JP3945630B2 - 電池電源装置のリレー接点溶着検査方法 - Google Patents

電池電源装置のリレー接点溶着検査方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型のハイブリッド車に必要とされる大きな負荷電力に対応する電池電源装置のリレー接点溶着検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車などの走行駆動用モータの電源として適用される電池電源装置は、複数（例えば、６個）の蓄電池を直列接続して電池モジュールを構成し、更に、複数（例えば、３０個）の電池モジュールを直列接続して組電池ブロックを構成し、この組電池ブロックの動作状態を管理するために、組電池ブロックの電圧、電流、温度を検出し、その検出結果に応じて異常検出や各種制御を行う電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を設けて構成されている。このような電池電源装置は走行駆動用のモータに駆動電力を供給すると共に、車両の発電機からの電力により充電がなされるように構成される。
【０００３】
更に大きな電力が要求される大型車などに対応させるために、前記組電池ブロックと前記ＥＣＵとを組み合わせた組電池システムを直列及び／又は並列に接続することが構想されている。
【０００４】
図１は、６個の組電池ブロック１ａ〜１ｆを直並列に接続して大きな電力要求に対応させた電池電源装置１０の構成を示すものである。各組電池ブロック１ａ〜１ｆにはそれぞれ電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆが接続され、各組電池ブロック１ａ〜１ｆは電流センサ３ａ〜３ｆ及びリレーによる開閉接点４ａ〜４ｆを直列接続して正極端子５ａ〜５ｆ、負極端子６ａ〜６ｆを外部露出させた組電池システムＡ〜Ｆが構成され、各組電池システムＡ〜Ｆの各正極端子５ａ〜５ｆ及び負極端子６ａ〜６ｆを図示するように接続することにより、各組電池ブロック１ａ〜１ｆを２直３並列に接続した状態で正極充放電端子１１と負極充放電端子１２に接続され、車両側の充放電に供することができる。
【０００５】
各組電池システムＡ〜Ｆには、前記電流センサ３ａ〜３ｆ以外に図示しない電圧センサや温度センサが設けられており、前記電池モジュール毎の電圧、組電池ブロック１ａ〜１ｆの充放電電流、電池モジュール毎の電池温度、組電池ブロック１ａ〜１ｆの環境温度をそれぞれ検出し、各センサの検出出力はそれぞれＥＣＵ２ａ〜２ｆに入力される。ＥＣＵ２ａ〜２ｆは入力された電圧、電流、温度の検出出力をもとに組電池ブロック１ａ〜１ｆの動作状態や異常発生を監視すると共に、温度検出出力をもとに組電池ブロック１ａ〜１ｆに設けられた送風装置等の冷却手段を制御する。また、入力された電圧、電流、温度の検出出力からＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ＝電池容量に対する蓄電された電気量）を演算する。このＳＯＣや電圧等の検出出力などは組電池ブロック１ａ〜１ｆの動作状態データとして外部出力して、ハイブリッド車などの場合では車両制御ＥＣＵに入力され、電池電源装置１０に対する充放電制御に利用される。
【０００６】
各組電池システムＡ〜Ｆに設けられた開閉接点４ａ〜４ｆは、組立時や保守時に外部露出する正極端子５ａ〜５ｆ及び負極端子６ａ〜６ｆ、正極充放電端子１１、負極充放電端子１２に触れたときの感電を防止するために、装置の作動時にのみ閉じられるように図示しないリレーによって開閉制御される。また、直列接続された正極側に位置する組電池システムＡ，Ｃ，Ｅの開閉接点４ａ、４ｃ、４ｅには、それと並列に抵抗器８ａ，８ｃ，８ｅを介した副開閉接点７ａ，７ｃ，７ｅが配設され、装置作動時に開閉接点４ａ，４ｃ，４ｅに先立ってオンに制御され、正極充放電端子１１と負極充放電端子１２との間に接続される平滑用コンデンサ３０に充電電流が流れることによる過大な突入電流を制限している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のように、組電池ブロック１ａ〜１ｆの入出力回路を開閉接点４ａ〜４ｆ及び副開閉接点７ａ，７ｃ，７ｅによって開閉するとき、比較的大きな電流を開閉することになるため、接点に溶着が発生することがある。開閉接点４ａ〜４ｆに溶着が発生すると感電防止の目的が果たせないだけでなく、リレーによる開閉接点４ａ〜４ｆの開閉制御により不具合が発生した組電池ブロックを切り離すなどの異常時制御に支障を来すことになる。また、開閉接点４ａ，４ｃ，４ｅの溶着は、突入電流を制限する機能をなくして、過大な突入電流による弊害を発生させることになる。
【０００８】
小型のハイブリッド車のように供給電力が比較的小さい場合には、組電池ブロックは１台であるため、その開閉接点に溶着が発生しているか否かの検査は、図４に示すように、正極充放電端子１５と負極充放電端子１６との間に電圧検出器１７を接続して、開閉接点２４、２５、２６の溶着検査が実施されている。
【０００９】
まず、正極側の副開閉接点２６をオンにして正極充放電端子１５と負極充放電端子１６との間に接続された平滑用コンデンサ１８に充電される突入電流を抵抗器２７によって制限する。このとき電圧検出器１７が組電池ブロック２２の電圧に近似の電圧を検出しなかった場合は負極側の開閉接点２５に溶着はないが、電圧を検出した場合には負極側の開閉接点２５は溶着が生じている、即ち溶着により接点が閉じた状態のままであると判断できる。次に、正極側の開閉接点２４及び副開閉接点２６をオフにして、負極側の開閉接点２５をオンにしたとき、電圧検出器１７に検出された電圧が組電池ブロックの電圧より充分に小さければ正極側の開閉接点２４、副開閉接点２６に溶着はないが、組電池ブロック２２の電圧に近似の電圧が検出されたときには正極側の開閉接点２４又は副開閉接点２６に溶着が生じていると判断できる。
【００１０】
しかし、上記従来技術では電池電源装置２１の外部に電圧検出器１７の配置を必要とし、電圧検出器から電池電源装置２１に電圧検出の有無を伝送する電線路の接続を必要とする課題があった。また、複数の組電池ブロックを用いた場合には、電圧検出器１７を用いた検査方法では、溶着検査に要する時間が長くなる問題があった。
【００１１】
本発明が目的とするところは、上記電圧検出器を用いることなく、複数の組電池システムそれぞれに設けられているリレーによる開閉接点の溶着検査を可能にする電池電源装置のリレー接点溶着検査方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、複数の蓄電池を直列接続した組電池ブロックを複数直列に接続した組電池ブロック群を複数並列に接続して正極充放電端子及び負極充放電端子から車両側の充放電に供し、各組電池ブロックにその動作状態を管理する電池ＥＣＵを接続し、各組電池ブロックの充放電回路にリレーによる開閉接点が設けられ、前記正極充放電端子と負極充放電端子との間には前記車両側において平滑用コンデンサが接続される電池電源装置の前記開閉接点の溶着を検査するリレー接点溶着検査方法であって、前記複数の組電池ブロックは、電池ＥＣＵにより前記開閉接点を閉じると共に充放電回路に検査信号を出力し、他の組電池ブロック群に属する組電池ブロックの電池ＥＣＵは並列接続回路及び前記平滑コンデンサを通じて前記検査信号が入力されたか否かを検出することにより、その組電池ブロック群に属する組電池ブロックの開閉接点の溶着の有無を判定することを特徴とするものである。本発明によるとある組電池ブロック群に属する組電池ブロックが電池ＥＣＵにより開閉接点を閉じると同時に検査信号を出力する動作を実行すると、並列関係にある他の組電池ブロック群に属する組電池ブロックにおいて検査信号の入力があったとき、その組電池ブロック群に属するいずれかの組電池ブロックはその開閉接点が溶着していると判断できる。即ち、開閉接点の溶着により接点が閉じた状態となって検査信号が電池ＥＣＵに入力される伝送路が形成されていることになる。
【００１３】
上記溶着検査方法において、複数の電池ＥＣＵのうち、１台をマスターに、その他をスレーブに設定し、各電池ＥＣＵに通信手段を設けると共に各電池ＥＣＵを通信ラインで接続し、スレーブ電池ＥＣＵは開閉接点の検査結果を通信手段により通信ラインを通じてマスター電池ＥＣＵに伝送することにより、マスター電池ＥＣＵにより各リレー接点の溶着検査の結果を収集し、それを当該電池電源装置を使用する装置に報知することができる。
【００１４】
また、電池電源装置を駆動用電源とする車両側に通信接続してネットワークを構成し、検査結果を車両側に伝送するように構成すると、車両側はリレー接点の溶着を認知して対処制御を実施することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。尚、従来構成と共通する構成及び構成要素には同一の符号を付している。
【００１６】
本実施形態は、モータとエンジンとを併用して走行するハイブリッド車、特に大型ハイブリッド車の走行駆動用電源に適用した電池電源装置について示すものである。大型ハイブリッド車が必要とする大きな負荷電力に対応させるために、本実施形態に係る電池電源装置１０は、図１に示すように、６個の組電池ブロック１ａ〜１ｆを用いて、組電池ブロック１ａと組電池ブロック１ｂ、組電池ブロック１ｃと組電池ブロック１ｄ、組電池ブロック１ｅと組電池ブロック１ｆとをそれぞれ直列接続し、更に直列接続された３組の組電池ブロック群を並列に接続した直並列接続により、大きな出力電圧と出力電流が供給できるように構成されている。
【００１７】
前記組電池ブロック１ａ〜１ｆは、ニッケル−水素蓄電池を６個直列接続した電池モジュールを更に４０個直列接続したもので、電流センサ３ａ〜３ｆ及び図示しない電圧センサ、温度センサ等の検出手段や電池を冷却するための冷却ファンを設けて構成されている。また、各組電池ブロック１ａ〜１ｆにはそれぞれ電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆが接続され組電池システムＡ〜Ｆに構成される。
【００１８】
前記電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆは、電流センサ３ａ〜３ｆ及び電圧センサ、温度センサによって検出される組電池ブロック１ａ〜１ｆの充放電電流及び電圧、電池モジュール単位での電圧及び温度、組電池ブロック１ａ〜１ｆを冷却する空気温度（環境温度）をもとに組電池ブロック１ａ〜１ｆの動作状態を監視し、冷却ファンの回転を制御すると共に、電圧、電流、温度の検出値から電池容量に対して蓄電された電気量であるＳＯＣを演算し、これが適正な状態に維持されるような充電及び放電の状態が得られるように車両側の制御装置である車両ＥＣＵに要求する。また、電圧、電流、温度のデータやＳＯＣの演算結果は動作状態情報として前記車両ＥＣＵに出力される。
【００１９】
また、各組電池ブロック１ａ〜１ｆには、それと直列にリレーによる開閉接点４ａ〜４ｆが配設され、組立時や保守時に作業者が正極端子５ａ〜５ｆ及び負極端子６ａ〜６ｆ、正極充放電端子１１、負極充放電端子１２に触れたときに感電することを防止している。また、直列接続された正極側となる組電池ブロック１ａ，１ｃ，１ｅには、開閉接点４ａ，４ｃ，４ｅを並列に抵抗器８ａ，８ｃ，８ｅを介した副開閉接点７ａ，７ｃ，７ｅが配設され、電池電源装置１０の始動時に副開閉接点７ａ，７ｃ，７ｅを先にオンに制御して、図２に示すように、正極充放電端子１１と負極充放電端子１２との間に接続される平滑用コンデンサ３０に充電される過大な突入電流を制限している。
【００２０】
上記開閉接点４ａ〜４ｆ及び副開閉接点７ａ，７ｃ，７ｅは大きな電流を開閉するため、接点に溶着が発生する恐れがある。そこで、電池電源装置１０の始動時、即ちハイブリッド車の走行開始時に電池電源装置１０から駆動電力の供給を開始するとき、開閉接点４ａ〜４ｆ及び副開閉接点７ａ，７ｃ，７ｅの溶着検査を自動的に実施する。以下、溶着検査方法について説明する。
【００２１】
電池電源装置１０をハイブリッド車に搭載するとき、図２に示すように、正極充放電端子１１と負極充放電端子１２との間に平滑用コンデンサ３０とインバ−タ３１が接続される。インバータ３１は電池電源装置１０からの直流電力を交流電力に変換して走行駆動用モータ３２を回転駆動する。
【００２２】
また、各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆには、図３に示すように、接点の溶着を検査するための検査信号を出力する検査信号発信回路３５と、検査信号の有無や正弦波の波高値を検出する検査信号受信回路３６とが電池ＥＣＵ２内のマイコン３４に接続される。尚、各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆ及び組電池ブロック１ａ〜１ｆは同一の回路構成がなされているので、図３では電池ＥＣＵ２、組電池ブロック１として符号を付している。前記検査信号発信回路３５は、マイコン３４から出力される信号を波形成形及びゲイン調整して所定波高値の正弦波を電池ブロック１の負極側に出力する。また、前記検査信号受信回路３６は、他の電池ＥＣＵ２から出力された検査信号が電池ブロック１に負極側に伝送されてきたか否かを検出するもので、基本的にバンドパスフィルタとして構成されている。
【００２３】
溶着検査は６台の組電池システムＡ〜Ｆについて、１台から検査信号を発信して、他の５台は検査信号が受信されたか否かを検出する。検査順序は任意である。例えば、組電池システムＡを発信側とした場合、電池ＥＣＵ２ａは開閉接点４ａ又は副開閉接点７ａをオンに制御すると同時に、前記検査信号発信回路３５から検査信号を出力し、組電池システムＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆの各開閉接点４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ及び複開閉接点７ｃ，７ｅの溶着の有無を検査する。尚、組電池システムＢは組電池システムＡと直列接続されているため開閉接点４ｂの溶着の有無に関係なく検査信号を検出する。この検査信号は閉じられた開閉接点４ａ又は副開閉接点７ａを通じて並列位置にある組電池システムＣ，Ｅに、更に正極充放電端子１１、平滑用コンデンサ３０、負極充放電端子１２を通じて直列位置にある組電池システムＢ，Ｄ，Ｆに伝送される。
【００２４】
このとき、組電池システムＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆに検査信号が受信されなければ、組電池システムＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆの開閉接点４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ及び複開閉接点７ｃ，７ｅには溶着がないことが確認される。次いで、組電池システムＣを発信側として同様の操作を行って組電池システムＡ，Ｂ，Ｅ，Ｆに検査信号が受信されなければ、全ての組電池システムＡ〜Ｆに溶着はないと判定される。
【００２５】
組電池システムＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆのうち、例えば組電池システムＤの開閉接点４ｄが溶着していた場合には、伝送されてきた検査信号が電池ＥＣＵ２ｄに入力され、検査信号受信回路３６を通じてマイコン３４に検出される。同時に組電池システムＤに直列接続されている組電池システムＣも検査信号を受信するため、組電池システムＣと組電池システムＤのいずれの開閉接点４ｃ，４ｄ及び複開閉接点７ｃに溶着が生じているかは判定することはできないが、組電池システムＣ，Ｄの少なくとも一方に溶着が生じていることが分かる。
【００２８】
この検査を自動的に実行させるには、組電池システムＡ〜Ｆのうちの１台をマスターとし、他の５台をスレーブに設定し、各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆに通信手段を設けて相互に通信ラインで接続する。例えば、組電池システムＡの電池ＥＣＵ２ａをマスターとすると、電池ＥＣＵ２ａの制御で自らと他の組電池システムＢ〜Ｆに検査信号発信を割り当て、検査結果を通信ラインを通じて収集することができる。通信ラインは車両側の制御ネットワークに接続することができるので、マスターとする電池ＥＣＵ２ａから溶着検査の結果を車両側に伝送して、対処制御あるいは点検修理のデータとすることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、電池電源装置の外部に電圧検出器などを配置することなく各組電池ブロックに接続されたリレーによる開閉接点の溶着を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池電源装置の構成を示すブロック図。
【図２】電池電源装置の外部接続構成を示すブロック図。
【図３】溶着検査を行う電池ＥＣＵ内の構成を示すブロック図。
【図４】従来技術に係る溶着検査の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ａ〜１ｆ 組電池ブロック
２ａ〜２ｆ 電池ＥＣＵ
４ａ〜４ｆ 開閉接点
７ａ，７ｃ，７ｅ 副開閉接点
１０ 電池電源装置
１１ 正極充放電端子
１２ 負極充放電端子
３０ 平滑用コンデンサ
３４ マイコン
３５ 検査信号発信回路
３６ 検査信号受信回路

Claims (3)

  1. 複数の蓄電池を直列接続した組電池ブロックを複数直列に接続した組電池ブロック群を複数並列に接続して正極充放電端子及び負極充放電端子から車両側の充放電に供し、各組電池ブロックにその動作状態を管理する電池ＥＣＵを接続し、各組電池ブロックの充放電回路にリレーによる開閉接点が設けられ、前記正極充放電端子と負極充放電端子との間には前記車両側において平滑用コンデンサが接続される電池電源装置の前記開閉接点の溶着を検査するリレー接点溶着検査方法であって、前記複数の組電池ブロックは、電池ＥＣＵにより前記開閉接点を閉じると共に充放電回路に検査信号を出力し、他の組電池ブロック群に属する組電池ブロックの電池ＥＣＵは並列接続回路及び前記平滑コンデンサを通じて前記検査信号が入力されたか否かを検出することにより、その組電池ブロック群に属する組電池ブロックの開閉接点の溶着の有無を判定することを特徴とする電池電源装置のリレー接点溶着検査方法。
  2. 複数の電池ＥＣＵのうち、１台をマスターに、その他をスレーブに設定し、各電池ＥＣＵに通信手段を設けると共に各電池ＥＣＵを通信ラインで接続し、スレーブ電池ＥＣＵは開閉接点の検査結果を通信手段により通信ラインを通じてマスター電池ＥＣＵに伝送する請求項１に記載の電池電源装置のリレー接点溶着検査方法。
  3. 通信ラインを車両側に接続してネットワークを構成し、検査結果を車両側に伝送する請求項２に記載の電池電源装置のリレー接点溶着検査方法。
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