JP2014117127A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サービスプラグを操作する人から伝わる静電気によって電子機器が故障することを抑制できる電源装置を提供する。
【解決手段】サービスプラグ３は、電流経路４に連結された状態で組電池１と直列に接続される第１導電部３４と、サービスプラグ３と電流経路４との連結状態を解除する場合に操作され、第１導電部３４とは絶縁される第２導電部３１と、を備える。第２導電部３１は、基準電位点をなすフレーム６に電気的に接続されて接地される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源回路を電気的に遮断する機能を備える電源装置に関する。

従来の車両用電源装置は、車両走行用モータに電力を供給する電池と直列接続されるサービスプラグを備える（例えば、特許文献１参照）。サービスプラグは、電池を備える本体部に脱着自在に接続される。このサービスプラグが本体部から外された状態では、電池の出力側に電池が出力されないようになっている。

特開２０１１−７８１８４号公報

従来の車両用電源装置の場合、車両整備、故障修理等を行う際に、作業者がサービスプラグを取り外して安全を確保することがある。このとき、サービスプラグを取り外した作業者が電池側の端子に接触した場合に、作業者に帯電していた静電気が端子に印加されて、さらに電池を経由して制御回路等の電子機器に伝達されることがある。このような静電気の伝達によって電子機器が故障することが懸念される。

本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、サービスプラグを操作する人から伝わる静電気によって電子機器が故障することを抑制できる電源装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、電源装置に係る本発明は、充電及び放電可能に構成される電池（１）と、電池に導電するように接続されている電子機器（２）と、電池と直列に接続される電流経路（４）に対して電気的に脱着可能に連結されるサービスプラグ（３）と、を備え、
サービスプラグは、サービスプラグが前記電流経路に連結された状態で電池と直列に接続される第１導電部（３４）と、サービスプラグと電流経路との連結状態を解除する場合に操作される導電性の操作部分であって、第１導電部とは絶縁される第２導電部（３１）と、を備え、第２導電部は、基準電位点（６）に電気的に接続されて接地されることを特徴とする。

この発明によれば、メンテナンス等において作業者がサービスプラグを取り外す際に第２導電部をつかむと、作業者に帯電していた静電気は作業者の手から第２導電部に移動し、電気的に接続された基準電位点に放電されることになる。第２導電部は第１導電部とは絶縁されているため、第２導電部に移動した静電気は、第１導電部に伝達することはなく、電池を介して電子機器に達することもない。さらに、作業者に帯電していた静電気は、第２導電部を触った時点で基準電位点に放電されるため、その後、作業者が電池側の端子等に接触したとしても、電池を介して電子機器に静電気が到達することがない。したがって、サービスプラグを操作する人から伝わる静電気によって電子機器が故障することを抑制できる電源装置を提供できる。

なお、特許請求の範囲及び上記各手段に記載の括弧内の符号等は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。

本発明の第１実施形態に係る電源回路を示す構成図である。 第１実施形態のサービスプラグが基準電位点の一形態であるフレームに電気的に接続された状態を示す斜視図である。 基準電位点の一形態であるフレームに電気的に接続されたサービスプラグを第１導電部側から見た斜視図である。 複数の負荷に設定される各インターロック端子が基準電位点の一形態であるフレーム側に接続されることを示す回路図である。

（第１実施形態）
本発明を適用する第１実施形態に係る電源装置について図１〜図４を参照して説明する。電源回路１０は、負荷５と、この負荷５に電力を供給しうる組電池１と、電子機器２と、サービスプラグ３とを備えている。電源回路１０は、電源装置の一例である。

組電池１は、太陽光発電装置等の自然エネルギーを使用して発電する装置による発電電力を蓄電する蓄電装置、車両の蓄電池等に用いられる。当該車両は、例えば、内燃機関と電池に充電された電力によって駆動されるモータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等である。組電池１は、充放電制御装置の制御により、外部から電力を充電したり、蓄電した電力を外部に放電したりできる。

組電池１は、通電可能に接続された複数の単電池を積層した電池集合体で構成される。単電池は、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン電池、有機ラジカル電池である。単電池は、例えば、アルミ缶等の外殻を構成する外装ケースを有し、直方体状の外装ケースの一端面から上方に突出する正極端子及び負極端子からなる電極端子をそれぞれ有する。組電池１では、バスバーによって隣接する単電池の電極端子間が接続されることにより、複数個の単電池が直列に結線される。

電子機器２は、組電池１に導電するように電気的に接続されている各種の機器である。電子機器２は、例えば、電池の作動（充電、放電）を制御する制御装置、電池の状態を監視する電池管理ユニット（ＢＭＵ：Battery Management Unit）、インバータ、ＤＣＤＣコンバータ等である。したがって、特許請求の範囲に含まれる電子機器は、制御装置、電池管理ユニット、インバータ、及びＤＣＤＣコンバータの少なくとも一方によって構成される。インバータは、例えば、車両駆動用のモータを作動させる装置である。ＤＣＤＣコンバータは、高電圧バッテリと低電圧バッテリとの間に設けられ、例えば、電池から供給される直流電圧を降圧して補機や１２Ｖバッテリー等に供給する装置である。

電池管理ユニットは、電池の状態を監視する監視手段としての機能、電圧の変化や電圧のばらつき及び電荷の移動量を計算する計算手段としての機能を有する。電池管理ユニットは、車両ＥＣＵと同様に入力回路、マイクロコンピュータ、及び出力回路を備えている。マイクロコンピュータが有する記憶手段には、電池の状態がデータとして随時蓄積されている。蓄積される電池状態のデータは、例えば組電池１の電池電圧、充放電電流及び電池温度等である。電池管理ユニットは、組電池１の所定部位間の電池電圧を電圧検出線を介して入力される信号に基づいて検出する。電池管理ユニットは、組電池１の所定部位の電池温度を温度検出線を介して入力される信号に基づいて検出する。電池管理ユニットは、入力、記憶されたデータを用いて、組電池１の放電電流の変化に伴うＳＯＣ（State of Charge）等の情報を計算、記録し、電池温度、単電池電圧、全電池電圧、及び電池電圧のばらつき等の各種情報を車両ＥＣＵに送信することができる。

サービスプラグ３は、電源回路１０に直列に接続される。サービスプラグ３は、組電池１と直列に接続される電流経路４に対して電気的に連結され、電流経路４に対して脱着可能な電流制御機器である。すなわち、サービスプラグ３は、電流経路４と接続される組電池１の出力側を非導通状態及び導通状態にできる抜き取り式のプラグである。例えば、サービスプラグ３は、メンテナンス時に作業者によって操作される非通電用のスイッチであり、プラグを抜けば電流が流れない状態を外部から目視できるものであり、組電池１の回路を強制的に切断することができる。

図２及び図３に示すように、サービスプラグ３は、本体部３０と、本体部３０に設けられ、軸部３２を中心として９０度回動可能な把手部である第２導通部３１と、本体部３０に設けられる一対の第１導電部３４と、を備える。一対の第１導電部３４は、本体部３０と絶縁され、本体部３０の下部から下方に突出する端子を有する。当該端子は、本体部３０の下部から突出する筒部の内側に配されている。一対の第１導電部３４は、サービスプラグ３が電流経路４に連結された状態で組電池１と直列に接続される。

第２導電部３１は、サービスプラグ３と電流経路４との連結状態を解除する場合に操作される。第２導電部３１は、導電性の操作部分であり、かつ第１導電部３４とは絶縁されている。第２導電部３１は、導体をなす電線６０によって、基準電位点に電気的に接続されて接地されている。具体的には、第２導電部３１は、基準電位点に相当し、車両の一部を構成するフレーム６に電線６０を介して電気的に接続されることにより、接地されている。

組電池１、負荷５のメンテナンスや修理を行うべく、電源回路１０をサービスプラグ３によって遮断する場合について説明する。

まず、作業者は、第２導通部３１を把持して引き上げるようにし、軸部３２を中心に第２導通部３１を９０度回転させる。この状態から、第２導通部３１を引き出すと、インターロック端子３５が電流経路４から引き離されて、一対のインターロック端子３５の導通が解除されてインターロックスイッチがオフ状態になる。この結果、電源回路１０が開回路となり、負荷５への電力供給が遮断される。そして、第１導電部３４を内包する筒部が電源回路１０から外れる。当該筒部が電源回路１０から外れた状態では、電源回路１０における第１導電部３４との接点部が外部に露出し、作業者が触ることが可能な状態である。しかしながら、この状態の前にインターロックスイッチがオフ状態になっているため、組電池１の出力側への電流は遮断されている。

一方、電源回路１０をサービスプラグ３を装着することにより、閉回路とする場合には、第１導電部３４を内包する筒部が電源回路１０の所定の接点部に装着されるまで、サービスプラグ３を差し込み取り付ける。この状態でインターロック端子３５は電流経路４に装着されて一対のインターロック端子３５の導通が成立し、インターロックスイッチがオン状態になる。この結果、電源回路１０が閉回路となり、負荷５への電力供給が可能になる。そして、作業者は、持ち上がった状態の第２導通部３１を押し下げるように、軸部３２を中心に第２導通部３１を９０度、本体部３０側に回転させる。

このように、作業者がメンテナンス時等に、サービスプラグ３を取り外し、取り付ける場合には、インターロック端子３５がインターロックスイッチの役割を果たし、電源回路１０を開閉させるスイッチともなる。インターロック端子３５と電流経路４との接点を形成すると、インターロックスイッチがオン状態となって電源回路１０が閉回路となり、組電池１の電力が負荷５へ供給される。また、インターロック端子３５と電流経路４との接点が外れると、インターロックスイッチがオフ状態となって電源回路１０が開回路となり、負荷５への組電池１の電力供給が遮断される。

また、図４に示すように、組電池１、負荷５等の複数の負荷機器には、インターロック回路２０が接続されている。インターロック回路２０は、接地される静電気保護回路が設けられる。複数の負荷のそれぞれには、インターロック端子が設定されている。組電池１には、一対のインターロック端子３５が設定されている。負荷５には、一対のインターロック端子５５が設定されている。インターロック端子３５とインターロック端子５５とは、直列に接続されている。

インターロック回路２０において、複数のインターロック端子のうち、組電池１に対して設定されるインターロック端子３５は、最もフレーム６に近い位置に配置されている。すなわち、複数のインターロック端子のうち、サービスプラグ３が備えるインターロック端子３５は、最も基準電位点に近い位置に設置されている。この構成によれば、最もフレーム６に近いインターロック端子３５のグランド側端子は、作業者がサービスプラグ３を取り外す際に、静電気の放電経路を兼ねることになる。マイクロコンピュータ２１は、トランジスタのオン状態、オフ状態に伴う電圧の「Ｈｉ」、「Ｌｏ」を検出することにより、組電池１の出力側が導通状態であるか、非導通状態であるかを判断することができる。

以下に、第１実施形態の電源装置がもたらす作用効果について説明する。電源装置は、充電及び放電可能に構成される組電池１と、組電池１に導電するように接続されている電子機器２と、組電池１と直列に接続される電流経路４に対して電気的に脱着可能に連結されるサービスプラグ３と、を備える。サービスプラグ３は、電流経路４に連結された状態で組電池１と直列に接続される第１導電部３４と、サービスプラグ３と電流経路４との連結状態を解除する場合に操作される導電性の操作部分であって、第１導電部３４とは絶縁される第２導電部３１と、を備える。第２導電部３１は、基準電位点をなすフレーム６に電気的に接続されて接地される。

メンテナンス時等に、作業者がサービスプラグ３を取り外した際に、組電池１の出力側への電流が遮断されるが、作業者に帯電している静電気が組電池１を通じて電子機器２に伝達されることがある。電子機器２には、各種の電子部品が搭載されており、静電気が起因する故障が懸念される。

そこで、第１実施形態の電源装置によれば、この懸念を解消することができうる。メンテナンス時等に、作業者がサービスプラグ３を取り外す際に第２導電部３１をつかむと、作業者に帯電していた静電気は直ちに作業者の手から第２導電部３１に移動し、電気的に接続されたフレーム６に放電されることになる。さらに第２導電部３１は第１導電部３４とは絶縁されているため、作業者から第２導電部３１に移動した静電気は、第１導電部３４に伝達することはなく、組電池１を通じて電子機器２に達することもない。

さらに、作業者に帯電していた静電気は、第２導電部３１を触ると直ちに作業者からフレーム６まで放電されるため、その後、作業者が組電池１側の端子等に接触したとしても、静電気が組電池１を通じて電子機器２に到達することがない。したがって、サービスプラグ３を操作する人から伝わる静電気によって電子機器２が故障する事態を抑制できる。

また、車両の一部を構成するフレーム６は、基準電位点に設定されている。この構成によれば、電源装置は車両に搭載される組電池１の出力側への電流遮断を行うことができる。サービスプラグ３の第２導電部３１を導体によりフレーム６に接続することで、簡易かつ安価な部材により、放電経路を構築することができる。したがって、車両において、車両ＥＣＵ等の制御装置、高電圧と低電圧とを相互変換するＤＣＤＣコンバータ、電池セルの温度、電圧等を監視する電池監視ユニット等からなる電子機器２を作業者の静電気から保護することができる。

また、電源装置は、複数の負荷のそれぞれに対して設定されるインターロック端子３５，５５を備える。インターロック回路２０において、複数のインターロック端子３５，５５のうち、組電池１に対して設定されるインターロック端子３５は、基準電位点としてのフレーム６に最も近い位置に配置されている。

この構成によれば、組電池１に設定されるインターロック端子３５は、最も車両ボディ寄り、すなわち、電位の最も低い側に接続される。作業者がサービスプラグ３の第２導電部３１を触ったときには、作業者に帯電していた静電気は電位の低い方に流れるため、電位の高い側に接続されている他の電子機器に静電気が流れることがない。したがって、当該電子機器をより確実に保護することができる。

また、第２導電部３１は、導体をなす電線６０によってフレーム６と電気的に接続されている。この構成によれば、例えば、作業者がサービスプラグ３を引き抜く際につかむ把手部に電線の一端を固定し他端をフレーム６に固定するようにすれば、簡易部材、簡易作業により、安価で、確実な放電経路を形成することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

上記実施形態において、第２導電部３１は、サービスプラグ３の取り外し時に作業者が触りうる部分の一部のみが導電性を有する材料で形成されているものであってもよい。

上記実施形態において、第２導電部３１は、電線６０等の導体によって基準電位点であるフレーム６に電気的に接続されている。この形態の他、サービスプラグ３の取り外し時に作業者が第２導電部３１を操作したときに、第２導電部３１が基準電位点をなすフレーム６に接触するように、フレーム６に対して第２導電部３１が配置されるように構成してもよい。また、作業者が第２導電部３１を操作したときに、導電性を有する部材を介して第２導電部３１がフレーム６に間接的に接触するようにしてもよい。これにより、第２導電部３１が導体によりフレーム６と物理的に接続していない構成であっても、作業者の静電気を第２導電部３１から基準電位点に放電することができる。

上記実施形態において、サービスプラグ３の取り外しによって電流遮断される組電池１は、所定個数の単電池を通電可能に接続したものであるが、組電池１は、複数個の単電池の集合体でなく、単一の電池に置き換えてもよい。

１…組電池（電池、負荷）
２…電子機器
３…サービスプラグ
５…負荷
６…フレーム（基準電位点）
２０…インターロック回路
３１…第２導電部
３４…第１導電部
３５，５５…インターロック端子

Claims (4)

1. 充電及び放電可能に構成される電池（１）と、
   前記電池に導電するように接続されている電子機器（２）と、
   前記電池と直列に接続される電流経路（４）に対して電気的に脱着可能に連結されるサービスプラグ（３）と、
   を備え、
   前記サービスプラグは、前記サービスプラグが前記電流経路に連結された状態で前記電池と直列に接続される第１導電部（３４）と、前記サービスプラグと前記電流経路との連結状態を解除する場合に操作される導電性の操作部分であって、前記第１導電部とは絶縁される第２導電部（３１）と、を備え、
   前記第２導電部は、基準電位点（６）に電気的に接続されて接地されることを特徴とする電源装置。
2. 複数の負荷（１，５）のそれぞれに対して設定されるインターロック端子（３５，５５）を備え、
   インターロック回路（２０）において、複数の前記インターロック端子のうち、前記電池に対して設定されるインターロック端子（３５）は、最も基準電位点（６）に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記基準電位点は、車両の一部を構成するフレーム（６）に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
4. 前記第２導電部は、導体をなす電線（６０）によって前記フレームと電気的に接続されることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。

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