JP2022127760A - 車載用切替装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のバッテリを直列接続状態と並列接続状態とに切り替えることができ、直列接続状態でも並列接続状態でもバッテリ間を流れる電流を検出し得る装置を、より簡易に実現する。
【解決手段】車載用切替装置1は、車載用切替装置1は、切替回路14と、直列接続状態のとき電流が流れ、並列接続状態のとき電流が流れない第1導電路11と、並列接続状態のとき電流が流れ、直列接続状態のとき電流が流れない第2導電路12と、直列接続状態のとき第1バッテリ10Aの負極BLと第2バッテリ10Bの正極BHとの間の経路をなし、並列接続状態のとき第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両正極BH間又は両負極BL間の経路をなす第3導電路13と、第3導電路13を流れる電流を検知する電流検知部14Hとを有する。
【選択図】図1
【解決手段】車載用切替装置1は、車載用切替装置1は、切替回路14と、直列接続状態のとき電流が流れ、並列接続状態のとき電流が流れない第1導電路11と、並列接続状態のとき電流が流れ、直列接続状態のとき電流が流れない第2導電路12と、直列接続状態のとき第1バッテリ10Aの負極BLと第2バッテリ10Bの正極BHとの間の経路をなし、並列接続状態のとき第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両正極BH間又は両負極BL間の経路をなす第3導電路13と、第3導電路13を流れる電流を検知する電流検知部14Hとを有する。
【選択図】図1
Description
本開示は、車載用切替装置に関する。
特許文献1に開示される車両用電力供給装置は、第1の蓄電手段と第2の蓄電手段を直列又は並列に接続することができる装置である。この車両用電力供給装置では、第1の蓄電手段と第2の蓄電手段とをインバータに対して直列に接続するとき、制御手段が第3のスイッチ手段をオンして1つの充電抵抗に通電させる。制御装置は、その通電の後に、第1のスイッチ手段をオンして直列接続するための回路を構成する。
特許文献1のような技術を含め、複数のバッテリを直列接続状態及び並列接続状態に切り替え得るシステムでは、直列接続状態でも並列接続状態でもバッテリ間を流れる電流が正確に把握されることが望まれる。但し、単に複数の電流センサを付加するだけでは、構成の大型化、複雑化を招く懸念がある。
そこで、本開示では、複数のバッテリを直列接続状態と並列接続状態とに切り替えることができ、直列接続状態でも並列接続状態でもバッテリ間を流れる電流を検出し得る装置を、より簡易に実現することを目的とする。
本開示における車両用の車載用切替装置は、
少なくとも第1バッテリ及び第2バッテリを有するバッテリ部と、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを直列に接続する直列接続状態と並列に接続する並列接続状態とに切り替わる切替回路と、を備えた車載用電源システムに用いられる車載用切替装置であって、
前記切替回路と、
前記直列接続状態のときに電流が流れることが許容され、前記並列接続状態のときに電流が流れない経路である第1導電路と、
前記並列接続状態のときに電流が流れることが許容され、前記直列接続状態のときに電流が流れない経路である第2導電路と、
前記直列接続状態のときに前記第1バッテリの負極と前記第2バッテリの正極との間の経路をなし、前記並列接続状態のときに前記第1バッテリ及び前記第2バッテリの両正極間又は両負極間の経路をなす第3導電路と、
前記第3導電路を流れる電流を検知する電流検知部と、
を有する。
少なくとも第1バッテリ及び第2バッテリを有するバッテリ部と、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを直列に接続する直列接続状態と並列に接続する並列接続状態とに切り替わる切替回路と、を備えた車載用電源システムに用いられる車載用切替装置であって、
前記切替回路と、
前記直列接続状態のときに電流が流れることが許容され、前記並列接続状態のときに電流が流れない経路である第1導電路と、
前記並列接続状態のときに電流が流れることが許容され、前記直列接続状態のときに電流が流れない経路である第2導電路と、
前記直列接続状態のときに前記第1バッテリの負極と前記第2バッテリの正極との間の経路をなし、前記並列接続状態のときに前記第1バッテリ及び前記第2バッテリの両正極間又は両負極間の経路をなす第3導電路と、
前記第3導電路を流れる電流を検知する電流検知部と、
を有する。
本開示に係る車載用切替装置は、複数のバッテリを直列接続状態と並列接続状態とに切り替えることができ、直列接続状態でも並列接続状態でもバッテリ間を流れる電流を検出し得る装置を、より簡易に実現できる。
以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。なお、以下で示す〔1〕から〔4〕の特徴は、矛盾しない態様でどのように組み合わせてもよい。
〔1〕本開示の車載用切替装置は、少なくとも第1バッテリ及び第2バッテリを有するバッテリ部と、第1バッテリ及び第2バッテリを直列に接続する直列接続状態と並列に接続する並列接続状態とに切り替わる切替回路と、を備えた車載用電源システムに用いられる。車載用切替装置は、切替回路と、第1導電路と、第2導電路と、第3導電路と、電流検知部とを有する。第1導電路は、直列接続状態のときに電流が流れることが許容され、並列接続状態のときに電流が流れない経路である。第2導電路は、並列接続状態のときに電流が流れることが許容され、直列接続状態のときに電流が流れない経路である。第3導電路は、直列接続状態のときに第1バッテリの負極と第2バッテリの正極との間の経路をなし、並列接続状態のときに第1バッテリ及び第2バッテリの両正極間又は両負極間の経路をなす。電流検知部は、第3導電路を流れる電流を検知する。
上記〔1〕の車載用切替装置では、直列接続状態でも並列接続状態でも第3導電路が電極間の経路をなし、電流が流れることが許容される。そして、この第3導電路に電流検知部が設けられるため、直列接続状態でも並列接続状態でも共通の電流検知部によってバッテリ間の電流を検知することができる。ゆえに、直列接続状態でも並列接続状態でもバッテリ間を流れる電流を検出し得る装置が、より簡易に実現される。
〔2〕上記〔1〕の車載用切替装置において、第3導電路は、第1共通路と、第2共通路とを備えている。第1共通路は、並列接続状態のときに第1バッテリ及び第2バッテリの両正極間を導通させる導電路である。第2共通路は、並列接続状態のときに第1バッテリ及び第2バッテリの両負極間を導通させる導電路である。電流検知部は、第1共通路を流れる電流を検知する第1検知部と、第2共通路を流れる電流を検知する第2検知部と、を備え得る。
上記〔2〕に記載された車載用切替装置は、並列接続状態時にバッテリ間で生じる電流を、正極側の経路でも負極側の経路でも、より正確に把握することができる。
〔3〕上記〔1〕又は〔2〕の車載用切替装置において、第2導電路は、正極間導電路と、負極間導電路とを備え得る。正極間導電路は、並列接続状態のときに第1バッテリ及び第2バッテリの両正極間の経路をなす。負極間導電路は、並列接続状態のときに第1バッテリ及び第2バッテリの両負極間の経路をなす。更に、第2導電路は、正極間導電路に設けられる第1ヒューズと、負極間導電路に設けられる第2ヒューズと、を備え得る。
上記〔3〕に記載された車載用切替装置は、並列接続状態時に正極間の導電路で過剰な電流が生じた場合でも、負極間の導電路で過剰な電流が生じた場合でも、導電路の通電を強制的に遮断することができる。
〔4〕車載用電源システムは、直列接続状態でも並列接続状態でもバッテリ部から電力を伝送するための経路である電力路を有し得る。電力路には、電力路の通電を遮断する機能を有する外部ヒューズが設けられ、上記〔3〕の車載用切替装置において、第1ヒューズ及び第2ヒューズの定格電流は、外部ヒューズの定格電流よりも小さくし得る。
上記〔4〕に記載された車載用切替装置は、第1ヒューズ及び第2ヒューズをより小規模な構成とすることができる。並列接続状態時のバッテリ間の経路は、電力路に対して相対的に低い電流が流れる経路であるため、このような経路に第1ヒューズ及び第2ヒューズを配置すればヒューズのサイズを抑え易い。
[本開示の実施形態の詳細]
<実施形態1>
図1には、実施形態1に係る車載用切替装置1が設けられた車載用電源システム100が例示される。車載用電源システム100は、搭載された車両の負荷R(例えば、車輪を駆動するモータ等)を動作させるための電源として使用される。車載用電源システム100は、バッテリ部10と、高電位側導電路16と、低電位側導電路17と、車載用切替装置1と、ジャンクションボックス部2とを備えている。バッテリ部10は、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを有する。車載用切替装置1は、第1導電路11と、第2導電路12と、第3導電路13と、切替回路14と、電流検知部14Hと、を有している。車載用切替装置1は、車載用電源システム100に用いられる。
図1には、実施形態1に係る車載用切替装置1が設けられた車載用電源システム100が例示される。車載用電源システム100は、搭載された車両の負荷R(例えば、車輪を駆動するモータ等)を動作させるための電源として使用される。車載用電源システム100は、バッテリ部10と、高電位側導電路16と、低電位側導電路17と、車載用切替装置1と、ジャンクションボックス部2とを備えている。バッテリ部10は、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを有する。車載用切替装置1は、第1導電路11と、第2導電路12と、第3導電路13と、切替回路14と、電流検知部14Hと、を有している。車載用切替装置1は、車載用電源システム100に用いられる。
[バッテリ部の構成]
バッテリ部10における第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bは、単位電池として構成される電池部を複数備え、電池部が一体的に組み合わされた構成とされている。電池部は図示しない。第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bの各々において、電気的に直列に接続された複数の単位電池の最も高電位の電極が正極BHであり、電気的に直列に接続された複数の単位電池の最も低電位の電極が負極BLである。
バッテリ部10における第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bは、単位電池として構成される電池部を複数備え、電池部が一体的に組み合わされた構成とされている。電池部は図示しない。第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bの各々において、電気的に直列に接続された複数の単位電池の最も高電位の電極が正極BHであり、電気的に直列に接続された複数の単位電池の最も低電位の電極が負極BLである。
本開示において、「電気的に接続される」とは、接続対象の両方の電位が等しくなるように互いに導通した状態(電流を流せる状態)で接続される構成であることが望ましい。ただし、この構成に限定されない。例えば、「電気的に接続される」とは、両接続対象の間に電気部品が介在しつつ両接続対象が導通し得る状態で接続された構成であってもよい。
[高電位側導電路、低電位側導電路の構成]
高電位側導電路16の一端は、第1バッテリ10Aの正極BHに電気的に接続されている。低電位側導電路17の一端は、第2バッテリ10Bの負極BLに電気的に接続されている。
高電位側導電路16の一端は、第1バッテリ10Aの正極BHに電気的に接続されている。低電位側導電路17の一端は、第2バッテリ10Bの負極BLに電気的に接続されている。
[車載用切替装置の構成]
第2導電路12は、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に並列に接続する並列接続状態(以下、単に並列接続状態ともいう)のときに電流が流れることが許容される。また、第2導電路12は、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に直列に接続する直列接続状態(以下、単に直列接続状態ともいう)のときに電流が流れない経路である。第2導電路12は、正極間導電路12A、及び負極間導電路12Bを備えている。正極間導電路12Aの一端は、高電位側導電路16の他端に電気的に接続されている。負極間導電路12Bの一端は、低電位側導電路17の他端に電気的に接続されている。
第2導電路12は、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に並列に接続する並列接続状態(以下、単に並列接続状態ともいう)のときに電流が流れることが許容される。また、第2導電路12は、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に直列に接続する直列接続状態(以下、単に直列接続状態ともいう)のときに電流が流れない経路である。第2導電路12は、正極間導電路12A、及び負極間導電路12Bを備えている。正極間導電路12Aの一端は、高電位側導電路16の他端に電気的に接続されている。負極間導電路12Bの一端は、低電位側導電路17の他端に電気的に接続されている。
第3導電路13は、直列接続状態のときに第1バッテリ10Aの負極BLと第2バッテリ10Bの正極BHとの間の経路をなし、並列接続状態のときに第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両正極BH間又は両負極BL間の経路をなす。第3導電路13は、第1共通路13A、及び第2共通路13Bを備えている。第1共通路13Aの一端は、第2バッテリ10Bの正極BHに電気的に接続されている。第1共通路13Aの他端は、正極間導電路12Aの他端に電気的に接続されている。第2共通路13Bの一端は、第1バッテリ10Aの負極BLに電気的に接続されている。第2共通路13Bの他端は、負極間導電路12Bの他端に電気的に接続されている。
高電位側導電路16、正極間導電路12A、及び第1共通路13Aは、並列接続状態のときに第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両正極BH間を導通させる経路をなす。つまり、第1共通路13Aは、並列接続状態のときに第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両正極BH間を導通させる導電路である。低電位側導電路17、負極間導電路12B、及び第2共通路13Bは、並列接続状態のときに第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両負極BL間を導通させる経路をなす。つまり、第2共通路13Bは、並列接続状態のときに第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両負極BL間を導通させる導電路である。
第1導電路11は、直列接続状態のときに電流が流れることが許容され、並列接続状態のときに電流が流れない経路である。第1導電路11の一端は、第2共通路13Bの他端、及び負極間導電路12Bの他端に電気的に接続されている。第1導電路11の他端は、第1共通路13Aの他端、及び正極間導電路12Aの他端に電気的に接続されている。つまり、第1導電路11は、第1共通路13A及び第2共通路13Bを介して第1バッテリ10Aと第2バッテリ10Bとに電気的に直列に接続されている。
[切替回路の構成]
切替回路14は、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを直列に接続する直列接続状態と、並列に接続する並列接続状態とに切り替わる機能を有する。切替回路14は、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14B、直列スイッチ14C、第1ヒューズ14D、及び第2ヒューズ14Eを有している。
切替回路14は、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを直列に接続する直列接続状態と、並列に接続する並列接続状態とに切り替わる機能を有する。切替回路14は、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14B、直列スイッチ14C、第1ヒューズ14D、及び第2ヒューズ14Eを有している。
第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14B、及び直列スイッチ14Cは、例えば、リレースイッチや、MOSFET等の半導体スイッチで構成されている。第1並列スイッチ14Aは、正極間導電路12Aに介在して設けられている。第2並列スイッチ14Bは、負極間導電路12Bに介在して設けられている。直列スイッチ14Cは、第1導電路11に介在して設けられている。第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14B、及び直列スイッチ14Cは、例えば、マイクロコンピュータ等の情報処理装置で構成された制御部50によってオン状態又はオフ状態に切り替えられ得る構成とされている。制御部50は、例えば、車載用電源システム100の外部に設けられている。
第1ヒューズ14Dは、第1並列スイッチ14Aに直列になるように正極間導電路12Aに介在して設けられている。正極間導電路12Aにおいて、第1ヒューズ14Dは、第1並列スイッチ14Aよりも一端側に位置している。第2ヒューズ14Eは、第2並列スイッチ14Bに直列になるように負極間導電路12Bに介在して設けられている。負極間導電路12Bにおいて、第2ヒューズ14Eは、第2並列スイッチ14Bよりも一端側に位置している。第1ヒューズ14D、第2ヒューズ14Eは、例えば、サーマルヒューズ等で構成されている。第1ヒューズ14D、第2ヒューズ14Eは、切替回路14が並列接続状態のとき、自身が有する遮断特性(例えば、定格電流)に応じて溶断し、正極間導電路12A、及び負極間導電路12Bにおける通電を遮断する。つまり、車載用切替装置1は、第2導電路12の通電を遮断する第1ヒューズ14Dと、第2ヒューズ14Eと、を備えている。
[電流検知部の構成]
電流検知部14Hは、第1検知部14F、及び第2検知部14Gを有している。第1検知部14Fは、第1共通路13Aに介在して設けられている。第2検知部14Gは、第2共通路13Bに介在して設けられている。第1検知部14F、及び第2検知部14Gは、例えば、抵抗器及び差動増幅器を有し、第1共通路13A、第2共通路13Bの各々を流れる電流を示す値(具体的には、第1共通路13A、第2共通路13Bを流れる電流の値に応じたアナログ電圧)を電流値として出力し得る構成をなす。第1検知部14Fは、第1共通路13Aに流れる電流の状態を検出し、第2検知部14Gは、第2共通路13Bに流れる電流の状態を検出する。第1検知部14F、及び第2検知部14Gから出力された電流値は、例えば、制御部50に入力され得る構成とされている。つまり、電流検知部14Hは、第1共通路13A(第3導電路13)、及び第2共通路13B(第3導電路13)を流れる電流を検知する。
電流検知部14Hは、第1検知部14F、及び第2検知部14Gを有している。第1検知部14Fは、第1共通路13Aに介在して設けられている。第2検知部14Gは、第2共通路13Bに介在して設けられている。第1検知部14F、及び第2検知部14Gは、例えば、抵抗器及び差動増幅器を有し、第1共通路13A、第2共通路13Bの各々を流れる電流を示す値(具体的には、第1共通路13A、第2共通路13Bを流れる電流の値に応じたアナログ電圧)を電流値として出力し得る構成をなす。第1検知部14Fは、第1共通路13Aに流れる電流の状態を検出し、第2検知部14Gは、第2共通路13Bに流れる電流の状態を検出する。第1検知部14F、及び第2検知部14Gから出力された電流値は、例えば、制御部50に入力され得る構成とされている。つまり、電流検知部14Hは、第1共通路13A(第3導電路13)、及び第2共通路13B(第3導電路13)を流れる電流を検知する。
[ジャンクションボックス部の構成]
ジャンクションボックス部2は、バッテリ部10からの電力を負荷R等に供給し得る機能を有している。ジャンクションボックス部2は、電力路20である高電位側電力路20Aと、電力路20である低電位側電力路20Bと、高電位側スイッチ20Dと、バイパス部20Cと、低電位側スイッチ20Eと、外部ヒューズ20Kとを有している。
ジャンクションボックス部2は、バッテリ部10からの電力を負荷R等に供給し得る機能を有している。ジャンクションボックス部2は、電力路20である高電位側電力路20Aと、電力路20である低電位側電力路20Bと、高電位側スイッチ20Dと、バイパス部20Cと、低電位側スイッチ20Eと、外部ヒューズ20Kとを有している。
電力路20は、直列接続状態でも並列接続状態でもバッテリ部10から電力を伝送するための経路である。高電位側電力路20Aの一端は、高電位側導電路16の他端、及び正極間導電路12Aの一端に電気的に接続されている。低電位側電力路20Bの一端は、低電位側導電路17の他端、及び負極間導電路12Bの一端に電気的に接続されている。
高電位側スイッチ20Dは、高電位側電力路20Aに介在して設けられている。バイパス部20Cは、高電位側スイッチ20Dに対して電気的に並列に接続して設けられている。バイパス部20Cは、バイパススイッチ20Gと、抵抗20Hと、を有している。バイパススイッチ20Gと、抵抗20Hとは、電気的に直列に接続されている。抵抗20Hと、高電位側導電路16との間には、バイパススイッチ20Gが介在している。
低電位側スイッチ20Eは、低電位側電力路20Bに介在して設けられている。高電位側スイッチ20D、バイパススイッチ20G、及び低電位側スイッチ20Eは、例えば、リレースイッチや、MOSFET等の半導体スイッチで構成されている。
外部ヒューズ20Kは、低電位側スイッチ20Eを挟み、低電位側導電路17の反対側の低電位側電力路20Bに介在して設けられている。外部ヒューズ20Kは、例えば、サーマルヒューズ等で構成されている。外部ヒューズ20Kは、切替回路14が直列接続状態のとき、自身が有する遮断特性(例えば、定格電流)に応じて溶断し、低電位側電力路20Bにおける通電を遮断する。つまり、電力路20には、電力路20の通電を遮断する機能を有する外部ヒューズ20Kが設けられている。高電位側電力路20Aの他端側、及び低電位側電力路20Bの他端側の間には、負荷Rが電気的に接続されている。
[切替回路が並列接続状態の場合]
バッテリ部10の第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に並列に接続する並列接続状態の場合について説明する。この場合、例えば、制御部50が、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14Bをオン状態に切り替えると共に、直列スイッチ14Cをオフ状態に切り替える。これにより、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bが電気的に並列に接続された状態になる。こうして、切替回路14が並列接続状態にされる。そして、この後、高電位側スイッチ20D、低電位側スイッチ20Eがオン状態に切り替わり、負荷Rに電力が供給されることになる。このとき、高電位側導電路16、正極間導電路12A、及び第1共通路13Aは、第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両正極BH間を導通させる経路をなす。これと共に、低電位側導電路17、負極間導電路12B、及び第2共通路13Bは、第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両負極BL間を導通させる経路をなす。
バッテリ部10の第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に並列に接続する並列接続状態の場合について説明する。この場合、例えば、制御部50が、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14Bをオン状態に切り替えると共に、直列スイッチ14Cをオフ状態に切り替える。これにより、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bが電気的に並列に接続された状態になる。こうして、切替回路14が並列接続状態にされる。そして、この後、高電位側スイッチ20D、低電位側スイッチ20Eがオン状態に切り替わり、負荷Rに電力が供給されることになる。このとき、高電位側導電路16、正極間導電路12A、及び第1共通路13Aは、第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両正極BH間を導通させる経路をなす。これと共に、低電位側導電路17、負極間導電路12B、及び第2共通路13Bは、第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両負極BL間を導通させる経路をなす。
このとき、第1共通路13Aに設けられた第1検知部14Fによって、第2バッテリ10Bから生じる電流が電流値Aとして検知される。これと共に、第2共通路13Bに設けられた第2検知部14Gによって、第1バッテリ10Aから生じる電流が電流値Cとして検知される。
第1検知部14F、及び第2検知部14Gは、例えば、同時期に第1共通路13A、及び第2共通路13Bにおける電流を電流値A,Cとして検知する。そして、検知した電流値A,Cは、同時期に制御部50に入力される。制御部50では、電流値Aと電流値Cとが加算される。こうして加算した演算結果である電流値Bは、低電位側電力路20B(高電位側電力路20A)に流れる電流に相当する。こうして得た電流値Bは、第1検知部14F、及び第2検知部14Gが第1共通路13A、第2共通路13Bにおける電流を検知したときと同時期の値である。こうして、制御部50は、第1バッテリ10A、第2バッテリ10Bから生じる電流の大きさに対応する電流値C,Aに基づいて低電位側電力路20Bに流れる電流の大きさを電流値Bとして把握することができる。
また、切替回路14が並列接続状態のときに、直列スイッチ14Cが不用意にオン状態に切り替わったり、ショート故障したりした場合、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bの各々は、正極BHと負極BLとが短絡した状態になってしまう。この場合、第1ヒューズ14D、及び第2ヒューズ14Eの各々が溶断することによって、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14B、及び直列スイッチ14Cが故障することを防止する。また、制御部50は、第1共通路13A(正極側導電路20A)に流れる電流の大きさ、及び第2共通路13B(負極側導電路20B)に流れる電流の大きさが所定の閾値に達したか否かを監視し得る構成とされている。例えば、直列スイッチ14Cが不用意にオン状態に切り替わったり、ショート故障したりした場合、第1ヒューズ14D、及び第2ヒューズ14Eに流れる電流の大きさが増加しつつも自身が有する遮断特性(定格電流)に満たない電流が流れた場合、第1ヒューズ14D、及び第2ヒューズ14Eは溶断することができない。このような場合、制御部50において、第1共通路13A(正極側導電路20A)に流れる電流の大きさ、及び第2共通路13B(負極側導電路20B)に流れる電流の大きさが所定の閾値に達したと判別すると、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14Bをオフ状態に切り替えて第2導電路12の通電を遮断することができる。
並列接続状態の場合、正極間導電路12Aには、第1バッテリ10Aから生じる電流が流れ、負極間導電路12Bには、第2バッテリ10Bから生じる電流が流れる。これに対して、並列接続状態の場合、外部ヒューズ20Kには、正極間導電路12A、及び負極間導電路12Bの各々に流れる電流よりも大きい電流(すなわち、第1バッテリ10Aから生じる電流、及び第2バッテリ10Bから生じる電流の両方)が流れることになる。このため、第1ヒューズ14D、及び第2ヒューズ14Eの定格電流は、外部ヒューズ20Kの定格電流よりも小さくされている。
[切替回路が直列接続状態の場合]
バッテリ部10の第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に直列に接続する直列接続状態の場合について説明する。この場合、例えば、制御部50が、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14Bをオフ状態に切り替えると共に、直列スイッチ14Cをオン状態に切り替える。これにより、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bが電気的に直列に接続された状態になる。こうして、切替回路14が直列接続状態にされる。そして、この後、高電位側スイッチ20D、低電位側スイッチ20Eがオン状態に切り替わり、負荷Rに電力が供給されることになる。
バッテリ部10の第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に直列に接続する直列接続状態の場合について説明する。この場合、例えば、制御部50が、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14Bをオフ状態に切り替えると共に、直列スイッチ14Cをオン状態に切り替える。これにより、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bが電気的に直列に接続された状態になる。こうして、切替回路14が直列接続状態にされる。そして、この後、高電位側スイッチ20D、低電位側スイッチ20Eがオン状態に切り替わり、負荷Rに電力が供給されることになる。
このとき、第1共通路13Aに設けられた第1検知部14Fによって第1共通路13Aに流れる電流が電流値Fとして検知され、第2共通路13Bに設けられた第2検知部14Gによって、第2共通路13Bに流れる電流が電流値Gとして検知される。第1検知部14F、及び第2検知部14Gは、例えば、同時期に第1共通路13A、第2共通路13Bにおける電流を検知する。そして、電流値F,Gは、同時期に制御部50に入力される。第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bは、電気的に直列に接続されている。このため、電流値F,Gは、同じ値である。低電位側電力路20B(高電位側電力路20A)に流れる電流も電流値F(電流値G)と同じ値である。こうして、制御部50は、バッテリ部10から生じる電流の大きさを電流値F,Gとして把握することができる。
制御部50は、第3導電路13(第1導電路11)に流れる電流の大きさが所定の閾値に達したか否かを監視し得る構成とされている。例えば、負荷R等において地絡が発生した場合、外部ヒューズ20Kに流れる電流の大きさが増加しつつも自身が有する遮断特性(定格電流)に満たない電流が流れた場合、外部ヒューズ20Kは溶断することができない。このような場合、制御部50において、第3導電路13(第1導電路11)に流れる電流の大きさが所定の閾値に達したと判別すると、直列スイッチ14Cをオフ状態に切り替えて第1導電路11の通電を遮断することができる。
次に、本開示に係る構成の効果が例示される。
本開示の車載用切替装置1は、バッテリ部10と、切替回路14と、を備えた車載用電源システム100に用いられる。バッテリ部10は、第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bを有する。切替回路14は、第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bを直列に接続する直列接続状態と並列に接続する並列接続状態とに切り替わる。車載用切替装置1は、切替回路14と、第1導電路11と、第2導電路12と、第3導電路13と、電流検知部14Hとを有する。第1導電路11は、直列接続状態のときに電流が流れることが許容され、並列接続状態のときに電流が流れない経路である。第2導電路12は、並列接続状態のときに電流が流れることが許容され、直列接続状態のときに電流が流れない経路である。第3導電路13は、直列接続状態のときに第1バッテリ10Aの負極BLと第2バッテリ10Bの正極BHとの間の経路をなし、並列接続状態のときに第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両正極BH間又は両負極BL間の経路をなす。電流検知部14Hは、第3導電路13を流れる電流を検知する。
本開示の車載用切替装置1は、バッテリ部10と、切替回路14と、を備えた車載用電源システム100に用いられる。バッテリ部10は、第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bを有する。切替回路14は、第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bを直列に接続する直列接続状態と並列に接続する並列接続状態とに切り替わる。車載用切替装置1は、切替回路14と、第1導電路11と、第2導電路12と、第3導電路13と、電流検知部14Hとを有する。第1導電路11は、直列接続状態のときに電流が流れることが許容され、並列接続状態のときに電流が流れない経路である。第2導電路12は、並列接続状態のときに電流が流れることが許容され、直列接続状態のときに電流が流れない経路である。第3導電路13は、直列接続状態のときに第1バッテリ10Aの負極BLと第2バッテリ10Bの正極BHとの間の経路をなし、並列接続状態のときに第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両正極BH間又は両負極BL間の経路をなす。電流検知部14Hは、第3導電路13を流れる電流を検知する。
本開示の車載用切替装置1では、直列接続状態でも並列接続状態でも第3導電路13が電極(正極BH、負極BL)間の経路をなし、電流が流れることが許容される。そして、この第3導電路13に電流検知部14Hが設けられるため、直列接続状態でも並列接続状態でも共通の電流検知部14Hによって第1バッテリ10A及び第2バッテリ10B間の電流を検知することができる。ゆえに、直列接続状態でも並列接続状態でも第1バッテリ10A及び第2バッテリ10B間を流れる電流を検出し得る装置が、より簡易に実現される。
本開示の車載用切替装置101において、第3導電路13は、第1共通路13Aと、第2共通路13Bとを備える。第1共通路13Aは、並列接続状態のときに第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両正極BH間を導通させる導電路である。第2共通路13Bは、並列接続状態のときに第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両負極BL間を導通させる導電路である。電流検知部14Hは、第1共通路13Aを流れる電流を検知する第1検知部14Fと、第2共通路13Bを流れる電流を検知する第2検知部14Gと、を備える。
本開示の車載用切替装置101は、並列接続状態時に第1バッテリ10A及び第2バッテリ10B間で生じる電流を、正極BH側の経路でも負極BL側の経路でも、より正確に把握することができる。
本開示の車載用切替装置1において、第2導電路12は、正極間導電路12Aと、負極間導電路12Bとを備える。正極間導電路12Aは、並列接続状態のときに第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両正極BH間の経路をなす。負極間導電路12Bは、並列接続状態のときに第1バッテリ10A及び第2バッテリ10Bの両負極BL間の経路をなす。第2導電路12は、更に、正極間導電路12Aに設けられる第1ヒューズ14Dと、負極間導電路12Bに設けられる第2ヒューズ14Eと、を備える。
本開示の車載用切替装置1は、並列接続状態時に正極BH間の導電路で過剰な電流が生じた場合でも、負極BL間の導電路で過剰な電流が生じた場合でも、導電路の通電を強制的に遮断することができる。
車載用電源システム100は、直列接続状態でも並列接続状態でもバッテリ部10から電力を伝送するための経路である電力路20を有する。電力路20には、電力路20の通電を遮断する機能を有する外部ヒューズ20Kが設けられ、本開示の車載用切替装置1において、第1ヒューズ14D及び第2ヒューズ14Eの定格電流は、外部ヒューズ20Kの定格電流よりも小さい。
本開示の車載用切替装置1は、第1ヒューズ14D及び第2ヒューズ14Eをより小規模な構成とすることができる。並列接続状態時の第1バッテリ10A及び第2バッテリ10B間の経路は、電力路20に対して相対的に低い電流が流れる経路である。このため、このような経路に第1ヒューズ14D及び第2ヒューズ14Eを配置すれば第1ヒューズ14D及び第2ヒューズ14Eのサイズを抑え易い。
<実施形態2>
次に、実施形態2に係る車載用切替装置101が設けられた車載用電源システム200について図2を参照しつつ説明する。車載用切替装置101は、第2共通路13Bに第2検知部が設けられていない点、及び低電位側電力路20Bに外部電流検知部20Fが設けられている点等が実施形態1と異なる。実施形態1と同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
次に、実施形態2に係る車載用切替装置101が設けられた車載用電源システム200について図2を参照しつつ説明する。車載用切替装置101は、第2共通路13Bに第2検知部が設けられていない点、及び低電位側電力路20Bに外部電流検知部20Fが設けられている点等が実施形態1と異なる。実施形態1と同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
[電流検知部の構成]
電流検知部114Hは、第1検知部14Fを備えている。第1検知部14Fは、第1共通路13A(第3導電路13)に流れる電流の状態を検出する。つまり、電流検知部114Hは、第1共通路13A及び第2共通路13Bの内の一方の経路に流れる電流の状態を検出する。
電流検知部114Hは、第1検知部14Fを備えている。第1検知部14Fは、第1共通路13A(第3導電路13)に流れる電流の状態を検出する。つまり、電流検知部114Hは、第1共通路13A及び第2共通路13Bの内の一方の経路に流れる電流の状態を検出する。
[ジャンクションボックス部の構成]
ジャンクションボックス部102は、電力路20である高電位側電力路20Aと、電力路20である低電位側電力路20Bと、高電位側スイッチ20Dと、バイパス部20Cと、低電位側スイッチ20Eと、外部ヒューズ20Kと、外部電流検知部20Fとを有する。
ジャンクションボックス部102は、電力路20である高電位側電力路20Aと、電力路20である低電位側電力路20Bと、高電位側スイッチ20Dと、バイパス部20Cと、低電位側スイッチ20Eと、外部ヒューズ20Kと、外部電流検知部20Fとを有する。
外部電流検知部20Fは、低電位側スイッチ20Eと低電位側導電路17との間に介在して設けられている。外部電流検知部20Fは、例えば、第1検知部14Fと同様の構成をなす。外部電流検知部20Fは、低電位側電力路20Bに流れる電流の状態を検出する。外部電流検知部20Fから出力された電流値は、例えば、制御部50に入力され得る構成とされている。
[切替回路が並列接続状態の場合]
バッテリ部10の第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に並列に接続する並列接続状態の場合について説明する。この場合、例えば、制御部50が、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14Bをオン状態に切り替えると共に、直列スイッチ14Cをオフ状態に切り替える。これにより、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bが電気的に並列に接続された状態になる。こうして、切替回路14が並列接続状態にされる。そして、この後、高電位側スイッチ20D、低電位側スイッチ20Eがオン状態に切り替わり、負荷Rに電力が供給されることになる。
バッテリ部10の第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に並列に接続する並列接続状態の場合について説明する。この場合、例えば、制御部50が、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14Bをオン状態に切り替えると共に、直列スイッチ14Cをオフ状態に切り替える。これにより、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bが電気的に並列に接続された状態になる。こうして、切替回路14が並列接続状態にされる。そして、この後、高電位側スイッチ20D、低電位側スイッチ20Eがオン状態に切り替わり、負荷Rに電力が供給されることになる。
このとき、第1共通路13Aに設けられた第1検知部14Fによって、第2バッテリ10Bから生じる電流が電流値Aとして検知される。これと共に、低電位側電力路20Bに設けられた外部電流検知部20Fによって、低電位側電力路20Bに流れる電流が電流値Bとして検知される。第1検知部14F、及び外部電流検知部20Fは、例えば、同時期に第1共通路13A、低電位側電力路20Bにおける電流を検知する。そして、電流値A,Bは、同時期に制御部50に入力される。制御部50では、電流値Bから電流値Aが減算される。こうして減算した演算結果である電流値Cは、第1バッテリ10Aから生じる電流に相当する。こうして得た電流値Cは、第1検知部14F、及び外部電流検知部20Fが第1共通路13A、低電位側電力路20Bにおける電流を検知したときと同時期の値である。こうして、制御部50は、第1バッテリ10A、第2バッテリ10Bから生じる電流の大きさを電流値C,Aとして把握することができる。
[切替回路が直列接続状態の場合]
バッテリ部10の第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に直列に接続する直列接続状態の場合について説明する。この場合、例えば、制御部50が、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14Bをオフ状態に切り替えると共に、直列スイッチ14Cをオン状態に切り替える。これにより、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bが電気的に直列に接続された状態になる。こうして、切替回路14が直列接続状態にされる。そして、この後、高電位側スイッチ20D、低電位側スイッチ20Eがオン状態に切り替わり、負荷Rに電力が供給されることになる。このとき、第1導電路11、第1共通路13A、及び第2共通路13Bは、第1バッテリ10Aの負極BL、及び第2バッテリ10Bの正極BH間を導通させる経路をなす。
バッテリ部10の第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを電気的に直列に接続する直列接続状態の場合について説明する。この場合、例えば、制御部50が、第1並列スイッチ14A、第2並列スイッチ14Bをオフ状態に切り替えると共に、直列スイッチ14Cをオン状態に切り替える。これにより、第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bが電気的に直列に接続された状態になる。こうして、切替回路14が直列接続状態にされる。そして、この後、高電位側スイッチ20D、低電位側スイッチ20Eがオン状態に切り替わり、負荷Rに電力が供給されることになる。このとき、第1導電路11、第1共通路13A、及び第2共通路13Bは、第1バッテリ10Aの負極BL、及び第2バッテリ10Bの正極BH間を導通させる経路をなす。
このとき、第1共通路13Aに設けられた第1検知部14Fによって第1共通路13Aに流れる電流が電流値Dとして検知され、低電位側電力路20Bに設けられた外部電流検知部20Fによって、低電位側電力路20Bに流れる電流が電流値Eとして検知される。第1検知部14F、及び外部電流検知部20Fは、例えば、同時期に第1共通路13A、低電位側電力路20Bにおける電流を検知する。そして、電流値D,Eは、同時期に制御部50に入力される。第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bは、電気的に直列に接続されている。このため、電流値D,Eは、同じ大きさである。こうして、制御部50は、バッテリ部10から生じる電流の大きさを把握することができる。
<他の実施形態>
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。
実施形態1、2では、切替回路が第1バッテリ10A、及び第2バッテリ10Bを直列接続状態、及び並列接続状態に切り替えているが、これに限らず、切替回路が3つ以上のバッテリを直列接続状態、及び並列接続状態に切り替える構成としてもよい。
実施形態1、2では、制御部50が外部に設けられている構成を開示しているが、これに限らず、制御部を車載用電源システム、又は車載用切替装置に設けた構成としてもよい。
実施形態1では、外部電流検知部20Fが低電位側電力路20Bに設けられているが、これに限らず、外部電流検知部を高電位側電力路に設けてもよい。
実施形態2では、第1共通路13Aに第1検知部14Fが設けられ、第2共通路13Bに第2検知部が設けられていない構成であるが、これに限らず、第2共通路に第2検知部が設けられ、第1共通路に第1検知部が設けられていない構成であってもよい。
実施形態1では、電流検知部が、導電路に流れる電流の大きさに対応する電流値を出力する構成であることが開示されているが、これに限らず、電流検知部にコンパレータを用いた構成としてもよい。この場合、電流検知部は、電流値が閾値を超えたか否かを判定し、電流値が閾値を超えた場合に、電流が閾値を超えたことを示す閾値超過信号を出力する。
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
1,101…車載用切替装置
2,102…ジャンクションボックス部
10…バッテリ部
10A…第1バッテリ(バッテリ部)
10B…第2バッテリ(バッテリ部)
11…第1導電路
12…第2導電路
12A…正極間導電路(第2導電路)
12B…負極間導電路(第2導電路)
13…第3導電路
13A…第1共通路(第3導電路)
13B…第2共通路(第3導電路)
14…切替回路
14A…第1並列スイッチ
14B…第2並列スイッチ
14C…直列スイッチ
14D…第1ヒューズ
14E…第2ヒューズ
14F…第1検知部(電流検知部)
14G…第2検知部(電流検知部)
14H,114H…電流検知部
16…高電位側導電路
17…低電位側導電路
20…電力路
20A…高電位側電力路
20B…低電位側電力路
20C…バイパス部
20D…高電位側スイッチ
20E…低電位側スイッチ
20F…外部電流検知部
20G…バイパススイッチ
20H…抵抗
20K…外部ヒューズ
50…制御部
100,200…車載用電源システム
A,B,C,D,E,F,G…電流値
BH…正極
BL…負極
R…負荷
2,102…ジャンクションボックス部
10…バッテリ部
10A…第1バッテリ(バッテリ部)
10B…第2バッテリ(バッテリ部)
11…第1導電路
12…第2導電路
12A…正極間導電路(第2導電路)
12B…負極間導電路(第2導電路)
13…第3導電路
13A…第1共通路(第3導電路)
13B…第2共通路(第3導電路)
14…切替回路
14A…第1並列スイッチ
14B…第2並列スイッチ
14C…直列スイッチ
14D…第1ヒューズ
14E…第2ヒューズ
14F…第1検知部(電流検知部)
14G…第2検知部(電流検知部)
14H,114H…電流検知部
16…高電位側導電路
17…低電位側導電路
20…電力路
20A…高電位側電力路
20B…低電位側電力路
20C…バイパス部
20D…高電位側スイッチ
20E…低電位側スイッチ
20F…外部電流検知部
20G…バイパススイッチ
20H…抵抗
20K…外部ヒューズ
50…制御部
100,200…車載用電源システム
A,B,C,D,E,F,G…電流値
BH…正極
BL…負極
R…負荷
Claims (4)
- 少なくとも第1バッテリ及び第2バッテリを有するバッテリ部と、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを直列に接続する直列接続状態と並列に接続する並列接続状態とに切り替わる切替回路と、を備えた車載用電源システムに用いられる車載用切替装置であって、
前記切替回路と、
前記直列接続状態のときに電流が流れることが許容され、前記並列接続状態のときに電流が流れない経路である第1導電路と、
前記並列接続状態のときに電流が流れることが許容され、前記直列接続状態のときに電流が流れない経路である第2導電路と、
前記直列接続状態のときに前記第1バッテリの負極と前記第2バッテリの正極との間の経路をなし、前記並列接続状態のときに前記第1バッテリ及び前記第2バッテリの両正極間又は両負極間の経路をなす第3導電路と、
前記第3導電路を流れる電流を検知する電流検知部と、
を有する車載用切替装置。 - 前記第3導電路は、前記並列接続状態のときに前記第1バッテリ及び前記第2バッテリの両正極間を導通させる導電路である第1共通路と、前記並列接続状態のときに前記第1バッテリ及び前記第2バッテリの両負極間を導通させる導電路である第2共通路と、を備え、
前記電流検知部は、前記第1共通路を流れる電流を検知する第1検知部と、前記第2共通路を流れる電流を検知する第2検知部と、
を備える請求項1に記載の車載用切替装置。 - 前記第2導電路は、前記並列接続状態のときに前記第1バッテリ及び前記第2バッテリの両正極間の経路をなす正極間導電路と、前記並列接続状態のときに前記第1バッテリ及び前記第2バッテリの両負極間の経路をなす負極間導電路と、を備え、
更に、前記正極間導電路に設けられる第1ヒューズと、前記負極間導電路に設けられる第2ヒューズと、
を備える請求項1又は請求項2に記載の車載用切替装置。 - 前記車載用電源システムは、前記直列接続状態でも前記並列接続状態でも前記バッテリ部から電力を伝送するための経路である電力路を有し、
前記電力路には、前記電力路の通電を遮断する機能を有する外部ヒューズが設けられ、
前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズの定格電流は、前記外部ヒューズの定格電流よりも小さい請求項3に記載の車載用切替装置。
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