JP5867602B2 - 遮断検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置の遮断を検出する遮断検出装置に関する。

ハイブリット車や電気自動車などの車両に搭載される複数の単電池を有する蓄電装置には、保守、点検などを行う際に用いられるサービスプラグが設けられていることが知られている。蓄電装置は、例えば、電池スタックなどが知られている。サービスプラグは、例えば、図１に示すように用いられることが知られている。図１は、遮断部２を備えた蓄電装置と遮断検出装置を示す図である。図１の蓄電部１の遮断部２は単電池Ｅ１と単電池Ｅ２との接続と遮断を行うもので、抜き差しを行う際に用いるサービスプラグ３を備えている。また、サービスプラグ３には遮断を検出する検出部４を有し、検出部４が遮断を検出すると制御部６に遮断されたことを通知する。

また、単電池Ｅ１、Ｅ２の電圧を計測するためにスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２、ＳＷ３を備えている。単電池Ｅ１の電圧Ｖ１を計測する場合にはスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２を導通させ（閉じ）、スイッチＳＷ３を遮断させ（開け）て電圧Ｖ１の電圧を計測する。また、単電池Ｅ１の正極とサービスプラグ３の単電池Ｅ２側との間の電圧Ｖ２を計測する場合には、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ３を導通させ（閉じ）、スイッチＳＷ２を遮断させ（開け）て電圧Ｖ２の電圧を計測する。

また、制御部６は計測部５が計測した電圧Ｖ１と電圧Ｖ２を計測部から取得し、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２を用いて遮断を検出する。すなわち、サービスプラグ３が抜かれていない場合（単電池Ｅ１と単電池Ｅ２が接続されている場合）はＶ１≒Ｖ２となり、抜かれている場合（単電池Ｅ１と単電池Ｅ２を遮断されている場合）はＶ１≠Ｖ２となるので、遮断を検出することが可能である。

その結果、図１に示す蓄電装置と遮断検出装置を用いることで、検出部４からの遮断を検出したことを示す通知と、電圧Ｖ１、Ｖ２を用いて判定した結果を用いることで、二重に遮断を検出することが可能となる。

ただし、図１に示す蓄電装置と遮断検出装置の場合、電圧Ｖ１、Ｖ２を計測するためにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を切り替えなければならないため遮断を検出するまでに時間がかかる。さらに、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を介して電圧Ｖ１、Ｖ２を計測するため、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の抵抗値のバラツキが大きい場合には電圧の計測精度が低下する。

関連する技術として、スイッチを使わずコネクタが外れていることを検知する誤接続検出回路が開示されている。誤接続検出回路によれば、コネクタが外れたときにコンパレータに入力される電圧が変わることを利用して、コネクタが外れていることを検知する。例えば、特許文献１を参照。

特開昭６２−０２１０７７号公報

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、遮断を検出する時間を短縮する遮断検出装置を提供することを目的とする。

本発明の態様のひとつである遮断検出装置は、蓄電部、遮断部、遮断検出部、を有する。

蓄電部は複数の単電池が直列に接続される。

遮断部は、蓄電部の第１の単電池の負極と蓄電部の第２の単電池の正極との間に直列に接続され、第１の単電池の負極と第２の単電池の正極の接続と遮断を切り替える。

遮断検出部は、電源電圧が与えられる第１の端子と、遮断部が接続状態のときは電源電圧より低い電圧が供給され、遮断部が接続から遮断に切り替えられると電源電圧より高い電圧が供給される第２の端子とを有する。そして、第２の端子に電源電圧より高い電圧が供給されると動作を停止し、電源電圧を出力する。

本実施の形態によれば、遮断を検出する時間を短縮できるという効果を奏する。

従来例を示す図である。 遮断部が接続時の蓄電装置と遮断検出装置の一実施例を示す図である。 遮断部が遮断時の蓄電装置と遮断検出装置の一実施例を示す図である。 接続から遮断に切り替わるときの動作の一実施例を示すタイムチャートである。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。

図２は、遮断部が接続状態である場合の蓄電装置と遮断検出装置の一実施例を示す図である。図３は、遮断部が遮断状態である場合の蓄電装置と遮断検出装置の一実施例を示す図である。図２と図３に示される蓄電装置１は単電池Ｅ１（第１の単電池）と単電池Ｅ２（第２の単電池）が直列に接続される蓄電部と遮断部２を有している。単電池は、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池などの二次電池を用いることが考えられる。ただし、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池に限定されるものではなく、二次電池であればよい。また、図２の例では、蓄電部に単電池が２つしか示されていないが２つより多い複数の単電池が直列に接続されていてもよい。また、図３に示すように蓄電部には負荷部８が並列に接続されている。負荷部８は蓄電部から供給される電流を用いて動作する装置などである。例えば、ハイブリット車や電気自動車などの車両の場合には駆動モータなどである。

遮断部２は、単電池Ｅ１の負極と単電池Ｅ２の正極との間に直列に接続され、単電池Ｅ１の負極と単電池Ｅ２の正極との接続と遮断を切り替える。本例では、遮断部２は単電池Ｅ１と単電池Ｅ２との接続と遮断を行う（抜き差しを行う）際に用いるサービスプラグ３を備えている。また、サービスプラグ３には遮断を検出する検出部４を有し、検出部４が遮断を検出すると制御部６に遮断されたことを通知する。

図２と図３に示される遮断検出装置は計測部５、制御部６、遮断検出部７、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ダイオードＤ１（第１の素子）、抵抗素子Ｒ４（第２の素子）を有している。

計測部５は、単電池Ｅ１の正極と負極の電圧と後述する遮断検出部７の出力電圧を検出する。また、計測部５は単電池Ｅ１の正極側に接続される１つ以上の単電池のいずれかの正極と第１の単電池の負極との間の電圧を計測してもよい。

制御部６は、計測部５が計測した遮断検出部７の出力電圧を取得し、出力電圧が電源電圧である場合に遮断状態であると判定する。また、制御部６は、遮断部２が有する遮断を検知するセンサ４から出力される遮断検出信号を取得し、遮断検出信号と判定した結果とを用いて遮断を検出する。

遮断検出部７は、遮断検出部７に電力を供給するための第１の端子Ｔ１と第２の端子Ｔ２と、入力端子Ｔ３、出力端子Ｔ４を有している。第１の端子Ｔ１は電力供給端子（電源電圧Ｖｄｄ）と接続される。なお、電源電圧Ｖｄｄは蓄電部の単電池から供給してもよい。また、第１の端子Ｔ１は抵抗素子Ｒ３の一方の端子と接続され、抵抗素子Ｒ３の他方の端子は出力端子Ｔ４と接続されている。第２の端子Ｔ２は電流制限をする抵抗素子Ｒ４の一方の端子と接続され、抵抗素子Ｒ４の他方の端子は単電池Ｅ２の正極と遮断部２の端子Ｐ７と接続される。遮断検出部７の入力端子Ｔ３は第１の端子Ｔ１（電源電圧Ｖｄｄ）と基準電圧Ｖｒｅｆとの間の電圧を分圧した電圧が供給される。本例では、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２で分圧した電圧が供給される。抵抗素子Ｒ１の一方の端子は第１の端子Ｔ１と接続され、抵抗素子Ｒ１の他方の端子は入力端子Ｔ３と、抵抗素子Ｒ２の一方の端子に接続されている。抵抗素子Ｒ２の他方の端子は基準電圧Ｖｒｅｆと、計測部５の単電池Ｅ１の負極と遮断部２の端子Ｐ６と接続されるＰ４と接続される。この接続点の電圧をＶｒｅｆとする。遮断検出部７の出力端子Ｔ４は計測部５の電圧を計測する端子Ｐ５に接続される。遮断部２のサービスプラグ３が抜き取られていないとき分圧した電圧が計測部５の端子Ｐ５に出力され、サービスプラグ３が抜き取られたとき計測部５の端子Ｐ５に電源電圧Ｖｄｄが出力される。計測部５の端子Ｐ３は単電池Ｅ１の正極側に接続される。

また、抵抗素子Ｒ４の一方の端子は、サービスプラグ３が抜き取られて逆電圧が発生したとき（Ｖｄｄ＜２Ｖ１となったとき）に遮断検出部７の回路が壊れないように保護するダイオードＤ１のアノードと第２の端子Ｔ２に接続され、ダイオードＤ１のカソードは第１の端子Ｔ１に接続される。逆電圧が発生するとは、第２の端子Ｔ２に電源電圧Ｖｄｄより高い電圧（２Ｖ１）が供給されたことである。なお、電圧Ｖ１については後述する。

また、ダイオードＤ１は第１の端子Ｔ１と第２の端子Ｔ２との間に電位差を生じさせるとともに第１の端子Ｔ１から第１の端子Ｔ２に流れる電流を制限する。

なお、図２に示すＴＰ１〜ＴＰ４は電圧計測点を示している。ただし、実際の回路には設けなくてもよい。

遮断検出部７の回路について説明する。

本例では、オペアンプＯＰ１と抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２を用いて、上記説明したサービスプラグ３が抜き取られていないときに分圧した電圧を端子Ｐ５に出力し、サービスプラグ３が抜き取られたとき端子Ｐ５に抵抗素子Ｒ３を介して電源電圧Ｖｄｄを出力する動作を実現する。オペアンプＯＰ１に電力を供給する正電源端子Ｐ１は第１の端子Ｔ１に接続され、負電源端子Ｐ２は第２の端子Ｔ２に接続される。抵抗素子Ｒ１の他方の端子と抵抗素子Ｒ２の一方の端子とはオペアンプＯＰ１の正極側入力端子（＋）（入力端子Ｔ３）に接続される。オペアンプＯＰ１の負極側入力端子（−）はオペアンプＯＰ１の出力端子Ｔ４と接続される。また、ダイオードＤ１はサービスプラグ３が抜き取られて逆電圧が発生したとき（Ｖｄｄ＜２Ｖ１となったとき）に遮断検出部７のオペアンプＯＰ１が壊れないように保護する。

遮断検出部７の動作について説明する。

図４は、接続から遮断に切り替わるときの動作の一実施例を示すタイムチャートである。遮断部２のサービスプラグ３が抜き取られていないとき（図４の期間Ｔ１）、オペアンプＯＰ１の端子Ｐ１と端子Ｐ２にはＶｄｄ−Ｖｒｅｆの電圧が与えられる。

サービスプラグ３が抜き取られていないとき、電圧Ｖｒｅｆは単電池Ｅ１の負極と単電池Ｅ２の正極が接続されているので、接続されているポイントの電圧となる。ただし、電源電圧Ｖｄｄと電圧Ｖｒｅｆの関係はＶｄｄ＞Ｖｒｅｆである。図４のＴＰ３の期間Ｔ１を参照。

従って、オペアンプＯＰ１は正常に動作し、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２により決定される電圧Ｖｄｄ−Ｖｒｅｆを分圧した電圧がオペアンプＯＰ１の正極側入力端子（＋）に与えられ、出力端子Ｔ４からＶｄｄ−Ｖｒｅｆを分圧した電圧が出力される。例えば、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２の抵抗値が同じであれば、（Ｖｄｄ−Ｖｒｅｆ）／２の電圧が出力される。図４のＴＰ１の期間Ｔ１を参照。

サービスプラグ３が抜き取られ、接続から遮断に切り替わると、単電池Ｅ１と負荷部８と単電池Ｅ２が接続された回路が作られる。図４の時間ｔ０を参照。図３に示すように単電池Ｅ１の正極と負荷部８の一方と負荷部８の他方と単電池Ｅ２の負極とが接続された回路が作られる。図３の太線を参照。

その結果、端子Ｐ１に与えられている電源電圧Ｖｄｄより高い、単電池Ｅ１の電圧に単電池Ｅ２の電圧が加えられた電圧（Ｅ１の電圧＋Ｅ２の電圧）がオペアンプＯＰ１の端子Ｐ２に与えられる。例えば、単電池Ｅ１と単電池Ｅ２の電圧をそれぞれＶ１とした場合、遮断状態になるとＶ１＋Ｖ１＝２Ｖ１になる。ただし、Ｖｄｄ＜２Ｖ１にする。

続いて、第２の端子Ｔ２に電源電圧Ｖｄｄより高い電圧２Ｖ１が与えられるためオペアンプＯＰ１の動作が停止する。図４の時間ｔ０〜ｔ１を参照。停止するとオペアンプＯＰ１からの出力がないため、計測部５の端子Ｐ５は電源電圧Ｖｄｄを検出する。図４の期間Ｔ２を参照。

ＴＰ４の電圧は、図４の期間Ｔ１ではほぼＶｒｅｆとなり、期間Ｔ２では電源電圧ＶｄｄからダイオードＤ１の順方向電圧降下Ｖｄｉｏｄｅ（例えば、０．７Ｖ〜０．３Ｖ）を足した電圧Ｖｄｄ＋Ｖｄｉｏｄｅとなる。

従って、逆電圧が発生しても、ダイオードＤ１があることで、端子Ｐ１に対する端子Ｐ２の電圧差がＶｄｉｏｄｅに抑えられ、オペアンプＯＰ１を保護することができる。

なお、ダイオードＤ１を第１の端子Ｔ１と第２の端子Ｔ２との間に接続すると、逆電圧が発生したとき、単電池Ｅ２の正極からダイオードＤ１を介して、電源（Ｖｄｄ）へ大電流が流れる。しかし、抵抗Ｒ４を設けることにより大電流が抑えられる（電流制限がされる）ため、ダイオードＤ１を保護することができる。

制御部６について説明する。

計測部５が計測した単電池Ｅ１の正極と負極の電圧を、制御部６が取得する。計測部５の端子Ｐ３と単電池Ｅ１の正極の間と、計測部５の端子Ｐ４と単電池Ｅ１の負極の間に、単電池Ｅ１の電圧計測精度に影響を及ぼす構成要素がなく、単電池Ｅ１と計測部５を直接接続するため、単電池Ｅ１の上記電圧各々を精度よく計測した電圧を、制御部６が取得できる。ここで、影響を及ぼす構成要素とは、例えば、スイッチなどで抵抗成分のバラツキが大きい要素などである。なお、スイッチ以外にも抵抗成分、容量成分、誘導成分などを有する要素を削除してもよい。

なお、単電池Ｅ１の正極側に接続される１つ以上の単電池が直列に接続されている場合には、単電池Ｅ１と直列に接続される他の単電池のいずれかの正極と単電池Ｅ１の負極との間の電圧を、制御部６が取得してもよい。

また、制御部６はサービスプラグ３が抜かれていないときには遮断検出部７の出力端子から分圧された電圧を取得し、サービスプラグ３が抜かれているときは遮断検出部７の出力端子から電源電圧Ｖｄｄを取得する。続いて、制御部６は取得した電圧が分圧された電圧から電源電圧Ｖｄｄに変化したとき遮断されたと判定する。

その結果、サービスプラグ３が抜かれたことを検出する制御を簡単にすることで、サービスプラグ３が抜かれてから遮断を検出されるまでの時間（図４のｔ０〜ｔ１の期間）を短縮することが可能となる。

さらに、制御部６は遮断部２が有する遮断を検知する検出部４から出力される遮断検出信号を取得する。そして、遮断検出信号と上記遮断されたと判定され結果とを用いて、二重に遮断を検出することで、遮断検出の精度が向上する。

本実施例によれば、遮断を検出する時間を短縮できるという効果を奏する。

また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１ 蓄電装置、
２ 遮断部、
３ サービスプラグ、
４ 検出部、
５ 計測部、
６ 制御部、
７ 遮断検出部、
８ 負荷部、
Ｅ１、Ｅ２ 単電池、
Ｄ１ ダイオード、
ＯＰ１ オペアンプ、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 抵抗素子、

Claims (7)

1. 複数の単電池が直列に接続される蓄電部と、
   前記蓄電部の第１の単電池の負極と前記蓄電部の第２の単電池の正極との間に直列に接続され、前記第１の単電池の負極と前記第２の単電池の正極の接続と遮断を切り替える遮断部と、
   電源電圧が与えられる第１の端子と、前記遮断部が接続状態のときは前記電源電圧より低い電圧が供給され、前記遮断部が接続から遮断に切り替えられると前記電源電圧より高い電圧が供給される第２の端子とを有し、前記第２の端子に前記電源電圧より高い電圧が供給されると動作を停止し、前記電源電圧を出力する遮断検出部と、
   を備えることを特徴とする遮断検出装置。
2. 前記遮断部が接続から遮断に切り替えられると、前記第２の端子に前記電源電圧より高い電圧が発生したときに前記遮断検出部の回路が壊れないように保護する第１の素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の遮断検出装置。
3. 前記第２の端子と前記第２の単電池の正極との間に接続され、電流制限をする第２の素子を備えることを特徴とする請求項２に記載の遮断検出装置。
4. 前記遮断検出部は、
   電源電圧が供給される前記第１の端子と前記電源電圧より低い電圧が供給される前記第２の端子とを有するオペアンプを備え、
   前記遮断部が接続されているとき、前記電源電圧と前記第１の単電池の負極との間の電圧を分圧した電圧が前記オペアンプの正極入力端子に入力され、前記オペアンプの負極入力端子と接続される前記オペアンプの出力端子から前記分圧した電圧を出力し、
   前記遮断部が遮断に切り替わると、前記オペアンプは動作を停止し、前記第１の端子に供給される前記電源電圧を出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮断検出装置。
5. 前記第１の素子はダイオードとし、カソードを前記第１の端子に接続し、アノードを前記第２の端子に接続する、ことを特徴とする請求項２に記載の遮断検出装置。
6. 前記第２の素子は抵抗素子とする、ことを特徴とする請求項３に記載の遮断検出装置。
7. 前記第１の単電池の正極側に接続される１つ以上の前記単電池のいずれかの正極と、前記第１の単電池の負極と、に計測部を直接接続して、電圧を計測する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の遮断検出装置。

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