JP2003324801A - 電気自動車における電源接続方法 - Google Patents

電気自動車における電源接続方法

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JP2003324801A
JP2003324801A JP2002129895A JP2002129895A JP2003324801A JP 2003324801 A JP2003324801 A JP 2003324801A JP 2002129895 A JP2002129895 A JP 2002129895A JP 2002129895 A JP2002129895 A JP 2002129895A JP 2003324801 A JP2003324801 A JP 2003324801A
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Tadashi Shimada
正 嶋田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電気負荷に備えられた平滑コンデンサをプリチ
ャージする際に、電池と電気負荷間の接続回路の故障が
生じることを防止した電気自動車における電源接続方法
を提供することを目的とする。 【解決手段】コントローラ４２は、燃料電池２と電気負
荷３を接続するときに、先ず、第３の開閉接点３３を閉
成した後に第１の開閉接点３１を閉成して、電気負荷３
に備えられた平滑コンデンサ２１を充電するプリチャー
ジ処理を行い、該プリチャージ処理の終了後、第３の開
閉接点３３を開成すると共に第２の開閉接点３２を閉成
する直結処理を行って、燃料電池２と電気負荷３とを接
続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車に備え
られた電池と電気負荷とを接続する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば燃料電池のように出力電圧が高い
電池を駆動源とする電気自動車においては、該燃料電池
と該燃料電池から供給される電力により作動する電気負
荷は、車体から絶縁して（浮かせて）搭載される。
【０００３】図２（ａ）は、電気自動車の車体から絶縁
して設けられた燃料電池５０と電気負荷５１とを接続す
るための回路構成を示したものであり、燃料電池５０の
セル５２の正極５３と車体アースＢＥ間には静電容量５
５が存在し、負極５６と車体アースＢＥ間には静電容量
５６が存在する。
【０００４】また、電気負荷５１には、電力を消費する
負荷抵抗６０の他に正側の電源ライン６４と負側の電源
ライン６４間に平滑コンデンサ６１が備えられ、正側の
電源ライン６４と車体アースＢＥ間には静電容量６２が
存在し、負側の電源ライン６５と車体アースＢＥ間には
静電容量６３が存在する。
【０００５】そして、燃料電池５０と電気負荷５１とを
接続するために、開閉接点７０，７１，７３，７４と、
これらの開閉接点の作動を制御するコントローラ８０と
が備えられている。開閉接点７０，７１は燃料電池５０
と電気負荷５１を直結するためのものであり、２接点リ
レーに備えられて同時に開閉する。一方、開閉接点７
３，７４は電気負荷５１に備えられた平滑コンデンサ６
１をプリチャージするためのものであり、２接点リレー
に備えられて同時に開閉する。
【０００６】ここで、燃料電池５０と電気負荷５１を接
続する場合、開閉接点７０，７１をいきなり閉成する
と、燃料電池５０から平滑コンデンサ６１に過大な充電
電流が流れて開閉接点７０の溶着が生じるおそれがあ
る。そこで、コントローラ８０は、先ず、開閉接点７
３，７４を閉成して燃料電池５０の正極５３から電流制
限用抵抗７２を介して平滑コンデンサ６１に充電電流を
供給し、平滑コンデンサ６１を充電するプリチャージを
行うようにしていた。
【０００７】そして、平滑コンデンサ６１を充電した
後、開閉接点７０，７１を閉成すると共に開閉接点７
３，７４を開成して、燃料電池５０と電気負荷５１を直
接接続することにより、平滑コンデンサ６１に過大な充
電電流が流れることを防止していた。
【０００８】しかし、図２（ａ）に示した回路構成によ
り平滑コンデンサ６１のプリチャージを行った場合に、
開閉接点７４に過大な電流が流れて、開閉接点７４の破
損する場合があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記背景を
鑑みてなされたものであり、電気負荷に備えられた平滑
コンデンサをプリチャージする際に、電池と電気負荷を
接続する開閉接点の故障が生じることを防止した電気自
動車における電源接続方法を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願発明者らは、上述し
た図２（ａ）に示した開閉接点７４の破損が生じる要因
を調査検討した結果、主として機械的な要因により２接
点リレーに備えられた開閉接点７３，７４の閉成タイミ
ングにずれが生じると、開閉接点７３，７４を閉成して
平滑コンデンサ６１のプリチャージを行うときに、開閉
接点７４が開閉接点７３よりも先に閉成した場合に、開
閉接点７４に過大な電流が流れて開閉接点７４の溶着等
が生じることを解明した。
【００１１】具体的には、開閉接点７４に過大な電流が
流れる原因は、図２（ｂ）を参照して、開閉接点７４の
みが閉成された場合、燃料電池５０に存在する静電容量
５６から、車体アースＢＥ、電気負荷５１に存在する静
電容量６３、電気負荷５１の負側の電源ライン６５、及
び開閉接点７４を経由して燃料電池５０の負極５４に至
る閉回路が形成され、そのため、静電容量５６に充電さ
れていた電荷が開閉接点７４に流れて開閉接点７４の溶
着が生じるためであると考えられる。
【００１２】そこで、本発明の電気自動車における電源
接続方法は、車体から絶縁して設けられた電池と、車体
から絶縁して設けられて直流電源ライン間に平滑コンデ
ンサが接続された電気負荷とを備えた電気自動車におい
て、該電池と該電気負荷とを接続する方法であって、前
記電池の正極を電流制限用抵抗を介して前記電気負荷の
正側の電源ラインと接続した後、前記電池の負極を前記
電気負荷の負側の電源ラインと接続して、前記電池の正
極から前記電流制限用抵抗を介して前記電気負荷の正側
の電源ラインに供給される電流により前記平滑コンデン
サを充電するプリチャージ処理と、該プリチャージ処理
の終了後、前記電池の負極を前記電気負荷の負側の電源
ラインに接続すると共に、前記電池の正極を前記電流制
限用抵抗を介さずに前記電気負荷の正側の電源ラインと
接続する直結処理とを行って、前記電池と前記電気負荷
とを接続することを特徴とする。
【００１３】かかる本発明によれば、前記プリチャージ
処理において、先ず前記電池の正極を電流制限用抵抗を
介して前記電気負荷の正側の電源ラインと接続され、こ
れにより、前記電池の正極と車体間の静電容量に充電さ
れていた電荷が前記電流制限用抵抗を介して前記電気負
荷の正側の電源ライン間の静電容量に流れるが、電流制
限用抵抗により流れる電流が制限されるため、接続回路
に過大な電流が流れて該接続回路の破損が生じることが
ない。そして、次に前記電池の負極と前記電気負荷の負
側の電源ラインと接続され、これにより前記電流制限用
抵抗により制限された電流により前記平滑コンデンサを
充電することができる。
【００１４】また、前記電気自動車が、前記電気負荷の
正負の電源ライン間の電圧を検出する電源電圧検出手段
と、前記電池の負極と前記電気負荷の負側の電源ライン
間の導通／遮断を切り替える第１の開閉手段と、前記電
池の正極と前記電気負荷の正側の電源ライン間の導通／
遮断を切り替える第２の開閉手段と、前記第２の開閉手
段と並列に接続された第３の開閉手段と電流制限用抵抗
とからなる直列回路とを備え、前記プリチャージ処理を
前記第３の開閉手段を閉成した後に前記第１の開閉手段
を閉成して行った後、前記直結処理を前記第３の開閉手
段を開成すると共に前記第２の開閉手段を閉成して行う
場合には、前記第１の開閉手段と前記第３の開閉手段の
故障を検知することができる。
【００１５】すなわち、前記プリチャージ処理におい
て、前記第３の開閉手段を閉成する制御を行なうったと
きに前記電源電圧検出手段の検出電圧が上昇したときに
は、前記第１の開閉手段が既に閉成された状態にあっ
て、前記平滑コンデンサの充電が開始されたと判断する
ことができる。そのため、この場合には、前記故障検知
手段は、前記第１の開閉手段が閉故障状態にあると判断
することができる。
【００１６】また、前記プリチャージ処理において、前
記第１の開閉手段を閉成する制御を行なったときに前記
電源電圧検出手段の検出電圧が上昇しなかったときに
は、前記第１の開閉手段と前記第３の開閉手段とのうち
の少なくともいずれか一方が開故障状態にあり、そのた
めに前記平滑コンデンサの充電がなされていないと判断
することができる。そのため、この場合は、前記故障検
知手段は前記第１の開閉手段と第３の開閉手段とのうち
の少なくともいすれか一方が開故障状態にあると判断す
ることができる。
【００１７】さらに、前記電気自動車が前記電池の出力
電圧を検出する電池電圧検出手段を備えた場合は、前記
第２の開閉手段の故障を検知することができる。
【００１８】すなわち、前記直結処理において、前記第
２の開閉手段を閉成する制御がなされたときに前記電源
電圧検出手段の検出電圧と前記電池電圧検出手段の検出
電圧が異なるときには、前記第２の開閉手段が開故障状
態にあるために、前記電池の正極と前記電気負荷の正側
の電源ラインが導通した状態となっていないと判断する
ことができる。そのため、この場合は、前記第２の開閉
手段が開故障状態にあると判断することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て、図１を参照して説明する。図１は、電気自動車に備
えられた燃料電池と電気負荷とを接続する電源接続装置
の回路構成図である。
【００２０】図３を参照して、電気自動車の電源接続装
置１（以下、単に電源接続装置１という）は、燃料電池
２（本発明の電池に相当する）を駆動源とする電気自動
車に搭載されて、燃料電池２と電気負荷３（空調機器等
の電装補機）の接続と遮断を行う。
【００２１】燃料電池２と電気負荷３は電気自動車の車
体から絶縁して設けられている。そのため、燃料電池セ
ル１０の正極１１と車体アースＢＥ間には静電容量１３
が存在し、燃料電池セル１０の負極１２と車体アースＢ
Ｅ間にも静電容量１４が存在する。また、電気負荷３に
も、正側の電源ライン２４と車体アースＢＥ間に静電容
量２２が存在し、負側の電源ライン２５と車体アースＢ
Ｅ間に静電容量２３が存在する。さらに、電気負荷３の
正側の電源ライン２４と負側の電源ライン２５間には、
電源電圧の変動を抑制するための平滑コンデンサ２１が
備えられている。
【００２２】ここで、燃料電池２と電気負荷３とを常時
接続状態とすると、電気負荷３が作動していないときに
も燃料電池から電気負荷３に漏れ電流が流れて無駄な電
流が消費される。そのため、電気負荷が作動していない
ときには燃料電池２と電気負荷３とを遮断して漏れ電流
が流れることを防止し、電気負荷３を作動させるときに
のみ燃料電池２と電気負荷３を接続するため、電源接続
装置１が備えられている。
【００２３】電源接続装置１は、燃料電池２の負極１２
と電気負荷３の負側の電源ライン２５間を導通／遮断す
る第１の開閉接点３１（本発明の第１の開閉手段に相当
する）、燃料電池２の正極１１と電気負荷３の正側の電
源ライン２４間を導通／遮断する第２の開閉接点３２
（本発明の第２の開閉手段に相当する）、燃料電池２の
正極１１と電気負荷３の正側の電源ライン２４を電流制
限用抵抗３４を介して接続する第３の開閉接点３３（本
発明の第３の開閉手段に相当する）、燃料電池２の出力
電圧を検出する電池電圧検出器４０（本発明の電池電圧
検出手段に相当する）、及び電気負荷３の正負の電源ラ
イン２４，２５間の電圧を検出する電源電圧検出器４１
（本発明の電源電圧検出手段に相当する）を備えてい
る。
【００２４】そして、マイクロコンピュータやメモリ等
により構成されたコントローラ４２から出力される制御
信号により、第１の開閉接点３１、第２の開閉接点３
２、及び第３の開閉接点３３の開閉状態が切り替えら
れ、電池電圧検出器４０と電源電圧検出器４１の電圧検
出信号がコントローラ４２に入力される。
【００２５】ここで、第１の開閉接点３１、第２の開閉
接点３２、及び第３の開閉接点３３は、それぞれ別個の
リレーに備えられた機械接点であり、各リレーの駆動コ
イルに通電されたときに閉成し、該駆動コイルへの通電
が遮断されたときに開成する。そして、コントローラ４
２は、別個の制御信号により第１の開閉接点３１、第２
の開閉接点、及び第３の開閉接点の開閉状態を独立して
切り替える。
【００２６】次に、コントローラ４２により燃料電池２
と電器抵抗３とを接続する手順について説明する。
【００２７】燃料電池２を電気抵抗３と接続して電器抵
抗３を作動させるときに、第１の開閉接点３１と第２の
開閉接点３２を直ちに閉成して、燃料電池２と電気抵抗
３を直接接続すると、燃料電池２の正極１１から第２の
開閉接点３２を介して、インピーダンスの低い平滑コン
デンサ２１に過大な電流が流れ、第２の開閉手段３２に
溶着等が生じて第２の開閉接点３２が故障してしまう。
【００２８】そこで、コントローラ４２は、先に平滑コ
ンデンサ２１を充電するプリチャージ処理を行った後
に、燃料電池２と電気負荷３を直接接続する直結処理を
行うことによって、燃料電池２から電気負荷３に過大な
電流が流れることを防止している。
【００２９】プリチャージ処理において、コントローラ
４２は、先ず第３の開閉接点３３を閉成する。これによ
り、燃料電池２の正極１１から、電流制限用抵抗３４、
正側の静電量２２、車体アースＢＥ、及び燃料電池２の
負極１２側の静電容量１４を介して電流が流れるが、こ
の電流は電流制限用抵抗３４により制限されるため、過
大な電流が第３の開閉接点３３を流れることはなく、第
３の開閉接点３３の溶着等の故障が生じることはない。
なお、第３の開閉接点３３と電流制限用抵抗とにより、
本発明の直列回路が構成される。
【００３０】そして、次に、コントローラ４２は、第１
の開閉接点３１を閉成し、これにより、燃料電池２の正
極１１から電流制限用抵抗３４を介して供給される電流
により平滑コンデンサ２１が充電される。
【００３１】ここで、第３の開閉接点３３を閉成してか
ら第１の開閉接点３１を閉成するまでの時間間隔は、静
電容量１４，２３に充電された電荷が放電されるのに十
分な時間として、例えば０．５〜１．０秒に設定されて
いる。
【００３２】コントローラ４２は、電源電圧器４１の検
出電圧から平滑コンデンサ２１の充電完了を検知したと
きにプリチャージ処理を終了し、第３の開閉接点３３を
開成すると共に第２の開閉接点３２を閉成して、燃料電
池２と電気負荷３を直接（電流制限用抵抗を介すること
なく）接続する直結処理を行う。
【００３３】以上説明したプリチャージ処理と直結処理
を行うことによって、燃料電池２と電気負荷３とを接続
する際に、燃料電池２から電気負荷３に過大な電流が流
れて、電流経路中に故障が生じることを防止することが
できる。
【００３４】また、コントローラ４２は、上述したプリ
チャージ処理及び直結処理において、第１の開閉接点３
１、第２の開閉接点３２、及び第３の開閉接点３３の故
障検知を行う。
【００３５】先ず、プリチャージ処理において、コント
ローラ４２は、第３の開閉接点３３を閉成したときの電
源電圧検出器４１の検出電圧の上昇の有無を確認する。
第３の開閉接点３３を閉成したときに、第１の開閉接点
３１が開成状態であれば、平滑コンデンサ２１は充電さ
れないために電源電圧検出器４１の検出電圧は上昇しな
い。
【００３６】一方、第３の開閉接点３３を閉成したとき
に、第１の開閉接点３１が閉故障状態にあったときに
は、平滑コンデンサ２１が充電されるため、電源電圧検
出器４１の検出電圧は上昇する。そこで、コントローラ
４２は、電源電圧検出器４１の検出電圧の上昇を検知し
たときには、第１の開閉接点３１の閉故障状態にあると
判断して故障報知（運転席のディスプレイへのエラー表
示やブザーの鳴動等）を行う。
【００３７】また、プリチャージ処理において、コント
ローラ４２は、第３の開成接点３３を閉成し、続いて第
１の開成接点３１を閉成したときの電源電圧検出器４１
の検出電圧の上昇の有無を確認する。コントローラ４２
が第１の開閉接点３１と第３の開閉接点３３を閉成する
制御信号を出力したときに、第１の開閉接点３１と第３
の開閉接点３３が共に正常に作動して閉成されれば、平
滑コンデンサ２１が充電されるために電源電圧検出器４
１の検出電圧が上昇する。
【００３８】一方、第１の開閉接点３１と第３の開閉接
点３３のうちの少なくともいづれか一方が開故障状態に
あるときには、平滑コンデンサ２１が充電されないた
め、電源電圧検出器４１の検出電圧は上昇しない。そこ
で、コントローラ４２は、電源電圧検出器４１の検出電
圧の上昇を検知したときには、第１の開閉接点３１と第
３の開閉接点３３とのうちの少なくともいずれか一方が
開故障状態にあると判断して故障報知を行う。
【００３９】また、上述した直結処理において、コント
ローラ４２は、第３の開閉接点を開成して第２の開閉接
点３２を閉成したときに、電池電圧検出器４０の検出電
圧（Ｖ1）と電源電圧検出器４１の検出電圧（Ｖ2）が等
しくなるか否かを確認する。
【００４０】コントローラ４２が第２の開閉接点３２を
閉成する制御信号を出力したときに、第２の開閉接点３
２が正常に作動して閉成状態となれば、第１の開成接点
３１は既に閉成された状態にあるので、電池電圧検出器
４０と電源電圧検出器４１の正側及び負側の端子同士が
導通状態となるため、電池電圧検出器４０の検出電圧
（Ｖ1）と電源電圧検出器４１の検出電圧（Ｖ2）は等し
くなる。
【００４１】一方、第２の開閉接点３２が開故障状態で
あるときには、電池電圧検出器４０と電源電圧検出器４
１の正側の端子が導通状態とならないため、電池電圧検
出器４０の検出電圧（Ｖ1）と電源電圧検出器４１の検
出器（Ｖ2）は等しくならない。そこで、コントローラ
４２は、電池電圧検出器４０の検出電圧（Ｖ1）と電源
電圧検出器４１の検出電圧（Ｖ2）が異なるときに、第
２の開閉接点３２が開故障状態にあると判断して故障報
知を行う。
【００４２】なお、本実施の形態では、本発明の電池と
して燃料電池を示したが、電気自動車の車体から絶縁し
て搭載される電池と電気負荷を接続する場合であれば、
他の種類の電池であっても、本発明の適用が可能であ
る。
【００４３】また、本実施の形態では、本発明の第１の
開閉手段、第２の開閉手段、及び第３の開閉手段として
リレー接点を用いたが、トランジスタやＦＥＴ等の無接
点の開閉手段を用いる場合であっても、本発明の適用が
可能である。
【００４４】また、本実施の形態では、上述したプリチ
ャージ処理及び直結処理において、開閉接点の故障の有
無を検知する処理を行ったが、該処理を行わない場合で
あっても、本発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気自動車に備えられた燃料電池と電気負荷と
を接続する本発明の電源接続装置の回路構成図。
【図２】電気自動車に備えら得た燃料電池と電気負荷と
を接続する従来の電源接続装置の回路構成図。
【符号の説明】
１…電気自動車の電源接続装置、２…燃料電池、３…電
気負荷、１１…燃料電池の正極、１２…燃料電池の負
極、１３，１４…燃料電池の静電容量、２１…平滑コン
デンサ、２２，２３…電気負荷の静電容量、２４…電気
負荷の正側の電源ライン、２５…電気負荷の負側の電源
ライン、３１…第１の開閉接点、３２…第２の開閉接
点、３３…第３の開閉接点、３４…電流制限用抵抗、４
０…電池電圧検出器、４１…電源電圧検出器、４２…コ
ントローラ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】車体から絶縁して設けられた電池と、車体
    から絶縁して設けられて直流電源ライン間に平滑コンデ
    ンサが接続された電気負荷とを備えた電気自動車におい
    て、該電池と該電気負荷とを接続する方法であって、 前記電池の正極を電流制限用抵抗を介して前記電気負荷
    の正側の電源ラインと接続した後、前記電池の負極を前
    記電気負荷の負側の電源ラインと接続して、前記電池の
    正極から前記電流制限用抵抗を介して前記電気負荷の正
    側の電源ラインに供給される電流により前記平滑コンデ
    ンサを充電するプリチャージ処理と、 該プリチャージ処理の終了後、前記電池の負極を前記電
    気負荷の負側の電源ラインに接続すると共に、前記電池
    の正極を前記電流制限用抵抗を介さずに前記電気負荷の
    正側の電源ラインと接続する直結処理とを行って、前記
    電池と前記電気負荷とを接続することを特徴とする電気
    自動車における電源接続方法。
  2. 【請求項２】前記電気自動車は、前記電気負荷の正負の
    電源ライン間の電圧を検出する電源電圧検出手段と、前
    記電池の負極と前記電気負荷の負側の電源ライン間の導
    通／遮断を切り替える第１の開閉手段と、前記電池の正
    極と前記電気負荷の正側の電源ライン間の導通／遮断を
    切り替える第２の開閉手段と、前記第２の開閉手段と並
    列に接続された第３の開閉手段と電流制限用抵抗とから
    なる直列回路とを備え、 前記プリチャージ処理を前記第３の開閉手段を閉成した
    後に前記第１の開閉手段を閉成して行った後、前記直結
    処理を前記第３の開閉手段を開成すると共に前記第２の
    開閉手段を閉成して行い、 前記プリチャージ処理において、前記第３の開閉手段を
    閉成する制御を行なったときに前記電源電圧検出手段の
    検出電圧が上昇したときには、前記第１の開閉手段が閉
    故障していると判断することを特徴とする請求項１記載
    の電気自動車における電源接続方法。
  3. 【請求項３】前記電気自動車は、前記電気負荷の正負の
    電源ライン間の電圧を検出する電源電圧検出手段と、前
    記電池の負極と前記電気負荷の負側の電源ライン間の導
    通／遮断を切り替える第１の開閉手段と、前記電池の正
    極と前記電気負荷の正側の電源ライン間の導通／遮断を
    切り替える第２の開閉手段と、前記第２の開閉手段と並
    列に接続された第３の開閉手段と電流制限用抵抗とから
    なる直列回路とを備え、 前記プリチャージ処理を前記第３の開閉手段を閉成した
    後に前記第１の開閉手段を閉成して行った後、前記直結
    処理を前記第３の開閉手段を開成すると共に前記第２の
    開閉手段を閉成して行い、 前記プリチャージ処理において、前記第１の開閉手段を
    閉成する制御を行ったときに前記電源電圧検出手段の検
    出電圧が上昇しなかったときには、前記第１の開閉手段
    と前記第３の開閉手段のうちの少なくともいずれか一方
    が開故障していると判断することを特徴とする請求項１
    記載の電気自動車における電源接続方法。
  4. 【請求項４】前記電気自動車は、前記電気負荷の正負の
    電源ライン間の電圧を検出する電源電圧検出手段と、前
    記電池の出力電圧を検出する電池電圧検出手段と、前記
    電池の負極と前記電気負荷の負側の電源ライン間の導通
    ／遮断を切り替える第１の開閉手段と、前記電池の正極
    と前記電気負荷の正側の電源ライン間の導通／遮断を切
    り替える第２の開閉手段と、前記第２の開閉手段と並列
    に接続された第３の開閉手段と電流制限用抵抗とからな
    る直列回路とを備え、 前記プリチャージ処理を前記第３の開閉手段を閉成した
    後に前記第１の開閉手段を閉成して行った後、前記直結
    処理を前記第３の開閉手段を開成すると共に前記第２の
    開閉手段を閉成して行い、 前記直結処理において、前記第２の開閉手段を閉成する
    制御がなされたときに前記電源電圧検出手段の検出電圧
    と前記電池電圧検出手段の検出電圧が異なったときに
    は、前記第２の開閉手段が開故障していると判断するこ
    とを特徴とする請求項１記載の電気自動車における電源
    接続方法。
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