JP4171449B2 - 車両用の電源装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。
特開平１１−３４１８２１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｖ_ＣＣ３、Ｖ_ＣＣ４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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一実施の形態に係る車両用の電源装置を車両に接続した状態を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る車両用の電源装置を示すブロック図である。 図２の制御回路におけるデータの流れを示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係るブロック図である。 制御回路が電池の保護動作を行う流れを示すフローチャートである。

符号の説明

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

Claims (3)

1. 一以上の走行用バッテリ(1)と、
   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。
2. 請求項１に記載の車両用の電源装置であって、
   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。
3. 請求項１または２に記載の車両用の電源装置であって、
   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。

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