JP7714933B2 - コンタクタの溶着診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンタクタの溶着診断装置に関する。

特許文献１には、車両起動のための起動時指令を出力するタイミングで、正極コンタクタとプリチャージコンタクタを含む正極側コンタクタおよび負極コンタクタのいずれか一方の溶着異常を診断し、車両停止のための停止時指令を出力するタイミングで、正極側コンタクタおよび負極コンタクタのいずれか他方の溶着異常を診断する手法が記載されている。

コンタクタの溶着異常の診断では、少なくとも正極側と負極側に一つずつのコンタクタを有し、一方または両方をオンオフする際の電圧変動から溶着の有無を診断する手法がある。

例えば、車両起動時に、正極側コンタクタをオフし、負極側コンタクタをオンした際、インバータの正極と負極の間の端子間電圧が上昇すると、正極側コンタクタが溶着していると判定する。

特開２０１３－１６９０８７号公報

しかしながら、このような溶着異常の診断手法では、コンタクタ溶着の診断中にモータが回転した場合、モータの逆起電力により高電圧バッテリから印加される電圧とは逆向きの電圧が印加されるため、例えば、負極側コンタクタが溶着しているにも関わらず、インバータの正極と負極の間の端子間電圧が溶着判定のための電圧まで上昇せず、コンタクタが正常であると誤判定されるおそれがある。

例えば、坂路における車両起動時に、車両がずり下がる等で駆動輪に引き摺られる形でモータが回転すると、このような現象が発生する。また、パーキングロック機能を持たず、サイドブレーキのみで駆動輪を制動している車両では、このような事象が発生しやすい。

そこで、本発明は、コンタクタの溶着の診断中にモータが回転した場合でも、コンタクタの溶着の誤判定を抑えることができるコンタクタの溶着診断装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため本発明は、主電源である高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリから電力を供給され、モータを駆動させるインバータと、前記高電圧バッテリと前記インバータとの間の電気的接続を断接するコンタクタと、を備える車両のコンタクタの溶着診断装置であって、前記車両の起動時に、前記コンタクタの断接を切り替え、そのときの前記インバータに印加される電圧の変化に基づいて前記コンタクタの溶着を診断するコンタクタ溶着診断を行なうコンタクタ溶着診断部を備え、前記コンタクタ溶着診断部は、前記コンタクタ溶着診断において前記インバータに印加される電圧が溶着判定電圧値以上になると前記コンタクタが溶着していると判定し、前記溶着判定電圧値を前記モータの回転速度に応じて設定するものである。

このように、本発明によれば、コンタクタの溶着の診断中にモータが回転した場合でも、コンタクタの溶着の誤判定を抑えることができる。

図１は、本発明の一実施例に係るコンタクタの溶着診断装置の概略構成図である。 図２は、本発明の一実施例の他の態様に係るコンタクタの溶着診断装置の溶着診断判定処理の手順を示すフローチャートである。 図３は、本発明の一実施例の他の態様に係るコンタクタの溶着診断装置の負極側コンタクタが溶着している状態でモータの逆起電圧が無い場合の溶着診断判定処理による正極―負極間電圧と溶着判定電圧値の関係を示すタイムチャートである。 図４は、本発明の一実施例の他の態様に係るコンタクタの溶着診断装置の負極側コンタクタが溶着している状態でモータの逆起電圧が有る場合の溶着診断判定処理による正極―負極間電圧と溶着判定電圧値の変化を示すタイムチャートである。

本発明の一実施の形態に係るコンタクタの溶着診断装置は、主電源である高電圧バッテリと、高電圧バッテリから電力を供給され、モータを駆動させるインバータと、高電圧バッテリとインバータとの間の電気的接続を断接するコンタクタと、を備える車両のコンタクタの溶着診断装置であって、車両の起動時に、コンタクタの断接を切り替え、そのときのインバータに印加される電圧の変化に基づいてコンタクタの溶着を診断するコンタクタ溶着診断を行なうコンタクタ溶着診断部を備え、コンタクタ溶着診断部は、コンタクタ溶着診断の実施中に、モータの回転速度が第１の回転速度以上の場合には、コンタクタを切断させるよう構成されている。

これにより、本発明の一実施の形態に係るコンタクタの溶着診断装置は、コンタクタの溶着の診断中にモータが回転した場合でも、コンタクタの溶着の誤判定を抑えることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係るコンタクタの溶着診断装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施例に係るコンタクタの溶着診断装置を搭載した車両１は、モータ２と、インバータ３と、高電圧バッテリ４と、コンタクタ溶着診断部５とを含んで構成される。

モータ２は、例えば、複数の永久磁石が埋め込まれたロータと、ステータコイルが巻きつけられたステータと、を備えた同期型モータで構成される。モータ２は、ステータコイルに三相交流電力が印加されることでステータに回転磁界が形成され、この回転磁界によりロータが回転して駆動力を生成する。

また、モータ２は、発電時における回転抵抗を車両１の制動に利用するように駆動される。これにより、モータ２は、回生によって発電できる機能を有する。このように、モータ２は、発電機としても機能し、高電圧バッテリ４を充電するための電力を生成できるようになっている。

モータ２の回転軸は、図示しない減速機、駆動軸等を介して駆動輪６に連結されている。モータ２は、減速機、駆動軸等を介して駆動輪６を駆動する。

モータ２には、モータ２の回転速度を検出する回転速度センサ２１が設けられている。回転速度センサ２１は、車両１が前進する場合の回転方向の回転を正の回転速度として出力する。

インバータ３は、三相交流電力をモータ２に供給する。また、インバータ３は、モータ２が発電した三相交流電力を直流電力に変換して高電圧バッテリ４を充電する。

インバータ３と高電圧バッテリ４を接続する入力端子の正極と負極の間には、平滑コンデンサ３１が接続されている。平滑コンデンサ３１は、正極と負極との間に生じた直流電力の電圧を平滑化する。

高電圧バッテリ４は、例えば、ニッケル蓄電池やリチウム蓄電池等からなり、複数のセルを直列に接続して構成されている。高電圧バッテリ４は、インバータ３を介してモータ２に電力を供給する。

インバータ３と高電圧バッテリ４の間の負極側にはコンタクタとしての負極側コンタクタ４１が設けられている。インバータ３と高電圧バッテリ４の間の正極側にはコンタクタとしての正極側コンタクタ４２が設けられている。正極側コンタクタ４２には、正極側コンタクタ４２と並列に、プリチャージコンタクタ４３とプリチャージ抵抗４４が直列に接続された回路が接続されている。

負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２は、コンタクタ溶着診断部５の制御に応じて、インバータ３と高電圧バッテリ４とを電気的に接続するオン状態と、インバータ３と高電圧バッテリ４とを電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるようになっている。

プリチャージコンタクタ４３は、コンタクタ溶着診断部５の制御に応じて、プリチャージ抵抗４４を正極側コンタクタ４２に並列に接続するオン状態と、プリチャージ抵抗４４を正極側コンタクタ４２から電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるようになっている。

例えば、プリチャージコンタクタ４３は、モータ２が作動する前にオン状態をとり、正極側コンタクタ４２がオン状態をとったあとにオフ状態をとるように制御される。

コンタクタ溶着診断部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

コンタクタ溶着診断部５のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをコンタクタ溶着診断部５として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、コンタクタ溶着診断部５として機能する。

コンタクタ溶着診断部５の入力ポートには、前述のインバータ３と、回転速度センサ２１に加え、車速センサ５１を含む各種センサ類が接続されている。車速センサ５１は、車両１の速度を検出する。

一方、コンタクタ溶着診断部５の出力ポートには、前述の負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、プリチャージコンタクタ４３を含む各種制御対象類が接続されている。

本実施例において、コンタクタ溶着診断部５は、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２が溶着しているか否かを診断するコンタクタ溶着診断を行なう。

コンタクタ溶着診断部５は、例えば、車両１の起動時に負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２のコンタクタ溶着診断を行なう。

コンタクタ溶着診断部５は、例えば、負極側コンタクタ４１と正極側コンタクタ４２のいずれか一方をオン状態としたときのインバータ３の入力端子の正極側と負極側との間の電圧が所定の溶着判定電圧値を上回ると、オン状態としたのとは違うコンタクタが溶着していると判定する。

コンタクタ溶着診断部５は、コンタクタ溶着診断の実施中に、モータ回転速度が所定の第１の回転速度以上となった場合、コンタクタ溶着診断を停止し、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２をオフ状態とする。第１の回転速度は、コンタクタ溶着診断に影響のあるモータ２からの逆起電圧が発生するモータ回転速度の下限値であり、例えば100rpmである。

コンタクタ溶着診断部５は、コンタクタ溶着診断の実施中に、車両１の速度が所定の第１の車速以上となった場合、コンタクタ溶着診断を停止し、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２をオフ状態とする。第１の車速は、コンタクタ溶着診断に影響のあるモータ２からの逆起電圧が発生する車速の下限値であり、例えば1km/hである。

このように、本実施例では、コンタクタ溶着診断部５は、コンタクタ溶着診断の実施中に、モータ回転速度が所定の第１の回転速度以上となった場合、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２をオフ状態とする。

モータ２が回転することで発生する逆起電圧により、コンタクタ溶着診断が正常に実施できないおそれがある場合は、コンタクタをオフ状態とし、車両１の起動を停止させる。

これにより、コンタクタの溶着を誤判定し、コンタクタが溶着したまま車両１が起動してしまうことを抑えることができる。

また、コンタクタ溶着診断部５は、コンタクタ溶着診断の実施中に、車両１の速度が所定の第１の車速以上となった場合、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２をオフ状態とする。

駆動輪６とモータ２が直結されているため、車速が有る（ゼロより高い）ということはモータ２の回転が発生することとなり、モータ２が回転することで逆起電圧が発生する。それにより、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２をオン状態とした時にインバータ３側から高電圧バッテリ４側へ流れる電流が発生してしまい、インバータ３の入力端子の正極側と負極側との間の電圧の変化の仕方が通常時と異なってしまう。このため、コンタクタの溶着を検出できず、コンタクタが溶着したまま車両１が起動してしまうおそれがある。よって、コンタクタに対し、逆起電圧が発生している場合は、コンタクタをオフ状態とすることで、コンタクタの溶着の誤判定を抑えることができる。

本実施例の他の態様としては、コンタクタ溶着診断部５は、コンタクタ溶着診断の実施中に、車両１の速度が第１の車速以上である、または、モータ回転速度が第１の回転速度以上である、モータ２の逆起電圧が発生するような場合、車両１の速度またはモータ回転速度に応じて溶着判定電圧値を設定する。

なお、溶着判定電圧値は、車両１の速度が高いほど低い値に設定され、モータ回転速度が高いほど低い値に設定される。

コンタクタ溶着診断部５は、コンタクタ溶着診断の実施中に、車両１の速度が第１の車速より高い第２の車速以上となった場合、コンタクタ溶着診断を停止し、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２をオフ状態とする。

コンタクタ溶着診断部５は、コンタクタ溶着診断の実施中に、モータ回転速度が第１の回転速度より高い第２の回転速度以上となった場合、コンタクタ溶着診断を停止し、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２をオフ状態とする。

以上のように構成された本実施例の他の態様に係るコンタクタの溶着診断装置による溶着診断判定処理について、図２を参照して説明する。なお、以下に説明する溶着診断判定処理は、コンタクタ溶着診断が開始されると開始され、予め設定された時間間隔で実行され、コンタクタ溶着診断が終了すると実行が停止される。

ステップＳ１０１において、コンタクタ溶着診断部５は、車両１の速度が第１の車速以上である、または、モータ回転速度が第１の回転速度以上である、か否かを判定する。

車両１の速度が第１の車速以上である、または、モータ回転速度が第１の回転速度以上である、と判定した場合には、コンタクタ溶着診断部５は、ステップＳ１０２の処理を実行する。車両１の速度が第１の車速以上でない、かつ、モータ回転速度が第１の回転速度以上でない、と判定した場合には、コンタクタ溶着診断部５は、溶着診断判定処理を終了する。

ステップＳ１０２において、コンタクタ溶着診断部５は、車両１の速度が第２の車速以上である、または、モータ回転速度が第２の回転速度以上である、か否かを判定する。

車両１の速度が第２の車速以上である、または、モータ回転速度が第２の回転速度以上である、と判定した場合には、コンタクタ溶着診断部５は、ステップＳ１０３の処理を実行する。車両１の速度が第２の車速以上でない、かつ、モータ回転速度が第２の回転速度以上でない、と判定した場合には、コンタクタ溶着診断部５は、ステップＳ１０４の処理を実行する。

ステップＳ１０３において、コンタクタ溶着診断部５は、コンタクタ溶着診断を停止し、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２をオフ状態とする。ステップＳ１０３の処理を実行した後、コンタクタ溶着診断部５は、溶着診断判定処理を終了する。

ステップＳ１０４において、コンタクタ溶着診断部５は、溶着判定電圧値を車速またはモータ回転速度に応じて設定する。ステップＳ１０４の処理を実行した後、コンタクタ溶着診断部５は、溶着診断判定処理を終了する。

このような溶着診断判定処理による動作について図３及び図４を参照して説明する。図３は、モータ２の逆起電圧が無い場合のインバータ３の入力端子の正極側と負極側との間の電圧の変化を示すタイムチャートである。ここでは、負極側コンタクタ４１が溶着している場合を示す。

図中、正極側コンタクタと負極側コンタクタの実線は制御上の状態、点線は実際の状態を示す。すなわち、負極側コンタクタ４１の状態は、制御上はオフ状態だが、実際には溶着しているためオン状態となっている。

時刻ｔ１において、コンタクタ溶着診断のため正極側コンタクタ４２がオン状態とされると、負極側コンタクタ４１が溶着しているため、正極―負極間の電圧値が上昇し、時刻ｔ２において、溶着判定電圧値を上回ることで負極側コンタクタ４１が溶着していると判定される。

図４は、モータ２の逆起電圧が有る場合のインバータ３の入力端子の正極側と負極側との間の電圧の変化を示すタイムチャートである。ここでは、負極側コンタクタ４１が溶着している場合を示す。

図３と同様に、図中、正極側コンタクタと負極側コンタクタの実線は制御上の状態、点線は実際の状態を示す。すなわち、負極側コンタクタ４１の状態は、制御上はオフ状態だが、実際には溶着しているためオン状態となっている。

時刻ｔ１０から、モータ回転速度または車速が上昇して、モータ２が回転することによりモータ２に逆起電圧が発生し、時刻ｔ１１までモータ２の回転が上昇し続けることでモータ２の逆起電圧も上昇する。これに伴い、溶着判定電圧値もモータ回転速度または車速に応じて減少する。

時刻ｔ１２において、コンタクタ溶着診断のため正極側コンタクタ４２がオン状態とされると、負極側コンタクタ４１が溶着しているため、正極―負極間の電圧値が上昇し、時刻ｔ１３において、溶着判定電圧値を上回ることで負極側コンタクタ４１が溶着していると判定される。

このように、モータ２の逆起電圧が発生していても、コンタクタ溶着診断を正常に実施することができる。

このように、本実施例の他の態様では、コンタクタ溶着診断部５は、コンタクタ溶着診断の実施中に、車両１の速度が第１の車速以上である、または、モータ回転速度が第１の回転速度以上である、場合に、車両１の速度またはモータ回転速度に応じて溶着判定電圧値を設定する。

これにより、溶着判定電圧値が車両１の速度またはモータ回転速度に応じた値に設定され、モータ２の逆起電圧が発生していても、コンタクタ溶着診断を正常に実施することができる。

また、溶着判定電圧値は、車両１の速度が高いほど低い値に設定され、モータ回転速度が高いほど低い値に設定される。

これにより、モータ２の逆起電圧に応じた適切な溶着判定電圧値を設定することができ、モータ２の逆起電圧が発生していても、コンタクタ溶着診断を正常に実施することができる。

また、コンタクタ溶着診断部５は、コンタクタ溶着診断の実施中に、車両１の速度が第２の車速以上となった場合、または、モータ回転速度が第２の回転速度以上となった場合、コンタクタ溶着診断を停止し、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２をオフ状態とする。

モータ２の逆起電圧が高すぎるときは、インバータ３の入力端子の正極側と負極側との間の電圧が低くなりすぎて、コンタクタ溶着診断を実行するのが困難となるため、コンタクタをオフ状態とする。これにより、コンタクタが溶着したまま車両１が走行してしまうことを抑制することができる。

本実施例では、各種センサ情報に基づきコンタクタ溶着診断部５が各種の判定や算出を行なう例について説明したが、これに限らず、車両１が外部サーバ等の車外装置と通信可能な通信部を備え、該通信部から送信された各種センサの検出情報に基づき車外装置によって各種の判定や算出が行なわれ、その判定結果や算出結果を通信部で受信して、その受信した判定結果や算出結果を用いて各種制御を行なってもよい。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
２ モータ
３ インバータ
４ 高電圧バッテリ
５ コンタクタ溶着診断部
６ 駆動輪
２１ 回転速度センサ
４１ 負極側コンタクタ（コンタクタ）
４２ 正極側コンタクタ（コンタクタ）
４３ プリチャージコンタクタ
４４ プリチャージ抵抗
５１ 車速センサ

Claims (6)

1. 主電源である高電圧バッテリと、
   前記高電圧バッテリから電力を供給され、モータを駆動させるインバータと、
   前記高電圧バッテリと前記インバータとの間の電気的接続を断接するコンタクタと、を備える車両のコンタクタの溶着診断装置であって、
   前記車両の起動時に、前記コンタクタの断接を切り替え、そのときの前記インバータに印加される電圧の変化に基づいて前記コンタクタの溶着を診断するコンタクタ溶着診断を行なうコンタクタ溶着診断部を備え、
   前記コンタクタ溶着診断部は、前記コンタクタ溶着診断において前記インバータに印加される電圧が溶着判定電圧値以上になると前記コンタクタが溶着していると判定し、前記溶着判定電圧値を前記モータの回転速度に応じて設定するコンタクタの溶着診断装置。
2. 前記コンタクタ溶着診断部は、前記溶着判定電圧値を前記モータの回転速度が高いほど低い値に設定する請求項１に記載のコンタクタの溶着診断装置。
3. 前記コンタクタ溶着診断部は、前記コンタクタ溶着診断の実施中に、前記モータの回転速度が第１の回転速度以上の場合には、前記溶着判定電圧値を前記モータの回転速度に応じて設定し、前記モータの回転速度が前記第１の回転速度より高い第２の回転速度以上の場合には、前記コンタクタを切断させる請求項１または請求項２に記載のコンタクタの溶着診断装置。
4. 主電源である高電圧バッテリと、
   前記高電圧バッテリから電力を供給され、モータを駆動させるインバータと、
   前記高電圧バッテリと前記インバータとの間の電気的接続を断接するコンタクタと、を備える車両のコンタクタの溶着診断装置であって、
   前記車両の起動時に、前記コンタクタの断接を切り替え、そのときの前記インバータに印加される電圧の変化に基づいて前記コンタクタの溶着を診断するコンタクタ溶着診断を行なうコンタクタ溶着診断部を備え、
   前記モータは、前記車両を駆動する駆動輪と直結されており、
   前記コンタクタ溶着診断部は、前記コンタクタ溶着診断において前記インバータに印加される電圧が溶着判定電圧値以上になると前記コンタクタが溶着していると判定し、前記溶着判定電圧値を前記車両の速度に応じて設定するコンタクタの溶着診断装置。
5. 前記コンタクタ溶着診断部は、前記溶着判定電圧値を前記車両の速度が高いほど低い値に設定する請求項４に記載のコンタクタの溶着診断装置。
6. 前記コンタクタ溶着診断部は、前記コンタクタ溶着診断の実施中に、前記車両の速度が第１の車速以上の場合には、前記溶着判定電圧値を前記車両の速度に応じて設定し、前記車両の速度が前記第１の車速より高い第２の車速以上の場合には、前記コンタクタを切断させる請求項４または請求項５に記載のコンタクタの溶着診断装置。