車両用の電源装置
【課題】回路構成を極めて簡単にしながら、熱暴走を確実に防止する。
【解決手段】車両用の電源装置は、複数の電池１と温度検出回路２と異常温度上昇阻止回路３を備える。温度検出回路２は、複数の温度センサー４の電気抵抗の変化を電圧変換回路５で検出して、電圧変換回路５の出力電圧をＡ／Ｄコンバータ６でデジタル信号に変換し、温度信号として制御回路７に入力する。異常温度上昇阻止回路３は、温度検出回路３の電圧変換回路５から出力される出力電圧を基準電圧２１と比較して、電池１が設定温度に上昇すると異常温度信号を出力するコンパレータ８と、このコンパレータ８に接続されて、コンパレータ８の異常温度信号を検出して電池１の電流を遮断する強制電流遮断回路１０とを備える。電源装置は、制御回路７と異常温度上昇阻止回路３が電池１の温度を監視して、電池１の電流を遮断する。
【解決手段】車両用の電源装置は、複数の電池１と温度検出回路２と異常温度上昇阻止回路３を備える。温度検出回路２は、複数の温度センサー４の電気抵抗の変化を電圧変換回路５で検出して、電圧変換回路５の出力電圧をＡ／Ｄコンバータ６でデジタル信号に変換し、温度信号として制御回路７に入力する。異常温度上昇阻止回路３は、温度検出回路３の電圧変換回路５から出力される出力電圧を基準電圧２１と比較して、電池１が設定温度に上昇すると異常温度信号を出力するコンパレータ８と、このコンパレータ８に接続されて、コンパレータ８の異常温度信号を検出して電池１の電流を遮断する強制電流遮断回路１０とを備える。電源装置は、制御回路７と異常温度上昇阻止回路３が電池１の温度を監視して、電池１の電流を遮断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両を走行させるモーターを駆動する走行用バッテリを備える車両用又は負荷を駆動する電気機器の電源装置に関し、とくに、電池の電池温度を検出する温度検出回路を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両を駆動するモーターに電力を供給する走行用バッテリは、二次電池である多数の素電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。自動車を走行させるために、モーターが大きな出力を必要とするからである。この電源装置は、自動車をモーターで急加速して大電流で放電させるとき、あるいは長い坂道を回生制動しながら走行して素電池が大電流で満充電近くまで充電されるときに、あるいは外気温度が異常に高くなって、環境温度が高くなるとき等に、素電池の温度が高くなる。
【０００３】
さらに、車両用の電源装置は、出力電圧を例えば２００〜４００Ｖと高くするために、１００個以上と極めて多数の素電池を直列に接続している。多数の素電池を直列に接続して充放電させると、全ての素電池に同じ電流が流れる。しかしながら、全ての素電池が均一に劣化するわけではない。いずれか特定の素電池のみが劣化することがある。製造工程におけるバラツキ、使用される温度等の外的環境の相違等で、各々の素電池は全く同じようには劣化しない。いずれかの素電池が劣化して、実質的に満充電できる容量が小さくなると、他の素電池と同じように充放電されても、過充電あるいは過放電された状態となって、電池温度が高くなり、さらに劣化が進行する。
【０００４】
走行用バッテリの素電池には、例えば、ニッケル水素電池が使用されるが、いずれの二次電池も、温度が高くなると電気特性が低下し、さらに温度が高くなると熱暴走して急激に劣化する。この弊害を防止するために、車両用の電源装置は、各々の素電池の温度を検出している。いずれかの素電池の温度が、例えば８０℃よりも高くなると、熱暴走を起こすと判定して、走行用バッテリの出力側に接続しているコンタクターをオフに切り換えて電流を遮断して、温度上昇による弊害を防止している。
【０００５】
このことを実現するために、従来の電源装置は、各々の素電池の表面に、温度センサーであるＰＴＣを接触するように固定している（特許文献１参照）。各々の素電池に固定している多数のＰＴＣは互いに直列に接続されて、温度検出回路の入力側に接続される。ＰＴＣは、設定温度よりも高温になると電気抵抗が急激に大きくなる。このため、温度検出回路は、多数のＰＴＣを直列に接続している直列回路のトータルの電気抵抗を検出して、いずれかの素電池の温度がＰＴＣの設定温度よりも高くなったことを検出できる。素電池の温度が設定温度よりも高くなると、ＰＴＣの直列回路の電気抵抗が大きくなるからである。
【特許文献１】特開平１０−２７００９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしなから、多数のＰＴＣを直列に接続して、その電気抵抗を検出する温度検出回路は、素電池の温度を正確に検出できない。それは、全てのＰＴＣの温度特性を均一に揃えることが難しいからである。たとえば、電気抵抗が急激に増加する設定温度の誤差が１０％であるＰＴＣを多数使用して、各々の素電池の温度を検出する回路は、全ての素電池の温度が、正確に設定温度を越えたことを検出できない。さらに、多数のＰＴＣを直列に接続して、そのトータルの電気抵抗を検出する温度検出回路は、直列に接続するＰＴＣの個数が増加するほど、正確に素電池の温度を検出するのが難しくなる。それは、いずれかのＰＴＣの電気抵抗が増加しても、電気抵抗が増加する割合が少なくなるからである。
【０００７】
本出願人は、このような従来の欠点を解決することを目的に、図１に示す回路構成の電源装置を開発した（特願２００４−７７３１８）。この電源装置は、負荷を駆動する電池９１と、この電池９１の温度を検出する温度検出回路９２とを備える。電池９１は、互いに直列又は並列に接続している複数の素電池９３を備えている。温度検出回路９２は、素電池９３に熱結合するように配設されて、電池温度が高くなると電気抵抗が減少する複数の温度センサー９４と、各々の温度センサー９４に一端を接続して他端を電源９９に接続して、温度センサー９４の電気抵抗で接続点９６の電圧を変化させる直列抵抗９５と、各々の温度センサー９４の接続点９６に接続している第１ダイオード９８とを備えている。第１ダイオード９８は、接続点９６に向かって通電する方向に接続している。この電源装置は、いずれかの電池温度が設定温度よりも高くなると、この電池に熱結合している温度センサー９４の電気抵抗が低くなって接続点９６の電圧が降下する。このため、接続点９６の電圧が設定値よりも低くなると、電池が熱暴走するとして電流を遮断する。
【０００８】
この図の電源装置は、電池の温度を高い精度で検出して電池の熱暴走を防止できる。また、温度センサーの個数が増加しても、各々の電池の温度を検出する精度を低下させることなく正確に検出できる。しかしながら、この電源装置は、電池の熱暴走を防止するために、専用の回路を必要とする。このため、熱暴走を阻止するための回路のコストが高くなる欠点がある。
【０００９】
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、電池の熱暴走を阻止するための回路構成を極めて簡単にしながら、熱暴走を確実に防止できる車両用の電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の電源装置は、モーター１９を駆動する複数の電池１と、電池１の温度を検出する温度検出回路２と、電池１の異常温度上昇を阻止する異常温度上昇阻止回路３を備える。温度検出回路２は、電池１に熱結合するように配設されて、電池温度で電気抵抗を変化させる複数の温度センサー４と、各々の温度センサー４の電気抵抗の変化を電圧変化に変換する電圧変換回路５と、電圧変換回路５の出力電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ６と、このＡ／Ｄコンバータ６から出力される温度信号が入力される制御回路７とを備える。異常温度上昇阻止回路３は、温度検出回路３の電圧変換回路５から出力される出力電圧を基準電圧２１と比較して、電池１が設定温度に上昇すると異常温度信号を出力するコンパレータ８と、このコンパレータ８に接続されて、コンパレータ８の異常温度信号を検出して電池１の電流を遮断する強制電流遮断回路１０とを備える。電源装置は、制御回路７と異常温度上昇阻止回路３が電池１の温度を監視して、電池１の電流を遮断する。
【００１１】
本発明の車両用の電源装置は、通常の状態では、温度検出回路２の制御回路７が、Ａ／Ｄコンバータ６を介して電圧変換回路５から出力されるデジタル信号で以って電池温度を検出し、制御回路７が正常でないときは、電池温度が設定温度よりも高くなると、異常温度上昇阻止回路３のコンパレータ８が異常温度信号を出力することができる。
【００１２】
本発明の車両用の電源装置は、異常温度信号が出力されると強制電流遮断回路１０が電池１の電流を遮断することができる。
【００１３】
本発明の車両用の電源装置は、異常温度上昇阻止回路３が、電池１の異常温度を検出するコンパレータ８と、温度センサー回路１５の短絡を検出して、温度センサー回路１５が短絡すると短絡信号を出力する短絡コンパレータ９を備えることができる。コンパレータ８と短絡コンパレータ９は、強制電流遮断回路１０に接続される。強制電流遮断回路１０は、コンパレータ８から異常温度信号が入力され、かつ短絡コンパレータ９から短絡信号が入力されない状態では電池１の電流を遮断し、短絡コンパレータ９から強制電流遮断回路１０に短絡信号が出力されると、電池１の電流を遮断しないようにする。
【００１４】
コンパレータ８は、電池１が設定温度以上になると”Ｈｉｇｈ”の異常温度信号を出力し、短絡コンパレータ９は温度センサー回路１５が短絡すると”Ｌｏｗ”の短絡信号を出力するコンパレータとすることができる。コンパレータ８と短絡コンパレータ９の出力はＡＮＤ回路２３を介して強制電流遮断回路１０に入力され、ＡＮＤ回路２３が強制電流遮断回路１０に”Ｈｉｇｈ”を出力する状態で、電池１の電流を遮断する。
【００１５】
温度センサー４は、電池温度が高くなると電気抵抗が小さくなる温度素子とすることができる。
【００１６】
電圧変換回路５は、温度センサー４と直列に接続された直列抵抗１２と、この直列抵抗１２と温度センサー４との直列回路に電圧を供給する電源１３とで構成することができる。
【００１７】
さらに、本発明の車両用の電源装置は、温度検出回路２を複数個備えて、各温度検出回路２に１対となるコンパレータ８及び短絡コンパレータ９を備えることができる。この電源装置は、短絡コンパレータ９から短絡信号が判定されていない１ないし複数の温度検出回路２のコンパレータ８の判定のうち、少なくとも１回路が設定以上に達した場合に電池の電流を遮断することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の車両用の電源装置は、電池の熱暴走を阻止するための回路構成を極めて簡単にしながら、熱暴走を確実に防止できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、電池の温度を検出する温度検出回路と、電池の熱暴走を阻止する異常温度上昇阻止回路とを備えており、温度検出回路が、電池に配設された複数の温度センサーの電気抵抗の変化を電圧変換回路で電圧変化に変換して温度信号として入力される制御回路を備えると共に、異常温度上昇阻止回路が、温度検出回路の電圧変換回路から出力される出力電圧をコンパレータで基準電圧と比較して、電池が設定温度に上昇するとコンパレータの異常温度信号を検出して電池の電流を遮断する強制電流遮断回路を備えており、制御回路と異常温度上昇阻止回路が電池の温度を監視して、電池の電流を遮断するからである。この構造の電源装置は、異常温度上昇阻止回路が、温度検出回路に既存の温度センサーを利用して、電池の異常温度を検出して電池の電流を遮断するので、電池の熱暴走を検出するための専用の温度検出回路を必要とせず、簡単な回路構成としながら、温度検出回路の制御回路と異常温度上昇阻止回路の両方で電池温度を監視して電池の熱暴走を確実に防止できる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項４の車両用の電源装置は、異常温度上昇阻止回路が、電池の異常温度を検出するコンパレータと、温度センサー回路の短絡を検出する短絡コンパレータとを備えており、温度センサー回路の短絡を検出して、温度センサー回路が短絡するときには、電池の電流を遮断しないように制御するので、温度検出回路が故障したときに電池の電流を遮断するのを確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【００２１】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２２】
図２に示す電源装置は、ハイブリッドカーに搭載されて、自動車を駆動するモーターに電力を供給する。ただし、本発明の電源装置は、電気自動車や電動フォークリフト、あるいは室内を走行して荷物を搬送する車両等の電源に使用される。図の電源装置は、車両を走行させるモーター１９を駆動する走行用の電池体１１と、この走行用の電池体１１の温度を検出する温度検出回路２と、電池体１１の熱暴走を阻止する異常温度上昇阻止回路３を備える。
【００２３】
電池体１１は、互いに直列又は並列に接続している複数の電池１を備えている。電池１は、素電池であってもいいし、複数の素電池を直列または並列に接続した電池モジュールであってもいい。
【００２４】
温度検出回路２は、電池１に熱結合するように配設されて、電池温度で電気抵抗を変化させる複数の温度センサー４と、各々の温度センサー４の電気抵抗の変化を電圧変化に変換する電圧変換回路５と、電圧変換回路５の出力電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ６と、このＡ／Ｄコンバータ６から出力される温度信号で電池１の充放電をコントロールする制御回路７とを備えている。
【００２５】
温度センサー４は、各々の電池１に熱結合するように配設される。温度センサー４は、全ての電池１の表面に、あるいは複数の電池１のいずれかに直接に接触して、あるいは熱伝導の優れた接着材、たとえばシリコン系の接着材等を介して熱結合するように配設される。たとえば、温度センサー４は、電池１の表面に接着して固定され、あるいは熱収縮チューブと電池１との間に配設されて、熱収縮チューブで電池１の表面に固定される。温度センサー４は、理想的には、ひとつの温度センサー４でひとつの電池１の温度を検出するように、全ての電池１に温度センサー４を熱結合して配設する。ただ、全ての電池の表面に温度センサーを配設することなく、温度センサーを電池の間に配設して、ひとつの温度センサーでふたつの電池の温度を検出することができる。また、熱伝導プレートを介して複数の電池にひとつの温度センサーを熱結合するように連結して、ひとつの温度センサーで複数の電池の温度を検出することもできる。
【００２６】
温度センサー４は、熱結合している電池１の温度が高くなると電気抵抗が減少するサーミスタ等の素子である。サーミスタは、素子のばらつきが極めて少なくなるように製造が可能である。このため、温度センサー４をサーミスタとする電源装置は、電池１の温度を極めて高い精度で正確に検出できる。温度センサー４は、温度が高くなると電気抵抗が減少する素子であって、サーミスタ以外の素子も使用できる。
【００２７】
電圧変換回路５は、温度センサー４と直列に接続された直列抵抗１２と、この直列抵抗１２と温度センサー４との直列回路に電圧を供給する電源１３とで構成される。各直列抵抗１２は、一端を温度センサー４に、他端を電源１３に接続している。直列抵抗１２と温度センサー４は直列に接続されているので、電池温度が高くなって温度センサー４の電気抵抗が減少すると、接続点１４の電圧は低下する。たとえば、電源電圧を５Ｖとし、電池温度が低い状態における温度センサー４の電気抵抗と直列抵抗１２の電気抵抗が等しいとき、接続点１４の電圧は２．５Ｖとなる。電池温度が高くなって、温度センサー４の電気抵抗が小さくなると、接続点１４の電圧は低下する。したがって、接続点１４の電圧を検出して、温度センサー４の電気抵抗、すなわち、電池温度を検出できる。
【００２８】
図の温度検出回路２は、各々の温度センサー４の出力信号を時分割に切り換えてデジタル信号に変換するために、Ａ／Ｄコンバータ６の入力側にマルチプレクサ１６を接続している。マルチプレクサ１６は、各々の接続点１４を順番に切り換えてＡ／Ｄコンバータ６に接続して、各々の接続点１４の電圧をＡ／Ｄコンバータ６に入力する。この温度検出回路２は、マルチプレクサ１６で、接続点１４を切り換えるので、ひとつのＡ／Ｄコンバータ６で複数の接続点１４の電圧をデジタル信号に変換できる。このマルチプレクサ１６は、制御回路７にコントロールされて入力を順番に切り換える。温度検出回路は、図示しないが、各々の接続点にＡ／Ｄコンバータを接続して、各々のＡ／Ｄコンバータで各々の接続点の電圧をデジタル信号に変換することもできる。
【００２９】
制御回路７は、Ａ／Ｄコンバータ６から入力される温度信号で電池１の充放電をコントロールする。たとえば、制御回路７は、電池１の温度が高くなるにしたがって、あるいは低くなるにしたがって、電池１の充放電電流の最大値を小さく制限するようにコントロールする。高温の電池、あるいは低温の電池が大電流で充放電されると、電気性能が低下するからであるが、このコントロールは、省略することもできる。さらに、制御回路７は、電池１の温度が設定温度まで上昇し、継続して充放電させて熱暴走に至らしめるような状態になると、電池１の充放電を、制御し、停止する。たとえば、制御回路７は、いずれかの電池１の温度が設定温度（例えば、８０℃）よりも高くなるときに、電池１が異常温度であるとして、電流を抑制（たとえば、電流を低下させて温度上昇を低下させる抑制制御）して、電池の熱暴走を防止する。それでも、電池１の温度上昇が続くなら、電池１の出力側に接続しているコンタクター１８をオフに切り換えて電流を遮断して、電池１の熱暴走を未然に防止する。
【００３０】
制御回路７は、メモリに記憶しているソフトウエアにしたがって動作して、電池１の充放電をコントロールする。制御回路７が正常に動作するかぎり、電池１の充放電は正常にコントロールされ、安全に、しかも電池１の劣化を防止しながら充放電できる。しかしながら、ソフトウエアで動作する制御回路７は、暴走し、あるいはフリーズして正常に動作しなくなることがある。この状態になると、電池１の充放電は正常にコントロールされなくなる。このように、制御回路７が正常に動作しないとき、以下の異常温度上昇阻止回路３が機能して、電池１の電流を遮断する。
【００３１】
異常温度上昇阻止回路３は、制御回路７が正常に動作しないときに、電池１の温度が異常温度の所定温度である温度まで上昇すると電流を強制的に遮断して、熱暴走を防止する。この所定温度は、前述の制御回路７において、電池の異常温度である設定温度よりも、１〜５℃、好ましくは２〜４℃高い温度に設定される。高く設定することにより、通常、制御回路７が正常に機能する場合は、電池１が熱暴走する異常温度となったとき、異常温度上昇阻止回路３が動作して機能するより前に、制御回路７にて異常温度を検出して電流を抑制（電流を低下させて温度上昇を低下させる抑制制御）して、電池の熱暴走を防止する。
そして、制御回路７は、上述のように、電流を低下させて抑制しても、電池１の温度上昇が続くなら、次の電流制御として、コンタクター１８をオフに切り換えて電流を遮断する。
制御回路７が正常に機能しない場合、例えば、マイコンを備える制御回路７でのソフト制御が失敗（マイコン暴走も含む）したときは、制御回路７での設定温度では制御されないことより、ハード機構である異常温度上昇阻止回路３で所定温度にて、電流制御として、コンタクター１８を開いて電流を遮断する。
【００３２】
この異常温度上昇阻止回路３は、温度検出回路２の電圧変換回路５から出力される出力電圧を基準電圧２１に比較して、電池１が設定温度に上昇すると異常温度信号を出力するコンパレータ８と、このコンパレータ８に接続されて、コンパレータ８の異常温度信号を検出して電池１の電流を遮断する強制電流遮断回路１０とを備えている。図の異常温度上昇阻止回路３は、コンパレータ８を備える複数の比較処理回路２０を備えている。
【００３３】
図２の電源装置は、複数の温度センサー４を備えるので、各々の温度センサー４で検出される電池温度で充放電を制御する。したがって、異常温度上昇阻止回路３は、各々の温度センサー４に接続している複数回路の比較処理回路２０、図の装置にあっては８回路の比較処理回路２０を備える。
【００３４】
各々の比較処理回路２０は、コンパレータ８の入力側を、電圧変換回路５の出力、すなわち温度センサー４と直列抵抗１２との接続点１４に接続している。図の電圧変換回路５は、接続点１４から出力側に保護用の入力抵抗１７（１ｋΩ）を接続しているが、この入力抵抗１７は、必ずしも接続する必要はない。
【００３５】
さらに、図２の異常温度上昇阻止回路３は、電池１の異常温度を検出するコンパレータ８に加えて、温度センサー回路１５の短絡を検出して、温度センサー回路１５が短絡すると短絡信号を出力する短絡コンパレータ９を備える。図に示す異常温度上昇阻止回路３は、各々の比較処理回路２０にコンパレータ８と短絡コンパレータ９とを備えている。
【００３６】
コンパレータ８は反転側の入力端子を接続点１４に接続して、非反転側の入力端子には第１基準電圧２１を入力している。このコンパレータ８は、電池１の温度が設定温度まで上昇して温度センサー４の電気抵抗が小さくなり、接続点１４の電圧が第１基準電圧２１よりも低くなると、出力を”Ｌｏｗ”から”Ｈｉｇｈ”に切り換える。第１基準電圧２１は、出力を”Ｈｉｇｈ”に切り換える温度、すなわち電池１の判定温度を決定する。第１基準電圧２１を低くすると、コンパレータ８が異常温度信号を出力する判定温度の設定値が高くなる。それは、電池１の判定温度が高くなって温度センサー４の電気抵抗の小さくなり、接続点１４の電圧が低くなるまで異常温度信号を出力しなくなるからである。したがって、電池１の充放電電流を遮断する判定温度は、第１基準電圧２１で最適値に設定できる。このコンパレータ８は、電池１の温度が判定温度よりも低いときに、”Ｌｏｗ”を出力する。電池１の温度が判定温度よりも高くなると”Ｈｉｇｈ”を出力する。したがって、このコンパレータ８は、異常温度信号として”Ｈｉｇｈ”を出力する。
【００３７】
第１基準電圧２１は、たとえば電池温度が異常温度の所定温度である最高温度（例えば、８０℃）になったときに、コンパレータ８が異常温度信号を出力する電圧に設定している。第１基準電圧２１は、ソフトウエアで動作する制御回路７が電池１の電流を遮断する温度よりも電池温度が高くなるときに、コンパレータ８が異常温度信号を出力するように設定される。たとえば、制御回路７が電流を遮断する電池温度よりも、１〜５℃、好ましくは２〜４℃高い温度で、コンパレータ８が異常温度信号を出力する電圧に設定される。
【００３８】
温度センサー４等に短絡が発生した場合や、温度センサー回路１５にオープン状態が発生した場合は、接続点１４の異常な電圧を制御回路７が検出している。異常温度上昇阻止回路３において、短絡コンパレータ９は、温度センサー回路１５が短絡していないことを検出する。つまり、短絡コンパレータ９は、上述のコンパレータ８にて異常を検出する場合において、短絡していない、正常な接続点１４の電圧を測定していることを検出する。短絡コンパレータ９は、プラス側の入力端子を接続点１４に接続して、マイナス側の入力端子を第２基準電圧２２に接続している。第２基準電圧２２は、第１基準電圧２１よりも低い電圧に設定している。温度センサー回路１５が短絡するときの接続点１４の電圧が、電池温度が設定温度になるときの電圧よりも低くなるからである。図の短絡コンパレータ９は、温度センサー回路１５の短絡を検出すると、出力を”Ｈｉｇｈ”から”Ｌｏｗ”に切り換える。したがって、短絡信号として”Ｌｏｗ”を出力する。
【００３９】
コンパレータ８と短絡コンパレータ９の出力は、ＡＮＤ回路２３を介して強制電流遮断回路１０に入力される。ＡＮＤ回路２３は、コンパレータ８と短絡コンパレータ９の両方から”Ｈｉｇｈ”が入力されるときに、”Ｈｉｇｈ”を出力して強制電流遮断回路１０に入力する。強制電流遮断回路１０は”Ｈｉｇｈ”が入力されるときに、電池１の電流を遮断する。コンパレータ８は異常温度信号として”Ｈｉｇｈ”を出力し、短絡コンパレータ９は短絡信号として”Ｌｏｗ”を出力する。したがって、ＡＮＤ回路２３が”Ｈｉｇｈ”を出力して電池１の電流を遮断するのは、コンパレータ８が異常温度信号を出力し、かつ短絡コンパレータ９が短絡信号ではない”Ｈｉｇｈ”を出力するときに限られる。コンパレータ８が異常温度信号として”Ｈｉｇｈ”を出力しても、短絡コンパレータ９が”Ｌｏｗ”の短絡信号を出力すると、ＡＮＤ回路２３の出力は”Ｌｏｗ”となる。したがって、短絡コンパレータ９が短絡信号を出力するときは、たとえコンパレータ８が異常温度信号の”Ｈｉｇｈ”を出力しても、強制電流遮断回路１０は電池１の電流を遮断しない。
【００４０】
図２に示す電源装置は、温度センサー回路１５の短絡を検出して、温度センサー回路１５が短絡するときには、異常温度上昇阻止回路３において、電池１の電流遮断を無視するように制御するが、温度センサー４等に開放及び短絡が発生した場合は、接続点１４の異常な電圧を、制御回路が検出している。ただし、本発明の電源装置は、必ずしも短絡コンパレータを装備する必要はなく、コンパレータの出力で強制電流遮断回路を制御することもできる。
【００４１】
強制電流遮断回路１０は、入力側にＯＲ回路２４を備える。ＯＲ回路２４は、入力側に各々の比較処理回路２０の出力を接続している。各々の比較処理回路２０の出力はＡＮＤ回路２３を介してＯＲ回路２４に入力される。強制電流遮断回路１０は、いずれかの比較処理回路２０から異常温度信号の”Ｈｉｇｈ”がＯＲ回路２４に入力されると、電池体１１と負荷であるモーター１９との間に接続しているコンタクター１８をオフに切り換えて電池１の電流を遮断する。
【００４２】
本発明の電源装置は、異常温度上昇阻止回路を図２の回路構成には特定しない。たとえば、図３に示すように、コンパレータ３８のプラス側に第１基準電圧３１を入力し、短絡コンパレータ３９のプラス側に第２基準電圧３２を入力することもできる。図３の異常温度上昇阻止回路３３は、短絡コンパレータ３９の出力側に反転回路３５を接続して、”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”を反転して、ＡＮＤ回路３３に入力する。
【００４３】
さらに、図４の異常温度上昇阻止回路４０は、コンパレータ４８の出力側に、温度センサー回路の短絡を検出するとオフに切り換えられるスイッチ４５を接続している。この異常温度上昇阻止回路４０は、短絡コンパレータ４９が温度センサー回路の短絡を検出して、短絡信号を出力すると、この短絡信号でスイッチ４５をオフに切り換える。したがって、温度センサー回路が短絡すると、コンパレータ４８が異常温度信号の”Ｈｉｇｈ”を出力しても、強制電流遮断回路は電池の電流を遮断しない。
【００４４】
さらに、車両用の電源装置は、図５に示すように、複数の温度検出回路５２を備えて、電池体５１１の複数の電池５１を複数のブロックに分割して監視することができる。なお、この実施例において、前述の図２に示す電源装置と同じ構成要素については、上１桁を除く下桁に、図２の実施例と同符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
図５に示す電源装置は、電池体５１１を２つのブロックに分けて、各ブロックに温度検出回路５２を設けている。各温度検出回路５２は、電池５１に熱結合するように配置された温度センサー５４の電気抵抗の変化を電圧変換回路５５で電圧変化に変換して、電圧変換回路５５の出力電圧をＡ／Ｄコンバータ５６でデジタル信号に変換して制御回路５７に出力している。さらに、各温度検出回路５２の電圧変換回路５５は、それぞれ異常温度上昇阻止回路５３に接続している。各異常温度上昇阻止回路５３は、電圧変換回路５５の出力を、１対となるコンパレータ５８及び短絡コンパレータ５９に入力している。コンパレータ５８と短絡コンパレータ５９は強制電流遮断回路５１０に接続されており、短絡コンパレータ５９から短絡信号が判定されていない状態で、コンパレータ５８から異常温度信号が出力されると、強制電流遮断回路５１０が電池５１の電流を遮断する。この電源装置は、１ないし複数のコンパレータ５８の判定のうち、少なくとも１回路が設定以上に達した場合に電池の電流を遮断する。以上の電源装置は、複数の温度検出回路５２の制御回路５７と複数の異常温度上昇阻止回路５３の両方で電池５１を監視して、いずれかの回路が異常温度を検出すると、電池５１の電流を遮断する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本出願人が先に出願した電源装置の回路図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の回路図である。
【図３】異常温度上昇阻止回路の他の一例を示す回路図である。
【図４】異常温度上昇阻止回路の他の一例を示す回路図である。
【図５】本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置の回路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…電池
２…温度検出回路
３…異常温度上昇阻止回路
４…温度センサー
５…電圧変換回路
６…Ａ／Ｄコンバータ
７…制御回路
８…コンパレータ
９…短絡コンパレータ
１０…強制電流遮断回路
１１…電池体
１２…直列抵抗
１３…電源
１４…接続点
１５…温度センサー回路
１６…マルチプレクサ
１７…入力抵抗
１８…コンタクター
１９…モーター
２０…比較処理回路
２１…基準電圧
２２…基準電圧
２３…ＡＮＤ回路
２４…ＯＲ回路
３０…異常温度上昇阻止回路
３１…基準電圧
３２…基準電圧
３３…ＡＮＤ回路
３５…反転回路
３８…コンパレータ
３９…短絡コンパレータ
４０…異常温度上昇阻止回路
４１…基準電圧
４２…基準電圧
４５…スイッチ
４８…コンパレータ
４９…短絡コンパレータ
９１…電池
９２…温度検出回路
９３…素電池
９４…温度センサー
９５…直列抵抗
９６…接続点
９８…第１ダイオード
９９…電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両を走行させるモーターを駆動する走行用バッテリを備える車両用又は負荷を駆動する電気機器の電源装置に関し、とくに、電池の電池温度を検出する温度検出回路を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両を駆動するモーターに電力を供給する走行用バッテリは、二次電池である多数の素電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。自動車を走行させるために、モーターが大きな出力を必要とするからである。この電源装置は、自動車をモーターで急加速して大電流で放電させるとき、あるいは長い坂道を回生制動しながら走行して素電池が大電流で満充電近くまで充電されるときに、あるいは外気温度が異常に高くなって、環境温度が高くなるとき等に、素電池の温度が高くなる。
【０００３】
さらに、車両用の電源装置は、出力電圧を例えば２００〜４００Ｖと高くするために、１００個以上と極めて多数の素電池を直列に接続している。多数の素電池を直列に接続して充放電させると、全ての素電池に同じ電流が流れる。しかしながら、全ての素電池が均一に劣化するわけではない。いずれか特定の素電池のみが劣化することがある。製造工程におけるバラツキ、使用される温度等の外的環境の相違等で、各々の素電池は全く同じようには劣化しない。いずれかの素電池が劣化して、実質的に満充電できる容量が小さくなると、他の素電池と同じように充放電されても、過充電あるいは過放電された状態となって、電池温度が高くなり、さらに劣化が進行する。
【０００４】
走行用バッテリの素電池には、例えば、ニッケル水素電池が使用されるが、いずれの二次電池も、温度が高くなると電気特性が低下し、さらに温度が高くなると熱暴走して急激に劣化する。この弊害を防止するために、車両用の電源装置は、各々の素電池の温度を検出している。いずれかの素電池の温度が、例えば８０℃よりも高くなると、熱暴走を起こすと判定して、走行用バッテリの出力側に接続しているコンタクターをオフに切り換えて電流を遮断して、温度上昇による弊害を防止している。
【０００５】
このことを実現するために、従来の電源装置は、各々の素電池の表面に、温度センサーであるＰＴＣを接触するように固定している（特許文献１参照）。各々の素電池に固定している多数のＰＴＣは互いに直列に接続されて、温度検出回路の入力側に接続される。ＰＴＣは、設定温度よりも高温になると電気抵抗が急激に大きくなる。このため、温度検出回路は、多数のＰＴＣを直列に接続している直列回路のトータルの電気抵抗を検出して、いずれかの素電池の温度がＰＴＣの設定温度よりも高くなったことを検出できる。素電池の温度が設定温度よりも高くなると、ＰＴＣの直列回路の電気抵抗が大きくなるからである。
【特許文献１】特開平１０−２７００９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしなから、多数のＰＴＣを直列に接続して、その電気抵抗を検出する温度検出回路は、素電池の温度を正確に検出できない。それは、全てのＰＴＣの温度特性を均一に揃えることが難しいからである。たとえば、電気抵抗が急激に増加する設定温度の誤差が１０％であるＰＴＣを多数使用して、各々の素電池の温度を検出する回路は、全ての素電池の温度が、正確に設定温度を越えたことを検出できない。さらに、多数のＰＴＣを直列に接続して、そのトータルの電気抵抗を検出する温度検出回路は、直列に接続するＰＴＣの個数が増加するほど、正確に素電池の温度を検出するのが難しくなる。それは、いずれかのＰＴＣの電気抵抗が増加しても、電気抵抗が増加する割合が少なくなるからである。
【０００７】
本出願人は、このような従来の欠点を解決することを目的に、図１に示す回路構成の電源装置を開発した（特願２００４−７７３１８）。この電源装置は、負荷を駆動する電池９１と、この電池９１の温度を検出する温度検出回路９２とを備える。電池９１は、互いに直列又は並列に接続している複数の素電池９３を備えている。温度検出回路９２は、素電池９３に熱結合するように配設されて、電池温度が高くなると電気抵抗が減少する複数の温度センサー９４と、各々の温度センサー９４に一端を接続して他端を電源９９に接続して、温度センサー９４の電気抵抗で接続点９６の電圧を変化させる直列抵抗９５と、各々の温度センサー９４の接続点９６に接続している第１ダイオード９８とを備えている。第１ダイオード９８は、接続点９６に向かって通電する方向に接続している。この電源装置は、いずれかの電池温度が設定温度よりも高くなると、この電池に熱結合している温度センサー９４の電気抵抗が低くなって接続点９６の電圧が降下する。このため、接続点９６の電圧が設定値よりも低くなると、電池が熱暴走するとして電流を遮断する。
【０００８】
この図の電源装置は、電池の温度を高い精度で検出して電池の熱暴走を防止できる。また、温度センサーの個数が増加しても、各々の電池の温度を検出する精度を低下させることなく正確に検出できる。しかしながら、この電源装置は、電池の熱暴走を防止するために、専用の回路を必要とする。このため、熱暴走を阻止するための回路のコストが高くなる欠点がある。
【０００９】
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、電池の熱暴走を阻止するための回路構成を極めて簡単にしながら、熱暴走を確実に防止できる車両用の電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の電源装置は、モーター１９を駆動する複数の電池１と、電池１の温度を検出する温度検出回路２と、電池１の異常温度上昇を阻止する異常温度上昇阻止回路３を備える。温度検出回路２は、電池１に熱結合するように配設されて、電池温度で電気抵抗を変化させる複数の温度センサー４と、各々の温度センサー４の電気抵抗の変化を電圧変化に変換する電圧変換回路５と、電圧変換回路５の出力電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ６と、このＡ／Ｄコンバータ６から出力される温度信号が入力される制御回路７とを備える。異常温度上昇阻止回路３は、温度検出回路３の電圧変換回路５から出力される出力電圧を基準電圧２１と比較して、電池１が設定温度に上昇すると異常温度信号を出力するコンパレータ８と、このコンパレータ８に接続されて、コンパレータ８の異常温度信号を検出して電池１の電流を遮断する強制電流遮断回路１０とを備える。電源装置は、制御回路７と異常温度上昇阻止回路３が電池１の温度を監視して、電池１の電流を遮断する。
【００１１】
本発明の車両用の電源装置は、通常の状態では、温度検出回路２の制御回路７が、Ａ／Ｄコンバータ６を介して電圧変換回路５から出力されるデジタル信号で以って電池温度を検出し、制御回路７が正常でないときは、電池温度が設定温度よりも高くなると、異常温度上昇阻止回路３のコンパレータ８が異常温度信号を出力することができる。
【００１２】
本発明の車両用の電源装置は、異常温度信号が出力されると強制電流遮断回路１０が電池１の電流を遮断することができる。
【００１３】
本発明の車両用の電源装置は、異常温度上昇阻止回路３が、電池１の異常温度を検出するコンパレータ８と、温度センサー回路１５の短絡を検出して、温度センサー回路１５が短絡すると短絡信号を出力する短絡コンパレータ９を備えることができる。コンパレータ８と短絡コンパレータ９は、強制電流遮断回路１０に接続される。強制電流遮断回路１０は、コンパレータ８から異常温度信号が入力され、かつ短絡コンパレータ９から短絡信号が入力されない状態では電池１の電流を遮断し、短絡コンパレータ９から強制電流遮断回路１０に短絡信号が出力されると、電池１の電流を遮断しないようにする。
【００１４】
コンパレータ８は、電池１が設定温度以上になると”Ｈｉｇｈ”の異常温度信号を出力し、短絡コンパレータ９は温度センサー回路１５が短絡すると”Ｌｏｗ”の短絡信号を出力するコンパレータとすることができる。コンパレータ８と短絡コンパレータ９の出力はＡＮＤ回路２３を介して強制電流遮断回路１０に入力され、ＡＮＤ回路２３が強制電流遮断回路１０に”Ｈｉｇｈ”を出力する状態で、電池１の電流を遮断する。
【００１５】
温度センサー４は、電池温度が高くなると電気抵抗が小さくなる温度素子とすることができる。
【００１６】
電圧変換回路５は、温度センサー４と直列に接続された直列抵抗１２と、この直列抵抗１２と温度センサー４との直列回路に電圧を供給する電源１３とで構成することができる。
【００１７】
さらに、本発明の車両用の電源装置は、温度検出回路２を複数個備えて、各温度検出回路２に１対となるコンパレータ８及び短絡コンパレータ９を備えることができる。この電源装置は、短絡コンパレータ９から短絡信号が判定されていない１ないし複数の温度検出回路２のコンパレータ８の判定のうち、少なくとも１回路が設定以上に達した場合に電池の電流を遮断することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の車両用の電源装置は、電池の熱暴走を阻止するための回路構成を極めて簡単にしながら、熱暴走を確実に防止できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、電池の温度を検出する温度検出回路と、電池の熱暴走を阻止する異常温度上昇阻止回路とを備えており、温度検出回路が、電池に配設された複数の温度センサーの電気抵抗の変化を電圧変換回路で電圧変化に変換して温度信号として入力される制御回路を備えると共に、異常温度上昇阻止回路が、温度検出回路の電圧変換回路から出力される出力電圧をコンパレータで基準電圧と比較して、電池が設定温度に上昇するとコンパレータの異常温度信号を検出して電池の電流を遮断する強制電流遮断回路を備えており、制御回路と異常温度上昇阻止回路が電池の温度を監視して、電池の電流を遮断するからである。この構造の電源装置は、異常温度上昇阻止回路が、温度検出回路に既存の温度センサーを利用して、電池の異常温度を検出して電池の電流を遮断するので、電池の熱暴走を検出するための専用の温度検出回路を必要とせず、簡単な回路構成としながら、温度検出回路の制御回路と異常温度上昇阻止回路の両方で電池温度を監視して電池の熱暴走を確実に防止できる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項４の車両用の電源装置は、異常温度上昇阻止回路が、電池の異常温度を検出するコンパレータと、温度センサー回路の短絡を検出する短絡コンパレータとを備えており、温度センサー回路の短絡を検出して、温度センサー回路が短絡するときには、電池の電流を遮断しないように制御するので、温度検出回路が故障したときに電池の電流を遮断するのを確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【００２１】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２２】
図２に示す電源装置は、ハイブリッドカーに搭載されて、自動車を駆動するモーターに電力を供給する。ただし、本発明の電源装置は、電気自動車や電動フォークリフト、あるいは室内を走行して荷物を搬送する車両等の電源に使用される。図の電源装置は、車両を走行させるモーター１９を駆動する走行用の電池体１１と、この走行用の電池体１１の温度を検出する温度検出回路２と、電池体１１の熱暴走を阻止する異常温度上昇阻止回路３を備える。
【００２３】
電池体１１は、互いに直列又は並列に接続している複数の電池１を備えている。電池１は、素電池であってもいいし、複数の素電池を直列または並列に接続した電池モジュールであってもいい。
【００２４】
温度検出回路２は、電池１に熱結合するように配設されて、電池温度で電気抵抗を変化させる複数の温度センサー４と、各々の温度センサー４の電気抵抗の変化を電圧変化に変換する電圧変換回路５と、電圧変換回路５の出力電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ６と、このＡ／Ｄコンバータ６から出力される温度信号で電池１の充放電をコントロールする制御回路７とを備えている。
【００２５】
温度センサー４は、各々の電池１に熱結合するように配設される。温度センサー４は、全ての電池１の表面に、あるいは複数の電池１のいずれかに直接に接触して、あるいは熱伝導の優れた接着材、たとえばシリコン系の接着材等を介して熱結合するように配設される。たとえば、温度センサー４は、電池１の表面に接着して固定され、あるいは熱収縮チューブと電池１との間に配設されて、熱収縮チューブで電池１の表面に固定される。温度センサー４は、理想的には、ひとつの温度センサー４でひとつの電池１の温度を検出するように、全ての電池１に温度センサー４を熱結合して配設する。ただ、全ての電池の表面に温度センサーを配設することなく、温度センサーを電池の間に配設して、ひとつの温度センサーでふたつの電池の温度を検出することができる。また、熱伝導プレートを介して複数の電池にひとつの温度センサーを熱結合するように連結して、ひとつの温度センサーで複数の電池の温度を検出することもできる。
【００２６】
温度センサー４は、熱結合している電池１の温度が高くなると電気抵抗が減少するサーミスタ等の素子である。サーミスタは、素子のばらつきが極めて少なくなるように製造が可能である。このため、温度センサー４をサーミスタとする電源装置は、電池１の温度を極めて高い精度で正確に検出できる。温度センサー４は、温度が高くなると電気抵抗が減少する素子であって、サーミスタ以外の素子も使用できる。
【００２７】
電圧変換回路５は、温度センサー４と直列に接続された直列抵抗１２と、この直列抵抗１２と温度センサー４との直列回路に電圧を供給する電源１３とで構成される。各直列抵抗１２は、一端を温度センサー４に、他端を電源１３に接続している。直列抵抗１２と温度センサー４は直列に接続されているので、電池温度が高くなって温度センサー４の電気抵抗が減少すると、接続点１４の電圧は低下する。たとえば、電源電圧を５Ｖとし、電池温度が低い状態における温度センサー４の電気抵抗と直列抵抗１２の電気抵抗が等しいとき、接続点１４の電圧は２．５Ｖとなる。電池温度が高くなって、温度センサー４の電気抵抗が小さくなると、接続点１４の電圧は低下する。したがって、接続点１４の電圧を検出して、温度センサー４の電気抵抗、すなわち、電池温度を検出できる。
【００２８】
図の温度検出回路２は、各々の温度センサー４の出力信号を時分割に切り換えてデジタル信号に変換するために、Ａ／Ｄコンバータ６の入力側にマルチプレクサ１６を接続している。マルチプレクサ１６は、各々の接続点１４を順番に切り換えてＡ／Ｄコンバータ６に接続して、各々の接続点１４の電圧をＡ／Ｄコンバータ６に入力する。この温度検出回路２は、マルチプレクサ１６で、接続点１４を切り換えるので、ひとつのＡ／Ｄコンバータ６で複数の接続点１４の電圧をデジタル信号に変換できる。このマルチプレクサ１６は、制御回路７にコントロールされて入力を順番に切り換える。温度検出回路は、図示しないが、各々の接続点にＡ／Ｄコンバータを接続して、各々のＡ／Ｄコンバータで各々の接続点の電圧をデジタル信号に変換することもできる。
【００２９】
制御回路７は、Ａ／Ｄコンバータ６から入力される温度信号で電池１の充放電をコントロールする。たとえば、制御回路７は、電池１の温度が高くなるにしたがって、あるいは低くなるにしたがって、電池１の充放電電流の最大値を小さく制限するようにコントロールする。高温の電池、あるいは低温の電池が大電流で充放電されると、電気性能が低下するからであるが、このコントロールは、省略することもできる。さらに、制御回路７は、電池１の温度が設定温度まで上昇し、継続して充放電させて熱暴走に至らしめるような状態になると、電池１の充放電を、制御し、停止する。たとえば、制御回路７は、いずれかの電池１の温度が設定温度（例えば、８０℃）よりも高くなるときに、電池１が異常温度であるとして、電流を抑制（たとえば、電流を低下させて温度上昇を低下させる抑制制御）して、電池の熱暴走を防止する。それでも、電池１の温度上昇が続くなら、電池１の出力側に接続しているコンタクター１８をオフに切り換えて電流を遮断して、電池１の熱暴走を未然に防止する。
【００３０】
制御回路７は、メモリに記憶しているソフトウエアにしたがって動作して、電池１の充放電をコントロールする。制御回路７が正常に動作するかぎり、電池１の充放電は正常にコントロールされ、安全に、しかも電池１の劣化を防止しながら充放電できる。しかしながら、ソフトウエアで動作する制御回路７は、暴走し、あるいはフリーズして正常に動作しなくなることがある。この状態になると、電池１の充放電は正常にコントロールされなくなる。このように、制御回路７が正常に動作しないとき、以下の異常温度上昇阻止回路３が機能して、電池１の電流を遮断する。
【００３１】
異常温度上昇阻止回路３は、制御回路７が正常に動作しないときに、電池１の温度が異常温度の所定温度である温度まで上昇すると電流を強制的に遮断して、熱暴走を防止する。この所定温度は、前述の制御回路７において、電池の異常温度である設定温度よりも、１〜５℃、好ましくは２〜４℃高い温度に設定される。高く設定することにより、通常、制御回路７が正常に機能する場合は、電池１が熱暴走する異常温度となったとき、異常温度上昇阻止回路３が動作して機能するより前に、制御回路７にて異常温度を検出して電流を抑制（電流を低下させて温度上昇を低下させる抑制制御）して、電池の熱暴走を防止する。
そして、制御回路７は、上述のように、電流を低下させて抑制しても、電池１の温度上昇が続くなら、次の電流制御として、コンタクター１８をオフに切り換えて電流を遮断する。
制御回路７が正常に機能しない場合、例えば、マイコンを備える制御回路７でのソフト制御が失敗（マイコン暴走も含む）したときは、制御回路７での設定温度では制御されないことより、ハード機構である異常温度上昇阻止回路３で所定温度にて、電流制御として、コンタクター１８を開いて電流を遮断する。
【００３２】
この異常温度上昇阻止回路３は、温度検出回路２の電圧変換回路５から出力される出力電圧を基準電圧２１に比較して、電池１が設定温度に上昇すると異常温度信号を出力するコンパレータ８と、このコンパレータ８に接続されて、コンパレータ８の異常温度信号を検出して電池１の電流を遮断する強制電流遮断回路１０とを備えている。図の異常温度上昇阻止回路３は、コンパレータ８を備える複数の比較処理回路２０を備えている。
【００３３】
図２の電源装置は、複数の温度センサー４を備えるので、各々の温度センサー４で検出される電池温度で充放電を制御する。したがって、異常温度上昇阻止回路３は、各々の温度センサー４に接続している複数回路の比較処理回路２０、図の装置にあっては８回路の比較処理回路２０を備える。
【００３４】
各々の比較処理回路２０は、コンパレータ８の入力側を、電圧変換回路５の出力、すなわち温度センサー４と直列抵抗１２との接続点１４に接続している。図の電圧変換回路５は、接続点１４から出力側に保護用の入力抵抗１７（１ｋΩ）を接続しているが、この入力抵抗１７は、必ずしも接続する必要はない。
【００３５】
さらに、図２の異常温度上昇阻止回路３は、電池１の異常温度を検出するコンパレータ８に加えて、温度センサー回路１５の短絡を検出して、温度センサー回路１５が短絡すると短絡信号を出力する短絡コンパレータ９を備える。図に示す異常温度上昇阻止回路３は、各々の比較処理回路２０にコンパレータ８と短絡コンパレータ９とを備えている。
【００３６】
コンパレータ８は反転側の入力端子を接続点１４に接続して、非反転側の入力端子には第１基準電圧２１を入力している。このコンパレータ８は、電池１の温度が設定温度まで上昇して温度センサー４の電気抵抗が小さくなり、接続点１４の電圧が第１基準電圧２１よりも低くなると、出力を”Ｌｏｗ”から”Ｈｉｇｈ”に切り換える。第１基準電圧２１は、出力を”Ｈｉｇｈ”に切り換える温度、すなわち電池１の判定温度を決定する。第１基準電圧２１を低くすると、コンパレータ８が異常温度信号を出力する判定温度の設定値が高くなる。それは、電池１の判定温度が高くなって温度センサー４の電気抵抗の小さくなり、接続点１４の電圧が低くなるまで異常温度信号を出力しなくなるからである。したがって、電池１の充放電電流を遮断する判定温度は、第１基準電圧２１で最適値に設定できる。このコンパレータ８は、電池１の温度が判定温度よりも低いときに、”Ｌｏｗ”を出力する。電池１の温度が判定温度よりも高くなると”Ｈｉｇｈ”を出力する。したがって、このコンパレータ８は、異常温度信号として”Ｈｉｇｈ”を出力する。
【００３７】
第１基準電圧２１は、たとえば電池温度が異常温度の所定温度である最高温度（例えば、８０℃）になったときに、コンパレータ８が異常温度信号を出力する電圧に設定している。第１基準電圧２１は、ソフトウエアで動作する制御回路７が電池１の電流を遮断する温度よりも電池温度が高くなるときに、コンパレータ８が異常温度信号を出力するように設定される。たとえば、制御回路７が電流を遮断する電池温度よりも、１〜５℃、好ましくは２〜４℃高い温度で、コンパレータ８が異常温度信号を出力する電圧に設定される。
【００３８】
温度センサー４等に短絡が発生した場合や、温度センサー回路１５にオープン状態が発生した場合は、接続点１４の異常な電圧を制御回路７が検出している。異常温度上昇阻止回路３において、短絡コンパレータ９は、温度センサー回路１５が短絡していないことを検出する。つまり、短絡コンパレータ９は、上述のコンパレータ８にて異常を検出する場合において、短絡していない、正常な接続点１４の電圧を測定していることを検出する。短絡コンパレータ９は、プラス側の入力端子を接続点１４に接続して、マイナス側の入力端子を第２基準電圧２２に接続している。第２基準電圧２２は、第１基準電圧２１よりも低い電圧に設定している。温度センサー回路１５が短絡するときの接続点１４の電圧が、電池温度が設定温度になるときの電圧よりも低くなるからである。図の短絡コンパレータ９は、温度センサー回路１５の短絡を検出すると、出力を”Ｈｉｇｈ”から”Ｌｏｗ”に切り換える。したがって、短絡信号として”Ｌｏｗ”を出力する。
【００３９】
コンパレータ８と短絡コンパレータ９の出力は、ＡＮＤ回路２３を介して強制電流遮断回路１０に入力される。ＡＮＤ回路２３は、コンパレータ８と短絡コンパレータ９の両方から”Ｈｉｇｈ”が入力されるときに、”Ｈｉｇｈ”を出力して強制電流遮断回路１０に入力する。強制電流遮断回路１０は”Ｈｉｇｈ”が入力されるときに、電池１の電流を遮断する。コンパレータ８は異常温度信号として”Ｈｉｇｈ”を出力し、短絡コンパレータ９は短絡信号として”Ｌｏｗ”を出力する。したがって、ＡＮＤ回路２３が”Ｈｉｇｈ”を出力して電池１の電流を遮断するのは、コンパレータ８が異常温度信号を出力し、かつ短絡コンパレータ９が短絡信号ではない”Ｈｉｇｈ”を出力するときに限られる。コンパレータ８が異常温度信号として”Ｈｉｇｈ”を出力しても、短絡コンパレータ９が”Ｌｏｗ”の短絡信号を出力すると、ＡＮＤ回路２３の出力は”Ｌｏｗ”となる。したがって、短絡コンパレータ９が短絡信号を出力するときは、たとえコンパレータ８が異常温度信号の”Ｈｉｇｈ”を出力しても、強制電流遮断回路１０は電池１の電流を遮断しない。
【００４０】
図２に示す電源装置は、温度センサー回路１５の短絡を検出して、温度センサー回路１５が短絡するときには、異常温度上昇阻止回路３において、電池１の電流遮断を無視するように制御するが、温度センサー４等に開放及び短絡が発生した場合は、接続点１４の異常な電圧を、制御回路が検出している。ただし、本発明の電源装置は、必ずしも短絡コンパレータを装備する必要はなく、コンパレータの出力で強制電流遮断回路を制御することもできる。
【００４１】
強制電流遮断回路１０は、入力側にＯＲ回路２４を備える。ＯＲ回路２４は、入力側に各々の比較処理回路２０の出力を接続している。各々の比較処理回路２０の出力はＡＮＤ回路２３を介してＯＲ回路２４に入力される。強制電流遮断回路１０は、いずれかの比較処理回路２０から異常温度信号の”Ｈｉｇｈ”がＯＲ回路２４に入力されると、電池体１１と負荷であるモーター１９との間に接続しているコンタクター１８をオフに切り換えて電池１の電流を遮断する。
【００４２】
本発明の電源装置は、異常温度上昇阻止回路を図２の回路構成には特定しない。たとえば、図３に示すように、コンパレータ３８のプラス側に第１基準電圧３１を入力し、短絡コンパレータ３９のプラス側に第２基準電圧３２を入力することもできる。図３の異常温度上昇阻止回路３３は、短絡コンパレータ３９の出力側に反転回路３５を接続して、”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”を反転して、ＡＮＤ回路３３に入力する。
【００４３】
さらに、図４の異常温度上昇阻止回路４０は、コンパレータ４８の出力側に、温度センサー回路の短絡を検出するとオフに切り換えられるスイッチ４５を接続している。この異常温度上昇阻止回路４０は、短絡コンパレータ４９が温度センサー回路の短絡を検出して、短絡信号を出力すると、この短絡信号でスイッチ４５をオフに切り換える。したがって、温度センサー回路が短絡すると、コンパレータ４８が異常温度信号の”Ｈｉｇｈ”を出力しても、強制電流遮断回路は電池の電流を遮断しない。
【００４４】
さらに、車両用の電源装置は、図５に示すように、複数の温度検出回路５２を備えて、電池体５１１の複数の電池５１を複数のブロックに分割して監視することができる。なお、この実施例において、前述の図２に示す電源装置と同じ構成要素については、上１桁を除く下桁に、図２の実施例と同符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
図５に示す電源装置は、電池体５１１を２つのブロックに分けて、各ブロックに温度検出回路５２を設けている。各温度検出回路５２は、電池５１に熱結合するように配置された温度センサー５４の電気抵抗の変化を電圧変換回路５５で電圧変化に変換して、電圧変換回路５５の出力電圧をＡ／Ｄコンバータ５６でデジタル信号に変換して制御回路５７に出力している。さらに、各温度検出回路５２の電圧変換回路５５は、それぞれ異常温度上昇阻止回路５３に接続している。各異常温度上昇阻止回路５３は、電圧変換回路５５の出力を、１対となるコンパレータ５８及び短絡コンパレータ５９に入力している。コンパレータ５８と短絡コンパレータ５９は強制電流遮断回路５１０に接続されており、短絡コンパレータ５９から短絡信号が判定されていない状態で、コンパレータ５８から異常温度信号が出力されると、強制電流遮断回路５１０が電池５１の電流を遮断する。この電源装置は、１ないし複数のコンパレータ５８の判定のうち、少なくとも１回路が設定以上に達した場合に電池の電流を遮断する。以上の電源装置は、複数の温度検出回路５２の制御回路５７と複数の異常温度上昇阻止回路５３の両方で電池５１を監視して、いずれかの回路が異常温度を検出すると、電池５１の電流を遮断する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本出願人が先に出願した電源装置の回路図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の回路図である。
【図３】異常温度上昇阻止回路の他の一例を示す回路図である。
【図４】異常温度上昇阻止回路の他の一例を示す回路図である。
【図５】本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置の回路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…電池
２…温度検出回路
３…異常温度上昇阻止回路
４…温度センサー
５…電圧変換回路
６…Ａ／Ｄコンバータ
７…制御回路
８…コンパレータ
９…短絡コンパレータ
１０…強制電流遮断回路
１１…電池体
１２…直列抵抗
１３…電源
１４…接続点
１５…温度センサー回路
１６…マルチプレクサ
１７…入力抵抗
１８…コンタクター
１９…モーター
２０…比較処理回路
２１…基準電圧
２２…基準電圧
２３…ＡＮＤ回路
２４…ＯＲ回路
３０…異常温度上昇阻止回路
３１…基準電圧
３２…基準電圧
３３…ＡＮＤ回路
３５…反転回路
３８…コンパレータ
３９…短絡コンパレータ
４０…異常温度上昇阻止回路
４１…基準電圧
４２…基準電圧
４５…スイッチ
４８…コンパレータ
４９…短絡コンパレータ
９１…電池
９２…温度検出回路
９３…素電池
９４…温度センサー
９５…直列抵抗
９６…接続点
９８…第１ダイオード
９９…電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーター(19)を駆動する複数の電池(1)と、電池(1)の温度を検出する温度検出回路(2)と、電池(1)の異常温度上昇を阻止する異常温度上昇阻止回路(3)を備える車両用の電源装置であって、
温度検出回路(2)は、電池(1)に熱結合するように配設されて、電池温度で電気抵抗を変化させる複数の温度センサー(4)と、各々の温度センサー(4)の電気抵抗の変化を電圧変化に変換する電圧変換回路(5)と、電圧変換回路(5)の出力電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ(6)と、このＡ／Ｄコンバータ(6)から出力される温度信号が入力される制御回路(7)とを備えており、
異常温度上昇阻止回路(3)は、温度検出回路(2)の電圧変換回路(5)から出力される出力電圧を基準電圧(21)と比較して、電池(1)が設定温度に上昇すると異常温度信号を出力するコンパレータ(8)と、このコンパレータ(8)に接続されて、コンパレータ(8)の異常温度信号を検出して電池(1)の電流を遮断する強制電流遮断回路(10)とを備えており、
制御回路(7)と異常温度上昇阻止回路(3)が電池(1)の温度を監視して、電池(1)の電流を制御するようにしてなる車両用の電源装置。
【請求項２】
通常の状態では、温度検出回路(2)の制御回路(7)が、Ａ／Ｄコンバータ(6)を介して電圧変換回路(5)から出力されるデジタル信号で以って電池温度を検出し、
制御回路(7)が正常でないときは、電池温度が設定温度よりも高くなると、異常温度上昇阻止回路(3)のコンパレータ(8)が異常温度信号を出力する請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項３】
異常温度信号が出力されると強制電流遮断回路(10)が電池(1)の電流を遮断するようにしてなる請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項４】
異常温度上昇阻止回路(3)が、電池(1)の異常温度を検出するコンパレータ(8)と、温度センサー回路(15)の短絡を検出して、温度センサー回路(15)が短絡すると短絡信号を出力する短絡コンパレータ(9)を備えており、コンパレータ(8)と短絡コンパレータ(9)は強制電流遮断回路(10)に接続され、
強制電流遮断回路(10)は、コンパレータ(8)から異常温度信号が入力され、かつ短絡コンパレータ(9)から短絡信号が入力されない状態では電池(1)の電流を遮断するが、
短絡コンパレータ(9)から強制電流遮断回路(10)に短絡信号が出力されると、電池(1)の電流を遮断しない請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項５】
コンパレータ(8)は、電池(1)が設定温度以上になると”Ｈｉｇｈ”の異常温度信号を出力し、短絡コンパレータ(9)は温度センサー回路(15)が短絡すると”Ｌｏｗ”の短絡信号を出力するコンパレータで、コンパレータ(8)と短絡コンパレータ(9)の出力がＡＮＤ回路(23)を介して、強制電流遮断回路(10)に入力され、ＡＮＤ回路(23)が強制電流遮断回路(10)に”Ｈｉｇｈ”を出力する状態で、電池(1)の電流が遮断される請求項４に記載される車両用の電源装置。
【請求項６】
温度センサー(4)が電池温度が高くなると電気抵抗が小さくなる温度素子である請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項７】
電圧変換回路(5)が、温度センサー(4)と直列に接続された直列抵抗(12)と、この直列抵抗(12)と温度センサー(4)との直列回路に電圧を供給する電源(13)とである請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項８】
温度検出回路(2)を複数個備え、各温度検出回路(2)に１対となるコンパレータ(8)及び短絡コンパレータ(9)を備え、短絡コンパレータ(9)から短絡信号が判定されていない１ないし複数の温度検出回路(2)のコンパレータ(8)の判定のうち、少なくとも１回路が設定以上に達した場合に電池の電流を遮断するようにしてなる請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項１】
モーター(19)を駆動する複数の電池(1)と、電池(1)の温度を検出する温度検出回路(2)と、電池(1)の異常温度上昇を阻止する異常温度上昇阻止回路(3)を備える車両用の電源装置であって、
温度検出回路(2)は、電池(1)に熱結合するように配設されて、電池温度で電気抵抗を変化させる複数の温度センサー(4)と、各々の温度センサー(4)の電気抵抗の変化を電圧変化に変換する電圧変換回路(5)と、電圧変換回路(5)の出力電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ(6)と、このＡ／Ｄコンバータ(6)から出力される温度信号が入力される制御回路(7)とを備えており、
異常温度上昇阻止回路(3)は、温度検出回路(2)の電圧変換回路(5)から出力される出力電圧を基準電圧(21)と比較して、電池(1)が設定温度に上昇すると異常温度信号を出力するコンパレータ(8)と、このコンパレータ(8)に接続されて、コンパレータ(8)の異常温度信号を検出して電池(1)の電流を遮断する強制電流遮断回路(10)とを備えており、
制御回路(7)と異常温度上昇阻止回路(3)が電池(1)の温度を監視して、電池(1)の電流を制御するようにしてなる車両用の電源装置。
【請求項２】
通常の状態では、温度検出回路(2)の制御回路(7)が、Ａ／Ｄコンバータ(6)を介して電圧変換回路(5)から出力されるデジタル信号で以って電池温度を検出し、
制御回路(7)が正常でないときは、電池温度が設定温度よりも高くなると、異常温度上昇阻止回路(3)のコンパレータ(8)が異常温度信号を出力する請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項３】
異常温度信号が出力されると強制電流遮断回路(10)が電池(1)の電流を遮断するようにしてなる請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項４】
異常温度上昇阻止回路(3)が、電池(1)の異常温度を検出するコンパレータ(8)と、温度センサー回路(15)の短絡を検出して、温度センサー回路(15)が短絡すると短絡信号を出力する短絡コンパレータ(9)を備えており、コンパレータ(8)と短絡コンパレータ(9)は強制電流遮断回路(10)に接続され、
強制電流遮断回路(10)は、コンパレータ(8)から異常温度信号が入力され、かつ短絡コンパレータ(9)から短絡信号が入力されない状態では電池(1)の電流を遮断するが、
短絡コンパレータ(9)から強制電流遮断回路(10)に短絡信号が出力されると、電池(1)の電流を遮断しない請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項５】
コンパレータ(8)は、電池(1)が設定温度以上になると”Ｈｉｇｈ”の異常温度信号を出力し、短絡コンパレータ(9)は温度センサー回路(15)が短絡すると”Ｌｏｗ”の短絡信号を出力するコンパレータで、コンパレータ(8)と短絡コンパレータ(9)の出力がＡＮＤ回路(23)を介して、強制電流遮断回路(10)に入力され、ＡＮＤ回路(23)が強制電流遮断回路(10)に”Ｈｉｇｈ”を出力する状態で、電池(1)の電流が遮断される請求項４に記載される車両用の電源装置。
【請求項６】
温度センサー(4)が電池温度が高くなると電気抵抗が小さくなる温度素子である請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項７】
電圧変換回路(5)が、温度センサー(4)と直列に接続された直列抵抗(12)と、この直列抵抗(12)と温度センサー(4)との直列回路に電圧を供給する電源(13)とである請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項８】
温度検出回路(2)を複数個備え、各温度検出回路(2)に１対となるコンパレータ(8)及び短絡コンパレータ(9)を備え、短絡コンパレータ(9)から短絡信号が判定されていない１ないし複数の温度検出回路(2)のコンパレータ(8)の判定のうち、少なくとも１回路が設定以上に達した場合に電池の電流を遮断するようにしてなる請求項１に記載される車両用の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１８８２６（Ｐ２００７−１８８２６Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９８０７６（Ｐ２００５−１９８０７６）
【出願日】平成１７年７月６日（２００５．７．６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月６日（２００５．７．６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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