JP5240462B2 - 電気自動車の充電リレー溶着判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載のバッテリと充電端子間に有る充電リレーのリレー端子が溶着したか否かを判定する電気自動車の充電リレー溶着判定装置に関する。

ハイブリッドを含む、バッテリを搭載した電気自動車は、外部充電器からの充電が可能なように車体に充電端子が装備されつつある。この装備により、電気自動車は、車載充電器を用いた充電のみならず、外部充電器からの充電を可能にして、外部充電器から供給される直流電力を車載のバッテリに充電できるようにしている。
こうした充電端子をもつ電気自動車では、安全性を確保するために、バッテリと充電端子とをつなぐ充電ラインに充電リレーを設けて、充電端子を使用しないときには、充電リレーの開動作により、バッテリと充電端子間の経路を断つことが行われる（充電端子にバッテリが導通しないようにする）。

ところで、充電リレーのリレー端子は、焼き付き（瞬間的に過大電流が流れるなどによる）などにより溶着するおそれがある。溶着が生じると、バッテリの高電圧が、外気に晒された充電端子に加わることになる。特に充電端子は、開閉蓋が付いた充電口内に収められるのが一般的ではあるが、それでもバッテリの高電圧が外気に晒された状態になることは好ましく無い。

そのため、外部充電器では、同外部充電器の給電端子を電気自動車の充電端子に接続すると、電流の流れ具合から、充電リレーのリレー端子の溶着を判定する回路を設けて、リレー端子の溶着が有ると、これを検出して、充電停止を講じることが行なわれるようになった。しかし、同回路は、外部充電器を電気自動車に接続したときだけ機能するので、電気自動車単体ではリレー端子（充電リレー）の溶着判定は行なえない。

そこで、車両側からでもリレー端子の溶着判定が行なえるよう、特許文献１に開示されている電気自動車のバッテリとモータ駆動インバータとをつなぐ直流ラインに設けて有る電流の流れ具合からモータリレーの溶着判定を行なう回路を、バッテリと充電端子間に有る充電リレーの溶着判定に転用したり、それとは別にアイソレーションアンプを用いてそれぞれプラス・マイナス側の充電リレーと充電端子間の電圧を所定電圧値と比較して溶着判定を行なうことなどが考えられる。

特開２００３−１６９４０１号公報

前者の電流の流れ具合で溶着を判定する回路の場合、バッテリとインバータとがリレーを介してつながるという、バッテリに対し相手機器が接続される部位は、プラス側、マイナス側とも、電流の流れにより充電リレーの溶着の判定は行なえる。しかし、バッテリと充電端子とが充電リレーを介してつながるという、バッテリに対し相手機器が無い状況の場合、電流の流れでは引用文献１のようにプラス側、マイナス側の双方の充電リレーの溶着を判定することは難しい。たとえ判定が可能になったとしても、電流の流れが成立する片方の極に有る充電リレーに限られ、どの極の充電リレーで溶着が生じているのかが判定できず、十分でない。しかも、充電リレーの溶着判定をするための回路は、専用の多くの部品が求められるため、複雑になったりコスト的に高価になったりする。

後者のアイソレーションアンプを用いて充電リレーの溶着を判定する回路の場合、プラス側、マイナス側の充電リレーの溶着判定はそれぞれ行なえるものの、高価なアンプを用いるため、かなりコスト的な負担が強いられる。そのうえ、同アンプを用いる場合、同アンプを制御する都合上、制御部の有る車室内に高電圧が加わるケーブルを引き込むレイアウトが余儀なくされる。これでは、高電圧側と隔てある車室内や電子部品で構成される制御部がバッテリの高電圧下に晒されるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、簡単、かつ安価な構造で、プラス側、マイナス側の充電リレーの双方の溶着判定を可能とした電気自動車の充電リレー溶着判定装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、充電リレーのリレー端子の溶着を検出する溶着検出回路部は、充電ラインの、バッテリと外部充電器とつながる充電端子との間をむすぶ充電ライン部分と、バッテリの漏電を検出する漏電検出回路部のアースリレーのアース側のアースライン部分との間を接続ラインで接続し、この接続ラインに、リレー端子の溶着を検出するとき、充電ライン部分をアースラインにアースさせる溶着検出リレーを設け、アースリレーを開き、溶着検出リレーを閉じて漏電状態を作り出し、アースラインにバッテリの電位が加わると、漏電検出回路部から、充電リレーのリレー端子溶着を判定する信号として漏電検出信号が出力される構成とした。

すなわち、アースリレーを開き、溶着検出リレーを閉じたとき、充電リレーのリレー端子が溶着していると、接続ラインを通じて、バッテリの電位が漏電検出回路部のアースラインへ加わる。この挙動は、バッテリのプラス側で溶着が生じた場合も、マイナス側で溶着が生じた場合も、双方で溶着が生じた場合でも、同じように現われる。それ故、バッテリの漏電を検出する漏電検出回路部をそのまま流用して、当該漏電検出回路部からは、充電リレーの溶着を判定する信号となる漏電検出信号が出力される。これにより、どの極の充電リレーのリレー端子で溶着が生じているかが検出可能となる。

請求項２に記載の発明は、アースリレーを閉じて漏電状態を作り出し、漏電検出回路部の自己チェックを行い、アースリレー開き、溶着検出リレーを閉じて漏電状態を作り出し、充電リレーのリレー端子溶着を判定するものとした。
請求項３に記載の発明は、さらに、安全性を確保しながら充電リレーの溶着判定が行なえるよう、漏電検出回路部には、バッテリとコンデンサを介して結合され、コンデンサの電位の変化からバッテリの漏電を検出する漏電検出部と、コンデンサとバッテリ間にアースラインが接続されるとともにアース側に電圧を降下させる電圧降下部が設けられたプリチェック回路部とを有した構造を用いる。そして、アースリレーと電圧降下部との間のアースライン部分に接続ラインのアースライン側の端部を接続することによって、バッテリの電圧降下から十分に隔てながら、充電リレーの溶着判定が行なえるようにした。

請求項４に記載の発明は、さらに、充電リレーの監視が効果的に行なえるよう、リレー端子の溶着検出は、電気自動車のイグニッションスイッチのオン操作時に行なわれるようにした。

請求項１，２の発明によれば、溶着検出リレーが付いた接続ラインで、充電リレーの有る充電ラインと漏電検出回路のアースラインとの間を接続するという、バッテリの漏電を検出する漏電検出回路部を流用した簡単、かつ安価な構造で、バッテリのプラス側、マイナス側に有る充電リレーの溶着判定ができる。
請求項３の発明によれば、さらに、バッテリの電圧降下から十分に遮られた回路で、安全に充電リレーの溶着判定を行なうことができる。特に高電圧のバッテリを搭載する電気自動車には好適である。

請求項４の発明によれば、電気自動車の運転を行なうたびに、充電リレーの溶着判定が繰り返し行なわれ、効果的に充電リレーの監視ができる。

本発明の一実施形態に係る充電リレー溶着判定装置を、同装置を搭載した電気自動車と共に示す側面図。 同充電リレー溶着判定装置の詳細な回路を示す回路図。

以下、本発明を図１および図２に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は、本発明を適用した電気自動車の概略構成図を示している。同電気自動車の主な構造を説明すると、図１中１は電気自動車の車体である。この車体１内には客室２や荷室３が形成されている。客室２のフロア４上には、乗員が着座するフロントシート６やリヤシート７が設置されている。また客室２のフロア４下には電池パック１０が設けられている。荷室３のフロア４下には、前・後輪１１，１２のうち例えば後輪１２を駆動する走行用モータ１３が、インバータ１４と共に設けられている。

電池パック１０は、例えば収容ケース１５内に、例えば多数のリチウムイオンバッテリセルを接続してなるバッテリ１６と、同バッテリ１６の漏電を検出する漏電検出回路部としての例えば漏電センサ１７とを収めて構成される。このうちバッテリ１６は、インバータ１４を介して走行用モータ１３に接続され、バッテリ１６に蓄えた電力で、走行用モータ１３を駆動できるようにしている。

車体１には、図示はしないが車載充電器を用いたバッテリ１６の充電を可能にするための装備が設けられている。また車体１の例えば車幅方向片側の側部には、外部充電器からのバッテリ１６の充電を可能にするための充電口、例えば急速充電用の充電口２０が設けられている。充電口２０は、開閉蓋２０ａで開閉自在に塞げるものである。この充電口２０には、外部充電器とつながる端子として、プラス端子２１ａとマイナス端子２１ｂを有する充電端子２１が設けられている。各充電端子２１ａ，２１ｂは、充電リレーとしての例えば常開式の急速充電コンタクタ２２を介して、それぞれバッテリ１６のプラス側、マイナス側に接続されており、同構造により、図１に示されるように例えば外部充電器としての例えば別置きの急速充電用外部充電器５０（以下、単に外部充電器５０という）からバッテリ１６の充電が行なえるようにしている。これで、車載充電器を用いた充電のみならず、外部充電器５０からの充電を可能にしている。つまり、図１に示されるように急速充電用外部充電器５０から延びる給電ケーブル５１の先端部に有る給電端子５１ａを充電端子２１に接続し、急速充電コンタクタ２２を閉じ、外部充電器４０から直流電力を供給すると、同電力が車載のバッテリ１６に充電される。

他方、フロア下に集約された高電圧機器からフロア４を挟んで隔てた部位、例えば客室２のフロア４上には、バッテリ１６に関する制御を統括する制御部、例えばＢＭＵ２５が設けられている。このＢＵＭ２５により、バッテリ１６から走行用モータ１３へ電力を供給する制御や外部充電器５０からバッテリ１６へ充電するときの急速充電コンタクタ２２の制御などといったバッテリ１６に関する制御が行なわれる。さらに客室２のフロア４上には、統括制御をなす制御部、例えばＥＶＣＵ２６が設けられている。このＥＶＣＵ２６に、ＢＭＵ２５、他の制御部などが接続される。またＥＶＣＵ２６には、例えばインストルメントパネル８に設けられているイグニションスイッチ９が接続されていて、運転開始から運転終了まで車両状態に応じ、車両に搭載の各種機器が制御される構造にしてある。

この電気自動車には、外部充電器からの充電に用いる充電リレー、ここでは急速充電コンタクタ２２の溶着判定行なう充電リレー溶着判定装置２９が設けられている。この充電リレー溶着判定装置２９には、既に車両に搭載されているバッテリ１６の漏電検出回路部、ここではバッテリ１６の漏電センサ１７を流用して、急速充電コンタクタ２２の溶着判定が行えるようにした溶着検出回路部３０が用いられている。図２には、この溶着検出回路部３０の回路構造が詳しく示されている。同図は、図１に示される制御系のうち一点鎖線αで囲んだ、ＢＭＵ２２や溶着検出回路部３０を含む、バッテリ１６および漏電センサ１７から充電口２０の充電端子２１までの具体的な回路構造を示している。

同回路構造を説明すると、図２中３１，３２は、バッテリ１６のプラス側，マイナス側の極と充電端子２１のプラス端子２１ａ，マイナス端子２１ｂ間をそれぞれ接続するプラス側，マイナス側の充電ラインである。
図２中の急速充電コンタクタ２２には、例えば二つのリレー端子２３ａ，２３ｂを一つのソレノイド部２４の励磁で一緒に閉じる構造が用いられている。同コンタクタ２２のリレー端子２３ａ，２３ｂが、それぞれ充電ライン３１，３２に設けてある。

漏電センサ１７は、コンデンサ３３を用いて高電圧となるバッテリ側と隔てて設けた漏電検出部３４と、漏電検出部３４の自己チェックを行なうプリチェック回路部３５とを有した構造が用いられている。なお、プリチェック回路部３５はアースライン３９をもつ。具体的には漏電検出部３５は、例えば、所定周期で変化する交流信号を出力する信号発信部３６をコンデンサ３３を介してバッテリ１６のマイナス側と結合し、信号発信部３６とコンデンサ３３との間に比較部３７を接続し、同比較部３７をＢＭＵ２５に接続した回路が用いられる。これで、コンデンサ３３の電位変化からバッテリ１６の漏電を検出する。

すなわち、バッテリ１６の漏電が無ければ、コンデンサ３３がバッテリ１６の電位で満たされ続けるので、信号発信部３６から発信された交流信号は、そのまま比較部３７に出力され、ＢＭＵ２５はそのときの比較部３７での比較判定（変化せず）から、バッテリ１６の漏電が無いと判定する。漏電が有ると、コンデンサ３３の電位は減少するから、信号発信部３６から発信された交流信号の一部はコンデンサ３３に供給され、比較部３７へ向かう信号は変化する。ＢＭＵ２５は、そのときの比較部３７の比較判定（変化有り）から、バッテリ１６の漏電が生じたと判定する。なお、比較部３７の一次側には、入力される信号のフィルタ処理するフィルタ３８が設けてある。

プリチェック回路部３５は、コンデンサ３３とバッテリ１６のマイナス側との間に、例えば収容ケース１５や車体１などとつながるアースライン３９を接続し、同アースライン３９にアースリレーとして例えば常開式のアースリレー４０を設け、同アースリレー４０のアース側に電圧降下部としての抵抗４１を設けた構造が用いられる。これで、アースリレー４０を閉じれば、漏電検出部３４のチェックが行なわれる。すなわち、アースリレー４０を閉じると、アースライン３９を通じて車体１などへ電流が流れ、バッテリ１６が漏電した状態となる。この意図的に作り出した漏電状態で、比較部３７の比較判定結果が変化すると、ＢＭＵ２５は、漏電センサ１７が正常に機能していると判定する。

溶着検出回路部３０は、それぞれ接続ライン４２ａ，４２ｂを用いて、各充電ライン３１，３２の、リレー端子２３ａ，２３ｂ（充電リレー）とプラス端子２１ａ，マイナス端子２１ｂ（充電端子２１）との間の充電ライン部分３１ａ，３２ａと、漏電センサ１７のアースライン３９とを接続する。アースライン３９への接続は、アースリレー４０のアース側、具体的には、支障が無いよう、アースリレー４０と抵抗４１との間のアースライン部分３９ａに接続する。そして、接続ライン４２ａ，４２ｂのそれぞれに、リレー端子溶着検出用となる常開式の溶着検出リレー４３ａ，４３ｂを設けることで、漏電センサ１７を利用してリレー端子２３ａ，２３ｂ（充電リレー）の溶着の有無が検出される回路を構成している。

すなわち、リレー端子２３ａ，２３ｂの溶着の検出は、アースリレー４０を開き、溶着検出リレー４３ａ，４３ｂを交互に閉じて、それぞれ充電ライン部分３１ａ，３２ａ（リレー端子２３ａ，２３ｂと充電端子２１間）をアースライン３９にアース（導通）させることで行なう（プリチェック機能から溶着判定機能へ切換え）。
この意図的に作り出した漏電状態のとき、リレー端子２３ａ，２３ｂの溶着が無いときは、コンデンサ３３の電位の変化はないので、漏電センサ１７の信号発信部３６から発信された交流信号は、そのまま比較部３７に出力される。つまり、ＢＭＵ２５は、そのときの比較部３７での比較判定（変化せず）から、急速充電コンタクタ２２のリレー端子２３ａ，２３ｂには溶着は無いと判定する。リレー端子２３ａ，２３ｂのいずれかに溶着が有ると、溶着したリレー端子２３a(あるいはリレー端子２３ｂ)と対応した溶着検出リレー４３ａ（あるいは溶着検出リレー４３ｂ）を閉じたとき、その対応する溶着検出リレー４３ａ（あるいは溶着検出リレー４３ｂ）を通じてバッテリ１６の電位がアース側に加わり、コンデンサ３３の電位は減少するから、信号発信部３６から発信された交流信号の一部はコンデンサ３３に供給され、比較部３７へ向かう信号は変化する。するとＢＭＵ２５は、そのときの比較部３７の比較判定結果（変化有り）から、急速充電コンタクタ２２のプラス側のリレー端子２３ａで溶着が生じていると判定したり、急速充電コンタクタ２２のマイナス側のリレー端子２３ｂで溶着が生じていると判定したりする。むろん、双方のリレー端子２３ａ，２３ｂの溶着判定も行なえる。

このリレー端子２３ａ，２３ｂ（充電リレー）の溶着検出は、ＥＶＣＵ２６により、電気自動車のイグニッションスイッチ９のオン操作時（始動毎）に行なわれる。具体的には、ＥＶＣＵ２６の制御により、イグニッションスイッチ９がオンすると、まず、アースリレー４０を閉じて（検出リレー４３ａ，４３ｂは開）、漏電センサ１７の自己チェックを行なう。その後、アースリレー４０を開き、検出リレー４３ａ，４３ｂを交互に閉じて、急速充電コンタクタ２２のリレー端子２３ａ，２３ｂの溶着判定を行なってから、車両の運転制御に入る。

なお、ＢＭＵ２５は、例えばインストルメントパネル８に設けてある報知機器４５（例えば報知ランプや警報音などといった乗員に報知する機器）と接続されていて、漏電センサ１７が、バッテリ１６の漏電を検出したり、漏電センサ１７によりリレー端子２３ａ，２３ｂの溶着を検出したりすると、ＢＭＵ２５が報知機器４５を作動させて、乗員にバッテリ１６の漏電やリレー端子２３ａ，２３ｂの溶着の生じていることを知らせるようにしてある。むろん、バッテリ漏電と、リレー端子溶着とで報知の仕方は異なる。

このように急速充電コンタクタ２２（充電リレー）のリレー端子２３ａ，２３ｂの溶着判定は、リレー端子２３ａ，２３ｂの一次側の充電ライン部分３１ａ，３１ｂと漏電センサ１７のアースライン３９間を、検出リレー４３ａ，４３ｂをもつ接続ライン４２ａ，４２ｂで接続するという、既に有る漏電センサ１７（漏電検出回路部）をそのまま流用した構造で、簡単、かつ安価に行なうことができる。

特に、コンデンサ３３を介してバッテリ１６に結合させた漏電検出部３４と、同漏電検出部３４をチェックするプリチェック回路部３５とを有した構造の漏電センサ１７を用いると、バッテリ電圧降下から十分に遮られた回路で、安全に急速充電コンタクタ２２の溶着判定を行なうことができ、高電圧のバッテリ１６を搭載する電気自動車には好適である。

しかも、リレー端子２３ａ，２３ｂの溶着判定は、電気自動車のイグニッションスイッチ９のオン操作時に行なうようにしたので（例えばＥＶＣＵ２６による）、電気自動車の運転を行なうたびに、リレー端子２３ａ，２３ｂの溶着判定が繰り返し行なわれ、重要部品たる急速充電コンタクタ２２（充電リレー）を効果的に監視することができる。
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば一実施形態では、急速用充電用外部充電器を用いて充電する構造に本発明を適用したが、これに限らず、急速充電でなくともよく、外部充電器を用いて車載のバッテリに充電する構造であれば、本発明が適用できることはいうまでもない。また一実施形態では、バッテリの電力だけで車両を走行させる電気自動車に本発明を適用したが、これに限らず、エンジンをもつハイブリッド式の電気自動車に本発明を適用してもよい。

１ 車体
９ イグニッションスイッチ
１６ バッテリ
１７ 漏電センサ（漏電検出回路部）
２１ 充電端子
２２ 急速充電コンタクタ（充電リレー）
２３ａ，２３ｂ リレー端子
２９ 充電リレー溶着判定装置
３０ 溶着検出回路部
３１，３２ 充電ライン
３３ コンデンサ
３４ 漏電検出部
３９ アースライン
４０ アースリレー
４１ 抵抗（電圧降下部）
４２ａ，４２ｂ 接続ライン
４３ａ，４３ｂ 溶着検出リレー

Claims (4)

1. 車両に搭載されたバッテリと車両に設けられ外部充電器とつながる充電端子とを充電リレーを介して接続した充電ラインと、アースリレーを有するアースラインを備え前記バッテリの漏電を検出する漏電検出回路部と、前記充電リレーのリレー端子の溶着を検出する溶着検出回路部とを有し、
   前記溶着検出回路部は、
   前記充電ラインの前記充電リレーと前記充電端子間の充電ライン部分と、前記漏電検出回路部のアースラインのアースリレー側のアースライン部分との間を接続する接続ラインと、
   前記接続ラインに設けられ、前記リレー端子の溶着を検出するとき、前記充電ライン部分を前記アースラインにアースさせる溶着検出リレーとを有し、
   前記リレー端子の溶着検出時に、前記アースリレーを開き、前記溶着検出リレーを閉じて漏電状態を作り出し、前記アースラインに前記バッテリの電位が加わると、前記漏電検出回路部から充電リレーのリレー端子溶着を判定する信号として漏電検出信号が出力される構成とした
   ことを特徴とする電気自動車の充電リレー溶着判定装置。
2. 前記アースリレーを閉じて漏電状態を作り出し、前記漏電検出回路部の自己チェックを行い、
   前記アースリレー開き、前記溶着検出リレーを閉じて漏電状態を作り出し、前記充電リレーのリレー端子溶着を判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の充電リレー溶着判定装置。
3. 前記漏電検出回路部は、前記バッテリとコンデンサを介して結合され、前記コンデンサの電位の変化から前記バッテリの漏電を検出する漏電検出部と、
   前記コンデンサと前記バッテリ間に、前記アースラインが接続されるとともに前記アースリレーのアース側に電圧を降下させる電圧降下部が設けられて構成され、前記漏電検出部のチェックを行なうプリチェック回路部とを有し、
   前記接続ラインのアースライン側の端部は、前記アースリレーと前記電圧降下部との間のアースライン部分に接続される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気自動車の充電リレー溶着判定装置。
4. 前記リレー端子の溶着検出は、電気自動車のイグニッションスイッチのオン操作時に行なわれることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気自動車の充電リレー溶着判定装置。

Images