JP2013219955A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】故障や負荷状態の変動に対して高い堅牢性で継電器の溶着状態を検出可能な電源装置を実現する。
【解決手段】電源装置１は、電池モジュール１０の正極端子と高電位出力端子１９との間に設けられた正極側メインリレー１４およびプリチャージリレー１５と、電池モジュール１０の負極端子と低電位出力端子２０との間に設けられた負極側メインリレー１７とを備える。さらに電源装置１は、電池電圧V1をそれぞれ測定する電圧測定系２１、マルチプレクサ１１およびＡＤコンバータ１２と、負荷電圧V2をそれぞれ測定する電圧測定系２２、２３と、制御部１３とを備える。制御部１３は、測定された電池電圧V1と負荷電圧V2とに基づいて、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の溶着状態を判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等に搭載された機器に電力を供給する電源装置に関する。

従来、充放電可能な二次電池を備え、二次電池の正極端子側に設けられたリレー（継電器）および二次電池の負極端子側に設けられたリレー（継電器）の溶着状態を検出する電源装置が知られている。特許文献１に開示されている電源装置は、正極側リレーおよび負極側リレーが全て開状態である時点において、正極側リレーの高電位出力端子Ｓ１側と負極側リレーの二次電池の負極端子側との間の電圧Ｖ１を測定し、負極側リレーの低電位出力端子Ｓ２側と正極側リレーの二次電池の正極端子側との間の電圧Ｖ２を測定する。これにより、正極側リレーおよび負極側リレーがそれぞれ溶着しているか否かについて判定する。

特開２００７−１６５２５３号公報

上記特許文献１に開示された電源装置では、たとえば電圧Ｖ１または電圧Ｖ２を測定するための配線が途中で断線した場合など、電圧測定系のいずれかにおいて故障が生じた場合には、電圧Ｖ１や電圧Ｖ２を測定することができず、リレーの溶着状態を正しく判定することができない。また、高電位出力端子Ｓ１と低電位出力端子Ｓ２の間に接続されている出力側の負荷状態が変動することにより、電圧Ｖ１や電圧Ｖ２が変動した場合にも、リレーの溶着状態を正しく判定することができない。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、故障や負荷状態の変動に対して高い堅牢性で継電器の溶着状態を検出可能な電源装置を実現することにある。

本発明の一態様による電源装置は、二次電池を有し、二次電池からの電力を負荷機器に供給する。この電源装置は、二次電池の正極端子側に負荷機器を接続するための高電位出力端子と、二次電池の負極端子側に負荷機器を接続するための低電位出力端子と、二次電池の正極端子と高電位出力端子との間に設けられ、二次電池の正極端子側の第１の正極接点と高電位出力端子側の第２の正極接点との間を導通または遮断する正極側継電器と、二次電池の負極端子と低電位出力端子との間に設けられ、二次電池の負極端子側の第１の負極接点と低電位出力端子側の第２の負極接点との間を導通または遮断する負極側継電器と、第１の正極接点と第１の負極接点との間の第１の電圧を測定する第１の測定系と、第１の測定系とは別に設けられ、第１の電圧を測定する第１の冗長系と、第２の正極接点と第２の負極接点との間の第２の電圧を測定する第２の測定系と、第２の測定系とは別に設けられ、第２の電圧を測定する第２の冗長系と、第１の測定系および第１の冗長系でそれぞれ測定された第１の電圧と、第２の測定系および第２の冗長系でそれぞれ測定された第２の電圧とに基づいて、正極側継電器および負極側継電器の溶着状態を判断する制御部とを備える。
本発明の他の一態様による電源装置は、二次電池を有し、二次電池からの電力を負荷機器に供給する。この電源装置は、二次電池の正極端子側に負荷機器を接続するための高電位出力端子と、二次電池の負極端子側に負荷機器を接続するための低電位出力端子と、二次電池の正極端子と高電位出力端子との間に設けられ、二次電池の正極端子側の第１の正極接点と高電位出力端子側の第２の正極接点との間を導通または遮断する正極側継電器と、二次電池の負極端子と低電位出力端子との間に設けられ、二次電池の負極端子側の第１の負極接点と低電位出力端子側の第２の負極接点との間を導通または遮断する負極側継電器と、第１の正極接点と第１の負極接点との間の第１の電圧を測定する第１の測定系と、第２の正極接点と第２の負極接点との間の第２の電圧を測定する第２の測定系と、第２の正極接点と第１の負極接点との間の第３の電圧を測定する第３の測定系と、第１の正極接点と第２の負極接点との間の第４の電圧を測定する第４の測定系と、第１の電圧、第２の電圧、第３の電圧および第４の電圧に基づいて、正極側継電器および負極側継電器の溶着状態を判断する制御部とを備える。

本発明によれば、故障や負荷状態の変動に対して高い堅牢性で継電器の溶着状態を検出可能な電源装置を実現することができる。

本発明の一実施形態による電源装置の構成を示す図である。 各リレーの切替タイミングの例を示す図である。 リレー溶着診断に用いられるマップ情報の例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態による電源装置１の構成を示す図である。この電源装置１は、たとえば電動車両に搭載されて使用されるものである。

図１において、電源装置１は、電池モジュール１０、マルチプレクサ１１、ＡＤコンバータ１２、制御部１３、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５、電流制限抵抗１６、負極側メインリレー１７、絶縁抵抗測定部１８ａおよび１８ｂ、高電位出力端子１９、および低電位出力端子２０を備える。また、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の溶着状態の判断に用いる電圧を測定するために、符号２１〜２７に示すような各電圧測定系を有している。電源装置１には、電力を供給する対象の負荷機器として、インバータ２ａ、２ｂが接続されている。

インバータ２ａ、２ｂには、モータ３ａ、３ｂがそれぞれ接続されている。インバータ２ａ、２ｂは、電源装置１から供給された直流電力を三相交流電力に変換してモータ３ａ、３ｂにそれぞれ出力し、モータ３ａ、３ｂを駆動させる。

電池モジュール１０は、充放電可能な二次電池であり、複数の電池セルによって構成されている。電池モジュール１０は、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７を介して、高電位出力端子１９と低電位出力端子２０の間に接続されているインバータ２ａ、２ｂに電源を供給する。高電位出力端子１９は電池モジュール１０の正極端子側に接続されており、低電位出力端子２０は電池モジュール１０の負極端子側に接続されている。

電池モジュール１０の各電池セルの電圧は、マルチプレクサ１１により順次選択されてＡＤコンバータ１２へ出力される。ＡＤコンバータ１２は、マルチプレクサ１１を介して出力された電池モジュール１０の各電池セルの電圧Vc1〜Vc4をそれぞれ測定してデジタル値に変換し、制御部１３へ出力する。制御部１３では、これらの電圧Vc1〜Vc4を合計することにより、電池モジュール１０の正極と負極の間の電圧V1bを算出することができる。なお、図１では電池モジュール１０を４つの電池セルによって構成した例を示しているが、電池セルの数はこれに限定されるものではない。

正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７は、電池モジュール１０からインバータ２ａ、２ｂへの電力供給状態を切り替えるためのリレー（継電器）である。正極側メインリレー１４およびプリチャージリレー１５は、電池モジュール１０の正極端子と高電位出力端子１９の間にそれぞれ設けられており、負極側メインリレー１７は、電池モジュール１０の負極端子と低電位出力端子２０の間に設けられている。このように、電池モジュール１０の正極側と負極側に継電器をそれぞれ設けることにより、安全性を高めている。

正極側メインリレー１４は、電池モジュール１０の正極端子側に接続されている接点１４ａと、高電位出力端子１９側に接続されている接点１４ｂとを有しており、これらの接点間を導通または遮断する。

プリチャージリレー１５は、電源装置１と接続される負荷機器をプリチャージするためのものである。すなわち、電源装置１から負荷機器であるインバータ２ａ、２ｂに電源を供給する際には、先にプリチャージリレー１５をオンすることで、電流制限抵抗１６により電流を制限しながら、インバータ２ａ、２ｂに内蔵されている容量を予め充電しておく。こうしてインバータ２ａ、２ｂのプリチャージが完了した後に正極側メインリレー１４をオンすることで、電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電源供給開始時に過大な突入電流が流れないようにしている。このプリチャージリレー１５も、正極側メインリレー１４と同様に、電池モジュール１０の正極端子側に接続されている接点１５ａと、高電位出力端子１９側に接続されている接点１５ｂとを有しており、これらの接点間を導通または遮断する。

負極側メインリレー１７は、電池モジュール１０の負極端子側に接続されている接点１７ａと、低電位出力端子２０側に接続されている接点１７ｂとを有しており、これらの接点間を導通または遮断する。

正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７における各接点間の導通状態は、電源装置１と接続されている外部の上位制御装置（不図示）によって制御される。この上位制御装置は、たとえば電源装置１が搭載されている電動車両の動作状態等に基づいて、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７における各接点間の導通状態を所定の法則に応じて切り替える。これにより、電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電力供給を必要に応じて開始または停止することができる。

図２は、各リレーの切替タイミングの例を示す図である。電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電源供給を開始する前の時刻Ｔ１以前では、図２に示すように、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７は全てオフである。すなわち、各リレーの接点間は遮断されている。

電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電源供給を開始する場合、外部の上位制御装置からの切替信号に応じて、負極側メインリレー１７が時刻Ｔ１において最初にオフからオンに切り替えられる。すると、負極側メインリレー１７において接点１７ａと接点１７ｂの間が導通される。なお、この時点では電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電源供給はまだ開始されない。

次に、負極側メインリレー１７をオンにしたままの状態で、プリチャージリレー１５が時刻Ｔ２においてオフからオンに切り替えられる。すると、プリチャージリレー１５において接点１５ａと接点１５ｂの間が導通され、インバータ２ａ、２ｂのプリチャージが開始される。

インバータ２ａ、２ｂのプリチャージが完了したら、正極側メインリレー１４が時刻Ｔ３においてオフからオンに切り替えられる。すると、正極側メインリレー１４において接点１４ａと接点１４ｂの間が導通され、電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電源供給が開始される。その後、プリチャージリレー１５が時刻Ｔ４においてオンからオフに切り替えられる。

電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電源供給を停止する場合は、正極側メインリレー１４が時刻Ｔ５においてオンからオフに切り替えられ、その直後に負極側メインリレー１７が時刻Ｔ６においてオンからオフに切り替えられる。すると、正極側メインリレー１４において接点１４ａと接点１４ｂの間が遮断されると共に、負極側メインリレー１７において接点１７ａと接点１７ｂの間が遮断され、電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電源供給が停止される。

電源装置１では、外部の上位制御装置からの切替信号に応じて、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７における各接点間の導通状態が上記のようにして切り替えられる。これにより、電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電力供給を開始して、その後に停止することができる。

制御部１３は、マイクロプロセッサやメモリ等によって構成されており、電源装置１の動作を制御するための各種演算処理を行う。たとえば、ＡＤコンバータ１２から入力された電圧Vc1〜Vc4に基づいて、電池モジュール１０の各電池セルの充電状態を推定したり、不図示のバランシングスイッチを制御して各電池セルの充電状態を平均化したりする。制御部１３による演算処理結果は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信により上位制御装置へ出力される。

ここで、インバータ２ａ、２ｂが動作してモータ３ａ、３ｂが駆動しているときには、正極側メインリレー１４や負極側メインリレー１７において数百Ａ程度の電流が流れる場合がある。この状態で正極側メインリレー１４や負極側メインリレー１７を遮断すると、これらの接点間にアーク放電が生じて接点間が溶着する可能性がある。こうした接点間の溶着が起こると、正極側メインリレー１４や負極側メインリレー１７が常に導通状態となり、電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電力供給を停止できなくなってしまう。そこで制御部１３は、以下で説明するような方法により、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の溶着状態を判断する。

電圧測定系２１は、正極側メインリレー１４の接点１４ａおよびプリチャージリレー１５の接点１５ａと、負極側メインリレー１７の接点１７ａとの間の電圧（すなわち、電池モジュール１０の正極と負極の間の電圧）V1aを測定し、その測定結果を制御部１３へ出力する。制御部１３は、この電圧測定系２１により測定された電圧V1aと、前述のマルチプレクサ１１およびＡＤコンバータ１２により測定された各電池セルの電圧Vc1〜Vc4を合計した電圧V1bとを比較し、これらの電圧差が所定の範囲内であるか否かを判定する。その結果、電圧差が所定の範囲内であれば測定結果が正常であると判断し、電圧V1aまたは電圧V1bのいずれか一方を電池電圧V1として採用する。このようにすることで、電圧測定系２１、またはマルチプレクサ１１およびＡＤコンバータ１２によって構成される電圧測定系のいずれか一方を主系とし、他方を冗長系として、電池電圧V1の測定を二重化することができる。

なお、電圧V1aと電圧V1bのどちらを電池電圧V1として採用するかは、各測定系の測定精度等に応じて予め設定しておくことができる。または、電圧V1aと電圧V1bをそれぞれ複数回ずつ測定して各測定結果間のばらつきを調べ、そのばらつきが小さい方を電池電圧V1として採用してもよい。あるいは、電圧V1aと電圧V1bの平均値を求めてこれを電池電圧V1としてもよい。

電圧測定系２２、２３は、正極側メインリレー１４の接点１４ｂおよびプリチャージリレー１５の接点１５ｂと、負極側メインリレー１７の接点１７ｂとの間の電圧（すなわち、高電位出力端子１９と低電位出力端子２０の間の電圧）V2a、V2bをそれぞれ測定し、その各測定結果を制御部１３へ出力する。制御部１３は、電圧測定系２２、２３によりそれぞれ測定された電圧V2aと電圧V2bとを比較し、これらの電圧差が所定の範囲内であるか否かを判定する。その結果、電圧差が所定の範囲内であれば測定結果が正常であると判断し、電圧V2aまたは電圧V2bのいずれか一方を負荷電圧V2として採用する。このようにすることで、電圧測定系２２または２３のいずれか一方を主系とし、他方を冗長系として、負荷電圧V2の測定を二重化することができる。なお、電圧V2aと電圧V2bのどちらを負荷電圧V2として採用するかは、前述の電池電圧V1と同様の方法により決定することができる。

電圧測定系２４、２５は、正極側メインリレー１４の接点１４ｂおよびプリチャージリレー１５の接点１５ｂと、負極側メインリレー１７の接点１７ａとの間の電圧V3a、V3bをそれぞれ測定し、その各測定結果を制御部１３へ出力する。制御部１３は、電圧測定系２４、２５によりそれぞれ測定された電圧V3aと電圧V3bとを比較し、これらの電圧差が所定の範囲内であるか否かを判定する。その結果、電圧差が所定の範囲内であれば測定結果が正常であると判断し、電圧V3aまたは電圧V3bのいずれか一方を正極側リレー電圧V3として採用する。このようにすることで、電圧測定系２４または２５のいずれか一方を主系とし、他方を冗長系として、正極側リレー電圧V3の測定を二重化することができる。なお、電圧V3aと電圧V3bのどちらを正極側リレー電圧V3として採用するかは、前述の電池電圧V1や負荷電圧V2と同様の方法により決定することができる。

電圧測定系２６、２７は、正極側メインリレー１４の接点１４ａおよびプリチャージリレー１５の接点１５ａと、負極側メインリレー１７の接点１７ｂとの間の電圧V4a、V4bをそれぞれ測定し、その各測定結果を制御部１３へ出力する。制御部１３は、電圧測定系２６、２７によりそれぞれ測定された電圧V4aと電圧V4bとを比較し、これらの電圧差が所定の範囲内であるか否かを判定する。その結果、電圧差が所定の範囲内であれば測定結果が正常であると判断し、電圧V4aまたは電圧V4bのいずれか一方を負極側リレー電圧V4として採用する。このようにすることで、電圧測定系２６または２７のいずれか一方を主系とし、他方を冗長系として、負極側リレー電圧V4の測定を二重化することができる。なお、電圧V4aと電圧V4bのどちらを負極側リレー電圧V4として採用するかも、正極側リレー電圧V3の場合と同じく、前述の電池電圧V1や負荷電圧V2と同様の方法により決定することができる。

制御部１３は、上記のようにして同時に測定された電池電圧V1、負荷電圧V2、正極側リレー電圧V3および負極側リレー電圧V4に基づいて、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の溶着状態を判断するためのリレー溶着診断を行う。このとき制御部１３は、正極側リレー電圧V3と負極側リレー電圧V4が電池電圧V1、負荷電圧V2または０Ｖのいずれに等しいかをそれぞれ判断し、その判断結果と予め制御部１３内に記憶されているマップ情報とを比較することにより、各リレーの溶着状態を判断する。

上記マップ情報は、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の各リレーの導通状態の組み合わせごとに、正極側リレー電圧V3および負極側リレー電圧V4と、電池電圧V1および負荷電圧V2との間の関係を示した情報である。制御部１３は、このようなマップ情報を用いて、測定された正極側リレー電圧V3および負極側リレー電圧V4が正常なリレー導通状態または異常なリレー導通状態のいずれに対応しているかを判断する。その結果、異常なリレー導通状態に対応していると判断した場合は、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５または負極側メインリレー１７のいずれかにおいて接点間の溶着が生じている可能性があると診断し、その診断結果を上位制御装置へ出力する。

図３は、リレー溶着診断に用いられるマップ情報の例を示す図である。図３（ａ）は、電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電力供給前および電力供給時に行われるリレー溶着診断において用いられるマップ情報の例を示している。

図３（ａ）のマップ情報では、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の導通状態の各組み合わせをケース番号１〜８でそれぞれ表している。このケース番号１〜８の各ケースについて、電源装置１からの電力供給前および電力供給時に、正極側リレー電圧V3と負極側リレー電圧V4がそれぞれ電池電圧V1、負荷電圧V2または０Ｖのいずれに等しいかを表している。たとえばケース番号１は、正極側メインリレー１４がオンであり、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７がそれぞれオフであるときに、正極側リレー電圧V3が電池電圧V1と等しく、負極側リレー電圧V4が０Ｖであることを表している。

図３（ａ）のマップ情報において、各ケース番号の「正常／異常」の欄には、当該ケース番号に対応するリレー導通状態が正常であるか異常であるかを表している。すなわち、この欄が「正常」であるケース番号２、４、６、７および８の各ケースは、各リレーの導通状態が正常であることを表している。なお、これらの各ケースは、前述の図２の切替タイミングにおける特定の期間にそれぞれ対応している。具体的には、ケース番号２は時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間に対応し、ケース番号４は時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間に対応している。また、ケース番号６は時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に対応し、ケース番号７は時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間に対応し、ケース番号８は時刻Ｔ１以前の期間に対応している。一方、「正常／異常」の欄が「異常」であるケース番号１、３および５の各ケースは、各リレーの導通状態が異常であり、図２の切替タイミングにおいて対応する期間が存在しないことを表している。

制御部１３は、電源装置１からの電力供給前または電力供給時における各電圧の測定結果から、正極側リレー電圧V3および負極側リレー電圧V4がそれぞれ電池電圧V1、負荷電圧V2または０Ｖのいずれに等しいかを判断する。そして、この判断結果と図３（ａ）のマップ情報とを比較して、各電圧の測定結果がどのケース番号に対応するかを特定する。たとえば、正極側リレー電圧V3が０Ｖであり、負極側リレー電圧V4が電池電圧V1と等しい場合は、各電圧の測定結果に対応するケース番号としてケース番号２を特定する。

上記のようにして各電圧の測定結果に対応するケース番号を図３（ａ）のマップ情報において特定したら、当該ケース番号の「正常／異常」の欄を参照することにより、当該ケース番号に対応するリレー導通状態が正常であるか異常であるかを判断する。その結果、異常であると判断した場合は、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５または負極側メインリレー１７のいずれかに溶着が生じている可能性があると診断する。

図３（ｂ）は、電源装置１からインバータ２ａ、２ｂへの電力供給停止後に行われるリレー溶着診断において用いられるマップ情報の例を示している。

図３（ｂ）のマップ情報では、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の導通状態の各組み合わせをケース番号９〜１６でそれぞれ表している。このケース番号９〜１６の各ケースについて、電源装置１からの電力供給停止後に、正極側リレー電圧V3と負極側リレー電圧V4がそれぞれ電池電圧V1、負荷電圧V2または０Ｖのいずれに等しいかを表している。たとえばケース番号９は、正極側メインリレー１４がオンであり、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７がそれぞれオフであるときに、正極側リレー電圧V3が電池電圧V1と等しく、負極側リレー電圧V4が電池電圧V1から０Ｖへと変化することを表している。

図３（ｂ）のマップ情報においても、図３（ａ）と同様に、各ケース番号の「正常／異常」の欄には、当該ケース番号に対応するリレー導通状態が正常であるか異常であるかを表している。すなわち、この欄が「正常」であるケース番号１０および１６の各ケースは、各リレーの導通状態が正常であることを表している。なお、これらの各ケースは、前述の図２の切替タイミングにおける特定の期間にそれぞれ対応している。具体的には、ケース番号１０は時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの期間に対応し、ケース番号１６は時刻Ｔ６以降の期間に対応している。一方、「正常／異常」の欄が「異常」であるケース番号９、１１、１２、１３、１４および１５の各ケースは、各リレーの導通状態が異常であり、図２の切替タイミングにおいて対応する期間が存在しないことを表している。

制御部１３は、電源装置１からの電力供給停止後における各電圧の測定結果から、正極側リレー電圧V3および負極側リレー電圧V4がそれぞれ電池電圧V1、負荷電圧V2または０Ｖのいずれに等しいかを判断する。そして、この判断結果と図３（ｂ）のマップ情報とを比較して、各電圧の測定結果がどのケース番号に対応するかを特定する。たとえば、正極側リレー電圧V3が電池電圧V1から０Ｖに変化し、負極側リレー電圧V4が電池電圧V1と等しい場合は、各電圧の測定結果に対応するケース番号としてケース番号１０を特定する。

上記のようにして各電圧の測定結果に対応するケース番号を図３（ｂ）のマップ情報において特定したら、当該ケース番号の「正常／異常」の欄を参照することにより、当該ケース番号に対応するリレー導通状態が正常であるか異常であるかを判断する。その結果、異常であると判断した場合は、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５または負極側メインリレー１７のいずれかに溶着が生じている可能性があると診断する。

電源装置１は、以上説明したような処理を制御部１３において行うことにより、同時に測定された電池電圧V1、負荷電圧V2、正極側リレー電圧V3および負極側リレー電圧V4に基づいたリレー溶着診断を行う。これにより、各リレーの導通状態に関わらず、任意のタイミングで、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の溶着状態を判断することができる。また、インバータ２ａ、２ｂの動作状態がそれぞれ変動したり、外部から電池モジュール１０が充電されたりことで、電源装置１に対する負荷状態が変動し、それに応じて各電圧の測定値が変動しても、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の溶着状態を確実に判断することができる。

図１において、絶縁抵抗測定部１８ａ、１８ｂは、高電位出力端子１９および低電位出力端子２０と基準電位との間の絶縁抵抗に応じた絶縁抵抗電圧V5a、V5bをそれぞれ測定し、その測定結果を制御部１３へそれぞれ出力する。制御部１３は、絶縁抵抗測定部１８ａ、１８ｂによりそれぞれ測定された絶縁抵抗電圧V5aと絶縁抵抗電圧V5bとを比較し、これらの電圧差が所定の範囲内であるか否かを判定する。その結果、電圧差が所定の範囲内であれば測定結果が正常であると判断し、絶縁抵抗電圧V5aまたは絶縁抵抗電圧V5bのいずれか一方を絶縁抵抗電圧V5として採用する。このようにすることで、絶縁抵抗測定部１８ａまたは１８ｂのいずれか一方を主系とし、他方を冗長系として、絶縁抵抗電圧V5の測定を二重化することができる。なお、絶縁抵抗電圧V5aと絶縁抵抗電圧V5bのどちらを絶縁抵抗電圧V5として採用するかは、前述の電池電圧V1や負荷電圧V2等と同様にして決定することができる。

ここで、絶縁抵抗測定部１８ａ、１８ｂでは、周知の様々な測定方法を用いて絶縁抵抗電圧V5a、V5bをそれぞれ測定することができる。たとえば、高電位出力端子１９側に矩形波を入力したときの高電位出力端子１９側と低電位出力端子２０側の分圧電圧をそれぞれ測定し、これらの分圧電圧の差分を求めることにより、絶縁抵抗に応じた絶縁抵抗電圧V5a、V5bを測定することができる。これ以外にも、様々な測定方法を採用することができる。なお、絶縁抵抗測定部１８ａと絶縁抵抗測定部１８ｂとで同じ測定方法を用いてもよいし、別の測定方法を用いてもよい。

制御部１３は、絶縁抵抗測定部１８ａ、１８ｂにより測定された絶縁抵抗電圧V5a、V5bに基づいて地絡発生の有無を検知する。地絡の発生を検知したら、その検知結果を上位制御装置へ出力する。

以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）電源装置１は、二次電池である電池モジュール１０を有し、電池モジュール１０からの電力を負荷機器であるインバータ２ａ、２ｂに供給する。この電源装置１は、電池モジュール１０の正極端子側にインバータ２ａ、２ｂを接続するための高電位出力端子１９と、電池モジュール１０の負極端子側にインバータ２ａ、２ｂを接続するための低電位出力端子２０と、電池モジュール１０の正極端子と高電位出力端子１９との間に設けられた正極側メインリレー１４およびプリチャージリレー１５と、電池モジュール１０の負極端子と低電位出力端子２０との間に設けられた負極側メインリレー１７とを備える。正極側メインリレー１４およびプリチャージリレー１５は、電池モジュール１０の正極端子側の接点１４ａ、１５ａと、高電位出力端子１９側の接点１４ｂ、１５ｂとの間をそれぞれ導通または遮断する。負極側メインリレー１７は、電池モジュール１０の負極端子側の接点１７ａと、低電位出力端子２０側の接点１７ｂとの間を導通または遮断する。さらに電源装置１は、接点１４ａ、１５ａと接点１７ａとの間の電池電圧V1をそれぞれ測定する測定系および冗長系（電圧測定系２１と、マルチプレクサ１１およびＡＤコンバータ１２による電圧測定系）と、接点１４ｂ、１５ｂと接点１７ｂとの間の負荷電圧V2をそれぞれ測定する測定系および冗長系（電圧測定系２２、２３）と、制御部１３とを備える。制御部１３は、これらの測定系および冗長系でそれぞれ測定された電池電圧V1と負荷電圧V2とに基づいて、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の溶着状態を判断する。このようにしたので、故障や負荷状態の変動に対して高い堅牢性で、継電器である各リレーの溶着状態を検出可能な電源装置１を実現することができる。

（２）電源装置１はさらに、接点１４ｂ、１５ｂと接点１７ａとの間の正極側リレー電圧V3を測定する電圧測定系２４（または電圧測定系２５）と、接点１４ａ、１５ａと接点１７ｂとの間の負極側リレー電圧V4を測定する電圧測定系２６（または電圧測定系２７）とを備える。制御部１３は、電池電圧V1、負荷電圧V2、正極側リレー電圧V3および負極側リレー電圧V4に基づいて、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の溶着状態を判断する。このようにしたので、故障や負荷状態の変動に対してより高い堅牢性で各リレーの溶着状態を確実に検出することができる。

（３）電源装置１はさらに、電圧測定系２４（または電圧測定系２５）とは別に設けられ、正極側リレー電圧V3を測定する冗長系としての電圧測定系２５（または電圧測定系２４）と、電圧測定系２６（または電圧測定系２７）とは別に設けられ、負極側リレー電圧V4を測定する冗長系としての電圧測定系２７（または電圧測定系２６）とを備える。このようにしたので、故障に対する堅牢性をより高めることができる。

（４）制御部１３は、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の導通状態の組み合わせごとに、正極側リレー電圧V3および負極側リレー電圧V4と、電池電圧V1および負荷電圧V2との間の関係を示した図３のようなマップ情報を予め記憶している。そして、正極側リレー電圧V3および負極側リレー電圧V4が電池電圧V1、負荷電圧V2または０Ｖのいずれに等しいかをそれぞれ判断し、その判断結果とマップ情報とを比較することにより、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の溶着状態を判断する。このようにしたので、各リレーの溶着状態を容易かつ確実に判断することができる。

（５）制御部１３は、インバータ２ａ、２ｂへの電力供給前および電力供給時と、インバータ２ａ、２ｂへの電力供給を遮断した後とで、図３（ａ）、（ｂ）のようにそれぞれ異なるマップ情報を用いて、正極側メインリレー１４、プリチャージリレー１５および負極側メインリレー１７の溶着状態を判断する。このようにしたので、各リレーの溶着状態を電力供給状態に応じて正しく判断することができる。

（６）電源装置１はさらに、高電位出力端子１９および低電位出力端子２０と基準電位との間の絶縁抵抗に応じた絶縁抵抗電圧V5aを測定する絶縁抵抗測定部１８ａと、この絶縁抵抗測定部１８ａとは別に設けられ、高電位出力端子１９および低電位出力端子２０と基準電位との間の絶縁抵抗に応じた絶縁抵抗電圧V5bを測定する絶縁抵抗測定部１８ｂとをさらに備える。このようにしたので、故障に対して高い堅牢性で地絡発生の有無を検知することができる。

なお、以上説明した実施形態において説明したような各電圧の測定系の二重化は、必ずしも全てを行う必要はなく、いずれか任意のものを選択して採用することができる。あるいは、全ての電圧について測定系の二重化を行わないこととしてもよい。

また、以上説明した実施形態において、電池電圧V1を測定するためのマルチプレクサ１１およびＡＤコンバータ１２によって構成される電圧測定系を二重化した構成とすることで、故障に対する堅牢性をさらに高めてもよい。

さらに、以上説明した実施形態において、負荷電圧V2を測定するための電圧測定系２２、２３のいずれか一方または両方を、絶縁抵抗測定部１８ａ、１８ｂの一部とそれぞれ共通化してもよい。このようにすれば、負荷電圧V2の測定を二重化するための追加部分を抑えることができる。

以上説明した実施形態では、電動車両に搭載される電源装置１を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。負荷機器と接続され、この負荷機器に電力を供給するものである限り、どのような電源装置についても本発明を適用可能である。

以上説明した実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。

１：電源装置
２ａ、２ｂ：インバータ
３ａ、３ｂ：モータ
１０：電池モジュール
１１：マルチプレクサ
１２：ＡＤコンバータ
１３：制御部
１４：正極側メインリレー
１５：プリチャージリレー
１６：電流制限抵抗
１７：負極側メインリレー
１８ａ、１８ｂ：絶縁抵抗測定部
１９：高電位出力端子
２０：低電位出力端子
２１〜２７：電圧測定系

Claims (7)

1. 二次電池を有し、前記二次電池からの電力を負荷機器に供給する電源装置であって、
   前記二次電池の正極端子側に前記負荷機器を接続するための高電位出力端子と、
   前記二次電池の負極端子側に前記負荷機器を接続するための低電位出力端子と、
   前記二次電池の正極端子と前記高電位出力端子との間に設けられ、前記二次電池の正極端子側の第１の正極接点と前記高電位出力端子側の第２の正極接点との間を導通または遮断する正極側継電器と、
   前記二次電池の負極端子と前記低電位出力端子との間に設けられ、前記二次電池の負極端子側の第１の負極接点と前記低電位出力端子側の第２の負極接点との間を導通または遮断する負極側継電器と、
   前記第１の正極接点と前記第１の負極接点との間の第１の電圧を測定する第１の測定系と、
   前記第１の測定系とは別に設けられ、前記第１の電圧を測定する第１の冗長系と、
   前記第２の正極接点と前記第２の負極接点との間の第２の電圧を測定する第２の測定系と、
   前記第２の測定系とは別に設けられ、前記第２の電圧を測定する第２の冗長系と、
   前記第１の測定系および前記第１の冗長系でそれぞれ測定された前記第１の電圧と、前記第２の測定系および前記第２の冗長系でそれぞれ測定された前記第２の電圧とに基づいて、前記正極側継電器および前記負極側継電器の溶着状態を判断する制御部とを備えることを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記第２の正極接点と前記第１の負極接点との間の第３の電圧を測定する第３の測定系と、
   前記第１の正極接点と前記第２の負極接点との間の第４の電圧を測定する第４の測定系とをさらに備え、
   前記制御部は、前記第１の電圧、前記第２の電圧、前記第３の電圧および前記第４の電圧に基づいて、前記正極側継電器および前記負極側継電器の溶着状態を判断することを特徴とする電源装置。
3. 請求項２に記載の電源装置において、
   前記第３の測定系とは別に設けられ、前記第３の電圧を測定する第３の冗長系と、
   前記第４の測定系とは別に設けられ、前記第４の電圧を測定する第４の冗長系とをさらに備えることを特徴とする電源装置。
4. 請求項２または３に記載の電源装置において、
   前記正極側継電器は、前記負荷機器をプリチャージするためのプリチャージリレーおよび正極側メインリレーを有し、
   前記制御部は、
   前記正極側メインリレー、前記プリチャージリレーおよび前記負極側継電器の導通状態の組み合わせごとに、前記第３の電圧および前記第４の電圧と、前記第１の電圧および前記第２の電圧との間の関係を示したマップ情報を予め記憶し、
   前記第３の電圧および前記第４の電圧が前記第１の電圧、前記第２の電圧または０Ｖのいずれに等しいかをそれぞれ判断し、その判断結果と前記マップ情報とを比較することにより、前記正極側継電器および前記負極側継電器の溶着状態を判断することを特徴とする電源装置。
5. 請求項４に記載の電源装置において、
   前記制御部は、前記負荷機器への電力供給前および電力供給時と、前記負荷機器への電力供給を遮断した後とで、それぞれ異なる前記マップ情報を用いて、前記正極側継電器および前記負極側継電器の溶着状態を判断することを特徴とする電源装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電源装置において、
   前記高電位出力端子および前記低電位出力端子と基準電位との間の絶縁抵抗に応じた第１の絶縁抵抗電圧を測定する第１の絶縁抵抗測定部と、
   前記第１の絶縁抵抗測定部とは別に設けられ、前記高電位出力端子および前記低電位出力端子と基準電位との間の絶縁抵抗に応じた第２の絶縁抵抗電圧を測定する第２の絶縁抵抗測定部とをさらに備えることを特徴とする電源装置。
7. 二次電池を有し、前記二次電池からの電力を負荷機器に供給する電源装置であって、
   前記二次電池の正極端子側に前記負荷機器を接続するための高電位出力端子と、
   前記二次電池の負極端子側に前記負荷機器を接続するための低電位出力端子と、
   前記二次電池の正極端子と前記高電位出力端子との間に設けられ、前記二次電池の正極端子側の第１の正極接点と前記高電位出力端子側の第２の正極接点との間を導通または遮断する正極側継電器と、
   前記二次電池の負極端子と前記低電位出力端子との間に設けられ、前記二次電池の負極端子側の第１の負極接点と前記低電位出力端子側の第２の負極接点との間を導通または遮断する負極側継電器と、
   前記第１の正極接点と前記第１の負極接点との間の第１の電圧を測定する第１の測定系と、
   前記第２の正極接点と前記第２の負極接点との間の第２の電圧を測定する第２の測定系と、
   前記第２の正極接点と前記第１の負極接点との間の第３の電圧を測定する第３の測定系と、
   前記第１の正極接点と前記第２の負極接点との間の第４の電圧を測定する第４の測定系と、
   前記第１の電圧、前記第２の電圧、前記第３の電圧および前記第４の電圧に基づいて、前記正極側継電器および前記負極側継電器の溶着状態を判断する制御部とを備えることを特徴とする電源装置。

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