JP7120112B2 - 電力制御装置 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、電力制御装置に関する。

電気自動車の走行用のモータの駆動電力を制御する電力制御装置は、大電力を扱う。走行用のモータの駆動電力を制御するデバイスの典型はインバータである。電力制御装置の筐体には、１個あるいはいくつかの開口が設けられている。開口はカバーで覆われる。カバーが外れた状態で筐体内部のインバータに大電力が流れる事態を避けるため、電力制御装置には、インターロックが設けられている。インターロックは、開口を覆うカバーの装着が検知されると、インバータへの通電を許可する。

特許文献１に開示されている電力制御装置は、筐体の開口の内側に配置された端子台にインターロックコネクタが備えられている。開口を覆うカバーの裏面にはピンが設けられており、カバーが取り付けられる際、ピンがインターロックコネクタを押し出す。端子台には、インターロックコネクタが挿通されると導通するインターロック用の一対の端子が設けられている。インターロック回路は、一対の端子の導通が検知されると、インバータへの通電を許可する。

特許国際公開第２０１２／１３１９７７号公報

特許文献１の電力制御装置は、インターロック専用の配線を備えている。インターロック専用の配線を不要にできれば、電力制御装置の小型化が期待できる。

本明細書が開示する電力制御装置は、開口を有している筐体と、開口を塞ぐカバーと、センサと、インバータと、端子台と、センサコネクタと、インターロック回路を備えている。カバーには、開口内に突出する突起が備えられている。センサは、筐体内部に配置されている。インバータは、筐体内部に配置されており、センサの計測データに基づいて走行用のモータの駆動電力を制御する。端子台は、インバータと導通している第１端子を備えている。センサコネクタは、センサと導通している第２端子を備えている。インターロック回路は、第１端子と第２端子が導通するとインバータへの通電を許可する。端子台とセンサコネクタは、カバーが開口を塞ぐと突起が第１端子と第２端子を導通するように、筐体内に配置されている。

本明細書が開示する電力制御装置は、センサとインバータをつなぐ配線をインターロックに兼用することで、インターロック専用の配線を不要にすることができる。インターロック専用の配線が不要なので、電力制御装置の小型化が期待できる。例えば、センサコネクタは端子台に対して進退可能に筐体に支持されており、カバーが開口に取り付けられる際、カバーの突起がセンサコネクタを端子台に向けて押し出すように構成されていてもよい。

なお、インターロック回路は、インバータとセンサの間の結線が切断された場合にも、インバータへの通電を遮断することになる。この機能は、センサの断線時の安全装置としても機能する。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

第１実施例の電力制御装置の模式図である（カバー装着前）。 第１実施例の電力制御装置の模式図である（カバー装着後）。 第２実施例の電力制御装置の模式図である（カバー装着前）。 第２実施例の電力制御装置の模式図である（カバー装着途中）。 第２実施例の電力制御装置の模式図である（カバー装着後）。

（第１実施例）図１、２を参照して第１実施例の電力制御装置２を説明する。図１、２は、電力制御装置２の一部を断面で描いてあり、残りをブロック図で描いてある模式図である。

電力制御装置２は、電気自動車に搭載されるデバイスであり、走行用のモータ５を駆動する駆動電力を制御する。より具体的には、電力制御装置２は、車載のメインバッテリ３の直流電力を走行用のモータ５の駆動電力である三相交流に変換する。電力変換の主要回路はインバータ１０である。インバータ１０の主回路１１の直流端はリレー４を介してメインバッテリ３に接続されており、主回路１１の交流端は、モータ５に接続されている。主回路１１は、２個の電力変換用のスイッチング素子の直列接続を３組備えている。３組の直列接続は、メインバッテリ３の正極端と負極端の間に並列に接続されている。３組の直列接続の中点から交流が出力される。主回路１１のスイッチング素子は、インバータ制御回路１２によって制御される。インバータ制御回路１２は、不図示の上位制御器から、モータ５の目標出力を与えられ、その目標出力が実現するように、主回路１１のスイッチング素子を制御する。メインバッテリ３の出力電圧は１００ボルト以上であり、電気自動車の走行中は主回路１１のスイッチング素子にも１００ボルト以上の電圧が印加される。

電力制御装置２には、インバータ１０が出力する三相交流を計測するセンサ６が備えられており、インバータ制御回路１２は、センサ６の計測データに基づいて、主回路１１の出力が目標出力に追従するようにスイッチング素子を制御する。別言すれば、インバータ１０は、センサ６の計測データに基づいて走行用のモータ５の駆動電力を制御する。図１においてインバータ制御回路１２から主回路１１へ向かう破線矢印線は、信号の流れを示している。インバータ１０、リレー４、センサ６は、電力制御装置２の筐体３０に収容されている。

図１においてセンサ６とインバータ制御回路１２をつなぐ２本の太線は、センサ６とインバータ制御回路１２を電気的に接続する結線６０、７０を示している。結線６０（正極線６１と負極線６２）は、インバータ制御回路１２から、端子台４０へ延びている。結線６０（正極線６１と負極線６２）の先端は、端子台４０にて、第１端子４１、４２に接続している。第１端子４１は正極線６１の先端に接続されており、第１端子４２は、負極線６２に接続されている。端子台４０は筐体３０に固定されている。端子台４０は樹脂で作られており、第１端子４１、４２は、端子台４０の表面に露出している。結線６０によって、第１端子４１、４２は、インバータ１０と導通する。

結線７０（正極線７１と負極線７２）は、センサ６から、センサコネクタ５０へ延びている。結線７０（正極線７１と負極線７２）の先端は、センサコネクタ５０にて、第２端子５１、５２に接続している。第２端子５１は正極線７１の先端に接続されており、第２端子５２は、負極線７２に接続されている。センサコネクタ５０は筐体３０に固定されている。センサコネクタ５０は樹脂で作られており、第２端子５１、５２は、センサコネクタ５０の表面に露出している。結線７０によって、第２端子５１、５２は、センサ６と導通する。

端子台４０とセンサコネクタ５０は、第１端子４１（４２）と第２端子５１（５２）が距離Ｄ１を隔てて対向するように配置されている。端子台４０とセンサコネクタ５０は、後述するカバー８０に対して所定の幾何学的関係を有するように配置される。その幾何学的関係については後に説明する。

電力制御装置２の筐体３０には、サービスホール３１が設けられている。サービスホール３１は、筐体３０の内部をメンテナンスするための開口である。サービスホール３１は、通常はカバー８０で覆われている。なお、図１は、カバー８０を外した状態を示している。図２に、サービスホール３１にカバー８０を装着した状態を示す。

カバー８０の裏面には突起８３が設けられている。突起８３は、カバー８０の裏面から突出しており、カバー８０がサービスホール３１に取り付けられたときにサービスホール３１の内部に突出するように設けられている。突起８３は棒状であり、その先端には、リング状の２個の導通金具８１、８２が取り付けられている。

先に述べた端子台４０とセンサコネクタ５０は、カバー８０がサービスホール３１に取り付けられたときに突起８３が両者（端子台４０とセンサコネクタ５０）の間に挟まれるように配置される（図２参照）。カバー８０をサービスホール３１に取り付けると、突起８３に装着された導通金具８１が第１端子４１と第２端子５１の間に挟まり、第１端子４１と第２端子５１が導通する。また、同時に、導通金具８２が第１端子４２と第２端子５２の間に挟まり、第１端子４２と第２端子５２が導通する。

結線６０の途中から結線６３が分岐しており、結線６３はインターロック回路２０に接続されている。インターロック回路２０は、第１端子４１、４２と第２端子５１、５２が導通しているか否かを常に監視している。具体的には、インターロック回路２０は、結線６０の正極線６１と負極線６２の間の抵抗値を計測している。第１端子４１、４２と第２端子５１、５２が導通すると、結線６０にセンサ６が接続される。第１端子４１、４２と第２端子５１、５２が導通している状態と遮断されている状態では、結線６０の正極線６１と負極線６２の間にセンサ６の内部抵抗が接続されるか否かが相違する。インターロック回路２０は、正極線６１と負極線６２の間の抵抗値によって、第１端子４１、４２と第２端子５１、５２が導通しているか否かを判別する。

インターロック回路２０は、第１端子４１、４２と第２端子５１、５２が導通している場合、リレー４を閉じる。リレー４が閉じられると、メインバッテリ３からインバータ１０への通電が許可される。図１、２においてインターロック回路２０からリレー４へ向かう破線矢印線は信号の流れを示している。なお、図１、２では図示を省略しているが、メインバッテリ３と電力制御装置２の間には、システムメインリレーが接続されており、リレー４が閉じられても必ずしもインバータ１０に電力が供給されるものではない。リレー４が閉じることは、インバータ１０への通電が許可されることを意味する。

第１端子４１、４２と第２端子５１、５２の間が遮断されている場合、インターロック回路２０は、リレー４を開く。リレー４が開かれると、インバータ１０への通電が禁止される。

インターロック回路２０は、メインバッテリ３よりも出力電圧の低いサブバッテリ２１から電力供給を受けて動作する。

インターロック回路２０がリレー４を閉じない限り、インバータ１０（電力制御装置２）へは、メインバッテリ３の電力が流れない。すなわち、カバー８０が筐体３０から外されていると、筐体３０の内部のデバイスにメインバッテリ３の電力が流れない。このインターロック機能により、サービスホール３１を通じての作業を安全に行うことができる。

実施例の電力制御装置２は、センサ６とインバータ制御回路１２を電気的につなぐ結線６０、７０を利用してインターロックの機能を実現している。電力制御装置２は、インターロックに専用の結線を必要としない。インターロック専用の配線が不要であるので、電力制御装置２の小型化が期待できる。

インバータ１０が動作中であっても結線６０、７０で断線が生じるとインターロック回路２０が作動し、リレー４を開く。インターロック回路２０は、インバータ制御回路１２とセンサ６の間の断線時の安全装置としても機能する。

図１、２では、インターロック回路２０が直接にリレー４を制御する構成になっている。そのような構成に代えて、インターロック回路２０は、先に述べたシステムメインリレーを制御する別の制御回路への電力供給を遮断するように構成してもよい。すなわち、インターロック回路２０は、第１端子４１、４２と第２端子５１、５２の間が遮断されている間は、別の制御回路とサブバッテリ２１の間を遮断する。システムメインリレーはノーマルオープンタイプ（電力供給がなければ閉状態を保持できない）であり、別の制御回路は、サブバッテリ２１からの電力供給がなければシステムメインリレーを閉状態に保持することができない。インターロック回路２０は、第１端子４１、４２と第２端子５１、５２の間が導通している間は、別の制御回路とサブバッテリ２１の間を導通させる。サブバッテリ２１から電力供給を受けた別の制御回路は、システムメインリレーと閉じることができるようになる。

（第２実施例）図３－５を参照して第２実施例の電力制御装置１０２を説明する。第２実施例の電力制御装置１０２は、カバー８０の裏面の突起１８３の形状、端子台１４０の形状、センサコネクタ１５０の形状が第１実施例の電力制御装置２と相違する。それら以外の部品は第１実施例の電力制御装置２の部品と同じである。図３－５では、第１実施例の電力制御装置２の部品と同じものには同じ符号を付してある。

カバー８０の裏面の突起１８３の先端には、カバー８０の取り付け方向に対して傾斜しているピン１８４が設けられている。

端子台１４０のセンサコネクタ１５０の側を向いている面には、第１端子４１、４２が配置されている。センサコネクタ１５０の端子台１４０の側を向いている面には、第２端子５１、５２が配置されている。第２端子５１は第１端子４１に対向するように設けられており、第２端子５２は第１端子４２に対向するように設けられている。

センサコネクタ１５０は、筐体３０に設けられたガイド３２に支持されている。センサコネクタ１５０は、端子台１４０に対して進退可能に筐体３０（ガイド３２）に支持されている。センサコネクタ１５０には、カバー８０の突起１８３のピン１８４に係合する溝１５３が設けられている。溝１５３は、ピン１８４と同じ方向に傾斜している。

図３－５は、電力制御装置１０２の構造の一部を断面で描いてあり、残りをブロック図で描いてある模式図である。図３は、カバー８０を筐体３０から完全に離した状態を示している。図４は、カバー８０の装着途中を示している。図４では、カバー８０のピン１８４が途中までセンサコネクタ１５０の溝１５３に嵌合している。カバー８０の取り付け方向に対してピン１８４と溝１５３が傾斜しているので、カバー８０をサービスホール３１に近づけるにつれてセンサコネクタ１５０は端子台１４０に向けて押し出される。図５は、カバー８０がサービスホール３１に完全に装着された状態を示している。カバー８０が完全に装着されると、センサコネクタ１５０の先端が端子台１４０に接触し、第１端子４１、４２と第２端子５１、５２が導通する。

第１端子４１、４２と第２端子５１、５２が導通しているときと遮断されているときのインターロック回路２０の動作は第１実施例の場合と同じである。

第２実施例の電力制御装置１０２では、センサコネクタ１５０は端子台１４０に対して進退可能に筐体３０に支持されている。電力制御装置１０２では、カバー８０がサービスホール３１に取り付けられる際、カバー８０の突起１８３（ピン１８４）がセンサコネクタ１５０を端子台１４０に向けて押し出すように構成されている。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。サービスホール３１が、筐体３０に設けられている開口の一例である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２、１０２：電力制御装置 ３：メインバッテリ ４：リレー ５：モータ ６：センサ １０：インバータ １１：主回路 １２：インバータ制御回路 ２０：インターロック回路 ２１：サブバッテリ ３０：筐体 ３１：サービスホール ４０、１４０：端子台 ４１、４２：第１端子 ５０、１５０：センサコネクタ ５１、５２：第２端子 ６０、６３、７０：結線 ８０、１８０：カバー ８１、８２：導通金具 ８３、１８３：突起 １５３：溝 １８４：ピン

Claims (2)

1. 開口を有している筐体と、
   前記開口を塞ぐとともに、前記開口内に突出する突起を備えているカバーと、
   前記筐体内部に配置されているセンサと、
   前記筐体内部に配置されており、前記センサの計測データに基づいて走行用のモータの駆動電力を制御するインバータと、
   前記インバータと導通している第１端子を備えている端子台と、
   前記センサと導通している第２端子を備えているセンサコネクタと、
   前記第１端子と前記第２端子が導通すると前記インバータへの通電を許可するインターロック回路と、
   を備えており、
   前記カバーが前記開口を塞ぐと前記突起が前記第１端子と前記第２端子と導通するように前記端子台と前記センサコネクタが前記筐体内に配置されている、電力制御装置。
2. 前記センサコネクタは前記端子台に対して進退可能に前記筐体に支持されており、
   前記カバーが前記開口に取り付けられる際、前記突起が前記センサコネクタを前記端子台に向けて押し出す、請求項１に記載の電力制御装置。

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