JP2009095119A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧バッテリによる感電の安全性を確保し、電圧検出回路の静電気による故障を防止し、電圧検出回路で電池の電圧を正確に検出する。
【解決手段】電源装置は、複数の電池２を直列に接続している高電圧バッテリ１と、高電圧バッテリ１の電圧を検出する電圧検出回路３と、高電圧バッテリ１から電力が供給される負荷２０と、高電圧バッテリ１と電圧検出回路３とを内蔵し、かつ負荷２０のシャーシーアース２１に接続される金属ケース４と、金属ケース４と電圧検出回路３のグランドライン５との間に接続してなる静電気吸収コンデンサ６とを備える。さらに、電源装置は、静電気吸収コンデンサ６と直列に接続してなる切り離しスイッチ７を備え、切り離しスイッチ７のクローズ状態において静電気吸収コンデンサ６が静電気を吸収し、切り離しスイッチ７のオープン状態において電圧検出回路３が高電圧バッテリ１の電圧を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッドカーに最適な電源装置であって、高電圧バッテリから負荷に電力を供給する電源装置に関する。

高電圧バッテリを備える電源装置は、充電できる複数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。この電源装置は、出力電圧が高いことから感電事故を防止することが大切である。このことを実現することを目的として、高電圧バッテリをシャーシーアースに接続しない電源装置が開発されている。（特許文献１参照）

多数の電池を直列に接続している電源装置は、電池の過充電と過放電を防止しながら充放電して、電池の寿命を長くできる。このことを実現するために、図１に示す高電圧バッテリ８１を備える電源装置は、電池８２の電圧を検出する電圧検出回路８３を備えている。この電圧検出回路８３は、入力側に静電気吸収コンデンサ８６を、シャーシーアース９１との間に接続している。入力側に静電気による高電圧が入力されて電子回路が故障するのを防止するためである。とくに、近年の電圧検出回路は、入力側の半導体素子としてＦＥＴを使用することから入力インピーダンスが極めて高く、静電気によって入力側に極めて高い電圧が入力されて、ＦＥＴを破壊させる。入力側に接続している静電気吸収コンデンサ８６は、静電気による高電圧を吸収して、ＦＥＴの入力側に高電圧の静電気が入力されるのを阻止する。
特開２００５−２９５６９８号公報

入力側に静電気吸収コンデンサ８６を接続している電圧検出回路８３は、負荷９０に接続する状態で電池８２の電圧を正確に検出できない欠点がある。それは、図１の鎖線Ａで示すように、負荷９０側に接続しているコンデンサ９５が充放電されて、静電気吸収コンデンサ８６に充放電の電流が流れるからである。

本発明は、こ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、高電圧バッテリによる感電の安全性を確保し、さらに電圧検出回路の静電気による故障を防止し、しかも負荷側に接続されるコンデンサが充放電されても、電圧検出回路が電池の電圧を正確に検出できる電源装置を提供することにある。

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、充電できる複数の電池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の電圧を検出する電圧検出回路３と、この高電圧バッテリ１から電力が供給される負荷２０と、高電圧バッテリ１と電圧検出回路３とを内蔵し、かつ負荷２０のシャーシーアース２１に接続される金属ケース４と、この金属ケース４と電圧検出回路３のグランドライン５との間に接続してなる静電気吸収コンデンサ６とを備える。さらに、電源装置は、静電気吸収コンデンサ６と直列に接続してなる切り離しスイッチ７を備え、この切り離しスイッチ７のクローズ状態において静電気吸収コンデンサ６が静電気を吸収し、切り離しスイッチ７のオープン状態において電圧検出回路３が高電圧バッテリ１の電圧を検出する。

本発明の請求項２の電源装置は、切り離しスイッチ７を、機械的にクローズ状態とオープン状態に切り換えられるスイッチとしている。さらに、本発明の請求項３の電源装置は、切り離しスイッチ７を、負荷２０側の電源投入でオープン状態に切り換えられるスイッチとしている。さらに、本発明の請求項４の電源装置は、切り離しスイッチ７を、負荷２０側にセットされてオープン状態に切り換えられるスイッチとしている。さらにまた、本発明の請求項５の電源装置は、切り離しスイッチ７を、負荷２０にセットされる状態で外部から操作できないスイッチとしている。

さらに、本発明の請求項６の電源装置は、高電圧バッテリ１を接続している負荷２０を、２次側に車両の走行モータ２３と発電機２４を接続しているインバータ２２としている。

本発明の電源装置は、高電圧バッテリによる感電による安全性を確保しながら、電圧検出回路の静電気による故障を防止し、さらに負荷側に接続されるコンデンサの充放電による、電圧検出回路の電池電圧の検出誤差を防止できる。それは、本発明の電源装置が、電圧検出回路のグランドラインと金属ケースとの間に静電気吸収コンデンサと切り離しスイッチの直列回路を接続して、切り離しスイッチのクローズ状態において静電気吸収コンデンサで静電気を吸収し、切り離しスイッチをオープン状態として電圧検出回路が高電圧バッテリの電圧を検出するからである。

以上の構造の電源装置は、負荷である車両などに実装される以前の組み立て工程において、切り離しスイッチをクローズ状態とする。この状態で、グランドラインは、静電気吸収コンデンサを介して金属ケースに接続される。組み立て工程において、金属ケースは常に接地されたアースに接続されない。たとえば、金属ケースが絶縁材であるゴム製のベルトコンベアで搬送され、あるいはアースされない作業台の上で組み立てられるからである。したがって、車両などに実装される以前の工程で、金属ケースや入力出力端子などに静電気による高電圧が印加されることがある。静電気は、数千ボルト以上と極めて高く、電圧検出回路などの電子部品を破壊する電圧である。本発明の電源装置は、金属ケースとグランドラインとの間に接続している静電気吸収コンデンサが、この静電気による高電圧を吸収する。切り離しスイッチをクローズ状態として、グランドラインと金属ケースとの間に静電気吸収コンデンサを接続しているからである。

金属ケースが負荷である車両などに実装される状態では、切り離しスイッチがオープン状態とされる。この状態で、金属ケースは車両のシャーシーアースに接続される。金属ケースがシャーシーアースに接続されると、金属ケースに静電気による高電圧が印加されることはない。また、入出力端子にもコネクタが接続されて、ここにも静電気による高電圧が印加されることはない。したがって、金属ケースが負荷側に実装される状態では、電圧検出回路の静電気による故障は発生しない。さらに、この状態で静電気吸収コンデンサはグランドラインを金属ケースに接続されないので、負荷側の充放電で金属ケースとシャーシーアースの電位が変化しても、静電気吸収コンデンサは充放電されない。したがって、電圧検出回路は、静電気吸収コンデンサの充放電による検出誤差を皆無にして、電池の電圧を正確に検出できる。

さらに、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、切り離しスイッチを機械的にオープン状態とクローズ状態に切り換えられるスイッチとする。この電源装置は、負荷側に実装されるまでは切り離しスイッチをクローズ状態として、負荷側に実装して切り離しスイッチをオープン状態として、静電気による高電圧に起因する電圧検出回路の故障を防止しながら、電圧検出回路が電池の電圧を正確に検出できる。

また、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、切り離しスイッチを、負荷側の電源投入でクローズ状態に切り換えられるスイッチとする。この電源装置は、金属ケースを負荷側に実装するまでは、切り離しスイッチをクローズ状態として、電圧検出回路を静電気による故障を阻止する。また、負荷側に実装されて電源が投入されると切り離しスイッチはクローズ状態となって、電圧検出回路は電池の電圧を正確に検出する。

さらにまた、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、切り離しスイッチを、負荷側にセットされてオープン状態に切り換えられるスイッチとする。この電源装置は、金属ケースが負荷側にセットされるまでは、切り離しスイッチがクローズ状態にあって静電気による弊害を防止し、負荷側にセットされる状態では、切り離しスイッチがオープン状態に切り換えられて電圧検出回路の静電気吸収コンデンサの充放電による検出誤差を解消して電池の電圧を正確に検出する。

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、切り離しスイッチを、負荷にセットされる状態で外部から操作できないスイッチとするので、組み立て工程や負荷側にセットされた状態で、ユーザーや作業者が誤って切り離しスイッチを切り換えることがない。

さらにまた、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、高電圧バッテリを接続している負荷を、２次側に車両の走行モータと発電機を接続しているインバータとする。この電源装置は、走行モータや発電機を介して高電圧バッテリが充放電されて、シャーシーアースの電位が変動しても、電圧検出回路が正確に電池の電圧を検出できる。

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。

図２に示す電源装置は、充電できる複数の電池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の電圧を検出する電圧検出回路３と、この高電圧バッテリ１から電力が供給される負荷２０と、高電圧バッテリ１と電圧検出回路３とを内蔵し、かつ負荷２０のシャーシーアース２１に接続される金属ケース４と、この金属ケース４と電圧検出回路３のグランドライン５との間に接続してなる静電気吸収コンデンサ６とを備える。この電源装置は、主として、ハイブリッドカー、燃料電池車、電気自動車等の車両に搭載される。車両に搭載される電源装置は、負荷２０にインバータ２２を接続する。インバータ２２は、コンタクタ９を介して１次側を高電圧バッテリ１に接続して、２次側を走行モータ２３と発電機２４に接続している。図２の電源装置は、負荷２０をインバータ２２として車両に搭載されるが、車両以外の用途にも使用できる。

車両に搭載される電源装置は、高電圧バッテリ１からインバータ２２を介して走行モータ２３に電力を供給する。この状態で高電圧バッテリ１は放電される。インバータ２２は、高電圧バッテリ１の直流を交流に変換して走行モータ２３に供給する。インバータ２２は、高電圧バッテリ１の電圧を高くして走行モータ２３に供給することもできる。さらに、インバータ２２は、２次側から１次側に電力を供給して、発電機２４の電力を高電圧バッテリ１に供給する。この状態で高電圧バッテリ１は充電される。インバータ２２は、直列に接続しているコンデンサ２５の中点をシャーシーアース２１に接続している。コンデンサ２５の中点の電位は、高電圧バッテリ１が充放電されて変動する。

電圧検出回路３は、高電圧バッテリ１を構成する直列接続の電池２の接続点１０の電圧を検出し、または、高電圧バッテリ１のトータル電圧を検出する。電圧検出回路３は、マルチプレクサ１１とＡ／Ｄコンバータ１２を内蔵している。マルチプレクサ１１は、一定の周期で接続点１０を切り換えてＡ／Ｄコンバータ１２に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１２は、入力される接続点１０のアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。Ａ／Ｄコンバータ１２から出力されるデジタル信号は制御回路１３に入力される。制御回路１３は、入力されるデジタル信号から電池２の電圧を検出し、検出する電池２の電圧から、高電圧バッテリ１を過充電と過放電を防止するように充放電の電流を制御する。

図２の電圧検出回路３の各々の入力側に入力コンデンサ８を接続している。入力コンデンサ８は、入力側とグランドライン５との間に接続される。この電圧検出回路３は、入力端子に高抵抗な入力抵抗１４を接続して線路のインピーダンスを高くしながら、入力端子に静電気による高電圧が入力されるのを防止できる。入力コンデンサは、Ａ／Ｄコンバータの入力側や制御回路の入力側に接続することもできる。入力コンデンサ８は、入力側に高電圧な静電気が印加されても、これを吸収して静電気による故障を防止できる。ただ、入力側のインピーダンスが低く、あるいは入力側に接続される出力側のインピーダンスが低い回路にあっては、入力コンデンサを必ずしも接続する必要はない。静電気が低いインピーダンス回路でショートされて、高電圧が印加されないからである。

電圧検出回路３は、高電圧バッテリ１を電源として動作し、あるいは負荷２０側から供給される低電圧バッテリを電源（図示せず）として動作する。低電圧バッテリは、車両に搭載される電装用バッテリである。電圧検出回路に電力を供給する電装用バッテリの電源は、電装用バッテリのシャーシーアースから絶縁して電圧検出回路に電源電圧を出力する。絶縁タイプの電源回路は、電装用バッテリのマイナス側をシャーシーアースに接続しながら、電圧検出回路のグランドラインを負荷のシャーシーアースに接続しない回路構成にできる。

電圧検出回路３は、グランドライン５を金属ケース４に接続しない。電圧検出回路３のグランドライン５は、静電気吸収コンデンサ６と切り離しスイッチ７の直列回路を介して金属ケース４に接続される。静電気吸収コンデンサ６は、静電気を吸収する静電容量、たとえば０．１μＦ〜０．００１μＦのコンデンサである。

切り離しスイッチ７は、クローズ状態で静電気による弊害を防止し、オープン状態として電圧検出回路３が正確に電池２の電圧を検出する。静電気による弊害は、金属ケース４を負荷２０の車両にセットされる以前に発生する。金属ケース４が負荷２０にシャーシーアース２１に接続されないからである。したがって、切り離しスイッチ７は、負荷２０側にセットされない状態でクローズ状態として、静電気による弊害を防止する。金属ケース４が負荷２０側の車両にセットされると、静電気による弊害は発生しない。金属ケース４がシャーシーアース２１に接続されるからである。したがって、金属ケース４が負荷２０側にセットされる状態で、切り離しスイッチ７はオープン状態とされる。切り離しスイッチ７がオープン状態になると、静電気吸収コンデンサ６がグランドライン５から切り離される。したがって、静電気吸収コンデンサ６を充放電する電流によって、電圧検出回路３の電池電圧の検出誤差の原因とならない。すなわち、電圧検出回路３が正確に電池２の電圧を検出する。

切り離しスイッチ７は、機械的にクローズ状態とオープン状態に切り換えられるスイッチ、すなわちオンオフに操作できるスイッチである。この切り離しスイッチ７は、金属ケース４を負荷２０側の車両にセットするまではオン、車両にセットしてオフに切り換えられる。この切り離しスイッチ７は、負荷２０にセットされる状態で外部から操作できないスイッチとすることで、ユーザーやサービスマンが間違って、操作するのを防止できる。

さらに、切り離しスイッチ７には、負荷２０側の電源投入でオープン状態に切り換えられるスイッチも使用できる。この切り離しスイッチ７は、図３に示すように、電源投入を検出するための検出回路３１と、この検出回路３１でオンオフに切り換えられるスイッチ回路３２とを備える。切り離しスイッチ７は、検出回路３１が電源の投入を検出すると、スイッチ回路３２がオンからオフに切り換えられる。この切り離しスイッチ７は、金属ケース４を負荷２０側の車両にセットして、使用状態において電源が投入されると、自動的にオフに切り換えられる。したがって、金属ケース４を負荷２０側にセットして使用する状態になるまでは、静電気吸収コンデンサ６で静電気による弊害を防止し、使用状態になると静電気吸収コンデンサ６を切り離して、電圧検出回路３で電池２の電圧を正確に検出できる。

さらに、切り離しスイッチ７は、金属ケース４が負荷２０側にセットされた状態でオープン状態に切り換えられるスイッチも使用できる。この切り離しスイッチ７は、図４に示すように、金属ケース４を負荷２０側にセットされて押し込まれるプランジャ３３を備える。この切り離しスイッチ７は、プランジャ３３が押し込まれてオープン状態、プランジャ３３が押し込まれない状態でクローズ状態となる。金属ケース４は、負荷２０側の車両にセットされる状態で、車両に固定している固定金具３４でプランジャ３３が押し込まれる。この切り離しスイッチ７も、金属ケース４を車両にセットするまではクローズ状態となって、静電気による弊害を防止し、金属ケース４が車両にセットされるとオープン状態となって電圧検出回路３が正確に電圧を検出する。

さらに、切り離しスイッチは、図示しないが、金属ケースを負荷側にセットした後に切断されるリード線とすることもできる。この切り離しスイッチは、たとえば、静電気吸収コンデンサと金属ケースを接続するリード線として、このリード線を、金属ケースのセット後に切断してオープン状態に切り離しする。この切り離しスイッチは、リード線を切断して確実にオープン状態にできると共に、切断後は、クローズ状態に復帰するのを確実に防止できる。この切り離しスイッチも、金属ケースを車両にセットするまではリード線が接続されたクローズ状態となって、静電気による弊害を防止し、金属ケースが車両にセットされるとリード線を切断してオープン状態となって電圧検出回路が正確に電圧を検出する。

従来の電源装置の概略構成図である。 本発明の一実施例にかかる電源装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の概略構成図である。 切換スイッチの他の一例を示す概略側面図である。

符号の説明

１…高電圧バッテリ
２…電池
３…電圧検出回路
４…金属ケース
５…グランドライン
６…静電気吸収コンデンサ
７…切り離しスイッチ
８…入力コンデンサ
９…コンタクタ
１０…接続点
１１…マルチプレクサ
１２…Ａ／Ｄコンバータ
１３…制御回路
１４…入力抵抗
２０…負荷
２１…シャーシーアース
２２…インバータ
２３…走行モータ
２４…発電機
２５…コンデンサ
３１…検出回路
３２…スイッチ回路
３３…プランジャ
３４…固定金具
８１…高電圧バッテリ
８２…電池
８３…電圧検出回路
８６…静電気吸収コンデンサ
９０…負荷
９１…シャーシーアース
９５…コンデンサ

Claims (6)

1. 充電できる複数の電池(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)の電圧を検出する電圧検出回路(3)と、この高電圧バッテリ(1)から電力が供給される負荷(20)と、高電圧バッテリ(1)と電圧検出回路(3)とを内蔵し、かつ負荷(20)のシャーシーアース(21)に接続される金属ケース(4)と、この金属ケース(4)と電圧検出回路(3)のグランドライン(5)との間に接続してなる静電気吸収コンデンサ(6)とを備える電源装置であって、
   前記静電気吸収コンデンサ(6)と直列に接続してなる切り離しスイッチ(7)を備え、この切り離しスイッチ(7)のクローズ状態において静電気吸収コンデンサ(6)が静電気を吸収し、切り離しスイッチ(7)のオープン状態において電圧検出回路(3)が高電圧バッテリ(1)の電圧を検出するようにしてなる電源装置。
2. 前記切り離しスイッチ(7)が機械的にオープン状態とオープン状態に切り換えられるスイッチである請求項１に記載される電源装置。
3. 前記切り離しスイッチ(7)が、負荷(20)側の電源投入でオープン状態に切り換えられるスイッチである請求項１に記載される電源装置。
4. 前記切り離しスイッチ(7)が、負荷(20)側にセットされてオープン状態に切り換えられるスイッチである請求項１に記載される電源装置。
5. 前記切り離しスイッチ(7)が、負荷(20)にセットされる状態で外部から操作できないスイッチである請求項１に記載される電源装置。
6. 前記高電圧バッテリ(1)を接続している負荷(20)が、２次側に車両の走行モータ(23)と発電機(24)を接続しているインバータ(22)である請求項１に記載される電源装置。

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