JP5092843B2 - プリチャージ回路装置、電源回路装置、電気装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリチャージ回路装置に関する。また、本発明は、例えばプリチャージ回路を備える電源回路に関する。また、本発明は、例えばプリチャージ回路を有した電源回路を備える電気装置に関する。

走行用バッテリを電源として走行する電気自動車は、走行用バッテリと走行用モータとを接続する電源回路装置を備えている。この種の走行用電源回路装置は、走行用バッテリの電流を電源回路装置内に通電するとともに当該通電を解除可能なスイッチと、走行用モータへの通電を制御するスイッチング部である半導体スイッチング素子とを備えている。また、走行用電源回路は、スイッチング素子へ流れる瞬時電流をまかなうために、平滑コンデンサを備えている。

平滑コンデンサを備える走行用電源回路では、平滑コンデンサを充電する必要がある。しかしながら、単に平滑コンデンサに充電するためにスイッチを接続すると、平滑コンデンサと走行用バッテリとの間で電位の差が大きいときにはスイッチに大電流が流れる。

スイッチに大電流が流れることによって、当該スイッチの接点が焼き付いてしまう虞がある。つまり、スイッチの接点が熱によって溶けてしまい、溶着されてしまう虞がある。

このような不具合を防止するために、走行電源回路内には、プリチャージ回路を組み込むことが提案されている。つまり、スイッチと平滑コンデンサと半導体スイッチング素子とを備えるメイン回路に、プリチャージ回路が組み込まれる。

この種のプリチャージ回路は、プリチャージ回路内へ電流を流すとともに通電可能状態を解除する１つのスイッチと、１つの抵抗素子とを備えている。この、スイッチと抵抗素子とは、互いに直列に接続されている。そして、プリチャージ回路は、メイン回路のスイッチに対して並列になるように接続されている。

メイン回路のスイッチがオフされている状態において、プリチャージ回路のスイッチがオンされると、プリチャージ回路を介して、平滑コンデンサに電流が流れる。

上記のように、プリチャージ回路内を通って平滑コンデンサに電流が流れる場合には、プリチャージ回路内の抵抗素子によって、平滑コンデンサに大電流が流れることが抑制される。このため、プリチャージ回路のスイッチも溶着することが抑制されるとともに、メイン回路のスイッチを用いないので、当該メイン回路のスイッチが溶着することも抑制される（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００８−２２６７５

しかしながら、特許文献１に開示されるプリチャージ回路では、１つのスイッチと、１つの抵抗素子とが直列接続されている。このため、抵抗素子が断線してしまうと、プリチャージ回路を介して平滑コンデンサに電流が流れなくなってしまう。

プリチャージ回路を介して平滑コンデンサを充電できなくなると、当該プリチャージ回路が搭載される装置、例えば電気自動車が走行できなくなってしまうので、好ましくない。

したがって、本発明の目的は、プリチャージ回路の安全率を向上させ、プリチャージ回路が用いられる電気装置が駆動不能となることを抑制することである。

本発明のプリチャージ回路装置は、電源と当該電源によって駆動される駆動装置とを電気的に接続するメイン回路に設けられるプリチャージスイッチと抵抗部と、制御部とを備える。前記メイン回路は、前記電源によって充電される充電部と、前記電源と前記充電部との間に介装されて前記電源と前記充電部とを電気的に接続するとともに当該電気的接続を解除可能なスイッチとを備える。前記プリチャージスイッチと抵抗部とは、前記スイッチに並行に設けられる。前記プリチャージスイッチと前記抵抗部とは直列に接続される。前記抵抗部は、並列に接続される複数の抵抗素子を備える。前記制御部は、前記プリチャージスイッチの駆動を制御するとともにプリチャージ時間を測定し、前記プリチャージ時間に基づいて故障した抵抗素子があることを判定する。

この構造によれば、複数の抵抗素子を備え、これら複数の抵抗素子が並列に接続されるので、いずれか一つが断線しても、断線していない他方を利用して電流を流すことができる。

本発明の電源回路装置は、電源と当該電源によって駆動される駆動装置とを電気的に接続する。電源装置回路は、前記電源と前記駆動装置とを電気的に接続するメイン回路と、制御部とを備える。前記メイン回路は、前記電源によって充電される充電部と、前記電源と前記充電部との間に介装されて前記電源と前記充電部とを電気的に接続するとともに当該電気的接続を解除可能なスイッチとを備える。前記メイン回路は、前記スイッチに並列に接続されるプリチャージ回路を備える。前記プリチャージ回路は、プリチャージスイッチと抵抗部とを備える。前記プリチャージスイッチと前記抵抗部とは直列に接続される。前記抵抗部は、並列に接続される複数の抵抗素子を備える。前記制御部は、前記プリチャージスイッチの駆動を制御するとともにプリチャージ時間を測定し、前記プリチャージ時間に基づいて故障した抵抗素子があることを判定する。

この構造によれば、プリチャージ回路を用いて充電部を充電する場合、プリチャージ回路が複数の抵抗素子を備えるとともにこれら複数の抵抗素子が並列に接続されるので、いずれか一つの抵抗素子が断線しも、断線していない他方の抵抗素子を利用して、充電部を充電することができる。

本発明の電気装置は、電源と、前記電源に電気的に接続されるとともに前記電源によって駆動される駆動装置と、故障を警報する警報装置と、前記電源と前記駆動装置とを電気的に接続するメイン回路と、制御部とを備える。前記メイン回路は、前記電源によって充電される充電部と、前記電源と前記充電部との間に介装されて前記電源と前記充電部とを電気的に接続するとともに当該電気的接続を解除可能なスイッチとを備える。前記メイン回路は、前記スイッチに並列に接続されるプリチャージ回路を備える。前記プリチャージ回路は、プリチャージスイッチと抵抗部とを備える。前記プリチャージスイッチと前記抵抗部とは直列に接続される。前記抵抗部は、並列に接続される複数の抵抗素子を備える。前記制御部は、前記プリチャージスイッチの駆動を制御するとともにプリチャージ時間を測定し、前記プリチャージ時間に基づいて故障した抵抗素子があることを判定する。前記警報装置は、前記複数の抵抗素子のうちいずれいか一つが断線すると駆動する。

この構造によれば、プリチャージ回路を用いて充電部を充電する場合、プリチャージ回路が複数の抵抗素子を備えるとともにこれら複数の抵抗素子が並列に接続されるので、いずれか一つの抵抗素子が断線しも、断線していない他方の抵抗素子を利用して、充電部を充電することができる。また、複数の抵抗素子のうちいずれか一つが断線すると、警報装置が駆動することによって、複数の抵抗素子のうちいずれか一つが断線したこと認識できる。

本発明では、プリチャージ回路が用いられる電気装置が駆動不能となることが抑制される。

本発明の一実施例に関する電気装置を、電気自動車を一例に、図１を用いて説明する。図１は、電気自動車１０を概略的に示す概略図である。図１に示すように、電気自動車１０は、一対の前輪１１と、一対の後輪１２と、バッテリ１３と、モータ１４と、電源回路装置２０とを備えている。バッテリ１３は、本発明で言う電源の一例である。モータ１４は、本発明で言う駆動装置の一例である。

一対の後輪１２は、リアディファレンシャル１５を介して、モータ１４に接続されている。後輪１２は、モータ１４の回転を受けて、回転駆動する。モータ１４は、一例として、三相モータが用いられている。

電源回路装置２０は、バッテリ１３とモータ１４とを互いに電気的に接続しており、バッテリ１３の電力をモータ１４に伝達する。電源回路装置２０は、メイン回路３０と、制御部５０とを備えている。メイン回路３０は、本発明で言うメイン回路の一例である。

メイン回路３０は、第１のメインスイッチ３１と、第２のメインスイッチ３２と、平滑コンデンサ３３と、モータ１４に供給される電流を制御するスイッチング部３４と、電圧センサ３５と、プリチャージ回路４０となどを備えている。

スイッチング部３４は、三相のモータ１４に合わせて、例えば、半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３６を、２つ直列に並べて形成される回路を３列並列に接続した構造を有している。各ＩＧＢＴ３６は、ドライバ３７に接続されており、当該ドライバ３７によって制御される。

スイッチング部３４は、メイン回路３０のメイン通電路３８（メイン回路３０を構成する各要素を接続する電線）を介してバッテリ１３に直列に接続されている。バッテリ１３の電力は、スイッチング部３４を介してモータ１４に供給される。

第１のメインスイッチ３１は、メイン通電路３８において、スイッチング部３４よりも上流（バッテリ１３のプラス側）に設けられている。第１のメインスイッチ３１は、リレースイッチである。第１のメインスイッチ３１は、メイン通電路３８に形成される一対の接点３８ａ，３８ｂと、接点３８ａ，３８ｂを電気的に接続しかつ当該電気的接続を解除可能な接続部３１ａと、接続部３１ａを駆動する（接点３８ａ，３８ｂを、互いに接続する位置と、当該接続を解除する位置との間で変位させる）駆動部３１ｂとを備えている。メイン通電路３８において接点３８ａ，３８ｂとの間は、電気的に接続されていない。第１のスイッチ３１は、本発明で言うスイッチの一例である。

第２のメインスイッチ３２は、メイン通電路３８おいて、スイッチング部３４よりも下流（バッテリ１３のマイナス側）に設けられている。第２のメインスイッチ３２は、リレースイッチである。第２のメインスイッチ３２は、メイン通電路３８に形成される一対の接点３８ｃ，３８ｄと、接点３８ｃ，３８ｄを電気的に接続しかつ当該電気的接続を解除可能な接続部３２ａと、接続部３２ａを駆動する（接点３８ｃ，３８ｄを、接続する位置と、当該接続を解除する位置との間で変位させる）駆動部３２ｂとを備えている。メイン通電路３８において接点３８ｃ，３８ｄとの間は、電気的に接続されていない。

平滑コンデンサ３３は、メイン通電路３８において第１のメインスイッチ３１とスイッチング部３４との間と、メイン通電路３８において第２のメインスイッチ３２とスイッチング部３４との間に設けられており、スイッチング部３４に対して並列に設けられている。平滑コンデンサ３３は、スイッチング部３４へ電流が供給される際の電流をまかなうために設けられている。平滑コンデンサ３３は、本発明で言う充電部の一例である。

電圧センサ３５は、平滑コンデンサ３３の近傍に設けられている。電圧センサ３５は、平滑コンデンサ３３の電圧を検出する。

第１のスイッチ３１には、プリチャージ回路４０が設けられている。プリチャージ回路４０は、本発明で言うプリチャージ回路およびプリチャージ回路装置の一例である。

プリチャージ回路４０は、第１のメインスイッチ３１と並列になるようにメイン通電路３８に接続されている。プリチャージ回路４０は、プリチャージスイッチ４１と、抵抗部４２とを備えている。プリチャージスイッチ４１と、抵抗部４２とは、プリチャージ回路４０を構成するプリチャージ通電路４３中に、直列に接続されている。

プリチャージスイッチ４１は、リレースイッチである。プリチャージスイッチ４１は、プリチャージ通電路４３に形成される一対の接点４３ａ，４３ｂと、接点４３ａ，４３ｂを電気的に接続しかつ当該電気的接続を解除可能な接続部４１ａと、接続部４１ａを駆動する（接点４３ａ，４３ｂを、互いに接続する位置と、当該接続を解除する位置との間で変位させる）駆動部４１ｂとを備えている。プリチャージ通電路４３において接点４３ａ，４３ｂとの間は、電気的に接続されていない。

抵抗部４２は、一対の抵抗素子４２ａ，４２ｂを備えている。抵抗素子４２ａ，４２ｂは、互いに並列に接続されている。抵抗素子は、同じ抵抗値を有している。本実施形態では、抵抗素子４２ａ，４２ｂは、互いに同じものである。

制御部５０は、スイッチング部３４のドライバ３７と、第１，２のメインスイッチ３１，３２の駆動部３１ｂ，３２ｂと、プリチャージスイッチ４１の駆動部４１ｂと、電圧センサ３５とが接続されている。制御部５０は、ドライバ３７と、駆動部３１ｂ，３２ｂ，４１ｂとを制御する。

また、制御部５０は、アクセルセンサ６０と、イグニッションスイッチ６１と、インジケータ６２とに接続されている。アクセルセンサ６０は、運転者によるアクセルペダル６４の操作情報（踏み込み量や踏み込み速さなど）を検出し、当該情報を制御部５０に送信する。イグニッションスイッチ６１は、当該イグニッションスイッチ６１が操作されることによって、電気自動車１０が駆動可能（モータ３が走行可能な状態、または、電気自動車１０に搭載されるオーディオやエアコンなどが駆動可能となる状態）な状態となる。イグニッションスイッチ６１の操作情報は、制御部５０に送信される。インジケータ６２は、故障を乗員に知らせる、本発明で言う警報装置の一例である。

制御部５０は、アクセルセンサ６０から情報、イグニッションスイッチ６１からの情報に基づいて、第１，２のメインスイッチ３１，３２の駆動部３１ｂ，３２ｂと、プリチャージスイッチ４１の駆動部４１ｂと、スイッチング部３４のドライバ３７などを制御する。

また、制御部５０は、電圧センサ３５の検出結果に基づいて、平滑コンデンサ３３がモータ１４の駆動開始の際に必要な分充電されたか否かを判定する。また、モータ１４の駆動開始に必要とされる分充電されるまでの時間を検出する。

なお、制御部５０は、電源回路用に用意されることに限定されない。例えば、制御部５０は、電気自動車１０にもともと搭載される制御部、例えば電気自動車１０に搭載されるオーディオやエアコンなどの電子機器の制御に用いたりもしくは電気自動車１０の走行を制御する制御部が用いられてもよい。

つぎに、電気自動車１０の動作を説明する。運転者がイグニッションスイッチ６１を操作して、モータ１４を駆動させる際、制御部５０は、プリチャージスイッチ４１の駆動部４１ｂと、第２のメインスイッチ３２の駆動部３２ｂとを駆動させて、各々の接続部４１ａ，３２ａによって接点４３ａ,４３ｂを電気的に接続するとともに、接点３８ｃ，３８ｄを電気的に接続する。第１のメインスイッチ３１の駆動部３１ｂは駆動されないので、接点３８ａ，３８ｂは電気的に接続されない。このことによって、プリチャージ回路４０を介して平滑コンデンサ３３が充電される。このとき、プリチャージ回路４０内を流れる電流は、並列に接続された抵抗素子４２ａ，４２ｂを通る。

平滑コンデンサ３３がモータ１４の駆動開始に足りる分十分充電されたと制御部５０によって判断されると、プリチャージ回路４０のプリチャージスイッチ４１の駆動部４１ｂが駆動されて、接点４３ａ，４３ｂの電気的接続が解除されるとともに、第１のメインスイッチ３１の駆動部３１ｂが駆動されて、接点３８ａ，３８ｂが電気的に接続される。

ついで、プリチャージ回路４０の抵抗素子４２ａ，４２ｂのうちいずれか一方が断線した場合を説明する。一例として、抵抗素子４２ａが断線したとする。この場合、平滑コンデンサ３３を充電する際にプリチャージ回路４０内を流れる電流は、抵抗素子４２ｂのみを通り、平滑コンデンサ３３に導かれる。

このため、平滑コンデンサ３３が充電される時間は、抵抗素子４２ａが断線する前に比べて２倍の時間を必要とする。なお、抵抗素子４２ａ，４２ｂは、同じものであるので、４２ｂが断線した場合であっても、２倍の時間を必要とする。

制御部５０は、平滑コンデンサ３３がモータ１４の駆動に必要な分充電されるまでに、通常（抵抗素子４２ａ，４２ｂのどちらも断線していない場合）の２倍かかったことを検出すると、抵抗素子４２ａ，４２ｂのうちいずれか一方が断線したと判定する。

制御部５０は、抵抗素子４２ａ，４２ｂのどちらか一方が断線したと判定すると、インジケータ６２の故障表示を行う。なお、インジケータ６２には、プリチャージ回路４０の抵抗素子４２ａ，４２ｂのうちどちらか一方が断線したことを表示する表示を有しており、当該表示が点灯するなどする。

このように構成される電気自動車１０では、プリチャージ回路４０が２つの抵抗素子４２ａ，４２ｂを備えるとともに、抵抗素子４２ａ，４２ｂが互いに並列に接続されることによって、どちらか一方が断線しても、平滑コンデンサ３３を充電することができるので、安全に電気自動車１０が走行できる。

また、インジケータ６２を備えることによって、運転者（本発明で言う電気装置を操作する操作者の一例）に抵抗素子４２ａ，４２ｂのどちらか一方の断線を知らせることができる。これらの結果、電気自動車１０は、走行不能になることが抑制される。

なお、本実施形態では、本発明で言う電気装置の一例として電気自動車１０を用いたが、これに限定されない。他の電気装置であっても、本発明のプリチャージ回路を備える電源回路装置を備えることによって、同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、抵抗素子４２ａが断線した場合を説明したが、抵抗素子４２ｂが断線した場合であっても、同様の作用および効果が得られる。

また、本実施形態では、抵抗部４２を形成する抵抗素子は２つとして説明したが、抵抗部は並列に接続されていれば３つ以上の抵抗素子によって形成されてもよい。

また、本実施形態では、本発明で言う警報装置の一例としてインジケータ６２を用いて、表示によって運転者などに抵抗素子の断線を認識させたが、これに限定されない。例えば、音などによって運転者に抵抗素子の断線を認識させてもよい。要するに、抵抗素子が断線したことを警報できればよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［付記１］
電源と当該電源によって駆動される駆動装置とを電気的に接続するメイン回路に設けられるプリチャージスイッチと抵抗部とを具備し、
前記メイン回路は、前記電源によって充電される充電部と、前記電源と前記充電部との間に介装されて前記電源と前記充電部とを電気的に接続するとともに当該電気的接続を解除可能なスイッチとを備え、
前記プリチャージスイッチと抵抗部とは、前記スイッチに並行に設けられ、
前記プリチャージスイッチと前記抵抗部とは直列に接続され、
前記抵抗部は、並列に接続される複数の抵抗素子を備える
ことを特徴とするプリチャージ回路装置。
［付記２］
電源と当該電源によって駆動される駆動装置とを電気的に接続する電源回路装置において、
前記電源と前記駆動装置とを電気的に接続するメイン回路を具備し、
前記メイン回路は、前記電源によって充電される充電部と、前記電源と前記充電部との間に介装されて前記電源と前記充電部とを電気的に接続するとともに当該電気的接続を解除可能なスイッチとを備えるとともに、
前記メイン回路は、前記スイッチに並列に接続されるプリチャージ回路を具備し、
前記プリチャージ回路は、プリチャージスイッチと抵抗部とを具備し、
前記プリチャージスイッチと前記抵抗部とは直列に接続され、
前記抵抗部は、並列に接続される複数の抵抗素子を備える
ことを特徴とする電源回路装置。
［付記３］
電源と、
前記電源に電気的に接続されるとともに前記電源によって駆動される駆動装置と、
故障を警報する警報装置と、
前記電源と前記駆動装置とを電気的に接続するメイン回路と
を具備し、
前記メイン回路は、
前記電源によって充電される充電部と、前記電源と前記充電部との間に介装されて前記電源と前記充電部とを電気的に接続するとともに当該電気的接続を解除可能なスイッチとを備えるとともに、
前記メイン回路は、前記スイッチに並列に接続されるプリチャージ回路を具備し、
前記プリチャージ回路は、プリチャージスイッチと抵抗部とを具備し、
前記プリチャージスイッチと前記抵抗部とは直列に接続され、
前記抵抗部は、並列に接続される複数の抵抗素子を備え、
前記警報装置は、前記複数の抵抗素子のうちいずれいか一つが断線すると駆動する
ことを特徴とする電気装置。

本発明の一実施形態に係る電気自動車を示す概略図。

符号の説明

１３…バッテリ（電源）、１４…モータ（駆動部）、２０…電源回路装置、３０…メイン回路、３１…第１のメインスイッチ（スイッチ）、３３…平滑コンデンサ（充電部）、４０…プリチャージ回路（プリチャージ回路装置、プリチャージ回路）、４１…プリチャージスイッチ、４２…抵抗部、４２ａ…抵抗素子、４２ｂ…抵抗素子、６２…インジケータ（警報装置）。

Claims (3)

1. 電源と当該電源によって駆動される駆動装置とを電気的に接続するメイン回路に設けられるプリチャージスイッチと抵抗部と、
   制御部と
   を具備し、
   前記メイン回路は、前記電源によって充電される充電部と、前記電源と前記充電部との間に介装されて前記電源と前記充電部とを電気的に接続するとともに当該電気的接続を解除可能なスイッチとを備え、
   前記プリチャージスイッチと抵抗部とは、前記スイッチに並行に設けられ、
   前記プリチャージスイッチと前記抵抗部とは直列に接続され、
   前記抵抗部は、並列に接続される複数の抵抗素子を備え、
   前記制御部は、前記プリチャージスイッチの駆動を制御するとともにプリチャージ時間を測定し、前記プリチャージ時間に基づいて故障した抵抗素子があることを判定する
   ことを特徴とするプリチャージ回路装置。
2. 電源と当該電源によって駆動される駆動装置とを電気的に接続する電源回路装置において、
   前記電源と前記駆動装置とを電気的に接続するメイン回路と、
   制御部と
   を具備し、
   前記メイン回路は、前記電源によって充電される充電部と、前記電源と前記充電部との間に介装されて前記電源と前記充電部とを電気的に接続するとともに当該電気的接続を解除可能なスイッチとを備えるとともに、
   前記メイン回路は、前記スイッチに並列に接続されるプリチャージ回路を具備し、
   前記プリチャージ回路は、プリチャージスイッチと抵抗部とを具備し、
   前記プリチャージスイッチと前記抵抗部とは直列に接続され、
   前記抵抗部は、並列に接続される複数の抵抗素子を備え、
   前記制御部は、前記プリチャージスイッチの駆動を制御するとともにプリチャージ時間を測定し、前記プリチャージ時間に基づいて故障した抵抗素子があることを判定する
   ことを特徴とする電源回路装置。
3. 電源と、
   前記電源に電気的に接続されるとともに前記電源によって駆動される駆動装置と、
   故障を警報する警報装置と、
   前記電源と前記駆動装置とを電気的に接続するメイン回路と、
   制御部と
   を具備し、
   前記メイン回路は、
   前記電源によって充電される充電部と、前記電源と前記充電部との間に介装されて前記電源と前記充電部とを電気的に接続するとともに当該電気的接続を解除可能なスイッチとを備えるとともに、
   前記メイン回路は、前記スイッチに並列に接続されるプリチャージ回路を具備し、
   前記プリチャージ回路は、プリチャージスイッチと抵抗部とを具備し、
   前記プリチャージスイッチと前記抵抗部とは直列に接続され、
   前記抵抗部は、並列に接続される複数の抵抗素子を備え、
   前記制御部は、前記プリチャージスイッチの駆動を制御するとともにプリチャージ時間を測定し、前記プリチャージ時間に基づいて故障した抵抗素子があることを判定する
   前記警報装置は、前記複数の抵抗素子のうちいずれいか一つが断線すると駆動する
   ことを特徴とする電気装置。

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