JP2020091141A - 充電用リレーの両極溶着診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電用電圧センサに故障が生じているときでも充電用リレーの溶着診断を行なう。【解決手段】車両は、バッテリと、バッテリの両極に接続された漏電検出回路と、外部直流電源に接続される接続部と、システムメインリレーと電気負荷との間の電力ラインと接続部とを接続する充電用ラインに取り付けられた充電用リレーと、を備える。さらに、充電用リレーと接続部との間の充電用ラインに取り付けられた絶縁低下回路を備え、充電用リレーをオフとすると共にシステムメインリレーをオンとした状態で、絶縁低下回路により充電用ラインの一方に対しては絶縁を保持した状態で他方に対しては絶縁低下させたときに漏電検出回路により漏電が検出され、且つ、他方に対しては絶縁を保持した状態で一方に対しては絶縁低下させたときに漏電検出回路により漏電が検出されたときに充電用リレーは両極溶着であると診断する。【選択図】図１

Description

本発明は、充電用リレーの両極溶着診断装置に関する。

従来、この種の技術としては、バッテリから高電圧ユニットに電力供給する電力ラインに設けられたリレーの溶着診断を行なう溶着診断装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この溶着診断装置では、リレーと高電圧ユニットとの間の電力ラインに接続した疑似漏電回路を備え、疑似漏電回路によって擬似的な漏電を生じさせて漏電の有無を判定することにより、リレーの溶着診断を行なう。

特開２０１３−６８４７９号公報

電気負荷にシステムメインリレーを介して接続されたバッテリを搭載する車両では、バッテリを外部直流電源からの電力により充電するために、外部直流電源に接続されるインレット（接続部）と、電気負荷とシステムメインリレーとの間の電力ラインとインレットとを接続する充電用ラインに取り付けられた充電用リレーとを備えるものがある。この車両では、充電終了時に充電用リレーの溶着診断が行なわれるが、外部直流電源とインレットとの接続が遮断されたなどの何らかの理由で充電用リレーの溶着診断が行なわれない場合がある。この場合、車両をシステム起動したときに充電用リレーの溶着診断を行なうが、充電用リレーとインレットとの間に取り付けられた充電用電圧センサに故障が生じたときには、充電用リレーの溶着診断を行なうことができない。

本発明の充電用リレーの両極溶着診断装置は、充電用電圧センサに故障が生じているときでも充電用リレーの溶着診断を行なうことを主目的とする。

本発明の充電用リレーの両極溶着診断装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の充電用リレーの両極溶着診断装置は、
バッテリと、
前記バッテリと電気負荷との間の電力ラインに取り付けられたシステムメインリレーと、
前記バッテリの両極に接続された漏電検出回路と、
外部直流電源に接続される接続部と、
前記システムメインリレーと前記電気負荷との間の電力ラインと前記接続部とを接続する充電用ラインに取り付けられた充電用リレーと、
を備える車両に搭載されて前記充電用リレーの両極溶着の診断を行なう充電用リレーの両極溶着診断装置であって、
前記充電用リレーと前記接続部との間の充電用ラインに取り付けられた絶縁低下回路と、
前記充電用リレーをオフとすると共に前記システムメインリレーをオンとした状態で、前記絶縁低下回路により前記充電用ラインの一方に対しては絶縁を保持した状態で他方に対しては絶縁低下させたときに前記漏電検出回路により漏電が検出され、且つ、前記他方に対しては絶縁を保持した状態で前記一方に対しては絶縁低下させたときに前記漏電検出回路により漏電が検出されたときに前記充電用リレーは両極溶着であると診断する診断部と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の充電用リレーの両極溶着診断装置を搭載する車両は、バッテリと、バッテリと電気負荷との間の電力ラインに取り付けられたシステムメインリレーと、バッテリの両極に接続された漏電検出回路と、外部直流電源に接続される接続部と、システムメインリレーと電気負荷との間の電力ラインと接続部とを接続する充電用ラインに取り付けられた充電用リレーと、を備える。本発明の充電用リレーの両極溶着診断装置は、充電用リレーと前記接続部との間の充電用ラインに取り付けられた絶縁低下回路を備え、充電用リレーをオフとすると共にシステムメインリレーをオンとした状態で、絶縁低下回路により充電用ラインの一方に対しては絶縁を保持した状態で他方に対しては絶縁低下させたときに漏電検出回路により漏電が検出され、且つ、他方に対しては絶縁を保持した状態で一方に対しては絶縁低下させたときに漏電検出回路により漏電が検出されたときに充電用リレーは両極溶着であると診断する。これにより、充電用リレーとインレットとの間に取り付けられた充電用電圧センサに故障が生じているときでも、充電用リレーの溶着診断を行なうことができる。

本発明の一実施例としての充電用リレーの両極溶着診断装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 充電統合ＥＣＵ５０の構成の概略を示す構成図である。 メインＥＣＵ６０により実行されるシステムオン時処理の一例を示すフローチャートである。 充電用リレー４２の正極側リレーに溶着が生じている場合にスイッチＳ１，Ｓ４をオンとしたときに絶縁低下回路５４に流れる電流の様子を示す説明図である。 充電用リレー４２の負極側リレーに溶着が生じている場合にスイッチＳ２，Ｓ３をオンとしたときに絶縁低下回路５４に流れる電流の様子を示す説明図である。 充電用リレー４２の両極に溶着が生じていないときのシステムオン時処理の際の動作を示す説明図である。 充電用リレー４２の正極側リレーだけに溶着が生じているときのシステムオン時処理の際の動作を示す説明図である。 充電用リレー４２の正極側リレーおよび負極側リレーの双方に溶着が生じているときのシステムオン時処理の際の動作を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての充電用リレーの両極溶着診断装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、バッテリ２２と、電池用電子制御ユニット（以下、「電池ＥＣＵ」という。）２４と、システムメインリレー３２と、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ」という。）３４と、モータ３６と、充電用リレー４２と、直流電源用インレット（以下、「ＤＣインレット」という。）４４と、充電統合電子制御ユニット（以下、「充電統合ＥＣＵ」という。）５０と、メイン電子制御ユニット（以下、「メインＥＣＵ」という。）を備える。

バッテリ２２は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などにより構成されている。システムメインリレー３２は、バッテリ２２とＰＣＵ３４とを接続する電力ライン３０に取り付けられている。ＰＣＵ３４は、例えば直流電力を交流電力に変換してモータ３６を駆動するインバータ回路や、このインバータ回路に供給する直流電力の電圧を調整する昇降圧コンバータなどにより構成されている。モータ３６は、例えば同期発電電動機や誘導モータなどにより構成されている。

電池ＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵの他にＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートなどを備える。電池ＥＣＵ２４は、バッテリ２２の両極に接続されており、バッテリ２２に流れる電流やバッテリ２２の両極の電圧、バッテリ２２の温度などを検出している。また、電池ＥＣＵ２４には、漏電検出回路２６が組み込まれている。漏電検出回路２６は、周知の漏電検出回路として構成されており、システムの漏電を検出する。

充電用リレー４２は、システムメインリレー３２とＰＣＵ３４との間の電力ライン３０とＤＣインレット４４とを接続する充電用ライン４０に取り付けられている。

図２は、充電統合ＥＣＵ５０の構成の概略を示す構成図である。充電統合ＥＣＵ５０は、図しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートなどを備えるマイクロコンピュータ５１と、充電用電圧センサ（以下、「ＤＣＶセンサ」という。）５２と、絶縁低下回路５４と、を備える。充電統合ＥＣＵ５０は、ＤＣインレット４４と信号ラインにより接続されており、ＤＣインレット４４の図示しないリッド（蓋）が開いているか閉じているかを信号ラインからの信号により検出している。ＤＣＶセンサ５２は、充電用ライン４０の電圧を検出するセンサであり、図２に示す回路により構成されている。なお、ＤＣＶセンサ５２の構成は発明の中核をなさないので、ＤＣＶセンサ５２のこれ以上の詳細な説明は省略する。マイクロコンピュータ５１には、ＤＣＶセンサ５２からの信号、絶縁低下回路５４からの信号などが入力ポートを介して入力されている。また、マイクロコンピュータ５１からは、充電用リレー４２への駆動信号や、後述する絶縁低下回路５４のスイッチＳ１〜Ｓ５への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。

絶縁低下回路５４は、図示するように、充電用ライン４０の正極側ラインに直列に接続されたスイッチＳ１およびスイッチＳ３と、充電用ライン４０の負極側ラインに直列に接続されたスイッチＳ２およびスイッチＳ４と、スイッチＳ１とスイッチＳ３との接続点とスイッチＳ２とスイッチＳ４との接続点とに接続されたコンデンサＣ１と、このコンデンサＣ１に並列に接続されるようにスイッチＳ１とスイッチＳ３との接続点とスイッチＳ２とスイッチＳ４との接続点とに直列に接続された抵抗Ｒ１およびスイッチＳ５と、スイッチＳ３の他点とスイッチＳ４の他点とを入力すると共にマイクロコンピュータ５１に出力するコンパレータ５６と、スイッチＳ３の他点と接地とに介在する抵抗Ｒ３と、スイッチＳ４の他点と接地とに介在する抵抗Ｒ３と、を備える。絶縁低下回路５４は、スイッチＳ１，Ｓ４をオンとし、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５をオフとすると、充電用ライン４０の正極側ラインをスイッチＳ１、コンデンサＣ１、スイッチＳ４、抵抗Ｒ３を介して接地するから、充電用ライン４０の正極側ラインの絶縁低下を行なうことができる。また、スイッチＳ２，Ｓ３をオンとし、スイッチＳ１，Ｓ４，Ｓ５をオフとすると、充電用ライン４０の負極側ラインをスイッチＳ２、コンデンサＣ１、スイッチＳ３、抵抗Ｒ２を介して接地するから、充電用ライン４０の負極側ラインの絶縁低下を行なうことができる。

メインＥＣＵ６０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵの他にＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートなどを備える。メインＥＣＵ６０は、電気自動車２０の駆動制御装置として機能する。このため、メインＥＣＵ６０には、電力ライン３０に取り付けられた図示しない電圧センサからの電圧ＶやＰＣＵ３４に取り付けられた図示しない温度センサからのＰＣＵ温度、図示しない相電流センサからのモータ３６の相電流などが入力ポートを介して入力されている。また、図示しないイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）からのＩＧ信号や、シフトポジションからのシフトポジションや、アクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度、ブレーキポジションセンサからのブレーキポジションなども入力ポートを介して入力されている。メインＥＣＵ６０からは、ＰＣＵ３４への駆動制御信号（例えば、インバータ回路のスイッチング素子のスイッチング制御信号や昇降圧コンバータのスイッチング素子のスイッチング制御信号など）や、システムメインリレー３２への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。メインＥＣＵ６０は、通信ポートを介して電池ＥＣＵ２４や充電統合ＥＣＵ５０と必要な情報を通信している。

次に、こうして構成された実施例の充電用リレーの両極溶着診断装置を搭載する電気自動車２０の動作、特に、ＤＣＶセンサ５２に故障が生じており、外部直流電源からの電力によるバッテリ２２の充電終了時に充電用リレー４２の溶着診断が行なわれずにシステムオン（イグニッションオン：ＩＧオン）したときの動作について説明する。図３は、バッテリ２２の充電終了時に充電用リレー４２の溶着診断が行なわれずシステムオンされたときにメインＥＣＵ６０により実行されるシステムオン時処理の一例を示すフローチャートである。

システムオン時処理が実行されると、メインＥＣＵ６０は、まず、ＤＣリッドが閉じられているか否かを判定する（ステップＳ１００）。ＤＣリッドの開閉は、ＤＣインレット４４に接続された信号ラインからの信号を充電統合ＥＣＵ５０から通信により入力するものとした。ＤＣリッドが開いている判定したしたときには、他の処理を行なわずにＤＣリッドが閉じられるまで待つ。この際、ＤＣリッドが開いていることを報知するものとしてもよい。

ステップＳ１００でＤＣリッドが閉じられていると判定したときには、システムメインリレー３２をオンとする（ステップＳ１１０）。そして、充電用リレー４２をオフ状態として絶縁低下回路５４のスイッチＳ１，Ｓ４をオンとし（ステップＳ１２０）、電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６により漏電を検出したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。絶縁低下回路５４のスイッチＳ１，Ｓ４のオンオフ操作は、スイッチＳ１，Ｓ４をオンオフする制御信号を充電統合ＥＣＵ５０に送信し、これを受信した充電統合ＥＣＵ５０が行なう。充電用リレー４２のオフ状態は、充電統合ＥＣＵ５０により確認することができる。図４は、充電用リレー４２の正極側リレーに溶着が生じている場合にスイッチＳ１，Ｓ４をオンとしたときに絶縁低下回路５４に流れる電流の様子を示す説明図である。充電用リレー４２の正極側リレーに溶着が生じているときには、図４に示すように、正極側リレーが取り付けられた充電用ラインの正極側ラインからスイッチＳ１、コンデンサＣ１、スイッチＳ４、抵抗Ｒ３、接地の順にコンデンサＣ１が充電されるまで電流が流れる。このため、電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６では漏電が検出される。一方、充電用リレー４２の正極側リレーに溶着が生じていないときには、図４に示すような電流は流れないから、電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６は漏電を検出しない。

ステップＳ１３０で電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６で漏電は検出されていないと判定したときには、充電用リレー４２の両極溶着は生じていないと判断し（ステップＳ１７０）、レディオンして（ステップＳ１８０）、システムを走行可能な状態とし、本処理を終了する。

ステップＳ１３０で電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６で漏電を検出したと判定したときには、絶縁低下回路５４のスイッチＳ１，Ｓ４をオフとし（ステップＳ１４０）、充電用リレー４２をオフ状態として絶縁低下回路５４のスイッチＳ２，Ｓ３をオンとし（ステップＳ１５０）、電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６により漏電を検出したか否かを判定する（ステップＳ１６０）。図５は、充電用リレー４２の負極側リレーに溶着が生じている場合にスイッチＳ２，Ｓ３をオンとしたときに絶縁低下回路５４に流れる電流の様子を示す説明図である。充電用リレー４２の負極側リレーに溶着が生じているときには、図５に示すように、接地から抵抗Ｒ２、スイッチＳ３、コンデンサＣ１、スイッチＳ２、負極側リレーが取り付けられた充電用ラインの負極側ラインの順にコンデンサＣ１が充電されるまで電流が流れる。このため、電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６では漏電が検出される。一方、充電用リレー４２の負極側リレーに溶着が生じていないときには、図５に示すような電流は流れないから、電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６は漏電を検出しない。

ステップＳ１６０で電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６で漏電は検出されていないと判定したときには、充電用リレー４２の正極側リレーは溶着しているが負極側リレーは溶着していないから、充電用リレー４２の両極溶着は生じていないと判断し（ステップＳ１７０）、レディオンして（ステップＳ１８０）、システムを走行可能な状態とし、本処理を終了する。

ステップＳ１６０で電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６で漏電を検出したと判定したときには、充電用リレー４２の正極側リレーおよび負極側リレーの双方に溶着（両極溶着）が生じているから、充電用リレー４２の両極溶着が生じていると判断し（ステップＳ１９０）、システムメインリレー３２をオフして（ステップＳ２００）、走行を禁止し、本処理を終了する。

図６は、充電用リレー４２の両極に溶着が生じていないときのシステムオン時処理の際の動作を示す説明図である。この場合、時間Ｔ１にＩＧスイッチがオンされると、時間Ｔ２にシステムメインリレー３２がオンされる。次の時間Ｔ３に絶縁低下回路５４のスイッチＳ１，Ｓ４がオンとされ、時間Ｔ４に電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６により漏電の有無が判定される。この場合、充電リレー４２の両極に溶着は生じていないから、漏電は検出されない。これにより充電用リレー４２の両極溶着は生じていないと判断し、レディオンされる。

図７は、充電用リレー４２の正極側リレーだけに溶着が生じているときのシステムオン時処理の際の動作を示す説明図である。この場合、時間Ｔ１にＩＧスイッチがオンされると、時間Ｔ２にシステムメインリレー３２がオンされ、時間Ｔ３に絶縁低下回路５４のスイッチＳ１，Ｓ４がオンとされる。時間Ｔ４に電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６により漏電が検出される。次の時間Ｔ５にスイッチＳ１，Ｓ４がオフとされ、時間Ｔ６にスイッチＳ２，Ｓ３がオンとされ、時間Ｔ７に電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６により漏電の有無が検出される。充電リレー４２の負極側リレーには溶着は生じていないから、漏電は検出されない。これにより充電用リレー４２の両極溶着は生じていないと判断し、レディオンされる。

図８は、充電用リレー４２の正極側リレーと負極側リレーの双方に溶着が生じているときのシステムオン時処理の際の動作を示す説明図である。この場合、時間Ｔ１にＩＧスイッチがオンされると、時間Ｔ２にシステムメインリレー３２がオンされ、時間Ｔ３に絶縁低下回路５４のスイッチＳ１，Ｓ４がオンとされる。時間Ｔ４に電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６により漏電が検出される。次の時間Ｔ５にスイッチＳ１，Ｓ４がオフとされ、時間Ｔ６にスイッチＳ２，Ｓ３がオンとされ、時間Ｔ７に電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６により漏電が検出される。このため、充電リレー４２の正極側リレーと負極側リレーの双方に溶着（両極溶着）が生じていると判断し、時間Ｔ８にシステムメインリレー３２はオフされる。

以上説明した実施例の充電用リレーの両極溶着診断装置を搭載する電気自動車２０では、充電用ライン４０の正極側ラインの絶縁低下と負極側ラインの絶縁低下を個々に行なう絶縁低下回路５４を備え、ＩＧスイッチをオンとしたときにシステムメインリレー３２をオンとすると共に充電用リレー４２をオフとした状態で、充電用ライン４０の正極側ラインの絶縁低下と負極側ラインの絶縁低下とを行ない、その際、共に電池ＥＣＵ２４の漏電検出回路２６で漏電を検出したときに、充電用リレー４２の両極溶着が生じていると判断して走行を禁止する。これにより、ＤＣＶセンサ５２に故障が生じているときでも、充電用リレー４２の両極溶着を診断することができる。

実施例の充電用リレーの両極溶着診断装置を搭載する電気自動車２０では、漏電検出回路２６は電池ＥＣＵ２４に組み込まれているものとしたが、漏電検出回路２６は電池ＥＣＵ２４に組み込まれず、別の回路として構成してもよい。

実施例の充電用リレーの両極溶着診断装置を搭載する電気自動車２０では、絶縁低下回路５４は充電統合ＥＣＵ５０に組み込まれているものとしたが、絶縁低下回路５４は充電統合ＥＣＵ５０に組み込まれず、別の回路として構成してもよい。

実施例の充電用リレーの両極溶着診断装置を搭載する電気自動車２０では、電池ＥＣＵ２４と充電統合ＥＣＵ５０とメインＥＣＵ６０との３つの電子制御ユニットを備えるものとしたが、電池ＥＣＵ２４と充電統合ＥＣＵ５０とメインＥＣＵ６０とのうちのいずれかの電子制御ユニットが他の電子制御ユニットを兼ねるものとしてもよいし、単一の電子制御ユニットにより構成してもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、
バッテリ２２が「バッテリ」に相当し、システムメインリレー３２が「システムメインリレー」に相当し、漏電検出回路２６が「漏電検出回路」に相当し、ＤＣインレット４４が「接続部」に相当し、充電用リレー４２が「充電用リレー」に相当し、絶縁低下回路５４が「絶縁低下回路」に相当し、メインＥＣＵ６０と電池ＥＣＵ２４と充電統合ＥＣＵ５０とが「診断部」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、車両に搭載される充電用リレーの両極溶着診断装置の製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ バッテリ、２４ 電池用電子制御ユニット（電池ＥＣＵ）、３０ 電力ライン、３２ システムメインリレー、３４ パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、３６ モータ、４０ 充電用ライン、４２ 充電用リレー、４４ 直流電源用インレット（ＤＣインレット）、５０ 充電統合電子制御ユニット（充電統合ＥＣＵ）、５２ 充電用電圧センサ（ＤＣＶセンサ）、５４ 絶縁低下回路、５６ コンパレータ、６０ メイン電子制御ユニット（メインＥＣＵ）、Ｃ１ コンデンサ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 抵抗、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５ スイッチ。

Claims (1)

1. バッテリと、
   前記バッテリと電気負荷との間の電力ラインに取り付けられたシステムメインリレーと、
   前記バッテリの両極に接続された漏電検出回路と、
   外部直流電源に接続される接続部と、
   前記システムメインリレーと前記電気負荷との間の電力ラインと前記接続部とを接続する充電用ラインに取り付けられた充電用リレーと、
   を備える車両に搭載されて前記充電用リレーの両極溶着の診断を行なう充電用リレーの両極溶着診断装置であって、
   前記充電用リレーと前記接続部との間の充電用ラインに取り付けられた絶縁低下回路と、
   前記充電用リレーをオフとすると共に前記システムメインリレーをオンとした状態で、前記絶縁低下回路により前記充電用ラインの一方に対しては絶縁を保持した状態で他方に対しては絶縁低下させたときに前記漏電検出回路により漏電が検出され、且つ、前記他方に対しては絶縁を保持した状態で前記一方に対しては絶縁低下させたときに前記漏電検出回路により漏電が検出されたときに前記充電用リレーは両極溶着であると診断する診断部と、
   を備える充電用リレーの両極溶着診断装置。

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