JP2023137585A - 回路保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路保護素子の遮断時における放電電流を抑制可能な回路保護装置を提供する。【解決手段】監視回路２２を保護する回路保護装置は、電源部と監視回路とを接続する複数の検出ラインＭ間に接続され過電圧の印加時に短絡故障する過電圧保護素子２１２と、各検出ラインに設けられ所定電流値以上の電流が検出ラインに流れた際に電源部と監視回路との間の電気的接続を遮断する回路保護素子２１１と、検出ラインの少なくとも１つに設けられ電源部と回路保護素子との間に配置されるインピーダンス２５とを備える。過電圧発生時に、過電圧保護素子は短絡故障して検出ライン間を短絡状態に維持し、回路保護素子は過電圧保護素子を介して検出ライン間に流れる短絡電流により電源部と監視回路との間の電気的接続を遮断する。インピーダンスは、短絡電流により回路保護素子が電源部と監視回路との間の電気的接続を遮断した際に放電電流の発生を抑制する。【選択図】 図１

Description

電源部の電圧を監視する監視回路を保護する回路保護装置に関する。

例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車では、多数の電池セルが直列に接続された組電池を電源部として備え、当該電源部で発生させた電圧により走行用電動モータを駆動させている。特許文献１のように、この種の電源部は、電圧異常に伴う発熱、焼損、劣化等を防止すべく、その電圧を監視する監視回路に接続され、電源部および監視回路間に、監視回路を保護する回路保護装置が設けられる。

ここで、電源部および監視回路間は、電圧検出用の複数の検出ラインによって電気的に接続されており、周辺機器等の影響によって電源部に過電圧が発生したり、検出ラインに大電流が流れたりすると、監視回路が破壊されてしまう虞がある。それ故、電源部および監視回路間に、監視回路を保護する回路保護装置を設ける必要がある。

特許文献１の回路保護装置は、電源部および監視回路との間を接続する電圧検出用の複数の検出ライン間に接続され、過電圧が印加された際に短絡故障する過電圧保護素子（例えば、ツェナーダイオード）と、複数の検出ラインそれぞれに設けられ、所定電流値以上の電流が検出ラインに流れた際に電源部と監視回路との間の電気的接続を遮断する回路保護素子（例えば、ヒューズ）とを備える。電源部に過電圧が発生した際、過電圧保護素子によって複数の検出ライン間が短絡状態に維持されると共に、回路保護素子によって電源部と監視回路との間の電気的接続を遮断されるので、電源部に発生した過電圧から監視回路を適切に保護することができる。

特開２０１４－７８８３号公報

特許文献１の回路保護装置において、ヒューズ等の回路保護素子によって電源部と監視回路との間の電気的接続が遮断された箇所において、アーク放電等により放電電流が流れる可能性がある。

上記を鑑み、本発明は、回路保護素子の遮断時における放電電流を抑制可能な回路保護装置を提供することを目的とする。

本発明は、電源部の電圧を監視する監視回路を保護する回路保護装置を提供する。この回路保護装置は、前記電源部および前記監視回路との間を接続する電圧検出用の複数の検出ライン間に接続され、過電圧が印加された際に短絡故障する過電圧保護素子と、前記複数の検出ラインそれぞれに設けられ、所定電流値以上の電流が検出ラインに流れた際に前記電源部と前記監視回路との間の電気的接続を遮断する回路保護素子と、前記検出ラインの少なくとも１つに設けられ、前記電源部と前記回路保護素子との間となる位置に配置されるインピーダンスと、を備える。前記過電圧保護素子は、前記電源部に過電圧が発生した際に、短絡故障して前記複数の検出ライン間を短絡状態に維持するように構成される。
前記回路保護素子は、前記電源部に過電圧が発生した際に、前記過電圧保護素子を介して前記検出ライン間に流れる短絡電流によって、前記電源部と前記監視回路との間の電気的接続を遮断するように構成される。前記インピーダンスは、前記短絡電流によって前記回路保護素子が前記電源部と前記監視回路との間の電気的接続を遮断した際に、放電電流の発生を抑制するように構成される。

本発明の回路保護装置は、検出ラインの少なくとも１つにインピーダンスを備える。インピーダンスは、電源部と回路保護素子との間となる位置に配置される。インピーダンスは、抵抗（レジスタンス）およびリアクタンス（誘導性リアクタンスおよび容量性リアクタンス）を含む概念であり、具体的な構成としては抵抗器、インダクタ、キャパシタ等のインピーダンス素子や、インピーダンスとして機能する配線を例示できる。短絡電流によって回路保護素子が電源部と監視回路との間の電気的接続が遮断された際に、インピーダンスの電圧降下により、放電が発生するおそれのある箇所の電界（すなわち、電位差）を低減できるため、放電電流が発生することを抑制できる。破断した回路保護素子に発生する放電電流によって監視回路が破壊される可能性を低減できるため、従来よりも確実に監視回路２２を保護し得る回路保護部２０を提供することができる。

第１実施形態に係る回路保護装置を含む電源システムの全体図。 第１実施形態に係る回路保護装置を含む電池監視装置の要部を示す図。 第１実施形態に係る回路保護装置の機能を説明する図。 変形例に係る回路保護装置を含む電池監視装置の要部を示す図。 第２実施形態に係る回路保護装置を含む電池監視装置の要部を示す図。

（第１実施形態）
第１実施形態では、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される電源システムに、本発明の回路保護装置を適用している。図１に示すように、本実施形態の電源システムは、主たる構成要素として、組電池１、および電池監視装置２を備えている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

組電池１は、図示しない走行用電動モータを主として、車載された各種電気負荷に給電するものであり、本発明の電源部を構成している。本実施形態の組電池１は、リチウムイオン電池等の二次電池からなる電池セル１０を複数直列に接続したもので、互いに隣接する所定数の電池セル１０毎にグループ化した複数の電池ブロックＢ１～Ｂｎの直列接続体として構成されている。

電池監視装置２は、組電池１の電圧等の各種状態を検出して、組電池１を監視する装置であり、電圧検出用の検出ラインＭ等を介して組電池１の各電池セル１０の両端子に接続されている。

本実施形態の電池監視装置２は、主たる構成要素として、回路保護部２０、複数の監視回路２２、制御部２３、絶縁部２４を備えている。

回路保護部２０は、組電池１から監視回路２２を保護する回路保護装置であり、回路保護素子２１１、過電圧保護素子２１２、およびインピーダンス素子２５を備えている。回路保護素子２１１および過電圧保護素子２１２は、同一の回路基板２１上に設けられており、インピーダンス素子２５は、回路基板２１の外に設けられている。なお、後述するように、インピーダンス素子２５は、回路基板２１上に設けられていてもよい。

回路保護素子２１１は、各検出ラインＭに設けられ、所定電流値以上の電流が検出ラインＭに流れた際に組電池１側と監視回路２２との間の電気的接続を遮断する素子である。また、過電圧保護素子２１２は、各検出ラインＭ間に接続され、監視回路２２に印加される電圧を一定電圧に保持する素子である。過電圧保護素子２１２は、過電圧が印加された際に短絡故障する素子によって構成されている。

インピーダンス素子２５は、検出ラインＭの少なくとも１つに設けられ、電源部と回路保護素子２１１との間となる位置に配置される。本実施形態では、各検出ラインＭにそれぞれインピーダンス素子２５が設けられている。

回路保護部２０における回路保護素子２１１、過電圧保護素子２１２、およびインピーダンス素子２５の詳細については後述する。

監視回路２２は、組電池１の電池ブロックＢ１～Ｂｎ毎に対応して複数設けられ、組電池１における電池ブロックＢ１～Ｂｎのブロック電圧や電池セル１０のセル電圧を監視する回路である。本実施形態の監視回路２２は、絶縁部２４を介して組電池１の電圧状態等を示す信号を制御部２３に対して出力するように構成されている。

制御部２３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等からなるマイクロコンピュータ、およびその周辺機器で構成され、ＲＯＭ等の記憶手段に記憶された制御プログラムに従って各監視回路２２の制御処理や組電池１の電圧異常の判定処理等といった各種処理を実行するように構成されている。

絶縁部２４は、各監視回路２２および制御部２３の間を絶縁した状態で、双方向に信号を伝達する信号伝達手段であり、例えば、フォトカプラ等で構成されている。

続いて、本実施形態の回路保護部２０の詳細ついて図２に示す要部構成図を用いて説明する。なお、説明の便宜上、図２では、複数の電池ブロックＢ１～Ｂｎのうち、１つの電池ブロックＢｉ、当該電池ブロックＢｉを監視する監視回路２２、および当該監視回路２２を保護する回路保護部２０を図示している。

本実施形態の過電圧保護素子２１２は、電池ブロックＢｉに発生した過電圧が監視回路２２に印加されることを防止する素子であり、電池ブロックＢｉを構成する電池セル１０の一部に過電圧が発生した際に、当該電池セル１０の両端子に接続された検出ライン間を短絡状態（導通状態）に維持するように構成されている。

本実施形態では、過電圧保護素子２１２をツェナダイオードＺＤで構成しており、図２に示すように、ツェナダイオードＺＤ１～ＺＤｎが、各検出ラインＭ１～Ｍｎ＋１間に接続されている。

本実施形態のツェナダイオードＺＤは、電池セル１０の電圧、および監視回路２２の耐電圧を考慮して降伏電圧（例えば、電池セル１０の満充電電圧の数倍）が設定されている。なお、各ツェナダイオードＺＤ１～ＺＤｎは、電池セル１０の両端子に接続された一対の検出ラインのうち、電池セル１０の高電位側の端子に接続された検出ラインにカソードが接続され、低電位側の端子に接続された検出ラインにアノードが接続されている。

また、本実施形態では、過電圧が印加された際に、短絡故障（ショート故障）する構造のツェナダイオードＺＤを採用している。具体的には、例えば、ツェナダイオードＺＤは、ＰＮ接合型のＩＣチップ、一端側にて当該ＩＣチップを挟持する一対のリードフレーム、ＩＣチップおよびリードフレームの一部を覆う樹脂性の外装部で構成されていてもよい。なお、ツェナダイオードＺＤが、ＩＣチップとリードフレームとをワイヤでボンディングする構造であると、過電圧が印加された際に、ワイヤが破断してオープン故障してしまう可能性がある。このため、一対のリードフレームにてＩＣチップを直接挟持する構造のツェナダイオードＺＤを採用することが好ましい。

続いて、本実施形態の回路保護素子２１１は、過電圧発生時に、過電圧保護素子２１２を介して検出ラインＭ間に流れる短絡電流によって、過電流が発生した電池セル１０の両端子と監視回路２２との間の電気的接続を遮断するように構成されている。つまり、回路保護素子２１１は、過電圧発生時に、過電圧保護素子２１２を介して検出ラインＭ間に流れる短絡電流によって破断する素子を用いている。

具体的には、本実施形態では、回路保護素子２１１を定格電流以上の電流が流れた際に破断するヒューズＦで構成しており、図２に示すように、ヒューズＦ１～Ｆｎ＋１が各検出ラインＭ１～Ｍｎ＋１に設けられている。

本実施形態のヒューズＦは、過電圧にてツェナダイオードＺＤが短絡故障した際に、検出ラインＭに流れる大電流によって破断するように構成されている。つまり、ヒューズＦの定格電流が、過電圧にてツェナダイオードＺＤが短絡故障した際の検出ラインＭに流れる大電流を基準に設定している。なお、ヒューズＦにおける抵抗成分が大きいと、監視回路２２における電圧監視の精度等に影響があるため、小さい抵抗値となるヒューズＦを選定することが望ましい。

本実施形態のインピーダンス素子２５は、検出ラインＭの少なくとも１つに設けられ、組電池１と回路保護素子２１１との間となる位置に配置される。インピーダンス素子２５は、過電圧発生時に、過電圧保護素子２１２を介して検出ラインＭ間に流れる短絡電流によって、回路保護素子２１１が、過電流が発生した電池セル１０の両端子と監視回路２２との間の電気的接続を遮断した際に、回路保護素子２１１において放電電流が発生することを抑制するように構成されている。例えば、インピーダンス素子２５は、過電圧発生時に、過電圧保護素子２１２を介して検出ラインＭ間に流れる短絡電流によって、回路保護素子２１１が、過電流が発生した電池セル１０の両端子と監視回路２２との間の電気的接続を遮断した際に、回路保護素子２１１において放電電流が発生することを抑制するように、その抵抗値やインダクタンス等の電気特性が設計されている。

図２に示すように、本実施形態では、例示的に、インピーダンス素子２５としてインダクタＬを用い、検出ラインＭ１～Ｍｎ＋１の全てにそれぞれインダクタＬ１～Ｌｎ＋１を配置している。具体的には、インダクタＬ１～Ｌｎ＋１は、それぞれ対応するヒューズＦ１～Ｆｎ＋１が破断した際に、その破断したヒューズにおける放電電流の発生を抑制するインダクタンスを有するように設計されている。インダクタＬ１～Ｌｎ＋１のインダクタンスは、例えば、実際にヒューズＦ１～Ｆｎ＋１のいずれかを破断させて求めたアーク電流が流れないようなインダクタンスに基づいて設定する等により、実験的な手法に基づいて設計することができる。

次に、組電池１に過電圧が発生した際の回路保護部２０の作用について説明する。組電池１に過電圧が発生し、ツェナダイオードＺＤ１～ＺＤｎに降伏電圧を超える電圧が印加されると、組電池１およびツェナダイオードＺＤ１～ＺＤｎ間に形成される閉回路に大電流（短絡電流）が流れる。

この際、ツェナダイオードＺＤ１～ＺＤｎが短絡故障すると、組電池１およびツェナダイオードＺＤ１～ＺＤｎ間に形成される閉回路に大電流（短絡電流）が流れ続け、組電池１と監視回路２２との間の電気的接続が遮断される。これによれば、監視回路２２側に過電圧が印加されないので、組電池１にて発生した過電圧から監視回路２２が適切に保護される。

例えば、図２に示す電池ブロックＢｉの２番目に高電位となる電池セル１０に過電圧が発生し、ツェナダイオードＺＤ２に降伏電圧を超える電圧が印加されると、図２に矢印で示すように、電池セル１０、検出ラインＭ２、Ｍ３、およびツェナダイオードＺＤ２で形成される閉回路に大電流（短絡電流）が流れる。

この際、図３（ａ）に示すように、ツェナダイオードＺＤ１～ＺＤｎが短絡故障すると、電池セル１０１およびツェナダイオードＺＤ２間に形成される閉回路に大電流（短絡電流）が流れ続ける。この際、インダクタＬ２には、逆起電力として、短絡電流を妨げる向きの起電力が発生する。図３（ｂ）に示すように、ヒューズＦ２に短絡電流が流れることにより、図３（ｃ）に示すように、ヒューズＦ２が破断すると、電池セル１０と監視回路２２との間の電気的接続が遮断される。この際、インダクタＬ２には、逆起電力として、短絡電流を流し続けようとする向きの起電力が発生する。また、溶断したヒューズＦ２間における電位差は大きくなり、電界も大きくなる。

破断により電気的接続が遮断されたヒューズＦ２において、図３（ｄ）に矢印で示すように、アーク放電等により放電電流が流れる可能性がある。この際、インダクタＬ２には、逆起電力として、放電電流を妨げる向きの起電力が発生する。インダクタＬ２は、対応するヒューズＦ２が破断した際に、ヒューズＦ２における放電電流の発生を抑制するインダクタンスを有するように設計されている。このため、インダクタＬ２において生じる逆起電力により、溶断したヒューズＦ２間の電位差を小さくし、電界を小さくすることができ、放電電流の発生を抑制できる。

以上説明したように、本実施形態の回路保護部２０は、過電圧保護素子２１２と、回路保護素子２１１と、インピーダンス素子２５とを備えている。過電圧保護素子２１２は、過電圧が印加された際に短絡故障する素子によって構成され、組電池１に過電圧が発生した際に、短絡故障して各検出ラインＭ間が短絡状態に維持する。回路保護素子２１１は、組電池１に過電圧が発生した際に過電圧保護素子２１２を介して各検出ラインＭ間に流れる短絡電流によって破断する。これにより、組電池１に過電圧が発生した際に、過電圧保護素子２１２によって各検出ラインＭ間が短絡状態に維持されると共に、回路保護素子２１１によって組電池１と監視回路２２との間の電気的接続を遮断されるので、組電池１に発生した過電圧から監視回路２２を適切に保護することができる。

また、回路保護素子２１１が組電池１と監視回路２２との間の電気的接続を遮断した際に、インピーダンス素子２５の電圧降下により、破断した回路保護素子２１１の破断部における電位差を低減して、破断部間の空間における電界を低減できるため、破断した回路保護素子２１１に放電電流が発生することを抑制できる。破断した回路保護素子２１１に発生する放電電流によって監視回路２２が破壊される可能性を低減できるため、従来よりも確実に監視回路２２を保護し得る回路保護部２０を提供することができる。

また、インピーダンス素子２５は、インダクタＬ１～Ｌｎ＋１であり、回路保護素子２１１が組電池１と監視回路２２との間の電気的接続を遮断した際に、放電電流の発生を抑制するインダクタンスを有するように設計することができる。また、インダクタＬ１～Ｌｎ＋１は、回路保護素子２１１および過電圧保護素子２１２が設けられている回路基板２１には設けられておらず、回路基板２１の外において、組電池１と回路基板２１との間に設けられている。このため、従来のように回路保護素子２１１および過電圧保護素子２１２が設けられている回路基板２１に対して、インダクタＬを追加するだけで本実施形態にかかる回路保護部２０を実現できる。

なお、本実施形態では、過電圧保護素子２１２を過電圧が印加された際に短絡故障するツェナダイオードＺＤで構成しているため、ツェナダイオードＺＤが短絡故障した際に、各検出ラインＭ間に流れる短絡電流によって各検出ラインＭを遮断する回路保護素子２１１であれば使用することができる。このため、回路保護素子２１１の選択肢が増え、回路保護素子２１１の選定が容易となる。

（変形例）
図４に示すように、回路保護素子２１１、過電圧保護素子２１２、およびインダクタＬの全てが同一の回路基板２１上に設けられていてもよい。図４に示す回路保護部２０のようにインダクタＬが回路基板２１上に設けられていても、図２に示す回路保護部２０と同様に、破断した回路保護素子２１１に放電電流が発生することを抑制でき、従来よりも確実に監視回路２２を保護し得る回路保護部２０を提供することができる。監視回路２２と電源部とを備える電源システムに対して、回路保護素子２１１、過電圧保護素子２１２、およびインダクタＬを備える回路基板２１を設置するだけで、本願に係る回路保護装置を備える電源システムを実現できる。

また、インダクタＬは、少なくとも、検出ラインＭの最も高電位側である最上位検出ラインＭ１および最も低電位側である最下位検出ラインＭｎ＋１に設けられていればよい。すなわち、回路保護部２０は、インダクタＬとして、インダクタＬ１およびインダクタＬｎ＋１を少なくとも備えていればよい。

例えば、図１において、電池ブロックＢ１～Ｂｎのそれぞれを互いに接続する結線部材が外れる等した場合に、外れた箇所において過電圧が発生し、その検出ラインに設けられたヒューズが破断する。例えば、電池ブロックＢ１と電池ブロックＢ２とを接続する結線部材が外れると、電池ブロックＢ１の最下位検出ラインＭｎ＋１に設けられたヒューズＦｎ＋１と、電池ブロックＢ２の最上位検出ラインＭ１に設けられたヒューズＦ１が破断する。すると、電池ブロックＢ１では、最下位検出ラインＭｎ＋１から最上位検出ラインＭ１に向かって、ヒューズが連鎖的に破断していく。電池ブロックＢ２では、最上位検出ラインＭ１から最下位検出ラインＭｎ＋１に向かって、ヒューズが連鎖的に破断していく。ヒューズの連鎖的な破断が進行するに従って、過電圧は大きくなる。最終的には、電池ブロックＢ１では、最上位検出ラインＭ１に発生する過電圧が最も大きくなり、ヒューズＦ１が破断する。このため、最上位検出ラインＭ１にインダクタＬ１を設けることにより、放電電流が発生することを抑制できる。また、最終的には、電池ブロックＢ２では、最下位検出ラインＭｎ＋１に発生する過電圧が最も大きくなり、ヒューズＦｎ＋１が破断する。このため、最下位検出ラインＭｎ＋１にインダクタＬｎ＋１を設けることにより、放電電流が発生することを抑制できる。インダクタＬ１およびインダクタＬｎ＋１のみが備えられる場合、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源システムにおいて、組電池１に並列接続された平滑コンデンサに充電された電圧と、ヒューズが連鎖的に破断した後の最終的な電流経路の経路抵抗から、その経路電流を計算することにより、インダクタＬ１およびインダクタＬｎ＋１のインダクタンスを設計できる。

（第２実施形態）
図５の構成図に示すように、第２実施形態に係る回路保護部２０では、インピーダンス素子２５を、インダクタＬに替えて、抵抗器Ｒで構成している点において、図２に示す第１実施形態に係る回路保護部２０と相違している。なお、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

図５に示すように、本実施形態では、例示的に、インピーダンス素子２５として抵抗器Ｒを用い、検出ラインＭ１～Ｍｎ＋１の全てにそれぞれ抵抗器Ｒ１～Ｒｎ＋１を配置している。具体的には、抵抗器Ｒ１～Ｒｎ＋１は、それぞれ対応するヒューズＦ１～Ｆｎ＋１が破断した際に、その破断したヒューズにおける放電電流の発生を抑制する抵抗値を有するように設計されている。抵抗器Ｒ１～Ｒｎ＋１の抵抗値は、第１実施形態に係るインダクタＬ１～Ｌｎ＋１のインダクタンスと同様に、実験的な手法に基づいて設計することができる。

第１実施形態と同様に、例えば、図５に示す電池ブロックＢｉの２番目に高電位となる電池セル１０に過電圧が発生し、ツェナダイオードＺＤ２に降伏電圧を超える電圧が印加されると、電池セル１０、検出ラインＭ２、Ｍ３、およびツェナダイオードＺＤ２で形成される閉回路に短絡電流が流れる。ツェナダイオードＺＤ１～ＺＤｎが短絡故障し、ヒューズＦ２が破断すると、電池セル１０と監視回路２２との間の電気的接続が遮断される。電気的接続が遮断されたヒューズＦ２において、アーク放電等により放電電流が流れる可能性がある。抵抗器Ｒ２は、ヒューズＦ２における放電電流の発生を抑制する抵抗値を有するように設計されている。このため、抵抗器Ｒ２により、溶断したヒューズＦ２間の電位差を小さくし、電界を小さくすることができ、放電電流の発生を抑制できる。

本実施形態のように、インピーダンス素子２５を抵抗器Ｒで構成しても、第１実施形態と同様に、電気的接続が遮断されたヒューズＦにおいて放電電流が発生することを抑制できるという作用効果を奏する。また、抵抗器Ｒ１～Ｒｎ＋１は、回路保護素子２１１および過電圧保護素子２１２が設けられている回路基板２１には設けられておらず、回路基板２１の外において、組電池１と回路基板２１との間に設けられている。このため、従来のように回路保護素子２１１および過電圧保護素子２１２が設けられている回路基板２１に対して、抵抗器Ｒを追加するだけで本実施形態にかかる回路保護部２０を実現できる。

なお、図４に示す回路保護部２０と同様に、回路保護素子２１１、過電圧保護素子２１２、および抵抗器Ｒの全てが同一の回路基板２１上に設けられていてもよい。この場合でも、図４に示す回路保護部２０と同様に、破断した回路保護素子２１１に放電電流が発生することを抑制でき、従来よりも確実に監視回路２２を保護し得る回路保護部２０を提供することができる。監視回路２２と電源部とを備える電源システムに対して、回路保護素子２１１、過電圧保護素子２１２、および抵抗器Ｒを備える回路基板２１を設置するだけで、本願に係る回路保護装置を備える電源システムを実現できる。

また、抵抗器Ｒは、少なくとも、最上位検出ラインＭ１または最下位検出ラインＭｎ＋１のうちのいずれか一方に設けられていればよい。すなわち、回路保護部２０は、抵抗器Ｒとして、抵抗器Ｒ１もしくは抵抗器Ｒｎ＋１のいずれか一方を少なくとも備えていればよい。

例えば、図１において、例えば、電池ブロックＢ１と電池ブロックＢ２とを接続する結線部材が外れると、上述したとおり、最終的には、電池ブロックＢ１では、最上位検出ラインＭ１に発生する過電圧が最も大きくなり、ヒューズＦ１が破断する。電池ブロックＢ２では、最下位検出ラインＭｎ＋１に発生する過電圧が最も大きくなり、ヒューズＦｎ＋１が破断する。このため、抵抗器Ｒ１もしくは抵抗器Ｒｎ＋１のいずれか一方を少なくとも備えていることにより、放電電流の発生を抑制できる。抵抗器Ｒ１もしくは抵抗器Ｒｎ＋１のいずれか一方のみが備えられる場合、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源システムにおいて、組電池１に並列接続された平滑コンデンサに充電された電圧と、ヒューズが連鎖的に破断した後の最終的な電流経路の経路抵抗から、その経路電流を計算することにより、抵抗器Ｒ１もしくは抵抗器Ｒｎ＋１の抵抗値を設計できる。

また、上記の各実施形態では、回路保護素子２１１をヒューズＦで構成する例を説明したが、ヒューズＦに限らず、ヒューズＦと同等の機能を発揮可能な素子であれば、回路保護素子２１１として採用することができる。例えば、過電圧発生時に、過電圧保護素子２１２を介して検出ラインＭ間に流れる短絡電流によって破断する抵抗素子を回路保護素子２１１として用いてもよい。なお、回路保護素子２１１としての抵抗素子は、監視回路２２における電圧検出性能への影響を抑えるために、低い抵抗値を有する低抵抗素子により構成することが望ましい。

上記の各実施形態では、過電圧保護素子２１２をツェナダイオードＺＤで構成する例を説明したが、ツェナダイオードＺＤに限らず、ツェナダイオードＺＤと同等の機能を発揮可能な素子であれば、過電圧保護素子２１２として採用することができる。

上記の各実施形態では、インピーダンスとして、抵抗器またはインダクタを用いた回路保護装置を例示して説明したが、これに限定されない。インピーダンスとしては、抵抗器、インダクタ以外のインピーダンス素子（例えば、キャパシタ）を用いてもよいし、インピーダンスとして機能する配線等を用いてもよい。また、上記に例示したインピーダンスの具体例は、同じ種類のもののみを用いてもよいし、複数の種類を併せて用いてもよい。例えば、インピーダンスとして、インダクタおよび抵抗器の双方を備えた回路保護装置であってもよい。

上記の各実施形態では、本発明の回路保護装置を、車両に搭載される組電池１の電圧を関する監視回路２２に適用する例を説明したが、これに限らず、他の用途に用いられる電源部の電圧を関する監視回路に適用することができる。なお、電源部は電池に限らず、各種電気負荷に給電可能な電源であればよい。

上記の各実施形態によれば、下記の効果を得ることができる。

回路保護部２０は、電源部（例えば、組電池１）の電圧を監視する監視回路２２を保護する回路保護装置として機能する。回路保護部２０は、電源部および監視回路２２との間を接続する電圧検出用の複数の検出ラインＭ間に接続され、過電圧保護素子２１２と、回路保護素子２１１と、インピーダンス素子２５と、を備える。過電圧保護素子２１２は、過電圧が印加された際に短絡故障する素子であり、電源部に過電圧が発生した際に、短絡故障して複数の検出ラインＭ間を短絡状態に維持するように構成される。回路保護素子２１１は、複数の検出ラインＭそれぞれに設けられ、所定電流値以上の電流が検出ラインＭに流れた際に電源部と監視回路２２との間の電気的接続を遮断する素子であり、電源部に過電圧が発生した際に、過電圧保護素子２１２を介して検出ライン間に流れる短絡電流によって、電源部と監視回路２２との間の電気的接続を遮断するように構成されている。

インピーダンス素子２５は、検出ラインＭの少なくとも１つに設けられ、電源部と回路保護素子２１１との間となる位置に配置され、短絡電流によって回路保護素子２１１が電源部と監視回路２２との間の電気的接続を遮断した際に、放電電流の発生を抑制するように構成される。

インピーダンス素子２５は、電流を流れにくくする要素であり、具体的には抵抗器ＲやインダクタＬを例示できる。短絡電流によって回路保護素子２１１が電源部と監視回路２２との間の電気的接続が遮断された際に、インピーダンス素子２５の電圧降下により、電気的接続を遮断した回路保護素子２１１において、放電が発生するおそれのある箇所の電界（すなわち、電位差）を低減できるため、アーク放電等の放電電流が発生することを抑制できる。放電電流によって監視回路２２が破壊される可能性を低減できるため、従来よりも確実に監視回路２２を保護し得る回路保護部２０を提供することができる。

インピーダンス素子２５は、放電電流によって回路保護素子２１１が電源部と監視回路２２との間の電気的接続を遮断した際に、放電電流の発生を抑制するインダクタンスを有するインダクタＬ（より具体的にはインダクタＬ１～Ｌｎ＋１）であってもよい。

インダクタＬは、少なくとも、検出ラインＭの最も高電位側である最上位検出ラインＭ１および最も低電位側である最下位検出ラインＭｎ＋１に設けられることが好ましい。

過電圧保護素子２１２および回路保護素子２１１は、同一の回路基板２１上に設けられ、インダクタＬは、回路基板２１の外に設けられていてもよい。過電圧保護素子２１２および回路保護素子２１１を備える従来の回路基板２１に対してインダクタＬを追加することにより、簡易に、この構成を実現できる。また、過電圧保護素子２１２と、回路保護素子２１１と、インダクタＬとは、同一の回路基板２１上に設けられていてもよい。監視回路２２と電源部とを備える電源システムに回路基板２１を設置するだけで、本願に係る回路保護装置を備える電源システムを実現できる。さらには、インダクタＬは、回路基板２１上および回路基板外の双方に設けられていてもよい。

インピーダンス素子２５は、放電電流によって回路保護素子２１１が電源部と監視回路２２との間の電気的接続を遮断した際に、放電電流の発生を抑制する抵抗値を有する抵抗器Ｒ（より具体的には抵抗器Ｒ１～Ｒｎ＋１）であってもよい。

抵抗器Ｒは、少なくとも、最上位検出ラインＭ１または最下位検出ラインＭｎ＋１のうちのいずれか一方に設けられることが好ましい。

過電圧保護素子２１２および回路保護素子２１１は、同一の回路基板２１上に設けられ、抵抗器Ｒは、回路基板２１外に設けられていてもよい。過電圧保護素子２１２および回路保護素子２１１を備える従来の回路基板２１に対して抵抗器Ｒを追加することにより、簡易に、この構成を実現できる。また、過電圧保護素子２１２と、回路保護素子２１１と、抵抗器Ｒとは、同一の回路基板２１上に設けられていてもよい。監視回路２２と電源部とを備える電源システムに回路基板２１を設置するだけで、本願に係る回路保護装置を備える電源システムを実現できる。さらには、抵抗器Ｒは、回路基板２１上および回路基板外の双方に設けられていてもよい。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１…組電池（電源部）、２０…回路保護部（回路保護装置）、２１…基板、２１１…回路保護素子、２１２…過電圧保護素子、２２…監視回路、２５…インピーダンス素子、Ｍ…検出ライン

Claims (5)

1. 電源部（１）の電圧を監視する監視回路（２２）を保護する回路保護装置であって、
   前記電源部および前記監視回路との間を接続する電圧検出用の複数の検出ライン（Ｍ）間に接続され、過電圧が印加された際に短絡故障する過電圧保護素子（２１２）と、
   前記複数の検出ラインそれぞれに設けられ、所定電流値以上の電流が検出ラインに流れた際に前記電源部と前記監視回路との間の電気的接続を遮断する回路保護素子（２１１）と、
   前記検出ラインの少なくとも１つに設けられ、前記電源部と前記回路保護素子との間となる位置に配置されるインピーダンス（２５）と、を備え、
   前記過電圧保護素子は、前記電源部に過電圧が発生した際に、短絡故障して前記複数の検出ライン間を短絡状態に維持するように構成され、
   前記回路保護素子は、前記電源部に過電圧が発生した際に、前記過電圧保護素子を介して前記検出ライン間に流れる短絡電流によって、前記電源部と前記監視回路との間の電気的接続を遮断するように構成され、
   前記インピーダンスは、前記短絡電流によって前記回路保護素子が前記電源部と前記監視回路との間の電気的接続を遮断した際に、放電電流の発生を抑制するように構成される回路保護装置（２０）。
2. 前記インピーダンスは、前記短絡電流によって前記回路保護素子が前記電源部と前記監視回路との間の電気的接続を遮断した際に、放電電流の発生を抑制するインダクタンスを有するインダクタ（Ｌ１～Ｌｎ＋１）である請求項１に記載の回路保護装置。
3. 前記過電圧保護素子および前記回路保護素子は、同一の回路基板（２１）上に設けられ、
   前記インダクタは、前記回路基板の外または前記回路基板上に設けられ、少なくとも、前記検出ラインの最も高電位側である最上位検出ライン（Ｍ１）および最も低電位側である最下位検出ライン（Ｍｎ＋１）に設けられる請求項２に記載の回路保護装置。
4. 前記インピーダンスは、前記短絡電流によって前記回路保護素子が前記電源部と前記監視回路との間の電気的接続を遮断した際に、放電電流の発生を抑制する抵抗値を有する抵抗器（Ｒ１～Ｒｎ＋１）である請求項１に記載の回路保護装置。
5. 前記過電圧保護素子および前記回路保護素子は、同一の回路基板（２１）上に設けられ、
   前記抵抗器は、前記回路基板の外または前記回路基板上に設けられ、少なくとも、前記検出ラインの最も高電位側である最上位検出ライン（Ｍ１）または最も低電位側である最下位検出ライン（Ｍｎ＋１）のうちのいずれか一方に設けられる請求項４に記載の回路保護装置。

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