JP7152298B2

JP7152298B2 - 保護システム

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Publication number: JP7152298B2
Application number: JP2018240948A
Authority: JP
Inventors: 建二村上; 昭夫麦島
Original assignee: SANCALL CORPORATION
Current assignee: SANCALL CORPORATION
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2022-10-12
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: EP3820009B1; JP2020102994A; WO2020137452A1; EP3820009A4; EP3820009A1

Description

本発明は、保護システムに関し、特に、電気自動車（ＥＶ車）、ハイブリット車（ＨＶ車）、プラグインハイブリット車（ＰＨＶ車）等で使用される高電圧用途のバッテリからモータへ流れる電流経路の電流値を計測する際に用いられるシャント抵抗器を、所定条件に基づき、パイロスイッチにて切断した際発生するエネルギーを抑制することができる保護システムに関する。

回路内で短絡または過電流が検出されたときに回路を遮断するパイロスイッチというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種のパイロスイッチは、電気自動車（ＥＶ車）、ハイブリット車（ＨＶ車）、プラグインハイブリット車（ＰＨＶ車）等の車両内にも設けられている。

この点、従来のシステムを、図４を参照して具体的に説明する。図４（ａ）に示すように、車両内に設けられているバッテリＢとモータＭとの間には、バッテリＢからモータＭへ流れる電流Ｉの電流値を計測する際に用いられるシャント抵抗器１００が接続されている。このシャント抵抗器１００は、抵抗体１０１と、銅等の金属からなる母材１０２（所謂バスパー）と、で主に構成されている。しかして、このようなシャント抵抗器１００の母材１０２上には、図４（ａ）に示すように、パイロスイッチ２００が設けられている。このパイロスイッチ２００は、車両の事故時に衝突を検出して動作するエアバック制御装置からの信号を受信するヒータ点火部２０１と、ヒータ点火部２０１の発動によって爆発する火薬２０２と、爆発した火薬２０２によって、図４（ｂ）に示すように、シャント抵抗器１００の母材１０２を切断する切断部２０３と、で構成されている。なお、ヒータ点火部２０１には、ヒータ点火部２０１を動作させるための電源Ｖが接続されている。

かくして、このように、車両内にパイロスイッチ２００を設けておくことにより、車両の事故時に衝突を検出して動作するエアバック制御装置からの信号を契機として、バッテリＢの配線を安全に切断することができることとなる。すなわち、車両の事故時、車両の変形の結果としてバッテリＢの配線の切断やショート等の毀損が生じると、大電流が流れ、配線やバッテリＢの発熱・発火等の２次的被害の恐れが高まることとなる。しかしながら、このように、パイロスイッチ２００を設け、シャント抵抗器１００の母材１０２を切断することにより、このような恐れを防止することが可能となる。

特表２００３－５３４５２３号公報

しかしながら、パイロスイッチ２００によって、シャント抵抗器１００の母材１０２を切断し、バッテリＢの配線を切断すると、バッテリＢの配線や部品の持つインダクタンスに蓄積されたエネルギーによって高電圧が発生し、もって、火花が生じて、バッテリＢや周辺デバイスの破壊・焼損に至る場合があるという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、パイロスイッチを用いて、バッテリの配線を切断した際発生するエネルギーを、抑制することができる保護システムを提供することを目的としている。

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１の発明によれば、バッテリ（Ｂ）から負荷部（例えば、モータＭ）へ流れる電流値を計測するシャント抵抗器（１００）と、
閾値検出部（１０）と、監視部（１１）と、ＣＡＮ通信部（１２）とで構成される電流検出センサ（１）と、
前記閾値検出部（１０）からの所定信号に基づいて、前記シャント抵抗器（１００）を切断するパイロスイッチ（２００）と、
前記シャント抵抗器（１００）と前記負荷部（例えば、モータＭ）との間に接続される抑制部（２）と、を有し、
前記抑制部（２）は、前記パイロスイッチ（２００）にて前記シャント抵抗器（１００）が切断されることによって発生するエネルギーを抑制し、
前記パイロスイッチ（２００）は、ヒータ点火部（２０１）を備えてなり、
前記監視部（１１）は、前記閾値検出部（１０）から出力される電流が前記ヒータ点火部（２０１）に流れるか否かを監視し、該監視内容を、前記ＣＡＮ通信部（１２）に出力してなることを特徴としている。

また、請求項２の発明によれば、上記請求項１に記載の保護システムにおいて、前記抑制部（２）は、ダイオード（２０）で構成され、
前記ダイオード（２０）のカソード側（２０ａ）が、前記シャント抵抗器（１００）と前記負荷部（例えば、モータＭ）との間に接続され、
前記ダイオード（２０）のアノード側（２０ｂ）が、前記負荷部（例えば、モータＭ）に接続されてなることを特徴としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に係る発明によれば、パイロスイッチ（２００）にてシャント抵抗器（１００）が切断されることによって発生するエネルギーを抑制する抑制部（２）をシャント抵抗器（１００）と負荷部（例えば、モータＭ）との間に接続している。これにより、シャント抵抗器（１００）が切断されると、バッテリ（Ｂ）の配線や部品の持つインダクタンスに蓄積されたエネルギーによって発生した負荷部（例えば、モータＭ）側の高電圧を抑制することができる。

しかして、本発明によれば、パイロスイッチを用いて、バッテリの配線を切断した際発生するエネルギーを、抑制することができる。
さらに、本発明によれば、監視部（１１）にて、閾値検出部（１０）から出力される電流がヒータ点火部（２０１）に流れるか否かを監視しているから、閾値検出部（１０）の出力と、パイロスイッチ（２００）のヒータ点火部（２０１）との配線に断線が生じているか否かを確認することができる。これにより、従来のように、断線が生じていることに気付かず、パイロスイッチ（２００）が動作しないという問題を解決することができ、もって、バッテリ（Ｂ）の配線をより安全に切断することができる。そしてさらに、上記監視内容を、ＣＡＮ通信部（１２）に出力しているから、このＣＡＮ通信部（１２）にて、車両の各部を制御する車両ＥＣＵに監視内容を送信するようにすれば、車両ＥＣＵにて断線が発生していることを早期に検出することができ、もって、不具合が生じていることを早期に報知することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、抑制部（２）をダイオード（２０）で構成することにより、ダイオード（２０）のカソード側（２０ａ）を、シャント抵抗器（１００）と負荷部（例えば、モータＭ）との間に接続し、アノード側（２０ｂ）を、負荷部（例えば、モータＭ）に接続するだけで良いため、簡易な回路構成で構成できる。

本発明の一実施形態に係るシステムを示す概念ブロック図である。（ａ）は同実施形態に係るシステムの一部を示し、特に、パイロスイッチが動作した後の状態を示す概念ブロック図、（ｂ）は、同実施形態に係るシステムの一部を示し、特に、パイロスイッチが動作した後に発生するエネルギーを抑制する方法を説明する概念ブロック図である。同実施形態に係るシステムの一使用例を示すフローチャート図である。従来のシステムを示し、(ａ)はパイロスイッチが動作する前の状態を示し、（ｂ）はパイロスイッチが動作した後の状態を示す概念ブロック図である。

以下、本発明に係るシステムの一実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。また、従来と同一の部材は同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。

本実施形態に係るシステムは、図１に示すように、電流検出センサ１と、抑制部２と、バッテリＢとモータＭとの間に設けられ、バッテリＢからモータＭへ流れる電流Ｉの電流値を計測するシャント抵抗器１００と、シャント抵抗器１００の母材１０２上に設けられているパイロスイッチ２００と、で構成されている。

電流検出センサ１は、図１に示すように、閾値検出部１０と、監視部１１と、ＣＡＮ通信部１２と、で構成されている。閾値検出部１０は、シャント抵抗器１００にて計測したバッテリＢからモータＭへ流れる電流Ｉの電流値を増幅する増幅器１０ａと、増幅器１０ａにて増幅された電流値が予め設定された閾値（例えば、２０００Ａ）を超えたか否かを検出する比較器１０ｂと、で構成されている。なお、比較器１０ｂの出力と、パイロスイッチ２００のヒータ点火部２０１とは電気的に接続されている。また、パイロスイッチ２００は、従来と異なり、予め設定された閾値（例えば、２０００Ａ）を超えたことによる信号を受信することによって、動作するようになっている。

一方、監視部１１は、閾値検出部１０（比較器１０ｂ）の出力と、パイロスイッチ２００のヒータ点火部２０１との電気的な接続状態を監視するものである。具体的には、閾値検出部１０（比較器１０ｂ）から出力される電流がヒータ点火部２０１に流れるか否かを監視するものである。これにより、閾値検出部１０（比較器１０ｂ）の出力と、パイロスイッチ２００のヒータ点火部２０１との配線に断線が生じているか否かを確認することができる。かくして、監視部１１にて監視された内容は、監視部１１からＣＡＮ通信部１２に出力されることとなる。なお、閾値検出部１０（比較器１０ｂ）から出力される電流は、ヒータ点火部２０１が発動しない程度の微小電流である。

一方、ＣＡＮ通信部１２は、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）を通信プロトコルとして用いた通信部であって、監視部１１より出力された内容を受信するものである。そして、このＣＡＮ通信部１２は、受信した内容を、車両の各部を制御する車両ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）に送信されることとなる。

抑制部２は、パイロスイッチ２００の切断部２０３にて、シャント抵抗器１００の母材１０２が切断される（図２参照）ことによって発生するエネルギーを抑制するものである。具体的には、図１に示すように、抑制部２は、ダイオード２０からなるもので、ダイオード２０のカソード側２０ａが、シャント抵抗器１００の母材１０２とモータＭとの間に接続され、アノード側２０ｂが、モータＭに接続されている。

かくして、上記のように構成されるシステムは、次のように使用される。

図３に示すように、まず、閾値検出部１０の比較器１０ｂに閾値（例えば、２０００Ａ）が設定される（ステップＳ１）。

次いで、バッテリＢからモータＭへ電流Ｉ（図１参照）が流れると、シャント抵抗器１００にて電流値が計測されることとなる（ステップＳ２）。

次いで、シャント抵抗器１００にて計測した電流値を増幅器１０ａに増幅し、増幅した電流値が予め設定された閾値（例えば、２０００Ａ）を超えたか否かを比較器１０ｂにて検出する（ステップＳ３）。

閾値を超えていなければ（ステップＳ３：ＮＯ）、閾値検出部１０（比較器１０ｂ）の出力と、パイロスイッチ２００のヒータ点火部２０１との電気的な接続状態を監視部１１にて監視する（ステップＳ４）。そして、監視部１１にて監視された内容は、監視部１１からＣＡＮ通信部１２に出力され、ＣＡＮ通信部１２にて受信されることとなる。これにより、監視された内容がＣＡＮ通信部１２から車両ＥＣＵに送信されることとなる（ステップＳ５）。

しかして、このようにすれば、従来の問題点を解決することができる。すなわち、従来においては、図４に示すように、エアバック制御装置からの信号を契機として、パイロスイッチ２００を動作させるようにしている。そのため、ヒータ点火部２０１とエアバック制御装置からの信号との配線に断線が生じていると、エアバック制御装置からの信号を受信することができないため、パイロスイッチ２００が動作せず、もって、バッテリＢの配線を安全に切断することができないという問題があった。また、そのような状態を検出することができないという問題があった。

この点、本実施形態に示すように、閾値検出部１０（比較器１０ｂ）の出力と、パイロスイッチ２００のヒータ点火部２０１との電気的な接続状態を監視部１１にて監視し、ＣＡＮ通信部１２を介して、車両ＥＣＵに送信することにより、電気的な接続状態を常に監視することができる。それゆえ、閾値検出部１０（比較器１０ｂ）の出力と、パイロスイッチ２００のヒータ点火部２０１との配線に断線が生じているか否かを確認することができる。これにより、従来のように、断線が生じていることに気付かず、パイロスイッチ２００が動作しないという問題を解決することができ、もって、バッテリＢの配線をより安全に切断することができることとなる。また、車両の各部を制御する車両ＥＣＵに監視内容を送信することにより、車両ＥＣＵにて断線が発生していることを早期に検出することができ、もって、不具合が生じていることを早期に報知することができることとなる。

一方、閾値を超えていれば（ステップＳ３：ＹＥＳ）、閾値検出部１０（比較器１０ｂ）より、閾値を超えたことを示す信号が出力され、もって、ヒータ点火部２０１にてその信号が受信されることとなる。これを受けて、ヒータ点火部２０１が発動することとなる。これにより、火薬２０２が爆発し、爆発した火薬２０２によって切断部２０３が動作することとなる（ステップＳ６）。切断部２０３が動作すると、図２（ａ）に示すように、切断部２０３にて、シャント抵抗器１００の母材１０２が切断されることとなり、もって、バッテリＢの配線が切断されることとなる（ステップＳ７）。

しかして、このように、シャント抵抗器１００にて計測した電流値が閾値を超えたことにより、パイロスイッチ２００を動作させるようにすれば、従来の問題点を解決することができる。すなわち、従来においては、図４に示すように、車両の事故時、バッテリＢの配線の切断やショート等の毀損が生じていなくとも、エアバック制御装置からの信号を受信すると、パイロスイッチ２００が動作してしまい、もって、シャント抵抗器１００の母材１０２を切断してしまうこととなる。これにより、バッテリＢから供給される全電源の喪失により、モータＭ等に電力が供給されなくなることによって、例えば、車両のドアが開かなくなり、もって、車両外に出られないという問題があった。

この点、本実施形態に示すように、シャント抵抗器１００にて計測した電流値が閾値を超えたことにより、パイロスイッチ２００を動作させるようにすれば、バッテリＢの配線の切断やショート等の毀損が生じていない場合（バッテリＢの配線の切断やショート等の毀損が生じていなければ、閾値（例えば、２０００Ａ）を超えることはない）に、パイロスイッチ２００を動作させてしまうことが無くなり、もって、バッテリＢから供給される全電源の喪失により、モータＭ等に電力が供給されなくなることによって、例えば、車両のドアが開かなくなり、車両外に出られないという問題を解決することができる。

また、本実施形態に示すように、電流検出センサ１（閾値検出部１０）がシャント抵抗器１００にて計測した電流値が閾値を超えたことを検出するため、電流検出センサ１（閾値検出部１０）がシャント抵抗器１００の近傍に位置し、パイロスイッチ２００にてシャント抵抗器１００を切断する関係上、パイロスイッチ２００がシャント抵抗器１００の近傍に位置することとなる。それゆえ、電流検出センサ１（閾値検出部１０）がパイロスイッチ２００の近傍に、設けられることとなる。これにより、シャント抵抗器１００にて計測した電流値が閾値を超えたことを示す信号配線が、パイロスイッチ２００の近傍に位置することとなるから、従来のように、車両の事故時、エアバック制御装置からの信号（図４参照）が毀損してしまう事態を低減することができる。それゆえ、従来のように、パイロスイッチ２００が動作しなくなり、もって、バッテリＢの配線を安全に切断することができないという事態を低減させることができる。

しかして、本実施形態によれば、パイロスイッチ２００を用いて、バッテリＢの配線をより安全に切断することができることとなる。

ところで、図４（ｂ）に示すように、パイロスイッチ２００によって、シャント抵抗器１００の母材１０２を切断し、バッテリＢの配線を切断すると、バッテリＢの配線や部品の持つインダクタンスに蓄積されたエネルギーによって高電圧が発生し、もって、火花が生じて、バッテリＢや周辺デバイスの破壊・焼損に至る場合があるという問題があった。

そこで、本実施形態においては、パイロスイッチ２００の切断部２０３にて、シャント抵抗器１００の母材１０２が切断される（図２参照）ことによって発生するエネルギーを抑制する抑制部２を設けている。すなわち、閾値検出部１０（比較器１０ｂ）より出力された閾値を超えたことを示す信号を契機として、図２（ａ）に示すように、切断部２０３にて、シャント抵抗器１００の母材１０２が切断されると、バッテリＢの配線や部品の持つインダクタンスに蓄積されたエネルギーによってモータＭ側に高電圧が発生することとなる。それゆえ、モータＭ側に抑制部２を設けることにより、図２（ｂ）に示すように、矢印Ｙ１方向に電流が還流されることとなる。これにより、パイロスイッチ２００の切断部２０３にて、シャント抵抗器１００の母材１０２が切断される（図２参照）ことによって発生するエネルギーを抑制することができることとなる。しかして、本実施形態によれば、従来のように、バッテリＢの配線や部品の持つインダクタンスに蓄積されたエネルギーによって高電圧が発生し、もって、火花が生じて、バッテリＢや周辺デバイスの破壊・焼損に至るという事態を低減させることができる。これにより、本実施形態に示すシステム自体を保護することができる。

しかして、本実施形態によれば、パイロスイッチ２００を用いて、バッテリＢの配線を切断した際発生するエネルギーを、抑制することができることとなる。

また、抑制部２をダイオード２０で構成することにより、ダイオード２０のカソード側２０ａを、シャント抵抗器１００の母材１０２とモータＭとの間に接続し、アノード側２０ｂを、モータＭに接続するだけで良いため、簡易な回路構成で構成できることとなる。

なお、本実施形態において示した電流検出センサ１は、あくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において種々の変形・変更が可能である。例えば、閾値検出部１０として、増幅器１０ａと、比較器１０ｂとで構成する例を示したが、それに限らず、比較器１０ｂだけで構成しても良い。また、閾値検出部１０は、シャント抵抗器１００にて計測したバッテリＢからモータＭへ流れる電流Ｉの電流値と、予め設定された閾値（例えば、２０００Ａ）とを比較するものであれば、どのような回路構成でも良い。

また、本実施形態においては、シャント抵抗器１００にてバッテリＢからモータＭへ流れる電流Ｉの電流値を計測する例を示したが、それに限らず、シャント抵抗器１００にてバッテリＢからモータＭ以外の他の負荷部へ流れる電流の電流値を計測するようにしても良い。

一方、電流検出センサ１とパイロスイッチ２００とを、製造するにあたっては、別体で製造しても良いし、一体として製造しても良い。一体として製造すれば、コンパクトにすることができ、設置スペースを小さくするこができる。

また一方、本実施形態においては、パイロスイッチ２００を動作させる契機として、予め設定された閾値（例えば、２０００Ａ）を超えたことによる信号を契機としたが、この信号と合わせて、エアバック制御装置からの信号を用いても良い。

また一方、抑制部２は、上記説明したシステム以外でも、図４に示す従来のシステムにも適用することが可能である。

１電流検出センサ
２抑制部
１０閾値検出部
１１監視部
１２ＣＡＮ通信部
２０ダイオード
２０ａカソード側
２０ｂアノード側
１００シャント抵抗器
２００パイロスイッチ
Ｂバッテリ
Ｍモータ（負荷部）

Claims

バッテリから負荷部へ流れる電流値を計測するシャント抵抗器と、
閾値検出部と、監視部と、ＣＡＮ通信部とで構成される電流検出センサと、
前記閾値検出部からの所定信号に基づいて、前記シャント抵抗器を切断するパイロスイッチと、
前記シャント抵抗器と前記負荷部との間に接続される抑制部と、を有し、
前記抑制部は、前記パイロスイッチにて前記シャント抵抗器が切断されることによって発生するエネルギーを抑制し、
前記パイロスイッチは、ヒータ点火部を備えてなり、
前記監視部は、前記閾値検出部から出力される電流が前記ヒータ点火部に流れるか否かを監視し、該監視内容を、前記ＣＡＮ通信部に出力してなる保護システム。
前記抑制部は、ダイオードで構成され、
前記ダイオードのカソード側が、前記シャント抵抗器と前記負荷部との間に接続され、
前記ダイオードのアノード側が、前記負荷部に接続されてなる請求項１に記載の保護システム。