| 【発明の名称】 |
車両用電気システムの電源投入制御回路 |
| 【発明者】 |
【氏名】小島 靖
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】車両用電気システムにおいて、頻繁な電源投入操作によって生じる回路あるいはその周辺部品の過熱を抑制する。
【解決手段】電源投入可否判別部１４は、作動液温度センサ１６で所定のタイミングで検出された作動液の温度から作動液の温度変化を取得し、その温度変化に基づいて電源投入可否の判別を行う。電源投入可否判別部１４は、温度変化から電源投入可と判別した場合には、電源投入動作、すなわちサブリレー５４の閉操作を実行するための制御信号を出力し、他方、電源投入不可と判別した場合には、直ぐには電源投入動作を行わず、所定時間待機した後に電源投入動作を実行する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車両用作動液の温度変化を取得する温度変化取得手段と、電源投入指示信号の取得により前記温度変化に基づいて車両用電気システムの電源投入の可否を決定する電源投入可否判別手段と、を備える車両用電気システムの電源投入制御回路。
【請求項２】 前記温度変化取得手段は、電源投入期間に対応するタイミングにおいて取得された車両用作動液の温度と、その次の電源投入指示に対応して取得された車両用作動液の温度と、の間の温度差として前記温度変化を取得することを特徴とする請求項１に記載の電源投入制御回路。
【請求項３】 車両用作動液の温度変化に対する電源投入の可否を示す投入可否判別情報を記憶する記憶手段を備え、前記電源投入可否判別手段は、前記投入可否判別情報を参照して電源投入の可否を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の電源投入制御回路。
【請求項４】 前記記憶手段には、複数の異なる投入可否判別情報が記憶され、前記電源投入可否判別手段は、車両用作動液の環境温度に基づいて、参照する投入可否判別情報を選択することを特徴とする請求項３に記載の電源投入制御回路。
【請求項５】 前記電源投入可否判別手段は、複数の異なる車両用作動液の温度変化に基づいて電源投入の可否を決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電源投入制御回路。
【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載された電源投入制御回路によってその電源投入を制御される車両用電気システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載される車両駆動モータ制御システムなどの電気システムの電源投入を制御する回路に関し、特に、電気システムの回路あるいはその周辺部品の温度上昇を抑制することの可能な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、電気自動車の駆動モータ用起電力制御システムの主電源回路４０である。図５に示す主電源回路４０は、組電池として構成される電源電池４２、電源電池４２からの電力を蓄積可能な蓄電器４４、電源電池４２と蓄電器４４とを接続する主接続路４８、主接続路４８を開閉するメインリレー５０、メインリレー５０をバイパスするバイパス路５２、バイパス路５２を開閉するサブリレー５４、および、同じくバイパス路５２にサブリレー５４と直列に設けられる抵抗器５６、を含む。
【０００３】蓄電器４４は、これに接続される負荷５８（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ、駆動モータなど）における電圧変動を低減させる機能を有する。駆動モータの使用開始当初において、この蓄電器４４は、電源電池４２から電力供給を受け、電荷を蓄える。このときの電力供給は、主接続路４８またはバイパス路５２を介して行われる。サブリレー５４、抵抗器５６、およびバイパス路５２は、メインリレー５０と協働して、電力供給開始時（特に開始当初）におけるメインリレー５０に対する過大な電流供給を抑制する機能を有しており、プリチャージ回路６０と称される。
【０００４】ここで、従来のプリチャージ回路６０の動作および作用について、図６を参照して説明する。図６は、電力供給開始当初において蓄電器４４に供給される電流Ｉｐ（図５）の経時変化を示し、横軸は時間、縦軸は電流値を示している。また図６において、破線はプリチャージ回路６０を備えず主接続路４８のみによって電源電池４２から蓄電器４４に電力が供給される場合（これはサブリレー５４が開状態のまま、メインリレー５０を閉じた場合に相当する）の電流Ｉｐの経時変化を、また実線は、プリチャージ回路６０と用いて、すなわち主接続路４８とバイパス路５２の双方によって電源電池４２から蓄電器４４に電力が供給される場合の電流Ｉｐの経時変化を示す。
【０００５】主接続路４８のみによって電源電池４２から蓄電器４４に電力が供給される場合、メインリレー５０を閉じると電流Ｉｐは急激に立ち上がり、メインリレー５０を備える主接続路４８に非常に大きな電流（突入電流）が流れる。この場合、ヒューズが切れたり、メインリレー５０（例えばその電極部など）が損傷したりという問題が生じる場合がある。
【０００６】このような問題を回避するために、この種の回路には、従来より、プリチャージ回路６０が設けられる。プリチャージ回路６０は、主接続路４８による電力供給の前に、電力供給路として機能する。この回路では、メインリレー５０が閉じられるのに先立ち（すなわちメインリレー５０が開いた状態で）、まず、サブリレー５４が閉じられる。すると電源電池４２からの電力は、プリチャージ回路６０を介して供給される。このとき、プリチャージ回路６０に設けられた抵抗器５６により、図６で実線によって示すように従来に比して電流値Ｉｐの上昇が抑えられる（このときの電流Ｉｐの最大値が図６のＩｐ１である）。次いで、電流Ｉｐが十分小さくなった時点で、メインリレー５０を閉じる。すると、蓄電器４４には既にプリチャージ回路６０を介して電力が蓄えられている分、電流Ｉｐの上昇が抑制される（このときの電流Ｉｐの最大値が図６のＩｐ２である）。なお、サブリレー５４は、メインリレー５０が主接続路４８を閉じた後は、バイパス路を開く。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記プリチャージ回路６０では、抵抗器５６による電力損失の分、電流値Ｉｐの上昇が抑制されている。この電力損失は、抵抗器５６において電力が熱エネルギに変換されることによって生じている。このため、抵抗器５６およびその周囲部品では、プリチャージ、すなわち抵抗器５６への通電の度に温度上昇が発生している。通常、プリチャージ回路６０は、プリチャージ終了後に開かれ、抵抗器５６への通電は停止されるから、時間の経過とともに周囲環境によって冷却され、それらの温度は徐々に低下する。しかしながら、何らかの事情により操作者によって頻繁に電源投入指示（例えばイグニッションキーのＯＮ操作）が行われ、その指示に応じてサブリレー５４の開閉すなわち抵抗器５６の通電が頻繁に行われた場合には、十分な冷却期間がとれないため、抵抗器５６およびその周囲部品の温度上昇が大きくなり、プリチャージ回路６０、主電源回路４０、その他周辺回路あるいは周辺部品において性能確保の観点から好ましくない状況となってしまう場合があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる車両用電気システムの電源投入制御回路は、車両用作動液の温度変化を取得する温度変化取得手段と、電源投入指示信号を取得したときに前記温度変化に基づいて車両用電気システムの電源投入の可否を決定する電源投入可否判別手段と、を備える。
【０００９】ここで車両用作動液とは、車両の走行あるいはエンジンもしくはモータ等の駆動システムの駆動に関して、例えばエネルギの伝達や摺動部の潤滑等に用いられる液体であり、使用時において環境温度より高い温度に上昇する液体であるのが望ましい。好適な作動液としては、例えば、ラジエータ用冷却水、エンジンオイル、モータ用オイルなどである。これら作動液の温度は、経時的に変化する。例えば、作動液が使用されるシステムの動作が停止したときは、作動液の温度は、周囲環境によって冷却されることにより動作中の温度から漸減する。すなわち、予め作動液について温度変化特性を取得しておけば、その温度変化から経過時間を推測することができる。本発明にかかる電源投入制御回路は、作動液温度の経時変化特性を利用して、電源投入頻度（電源投入の時間間隔）に応じた電源投入制御を実現するものである。より具体的には、例えば、電源投入制御回路は、作動液の温度変化から、前回の電源投入から回路要素あるいはその周辺部品の冷却に十分な時間が経過していないことが判別できる場合には、次の電源投入指示があった場合にも電源投入を行わず、逆に、前回の電源投入から冷却に十分な時間が経過していることが判別できる場合には、電源投入指示どおりに電源投入を行う。なお、電源投入の可否判別の指標とする温度変化としては、例えば、所定時間における温度の差分や、単位時間あたりの温度変化率などを用いることができる。
【００１０】また本発明にかかる電源投入制御回路では、前記温度変化取得手段は、電源投入期間に対応するタイミングにおいて取得された車両用作動液の温度と、その次の電源投入指示に対応して取得された車両用作動液の温度と、の間の温度差として前記温度変化を取得するのが好適である。なお、電源投入期間に対応するタイミングとは、電源ＯＦＦ以降作動液の実質的な温度変化が開始される前のタイミングを意味し、電源の投入されている期間中および電源投入直後のタイミングを含み、好適には、電源ＯＦＦ時またはその直前のタイミングである。
【００１１】また本発明にかかる電源投入制御回路では、車両用作動液の温度変化に対する電源投入の可否を示す投入可否判別情報を記憶する記憶手段を備え、前記電源投入可否判別手段は、前記投入可否判別情報を参照して電源投入の可否を決定するのが好適である。こうすれば、より容易にかつより精度良く電源投入の可否判別を行うことができる。
【００１２】また本発明にかかる電源投入制御回路では、前記記憶手段には、複数の異なる投入可否判別情報が記憶され、前記電源投入可否判別手段は、車両用作動液の環境温度に基づいて、参照する投入可否判別情報を選択するのが好適である。車両用作動液の温度変化は、周囲環境の温度によって異なる。例えば、周囲環境の温度が高い場合（例えば夏期）においては、作動液の温度低下はより緩やかであり、周囲環境の温度が低い場合（例えば冬期）においては、作動液の温度低下は夏期より急である。したがって、環境温度により適した投入可否判別情報を選択することで、より精度良く電源投入の可否判別を行うことができる。
【００１３】また本発明にかかる電源投入制御回路では、前記電源投入可否判別手段は、複数の異なる車両用作動液の温度変化に基づいて電源投入の可否を決定するのが好適である。こうすれば、複数の情報に基づく分、より精度良く電源投入の可否判別を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態にかかる車両用電気システムの電源投入制御回路について図面を参照して説明する。本実施形態にかかる電源投入制御回路１０は、図５に示した電気自動車の駆動モータ用起電力制御システムの電源投入制御回路として構成されている。図１は、電気自動車の駆動モータ用起電力制御システムの主電源回路４０およびその主電源回路４０の電源投入を制御する電源投入制御回路１０を示すブロック図、図２は、車両用作動液の温度の経時変化を示す図である。
【００１５】図１に示すように、主電源回路４０は、図５に示したものと同様の構成を備え、上述したように動作する。このため、主電源回路４０自体についてはその詳細な説明を省略する。
【００１６】電源投入制御回路（例えばＥＣＵ）１０は、電源投入指示手段としてのイグニッションキー１２（ＩＧＮ）から電源投入指示信号を取得し、その信号をトリガとして電源投入可否判別を行う電源投入可否判別部１４を備える。電源投入可否判別部１４は、作動液温度センサ１６で所定のタイミングで検出された作動液の温度から作動液の温度変化を取得し、その温度変化に基づいて電源投入可否の判別を行う。そして電源投入可否判別部１４は、温度変化から電源投入可と判別した場合には、電源投入動作、すなわちサブリレー５４の閉操作を実行するための制御信号を出力し、他方、電源投入不可と判別した場合には、直ぐには電源投入動作を行わず、所定時間待機した後に電源投入動作を実行する。この待機時間は、予め定められた一定時間としてもよいし、取得された温度変化に応じて可変設定（例えば温度変化が大きいほど待機時間が長くなるように設定）してもよい。この場合、待機時間の可変設定のため、記憶部２０に、温度変化の各値に対応する待機時間を示す情報を格納しておいてもよい。
【００１７】記憶部２０には、温度変化に対する電源投入の可否を示す投入可否判別情報１８が複数記憶されている。ここでは、複数の作動液各々について環境温度に応じた数（例えば二つ）の投入可否判別情報１８が格納されている。そして、電源投入可否判別部１４は、複数の作動液のそれぞれについて、投入可否判別情報１８を参照して電源投入可否を判別し、それらの結果に基づいて電源投入可否を決定する。例えば奇数種の作動液のそれぞれについて電源投入可否の判別結果を取得し、可または不可のうち数の多い方を判別結果として採用する。
【００１８】判別の際に参照される投入可否判別情報１８は、環境温度センサ（例えば外気温センサ）２２から取得した環境温度に基づいて選択される。例えば環境温度域に応じて複数の投入可否判別情報１８が格納されている場合、所定温度に対する環境温度がどの環境温度域にあるかによって、投入可否判別情報１８が選択される。
【００１９】ここで、作動液温度の経時変化の一例について、図２を参照して説明する。夏期（実線）においては、環境温度が高い分、作動液温度は緩やかに低下する。また冬期（破線）においては、環境温度が低い分、作動液温度は夏期の場合より急に低下する。図２から明らかなように、同じ時間における温度の差分としては、冬期の方が大きくなり、また単位時間あたりの温度変化量についても冬期の方が大きくなる。このように、環境温度によって作動液の温度変化特性は異なるため、環境温度により適した判別基準（すなわち投入可否判別情報１８）を用いることで、電源投入の可否判別をより精度良く行うことができる。
【００２０】次に、図３を参照して、電源投入制御回路１０による電源投入制御のより具体的な動作の一例について説明する。図３は、電源投入制御回路１０による電源投入制御の一例を示すフローチャートである。
【００２１】電源投入制御回路１０は、イグニッションキー１２から電源切断指示信号を受け取ると（ステップＳ１０）、作動液温度センサ１６から作動液の温度（以下、電源切断時温度Ｔｅと記す）を取得し、これを記憶部２０に格納し（ステップＳ１２）、電源切断操作を実行する（ステップＳ１４）。ここで、電源切断時温度Ｔｅは、電源投入期間に対応するタイミングで取得された作動液の温度に相当する。
【００２２】その後、電源投入制御回路１０は、イグニッションキー１２から電源投入指示信号を受け取ると（ステップＳ１６）、まず、作動液温度センサ１６から作動液の温度（以下、電源投入指示時温度Ｔｓと記す）を取得し、これを記憶部２０に格納する（ステップＳ１８）。次いで、電源投入制御回路１０は、環境温度センサ２２から環境温度を取得し（ステップＳ２０）、その環境温度に基づいて参照する投入可否判別情報１８を決定する（ステップＳ２２）。次いで、電源投入制御回路１０は、記憶部２０から、電源切断時温度Ｔｅと電源投入指示時温度Ｔｓとを取得し、この間の温度変化として温度差ΔＴ１（すなわちＴｅとＴｓとの差分またはその絶対値）を算出する（ステップＳ２４）。次いで、電源投入制御回路１０は、算出した温度差ΔＴ１と投入可否判別情報１８に含まれる可否判別の閾値Ｔｈ１とを比較して電源投入可否を判別する。例えば、温度差ΔＴ１が閾値Ｔｈ１以上である場合には電源投入可と判別され、温度差ΔＴ１が閾値Ｔｈ１より低い場合には電源投入不可と判別される（ステップＳ２６）。そして、可否判別結果に基づいて上述した電源投入制御が実行される（ステップＳ２８）。この場合、閾値Ｔｈ１は、前回の電源投入期間からの経過時間が長く、回路の発熱要素およびその周辺部品の温度が必要最低限度まで低下するのに必要な経過時間に対応する温度差として設定される。したがって、閾値Ｔｈ１より温度差ΔＴ１が小さいとき、すなわち前回の電源投入期間からの経過時間が短いときの電源投入が規制され、頻繁な電源投入による回路およびその周辺部品の過熱が抑制される。
【００２３】次に、図４を参照して、電源投入制御回路１０による電源投入制御のより具体的な動作の別の例について説明する。図４は、電源投入制御回路１０による電源投入制御の他の一例を示すフローチャートである。
【００２４】図３の例では、電源投入制御回路１０は、前回の電源投入期間に対応するタイミングでの作動液の温度（すなわち電源切断時温度Ｔｅ）と電源投入指示時温度Ｔｓとの温度差として温度変化を取得したが、図４の例では、電源投入の可否判別の元とする温度変化として、電源投入指示時における所定時間あたりの温度差を取得する。したがって、この例では、前回の電源投入期間において取得したデータを格納しておく必要が無くなる。
【００２５】図４に示すように、電源投入制御回路１０は、イグニッションキー１２から電源投入指示信号を受け取ると（ステップＳ４０）、まず、作動液温度センサ１６から作動液の温度（以下、このタイミングで取得された温度を第一の温度Ｔｓ１と記す）を取得し、これを記憶部２０に格納する（ステップＳ４２）。また電源投入制御回路１０は、環境温度センサ２２から環境温度を取得し（ステップＳ４４）、その環境温度に基づいて参照する投入可否判別情報１８を決定する（ステップＳ４６）。次いで、電源投入制御回路１０は、前回作動液の温度を取得したタイミング（すなわち第一の温度Ｔｓ１を取得したタイミング）から予め設定された所定時間Δｔ経過したタイミングにおける作動液の温度（以下、この温度を第二の温度Ｔｓ２と記す）を取得し、これを記憶部２０に格納する（ステップＳ４８）。次いで、電源投入制御回路１０は、記憶部２０から第一の温度Ｔｓ１と第二の温度Ｔｓ２とを取得し、それらの差分ΔＴ２（すなわちＴｓ１とＴｓ２との差分またはその絶対値）として温度変化を算出する（ステップＳ５０）。次いで、電源投入制御回路１０は、算出した温度差ΔＴ２と投入可否判別情報１８に含まれる可否判別の閾値Ｔｈ２とを比較して電源投入可否を判別する。例えば、温度差ΔＴ２が閾値Ｔｈ２以上である場合には電源投入不可と判別され、温度差ΔＴ２が閾値Ｔｈ２より低い場合には電源投入可と判別される（ステップＳ５２）。そして、可否判別結果に基づいて上述した電源投入制御が実行される（ステップＳ５４）。
【００２６】ここで注意すべきは、図４の例における温度差ΔＴ２が、単位時間あたりの温度変化量に比例する量となることである。図２からわかるように、単位時間あたりの温度変化量（すなわち図２のグラフの傾きの絶対値）は、時間の経過とともに減少する。この特性を利用して、図４の例では、所定時間あたりの温度差ΔＴ２から経過時間が推定される。したがって、上記閾値Ｔｈ２は、前回の電源投入期間から回路の発熱要素およびその周辺部品の温度が必要最低限度まで低下するのに必要な経過時間に対応する温度変化率（すなわち所定時間Δｔあたりの温度変化量）として設定される。そして、閾値Ｔｈ２より温度差ΔＴ２が大きいとき、すなわち前回の電源投入期間からの経過時間が短いときの電源投入が規制され、頻繁な電源投入による回路およびその周辺部品の過熱が抑制される。
【００２７】以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、本発明にかかる電源投入制御回路は、抵抗器を備えるプリチャージ回路に限らず、電源投入指示によってその動作／停止が切り替えられ、かつ頻繁な電源投入によって過熱が生じてしまう構成要素を備える回路に対して、適用可能である。また、投入可否判別情報として、温度差（例えば上記ΔＴ１，ΔＴ２）に対する可否判別を示すフラグ（例えば、電源投入可：１、電源投入不可：０）を用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、頻繁な電源投入に伴う回路あるいはその周辺部品の過熱が抑制される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
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| 【出願日】 |
平成１４年３月１３日（２００２．３．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２７４５０２（Ｐ２００３−２７４５０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年９月２６日（２００３．９．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−６７７６４（Ｐ２００２−６７７６４） |
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