JP2011139634A - Power supply unit for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両を走行させるモーターに電力を供給する走行用バッテリを備える車両用の電源装置に関し、とくに走行用バッテリと直列に接続しているヒューズの寿命を検出する寿命判定回路を備える車両用の電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device for a vehicle that includes a traveling battery that supplies electric power to a motor that causes the vehicle to travel, and more particularly to a vehicle that includes a lifetime determination circuit that detects the lifetime of a fuse connected in series with the traveling battery. The present invention relates to a power supply device.
車両用の電源装置は、走行用バッテリと直列にヒューズを接続している。ヒューズは、走行用バッテリに過電流が流れると溶断されて、走行用バッテリを過電流から保護する。ハイブリッドカー等の車両に搭載される電源装置は、車両の走行状態によってモーターの消費電流が大幅に変動する。車両を急加速するときにモーターには極めて大きな電流が流れ、たとえば１００Ａ以上の大電流がヒューズに流れる。ただ、モーターには常に大電流が定常的に流れるのではない。モーターが走行のアシストをしない状態では走行用モーターには電流が流れない。このことから、ハイブリッドカー等の車両に搭載される電源装置は、負荷電流が大幅に変動する。ヒューズは、流れる電流によってジュール熱で発熱する。ジュール熱によるヒューズの発熱量は、電気抵抗と電流の２乗の積に比例する。このため、大電流が流れ、さらにこれが大幅に変動するヒューズは、大電流が流れるときに大きなジュール熱で高温に加熱される。電流が流れない状態では全く加熱されない。このように、加熱と非加熱とが繰り返され、さらに加熱するジュール熱も大きく変動することから、ヒューズは大きな熱的な歪みを受け、これによって劣化する。ヒューズが劣化して切断されることを検出する回路を備える車両用の電源装置は開発されている。（特許文献１及び２参照）特許文献１と２は、ヒューズの切断を検出する電源装置を記載している。 A power supply device for a vehicle has a fuse connected in series with a traveling battery. The fuse is blown when an overcurrent flows through the traveling battery, and protects the traveling battery from the overcurrent. In a power supply device mounted on a vehicle such as a hybrid car, the current consumption of the motor varies greatly depending on the traveling state of the vehicle. When the vehicle is accelerated rapidly, a very large current flows through the motor, for example, a large current of 100 A or more flows through the fuse. However, a large current does not always flow constantly through the motor. When the motor does not assist driving, no current flows through the driving motor. For this reason, in a power supply device mounted on a vehicle such as a hybrid car, the load current varies greatly. The fuse generates heat due to Joule heat by the flowing current. The amount of heat generated by the Joule heat is proportional to the product of the electric resistance and the square of the current. For this reason, a fuse in which a large current flows and further fluctuates greatly is heated to a high temperature by a large Joule heat when a large current flows. It is not heated at all in the state where no current flows. In this way, heating and non-heating are repeated, and the heating Joule heat also fluctuates greatly, so that the fuse is subjected to a large thermal strain and deteriorates accordingly. A power supply device for a vehicle having a circuit for detecting that the fuse is deteriorated and blown has been developed. (See Patent Documents 1 and 2) Patent Documents 1 and 2 describe a power supply device that detects a blown fuse.
特許文献に記載される車両用の電源装置は、ヒューズの切断を検出できる。電動車両であるハイブリッドカーは、ヒューズが切断されるとモーターによる走行はできなくなる。この状態において、エンジンのみの走行も可能であるが、エンジンとモーターの両方で走行できるように設計されるハイブリッドカーは、モーターのアシストがない状態では、仮にエンジンのみで走行できるように制御しても、走行状態は著しく制限される。とくに車両をスムーズに加速できなくなる。ヒューズが切断されて走行できない車両、あるいは走行を著しく制限する車両は、ドライバーに著しい弊害を与える。 The power supply device for a vehicle described in the patent document can detect a blown fuse. A hybrid car, which is an electric vehicle, cannot be driven by a motor when the fuse is cut. In this state, it is possible to run only with the engine, but the hybrid car designed to run with both the engine and motor is controlled so that it can run with only the engine in the absence of motor assistance. However, running conditions are severely limited. In particular, the vehicle cannot be accelerated smoothly. A vehicle that cannot travel due to a blown fuse, or a vehicle that significantly restricts travel, causes a significant adverse effect on the driver.
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、ヒューズの寿命を検出して、ヒューズが切断される前に交換して車両を安全に走行できる車両用の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、車両用の電源装置にすでに装備する回路を利用してヒューズの寿命を判定することにより、簡単な回路構成でヒューズの寿命を判定できる車両用の電源装置を提供することにある。
The present invention has been developed for the purpose of solving this drawback. An important object of the present invention is to provide a vehicular power supply device that can detect the life of a fuse and replace it before the fuse is cut to safely run the vehicle.
Another important object of the present invention is to provide a power supply for a vehicle that can determine the life of a fuse with a simple circuit configuration by determining the life of a fuse by using a circuit already provided in a power supply device for a vehicle. To provide an apparatus.
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、充電できる電池５からなる車両を走行させる走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１と直列に接続しているヒューズ８とを備える。さらに、車両用の電源装置は、ヒューズ８の電気抵抗を検出してヒューズ８の寿命を判定するヒューズ８の寿命判定回路２０を備える。
The vehicle power supply device of the present invention has the following configuration in order to achieve the above-described object.
The power supply device for a vehicle includes a traveling battery 1 that travels a vehicle including a rechargeable battery 5 and a fuse 8 that is connected in series with the traveling battery 1. Furthermore, the vehicle power supply device includes a life determination circuit 20 of the fuse 8 that detects the electrical resistance of the fuse 8 and determines the life of the fuse 8.
本発明の車両用の電源装置は、寿命判定回路２０が、ヒューズ８に流れる電流を積算する電流積算回路を備える。 Power supply car dual of the present invention, life determination circuit 20 comprises a current integration circuit for integrating the current flowing through the fuse 8.
本発明の車両用の電源装置は、ヒューズの寿命を検出して、ヒューズが切断される前に交換して車両を安全に走行できる特徴がある。それは、本発明の電源装置が、ヒューズの電気抵抗を検出し、この電気抵抗でもってヒューズの寿命を判定するヒューズの寿命判定回路を備えるからである。ヒューズは、繰り返し熱歪みを受けると、経時的に電気抵抗が増加する特性を示す。たとえば、新しい状態における電気抵抗を数ｍΩとするヒューズは、熱歪みを受けて劣化すると電気抵抗が数倍に増加する。このため、ヒューズは電気抵抗を検出して寿命を正確に判定できる。本発明の電源装置は、寿命が尽きて切断される前にヒューズを交換できる。このため、過電流によらず、寿命でヒューズが切断されて、モーターでの走行が不能となるのを確実に防止できる。 The power supply device for a vehicle according to the present invention has a feature that the life of a fuse can be detected, and the vehicle can be safely driven by being replaced before the fuse is cut. This is because the power supply device of the present invention includes a fuse life determination circuit that detects the electrical resistance of the fuse and determines the life of the fuse by using the electrical resistance. The fuse exhibits the characteristic that the electrical resistance increases with time when it is repeatedly subjected to thermal strain. For example, a fuse having an electrical resistance of several mΩ in a new state will increase in electrical resistance several times when it deteriorates due to thermal strain. For this reason, the fuse can accurately determine the life by detecting the electrical resistance. In the power supply device of the present invention, the fuse can be exchanged before the lifetime ends and is cut. For this reason, it is possible to reliably prevent the motor from being disabled due to the fuse being blown at the end of its life regardless of overcurrent.
さらに、本発明の車両用の電源装置は、すでに備える回路を利用してヒューズの寿命を判定することができるので、簡単な回路でヒューズの寿命を判定できる特徴もある。それは、車両用の電源装置は、走行用バッテリの電圧を検出する回路を備え、さらに走行用バッテリに流れる電流を検出する電流検出回路も備えるので、これらの回路を利用してヒューズの電気抵抗を検出できるからである。 Furthermore, the power supply device for a vehicle according to the present invention can determine the life of the fuse using a circuit already provided, and therefore has a feature that can determine the life of the fuse with a simple circuit. The power supply device for a vehicle includes a circuit that detects the voltage of the battery for traveling, and further includes a current detection circuit that detects a current flowing through the battery for traveling. Therefore, the electric resistance of the fuse can be obtained using these circuits. This is because it can be detected.
さらに、本発明の電源装置は、寿命判定回路が、ヒューズに流れる電流を積算する電流積算回路を備え、この電流積算回路でもって、ヒューズに流れる電流の積算値からもヒューズの寿命を判定するので、電気抵抗に加えて、流れる電流の積算値からも寿命を判定して、より正確に寿命を判定できる。 Furthermore, power supplies of the present invention, life judging circuit comprises a current integration circuit for integrating the current flowing through the fuse, with this current integration circuit, determining the life of the fuse from the integrated value of the current flowing through the fuse Therefore, the life can be determined more accurately by determining the life from the integrated value of the flowing current in addition to the electric resistance.
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車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は車両用の電源装置を以下のものに特定しない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a vehicle power supply device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the vehicle power supply device as follows.
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。 Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the examples are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
図１に示す車両用の電源装置は、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て、負荷１０として接続されるモーター１１を駆動して車両を走行させる。走行用バッテリ１の負荷１０となるモーター１１は、インバータ１２を介して走行用バッテリ１に接続される。インバータ１２は、走行用バッテリ１の直流を３相の交流に変換して、モーター１１への供給電力をコントロールする。 The vehicle power supply device shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle such as a hybrid car, a fuel cell vehicle, or an electric vehicle, and drives a motor 11 connected as a load 10 to drive the vehicle. A motor 11 serving as a load 10 of the traveling battery 1 is connected to the traveling battery 1 via an inverter 12. The inverter 12 converts the direct current of the traveling battery 1 into a three-phase alternating current, and controls the power supplied to the motor 11.
この図の電源装置は、走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１と直列に接続しているヒューズ８の寿命を検出する寿命判定回路２０と、この走行用バッテリ１の出力側に接続されて、負荷１０への電力供給をオンオフに切り換えるコンタクタ２と、このコンタクタ２をオンに切り換える前に、負荷１０のコンデンサ１３をプリチャージするプリチャージ回路３と、このプリチャージ回路３とコンタクタ２をオンオフに制御する制御回路４とを備える。 The power supply device shown in this figure is connected to a traveling battery 1, a life determination circuit 20 for detecting the life of a fuse 8 connected in series with the traveling battery 1, and an output side of the traveling battery 1. The contactor 2 for switching the power supply to the load 10 on and off, the precharge circuit 3 for precharging the capacitor 13 of the load 10 before the contactor 2 is turned on, and turning on and off the precharge circuit 3 and the contactor 2 And a control circuit 4 for controlling.
走行用バッテリ１は、インバータ１２を介して車両を走行させるモーター１１を駆動する。モーター１１に大電力を供給できるように、走行用バッテリ１は多数の充電できる電池５を直列に接続して出力電圧を高くしている。電池５は、ニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池が使用される。電池をニッケル水素電池とする走行用バッテリは、複数の電池を直列に接続して電池モジュールとし、さらに複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。電池をリチウムイオン二次電池とする走行用バッテリは、複数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。走行用バッテリは、電池をニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池に特定しない。走行用バッテリの電池には、ニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池を使用できる。 The traveling battery 1 drives a motor 11 that causes the vehicle to travel through an inverter 12. In order to supply a large amount of power to the motor 11, the traveling battery 1 has a high output voltage by connecting a number of rechargeable batteries 5 in series. The battery 5 is a nickel metal hydride battery or a lithium ion secondary battery. A traveling battery using a nickel-metal hydride battery has a plurality of batteries connected in series to form a battery module, and a plurality of battery modules connected in series to increase the output voltage. A traveling battery using a lithium ion secondary battery as a battery has a plurality of batteries connected in series to increase the output voltage. The battery for traveling does not specify the battery as a nickel metal hydride battery or a lithium ion secondary battery. Any battery that can be charged, such as a nickel cadmium battery, can be used as the battery for the running battery.
走行用バッテリ１は、モーター１１に大電力を供給できるように、たとえば、出力電圧を２００〜４００Ｖと高くしている。ただし、電源装置は、走行用バッテリの出力側にＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を接続して、走行用バッテリの電圧を昇圧して、負荷に電力を供給することもできる。この電源装置は、直列に接続する電池の個数を少なくして、走行用バッテリの出力電圧を低くできる。したがって、走行用バッテリ１は、たとえば出力電圧を１５０〜４００Ｖとすることができる。 The traveling battery 1 has an output voltage as high as 200 to 400 V, for example, so that large electric power can be supplied to the motor 11. However, the power supply device can also connect a DC / DC converter (not shown) to the output side of the traveling battery, boost the voltage of the traveling battery, and supply power to the load. This power supply device can reduce the output voltage of the traveling battery by reducing the number of batteries connected in series. Therefore, the traveling battery 1 can have an output voltage of 150 to 400 V, for example.
寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電気抵抗を検出して寿命を判定する。ヒューズ８の電気抵抗が、劣化するにしたがって大きくなるからである。ヒューズ８の電気抵抗は、定格電流によって変化し、定格電流の大きいヒューズ８は電気抵抗が小さくなる傾向がある。たとえば、走行用バッテリに直列接続されるヒューズであって、電気抵抗を５ｍΩとするヒューズは、劣化して電気抵抗が１５ｍΩと数倍にも増加する。したがって、ヒューズ８の電気抵抗を検出して、劣化した状態、すなわち寿命を判定する。ヒューズ８の電気抵抗（Ｒ）は、ヒューズ８に流れる電流（Ｉ）と電圧（Ｅ）から、以下の式で演算できる。
Ｒ＝Ｅ／Ｉ
The life determination circuit 20 determines the life by detecting the electrical resistance of the fuse 8. This is because the electrical resistance of the fuse 8 increases as it deteriorates. The electrical resistance of the fuse 8 varies depending on the rated current, and the fuse 8 having a large rated current tends to have a small electrical resistance. For example, a fuse that is connected in series to a battery for traveling and has an electric resistance of 5 mΩ deteriorates and the electric resistance increases to several times as much as 15 mΩ. Therefore, the electrical resistance of the fuse 8 is detected to determine the deteriorated state, that is, the lifetime. The electrical resistance (R) of the fuse 8 can be calculated from the current (I) and voltage (E) flowing through the fuse 8 by the following equation.
R = E / I
寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電気抵抗を検出するために、ヒューズ８に流れる電流、すなわち走行用バッテリ１に流れる電流を検出する電流検出回路２１と、ヒューズ８の両端に誘導される電圧を検出する電圧検出回路２２とを備える。車両用の電源装置は、走行用バッテリ１の充放電を制御するために、走行用バッテリ１を構成する電池５の電圧を検出する電圧検出回路２２と、電池５の電流を検出する電流検出回路２１を備えている。 In order to detect the electrical resistance of the fuse 8, the life determination circuit 20 uses a current detection circuit 21 that detects a current flowing through the fuse 8, that is, a current flowing through the traveling battery 1, and a voltage induced across the fuse 8. And a voltage detection circuit 22 for detection. The vehicle power supply device includes a voltage detection circuit 22 that detects the voltage of the battery 5 that constitutes the traveling battery 1 and a current detection circuit that detects the current of the battery 5 in order to control charging and discharging of the traveling battery 1. 21 is provided.
電圧検出回路２２は、複数の電池５を直列に接続している電池モジュールの電圧を検出し、あるいは各々の電池電圧を検出する。走行用バッテリの電池をニッケル水素電池とする電源装置は、電圧検出回路でもって、電池モジュールの電圧を検出する。電池をリチウムイオン二次電池とする電源装置は、電圧検出回路でもって、各々の電池電圧を検出する。 The voltage detection circuit 22 detects the voltage of a battery module in which a plurality of batteries 5 are connected in series, or detects each battery voltage. A power supply device using a nickel-metal hydride battery as a battery for traveling uses a voltage detection circuit to detect the voltage of the battery module. A power supply device using a lithium ion secondary battery as a battery detects each battery voltage by a voltage detection circuit.
さらに、電圧検出回路２２は、ヒューズ８両端の電圧を検出して、ヒューズ８が切断されたかどうかを検出する。この電源装置は、ヒューズ８の両端の電圧を検出する電圧検出回路２２を備える。電圧検出回路２２は、多数の電池モジュールや電池電圧を検出し、さらにヒューズ８両端の電圧を検出するので、入力側にマルチプレクサ２３を接続している。マルチプレクサ２３は、経時的に入力を切り換えて複数点の電圧を検出する。この回路構成の電圧検出回路２２は、マルチプレクサ２３で切り換えて複数点の電圧を検出するので、多数点の電圧を検出しながら回路構成を簡単にできる。 Further, the voltage detection circuit 22 detects the voltage across the fuse 8 to detect whether the fuse 8 has been cut. The power supply device includes a voltage detection circuit 22 that detects the voltage across the fuse 8. Since the voltage detection circuit 22 detects a large number of battery modules and battery voltages, and further detects the voltage across the fuse 8, a multiplexer 23 is connected to the input side. The multiplexer 23 switches the input over time and detects voltages at a plurality of points. Since the voltage detection circuit 22 having this circuit configuration is switched by the multiplexer 23 to detect a plurality of voltages, the circuit configuration can be simplified while detecting a plurality of voltages.
電流検出回路２１は、電池５の残容量を検出するために、走行用バッテリ１に流れる電流を電流センサ９で検出する。車両用の電源装置は、電池５の残容量を検出して、電池５を充放電する電流をコントロールするので、電流検出回路２１を備えている。走行用バッテリ１の電流はヒューズ８の電流であるから、ヒューズ８の電流を検出する電流検出回路２１はすでに装備される。電流検出回路２１で検出される走行用バッテリ１の電流を積算して残容量が演算される。車両用の電源装置は、電池５の残容量が５０％付近とする所定の範囲となるように、電池５の充放電の電流をコントロールする。種々の走行状態で電池５の充放電を許容しながら、走行用バッテリ１の劣化をできるかぎり少なくするためである。電池５の残容量は、充電電流の積算値で増加し、また、放電電流の積算値で減少するので、充電電流と放電電流の積算値で演算できる。電流の積算値で演算される残容量は、充放電を繰り返して誤差が累積する。この誤差を補正し、さらに電池５の過充電と過放電を防止するために、電圧検出回路２２でもって、電池モジュールの電圧を検出し、あるいは各々の電池電圧を検出している。
In order to detect the remaining capacity of the battery 5, the current detection circuit 21 detects the current flowing in the traveling battery 1 with the current sensor 9. The vehicle power supply device includes a current detection circuit 21 because it detects the remaining capacity of the battery 5 and controls the current for charging and discharging the battery 5. Since the current of the traveling battery 1 is the current of the fuse 8, the current detection circuit 21 that detects the current of the fuse 8 is already provided. The remaining capacity is calculated by integrating the current of the traveling battery 1 detected by the current detection circuit 21. The power supply device for a vehicle controls the charging / discharging current of the battery 5 so that the remaining capacity of the battery 5 falls within a predetermined range of about 50%. This is to reduce the deterioration of the traveling battery 1 as much as possible while allowing the battery 5 to be charged and discharged in various traveling states. Since the remaining capacity of the battery 5 increases with the integrated value of the charging current and decreases with the integrated value of the discharging current, it can be calculated with the integrated value of the charging current and the discharging current. The remaining capacity calculated by the integrated value of current accumulates errors by repeating charge and discharge. In order to correct this error and to prevent overcharge and overdischarge of the battery 5, the voltage detection circuit 22 detects the voltage of the battery module or detects each battery voltage.
寿命判定回路２０は、電圧検出回路２２でヒューズ８両端の電圧を検出し、さらに電流検出回路２１でヒューズ８の電流を検出して、前述の式からヒューズ８の電気抵抗（Ｒ）を演算する。車両用の電源装置は、ヒューズ８に流れる電流が車両の走行状態によって変動する。寿命判定回路２０は、電圧検出回路２２と電流検出回路２１でもって、互いに同期して同一のタイミングで電流と電圧を検出して、ヒューズ８の電気抵抗を演算する。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電気抵抗を正確に検出できる。ただし、電圧検出回路２２と電流検出回路２１とは必ずしも完全に一致するタイミングで電圧と電流を検出する必要はない。走行用バッテリ１の電流変化が、負荷１０と並列に接続している大容量のコンデンサ１３で平滑化されるからである。たとえば、ヒューズ８に流れる電流の変化が１０％となるタイミングのずれで電圧と電流を検出しても、ヒューズ８の電気抵抗の誤差は１０％となり、充分に実用できる範囲となるからである。車両の走行状態で変動するヒューズ８に流れる電流の変動は、負荷１０に接続されるコンデンサ１３の静電容量により少なくなる。したがって、ヒューズ８の電流変動は、車両により一定ではないが、ヒューズ８の電気抵抗から寿命を判定する寿命判定回路２０にあっては、たとえば、電圧と電流を検出するタイミングのずれを０．５秒以内として、充分にヒューズ８の寿命を判定できる。 The life determination circuit 20 detects the voltage across the fuse 8 with the voltage detection circuit 22, further detects the current of the fuse 8 with the current detection circuit 21, and calculates the electrical resistance (R) of the fuse 8 from the above equation. . In the vehicle power supply device, the current flowing through the fuse 8 varies depending on the traveling state of the vehicle. The life determination circuit 20 detects the current and voltage at the same timing in synchronization with each other by the voltage detection circuit 22 and the current detection circuit 21, and calculates the electric resistance of the fuse 8. The life determination circuit 20 can accurately detect the electrical resistance of the fuse 8. However, it is not always necessary for the voltage detection circuit 22 and the current detection circuit 21 to detect the voltage and current at the same timing. This is because the current change of the traveling battery 1 is smoothed by the large-capacity capacitor 13 connected in parallel with the load 10. For example, even if the voltage and current are detected at a timing shift when the change in the current flowing through the fuse 8 becomes 10%, the error of the electrical resistance of the fuse 8 becomes 10%, which is in a sufficiently practical range. The fluctuation of the current flowing through the fuse 8 that fluctuates depending on the traveling state of the vehicle is reduced by the capacitance of the capacitor 13 connected to the load 10. Therefore, although the current fluctuation of the fuse 8 is not constant depending on the vehicle, in the life determination circuit 20 that determines the life from the electric resistance of the fuse 8, for example, the difference in timing for detecting the voltage and current is 0.5. Within a second, the lifetime of the fuse 8 can be determined sufficiently.
さらに、寿命判定回路２０は、電圧検出回路２２で検出するヒューズ８両端の平均電圧を検出して電気抵抗を検出し、この電気抵抗からヒューズ８の寿命を判定することもできる。車両用の電源装置は、走行用バッテリ１がモーター１１に供給する電流をコントロールすることから、平均電流は所定の電流値となる。平均電流が所定の電流値となることから、平均電圧を検出してヒューズ８の電気抵抗を検出することができる。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８の平均電流と平均電圧を検出し、平均電圧／平均電流でヒューズ８の電気抵抗を検出できる。さらに、寿命判定回路２０は、平均電流が一定の範囲に制御されると仮定して、平均電流を検出することなく、平均電圧のみを検出してヒューズ８の電気抵抗を検出して寿命を判定できる。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電流を検出しないので、最も簡単な回路でヒューズ８の寿命を判定できる。ただ、ヒューズ８の電圧は電気抵抗の関数となるので、ヒューズ８の電圧を検出することは、間接的にヒューズ８の電気抵抗を測定することになるので、この明細書において、ヒューズの電気抵抗を検出するとは、ヒューズの電気抵抗で特定される電圧を検出して電気抵抗を検出する広い意味に使用する。たとえば、電気抵抗を５ｍΩとするヒューズと、電気抵抗が１５ｍΩとなるヒューズでは、平均電圧が３倍になるので、平均電圧からヒューズの寿命を判定できる。 Further, the life determination circuit 20 can detect the electrical resistance by detecting the average voltage across the fuse 8 detected by the voltage detection circuit 22, and can determine the life of the fuse 8 from this electrical resistance. Since the vehicle power supply device controls the current supplied to the motor 11 by the traveling battery 1, the average current has a predetermined current value. Since the average current has a predetermined current value, it is possible to detect the electrical resistance of the fuse 8 by detecting the average voltage. The life determination circuit 20 can detect the average current and the average voltage of the fuse 8 and can detect the electric resistance of the fuse 8 by the average voltage / average current. Further, assuming that the average current is controlled within a certain range, the life determination circuit 20 detects only the average voltage and detects the electric resistance of the fuse 8 without detecting the average current, and determines the life. it can. Since the lifetime determination circuit 20 does not detect the current of the fuse 8, the lifetime of the fuse 8 can be determined with the simplest circuit. However, since the voltage of the fuse 8 is a function of the electrical resistance, detecting the voltage of the fuse 8 indirectly measures the electrical resistance of the fuse 8. Is used in a broad sense to detect the electrical resistance by detecting the voltage specified by the electrical resistance of the fuse. For example, in a fuse having an electrical resistance of 5 mΩ and a fuse having an electrical resistance of 15 mΩ, the average voltage is tripled, so that the life of the fuse can be determined from the average voltage.
さらに、ヒューズ８は、使用時間が経過するにしたがって劣化する。したがって、寿命判定回路２０にタイマー２４を設け、このタイマー２４でもって、ヒューズ８が使用された時間をカウントして、ヒューズ８の寿命を判定することもできる。タイマー２４に記憶するヒューズ８の寿命時間は、たとえば１０年とすることができる。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８の使用時間をカウントして、使用時間が寿命時間に達すると、ヒューズが寿命に達したと判定する。この電源装置は、ヒューズ８の電気抵抗と使用時間の両方で寿命を正確に判定する。 Further, the fuse 8 deteriorates as the usage time elapses. Therefore, the life determination circuit 20 can be provided with a timer 24, and the timer 24 can be used to determine the life of the fuse 8 by counting the time that the fuse 8 has been used. The lifetime of the fuse 8 stored in the timer 24 can be 10 years, for example. The lifetime determination circuit 20 counts the usage time of the fuse 8 and determines that the fuse has reached the lifetime when the usage time reaches the lifetime. This power supply apparatus accurately determines the lifetime based on both the electrical resistance of the fuse 8 and the usage time.
また、寿命判定回路２０は、ヒューズ８に流れる電流を電流積算回路（図示せず）で積算してヒューズ８の寿命を判定することもできる。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８に流れる電流の積算値で寿命を判定するので、ヒューズ８の使用時間をカウントするタイマー２４よりもさらに正確にヒューズ８の寿命を判定できる。さらに、電流積算回路は、ヒューズ８に流れる電流の２乗を積算して、ヒューズ８の寿命をより正確に判定できる。ヒューズ８のジュール熱による発熱が、電流の２乗に比例することから、電流の２乗の積算値は、ヒューズ８を劣化させるジュール熱の積算値となり、より正確にヒューズ８の寿命を判定できる。 The life determination circuit 20 can also determine the life of the fuse 8 by integrating the current flowing through the fuse 8 with a current integration circuit (not shown). Since the lifetime determination circuit 20 determines the lifetime based on the integrated value of the current flowing through the fuse 8, the lifetime of the fuse 8 can be determined more accurately than the timer 24 that counts the usage time of the fuse 8. Further, the current integrating circuit can more accurately determine the life of the fuse 8 by integrating the square of the current flowing through the fuse 8. Since the heat generated by the Joule heat of the fuse 8 is proportional to the square of the current, the integrated value of the square of the current becomes an integrated value of the Joule heat that deteriorates the fuse 8, and the life of the fuse 8 can be determined more accurately. .
図の電源装置は、寿命判定回路２０に、ヒューズ８の寿命判定結果を記憶するメモリ２５を設けている。メモリ２５は、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ２５である。この電源装置は、寿命判定回路２０への電力供給が遮断された状態で、メモリ２５がヒューズ８の寿命情報、たとえば、ヒューズ８の寿命が尽きたことを記憶する。したがって、この電源装置は、寿命判定回路２０の電力供給が遮断されてもヒューズ８の寿命判定結果が記憶され、また、この寿命判定結果をいつでも車両側に出力できる。 In the illustrated power supply apparatus, a memory 25 for storing the life determination result of the fuse 8 is provided in the life determination circuit 20. The memory 25 is an EEPROM or a flash memory 25. In this power supply device, the memory 25 stores the life information of the fuse 8, for example, the fact that the life of the fuse 8 has expired, in a state where the power supply to the life determination circuit 20 is cut off. Therefore, this power supply device stores the life determination result of the fuse 8 even when the power supply of the life determination circuit 20 is cut off, and can output this life determination result to the vehicle side at any time.
さらに、寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電気抵抗値の増加、言い換えるとヒューズ８の劣化状態で、走行用バッテリ１の電流を制限する電流制限回路（図示せず）を備える。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電気抵抗が大きくなって、寿命が尽きる前に、ヒューズ８に流れる電流、言い換えると走行用バッテリ１の電流を制限して、ヒューズ８の寿命を長くする。 Further, the life determination circuit 20 includes a current limiting circuit (not shown) that limits the current of the traveling battery 1 when the electrical resistance value of the fuse 8 increases, in other words, when the fuse 8 is deteriorated. The life determination circuit 20 extends the life of the fuse 8 by limiting the current flowing through the fuse 8, in other words, the current of the traveling battery 1, before the electrical resistance of the fuse 8 increases and the life is exhausted.
図の電源装置は、走行用バッテリ１でヒューズ８に流す電流でもってヒューズ８の電気抵抗を検出する。図２の電源装置は、走行用バッテリ１以外の専用電池２６、たとえば、ヒューズ８の電気抵抗を検出するために専用に設けた電池、あるいは車両に搭載されるカーバッテリーを使用して、ヒューズ８に電流を流して電気抵抗を検出することができる。専用電池２６でヒューズ８の電気抵抗を検出する電源装置は、電流制限抵抗２７を直列に接続して、ヒューズ８に流れる電流を所定の電流値として、電気抵抗を検出する。この電源装置は、走行用バッテリ１の電流に関係なくヒューズ８の電気抵抗を検出できるので、たとえば、車両を走行させるためにイグニッションスイッチ１４をオンに切り換えた後、専用電池２６でヒューズ８の電気抵抗を検出して、ヒューズ８の寿命を判定できる。すなわち、イグニッションスイッチ１４をオンにして車両を走行させる前に、ヒューズ８の寿命を判定できる。このため、ヒューズ８が切断されないことを確認して車両を走行できる。 The power supply device shown in the figure detects the electrical resistance of the fuse 8 with a current flowing through the fuse 8 in the traveling battery 1. 2 uses a dedicated battery 26 other than the traveling battery 1, for example, a battery provided exclusively for detecting the electrical resistance of the fuse 8, or a car battery mounted on a vehicle, and uses the fuse 8. The electric resistance can be detected by passing a current through The power supply device that detects the electrical resistance of the fuse 8 with the dedicated battery 26 connects the current limiting resistor 27 in series, and detects the electrical resistance using the current flowing through the fuse 8 as a predetermined current value. Since this power supply device can detect the electric resistance of the fuse 8 regardless of the current of the battery 1 for traveling, for example, after the ignition switch 14 is turned on to drive the vehicle, the electric power of the fuse 8 is switched by the dedicated battery 26. The lifetime of the fuse 8 can be determined by detecting the resistance. In other words, the life of the fuse 8 can be determined before the ignition switch 14 is turned on and the vehicle is driven. For this reason, it is possible to drive the vehicle after confirming that the fuse 8 is not cut.
さらに、図１に示すように、コンタクタ２の溶着を防止するために、コンデンサ１３をプリチャージするプリチャージ回路３を備える電源装置は、コンデンサ１３の充電電流でヒューズ８の電気抵抗を検出することができる。このことを実現する寿命判定回路２０は、プリチャージスイッチ７をオンに切り換えて、コンデンサ１３を充電するタイミングでヒューズ８の電流を検出し、この電流に同期してヒューズ８両端の電圧を検出して、電圧と電流からヒューズ８の電気抵抗を検出する。 Further, as shown in FIG. 1, in order to prevent welding of the contactor 2, the power supply device including the precharge circuit 3 that precharges the capacitor 13 detects the electric resistance of the fuse 8 with the charging current of the capacitor 13. Can do. The life determination circuit 20 for realizing this detects the current of the fuse 8 at the timing of charging the capacitor 13 by switching on the precharge switch 7 and detects the voltage across the fuse 8 in synchronization with this current. Thus, the electrical resistance of the fuse 8 is detected from the voltage and current.
走行用バッテリに接続される負荷１０は、インバータ１２の出力側にモーター１１を接続している。負荷１０であるインバータ１２は、並列に大容量のコンデンサ１３を並列に接続している。このコンデンサ１３は、コンタクタ２をオンに切り換える状態で、走行用バッテリ１と両方から負荷１０のインバータ１２に電力を供給する。とくに、コンデンサ１３からは、負荷１０のインバータ１２に瞬間的に大電力を供給する。走行用バッテリ１に並列にコンデンサ１３を接続することで、負荷１０に供給できる瞬間電力を大きくしている。コンデンサ１３から負荷１０のインバータ１２に供給できる瞬間最大電力は、静電容量に比例するので、このコンデンサ１３は、たとえば４０００〜６０００μＦと極めて大きい静電容量としている。放電状態にある大容量のコンデンサ１３が、出力電圧の高い走行用バッテリ１に接続されると、瞬間的に極めて大きいチャージ電流が流れる。コンデンサ１３のインピーダンスが極めて小さいからである。 A load 10 connected to the traveling battery has a motor 11 connected to the output side of the inverter 12. The inverter 12 that is the load 10 has a large-capacity capacitor 13 connected in parallel. The capacitor 13 supplies power to the inverter 12 of the load 10 from both the traveling battery 1 and the contactor 2 in a state where the contactor 2 is turned on. In particular, large power is instantaneously supplied from the capacitor 13 to the inverter 12 of the load 10. The instantaneous power that can be supplied to the load 10 is increased by connecting the capacitor 13 in parallel to the traveling battery 1. Since the instantaneous maximum power that can be supplied from the capacitor 13 to the inverter 12 of the load 10 is proportional to the capacitance, the capacitor 13 has a very large capacitance of, for example, 4000 to 6000 μF. When the large-capacitance capacitor 13 in a discharged state is connected to the traveling battery 1 having a high output voltage, an extremely large charge current instantaneously flows. This is because the impedance of the capacitor 13 is extremely small.
プリチャージ回路３は、イグニッションスイッチ１４から入力されるオン信号で、コンタクタ２をオンに切り換えるに先だって、負荷１０のコンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージ回路３は、コンデンサ１３の充電電流を制限しながらコンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗６にプリチャージスイッチ７を直列に接続している。プリチャージ抵抗６は、負荷１０のコンデンサ１３のプリチャージ電流を制限する。プリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗６の電気抵抗を大きくしてプリチャージ電流を小さくできる。たとえば、プリチャージ抵抗６は、１０Ω、３０Ｗのセメント抵抗である。このプリチャージ抵抗６は、出力電圧４００Ｖの走行用バッテリ１がコンデンサ１３を充電するピークの充電電流を４０Ａに制限する。 The precharge circuit 3 precharges the capacitor 13 of the load 10 with the ON signal input from the ignition switch 14 before the contactor 2 is switched on. The precharge circuit 3 precharges the capacitor 13 while limiting the charging current of the capacitor 13. The precharge circuit 3 has a precharge switch 7 and a precharge switch 7 connected in series. The precharge resistor 6 limits the precharge current of the capacitor 13 of the load 10. The precharge circuit 3 can reduce the precharge current by increasing the electrical resistance of the precharge resistor 6. For example, the precharge resistor 6 is a cement resistor of 10Ω and 30W. The precharge resistor 6 limits the peak charging current at which the traveling battery 1 with an output voltage of 400V charges the capacitor 13 to 40A.
プリチャージ回路３は、コンタクタ２の接点に並列に接続される。図の電源装置は、プラス側とマイナス側の両方にコンタクタ２を設けて、プラス側のコンタクタ２Ａの接点と並列にプリチャージ回路３を接続している。この電源装置は、マイナス側のコンタクタ２Ｂをオンとし、プラス側のコンタクタ２Ａをオフとする状態で、プリチャージ回路３でコンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージ回路３でコンデンサ１３がプリチャージされると、プラス側のコンタクタ２Ａをオフからオンに切り換えて、プリチャージ回路３のプリチャージスイッチ７をオフに切り換える。 The precharge circuit 3 is connected in parallel to the contact of the contactor 2. In the illustrated power supply apparatus, contactors 2 are provided on both the plus side and the minus side, and the precharge circuit 3 is connected in parallel with the contact of the plus side contactor 2A. In this power supply device, the precharge circuit 3 precharges the capacitor 13 in a state in which the negative contactor 2B is turned on and the positive contactor 2A is turned off. When the capacitor 13 is precharged by the precharge circuit 3, the positive contactor 2A is switched from OFF to ON, and the precharge switch 7 of the precharge circuit 3 is switched OFF.
プリチャージ回路３は、プリチャージスイッチ７をオンにして、コンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージスイッチ７は、リレー等の機械的な接点を有するスイッチである。ただ、プリチャージスイッチは、トランジスターやＦＥＴ等の半導体スイッチング素子も使用できる。半導体スイッチング素子のプリチャージスイッチは、接点のような劣化がないので寿命を長くできる。また非常に短時間で高速にオンオフに切り換えできるので、コンデンサをオンオフに切り換えながらプリチャージすることができる。 The precharge circuit 3 turns on the precharge switch 7 to precharge the capacitor 13. The precharge switch 7 is a switch having a mechanical contact such as a relay. However, the precharge switch can also use semiconductor switching elements such as transistors and FETs. Since the precharge switch of the semiconductor switching element is not deteriorated like a contact, the lifetime can be extended. Further, since it can be switched on and off at high speed in a very short time, the capacitor can be precharged while being switched on and off.
プリチャージ回路３でコンデンサ１３がプリチャージされた後、プリチャージ回路３と並列に制御しているプラス側のコンタクタ２Ａをオンに切り換えて、走行用バッテリ１から負荷１０に電力を供給できる状態、すなわち走行用バッテリ１でモーター１１を駆動して車両を走行できる状態とする。 After the capacitor 13 is precharged by the precharge circuit 3, the plus side contactor 2A controlled in parallel with the precharge circuit 3 is switched on so that power can be supplied from the traveling battery 1 to the load 10. That is, the motor 11 is driven by the traveling battery 1 so that the vehicle can travel.
１…走行用バッテリ
２…コンタクタ ２Ａ…プラス側のコンタクタ
２Ｂ…マイナス側のコンタクタ
３…プリチャージ回路
４…制御回路
５…電池
６…プリチャージ抵抗
７…プリチャージスイッチ
８…ヒューズ
９…電流センサ
１０…負荷
１１…モーター
１２…インバータ
１３…コンデンサ
１４…イグニッションスイッチ
２０…寿命判定回路
２１…電流検出回路
２２…電圧検出回路
２３…マルチプレクサ
２４…タイマー
２５…メモリ
２６…専用電池
２７…電流制限抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery for driving | running | working 2 ... Contactor 2A ... Contactor on the plus side
2B ... Negative contactor 3 ... Precharge circuit 4 ... Control circuit 5 ... Battery 6 ... Precharge resistor 7 ... Precharge switch 8 ... Fuse 9 ... Current sensor 10 ... Load 11 ... Motor 12 ... Inverter 13 ... Capacitor 14 ... Ignition Switch 20 ... Life judgment circuit 21 ... Current detection circuit 22 ... Voltage detection circuit 23 ... Multiplexer 24 ... Timer 25 ... Memory 26 ... Dedicated battery 27 ... Current limiting resistor
Claims (1)
ヒューズ(8)の電気抵抗を検出してヒューズ(8)の寿命を判定するヒューズ(8)の寿命判定回路(20)を備え、
寿命判定回路(20)が、ヒューズ(8)に流れる電流を積算する電流積算回路を備える車両用の電源装置。 A power supply device for a vehicle comprising a battery (1) for running a vehicle comprising a rechargeable battery (5), and a fuse (8) connected in series with the battery for running (1),
The fuse (8) has a life judgment circuit (20) that detects the electrical resistance of the fuse (8) and judges the life of the fuse (8) .
A power supply device for a vehicle , wherein the life determination circuit (20) includes a current integration circuit for integrating the current flowing through the fuse (8) .
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