JP5334500B2 - 車両用の電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用の電源装置に関し、とくに、車両を走行させる走行用バッテリとこれの監視制御回路を収納しているバッテリケースを、アース線を介して車両のシャーシーアースに接続する車両用の電源装置に関する。
車両用の電源装置は、走行用バッテリとこれの監視制御回路をバッテリケースに内蔵している。この電源装置は、車両に搭載される状態では、バッテリケースを確実に車両のシャーシーアースに接続する必要がある。走行用バッテリの漏電を検出し、また、監視制御回路のノイズレベルを小さくするためである。バッテリケースは、ボルトなどで車両のシャーシーに直接に固定して、シャーシーアースに接続することができる。しかしながら、車両のシャーシーは表面を塗装しているので、ボルトで直接に固定する構造では、必ずしも安定して確実に電気接続できないことがある。さらに、軽量化のためにアルミニウム製とするバッテリケースは、複数カ所がボルトでシャーシーに固定されると電食による腐食が発生する。この弊害は、バッテリケースとシャーシーとをアース線で接続することで解消できる。（特許文献１参照）
特開２００８−１３９２４９号公報
バッテリケースをアース線でシャーシーアースに接続している電源装置は、アース線の接続不良によって種々の弊害を生じる。たとえば、バッテリケースがシャーシーアースに低いインピーダンスで接続されなくなって監視制御回路がノイズの影響を受けやすくなり、また、走行用バッテリの漏電を検出する回路を備える電源装置にあっては、漏電を検出できなくなる等の弊害が発生する。
本発明は、この弊害を避けることを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な回路でアース線の接続不良を検出でき、アース線の接続不良を検出することで、ノイズの影響等を受けながら車両が走行するのを防止できる車両用の電源装置を提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
本発明の車両用の電源装置は、車両を走行させる走行用バッテリ１１と、この走行用バッテリ１１を監視・制御すると共に、電源ライン２を介して電装用バッテリ３に接続してなる監視制御回路２１と、走行用バッテリ１１と監視制御回路２１とを収納すると共に、アース線４を介して車両のシャーシーアース５に接続されるバッテリケース１とを備えている。さらに、電源装置は、アース線４の接続状態を検出する接続状態検出回路４０を備えており、この接続状態検出回路４０が、アース線４と車両のシャーシーアース５とを介して、バッテリケース１と電装用バッテリ３の電源ライン２との接続状態を検出して、アース線４の接続状態を検出する。
以上の電源装置は、極めて簡単な回路でアース線の接続不良を検出できる。それは、接続状態検出回路が、アース線とシャーシーアースを介して、バッテリケースと電源ラインとの接続状態を検出するからである。また、接続状態検出回路でアース線の接続不良を検出することで、車両がノイズの影響等を受けながら走行するのを防止して、より安全に走行できる特徴も実現する。
本発明の車両用の電源装置は、監視制御回路２１が漏電検出回路５０を備えると共に、接続状態検出回路４０がアース線４の接続不良を検出する状態で、バッテリケース１を電源ライン２のマイナス側に接続するアーススイッチ２４をバッテリケース１内に設けることができる。
この電源装置は、アース線の接続不良が発生すると、アーススイッチでもってバッテリケースをシャーシーアースに接続する。したがって、アース線が接続不良になっても、漏電検出回路でもって走行用バッテリの漏電を検出して、高い安全性を保証できる。
本発明の車両用の電源装置は、接続状態検出回路４０が、電源ライン２のプラス側とマイナス側の間に接続してなる半導体スイッチング素子４２を備え、この半導体スイッチング素子４２の入力側を、バイアス抵抗４３を介して電源ライン２のプラス側と、アース線４に接続して、アース線４がシャーシーアース５に接続される状態と接続されない状態で、半導体スイッチング素子４２のバイアス電圧を変更して、半導体スイッチング素子４２をオンオフに切り換えてアース線４の接続状態を検出することができる。
以上の電源装置は、接続状態検出回路を極めて低コストにしながら、安定して確実にアース線の接続不良を検出できる特徴がある。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、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。
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
図１と図２に示す車両用の電源装置は、車両を走行させる走行用バッテリ１１と、この走行用バッテリ１１を監視・制御すると共に、電源ライン２を介して電装用バッテリ３に接続している監視制御回路２１と、走行用バッテリ１１と監視制御回路２１とを収納しているバッテリケース１とを備える。
バッテリケース１は、アース線４を介して車両のシャーシーアース５に接続される。アース線４は、無数の細線を並列に接続している低抵抗な網線などのコードで、可撓性があって低抵抗なものが使用される。このアース線４は、一端をバッテリケース１に、他端をシャーシーアース５に接続している。アース線４は、両端に接続リング７を固定している。接続リング７は、ボルト８や止ネジでバッテリケース１と車両のシャーシー６に固定される。
図１と図２のバッテリケース１は、電池１２を収納している電池ケース１０と、監視制御回路２１を実現する回路基板２２を内蔵する回路基板ケース２０と、この回路基板ケース２０とリレー３２などの電子部品を内蔵する電子部品ケース３０とからなる。バッテリケース１は、電池ケース１０と電子部品ケース３０をアルミニウム製として全体の重量を軽くしている。回路基板ケース２０は、鉄ケースとしてノイズレベルを小さくしている。
電池ケース１０には、複数の二次電池１２を直列に接続して出力電圧を高くしている走行用バッテリ１１を収納している。走行用バッテリ１１のアースライン１３は、電池ケース１０には接続されず、電池ケース１０から絶縁された状態としている。
図２のバッテリケース１は、電子部品ケース３０を電池ケース１０の側面に固定して、回路基板ケース２０を、リレー３２などの電子部品と一緒に電子部品ケース３０に収納している。さらに、図のバッテリケース１は、回路基板ケース２０を止ネジ２９で電子部品ケース３０に固定して、電子部品ケース３０を止ネジ３９で電池ケース１０に固定している。止ネジ２９は、回路基板ケース２０を電子部品ケース３０に電気接続し、また、止ネジ３９は、電子部品ケース３０を電池ケース１０に電気接続している。すなわち、回路基板ケース２０と電子部品ケース３０と電池ケース１０は、止ネジ２９、３９を介して互いに電気的に接続されている。図のバッテリケース１は、電池ケース１０を、アース線４でシャーシーアース５に接続しているので、電池ケース１０と電子部品ケース３０と回路基板ケース２０が同電位となってシャーシーアース５に接続される。複数のケースからなるバッテリケース１は、互いに電気接続して、いずれかのケースをアース線４でシャーシーアース５に接続することができる。したがって、図のバッテリケース１は、電池ケース１０をシャーシーアース５に接続しているが、電子部品ケースをアース線でシャーシーアースに接続し、または、回路基板ケースをアース線でシャーシーアースに接続することもできる。
回路基板ケース２０に収納される回路基板２２は、走行用バッテリ１１の監視制御回路２１を実装している。この監視制御回路２１は、走行用バッテリ１１を構成する各々の電池１２の電圧や、電流を検出して走行用バッテリ１１の充放電を制御する回路、走行用バッテリ１１の漏電を検出する漏電検出回路などである。監視制御回路２１は、電源ライン２を介して電装用バッテリ３に接続している。電源ライン２は、電装用バッテリ３から監視制御回路２１に動作電力を供給する。したがって、監視制御回路２１は、電装用バッテリ３から供給される電力で動作する回路を実装している。監視制御回路２１は、電装用バッテリ３から供給される電力で全ての回路を動作させることもできるが、電装用バッテリ３と走行用バッテリ１１の両方から供給される電力で動作させることもできる。
電源ライン２は、車両に搭載している電装用バッテリ３を監視制御回路２１に接続する。この電源ライン２は、電装用バッテリ３のプラス側とマイナス側を監視制御回路２１に接続する。監視制御回路２１のアースライン２３は、電源ライン２を介して電装用バッテリ３のマイナス側に接続される。電装用バッテリ３のマイナス側は、車両のシャーシーアース５に接続される。したがって、監視制御回路２１のアースライン２３は、電源ライン２を介して車両のシャーシーアース５に接続される。ただ、監視制御回路２１のアースライン２３は、バッテリケース１には接続されず、バッテリケース１から絶縁して配線される。
ただし、図２の電源装置は、監視制御回路２１のアースライン２３を、アーススイッチ２４を介してバッテリケース１に接続している。このアーススイッチ２４は、通常はオフ状態に保持されるので、通常の使用状態において、監視制御回路２１のアースライン２３はバッテリケース１には接続されない。アースライン２３が接続不良になるときに限って、アーススイッチ２４はオンに切り換えられる。アーススイッチ２４がオンに切り換えられると、監視制御回路２１のアースライン２３がバッテリケース１に接続されるので、バッテリケース１は、監視制御回路２１のアースライン２３と電源ライン２のマイナス側を介して車両のシャーシーアース５に接続される。以上のように、アース線４が接続不良となる状態で、アーススイッチ２４をオンに切り換えて、バッテリケース１を車両のシャーシーアース５に接続する電源装置は、アース線４の接続不良においても、走行用バッテリ１１の漏電を検出することができる。
アース線４が接続不良になると、監視制御回路２１がノイズなどの影響を受けやすくなって、好ましい走行状態を実現でなくなる。ただ、この状態においても、バッテリケース１をシャーシーアース５に接続することで、危険な漏電を検出して、安全性を向上できる。漏電検出回路５０は、走行用バッテリ１１とシャーシーアース５との漏れ電流を検出して漏電を検出する。したがって、バッテリケース１がシャーシーアース５に接続されなくなると、漏電を検出できなくなる。それは、走行用バッテリ１１がバッテリケース１に対して漏電する状態となっても、この漏電電流がシャーシーアース５に流れなくなるからである。バッテリケース１とシャーシーアース５とを接続することで、バッテリケース１への漏電はシャーシーアース５の漏電となって漏電を検出できる。したがって、アース線４が接続不良になる状態で、アーススイッチ２４をオンに切り換えて、バッテリケース１をシャーシーアース５に接続する電源装置は、アース線４が接続される状態のみでなく、アース線４が接続不良になっても走行用バッテリ１１の漏電を検出できる特徴が実現される。
走行用バッテリ１１の漏電の検出は、例えば、図３に示す以下の漏電検出回路５０で実現できる。図の漏電検出回路５０は、入力スイッチ５５と一対の差動アンプ５６を備える。入力スイッチ５５は、制御回路５３でオンオフに制御される。入力スイッチ５５は、走行用バッテリ１１の漏電を検出するときに限ってオンに切り換えられる。一対の差動アンプ５６は、片方の入力端子を直列抵抗５７の中点に接続している。図の漏電検出回路５０は、上側差動アンプ５６Ａの−側入力端子と、下側差動アンプ５６Ｂの＋側入力端子を直列抵抗５７の中点に接続している。直列抵抗５７は、互いに直列に接続している同じ抵抗値である２個の抵抗からなる。この直列抵抗５７は、両端を走行用バッテリ１１に接続して走行用バッテリ１１と並列に接続される。
差動アンプ５６は、他方の入力端子を分圧抵抗５８の中間接続点５８ａに接続している。分圧抵抗５８は、トータルの抵抗値を同じとする２組を互いに直列に接続している。各組の分圧抵抗５８は、抵抗値の比率を同じとする２個の抵抗を直列に接続している。図において上下の分圧抵抗５８は、一方をアースに接続しているアース側抵抗Ｒ1と、一方を走行用バッテリ１１に接続している電源側抵抗Ｒ2の抵抗値の比率Ｒ1／Ｒ2を同じにしている。したがって、走行用バッテリ１１が漏電していない状態では、各々のアース側抵抗Ｒ1に発生する電圧が同じ電圧となって上下の差動アンプ５６に入力される。２組の分圧抵抗５８は互いに直列に接続されて、走行用バッテリ１１と並列に接続される。２組の分圧抵抗５８を互いに直列に接続している接続点はアースに接続され、互いに直列に接続してなる２組の分圧抵抗５８の両端、すなわち各組の分圧抵抗５８の電源側の一端は、走行用バッテリ１１の＋−の出力端子に接続される。各組の分圧抵抗５８は、アース側抵抗Ｒ1と電源側抵抗Ｒ2を接続している中間接続点５８ａを差動アンプ５６の片方の入力端子に接続している。図において上側差動アンプ５６Ａは分圧抵抗５８の中間接続点５８ａを＋側入力端子に、下側差動アンプ５６Ｂは分圧抵抗５８の中間接続点５８ａを−側入力端子に接続している。
分圧抵抗５８のトータルの抵抗値と、直列抵抗５７は、たとえば１〜１０ＭΩと大きな抵抗値とする。直列抵抗５７と分圧抵抗５８をこのように大きな抵抗値とする漏電検出回路５０は、感電の危険性を少なくできる。
漏電検出回路５０は、以下の動作をして走行用バッテリ１１の漏電を検出する。以下の動作説明において、直列抵抗５７は各々２ＭΩ、アース側抵抗Ｒ1は１ＭΩ、電源側抵抗Ｒ2は９ＭΩ、走行用バッテリ１１の出力電圧を２００Ｖ、−側出力端子を０Ｖとする。
走行用バッテリ１１に漏電がないとき、各点の電圧は以下のようになる。
（１）直列抵抗５７の中点の電圧
この点の電圧は、ふたつの直列抵抗５７で走行用バッテリ１１の出力電圧の２００Ｖを分圧して１００Ｖとなる。
（２）分圧抵抗５８の中間接続点電圧
この点の電圧も、ふたつの分圧抵抗５８で走行用バッテリ１１の出力電圧の２００Ｖを分圧して１００Ｖとなる。
（３）アース側抵抗Ｒ1の両端の電圧
各組の分圧抵抗５８の両端の電圧が１００Ｖとなり、この電圧がアース側抵抗Ｒ1と電源側抵抗Ｒ2の抵抗値の比率で分割される。アース側抵抗Ｒ1と電源側抵抗Ｒ2の抵抗値は１：９であるから、分圧抵抗５８の両端の電圧である１００Ｖは、１０Ｖと９０Ｖに分圧される。アース側抵抗Ｒ1の両端の電圧は１０Ｖとなる。
一対の差動アンプ５６には１０Ｖが入力されるので、各々の差動アンプ５６の出力電圧は等しくなる。漏電検出回路５０は、両差動アンプ５６の出力電圧が等しいときに、走行用バッテリ１１は漏電しないと判定する。
走行用バッテリ１１が漏電すると、走行用バッテリ１１の＋側または−側が漏電抵抗Ｒrを介してアースに接続される。仮に、走行用バッテリ１１の＋側が漏電すると仮定すると、走行用バッテリ１１の＋側に漏電抵抗Ｒrが接続される状態となる。漏電抵抗Ｒrは＋側に接続している分圧抵抗５８と並列に接続されて、＋側の分圧抵抗５８の抵抗値を小さくする。この状態になると、＋側の分圧抵抗５８の両端にかかる電圧が、−側の分圧抵抗５８の両端の電圧よりも低くなる。２組の分圧抵抗５８が走行用バッテリ１１の出力電圧を分圧するからである。したがって、図において上側差動アンプ５６Ａの入力電圧が、下側差動アンプ５６Ｂの入力電圧よりも小さくなり、上側差動アンプ５６Ａの出力電圧が下側差動アンプ５６Ｂの出力電圧よりも低くなる。したがって、両差動アンプ５６の出力電圧に差が発生する。漏電検出回路５０は、両差動アンプ５６の出力電圧が同じでないとき、走行用バッテリ１１が漏電していると判別する。
ただ、本発明は、漏電検出回路５０を図３に示す回路に特定しない。漏電検出回路は、図示しないが、ひとつの差動アンプで漏電を検出することもできる。この漏電検出回路は、差動アンプの一方の入力端子を直列抵抗の中点に接続し、他方の入力端子をアースに接続して、差動アンプの出力電圧で走行用バッテリの漏電を検出できる。それは、走行用バッテリが漏電するときと漏電しないときで、差動アンプの出力電圧が変化するからである。走行用バッテリが漏電しないとき、差動アンプの出力電圧は０Ｖとなる。走行用バッテリの−側が漏電すると差動アンプの出力電圧は＋電圧となる。走行用バッテリの＋側が漏電すると差動アンプの出力電圧は−電圧となる。
さらに、電源装置は、アース線４の接続状態を検出する接続状態検出回路４０を備えている。接続状態検出回路４０は、アース線４と車両のシャーシーアース５とを介して電装用バッテリ３の電源ライン２に接続される状態を検出して、アース線４の接続不良を検出する。図２の接続状態検出回路４０は、電源ライン２のプラス側とマイナス側の間に接続している半導体スイッチング素子４２を備える。図の半導体スイッチング素子４２はトランジスタ４２Ａである。ただし、半導体スイッチング素子には、トランジスタに代わってＦＥＴも使用できる。半導体スイッチング素子４２の入力側であるベースは、バイアス抵抗４３を介して電源ライン２のプラス側に接続する共に、アース線４に接続している。バイアス抵抗４３は、アース線４が接続不良になって、ベースがアースライン２３に接続されない状態で、半導体スイッチング素子４２をオンに切り換える電気抵抗としている。さらに、図の接続状態検出回路４０は、半導体スイッチング素子４２の入力側であるトランジスタ４２Ａのベースをダイオード４４を介してバイアス抵抗４３に接続し、さらにバイアス抵抗４３もダイオード４５を介してバッテリケース１に接続している。ダイオード４４、４５は、アース線４が接続不良となって、バッテリケース１が高電圧となる状態で、トランジスタ４２Ａの破壊を防止する。
以上の接続状態検出回路４０は、アース線４がシャーシーアース５に接続される状態と接続されない状態で、半導体スイッチング素子４２のバイアス電圧を変更して、半導体スイッチング素子４２をオンオフに切り換えている。すなわちアース線４が接続される状態では、アース線４がトランジスタ４２Ａのベースをバッテリケース１とシャーシーアース５を介して電装用バッテリ３のマイナス側に接続する。したがって、トランジスタ４２Ａのベースには、オン状態にするバイアス電圧が入力されずにオフ状態となる。アース線４が接続不良になると、トランジスタ４２Ａのベースはアース線４を介してシャーシーアース５に接続されなくなる。したがって、トランジスタ４２Ａのベースは電装用バッテリ３のマイナス側には接続されなくなる。この状態になると、トランジスタ４２Ａのベースは、バイアス抵抗４３を介して電装用バッテリ３のプラス側からバイアス電流が流れて、オンに切り換えられる。したがって、図の接続状態検出回路４０は、アース線４がバッテリケース１をシャーシーアース５に接続する状態でトランジスタ４２Ａはオフ、アース線４が接続不良になるとトランジスタ４２Ａがオンに切り換えられる。トランジスタ４２Ａのオンオフを検出するために、トランジスタ４２Ａのコレクタに負荷抵抗４６を接続している。トランジスタ４２Ａがオフの状態で、負荷抵抗４６に電流が流れず、負荷抵抗４６による電源電圧の低下はなく、トランジスタ４２Ａのコレクタから”Ｈｉｇｈ”が出力される。トランジスタ４２Ａがオンになると、トランジスタ４２Ａが負荷抵抗４６をアースライン２３に接続するので、トランジスタ４２Ａのコレクタから”Ｌｏｗ”が出力される。したがって、アース線４が正常に接続される状態で”Ｈｉｇｈ”、アース線４が接続不良になると”Ｌｏｗ”が出力されるので、出力の”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”からアース線４の接続状態を判定できる。
前述のアーススイッチ２４は、リレーや半導体スイッチング素子である。このアーススイッチ２４は、切換回路２５でオンオフに制御される。切換回路２５は、接続状態検出回路４０から出力される”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”でアーススイッチ２４をオンオフに切り換える。すなわち、接続状態検出回路４０からの”Ｈｉｇｈ”を検出して、アーススイッチ２４をオフ、”Ｌｏｗ”を検出して、アーススイッチ２４をオンに切り換える。すなわち、切換回路２５は、アース線４が正常に接続される状態でアーススイッチ２４をオフとし、アース線４が接続不良になるとアーススイッチ２４をオンに切り換えて、監視制御回路２１のアースライン２３をバッテリケース１に接続する。アーススイッチ２４がオンに切り換えられる状態で、バッテリケース１は、監視制御回路２１のアースライン２３と電源ライン２のマイナス側を介して車両のシャーシーアース５に接続される。
本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置を車両に搭載する状態を示す概略図である。 本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 漏電検出回路の一例を示すブロック図である。
符号の説明
１…バッテリケース
２…電源ライン
３…電装用バッテリ
４…アース線
５…シャーシーアース
６…シャーシー
７…接続リング
８…ボルト
１０…電池ケース
１１…走行用バッテリ
１２…電池
１３…アースライン
２０…回路基板ケース
２１…監視制御回路
２２…回路基板
２３…アースライン
２４…アーススイッチ
２５…切換回路
２９…止ネジ
３０…電子部品ケース
３２…リレー
３９…止ネジ
４０…接続状態検出回路
４２…半導体スイッチング素子 ４２Ａ…トランジスタ
４３…バイアス抵抗
４４…ダイオード
４５…ダイオード
４６…負荷抵抗
５０…漏電検出回路
５３…制御回路
５５…入力スイッチ
５６…差動アンプ ５６Ａ…上側差動アンプ
５６Ｂ…下側差動アンプ
５７…直列抵抗
５８…分圧抵抗 ５８ａ…中間接続点

Claims (3)

  1. 車両を走行させる走行用バッテリ(11)と、この走行用バッテリ(11)を監視・制御すると共に電源ライン(2)を介して電装用バッテリ(3)に接続してなる監視制御回路(21)と、前記走行用バッテリ(11)と前記監視制御回路(21)とを収納すると共に、アース線(4)を介して車両のシャーシーアース(5)に接続されるバッテリケース(1)とを備える車両用の電源装置であって、
    前記アース線(4)の接続状態を検出する接続状態検出回路(40)を備えており、この接続状態検出回路(40)が、前記アース線(4)と車両のシャーシーアース(5)とを介して、バッテリケース(1)と電装用バッテリ(3)の電源ライン(2)との接続状態を検出するようにしてなる車両用の電源装置。
  2. 前記監視制御回路(21)が漏電検出回路(50)を備えると共に、前記接続状態検出回路(40)がアース線(4)の接続不良を検出する状態で、前記バッテリケース(1)を電源ライン(2)のマイナス側に接続するアーススイッチ(24)をバッテリケース(1)内に設けている請求項１に記載される車両用の電源装置。
  3. 前記接続状態検出回路(40)が、電源ライン(2)のプラス側とマイナス側の間に接続してなる半導体スイッチング素子(42)を備え、この半導体スイッチング素子(42)の入力側が、バイアス抵抗(43)を介して電源ライン(2)のプラス側と、前記アース線(4)に接続され、アース線(4)がシャーシーアース(5)に接続される状態と接続されない状態で、半導体スイッチング素子(42)のバイアス電圧を変更して、前記半導体スイッチング素子(42)をオンオフに切り換えてアース線(4)の接続状態を検出する請求項１に記載される車両用の電源装置。
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