JP6322123B2 - Current limit circuit - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、電流制限回路に関する。   Embodiments described herein relate generally to a current limiting circuit.

電気自動車(EV:Electric Vehicle)やハイブリッド電気自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)等には、駆動モータ等の高電圧負荷を駆動するための電源としてリチウムイオン二次電池等の高電圧バッテリが搭載されている。
上記構成においては、高電圧バッテリと高電圧負荷との遮断を目的としてリレーが使用されている。
Electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and the like are equipped with a high voltage battery such as a lithium ion secondary battery as a power source for driving a high voltage load such as a drive motor. ing.
In the above configuration, a relay is used for the purpose of cutting off the high voltage battery and the high voltage load.

さらに上記構成においては、リレーがオンするときの突入電流を回避し、リレー接点の溶着などの故障を防止するために、高電圧バッテリと高電圧負荷との間には、電流制限回路が設けられているのが一般的である。   Further, in the above configuration, a current limiting circuit is provided between the high-voltage battery and the high-voltage load in order to avoid an inrush current when the relay is turned on and prevent failures such as welding of the relay contacts. It is common.

特開2005−102471号公報JP 2005-102471 A 特開2010−193588号公報JP 2010-193588 A

電流制限回路の一つの態様としては、プリチャージリレー及び電流制限抵抗を直列に接続したプリチャージ回路が知られている。
ここで、電流制限抵抗を用いたプリチャージ回路により電流制限を行う場合の消費電力の大半は、電流制限抵抗で消費(電気エネルギーの熱エネルギーへの変換)される。
As one aspect of the current limiting circuit, a precharge circuit in which a precharge relay and a current limiting resistor are connected in series is known.
Here, most of the power consumption when the current is limited by the precharge circuit using the current limiting resistor is consumed by the current limiting resistor (electrical energy is converted into thermal energy).

したがって、高電圧バッテリの突入電流を抑制するためには、抵抗値の大きな電流制限抵抗を用いる必要があり、抵抗での消費電力が大きくなるため電流制限抵抗のサイズが大きくなってしまっていた。   Therefore, in order to suppress the inrush current of the high-voltage battery, it is necessary to use a current limiting resistor having a large resistance value, and the power consumption at the resistor increases, so that the size of the current limiting resistor has increased.

また、電流制限回路の他の態様としては、複数の半導体スイッチング素子を使用し、PWM駆動を行うプリチャージ回路が知られている。
このようなプリチャージ回路では、複数の半導体スイッチング素子を使用し、PWM駆動を行っているため、ノイズが発生してしまうとともに、部品点数が増加し、回路構成が複雑となっていた。
As another aspect of the current limiting circuit, a precharge circuit that uses a plurality of semiconductor switching elements and performs PWM driving is known.
In such a precharge circuit, since a plurality of semiconductor switching elements are used and PWM driving is performed, noise is generated, the number of parts is increased, and the circuit configuration is complicated.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化が可能な電流制限回路を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a current limiting circuit that can be miniaturized.

実施形態の電流制限回路は、高電圧バッテリと、高電圧負荷を構成するコンデンサとの間に介挿された高電位側メインリレー及び低電位側メインリレーと、低電位側メインリレー又は高電位側メインリレーと並列に接続された電流制限抵抗と、電流制限抵抗に直列に接続され、電流制御信号に基づいて電流量が可変な電流可変部と、制御部と、を備える。電流可変部は、MOSFET又はIGBTとして構成されている。制御部は、電流制限抵抗を流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部の検出結果に基づいて電流制御信号を出力する電流制御部と、を含む。電流検出部は、電流制限抵抗の端子間電圧を検出し、電流制御部は、コンデンサのプリチャージにおいて、電流検出信号と、電流制限抵抗に流れる電流が電流制限抵抗に対して定められた最大電流値と等しくなるまで電流可変部のゲート電圧を上昇させる電流制御信号を出力し、かつ電流制限抵抗に流れる電流が最大電流値で一定となるように電流制御信号を制御してプリチャージを行う。 The current limiting circuit according to the embodiment includes a high-potential side main relay and a low-potential side main relay that are interposed between a high-voltage battery and a capacitor that constitutes a high-voltage load , and a low-potential side main relay or a high-potential side. A current limiting resistor connected in parallel to the main relay, a current variable unit connected in series to the current limiting resistor and having a variable current amount based on a current control signal, and a control unit. The current variable unit is configured as a MOSFET or an IGBT. The control unit includes a current detection unit that detects a current flowing through the current limiting resistor, and a current control unit that outputs a current control signal based on a detection result of the current detection unit. The current detection unit detects the voltage between the terminals of the current limiting resistor, and the current control unit detects the maximum current in which the current detection signal and the current flowing through the current limiting resistor are determined with respect to the current limiting resistor during capacitor precharge. A current control signal for increasing the gate voltage of the current variable section is output until it becomes equal to the value, and the current control signal is controlled so that the current flowing through the current limiting resistor becomes constant at the maximum current value, and precharging is performed.

この場合において、電流可変部は、金属製の筐体又は放熱板に取り付けられていてもよい。 In this case, the current variable part may be attached to a metal housing or a heat sink.

実施形態の電流制限回路によれば、安価で小型化が可能であるとともに、電流制限を行える。   According to the current limiting circuit of the embodiment, it is possible to reduce the size and reduce the size and to limit the current.

図1は、第1実施形態の電力供給システムの概要構成ブロック図である。FIG. 1 is a schematic configuration block diagram of a power supply system according to the first embodiment. 図2は、電力供給システムの動作タイミングチャートである。FIG. 2 is an operation timing chart of the power supply system. 図3は、第1実施形態及び従来例の主要回路の構成説明図である。FIG. 3 is a configuration explanatory diagram of main circuits of the first embodiment and the conventional example. 図4は、実施形態及び従来例におけるプリチャージ電流波形の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a precharge current waveform in the embodiment and the conventional example. 図5は、第1実施形態における電力消費量の算出説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of calculation of power consumption in the first embodiment. 図6は、従来例における電力消費量の算出説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of calculation of power consumption in the conventional example. 図7は、第2実施形態の電力供給システムの概要構成ブロック図である。FIG. 7 is a schematic configuration block diagram of the power supply system of the second embodiment.

次に図面を参照して実施形態について説明する。
以下の説明においては、電気自動車に搭載される電力供給システムを例とする。
[1]第1実施形態
図1は、第1実施形態の電力供給システムの概要構成ブロック図である。
電力供給システム10は、複数の電池セルが直列接続された高電圧バッテリ11と、車載された外部ECU12と、外部ECU12の制御下で高電圧バッテリ11の電力供給の制御を行う高電圧ジャンクションボックス13と、高電圧ジャンクションボックス13を介して供給された高電圧バッテリ11の電力により動作する高電圧負荷14と、を備えている。
Next, embodiments will be described with reference to the drawings.
In the following description, a power supply system mounted on an electric vehicle is taken as an example.
[1] First Embodiment FIG. 1 is a schematic configuration block diagram of a power supply system according to a first embodiment.
The power supply system 10 includes a high voltage battery 11 in which a plurality of battery cells are connected in series, an external ECU 12 mounted on the vehicle, and a high voltage junction box 13 that controls power supply of the high voltage battery 11 under the control of the external ECU 12. And a high voltage load 14 that is operated by the power of the high voltage battery 11 supplied via the high voltage junction box 13.

上記構成において、高電圧バッテリ11は、電池セルとして、例えば、リチウムイオン電池セルを備えている。
外部ECU12は、高電圧ジャンクションボックス13を制御するための高電位側メインリレー状態信号CP、プリチャージリレー状態信号PCS、低電位側メインリレー状態信号CMを出力する。
In the above configuration, the high voltage battery 11 includes, for example, a lithium ion battery cell as the battery cell.
The external ECU 12 outputs a high potential side main relay state signal CP, a precharge relay state signal PCS, and a low potential side main relay state signal CM for controlling the high voltage junction box 13.

高電圧ジャンクションボックス13は、高電位側電流流路LPに挿入されて、高電圧バッテリ11の高電位側端子(正極端子)に一端が接続され、他端が高電圧負荷14に接続された高電位側メインリレー21Pと、低電位側電流流路LMに挿入されて、高電圧バッテリ11の低電位側端子(負極端子)に一端が接続され、他端が高電圧負荷14に接続された低電位側メインリレー21Mと、NチャネルMOSFETとして構成され、低電位側メインリレー21Mと並列に接続され、電流可変部として機能するプリチャージリレー22と、低電位側メインリレー21Mと並列、かつ、プリチャージリレー22に直列に接続された電流制限抵抗23と、プリチャージリレー22及び電流制限抵抗23を流れるプリチャージ電流Iを監視し、プリチャージ電流Iを一定に制御する制御部24と、を備えている。
ここで、高電圧ジャンクションボックス13は、電流制限回路として機能している。
また、プリチャージリレー22として、NチャネルMOSFETを用いているので、電流制限能力を電流制限抵抗23とともに担うことができ、電流制限抵抗23の小型化が確実に図れる。
The high voltage junction box 13 is inserted into the high potential side current flow path LP, and one end is connected to the high potential side terminal (positive terminal) of the high voltage battery 11 and the other end is connected to the high voltage load 14. The low potential side main relay 21 </ b> P is inserted into the low potential side current flow path LM, one end is connected to the low potential side terminal (negative electrode terminal) of the high voltage battery 11, and the other end is connected to the high voltage load 14. A potential-side main relay 21M, configured as an N-channel MOSFET, connected in parallel to the low-potential side main relay 21M, and functions as a current variable unit, in parallel with the low-potential side main relay 21M, and The current limiting resistor 23 connected in series to the charge relay 22 and the precharge current I flowing through the precharge relay 22 and the current limiting resistor 23 are monitored, A control unit 24 for controlling the Yaji current I constant, and a.
Here, the high voltage junction box 13 functions as a current limiting circuit.
In addition, since an N-channel MOSFET is used as the precharge relay 22, the current limiting capability can be taken together with the current limiting resistor 23, and the current limiting resistor 23 can be reliably reduced in size.

制御部24は、後述する電流制限値Ilimに相当する電流制限基準信号Vref及び電流検出信号VRに基づいてゲート制御信号GCを出力し、プリチャージリレー22を構成しているNチャネルMOSFETのゲート電圧を制御して、プリチャージ電流Iを一定に制御するゲート制御回路31と、電流Iに相当する電流制限抵抗23の端子間電圧を測定し電流検出信号VRを出力する電流検出回路32と、を備えている。
ここで、ゲート制御信号GCは、電流制御信号として機能し、ゲート制御回路31は、電流制御部として機能し、電流検出回路32は、電流検出部として機能する。
The control unit 24 outputs a gate control signal GC based on a current limit reference signal Vref and a current detection signal VR corresponding to a current limit value Ilim described later, and the gate voltage of the N-channel MOSFET constituting the precharge relay 22 A gate control circuit 31 that controls the precharge current I to be constant, and a current detection circuit 32 that measures the voltage across the current limiting resistor 23 corresponding to the current I and outputs a current detection signal VR. I have.
Here, the gate control signal GC functions as a current control signal, the gate control circuit 31 functions as a current control unit, and the current detection circuit 32 functions as a current detection unit.

まず、通常時の電力供給システム10の動作について説明する。
図2は、電力供給システムの動作タイミングチャートである。図2中において、高電位側メインリレー21Pは、メインリレー(+)と表記し、低電位側メインリレー21Mは、メインリレー(−)と表記している(以下、各図において同様)。
First, the operation of the power supply system 10 during normal operation will be described.
FIG. 2 is an operation timing chart of the power supply system. In FIG. 2, the high-potential side main relay 21 </ b> P is represented as a main relay (+), and the low-potential side main relay 21 </ b> M is represented as a main relay (−) (hereinafter the same in each figure).

初期状態においては、高電位側メインリレー21P、低電位側メインリレー21M及びプリチャージリレー22は全て開状態(オフ状態)であるものとする。
時刻t0において、外部ECU12から高電位側メインリレー21Pを閉状態(オン状態)とするための高電位側メインリレー状態信号CPが入力されると、高電位側メインリレー21Pの接点駆動用コイルに電流が流れ、高電位側メインリレー21Pは、閉状態(オン状態)となる。これにより、電力供給システム10は、システムオン状態(動作状態)に移行する。
In the initial state, the high potential side main relay 21P, the low potential side main relay 21M, and the precharge relay 22 are all open (off state).
At time t0, when a high potential side main relay state signal CP for closing the high potential side main relay 21P from the external ECU 12 is input (ON state), the contact driving coil of the high potential side main relay 21P is applied to the contact driving coil. A current flows, and the high potential side main relay 21P enters a closed state (on state). Thereby, the power supply system 10 shifts to a system-on state (operating state).

続いて、時刻t1において、外部ECU12からプリチャージリレー22を閉状態(オン状態)とするためのプリチャージリレー状態信号PCSが入力されると、制御部24のゲート制御回路31は、図2に示す電流制限抵抗23に流される最大電流である電流制限値Ilimに相当する電流制限基準信号Vrefと、電流検出回路32が出力した電流検出信号VRが等しくなるまで、プリチャージリレー22を構成しているNチャネルMOSFETのゲート電圧を上昇させる。   Subsequently, when a precharge relay state signal PCS for closing the precharge relay 22 (ON state) is input from the external ECU 12 at time t1, the gate control circuit 31 of the control unit 24 is changed to FIG. The precharge relay 22 is configured until the current limit reference signal Vref corresponding to the current limit value Ilim which is the maximum current flowing through the current limit resistor 23 shown in FIG. The gate voltage of the N-channel MOSFET is increased.

これにより、高電圧バッテリ11から高電位側メインリレー21Pを介して高電圧負荷14を構成しているコンデンサ(静電容量)CXのプリチャージをプリチャージ電流Iを一定に制御した状態で行う。   Thus, the precharge of the capacitor (capacitance) CX constituting the high voltage load 14 from the high voltage battery 11 via the high potential side main relay 21P is performed in a state where the precharge current I is controlled to be constant.

その後、コンデンサCXのプリチャージが進行すると、徐々にプリチャージ電流Iは減少し、外部ECU12は、プリチャージがほぼ完了したと推定される時刻t2において、低電位側メインリレー21Mを閉状態(オン状態)とするための低電位側メインリレー状態信号CMを出力する。   Thereafter, as the precharge of the capacitor CX proceeds, the precharge current I gradually decreases, and the external ECU 12 closes the low potential side main relay 21M (ON) at time t2 when the precharge is estimated to be almost completed. The low potential side main relay state signal CM for setting the state) is output.

これにより、低電位側メインリレー21Mの接点駆動用コイルに電流が流れ、低電位側メインリレー21Mは、閉状態(オン状態)となる。   As a result, a current flows through the contact driving coil of the low potential side main relay 21M, and the low potential side main relay 21M enters a closed state (on state).

この結果、高電圧バッテリ11からの電力は、高電位側メインリレー21P→高電圧負荷→低電位側メインリレー21Mと流れて高電圧負荷14に供給されて高電圧負荷14が通常動作に移行可能となる。   As a result, the electric power from the high voltage battery 11 flows through the high potential side main relay 21P → high voltage load → low potential side main relay 21M and is supplied to the high voltage load 14 so that the high voltage load 14 can shift to normal operation. It becomes.

そして、時刻t2から所定のプリチャージリレー22の切り離し待機時間が経過した時刻t3において、外部ECU12からプリチャージリレー22を開状態(オフ状態)とするためのプリチャージリレー状態信号PCS(=“L”レベル)が入力されると、プリチャージリレー22は、開状態(オフ状態)に移行する。   Then, at time t3 when a predetermined waiting time for disconnecting the precharge relay 22 has elapsed from time t2, the precharge relay state signal PCS (= “L”) for turning the precharge relay 22 open (off state) from the external ECU 12 When “level” is input, the precharge relay 22 shifts to an open state (off state).

その後、高電圧負荷14への電力供給の必要がなくなった時刻t4において、外部ECU12から低電位側メインリレー21Mを開状態(オフ状態)とするための低電位側メインリレー状態信号CMが入力されると、低電位側メインリレー21Mの接点駆動用コイルへの電流が遮断され、低電位側メインリレー21Mは、開状態(オフ状態)となる。これにより、電力供給システム10は、システムオフ状態(動作状態)に移行する。   Thereafter, at time t4 when it is no longer necessary to supply power to the high voltage load 14, a low potential side main relay state signal CM for opening the low potential side main relay 21M (off state) is input from the external ECU 12. Then, the current to the contact driving coil of the low-potential side main relay 21M is cut off, and the low-potential side main relay 21M enters an open state (off state). Thereby, the power supply system 10 shifts to a system off state (operating state).

時刻t4から更に時間が経過した時刻t5において、外部ECU12から高電位側メインリレー21Pを開状態(オフ状態)とするための高電位側メインリレー状態信号CPが入力されると、高電位側メインリレー21Pの接点駆動用コイルへの電流が遮断され、高電位側メインリレー21Pは、開状態(オフ状態)となり、初期状態へと移行する。   When a high-potential main relay state signal CP for opening the high-potential side main relay 21P from the external ECU 12 at the time t5 when a further time has elapsed from the time t4 is input, The current to the contact driving coil of the relay 21P is cut off, and the high potential side main relay 21P enters an open state (off state) and shifts to an initial state.

次に実施形態の効果について、従来例と比較して説明する。
図3は、第1実施形態及び従来例の主要回路の構成説明図である。
図3に示すように、電流制限抵抗23として、従来のように電流制限抵抗の抵抗値を利用して電流制限を行う構成の場合には、電流制限抵抗23の抵抗値Rpは、実施形態の電流制限抵抗23の抵抗値Rと比較して大きくなっている。
Rp>R
Next, the effect of the embodiment will be described in comparison with a conventional example.
FIG. 3 is a configuration explanatory diagram of main circuits of the first embodiment and the conventional example.
As shown in FIG. 3, when the current limiting resistor 23 is configured to limit the current using the resistance value of the current limiting resistor as in the related art, the resistance value Rp of the current limiting resistor 23 is the same as that of the embodiment. It is larger than the resistance value R of the current limiting resistor 23.
Rp> R

そして、従来のように電流制限抵抗の抵抗値を利用して電流制限を行う構成においては、プリチャージリレー22は、スイッチとして機能し、オン/オフ動作を行うだけとなっている。   In a configuration in which current limiting is performed using the resistance value of the current limiting resistor as in the prior art, the precharge relay 22 functions as a switch and only performs an on / off operation.

図4は、実施形態及び従来例におけるプリチャージ電流波形の説明図である。
図4に示すように、従来のように電流制限抵抗の抵抗値を利用して電流制限を行う構成の場合には、図4中、破線で示すように、プリチャージリレー22をオンした瞬間に最も電流値が大きくなり(=電流制限値Ilimに相当する電流値)、その後は時間経過に従って徐々に電流が減少していくようになる。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a precharge current waveform in the embodiment and the conventional example.
As shown in FIG. 4, in the case where the current is limited by using the resistance value of the current limiting resistor as in the prior art, as shown by the broken line in FIG. 4, at the moment when the precharge relay 22 is turned on. The current value becomes the largest (= current value corresponding to the current limit value Ilim), and thereafter, the current gradually decreases with time.

これに対して、第1実施形態のようにプリチャージリレー22を構成しているNチャネルMOSFETにより電流制限を行う方式においては、電流検出回路で検出した電流値が電流制限値Ilimに相当する電流値を維持するように定電流制御を行うため、図4中、実線で示すように、電流制限値Ilimに相当する電流値が長い時間流れることとなる。
したがって、第1実施形態のようにプリチャージリレー22を構成しているNチャネルMOSFETにより電流制限を行う方式によれば、従来例と比較して短時間でコンデンサCXのプリチャージを完了できることがわかる。
On the other hand, in the method in which the current is limited by the N-channel MOSFET constituting the precharge relay 22 as in the first embodiment, the current value detected by the current detection circuit corresponds to the current limit value Ilim. Since constant current control is performed so as to maintain the value, a current value corresponding to the current limit value Ilim flows for a long time as shown by a solid line in FIG.
Therefore, it can be seen that according to the system in which the current is limited by the N-channel MOSFET constituting the precharge relay 22 as in the first embodiment, the precharge of the capacitor CX can be completed in a short time compared to the conventional example. .

ここで、実施形態及び従来例における電流制限方法による消費電力量について検討する。
図5は、第1実施形態における電力消費量の算出説明図である。
まず定電流期間tにおける電流制限抵抗23の消費電力P1は、(1)式により表される。
P1=IR・t/T …(1)
Here, the amount of power consumed by the current limiting method in the embodiment and the conventional example is examined.
FIG. 5 is an explanatory diagram of calculation of power consumption in the first embodiment.
First, the power consumption P1 R of the current limiting resistor 23 in the constant current period t is expressed by equation (1).
P1 R = I 2 R · t / T (1)

また、コンデンサCXの容量をCとした場合の定電流期間tにおけるコンデンサCXの電圧Vcは、(2)式で表される。
Vc=I・t/C …(2)
Further, the voltage Vc of the capacitor CX in the constant current period t when the capacitance of the capacitor CX is C is expressed by the equation (2).
Vc = I · t / C (2)

また、定電流期間tにおけるコンデンサCXの電圧Vcは、高電圧バッテリ11の電圧をVBとすると、(3)式によっても表される。
Vc=VB−I・R …(3)
したがって、(2)式及び(3)式に基づいて、定電流期間tを求めると、次式のようになる。
t=C・(VB−I・R)/I …(4)
Further, the voltage Vc of the capacitor CX in the constant current period t is also expressed by equation (3), where the voltage of the high voltage battery 11 is VB.
Vc = VB-I · R (3)
Therefore, when the constant current period t is obtained based on the equations (2) and (3), the following equation is obtained.
t = C · (VB−I · R) / I (4)

よって、(1)式及び(4)式より、定電流期間tにおける電流制限抵抗23の消費電力P1は、(5)式により表される。
P1=IR・(C/T)・{(VB−I・R)/I} …(5)
Therefore, from formulas (1) and (4), the power consumption P1 R of the current limiting resistor 23 in the constant current period t is expressed by formula (5).
P1 R = I 2 R · (C / T) · {(VB-I · R) / I} (5)

また、定電流期間t経過後の過渡期間における消費電力P2は、(6)式により表される。
P2=IR・(C・R/T) …(6)
Further, the power consumption P2 R in the transition period after the constant current time period t is expressed by the equation (6).
P2 R = I 2 R · ( C · R / T) ... (6)

従って、第1実施形態における消費電力の合計Pは、(7)式の通りとなる。
=P1+P2
=IR・(C/T)・{(VB−I・R)/I+R} …(7)
Therefore, total P R of power consumption in the first embodiment, the following equation (7).
P R = P1 R + P2 R
= I 2 R · (C / T) · {(VB−I · R) / I + R} (7)

ここで、従来例との比較のために、(7)式を抵抗値Rpを用いて変換すると、
VB/I=Rp
であるので、実施形態における消費電力の合計Pは、(8)式で表されることとなる。
=IR・(C・Rp/T) …(8)
Here, for comparison with the conventional example, when the equation (7) is converted using the resistance value Rp,
VB / I = Rp
Since it is, the sum P R of power consumption in the embodiment, and thus represented by the equation (8).
P R = I 2 R · (C · Rp / T) (8)

次に従来例における電力消費量について算出する。
図6は、従来例における電力消費量の算出説明図である。
従来例における電流制限抵抗23(図3参照)の抵抗値をRpとし、プリチャージリレー22を構成しているNチャネルMOSFETのオン抵抗をRonとすると、Rp>>Ronである。
従って、電流制限抵抗23の消費電力PRpは、(9)式で表される。
Rp=IRp・(C・Rp/T) …(9)
Next, the power consumption in the conventional example is calculated.
FIG. 6 is an explanatory diagram of calculation of power consumption in the conventional example.
When the resistance value of the current limiting resistor 23 (see FIG. 3) in the conventional example is Rp and the on-resistance of the N-channel MOSFET constituting the precharge relay 22 is Ron, Rp >> Ron.
Therefore, the power consumption PRp of the current limiting resistor 23 is expressed by equation (9).
P Rp = I 2 Rp · (C · Rp / T) (9)

そして、(8)式及び(9)式より、第1実施形態の電力消費量と従来例における電力消費量の比は、(10)式で表される。
/PRp=R/Rp<1 …(10)
And from (8) Formula and (9) Formula, ratio of the power consumption of 1st Embodiment and the power consumption in a prior art example is represented by (10) Formula.
P R / P Rp = R / Rp <1 (10)

したがって、第1実施形態によれば、電流制限抵抗の抵抗値によりプリチャージ時の電流を制限する従来例と比較して電流制限抵抗23における消費電力量をR/Rpの比率で低減することができる。   Therefore, according to the first embodiment, the power consumption in the current limiting resistor 23 can be reduced by the ratio of R / Rp as compared with the conventional example in which the current during precharging is limited by the resistance value of the current limiting resistor. it can.

また、従来例におけるプリチャージリレー22を構成しているNチャネルMOSFETの消費電力PRonは、(11)式で表される。
Ron=IRon・(C・Rp/T) …(11)
Further, the power consumption P Ron of the N-channel MOSFET constituting the precharge relay 22 in the conventional example is expressed by the equation (11).
P Ron = I 2 Ron · (C · Rp / T) (11)

ここで、従来例における電流制限と、第1実施形態における電流制限とで、電流制限回路全体における消費電力の合計は等しくなるため、第1実施形態のプリチャージリレー22を構成しているNチャネルMOSFETの消費電力PFETは、(12)式の通りとなる。
FET=PRp+PRon−P
=I・(C・Rp/T)・(Rp−R+Ron) …(12)
Here, since the total power consumption in the entire current limiting circuit is equal between the current limiting in the conventional example and the current limiting in the first embodiment, the N channel constituting the precharge relay 22 of the first embodiment. MOSFET power P FET of becomes as (12).
P FET = P Rp + P Ron -P R
= I 2 · (C · Rp / T) · (Rp−R + Ron) (12)

したがって、第1実施形態のプリチャージリレー22を構成しているNチャネルMOSFETの消費電力PFETを満足するように選択する必要がある。 Therefore, there is a need to selected to satisfy the power consumption P FET of an N-channel MOSFET constituting the pre-charge relay 22 of the first embodiment.

以上の説明のように、第1実施形態によれば、従来においては全て電流制限抵抗で消費していた電力を、プリチャージリレー22を構成しているNチャネルMOSFET及び電流制限抵抗23に分配することで、電流制限抵抗23の抵抗値を低く設定することが可能となり、小型化を図ることが可能となる。
また、プリチャージリレー22を半導体素子としてのNチャネルMOSFETで構成しているので、消費電力を小さくできるとともに、電流制限回路としての高電圧ジャンクションボックス13の小型化が図れる。
As described above, according to the first embodiment, all the power consumed by the current limiting resistor in the past is distributed to the N-channel MOSFET and the current limiting resistor 23 constituting the precharge relay 22. Thus, the resistance value of the current limiting resistor 23 can be set low, and the size can be reduced.
Further, since the precharge relay 22 is composed of an N-channel MOSFET as a semiconductor element, the power consumption can be reduced and the high voltage junction box 13 as a current limiting circuit can be miniaturized.

さらにプリチャージリレー22を構成しているNチャネルMOSFETを金属製の筐体や、放熱板に取り付けることにより、より一層プリチャージリレー22の消費電力を増加させることができ、より一層、電流制限抵抗23のサイズを小さくすることが可能となる。
さらに電流制限抵抗23をプリチャージリレー22を流れるプリチャージ電流Iを検出する電流検出用抵抗として用いることで、さらなる部品増加を抑制し、高電圧ジャンクションボックス13の小型化を図ることができる。
Furthermore, the power consumption of the precharge relay 22 can be further increased by attaching the N-channel MOSFET constituting the precharge relay 22 to a metal housing or a heat sink, and the current limiting resistance can be further increased. 23 can be reduced in size.
Further, by using the current limiting resistor 23 as a current detection resistor for detecting the precharge current I flowing through the precharge relay 22, further increase in components can be suppressed and the high voltage junction box 13 can be downsized.

[2]第2実施形態
上記第1実施形態は、高電圧バッテリ11からの高電圧負荷に対する電流を検出する電流検出回路が設けられていない場合の例であったが、第2実施形態は、高電圧バッテリ11からの高電圧負荷14に対する電流を検出する電流検出回路が設けられており、プリチャージ時の電流を検出可能な場合の実施形態である。
[2] Second Embodiment The first embodiment is an example in the case where a current detection circuit for detecting a current to a high voltage load from the high voltage battery 11 is not provided. However, in the second embodiment, In this embodiment, a current detection circuit for detecting a current from the high voltage battery 11 to the high voltage load 14 is provided, and the current at the time of precharging can be detected.

図7は、第2実施形態の電力供給システムの概要構成ブロック図である。
図7において、図1と同様の部分は、同一の符号を付すものとする。
図7の第2実施形態の電力供給システム10Aが図1の第1実施形態の電力供給システム10と異なる点は、電流制限抵抗23をなくし、プリチャージリレー22単独でプリチャージ時の電流制限を行うとともに、電流検出回路32に高電位側電流流路LPを流れる電流を検出する電流センサ41を接続した点である。
FIG. 7 is a schematic configuration block diagram of the power supply system of the second embodiment.
In FIG. 7, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The power supply system 10A of the second embodiment of FIG. 7 is different from the power supply system 10 of the first embodiment of FIG. 1 in that the current limiting resistor 23 is eliminated and the current limit during precharge is limited by the precharge relay 22 alone. In addition, the current sensor 41 for detecting the current flowing through the high potential side current flow path LP is connected to the current detection circuit 32.

本第2実施形態によれば、プリチャージ時に高電位側電流流路LPを流れるプリチャージ電流の電流量を電流センサ41で検出し、プリチャージ電流を一定電流値となるようにプリチャージリレー22を制御している点である。   According to the second embodiment, the amount of precharge current flowing through the high potential side current flow path LP during precharge is detected by the current sensor 41, and the precharge relay 22 is set so that the precharge current becomes a constant current value. It is a point that controls.

動作については、電流センサ41で電流を検出する以降は、第1実施形態と同様である。
本第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果に加えて、電流制限抵抗を全く用いる必要が無いため、さらなる装置コストの削減と、小型化が可能となる。
About operation | movement, after detecting an electric current with the current sensor 41, it is the same as that of 1st Embodiment.
According to the second embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, it is not necessary to use a current limiting resistor at all. Therefore, the device cost can be further reduced and the size can be reduced.

各実施形態では、低電位側メインリレーに並列にプリチャージリレーや電流制限抵抗を配置しているが、高電位側メインリレーに並列に配置しても同様の効果を得ることができる。なお、この場合、図2に示すタイミングチャートにおいて、高電位側メインリレー21P及び低電位側メインリレー21Mのタイミングは逆になる。   In each embodiment, the precharge relay and the current limiting resistor are arranged in parallel to the low potential side main relay, but the same effect can be obtained even if arranged in parallel to the high potential side main relay. In this case, in the timing chart shown in FIG. 2, the timings of the high potential side main relay 21P and the low potential side main relay 21M are reversed.

[3]実施形態の効果
以上の説明のように、各実施形態によれば、プリチャージリレー22を構成しているNチャネルMOSFET(半導体素子)の性能を十分に生かし、プリチャージ時における電流制限抵抗の消費電力を低減し、あるいは、なくすことができるので、電流制限抵抗23の小型化、あるいは、電流制限抵抗23をなくすことによる、電流制限抵抗23の設置スペースの削減が図れ、ひいては、電流制限回路全体の小型化が可能となる。
[3] Effects of Embodiments As described above, according to each embodiment, current limiting at the time of precharging is performed by fully utilizing the performance of the N-channel MOSFET (semiconductor element) constituting the precharge relay 22. Since the power consumption of the resistor can be reduced or eliminated, the installation space for the current limiting resistor 23 can be reduced by reducing the size of the current limiting resistor 23 or eliminating the current limiting resistor 23. The entire limiting circuit can be reduced in size.

さらに電流制限抵抗23を用いる場合には、電流検出用抵抗として用いることができ、電流検出回路の設置スペースおよび部品数を削減することができる。
これらの結果、製造コストが低く、小型化が図れる電流制限回路を提供できる。
Further, when the current limiting resistor 23 is used, it can be used as a current detecting resistor, and the installation space and the number of parts of the current detecting circuit can be reduced.
As a result, it is possible to provide a current limiting circuit that is low in manufacturing cost and can be downsized.

以上、本発明を実施形態をもとに説明したが、これらの実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   As described above, the present invention has been described based on the embodiments. However, these embodiments are exemplifications, and various modifications can be made to the respective components and combinations thereof, and such modifications are also included in the present invention. Those skilled in the art will appreciate that it is within the scope.

以上の説明においては、プリチャージリレー22として、MOSFETを用いていたが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の他の半導体素子を用いるように構成することも可能である。   In the above description, a MOSFET is used as the precharge relay 22, but other semiconductor elements such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be used.

10、10A 電力供給システム
11 高電圧バッテリ
12 外部ECU
13 高電圧ジャンクションボックス
14 高電圧負荷
21M 低電位側メインリレー
21P 高電位側メインリレー
22 プリチャージリレー(電流可変部)
23 電流制限抵抗
24 制御部
31 ゲート制御回路(電流制御部)
32 電流検出回路(電流検出部)
41 電流センサ(電流検出部)
CM 低電位側メインリレー状態信号
CP 高電位側メインリレー状態信号
CX コンデンサ
GC ゲート制御信号(電流制御信号)
I プリチャージ電流
Ilim 電流制限値
LM 低電位側電流流路
LP 高電位側電流流路
MOSFET Nチャネル
PCS プリチャージリレー状態信号
R 抵抗値
Rp 抵抗値
VR 電流検出信号
Vc 電圧
Vref 電流制限基準信号
t 定電流期間
10, 10A Power supply system 11 High voltage battery 12 External ECU
13 High Voltage Junction Box 14 High Voltage Load 21M Low Potential Main Relay 21P High Potential Main Relay 22 Precharge Relay (Current Variable Unit)
23 current limiting resistor 24 control unit 31 gate control circuit (current control unit)
32 Current detection circuit (current detection unit)
41 Current sensor (current detector)
CM Low-potential side main relay status signal CP High-potential side main relay status signal CX Capacitor GC Gate control signal (current control signal)
I precharge current Ilim current limit value LM low potential side current flow path LP high potential side current flow path MOSFET N channel PCS precharge relay state signal R resistance value Rp resistance value VR current detection signal Vc voltage Vref current limit reference signal t fixed Current period

Claims (2)

高電圧バッテリと、高電圧負荷を構成するコンデンサとの間に介挿された高電位側メインリレー及び低電位側メインリレーと、
前記低電位側メインリレー又は前記高電位側メインリレーと並列に接続された電流制限抵抗と、
前記電流制限抵抗に直列に接続され、電流制御信号に基づいて電流量が可変な電流可変部と、
制御部と、
を備え
前記電流可変部は、MOSFET又はIGBTとして構成されており、
前記制御部は、
前記電流制限抵抗を流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出結果に基づいて前記電流制御信号を出力する電流制御部と、
を含み、
前記電流検出部は、前記電流制限抵抗の端子間電圧を検出し、
前記電流制御部は、前記コンデンサのプリチャージにおいて、前記電流制限抵抗に流れる電流が前記電流制限抵抗に対して定められた最大電流値と等しくなるまで前記電流可変部のゲート電圧を上昇させる前記電流制御信号を出力し、かつ前記電流制限抵抗に流れる電流が前記最大電流値で一定となるように前記電流制御信号を制御して前記プリチャージを行う電流制限回路。
A high-potential side main relay and a low-potential side main relay inserted between a high-voltage battery and a capacitor constituting a high-voltage load;
A current limiting resistor connected in parallel with the low potential side main relay or the high potential side main relay;
A current variable unit connected in series to the current limiting resistor and having a variable current amount based on a current control signal;
A control unit;
Equipped with a,
The current variable unit is configured as a MOSFET or IGBT,
The controller is
A current detector for detecting a current flowing through the current limiting resistor;
A current control unit that outputs the current control signal based on a detection result of the current detection unit;
Including
The current detection unit detects a voltage between terminals of the current limiting resistor,
The current control unit is configured to increase the gate voltage of the current variable unit until the current flowing through the current limiting resistor becomes equal to a maximum current value determined for the current limiting resistor in precharging the capacitor. A current limiting circuit that outputs the control signal and performs the precharge by controlling the current control signal so that a current flowing through the current limiting resistor is constant at the maximum current value .
前記電流可変部は、金属製の筐体又は放熱板に取り付けられている請求項1記載の電流制限回路。  The current limiting circuit according to claim 1, wherein the current variable portion is attached to a metal casing or a heat sink.
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