JP5912162B2 - 高電圧リレーの故障診断装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、高電圧リレーの故障診断装置及びその方法に関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車（HEV: Hybrid Electric Vehicle）は、バッテリに蓄積された電気でモータを回転させて駆動エネルギーを得る自動車であり、従来の自動車のように化石燃料の燃焼によりエネルギーを得るものではないので、排気ガスを低減することができる。

電気自動車のモータを用いた駆動力はトランスミッションを介してホイールに伝達されるが、モータのトルク−速度最大能力曲線は、エンジンとは異なり、速度に応じて連続的であるので一般に一定の固定減速比を有し、モータを制御するインバータは、モータの高速制御（一般に０〜１２，０００ｒｐｍ）が可能でなければならない。

一般に、電気自動車に含まれるインバータの制御電源は、エンジン車両と同じ１２Ｖクラスの鉛蓄電池バッテリを用いるが、インバータに入力されるバッテリの電圧は、ＤＣ２００〜４００Ｖの高電圧を用いる。

ここで、高電圧のバッテリとインバータ間には、図４に示すように、バッテリを保護するためにリレー部３が直列に接続される。また、リレー部３は、バッテリ１とインバータ２を電極毎に直列に接続する１つ又は複数のリレー３１、３２を含んでもよい。

このようなリレー３１、３２は高電圧のバッテリ１に接続されて駆動されるので、リレー３１、３２（以下、「高電圧リレー」と混用される）の使用中に接点部が融着すると、図らずも他のシステムに高電圧を印加することがあるという問題が生じる。

上記問題を解決するために、従来の特許文献１においては、リレー３１、３２の接点が融着しているか否かを確認することのできる装置を開示している。

図５は従来のリレー接点融着確認装置の回路図である。

図５に示すように、従来のリレー接点融着確認装置は、（＋）極のリレー３１が融着すると、Ｒ１抵抗により高電圧のバッテリから供給される電圧を降下させ、第１フォトカプラＰＣ１により第１ＬＥＤ４１を点灯させる。逆に、（−）極のリレー３２が融着すると、Ｒ５抵抗により高電圧のバッテリから供給される電圧を降下させ、第２フォトカプラＰＣ２により第２ＬＥＤ４２を点灯させる。

韓国公開特許第１０−２０１３−００７９８４３号公報

前述したように、従来のリレー接点融着確認装置は、ユーザが肉眼で各電極のリレー３１、３２の接点融着を確認できるという利点があるが、各種抵抗Ｒ１〜Ｒ８やフォトカプラＰＣ１、ＰＣ２などを含む回路に流れる電流を用いて高電圧リレー３１、３２の接点融着を確認するので、回路や部品を追加する必要があるという欠点がある。

また、従来のリレー接点融着確認装置は、部品が追加されるので、製品サイズを小さく設計することができず、経済性に劣るという問題がある。

よって、上記問題を解決する技術が切実に求められている現状である。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、高電圧リレーの接点融着を診断することができる、高電圧リレーの故障診断装置及びその方法を提供することを技術的課題とする。

上記技術的課題を解決するために、本発明は、バッテリを用いる回路への電源供給を電極毎に断続する第１リレー及び第２リレーと、前記第１リレーの端子のうちバッテリ側端子又は回路側端子と前記第２リレーの端子のうち前記回路側端子又は前記バッテリ側端子間の第１電圧を測定し、前記バッテリ側又は前記回路側の両端間の第２電圧を測定する電圧測定部と、前記第１リレー又は前記第２リレーの断続を制御し、前記電圧測定部により測定された前記第１電圧値及び前記第２電圧値に基づいて、前記第１リレー又は前記第２リレーにおける故障の有無を判断する制御部とを含む高電圧リレーの故障診断装置を提供する。

本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、前記第１リレー及び前記第２リレーを交互にオンにし、前記第１電圧値及び前記第２電圧値に基づいて、オン状態のリレーにおける故障の有無を判断することができる。

本発明の他の実施形態によれば、前記制御部は、前記第１リレーをオンにし、前記第２リレーをオフにし、前記第１リレーの前記バッテリ側端子と前記第２リレーの前記回路側端子間の電圧値を、前記回路側の両端間の電圧値と比較することにより、前記第１リレーにおける故障の有無を判断することができる。

本発明のさらに他の実施形態によれば、前記制御部は、前記第１リレーをオフにし、前記第２リレーをオンにし、前記第１リレーの前記バッテリ側端子と前記第２リレーの前記回路側端子間の電圧値を、前記バッテリ側の両端間の電圧値と比較することにより、前記第２リレーにおける故障の有無を判断することができる。

ここで、前記制御部は、前記第２電圧値が、予め設定されている前記バッテリの出力電圧値、又は電源が供給されていない前記回路における前記回路側の両端間の電圧値と同一であるか否かを判断することができる。

また、本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、前記第１リレー又は前記第２リレーにおける故障の有無を判断する前に、前記第１リレー及び前記第２リレーをオフにし、前記電圧測定部により測定された前記第１電圧が０であるか否かを判断することができる。

さらに、本発明の一実施形態によれば、前記制御部は、前記第１リレー又は前記第２リレーが故障であると判断した場合に、外部に音又は光を出力する通知部をさらに含んでもよい。

本発明による高電圧リレーの故障診断装置及びその方法によれば、高電圧のバッテリとインバータ間に直列接続されたリレーにおける融着の有無を確認することができる。

また、本発明による高電圧リレーの故障診断装置及びその方法によれば、従来のリレー接点融着確認装置とは異なり、追加部品が少なく、製品サイズを小型化できるだけでなく、製作コストを低減できるという効果がある。

本発明の一実施形態による高電圧リレーの故障診断装置を示すブロック図である。 高電圧リレーを含む回路において本発明による電圧測定部が測定する電圧の位置を示す図である。 本発明の一実施形態による高電圧リレーの故障診断装置がリレーにおける故障の有無を判断するために測定する電圧の位置及びリレーの状態を示す図である。 本発明の一実施形態による高電圧リレーの故障診断方法を示すフローチャートである。 一般的な電気自動車用バッテリとインバータが接続された状態を示すブロック図である。 従来のリレー接点融着確認装置の回路図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明するが、図面番号に関係なく同一又は対応する構成要素には同一符号を付し、それについての説明は省略する。本発明の構成要素に対して用いられる「モジュール」や「部」という接尾辞は、本発明の理解を助けるために付与又は混用されるにすぎず、それ自体が特別な意味や役割を有するものではない。本発明の実施形態について説明する上で、関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の実施形態の要旨を不明確にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。また、添付図面は本発明の理解を助けるためのものにすぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。

高電圧リレーの故障診断装置
図１Ａは本発明の一実施形態による高電圧リレーの故障診断装置を示すブロック図であり、図１Ｂは高電圧リレーを含む回路において本発明による電圧測定部が測定する電圧の位置を示す図である。

高電圧リレーは、図４に示すように、バッテリ１とインバータ２（バッテリ１を用いる回路）間に直列に接続され、図１Ｂに示すように、電極毎に備えられるので全体としては複数備えられる。ここで、本発明においては、バッテリの（＋）極１１とインバータの（＋）極２１間に接続されたリレー３１を「第１リレー」といい、バッテリの（−）極１２とインバータの（−）極２２間に接続されたリレー３２を「第２リレー」というが、本発明の理解を助けるためのものにすぎず、本発明の範囲がこれらに限定されるものではない。

図１Ａに示すように、本発明による高電圧リレーの故障診断装置１００は、制御部１１０と電圧測定部１２０とを含む。以下、図１Ｂを参照して、各構成についてより詳細に説明する。

電圧測定部１２０は、第１リレー３１の端子のうちバッテリ側端子ａ１と、第２リレー３２の端子のうち回路側端子ｂ２との間、又は第１リレー３１の端子のうち回路側端子ｂ１と、第２リレー３２の端子のうちバッテリ側端子ａ２との間の電圧（Ｖ１）（以下、「第１電圧」という）を測定し、バッテリ側の両端ａ１、ａ２間の電圧（Ｖ２ａ）又は回路側の両端ｂ１、ｂ２間の電圧（Ｖ２ｂ）（以下、「第２電圧」という）を測定する。

なお、本発明の理解を助けるために、以下で用いる「第１電圧」Ｖ１は、第１リレー３１の端子のうちバッテリ側端子ａ１と、第２リレー３２の端子のうち回路側端子ｂ２間の電圧を示すものとするが、本発明の範囲がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。

電圧測定部１２０としては、第１電圧Ｖ１又は第２電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂを測定することのできる公知の各種手段を採用することができ、特定の電圧測定手段に限定されるものではない。

一方、制御部１１０は、第１リレー３１又は第２リレー３２の断続を制御し、電圧測定部１２０により測定された第１電圧Ｖ１の値及び第２電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂの値に基づいて、第１リレー３１又は第２リレー３２における故障の有無を判断する。

制御部１１０が第１リレー３１又は第２リレー３２における故障の有無を判断する方法を具体的に説明すると次の通りである。まず、制御部１１０は、第１リレー３１及び第２リレー３２の両方をオフにした状態で電圧測定部１２０によりバッテリ側の両端ａ１、ａ２間の電圧（以下、「固有バッテリ電圧」という）を測定して予め保存することができ、電源が供給されていない回路において回路側の両端ｂ１、ｂ２間の電圧（以下、「固有回路電圧」という）を測定して予め保存することができる。あるいは、固有バッテリ電圧と固有回路電圧は、ユーザにより予め設定されて保存されていてもよい。

そして、制御部１１０は、後述するように、第１リレー３１及び第２リレー３２における故障の有無を判断する前に、第１リレー３１及び第２リレー３２の両方をオフにした状態で電圧測定部１２０により第１電圧Ｖ１の値が０Ｖであるか否か（以下、「第１条件」という）、第２電圧値のうちバッテリ側の両端ａ１、ａ２間の電圧Ｖ２ａの値が固有バッテリ電圧値であるか否か（以下、「第２条件」という）、第２電圧値のうち回路側の両端ｂ１、ｂ２間の電圧Ｖ２ｂの値が固有回路電圧値であるか否か（以下、「第３条件」という）を判断することができる。すなわち、制御部１１０は、第１リレー３１及び第２リレー３２における故障の有無を判断する前に、第１〜第３条件の少なくとも１つの条件を満たすか否かを判断し、それを満たす場合にのみ、後述するように第１リレー３１及び第２リレー３２が正常に動作しているか否かを判断するようにすることができる。

その後、制御部１１０は、第１リレー３１における接点融着の有無を判断するために、第１リレー３１をオンにし、第２リレー３２をオフにし、その状態で電圧測定部１２０により測定された第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂの値を用いる（図２の（ｃ）参照）。すなわち、図２の（ｃ）に示すように、制御部１１０は、Ｖ２ａの電圧値が固有バッテリ電圧値と同一であり、Ｖ２ｂの電圧値が固有回路電圧値と同一であり、第１電圧値がＶ２ｂの電圧値と同一であると判断した場合は、第１リレー３１が正常に動作していると判断する。

また、制御部１１０は、第２リレー３２における接点融着の有無を判断するために、第１リレー３１をオフにし、第２リレー３２をオンにし、その状態で電圧測定部１２０により測定された第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂの値を用いる（図２の（ｂ）参照）。すなわち、図２の（ｂ）に示すように、制御部１１０は、Ｖ２ａの電圧値が固有バッテリ電圧値と同一であり、Ｖ２ｂの電圧値が固有回路電圧値と同一であり、第１電圧値がＶ２ａの電圧値と同一であると判断した場合は、第２リレー３２が正常に動作していると判断する。

ここで、制御部１１０が第１リレー３１又は第２リレー３２の接点融着の有無を判断する順序については、図３に示すように、第１リレー３１における故障の有無を判断した後に、第２リレー３２における故障の有無を順次判断するようにしてもよいが、これに限定されるものではなく、どちらのリレーにおける故障の有無の判断が優先されてもよい。

ただし、制御部１１０は、複数のリレーの故障の有無を連続して判断するために、複数のリレーのうち既に故障の有無を判断した対象でないリレーのうち、任意の一方のリレーをオンにし、他方のリレーをオフにした後、前述したように、第１電圧Ｖ１の値及び第２電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂの値を用いて、オン状態のリレーにおける接点融着の有無を判断することができる。

一例として、制御部１１０は、第１リレー３１を交互にオンオフし、それに対応して第２リレー３２をオフオンし、それぞれの状態で電圧測定部１２０により測定された電圧値を用いて、オン状態のリレーにおける故障の有無を判断することにより、複数の各リレーにおいて連続して故障の有無を判断することができる。

一方、本発明の一実施形態による高電圧リレーの故障診断装置１００は、通知部１３０をさらに含んでもよい。

通知部１３０は、制御部１１０に含まれるか、制御部１１０と電気的に接続されており、制御部１１０が複数のリレー３１、３２の少なくともいずれかのリレーに故障があると判断した場合、外部に音又は光を出力することにより、ユーザに聴覚的又は視覚的にリレー３１、３２の点検が必要であることを認知させることができる。

それ以外にも、本発明の一実施形態による高電圧リレーの故障診断装置１００は、制御部１１０に含まれるか、制御部１１０と電気的に接続された通信部１４０をさらに含み、制御部１１０が複数のリレー３１、３２の少なくともいずれかのリレーに故障があると判断した場合、故障信号を遠隔の端末又はサーバに送信することにより、遠隔のユーザに現状を通知することができる。

このように、本発明による高電圧リレーの故障診断装置は、従来技術とは異なり、回路に流れる電流を用いて高電圧リレー３１、３２の融着を確認するのではなく、ノード間の電圧を用いるので、回路や部品を追加する必要がなく、少ない部品で高電圧リレー３１、３２における接点融着の有無を確認することができ、診断装置の製品サイズを小型化できるだけでなく、製作コストを低減することができる。

電気自動車
電気自動車は、本発明による高電圧リレーの故障診断装置を含んでもよい。

電気自動車は、図４に示すように、従来の液体燃料（例えば、ガソリン、軽油など）を代替して高電圧のバッテリに充電された電気で電気自動車本体に駆動力を与えるモータと、モータを制御するためのインバータ２と、それに高電圧の電気を印加するバッテリ１と、高電圧のバッテリ１を保護するためのリレー部３とを含む。

電気自動車は、電気自動車のリレー部３に含まれる少なくとも１つのリレーにおける故障の有無を判断するために、本発明による高電圧リレーの故障診断装置を含んでもよい。

高電圧リレーの故障診断方法
図３は本発明の一実施形態による高電圧リレーの故障診断方法を示すフローチャートである。

以下、図２を参照して、各構成について詳細に説明するが、上記説明と重複する部分についての詳細な説明は省略する。

本発明による高電圧リレーの故障診断方法は、図３に示すように、制御部１１０が第１リレー３１又は第２リレー３２の断続を制御し、電圧測定部１２０により測定された第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂの値に基づいて、第１リレー３１又は第２リレー３２における故障の有無を判断する。

具体的には、制御部１１０は、第１リレー３１における接点融着の有無を判断するために、第１リレー３１をオンにし、第２リレー３２をオフにし（Ｓ１００）、電圧測定部１２０により測定された第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂの値を用いる（Ｓ１５０）。すなわち、制御部１１０は、Ｖ２ａの電圧値が固有バッテリ電圧値と同一であり、Ｖ２ｂの電圧値が固有回路電圧値と同一であり、第１電圧Ｖ１の値がＶ２ｂの電圧値と同一であると判断した場合は、第１リレー３１が正常に動作していると判断する。

また、これとは異なり、制御部１１０は、第２リレー３２における接点融着の有無を判断するために、第１リレー３１をオフにし、第２リレー３２をオンにし（Ｓ２００）、電圧測定部１２０により測定された第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂの値を用いる（Ｓ２５０）。すなわち、制御部１１０は、Ｖ２ａの電圧値が固有バッテリ電圧値と同一であり、Ｖ２ｂの電圧値が固有回路電圧値と同一であり、第１電圧Ｖ１の値がＶ２ａの電圧値と同一であると判断した場合は、第２リレー３２が正常に動作していると判断する。

ここで、制御部１１０が第１リレー３１又は第２リレー３２の接点融着の有無を判断する順序については、図３に示すように、第１リレー３１における故障の有無を判断した後に、第２リレー３２における故障の有無を順次判断するようにしてもよい。しかし、これに限定されるものではなく、どちらのリレーにおける故障の有無の判断が優先されてもよい。

ただし、制御部１１０は、複数のリレーの故障の有無を連続して判断するために、複数のリレーのうち既に故障の有無を判断した対象でないリレーのうち、任意の一方のリレーをオンにし、他方のリレーをオフにした後、前述したように、第１電圧Ｖ１の値及び第２電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂの値を用いて、オン状態のリレーにおける接点融着の有無を判断し、それを繰り返す。ここで、一方のリレーにおける故障の有無を判断した後は、制御部１１０が全てのリレーをオフ（図２の（ａ）参照）にするように制御する。

一方、本発明の一実施形態によれば、リレー３１、３２における故障の有無を判断する前に、第１リレー３１及び第２リレー３２の両方をオフにした状態（Ｓ１０）で、第１〜第３条件の少なくとも１つの条件を満たすか否かを判断（Ｓ５０）し、それを満たす場合にのみ、リレーが正常に動作しているか否かを判断することが好ましい。

それに対して、第１〜第３条件を満たさない場合は、第１リレー３１及び／又は第２リレー３２に故障があると判断し、通知部１３０により外部に音又は光を出力することにより、ユーザに聴覚的又は視覚的にリレー３１、３２の点検が必要であることを認知させることができる。それ以外にも、制御部１１０は、遠隔の端末又はサーバとデータを送受信する手段である通信部１４０により、第１リレー３１及び／又は第２リレー３２に故障があることを遠隔のユーザに通知することができる。

このように、本発明による高電圧リレーの故障診断方法は、従来技術とは異なり、回路に流れる電流を用いて高電圧リレー３１、３２の融着を確認するのではなく、ノード間の電圧を用いるので、回路や部品を追加する必要がないという利点がある。

コンピュータ可読記録媒体
前述した本発明の一実施形態による高電圧リレーの故障診断方法は、様々なコンピュータ構成要素により実行されるプログラムコマンドの形態で実現され、コンピュータ可読記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ可読記録媒体は、プログラムコマンド、データファイル、データ構造などを単独で又は組み合わせて含んでもよい。コンピュータ可読記録媒体に記録されるプログラムコマンドは、本発明のために特別に設計されて構成されたものであってもよく、コンピュータソフトウェア分野の当業者に公知の使用可能なものであってもよい。コンピュータ可読記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気テープなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの光記録媒体、フロプティカルディスクなどの光磁気媒体（magneto-optical media）、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのプログラムコマンドを保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が挙げられる。プログラムコマンドの例としては、コンパイラにより作成されたものなどの機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータにより実行される高級言語コードが挙げられる。ハードウェア装置は、本発明による処理を行うために、少なくとも１つのソフトウェアモジュールとして作動するように構成され、その逆も同様である。

前述した本発明の好ましい実施形態は、上記技術的課題を解決するためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の思想及び範囲内で様々な修正、変更、付加などが可能であり、その修正、変更などは本発明に含まれるものである。

１ バッテリ
２ インバータ
１１ バッテリの（＋）極
１２ バッテリの（−）極
２１ インバータの（＋）極
２２ インバータの（−）極
３１ 第１リレー
３２ 第２リレー
１００ 高電圧リレーの故障診断装置
１１０ 制御部
１２０ 電圧測定部
１３０ 通知部
ａ１、ａ２ バッテリ側端子
ｂ１、ｂ２ 回路側端子
Ｖ１ 第１電圧
Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ 第２電圧

Claims (7)

1. バッテリと前記バッテリを電源として用いる回路とを電極毎に断続するよう構成された第１リレー及び第２リレーであって、前記バッテリはインバータを介して前記回路と接続される、第１リレー及び第２リレーと、
   前記バッテリの出力端子間の第１電圧を測定し、前記インバータの入力端子間の第２電圧を測定するよう構成された電圧測定部と、
   前記第１リレー又は前記第２リレーをオン又はオフして、前記第１電圧と参照電圧を比較し、又は前記第２電圧と前記参照電圧を比較することにより、前記第１リレー又は前記第２リレーに故障があるか否かを判断するよう構成された制御部と、を含み、
   前記電圧測定部は、前記バッテリの＋側出力端子と前記インバータの−側入力端子との間の電圧を測定することにより、又は前記バッテリの−側出力端子と前記インバータの＋側入力端子との間の電圧を測定することにより前記参照電圧を取得する、高電圧リレーの故障診断装置。
2. 前記制御部は、前記第１リレー及び前記第２リレーを交互にオンにし、前記第１電圧、前記第２電圧、及び前記参照電圧に基づいて、オン状態である前記第１リレー又は前記第２リレーの一方に故障があるか否かを判断する、請求項１に記載の高電圧リレーの故障診断装置。
3. 前記制御部は、前記第１リレーをオンにし、前記第２リレーをオフにし、前記バッテリの前記＋側出力端子と前記インバータの前記−側入力端子との間で測定された前記参照電圧を、前記インバータの前記入力端子間の前記第２電圧と比較することにより、前記第１リレーに故障があるか否かを判断する、請求項１又は２に記載の高電圧リレーの故障診断装置。
4. 前記制御部は、前記第１リレーをオフにし、前記第２リレーをオンにし、前記バッテリの前記＋側出力端子と前記インバータの前記−側入力端子との間で測定された前記参照電圧を、前記バッテリの前記出力端子間の前記第１電圧と比較することにより、前記第２リレーに故障があるか否かを判断する、請求項１又は２に記載の高電圧リレーの故障診断装置。
5. 前記制御部は、前記第１電圧が、予め設定されている前記バッテリの出力電圧値と同一であるか否か、又は前記第２電圧が、電源が前記回路に供給されていない状態における前記インバータの前記入力端子間の予め設定されている電圧と同一であるか否かを判断する、請求項３又は４に記載の高電圧リレーの故障診断装置。
6. 前記制御部は、前記第１リレー又は前記第２リレーに故障があるか否かを判断する前に、前記第１リレー及び前記第２リレーをオフにし、前記電圧測定部により測定された電圧が０であるか否かを判断する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の高電圧リレーの故障診断装置。
7. 前記制御部が、前記第１リレー又は前記第２リレーに故障があると判断した場合に、外部に音又は光を出力するよう構成された通知部をさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の高電圧リレーの故障診断装置。

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