JP4572168B2 - リレー接点の溶着の検出方法及び装置 - Google Patents
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Description
ハイブリッド電気自動車や電気自動車としての用途の場合、例えば200V以上の電圧であってしかも大電流を流すことができる直流電源を使用するため、保安などのために、この直流電源の正側及び負側のそれぞれの電源ラインにリレー接点を挿入し、直流電源を使用しないときには、インバータなどの負荷回路側から直流電源を完全に切り離すようにしている。また、モータ駆動などの用途では、負荷の変動が著しくそれに伴ってインバータなどの負荷回路への入力電圧が大きく変動するため、それを軽減するために、負荷回路の入力側において、電源ラインの正負間に、平滑用の大容量コンデンサが設けられている。
図1は、二次電池の複数のセルを直列接続して構成された組電池を直流電源として使用し、この直流電源からの正負の電源ラインにそれぞれリレーの接点が挿入された回路の一例を示している。
この回路は、組電池10からの電力をインバータ回路などの負荷回路16に供給するものであり、組電池10の正極から負荷回路16の一端に延びる電源ラインには、第1のメインリレー11の接点が挿入されており、第1のメインリレー11のオン(導通)/オフ(遮断)制御によって、組電池10と負荷回路16の一端との電気的接続が制御できるようになっている。同様に、組電池10の負極から負荷回路16の他端に延びる電源ラインには、第2のメインリレー12の接点が挿入されている。負荷回路16には、大容量のコンデンサ15が並列に設けられている。ここでコンデンサ15を設けたことにより、メインリレー11,12の接点をいずれも遮断状態から導通状態にしたときのコンデンサ15への大きな突入電流によってこれらメインリレー11,12の接点が溶着すなわち固着するおそれがある。そのような溶着が発生するとそのリレー接点は2度と遮断状態には遷移しないこととなり、リレーとしての機能が失われる。もちろん、負荷回路16自体の電気的特性によっては、特にコンデンサ15を設けていない場合であっても、リレーの接点を溶着させるような大きな突入電流が流れることがある。
そこで、メインリレー11の接点と並列に、抵抗14とプリチャージリレー13の接点とからなる直列回路を設け、リレーの接点の溶着を防止できるようにしている。すなわち、遮断状態から負荷回路16に電力を供給する場合には、まず、負側の第2のメインリレー12をオン状態にし、次に、プリチャージリレー13をオン状態にする。その結果、コンデンサ15への充電電流は抵抗14を介して流れることとなり、コンデンサ15は徐々に充電される。その後、正側の第1のメインリレー11をオン状態とし、それに引き続いてプリチャージリレー13をオフ状態とすることにより、大きな突入電流の発生なしに第1及び第2のメインリレー11,12を介して組電池10から負荷回路16に電力が供給されるようになる。
しかしながら、プリチャージリレーを設けたとしても、依然としてメインリレーの接点の溶着が起こる可能性が残っている。これは、メインリレーを正負の両側に設けることの理由のひとつでもある。そこで、メインリレーにおける接点に溶着が起きたことを検出することが必要となる。
日本国特許公開:特開2000−270561号公報は、負荷回路としてインバータ回路を使用する場合に、正側、負側のメインリレーをともにオフに制御したときにインバータの出力電流がある一定時間の後にゼロに収束するか否かを検出することにより、メインリレーの溶着を検出することを開示している。一定時間の後にゼロに収束しない場合は、メインリレーをオフに制御したはずなのに直流電源側から電力が供給されている場合なので、メインリレーの接点の溶着が起きた判断する。しかしながらこの方法の場合は、両方のメインリレーの接点で溶着が起きていないと溶着と判断できず、いずれか一方で溶着がおきたことを検出することができない。
日本国特許公開:特開平6−233401号公報は、その可動部の状態を検出する機構を有するリレーをメインリレーとして使用し、リレーを導通状態に制御していていないにもかかわらずリレーの可動部が導通状態に対応する位置にあるときには、溶着などの異常があったと検出することを開示している。しかしながらこの方法の場合には、可動部の状態を検出するための特別の機構をメインリレーに設ける必要があるので、汎用性に欠けるとともに、その特別の機構自体の信頼性に十分に注意を払わなければならない。
日本国特許公開:特開2000−78851号公報は、図1に示した回路と同様の回路においてコンデンサを強制的に放電させるためのリレーすなわち放電リレーを設けた場合に、この放電リレーの接点の溶着を防ぐために、放電リレーの接点に抵抗を直列に挿入することを開示している。しかしながら、リレー接点に対して直列に抵抗を挿入する方法は、直流電源と負荷回路との間に接点が直接挿入されることとなる上述したメインリレーにおいては、事実上、適用できないものである。
日本国特許公開:特開2000−173428号公報は、一方のメインリレーの接点の直流電源側と他方のメインリレーの接点の負荷回路側との間に接続した発光素子を含むフォトカプラを用いる第1の溶着検出回路と、同様に、他方のメインリレーの接点の直流電源側と一方のメインリレーの接点の負荷回路側との間に接続した発光素子を含むフォトカプラを用いる第2の溶着検出回路とを設け、これらの溶着検出回路を使用することによって、メインリレーの接点における溶着を独立に検出できる構成を記載している。しかしながらこの構成は、200V以上ともなる直流電源に直接接続する溶着検出回路を2系統も設ける必要があり、装置全体としてのコスト高の要因ともなっている。
現状では、直流電源からの正側の電源ラインと負側の電源ラインのそれぞれにメインリレーの接点が挿入されているシステムにおいて、少なくとも一方のメインリレー接点の溶着が起きた場合に、付加的な検出回路や特別なリレーを用いることなく、正側及び負側のいずれの接点の溶着であるかを独立して検出できる手法は確立されていない。
本発明の別の目的は、コスト増をもたらすことなく、正側と負側のそれぞれのメインリレーの接点の溶着をいずれの接点の溶着であるかを独立して検出できる装置を提供することにある。
本発明の第1の目的は、第1及び第2の端子を有する直流電源と、第1及び第2の端子に接続して直流電源から電力の供給を受ける負荷回路と、第1の端子と負荷回路の一端との間に接点が挿入された第1のメインリレーと、第2の端子と負荷回路の他端との間に接点が挿入された第2のメインリレーと、第1のメインリレーの接点に対して並列に設けられ、抵抗と接点との直列回路からなるプリチャージリレーと、を有する回路におけるリレー接点の溶着を検出する方法であって、第1及び第2のメインリレーがオンに制御され、プリチャージリレーがオフに制御されている通常の動作状態から、第1及び第2のメインリレーならびにプリチャージリレーがオフに制御される休止状態に移行する際に、負荷回路の両端の電圧を測定しつつ第1及び第2のメインリレーならびにプリチャージリレーに対するシーケンス制御を行って、リレー接点の溶着を個別に検出する方法によって達成される。
本発明の第2の目的は、第1及び第2の端子を有する直流電源と、第1及び第2の端子に接続して直流電源から電力の供給を受ける負荷回路と、第1の端子と負荷回路の一端との間に接点が挿入された第1のメインリレーと、第2の端子と負荷回路の他端との間に接点が挿入された第2のメインリレーと、第1のメインリレーの接点に対して並列に設けられ、抵抗と接点との直列回路からなるプリチャージリレーと、を有する回路におけるリレー接点の溶着を検出する装置であって、負荷回路の両端の電圧を検出する電圧検出手段と、第1及び第2のメインリレーがオンに制御されプリチャージリレーがオフに制御されている通常の動作状態から、第1及び第2のメインリレーならびにプリチャージリレーがオフに制御される休止状態への移行の指示が入力する指示入力手段と、指示が入力したときに、第1及び第2のメインリレーならびにプリチャージリレーに対するシーケンス制御を行い、シーケンス制御の進行に伴う電圧検出手段によって検出された電圧の変化から、リレー接点の溶着を個別に検出する制御手段と、を有する装置によって達成される。
本発明において、典型的には、上述した回路には、負荷回路の両端を接続するコンデンサが設けられている。
本発明で用いるシーケンス制御としては、各種のものが考えられる。しかしながら、ステップ数が少なくてかつ第1及び第2のメインリレーの接点の溶着を独立して確実に検出できること、接点が正常と判断された場合には休止状態において各リレーの接点が遮断状態であることを保証できることが望ましいこと、などを考慮すると、シーケンス制御は、第1のメインリレーをオフに制御する第1の段階と、第1の段階ののちプリチャージリレーをオンに制御する第2の段階と、第2の段階ののち第2のメインリレーをオフに制御する第3の段階と、第3の段階ののちプリチャージリレーをオフに制御して休止状態に移行する第4の段階と、を有するものであることが好ましい。ここで、第1の段階において負荷回路の両端の電圧が低下しなければ第1のメインリレーの接点が溶着していると判断でき、第3の段階において負荷回路の両端の電圧が低下しなければ第2のメインリレーの接点が溶着していると判断できる。このように本発明によれば、特殊な機構を有するリレーを使用したりあるいは付加的な検出回路を設けたりすることなく、通常の動作状態から休止状態に移行する際に各リレーに対してシーケンス制御を行うことによって、直流電源の正側と負側のそれぞれのメインリレーの接点における溶着を、いずれの接点の溶着であるかを独立して確実に検出できる。
図2は、本発明に基づくリレー接点の溶着を検出する方法が適用される回路の一例を示す図である。
図3は、本発明の実施の一形態に基づくリレー接点の溶着を検出する方法での処理をタイムシーケンスとして示す図である。
図4は、制御回路の動作を示すフローチャートである。
電気自動車あるいはハイブリッド電気自動車であれば、各リレー11〜13やインバータ回路である負荷回路16を制御する制御回路21が設けられ、イグニッションキースイッチ23がこの制御回路21に接続するのは、当業者には自明の構成である。同様に、インバータ回路(負荷回路16)にはその入力電圧を測定する測定回路が設けられているから、電圧制御部22としてはその測定回路を用いることができる。結局、図2に示した回路の構成自体は、車載用の回路として一般的なものである。むしろ以下に説明するように本発明は、このような一般的な回路を用いつつ、リレーに対するソフトウェア制御による制御シーケンスによって、各メインリレー11,12の接点における溶着を独立に検出しようとすることを特微とするものである。
次に、図2に示した回路におけるリレー接点溶着の検出の過程について説明する。上述したように、本実施形態では、特別の検出回路や特殊構造のリレーを用いることなく、各リレー11〜13に対するオン/オフ制御のシーケンスを工夫することによって、第1及び第2のメインリレー11,12における接点の溶着を独立して検出できるようにしている。図3は、ここでの溶着検出のためのシーケンスを示している。
本実施形態では、通常の動作状態から休止状態に遷移するときに、制御回路21が各リレー11〜13に対するオン/オフ制御のシーケンス制御を行って、各リレー11〜13における接点の溶着を検出する。通常の動作状態とは、例えば電気自動車やハイブリッド自動車用の回路であれば、モータの駆動のために組電池10から負荷回路16に対して電力を供給している状態のことである。また、休止状態とは、負荷回路16への電力の供給が停止された状態のことである。
通常の動作状態にあるときには、図3のフェーズ1に示すように、第1のメインリレー11と第2のメインリレー12の接点がいずれもオン(導通状態)に制御されており、プリチャージリレー13の接点はオフ(遮断状態)に制御されている。このとき、コンデンサ15は、組電池10の電圧にまで充電されている。ここで車両のイグニッションキーがオフにされると、そのことがイグニッションキースイッチ23によって検出されて制御回路21に通知され、制御回路21は、溶着の検出と休止状態への移行とのためのシーケンスを開始する。まず、フェーズ2において、正側の第1のメインリレー11の接点をオフに制御する。各リレーの接点が正常であれば、コンデンサ15に充電されている電荷は負荷回路16を介して放電することになり、コンデンサ15の両端の電圧は、ゼロに向かって低下する。ここで電圧測定部22で測定されるコンデンサ15の両端の電圧が低下しなければ、コンデンサ15には組電池10から引き続き電力が供給されていることとなり、第1のメインリレー11かプリチャージリレー13の少なくとも一方のリレーの接点が溶着して固着していると判断することができる。抵抗14によってプリチャージリレー13の接点に流れる電流は制限されるので、抵抗14の値を適切に選択することにより、プリチャージリレー13の接点の溶着による故障率を実質的にゼロとすることが可能であり、そのような場合には、第1のメインリレー11の接点が溶着している、と確実に判断することができる。また、第1のメインリレー11が溶着している場合のコンデンサ15の両端の電圧は、ほぼ組電池10の端子間電圧であるのに対し、第1のメインリレー11の接点は正常でプリチャージリレー13の接点が溶着している場合のコンデンサ15の両端の電圧は、抵抗14と負荷回路16とから構成される分圧回路によって組電池10の端子間電圧を分圧した値となる。したがって、抵抗14の値によっては、コンデンサ15の両端の電圧がどの値に収束するかを検出することによって、第1のメインリレー11とプリチャージリレー13との間で、接点の溶着の事象の切り分けを行うこともできる。
以上のようなフェーズ2に引き続くフェーズ3では、プリチャージリレー13の接点をオンに制御する。その結果、第2のメインリレー12はまだオン状態のままなので、プリチャージリレー13を介してコンデンサ15は充電され、コンデンサ15の両端の電圧が上昇する。その後、フェーズ4において、負側の第2のメインリレー12の接点をオフに制御する。各リレーの接点が正常であれば、コンデンサ15に充電されている電荷は負荷回路16を介して放電することになり、コンデンサ15の両端の電圧は、ゼロに向かって低下する。ここで電圧測定部22で測定されるコンデンサ15の両端の電圧が低下しなければ、コンデンサ15には組電池10から引き続き電力が供給されていることとなり、第2のメインリレー12の接点が溶着して固着していると判断することができる。その後、プリチャージリレー13をオフに制御することにより、休止状態であるフェーズ5に移行する。この場合、制御回路21自体の自己シャットダウン機能により、フェーズ5への移行後、補助電源から制御回路21への電力の供給を停止するようにすることもできる。
以上、本実施形態におけるリレー接点の溶着の検出のためのシーケンスを説明したが、このシーケンスでは、特殊な構造のリレーを使用したり、検出回路を実質的に付加したりすることなく、第1のメインリレー11と第2のメインリレー12における接点の溶着を独立して確実に検出することができる。また、このシーケンスを通じて接点が正常であると判断された場合には、フェーズ5の休止状態の期間において全てのリレー11〜13の接点について、それらの接点の全部が遮断状態にあって非溶着状態にあることが保証されるので、回路の保安性がさらに高まる。
次に、休止状態からの通常の動作状態への移行について説明する。イグニッションキーがオンにされると、車載回路における一般的な構成にしたがって、補助電源から制御回路21に電力が供給されて制御回路21は起動し、まず、フェーズ6として、第2のメインリレー12とプリチャージリレー13とをオンに制御し、コンデンサ15へのプリチャージを開始する。所定の時間が経過してコンデンサ15が充電されたら、次に、通常の動作状態に移行するために、フェーズ7において第1のメインリレー11もオンに制御し、その後、プリチャージリレー13をオフに制御して、通常の動作状態(フェーズ1)に完全に移行する。
次に、接点の溶着の検出のために制御回路21が行う処理の詳細について、図4のフローチャートを用いて説明する。
通常の動作状態として、第1及び第2のメインリレー11,12がオンに制御され、プリチャージリレー13はオフに制御されている。これが以下に説明する処理に対する初期状態となる。
まず、ステップ51では、イグニッションキーがオフかどうかを判定してオフになるまで待ち合わせ、オフになった場合には、ステップ52において、第1のメインリレー11をオフに制御する。そして、ステップ53において、電圧測定部22で測定される電圧が低下するか否かを判定し、低下した場合にはそのままステップ55に移行し、低下しなかった場合には、ステップ54において、第1のメインリレー11(またはプリチャージリレー13)の接点の溶着と判断して、警報を出力する。ステップ55では、プリチャージリレー55をオンに制御し、所定の時間の経過などによりコンデンサ15が充電されたら、ステップ56において、第2のメインリレー12をオフに制御する。そして、ステップ57において、電圧測定部22で測定される電圧が低下するか否かを判定し、低下した場合にはそのままステップ59に移行し、低下しなかった場合には、ステップ58において、第2のメインリレー12の接点の溶着と判断して、警報を出力する。また、制御回路21内の不揮発性メモリ領域内にエラーコードを記録する。ステップ59では、プリチャージリレー59をオフに制御して、休止状態に移行させる。
ステップ54,58における警報の出力には、例えば、運転者に対する表示や、制御回路21内の不揮発性メモリ領域内へのエラーコードの記録が含まれる。不揮発的メモリ領域にエラーコードが記録された場合、次回の始動時、例えば次にイグニッションキーがオンにされたときなどに、改めて、運転者等に対して警報が表示される。
Claims (5)
- 第1及び第2の端子を有する直流電源と、前記第1及び第2の端子に接続して前記直流電源から電力の供給を受ける負荷回路と、前記負荷回路の両端を接続するコンデンサと、前記第1の端子と前記負荷回路の一端との間に接点が挿入された第1のメインリレーと、前記第2の端子と前記負荷回路の他端との間に接点が挿入された第2のメインリレーと、前記第1のメインリレーの接点に対して並列に設けられ、抵抗と接点との直列回路からなるプリチャージリレーと、を有する回路におけるリレー接点の溶着を検出する方法であって、
前記第1及び第2のメインリレーがオンに制御され、前記プリチャージリレーがオフに制御されている通常の動作状態から、前記第1及び第2のメインリレーならびに前記プリチャージリレーがオフに制御される休止状態に移行する際に、前記負荷回路の両端の電圧を測定しつつ前記第1及び第2のメインリレーならびに前記プリチャージリレーに対するシーケンス制御を行い、
前記シーケンス制御は、前記第1のメインリレーをオフに制御する第1の段階と、前記第1の段階ののち前記プリチャージリレーをオンに制御して前記コンデンサへ充電を行う第2の段階と、前記第2の段階ののち前記第2のメインリレーをオフに制御する第3の段階と、前記第3の段階ののち前記プリチャージリレーをオフに制御して前記休止状態に移行する第4の段階と、を有し、
前記第1の段階において前記負荷回路の両端の電圧が低下しなければ前記第1のメインリレーの接点が溶着していると判断し、前記第3の段階において前記負荷回路の両端の電圧が低下しなければ前記第2のメインリレーの接点が溶着していると判断する、リレー接点の溶着を個別に検出する方法。 - 前記回路は、イグニッションキースイッチを有する車両に設けられており、前記イグニッションキースイッチがオフにされたことを検出したときに前記シーケンス制御が開始される、請求項1に記載の方法。
- 前記回路は、イグニッションキースイッチを有する車両に設けられており、前記イグニッションキースイッチがオフにされたことを検出したときに前記シーケンス制御が開始される、請求項1に記載の方法。
- 前記直流電源は組電池である、請求項1に記載の方法。
- 第1及び第2の端子を有する直流電源と、前記第1及び第2の端子に接続して前記直流電源から電力の供給を受ける負荷回路と、前記負荷回路の両端を接続するコンデンサと、前記第1の端子と前記負荷回路の一端との間に接点が挿入された第1のメインリレーと、前記第2の端子と前記負荷回路の他端との間に接点が挿入された第2のメインリレーと、前記第1のメインリレーの接点に対して並列に設けられ、抵抗と接点との直列回路からなるプリチャージリレーと、を有する回路におけるリレー接点の溶着を検出する装置であって、
前記負荷回路の両端の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記第1及び第2のメインリレーがオンに制御され前記プリチャージリレーがオフに制御されている通常の動作状態から、前記第1及び第2のメインリレーならびに前記プリチャージリレーがオフに制御される休止状態への移行の指示が入力する指示入力手段と、
前記指示が入力したときに、前記第1及び第2のメインリレーならびに前記プリチャージリレーに対するシーケンス制御を行い、前記シーケンス制御の進行に伴う前記電圧検出手段によって検出された電圧の変化から、リレー接点の溶着を個別に検出する制御手段と、
を有し、
前記シーケンス制御は、前記第1のメインリレーをオフに制御する第1の段階と、前記第1の段階ののち前記プリチャージリレーをオンに制御して前記コンデンサに充電を行う第2の段階と、前記第2の段階ののち前記第2のメインリレーをオフに制御する第3の段階と、前記第3の段階ののち前記プリチャージリレーをオフに制御して前記休止状態に移行する第4の段階と、を有し、
前記制御手段は、前記第1の段階において前記負荷回路の両端の電圧が低下しなければ前記第1のメインリレーの接点が溶着していると判断して警報を出力し、前記第3の段階において前記負荷回路の両端の電圧が低下しなければ前記第2のメインリレーの接点が溶着していると判断して警報を出力する、装置。
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