JP2010011631A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】漏れ電流による電池ユニットのアンバランスを防止しながら、簡単な回路構成として部品コストを低減して電池ユニットの電圧を検出する。
【解決手段】電源装置は、電池ユニット２の電圧を電圧検出回路３で検出する。電圧検出回路３は、複数の直列抵抗１２Ａを直列に接続している直列抵抗回路１２と、直列抵抗１２Ａに電池ユニット２のプラス側とマイナス側を接続するスイッチング素子６と、スイッチング素子６を制御する制御回路７と、直列抵抗回路１２と並列に接続されて電流のループ回路を構成する検出抵抗回路１３と、検出抵抗回路１３に誘導される電圧を検出する電圧検出部５とを備える。電源装置は、電池ユニット２のプラス側とマイナス側のスイッチング素子６をオンに切り換えて、この電池ユニット２の電圧を直列抵抗１２Ａに供給し、この状態で検出抵抗回路１３に誘導される電圧を電圧検出部５で検出して電池ユニット２の電圧を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、高電圧バッテリを備える電源装置に関し、とくに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ーを駆動するのに最適な電源装置に関する。

電動車両を走行させる電源装置は、出力を大きくするために高電圧バッテリの出力電圧を高くする必要がある。出力電力がバッテリの電圧と電流の積に比例するからである。たとえば、ハイブリッドカーや電気自動車を走行させる電源装置の高電圧バッテリは、出力電圧が２００Ｖ以上と極めて高い。高電圧バッテリは、複数の電池ユニットを直列に接続して出力電圧を高くしている。

以上のように、多数の電池ユニットを直列に接続している高電圧バッテリは、各々の電池ユニット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ユニット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。電池ユニットの過充電や過放電を防止するために、電池ユニットの電圧を検出してバッテリの充放電を制御する電源装置が開発されている（特許文献１参照）。

この公報に記載される電源装置は、図１に示すように、各々の電池ユニット９２の接続点９４の電圧を検出している。接続点９４の電圧は２００Ｖ以上と高電圧であるから、抵抗分圧回路９５でもって、マルチプレクサ９７やＡ／Ｄコンバータ９８に入力できる電圧まで降圧して検出している。この電圧検出回路９３は、マルチプレクサ９７で切り換えて接続点９４の電圧をＡ／Ｄコンバータ９８に入力して検出している。検出された接続点９４の電圧差から電池ユニット９２の電圧を検出している。この電圧検出回路９３は、抵抗分圧回路９５が消費する電力を少なくするために、各々の接続点９４にスイッチング素子９６を接続している。スイッチング素子９６は、マルチプレクサ９７に同期して順番にオンに切り換えられて、接続点９４の電圧をマルチプレクサ９７に入力する。マルチプレクサ９７は、入力される接続点９４の電圧を順番にＡ／Ｄコンバータ９８に入力する。マルチプレクサ９７は、ひとつのスイッチング素子９６をオンに切り換えるタイミングで、オン状態にあるスイッチング素子９６を接続している入力端子を出力するように切り換えられる。
特開２００７−２５９６６７号公報

図１の電圧検出回路９３は、スイッチング素子９６をオンに切り換える状態で抵抗分圧回路９５が電力を消費する。とくに、図１において、マイナス側に接続している電池ユニット９２の抵抗分圧回路９５による消費電力が大きくなって、消費電力の差が電池ユニット９２をアンバランスとする原因となる。それは、最もマイナス側に接続している電池ユニット９２は、いずれの接続点９４の電圧を検出する状態においても電流が流れるのに対し、最もプラス側に接続している電池ユニット９２は、プラス側の出力端子の電圧を検出するときに限って電流が流れるからである。とくに、オフ状態にあるスイッチング素子９６の漏れ電流は連続して流れていることから、スイッチング素子９６の漏れ電流は、電池ユニットのアンバランスの原因となる。また、スイッチング素子はオフ状態で高電圧バッテリの高電圧が印加されることから、高耐圧の素子を使用する必要がある。高耐圧のスイッチング素子は高出力用の素子であることから漏れ電流が大きく、漏れ電流による電池ユニットのアンバランスが発生する。さらに、図の抵抗分圧回路は、電気抵抗の誤差が分圧誤差に影響を与えることから、抵抗分圧回路には高精度な抵抗器、たとえば電気抵抗の誤差を０．１％以下とする高価な抵抗器を使用している。さらに、抵抗分圧回路は、高精度な抵抗器を多数に使用することから、部品コストが極めて高くなる欠点がある。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、漏れ電流による電池ユニットのアンバランスを防止しながら、簡単な回路構成として部品コストを低減して電池ユニットの電圧を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及び効果

本発明の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
電源装置は、複数の電池ユニット２、２２を直列に接続している高電圧バッテリ１、２１と、この高電圧バッテリ１、２１を構成する電池ユニット２、２２の接続点４の電圧を検出して各々の電池ユニット２、２２の電圧を検出する電圧検出回路３、２３とを備える。電圧検出回路３、２３は、複数の直列抵抗１２Ａ、３２Ａを直列に接続している直列抵抗回路１２、３２と、この直列抵抗回路１２、３２の直列抵抗１２Ａ、３２Ａに電池ユニット２、２２の電圧を供給するように、電池ユニット２、２２のプラス側とマイナス側を接続するスイッチング素子６、２６と、スイッチング素子６、２６をオンオフに制御して、電池ユニット２、２２の電圧を直列抵抗１２Ａ、３２Ａに印加するように制御する制御回路７と、直列抵抗回路１２、３２と並列に接続されて直列抵抗回路１２、３２とで電流のループ回路を構成する検出抵抗回路１３、３３と、検出抵抗回路１３、３３に誘導される電圧を検出する電圧検出部５とを備える。この電源装置は、制御回路７でもって、電池ユニット２、２２のプラス側とマイナス側に接続している一対のスイッチング素子６、２６をオンに切り換えて、オン状態にあるスイッチング素子６、２６の間に接続している電池ユニット２、２２の電圧を直列抵抗１２Ａ、３２Ａに供給し、この状態で検出抵抗回路１３、３３に誘導される電圧を電圧検出部５で検出して電池ユニット２、２２の電圧を検出する。

この電源装置は、漏れ電流による電池ユニットのアンバランスを防止できる。それは、複数の直列抵抗を直列に接続して直列抵抗回路とし、この直列抵抗回路と並列に検出抵抗回路を接続して電流のループ回路を設け、一対のスイッチング素子をオンに切り換えて、ループ回路に流れる電流を検出抵抗回路で検出して電池ユニットの電圧を検出するからである。この回路構成は、電池ユニットを同じ条件でバランスして直列抵抗に接続するので、従来の分岐抵抗回路のように、マイナス側にある電池ユニットにより多くの漏れ電流が流れことがなく、漏れ電流による電池ユニットのアンバランスを防止できる。

また、簡単な回路構成として部品コストを低減して電池ユニットの電圧を検出できる。従来の抵抗分圧回路は、電圧を分圧するために少なくとも高精度なふたつの抵抗器を必要とする。したがって、電圧を検出する電池ユニットの個数の２倍の高精度抵抗器を使用する必要がある。これに対して本発明の電圧検出回路は、各々の電池ユニットの電圧をスイッチング素子を介して各々の直列抵抗に印加して電圧を検出し、他の直列抵抗を電圧の分圧に併用するので、少ない数の抵抗器で電池ユニットの電圧を降圧してアンプに入力できる。このため、高精度で高価な抵抗器の使用個数を少なくして、製造コストを低減できる。

本発明の請求項２の電源装置は、請求項１の構成に加えて、電圧検出部５が、検出抵抗１３Ａ、３３Ａに誘導される電圧を入力するアンプ１１と、このアンプ１１の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ８と、このＡ／Ｄコンバータ８の出力を演算して電池ユニット２、２２の電圧を検出する演算回路９とを備えている。

本発明の請求項３の電源装置は、請求項１の構成に加えて、電池ユニット２２と直列に接続している電流検出抵抗３４と、この電流検出抵抗３４の両端に誘導される電圧を増幅する差動アンプ３８と、この差動アンプ３８の出力を直列抵抗３２Ａの両端に接続する一対のスイッチング素子２６とを備えている。この電源装置は、制御回路７でスイッチング素子２６を制御して、電流検出抵抗３４の電圧を差動アンプ３８に入力し、差動アンプ３８の出力を直列抵抗１２Ａに供給して、直列抵抗１２Ａに誘導される電圧を電圧検出部５で検出して、高電圧バッテリ１の電流を検出する。

この電源装置は、電池ユニットの電圧を検出するために設けている、ループ回路と電流検出部を、高電圧バッテリの電流を検出する回路に併用する。このため、高電圧バッテリの電流を検出する回路を簡単にできる特徴がある。

さらに、本発明の請求項４の電源装置は、請求項１の構成に加えて、高電圧バッテリ１と直列に接続しているコンタクタ３７と、このコンタクタ３７の両端を直列抵抗３２Ａに接続する一対のスイッチング素子２６とを備えている。この電源装置は、コンタクタ３７と電池ユニット２２との直列回路を、一対のスイッチング素子２６を介して直列抵抗３２Ａに接続して、検出抵抗回路３３に誘導される電圧からコンタクタ３７のオンオフを判定する。

この電源装置は、コンタクタがオン状態にあると、検出抵抗回路に電圧が誘導され、コンタクタがオフ状態にあると、検出抵抗回路に電圧が誘導されないことから、コンタクタのオンオフが判定される。したがって、この電源装置は、電池ユニットの電圧を検出するために設けている回路でもって、コンタクタのオンオフを検出できる。このため、コンタクタのオンオフを検出する回路を簡単にできる特徴がある。

さらにまた、本発明の請求項５の電源装置は、請求項１の構成に加えて、高電圧バッテリ２１と直列に接続しているヒューズ３５と、このヒューズ３５の両端を直列抵抗３２Ａに接続する一対のスイッチング素子２６とを備えている。この電源装置は、ヒューズ３５と電池ユニット３２との直列回路を、一対のスイッチング素子２６を介して直列抵抗３２Ａに接続して、検出抵抗回路３３に誘導される電圧からヒューズ３５の断線を判定する。

この電源装置は、ヒューズが導通状態にあると検出抵抗回路に電圧が誘導され、ヒューズが断線されると検出抵抗回路に電圧が誘導されないことから、ヒューズの溶断が判定される。この電源装置は、電池ユニットの電圧を検出する回路でもって、ヒューズの断線を判定できるので、ヒューズの溶断を簡単に検出できる。

また、本発明の請求項６の電源装置は、請求項１の構成に加えて、高電圧バッテリ２１と直列に接続している安全プラグ３６と、この安全プラグ３６の両端を直列抵抗３２Ａに接続する一対のスイッチング素子２６とを備えている。この電源装置は、安全プラグ３６と電池ユニット２２との直列回路を、一対のスイッチング素子２６を介して直列抵抗３２Ａに接続して、検出抵抗回路３３に誘導される電圧から安全プラグ３６の導通を判定する。

この電源装置は、安全プラグが導通状態にあると、検出抵抗回路に電圧が誘導され、安全プラグが外されて電流を遮断する状態にあると、検出抵抗回路に電圧が誘導されないことから、安全プラグの導通が判定される。この電源装置は、電池ユニットの電圧を検出するために設けている回路でもって、安全プラグの導通を検出できる。このため、安全プラグの導通を検出する回路を簡単にできる特徴がある。

本発明の請求項７の電源装置は、請求項１の構成に加えて、特定の電池ユニット２ｘの両端を電圧検出部５の入力側に入力する一対の直接入力スイッチ４０を備えている。この電源装置は、一対の直接入力スイッチ４０をオンにして電池ユニット２の電圧を直接に電圧検出部５に入力して電池ユニット２の校正電圧が検出される。さらに、この電源装置は、電池ユニット２の両端に接続している一対のスイッチング素子６がオンに切り換えられて、電池ユニット２の電圧を直列抵抗１２Ａに印加し、直列抵抗１２Ａに印加される電圧によって検出抵抗回路１３に誘導される電圧から電池ユニット２の電圧が検出される。この電源装置は、校正電圧と、検出抵抗１３Ａに誘導される電圧から、直列抵抗回路１２と検出抵抗回路１３の故障を判定する。

この電源装置は、校正電圧と、検出抵抗に誘導される電圧から直列抵抗回路と検出抵抗回路の故障を判定する。直列抵抗回路と検出抵抗回路が故障しない状態では、校正電圧と、検出抵抗に誘導される電圧とは同じ電圧となり、直列抵抗回路と検出抵抗回路が故障すると、校正電圧と、検出抵抗に誘導される電圧とが同じ電圧とならないからである。この電源装置は、同じ電池ユニットの電圧を異なる２方式で検出して、直列抵抗回路と検出抵抗回路の故障を判定できるので、検出される電池ユニットの電圧が正常でない状態においては、電池ユニットの故障と回路故障とを判別して、電池ユニットの故障をより正確に判定できる。

さらに本発明の請求項８の電源装置は、検出抵抗回路１３が互いに直列に接続してなる複数の検出抵抗１３Ａからなり、いずれかひとつ又は複数の検出抵抗１３Ａを電圧検出回路５の入力側に接続している。

また、本発明の請求項９の電源装置は、請求項２の構成に加えてアンプ１１を差動アンプとして、アンプ１１の一方の入力端子、たとえばマイナス側の入力端子をグランドライン１０に接続している。この電源装置は、差動アンプの入力側に接続する検出抵抗を選択し、さらに検出抵抗の電気抵抗を最適値として、差動アンプのグランドラインを最適電位に調整できる。

さらに本発明の請求項１０の電源装置は、請求項２の構成に加えて、アンプ１１とＡ／Ｄコンバータ８と演算回路９と制御回路７とに、絶縁型の電源回路から電力を供給している。

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。

図２は、車両に搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給して車両を走行させる電源装置を示す。この電源装置は、複数の電池ユニット２を直列に接続している高電圧バッテリ１と、この高電圧バッテリ１を構成する電池ユニット２の電圧を検出する電圧検出回路３とを備える。電池ユニット２は、複数の素電池を直列に接続してなる電池モジュールで構成される。ただし、電池ユニットは、ひとつの素電池とすることもでき、また直列に接続している複数の電池モジュールで構成することもできる。

素電池は、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池である。ただし、素電池には充電できる全ての電池とすることができる。高電圧バッテリは、たとえば、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をひとつの電池ユニットとし、この電池ユニットを４８個直列に接続して、出力電圧を２８８Ｖとする。素電池をニッケル水素電池とする高電圧バッテリは、複数の、たとえば５個〜６個の素電池を直列に接続して電池モジュールとし、これを直列に接続している。この高電圧バッテリは、各々の電池モジュールの電圧を検出し、あるいは複数の電池モジュールを直列してものを電池ユニットとして電圧を検出する。素電池をリチウムイオン電池とする高電圧バッテリは、ひとつの素電池を電池ユニットとして各々の素電池の電圧を検出する。高電圧バッテリは、直列に接続する素電池の個数を多くして出力電圧を高くする。高電圧バッテリの出力電圧は、好ましくは２００Ｖないし３００Ｖに設定される。

図２の電圧検出回路３は、各々の電池ユニット２の電圧を検出して、電池ユニット２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。電圧検出回路３は、スイッチング素子６を切り換えて各々の電池ユニット２の電圧を検出する。

検出された電池ユニット２の電圧は、電池ユニット２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。

多数の電池ユニット２を直列に接続している高電圧バッテリ１は、同じ電流で充放電される。したがって、全ての電池ユニット２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ユニット２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、各々の電池ユニット２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ユニットは、過充電されやすく、また過放電もされやすくなる。電池ユニットは、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ユニット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、高電圧バッテリ１は、多数の電池ユニット２を直列に接続しているが、全ての電池ユニット２の過充電と過放電を防止しながら、すなわち、電池ユニット２を保護しながら充放電することが大切となる。全ての電池ユニット２を保護しながら充放電するために、電圧検出回路３は、電池ユニット２の電圧を検出している。

電圧検出回路３は、電池ユニット２のプラス側とマイナス側に接続している一対のスイッチング素子６をオンに切り換えて、ループ回路に電流を流し、流れる電流を検出して電池ユニット２の電圧を検出する。図の電圧検出回路３は、複数の直列抵抗１２Ａを直列に接続している直列抵抗回路１２と、この直列抵抗回路１２の直列抵抗１２Ａに電池ユニット２の電圧を供給するように、電池ユニット２のプラス側とマイナス側を接続するスイッチング素子６と、スイッチング素子６をオンオフに制御して、電池ユニット２の電圧を直列抵抗１２Ａに印加するように制御する制御回路７と、直列抵抗回路１２と並列に接続されて直列抵抗回路１２とで電流のループ回路を構成する検出抵抗回路１３と、ループ回路に流れる電流を検出するために、検出抵抗回路１３の検出抵抗１３Ａに誘導される電圧を検出する電圧検出部５とを備える。図の電圧検出回路３は、電圧検出部５を、入力側に接続しているアンプ１１と、このアンプ１１の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ８と、このＡ／Ｄコンバータ８の出力を演算して電池ユニット２の電圧を検出する演算回路９とで構成する。

この電圧検出回路３は、電池ユニット２のプラス側とマイナス側に接続している一対のスイッチング素子６をオンに切り換えて、オン状態にあるスイッチング素子６の間に接続している電池ユニット２の電圧を直列抵抗１２Ａに供給する。直列抵抗１２Ａに電圧が供給されると、これによってループ回路に電流が流れる。ループ回路に流れる電流は、電池ユニット２の電圧に比例して、ループ回路の電気抵抗に反比例する。ループ回路の電気抵抗はあらかじめ特定されているので、電流を検出して電池ユニット２の電圧を検出できる。電流を検出するために、検出抵抗１３Ａに誘導される電圧、言い換えると検出抵抗１３Ａの電圧降下が電圧検出部５で検出される。検出抵抗１３Ａの電圧降下は、アンプ１１を介してＡ／Ｄコンバータ８に入力される。Ａ／Ｄコンバータ８は、入力される電圧をデジタル信号に変換して演算回路９に出力する。演算回路９は、Ａ／Ｄコンバータ８から入力されるデジタル信号から電池ユニット２の電圧を演算する。

直列抵抗回路１２は、同じ電気抵抗である複数の直列抵抗１２Ａを直列に接続している。ただし、直列抵抗の電気抵抗は、必ずしも同一にする必要はなく、異なる電気抵抗とすることもできる。直列抵抗回路１２は、図に示すように、好ましくは、ひとつの電池ユニット２の電圧をひとつの直列抵抗１２Ａに供給する。したがって、直列抵抗１２Ａの個数は、電圧を検出する電池ユニット２の数に等しくしている。ただし、直列抵抗の数を、電圧を検出する電池ユニットの数よりも多くして、ひとつの電池ユニットを互いに直列に接続している複数の直列抵抗に接続することもできる。正常な状態にある電池ユニット２の電圧はほぼ等しい。したがって、同じ電気抵抗の直列抵抗１２Ａからなる直列抵抗回路１２は、各々の電池ユニット２から直列抵抗１２Ａに電圧を供給して、同じ状態で電圧を検出できる。

スイッチング素子６は、ＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子で、オフ状態で高絶縁抵抗の素子が使用される。オフ状態での漏れ電流が高電圧バッテリ１を放電させるからである。このスイッチング素子６には、好ましくはＦＥＴが使用される。

制御回路７は、各々のスイッチング素子６をオンオフに制御して、順番に電池ユニット２の電圧を直列抵抗１２Ａに供給する。制御回路７は、電圧を検出する電池ユニット２のプラス側とマイナス側に接続しているスイッチング素子６をオンに切り換え、その他のスイッチング素子６をオフとして、特定の電池ユニット２の電圧を直列抵抗１２Ａに供給する。制御回路７は、順番に一対のスイッチング素子６をオンに切り換えて、全ての電池ユニット２の電圧を、一定の周期で順番に直列抵抗１２Ａに供給する。

図の検出抵抗回路１３は、３個の検出抵抗１３Ａを直列に接続して、中間に接続している検出抵抗回路１３の電圧を電圧検出部５に入力している。この検出抵抗回路１３は、各々の電気抵抗でもって、アンプ１１の入力電圧を最適範囲にコントロールできる。検出抵抗１３Ａに誘導される電圧が、アンプ１１の入力側に接続している検出抵抗１３Ａの電気抵抗に比例するからである。アンプ１１は、規定の電圧範囲で入力電圧と出力電圧を直線的に変化できる。アンプ１１の入力側に接続している検出抵抗１３Ａの電気抵抗は、ループ回路に流れる電流によって検出抵抗１３Ａに誘導される電圧が、アンプ１１の規定の電圧範囲となるように設定される。たとえば、電圧の入力電圧範囲を０〜５Ｖとするアンプ１１は、検出抵抗１３Ａに誘導される電圧がこの範囲となるように、電気抵抗を設定する。

図２の検出抵抗回路１３は、アンプ１１のマイナス側に接続している検出抵抗１３Ａをグランドライン１０に接続している。この検出抵抗回路１３は、高電圧バッテリ１の中間電位をグランドライン１０にできる。グランドライン１０の電位は、アンプ１１に接続している検出抵抗１３Ａのプラス側とマイナス側に接続している検出抵抗１３Ａの電気抵抗で変更できる。グランドライン１０は、マイナス側の検出抵抗１３Ａの電気抵抗を大きくしてプラス側に、プラス側の検出抵抗１３Ａの電気抵抗を大きくしてマイナス側にシフトできる。グランドライン１０の両側に接続する検出抵抗１３Ａの電気抵抗を同じ電気抵抗として、グランドライン１０は高電圧バッテリ１の中間電位にできる。

電圧検出部５は、アンプ１１と、Ａ／Ｄコンバータ８と、演算回路９とを備える。アンプ１１は差動アンプで、入力側に接続している検出抵抗１３Ａの電圧を増幅し、あるいは増幅することなくＡ／Ｄコンバータ８に入力する。アンプ１１は、入力インピーダンスが高くて出力インピーダンスが低く、検出抵抗１３Ａに誘導される電圧をＡ／Ｄコンバータ８に安定して入力する。検出抵抗１３Ａの電圧を増幅して出力するアンプ１１は、検出抵抗１３Ａに誘導される電圧を低くして、すなわち検出抵抗１３Ａの電気抵抗を小さくして、ループ回路の電流を正確に検出して、電池ユニット２の電圧を高精度に検出できる。

Ａ／Ｄコンバータ８は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して演算回路９に出力する。演算回路９は、入力されるデジタル信号を演算して電池ユニット２の電圧を検出する。制御回路７は、スイッチング素子６を制御して、順番に電池ユニット２のプラス側とマイナス側のスイッチング素子６をオンに切り換えて、電池ユニット２の電圧を検出抵抗１３Ａに供給する。この制御回路７が、電池ユニット２のプラス側とマイナス側のスイッチング素子６をオンに切り換える状態で、演算回路９は入力されるデジタル信号から電池ユニット２の電圧を演算する。演算回路９は、検出抵抗１３Ａに誘導される電圧からループ回路に流れる電流を検出する。電流は、［検出抵抗１３Ａに誘導される電圧］／［検出抵抗１３Ａの電気抵抗］で演算する。さらに、この電流から電池ユニット２の電圧を演算する。電池ユニット２の電圧は、ループ回路全体の電気抵抗から電池ユニット２と並列に接続される直列抵抗１２Ａの電気抵抗を減算した電気抵抗と、電流の積で演算される。全ての直列抵抗１２Ａの電気抵抗を同じ値とする場合、［ループ回路全体の電気抵抗］−［電池ユニット２と並列に接続している直列抵抗１２Ａの電気抵抗］は常に等しくなるので、電流と定数の積で電池ユニット２の電圧は演算される。

制御回路７は、順番に電池ユニット２のプラス側とマイナス側に接続しているスイッチング素子６をオンに切り換え、その他のスイッチング素子６をオフとし、検出抵抗１３Ａに誘導される電圧を電圧検出部５で検出して、電池ユニット２の電圧は検出される。

図３の電源装置は、高電圧バッテリ２１と直列に、電流検出抵抗３４と、ヒューズ３５と、安全プラグ３６と、コンタクタ３７を接続している。電流検出抵抗３４は、高電圧バッテリ２１に流れる電流を検出するために接続している。ヒューズ３５は、大電流が流れると溶断される保持素子である。安全プラグ３６は、メンテナンスなどの作業工程で出力電圧を遮断するために設けられる安全部品である。安全プラグ３６が外されると、高電圧バッテリ２１の出力電圧は０Ｖとなって安全に取り扱いできる。コンタクタ３７は、プラス側とマイナス側に接続されて、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る状態でオン、イグニッションスイッチをオフにする状態でオフに切り換えられる。
この図において、前述の実施例と同じ構成要素については同符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図３の電源装置は、電池ユニット２２の電圧を検出する電圧検出回路２３を利用して、高電圧バッテリ２１の電流と、ヒューズ３５の溶断と、安全プラグ３６とコンタクタ３７のオンオフを検出する。この電源装置は、電流検出抵抗３４とヒューズ３５と安全プラグ３６とコンタクタ３７に対応する直列抵抗３２Ａを設けており、スイッチング素子２６を介して電流検出抵抗３４とヒューズ３５と安全プラグ３６とコンタクタ３７の両端を直列抵抗３２Ａに接続できる回路としている。ただし、電流検出抵抗３４は、その両端に発生する電圧を差動アンプ３８で増幅して直列抵抗３２Ａに供給できるように、差動アンプ３８のプラス側とマイナス側の出力端子を直列抵抗３２Ａに接続している。

高電圧バッテリ２１の電流を検出するために、図の電源装置は、電流検出抵抗３４の両端に誘導される電圧を増幅する差動アンプ３８と、この差動アンプ３８の入力側に電流検出抵抗３４に発生する電圧を入力する一対のスイッチング素子２６とを備えている。図３は、スイッチング素子２６を差動アンプ３８の入力側に接続しているが、スイッチング素子は差動アンプの出力側に接続することもできる。差動アンプ３８は、電流検出抵抗３４の両端に誘導される低い電圧を増幅する。電流検出抵抗３４は電圧降下を小さくするために電気抵抗を極めて小さくしているので、差動アンプ３８で増幅して、電流を正確に検出する。この回路は、差動アンプ３８の入力側に接続している一対のスイッチング素子２６をオン、その他のスイッチング素子２６をオフとして、電流検出抵抗３４に流れる電流を検出する。電流検出抵抗３４の両端には高電圧バッテリ２１の電流に比例する電圧が発生する。この電圧は差動アンプ３８で増幅されて、直列抵抗３２Ａに供給される。直列抵抗３２Ａに供給される電流は、ループ回路に電流を流す。この電流は電圧検出部５で検出される。したがって、電圧検出部５で検出される電流から、差動アンプ３８の出力電圧が検出され、差動アンプ３８の増幅率と出力電圧から入力電圧が検出され、入力電圧と電流検出抵抗３４の電気抵抗から高電圧バッテリ２１の電流は検出される。

さらに、図３の電源装置は、以下のようにしてコンタクタ３７のオンオフも検出できる。コンタクタ３７と電池ユニット２２との直列回路の電圧を、この直列回路の両端に接続している一対のスイッチング素子２６をオンにして直列抵抗３２Ａに供給する。コンタクタ３７がオンであると、直列抵抗３２Ａに電池ユニット２２の電圧が供給され、コンタクタ３７がオフであると直列抵抗３２Ａに電圧が供給されない。したがって、電圧検出部５において、検出抵抗３３Ａに電圧が誘導されるとコンタクタ３７はオン、検出抵抗３３Ａに電圧が誘導されないとコンタクタ３７はオフと判定できる。

さらに、図３の電源装置は、以下のようにしてヒューズ３５の溶断も検出できる。ヒューズ３５と電池ユニット２２との直列回路の電圧を、この直列回路の両端に接続している一対のスイッチング素子２６をオンにして直列抵抗３２Ａに供給する。ヒューズ３５が溶断されない状態にあると、直列抵抗３２Ａに電池ユニット２２の電圧が供給され、ヒューズ３５が溶断されていると直列抵抗３２Ａに電圧が供給されない。したがって、電圧検出部５において、検出抵抗３３Ａに電圧が誘導されるとヒューズ３５は溶断されず、検出抵抗３３Ａに電圧が誘導されないとヒューズ３５は溶断されたと判定できる。

さらに、図３の電源装置は、以下のようにして安全プラグ３６のオンオフも検出できる。安全プラグ３６と電池ユニット２２との直列回路の電圧を、この直列回路の両端に接続している一対のスイッチング素子２６をオンにして直列抵抗３２Ａに供給する。安全プラグ３６がオン状態にあると、直列抵抗３２Ａに電池ユニット２２の電圧が供給され、安全プラグ３６がオフであると直列抵抗３２Ａに電圧が供給されない。したがって、電圧検出部５が検出抵抗３３Ａに電圧が誘導されると安全プラグ３６はオン、検出抵抗３３Ａに電圧が誘導されないと安全プラグ３６はオフと判定できる。
なお、図３において、３２は直列抵抗回路を、３３は検出抵抗回路を示している。

さらに、図４の電源装置は、特定の電池ユニット２ｘの両端を電圧検出部５の入力側に入力する一対の直接入力スイッチ４０を備えている。他の全てのスイッチング素子６をオフとする状態で、直接入力スイッチ４０をオンにして、特定の電池ユニット２ｘの電圧を直接に電圧検出部５に入力して電池ユニット２の校正電圧を検出する。また、他の全てのスイッチング素子６をオフとする状態で、電池ユニット２の両端に接続している一対のスイッチング素子６をオンに切り換えて、電池ユニット２の電圧を直列抵抗１２Ａに供給し、直列抵抗１２Ａに供給される電圧によって検出抵抗１３Ａに誘導される電圧から電池ユニット２の電圧を検出する。校正電圧と、検出抵抗１３Ａに誘導される電圧から、直列抵抗回路１２と検出抵抗回路１３の故障を判定する。直列抵抗回路１２と検出抵抗回路１３が故障しない状態では、検出抵抗１３Ａに誘導される電圧から検出される電池ユニット２の電圧は、校正電圧に等しくなるので、両者の電圧を比較して直列抵抗回路１２と検出抵抗回路１３の故障を判定できる。

さらに、図４の電源装置は、いずれかの直列抵抗１２Ａの電気抵抗が変化すると電池ユニット２の電圧検出に誤差が発生する。たとえば、図４において最もプラス側に接続している直列抵抗１２Ａが異常な状態となって電気抵抗が変化すると、ループ回路に流れる電流が変化する。演算回路９は直列抵抗１２Ａの電気抵抗を設定値として、ループ回路の電流から前述した演算方法で電池ユニット２の電圧を演算するので、直列抵抗１２Ａの電気抵抗が設定値からずれると演算する電池ユニット２の電圧に誤差が発生する。この状態になると、一対の直接入力スイッチ４０をオンに切り換えて検出する特定の電池ユニット２ｘの電圧と、この電池ユニット２ｘのプラス側とマイナス側に接続しているスイッチング素子６をオンにして検出する電池ユニット２ｘの電圧が同じ電圧値とならない。したがって、直接入力スイッチ４０とスイッチング素子６とを切り換えて、特定の電池ユニット２ｘの電圧を検出して、直列抵抗１２Ａの電気抵抗がずれたことを検出できる。また、直接入力スイッチ４０をオンに切り換えて検出する電圧と、スイッチング素子６をオンに切り換えて検出する電圧から、直列抵抗１２Ａの電気抵抗がどの程度ずれたかを演算できる。ただ、多数の直列抵抗を直列に接続しているので、どの直列抵抗の電気抵抗がずれたかを特定できない。

どの直列抵抗の電気抵抗がずれたかは、以下の方法で、各々の電池ユニット２の電圧を検出すると共に、２組の電池ユニット２のトータル電圧を検出することで判定できる。図４において、プラス側からマイナス側に接続している電池ユニット２を順番に第１、第２、第３・・・の電池ユニット（BT1〜BTn）とし、さらに、スイッチング素子６を第１、第２、第３、・・・のスイッチング素子（SW1〜SWn+1）とし、さらにプラス側からマイナス側に接続している直列抵抗１２Ａを第１、第２、第３、・・・の直列抵抗（R1〜Rn）とする。
さらに、図４において第１の直列抵抗（R1）が故障して電気抵抗がずれたと仮定する。
（１）第１の電池ユニット（BT1）の電圧を、第１のスイッチング素子（SW1）と第２のスイッチング素子（SW2）とをオンに切り換えて検出する。この電圧を第１の直接検出電圧（Ｖ1）とする。
（２）第２の電池ユニット（BT2）の電圧を、第２のスイッチング素子（SW2）と第３のスイッチング素子（SW3）とをオンに切り換えて検出する。この電圧を第２の直接検出電圧（Ｖ2）とする。
（３）第１のスイッチング素子（SW1）と第３のスイッチング素子（SW3）とをオンに切り換えて、第１の電池ユニット（BT1）と第２の電池ユニット（BT2）のトータル電圧（Ｖt1）を検出する。
（４）直列抵抗１２Ａの電気抵抗が正常な状態にあると、第１の直接検出電圧（Ｖ1）と、第２の直接検出電圧（Ｖ2）を加算した電圧値は、トータル電圧（Ｖt）に等しくなる。
第１の直列抵抗１２Ａが故障しているので、第２の直接検出電圧（Ｖ2）は正確に検出されず、またトータル電圧（Ｖt1）も正確に検出できないので、第１の直列抵抗（R1）と第２の直列抵抗（R2）のいずれかが故障していると判定できる。
（５）同じようにして、第２のスイッチング素子（SW2）と第３のスイッチング素子（SW3）とをオンに切り換えて、第３の電池ユニット（BT3）の電圧である第３の直接検出電圧（Ｖ3）を検出する。
（６）また、第２のスイッチング素子（SW2）と第４のスイッチング素子（SW4）をオンに切り換えて、第２の電池ユニット（BT2）と第３の電池ユニット（BT3）のトータル電圧（Ｖt2）を検出する。
（７）第２の直接検出電圧（Ｖ2）と第３の直接検出電圧（Ｖ3）とを加算した電圧値を、第２の電池ユニット（BT2）と第３の電池ユニット（BT3）のトータル電圧（Ｖt2）に比較する。第２の直列抵抗（R2）と第３の直列抵抗（R3）は正常な電気抵抗であるから、第２の直接検出電圧（Ｖ2）と第３の直接検出電圧（Ｖ3）とトータル電圧（Ｖt2）は同じ割合で変化することから、第２の直接検出電圧（Ｖ2）と第３の直接検出電圧（Ｖ3）を加算した電圧値は、第２の電池ユニット（BT2）と第３の電池ユニット（BT3）のトータル電圧（Ｖt2）に等しくなる。したがって、このことから第２の直列抵抗（R2）と第３の直列抵抗（R3）は正常であると判定できる。このため、第１の直列抵抗（R1）が故障して電気抵抗が変化したと判定できる。
以下、全ての電池ユニット２の直接検出電圧（Ｖ1〜Ｖn）を検出し、さらに、隣接する電池ユニット２を２個直列に接続したトータル電圧（Ｖt1〜Ｖtn-1）を検出して、直列抵抗（R1〜Rn）の故障を判定できる。

従来の電源装置の回路図である。 本発明の一実施例にかかる電源装置のブロック図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置のブロック図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置のブロック図である。

符号の説明

１…高電圧バッテリ
２…電池ユニット ２ｘ…電池ユニット
３…電圧検出回路
４…接続点
５…電圧検出部
６…スイッチング素子
７…制御回路
８…Ａ／Ｄコンバータ
９…演算回路
１０…グランドライン
１１…アンプ
１２…直列抵抗回路 １２Ａ…直列抵抗
１３…検出抵抗回路 １３Ａ…検出抵抗
２１…高電圧バッテリ
２２…電池ユニット
２３…電圧検出回路
２６…スイッチング素子
３２…直列抵抗回路 ３２Ａ…直列抵抗
３３…検出抵抗回路 ３３Ａ…検出抵抗
３４…電流検出抵抗
３５…ヒューズ
３６…安全プラグ
３７…コンタクタ
３８…差動アンプ
４０…直接入力スイッチ
９２…電池ユニット
９３…電圧検出回路
９４…接続点
９５…抵抗分圧回路
９６…スイッチング素子
９７…マルチプレクサ
９８…Ａ／Ｄコンバータ

Claims (10)

1. 複数の電池ユニットを直列に接続している高電圧バッテリと、この高電圧バッテリを構成する電池ユニットの接続点の電圧を検出して各々の電池ユニットの電圧を検出する電圧検出回路とを備える電源装置であって、
   前記電圧検出回路は、複数の直列抵抗を直列に接続してなる直列抵抗回路と、この直列抵抗回路の直列抵抗に電池ユニットの電圧を供給するように、電池ユニットのプラス側とマイナス側を接続するスイッチング素子と、スイッチング素子をオンオフに制御して、電池ユニットの電圧を直列抵抗に印加するように制御する制御回路と、前記直列抵抗回路と並列に接続されて直列抵抗回路とで電流のループ回路を構成する検出抵抗回路と、検出抵抗回路に誘導される電圧を検出する電圧検出部とを備え、
   前記制御回路が、電池ユニットのプラス側とマイナス側に接続している一対のスイッチング素子をオンに切り換えて、オン状態にあるスイッチング素子の間に接続している電池ユニットの電圧を直列抵抗に供給し、この状態で検出抵抗回路に誘導される電圧を電圧検出部で検出して電池ユニットの電圧を検出するようにしてなる電源装置。
2. 前記電圧検出部が、検出抵抗に誘導される電圧を入力するアンプと、このアンプの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、このＡ／Ｄコンバータの出力を演算して電池ユニットの電圧を検出する演算回路とを備える請求項１に記載される電源装置。
3. 前記電池ユニットと直列に接続してなる電流検出抵抗と、この電流検出抵抗の両端に誘導される電圧を増幅する差動アンプと、この差動アンプの入力側に電流検出抵抗の電圧を入力する一対のスイッチング素子とを備えており、
   前記制御回路がスイッチング素子を制御して電流検出抵抗の電圧を差動アンプに入力し、差動アンプの出力を直列抵抗に供給して、直列抵抗に誘導される電圧を電圧検出部で検出して、高電圧バッテリの電流を検出するようにしてなる請求項１に記載される電源装置。
4. 前記高電圧バッテリと直列に接続してなるコンタクタと、このコンタクタの両端を直列抵抗に接続する一対のスイッチング素子とを備えており、コンタクタと電池ユニットとの直列回路をスイッチング素子を介して直列抵抗に接続して、検出抵抗回路に誘導される電圧からコンタクタのオンオフを判定する請求項１に記載される電源装置。
5. 前記高電圧バッテリと直列に接続してなるヒューズと、このヒューズの両端を直列抵抗に接続する一対のスイッチング素子とを備えており、ヒューズと電池ユニットとの直列回路をスイッチング素子を介して直列抵抗に接続して、検出抵抗回路に誘導される電圧からヒューズの断線を判定する請求項１に記載される電源装置。
6. 前記高電圧バッテリと直列に接続してなる安全プラグと、この安全プラグの両端を直列抵抗に接続する一対のスイッチング素子とを備えており、安全プラグと電池ユニットとの直列回路をスイッチング素子を介して直列抵抗に接続して、検出抵抗回路に誘導される電圧から安全プラグの導通を判定する請求項１に記載される電源装置。
7. 前記特定の電池ユニットの両端を電圧検出部の入力側に入力する一対の直接入力スイッチを備えており、この直接入力スイッチをオンにして電池ユニットの電圧を直接に電圧検出部に入力して電池ユニットの校正電圧が検出され、
   さらに、電池ユニットの両端に接続している一対のスイッチング素子がオンに切り換えられて、電池ユニットの電圧が直列抵抗に印加され、直列抵抗に印加される電圧によって検出抵抗回路に誘導される電圧から電池ユニットの電圧が検出され、校正電圧と、検出抵抗に誘導される電圧から、直列抵抗回路と検出抵抗回路の故障を判定するようにしてなる請求項１に記載される電源装置。
8. 前記検出抵抗回路が互いに直列に接続してなる複数の検出抵抗からなり、いずれかひとつ又は複数の検出抵抗を電圧検出回路の入力側に接続している請求項１に記載される電源装置。
9. 前記アンプが差動アンプで、この差動アンプの一方の入力端子をグランドラインに接続している請求項２に記載される電源装置。
10. 前記アンプとＡ／Ｄコンバータと演算回路と制御回路が、絶縁型の電源回路から電力を供給してなる請求項２に記載される電源装置。

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