JP4171449B2 - Power supply for vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、車両を走行させるのに使用する車両用の電源装置に関し、特に制御回路に何らかの異常が生じても走行用バッテリの保護を確実に行える車両用の電源装置に関する。 The present invention relates to a vehicular power supply device used for running a vehicle, and more particularly to a vehicular power supply device that can reliably protect a running battery even if some abnormality occurs in a control circuit.
電源装置は、電池又は素電池を直列又は並列に接続した電源モジュールの個数を多くして出力電流を大きくでき、また、直列に接続する直列の個数で出力電圧を高くできる。特に、大出力が要求される用途、例えば自動車等の車両、自転車、工具等に使用される電源装置においては、複数の電池を直列に接続して出力を大きくする構造がとることができる。例えば、ハイブリッドカーや燃料電池車等のようにモータで走行される車両用の電源装置に使用される大電流、大出力用の電源は、複数の電池を直列に連結した電源モジュールをさらに直列に接続して出力電圧を高くしている。駆動モータの出力を大きくするためである。 The power supply device can increase the output current by increasing the number of power supply modules in which batteries or unit cells are connected in series or in parallel, and can increase the output voltage by the number of series connected in series. In particular, in a power supply device used in applications requiring high output, for example, vehicles such as automobiles, bicycles, and tools, a structure in which a plurality of batteries are connected in series to increase output can be employed. For example, a high-current, high-output power source used in a power supply device for a vehicle that is driven by a motor, such as a hybrid car or a fuel cell vehicle, further includes a power supply module in which a plurality of batteries are connected in series. The output voltage is increased by connecting. This is to increase the output of the drive motor.
このような電源装置においては、電池の状態を監視し、電池に異常が検出されると出力を低減したり、電源を強制的にOFFに切り替える安全回路が備えられている。例えば電池の発熱や電流量、電圧量が一定値を超えた場合に、異常と判定して必要な処理に移行するよう構成される。このような制御は、電源装置の制御回路で行われる。例えば制御回路は、電流センサ、電圧センサ、温度センサ等の検出部と接続され、これらの検出部から送出される電流値、温度などの検出信号やこれらの検出時間といったパラメータに基づいて正常/異常を判定する。 Such a power supply device is provided with a safety circuit that monitors the state of the battery and reduces the output when an abnormality is detected in the battery or forcibly turns off the power supply. For example, when the heat generation of the battery, the amount of current, and the amount of voltage exceed a certain value, it is determined that the battery is abnormal and shifts to necessary processing. Such control is performed by a control circuit of the power supply device. For example, the control circuit is connected to a detection unit such as a current sensor, a voltage sensor, or a temperature sensor, and normal / abnormal based on parameters such as a detection signal such as a current value and temperature sent from these detection units, and a detection time thereof. Determine.
図1に、安全回路を備える車両用の電源装置のブロック図を示す。この図の電源装置は、走行用バッテリ31の出力側にコンタクタ32を接続し、このコンタクタ32にインバータ回路33を介してモータ34を接続している。インバータ回路33には入力側に大容量のコンデンサ35を接続している。コンタクタ32は、イグニッションスイッチをオンに切り換えるとオンに切り換えられて、走行用バッテリ31の出力をモータ34に供給できる状態とする。コンタクタ32は、イグニッションスイッチがオフに切り換えられるときに、あるいは異常な状態となって走行用バッテリ31の出力を遮断する必要があるときには、強制的にオフに切り換えられる。コンタクタの制御は、制御回路が行う。制御回路は検出部と接続されており、検出部から送出される検出信号に基づいて、必要な処理を行う。例えば、走行用バッテリの温度が所定値よりも高くなると、電流量を制限したり、コンタクタを開放して電源の使用を強制的に中止するといった処理を行う。この電源装置では、制御回路が正常に動作する限り、コンタクタの開閉など必要な処理を講じて走行用バッテリを保護できる。
しかしながら、制御回路自体に何らかの異常やエラー、不具合等により、センサからの出力が異常値を示しているにも拘わらず、異常信号が正常を示したままで必要な動作に移行できない事態が生じ得る。このような異常状態が継続されると、例えば走行用バッテリの電池温度が高くなっているにも拘わらずコンタクタが開放されず、大電流が通電し続け過負荷となって寿命が短くなったり、必要な出力を継続できなくなるおそれが生じる。車両に搭載される電源装置は、例えばひとつの故障の影響を少なくして、故障による弊害をできるかぎり少なくすることが特に大切である。それは、車両が走行できる状態であるにもかかわらず、いずれかの回路が故障して走行できないようにしても、また反対に走行できない状態であるにもかかわらず、走行させても弊害が発生するからである。この弊害は、全ての回路を2系統に設け、故障すると別系統の回路に切り換えて解消できる。しかしながらこの方法では製造コストが倍になり、かつ制御が複雑化することから現実的でない。 However, due to some abnormality, error, malfunction or the like in the control circuit itself, there may occur a situation in which the abnormal signal cannot be shifted to a necessary operation while the abnormality signal remains normal even though the output from the sensor indicates an abnormal value. If such an abnormal state continues, for example, the contactor is not opened despite the battery temperature of the battery for running is high, a large current continues to be energized and becomes overloaded, shortening the life, The necessary output may not be continued. In a power supply device mounted on a vehicle, for example, it is particularly important that the influence of one failure is reduced to minimize the adverse effects caused by the failure. Even if the vehicle is in a state where it can run, even if one of the circuits breaks down so that it cannot run, or vice versa, even if it is in a state where it cannot run, it will cause adverse effects. Because. This problem can be solved by providing all the circuits in two systems and switching to another system if a failure occurs. However, this method is not practical because the manufacturing cost is doubled and the control is complicated.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、走行用バッテリの制御回路に異常が生じた場合でも異常を検出して必要な処理に移行できる安全回路を備えた車両用の電源装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems. A main object of the present invention is to provide a power supply device for a vehicle including a safety circuit that can detect an abnormality and shift to a necessary process even when an abnormality occurs in a control circuit of a traveling battery.
上記の問題を達成するために、本発明の車両用の電源装置は、一以上の走行用バッテリ1と、走行用バッテリ1の状態を検出して検出信号を生成し出力するための検出部と、検出部からの検出信号に基づいて走行用バッテリ1の異常を判定するための制御部とを備える。この車両用の電源装置は、制御部が、主制御回路71と副制御回路72を備えており、主制御回路71の出力側と車両20との間には、主制御回路71と車両20とで通信するための通信回路が接続されている。主制御回路71が、検出部からの検出信号出力に基づいて走行用バッテリ1の異常判定を行い、規制信号を生成すると共に、副制御回路72が、主制御回路71から出力される規制信号と、検出信号とを監視して規制信号の妥当性を判定し、該判定結果に異常判定が認められると、副制御回路72は、異常判定の信号を主制御回路71に送出して走行用バッテリ1の保護動作を実行する。更に、主制御回路71は、副制御回路72からの異常判定の信号に基づき、車両20が走行用バッテリ1を使用しないように要求する電源出力信号を通信回路を介して車両20側に送出する。これにより、主制御回路が生成する規制信号の妥当性を副制御回路が監視し、妥当でない場合は副制御回路が主制御回路に変わって必要な処置を行うため、主制御回路自体に異常が生じても確実に保護動作を行わせることができ、信頼性及び安全性に優れた車両用の電源装置を実現できる。
In order to achieve the above-described problem, a power supply device for a vehicle according to the present invention includes at least one traveling
さらにまた、本発明の他の車両用の電源装置は、規制信号が、正常/異常の区別を周波数の変化で表現する。これにより、周波数に基づいて信号の種別を容易に判定できる。 Furthermore, in another power supply apparatus for a vehicle of the present invention, the restriction signal expresses normal / abnormal distinction by a change in frequency. Thereby, the type of signal can be easily determined based on the frequency.
さらにまた、本発明の他の車両用の電源装置は、検出部が、走行用バッテリ1の電流を検出する電流センサ48、走行用バッテリ1の電圧を検出する電圧センサ42、走行用バッテリ1の温度を検出する温度センサ44、又はこれらのセンサの検出時間を計時する計時タイマの少なくともいずれかである。これにより、各種センサからのパラメータに基づいて走行用バッテリの状態を確実に判定できる。
Furthermore, in another power supply device for a vehicle according to the present invention, the detection unit includes a
以上のように、本発明の車両用の電源装置によれば、走行用バッテリの主制御回路に何らかの異常が生じた場合でも、走行用バッテリの保護動作に移行できる。それは、副制御回路を設けることにより、副制御回路側で主制御回路の判定が妥当か否かを判定し、異常が発見されれば副制御回路側で必要な動作を行うよう構成しているからである。これにより、信頼性及び安全性に優れた車両用の電源装置が実現される。 As described above, according to the vehicle power supply device of the present invention, even when some abnormality occurs in the main control circuit of the traveling battery, it is possible to shift to the protection operation of the traveling battery. It is configured to determine whether or not the determination of the main control circuit is appropriate on the sub control circuit side by providing the sub control circuit, and to perform necessary operations on the sub control circuit side if an abnormality is found. Because. Thereby, the power supply device for vehicles excellent in reliability and safety is realized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は車両用の電源装置を以下のものに特定しない。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a vehicle power supply device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the vehicle power supply device as follows. Moreover, the member shown by the claim is not what specifies the member of embodiment. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
図2に示す車両用の電源装置は、車両に搭載されて車両を走行させるモータ(図示せず)に電力を供給する走行用バッテリ1と、この走行用バッテリ1の出力側に接続しているコンタクタ6と、コンタクタ6をオンオフ制御し、異常時に走行用バッテリ保護のための所定の保護動作を行うための保護部を内蔵する制御回路7と、走行用バッテリ1の電池モジュール2の電圧を検出する電圧検出回路3とを備えている。
The vehicle power supply device shown in FIG. 2 is connected to a traveling
走行用バッテリ1は、複数の電池モジュール2を直列に接続して出力電圧を高くしている。図2の電源装置は、走行用バッテリ1を2組のバッテリブロック1Aで構成し、全体の電池モジュール2を2組のバッテリブロック1Aに分割している。2組のバッテリブロック1Aを構成する電池モジュール2の電圧を検出するために、検出ユニット3は2組の電圧温度検出回路(VT)3A,3Bで構成している。各々の電圧温度検出回路3A,3Bはバッテリブロック1Aに接続されて、ひとつの電圧温度検出回路3Aがひとつのバッテリブロック1Aの電池モジュール2の電圧を検出する。図2の電源装置は、バッテリブロック1Aと電圧検出回路3を2組で構成しているが、3組以上のバッテリブロックと電圧温度検出回路で構成することもできる。
The traveling
走行用バッテリ1は、複数の電池モジュール2を直列に接続している。電池モジュール2は、複数の二次電池を直列に接続している。例えば、電池モジュール2は、5個のニッケル水素電池を直列に接続している。この走行用バッテリ1は、全体で250個のニッケル水素電池を直列に接続して、出力電圧を300Vとしている。電池モジュールは、必ずしも5個の電池を直列に接続するものではなく、例えば、4個以下、あるいは6個以上の二次電池を直列に接続することもできる。また、二次電池にはニッケル水素電池に特定せず、リチウムイオン二次電池やニッケルカドミウム電池等の充電できる他の二次電池も使用できる。さらに、走行用バッテリは、必ずしも全体で50個の電池モジュールを直列に接続する必要はなく、これよりも少なく、あるいは多くの電池モジュールを直列に接続することができる。
The traveling
本実施例では50個の電池モジュール2を各々25個ずつ直列に接続して2組のバッテリブロック1Aを構成する。各バッテリブロック1Aは各電圧温度検出回路3A,3Bにより電池モジュール2の電圧を検出する。
In the present embodiment, each of the 50
電圧温度検出回路3は、2組の電圧温度検出回路3A,3Bからなり、各々の電圧温度検出回路3A,3Bは、電圧を検出する電池モジュール2を切り換えるマルチプレクサ(図示しない)と、このマルチプレクサで切り換えられる接続点の電圧を検出する電圧検出部とを備える。この電圧温度検出回路3A,3Bは、マルチプレクサで電池モジュール2を切り換えて各々の電池モジュール2の電圧を検出する。
The voltage
マルチプレクサは、電圧を検出する接続点を切り換えて、順番に全ての電池モジュール2の電圧を検出する。したがって、マルチプレクサは、出力側を電圧検出部の入力側に接続して、電圧検出部が検出する電池モジュール2を順番に切り換える。
The multiplexer switches the connection point for detecting the voltage and detects the voltages of all the
ところで、マルチプレクサを内蔵するICは、2チャンネル、4チャンネル、8チャンネルと、チャンネル数を2倍単位で多くするものが一般的である。マルチプレクサは、ひとつのバッテリブロック1Aを構成する全ての電池モジュール2の電圧を切り換えて検出するために、バッテリブロック1Aに含まれる電池モジュール2の個数よりも多いチャンネル数のものを使用する。このため、マルチプレクサ4には使用されないチャンネルができる。
By the way, ICs with a built-in multiplexer generally have 2 channels, 4 channels, 8 channels, and the number of channels is increased by a factor of two. In order to switch and detect the voltages of all the
例えば、32チャンネルのマルチプレクサが25個の電池モジュール2を切り換える場合、マルチプレクサの2〜8チャンネルは、電池モジュール2の計測に使用されない。
For example, when a 32-channel multiplexer switches 25
図2の電源装置は、電池モジュール2の電圧検出に使用されないで残る余分のチャンネルを、コンタクタ6の入力電圧と出力電圧の検出に使用する。したがって、この電源装置は、コンタクタ6の入力電圧と出力電圧を検出するために専用の検出回路を設ける必要がない。
The power supply apparatus of FIG. 2 uses the remaining channels that are not used for voltage detection of the
マルチプレクサは、多チャンネルの入力端子を、直列に接続している電池モジュール2の接続点に接続している。接続点の電圧は、各々の電池モジュール2の両端の電圧となる。したがって、電池モジュール2の電圧は、両端の接続点の電圧の差から検出される。
The multiplexer has a multi-channel input terminal connected to the connection point of the
図2の電源装置は、制御回路7でコンタクタ6の出力電圧を検出し、かつ2組の電圧温度検出回路3A,3Bでもって、コンタクタ6の出力電圧と入力電圧を検出する。すなわち、コンタクタ6の入力電圧と出力電圧を3組の検出回路で検出する。コンタクタ6の出力電圧は、制御回路7と2組の電圧温度検出回路3A,3Bで検出され、コンタクタ6の入力電圧は、各々の電圧温度検出回路3A,3Bで検出される。例えば、コンタクタ6の電池側電圧を電圧検出線3bで計測し、コンタクタ6の外部電圧を電圧検出線7aで計測する。これらの値が略等しい場合、コンタクタ6は閉じていると判断可能である。
2 detects the output voltage of the contactor 6 with the control circuit 7, and detects the output voltage and the input voltage of the contactor 6 with the two sets of voltage
この電源装置は、3組の検出回路のいずれかひとつが電圧を検出できなくなっても、コンタクタ6の溶着を検出できる。例えば、制御回路7がコンタクタ6の出力電圧を検出できなくなると、電圧温度検出回路3A,3Bで、コンタクタ6の出力電圧と入力電圧を検出する。ひとつの電圧温度検出回路3A,3Bが電圧を検出できなくなると、コンタクタ6の出力電圧を制御回路7で検出し、コンタクタ6の入力電圧は他方の電圧温度検出回路3Aもしくは3Bで検出する。各々の電圧温度検出回路3A,3Bは、コンタクタ6の入力電圧を検出できるように、余剰チャンネルの入力端子をコンタクタ6のプラスの入力側とマイナスの入力側に接続している。したがって、コンタクタ6の入力電圧は、いずれかの電圧温度検出回路3A,3Bが電圧を検出できなくなっても、他方の電圧温度検出回路3A,3Bで検出される。ただ、コンタクタ6の出力電圧は、両方の電圧温度検出回路3A,3Bが正常に電圧を検出する状態で検出される。プラス側の電圧温度検出回路3Aが、コンタクタ6のプラス側の出力電圧のみを検出し、マイナス側の電圧温度検出回路3Bが、コンタクタ6のマイナス側の出力電圧のみを検出するからである。出力電圧は電圧検出回路3と制御回路7の両方で検出されるので、一方の電圧温度検出回路3A,3Bが電圧を検出できなくなっても、コンタクタ6の出力電圧は制御回路7で検出される。したがって、一方の電圧温度検出回路3A,3Bが電圧を検出できなくなっても、コンタクタ6の出力電圧は制御回路7で検出され、コンタクタ6の入力電圧は故障していない他方の電圧温度検出回路3B,3Aで検出される。したがって、図2の電源装置は、2組の電圧温度検出回路3A,3Bとひとつの制御回路7のいずれかひとつが電圧を検出できなくなっても、残りの2組の検出回路でコンタクタ6の出力電圧と入力電圧を検出できる。コンタクタ6の溶着は、コンタクタ6の入力電圧と出力電圧を検出して検出できる。それは、コンタクタ6がオフになって電流を遮断する状態になると、溶着でない場合は入力電圧に比較して検出電圧が低くなるからである。
This power supply device can detect welding of the contactor 6 even if any one of the three detection circuits cannot detect the voltage. For example, when the control circuit 7 cannot detect the output voltage of the contactor 6, the voltage
次に、制御回路7が各種センサからの検出データに基づいて、保護回路を制御する様子を示したブロック図を図3及び図4に示す。図3に示すブロック図は、電圧センサ42などの各種センサ類を接続した検出ユニット3と、電流センサ48を接続した電流検出回路49と、これらの入力に基づいて走行用バッテリの制御を行う制御回路7と、保護回路としてコンタクタ6を制御するコンタクタ遅延回路62と、コンタクタ6とを備える。また制御回路7は、その出力側に車両30側と通信するための通信回路(CAN)52と、走行用バッテリを車両が使用しないように要求する電源出力オフ駆動回路(BPOR)54とを接続している。検出ユニット3は検出部の一形態であり、走行用バッテリの電圧を検出する電圧センサ42、走行用バッテリの温度を検出する温度センサ44、走行用バッテリ温度に応じて抵抗値を変化させるPTC素子46等の感熱素子と接続され、これらセンサ類の出力に基づいて電池電圧や温度、あるいは測定に要した時間などを演算する。そして演算結果を制御回路7に送出する。また、電流センサ48と接続された電流検出回路49も、同様に電流検出信号を生成して制御回路7に送出する。図3では検出ユニット3を一のみ図示するが、図2及び図4に示す電圧温度検出回路(VT)3A、3Bのように複数設けてもよい。複数に分割された電圧温度検出回路3A、3Bは、各々異なる電池の状態検出に使用する。ただ、いずれか一方の電圧温度検出回路3Aが故障した場合でも他方の電圧温度検出回路3Bで電池状態の検出を維持できるようにしてもよい。
Next, FIGS. 3 and 4 are block diagrams showing how the control circuit 7 controls the protection circuit based on detection data from various sensors. The block diagram shown in FIG. 3 is a control unit that controls a traveling battery based on these inputs, a
図4は、制御部である制御回路7に、主制御回路71に加えて副制御回路72を持たせている。主制御回路71は、単体で制御回路7の機能を実現する。以下に詳細に説明するように、副制御回路72は、主制御回路71の生成する規制信号の妥当性を判定し、規制信号が妥当でないと判定した場合に主制御回路71に代わって必要な動作を行うバックアップ回路として機能する。この副制御回路72は、主制御回路71を構成するメインマイコン(MMC)に対して、サブマイコン(SMC)としてハードウェア的に構成することもできるが、ソフトウェア的に実現することもできる。本明細書において主制御回路、副制御回路などの回路とは、ハードウェア的な構成のみならず、ソフトウェアによる実現も包含する意味で使用する。 In FIG. 4, the control circuit 7 which is a control unit has a sub control circuit 72 in addition to the main control circuit 71. The main control circuit 71 realizes the function of the control circuit 7 as a single unit. As will be described in detail below, the sub control circuit 72 determines the validity of the restriction signal generated by the main control circuit 71, and is necessary in place of the main control circuit 71 when it is determined that the restriction signal is not valid. It functions as a backup circuit that operates. The sub control circuit 72 can be configured as a hardware as a sub microcomputer (SMC) with respect to the main microcomputer (MMC) constituting the main control circuit 71, but can also be realized as software. In this specification, circuits such as a main control circuit and a sub-control circuit are used in a sense that includes not only hardware configuration but also software implementation.
図4の動作をより詳細に説明すると、電流センサ48、温度センサ44、PTC素子46などの検出素子から送出される検出信号を、検出部である2つの電圧温度検出回路(VT)3A、3Bで受信してそれぞれ主制御回路71及び副制御回路72に送出する。一方、電流センサ48及びシャント回路50の出力も、各々主制御回路71及び副制御回路72に送出される。ここでシャント回路50は、本電源装置に入出力する電流を正確に積算検出するために使用する。
The operation of FIG. 4 will be described in more detail. The detection signals sent from the detection elements such as the
主制御回路71は、これら電圧温度検出回路3A、3B、電流検出回路49からの検出信号に基づいて、走行用バッテリの状態が正常か否かを判定し、異常信号を生成する。異常信号は、電源装置の走行用バッテリの状態に異常が生じているか否かを示す信号である。また異常信号は、異常の程度が軽微な場合、重大な場合といった異常の程度に応じて、主制御回路71における処理が異なるように設定することもできる。例えばモジュール間相互の電池残量にばらつきが生じて実使用可能量が減少した場合等、異常が軽微な場合には電源電力の使用量を制限する。このような電力制限信号については後述する。一方、電池残量がほぼゼロに達したにもかかわらず更に放電が行われた場合等、異常が重大な場合は、以下のような処理を行う。即ち、通信回路52を通じて電源装置側と車両30側とで通信を行い、現在の走行用バッテリの状態を通知し、また出力端子から、異常信号に基づいて生成される電源出力オフ信号(BPOR信号)を電源出力オフ駆動回路54で車両30側に送出する。さらに、主制御回路71は、コンタクタ開放指示を出して、コンタクタ遅延回路62を駆動して、所定時間経過後にコンタクタ6を開放する。
The main control circuit 71 determines whether or not the traveling battery is normal based on the detection signals from the voltage
一方、副制御回路72においても、主制御回路71と同様に、これら電圧温度検出回路3A、3B、電流検出回路49からの検出信号に基づいて、走行用バッテリの状態が正常か否かを判定し、電源装置の走行用バッテリの状態に異常が生じているか否かを示す異常信号を生成する。
On the other hand, in the sub control circuit 72 as well, as in the main control circuit 71, it is determined whether or not the state of the running battery is normal based on the detection signals from the voltage
以上の制御回路7は、走行用バッテリの状態が正常か否かの異常信号に基づいて、制御回路7の必要な制御指示(コンタクタ開放指示、電力制限指示等)による制御が実行されているかを判定し、制御が実行されていない場合、制御不実行として、コンタクタ開放指示を出すバックアップ機能を備えている。この構成を、さらに図4に基づいて以下に、詳しく説明する。 The above control circuit 7 determines whether or not control based on necessary control instructions (contactor release instruction, power limit instruction, etc.) of the control circuit 7 is being executed based on an abnormal signal indicating whether or not the state of the running battery is normal. If the control is not executed, a backup function for issuing a contactor opening instruction as a non-execution of control is provided. This configuration will be described in detail below with reference to FIG.
なおこの例では、電圧温度検出回路3A、3B及びシャント回路50の検出信号はシリアルデータで送出されるが、電流センサ48の検出信号はアナログ信号で直接主制御回路71及び副制御回路72に検出されるため、A/Dコンバータでデジタル信号に変換される。さらに図4に示す副制御回路72は、電流センサ48及びシャント回路50の電源VCC3、VCC4の電圧もA/D変換されて入力することで、これらの電源電圧の監視を行うことができる。
In this example, the detection signals of the voltage
次に、主制御回路71における電力制限信号について説明する。主制御回路71は、これらセンサ類の検出信号に基づいて、走行用バッテリの状態を判定し、走行用バッテリが異常かどうかを示す異常信号を生成する。例えば、電流センサ48で検出した電池電流が所定値を超える場合等、一定の許容値を超える値が検出された場合に、異常と判断する。そして、上述のように異常が軽微な場合は、異常信号に基づいて走行用バッテリの使用可能な電力量を所定値以下に制限する電力制限信号(Power Limit Signal)を生成する。電力制限信号は、例えば通信ポート53を介して車両30側に通信される。なお、図4に示す2組の電圧温度検出回路(VT)3A、3Bのいずれかで故障等の異常が生じ、計測不可能な状況になった場合には、制御回路7は電力制限を行うと共に、「注意」を示すCaution信号を車両30側に送出する。同様に、電流センサ48あるいはシャント回路50のいずれかに異常が生じた場合も、制御回路7は電力制限を行うと共にCaution信号を送出する。
Next, the power limit signal in the main control circuit 71 will be described. The main control circuit 71 determines the state of the traveling battery based on the detection signals of these sensors, and generates an abnormal signal indicating whether the traveling battery is abnormal. For example, when a value exceeding a certain allowable value is detected, such as when the battery current detected by the
一方、異常が重大な場合として、両方の電圧温度検出回路3A、3Bに異常が生じた場合、あるいは電流センサ48とシャント回路50が共に異常を生じた場合には、上述のように、直ちに電池の使用を止めるため車両30に対して電源出力オフ信号(BPOR)を出力すると共に、所定時間経過後にコンタクタを開き電池の使用を止める。
On the other hand, when the abnormality is serious, if both the voltage
なお、異常時に実行される所定の保護動作としては、上述のように電源電力の出力量を制限する出力電力制限の他、電力の入力量を制限する入力電力制限も可能である。あるいは、制限の対象は電力に限られず、電流や電圧に関する制限とすることもできる。 Note that, as the predetermined protection operation executed in the event of an abnormality, in addition to the output power limitation that limits the output amount of the power supply as described above, the input power limitation that limits the input amount of power is also possible. Alternatively, the restriction target is not limited to electric power, and may be a restriction on current and voltage.
次に、主制御回路71における電源オフ信号について説明する。主制御回路71は、後述するような、車両が電池を電源を使用しないように要求する場合に、BPOR出力ポート55から、車両が電源を使用しないように要求する電源出力オフ信号(BPOR信号)を電源出力オフ駆動回路(BPOR)54を介して車両30側に送出し、さらにハードウェアをリセットするためのリセット回路56に対して、主制御回路71の状態を示す状態信号を状態信号出力ポート57から送出する。
Next, the power-off signal in the main control circuit 71 will be described. When the vehicle requests the battery not to use power as described later, the main control circuit 71 requests a power output off signal (BPOR signal) from the
主制御回路71は、マイコンの暴走等の異常時に対応する状態信号を、状態信号出力ポート57より発信している。この状態信号は、主制御回路71が正常動作をしている場合は一定周期のパルス信号であり、主制御回路71に異常が生じると、異常とし、High又はLowの一定値信号となる。リセット回路56は、ウォッチドッグタイマ(Watch Dog Timer)として機能し、所定のパルス信号が継続して送出されているかどうかを監視し、パルス信号が停止されると主制御回路71が暴走するなどの異常が生じたと判断して、ハードウェアリセット信号を主制御回路71のリセット信号入力ポート58に送出し、主制御回路71のハードウェアリセットを実行する。同様に、この状態信号はコンタクタ遅延回路62及び副制御回路72の状態信号入力ポート59にも送出され、主制御回路71の異常がこれらの回路によっても検出される。
The main control circuit 71 transmits a state signal corresponding to an abnormality such as a microcomputer runaway from the state
コンタクタ6は、各種の所望時に制御回路7からの指示により閉状態、開状態となるが、閉状態のときは、ラッチ回路64が維持されており、開状態とするには、主制御回路71からラッチ制御信号がラッチ回路64に送出されて、ラッチ状態が解除され、コンタクタ駆動回路66を制御してコンタクタ6が開放される。
The contactor 6 is closed and opened in accordance with instructions from the control circuit 7 at various desired times. When the contactor 6 is in the closed state, the
一方、副制御回路72は状態信号入力ポート59で状態信号を監視することで、主制御回路71が動作を継続しているかどうかを監視している。主制御回路71に何らかの異常が生じ、状態信号が異常を示す場合(例えば一定期間以上、状態信号のHIGHもしくはLOWレベルが継続する)には、主制御回路71に代わってコンタクタ6を開放させることができる。
On the other hand, the sub-control circuit 72 monitors the status signal at the status
後述するように、副制御回路72で、コンタクタ6を開状態とする判断がなされたときは、以下の手順が行われる。ラッチ解除信号をラッチ解除信号出力ポート60からコンタクタ遅延回路62に送出される。コンタクタ遅延回路62は、正常状態ではラッチ回路64のラッチ状態を保持しているが、副制御回路72からラッチ解除信号を受信すると、一定の遅延時間経過後にラッチ回路64のラッチ状態を解除し、コンタクタ駆動回路66を駆動してコンタクタ6を強制的に開放する。この遅延時間の間に、電源装置からの電力供給(P−RUN)を停止させるなど、コンタクタ6の解放前に必要な処理を行う。
As will be described later, when the sub-control circuit 72 determines to open the contactor 6, the following procedure is performed. The latch release signal is sent from the latch release
以上の本実施例の電源装置においては、以下のように、動作する。主制御回路71が、走行用バッテリの状態が正常か否かの異常信号に基づいて、主制御回路71の必要な制御指示(コンタクタ開放指示、電力制限指示等)を出力されているかを、副制御回路72において、主制御回路71の規制信号出力ポート68より規制信号が出力されているかによって、判定している。この場合、コンタクタ開放指示、電力制限指示であっても、同じ規制信号が発せられる。
The power supply device of the present embodiment described above operates as follows. Whether the main control circuit 71 is outputting a necessary control instruction (contactor release instruction, power limit instruction, etc.) of the main control circuit 71 based on an abnormal signal indicating whether or not the battery for driving is normal. In the control circuit 72, the determination is made based on whether a restriction signal is output from the restriction
まず、走行用バッテリの状態が重大又は軽微な異常の場合、規制信号が主制御回路71の規制信号出力ポート68から副制御回路72に入力されると、副制御回路72においては、副制御回路72に入力される各種センサ類から入力される検出信号に照らして規制信号の異常値にあたる状態か否かを判定する。上記の電力制限信号(軽微な異常)の例に従えば、図4に示す2組の電圧温度検出回路(VT)3A、3Bのいずれかが異常であるにも拘わらず、規制信号の異常値が出力されていないなら、主制御回路71の故障と判断するまた、異常が重大な場合として、電流センサ48、シャント回路50が共に異常であるにも拘わらず、規制信号の異常値が出力されていないなら、主制御回路71の故障と判断する。そして、判断の結果を、異常判定信号(電力制限判定信号)として、異常判定信号出力ポート70から主制御回路71に送出する。また、副制御回路72において、主制御回路71を故障と判断した場合は、副制御回路72より、ラッチ解除信号出力ポート60より信号を出すことで、コンタクタ6をオフする。これにより、所定の保護動作が実行される。
First, when the state of the battery for travel is serious or minor abnormality, when the restriction signal is input from the restriction
この動作を、図5のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップS1で主制御回路71(MMC)が、検出部からの検出信号に基づいて規制信号(P/L)を生成し、生成された規制信号を副制御回路72(SMC)に送信する。規制信号は、例えば検出信号に基づく走行用バッテリの異常判定の結果が正常で、電源装置で1.5kW以上の電力を使用可能である場合は、規制信号として2Hzの正常値を出力し、走行用バッテリの異常判定の結果が異常を示し電源装置の出力が1.5kW以下の電力に制限される場合又はコンタクタ6をオフする場合、規制信号を6Hzの異常値にセットして出力する。次にステップS2で、副制御回路72は、副制御回路72自体が受信した走行用バッテリの検出信号が規制信号の異常値にあたる状態か判定し、電力制限判定信号(P/L判定信号)を生成し、主制御回路71に送出する。電力制限判定信号は、例えば判定の結果が妥当(主制御回路71の正常動作)である場合は正常値として2Hzの出力をセットし、判定結果が妥当でない、即ち、誤りである場合は、主制御回路71が故障として、異常値として6Hzを電力制限判定信号として出力する。そしてステップS3では、電力制限判定信号が正常か否かによって動作が分岐する。電力制限判定信号が正常の場合は本動作を終了し、一方異常である場合は、ステップS4で、主制御回路71側では電源出力オフ信号(BPOR信号)を異常値、例えば6Hzにセットして電源出力オフ駆動回路54(BPOR)に送出する。一方、副制御回路72側では、ラッチ解除信号をコンタクタ遅延回路62に送出する。そしてステップS4で、コンタクタ遅延回路62は1.5秒等、一定の遅延時間経過後にラッチ回路64のラッチ状態を解除させ、コンタクタ駆動回路66を駆動させてコンタクタ6を開放する。これによって、主制御回路71に故障がある場合でも、副制御回路72が必要な動作を実行させることができ、主制御回路71の動作不良に拘わらず走行用バッテリの保護が図られる。このような主制御回路71の故障、動作不良は、ハード的な故障でも発生するし、ソフトの動作不良、ソフトのバグによっても発生しうるものである。
This operation will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S1, the main control circuit 71 (MMC) generates a restriction signal (P / L) based on the detection signal from the detection unit, and transmits the generated restriction signal to the sub control circuit 72 (SMC). . For example, when the result of the abnormality determination of the traveling battery based on the detection signal is normal and the power supply device can use power of 1.5 kW or more, the regulation signal outputs a normal value of 2 Hz as the regulation signal. When the result of the abnormality determination of the battery is abnormal and the output of the power supply device is limited to power of 1.5 kW or less, or when the contactor 6 is turned off, the restriction signal is set to an abnormal value of 6 Hz and output. Next, in step S2, the sub control circuit 72 determines whether the detection signal of the traveling battery received by the sub control circuit 72 itself corresponds to an abnormal value of the restriction signal, and outputs a power limit determination signal (P / L determination signal). It is generated and sent to the main control circuit 71. For example, when the determination result is valid (normal operation of the main control circuit 71), the power limit determination signal sets an output of 2 Hz as a normal value, and when the determination result is not valid, that is, an error is detected, As the control circuit 71 fails, 6 Hz is output as an abnormal value as a power limit determination signal. In step S3, the operation branches depending on whether the power limit determination signal is normal. If the power limit determination signal is normal, the operation is terminated. If the power limit determination signal is abnormal, the main control circuit 71 sets the power output off signal (BPOR signal) to an abnormal value, for example, 6 Hz. It is sent to the power output off drive circuit 54 (BPOR). On the other hand, on the sub-control circuit 72 side, a latch release signal is sent to the
このように、副制御回路72は、主制御回路71のすべての動作を代行するものでなく、主制御回路71の判定結果の妥当性の確認と、妥当でない場合に必要な動作を実行させる機能を実現している。このように、必要な機能のみを実行する副制御回路72は、主制御回路71よりも簡素な回路構成とできるため、主制御回路71自体を複製したバックアップ回路等に比べて安価に実現でき、その動作制御や配線も簡素化できる利点が得られる。また上述のように、副制御回路72はハードウェア的に構成する他、ソフトウェア的に実現することもでき、この場合は特別なハードウェアを追加することなく、さらに安価に実現できる。 As described above, the sub-control circuit 72 does not act as a substitute for all the operations of the main control circuit 71. The sub-control circuit 72 confirms the validity of the determination result of the main control circuit 71 and performs a necessary operation when it is not valid. Is realized. In this way, the sub control circuit 72 that executes only necessary functions can have a simpler circuit configuration than the main control circuit 71, and therefore can be realized at a lower cost than a backup circuit or the like that duplicates the main control circuit 71 itself. The operation control and wiring can be simplified. Further, as described above, the sub-control circuit 72 can be realized by software as well as by hardware. In this case, it can be realized at a lower cost without adding special hardware.
本発明の車両用の電源装置は、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両用電源装置など、高出力、大電流の電源装置として好適に適用できる。 The power supply device for a vehicle of the present invention can be suitably applied as a high-power, high-current power supply device such as a power supply device for a vehicle such as a hybrid car or an electric vehicle.
1…走行用バッテリ;1A…バッテリブロック
2…電池モジュール
3…検出ユニット;3A,3B…電圧温度検出回路
3a…第2出力電圧検出回路;3b…入力電圧検出回路
6、32…コンタクタ
7…制御回路;7a…第1出力電圧検出回路
71…主制御回路
72…副制御回路
10…中間基準点
15…通信回線
30…車両
31…走行用バッテリ
33…インバータ回路
34…モータ
35…コンデンサ
42…電圧センサ
44…温度センサ
46…PTC素子
48…電流センサ
49…電流検出回路
50…シャント回路
52…通信回路
53…通信ポート
54…電源出力オフ駆動回路
55…BPOR出力ポート
56…リセット回路
57…状態信号出力ポート
58…リセット信号入力ポート
59…状態信号入力ポート
60…ラッチ解除信号出力ポート
62…コンタクタ遅延回路
64…ラッチ回路
66…コンタクタ駆動回路
68…規制信号出力ポート
70…異常判定信号出力ポート
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記走行用バッテリ(1)の状態を検出して検出信号を生成し出力するための検出部と、
前記検出部からの検出信号に基づいて前記走行用バッテリ(1)の異常を判定するための制御部と、
を備える車両用の電源装置であって、
前記制御部が、主制御回路(71)と副制御回路(72)を備えており、
前記主制御回路(71)の出力側と車両(20)との間には、前記主制御回路(71)と前記車両(20)とで通信するための通信回路が接続されており、
前記主制御回路(71)が、前記検出部からの検出信号出力に基づいて前記走行用バッテリ(1)の異常判定を行い、規制信号を生成すると共に、
前記副制御回路(72)が、前記主制御回路(71)から出力される前記規制信号と、前記検出信号とを監視して該規制信号の妥当性を判定し、該判定結果に異常判定が認められると、前記副制御回路(72)は、異常判定の信号を前記主制御回路(71)に送出して前記走行用バッテリ(1)の保護動作を実行し、
更に、前記主制御回路(71)は、前記副制御回路(72)からの異常判定の信号に基づき、前記車両(20)が前記走行用バッテリ(1)を使用しないように要求する電源出力信号を前記通信回路を介して前記車両(20)側に送出することを特徴とする車両用の電源装置。 One or more traveling batteries (1);
A detection unit for detecting the state of the battery for traveling (1) and generating and outputting a detection signal;
A control unit for determining an abnormality of the battery for traveling (1) based on a detection signal from the detection unit;
A power supply device for a vehicle comprising:
The control unit includes a main control circuit (71) and a sub control circuit (72),
A communication circuit for communicating between the main control circuit (71) and the vehicle (20) is connected between the output side of the main control circuit (71) and the vehicle (20),
The main control circuit (71) performs an abnormality determination of the traveling battery (1) based on a detection signal output from the detection unit, and generates a restriction signal,
The sub control circuit (72) monitors the restriction signal output from the main control circuit (71) and the detection signal to determine the validity of the restriction signal, and the determination result indicates an abnormality. If recognized, the sub-control circuit (72) sends an abnormality determination signal to the main control circuit (71) to execute the protection operation of the traveling battery (1),
Further, the main control circuit (71), based on the abnormality determination signal from the sub-control circuit (72), the power output signal that requests the vehicle (20) not to use the traveling battery (1) Is sent to the vehicle (20) side via the communication circuit .
前記規制信号が、正常/異常の区別を周波数の変化で表現することを特徴とする車両用の電源装置。 The vehicle power supply device according to claim 1 ,
The vehicle power supply apparatus, wherein the restriction signal expresses normal / abnormal distinction by a change in frequency.
前記検出部が、走行用バッテリ(1)の電流を検出する電流センサ(48)、走行用バッテリ(1)の電圧を検出する電圧センサ(42)、走行用バッテリ(1)の温度を検出する温度センサ(44)、又はこれらのセンサの検出時間を計時する計時タイマの少なくともいずれかであることを特徴とする車両用の電源装置。 The power supply device for a vehicle according to claim 1 or 2 ,
The detection unit detects a current sensor (48) that detects a current of the traveling battery (1), a voltage sensor (42) that detects a voltage of the traveling battery (1), and detects a temperature of the traveling battery (1). A power supply device for a vehicle, characterized in that it is at least one of a temperature sensor (44) and a timer for measuring the detection time of these sensors.
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