JP2013257963A

JP2013257963A - 安全装置

Info

Publication number: JP2013257963A
Application number: JP2012131743A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sato; 武佐藤
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-12-26

Abstract

【課題】直流電流を安定して確実に遮断することができる安全装置を提供する。
【解決手段】安全装置１は、直流電源４１と抵抗２２との間に配置される温度ヒューズ４３２と、温度ヒューズ４３２に対して並列接続するコンデンサ４３７及び電流ヒューズ４３６と、を備える。温度ヒューズ４３６が溶断して電流を遮断すると、抵抗２２に流れていた電流がコンデンサ４３７及び電流ヒューズ４３６に転流し、電流ヒューズ４３６が溶断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異常時に直流電流を遮断する安全装置に関する。

特許文献１は、直流電源に直列接続する主回路に第１スイッチを設け、主回路に対して並列接続する並列回路にコンデンサ及び第２スイッチを設けた回路遮断装置を開示している。

この回路遮断装置では、第２スイッチよりも第１スイッチを先に開極させてアーク電流をコンデンサに吸収させ、この間に第２スイッチを開極することで、直流電流を遮断している。

特開２００４−１１１３１２号公報

しかしながら、上記従来技術では、接点を摺動させて第１及び第２スイッチを開極させる構成のため、スティックスリップ現象を伴う場合があり、第２スイッチにおいてこのスティックスリップ現象が生じると、直流電流を安定して確実に遮断するのが難しいという問題があった。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、直流電流を安定して確実に遮断することができる安全装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、直流電源から負荷に流れる直流電流を遮断する安全装置であって、前記直流電源と前記負荷との間に配置される遮断装置と、前記遮断装置に対して並列接続するコンデンサ及び電流ヒューズと、を備え、前記遮断装置が電流を遮断すると、前記負荷に流れていた電流が前記コンデンサ及び前記電流ヒューズに転流し、前記電流ヒューズが溶断する、ことを特徴とする安全装置が提供される。

上記態様によれば、コンデンサが充電されている間に電流ヒューズが溶断することによって直流電流が遮断されるので、スティックスリップ現象が生じることはなく、直流電流を安定して確実に遮断することができる。

本発明の第１実施形態に係る安全装置を備えたヒータ装置の全体構成図である。電流遮断時の動作を説明するための図である。電流遮断時の動作を説明するための図である。電流遮断時の動作を説明するための図である。本発明の第２実施形態に係る安全装置の回路図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る安全装置４３を備えたヒータ装置１の全体構成図である。ヒータ装置１は、電気自動車に搭載され、車室内の暖房に利用される。ヒータ装置１は、ヒータ２、温水を循環させるヒータ回路３及びヒータ２を駆動する電源回路４を備える。以下、各構成について説明する。

ヒータ２は、シーズヒータ又はＰＴＣヒータ等の電気ヒータ（コスト面から好ましくはシーズヒータ）である。ヒータ２は、温水を蓄える温水タンク２１と、温水タンク２１内に配置される抵抗２２とを備え、抵抗２２の通電時に発生する熱によって温水タンク２１内の温水を加熱する。

ヒータ回路３は、ヒータ２、ヒータコア３１、気液分離器３２及び電動ウォータポンプ３３が温水通路３４で接続された回路である。

ヒータコア３１は、ヒータ２の下流側に接続され、空調装置のダクト５内に配置されている。ヒータ２によって加熱された温水をヒータコア３１に流すと、ダクト５内を流れる空気と温水との間で熱交換が行われ、空気が加熱される。加熱された空気は、ダクト５を通って車室内へと送られ、これによって車室の暖房が行われる。ヒータコア３１の入口に設けられるエアミックスドア６は、ヒータコア３１に流れる空気の量を調整するためのドアである。

気液分離器３２は、ヒータコア３１の下流側に接続され、温水を気液分離し、液相の温水のみを電動ウォータポンプ３３へと送る。気液分離を行うのは、電動ウォータポンプ３３に水蒸気や空気が入り込むと、電動ウォータポンプ３３の効率が低下するからである。

電動ウォータポンプ３３は、気液分離器３２の下流側に接続され、空調装置を（暖房）運転する際に駆動され、温度の下がった温水をヒータ２へと圧送する。

電源回路４は、直流電源４１、負荷出力制限器（ＩＧＢＴ）４２、安全装置４３及び制御装置４４を備える。

直流電源４１は、出力電圧が３５０Ｖの強電バッテリである。

安全装置４３は、正常時はヒータ２への通電を許容するが、異常時にヒータ２への通電を強制的に遮断する装置である。異常時とは、例えば、温水タンク２１内の温水の温度が上限温度よりも高くなった場合である。

安全装置４３は、直流電源４１に負荷出力制限器４２を介して直列に接続される主回路４３１、及び、主回路４３１に対して並列接続される並列経路４３５を備える。

主回路４３１には、温度ヒューズ４３２とヒータ２の抵抗２２とが直列に設けられる。温度ヒューズ４３２は、温水タンク２１の上面に取り付けられおり、温水タンク２１内の温水から受ける熱によって温度ヒューズ４３２の温度が定格温度よりも高くなると溶断する。

並列回路４３５には、電流ヒューズ４３６とコンデンサ４３７とが直列に設けられる。すなわち、電流ヒューズ４３６及びコンデンサ４３７は、温度ヒューズ４３２及び抵抗２２に対して並列接続している。電流ヒューズ４３６は、定格以上の電流が流れると溶断するヒューズである。なお、特に図示しないが、電流ヒューズ４３６及びコンデンサ４３７を抵抗２２に対して直列に接続させてもよい。この場合には、電流ヒューズ４３６及びコンデンサ４３７が温度ヒューズ４３２に対して並列接続され、抵抗２２が、温度ヒューズ４３２、電流ヒューズ４３６及びコンデンサ４３７に対して直列接続される。

コンデンサ４３７の容量は、温度ヒューズ４３２の溶断時間（温度ヒューズ４３２が電流を遮断し初めてから完全に溶断するまでに要する時間）によって決定され、直流電源４１によってコンデンサ４３７の充電を完了するのに要する時間（以下、「充電完了時間」）が温度ヒューズ４３２の溶断時間よりも長くなるように設定される。また、電流ヒューズ４３６の溶断特性は、電流ヒューズ４３６に通電が開始されてから溶断するまでの時間がコンデンサ４３７の充電完了時間よりも短くなるように設定される。

制御装置４４は、コントローラ及びアンプで構成され、温水タンク２１に取り付けられた温度センサ４５から温水の温度を取得し、車両の空調装置が暖房動作中かつ温水の温度が目標とする温度よりも低い場合は負荷出力制限器４２によって直流電源４１を主回路４３１に接続し、ヒータ２を駆動する。逆に、車両の空調装置が暖房停止中、又は、車両の空調装置が暖房動作中であっても温水の温度が目標とする温度よりも高い場合は、負荷出力制限器４２によって直流電源４１を主回路４３１から切り離し、ヒータ２の駆動を停止する。

ヒータ装置１は以上のように構成され、車両の空調装置が暖房動作中は、直流電源４１によってヒータ２が駆動される。そして、ヒータ装置１に何らかの異常が発生し、温水タンク２１内の温水の温度が上限温度よりも高くなった場合には、安全装置４３が作動し、直流電流が遮断され、ヒータ装置１が強制的に停止する。

図２Ａ〜図２Ｃは、安全装置４３の動作を説明するための図である。

正常状態では、主回路４３１の抵抗が並列回路４３５の抵抗に比べて極小であるため、図２Ａに示すように、直流電源４１からの電流は主回路４３１側に流れ、並列回路４３５側には流れない。

ヒータ装置１に何らかの異常が発生し、温水タンク２１内の温水の温度が上限温度よりも高くなり、温度ヒューズ４３２が定格温度よりも高くなると、まず、温度ヒューズ４３２が溶断する。これにより、主回路４３１の抵抗が無限大となり、図２Ｂに示すように、電流は並列回路４３５側、すなわち、コンデンサ４３７及び電流ヒューズ４３６に転流される。コンデンサ４３７が充電されている間は、主回路４３１側の温度ヒューズ４３２の溶断した接点間にアーク電流が流れず、また、コンデンサ４３７の充電完了時間よりも短い時間で温度ヒューズ４３２が完全に溶断するので、温度ヒューズ４３２の溶断は確実に行われる。

そして、コンデンサ４３７の容量及び電流ヒューズ４３６の溶断特性の関係により、電流ヒューズ４３６はコンデンサ４３７の充電が完了する前に溶断する（図２Ｃ）。これによって主回路４３１及び並列回路４３５を流れる電流が遮断され、ヒータ装置１が強制的に停止する。

電流ヒューズ４３６の接点距離は温度ヒューズ４３２に比べて長く、また、ヒューズ内にシリカゲル等が封入されているので、電流ヒューズ４３６が溶断するときのアーク放電の発生は抑えられ、電流ヒューズ４３６の溶断も確実に行われる。

このように、本実施形態によれば、コンデンサ４３７が充電されている間に電流ヒューズ４３６が溶断することで直流電流が遮断されるので、スティックスリップ現象が生じることはなく、直流電流を安定して確実に遮断することができる。

また、温度ヒューズ４３２及び電流ヒューズ４３６の溶断は制御装置４４が関与することなく自発的、自動的に起こるので、外部の制御装置が不要である。

また、安全装置４３の構成は簡易であり、高いレイアウト自由度を実現するとともに、装置のコストを低減することができる。

＜第２実施形態＞
図２は第２実施形態に係る安全装置４３の回路図である。

第２実施形態に係る安全装置４３は、温度ヒューズ４３２に代えてバイメタルスイッチ４３３を主回路に備えている。

バイメタルスイッチ４３３は、温水タンク２１の上面に設置されるバイメタル４３３１と、バイメタル４３３１の変形を受けて開閉する接点４３３２とで構成される。バイメタル４３３１の臨界温度は、温水タンク２１内の温水の温度が上限温度よりも高くなるとバイメタル４３３１が変形するように設定される。

また、コンデンサ４３７の容量は、バイメタルスイッチ４３３の開極時間（電流を遮断し初めてから完全に開極するまでに要する時間）に応じて設定され、コンデンサ４３７の充電完了時間がバイメタルスイッチ４３３の開極時間よりも長くなるように設定される。

これにより、正常時は電流が主回路４３１側に流れるが、温水タンク２１の温水の温度が上限温度よりも高くなるとバイメタルスイッチ４３３が開極し、電流が並列回路４３５側に転流される、コンデンサ４３７が充電されている間は、主回路４３１側のバイメタルスイッチ４３３の接点間にアーク電流は流れない。そして、コンデンサ４３７の充電が完了するまでに電流ヒューズ４３６が溶断し、主回路４３１及び並列回路４３５を流れる電流が遮断され、ヒータ装置１が強制的に停止する。

この第２実施形態によっても、第１実施形態と同様に、スティックスリップ現象が生じることはなく、直流電流を安定して確実に遮断することができる。外部の制御装置が不要である点、装置構成が簡易である点も第１実施形態と同様である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では温度ヒューズ４３２又はバイメタル４３３１を温水タンク２１の上面に設置しているが、これらを温水タンク２１内の抵抗２２の近くに設置して、抵抗２２から直接もしくは伝熱ブラケット等により間接的に熱を受けるようにし、抵抗２２自身の温度が上限温度よりも高くなった場合に、安全装置４３が作動し、直流電流を遮断するように構成してもよい。

また、主回路４３１に設けられる温度ヒューズ４３２又はバイメタルスイッチ４３３の代わりに温水タンク２１の水位が所定レベルよりも低くなった場合に開極するフロートスイッチを設けてもよい。

また、本実施形態では、ヒータ２を暖房運転に使用する場合について説明したが、ヒータ２を使用する場面については特に限定されない。例えば、中間温度帯（１０〜２０°）での温調運転時に、冷房用のエバポレータと共にヒータ２を駆動させてもよい。

４１直流電源
２２抵抗（負荷）
４３安全装置
４３２温度ヒューズ（遮断装置）
４３６電流ヒューズ
４３７コンデンサ
４３３バイメタルスイッチ（遮断装置）

Claims

直流電源から負荷に流れる直流電流を遮断する安全装置であって、
前記直流電源と前記負荷との間に配置される遮断装置と、
前記遮断装置に対して並列接続するコンデンサ及び電流ヒューズと、
を備え、前記遮断装置が電流を遮断すると、前記負荷に流れていた電流が前記コンデンサ及び前記電流ヒューズに転流し、前記電流ヒューズが溶断する、
ことを特徴とする安全装置。
請求項１に記載の安全装置であって、
前記電流ヒューズに通電が開始されて前記電流ヒューズが溶断するまでの時間は、前記直流電源による前記コンデンサの充電が完了するまでの時間よりも短い、
ことを特徴とする安全装置。
請求項１又は２に記載の安全装置であって、
前記遮断装置と前記負荷とは直列接続しており、
前記コンデンサ及び前記電流ヒューズは前記遮断装置及び前記負荷に対して並列接続している、
ことを特徴とする安全装置。
請求項１又は２に記載の安全装置であって、
前記遮断装置と前記負荷とは直列接続しており、
前記コンデンサ及び前記電流ヒューズは前記負荷に対して直列接続している、
ことを特徴とする安全装置。
請求項１から４のいずれか一つに記載の安全装置であって、
前記遮断装置は、前記負荷からの熱を直接又は間接に受けて溶断する温度ヒューズである、
ことを特徴とする安全装置。
請求項１から４のいずれか一つに記載の安全装置であって、
前記遮断装置は、前記負荷からの熱を直接又は間接に受けて開極するバイメタルスイッチである、
ことを特徴とする安全装置。
請求項６に記載の安全装置であって
前記バイメタルスイッチは、前記負荷からの熱を直接又は間接に受けて変形するバイメタルと、前記バイメタルの変形を受けて開極する接点とで構成される、
ことを特徴とする安全装置。
請求項１から４のいずれか一つに記載の安全装置であって、
前記負荷は、温水タンク内の温水を加熱するヒータの抵抗であり、
前記遮断装置は、前記温水タンク内の温水の量が下限値まで下がったら開極するスイッチである、
ことを特徴とする安全装置。