JP5169629B2 - リレー制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機械式リレーのオフ動作音を抑制するリレー制御装置に関する。

ＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）やＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）等の車両には、駆動源としての電動機が設けられている。図６は、ＥＶやＨＥＶ等の車両に設けられた電動機を駆動するシステムを示すブロック図である。図６に示すように、ＥＶやＨＥＶ等の車両には、電動機１１の他、蓄電器１３と、インバータ１５と、リレーユニット１７と、ＥＣＵ１９とが設けられている。

蓄電器１３は、電動機１１に電力を供給する。なお、蓄電器１３の出力電圧は高電圧（例えば１００〜２００Ｖ）である。インバータ１５は、蓄電器１３からの直流電圧を交流電圧に変換する。リレーユニット１７は、蓄電器１３とインバータ１５との間に設けられ、蓄電器１３と電動機１１との間の電力供給経路の開閉を行う。

リレーユニット１７は、図６に示すように、プラス側メインリレーＲＳ１と、マイナス側メインリレーＲＳ２と、予備充電リレーＲＳ３と、電流制限用のレジスタＲ１とを有する。なお、電流供給経路には大電流が流れるため、プラス側メインリレーＲＳ１、マイナス側メインリレーＲＳ２及び予備充電リレーＲＳ３は、機械式接点及びコイルから構成される機械式リレーである。図６では、マイナス側メインリレーＲＳ２及び予備充電リレーＲＳ３の各コイルの図示は省略されている。ＥＣＵ１９は、リレーユニット１７による電力供給経路の開閉を制御する。

上述したように、リレーユニット１７に含まれるリレーは機械式であるため、リレーをオンオフする際には、「カチッ」という動作音が発生する。リレーのオンオフは、主に車両が停止して車室内が比較的静かな状態で、電動機１１の駆動を開始又は停止するときに行われる。このため、この動作音は、リレーユニット１７のケースを介して車両のボディに伝搬して、乗員にノイズとして認識される。このように、リレーのオンオフ動作音が、ドライバにとっての車両の快適性の評価基準であるＮＶ（Noise Vibration）性能に影響してしまう。

特許文献１に開示された技術は、小さな音はその音と同時に発生する大きな音によって聞こえにくくなる（すなわち、大きな音によって小さな音がマスキングされる）ことに着目している。具体的に、小さな音とはリレーの動作音であり、大きな音とはドアロックの開閉動作時やドアの開閉動作時に発生する音である。これらの音が同時に発生すれば、リレーの動作音はそれよりも大きな音にかき消されるため、乗員はリレーの動作音をノイズとして認識することはない。その結果、ＮＶ性能を良好に保つことができる。

なお、リレーのオンオフ動作音の防音対策としては、リレーユニット１７を遮音材で覆うといった方法が考えられる。しかし、リレーユニット１７を遮音材で覆うと空気の出入りが抑制されるため、リレーユニット１７のケース内の温度が上昇する。ケース内の温度上昇はリレーの動作に悪影響を及ぼす可能性があるため、好ましくない。

特開２００５−２７８３０１号公報

リレーのオン動作音及びオフ動作音の内、車両の乗員にとってオフ動作音の方が気になると考えられる。上述したように、リレーのオンオフは電動機の駆動を開始又は停止するときに行われるが、電動機を停止するときは車両の全システムがほぼ停止状態であることが多いためである。特許文献１に開示された技術を用いて、リレーのオフ動作音をドアロックの音やドアを閉じる時の音と同期させれば、リレーのオフ動作音が乗員にとってノイズと認識されることはない。しかし、当該技術には、同期させるべき音のタイミングが一致しない等といった実用上の課題が予測される。また、当該技術には、ノイズの発生を抑制するといった思想はない。

本発明の目的は、機械式リレーのオフ動作音を抑制することができるリレー制御装置を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明のリレー制御装置は、誘導負荷（例えば、実施の形態での電動機１１）と前記誘導負荷に電力を供給する電源（例えば、実施の形態での蓄電器１３）との間の電力供給経路の開閉を行う機械式リレー（例えば、実施の形態でのリレーユニット１７）と、前記機械式リレーに含まれる巻線（例えば、実施の形態でのコイル）への通電の有無によって、前記機械式リレーの開閉動作を制御する制御部（例えば、実施の形態でのＥＣＵ２１）と、を備え、前記制御部は、前記巻線への通電を遮断したとき前記巻線に生じた誘導起電力による誘導電流が流れる２つの経路と、前記誘導電流が流れる経路として前記２つの経路のいずれか一方を選択する経路選択部（例えば、実施の形態でのスイッチＳＷ）と、を含む、前記巻線と並列に接続されたバイパス回路を有し、前記２つの経路の一方の経路には、前記誘導起電力に対して逆方向に接続されたツェナーダイオード（例えば、実施の形態でのツェナーダイオードＺｄ）が含まれ、他方の経路には、前記ツェナーダイオードが含まれず、前記誘導負荷は、車両の駆動源としての電動機であり、前記車両を起動するイグニッションスイッチがオン状態からオフ状態とされたとき、前記制御部が前記巻線への通電を遮断すると共に、前記経路選択部は、前記２つの経路の内、前記ツェナーダイオードを含まない経路を選択することを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明のリレー制御装置では、誘導負荷（例えば、実施の形態での電動機１１）と前記誘導負荷に電力を供給する電源（例えば、実施の形態での蓄電器１３）との間の電力供給経路の開閉を行う機械式リレー（例えば、実施の形態でのリレーユニット１７）と、前記機械式リレーに含まれる巻線（例えば、実施の形態でのコイル）への通電の有無によって、前記機械式リレーの開閉動作を制御する制御部（例えば、実施の形態でのＥＣＵ２１）と、前記電力供給経路を流れる電流を検出する電流検出部（例えば、実施の形態での電流検出部２５）と、を備え、前記制御部は、前記巻線への通電を遮断したとき前記巻線に生じた誘導起電力による誘導電流が流れる２つの経路と、前記誘導電流が流れる経路として前記２つの経路のいずれか一方を選択する経路選択部（例えば、実施の形態でのスイッチＳＷ）と、を含む、前記巻線と並列に接続されたバイパス回路を有し、前記２つの経路の一方の経路には、前記誘導起電力に対して逆方向に接続されたツェナーダイオード（例えば、実施の形態でのツェナーダイオードＺｄ）が含まれ、他方の経路には、前記ツェナーダイオードが含まれず、前記経路選択部は、前記電流検出部によって検出された電流レベルに応じて、前記２つの経路のいずれか一方を選択することを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明のリレー制御装置では、前記経路選択部は、前記電流検出部によって検出された電流レベルが所定のしきい値以上のとき、前記２つの経路の内、前記ツェナーダイオードを含む経路を選択することを特徴としている。

さらに、請求項４に記載の発明のリレー制御装置では、前記バイパス回路は、前記巻線への通電時における電源電圧に対して逆方向に接続されたダイオード（例えば、実施の形態でのダイオードＤ）と、前記ダイオードと直列に接続された前記ツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードと並列に接続されたスイッチ（例えば、実施の形態でのスイッチＳＷ）と、を有し、前記経路選択部は、前記スイッチであることを特徴としている。

さらに、請求項５に記載の発明のリレー制御装置では、前記ツェナーダイオードを含まない経路が選択されたときの前記スイッチは閉じられ、前記ツェナーダイオードを含まない経路は、閉じられた前記スイッチ及び前記ダイオードの直列接続回路を含み、前記ツェナーダイオードを含む経路が選択されたときの前記スイッチは開かれ、前記ツェナーダイオードを含む経路は、前記ツェナーダイオード及び前記ダイオードの直列接続回路を含むことを特徴としている。

請求項１に記載の発明のリレー制御装置によれば、ツェナーダイオードを含まない経路が選択された状態で巻線への通電が遮断されると、機械式リレーは比較的ゆるやかにオン状態からオフ状態になるため、機械式リレーのオフ動作音を小さく抑えることができる。一方、ツェナーダイオードを含む経路が選択された状態で巻線への通電が遮断されると、機械式リレーは瞬時にオン状態からオフ状態になる。また、イグニッションスイッチがオン状態からオフ状態とされる通常操作時には、機械式リレーのオフ動作音を小さく抑えることができる。

請求項２及び３に記載の発明のリレー制御装置によれば、過電流を示す電流レベルのときには、機械式リレーが瞬時にオン状態からオフ状態に変わる状態に設定することができる。

請求項４及び５に記載の発明のリレー制御装置によれば、スイッチのオンオフによって、ツェナーダイオードを含まない経路とツェナーダイオードを含む経路のいずれかに切り替えることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下説明する実施形態のリレー制御装置は、電動機が駆動源として設けられたＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）やＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）等の車両に搭載されている。

図１は、本発明に係る一実施形態のリレー制御装置を含む、電動機を駆動するシステムを示すブロック図である。図１に示すシステムは、電動機１１と、蓄電器１３と、インバータ１５と、リレーユニット１７と、ＥＣＵ２１と、電流検出用抵抗Ｒ２とを備える。なお、図１に示された電動機１１、蓄電器１３、インバータ１５及びリレーユニット１７は、図６中の対応する構成要素と同一である。このため、図１において、図６と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

電動機１１は、ＥＶやＨＥＶ等の車両の駆動源であり、例えば３相交流モータである。蓄電器１３は、電動機１１に電力を供給する。なお、蓄電器１３の出力電圧は高電圧（例えば１００〜２００Ｖ）である。インバータ１５は、蓄電器１３からの直流電圧を交流電圧に変換する。リレーユニット１７は、蓄電器１３とインバータ１５との間に設けられ、蓄電器１３と電動機１１との間の電力供給経路の開閉を行う。

リレーユニット１７は、図１に示すように、プラス側メインリレーＲＳ１と、マイナス側メインリレーＲＳ２と、予備充電リレーＲＳ３と、電流制限用のレジスタＲ１とを有する。なお、電流供給経路には大電流が流れるため、プラス側メインリレーＲＳ１、マイナス側メインリレーＲＳ２及び予備充電リレーＲＳ３は、機械式接点及びコイルから構成される機械式リレーである。図１では、マイナス側メインリレーＲＳ２及び予備充電リレーＲＳ３の各コイルの図示は省略されている。

ＥＣＵ２１は、リレーユニット１７による電力供給経路の開閉を制御する。例えば、図示しない車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態とされたとき、ＥＣＵ２１は、マイナス側メインリレーＲＳ２、予備充電リレーＲＳ３の順にオンする。これら２つのリレーがオンするとコンデンサＣの充電が始まる。このとき、電流制限用のレジスタＲ１によって、大きな突入電流が流れるのを制限している。コンデンサＣが充電された後、ＥＣＵ２１は、プラス側メインリレーＲＳ１をオンして、予備充電リレーＲＳ３をオフする。一方、車両のイグニッションスイッチがオン状態からオフ状態とされたとき、ＥＣＵ２１は、プラス側メインリレーＲＳ１及びマイナス側メインリレーＲＳ２がオフされる。

以下、ＥＣＵ２１の内部構成及び動作について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、図１中に示された点線は、車両のイグニッションスイッチがオン状態のとき、プラス側メインリレーＲＳ１のコイルＬに供給される電流の経路を示す。また、図２及び図３に示された点線は、プラス側メインリレーＲＳ１のコイルＬへの通電が遮断されたとき当該コイルＬに生じた誘導起電力による誘導電流が流れる経路を示す。

ＥＣＵ２１は、図１〜図３に示すように、駆動素子２３と、リレーユニット１７に含まれる各リレーの接点保護回路としてのダイオードＤと、ツェナーダイオードＺｄと、スイッチＳＷと、電流検出部２５とを有する。駆動素子２３は、例えばトランジスタであり、リレーユニット１７に含まれる各リレーのコイルへの通電を制御して、各リレーのオンオフ状態を切り替える。なお、図１では、プラス側メインリレーＲＳ１のコイルＬのみに通電されているが、マイナス側メインリレーＲＳ２のコイル（図示せず）にも同様に通電されている。当該通電の電源は、蓄電器１３の出力電圧が図示しないＤＣ−ＤＣコンバータによって降圧されチャージされる例えばＤＣ１２Ｖのバッテリである。

ダイオードＤは、マイナス側メインリレーＲＳ２のコイルへの通電時における電源電圧に対して逆方向に接続されている。ツェナーダイオードＺｄは、マイナス側メインリレーＲＳ２のコイルに生じる誘導起電力に対して逆方向に、ダイオードＤのアノード側に直列接続されている。スイッチＳＷは、ツェナーダイオードＺｄと並列に接続されている。なお、当該システムに異常がない場合、スイッチＳＷは閉じた状態である。

ダイオードＤ、ツェナーダイオードＺｄ及びスイッチＳＷによって、プラス側メインリレーＲＳ１のコイルＬに生じる誘導起電力による誘導電流が流れるバイパス回路が構成されている。なお、図１〜図３には、プラス側メインリレーＲＳ１のコイルＬの誘導電流に対応するバイパス回路のみ示されているが、マイナス側メインリレーＲＳ２のコイルの誘導電流に対応するバイパス回路や予備充電リレーＲＳ３のコイルの誘導電流に対応するバイパス回路もＥＣＵ２１に設けられている。

電流検出部２５は、蓄電器１３からインバータ１５までの電力供給経路上に設けられた電流検出用抵抗Ｒ２の両端電圧に基づいて、蓄電器１３の出力電流を検出する。ＥＣＵ２１は、電流検出部２５によって検出された電流レベルが所定のしきい値以上のとき、蓄電器１３の出力電流が過電流と判断して、スイッチＳＷを開き、駆動素子２３を制御してプラス側メインリレーＲＳ１及びマイナス側メインリレーＲＳ２の各コイルへの通電を遮断する。

以上説明したＥＣＵ２１による制御によれば、蓄電器１３の出力電流を含むシステムが正常のとき、車両のイグニッションスイッチがオン状態からオフ状態とされた結果、プラス側メインリレーＲＳ１及びマイナス側メインリレーＲＳ２の各コイルへの通電が遮断されると、このときのスイッチＳＷは閉じているため、各コイルに生じた誘導起電力による誘導電流は、図２に示すように、スイッチＳＷ及びダイオードＤの直列接続回路を含む経路を流れる。

図４は、システムが正常時にリレーのコイルへの通電を遮断する前後の（ａ）ダイオードＤのカソード側の電圧Ｖｄｃ、（ｂ）誘導電流Ｉｉ、（ｃ）蓄電器１３の出力電流Ｉｂｏ、及び（ｄ）リレーのオンオフ状態を示す図である。図４（ａ）に示すように、通電が遮断される前の電圧Ｖｄｃは１２Ｖであるが、通電が遮断されると電圧Ｖｄｃは、ダイオードＤの順方向電圧Ｖｆの負の値となる（Ｖｄｃ＝−Ｖｆ）。このとき、図４（ｂ）に示すように、誘導電流Ｉｉは徐々に低下していくが、誘導電流ＩｉはダイオードＤのみを経由するためゆっくりと低下していく。そして、図４（ｄ）に示すように、誘導電流Ｉｉが０に近づくとリレーをオン状態に保っていた力が徐々に低下するため、リレーは比較的ゆるやかにオン状態からオフ状態へと変わる。このとき発生するリレーのオフ動作音は比較的小さい。

一方、ＥＣＵ２１による制御によれば、蓄電器１３の出力電流が過電流と判断された結果、プラス側メインリレーＲＳ１及びマイナス側メインリレーＲＳ２の各コイルへの通電が遮断されると、このときのスイッチＳＷは開かれるため、誘導電流は、図３に示すように、ツェナーダイオードＺｄ及びダイオードＤの直列接続回路を含む経路を流れる。

図５は、蓄電器１３の出力電流が過電流であるためリレーのコイルへの通電を遮断する前後の（ａ）ダイオードＤのカソード側の電圧Ｖｄｃ、（ｂ）誘導電流Ｉｉ、（ｃ）蓄電器１３の出力電流Ｉｂｏ、及び（ｄ）リレーのオンオフ状態を示す図である。図５（ａ）に示すように、通電が遮断される前の電圧Ｖｄｃは１２Ｖであるが、通電が遮断されると電圧Ｖｄｃは、ツェナーダイオードＺｄの降伏電圧ＶｚｄとダイオードＤの順方向電圧Ｖｆの和の負の値となる（Ｖｄｃ＝−（Ｖｚｄ＋Ｖｆ））。このとき、図５（ｂ）に示すように、誘導電流Ｉｉは低下していくが、誘導電流ＩｉはツェナーダイオードＺｄ及びダイオードＤを経由するため、図４に示した場合よりも早く低下していく。そして、図５（ｄ）に示すように、誘導電流Ｉｉが０に近づくとリレーをオン状態に保っていた力が低下するが、誘導電流の低下が早いため、リレーは瞬時にしてオン状態からオフ状態に変わる。なお、このときは「カチッ」といったリレーのオフ動作音がするが、蓄電器１３の出力電流が過電流であり電流供給経路のすばやい遮断が要求される。

以上説明したように、本実施形態のリレー制御装置を含むシステムによれば、システムが正常のときはリレーを比較的ゆるやかにオン状態からオフ状態へと変えることで動作音を小さく抑えることができる。また、システムに異常があるため電流供給経路を速やかに遮断する必要があるときは、リレーを瞬時にオフ動作へと変えることができる。

本発明に係る一実施形態のリレー制御装置を含む、電動機を駆動するシステムを示すブロック図 システムが正常時にリレーがオフされたときに流れる誘導電流の経路を示す図 蓄電器の出力電流が過電流であるためリレーがオフされたときに流れる誘導電流の経路を示す図 システムが正常時にリレーのコイルへの通電を遮断する前後の（ａ）ダイオードのカソード側の電圧Ｖｄｃ、（ｂ）誘導電流Ｉｉ、（ｃ）蓄電器１３の出力電流Ｉｂｏ、及び（ｄ）リレーのオンオフ状態を示す図 蓄電器１３出力電流が過電流であるためリレーのコイルへの通電を遮断する前後の（ａ）ダイオードのカソード側の電圧Ｖｄｃ、（ｂ）誘導電流Ｉｉ、（ｃ）蓄電器１３の出力電流Ｉｂｏ、及び（ｄ）リレーのオンオフ状態を示す図 ＥＶやＨＥＶ等の車両に設けられた電動機を駆動するシステムを示すブロック図

符号の説明

１１ 電動機
１３ 蓄電器
１５ インバータ
１７ リレーユニット
２１ ＥＣＵ
２３ 駆動素子
２５ 電流検出部
Ｒ１ 電流制限用のレジスタ
Ｒ２ 電流検出用抵抗
ＲＳ１ プラス側メインリレー
ＲＳ２ マイナス側メインリレー
ＲＳ３ 予備充電リレー
Ｄ ダイオード
Ｚｄ ツェナーダイオード
ＳＷ スイッチ

Claims (5)

1. 誘導負荷と前記誘導負荷に電力を供給する電源との間の電力供給経路の開閉を行う機械式リレーと、
   前記機械式リレーに含まれる巻線への通電の有無によって、前記機械式リレーの開閉動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記巻線への通電を遮断したとき前記巻線に生じた誘導起電力による誘導電流が流れる２つの経路と、前記誘導電流が流れる経路として前記２つの経路のいずれか一方を選択する経路選択部と、を含む、前記巻線と並列に接続されたバイパス回路を有し、
   前記２つの経路の一方の経路には、前記誘導起電力に対して逆方向に接続されたツェナーダイオードが含まれ、他方の経路には、前記ツェナーダイオードが含まれず、
   前記誘導負荷は、車両の駆動源としての電動機であり、
   前記車両を起動するイグニッションスイッチがオン状態からオフ状態とされたとき、前記制御部が前記巻線への通電を遮断すると共に、前記経路選択部は、前記２つの経路の内、前記ツェナーダイオードを含まない経路を選択することを特徴とするリレー制御装置。
2. 誘導負荷と前記誘導負荷に電力を供給する電源との間の電力供給経路の開閉を行う機械式リレーと、
   前記機械式リレーに含まれる巻線への通電の有無によって、前記機械式リレーの開閉動作を制御する制御部と、
   前記電力供給経路を流れる電流を検出する電流検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記巻線への通電を遮断したとき前記巻線に生じた誘導起電力による誘導電流が流れる２つの経路と、前記誘導電流が流れる経路として前記２つの経路のいずれか一方を選択する経路選択部と、を含む、前記巻線と並列に接続されたバイパス回路を有し、
   前記２つの経路の一方の経路には、前記誘導起電力に対して逆方向に接続されたツェナーダイオードが含まれ、他方の経路には、前記ツェナーダイオードが含まれず、
   前記経路選択部は、前記電流検出部によって検出された電流レベルに応じて、前記２つの経路のいずれか一方を選択することを特徴とするリレー制御装置。
3. 請求項２に記載のリレー制御装置であって、
   前記経路選択部は、前記電流検出部によって検出された電流レベルが所定のしきい値以上のとき、前記２つの経路の内、前記ツェナーダイオードを含む経路を選択することを特徴とするリレー制御装置。
4. 請求項１又は２に記載のリレー制御装置であって、
   前記バイパス回路は、前記巻線への通電時における電源電圧に対して逆方向に接続されたダイオードと、前記ダイオードと直列に接続された前記ツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードと並列に接続されたスイッチと、を有し、
   前記経路選択部は、前記スイッチであることを特徴とするリレー制御装置。
5. 請求項４に記載のリレー制御装置であって、
   前記ツェナーダイオードを含まない経路が選択されたときの前記スイッチは閉じられ、前記ツェナーダイオードを含まない経路は、閉じられた前記スイッチ及び前記ダイオードの直列接続回路を含み、
   前記ツェナーダイオードを含む経路が選択されたときの前記スイッチは開かれ、前記ツェナーダイオードを含む経路は、前記ツェナーダイオード及び前記ダイオードの直列接続回路を含むことを特徴とするリレー制御装置。

Images