JP2006136161A - 電動車輌のコンタクタ異常検出装置、コンタクタ異常検出方法、プログラム及びコンピュータ可読記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、温度センサを用いず低コストにコンタクタ異常検出を行う電動車輌のコンタクタ異常検出装置、コンタクタ異常検出方法を提供する。
【解決手段】 本発明の電動車輌のコンタクタ異常検出装置は、二次電池を直列に接続した組電池と、コイルを有し一端が組電池の一端又は他端に接続され、組電池と車輌負荷との導通状態及び遮断状態を切り替える少なくとも1つのコンタクタと、コンタクタを介して組電池の両端に接続されたコンデンサと、コイルの他端と補助電源端子の間に接続されたスイッチング素子と、を有し、コンデンサの両端から車輌負荷に電源を供給する電動車輌において、スイッチング素子がオフの場合にコイルに所定の定電流を供給する定電流源と、コイルのコイル電圧を検出する電圧検出部と、コイル電圧に対応するコイル温度を算出し、コイル温度が閾値より大きい場合にコンタクタ異常と判定する判定部と、を有する。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明の電動車輌のコンタクタ異常検出装置は、二次電池を直列に接続した組電池と、コイルを有し一端が組電池の一端又は他端に接続され、組電池と車輌負荷との導通状態及び遮断状態を切り替える少なくとも1つのコンタクタと、コンタクタを介して組電池の両端に接続されたコンデンサと、コイルの他端と補助電源端子の間に接続されたスイッチング素子と、を有し、コンデンサの両端から車輌負荷に電源を供給する電動車輌において、スイッチング素子がオフの場合にコイルに所定の定電流を供給する定電流源と、コイルのコイル電圧を検出する電圧検出部と、コイル電圧に対応するコイル温度を算出し、コイル温度が閾値より大きい場合にコンタクタ異常と判定する判定部と、を有する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電動車輌のコンタクタ異常検出装置、コンタクタ異常検出方法、プログラム及びコンピュータ可読記録媒体に関する。
近年、電気自動車(「PEV」:Pure Electric Vehicle)や、ハイブリッド車輌(「HEV」:Hybrid Electric Vehicle)等の電動車輌において、エネルギー密度の高いニッケル−金属水素化物電池(以下、「ニッケル−水素電池」と称する。)等の二次電池を用いた電源装置が、モータの動力源及び各種負荷の駆動源として用いられている。電動車輌に用いる電源装置は、100V〜350V程度の総電圧を必要とする。電源装置を構成する最小単位である単電池(セル)の出力電圧は1.2V程度であるため、通常、複数個(例えば100個)の単電池を直列接続することによって所望の総電圧を得る。
電源装置とモータとの間には、電源の接続及び遮断を行うためのコンタクタ(リレー)が設けられている。例えば、PEVにおいて運転者がイグニションキーを操作することによってイグニションがオンとなり電源が投入された場合、コンタクタは導通状態となり、電源装置とモータとを接続し、モータを回転駆動する。また、イグニションがオフとなった場合、コンタクタは電源装置とモータとを遮断し、モータは停止する。
コンタクタは、可動接点と固定接点とを有し、さらに可動接点を動作させるためのコンタクタコイルを有する。一般的には、PEVやHEVにおけるコンタクタは、コンタクタコイルに「補機バッテリ」と呼ばれる比較的出力電圧の低い補助電源の電圧を印加することによって、コンタクタの導通状態と遮断状態とを切り替える。
しかしながら、コンタクタコイルに連続的に電圧を印加した後、一旦コイルへの通電を停止し、直ちに再通電した場合、自己発熱によってコイル温度が上昇しているため、コンタクタを作動させるために必要な電圧(コンタクタ作動電圧/感動電圧)が若干高くなる現象(「ホットスタート」と呼ばれる。)が起こる。コンタクタ作動電圧が補機バッテリからの補助電源電圧よりも高くなった場合には、コンタクタを作動させることができない。
特許文献1に、上記問題を解決するための従来例のコンタクタ異常検出装置が開示されている。図10を用いて、従来例のコンタクタ異常検出装置について説明する。図10は、従来例の電動車輌のコンタクタ異常検出装置の構成を示すブロック図である。図10において、電動車輌は、組電池1、第1のコンタクタ2、第2のコンタクタ3、第1の温度センサ101、第2の温度センサ102、第1のトランジスタ4、第2のトランジスタ5、コンデンサ6、インバータ7、モータ8、コンタクタ制御部9、車輌制御部10、表示部12及び判定部1014を有する。
組電池1は、二次電池を複数個直列接続して構成される高圧電源である。
第1のコンタクタ2及び第2のコンタクタ3は、組電池1の高圧側及び低圧側にそれぞれ一端が接続され、可動接点と、固定接点と、可動接点を動作させるためのコンタクタコイルとをそれぞれ有する。各コンタクタコイルは、一端を接地し、他端を第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5のドレイン端子にそれぞれ接続する。各コンタクタコイルは、補助電源電圧入力端子(以下、「Vsub端子」と記す。)から、図示しない補機バッテリからの補助電源電圧Vsubを印加されることによって可動接点を可動し、接点間の導通状態及び遮断状態を切り替える。
第1の温度センサ101及び第2の温度センサ102は、第1のコンタクタ2及び第2のコンタクタ3のコンタクタコイルの近傍にそれぞれ設けられ、各コンタクタコイルのコイル温度を測定する。
第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5は、ドレイン端子を第1のコンタクタ2及び第2のコンタクタ3の各コンタクタコイルの他端に、ソース端子をVsub端子に、ゲート端子をコンタクタ制御部9にそれぞれ接続する。第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5は、コンタクタ制御部9からの制御によって、ドレイン−ソース間の電流を導通(オン)又は遮断(オフ)する。
平滑用のコンデンサ6は、一端を第1のコンタクタ2の他端に、他端を第2のコンタクタ3の他端に接続する。コンデンサ6は、インバータ7に印加される電圧の変動を抑え、安定して電圧を供給するために設けられる。
インバータ7は、コンデンサ6の両端に接続される。インバータ7は、例えば、複数個のトランジスタ及びダイオードから構成され、直流電源を交流に変換して、モータ8の各相に組電池1から供給される電源電圧を順次印加することによって、モータ8を回転駆動する。
車輌制御部10は、図示しないアクセル、シフトレバー、イグニションキー及びブレーキ等から車輌操作のための操作信号を入力し、各信号に応じて、コンタクタ制御部9及び判定部1014を制御する。
コンタクタ制御部9は、車輌制御部10からの制御に応じて第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5のオン/オフを切り替えることによって、第1のコンタクタ2及び第2のコンタクタ3の接点の導通状態及び遮断状態を制御する。
判定部1014は、車輌制御部10からの指示によって、第1の温度センサ101及び第2の温度センサ102から温度情報を読み出す。読み出したコイル温度が閾値よりも大きい場合は、コンタクタ異常であると判定し、表示部12に出力して運転者に通知する。
以上のようにして従来例のコンタクタ異常検出装置は、温度センサによってコンタクタコイルのコイル温度を測定することでコンタクタの異常を検出して運転者に通知し、車輌の安全を確保することができる。
しかしながら、従来例のコンタクタ制御装置は、コンタクタの数だけ温度センサを必要とする。温度センサは高価であるが故に、コンタクタ異常検出装置全体のコストが増加する、という問題があった。
本発明の電動車輌のコンタクタ異常検出装置、コンタクタ異常検出方法、プログラム及びコンピュータ可読記録媒体は、上記問題を解決するためになされたものであり、温度センサを用いず低コストな構成でコンタクタ異常検出装置、コンタクタ異常検出方法、プログラム及びコンピュータ可読記録媒体を実現することができる。
上記問題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。
請求項1に記載の発明は、1又は複数の二次電池を直列に接続した組電池と、一端が接地され他端が補助電源電圧端子に接続されたコイルを有し、一端が前記組電池の一端又は他端に接続され、前記組電池と車輌負荷との導通状態及び遮断状態を切り替える少なくとも1つのコンタクタと、前記少なくとも1つのコンタクタを介して前記組電池の両端に接続されたコンデンサと、前記コイルの他端と前記補助電源端子の間に接続されたスイッチング素子と、を有し、前記コンデンサの両端から車輌負荷に電源を供給する電動車輌において、前記スイッチング素子がオフの場合に前記コイルに所定の定電流を供給する定電流源と、前記コイルのコイル電圧を検出する電圧検出部と、前記コイル電圧に対応するコイル温度を算出し、前記コイル温度が閾値より大きい場合にコンタクタ異常と判定する判定部と、を有することを特徴とする電動車輌のコンタクタ異常検出装置である。
請求項1に記載の発明は、1又は複数の二次電池を直列に接続した組電池と、一端が接地され他端が補助電源電圧端子に接続されたコイルを有し、一端が前記組電池の一端又は他端に接続され、前記組電池と車輌負荷との導通状態及び遮断状態を切り替える少なくとも1つのコンタクタと、前記少なくとも1つのコンタクタを介して前記組電池の両端に接続されたコンデンサと、前記コイルの他端と前記補助電源端子の間に接続されたスイッチング素子と、を有し、前記コンデンサの両端から車輌負荷に電源を供給する電動車輌において、前記スイッチング素子がオフの場合に前記コイルに所定の定電流を供給する定電流源と、前記コイルのコイル電圧を検出する電圧検出部と、前記コイル電圧に対応するコイル温度を算出し、前記コイル温度が閾値より大きい場合にコンタクタ異常と判定する判定部と、を有することを特徴とする電動車輌のコンタクタ異常検出装置である。
コンタクタ異常検出装置は、スイッチング素子がオフである場合に、定電流源によってコンタクタコイルに定電流を流し、電圧検出部によってコイル電圧を測定する。オームの法則により、コイル電圧と定電流源による電流値とからコイル抵抗を求めることができる。一般的な金属製コイル(例えば、銅製コイル)の場合、コイル温度とコイル抵抗とはほぼ比例関係にあり、コイル温度が高い程コイル抵抗が大きくなる。そのため、求めたコイル抵抗値からコンタクタのコイル温度を予測することができる。
コンタクタが複数個ある場合、閾値は、複数個のコンタクタのコイルに共通の1つの値でも、コンタクタのコイル毎に複数個の値を設けても良い。また、閾値は、予め実測により選定してある。
この発明によれば、温度センサを用いず、低コストな構成でコイル温度を予測し、コンタクタ異常を検出できる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出装置において、前記判定部は、前記コイル電圧に対応するコイル温度を算出し、前記コイル温度が閾値より大きい場合にコンタクタ異常と判定することに代えて、前記補助電源端子の電圧である補助電源電圧を測定し、前記コイル電圧に対応するコイル作動電圧を算出し、前記コイル作動電圧が前記補助電源電圧より大きい場合にコンタクタ異常と判定することを特徴とする。
補機バッテリからの補助電源電圧は変動が予想されるため、コイル温度条件を満たしていても、補助電源電圧が一時的にコイル作動電圧(感動電圧)よりも低くなった場合には、コンタクタを作動できない。
一般的な金属製コイル(例えば、銅製コイル)の場合、コイル温度及びコイル作動電圧は、ほぼ比例の関係となるため、上記で求めたコイル温度からコンタクタ作動電圧を一意に予測することが可能である。さらに、外部から入力した補助電源電圧と、算出したコイル作動電圧とを比較することで、補助電源電圧からコンタクタ作動電圧を確保できるか否か、つまり、コンタクタが作動するか否かを調べることができる。
補助電源電圧がコイル作動電圧以上の場合は、コンタクタを作動させることができる。補助電源電圧がコイル作動電圧に満たない場合は、コンタクタを作動させることができないため、コンタクタ異常と判定し、運転者に通知する。
この発明によれば、補助電源電圧とコイル作動電圧とを比較することで、補助電源電圧が変動した場合でも正確にコンタクタ異常を検出できる。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出装置において、さらに、記憶部を有し、前記記憶部が所定条件における基準コイル電圧、基準コイル抵抗、基準コイル温度、及び、基準コイル作動電圧のうち、いずれか1つ以上を記憶情報として記憶し、前記判定部が前記コイル温度を算出するために、前記記憶部の前記記憶情報を用いることを特徴とする。
記憶部は、一部又は全部を電動車輌の他の構成要素と共有するものでも良い。基準コイル電圧、基準コイル抵抗、基準コイル温度、及び、基準コイル作動電圧は、コンタクタコイル毎に個体毎の特性差があるため、例えば、工場出荷時等において、所定条件下で測定した基準コイル電圧、基準コイル抵抗、基準コイル温度、及び、基準コイル作動電圧を記憶する。
この発明によれば、コンタクタコイルの個体毎の特性差に対応したコイル温度を算出することで、さらに正確にコンタクタ異常を検出できる。
請求項4に記載の発明は、請求項2に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出装置において、さらに、記憶部を有し、前記記憶部が所定条件における基準コイル電圧、基準コイル抵抗、基準コイル温度、及び、基準コイル作動電圧のうち、いずれか1つ以上を記憶情報として記憶し、前記判定部が前記コイル作動電圧を算出するために、前記記憶部の前記記憶情報を用いることを特徴とする。
この発明によれば、コンタクタコイルの個体毎の特性差に対応したコイル作動電圧を算出することで、さらに正確にコンタクタ異常を検出できる。
請求項5に記載の発明では、請求項1乃至請求項4のいずれかの請求項に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出装置において、前記電動車輌のコンタクタ異常検出装置は、前記少なくとも1つのコンタクタのコイルに所定の電流を供給する定電流源に代えて、前記少なくとも1つのコンタクタのコイルと直列回路を構成する所定の抵抗を有することを特徴とする。
スイッチング素子がオフの時に、補助電源電圧を所定の抵抗及びコンタクタコイルに印加し、コイル電圧を測定することで、コイル抵抗を算出することができる。
この発明によれば、前記コンタクタ異常検出装置において、定電流源に代えて抵抗を用いても良く、さらに低コストな構成でコンタクタの異常を検出できる。
請求項6に記載の発明は、1又は複数の二次電池を直列に接続した組電池と、一端が接地され他端が補助電源電圧端子に接続されたコイルを有し、一端が前記組電池の一端及び他端のいずれかに接続され、前記組電池と車輌負荷との導通状態及び遮断状態を切り替える少なくとも1つのコンタクタと、前記少なくとも1つのコンタクタを介して前記組電池の両端に接続されたコンデンサと、前記コイルの他端と補助電源端子の間に接続されたスイッチング素子と、を有し、前記コンデンサの両端から車輌負荷に電源を供給する電動車輌のコンタクタ異常を検出する方法であって、前記スイッチング素子がオフの場合に前記少なくとも1つのコンタクタのコイルに所定の定電流を供給するステップ、前記少なくとも1つのコンタクタのコイル電圧を検出するステップ、前記コイル電圧に対応するコイル温度を算出するステップ、及び前記コイル温度と閾値とを比較し、前記コイル温度が前記閾値より大きい場合にコンタクタ異常と判定するステップ、とを有することを特徴とする電動車輌のコンタクタ異常検出方法である。
この発明によれば、温度センサを用いずにコイル温度を予測し、低コストな構成でコンタクタ異常を検出できる。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出方法において、前記電動車輌のコンタクタ異常検出方法は、前記コイル電圧に対応するコイル温度を算出するステップ、及び前記コイル温度と閾値とを比較し、前記コイル温度が前記閾値より大きい場合にコンタクタ異常と判定するステップ、に代えて、前記コイル電圧に対応するコイル作動電圧を算出するステップ、前記補助電源端子の電圧である補助電源電圧を測定するステップ、及び前記コイル作動電圧と補助電源電圧とを比較し、前記コイル作動電圧値が前記補助電源電圧より大きい場合にコンタクタ異常と判定するステップ、とを有することを特徴とする。
この発明によれば、補助電源電圧とコイル作動電圧とを比較することで、補助電源電圧が変動した場合でも正確にコンタクタ異常を検出できる。
請求項8に記載の発明は、請求項6又は請求項7に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出方法において、前記電動車輌のコンタクタ異常検出方法は、前記スイッチング素子がオフの場合に前記少なくとも1つのコンタクタのコイルに所定の定電流を供給するステップ、に代えて、前記スイッチング素子)がオフの場合に所定の抵抗と前記少なくとも1つのコンタクタのコイルとの直列回路に前記補助電源電圧を印加するステップ、を有することを特徴とする。
この発明によれば、前記コンタクタ異常検出装置において、定電流源に代えて抵抗を用いても良く、同様の効果が得られる。
請求項9に記載の発明は、コンピュータに請求項6乃至請求項8のいずれかの請求項に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出方法を実行させることを特徴とするプログラムである。
この発明によれば、温度センサを用いずにコイル温度を予測し、低コストな構成でコンタクタ異常を検出できる。また、この発明によれば、補助電源電圧とコイル作動電圧とを比較することで、補助電源電圧が変動した場合でも正確にコンタクタ異常を検出できる。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載のプログラムを格納することを特徴とするコンピュータ可読記録媒体である。
この発明によれば、温度センサを用いずにコイル温度を予測し、低コストな構成でコンタクタ異常を検出できる。また、この発明によれば、補助電源電圧とコイル作動電圧とを比較することで、補助電源電圧が変動した場合でも正確にコンタクタ異常を検出できる。
本発明に係る電動車輌のコンタクタ異常検出装置、コンタクタ異常検出方法、プログラム及びコンピュータ可読記録媒体によれば、温度センサを用いずにコイル温度を予測し、低コストな構成でコンタクタ異常を検出できる、という効果を奏する。
また、本発明に係る電動車輌のコンタクタ異常検出装置、コンタクタ異常検出方法、プログラム及びコンピュータ可読記録媒体によれば、補助電源電圧とコイル作動電圧とを比較することで、補助電源電圧が変動した場合でも正確にコンタクタ異常を検出できる、という効果を奏する。
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。
《実施の形態1》
図1〜図3を用いて、本発明の実施の形態1における電動車輌のコンタクタ異常検出装置及びコンタクタ異常検出方法について説明する。図1は、本実施の形態における電動車輌のコンタクタ異常検出装置の構成を示すブロック図である。図1において、電動車輌は、
組電池1、第1のコンタクタ2、第2のコンタクタ3、第1のトランジスタ4、第2のトランジスタ5、コンデンサ6、インバータ7、モータ8、コンタクタ制御部9、車輌制御部10、コンタクタ異常検出装置11、及び表示部12を有する。
図1〜図3を用いて、本発明の実施の形態1における電動車輌のコンタクタ異常検出装置及びコンタクタ異常検出方法について説明する。図1は、本実施の形態における電動車輌のコンタクタ異常検出装置の構成を示すブロック図である。図1において、電動車輌は、
組電池1、第1のコンタクタ2、第2のコンタクタ3、第1のトランジスタ4、第2のトランジスタ5、コンデンサ6、インバータ7、モータ8、コンタクタ制御部9、車輌制御部10、コンタクタ異常検出装置11、及び表示部12を有する。
組電池1は、モータ8との関係で決定される高圧電源であり、例えば、定格が1.2Vの電圧である二次電池(例えば、ニッケル−水素電池等)を複数個(例えば、250個)直列接続して構成された場合、総電圧300Vの高圧電源となる。
第1のコンタクタ2及び第2のコンタクタ3は、組電池1の高圧側及び低圧側にそれぞれ一端が接続され、可動接点と、固定接点と、可動接点を動作させるためのコンタクタコイルとをそれぞれ有する。各コンタクタコイルは、銅製で、一端を接地されている。各コンタクタコイルは、他端を第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5のドレイン端子にそれぞれ接続し、補助電源電圧入力端子(以下、「Vsub端子」と記す。)から、図示していない補機バッテリからの補助電源電圧Vsubを印加されることによって可動接点を可動し、接点間の導通状態及び遮断状態を切り替える。
第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5は、ドレイン端子を第1のコンタクタ2及び第2のコンタクタ3の各コンタクタコイルの他端に、ソース端子をVsub端子に、ゲート端子をコンタクタ制御部9にそれぞれ接続するMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5は、コンタクタ制御部9からの制御によって、ドレイン−ソース間の電流を導通(オン)又は遮断(オフ)するスイッチング素子として用いられる。
平滑用のコンデンサ6は、一端を第1のコンタクタ2の他端に、他端を第2のコンタクタ3の他端に接続する。コンデンサ6は、インバータ7に印加される電圧の変動を抑え、安定して電圧を供給するために設けられる。
インバータ7は、コンデンサ6の両端に接続される。インバータ7は、例えば、複数個のトランジスタ及びダイオードから構成され、直流電源を交流に変換して、モータ8の各相に組電池1から供給される電源電圧を順次印加することによって、モータ8を回転駆動する。
コンタクタ制御部9は、車輌制御部10からの制御に応じて第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5のオン/オフを切り替えることによって、第1のコンタクタ2及び第2のコンタクタ3の接点の導通状態及び遮断状態を制御する。
車輌制御部10は、図示しないアクセル、シフトレバー、イグニションキー及びブレーキ等から車輌操作のための操作信号を入力し、各信号に応じて、コンタクタ制御部9及びコンタクタ異常検出装置11を制御する。
コンタクタ異常検出装置11は、第1の定電流源110、第2の定電流源111、電圧検出部112及び判定部114から構成される。
第1の定電流源110及び第2の定電流源111は、第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5にそれぞれ並列に接続される。第1の定電流源110は、第1のトランジスタがオフである場合に、第1のコンタクタ2のコンタクタコイルに定電流I1(例えば、50mA)を供給する。第2の定電流源111は、第2のトランジスタがオフである場合に、第2のコンタクタ3のコンタクタコイルに定電流I2(例えば、50mA)を供給する。定電流源110及び111によって供給される定電流I1及びI2は、常に一定である。
電圧検出部112は、第1の定電流源110によって第1のコンタクタ2のコンタクタコイルに定電流I1が供給された時に、第1のコンタクタ2のコンタクタコイルのコイル電圧Vc1を検出し、判定部114に出力する。また、第2の定電流源111によって第2のコンタクタ3のコンタクタコイルに定電流I2が供給された時に、第2のコンタクタ3のコンタクタコイルのコイル電圧Vc2を検出し、判定部114に出力する。
第1のコンタクタ2のコンタクタコイルのコイル抵抗Rc1は、オームの法則に従い、コイル電圧Vc1と、定電流I1とを用いて、以下の式(1)で表すことができる。
Rc1=Vc1/I1 ・・・・・・(1)
Rc1=Vc1/I1 ・・・・・・(1)
同様に、第2のコンタクタ3のコンタクタコイルのコイル抵抗Rc2は、コイル電圧Vc2と、定電流I2とを用いて、以下の式(2)で表すことができる。
Rc2=Vc2/I2 ・・・・・・(2)
Rc2=Vc2/I2 ・・・・・・(2)
判定部114は、車輌制御部10からの制御によって、電圧検出部112が検出したコイル電圧Vc1及びVc2、及び、既知の定電流I1及びI2を用いて、上記式(1)及び式(2)に従って、コイル抵抗Rc1及びRc2をそれぞれ算出する。コンタクタコイルが純金属の場合、コイル抵抗Rcはコイル温度Tcにほぼ比例するため(図2参照)、判定部114は、予め決定された、コイル抵抗とコイル温度との対応関係を示す第1の一次近似関数に基づいて、コイル抵抗Rc1及びRc2にそれぞれ対応する、第1のコンタクタ2のコンタクタコイルのコイル温度Tc1及び第2のコンタクタ3のコンタクタコイルのコイル温度Tc2を算出する。
判定部114は、算出したコイル温度Tc1及びTc2と、予め実測により選定してある閾値Tthsとをそれぞれ比較する。コイル温度Tc1が閾値Tthsよりも大きい場合は、第1のコンタクタ2に異常があると判定し、表示部12に出力する。コイル温度Tc2が閾値Tthsよりも大きい場合は、第2のコンタクタ3に異常があると判定し、表示部12に出力する。
判定部114はマイクロコンピュータであり、コイル抵抗の算出、コイル温度の算出、及び、コイル温度と閾値との比較の機能はコンピュータ可読記録媒体に記憶されたプログラムによって行う。
表示部12は、例えば、発光ダイオードであり、判定部114がコンタクタ異常と判定した場合に点灯或いは点滅することによって、運転者にコンタクタ異常を通知する。なお、表示部12は、他の映像ディスプレイ等の表示装置、又は、スピーカ及びブザー等の音声出力装置であっても良く、これらの2つ以上を併用するものでも良い。
図3のフローチャート図を用いて、本実施の形態の電動車輌のコンタクタ制御装置における、コンタクタ制御方法について、第1のコンタクタ2の異常を検出する場合を例にとって説明する。
まず、第1のトランジスタ4がオフの時に、第1の定電流源110は第1のコンタクタ2のコンタクタコイルに定電流I1を供給する(S300)。
電圧検出部112は、定電流I1によってコンタクタコイルに発生するコイル電圧Vc1を検出する(S301)。
判定部114は、電圧検出部112が検出したコイル電圧Vc1を入力し、上記式(1)及び第1の一次近似関数に基づいてコイル温度Tc1を算出する(S302)。
判定部114は、算出したコイル温度Tc1が所定の閾値Tthsより高いか否かを調べる(S303)。
S303において、コイル温度Tc1が所定の閾値Tthsより高い場合は、コンタクタ異常であると判定し、表示部12の発光ダイオードを点灯する等により、運転者にコンタクタ異常を通知する(S304)。コイル温度Tc1が所定の閾値Tths以下である場合は、何もしない。
以上のようにして、本実施の形態の電動車輌のコンタクタ制御装置は、温度センサを用いず、コンタクタに必ず設けられているコイル自体の抵抗値を測定する構成であるから、コンタクタ異常検出のための構成要素は定電流源と電圧検出部だけである。したがって、低コストな構成でコンタクタ異常を検出できる。
なお、図1において、第1の定電流源110及び第2の定電流源111は、第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5にそれぞれ並列に設けられたが、トランジスタがオフの時に各コンタクタコイルにそれぞれ定電流を供給できる位置であれば良く、必ずしも第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5のように並列に設ける必要はない。
また、第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5としてMOSFETを用いたが、各種ダイオード等の他のスイッチング素子を用いても、本実施の形態と同様の効果を奏する。
また、本実施の形態において、閾値Tthsは、1値のみであったが、これに限らず、第1のコンタクタ2及び第2のコンタクタ3の各コイルについて閾値Tths1及び閾値Tths2を設け、コイル温度Tc1及びコイル温度Tc2と夫々比較しても同様の効果を奏する。
《実施の形態2》
図4〜図6を参照して、本発明の実施の形態2における電動車輌のコンタクタ異常検出装置及びコンタクタ異常検出方法について説明する。図4は、実施の形態2における電動車輌のコンタクタ異常検出装置の構成を示すブロック図である。
図4〜図6を参照して、本発明の実施の形態2における電動車輌のコンタクタ異常検出装置及びコンタクタ異常検出方法について説明する。図4は、実施の形態2における電動車輌のコンタクタ異常検出装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態における電動車輌は、図1に示す実施の形態1のコンタクタ異常検出装置11に代えてコンタクタ異常検出装置41を有する点においてのみ実施の形態1とは異なる。コンタクタ異常検出装置41は、判定部114に代えて判定部414を有する点において、図1に示す実施の形態1のコンタクタ異常検出装置11とは異なる。それ以外の点においては、実施の形態1と同様であり、同一または均等な構成要素については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
判定部414は、車輌制御部10からの制御によって、電圧検出部112が検出したコイル電圧Vc1及びVc2、及び、既知の定電流I1及びI2を用いて、上記式(1)及び式(2)に従って、コイル抵抗Rc1及びRc2をそれぞれ算出する。コンタクタコイルが純金属の場合、コイル抵抗Rcはコイル温度Tcにほぼ比例するため(図2参照)、判定部414は、予め決定された、コイル抵抗とコイル温度の対応関係を示す第1の一次近似関数に基づいて、コイル抵抗Rc1及びRc2にそれぞれ対応する、第1のコンタクタ2のコンタクタコイルのコイル温度Tc1及び第2のコンタクタ3のコンタクタコイルのコイル温度Tc2を算出する。
また、コイル温度Tcは、コイル作動電圧Vactにほぼ比例するため(図5参照)、判定部414は、予め決定された、コイル温度とコイル作動電圧の対応関係を示す第2の一次近似関数に基づいて、コイル抵抗Rc1及びRc2にそれぞれ対応する、第1のコンタクタ2のコンタクタ作動電圧Vact1及び第2のコンタクタ3のコンタクタ作動電圧Vact2を算出する。
また、判定部414は、補助電源電圧Vsubを測定し、算出したコンタクタ作動電圧Vact1及びVact2と、補助電源電圧Vsubとをそれぞれ比較する。コンタクタ作動電圧Vact1が補助電源電圧Vsubよりも大きい場合は、第1のコンタクタ2が異常であると判定し、表示部12に出力する。コンタクタ作動電圧Vact2が補助電源電圧Vsubよりも大きい場合は、第2のコンタクタ3が異常であると判定し、表示部12に出力する。
判定部414はマイクロコンピュータであり、コイル抵抗の算出、コイル温度の算出、コイル作動電圧の算出、及び、コンタクタ作動電圧と補助電源電圧との比較の機能はコンピュータ可読記録媒体に記憶されたプログラムによって行う。
図6のフローチャート図を用いて、本実施の形態の電動車輌のコンタクタ制御装置における、コンタクタ制御方法について、第1のコンタクタ2の異常を検出する場合を例にとって説明する。
まず、第1のトランジスタ4がオフの時に、第1の定電流源110は第1のコンタクタ2のコンタクタコイルに定電流I1を供給する(S300)。
電圧検出部112は、定電流I1によってコンタクタコイルに発生するコイル電圧Vc1を検出する(S301)。
判定部414は、電圧検出部112が検出したコイル電圧Vc1を入力し、上記式(1)及び第1及び第2の一次近似関数に基づいてコイル作動電圧Vact1を算出する(S602)。
判定部414は、補助電源電圧Vsubを測定する(S603)。
判定部414は、算出したコイル作動電圧Vact1が補助電源電圧Vsubより高いか否かを調べる(S604)。
S604において、コイル作動電圧Vact1が補助電源電圧Vsubより高い場合は、コンタクタ異常であると判定し、表示部12の発光ダイオードを点灯する等により、運転者にコンタクタ異常を通知する(S304)。コイル作動電圧Vact1が補助電源電圧Vsub以下である場合は、何もしない。
以上のようにして、本実施の形態の電動車輌のコンタクタ制御装置は、補助電源電圧の変動が起こった場合でも、正確にコンタクタ異常を検出できる。
なお、本実施の形態において、コイル抵抗とコイル温度の対応関係を示す第1の一次近似関数、及び、コイル温度とコイル作動電圧の対応関係を示す第2の一次近似関数を用いたが、これに限らず、コイル抵抗とコイル作動電圧の対応関係を示す一次近似関数のみを用いても、同様の効果を奏する。
また、図6のフローチャート図において、補助電源電圧Vsubを測定するステップ(S603)は、コイル作動電圧Vact1を算出するステップ(S602)の後に処理されたが、これに限らず、ステップS602より前に処理されても、同様の効果を奏する。
《実施の形態3》
図7及び図8を参照して、本発明の実施の形態3における電動車輌のコンタクタ異常検出装置及びコンタクタ異常検出方法について説明する。図7は、実施の形態3における電動車輌のコンタクタ異常検出装置の構成を示すブロック図である。
図7及び図8を参照して、本発明の実施の形態3における電動車輌のコンタクタ異常検出装置及びコンタクタ異常検出方法について説明する。図7は、実施の形態3における電動車輌のコンタクタ異常検出装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態における電動車輌は、図4に示す実施の形態2のコンタクタ異常検出装置41に代えてコンタクタ異常検出装置71を有する点においてのみ実施の形態2とは異なる。コンタクタ異常検出装置71は、第1の定電流源110及び第2の定電流源111に代えて第1の抵抗710及び第2の抵抗711を有する点、及び、判定部414に代えて判定部714を有する点において、図4に示す実施の形態2のコンタクタ異常検出装置41とは異なる。それ以外の点においては、実施の形態2と同様であり、同一または均等な構成要素については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
第1の抵抗710及び第2の抵抗711の抵抗値は、既知であり、それぞれR1及びR2である。
第1のコンタクタ2のコイル抵抗Rc1は、補助電源電圧Vsub、第1のコンタクタ2のコイル電圧Vc1、第1の抵抗710の抵抗値R1を用いて、以下の式(3)で表すことができる。
Rc1={Vc1/(Vsub−Vc1)}・R1 ・・・・・・(3)
Rc1={Vc1/(Vsub−Vc1)}・R1 ・・・・・・(3)
同様に、第2のコンタクタ3のコイル抵抗Rc2は、補助電源電圧Vsub、第2のコンタクタ3のコイル電圧Vc2、第2の抵抗711の抵抗値R2を用いて、以下の式(4)で表すことができる。
Rc2={Vc2/(Vsub−Vc2)}・R2 ・・・・・・(4)
Rc2={Vc2/(Vsub−Vc2)}・R2 ・・・・・・(4)
判定部714は、車輌制御部10からの制御によって、補助電源電圧Vsubを測定し、補助電源電圧Vsub、電圧検出部112が検出したコイル電圧Vc1及びVc2、及び、既知の抵抗値R1及びR2を用いて、上記式(3)及び式(4)に従って、コイル抵抗Rc1及びRc2をそれぞれ算出する。コンタクタコイルが純金属の場合、コイル抵抗Rcはコイル温度Tcにほぼ比例するため(図2参照)、判定部714は、予め決定された、コイル抵抗とコイル温度の対応関係を示す第1の一次近似関数に基づいて、コイル抵抗Rc1及びRc2にそれぞれ対応する、第1のコンタクタ2のコンタクタコイルのコイル温度Tc1及び第2のコンタクタ3のコンタクタコイルのコイル温度Tc2を算出する。
また、コイル温度Tcは、コイル作動電圧Vactにほぼ比例するため(図5参照)、判定部714は、予め決定された、コイル温度とコイル作動電圧の対応関係を示す第2の一次近似関数に基づいて、コイル抵抗Rc1及びRc2にそれぞれ対応する、第1のコンタクタ2のコンタクタ作動電圧Vact1及び第2のコンタクタ3のコンタクタ作動電圧Vact2を算出する。
また、判定部714は、算出したコンタクタ作動電圧Vact1及びVact2と、補助電源電圧Vsubとをそれぞれ比較する。コンタクタ作動電圧Vact1が補助電源電圧Vsubよりも大きい場合は、第1のコンタクタ2が異常であると判定し、表示部12に出力する。コンタクタ作動電圧Vact2が補助電源電圧Vsubよりも大きい場合は、第2のコンタクタ3が異常であると判定し、表示部12に出力する。
判定部714はマイクロコンピュータであり、コイル抵抗の算出、コイル温度の算出、コイル作動電圧の算出、及び、コンタクタ作動電圧と補助電源電圧との比較の機能はコンピュータ可読記録媒体に記憶されたプログラムによって行う。
図8のフローチャート図を用いて、本実施の形態の電動車輌のコンタクタ制御装置における、コンタクタ制御方法について、第1のコンタクタ2の異常を検出する場合を例にとって説明する。
まず、第1のトランジスタ4がオフの時に、補助電源電圧Vsubを第1の抵抗710及び第1のコンタクタ2のコンタクタコイルに印加する(S800)。
電圧検出部112は、コンタクタコイルに発生するコイル電圧Vc1を検出する(S801)。
判定部714は、補助電源電圧Vsubを測定する(S802)。
判定部714は、電圧検出部112が検出したコイル電圧Vc1を入力し、上記式(3)及び第1及び第2の一次近似関数に基づいてコイル作動電圧Vact1を算出する(S803)。
判定部714は、算出したコイル作動電圧Vact1が補助電源電圧Vsubより高いか否かを調べる(S604)。
コイル作動電圧Vact1が補助電源電圧Vsubより高い場合は、コンタクタ異常であると判定し、表示部12の発光ダイオードを点灯する等により、運転者にコンタクタ異常を通知する(S304)。コイル作動電圧Vact1が補助電源電圧Vsub以下である場合は、何もしない。
以上のように、本実施の形態の電動車輌のコンタクタ制御装置は、実施の形態2の定電流源に代えて抵抗を用いても、同様に、正確にコンタクタ異常を検出できる。
なお、図7において、第1の抵抗710及び第2の抵抗711は、第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5にそれぞれ並列に設けられたが、トランジスタがオフの時に各コンタクタコイルと直列回路を構成して補助電源電圧を印加される位置であれば良く、必ずしも第1のトランジスタ4及び第2のトランジスタ5に並列に設ける必要はない。
また、図8のフローチャート図において、補助電源電圧Vsubを測定するステップ(S802)は、コイル電圧Vc1を検出するステップ(S801)の後に処理されたが、これに限らず、ステップS801より前に処理されても、同様の効果を奏する。
《実施の形態4》
図9を参照して、本発明の実施の形態4における電動車輌のコンタクタ異常検出装置及びコンタクタ異常検出方法について説明する。図9は、実施の形態4における電動車輌のコンタクタ異常検出装置の構成を示すブロック図である。
図9を参照して、本発明の実施の形態4における電動車輌のコンタクタ異常検出装置及びコンタクタ異常検出方法について説明する。図9は、実施の形態4における電動車輌のコンタクタ異常検出装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態における電動車輌は、図4に示す実施の形態2のコンタクタ異常検出装置41に代えてコンタクタ異常検出装置91を有する点においてのみ実施の形態2とは異なる。コンタクタ異常検出装置91は、判定部414に代えて判定部914を有する点、及び、記憶部913を有する点において、図4に示す実施の形態2のコンタクタ異常検出装置41とは異なる。それ以外の点においては、実施の形態2と同様であり、同一または均等な構成要素については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
記憶部913は、2以上のコイル温度条件下で、第1のコンタクタ2のコンタクタコイルに定電流I1を供給した場合のコイル抵抗Rc1を測定し、測定値を最も良く近似するコイル抵抗とコイル温度の対応関係を示す第3の一次近似関数を記憶する。同様に、記憶部913は、2以上のコイル温度条件下で、第2のコンタクタ3のコンタクタコイルに定電流I2を供給した場合のコイル抵抗Rc2を測定し、測定値を最も良く近似するコイル抵抗とコイル温度の対応関係を示す第4の一次近似関数を記憶する。
また、記憶部913は、2以上のコイル温度条件下で、第1のコンタクタ2のコイル作動電圧Vact1を測定し、測定値を最も良く近似するコイル温度とコイル作動電圧の対応関係を示す第5の一次近似関数を記憶する。同様に、記憶部913は、2以上のコイル温度条件下で、第2のコンタクタ3のコイル作動電圧Vact2を測定し、測定値を最も良く近似するコイル温度とコイル作動電圧の対応関係を示す第6の一次近似関数を記憶する。
記憶部913は、例えば、読取り専用記憶装置(ROM:Read Only Memory)等であり、工場において1度だけ書き込み処理が行われる。
判定部914は、車輌制御部10からの制御によって、電圧検出部112が検出したコイル電圧Vc1及びVc2、及び、既知の定電流I1及びI2を用いて、上記式(1)及び式(2)に従って、コイル抵抗Rc1及びRc2をそれぞれ算出する。
判定部914は、記憶部913に記憶された第3の一次近似関数及び第4の一次近似関数に基づいて、コイル抵抗Rc1及びRc2にそれぞれ対応する、第1のコンタクタ2のコンタクタコイルのコイル温度Tc1及び第2のコンタクタ3のコンタクタコイルのコイル温度Tc2を算出する。
また、判定部914は、記憶部913に記憶された第5の一次近似関数及び第6の一次近似関数に基づいて、コイル温度Tc1及びTc2にそれぞれ対応する、第1のコンタクタ2のコンタクタ作動電圧Vact1及び第2のコンタクタ3のコンタクタ作動電圧Vact2を算出する。
判定部914は、補助電源電圧Vsubを測定し、算出したコンタクタ作動電圧Vact1及びVact2と、補助電源電圧Vsubとをそれぞれ比較する。コンタクタ作動電圧Vact1が補助電源電圧Vsubよりも大きい場合は、第1のコンタクタ2が異常であると判定し、表示部12に出力する。コンタクタ作動電圧Vact2が補助電源電圧Vsubよりも大きい場合は、第2のコンタクタ3が異常であると判定し、表示部12に出力する。
判定部914はマイクロコンピュータであり、コイル抵抗の算出、コイル温度の算出、コイル作動電圧の算出、及び、コンタクタ作動電圧と補助電源電圧との比較の機能はコンピュータ可読記録媒体に記憶されたプログラムによって行う。
以上のように、本実施の形態の電動車輌のコンタクタ制御装置は、記憶部に基準となる近似関数を記憶することで、コンタクタコイルの個体毎の特性差に対応した、さらに正確なコンタクタ異常検出を行うことができる。
なお、本実施の形態において、記憶部913は一次近似関数を記憶したが、これに限らず、二次近似関数、三次近似関数或いは他の近似関数を記憶しても良く、本実施の形態と同様の効果を奏する。
また、本実施の形態において、コンタクタ異常検出装置91は、図4に示す実施の形態2の判定部414に代えて判定部914を有し、かつ、記憶部913を有する構成としたが、この構成に限らず、図7に示す実施の形態3の判定部714に代えて判定部914を有し、かつ、記憶部913を有する構成としても良く、本実施の形態と同様の効果を奏する。
また、実施の形態1〜4は、第1のコンタクタ2及び第2のコンタクタ3の2つのコンタクタを有するが、本発明はこの数に限定するものではなく、1つ或いは3つ以上のコンタクタを有する構成にも適用することができる。
本発明は、例えば、電気自動車及びハイブリッド車輌等の電動車輌のコンタクタ異常検出装置として利用することができる。
1 組電池
2 第1のコンタクタ
3 第2のコンタクタ
4 第1のトランジスタ
5 第2のトランジスタ
6 コンデンサ
7 インバータ
8 モータ
9 コンタクタ制御部
10 車輌制御部
11、41、71、91 コンタクタ異常検出装置
110 第1の定電流源
111 第2の定電流源
112 電圧検出部
114、414、714、914 判定部
12 表示部
710 第1の抵抗
711 第2の抵抗
913 記憶部
2 第1のコンタクタ
3 第2のコンタクタ
4 第1のトランジスタ
5 第2のトランジスタ
6 コンデンサ
7 インバータ
8 モータ
9 コンタクタ制御部
10 車輌制御部
11、41、71、91 コンタクタ異常検出装置
110 第1の定電流源
111 第2の定電流源
112 電圧検出部
114、414、714、914 判定部
12 表示部
710 第1の抵抗
711 第2の抵抗
913 記憶部
Claims (10)
- 1又は複数の二次電池を直列に接続した組電池と、
一端が接地され他端が補助電源電圧端子に接続されたコイルを有し、一端が前記組電池の一端又は他端に接続され、前記組電池と車輌負荷との導通状態及び遮断状態を切り替える少なくとも1つのコンタクタと、
前記少なくとも1つのコンタクタを介して前記組電池の両端に接続されたコンデンサと、
前記コイルの他端と前記補助電源端子の間に接続されたスイッチング素子と、
を有し、前記コンデンサの両端から車輌負荷に電源を供給する電動車輌において、
前記スイッチング素子がオフの場合に前記コイルに所定の定電流を供給する定電流源と、
前記コイルのコイル電圧を検出する電圧検出部と、
前記コイル電圧に対応するコイル温度を算出し、前記コイル温度が閾値より大きい場合にコンタクタ異常と判定する判定部と、
を有することを特徴とする電動車輌のコンタクタ異常検出装置。 - 前記判定部は、
前記コイル電圧に対応するコイル温度を算出し、前記コイル温度が閾値より大きい場合にコンタクタ異常と判定することに代えて、
前記補助電源端子の電圧である補助電源電圧を測定し、前記コイル電圧に対応するコイル作動電圧を算出し、前記コイル作動電圧が前記補助電源電圧より大きい場合にコンタクタ異常と判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出装置。 - さらに、記憶部を有し、
前記記憶部が所定条件における基準コイル電圧、基準コイル抵抗、基準コイル温度、及び、基準コイル作動電圧のうち、いずれか1つ以上を記憶情報として記憶し、
前記判定部が前記コイル温度を算出するために、前記記憶部の前記記憶情報を用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出装置。 - さらに、記憶部を有し、
前記記憶部が所定条件における基準コイル電圧、基準コイル抵抗、基準コイル温度、及び、基準コイル作動電圧のうち、いずれか1つ以上を記憶情報として記憶し、
前記判定部が前記コイル作動電圧を算出するために、前記記憶部の前記記憶情報を用いる
ことを特徴とする請求項2に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出装置。 - 前記電動車輌のコンタクタ異常検出装置は、
前記少なくとも1つのコンタクタのコイルに所定の電流を供給する定電流源に代えて、
前記少なくとも1つのコンタクタのコイルと直列回路を構成する所定の抵抗を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかの請求項に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出装置。 - 1又は複数の二次電池を直列に接続した組電池と、
一端が接地され他端が補助電源電圧端子に接続されたコイルを有し、一端が前記組電池の一端及び他端のいずれかに接続され、前記組電池と車輌負荷との導通状態及び遮断状態を切り替える少なくとも1つのコンタクタと、
前記少なくとも1つのコンタクタを介して前記組電池の両端に接続されたコンデンサと、
前記コイルの他端と補助電源端子の間に接続されたスイッチング素子と、
を有し、前記コンデンサの両端から車輌負荷に電源を供給する電動車輌のコンタクタ異常を検出する方法であって、
前記スイッチング素子がオフの場合に前記少なくとも1つのコンタクタのコイルに所定の定電流を供給するステップ、
前記少なくとも1つのコンタクタのコイル電圧を検出するステップ、
前記コイル電圧に対応するコイル温度を算出するステップ、及び
前記コイル温度と閾値とを比較し、前記コイル温度が前記閾値より大きい場合にコンタクタ異常と判定するステップ、とを有する
ことを特徴とする電動車輌のコンタクタ異常検出方法。 - 前記電動車輌のコンタクタ異常検出方法は、
前記コイル電圧に対応するコイル温度を算出するステップ、及び
前記コイル温度と閾値とを比較し、前記コイル温度が前記閾値より大きい場合にコンタクタ異常と判定するステップ、に代えて、
前記コイル電圧に対応するコイル作動電圧を算出するステップ、
前記補助電源端子の電圧である補助電源電圧を測定するステップ、及び
前記コイル作動電圧と補助電源電圧とを比較し、前記コイル作動電圧値が前記補助電源電圧より大きい場合にコンタクタ異常と判定するステップ、とを有する
ことを特徴とする請求項6に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出方法。 - 前記電動車輌のコンタクタ異常検出方法は、
前記スイッチング素子がオフの場合に前記少なくとも1つのコンタクタのコイルに所定の定電流を供給するステップ、に代えて、
前記スイッチング素子がオフの場合に所定の抵抗と前記少なくとも1つのコンタクタのコイルとの直列回路に前記補助電源電圧を印加するステップ、を有する
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出方法。 - コンピュータに請求項6乃至請求項8のいずれかの請求項に記載の電動車輌のコンタクタ異常検出方法を実行させることを特徴とするプログラム。
- 請求項9に記載のプログラムを格納することを特徴とするコンピュータ可読記録媒体。
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