電源装置
【課題】簡単な回路構成としながら、速やかに電圧検出ラインの断線を検出する。
【解決手段】電源装置は、直列に接続された複数の電池モジュール１と、各電池モジュール１の電極端子に電圧検出ライン９を介して接続されて、各電池モジュール１の電圧を検出すると共に、検出電圧から電圧検出ライン９の断線を判定する電圧検出回路２と、電圧検出回路２の入力側を一時的に短絡するショート回路３とを備える。ショート回路３は、電圧検出回路２の入力側にコレクターとエミッターとを接続してなる短絡トランジスタ４と、この短絡トランジスタ４のベースに接続してなるミラー回路５とを備える。ミラー回路５は、電圧検出ライン９の非断線状態で短絡トランジスタ４のベース電流を遮断してオフ状態とし、電圧検出ライン９の断線状態では、短絡トランジスタ４のベース電流を遮断することなく短絡トランジスタ４をオン状態に切り換えて電圧検出回路２の入力側を短絡する。
【解決手段】電源装置は、直列に接続された複数の電池モジュール１と、各電池モジュール１の電極端子に電圧検出ライン９を介して接続されて、各電池モジュール１の電圧を検出すると共に、検出電圧から電圧検出ライン９の断線を判定する電圧検出回路２と、電圧検出回路２の入力側を一時的に短絡するショート回路３とを備える。ショート回路３は、電圧検出回路２の入力側にコレクターとエミッターとを接続してなる短絡トランジスタ４と、この短絡トランジスタ４のベースに接続してなるミラー回路５とを備える。ミラー回路５は、電圧検出ライン９の非断線状態で短絡トランジスタ４のベース電流を遮断してオフ状態とし、電圧検出ライン９の断線状態では、短絡トランジスタ４のベース電流を遮断することなく短絡トランジスタ４をオン状態に切り換えて電圧検出回路２の入力側を短絡する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてハイブリッドカーや電気自動車等の電動車両を走行させるモータを駆動する電源装置に関し、とくに、互いに直列に接続している電池モジュールの電圧を検出する電圧検出回路を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大出力が要求される電源装置、たとえば電動車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置は、出力を大きくするために、多数の電池モジュールを直列に接続して出力電圧を高くしている。ハイブリッドカーや電気自動車を走行させる電源装置は、出力電圧を２００Ｖ以上と高くして、モータに供給できる電力を大きくしている。
【０００３】
多数の電池モジュールを直列に接続しているバッテリは、各々の電池モジュールの過充電と過放電を防止しながら充放電することが大切である。過充電と過放電が電池の電気性能を低下させると共に、劣化させて寿命を短くするからである。電源装置は、電池モジュールの過充電や過放電を防止するために、電池モジュールの電圧を検出する電圧検出回路を備えており、検出する電圧で電池モジュールの充放電の電流をコントロールしている。
【０００４】
電圧検出回路は、リード線やコネクタで構成された電圧検出ラインを介して各々の電池モジュールの正負の電極に接続される。電圧検出ラインは、一端を電池モジュールの正負の電極に、他端を電圧検出回路の入力側に接続している。リード線の断線やコネクタの接触不良など、電圧検出ラインの故障は、電池モジュールの電圧を正確に電圧検出回路に入力できなくする。電圧検出回路が各々の電池モジュールの電圧を正確に検出できない状態になると、電圧の検出されない電池モジュールの過充電や過放電を検出できなくなる為、電池モジュールの充放電を正常にコントロールできない。
【０００５】
この弊害を防止するために、電圧検出回路を電池モジュールの正負の電極に接続するリード線の断線を検出する電源装置が開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の電源装置は、直列に接続している各々の電池モジュールの電圧を検出して電圧検出ラインの断線を検出する。この電源装置は、電池モジュールの検出電圧が閾値電圧よりも低下したときに断線が発生したものと判断する。電圧検出ラインが断線すると、電池モジュールの電圧が電圧検出回路に入力されなくなって、検出電圧が低下するからである。この電源装置は、電池モジュールと並列にコンデンサーを接続しており、あるいは抵抗を介して所定の電圧が供給される回路構成となるので、電圧検出ラインが断線しても直ちに電池モジュールの検出電圧は０Ｖまで低下しない。電圧検出ラインが断線する状態で、コンデンサーは、電圧検出回路の入力抵抗や入力インピーダンスで放電される。しかしながら、入力抵抗や入力インピーダンスの電気抵抗は相当に大きく、コンデンサーを速やかに放電できない。このため、電圧検出ラインが断線しても、電圧の低下に時間がかかって速やかに断線を検出できない。この弊害は、電池モジュールと並列にスイッチング素子を接続し、断線を検出するタイミングでこのスイッチング素子をオンに切り換えてコンデンサーを速やかに放電できる。
【０００８】
ただ、このスイッチング素子は、コンデンサーと電池モジュールの両方を放電するので、常にオン状態には保持できない。電池モジュールが無駄に放電されるからである。このため、断線を検出するタイミングに同期しながら、このスイッチング素子をオンオフに制御する制御回路が必要となり回路構成が複雑になる。
【０００９】
さらに、スイッチング素子をオンオフに切り換えて、電圧検出ラインの断線を検出する電源装置は、スイッチング素子をオンに切り換える状態では、正確に電池モジュールの電圧を検出できない。電圧検出回路の入力側が短絡されて、電池モジュールの電圧が低く検出されるからである。このため、スイッチング素子をオフとする状態で、電池モジュールの電圧を検出する必要がある。また、スイッチング素子をオフに切り換える状態では、電圧検出ラインの断線を速やかに検出できないので、スイッチング素子をオンに切り換えた後に、電池モジュールの電圧を検出して電圧検出ラインの断線を判定する必要がある。したがって、この電源装置は、スイッチング素子をオフの状態として電池モジュールの電圧を検出し、スイッチング素子をオンに切り換えて電圧検出ラインの断線を検出する必要があり、電池モジュールの電圧を２回検出して電池モジュールの電圧と、電圧検出ラインの断線を検出する必要がある。このため、電池モジュールの電圧検出と、電圧検出ラインの断線検出とに時間がかかる欠点がある。とくに、多数の電池モジュールを備える電源装置は、各々の電池モジュールの電圧検出と、電圧検出ラインの断線検出とを処理するのに時間がかかる欠点がある。
【００１０】
本発明は、さらに以上の欠点を解消することを目的として開発されたもので、簡単な回路構成としながら、速やかに電圧検出ラインの断線を検出して、電池モジュールを過充電や過放電から保護しながら充放電できる電源装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、電池モジュールの電圧を１回検出することで、電池モジュールの正確な電圧と、電圧検出ラインの断線の両方を同時に検出して、多数の電池モジュールの電圧や電圧検出ラインの断線を速やかに検出できる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および発明の効果】
【００１１】
本発明の電源装置は、互いに直列に接続してなる複数の電池モジュール１と、各々の電池モジュール１の正負の電極端子に電圧検出ライン９を介して接続されて、各々の電池モジュール１の電圧を検出すると共に、検出電圧から電圧検出ライン９の断線を判定する電圧検出回路２と、電圧検出回路２の入力側を一時的に短絡するショート回路３とを備えている。ショート回路３は、電圧検出回路２の入力側にコレクターとエミッターとを接続してなる短絡トランジスタ４と、この短絡トランジスタ４のベースに接続してなるミラー回路５とを備えている。ミラー回路５は、電圧検出ライン９の非断線状態で短絡トランジスタ４のベース電流を遮断してオフ状態とし、電圧検出ライン９の断線状態では、短絡トランジスタ４のベース電流を遮断することなく、短絡トランジスタ４にベース電流が流れる状態としてオン状態に切り換えて電圧検出回路２の入力側を短絡する。
【００１２】
以上の電源装置は、簡単な回路構成としながら、電圧検出ラインの断線を速やかに検出して、電池モジュールを過充電や過放電から保護しながら充放電できる特徴がある。それは、制御回路でオンオフに制御することなく、電圧検出ラインの断線によって、ミラー回路が短絡トランジスタに流れるベース電流の遮断状態をコントロールして短絡トランジスタをオンに切り換えて、コンデンサーを速やかに放電するので、基準電圧が電源装置全体の中間電位に相当し、基準電圧に向かって収束しようとする回路構成であっても、基準電圧に対する電位の高低に関わらず、電池モジュールの検出電圧はほぼ０Ｖに低下させるからである。
【００１３】
ミラー回路は、電圧検出ラインが断線しない状態で、短絡トランジスタにベース電流を供給しない。それは、短絡トランジスタのベースに流れようとする電流が、ミラー回路に引き込まれてベース電流を遮断するからである。ところが、電圧検出ラインが断線する状態になると、電池モジュールからミラー回路に電流が流れ込まなくなり、コンデンサーが短絡トランジスタにベース電流を流して短絡トランジスタをオン状態に切り換えて、電圧検出回路の入力側を短絡するからである。電圧検出回路の入力側が短絡されると、これと並列に接続しているコンデンサーは速やかに放電され、基準電圧と同等より低い電位の箇所であっても、短絡トランジスタによって検出電圧自体はほぼ０Ｖまで低下する。したがって、以上の電源装置は、電圧検出ラインの断線を検出するタイミングに合わせて短絡トランジスタをオンオフに制御する制御回路を設ける必要がなく、回路構成を簡単にできる。
【００１４】
また、以上の電源装置は、電池モジュールの電圧を１回検出することで、電池モジュールの正確な電圧と、電圧検出ラインの断線の両方を同時に検出して、多数の電池モジュールの電圧や電圧検出ラインの断線を速やかに検出できる特徴も実現される。それは、電圧検出ラインが断線されない状態では、電圧検出回路が正確に電池モジュールの電圧を検出し、電圧検出ラインが断線される状態では、ミラー回路が短絡トランジスタ４のベース電流を遮断することなく、短絡トランジスタをオンに切り換えて電圧検出回路の入力側を短絡して電圧をほぼ０Ｖに低下させるからである。
【００１５】
本発明の電源装置は、ミラー回路５が、コレクターとエミッターとを、負荷抵抗１３、１４を介して電圧検出回路２の入力側に接続して、互いにベースを接続してなる第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２を備え、第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２のベースを第１のトランジスタ１１のコレクターと負荷抵抗１３との間に接続し、第２のトランジスタ１２のコレクターと負荷抵抗１４との間を短絡トランジスタ４のベースに接続することができる。
以上の電源装置は、一対のトランジスタと負荷抵抗１３、１４からなる簡単な回路構成のミラー回路５でもって、電圧検出ライン９の断線状態において、短絡トランジスタ４をオンに切り換えて、断線を速やかに検出できる。
【００１６】
本発明の電源装置は、電圧検出ライン９を直列抵抗１５を介して電圧検出回路２の入力側に接続することができる。この直列抵抗１５は、短絡トランジスタ４のコレクター側ではショート回路３と電圧検出回路２の入力側との間に接続し、短絡トランジスタ４のエミッター側ではショート回路３のミラー回路５と短絡トランジスタ４との間に接続することができる。
以上の電源装置は、電圧検出ラインの断線状態において、より速やかにショート回路が電圧検出回路の入力側の電圧を低下できる。それは、電圧検出ラインが断線して、電池モジュールからミラー回路に電流が供給されなくなる状態で、直列抵抗がミラー回路への電流供給を少なくして、短絡トランジスタを速やかにオン状態に切り換えるからである。
【００１７】
本発明の電源装置は、電池モジュール１の正負の電極端子に接続された一対の電圧検出ライン９を、電圧検出回路２の入力側において、一対の入力端子２５からなる入力端子対２６に接続して電池モジュール１の電圧を検出することができる。さらに、電源装置は、直列に接続している電池モジュール１を、入力端子２５間にショート回路３を接続している入力端子対２６と、入力端子２５間にショート回路３の接続されない入力端子対２６とに交互に接続することができる。
以上の電源装置は、ショート回路の個数を少なくして、すなわち回路構成をより簡単にして、各々の電圧検出ラインの断線を検出できる。
【００１８】
本発明の電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置とすることができる。
以上の電源装置は、多数の電池モジュールで出力電圧を高くしながら、各々の電池モジュールの過充電や過放電を確実に検出しながら使用できる。
【００１９】
本発明の電源装置は、電圧検出回路２が入力側にバイパスコンデンサー１０を接続することができる。
以上の電源装置は、電圧検出回路の入力側に誘導される雑音を減衰して、電池モジュールの電圧を正確に検出すると共に、電圧検出ラインの断線状態において、バイパスコンデンサーの残留電荷が短絡トランジスタをオンに切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例にかかる電源装置のブロック回路図である。
【図２】図１に示す電源装置が電圧検出ラインの断線を検出する状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。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】
以下、本発明の電源装置がハイブリッドカーの電源装置として使用される具体例を実施例として詳述する。ただし、本発明の電源装置は、ハイブリッドカーの電源装置のみでなく、電気自動車やその他の大きな出力が要求される全ての用途に使用できる。
【００２３】
図１に示す電源装置は、互いに直列に接続している複数の電池モジュール１と、各々の電池モジュール１の正負の電極端子に、電圧検出ライン９を介して接続されて、各々の電池モジュール１の電圧を検出すると共に、検出電圧から電圧検出ライン９の断線も判定する電圧検出回路２と、この電圧検出回路２の入力側を一時的に短絡するショート回路３とを備える。
【００２４】
以上の電源装置は、車両のメインスイッチであるイグニッションスイッチをオンに切り換えている状態において、所定のタイミングで電圧検出ライン９の断線を検出し、あるいはイグニッションスイッチをオンに切り換えた直後の起動処理期間中において電圧検出ライン９の故障を検出する。
【００２５】
電圧検出回路２は、各々の電池モジュール１の電圧を検出して、電池モジュール１の過充電と過放電を防止しながら充放電するために、電源装置に装備される回路である。電源装置は、各々の電池モジュール１の電極端子を直列に接続している接続点７の電圧を検出して、電池モジュール１の電圧を検出する。電圧検出回路２は、全ての接続点７の電圧を検出して、全ての電池モジュール１の電圧を検出することができるが、全点検出の必要性は電池の特性に依存する。直列に接続している複数の電池モジュールをひとつのユニットとして扱える場合は、ユニット間の接続点の電圧を検出して、複数の電池モジュールからなる１ユニットの電圧として検出することもできる。たとえば、５０個の電池モジュールを直列に接続している電源装置は、好ましくは５０個の全ての電池モジュールの電圧を各々独立して電圧検出回路で検出し、あるいは２個の電池モジュールを１ユニットとし、２個の電池モジュールのトータル電圧を１ユニットの電圧として、２５ユニットの電圧を検出することもできる。
【００２６】
検出された電池モジュール１の電圧は、電池モジュール１の残容量の検出に使用され、あるいは充放電の電流を積算して演算される残容量の補正に使用され、あるいはまた、残容量が０になって完全に放電されたことを検出して、過放電される状態では放電電流を遮断し、さらに満充電されたことを検出して、過充電される状態になると充電電流を遮断するために使用される。
【００２７】
互いに直列に接続している複数の電池モジュール１は同じ電流で充放電される。したがって、全ての電池モジュール１の充電量と放電量は同じになる。しかしながら、必ずしも全ての電池モジュール１の電気特性は等しく揃って変化するわけではない。とくに、充放電の繰り返し回数が多くなると、各々の電池モジュール１は劣化する程度が異なって、満充電できる容量が変化する。この状態になると、満充電できる容量の減少した電池モジュール１は、過充電されやすく、また過放電もされやすくなる。電池モジュールは、過充電と過放電で著しく電気特性が劣化するので、満充電できる容量が減少した電池モジュールが過充電や過放電されると急激に劣化してしまう。このため、走行用バッテリ１は、多数の電池モジュール１を直列に接続しているが、全ての電池モジュール１の過充電と過放電を防止しながら、すなわち、電池モジュール１を保護しながら充放電することが大切となる。全ての電池モジュール１を保護しながら充放電するために、電圧検出回路２は、電池モジュール１の電圧を検出している。
【００２８】
各々の電池モジュール１は、１個ないし数個の二次電池を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続している。電池モジュール１は、二次電池の種類によって、直列に接続する二次電池の個数が異なる。たとえば、二次電池をリチウムイオン電池とする電池モジュールは１個の二次電池からなり、二次電池をニッケル水素電池とする電池モジュールは、４個ないし６個の二次電池を直列に接続している。１個のリチウムイオン電池からなる電池モジュールは、２０個の電池モジュールを直列に接続して出力電圧が約７４Ｖとなる。５個のニッケル水素電池を直列に接続している電池モジュールは、これを５０個直列に接続して、全体で２５０個のニッケル水素電池を直列に接続して、出力電圧を３００Ｖとしている。
【００２９】
電圧検出回路２は、電池モジュール１の接続点７をマルチプレクサ２１で切り換えて、各々の接続点７の電圧を順番に検出する。各々の接続点７の電圧を検出し、検出した接続点７の電圧差から各々の電池モジュール１の電圧を演算する。各々の接続点７は、電圧検出ライン９を介して電圧検出回路２の入力側に接続される。電圧検出ライン９は、リード線を介して一端を電池モジュール１の接続点７に、他端を電圧検出回路２の入力端子２５に接続している。
【００３０】
電池モジュール１の電圧は、電池モジュール１の両端を接続している接続点７の電圧差として検出される。たとえば、図１において第２の電池モジュールＭ2の電圧Ｅ2は、Ｖ2−Ｖ1として検出され、第３の電池モジュールＭ3の電圧Ｅ3は、Ｖ3−Ｖ2で検出される。
【００３１】
図の電圧検出回路２は、マルチプレクサ２１の出力側に電圧検出部２２を接続し、電圧検出部２２の出力側にＡ／Ｄコンバータ２３を接続している。この電圧検出回路２は、マルチプレクサ２１で切り換えて電圧検出部２２で接続点７の電圧を順番に検出し、電圧検出部２２の出力をＡ／Ｄコンバータ２３でデジタル信号に変換して制御回路２０に入力する。制御回路２０は、入力されるデジタル信号の電圧信号を演算して、電池モジュール１の電圧を検出する。
【００３２】
以上の電圧検出回路２は、マルチプレクサ２１で接続点７を切り換えて各々の電池モジュール１の電圧を検出するが、電圧検出回路は、電池モジュールの両端を入力側に接続している差動アンプで電池モジュールの電圧を検出することもできる。この電圧検出回路は、電圧を検出する電池モジュールの個数と同じ差動アンプを備え、各々の差動アンプの入力側を、電圧検出ラインを介して各々の電池モジュールの正負の電極端子に接続して、電池モジュールの電圧を検出する。
【００３３】
電圧検出回路２は、電圧検出ライン９に誘導される雑音を除去し、また電圧検出回路２の入力側に大きな静電気が入力されるのを防止するために、入力側にバイパスコンデンサー１０を接続している。バイパスコンデンサー１０は、静電容量を大きくして雑音や静電気による弊害を有効に防止できる。バイパスコンデンサー１０は、静電容量を、例えば０．０５μＦ〜０．５μＦ、好ましくは０．２２μＦとして、雑音や静電気の弊害を防止できる。バイパスコンデンサー１０は、電圧検出回路２の電圧検出の精度を向上するが、電圧検出ライン９が断線したときに、電圧検出回路２に入力される電圧の変化を遅らせる原因となる。バイパスコンデンサー１０のチャージが速やかに放電されないからである。
【００３４】
電圧検出回路２は、電池モジュール１の電圧を検出して電圧検出ライン９の断線を判定する。電圧検出ライン９が断線すると、電池モジュール１の電圧が電圧検出回路２に入力されなくなって入力電圧が低下するので、電池モジュール１の検出電圧を閾値電圧に比較して、電圧検出ライン９の断線を判定できる。ただ、バイパスコンデンサー１０は電池モジュール１によって充電されているので、電圧検出ライン９が断線されてもバイパスコンデンサー１０両端の電圧は直ちには低下しない。バイパスコンデンサー１０に充電された電荷は、電圧検出ライン９の速やかな断線検出を阻害する原因となる。また、基準電圧が電源装置の中間電位に相当する電位で、かつ該当部が基準電位と同等より低い電位であった場合は、検出回路の入力インピーダンスでは放電されず、電池モジュール１の検出電圧は０Ｖに低下しない。
【００３５】
この弊害を防止するために、本発明の電源装置は、電圧検出回路２の入力側にショート回路３を設けている。図のショート回路３は、２本の電圧検出ライン９を介して、電池モジュール１に並列に接続している。ショート回路３は、電圧検出ライン９が断線される状態で、電圧検出回路２の入力側をショートして端子間電圧をほぼ０Ｖまで低下させる。また、ショート回路３は、電圧検出ライン９が断線されない状態では、電圧検出回路２の入力側をショートすることなく、電池モジュール１の電圧を電圧検出回路２に入力させる。ショート回路３は、短絡トランジスタ４と、この短絡トランジスタ４をオンオフに制御するミラー回路５とからなる。短絡トランジスタ４は、コレクターとエミッターを電圧検出回路２の入力側に接続している。短絡トランジスタ４は、オン状態で電圧検出回路２の入力側を短絡して、電圧検出ライン９の断線状態で入力電圧をほぼ０Ｖに低下させる。
【００３６】
ミラー回路５は、電圧検出ライン９の断線状態と非断線状態とで、短絡トランジスタ４をオンオフに制御する。このミラー回路５は、電圧検出ライン９の非断線状態にあっては短絡トランジスタ４のベース電流を遮断してオフ状態とし、電圧検出ライン９の断線状態においては、短絡トランジスタ４のベース電流を遮断することなく、短絡トランジスタ４にベース電流が流れる状態としてオン状態に切り換えて、電圧検出回路２の入力側を短絡する。
【００３７】
図１のミラー回路５は、第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２を備える。図のミラー回路５は、２本の電圧検出ライン９を介して電池モジュール１に並列に接続している。第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２のコレクターは、負荷抵抗１３を介して電圧検出回路２の第１の入力端子２５ａに接続している。図のミラー回路５は、並列に接続される電池モジュール１のプラス側に接続している電圧検出ライン９を介して電圧検出回路２の第１の入力端子２５ａに接続している。第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２のエミッターは、電圧検出回路２の第２の入力端子２５ｂに接続している。図のミラー回路５は、並列に接続される電池モジュール１のマイナス側に接続している電圧検出ライン９を介して電圧検出回路２の第２の入力端子２５ｂに接続している。さらに、第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２のベースは、第１のトランジスタ１１のコレクターと負荷抵抗１３との間に接続され、第２のトランジスタ１２のコレクターと負荷抵抗１４との間を短絡トランジスタ４のベースに接続している。
【００３８】
以上のミラー回路５は、電圧検出ライン９が断線しない非断線状態において、第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２のコレクターに同じ電流が流れる。この状態において、第２のトランジスタ１２のコレクターに流れる電流は、短絡トランジスタ４のベースに流れようとする電流をバイパスして、すなわち、短絡トランジスタ４のベース電流を第２のトランジスタ１２が吸収する状態となって、短絡トランジスタ４のベース電流を遮断する。したがって、電圧検出ライン９の非断線状態において、ミラー回路５は正常に動作して、短絡トランジスタ４をオフ状態に保持する。
【００３９】
電圧検出ライン９が断線すると、ミラー回路５を構成する第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２とに、電池モジュール１から同じ電流値となるコレクター電流を供給できなくなって、第２のトランジスタ１２にコレクター電流が流れなくなる。この状態になると、第２のトランジスタ１２のコレクター電流が、短絡トランジスタ４のベース電流をバイパスして吸収できなくなる。短絡トランジスタ４は、第２のトランジスタ１２の負荷抵抗１４を介して電圧検出回路２の第１の入力端子２５ａ側、すなわち、バイパスコンデンサー１０のプラス側にベースを接続しているので、この負荷抵抗１４を介して短絡トランジスタ４のベースにバイパスコンデンサー１０からベース電流が供給され、短絡トランジスタ４はオン状態に切り換えられる。すなわち、電圧検出ライン９が断線すると、短絡トランジスタ４はオン状態に切り換えられる。オン状態の短絡トランジスタ４は、バイパスコンデンサー１０を放電し、また電圧検出回路２の入力側を短絡して、電圧検出回路２の入力側の電圧をほぼ０Ｖに低下させる。
【００４０】
さらに、図１に示す電源装置は、電圧検出ライン９の一端を直列抵抗１５を介して電圧検出回路２の入力側に接続している。図において、短絡トランジスタ４のコレクター側であって、電圧検出回路２の第１の入力端子２５ａ側に接続される直列抵抗１５は、ショート回路３と電圧検出回路２の入力端子２５との間に接続される。また、短絡トランジスタ４のエミッター側であって、電圧検出回路２の第２の入力端子２５ｂ側に接続される直列抵抗１５は、ショート回路３のミラー回路５と短絡トランジスタ４との間に接続される。直列抵抗１５は、電圧検出回路２の入力インピーダンスに比較して充分に小さい電気抵抗として、電圧検出回路２の電圧検出誤差を防止する。電圧検出回路２の入力インピーダンスは、たとえば１ＭΩ〜１００ＭΩと極めて大きいので、直列抵抗１５は、入力インピーダンスの１／１０〜１／１００として、電圧検出の誤差を無視できる。短絡トランジスタ４のエミッター側に接続される直列抵抗１５をミラー回路５と短絡トランジスタ４との間に接続している電源装置は、電圧検出ライン９の断線状態において、より速やかに短絡トランジスタ４をオンに切り換えできる。それは、電圧検出ライン９が断線して、電池モジュール１からミラー回路５に電流が供給されなくなる状態で、バイパスコンデンサー１０からミラー回路５への電流供給を直列抵抗１５が少なくして、短絡トランジスタ４を速やかにオンに切り換えるからである。ただ、短絡トランジスタのエミッター側に接続される直列抵抗は、必ずしもミラー回路と短絡トランジスタとの間に接続する必要はなく、ショート回路と電圧検出回路の入力端子との間に接続することもできる。また、直列抵抗は必ずしも必要でない。それは、直列抵抗を接続しない回路構成にあっても、電圧検出ラインが断線して、電池モジュールからミラー回路に電流が供給されない状態になると、バイパスコンデンサーが放電されて、バイパスコンデンサー側からミラー回路に供給される電流が減少すると、短絡トランジスタがオン状態に切り換えられるからである。
【００４１】
電源装置は、図１と図２に示すように、電圧検出回路２の全ての入力側にショート回路３を接続することなく、全ての電圧検出ライン９の断線を検出できる。すなわち、直列に接続している複数段の電池モジュール１の内、奇数段の電池モジュール１の電圧を検出する一対の入力端子２５間にショート回路３を接続して、偶数段の電池モジュール１の電圧を検出する一対の入力端子２５間にはショート回路３を接続せず、あるいは、反対に、奇数段の電池モジュールの電圧を検出する一対の入力端子間にショート回路を接続せずに、偶数段の電池モジュールの電圧を検出する一対の入力端子間にショート回路を接続する。すなわち、直列に接続している複数の電池モジュール１は、一対の入力端子２５間にショート回路３を接続している入力端子対２６と、一対の入力端子２５間にショート回路３を接続していない入力端子対２６とに交互に接続されて、電圧検出回路２で電圧が検出されるようにして、全ての電圧検出ライン９の断線を検出できる。
【００４２】
図２の電源装置は、直列に接続している３組の電池モジュール１の正負の電極端子を第１〜第４の電圧検出ライン９でもって、電圧検出回路２の第１〜第３の入力端子対２６に接続して、各々の電池モジュール１の電圧を検出している。この図の電源装置は、第１の電池モジュールＭ1の電圧を検出する第１の入力端子対２６Ａと、第３の電池モジュールＭ3の電圧を検出する第３の入力端子対２６Ｃにショート回路３を接続して、第２の電池モジュールＭ2の電圧を検出する第２の入力端子対２６Ｂにはショート回路３を接続していないが、入力端子対２６Ｂは、即ちモジュールＭ1の正極、Ｍ3の負極であり、Ｍ2で断線が発生した場合、Ｍ1またはＭ3のショート回路により全ての電圧検出ライン９の断線を速やかに検出できる。
【００４３】
図２において、第１の電池モジュールＭ1のプラス側又はマイナス側に接続している電圧検出ライン９がＡ点又はＢ点で断線すると、第１の入力端子対２６Ａで検出される検出電圧はほぼ０Ｖとなる。しかしながら、図において、第１の電池モジュールＭ1のマイナス側の電圧検出ライン９のＡ点が断線すると、第１の入力端子対２６Ａの検出電圧は０Ｖとなるが、第２の入力端子対２６Ｂの検出電圧からＡ点とＢ点のいずれの断線であるかを判定できる。それは、電圧検出ライン９がＡ点で断線すると、第２の入力端子対２６Ｂの検出電圧は第２の電池モジュールＭ2の電圧となり、Ｂ点で断線すると、第１の電池モジュールＭ1と第２の電池モジュールＭ2の加算された電圧値となって、Ａ点とＢ点の断線を判定できるからである。Ｂ点で断線すると、第２の入力端子対２６Ｂでの検出電圧が第１の電池モジュールＭ1の電圧と第２の電池モジュールＭ2の電圧の加算値となるのは、ショート回路３を介して第２の入力端子対２６Ｂのマイナス側が第１の電池モジュールＭ1のマイナス側に接続されるからである。
【００４４】
また、第３の電池モジュールＭ3のマイナス側に接続している電圧検出ライン９がＣ点で断線し、あるいはプラス側に接続している電圧検出ライン９がＤ点で断線しても、第３の入力端子対２６Ｃの検出電圧は０Ｖとなるが、第２の入力端子対２６Ｂの検出電圧からＣ点とＤ点のいずれの電圧検出ライン９の断線かを判定できる。すなわち、電圧検出ライン９がＣ点で断線すると、第２の入力端子対２６Ｂの検出電圧は第２の電池モジュールＭ2と第３の電池モジュールＭ3の電圧値の加算値となり、Ｄ点で断線すると、第２の入力端子対２６Ｂの検出電圧は、第２の電池モジュールＭ2の電圧値となるからである。
【００４５】
以上のように、図１と図２の電源装置は、電圧検出回路２の全ての入力端子対２６に、ショート回路３を接続することなく、ショート回路３を接続する入力端子対２６と、ショート回路３を接続しない入力端子対２６とを交互に配置して、全ての電圧検出ライン９の断線を速やかに検出できる。
【００４６】
さらに、電圧検出回路が任意の基準電圧に対する電位差を検出する回路構成の場合、基準電圧と同等より低い電位の箇所は、入力インピーダンスの大小に関らず断線時でも検出回路の基準電圧以下の電圧には低下しない。この状態では検出電圧から電圧低下と断線を識別できず、断線検出は不可能となる。短絡トランジスタを実装する事で、断線時は端子間電圧をほぼ０Ｖまで低下させ断線を識別し検出可能にする。
【符号の説明】
【００４７】
１…電池モジュール
２…電圧検出回路
３…ショート回路
４…短絡トランジスタ
５…ミラー回路
７…接続点
９…電圧検出ライン
１０…バイパスコンデンサー
１１…第１のトランジスタ
１２…第２のトランジスタ
１３…負荷抵抗
１４…負荷抵抗
１５…直列抵抗
２０…制御回路
２１…マルチプレクサ
２２…電圧検出部
２３…Ａ／Ｄコンバータ
２５…入力端子 ２５ａ…第１の入力端子
２５ｂ…第２の入力端子
２６…入力端子対 ２６Ａ…第１の入力端子対
２６Ｂ…第２の入力端子対
２６Ｃ…第３の入力端子対
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてハイブリッドカーや電気自動車等の電動車両を走行させるモータを駆動する電源装置に関し、とくに、互いに直列に接続している電池モジュールの電圧を検出する電圧検出回路を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大出力が要求される電源装置、たとえば電動車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置は、出力を大きくするために、多数の電池モジュールを直列に接続して出力電圧を高くしている。ハイブリッドカーや電気自動車を走行させる電源装置は、出力電圧を２００Ｖ以上と高くして、モータに供給できる電力を大きくしている。
【０００３】
多数の電池モジュールを直列に接続しているバッテリは、各々の電池モジュールの過充電と過放電を防止しながら充放電することが大切である。過充電と過放電が電池の電気性能を低下させると共に、劣化させて寿命を短くするからである。電源装置は、電池モジュールの過充電や過放電を防止するために、電池モジュールの電圧を検出する電圧検出回路を備えており、検出する電圧で電池モジュールの充放電の電流をコントロールしている。
【０００４】
電圧検出回路は、リード線やコネクタで構成された電圧検出ラインを介して各々の電池モジュールの正負の電極に接続される。電圧検出ラインは、一端を電池モジュールの正負の電極に、他端を電圧検出回路の入力側に接続している。リード線の断線やコネクタの接触不良など、電圧検出ラインの故障は、電池モジュールの電圧を正確に電圧検出回路に入力できなくする。電圧検出回路が各々の電池モジュールの電圧を正確に検出できない状態になると、電圧の検出されない電池モジュールの過充電や過放電を検出できなくなる為、電池モジュールの充放電を正常にコントロールできない。
【０００５】
この弊害を防止するために、電圧検出回路を電池モジュールの正負の電極に接続するリード線の断線を検出する電源装置が開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の電源装置は、直列に接続している各々の電池モジュールの電圧を検出して電圧検出ラインの断線を検出する。この電源装置は、電池モジュールの検出電圧が閾値電圧よりも低下したときに断線が発生したものと判断する。電圧検出ラインが断線すると、電池モジュールの電圧が電圧検出回路に入力されなくなって、検出電圧が低下するからである。この電源装置は、電池モジュールと並列にコンデンサーを接続しており、あるいは抵抗を介して所定の電圧が供給される回路構成となるので、電圧検出ラインが断線しても直ちに電池モジュールの検出電圧は０Ｖまで低下しない。電圧検出ラインが断線する状態で、コンデンサーは、電圧検出回路の入力抵抗や入力インピーダンスで放電される。しかしながら、入力抵抗や入力インピーダンスの電気抵抗は相当に大きく、コンデンサーを速やかに放電できない。このため、電圧検出ラインが断線しても、電圧の低下に時間がかかって速やかに断線を検出できない。この弊害は、電池モジュールと並列にスイッチング素子を接続し、断線を検出するタイミングでこのスイッチング素子をオンに切り換えてコンデンサーを速やかに放電できる。
【０００８】
ただ、このスイッチング素子は、コンデンサーと電池モジュールの両方を放電するので、常にオン状態には保持できない。電池モジュールが無駄に放電されるからである。このため、断線を検出するタイミングに同期しながら、このスイッチング素子をオンオフに制御する制御回路が必要となり回路構成が複雑になる。
【０００９】
さらに、スイッチング素子をオンオフに切り換えて、電圧検出ラインの断線を検出する電源装置は、スイッチング素子をオンに切り換える状態では、正確に電池モジュールの電圧を検出できない。電圧検出回路の入力側が短絡されて、電池モジュールの電圧が低く検出されるからである。このため、スイッチング素子をオフとする状態で、電池モジュールの電圧を検出する必要がある。また、スイッチング素子をオフに切り換える状態では、電圧検出ラインの断線を速やかに検出できないので、スイッチング素子をオンに切り換えた後に、電池モジュールの電圧を検出して電圧検出ラインの断線を判定する必要がある。したがって、この電源装置は、スイッチング素子をオフの状態として電池モジュールの電圧を検出し、スイッチング素子をオンに切り換えて電圧検出ラインの断線を検出する必要があり、電池モジュールの電圧を２回検出して電池モジュールの電圧と、電圧検出ラインの断線を検出する必要がある。このため、電池モジュールの電圧検出と、電圧検出ラインの断線検出とに時間がかかる欠点がある。とくに、多数の電池モジュールを備える電源装置は、各々の電池モジュールの電圧検出と、電圧検出ラインの断線検出とを処理するのに時間がかかる欠点がある。
【００１０】
本発明は、さらに以上の欠点を解消することを目的として開発されたもので、簡単な回路構成としながら、速やかに電圧検出ラインの断線を検出して、電池モジュールを過充電や過放電から保護しながら充放電できる電源装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、電池モジュールの電圧を１回検出することで、電池モジュールの正確な電圧と、電圧検出ラインの断線の両方を同時に検出して、多数の電池モジュールの電圧や電圧検出ラインの断線を速やかに検出できる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および発明の効果】
【００１１】
本発明の電源装置は、互いに直列に接続してなる複数の電池モジュール１と、各々の電池モジュール１の正負の電極端子に電圧検出ライン９を介して接続されて、各々の電池モジュール１の電圧を検出すると共に、検出電圧から電圧検出ライン９の断線を判定する電圧検出回路２と、電圧検出回路２の入力側を一時的に短絡するショート回路３とを備えている。ショート回路３は、電圧検出回路２の入力側にコレクターとエミッターとを接続してなる短絡トランジスタ４と、この短絡トランジスタ４のベースに接続してなるミラー回路５とを備えている。ミラー回路５は、電圧検出ライン９の非断線状態で短絡トランジスタ４のベース電流を遮断してオフ状態とし、電圧検出ライン９の断線状態では、短絡トランジスタ４のベース電流を遮断することなく、短絡トランジスタ４にベース電流が流れる状態としてオン状態に切り換えて電圧検出回路２の入力側を短絡する。
【００１２】
以上の電源装置は、簡単な回路構成としながら、電圧検出ラインの断線を速やかに検出して、電池モジュールを過充電や過放電から保護しながら充放電できる特徴がある。それは、制御回路でオンオフに制御することなく、電圧検出ラインの断線によって、ミラー回路が短絡トランジスタに流れるベース電流の遮断状態をコントロールして短絡トランジスタをオンに切り換えて、コンデンサーを速やかに放電するので、基準電圧が電源装置全体の中間電位に相当し、基準電圧に向かって収束しようとする回路構成であっても、基準電圧に対する電位の高低に関わらず、電池モジュールの検出電圧はほぼ０Ｖに低下させるからである。
【００１３】
ミラー回路は、電圧検出ラインが断線しない状態で、短絡トランジスタにベース電流を供給しない。それは、短絡トランジスタのベースに流れようとする電流が、ミラー回路に引き込まれてベース電流を遮断するからである。ところが、電圧検出ラインが断線する状態になると、電池モジュールからミラー回路に電流が流れ込まなくなり、コンデンサーが短絡トランジスタにベース電流を流して短絡トランジスタをオン状態に切り換えて、電圧検出回路の入力側を短絡するからである。電圧検出回路の入力側が短絡されると、これと並列に接続しているコンデンサーは速やかに放電され、基準電圧と同等より低い電位の箇所であっても、短絡トランジスタによって検出電圧自体はほぼ０Ｖまで低下する。したがって、以上の電源装置は、電圧検出ラインの断線を検出するタイミングに合わせて短絡トランジスタをオンオフに制御する制御回路を設ける必要がなく、回路構成を簡単にできる。
【００１４】
また、以上の電源装置は、電池モジュールの電圧を１回検出することで、電池モジュールの正確な電圧と、電圧検出ラインの断線の両方を同時に検出して、多数の電池モジュールの電圧や電圧検出ラインの断線を速やかに検出できる特徴も実現される。それは、電圧検出ラインが断線されない状態では、電圧検出回路が正確に電池モジュールの電圧を検出し、電圧検出ラインが断線される状態では、ミラー回路が短絡トランジスタ４のベース電流を遮断することなく、短絡トランジスタをオンに切り換えて電圧検出回路の入力側を短絡して電圧をほぼ０Ｖに低下させるからである。
【００１５】
本発明の電源装置は、ミラー回路５が、コレクターとエミッターとを、負荷抵抗１３、１４を介して電圧検出回路２の入力側に接続して、互いにベースを接続してなる第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２を備え、第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２のベースを第１のトランジスタ１１のコレクターと負荷抵抗１３との間に接続し、第２のトランジスタ１２のコレクターと負荷抵抗１４との間を短絡トランジスタ４のベースに接続することができる。
以上の電源装置は、一対のトランジスタと負荷抵抗１３、１４からなる簡単な回路構成のミラー回路５でもって、電圧検出ライン９の断線状態において、短絡トランジスタ４をオンに切り換えて、断線を速やかに検出できる。
【００１６】
本発明の電源装置は、電圧検出ライン９を直列抵抗１５を介して電圧検出回路２の入力側に接続することができる。この直列抵抗１５は、短絡トランジスタ４のコレクター側ではショート回路３と電圧検出回路２の入力側との間に接続し、短絡トランジスタ４のエミッター側ではショート回路３のミラー回路５と短絡トランジスタ４との間に接続することができる。
以上の電源装置は、電圧検出ラインの断線状態において、より速やかにショート回路が電圧検出回路の入力側の電圧を低下できる。それは、電圧検出ラインが断線して、電池モジュールからミラー回路に電流が供給されなくなる状態で、直列抵抗がミラー回路への電流供給を少なくして、短絡トランジスタを速やかにオン状態に切り換えるからである。
【００１７】
本発明の電源装置は、電池モジュール１の正負の電極端子に接続された一対の電圧検出ライン９を、電圧検出回路２の入力側において、一対の入力端子２５からなる入力端子対２６に接続して電池モジュール１の電圧を検出することができる。さらに、電源装置は、直列に接続している電池モジュール１を、入力端子２５間にショート回路３を接続している入力端子対２６と、入力端子２５間にショート回路３の接続されない入力端子対２６とに交互に接続することができる。
以上の電源装置は、ショート回路の個数を少なくして、すなわち回路構成をより簡単にして、各々の電圧検出ラインの断線を検出できる。
【００１８】
本発明の電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置とすることができる。
以上の電源装置は、多数の電池モジュールで出力電圧を高くしながら、各々の電池モジュールの過充電や過放電を確実に検出しながら使用できる。
【００１９】
本発明の電源装置は、電圧検出回路２が入力側にバイパスコンデンサー１０を接続することができる。
以上の電源装置は、電圧検出回路の入力側に誘導される雑音を減衰して、電池モジュールの電圧を正確に検出すると共に、電圧検出ラインの断線状態において、バイパスコンデンサーの残留電荷が短絡トランジスタをオンに切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例にかかる電源装置のブロック回路図である。
【図２】図１に示す電源装置が電圧検出ラインの断線を検出する状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。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】
以下、本発明の電源装置がハイブリッドカーの電源装置として使用される具体例を実施例として詳述する。ただし、本発明の電源装置は、ハイブリッドカーの電源装置のみでなく、電気自動車やその他の大きな出力が要求される全ての用途に使用できる。
【００２３】
図１に示す電源装置は、互いに直列に接続している複数の電池モジュール１と、各々の電池モジュール１の正負の電極端子に、電圧検出ライン９を介して接続されて、各々の電池モジュール１の電圧を検出すると共に、検出電圧から電圧検出ライン９の断線も判定する電圧検出回路２と、この電圧検出回路２の入力側を一時的に短絡するショート回路３とを備える。
【００２４】
以上の電源装置は、車両のメインスイッチであるイグニッションスイッチをオンに切り換えている状態において、所定のタイミングで電圧検出ライン９の断線を検出し、あるいはイグニッションスイッチをオンに切り換えた直後の起動処理期間中において電圧検出ライン９の故障を検出する。
【００２５】
電圧検出回路２は、各々の電池モジュール１の電圧を検出して、電池モジュール１の過充電と過放電を防止しながら充放電するために、電源装置に装備される回路である。電源装置は、各々の電池モジュール１の電極端子を直列に接続している接続点７の電圧を検出して、電池モジュール１の電圧を検出する。電圧検出回路２は、全ての接続点７の電圧を検出して、全ての電池モジュール１の電圧を検出することができるが、全点検出の必要性は電池の特性に依存する。直列に接続している複数の電池モジュールをひとつのユニットとして扱える場合は、ユニット間の接続点の電圧を検出して、複数の電池モジュールからなる１ユニットの電圧として検出することもできる。たとえば、５０個の電池モジュールを直列に接続している電源装置は、好ましくは５０個の全ての電池モジュールの電圧を各々独立して電圧検出回路で検出し、あるいは２個の電池モジュールを１ユニットとし、２個の電池モジュールのトータル電圧を１ユニットの電圧として、２５ユニットの電圧を検出することもできる。
【００２６】
検出された電池モジュール１の電圧は、電池モジュール１の残容量の検出に使用され、あるいは充放電の電流を積算して演算される残容量の補正に使用され、あるいはまた、残容量が０になって完全に放電されたことを検出して、過放電される状態では放電電流を遮断し、さらに満充電されたことを検出して、過充電される状態になると充電電流を遮断するために使用される。
【００２７】
互いに直列に接続している複数の電池モジュール１は同じ電流で充放電される。したがって、全ての電池モジュール１の充電量と放電量は同じになる。しかしながら、必ずしも全ての電池モジュール１の電気特性は等しく揃って変化するわけではない。とくに、充放電の繰り返し回数が多くなると、各々の電池モジュール１は劣化する程度が異なって、満充電できる容量が変化する。この状態になると、満充電できる容量の減少した電池モジュール１は、過充電されやすく、また過放電もされやすくなる。電池モジュールは、過充電と過放電で著しく電気特性が劣化するので、満充電できる容量が減少した電池モジュールが過充電や過放電されると急激に劣化してしまう。このため、走行用バッテリ１は、多数の電池モジュール１を直列に接続しているが、全ての電池モジュール１の過充電と過放電を防止しながら、すなわち、電池モジュール１を保護しながら充放電することが大切となる。全ての電池モジュール１を保護しながら充放電するために、電圧検出回路２は、電池モジュール１の電圧を検出している。
【００２８】
各々の電池モジュール１は、１個ないし数個の二次電池を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続している。電池モジュール１は、二次電池の種類によって、直列に接続する二次電池の個数が異なる。たとえば、二次電池をリチウムイオン電池とする電池モジュールは１個の二次電池からなり、二次電池をニッケル水素電池とする電池モジュールは、４個ないし６個の二次電池を直列に接続している。１個のリチウムイオン電池からなる電池モジュールは、２０個の電池モジュールを直列に接続して出力電圧が約７４Ｖとなる。５個のニッケル水素電池を直列に接続している電池モジュールは、これを５０個直列に接続して、全体で２５０個のニッケル水素電池を直列に接続して、出力電圧を３００Ｖとしている。
【００２９】
電圧検出回路２は、電池モジュール１の接続点７をマルチプレクサ２１で切り換えて、各々の接続点７の電圧を順番に検出する。各々の接続点７の電圧を検出し、検出した接続点７の電圧差から各々の電池モジュール１の電圧を演算する。各々の接続点７は、電圧検出ライン９を介して電圧検出回路２の入力側に接続される。電圧検出ライン９は、リード線を介して一端を電池モジュール１の接続点７に、他端を電圧検出回路２の入力端子２５に接続している。
【００３０】
電池モジュール１の電圧は、電池モジュール１の両端を接続している接続点７の電圧差として検出される。たとえば、図１において第２の電池モジュールＭ2の電圧Ｅ2は、Ｖ2−Ｖ1として検出され、第３の電池モジュールＭ3の電圧Ｅ3は、Ｖ3−Ｖ2で検出される。
【００３１】
図の電圧検出回路２は、マルチプレクサ２１の出力側に電圧検出部２２を接続し、電圧検出部２２の出力側にＡ／Ｄコンバータ２３を接続している。この電圧検出回路２は、マルチプレクサ２１で切り換えて電圧検出部２２で接続点７の電圧を順番に検出し、電圧検出部２２の出力をＡ／Ｄコンバータ２３でデジタル信号に変換して制御回路２０に入力する。制御回路２０は、入力されるデジタル信号の電圧信号を演算して、電池モジュール１の電圧を検出する。
【００３２】
以上の電圧検出回路２は、マルチプレクサ２１で接続点７を切り換えて各々の電池モジュール１の電圧を検出するが、電圧検出回路は、電池モジュールの両端を入力側に接続している差動アンプで電池モジュールの電圧を検出することもできる。この電圧検出回路は、電圧を検出する電池モジュールの個数と同じ差動アンプを備え、各々の差動アンプの入力側を、電圧検出ラインを介して各々の電池モジュールの正負の電極端子に接続して、電池モジュールの電圧を検出する。
【００３３】
電圧検出回路２は、電圧検出ライン９に誘導される雑音を除去し、また電圧検出回路２の入力側に大きな静電気が入力されるのを防止するために、入力側にバイパスコンデンサー１０を接続している。バイパスコンデンサー１０は、静電容量を大きくして雑音や静電気による弊害を有効に防止できる。バイパスコンデンサー１０は、静電容量を、例えば０．０５μＦ〜０．５μＦ、好ましくは０．２２μＦとして、雑音や静電気の弊害を防止できる。バイパスコンデンサー１０は、電圧検出回路２の電圧検出の精度を向上するが、電圧検出ライン９が断線したときに、電圧検出回路２に入力される電圧の変化を遅らせる原因となる。バイパスコンデンサー１０のチャージが速やかに放電されないからである。
【００３４】
電圧検出回路２は、電池モジュール１の電圧を検出して電圧検出ライン９の断線を判定する。電圧検出ライン９が断線すると、電池モジュール１の電圧が電圧検出回路２に入力されなくなって入力電圧が低下するので、電池モジュール１の検出電圧を閾値電圧に比較して、電圧検出ライン９の断線を判定できる。ただ、バイパスコンデンサー１０は電池モジュール１によって充電されているので、電圧検出ライン９が断線されてもバイパスコンデンサー１０両端の電圧は直ちには低下しない。バイパスコンデンサー１０に充電された電荷は、電圧検出ライン９の速やかな断線検出を阻害する原因となる。また、基準電圧が電源装置の中間電位に相当する電位で、かつ該当部が基準電位と同等より低い電位であった場合は、検出回路の入力インピーダンスでは放電されず、電池モジュール１の検出電圧は０Ｖに低下しない。
【００３５】
この弊害を防止するために、本発明の電源装置は、電圧検出回路２の入力側にショート回路３を設けている。図のショート回路３は、２本の電圧検出ライン９を介して、電池モジュール１に並列に接続している。ショート回路３は、電圧検出ライン９が断線される状態で、電圧検出回路２の入力側をショートして端子間電圧をほぼ０Ｖまで低下させる。また、ショート回路３は、電圧検出ライン９が断線されない状態では、電圧検出回路２の入力側をショートすることなく、電池モジュール１の電圧を電圧検出回路２に入力させる。ショート回路３は、短絡トランジスタ４と、この短絡トランジスタ４をオンオフに制御するミラー回路５とからなる。短絡トランジスタ４は、コレクターとエミッターを電圧検出回路２の入力側に接続している。短絡トランジスタ４は、オン状態で電圧検出回路２の入力側を短絡して、電圧検出ライン９の断線状態で入力電圧をほぼ０Ｖに低下させる。
【００３６】
ミラー回路５は、電圧検出ライン９の断線状態と非断線状態とで、短絡トランジスタ４をオンオフに制御する。このミラー回路５は、電圧検出ライン９の非断線状態にあっては短絡トランジスタ４のベース電流を遮断してオフ状態とし、電圧検出ライン９の断線状態においては、短絡トランジスタ４のベース電流を遮断することなく、短絡トランジスタ４にベース電流が流れる状態としてオン状態に切り換えて、電圧検出回路２の入力側を短絡する。
【００３７】
図１のミラー回路５は、第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２を備える。図のミラー回路５は、２本の電圧検出ライン９を介して電池モジュール１に並列に接続している。第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２のコレクターは、負荷抵抗１３を介して電圧検出回路２の第１の入力端子２５ａに接続している。図のミラー回路５は、並列に接続される電池モジュール１のプラス側に接続している電圧検出ライン９を介して電圧検出回路２の第１の入力端子２５ａに接続している。第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２のエミッターは、電圧検出回路２の第２の入力端子２５ｂに接続している。図のミラー回路５は、並列に接続される電池モジュール１のマイナス側に接続している電圧検出ライン９を介して電圧検出回路２の第２の入力端子２５ｂに接続している。さらに、第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２のベースは、第１のトランジスタ１１のコレクターと負荷抵抗１３との間に接続され、第２のトランジスタ１２のコレクターと負荷抵抗１４との間を短絡トランジスタ４のベースに接続している。
【００３８】
以上のミラー回路５は、電圧検出ライン９が断線しない非断線状態において、第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２のコレクターに同じ電流が流れる。この状態において、第２のトランジスタ１２のコレクターに流れる電流は、短絡トランジスタ４のベースに流れようとする電流をバイパスして、すなわち、短絡トランジスタ４のベース電流を第２のトランジスタ１２が吸収する状態となって、短絡トランジスタ４のベース電流を遮断する。したがって、電圧検出ライン９の非断線状態において、ミラー回路５は正常に動作して、短絡トランジスタ４をオフ状態に保持する。
【００３９】
電圧検出ライン９が断線すると、ミラー回路５を構成する第１のトランジスタ１１と第２のトランジスタ１２とに、電池モジュール１から同じ電流値となるコレクター電流を供給できなくなって、第２のトランジスタ１２にコレクター電流が流れなくなる。この状態になると、第２のトランジスタ１２のコレクター電流が、短絡トランジスタ４のベース電流をバイパスして吸収できなくなる。短絡トランジスタ４は、第２のトランジスタ１２の負荷抵抗１４を介して電圧検出回路２の第１の入力端子２５ａ側、すなわち、バイパスコンデンサー１０のプラス側にベースを接続しているので、この負荷抵抗１４を介して短絡トランジスタ４のベースにバイパスコンデンサー１０からベース電流が供給され、短絡トランジスタ４はオン状態に切り換えられる。すなわち、電圧検出ライン９が断線すると、短絡トランジスタ４はオン状態に切り換えられる。オン状態の短絡トランジスタ４は、バイパスコンデンサー１０を放電し、また電圧検出回路２の入力側を短絡して、電圧検出回路２の入力側の電圧をほぼ０Ｖに低下させる。
【００４０】
さらに、図１に示す電源装置は、電圧検出ライン９の一端を直列抵抗１５を介して電圧検出回路２の入力側に接続している。図において、短絡トランジスタ４のコレクター側であって、電圧検出回路２の第１の入力端子２５ａ側に接続される直列抵抗１５は、ショート回路３と電圧検出回路２の入力端子２５との間に接続される。また、短絡トランジスタ４のエミッター側であって、電圧検出回路２の第２の入力端子２５ｂ側に接続される直列抵抗１５は、ショート回路３のミラー回路５と短絡トランジスタ４との間に接続される。直列抵抗１５は、電圧検出回路２の入力インピーダンスに比較して充分に小さい電気抵抗として、電圧検出回路２の電圧検出誤差を防止する。電圧検出回路２の入力インピーダンスは、たとえば１ＭΩ〜１００ＭΩと極めて大きいので、直列抵抗１５は、入力インピーダンスの１／１０〜１／１００として、電圧検出の誤差を無視できる。短絡トランジスタ４のエミッター側に接続される直列抵抗１５をミラー回路５と短絡トランジスタ４との間に接続している電源装置は、電圧検出ライン９の断線状態において、より速やかに短絡トランジスタ４をオンに切り換えできる。それは、電圧検出ライン９が断線して、電池モジュール１からミラー回路５に電流が供給されなくなる状態で、バイパスコンデンサー１０からミラー回路５への電流供給を直列抵抗１５が少なくして、短絡トランジスタ４を速やかにオンに切り換えるからである。ただ、短絡トランジスタのエミッター側に接続される直列抵抗は、必ずしもミラー回路と短絡トランジスタとの間に接続する必要はなく、ショート回路と電圧検出回路の入力端子との間に接続することもできる。また、直列抵抗は必ずしも必要でない。それは、直列抵抗を接続しない回路構成にあっても、電圧検出ラインが断線して、電池モジュールからミラー回路に電流が供給されない状態になると、バイパスコンデンサーが放電されて、バイパスコンデンサー側からミラー回路に供給される電流が減少すると、短絡トランジスタがオン状態に切り換えられるからである。
【００４１】
電源装置は、図１と図２に示すように、電圧検出回路２の全ての入力側にショート回路３を接続することなく、全ての電圧検出ライン９の断線を検出できる。すなわち、直列に接続している複数段の電池モジュール１の内、奇数段の電池モジュール１の電圧を検出する一対の入力端子２５間にショート回路３を接続して、偶数段の電池モジュール１の電圧を検出する一対の入力端子２５間にはショート回路３を接続せず、あるいは、反対に、奇数段の電池モジュールの電圧を検出する一対の入力端子間にショート回路を接続せずに、偶数段の電池モジュールの電圧を検出する一対の入力端子間にショート回路を接続する。すなわち、直列に接続している複数の電池モジュール１は、一対の入力端子２５間にショート回路３を接続している入力端子対２６と、一対の入力端子２５間にショート回路３を接続していない入力端子対２６とに交互に接続されて、電圧検出回路２で電圧が検出されるようにして、全ての電圧検出ライン９の断線を検出できる。
【００４２】
図２の電源装置は、直列に接続している３組の電池モジュール１の正負の電極端子を第１〜第４の電圧検出ライン９でもって、電圧検出回路２の第１〜第３の入力端子対２６に接続して、各々の電池モジュール１の電圧を検出している。この図の電源装置は、第１の電池モジュールＭ1の電圧を検出する第１の入力端子対２６Ａと、第３の電池モジュールＭ3の電圧を検出する第３の入力端子対２６Ｃにショート回路３を接続して、第２の電池モジュールＭ2の電圧を検出する第２の入力端子対２６Ｂにはショート回路３を接続していないが、入力端子対２６Ｂは、即ちモジュールＭ1の正極、Ｍ3の負極であり、Ｍ2で断線が発生した場合、Ｍ1またはＭ3のショート回路により全ての電圧検出ライン９の断線を速やかに検出できる。
【００４３】
図２において、第１の電池モジュールＭ1のプラス側又はマイナス側に接続している電圧検出ライン９がＡ点又はＢ点で断線すると、第１の入力端子対２６Ａで検出される検出電圧はほぼ０Ｖとなる。しかしながら、図において、第１の電池モジュールＭ1のマイナス側の電圧検出ライン９のＡ点が断線すると、第１の入力端子対２６Ａの検出電圧は０Ｖとなるが、第２の入力端子対２６Ｂの検出電圧からＡ点とＢ点のいずれの断線であるかを判定できる。それは、電圧検出ライン９がＡ点で断線すると、第２の入力端子対２６Ｂの検出電圧は第２の電池モジュールＭ2の電圧となり、Ｂ点で断線すると、第１の電池モジュールＭ1と第２の電池モジュールＭ2の加算された電圧値となって、Ａ点とＢ点の断線を判定できるからである。Ｂ点で断線すると、第２の入力端子対２６Ｂでの検出電圧が第１の電池モジュールＭ1の電圧と第２の電池モジュールＭ2の電圧の加算値となるのは、ショート回路３を介して第２の入力端子対２６Ｂのマイナス側が第１の電池モジュールＭ1のマイナス側に接続されるからである。
【００４４】
また、第３の電池モジュールＭ3のマイナス側に接続している電圧検出ライン９がＣ点で断線し、あるいはプラス側に接続している電圧検出ライン９がＤ点で断線しても、第３の入力端子対２６Ｃの検出電圧は０Ｖとなるが、第２の入力端子対２６Ｂの検出電圧からＣ点とＤ点のいずれの電圧検出ライン９の断線かを判定できる。すなわち、電圧検出ライン９がＣ点で断線すると、第２の入力端子対２６Ｂの検出電圧は第２の電池モジュールＭ2と第３の電池モジュールＭ3の電圧値の加算値となり、Ｄ点で断線すると、第２の入力端子対２６Ｂの検出電圧は、第２の電池モジュールＭ2の電圧値となるからである。
【００４５】
以上のように、図１と図２の電源装置は、電圧検出回路２の全ての入力端子対２６に、ショート回路３を接続することなく、ショート回路３を接続する入力端子対２６と、ショート回路３を接続しない入力端子対２６とを交互に配置して、全ての電圧検出ライン９の断線を速やかに検出できる。
【００４６】
さらに、電圧検出回路が任意の基準電圧に対する電位差を検出する回路構成の場合、基準電圧と同等より低い電位の箇所は、入力インピーダンスの大小に関らず断線時でも検出回路の基準電圧以下の電圧には低下しない。この状態では検出電圧から電圧低下と断線を識別できず、断線検出は不可能となる。短絡トランジスタを実装する事で、断線時は端子間電圧をほぼ０Ｖまで低下させ断線を識別し検出可能にする。
【符号の説明】
【００４７】
１…電池モジュール
２…電圧検出回路
３…ショート回路
４…短絡トランジスタ
５…ミラー回路
７…接続点
９…電圧検出ライン
１０…バイパスコンデンサー
１１…第１のトランジスタ
１２…第２のトランジスタ
１３…負荷抵抗
１４…負荷抵抗
１５…直列抵抗
２０…制御回路
２１…マルチプレクサ
２２…電圧検出部
２３…Ａ／Ｄコンバータ
２５…入力端子 ２５ａ…第１の入力端子
２５ｂ…第２の入力端子
２６…入力端子対 ２６Ａ…第１の入力端子対
２６Ｂ…第２の入力端子対
２６Ｃ…第３の入力端子対
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列に接続してなる複数の電池モジュール(1)と、
各々の電池モジュール(1)の正負の電極端子に、電圧検出ライン(9)を介して接続されて、各々の電池モジュール(1)の電圧を検出すると共に、検出電圧から電圧検出ライン(9)の断線を判定する電圧検出回路(2)と、
前記電圧検出回路(2)の入力側を一時的に短絡するショート回路(3)とを備える電源装置であって、
前記ショート回路(3)が、電圧検出回路(2)の入力側にコレクターとエミッターとを接続してなる短絡トランジスタ(4)と、この短絡トランジスタ(4)のベースに接続してなるミラー回路(5)とを備え、
前記ミラー回路(5)は、電圧検出ライン(9)の非断線状態で短絡トランジスタ(4)のベース電流を遮断してオフ状態とし、電圧検出ライン(9)の断線状態では、短絡トランジスタ(4)のベース電流を遮断することなく、短絡トランジスタ(4)にベース電流が流れる状態としてオン状態に切り換えて電圧検出回路(2)の入力側を短絡するようにしてなる電源装置。
【請求項２】
前記ミラー回路(5)が、コレクターとエミッターとを負荷抵抗(13;14)を介して電圧検出回路(2)の入力側に接続され、かつ互いにベースを接続してなる第１のトランジスタ(11)と第２のトランジスタ(12)を備え、第１のトランジスタ(11)と第２のトランジスタ(12)のベースは第１のトランジスタ(11)のコレクターと負荷抵抗(13)との間に接続され、第２のトランジスタ(12)のコレクターと負荷抵抗(14)との間を前記短絡トランジスタ(4)のベースに接続してなる請求項１に記載される電源装置。
【請求項３】
前記電圧検出ライン(9)が、直列抵抗(15)を介して電圧検出回路(2)の入力側に接続され、かつ、この直列抵抗(15)が、前記短絡トランジスタ(4)のコレクター側ではショート回路(3)と電圧検出回路(2)の入力側との間に接続され、短絡トランジスタ(4)のエミッター側ではショート回路(3)のミラー回路(5)と短絡トランジスタ(4)との間に接続されてなる請求項１又は２に記載される電源装置。
【請求項４】
前記電池モジュール(1)の正負の電極端子に接続された一対の電圧検出ライン(9)が、電圧検出回路(2)の入力側において、一対の入力端子(25)からなる入力端子対(26)に接続されて前記電池モジュール(1)の電圧が電圧検出回路(2)で検出されており、
直列に接続してなる前記電池モジュール(1)が、入力端子(25)間にショート回路(3)を接続している入力端子対(26)と、入力端子(25)間にショート回路(3)の接続されない入力端子対(26)とに交互に接続されてなる請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置。
【請求項５】
車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置である請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置。
【請求項６】
前記電圧検出回路(2)が入力側にバイパスコンデンサー(10)を接続している請求項１ないし５のいずれかに記載される電源装置。
【請求項１】
互いに直列に接続してなる複数の電池モジュール(1)と、
各々の電池モジュール(1)の正負の電極端子に、電圧検出ライン(9)を介して接続されて、各々の電池モジュール(1)の電圧を検出すると共に、検出電圧から電圧検出ライン(9)の断線を判定する電圧検出回路(2)と、
前記電圧検出回路(2)の入力側を一時的に短絡するショート回路(3)とを備える電源装置であって、
前記ショート回路(3)が、電圧検出回路(2)の入力側にコレクターとエミッターとを接続してなる短絡トランジスタ(4)と、この短絡トランジスタ(4)のベースに接続してなるミラー回路(5)とを備え、
前記ミラー回路(5)は、電圧検出ライン(9)の非断線状態で短絡トランジスタ(4)のベース電流を遮断してオフ状態とし、電圧検出ライン(9)の断線状態では、短絡トランジスタ(4)のベース電流を遮断することなく、短絡トランジスタ(4)にベース電流が流れる状態としてオン状態に切り換えて電圧検出回路(2)の入力側を短絡するようにしてなる電源装置。
【請求項２】
前記ミラー回路(5)が、コレクターとエミッターとを負荷抵抗(13;14)を介して電圧検出回路(2)の入力側に接続され、かつ互いにベースを接続してなる第１のトランジスタ(11)と第２のトランジスタ(12)を備え、第１のトランジスタ(11)と第２のトランジスタ(12)のベースは第１のトランジスタ(11)のコレクターと負荷抵抗(13)との間に接続され、第２のトランジスタ(12)のコレクターと負荷抵抗(14)との間を前記短絡トランジスタ(4)のベースに接続してなる請求項１に記載される電源装置。
【請求項３】
前記電圧検出ライン(9)が、直列抵抗(15)を介して電圧検出回路(2)の入力側に接続され、かつ、この直列抵抗(15)が、前記短絡トランジスタ(4)のコレクター側ではショート回路(3)と電圧検出回路(2)の入力側との間に接続され、短絡トランジスタ(4)のエミッター側ではショート回路(3)のミラー回路(5)と短絡トランジスタ(4)との間に接続されてなる請求項１又は２に記載される電源装置。
【請求項４】
前記電池モジュール(1)の正負の電極端子に接続された一対の電圧検出ライン(9)が、電圧検出回路(2)の入力側において、一対の入力端子(25)からなる入力端子対(26)に接続されて前記電池モジュール(1)の電圧が電圧検出回路(2)で検出されており、
直列に接続してなる前記電池モジュール(1)が、入力端子(25)間にショート回路(3)を接続している入力端子対(26)と、入力端子(25)間にショート回路(3)の接続されない入力端子対(26)とに交互に接続されてなる請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置。
【請求項５】
車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置である請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置。
【請求項６】
前記電圧検出回路(2)が入力側にバイパスコンデンサー(10)を接続している請求項１ないし５のいずれかに記載される電源装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−８４４４３（Ｐ２０１２−８４４４３Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３０８８７（Ｐ２０１０−２３０８８７）
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【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２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]