JP2018012398A

JP2018012398A - 蓄電装置

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Publication number: JP2018012398A
Application number: JP2016142556A
Authority: JP
Inventors: 佳浩河村; Yoshihiro Kawamura
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2036-07-20
Also published as: US20180026458A1; DE102017212187A1; JP6442444B2

Abstract

【課題】それ自身の制御動作のために低圧回路からの電源電力供給を必要とせず、メインバッテリの周辺で高圧回路と低圧回路とを分離できる蓄電装置を提供することにある。
【解決手段】車両の高圧回路から電力を取り込んで蓄電する蓄電デバイスＣｓを設け、蓄電デバイスＣｓの接続状態を切り替える回路にリードスイッチＳＷ１、ＳＷ２を設けた。リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、近接した位置に配置された高圧バスバー７３の通電の有無や通電方向の違いに応じてオンオフ状態が切り替わる。更に、直流磁界を発生し特定方向のバイアスを与える永久磁石をリードスイッチＳＷ１、ＳＷ２の近傍に配置して、通電方向の違いに応じた切替を可能にした。移動可能な永久磁石を高圧バスバー７３の近傍に配置して、通電の有無と方向により永久磁石の位置が変化するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のバッテリ回路から供給される電力を蓄電可能な蓄電素子を備えた蓄電装置に関する。

推進力を発生するための駆動源としてエンジンと電気モータとを備えるハイブリッド車や、電気自動車のような車両においては、車体上に搭載した高圧のメインバッテリ等を充電し、メインバッテリ等から供給される電気エネルギーを用いて推進力を発生する。また、車両の推進力を発生するための電気エネルギーを生成するメインバッテリ等の電源回路においては、損失を低減するために例えば２００［Ｖ］程度の高電圧を扱うように構成される場合が多い。

また、高電圧を扱う車両においては、漏電により乗員等が感電するのを防止する必要があるので、一般的には高圧回路は車体等のアース（グランド）に対して電気絶縁された状態になっている。つまり、乗員が車体に触れても感電する危険はない。しかし、例えば劣化、故障、湿度など環境の変化、車両の衝突などを原因として、高圧回路とアースとの間の絶縁抵抗が低下する可能性がある。そして、絶縁抵抗が低下すると乗員等が感電する虞がある。

したがって、高電圧を扱う車両においては、定期的に、或いは常時、高圧回路とアースとの間の絶縁抵抗を検査する必要がある。このような目的のために、絶縁状態検出装置が用いられる。

例えば、特許文献１〜特許文献３に示された絶縁状態検出装置においては、フライングキャパシタと呼ばれるコンデンサを利用し、フライングキャパシタの充放電サイクルを繰り返しながら電圧の計測を行い、計測した電圧に基づき地絡抵抗を検出している。このような計測装置においては、フライングキャパシタを充電した後で電圧の計測を行い、更にフライングキャパシタに蓄積された電荷を放電する。この放電は、次回の計測サイクルで正しく計測を行うために不可欠な動作である。

特開２０１３−２０５０８２号公報特開２０１４−１２６３８２号公報特開２０１４−１４９１９３号公報

ところで、このような従来の絶縁状態検出装置等の車載装置には、充放電サイクルの実行や各種計測装置における計測を実行するための制御装置が備えられており、この制御装置に一般的には１２［Ｖ］の低圧バッテリから電源電力を供給するための低圧回路が必要となる。しかしながら、低圧バッテリは一般にメインバッテリから離れた位置に設置されているため、低圧バッテリからメインバッテリの近傍に設置されている制御装置まで低圧回路が引き回されることになる。そのため、メインバッテリの周辺では低圧回路と高圧回路とが混在して配線されることになるが、高圧回路と低圧回路との混在はその電圧差から好ましくなく、高圧回路と低圧回路とを分離することが望まれる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、それ自身の制御動作のために低圧回路からの電源電力供給を必要とせず、メインバッテリ周辺で高圧回路と低圧回路とを分離できる蓄電装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る蓄電装置は、下記（１）〜（５）を特徴としている。

（１）車両のバッテリ回路から供給される電力を蓄電可能な蓄電素子と、
前記バッテリ回路と前記蓄電素子とを接続状態と切断状態との間で切替え可能な磁気スイッチ回路と、
を備え、
前記磁気スイッチ回路は、前記バッテリ回路と電気的に接続された高圧導電路を流れる電流により磁界が生成された場合に前記接続状態に切替える、
ことを特徴とする蓄電装置。

（２）車両のバッテリ回路から供給される電力を蓄電可能な蓄電素子と、
前記バッテリ回路と前記蓄電素子とを接続状態と切断状態との間で切替え可能な第１の磁気スイッチ回路と、
前記蓄電素子と外部の低圧回路とを接続状態と切断状態との間で切替え可能な第２の磁気スイッチ回路と、
を備え、
前記第１の磁気スイッチ回路と前記第２の磁気スイッチ回路とは、一方が前記接続状態の場合に他方が前記切断状態であり、前記バッテリ回路と電気的に接続された高圧導電路を流れる電流により生成された磁界に基づいて前記接続状態と前記切断状態とが入れ替わる、
ことを特徴とする蓄電装置。

（３）前記バッテリ回路に流入する向きの電流により生成された磁界の場合には前記第１の磁気スイッチ回路が接続状態となり、かつ、前記第２の磁気スイッチ回路が切断状態となり、
前記バッテリ回路から流出する向きの電流により生成された磁界の場合には前記第１の磁気スイッチ回路が切断状態となり、かつ、前記第２の磁気スイッチ回路が接続状態となる、
ことを特徴とする上記（２）に記載の蓄電装置。

（４）前記第１および第２の磁気スイッチ回路の近傍に配置され、前記第１および第２の磁気スイッチ回路に対して所定の直流磁界を与える磁界生成部材を備え、
前記第１および第２の磁気スイッチ回路は、前記磁界生成部材が生成する直流磁界の影響の大きさに応じて、前記接続状態と前記切断状態とが入れ替わる、
ことを特徴とする上記（２）又は（３）に記載の蓄電装置。

（５）前記外部の低圧回路は、前記バッテリ回路に関する状態を検出するための検出回路の一部を構成し、前記蓄電素子は、前記検出回路と接続され、
前記蓄電素子に蓄電された電力が、前記検出回路の駆動に用いられる、
ことを特徴とする上記（２）乃至（４）のいずれかに記載の蓄電装置。

上記（１）の構成の蓄電装置によれば、バッテリ回路と蓄電素子とが接続状態となるよう磁気スイッチ回路を切り替えることで、高圧導電路から蓄電素子に電荷を取り込み蓄電することができる。更に、磁気スイッチ回路の状態は、高圧導電路を流れる電流による磁界により制御される。この場合、電源電力を供給することなく磁気スイッチ回路を動作させることができる。

上記（２）の構成の蓄電装置によれば、バッテリ回路と蓄電素子とが接続状態となり、蓄電素子と外部の低圧回路が切断状態になるよう第１および第２の磁気スイッチ回路を切り替えることで、高圧導電路から蓄電素子に電荷を取り込み蓄電することができる。また、バッテリ回路と蓄電素子とが切断状態となり、蓄電素子と外部の低圧回路が接続状態となるよう第１および第２の磁気スイッチ回路を切り替えた時には、蓄電素子が蓄電した電力を低圧回路に供給することが可能である。更に、第１および第２の磁気スイッチ回路の状態は、高圧導電路を流れる電流による磁界により制御される。この場合、電源電力を供給することなく磁気スイッチ回路を動作させることができる。

上記（３）の構成の蓄電装置によれば、バッテリ回路が充電される方向の電流が流れているか否かに応じて、磁界生成部材の位置を切り替えて、第１および第２の磁気スイッチ回路の状態を切り替えることができる。

上記（４）の構成の蓄電装置によれば、磁界生成部材が発生する直流磁界の影響の大きさに応じて、第１および第２の磁気スイッチ回路の状態を切り替えることができる。したがって、例えば、第１および第２の磁気スイッチ回路の接続状態と切断状態とを、高圧導電路を流れる電流による磁界と磁界生成部材の磁界との合成磁界により切り替えたり、磁界生成部材の位置に応じて切り替えることができる。

上記（５）の構成の蓄電装置によれば、検出回路を用いて、バッテリ回路の動作状態を検知できる。また、検出回路が動作するために必要な電源電力を、蓄電素子が蓄電した電力に基づいて生成できるので、蓄積した電力を有効に活用できる。

本発明の蓄電装置によれば、それ自身の制御動作のために低圧回路からの電源電力供給を必要とせず、メインバッテリ周辺で高圧回路と低圧回路とを分離できる蓄電装置を提供することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態における蓄電装置を含むシステムの主要構成要素を示す電気回路図である。図２は、リードスイッチＳＷ１の近傍の構成例（１）を示す正面図である。図３は、リードスイッチＳＷ１の近傍の構成例（２）を示す正面図である。図４は、リードスイッチＳＷ１の近傍の構成例（３）を示す正面図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

まず、全体の構成および動作の概要について説明する。
本発明の実施形態における蓄電装置を含むシステムの主要構成要素を図１に示す。図１に示したシステムは、車両上で地絡抵抗を検出するために用いられる地絡計測回路（検出回路）１０と、地絡計測回路１０等の車載装置が動作するために必要な電源電力を生成する周辺回路とを含んでいる。この周辺回路には、蓄電装置７０が含まれている。

なお、図１に示した例では地絡抵抗を計測する地絡計測回路１０が必要とする電源電力を生成するために蓄電装置７０を利用する場合を想定しているが、電圧計測装置やその他の車載装置が必要とする電源電力を生成するために、蓄電装置７０を利用しても良い。

図１に示した地絡計測回路１０は、例えば電気自動車、あるいは推進力を発生する駆動源としてエンジンおよび電気モータを備えたハイブリッド自動車のような車両に搭載して使用することができる。メインバッテリとして機能する車載直流高圧電源５０は、例えば２００Ｖ程度の高電圧の直流電力を出力する。車載直流高圧電源５０が出力する電力により、車両の推進力を発生する電気モータＭＯＴを駆動することができる。

車載直流高圧電源５０は、例えばリチウムイオン電池のように充電可能なバッテリにより構成されており、例えば１００〜２００［Ｖ］程度の高電圧の電力を蓄積できる。そして、車載直流高圧電源５０は必要に応じて、車両の推進力を発生する電気モータＭＯＴに接続されたインバータ装置や、各負荷に対して直流電力を供給することができる。

なお、車載直流高圧電源５０は、発電機として動作可能な電気モータＭＯＴに対しコンバータ機能を有するインバータ装置を介して接続したり、外部設備に接続することができる。発電機は、例えばエンジンの駆動力や、車両減速時の余剰な運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する。また、外部設備は、車両を駐車する場所に設置される車両専用の充電設備であり、着脱自在な外部接続ケーブルを介して、充電が必要なときに車載直流高圧電源５０に接続される。

一方、車載直流高圧電源５０の出力の正極側電源ライン１１１と接地電極との間は電気的に絶縁されている。また、負極側電源ライン１１２と接地電極との間も電気的に絶縁されている。接地電極は、車両の車体などのアース部分に相当する。ここで、正極側電源ライン１１１と接地電極との間の絶縁状態を地絡抵抗ＲＬｐとして表すことができる。また、負極側電源ライン１１２と接地電極との間の絶縁状態を地絡抵抗ＲＬｎとして表すことができる。

図１に示した地絡計測回路１０を車両に搭載することにより、必要に応じていつでも車両の絶縁状態を監視することができる。すなわち、車載直流高圧電源５０の出力における地絡抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎを検出し絶縁状態を把握するために地絡計測回路１０を利用することができる。

したがって、図１に示すように、地絡計測回路１０の正極側入力端子１３及び負極側入力端子１４をそれぞれ正極側電源ライン１１１及び負極側電源ライン１１２と接続してある。

地絡計測回路１０の計測結果や警報の情報を出力するために、図１に示すように出力端子２１が設けてある。この出力端子２１は、例えば車両側の電子制御装置（ＥＣＵ）と接続することができる。

図１に示したシステムにおいては、地絡計測回路１０が動作するために必要なロジック系直流電源電圧Ｖｃｃを生成するために、電源ユニット３０が設けてある。電源ユニット３０の入力に設けられたダイオードＤ２２は、蓄電装置７０の出力と接続されている。ダイオードＤ２２は、電流の逆流を防止する機能を有している。

電源ユニット３０内のコンデンサ３１は、一端がダイオードＤ２２のカソード端子、およびレギュレータ３２の入力端子３２ａと接続され、他端がアースに接続されている。このコンデンサ３１は、ダイオードＤ２２を経由して供給される電荷を電源電力として利用できるように蓄積する。レギュレータ３２は、入力される電力に基づいて安定した直流電圧を生成するための電圧調整機能を有しており、各種ロジック回路が電源電力として必要とする所定のロジック系直流電源電圧Ｖｃｃを出力端子３２ｂに出力する。具体例としては、＋５［Ｖ］、あるいは＋３．３［Ｖ］程度の直流電圧を、ロジック系直流電源電圧Ｖｃｃとして出力する。

次に、蓄電装置７０の構成例について説明する。
図１に示す蓄電装置７０には、抵抗器Ｒ０３、Ｒ０４、リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２、蓄電デバイス（蓄電素子）Ｃｓ、およびツェナーダイオードＺＤ１が備わっている。

蓄電デバイスＣｓについては、比較的大きな電力を蓄電できるように、例えば大容量スーパーキャパシタや電気二重層キャパシタが用いられる。勿論、キャパシタ型のデバイスに限らず、二次電池を蓄電デバイスＣｓとして用いることもできる。

リードスイッチＳＷ１の近傍の構成例（１）を図２に示す。なお、リードスイッチＳＷ２の構成についても図２と同様である。リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、磁気スイッチ回路を構成している。リードスイッチＳＷ１およびＳＷ２の各々は、図１および図２に示すように、「ｃ接点」形式の切替接点を有している。つまり、リードスイッチＳＷ１は常開型の接点ＳＷ１ａと、常閉型の接点ＳＷ１ｂとを有し、リードスイッチＳＷ２は常開型の接点ＳＷ２ａと、常閉型の接点ＳＷ２ｂとを有している。また、本実施形態においては、リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２の接点ＳＷ１ａ、ＳＷ２ａ側が第１の磁気スイッチ回路を構成し、リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２の接点ＳＷ１ｂ、ＳＷ２ｂ側が第２の磁気スイッチ回路を構成している。

リードスイッチＳＷ１がオフの時には、接点ＳＷ１ａが開き、接点ＳＷ１ｂが閉じた状態になる。そして、リードスイッチＳＷ１がオンに切り替わると、接点ＳＷ１ｂが開いた後で接点ＳＷ１ａが閉じる。また、リードスイッチＳＷ１がオフに切り替わると、接点ＳＷ１ａが開いた後で接点ＳＷ１ｂが閉じる。したがって、２つの接点ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂが同時に閉じる状態は生じない。

同様に、リードスイッチＳＷ２がオフの時には、接点ＳＷ２ａが開き、接点ＳＷ２ｂが閉じた状態になる。そして、リードスイッチＳＷ２がオンに切り替わると、接点ＳＷ２ｂが開いた後で接点ＳＷ２ａが閉じる。また、リードスイッチＳＷ２がオフに切り替わると、接点ＳＷ２ａが開いた後で接点ＳＷ２ｂが閉じる。したがって、２つの接点ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂが同時に閉じる状態は生じない。

リードスイッチＳＷ１の接点ＳＷ１ａと接続された常開側端子Ｔ１＿ＮＯは、抵抗器Ｒ０３、および高圧入力側線路７１を経由して、正極側入力端子１３と接続されている。また、リードスイッチＳＷ２の接点ＳＷ２ａの端子は抵抗器Ｒ０４、および高圧入力側線路７２を経由して、負極側入力端子１４と接続されている。

また、接点ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂに共通の共通端子７６（Ｔ１＿ＣＯＭ）と、接点ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂに共通の共通端子７７との間に、蓄電デバイスＣｓが接続してある。また、蓄電デバイスＣｓと並列に、ツェナーダイオードＺＤ１が接続してある。ツェナーダイオードＺＤ１は、蓄電デバイスＣｓの耐圧保護のために設けてある。

また、リードスイッチＳＷ１の接点ＳＷ１ｂと接続された常閉側端子Ｔ１＿ＮＣは、出力側線路７４を経由して、電源ユニット３０のダイオードＤ２２側の入力と接続されている。接点ＳＷ２ｂの端子は、出力側線路７５を経由して接地電極１５と接続されている。

蓄電装置７０内のリードスイッチＳＷ１およびＳＷ２の各々は、図２に示すように高圧バスバー（高圧導電路）７３に近接した位置に配置されている。すなわち、高圧バスバー７３が発生する直流磁場の有無の影響を受けてリードスイッチＳＷ１およびＳＷ２のオンオフが切り替わるように構成されている。

図２に示した例では、電流の向き７３ａとして示すように、この図の紙面に対して垂直な方向の軸に沿って配置された高圧バスバー７３に上から下に向かう方向の電流を充電電流として流す場合を想定している。したがって、この充電電流により、高圧バスバー７３の周囲に磁界が発生し、矢印で示す方向の磁束Ｂ１が発生する。また、この磁束Ｂ１が近傍に配置されたリードスイッチＳＷ１に鎖交するので、リードスイッチＳＷ１のリードが磁化され、磁気吸引力によりリード可動部ＳＷ１ｘが弾性変形して、接点ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂの状態が切り替わる。

また、高圧バスバー７３の通電が停止すると、高圧バスバー７３の周囲の磁界および磁束Ｂ１が消滅するので、リードスイッチＳＷ１の磁化が解除され、リードの弾性により接点ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂが定常状態に戻る。リードスイッチＳＷ２についても同様である。

高圧バスバー７３は、例えば図１に示した電気モータＭＯＴと車載直流高圧電源５０とを接続する正極側電源ラインの一部として設置される。そのため、車載直流高圧電源５０を充電する時、つまり発電機として機能している電気モータＭＯＴまたは外部設備から供給される電力が利用できる時には高圧バスバー７３に直流電流が流れる。

したがって、高圧バスバー７３の発生する直流磁場の影響によりリードスイッチＳＷ１およびＳＷ２の各々が自動的にオンに切り替わる。この場合は、接点ＳＷ１ｂおよびＳＷ２ｂが開き、その後で接点ＳＷ１ａおよびＳＷ２ａが閉じる。そのため、電力を蓄電デバイスＣｓに供給するための電流経路が接点ＳＷ１ａおよびＳＷ２ａの閉により形成される。そして、蓄電デバイスＣｓは供給される電力を蓄電する。

また、車載直流高圧電源５０の充電が終了すると、高圧バスバー７３に電流が流れなくなるため、高圧バスバー７３から発生する直流磁場がなくなり、リードスイッチＳＷ１およびＳＷ２の各々が自動的にオフに切り替わる。この場合は、接点ＳＷ１ａおよびＳＷ２ａが開き、その後で接点ＳＷ１ｂおよびＳＷ２ｂが閉じる。そのため、蓄電デバイスＣｓは入力側の高圧回路から遮断され、出力側線路７４および７５により出力側の回路、つまり電源ユニット３０と接続される。この状態で、電源ユニット３０は蓄電デバイスＣｓが蓄電している電力をダイオードＤ２２を経由して取り込むことができる。

蓄電装置７０において重要な事項の１つは、低圧回路に利用する電力を低圧電源を用いずに高圧回路から取り込んで蓄電デバイスＣｓに蓄電することである。また、重要な事項のもう１つは、蓄電デバイスＣｓの入力側の高圧回路と、出力側の低圧回路とを電気的に分離することである。そして、蓄電装置７０に設けたリードスイッチＳＷ１およびＳＷ２がこれらの目的を実現する。

つまり、リードスイッチＳＷ１の接点ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂが高圧入力側線路７１と出力側線路７４との間を分離し、リードスイッチＳＷ２の接点ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂが高圧入力側線路７２と出力側線路７５との間を分離する。しかも、リードスイッチＳＷ１およびＳＷ２のオンオフの切替は、高圧バスバー７３が発生する磁場の有無により機械的に自動的に行われるので、特別な制御回路を設ける必要がない。このため、制御回路に低圧電力を供給するための低圧回路を１２Ｖの低圧バッテリから車載直流高圧電源５０や高圧バスバー７３の近傍まで引き回す必要がなくなり、高圧回路と低圧回路とを分離できる。また、制御のための特別な電源電力も必要としない。

＜蓄電装置７０の変形例（１）＞
リードスイッチＳＷ１の近傍の構成例（２）を図３に示す。なお、リードスイッチＳＷ２の構成についても図３と同様である。

図２に示した構成においては、リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンオフは、高圧バスバー７３を流れる電流の有無によって切り替わるので、電流の方向の違いを反映した制御はできない。したがって、例えばバッテリに流れ込む方向の充電電流とバッテリから流出する方向の放電電流とが共存する経路については、蓄電装置７０が使用する高圧バスバー７３の経路として利用できない。

図３に示した変形例（１）の構成の蓄電装置７０においては、電流の方向の違いを反映した動作を可能とする機能が含まれている。これにより、バッテリに流れ込む方向の充電電流とバッテリから流出する方向の放電電流とが共存する経路に高圧バスバー７３を配置した場合であっても、例えばバッテリに電流が流れ込む、つまりバッテリを外部給電または回生電力により充電しているときのみ、接点ＳＷ１ａ、ＳＷ２ａをＯＮにして、蓄電デバイスＣｓを充電して電荷を取り込むことが可能になる。

すなわち、図３に示した構成においては、永久磁石（磁界生成部材）７８が追加された点が図２の構成とは異なっている。この永久磁石７８は、図３に示したようにリードスイッチＳＷ１の近傍に配置されている。そして、永久磁石７８が発生する直流磁界により、磁束Ｂ２がリードスイッチＳＷ１に鎖交する。なお、２つのリードスイッチＳＷ１、ＳＷ２を互いに近い位置に配置してある場合には、単一の永久磁石７８を２つのリードスイッチＳＷ１、ＳＷ２で共通に利用できる。

また、図３に示した構成においても、高圧バスバー７３に電流が流れる時には、この電流により直流磁界が発生し、磁束Ｂ１がリードスイッチＳＷ１に鎖交する。したがって、図３に示した構成では、リードスイッチＳＷ１は、永久磁石７８の直流磁界と、高圧バスバー７３を流れる電流による直流磁界との合成磁界の影響を受けることになる。

例えば、図３に示した例では、リードスイッチＳＷ１の近傍で、磁束Ｂ１の向きと磁束Ｂ２の向きとが同じになるので、これらが加算されて合成磁界は増大する。一方、電流の向き７３ａと反対方向の電流、すなわち放電電流が高圧バスバー７３に流れる場合には、磁束Ｂ１の向きが図３に示した状態と逆方向になり、リードスイッチＳＷ１の近傍で、磁束Ｂ１の向きと磁束Ｂ２の向きとが反対になり、これらの磁界が互いに打ち消しあって合成磁界は減少する。

つまり、リードスイッチＳＷ１が影響を受ける合成磁界の大きさは、高圧バスバー７３における通電の有無に応じて変化するだけでなく、通電方向の違いに対しても変化する。そのため、リードスイッチＳＷ１のオンオフが切り替わる動作の条件に、高圧バスバー７３における通電方向の違いを反映させることが可能になる。例えば、バッテリが充電される方向に所定以上の電流が高圧バスバー７３を流れた時にはリードスイッチＳＷ１がオンに切り替わり、バッテリが放電する方向の電流が高圧バスバー７３を流れた時にはリードスイッチＳＷ１がオフの状態を維持するように動作させることもできる。

実際の蓄電装置７０においては、例えば採用する永久磁石７８の特性の違いや、永久磁石７８とリードスイッチＳＷ１との距離の調整により、以下に示す（１）、（２）の２種類の条件のいずれかに従い蓄電装置７０が動作するように設計することができる。

（１）永久磁石７８の発生する磁界が比較的小さい場合には、永久磁石７８の磁界だけではリードスイッチＳＷ１をオンにできない。したがって、高圧バスバー７３の通電状態の違いに応じてリードスイッチＳＷ１は以下に示すように動作する。
無通電時：ＳＷ１がオフになる。
順方向通電時（充電時）：磁束Ｂ１、Ｂ２の加算による合成磁界の増大によりリードスイッチＳＷ１がオンになる。
逆方向通電時（放電時）：磁束Ｂ１、Ｂ２の打ち消しによる合成磁界の減少によりリードスイッチＳＷ１がオフになる。

（２）永久磁石７８の発生する磁界が十分に大きい場合には、永久磁石７８の磁界だけでリードスイッチＳＷ１をオンにできる。したがって、高圧バスバー７３の通電状態の違いに応じてリードスイッチＳＷ１は以下に示すように動作する。
無通電時：ＳＷ１がオンになる。
順方向通電時（充電時）：磁束Ｂ１、Ｂ２の加算による合成磁界の増大によりリードスイッチＳＷ１がオンになる。
逆方向通電時（放電時）：磁束Ｂ１、Ｂ２の打ち消しによる合成磁界の減少によりリードスイッチＳＷ１がオフになる。

つまり、上記（１）、（２）のいずれの条件で動作する場合であっても、高圧バスバー７３に流れる電流の方向の違いに応じてリードスイッチＳＷ１のオンオフを切り替えることができる。すなわち、永久磁石７８が発生する直流磁界の影響により、特定の方向にバイアスが加わるため、高圧バスバー７３に流れる電流の方向の違いをリードスイッチＳＷ１の動作に反映することができる。

＜蓄電装置７０の変形例（２）＞
リードスイッチＳＷ１の近傍の構成例（３）を図４に示す。
図４に示した変形例（２）の構成の蓄電装置７０においても、電流の方向の違いを反映した動作を可能とする機能が含まれている。これにより、バッテリに流れ込む方向の充電電流とバッテリから流出する方向の放電電流とが共存する経路に高圧バスバー７３を配置した場合であっても、電流がバッテリに流れ込んでいる時のみ、リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２を切り替えて電力を回収し蓄電することが可能になる。

図４に示した構成においては、高圧バスバー７３に可動部８１が設けてある。また、この可動部８１にはＺ方向に移動可能な状態で支持部材８２に支持された永久磁石８３が備わっている。なお、高圧バスバー７３が非通電の状態においては、図示しない弾性部材の力により特定の位置に永久磁石８３が位置決めされる。高圧バスバー７３にはＹ方向又はその反対方向に電流が流れる。永久磁石８３はＹ方向と直交するＸ方向の直流磁界を発生する。リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、永久磁石８３の近傍にこれらと対向するように配置してある。

したがって、高圧バスバー７３にＹ方向に向かう電流が流れると、フレミングの左手の法則に従い、Ｙ方向およびＸ方向とそれぞれ直交するＺ方向の力が発生する。この力により永久磁石８３の位置がＺ方向に移動する。また、Ｚ方向の移動により、永久磁石８３とリードスイッチＳＷ１、ＳＷ２との距離が変化するので、リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２が影響を受ける磁界の強さが変化する。

また、高圧バスバー７３に流れる電流の方向が逆になると、永久磁石８３がＺ方向と反対の方向に移動する。つまり、永久磁石８３の位置は、高圧バスバー７３の通電の有無と、通電方向の違いに応じて変化し、この変化に伴ってリードスイッチＳＷ１、ＳＷ２が影響を受ける磁界の強さも変化する。

図４に示したリードスイッチＳＷ１およびＳＷ２の各々は、永久磁石８３が接近した位置に移動するとオンになり、離間した位置に戻るとオフになる。したがって、例えばバッテリを充電する方向の充電電流が高圧バスバー７３を流れる時には、永久磁石８３がリードスイッチＳＷ１、ＳＷ２に接近し、リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンになり、高圧回路から供給される電力が蓄電装置７０内の蓄電デバイスＣｓに蓄電される。また、バッテリから放電する方向の放電電流が高圧バスバー７３を流れる時には、永久磁石８３がリードスイッチＳＷ１、ＳＷ２から離間して、リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオフになるので、蓄電デバイスＣｓは高圧回路から分離される。

図４に示した構成を利用する場合には、高圧バスバー７３を流れる電流による直流磁界が比較的小さい場合であっても、永久磁石８３が発生する直流磁界と、永久磁石８３の位置の変化とによって、リードスイッチＳＷ１、ＳＷ２を確実に動作させることが可能になる。

次に、地絡計測回路１０の構成例について説明する。
図１に示すように、地絡計測回路１０の内部にはフライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサＣ１が設けてある。

また、検出用コンデンサＣ１の充電及び放電を制御するために、その周辺に４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が設けてある。更に、計測用の電圧をサンプリングするためにスイッチング素子Ｓａが設けてある。これらのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４，Ｓａの各々は、例えば光ＭＯＳＦＥＴのように、絶縁された信号の制御によって接点の開閉（導通のオフ／オン）状態を切替可能なスイッチである。

スイッチング素子Ｓ１は、一端が抵抗器Ｒ０１を介して正極側入力端子１３と接続され、他端が配線４１と接続されている。スイッチング素子Ｓ２は、一端が抵抗器Ｒ０２を介して負極側入力端子１４と接続され、他端が抵抗器Ｒ２を介して配線４２と接続されている。

スイッチング素子Ｓ３は、一端が配線４３と接続され、他端が配線４５と接続されている。スイッチング素子Ｓ４は、一端が配線４２と接続され、他端が抵抗器Ｒ４を介して接地電極１５と接続されている。

検出用コンデンサＣ１は、負極側端子が配線４２と接続されている。検出用コンデンサＣ１の正極側端子は、ダイオードＤ１及び抵抗器Ｒ１で構成される直列回路を介して配線４１と接続されている。また、検出用コンデンサＣ１の正極側端子は、ダイオードＤ３及び抵抗器Ｒ５で構成される直列回路を介して配線４３と接続され、更にダイオードＤ２を介して配線４３と接続されている。ダイオードＤ２は配線４３から配線４４に向かう方向の通電を許可する極性で接続され、ダイオードＤ３は配線４４から配線４３に向かう方向の通電を許可する極性で接続されている。

なお、検出用コンデンサＣ１に蓄積された電荷を放電するために、配線４４を図示しない特別なスイッチおよび抵抗器を介して接地しても良い。しかし、抵抗器Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５に比較的抵抗値の小さい部品を使用することにより、そのような特別な放電回路は省略できる。

マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１１は、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、地絡計測回路１０に必要とされる各種制御を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ１１は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を個別に制御して検出用コンデンサＣ１の充電及び放電を制御する。また、マイクロコンピュータ１１は検出用コンデンサＣ１の充電電圧に相当するアナログレベルを、配線４６を介してアナログポートＡＤ１から入力し、この入力レベルに基づいて計算を行い、地絡抵抗ＲＬｐ及びＲＬｎを把握する。

配線４５と配線４６との間にスイッチング素子Ｓａが接続されている。このスイッチング素子Ｓａは、ある計測タイミングで短時間だけ閉じて、配線４５に現れる信号をサンプリングする。つまり、計測対象の電圧レベルを、マイクロコンピュータ１１の入力に接続されているコンデンサ２２に保持する。

また、蓄電装置７０の蓄電デバイスＣｓから出力側線路７４およびダイオードＤ２２を経由して電力を供給することにより、電源ユニット３０が必要とする電力を確保できる。また、ダイオードＤ２２が逆方向の電流を阻止するので、コンデンサ３１に蓄積された電荷が逆流して放電するのを防止できる。

図１に示したシステムにおいては、電源ユニット３０が出力端子３２ｂに出力するロジック系直流電源電圧Ｖｃｃは、地絡計測回路１０内のマイクロコンピュータ１１等のロジック回路に電源電力として供給される。したがって、蓄電された蓄電デバイスＣｓの電荷を、電源ユニット３０で取り込んで地絡計測回路１０側に電源として供給することができる。

なお、地絡計測回路１０における基本的な動作および地絡抵抗の計測原理については、特許文献１〜特許文献３などに開示されている従来技術と同様であるのでこれらの説明は省略する。

＜蓄電装置７０の利点＞
図１に示した蓄電装置７０は、車載直流高圧電源５０に対して充電電流が流れているような場合に、これを自動的に検知して電力を取り込み、蓄電デバイスＣｓに蓄電することができる。しかも、高圧回路と低圧回路とを分離する切替回路にリードスイッチＳＷ１、ＳＷ２を用いているので、特別な電力消費を伴うことなく自動的な切替動作を実現できる。また、光ＭＯＳＦＥＴのような高価なスイッチングデバイスを用いる必要もない。

また、図３に示した構成、または図４に示した構成を採用する場合には、特定方向に向かう充電電流が高圧バスバー７３に流れる時だけリードスイッチＳＷ１、ＳＷ２を自動的にオンに切り替えて電力の蓄電動作を行うことができる。そのため、充電電流と放電電流とが混在する経路に配置された高圧バスバー７３であっても、電流の検出に利用できる。

なお、図１に示した地絡計測回路１０と同じように、フライングキャパシタである検出用コンデンサＣ１を利用して、電源電圧を計測する装置を構成することもできる。このような装置を利用する場合にも、図１の地絡計測回路１０と同じようなシステムを構成することができる。

なお、図１に示した蓄電装置７０においては「ｃ接点」形式のリードスイッチＳＷ１、ＳＷ２を採用しているが、接点ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ２ａ、およびＳＷ２ｂをそれぞれ独立したリードスイッチで構成してもよい。但し、高圧回路と低圧回路とを分離するために、２つの接点ＳＷ１ａおよびＳＷ１ｂが同時に閉にならないように十分に配慮する必要がある。接点ＳＷ２ａおよびＳＷ２ｂについても同様である。

なお、図３に示した構成において、高圧バスバー７３、リードスイッチＳＷ１、永久磁石７８の相互の位置関係、永久磁石７８の磁極の向き、磁束Ｂ１、Ｂ２の向き等については、必要に応じて変更することができる。また、図４に示した構成についても、高圧バスバー７３の電流の向き７３ａと永久磁石８３の磁界の向きとの関係を変更することができる。

また、電源ユニット３０がロジック系直流電源電圧Ｖｃｃとして出力する電力の用途については、上記のように地絡計測回路１０自身が活用する以外に、例えば以下に示すものを想定できる。
（１）各種センサの電源として活用する。
（２）車両上に搭載される様々な電子制御装置（ＥＣＵ）の電源として活用する。
（３）リレー、各種電装品、各種負荷等を駆動するための電源として活用する。
（４）無線装置が電波等を用いた信号の送受信を行うための電源として活用する。例えば車両においてユーザがスマートキーを操作する場合には、車両のイグニッションがオフである状況が想定されるが、電源ユニット３０を活用することで必要な電力を容易に確保できる。

なお、以上の実施形態においては、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両が推進力を発生する駆動源として１００〜２００Ｖ程度のバッテリを車載直流高圧電源５０として備え、この車載直流高圧電源５０が高圧回路に、また、一般的な１２Ｖのバッテリが低圧回路に用いられる場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、一般のガソリン車などには、一般的な１２Ｖのバッテリの他に、電力分配の効率化の観点から、車両負荷に電力を供給するための３６〜４８Ｖのバッテリが設けられていることもあり、このバッテリを高圧回路に、一般的な１２Ｖのバッテリを低圧回路にそれぞれ用いる場合も含まれる。

つまり、車両が２種類以上のバッテリを有し、これらのバッテリの電圧差が２倍程度以上である場合に、電圧が高い方のバッテリを含む回路を高圧回路、電圧が低い方のバッテリを含む回路を低圧回路として本発明を適用してもよい。

また、以上の実施形態においては、蓄電デバイスＣｓに対し、車載直流高圧電源５０側に接点ＳＷ１ａ、ＳＷ２ａが設置され、電源ユニット３０側に接点ＳＷ１ｂ、ＳＷ２ｂが設置される場合について説明した。しかしながら、その他の構成例として、上記実施形態よりも電荷の利用効率が下がるものの、車載直流高圧電源５０側に接点ＳＷ１ａ、ＳＷ２ａが設置され、電源ユニット３０側には接点を有さないようにリードスイッチを構成するようにしてもよい。この場合、接点ＳＷ１ａより下流側に電圧降下素子を挿入するようにする。

また、以上の実施形態に加え、リードスイッチの状態が切り替わる電流値を０以外の値に設定してもよい。すなわち、以上の実施形態においては、高圧バスバー７３に電流が流れ始めたとき、あるいは高圧バスバー７３を流れる電流の向きが変わったときにリードスイッチの状態が切り替わる場合について説明したが、高圧バスバー７３の電流値が０から所定の閾値に達した場合、電流の向きが変わった後にその電流値が閾値に達した場合、あるいは電流の向きが変わる直前にその電流値が閾値より小さくなった場合にリードスイッチの状態が切り替わるようにしてもよい。つまり、本発明において、バッテリ回路と電気的に接続された高圧導電路を流れる電流により生成された磁界に基づいて接続状態と切断状態とが入れ替わるとの意味は、これらの何れの場合も含んでいる。

以上のように、本発明に係る蓄電装置によれば、それ自身の制御動作のために低圧回路からの電源電力供給を必要とせず、メインバッテリの周辺で高圧回路と低圧回路とを分離できる蓄電装置を提供することができる。

１０地絡計測回路
１１マイクロコンピュータ
１３正極側入力端子
１４負極側入力端子
１５接地電極
２１出力端子
２２コンデンサ
３０電源ユニット
３１コンデンサ
３２レギュレータ
４１〜４６配線
５０車載直流高圧電源
７０蓄電装置
７１，７２高圧入力側線路
７３高圧バスバー
７３ａ電流の向き
７４，７５出力側線路
７６，７７共通端子
１１１正極側電源ライン
１１２負極側電源ライン
Ｃ１検出用コンデンサ
Ｃｓ蓄電デバイス
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ２２ダイオード
Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３，Ｒ０４，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５抵抗器
ＲＬｐ，ＲＬｎ地絡抵抗
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓａスイッチング素子
ＳＷ１，ＳＷ２リードスイッチ
ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ，ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ接点
ＳＷ１ｘリード可動部
Ｖｃｃロジック系直流電源電圧
ＺＤ１ツェナーダイオード
Ｂ１，Ｂ２磁束

Claims

車両のバッテリ回路から供給される電力を蓄電可能な蓄電素子と、
前記バッテリ回路と前記蓄電素子とを接続状態と切断状態との間で切替え可能な磁気スイッチ回路と、
を備え、
前記磁気スイッチ回路は、前記バッテリ回路と電気的に接続された高圧導電路を流れる電流により磁界が生成された場合に前記接続状態に切替える、
ことを特徴とする蓄電装置。
車両のバッテリ回路から供給される電力を蓄電可能な蓄電素子と、
前記バッテリ回路と前記蓄電素子とを接続状態と切断状態との間で切替え可能な第１の磁気スイッチ回路と、
前記蓄電素子と外部の低圧回路とを接続状態と切断状態との間で切替え可能な第２の磁気スイッチ回路と、
を備え、
前記第１の磁気スイッチ回路と前記第２の磁気スイッチ回路とは、一方が前記接続状態の場合に他方が前記切断状態であり、前記バッテリ回路と電気的に接続された高圧導電路を流れる電流により生成された磁界に基づいて前記接続状態と前記切断状態とが入れ替わる、
ことを特徴とする蓄電装置。
前記バッテリ回路に流入する向きの電流により生成された磁界の場合には前記第１の磁気スイッチ回路が接続状態となり、かつ、前記第２の磁気スイッチ回路が切断状態となり、
前記バッテリ回路から流出する向きの電流により生成された磁界の場合には前記第１の磁気スイッチ回路が切断状態となり、かつ、前記第２の磁気スイッチ回路が接続状態となる、
ことを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。
前記第１および第２の磁気スイッチ回路の近傍に配置され、前記第１および第２の磁気スイッチ回路に対して所定の直流磁界を与える磁界生成部材を備え、
前記第１および第２の磁気スイッチ回路は、前記磁界生成部材が生成する直流磁界の影響の大きさに応じて、前記接続状態と前記切断状態とが入れ替わる、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄電装置。
前記外部の低圧回路は、前記バッテリ回路に関する状態を検出するための検出回路の一部を構成し、前記蓄電素子は、前記検出回路と接続され、
前記蓄電素子に蓄電された電力が、前記検出回路の駆動に用いられる、
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の蓄電装置。