では２５０ｍｓｅｃ）経過させる。
［ｎ＝９のステップ］
電圧検出回路９がコンタクタ２の１次側と２次側の電圧差を検出する。さらに、電圧検出回路９で検出された検出電圧差を設定電圧（２０Ｖ）に比較する。
［ｎ＝１０、１１のステップ］
検出電圧差が設定電圧（２０Ｖ）よりも低いと、コンデンサー１３のプリチャージが完了したと判定して、プラス側のコンタクタ２をオンに切り換えて、プリチャージを終了する。
［ｎ＝１２のステップ］
検出電圧差が設定電圧よりも高いと、プリチャージタイマーがカウントを開始し、このプリチャージタイマーがタイムアップするまで、ｎ＝９とｎ＝１２のステップをループし、この間に検出電圧が設定電圧よりも低下すると、プリチャージが完了したと判定して、プラス側のコンタクタ２をオンに切り換えて、プリチャージを終了する。
［ｎ＝１３、１４のステップ］
プリチャージタイマーがタイムアップしても検出電圧差が設定電圧よりも低くならず、プリチャージ時間がプリチャージタイマーの設定時間よりも長くなると、プリチャージエラーと判定して、プリチャージスイッチ７をオフに切り換えて、プリチャージを停止させる。

さらに、以上のステップの変形例として、ｎ＝５とｎ＝１２とを入れ替えて、適宜、設定値を変更して、電圧差の検出を先に行い、その後、電流値を検出することも可能である。

電源装置は、図４のフローチャートにおいては、以下の工程でコンタクタ２をオンに切り換える。
［ｎ＝１のステップ］
このステップで、制御回路４は、コンデンサー１３のプリチャージを開始する。
［ｎ＝２のステップ］
このステップで、制御回路４は、マイナス側のコンタクタ２をオンに切り換える。このステップにおいて、プラス側のコンタクタ２はオフに保持される。
［ｎ＝３のステップ］
制御回路４は、プリチャージスイッチ７をオンに切り換える。この状態になると、走行用バッテリ１は、プリチャージ抵抗６を介してコンデンサー１３に接続される。プリチャージ抵抗６は、プリチャージ電流を制限しながら、走行用バッテリ１でコンデンサー１３のプリチャージを開始する。
［ｎ＝４、５のステップ］
プリチャージスイッチ７がオンに切り換えられて、コンデンサー１３のプリチャージが開始されると、スタートタイマーがカウントを開始する。
スタートタイマーがタイムアップして設定時間（この図では５０ｍｓｅｃ）経過すると、電流検出回路８はコンデンサー１３を充電する電流を検出し、検出された第１検出電流を第１設定電流（図では１５Ａ）に比較する。
［ｎ＝６、７のステップ］
第１検出電流が第１設定電流よりも大きいと、負荷１１に過大な電流が流れているプリチャージエラーと判定し、プリチャージスイッチ７をオフに切り換えて、プリチャージを停止する。プリチャージエラーになると、プリチャージを停止するので、コンタクタ２はオンに切り換えられない。
［ｎ＝８のステップ］
電流検出回路８で検出された第１検出電流が第１設定電流（１５Ａ）よりも小さいと、中間タイマーがカウントを開始する。中間タイマーがタイムアップするまで、設定時間（この図では２５０ｍｓｅｃ）経過させる。
［ｎ＝９のステップ］
中間タイマーがタイムアップすると、電流検出回路８が、走行用バッテリ１の電流を検出し、電流検出回路８で検出された第２検出電流を第２設定電流（２Ａ）に比較する。
［ｎ＝１０、１１のステップ］
第２検出電流が第２設定電流（２Ａ）よりも低いと、コンデンサー１３のプリチャージが完了したと判定して、プラス側のコンタクタ２をオンに切り換えて、プリチャージを終了する。
［ｎ＝１２のステップ］
第２検出電流が第２設定電流よりも高いと、プリチャージタイマーがカウントを開始し、このプリチャージタイマーがタイムアップするまで、ｎ＝９とｎ＝１２のステップをループし、この間に第２検出電流が第２設定電流よりも低下すると、プリチャージが完了したと判定して、プラス側のコンタクタ２をオンに切り換えて、プリチャージを終了する。
［ｎ＝１３、１４のステップ］
プリチャージタイマーがタイムアップしても第２検出電流が第２設定電流よりも低くならず、プリチャージ時間がプリチャージタイマーの設定時間よりも長くなると、プリチャージエラーと判定して、プリチャージスイッチ７をオフに切り換えて、プリチャージを停止させる。

本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の回路図である。 本発明の一実施例にかかるコンタクタの切り換え方法を示すフローチャートである。 コンデンサーのプリチャージ電流の特性を示すグラフである。 本発明の他の実施例にかかるコンタクタの切り換え方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１…走行用バッテリ
２…コンタクタ ２Ａ…プラス側のコンタクタ ２ａ…第１の接点
２Ｂ…マイナス側のコンタクタ ２ｂ…第２の接点
３…プリチャージ回路
４…制御回路
５…二次電池
６…プリチャージ抵抗
７…プリチャージスイッチ
８…電流検出回路
９…電圧検出回路
１０…出力端子
１１…負荷
１２…モーター
１３…コンデンサー

Claims (12)

1. 走行用バッテリ(1)の出力側に接続されて、コンデンサー(13)を並列に接続している負荷(11)への電力供給を制御するコンタクタ(2)と、このコンタクタ(2)をオフからオンに切り換えるときに、負荷(11)のコンデンサー(13)のプリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗(6)とプリチャージスイッチ(7)とを有するプリチャージ回路(3)と、このプリチャージスイッチ(7)とコンタクタ(2)のオンオフを制御する制御回路(4)とを備え、プリチャージ回路(3)がコンデンサー(13)をプリチャージした後、コンタクタ(2)をオンに切り換えるようにしてなる車両用の電源装置であって、
   制御回路(4)が、プリチャージスイッチ(7)がオンに切り換えられてからカウントを開始するスタートタイマーと、このスタートタイマーがタイムアップする状態で、走行用バッテリ(1)に流れる電流を検出する電流検出回路(8)と、コンタクタ(2)の１次側と２次側との電圧差を検出する電圧検出回路(9)とを備え、
   制御回路(4)は、スタートタイマーがタイムアップする状態で、電流検出回路(8)で検出した走行用バッテリ(1)の電流を設定電流に比較し、その後、電圧検出回路(9)で検出したコンタクタ(2)の１次側と２次側との電圧差を設定電圧に比較し、走行用バッテリ(1)の電流が設定電流よりも小さく、かつ、電圧差が設定電圧よりも低い状態で、コンタクタ(2)をオンに切り換える車両用の電源装置。
2. 走行用バッテリ(1)の出力側に接続されて、コンデンサー(13)を並列に接続している負荷(11)への電力供給を制御するコンタクタ(2)と、このコンタクタ(2)をオフからオンに切り換えるときに、負荷(11)のコンデンサー(13)のプリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗(6)とプリチャージスイッチ(7)とを有するプリチャージ回路(3)と、このプリチャージスイッチ(7)とコンタクタ(2)のオンオフを制御する制御回路(4)とを備え、プリチャージ回路(3)がコンデンサー(13)をプリチャージした後、コンタクタ(2)をオンに切り換えるようにしてなる車両用の電源装置であって、
   制御回路(4)が、プリチャージスイッチ(7)がオンに切り換えられてからカウントを開始するスタートタイマーと、このスタートタイマーがタイムアップする状態で、コンタクタ(2)の１次側と２次側との電圧差を検出する電圧検出回路(9)と、走行用バッテリ(1)に流れる電流を検出する電流検出回路(8)とを備え、
   制御回路(4)は、スタートタイマーがタイムアップする状態で、電圧検出回路(9)で検出したコンタクタ(2)の１次側と２次側との電圧差を設定電圧に比較し、その後、電流検出回路(8)で検出した走行用バッテリ(1)の電流を設定電流に比較し、電圧差が設定電圧よりも低く、かつ、走行用バッテリ(1)の電流が設定電流よりも小さい状態でコンタクタ(2)をオンに切り換える車両用の電源装置。
3. 走行用バッテリ(1)の出力側に接続されて、コンデンサー(13)を並列に接続している負荷(11)への電力供給を制御するコンタクタ(2)と、このコンタクタ(2)をオフからオンに切り換えるときに、負荷(11)のコンデンサー(13)のプリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗(6)とプリチャージスイッチ(7)とを有するプリチャージ回路(3)と、このプリチャージスイッチ(7)とコンタクタ(2)のオンオフを制御する制御回路(4)とを備え、プリチャージ回路(3)がコンデンサー(13)をプリチャージした後、コンタクタ(2)をオンに切り換えるようにしてなる車両用の電源装置であって、
   制御回路(4)が、プリチャージスイッチ(7)がオンに切り換えられてからカウントを開始するスタートタイマーと、このスタートタイマーがタイムアップする状態で、走行用バッテリ(1)に流れる電流を検出する電流検出回路(8)とを備え、
   制御回路(4)は、スタートタイマーがタイムアップする状態で、電流検出回路(8)で検出した第１検出電流を第１設定電流に比較し、その後、電流検出回路(8)で検出した第２検出電流を、第１設定電流より小さい第２設定電流に比較し、第１検出電流が第１設定電流よりも小さく、かつ、第２検出電流が第２設定電流よりも小さい状態で、コンタクタ(2)をオンに切り換える車両用の電源装置。
4. 制御回路(4)が中間タイマーを備えており、この中間タイマーは、電流検出回路(8)で走行用バッテリ(1)の電流を検出して、電流が設定電流よりも小さいとカウントを開始し、この中間タイマーがタイムアップする状態で、電圧検出回路(9)が電圧差を検出して、設定電圧に比較する請求項１に記載される車両用の電源装置。
5. 制御回路(4)が中間タイマーを備えており、この中間タイマーは、電圧検出回路(9)が電圧差を検出して、電圧差が設定電圧よりも低いとカウントを開始し、この中間タイマーがタイムアップする状態で、電流検出回路(8)が走行用バッテリ(1)の電流を検出して、設定電流に比較する請求項２に記載される車両用の電源装置。
6. 制御回路(4)が中間タイマーを備えており、この中間タイマーは、電流検出回路(8)で検出された第１検出電流が第１設定電流よりも小さいとカウントを開始し、この中間タイマーがタイムアップする状態で、電流検出回路(8)が第２検出電流を検出して、第２設定電流に比較する請求項３に記載される車両用の電源装置。
7. 制御回路(4)がプリチャージタイマーを備えており、このプリチャージタイマーは、電圧検出回路(9)が電圧差を検出する時間を特定し、このプリチャージタイマーの設定時間に電圧検出回路(9)で検出される電圧差が設定電圧に低下しないと、プリチャージスイッチ(7)をオフに切り換えてプリチャージを中断する請求項１に記載される車両用の電源装置。
8. 制御回路(4)がプリチャージタイマーを備えており、このプリチャージタイマーは、電流検出回路(8)が走行用バッテリ(1)の電流を検出する時間を特定し、このプリチャージタイマーの設定時間に電流検出回路(8)で検出される走行用バッテリ(1)の電流が設定電流に低下しないと、プリチャージスイッチ(7)をオフに切り換えてプリチャージを中断する請求項２に記載される車両用の電源装置。
9. 制御回路(4)がプリチャージタイマーを備えており、このプリチャージタイマーは、電流検出回路(8)が走行用バッテリ(1)の第２検出電流を検出する時間を特定し、このプリチャージタイマーの設定時間に電流検出回路(8)で検出される走行用バッテリ(1)の第２検出電流が第２設定電流に低下しないと、プリチャージスイッチ(7)をオフに切り換えてプリチャージを中断する請求項３に記載される車両用の電源装置。
10. 走行用バッテリ(1)の出力側に接続されて、コンデンサー(13)を並列に接続している負荷(11)への電力供給を制御するコンタクタ(2)と、コンタクタ(2)をオフからオンに切り換えるときには、負荷(11)のコンデンサー(13)のプリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗(6)とプリチャージスイッチ(7)とを有するプリチャージ回路(3)と、このプリチャージスイッチ(7)とコンタクタ(2)のオンオフを制御する制御回路(4)とを備える電源装置のコンタクタ(2)を切り換える方法であって、プリチャージ回路(3)でもって、負荷(11)に並列に接続しているコンデンサー(13)をプリチャージした後、コンタクタ(2)をオンに切り換える車両用の電源装置のコンタクタの切り換え方法であって、
    プリチャージスイッチ(7)がオンに切り換えられるとスタートタイマーのカウントを開始させ、このスタートタイマーがタイムアップすると、走行用バッテリ(1)に流れる電流を検出し、その後、コンタクタ(2)の１次側と２次側との電圧差を検出し、
    スタートタイマーがタイムアップしてから、電流検出回路(8)で検出された走行用バッテリ(1)の電流を設定電流に比較し、その後さらに、電圧検出回路(9)で検出した電圧差を設定電圧に比較し、走行用バッテリ(1)の電流が設定電流よりも小さく、かつ、電圧差が設定電圧よりも低い状態において、コンタクタ(2)をオンに切り換える車両用の電源装置のコンタクタの切り換え方法。
11. 走行用バッテリ(1)の出力側に接続されて、コンデンサー(13)を並列に接続している負荷(11)への電力供給を制御するコンタクタ(2)と、コンタクタ(2)をオフからオンに切り換えるときには、負荷(11)のコンデンサー(13)のプリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗(6)とプリチャージスイッチ(7)とを有するプリチャージ回路(3)と、このプリチャージスイッチ(7)とコンタクタ(2)のオンオフを制御する制御回路(4)とを備える電源装置のコンタクタ(2)を切り換える方法であって、プリチャージ回路(3)でもって、負荷(11)に並列に接続しているコンデンサー(13)をプリチャージした後、コンタクタ(2)をオンに切り換える車両用の電源装置のコンタクタの切り換え方法であって、
    プリチャージスイッチ(7)がオンに切り換えられるとスタートタイマーのカウントを開始させ、このスタートタイマーがタイムアップすると、コンタクタ(2)の１次側と２次側との電圧差を検出し、その後、走行用バッテリ(1)に流れる電流を検出し、
    スタートタイマーがタイムアップしてから、電圧検出回路(9)で検出した電圧差を設定電圧に比較し、その後さらに、電流検出回路(8)で検出された走行用バッテリ(1)の電流を設定電流に比較し、電圧差が設定電圧よりも低く、かつ、走行用バッテリ(1)の電流が設定電流よりも小さい状態において、コンタクタ(2)をオンに切り換える車両用の電源装置のコンタクタの切り換え方法。
12. 走行用バッテリ(1)の出力側に接続されて、コンデンサー(13)を並列に接続している負荷(11)への電力供給を制御するコンタクタ(2)と、コンタクタ(2)をオフからオンに切り換えるときには、負荷(11)のコンデンサー(13)のプリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗(6)とプリチャージスイッチ(7)とを有するプリチャージ回路(3)と、このプリチャージスイッチ(7)とコンタクタ(2)のオンオフを制御する制御回路(4)とを備える電源装置のコンタクタ(2)を切り換える方法であって、プリチャージ回路(3)でもって、負荷(11)に並列に接続しているコンデンサー(13)をプリチャージした後、コンタクタ(2)をオンに切り換える車両用の電源装置のコンタクタの切り換え方法であって、
    プリチャージスイッチ(7)がオンに切り換えられるとスタートタイマーのカウントを開始させ、このスタートタイマーがタイムアップすると、走行用バッテリ(1)に流れる電流を検出しており、
    スタートタイマーがタイムアップしてから、電流検出回路(8)で検出された第１検出電流を第１設定電流に比較し、その後さらに、電流検出回路(8)で検出された第２検出電流を、第１設定電流より小さい第２設定電流に比較し、第１検出電流が第１設定電流よりも小さく、かつ、第２検出電流が第２設定電流よりも小さい状態において、コンタクタ(2)をオンに切り換える車両用の電源装置のコンタクタの切り換え方法。
    

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