JP5464372B2 - インターロックスイッチを用いたプレチャージ抵抗保護回路装置 - Google Patents

Description

本発明はインターロックスイッチを用いてプレチャージ抵抗を保護するための回路装置に関するものであって、より詳しくはインターロックスイッチ及びポリスイッチ(polyswitch)を用いて電気自動車の電圧変換装置に流れる電流を制御してプレチャージ抵抗を保護するための回路装置に関するものである。

自動車はライト、エアコン、ワイパーなどのように電流が流れて作動される電気装置をたくさん含んでいる。前記電気装置は自動車のバッテリーから出力される電源によって駆動される。一般として自動車に過電流が流れることを防止するために、前記電気装置とバッテリーとの間にはリレー及びヒューズが存在し、電流は前記リレー及びヒューズによって制御される。

しかし、ヒューズは過多な電流が流れると、回路を保護するために溶けながら断線になり、ヒューズの断線は事前感知が難しく時と所を問わず予告無しに生じるという問題点がある。ヒューズを使用しない場合には過電流によって抵抗などの回路素子が損傷されるという問題点がある。

従来の技術として韓国特許出願２００３−００６３８２０（２００３年０９月１５日出願）には「自動車の過電流保護用ポリスイッチ」が開示されている。

前記従来技術は引込電線と引出電線との間に設けられて過負荷がかかってコイルの温度が上昇する場合、スイッチで電源部からの電源供給を遮断し、電源遮断時に温度が下降して抵抗が減少する場合、前記スイッチを連結して電源部からの電源を供給するように行うことを特徴とする自動車の過電流保護用ポリスイッチを開示しているが、前記ポリスイッチはプレチャージ抵抗を保護するための用途としては開示していなく、インターロックスイッチと共に用いられて電圧変換装置に流れる持続的な過電流を遮断することについては開示していない。

従来の技術として韓国特許出願２００５−００５４１７５（２００５年０２月２１日出願）には「電気自動車のモータコントロールユニット保護回路装置」が開示されている。

前記従来技術は電気自動車のメインバッテリーとモータコントロールユニットとの間に配置され、これに設けられたプレチャージリレー、メインリレーによって駆動され、前記モータコントロールユニットのＤＣリンクキャパシターの電圧を前記メインバッテリーの電圧水準に合わせて前記モータコントロールユニットを保護する電気自動車のモータコントロールユニット保護回路装置において、前記ＤＣリンクキャパシターが短絡される場合、前記モータコントロールユニット側に流れ込む電流の量を制限するために前記プレチャージリレーの一側には温度可変抵抗素子が設けられることを特徴とする電気自動車のモータコントロールユニット保護回路装置を開示しているが、前記従来技術は電圧変換装置に過電流が流れることを防止するためのインターロックスイッチとポリスイッチとについて開示していない。

図１は従来のハイブリッド電気自動車のバッテリーと電圧変換装置との間に存在する回路を図示する。ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）では高圧（３００〜４００Ｖ）のバッテリー１１０に対する安全が重要である。ハイブリッド自動車のバッテリー１１０は車両に装着しなければならないため制約された空間を有する。持続的な電流に対するプレチャージ抵抗（Pre-charge resistance）１２０の容量は次のようである。３０Ωの抵抗に１０Ａが連続的に流れると仮定すれば容量はＰ＝Ｉ^２Ｒ＝３０００Ｗに耐えられる抵抗でなければならない。現在使用している抵抗は３０Ωの６０Ｗ抵抗で１０Ａが連続的に入り込むと耐え難いという問題点がある。

通常１０００Ｗを超える抵抗を作るというのは難しく、費用がたくさんかかり、制限された空間内で実現することは難しい。正常な状況においては現在のシステムでも如何なる問題は生じない。しかし、プレチャージリレー（Pre-charge Relay）１４０が動作した後の一定時間にメイン（＋）リレー（Main（＋）Relay）１５０が接続しない場合、許容できない持続的な大きな電流がプレチャージ抵抗１２０を介して流れて前記プレチャージ抵抗１２０が損傷する恐れがある。一般論として、ハイブリッド自動車のバッテリー１１０はリチウム（Li）バッテリーから構成されるが、前記リチウムバッテリーは過熱によって爆発する危険がある。つまり、プレチャージ抵抗１２０の損傷によってバッテリーシステムが爆発する危険が存在する。

前記のような問題点を解決するために、本発明は電圧変換装置に過電流が流れることを防止するためのインターロックスイッチ（Interlock switch）を用いてプレチャージ抵抗を保護するための回路装置を提供することにその目的がある。

また、前記のような問題点を解決するために、本発明はプレチャージ抵抗に過電流が流れる場合、温度が上昇し且つ抵抗値が増加してプレチャージ抵抗に流れる過電流を遮断するポリスイッチを用いてプレチャージ抵抗を保護するための回路装置を提供することにその目的がある。

前記のような目的を達成するために、本発明はハイブリッド電気自動車のバッテリーと電圧変換装置との間に存在する、プレチャージ抵抗（Pre-charge resistance）、プレチャージリレー（Pre-charge relay）及びメインリレー（Main relay）を含むプレチャージ抵抗保護回路において、前記電圧変換装置は、低電圧DC-DCコンバーターと、前記低電圧DC-DCコンバーターの両端に並列接続されたDCリンクキャパシターとを含み、前記プレチャージリレーの後段に前記ＤＣリンクキャパシターの一端が直列連結され、前記DCリンクキャパシターと前記低電圧DC-DCコンバーターとの間に位置し、前記プレチャージリレーと相補的に作動することによって前記低電圧DC-DCコンバーターに持続的な過電流が流れることを防止するためのインターロックスイッチを含むことを特徴とするインターロックスイッチを用いたプレチャージ抵抗保護回路装置を提供する。

前記プレチャージ抵抗に持続的な過電流が流れる場合、温度が上昇し且つ抵抗値が増加して前記プレチャージ抵抗に流れる過電流を遮断するポリスイッチをさらに含み、前記ポリスイッチは前記プレチャージ抵抗と前記プレチャージリレーとの間に位置するか、又は、前記ハイブリッド電気自動車のバッテリーと前記プレチャージ抵抗との間に存在することを特徴とする。

従来のハイブリッド電気自動車のバッテリーと電圧変換装置との間に存在する回路を図示する図である。 本発明の一実施例によるインターロックスイッチを用いたプレチャージ保護回路を図示する図である。

１１０：ＨＥＶバッテリー １２０：プレチャージ抵抗
１３０：ポリスイッチ １４０：プレチャージリレー
１５０：メイン（＋）リレー １６０：メイン（−）リレー
１７０：インターロックスイッチ １８０：ＤＣリンクキャパシター
１９０、２１０：低電圧ＤＣ−ＤＣコンバーター
２００：モータ制御ユニット ２２０：バッテリー

本発明で使用される用語はできる限り現在広く使用される一般的な用語を採用したが、特定な場合は出願人の任意で選定した用語もあり、この場合は該当される発明の詳細な説明部分においてその意味を記載したため、単純な用語の名称でない用語の有する意味として本発明を把握しなければならない。

以下、前記の目的を具体的に実現することができる本発明の望ましい実施例を添付した図面を参照して説明するが、本発明が前記実施例によって制限されたり限定されるものではない。

図２は、本発明の一実施例によるインターロックスイッチを用いたプレチャージ保護回路を図示する。図２を参照すれば、前記プレチャージ保護回路はプレチャージ抵抗１２０、ポリスイッチ１３０、プレチャージリレー１４０、メイン（＋）リレー１５０、メイン（−）リレー１６０、及びインターロックスイッチ１７０を含む。

先ずプレチャージリレー１４０及びメイン（−）リレーが接続してプレチャージ抵抗１２０を介して電流が流れながら電圧変換装置のＤＣリンクキャパシター１８０を充電する。前記電圧変換装置はＤＣリンクキャパシター１８０、低電圧ＤＣ−ＤＣコンバーター１９０、バッテリー２２０を含む。その次に前記ＤＣリンクキャパシター１８０がある程度充電になればメイン（＋）リレーが接続される。従って、プレチャージ抵抗１２０側へはそれ以上電流が流れなく、メイン（＋）リレー１５０及びメイン（−）リレー１６０のみを介して電流が流れるようになる。

ハイブリッド自動車が正常に動作する場合にプレチャージ動作からメインリレーに切り替える時間は非常に短い。しかし、メインリレーに切り替える前に前記ＤＣリンクキャパシター１８０が短絡したり若しくは前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバーター１９０と同じ電圧変換機を通じて持続的に大きな電流が流れる場合にプレチャージ抵抗１２０に持続的に大きな電流が流れることがある。

本発明によるプレチャージ抵抗保護回路は、前記ＤＣリンクキャパシター１８０と前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバーター１９０との間に位置するインターロックスイッチ１７０を用いて持続的な過電流が流れることを防止する。前記インターロックスイッチ１７０は前記プレチャージリレー１４０と相補的に（complementarily：交差して）動作する。つまり、前記プレチャージリレー１４０が接続されると、前記インターロックスイッチ１７０は開き、前記プレチャージリレー１４０が離れると、前記インターロックスイッチ１７０は閉じる。従って、低電圧ＤＣ−ＤＣコンバーター１９０などを通じて持続的な大きな電流が流れる場合にも、前記インターロックスイッチ１７０が閉めている時には前記プレチャージリレー１４０が離れていて前記プレチャージ抵抗１２０に電流が流れなく、前記インターロックスイッチ１７０が開いた時にはプレチャージ保護回路から前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバーター１９０に電流が流れないため、前記プレチャージ抵抗１２０に過電流が流れなくなる。

また、本発明によるプレチャージ抵抗保護回路は前記インターロックスイッチ１７０のみを用いてプレチャージ抵抗１２０を保護することができ、なおインターロックスイッチ１７０と前記ポリスイッチ１３０とを共に用いてプレチャージ抵抗１２０を保護することができる。前記ポリスイッチ１３０は発熱によって温度が上がると抵抗が急激に増加して回路を遮断する。つまり、前記プレチャージ抵抗１２０に任意の過電流が持続的に流れて前記プレチャージ抵抗１２０の温度が上がると、ポリスイッチ１３０の抵抗を急激に増加させて前記プレチャージ抵抗１２０にそれ以上電流が流れないようにする。

前記ポリスイッチ１３０は図２に示されたように、プレチャージ抵抗１２０及びプレチャージリレー１４０との間に位置したり、或いはハイブリッド電気自動車のバッテリー１１０及びプレチャージ抵抗１２０との間に位置することができる。前記プレチャージリレー１４０、メイン（＋）リレー１５０及びメイン（−）リレー１６０を用いてモータ制御ユニット（Motor Control Unit, MCU）２００と連結されるＤＣリンクキャパシター２１０を充電することはできるが、本発明の主要な関心分野ではないから、具体的な説明は省略する。

以上のように本発明は限られた実施例及び図面によって説明したが、これは本発明を全般的によりわかり易くするために提供されただけで、本発明は前記の実施例に限られるものではなく、本発明が属する分野において通常の知識を有する者であればこのような記載から多様な修正及び変形が可能である。

従って、本発明の思想は説明された実施例に局限されて定められてはならなく、特許請求範囲のみならず、この特許請求範囲と均等であったり等価的変形がある全ては本発明の思想の範疇に属すると言える。

本発明によるインターロックスイッチを用いたプレチャージ抵抗保護回路は、電圧変換装置に過電流が流れることを防止するためのインターロックスイッチ（Interlock switch）を用いることによって、過電流によるプレチャージ抵抗を効率的に保護することができる。

また、本発明によるインターロックスイッチを用いたプレチャージ抵抗保護回路は、ヒューズを用いる代わりに温度が上昇し且つ抵抗値が増加してプレチャージ抵抗に流れる過電流を遮断するポリスイッチを用いることによって、過電流によるプレチャージ抵抗を効果的に保護することができる。

Claims (3)

1. ハイブリッド電気自動車のバッテリーと電圧変換装置との間に存在し、プレチャージ抵抗（Pre-charge resistance）、プレチャージリレー（Pre-charge relay）及びメインリレー（Main relay）を含むプレチャージ抵抗保護回路において、
   前記電圧変換装置は、低電圧DC-DCコンバーターと、前記低電圧DC-DCコンバーターの両端に並列接続されたDCリンクキャパシターとを含み、
   前記プレチャージリレーの後段に前記ＤＣリンクキャパシターの一端が直列連結され、
   前記DCリンクキャパシターと前記低電圧DC-DCコンバーターとの間に位置し、前記プレチャージリレーと相補的に作動することによって前記低電圧DC-DCコンバーターに持続的な過電流が流れることを防止するためのインターロックスイッチを含むことを特徴とするインターロックスイッチを用いたプレチャージ抵抗保護回路装置。
2. 前記プレチャージ抵抗保護回路装置は、前記プレチャージ抵抗に持続的な過電流が流れる場合、温度が上昇し且つ抵抗値が増加して前記プレチャージ抵抗に流れる過電流を遮断するポリスイッチをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のインターロックスイッチを用いたプレチャージ抵抗保護回路装置。
3. 前記ポリスイッチは、前記プレチャージ抵抗と前記プレチャージリレーとの間に位置するか、又は、前記ハイブリッド電気自動車のバッテリーと前記プレチャージ抵抗との間に存在することを特徴とする請求項２に記載のインターロックスイッチを用いたプレチャージ抵抗保護回路装置。

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