JP6124630B2 - Vehicle power shut-off device - Google Patents
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Description
本発明は、車両の障害発生時に車両の高電圧の電源から負荷を切り離す車両用電源遮断装置に関する。 The present invention relates to a vehicle power shut-off device that disconnects a load from a high-voltage power source of a vehicle when a vehicle failure occurs.
車両においては従来から、過電流の発生時にヒューズ(ヒュージブルリンク等)を溶断させて下流側のワイヤハーネスや負荷を電源から切り離し、それらの損傷を防ぐ電源遮断装置が用いられている。また、近年では、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)等の普及に伴って、従来の電源に加えて高電圧の電源を搭載する場合が増えている。この種の車両では、車両走行に障害を及ぼす衝突等の事象の発生時に、安全のために高電圧の電源から負荷を切り離すことが要求される。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a vehicle, a power cut-off device is used that fuses a fuse (fusible link or the like) when an overcurrent occurs to disconnect a downstream wire harness or load from a power source and prevent damage to them. In recent years, with the widespread use of hybrid vehicles (HEV), electric vehicles (EV), and the like, cases where high-voltage power sources are mounted in addition to conventional power sources are increasing. In this type of vehicle, it is required to disconnect the load from the high-voltage power source for safety when an event such as a collision that impedes vehicle travel occurs.
高電圧の電源から負荷を切り離す場合は、従来の低電圧電源に比べて大きなアークが発生するので、沿面放電により回路遮断が不十分となる可能性がある。そこで、電源遮断を要求する警告信号をトリガとするインフレータの着火でブレードを飛翔させ、電源供給用の電線をブレードで切断した後、ブレードに連なる絶縁部材を電線の切り口に介在させる提案が行われている。 When a load is disconnected from a high-voltage power supply, a large arc is generated as compared with a conventional low-voltage power supply. Therefore, there is a possibility that the circuit interruption is insufficient due to creeping discharge. In view of this, a proposal has been made to cause the blade to fly by ignition of an inflator triggered by a warning signal requesting power-off, and to cut an electric power supply wire with the blade, and then interpose an insulating member connected to the blade at the cut end of the electric wire. ing.
この提案によれば、切断後の電線の切り口間で沿面放電が発生するのを絶縁部材により確実に防ぎ、高電圧の電源から負荷を確実に切り離すことができる(例えば、特許文献1)。 According to this proposal, it is possible to reliably prevent the creeping discharge from being generated between the cut ends of the cut electric wire by the insulating member, and to reliably disconnect the load from the high voltage power source (for example, Patent Document 1).
上述した提案では、電源供給用の電線がブレードによって直接切断されるため、復旧の際には電線全体の交換が必要となる。また、ブレードが安全のため密閉された遮断器の筐体内で飛翔し電線を切断するため、電線を交換する際にはこれと共にブレードを含む遮断器も交換する必要がある。したがって、電源遮断後の復旧作業が繁雑になってしまう。 In the above-described proposal, since the electric power supply wire is directly cut by the blade, the entire electric wire needs to be replaced at the time of restoration. Further, since the blades fly in the case of the circuit breaker sealed for safety and cut the electric wire, it is necessary to exchange the circuit breaker including the blade together with the electric wire. Therefore, the recovery work after power-off is complicated.
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、車両の障害発生に伴い車両の高電圧の電源を負荷から切り離した後の復旧を簡便に済ませることができる車両用電源遮断装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vehicle power shut-off device that can easily perform recovery after disconnecting a high-voltage power source of a vehicle from a load when a vehicle failure occurs. Is to provide.
前記目的を達成するために、請求項1に記載した本発明の車両用電源遮断装置は、
車両の障害発生時に前記車両の高電圧バッテリを負荷から切り離す電源遮断装置において、
前記高電圧バッテリと前記負荷との間に交換可能に直列接続され、過電流が流れた際に溶断して前記高電圧バッテリと前記負荷とを絶縁するヒューズと、
前記負荷と並列接続され、駆動信号の入力により前記ヒューズの前記負荷側の端子を接地電位箇所に短絡して前記ヒューズに過電流を流れさせる過電流発生手段と、
前記ヒューズの前記負荷側の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記車両の障害発生時における前記ヒューズの前記負荷側の端子電圧が、前記高電圧バッテリの電源電圧に対応した前記ヒューズの溶断判定閾値を超えているときに、前記過電流発生手段に対して前記駆動信号を出力する駆動手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a vehicle power shut-off device according to the present invention described in
In a power shut-off device that disconnects the high-voltage battery of the vehicle from a load when a vehicle failure occurs,
A fuse that is connected in series between the high-voltage battery and the load so as to be exchangeable, and melts when an overcurrent flows to insulate the high-voltage battery from the load;
Overcurrent generating means connected in parallel with the load, and short-circuiting the terminal on the load side of the fuse to a ground potential location by input of a drive signal, and causing an overcurrent to flow through the fuse;
Voltage detecting means for detecting a terminal voltage on the load side of the fuse;
When the terminal voltage on the load side of the fuse at the time of failure of the vehicle exceeds a fusing determination threshold value of the fuse corresponding to the power supply voltage of the high-voltage battery, the overcurrent generating means Driving means for outputting a driving signal;
It is characterized by providing.
請求項1に記載した本発明の車両用電源遮断装置によれば、車両に障害が発生して過電流発生手段がヒューズの負荷側の端子を接地電位箇所に短絡すると、過電流が流れたヒューズが溶断して高電圧バッテリを負荷から切り離す。ヒューズ溶断後は過電流発生手段によるヒューズの接地電位箇所への短絡状態を終了させる。障害の解消後には、ヒューズを交換することで、高電圧バッテリに負荷を再び接続することができる。
According to the vehicle power cut-off device of the present invention as set forth in
また、車両に障害が発生したときに、負荷に流れた過電流によってヒューズが既に溶断していたり、別の保護システムによりメインリレーが遮断していれば、高電圧バッテリが既に負荷から切り離されていて、ヒューズの負荷側の端子電圧が高電圧バッテリの電源電圧に対応したヒューズの溶断判定閾値以下となるので、過電流発生手段によるヒューズの負荷側端子の接地電位箇所に対する短絡が行われない。このため、障害の解消後には、負荷側の過電流状態の解消を確認した上でヒューズを交換するだけで、高電圧バッテリに負荷を再び接続することができる。したがって、障害解消後の復旧に際して交換を要するのをヒューズのみに止めることができる。 Also, when a vehicle failure occurs, the high voltage battery is already disconnected from the load if the fuse has already blown due to overcurrent flowing through the load, or if the main relay is cut off by another protection system. Thus, since the terminal voltage on the load side of the fuse is equal to or lower than the fuse blow determination threshold corresponding to the power supply voltage of the high-voltage battery, the overcurrent generating means does not short-circuit the ground potential location of the load side terminal of the fuse. For this reason, after the failure is resolved, the load can be reconnected to the high-voltage battery simply by confirming the elimination of the overcurrent state on the load side and replacing the fuse. Therefore, it is possible to stop only the fuse from being replaced when recovering after the failure is solved.
以上のように、障害の解消後に交換するのをヒューズのみに止め、かつ、過電流発生手段によるヒューズの接地電位箇所への短絡状態と開放状態を切り替える回路は繰り返し使用できるため、車両の障害発生に伴い車両の高電圧の電源を負荷から切り離した後の復旧を簡便に済ませることができる。 As described above, since only the fuse is replaced after the failure is resolved, and the circuit for switching between the short-circuited state and the open-circuited state of the fuse to the ground potential by the overcurrent generating means can be used repeatedly, a vehicle failure occurs. Accordingly, the recovery after disconnecting the high-voltage power source of the vehicle from the load can be easily completed.
また、請求項1に記載した本発明の車両用電源遮断装置は、前記高電圧バッテリの前記負荷に対する接続中に充電され、前記ヒューズの溶断中に放電して前記電圧検出手段及び前記過電流発生手段に電源を供給するバックアップ電源手段をさらに備えることを特徴とする。
The vehicle power supply cutoff device of the present invention as set forth in
請求項1に記載した本発明の車両用電源遮断装置によれば、さらに、ヒューズが過電流により溶断すると、過電流発生手段は最早ヒューズに過電流を流れさせる必要がなくなる。そこで、ヒューズの溶断後に過電流発生手段の通電状態を停止させるには、ヒューズの溶断後にも電圧検出部や過電流発生手段を機能させる必要がある。
According to the vehicle power cut-off device of the present invention described in
バックアップ電源手段は、ヒューズの溶断後に、電圧検出部や過電流発生手段に高電圧バッテリの電力を供給できなくなっても、引き続きそれらに電源を供給するので、過電流発生手段によるヒューズへの過電流の通流をヒューズの溶断後に確実かつ迅速に停止させることができる。 Even if the backup power supply means cannot supply high voltage battery power to the voltage detection unit or overcurrent generating means after the fuse is blown, it continues to supply power to them. Can be reliably and quickly stopped after the fuse is blown.
本発明によれば、車両の障害発生に伴い車両の高電圧の電源を負荷から切り離した後の復旧を安価に済ませることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the recovery after isolate | separating the high voltage power supply of a vehicle from load is completed at low cost with the failure generation of a vehicle.
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。図1は本発明の参考例に係る遮断器の原理的な構成を示す回路図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing the basic configuration of a circuit breaker according to a reference example of the present invention.
本参考例の遮断器1(請求項中の車両用電源遮断装置に相当)は、例えば、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)等の、高電圧バッテリHBを搭載した車両で用いられる。
The
遮断器1は、車両走行に障害を及ぼす衝突等の事象の発生時(障害発生時)に、高電圧バッテリHBを高電圧で駆動される例えばモータジェネレータ等の負荷3から切り離す。そのために、遮断器1は、ヒューズ(高電圧FUSE)11と制御部12とを有している。
The
ヒューズ11は不図示のホルダに対して装脱可能に構成されており、過電流により溶断した場合は交換することができる。制御部12は、電圧検出部13と、パワー半導体デバイス(大電力半導体)15と、電流制限抵抗17と、ドライブ回路19と、電源回路21とを有している。
The
電圧検出部13(請求項中の電圧検出手段に相当)はヒューズ11の負荷3側の端子11aの端子電圧を検出する。そして、検出した端子電圧がヒューズ11の溶断判定閾値Vthを超えている間、電圧検出部13はドライブ回路19に溶断許可信号を出力する。
The voltage detection unit 13 (corresponding to the voltage detection means in the claims) detects the terminal voltage of the terminal 11 a on the
ここで、溶断判定閾値Vthは、ヒューズ11が溶断しているときには端子11aに現れる端子電圧が確実にそれ以下となり、ヒューズ11が溶断していないときには端子11aに現れる端子電圧が確実にそれを超えるような電圧値であり、高電圧バッテリHBの電源電圧に対応した値に設定される。
Here, the blow determination threshold value Vth is surely lower than the terminal voltage appearing at the terminal 11a when the
パワー半導体デバイス15は、例えば、NチャネルのMOSFETやIGBT等の大電力に対する耐性が高い半導体スイッチングデバイスを用いて構成されている。パワー半導体デバイス15のドレイン(エミッタ)は接地されている。電流制限抵抗17は、ヒューズ11の負荷3側の端子11aと、パワー半導体デバイス15のソース(コレクタ)との間に直列に接続されている。このパワー半導体デバイス15と電流制限抵抗17との直列回路は、請求項中の過電流発生手段を構成している。
The
ドライブ回路19(請求項中の駆動手段に相当)は、車両の障害発生時に遮断信号が外部から入力されると共に、上述した溶断許可信号が電圧検出部13から入力される。ドライブ回路19は、溶断許可信号と遮断信号とが両方入力されると、パワー半導体デバイス15のゲートにバイアス信号として駆動信号を出力する。溶断許可信号と遮断信号とのどちらか一方でも入力されないと、ドライブ回路19は駆動信号の出力を停止する。パワー半導体デバイス15は、ゲートに駆動信号が入力されている間、ソース(コレクタ)−ドレイン(エミッタ)間を非導通状態から導通状態に遷移させる。
The drive circuit 19 (corresponding to the drive means in the claims) receives a cut-off signal from the outside when a vehicle failure occurs, and receives the fusing permission signal described above from the
電源回路21は、ヒューズ11の端子11aに現れる電圧を降圧させて、電圧検出部13やドライブ回路19に電源として供給する。
The
なお、高電圧バッテリHBと遮断器1との間には、メインリレー5が介設されている。メインリレー5は、別のシステムにより制御されており、ヒューズ11を交換する際には、安全を確保するためメインリレー5がオフしていること確認する必要がある。遮断器1の不図示のホルダに対するヒューズ11の装脱状態に連動してメインリレー5がオン、オフ制御される場合は、さらに安全にヒューズ11を交換することができる。
A
詳しくは、ヒューズ11が不図示のホルダに装着されているとメインリレー5はオンし、不図示のホルダからヒューズ11が離脱されているとメインリレー5はオフする。したがって、溶断したヒューズ11をホルダから離脱させると、溶断していない新しいヒューズ11を次にホルダに装着するまでは、メインリレー5がオフされて高電圧バッテリHBから遮断器1が絶縁される。
Specifically, the
ちなみに、ヒューズ11がホルダに装着されている状態においても、メインリレー5は制御により強制的にオフさせることができる。そうすることで、ヒューズ11を装着した瞬間に高電圧が通電してしまうといった状態を防ぐことができる。
Incidentally, even when the
このメインリレー5の存在により、ヒューズ11の交換を高電圧バッテリHBから電気的に絶縁された状態で安全に行うことができる。
Due to the presence of the
次に、上述した構成の遮断器1で行われる動作(作用)について、図2のフローチャートを参照して説明する。
Next, the operation (action) performed in the
まず、車両に障害が発生してドライブ回路19に遮断信号が入力されると(ステップS1)、電圧検出部13がヒューズ11の端子11aの電圧(FUSE下流電圧)を検出し、検出電圧が溶断判定閾値Vthを上回るか否かを確認する(ステップS3)。検出電圧が溶断判定閾値Vthを上回らない場合は(ステップS3でFUSE下流電圧≦Vth)、パワー半導体デバイス15を非導通状態(OFF)のまま維持した後(ステップS5)、ステップS3にリターンする。
First, when a failure occurs in the vehicle and a cut-off signal is input to the drive circuit 19 (step S1), the
一方、検出電圧が溶断判定閾値Vthを上回る場合は(ステップS3でFUSE下流電圧>Vth)、パワー半導体デバイス15(大電力半導体)を導通状態(ON)とする(ステップS7)。これにより、ヒューズ11(高電圧FUSE)に過電流を流れさせ(定格以上通電)て(ステップS9)、ヒューズ11(高電圧FUSE)を溶断(回路遮断)させる(ステップS11)。そして、ヒューズ11溶断後はパワー半導体デバイス15(大電力半導体)を非導通状態(OFF)にする(ステップS13)。
On the other hand, when the detected voltage exceeds the fusing judgment threshold value Vth (FUSE downstream voltage> Vth in step S3), the power semiconductor device 15 (high power semiconductor) is turned on (ON) (step S7). As a result, an overcurrent is caused to flow through the fuse 11 (high voltage FUSE) (energization over the rating) (step S9), and the fuse 11 (high voltage FUSE) is blown (circuit cut-off) (step S11). After the
上述した動作を行う本参考例の遮断器1では、車両に障害が発生した際に、ヒューズ11が溶断しておらず、かつ、メインリレー5が強制的にオフされていなければ、ヒューズ11の負荷3側の端子11aの電圧が溶断判定閾値Vthを超える。このため、遮断信号と溶断許可信号とが両方入力されたドライブ回路19から駆動信号が出力されてパワー半導体デバイス15が導通する。これにより、ヒューズ11の負荷3側の端子11aが接地電位箇所(アース)に短絡され、ヒューズ11に過電流が流れてヒューズ11が溶断し、高電圧バッテリHBが負荷3から切り離される。
In the
ヒューズ11が溶断すると、ヒューズ11の端子11aの電圧が溶断判定閾値Vth以下となり、ドライブ回路19への溶断許可信号の入力が途絶える。このため、ドライブ回路19からの駆動信号の出力が停止され、パワー半導体デバイス15が非導通状態となってヒューズ11の端子11aが接地電位箇所から絶縁される。
When the
その後、車両の障害が解消したら、ヒューズ11を溶断していない新しいものと交換する。これにより、メインリレー5をオンさせて高電圧バッテリHBに負荷3を再び接続することができる。
After that, when the vehicle trouble is solved, the
また、車両に障害が発生したときに、負荷3に流れた過電流によってヒューズ11が既に溶断していたり、あるいは、メインリレー5が強制的にオフされていれば、高電圧バッテリHBが負荷3から既に切り離されているので、ヒューズ11の負荷3側の端子11aの電圧は溶断判定閾値Vth以下となる。このため、溶断許可信号が入力されてないドライブ回路19は駆動信号を出力せずパワー半導体デバイス15は非導通のままとなる。
In addition, when a failure occurs in the vehicle, if the
その後、車両の障害が解消したら、負荷3に過電流が流れた原因の解消や、メインリレー5の強制オフ状態の解除を確認した上で、ヒューズ11を溶断していない新しいものと交換する。これにより、メインリレー5をオンさせて高電圧バッテリHBに負荷3を再び接続することができる。パワー半導体デバイス15は、車両の障害発生時に非導通状態から導通状態に遷移していないので、車両の障害解消に伴って改めて導通状態から非導通状態に再遷移させなくてよい。
Thereafter, when the trouble of the vehicle is resolved, the cause of the overcurrent flowing to the
したがって、高電圧バッテリHBを負荷3から切り離した後の復旧に際して交換するのをヒューズ11だけとすることができる。また、負荷3に流れた過電流でヒューズ11が溶断した場合は、復旧に際してパワー半導体デバイス15を導通状態から非導通状態に再遷移させる手間を不要とすることができる。これにより、車両の障害発生に伴い車両の高電圧バッテリHBを負荷3から切り離した後の復旧を簡便に済ませることができる。
Therefore, only the
しかも、ヒューズ11が溶断すると、その溶断部分には十分な沿面距離が確保されるので、沿面放電により高電圧バッテリHBが負荷3と接続されてしまうのを防ぎ、確実な絶縁を確保することができる。
In addition, when the
なお、ヒューズ11が溶断したりメインリレー5がオフすると、電源回路21は高電圧バッテリHBからの電力を受けて電圧検出部13やドライブ回路19に電源を供給することができなくなる。そこで、図3に示す本発明の一実施形態に係る遮断器1では、低電圧電源(12V(ボルト)電源)LBからの電力により電源回路21を介して充電されるバックアップ電源23(請求項中のバックアップ電源手段に相当)を設けている。
When the
このバックアップ電源23は、ヒューズ11の溶断に伴い電源回路21が電圧検出部13やドライブ回路19に電源を供給できなくなった場合に放電して、充電されていた電力を電圧検出部13やドライブ回路19に電源として供給する。
The
このようにすることで、ヒューズ11の溶断後に、導通状態のパワー半導体デバイス15を確実かつ迅速に非導通状態に遷移させて、交換した新しいヒューズ11が即座に溶断されてしまうのを防止することができる。
In this way, after the
また、上述したバックアップ電源23を、ヒューズ11が溶断されておらず、かつ、メインリレー5がオフされていない間、ヒューズ11の端子11aに現れる高電圧バッテリHBの電力により電源回路21を介して充電されるものとしてもよい。
Further, the above-described
さらに、上述した実施形態やその変形例では、請求項中の過電流発生手段をパワー半導体デバイス15と電流制限抵抗17との直列回路で構成したが、パワー半導体デバイス15に代えて大電力用リレーを用いてもよく、また、不要であれば電流制限抵抗17を省略してもよい。
Further, in the above-described embodiment and its modification, the overcurrent generating means in the claims is constituted by a series circuit of the
本発明は、車両の障害発生時に車両の高電圧の電源から負荷を切り離す際に用いて極めて有用である。 The present invention is extremely useful when used to disconnect a load from a high-voltage power source of a vehicle when a vehicle failure occurs.
1 遮断器(車両用電源遮断装置)
3 負荷
5 メインリレー
11 ヒューズ
11a 端子(ヒューズの負荷側の端子)
13 電圧検出部(電流検出手段)
15 パワー半導体デバイス(過電流発生手段)
17 電流制限抵抗(過電流発生手段)
19 ドライブ回路(駆動手段)
21 電源回路
23 バックアップ電源
HB 高電圧バッテリ
LB 低電圧電源
Vth 溶断判定閾値
1 Circuit breaker (Vehicle power cut-off device)
3
13 Voltage detector (current detection means)
15 Power semiconductor devices (overcurrent generating means)
17 Current limiting resistor (overcurrent generating means)
19 Drive circuit (drive means)
21
Claims (1)
前記高電圧バッテリと前記負荷との間に交換可能に直列接続され、過電流が流れた際に溶断して前記高電圧バッテリと前記負荷とを絶縁するヒューズと、
前記負荷と並列接続され、駆動信号の入力により前記ヒューズの前記負荷側の端子を接地電位箇所に短絡して前記ヒューズに過電流を流れさせる過電流発生手段と、
前記ヒューズの前記負荷側の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記車両の障害発生時における前記ヒューズの前記負荷側の端子電圧が、前記高電圧バッテリの電源電圧に対応した前記ヒューズの溶断判定閾値を超えているときに、前記過電流発生手段に対して前記駆動信号を出力する駆動手段と、
前記高電圧バッテリの前記負荷に対する接続中に充電され、前記ヒューズの溶断中に放電して前記電圧検出手段及び前記過電流発生手段に電源を供給するバックアップ電源手段と、
を備えることを特徴とする車両用電源遮断装置。 In a circuit breaker for disconnecting the high-voltage battery of the vehicle from a load when a vehicle failure occurs,
A fuse that is connected in series between the high-voltage battery and the load so as to be exchangeable, and melts when an overcurrent flows to insulate the high-voltage battery from the load;
Overcurrent generating means connected in parallel with the load, and short-circuiting the terminal on the load side of the fuse to a ground potential location by input of a drive signal, and causing an overcurrent to flow through the fuse;
Voltage detecting means for detecting a terminal voltage on the load side of the fuse;
When the terminal voltage on the load side of the fuse at the time of failure of the vehicle exceeds a fusing determination threshold value of the fuse corresponding to the power supply voltage of the high-voltage battery, the overcurrent generating means Driving means for outputting a driving signal;
Backup power supply means that is charged during connection of the high-voltage battery to the load, and that discharges while the fuse is blown to supply power to the voltage detection means and the overcurrent generation means;
Vehicle power supply cutoff device, characterized in that it comprises a.
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