JP5127387B2 - 車両用の電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両を走行させるのに使用する車両用の電源装置に関し、とくに、メインスイッチをオンにするときに、モーターを駆動するインバータである負荷に並列に接続しているコンデンサーをプリチャージするプリチャージ回路を有する電源装置に関する。

ハイブリッドカーや燃料電池車等は、バッテリの出力をインバータで制御してモーターに供給する。すなわち、インバータがバッテリの負荷となる。このインバータは、バッテリ側に大容量のコンデンサーを接続している。コンデンサーは、バッテリと並列に接続されて、モーターに瞬間的な大電流を供給する。コンデンサーがモーターに供給できる瞬間電力は、コンデンサーの静電容量に比例する。したがって、このコンデンサーは、静電容量を４０００〜６０００μＦと極めて大容量としている。

ところで、車両用の電源装置は、走行用バッテリの出力側にコンタクタを設けている。走行用バッテリは、このコンタクタを介して、並列にコンデンサーを接続している負荷のインバータに接続される。このコンタクタは、メインスイッチをオンにするときにオンに切り換えられて、走行用バッテリを負荷のインバータに接続する。この回路構成の電源装置は、コンデンサーをプリチャージした後に、コンタクタをオンに切り換える必要がある。コンデンサーをプリチャージしないでコンタクタをオンに切り換えると、コンタクタの接点がコンデンサーを充電する過大な電流で溶着するおそれがあるからである。

メインスイッチをオンに切り換えるときに、コンタクタが溶着するのを防止するために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）。

この公報に記載される電源装置は、プリチャージ回路でコンデンサーをプリチャージした後に、コンタクタをオンに切り換える。このため、コンタクタの接点を大きなコンデンサーの充電電流で溶着することがない。プリチャージ回路は、コンデンサーの充電電流を制限するプリチャージ抵抗を備えている。プリチャージ抵抗の電気抵抗を１０Ω、走行用バッテリの出力電圧を４００Ｖとする電源装置は、プリチャージスイッチをオンに切り換えた瞬間に、コンデンサーを充電する４０Ａのピーク電流が流れる。このピーク電流が流れる状態における、プリチャージ抵抗の消費電力は、１６０００Ｗと極めて大きい。ただ、コンデンサーの充電電流はコンデンサーが充電されるにしたがって減少し、また、コンデンサーが短時間で充電されるので、プリチャージ抵抗の平均的な消費電力はピーク電力に比較して小さくなる。ただ、ピーク電力が極めて大きいので、プリチャージ抵抗には、相当に大きな許容電力の抵抗器、たとえば数Ｗから数十Ｗの抵抗器を使用している。このような数Ｗから数十Ｗのプリチャージ抵抗は、コンデンサーをプリチャージするときの充電電流で相当に加熱される。ただ、コンデンサーをプリチャージした後は電流が遮断されるので、このときに冷却される。

しかしながら、エンジンがかからず、何回も繰り返しメインスイッチがオンに切り換えられると、プリチャージ抵抗は十分に冷却されない状態で何回もプリチャージ電流で再加熱される。プリチャージ抵抗は、プリチャージ電流で加熱された後、冷却する状態で使用できるＷ数のものを使用しているので、何回も繰り返し再加熱されると非常に高温になる。プリチャージ抵抗が高温に加熱されると、発熱でプリチャージ抵抗が故障し、また、プリチャージ抵抗の近傍を加熱して、溶融したり変形される弊害が発生する。

この弊害をさけることを目的として、本発明者は、メインスイッチをオンにする回数をカウントし、このカウンタ値が設定値になると、プリチャージスイッチをオフに保持する電源装置を開発した。（特許文献２参照）
特開２００１−６５４３７号公報 特開２００５−２９５６９７号公報

特許文献２の電源装置は、プリチャージスイッチをオンに切り換える回数をカウントしてプリチャージスイッチをオフに保持する。この方法は、プリチャージ抵抗の温度を直接に検出しない。プリチャージスイッチをオンに切り換える回数からプリチャージ抵抗の温度を推測して、プリチャージスイッチをオフに保持する。したがって、常に最適な状態でプリチャージスイッチを制御するのが難しい。それは、種々の要因で、プリチャージ抵抗の温度が変化するからである。たとえば、完全に放電されたコンデンサーをプリチャージする状態と、完全には放電されないコンデンサーをプリチャージする状態では、プリチャージ抵抗の温度が相当に変化するからである。この欠点は、プリチャージ抵抗の温度を検出してプリチャージスイッチをオフに保持する回路で解消できる。しかしながら、プリチャージ抵抗の温度を検出する回路は、温度センサを必要とすることに加えて、必ずしも理想的な状態でプリチャージスイッチをオフに保持できない。それは、プリチャージ抵抗は、流れる電流によるジュール熱で発熱されるが、発熱と温度上昇とに時間遅れがあるからである。たとえば、プリチャージ抵抗には、ワット数が大きいことから、主としてセメント抵抗が使用される。セメント抵抗はセラミックの内部にニクロム線を埋設した構造である。このセメント抵抗は、内部のニクロム線が発熱して表面の温度が上昇するのに時間遅れがある。温度センサは、プリチャージ抵抗の表面温度を検出する。このため、プリチャージ抵抗の内部では相当に高温に発熱していても、抵抗全体の温度が均一な温度になっていない状態では、温度センサでプリチャージ抵抗の温度を正確に検出できない。さらに、現実の使用状態において、車両のメインスイッチが繰り返しオンオフに切り変えられる時間間隔は相当に短い。このため、プリチャージ抵抗の内部が発熱して高温であるにもかかわらず、表面温度が設定値よりも低い状態では、プリチャージスイッチをオフに保持できない。

本発明は、さらにこのような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単な回路構成としながら、メインスイッチを繰り返しオンオフに切り変えて、プリチャージ抵抗が高温に加熱される状態を理想的な状態で検出して、プリチャージ抵抗の高温障害を有効に防止できる車両用の電源装置を提供することにある。

本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の電源装置は、車両を走行させるモーター２１を駆動する走行用バッテリ１と負荷２０との間に接続されて、走行用バッテリ１から負荷２０への電力供給をオンオフに切り換えるコンタクタ２と、このコンタクタ２と並列に接続されて、車両のメインスイッチ８から入力されるオン信号で負荷２０と並列に接続しているコンデンサー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とを備えている。プリチャージ回路３は、プリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗６と、このプリチャージ抵抗６に直列に接続しているプリチャージスイッチ７とを備えている。制御回路４は、プリチャージ抵抗６の電流を検出してコンデンサー１３をプリチャージするスイッチを制御する保護回路９を備えている。

保護回路９は、プリチャージ抵抗６の電流を検出する電流検出回路１０と、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からプリチャージ抵抗６のピーク電流を検出するタイミングを特定するタイミング回路１３とを備える。さらに、このタイミング回路１３から出力されるタイミング信号で前記プリチャージ抵抗６のピーク電流を検出するように構成される。保護回路９が検出するピーク電流が、設定値よりも小さくなると、保護回路９がコンタクタ２をオフに保持する。
コンデンサーをプリチャージするスイッチは、プリチャージスイッチ７又はコンタクタ２である。コンデンサー１３は、コンタクタ２とプリチャージスイッチ７の両方をオンに切り換えてプリチャージされるので、コンタクタ２とプリチャージスイッチ７のいずれか一方をオフにしてコンデンサー１３のプリチャージを阻止できるからである。すなわち、制御回路４が、プリチャージスイッチ７とコンタクタ２のいずれかをオフに制御してプリチャージ抵抗６の過熱を防止できるからである。

本発明の請求項２の車両用の電源装置は、タイミング回路１３は、保護回路９がプリチャージスイッチ７をオンに切り換える信号をトリガー信号として、所定のタイミング信号を出力する。

本発明の請求項３の車両用の電源装置は、プリチャージ抵抗６は、セメント抵抗で構成される。

本発明の車両用の電源装置は、メインスイッチを繰り返しオンにしても、プリチャージ抵抗が異常な温度に加熱されるのを確実に防止できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、プリチャージ回路とコンタクタを制御する制御回路に、プリチャージ抵抗の電流を検出してプリチャージするスイッチを制御する保護回路を設けているからである。プリチャージ抵抗は電流が流れるとジュール熱を発生する。ジュール熱は、電流の二乗と電気抵抗の積で特定される。したがって、プリチャージ抵抗の電流からプリチャージ抵抗の発熱量を特定できる。ジュール熱による発熱は、プリチャージ抵抗の温度を上昇させる。発熱によってプリチャージ抵抗の温度が上昇するので、発熱量の検出は、温度が上昇する以前に検出される。すなわち、プリチャージ抵抗は、内部で発熱した後、この発熱によって温度が上昇する。したがって、本発明の電源装置は、プリチャージ抵抗の温度が上昇する前に、プリチャージ抵抗の温度が上昇することを検出できる。このことは、プリチャージ抵抗の異常な温度上昇を防止するためには大切である。それは、温度が上昇することを検出して、プリチャージスイッチをオフに保持すると、温度を検出した後にプリチャージ抵抗の温度がさらに上昇することがあるからである。とくに、プリチャージ回路がコンデンサーをプリチャージする時間は相当に短く、プリチャージ抵抗に電流が流れる時間は極めて短い。プリチャージ抵抗は、瞬時にプリチャージ電流が流れて内部で発熱し、この発熱で温度が上昇する。さらに、ユーザーが車両のメインスイッチを何回もオンに切り換えるタイミングも短い。それは、車両をスタートさせるときに、エンジンが始動しないことからメインスイッチをオンに切り換えるからである。本発明の電源装置は、電流、すなわち発熱を検出してプリチャージするスイッチをオフに制御するので、温度を検出する装置に比較して速やかにプリチャージするスイッチをオフに制御できる。さらに、本発明は、メインスイッチをオンに切り換える回数をカウントするのではなく、プリチャージ抵抗の発熱量を特定する電流を検出してプリチャージするスイッチを制御するので、プリチャージ抵抗を理想的な状態で保護できる。それは、プリチャージ抵抗の温度を特定する発熱量からプリチャージするスイッチをオフに制御して、プリチャージ抵抗の温度上昇を阻止するからである。したがって、本発明の電源装置は、メインスイッチが繰り返しオンに切り換えられても、プリチャージ抵抗が異常な温度に加熱されるのを確実に防止できる。

とくに、本発明の請求項２の電源装置は、保護回路でもって、プリチャージ抵抗の温度が設定温度よりも高くなる高温電流値を検出して、プリチャージするスイッチをオフに保持する。この電源装置は、プリチャージ抵抗の電流値を高温電流値を比較して、プリチャージするスイッチをオフに制御できる。とくに、本発明の請求項３の電源装置は、高温電流値をプリチャージ抵抗に流れるピーク電流として、プリチャージ抵抗のピーク電流が設定値よりも小さくなると、コンタクタをオフに保持する。

また、本発明の請求項４の電源装置は、プリチャージするスイッチがオンに切り換えられるタイミングからプリチャージ抵抗のピーク電流を検出するタイミングを特定するタイミング回路を備えており、このタイミング回路から出力されるタイミング信号でプリチャージ抵抗のピーク電流を検出する。この電源装置は、プリチャージ抵抗のピーク電流を正確に検出できる。とくに、プリチャージ抵抗の電流を検出するサンプリング周期がピーク電流の時間帯よりも遅い回路を使用して、ピーク電流を正確に検出できる。このため、ピーク電流から正確にプリチャージ抵抗の温度上昇を確実に阻止できる。

また、本発明の請求項５の電源装置は、高温電流値を、設定時間内においてプリチャージ抵抗に流れる電流の積分値とし、この電流の積分値が設定値よりも大きい状態で、プリチャージするスイッチをオフに保持する。プリチャージ抵抗の発熱量は電流の積分値に比例することから、電流の積分値でプリチャージするスイッチをオフに制御することでより正確にプリチャージ抵抗を保護できる。

さらにまた、本発明の請求項６の電源装置は、保護回路が、プリチャージ抵抗に流れる電流からプリチャージ抵抗の温度を演算する関数又はテーブルを記憶しており、電流から演算されるプリチャージ抵抗の温度が設定温度を超えるとプリチャージするスイッチをオフに保持する。この電源装置はプリチャージ抵抗の電流から温度を検出し、温度を設定値に比較してプリチャージするスイッチをオフに制御するので、プリチャージ抵抗が設定温度よりも高くなるのを確実に防止できる。

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を例示するものであって、本発明は車両用の電源装置を以下のものに特定しない。

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、燃料電池車、電気自動車等の車両に搭載されて、負荷２０として接続されるモーター２１を駆動して車両を走行させる。走行用バッテリ１の負荷２０となるモーター２１は、インバータ２２を介して走行用バッテリ１に接続される。インバータ２２は、走行用バッテリ１の直流を３相の交流に変換して、モーター２１への供給電力をコントロールする。

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２０への電力供給をオンオフに切り換えるコンタクタ２と、このコンタクタ２をオンに切り換える前に、負荷２０のコンデンサー２３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をオンオフに制御する制御回路４とを備える。

負荷２０は、インバータ２２の出力側にモーター２１を接続している。負荷２０であるインバータ２２は、並列に大容量のコンデンサー２３を並列に接続している。このコンデンサー２３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２０のインバータ２２に電力を供給する。とくに、コンデンサー２３からは、負荷２０のインバータ２２に瞬間的に大電力を供給する。走行用バッテリ１に並列にコンデンサー２３を接続することで、負荷２０に供給できる瞬間電力を大きくできる。コンデンサー２３から負荷２０のインバータ２２に供給できる瞬間最大電力は、静電容量に比例するので、このコンデンサー２３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２３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２３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、インバータ２２を介して車両を走行させるモーター２１を駆動する。モーター２１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２１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５の個数を少なくして、走行用バッテリ１の出力電圧を低くできる。したがって、走行用バッテリ１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、車両のメインスイッチ８から入力されるオン信号で、コンタクタ２をオンに切り換えるに先だって、負荷２０のコンデンサー２３をプリチャージする。メインスイッチ８は、車両を走行させるときにオンに切り換えられるイグニッションスイッチなどのスイッチである。プリチャージ回路３は、コンデンサー２３の充電電流を制限しながらコンデンサー２３をプリチャージする。プリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗６に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２０のコンデンサー２３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は、１０Ω、３０Ｗのセメント抵抗である。このプリチャージ抵抗６は、出力電圧４００Ｖの走行用バッテリ１がコンデンサー２３を充電するピークの充電電流を４０Ａに制限する。プリチャージ抵抗６は、電気抵抗を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の電気抵抗を大きくすると、コンデンサー２３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。また、プリチャージ抵抗６がコンデンサー２３をプリチャージするときのピーク消費電力、すなわちジュール熱による発熱量は、走行用バッテリ１の電圧の自乗に比例して、プリチャージ抵抗６の電気抵抗に反比例する。したがって、プリチャージ抵抗６の電気抵抗を小さくすると電流が増加してピークの消費電力が大きくなる。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消費電力を考慮して、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。

プリチャージ抵抗６は、コンデンサー２３をプリチャージする電流のジュール熱で加熱される。プリチャージ抵抗６が加熱される温度は、その許容電力であるＷ数を大きくすると低く、Ｗ数を小さくすると高温になる。Ｗ数の大きいプリチャージ抵抗は、大型でコストも高くなる。とくに、この種の用途に使用されるプリチャージ抵抗６は、数十Ｗと大型であるから、さらにＷ数を大きくすることは、配置するスペースを大きくすることから非常に難しい。ただ、プリチャージ抵抗６のＷ数を小さくすると、高温に加熱されて周囲の部材に熱障害を与える。したがって、プリチャージ抵抗６のＷ数は、電気抵抗とメインスイッチ８を連続してオンに切り換える頻度等を考慮して、２０〜５０Ｗのものを使用する。

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の接続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をオンとし、プラス側のコンタクタ２Ａをオフとする状態で、プリチャージ回路３でコンデンサー２３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２３がプリチャージされると、プラス側のコンタクタ２Ａをオフからオンに切り換えて、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。ただし、制御回路は、プリチャージスイッチをオンに切り換えた後、−側のコンタクタをオンに切り換えてコンデンサーをプリチャージすることもできる。

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２３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。半導体スイッチング素子のプリチャージスイッチは、接点のように劣化がないので寿命を長くできる。

制御回路４は、プリチャージ抵抗６の温度が所定の温度よりも高くならないように、プリチャージスイッチ７を制御しながらコンタクタ２をオンに切り換える。プリチャージ抵抗６が過熱されない状態において、制御回路４は、メインスイッチ８からのオン信号を検出して、マイナス側のコンタクタ２Ｂをオン、プラス側のコンタクタ２Ａをオフに制御して、プリチャージスイッチ７をオンに切り換える。プリチャージスイッチ７とマイナス側のコンタクタ２Ｂを介してコンデンサー２３はプリチャージされる。このとき、プリチャージ電流は、プリチャージ抵抗６で制限される。コンデンサー２３がプリチャージされた後、プラス側のコンタクタ２Ａをオンに切り換えて、プリチャージスイッチ７をオフに切り換える。

電動車両は、メインスイッチをオンに切り換えても、車両を正常な走行状態にできないことがある。たとえば、メインスイッチをオンに切り換えた直後にシフトレバーを操作するなどすると、正常な走行状態にできない。この場合、ドライバーは、メインスイッチをオフに切り換えた後、再びオンに切り換える。メインスイッチがオンに切り換えられると、再びコンデンサーがプリチャージされる。したがって、プリチャージ抵抗には繰り返し、プリチャージ電流が流れる。プリチャージ抵抗はプリチャージする毎に流れる電流のジュール熱で加熱される。したがって、何回も繰り返しメインスイッチがオンに切り換えられると、プリチャージ抵抗の加熱回数が多くなって、温度が上昇する。コンデンサーのプリチャージにおいて、プリチャージ抵抗には瞬間的に極めて大きな電流が流れる。この電流の消費電力に耐える容量のプリチャージ抵抗は使用されない。したがって、コンデンサーのプリチャージが繰り返されると、プリチャージ抵抗の温度は次第に上昇して過熱される。

制御回路４は、プリチャージ抵抗６の過熱を防止するために、プリチャージ抵抗６の過熱を防止する保護回路９を備える。保護回路９はプリチャージ抵抗６の電流を検出して、プリチャージスイッチ７を制御する。したがって、保護回路９は、プリチャージ抵抗６の電流を検出する電流検出回路１０から電流信号が入力される。車両用の電源装置は、走行用バッテリ１の電流を検出する電流検出回路１０を備えている。保護回路９は、この電流検出回路１０を利用してプリチャージ抵抗６の電流を検出する。図の電流検出回路１０は、電流センサ１１とこの電流センサ１１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１２とを備えている。この電流検出回路１０は、プリチャージ抵抗６の電流をデジタル信号として保護回路９に入力する。

保護回路９は、プリチャージ抵抗６の温度が設定温度よりも高くなる高温電流値を検出して、プリチャージするスイッチをオフに保持する。保護回路９は、高温電流値をプリチャージ抵抗６に流れるピーク電流として、プリチャージ抵抗６のピーク電流が設定値よりも小さくなると、コンタクタ２をオフに保持する。プリチャージ抵抗６は温度が高くなると電気抵抗が大きくなるので、プリチャージ電流のピーク値は小さくなる。したがって、プリチャージ電流のピーク値を検出してプリチャージ抵抗６の温度を検出できる。ただし、ピーク電流が検出されるプリチャージ抵抗の温度は、抵抗器の表面温度ではなく、抵抗素子の温度である。セメント抵抗にあってはセラミックに埋設していニクロム線の温度である。したがって、プリチャージ抵抗６のピーク電流から検出する温度は、プリチャージ抵抗６の表面温度を検出する温度センサよりも時間遅れを小さくして速やかに温度を検出できる。

図２と図３はプリチャージスイッチ７をオンに切り換えてプリチャージ抵抗６に流れる電流の変化を示している。図２は低温のプリチャージ抵抗の電流特性、図３は高温のプリチャージ抵抗の電流特性をそれぞれ示している。これらの図に示すように、プリチャージ抵抗６は、温度が高くなるとピーク電流が小さくなる。温度が高くなると電気抵抗が大きくなるからである。したがって、保護回路９は、プリチャージ抵抗６のピーク電流を検出し、このピーク電流が設定値よりも小さくなると、プリチャージスイッチ７をオンに切り換えることなくオフに保持して、プリチャージ抵抗６の発熱を防止する。

さらに、図１の保護回路９は、プリチャージ抵抗６のピーク電流を正確に検出するために、プリチャージするスイッチがオンに切り換えられるタイミングからプリチャージ抵抗６のピーク電流を検出するタイミングを特定するタイミング回路１３を備えている。このタイミング回路１３から出力されるタイミング信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２に入力される。Ａ／Ｄコンバータ１２は、タイミング信号が入力されるタイミングで、プリチャージ抵抗６に流れる電流のピーク値を検出する。タイミング回路１３は、プリチャージスイッチ７をオンに切り換えて電流がピークになるタイミングにタイミング信号をＡ／Ｄコンバータ１２に出力する。タイミング回路１３は、プリチャージスイッチ７をオンに切り換える信号をトリガー信号として、タイミングを出力する。ただし、タイミング回路１３は、メインスイッチ８をオンに切り換えてプリチャージスイッチ７をオンに切り換えるタイミングを一定に制御することで、メインスイッチ８をオンに切り換える信号をトリガー信号として、Ａ／Ｄコンバータ１２にタイミング信号を出力することもできる。

さらに、保護回路９は、高温電流値を、設定時間内においてプリチャージ抵抗６に流れる電流の積分値とすることもできる。電流の積分値がジュール熱による発熱量を特定するからである。この保護回路９は、電流の積分値が設定値よりも大きい状態で、プリチャージするスイッチをオフに保持する。

さらにまた、保護回路９は、プリチャージ抵抗６に流れる電流からプリチャージ抵抗６の温度を演算する関数又はテーブルをメモリに記憶し、検出する電流から演算されるプリチャージ抵抗６の温度が設定温度を超えるとプリチャージするスイッチをオフに保持することもできる。

保護回路９は、プリチャージ抵抗６の温度が高温になる状態では、プリチャージするスイッチをオフに保持して、コンデンサー２３のプリチャージを停止する。この状態になると、コンデンサー２３がプリチャージされないことから、制御回路４はコンタクタ２をオンに切り換えない。したがって、走行用バッテリ１から負荷２０に電力が供給されず、車両を走行できる状態にできない。したがって、制御回路４は、プリチャージ抵抗６の温度が低下したことを検出して、プリチャージを再開し、あるいはタイマでもって設定時間経過したことを検出して、メインスイッチ８のオン信号でプリチャージするスイッチをオンに切り換えてプリチャージを再開する。

制御回路４は、プリチャージ回路３でコンデンサー２３をプリチャージした後、プリチャージ回路３と並列に制御しているプラス側のコンタクタ２Ａをオンに切り換えて、走行用バッテリ１から負荷２０に電力を供給できる状態、すなわち走行用バッテリ１でモーター２１を駆動して車両を走行できる状態とする。

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。制御回路４は、プラス側のコンタクタ２Ａをオフに保持して、マイナス側のコンタクタ２Ｂ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２３をプリチャージする。コンデンサー２３がプリチャージされた後、プラス側のコンタクタ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２０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、両方の接続を同時にオフにする。

以上の電源装置は、図４のフローチャートで、プリチャージ抵抗６が高温に加熱されるのを防止しながら、コンデンサー２３をプリチャージする。

［ｎ＝１のステップ］
メインスイッチ８から制御回路４にオン信号が入力されたかどうかを判定する。メインスイッチ８のオン信号が入力されるまで、このステップをループする。
［ｎ＝２のステップ］
メインスイッチ８から制御回路４にオン信号が入力されると、制御回路４は一方のコンタクタ（図１でマイナス側のコンタクタ２Ｂ）をオン、他方のコンタクタ（図１でプラス側のコンタクタ２Ａ）をオフに保持して、オフのコンタクタ２と並列に接続しているプリチャージ回路３でコンデンサー２３をプリチャージする。制御回路４は、プリチャージスイッチ７をオンに切り換えてプリチャージを開始する。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２３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２３をプリチャージする。
［ｎ＝３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プリチャージされる状態で、プリチャージ抵抗６の電流を検出する。
［ｎ＝４のステップ］
検出するピーク電流を設定値と比較する。ピーク電流が設定値よりも小さいと、プリチャージ抵抗６の温度が高温であると判定して、ｎ＝５のステップに進み、プリチャージを停止する。ピーク電流が設定値以上であると、プリチャージ抵抗６が過熱されていないと判定して、ｎ＝７のステップに進み、プリチャージを継続する。
［ｎ＝５のステップ］
保護回路９は、プリチャージするスイッチをオフに保持して、コンデンサー２３のプリチャージを停止する。保護回路９は、たとえば、プリチャージスイッチ７をオフに保持してプリチャージを停止する。ただ、保護回路は、マイナス側のコンタクタをオフに保持することも、プリチャージスイッチとマイナス側のコンタクタの両方をオフに保持することもできる。
［ｎ＝６のステップ］
プリチャージを停止した後、プリチャージ抵抗６の温度が低下するまで、あるいは、設定時間経過するまで、ｎ＝５と６のステップをループする。プリチャージ抵抗６の温度が低下したことは、プリチャージの中断時間で検出し、あるいはプリチャージ抵抗６の温度を温度センサ（図示せず）で検出して検出する。設定時間の経過は、タイマ（図示せず）で検出する。プリチャージ抵抗６の温度が低下し、あるいは、設定時間が経過するとｎ＝１のステップにジャンプする。
［ｎ＝７のステップ］
このステップでは、コンデンサー２３のプリチャージが完了したかどうかを判定する。プリチャージの完了は、プリチャージ電流が設定電流まで減少したことで検出し、あるいは、プリチャージスイッチ７をオンにする時間で検出する。プリチャージが完了するまで、このステップをループする。
［ｎ＝８のステップ］
プリチャージが完了すると、プラス側のコンタクタ２Ａをオンに切り換えた後、プリチャージスイッチ７をオフに切り換える。その後、ｎ＝１のステップにジャンプする。

本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 低温時におけるプリチャージ抵抗の電流特性を示すグラフである。 高温時におけるプリチャージ抵抗の電流特性を示すグラフである。 図１に示す車両用の電源装置が負荷のコンデンサーをプリチャージする工程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
２Ｂ…マイナス側のコンタクタ
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…メインスイッチ
９…保護回路
１０…電流検出回路
１１…電流センサ
１２…Ａ／Ｄコンバータ
１３…タイミング回路
２０…負荷
２１…モーター
２２…インバータ
２３…コンデンサー

Claims (3)

1. 車両を走行させるモーター(21)を駆動する走行用バッテリ(1)と負荷(20)との間に接続されて、走行用バッテリ(1)から負荷(20)への電力供給をオンオフに切り換えるコンタクタ(2)と、このコンタクタ(2)と並列に接続されて、車両のメインスイッチ(8)から入力されるオン信号で負荷(20)と並列に接続しているコンデンサー(23)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、
   前記プリチャージ回路(3)は、プリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗(6)と、このプリチャージ抵抗(6)に直列に接続しているプリチャージスイッチ(7)とを備えており、
   前記制御回路(4)は、プリチャージ抵抗(6)の電流を検出してコンデンサー(23)をプリチャージするスイッチを制御する保護回路(9)を備えてなる車両用の電源装置であって、
   前記保護回路(9)は、前記プリチャージ抵抗(6)の電流を検出する電流検出回路(10)と、前記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から前記プリチャージ抵抗(6)のピーク電流を検出するタイミングを特定するタイミング回路(13)とを備えると共に、このタイミング回路(13)から出力されるタイミング信号で前記プリチャージ抵抗(6)のピーク電流を検出するように構成され、
   前記保護回路(9)が検出するピーク電流が、設定値よりも小さくなると、前記保護回路(9)が前記コンタクタ(2)をオフに保持する車両用の電源装置。
2. 請求項１記載の車両用の電源装置において、
   前記タイミング回路(13)は、前記保護回路(9)がプリチャージスイッチ(7)をオンに切り換える信号をトリガー信号として、所定のタイミング信号を出力することを特徴とする車両用の電源装置。
3. 請求項１または請求項２記載の車両用の電源装置において、
   前記プリチャージ抵抗(6)は、セメント抵抗で構成されることを特徴とする車両用の電源装置。
   
   

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