JP6889642B2 - 高電圧機器用インターロック装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば車両に搭載される電動コンプレッサ等の高電圧機器を高電圧電源に接続するコネクタの外れを検出するためのインターロック装置に関するものである。
例えば車両の空気調和装置を構成する電動コンプレッサはコネクタ(HVコネクタ)により高電圧電源(HVバッテリ)に接続されている。このコネクタが外れると感電等の事故が発生する危険性があるため、従来より当該コネクタには、コネクタの外れを検出するために、インターロック装置のインターロックループが併設されている。
そして、コネクタの接続、非接続(外れ)により、インターロックループも閉回路、開回路となる。このインターロックループにはコントローラから一定レベルの信号(Hレベルもしくは、Lレベル)が出力されており、インターロックループが開回路となってコントローラへの信号レベルが反転することで、コネクタの非接続(外れ)を検出するように構成されていた(例えば、特許文献1参照)。
特開2014−11959号公報
このように、従来のインターロック装置は、コネクタの外れを検出できるものであったが、インターロックループが電源短絡や接地短絡した場合やインターロック装置自体が故障した場合には、コネクタ外れを的確に検出できなくなると云う問題があった。
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、インターロック装置正常時のコネクタの接続、非接続の状態診断を可能にするのみならず、インターロックループの故障を含めたインターロック装置自体の故障時にも、コネクタ外れを非安全状態(コネクタ非接続、故障等)として、的確に検出することができる高電圧機器用インターロック装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の高電圧機器用インターロック装置は、車両に搭載された高電圧機器を高電圧電源に接続するためのHVコネクタに併設されたインターロックループと、インターロックループの状態に応じて異なる電圧レベルを発生する電圧レベル発生部と、この電圧レベル発生部が発生する電圧レベルに応じてL/H信号から成る判定結果を出力する電圧レベル判定部と、電圧レベル判定部の出力に基づいてインターロックループの状態を診断する故障診断部と、L/H信号を出力する検出切替信号出力部を備え、電圧レベル発生部は、インターロックループの状態と検出切替信号出力部の出力に応じて異なる電圧レベルを発生すると共に、故障診断部は、検出切替信号出力部の出力に対する電圧レベル判定部の出力の組み合わせから、インターロックループの状態を診断することを特徴とする。
請求項2の発明の高電圧機器用インターロック装置は、上記各発明において故障診断部は、少なくともHVコネクタの接続、非接続、及び、インターロックループの故障を含むインターロック装置自体の故障を診断することを特徴とする。
請求項3の発明の高電圧機器用インターロック装置は、上記各発明において電圧レベル発生部は、電圧レベル判定部と同一の電源に接続された複数の抵抗を有する分圧回路から構成され、この分圧回路にインターロックループが接続されていることを特徴とする。
請求項4の発明の高電圧機器用インターロック装置は、上記各発明において電圧レベル判定部は、複数のコンパレータから構成されていることを特徴とする。
請求項5の発明の高電圧機器用インターロック装置は、上記各発明において高電圧機器内に設けられていることを特徴とする。
請求項6の発明の高電圧機器用インターロック装置は、上記各発明において高電圧機器は、車両に搭載された電動コンプレッサであることを特徴とする。
本発明の高電圧機器用インターロック装置は、車両に搭載された高電圧機器を高電圧電源に接続するためのHVコネクタに併設されたインターロックループと、インターロックループの状態に応じて異なる電圧レベルを発生する電圧レベル発生部と、この電圧レベル発生部が発生する電圧レベルに応じてL/H信号から成る判定結果を出力する電圧レベル判定部と、電圧レベル判定部の出力に基づいてインターロックループの状態を診断する故障診断部と、L/H信号を出力する検出切替信号出力部を備え、電圧レベル発生部は、インターロックループの状態と検出切替信号出力部の出力に応じて異なる電圧レベルを発生すると共に、故障診断部は、検出切替信号出力部の出力に対する電圧レベル判定部の出力の組み合わせから、インターロックループの状態を診断するようにしたので、この故障診断部により、請求項2の発明に示す如きHVコネクタの接続、非接続、及び、インターロックループの故障を含むインターロック装置自体の故障診断を行うことができるようになる。
これにより、インターロックループの故障を含む高電圧機器用インターロック装置自体の故障時にも、コネクタ外れを非安全状態(コネクタ非接続、故障等)として、的確に診断する(コネクタが接続状態にある等の誤診断をしない)ことが可能となる。
また、請求項3の発明の如く電圧レベル発生部を、電圧レベル判定部と同一の電源に接続された複数の抵抗を有する分圧回路から構成し、この分圧回路にインターロックループを接続するようにすれば、インターロックループの状態(閉回路、開回路や、電源短絡、接地短絡)で電圧レベル発生部が発生する電圧レベルが変化し、それらを的確に診断することが可能となる。
また、請求項4の発明の如く電圧レベル判定部を、複数のコンパレータから構成すれば、インターロックループの状態に応じて変化する電圧レベル発生部の電圧レベルに対して、L/H信号から成る判定結果を出力することが可能となる。
特に、請求項5の発明の如く高電圧機器用インターロック装置を、高電圧機器内に設けるようにすることで、例えば車両に搭載される高電圧機器の場合の如く、車両のコントローラにインターロックループを接続すること無く、高電圧機器側で故障診断を行うことができるようになる。
そして、以上の高電圧機器用インターロック装置は、請求項6の発明の如き車両に搭載された高電圧機器としての電動コンプレッサに適用されるときに極めて有効なものとなる。
本発明を適用した高電圧機器の実施例としての電動コンプレッサ用インバータ1の機能ブロックである。 図1中の状態検出判定回路17の電気回路の一実施例を示す図である。 図2のインターロックループの状態と各点の電圧レベル、及び、スイッチ31の動作を説明する図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明を適用する高電圧機器としての車両の空気調和装置を構成する電動コンプレッサ用インバータ1の機能ブロックを示している。図1において、2は電動コンプレッサを駆動するモータであり、インバータ出力回路3により駆動される。4は高電圧検出センサ、6はフィルタ/キャパシタであり、これらはHVコネクタ7を介して車両に搭載された高電圧電源としてのHVバッテリ8に接続されている。
また、9はマイクロコンピュータから構成されたコントローラであり、このコントローラ9により電動コンプレッサのモータ2が駆動制御される。コントローラ9は双方向デジタルアイソレータ11、光学カプラ12を介してLINトランシーバ13に接続されており、このLINトランシーバ13はコネクタ(LVコネクタ)14、車両通信バス15を介して図示しない車両側のコントローラ(ECU)に接続されている。そして、コントローラ9はインバータ出力回路3に接続され、LINトランシーバ13からもたらされる車両側のコントローラからの指示情報に基づき、ドライブ信号を出力してインバータ出力回路3を制御する。
更に、16はインターロックループであり、HVコネクタ7に併設され、HVコネクタ7が接続されるとループが閉じられ(閉回路)、非接続(外れ)の状態ではループが開放(開回路)される構成とされている。このインターロックループ16は状態検出判定回路17に接続され、この状態検出判定回路17はコントローラ9に接続されている。
インバータに接続される低電圧電源LV+/LV−は、12V電源/LVGNDとしてインバータ回路に供給される。更にまた、18はLV+としてインバータ内に引き込まれた12V電源19(低電圧電源:図2)から15V電源21や5V電源(HV側)22を生成するDC−DCコンバータであり、15V電源21はインバータ出力回路3に接続され、5V電源(HV側)22はコントローラ9や状態検出判定回路17に接続されている。また、12V電源19や5V電源(LV側)23は状態検出判定回路17に接続されている。
上記のコントローラ9の検出切替信号出力部と故障診断部、インターロックループ16、及び、状態検出判定回路17が本発明の高電圧機器用インターロック装置を構成する。そして、本発明の高電圧機器用インターロック装置は電動コンプレッサ(高電圧機器)内に設けられており、図中HV側で示す範囲が高電圧側、LV側で示す範囲が低電圧側を意味する。
次に、図2は図1の状態検出判定回路17の電気回路の実施例を示している。実施例の状態検出判定回路17は、分圧抵抗28、29と電圧レベル切替素子としてのスイッチ31を直列に接続して成る回路と、分圧抵抗42、ダイオード41から成る分圧回路32と、二つのコンパレータ33、34から成るウインドウコンパレータ36と、光学カプラ37、38と、ドライバ39等から構成されている。
この場合、分圧回路32は12V電源19とLVGND間に接続されており、インターロックループ16はこの分圧回路32の分圧抵抗28と分圧抵抗29の接続点(E)と、ダイオード41と分圧抵抗42の接続点(D)間に接続されている。ダイオード41は分圧抵抗29とスイッチ31との接続点に接続され、当該接続点の方向が順方向とされている。分圧抵抗42は接続点(D)とLVGND間に接続されている。
そして、この分圧回路32の接続点(E)がコンパレータ33の反転入力端子と、コンパレータ34の非反転入力端子に接続されている。このコンパレータ33の非反転入力端子の電圧レベルは閾値(F)として8Vとされ、コンパレータ34の反転入力端子の電圧レベルは閾値(G)として4Vとされている。そして、これらコンパレータ33の出力(H)とコンパレータ34の出力(I)は、光学カプラ38に接続されており、光学カプラ38の出力44は抵抗46と直列に5V電源22(HV側)とHVGND間に接続されている。この光学カプラ38の出力44と抵抗46の接続点(J)がコントローラ9の入力ポート49に接続されている。
コントローラ9の出力ポート51は、光学カプラ37の入力(A)に接続されており、光学カプラ37の出力47は抵抗48と直列に5V電源(LV側)23とLVGND間に接続されている。この光学カプラ37の出力47と抵抗48の接続点(B)がドライバ39に接続され、ドライバ39によりスイッチ31が開閉される構成とされている。そして、図2の分圧回路32が本願の電圧レベル発生部を構成し、ウインドウコンパレータ36が本願の電圧レベル判定部を構成する。また、コントローラ9が本願の故障診断部及び検出切替信号出力部を構成しており、出力ポート51から出力した検出切替信号に対して、入力ポート49から入力される信号の組み合わせを基に故障診断を行うことになる。
以上の構成で、次に図2、図3を参照しながら実施例の高電圧機器用インターロック装置の動作を説明する。尚、図3はインターロックループ16の状態等と、コントローラ9の出力ポート51及び入力ポート49の信号レベルと、図2中の各点(A)〜(J)の電圧レベル及びスイッチ31の動作、更に、それらに基づくコントローラ9の診断結果を示している。先ず、コントローラ9は、実施例では所定の周期で出力ポート51から「L」レベルの信号と「H」レベルの信号を交互に出力するものとする。
(1)HVコネクタ7が接続された状態で高電圧機器用インターロック装置が正常時
今、HVコネクタ7が接続されており、インターロックループ16のループも閉じられていて(閉回路)、高電圧機器用インターロック装置の当該インターロックループ16と状態検出判定回路17に故障がないものとする。また、出力ポート51から出力される信号(検出切替出力信号)が「L」レベルのときは、光学カプラ37の入力(A)が「H」レベルとなるように構成されているものとすると、出力ポート51から出力される信号が「L」レベルのときは、光学カプラ37の入力(A)が「H」レベルとなり、光学カプラ37の出力47がOFFするため、接続点(B)の電圧が「H」レベルとなり、ドライバ39の出力がスイッチ31をON(閉)させる。
ここで、分圧抵抗28、29及び42は同じ抵抗値であるものとし、ダイオード41の順方向電圧を1Vとすると、スイッチ31がONすることで、接続点(D)の電圧レベルは1Vとなり、接続点(E)の電圧レベルも1Vとなる。接続点(E)の電圧レベルが1Vとなると、コンパレータ33の出力(H)は「H」レベルとなり、コンパレータ34の出力(I)は「L」レベルとなるので光学カプラ38の入力は「L」レベルとなる。光学カプラ38は入力が「L」レベルとなると出力44がONするものとすると、接続点(J)の電圧は「L」レベルとなり、コントローラ9の入力ポート49の信号も「L」レベルとなる。
一方、出力ポート51から出力される信号が「H」レベルになると、光学カプラ37の入力(A)の電圧が「L」レベルとなり、光学カプラ37の出力47がONするため、接続点(B)の電圧が「L」レベルとなり、ドライバ39は出力を停止し、スイッチ31がOFF(開)する。
スイッチ31がOFFすると、接続点(D)の電圧レベルは6Vとなり、接続点(E)の電圧レベルも6Vとなる(12Vを分圧抵抗28、42で分圧するため)。接続点(E)の電圧レベルが6Vとなると、コンパレータ33の出力(H)は「H」レベルとなり、コンパレータ34の出力(I)も「H」レベルとなるので光学カプラ38の入力は「H」レベルとなる。これにより、光学カプラ38の出力44がOFFするため、接続点(J)の電圧は「H」レベルとなり、コントローラ9の入力ポート49の信号も「H」レベルとなる。
コントローラ9は、出力ポート51から「L」レベルの信号を出力したときに入力ポート49の信号が「L」レベルとなり、「H」レベルの信号を出力したときは入力ポート49の信号が「H」レベルとなったときは、HVコネクタ7が接続状態にあると診断する。
(2)HVコネクタ7が非接続(外れ)で高電圧機器用インターロック装置が正常時
次に、HVコネクタ7が非接続となり、インターロックループ16のループが開放されて(開回路)、高電圧機器用インターロック装置の当該インターロックループ16と状態検出判定回路17に故障がない場合について説明する。この場合も、コントローラ9の出力ポート51から出力される信号が「L」レベルのときは、光学カプラ37は入力(A)の電圧が「H」レベルとなり、光学カプラ37の出力47がOFFするため、接続点(B)の電圧が「H」レベルとなり、ドライバ39の出力がスイッチ31をON(閉)させる。
今、インターロックループ16は開放されているので、スイッチ31がONすると、接続点(E)の電圧レベルは分圧抵抗28と29で分圧された6Vとなる。接続点(E)の電圧レベルが6Vとなると、コンパレータ33の出力(H)は「H」レベルとなり、コンパレータ34の出力(I)も「H」レベルとなるので光学カプラ38の入力電位は「H」レベルとなる。これにより、光学カプラ38の出力44がOFFするため、接続点(J)の電圧は「H」レベルとなり、コントローラ9の入力ポート49の信号も「H」レベルとなる。
一方、出力ポート51から出力される信号が「H」レベルになると、光学カプラ37の入力(A)の電圧が「L」レベルとなり、光学カプラ37の出力47がONするため、接続点(B)の電圧が「L」レベルとなり、ドライバ39は出力を停止し、スイッチ31がOFF(開)する。
今、インターロックループ16は開放されているので、スイッチ31がOFFすると、接続点(D)の電圧レベルは0Vのままで、接続点(E)の電圧レベルは12Vとなる。接続点(E)の電圧レベルが12Vとなると、コンパレータ33の出力(H)は「L」レベルとなり、コンパレータ34の出力(I)は「H」レベルとなるので光学カプラ38の入力は「L」レベルとなる。これにより、光学カプラ38の出力44がONとなるため、接続点(J)の電圧は「L」レベルとなり、コントローラ9の入力ポート49の信号も「L」レベルとなる。
コントローラ9は、出力ポート51から「L」レベルの信号を出力したときに入力ポート49の信号が「H」レベルとなり、「H」レベルの信号を出力したときは入力ポート49の信号が「L」レベルとなったときは、HVコネクタ7が非接続の状態と診断する。
(3)インターロックループ16の電源短絡時
次に、インターロックループ16が電源(LV+)に短絡した場合について説明する。インターロックループ16が電源LV(+)に短絡すると、コントローラ9の出力ポート51から出力される信号が「L」レベルであるか「H」レベルであるかに拘わらず、接続点(E)の電圧レベルは12Vとなる。
接続点(E)の電圧レベルが12Vとなると、コンパレータ33の出力(H)は「L」レベルとなり、コンパレータ34の出力(I)は「H」レベルとなるので光学カプラ38の入力は「L」レベルとなる。これにより、光学カプラ38の出力44がONするため、接続点(J)の電圧は「L」レベルとなり、コントローラ9の入力ポート49の信号も「L」レベルとなる。
コントローラ9は、出力ポート51から「L」レベルの信号を出力したときに入力ポート49の信号が「L」レベルとなり、「H」レベルの信号を出力したときも入力ポート49の信号が「L」レベルとなったときは、故障状態と診断する(この場合は、インターロックループ16の電源短絡故障)。
(4)インターロックループ16の接地短絡時
次に、インターロックループ16が接地(LV−)に短絡した場合について説明する。インターロックループ16が接地短絡すると、コントローラ9の出力ポート51から出力される信号が「L」レベルであるか「H」レベルであるかに拘わらず、接続点(E)は接地(LV−)の電圧レベルである0Vとなる。
接続点(E)の電圧レベルが0Vとなると、コンパレータ33の出力(H)は「H」レベルとなり、コンパレータ34の出力(I)は「L」レベルとなるので光学カプラ38の入力は「L」レベルとなる。これにより、光学カプラ38の出力44がONするため、接続点(J)の電圧は「L」レベルとなり、コントローラ9の入力ポート49の信号も「L」レベルとなる。
コントローラ9は、上述した如く出力ポート51から「L」レベルの信号を出力したときに入力ポート49の信号が「L」レベルとなり、「H」レベルの信号を出力したときも入力ポート49の信号が「L」レベルとなったときは、故障状態と診断する(この場合は、インターロックループ16の接地短絡故障)。
(5)その他の故障時(例えば、光学カプラ37の出力短絡故障)
次に、例えば光学カプラ37の出力47が短絡する故障が発生した場合について説明する。光学カプラ37の出力47が短絡してスイッチ31がOFFしたままとなると、インターロックループ16が接続状態であるときは、コントローラ9の出力ポート51から出力される信号が「L」レベルであるか「H」レベルであるかに拘わらず、接続点(E)の電圧レベルは6Vとなる。
接続点(E)の電圧レベルが6Vとなると、コンパレータ33の出力(H)は「H」レベルとなり、コンパレータ34の出力(I)は「H」レベルとなるので光学カプラ38の入力は「H」レベルとなる。これにより、光学カプラ38の出力44がOFFするため、接続点(J)の電圧は「H」レベルとなり、コントローラ9の入力ポート49の信号も「H」レベルとなる。
コントローラ9は、上述した如く出力ポート51から「L」レベルの信号を出力したときに入力ポート49の信号が「H」レベルとなり、「H」レベルの信号を出力したときも入力ポート49の信号が「H」レベルとなったときは、故障状態と診断する(この場合は、光学カプラ37の出力47が短絡する故障)。
以上詳述した如く、本発明の高電圧機器用インターロック装置は、車両に搭載された電動コンプレッサ(高電圧機器)をHVバッテリ8(高電圧電源)に接続するためのHVコネクタ7に併設されたインターロックループ16と、インターロックループ16の状態に応じて異なる電圧レベルを発生する電圧レベル発生部と、この電圧レベル発生部が発生する電圧レベルに応じて判定結果(L/H信号)を出力する電圧レベル判定部と、電圧レベル判定部の出力に基づいてインターロックループ16の状態を診断するコントローラ9(故障診断部)と、L/H信号を出力する検出切替信号出力部を備え、電圧レベル発生部は、インターロックループ16の状態と検出切替信号出力部の出力に応じて異なる電圧レベルを発生すると共に、故障診断部は、検出切替信号出力部の出力に対する電圧レベル判定部の出力の組み合わせから、インターロックループ16の状態を診断するようにしたので、コントローラ9により、HVコネクタの接続、非接続、及び、インターロックループ16の故障を含むインターロック装置自体の故障診断を行うことができるようになる。
これにより、インターロックループ16の故障を含む高電圧機器用インターロック装置自体の故障時にも、HVコネクタ7の外れを非安全状態(コネクタ非接続、故障等)として、的確に診断する(コネクタが接続状態にある等の誤診断をしない)ことが可能となる。
また、実施例では電圧レベル発生部を、12V電源19(低電圧電源)に接続された複数の分圧抵抗28、29、42、及びダイオード41、スイッチ31を有する分圧回路32から構成し、この分圧回路32にインターロックループ16を接続するようにしているので、インターロックループ16の接続、非接続や、電源短絡、接地短絡で電圧レベル発生部が発生する電圧レベル(接続点(E)の電圧レベル)が変化し、それらを的確に診断することが可能となる。
特に、実施例の如く高電圧機器用インターロック装置を、電動コンプレッサ(高電圧機器)に設けることで、車両のコントローラにインターロックループ16を接続すること無く、電動コンプレッサ側で故障診断を行うことができるようになる。
尚、実施例では車両に搭載された高電圧機器としての電動コンプレッサに高電圧機器用インターロック装置を適用したが、それに限らず、車両に搭載される各種高電圧機器に本発明は有効である。
また、実施例では状態検出判定回路17の故障として光学カプラ37の故障を採り上げたが、他の素子の故障診断も同様に可能である。また、実施例で示したウインドウコンパレータ36により電圧レベル判定部を構成し、ウインドウコンパレータ36の2出力の論理積(AND)をとって判定結果としたが、具体的な回路構成はそれに限らず、ウインドウコンパレータ36の2出力を個々にコントローラ9へ入力して診断を行ってもよい。但し、実施例の如き回路構成によれば、コントローラ9の入力ポート及び光学カプラを各一つずつでHVコネクタ7の外れを非安全状態(コネクタ非接続、故障等)として、的確に検出することが可能となる。
また、電圧レベル発生部、及び、電圧レベル判定部を接続する12V電源19(低電圧電源)の電圧は、必ずしも12Vに限定されるものではなく、インバータで規定されるLV+電源入力電圧範囲内であれば、本インターロック装置が正常に機能するものとして許容されるものである。
1 電動コンプレッサ用インバータ
2 モータ
3 インバータ出力回路
7 HVコネクタ
8 HVバッテリ(高電圧電源)
9 コントローラ(故障診断部、検出切替信号出力部)
16 インターロックループ
17 状態検出判定回路(電圧レベル発生部、電圧レベル判定部)
19 12V電源(低電圧電源)
28、29、42 分圧抵抗(電圧レベル発生部)
31 スイッチ(電圧レベル発生部)
33、34 コンパレータ
36 ウインドウコンパレータ(電圧レベル判定部)
37、38 光学カプラ
41 ダイオード(電圧レベル発生部)
49 入力ポート(故障診断部)
51 出力ポート(検出切替信号出力部)

Claims (6)

  1. 車両に搭載された高電圧機器用のインターロック装置であって、
    前記高電圧機器を高電圧電源に接続するためのHVコネクタに併設されたインターロックループと、
    前記インターロックループの状態に応じて異なる電圧レベルを発生する電圧レベル発生部と、
    該電圧レベル発生部が発生する電圧レベルに応じてL/H信号から成る判定結果を出力する電圧レベル判定部と、
    前記電圧レベル判定部の出力に基づいて前記インターロックループの状態を診断する故障診断部と、
    L/H信号を出力する検出切替信号出力部を備え、
    前記電圧レベル発生部は、前記インターロックループの状態と前記検出切替信号出力部の出力に応じて異なる電圧レベルを発生すると共に、
    前記故障診断部は、前記検出切替信号出力部の出力に対する前記電圧レベル判定部の出力の組み合わせから、前記インターロックループの状態を診断することを特徴とする高電圧機器用インターロック装置。
  2. 前記故障診断部は、少なくとも前記HVコネクタの接続、非接続、及び、前記インターロックループの故障を含むインターロック装置自体の故障を診断することを特徴とする請求項1に記載の高電圧機器用インターロック装置。
  3. 前記電圧レベル発生部は、前記電圧レベル判定部と同一の電源に接続された複数の抵抗を有する分圧回路から構成され、該分圧回路に前記インターロックループが接続されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の高電圧機器用インターロック装置。
  4. 前記電圧レベル判定部は、複数のコンパレータから構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちの何れかに記載の高電圧機器用インターロック装置。
  5. 前記高電圧機器内に設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちの何れかに記載の高電圧機器用インターロック装置。
  6. 前記高電圧機器は、前記車両に搭載された電動コンプレッサであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちの何れかに記載の高電圧機器用インターロック装置。
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