JP5274110B2 - 車両用の電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両を走行させるモータに電力を供給する高電圧バッテリを備える車両用の電源装置に関し、とくに高電圧バッテリを構成する電池の電圧と電流を検出する回路を備える車両用の電源装置に関する。

ハイブリッドカー等の電動車両に搭載される車両用の電源装置は、出力電圧の高い高電圧バッテリを備えている。この電源装置は、高電圧バッテリから車両のモータに電力を供給してモータで車両を走行させる。ハイブリッドカーは、電源装置で駆動されるモータとエンジンの両方で車両を走行させる。ハイブリッドカーは、エンジンで発電機を駆動して高電圧バッテリを充電し、あるいは車両の回生制動で高電圧バッテリを充電する。また、高電圧バッテリからモータに放電して車両を走行させる。この電源装置は、高電圧バッテリの電圧と電流を検出して、充放電の電流をコントロールすることで、電池を保護しながら充放電させる（特許文献１参照）。高電圧バッテリの劣化をできるかぎり少なくして、寿命を長くするためである。高電圧バッテリは、出力電圧を高くするために多数の電池を直列に接続している。したがって、電圧検出回路は、各々の電池の電圧を検出し、あるいは複数の電池を直列に接続して電池モジュールとして電池モジュールの電圧を検出する。ところで、高電圧バッテリは、感電などの弊害を防止して安全性を向上させる目的で、車両のシャーシーアースには接続されず、シャーシーアースから絶縁される。したがって、高電圧バッテリを構成する電池の電圧を検出する電圧検出回路も、車両のシャーシーアースには接続されず、シャーシーアースから絶縁される。このため、電圧検出回路の電源ラインに電力を供給する電源回路は、シャーシーアースから絶縁している絶縁型の電源回路が使用される。

一方、高電圧バッテリの電流を検出する電流検出部には、ホール素子の電流センサが使用される。この電流センサは、電流によって発生する磁束から電流を検出するので、高電圧バッテリから絶縁して電流を検出できる。したがって、この電流センサの出力から電流を検出する電流検出回路は、車両のシャーシーアースに接続している非絶縁型の電源回路から電源ラインに電力が供給される。したがって、高電圧バッテリの電圧と電流を検出する電源装置は、絶縁型の電源回路と非絶縁型の電源回路とを設け、絶縁型の電源回路から電圧検出回路に、非絶縁型の電源回路から電流検出回路に電力を供給している。このため、電源回路が複雑になる欠点がある。また、磁束から高電圧バッテリの電流を検出する電流センサは、ヒステリシスなどが原因で高精度に電流を検出するのが難しい欠点もある。
特開２００４−１２０９６６号公報

本発明は、以上の欠点を解決す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、絶縁型の電源回路から供給する電力で高電圧バッテリの電圧と電流の両方を検出することが簡単な回路構成としながら、高電圧バッテリの電流を高精度に検出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、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の電源装置は、複数の充電できる電池を直列に接続している高電圧バッテリ１と、この高電圧バッテリ１に流れる電流を検出する電流検出部３、３３、５３、９３と、高電圧バッテリ１の電圧を検出する電圧検出回路４、３４、５４、９４と、この電圧検出回路４、３４、５４、９４と電流検出部３、３３、５３、９３の電源ライン２０に電力を供給する電源回路５とを備える。電流検出部３、３３、５３、９３は、電池と直列に接続しているシャント抵抗７と、このシャント抵抗７の両端の電圧から電流を検出する電流検出回路６、３６、５６、９６とを備えている。電源回路５は、車両のシャーシーアースから絶縁してなる電源電力を供給する絶縁型の電源回路５Ａであって、この絶縁型の電源回路５Ａが、電流検出回路６、３６、５６、９６と電圧検出回路４、３４、５４、９４の両方の電源ライン２０に電力を供給している。

以上の電源装置は、従来のように、絶縁型の電源回路と非絶縁型の電源回路とを使用して、高電圧バッテリの電圧と電流を検出する必要がなく、車両のシャーシーアースから絶縁している絶縁型の電源回路から供給する電力でもって、高電圧バッテリの電圧と電流の両方を検出できる。このため、簡単な回路構成としながら、シャント抵抗の両端に誘導される電圧を検出する回路によって、高電圧バッテリの電流を高い精度で検出できる特徴がある。

本発明の車両用の電源装置は、高電圧バッテリ１が、シャーシーアースから絶縁され、かつ絶縁型の電源回路５Ａのアースライン２２に接続してなるグランドライン２１のプラス側とマイナス側に接続してなる２組の電池ブロック１Ａ、１Ｂを備えて、シャント抵抗７をグランドライン２１の近傍に直列に接続している。
ただし、この明細書において「グランドラインの近傍」とは、シャント抵抗を直接にグランドラインに接続する回路構成のみでなく、シャント抵抗とグランドラインとの間に、電池ブロックを構成する電池の個数の１／１０以下の電池を接続する状態を意味するものとする。

この電源装置は、シャント抵抗の電圧を正確に検出して、高電圧バッテリの電流をより高い精度で検出できる。それは、グランドラインの近傍に直列に接続しているシャント抵抗の両端に誘導される電圧は、グランドラインに対して高電圧とならないからである。シャント抵抗の電圧がグランドラインから高電圧になると、分圧して電流検出回路に入力する必要があり、分圧回路による誤差が検出電流の精度を低下させる。グランドラインの近傍にあるシャント抵抗の電圧は、分圧回路で分圧することなく直接に検出できるので、高い精度で検出できる。分圧回路の誤差による検出精度の低下がなく、また分圧することで検出電圧が小さくなることによる精度の低下がないからである。

さらに、本発明の車両用の電源装置は、高電圧バッテリ１と直列に接続してなるヒューズ８を備えて、ヒューズ８をグランドライン２１の近傍に直列に接続することができる。

さらに、本発明の車両用の電源装置は、グランドライン２１を２組の電池ブロック１Ａ、１Ｂを備えて、ヒューズ８とシャント抵抗７とをグランドライン２１の近傍に直列に接続することができる。

さらに、本発明の車両用の電源装置は、電圧検出回路３４、９４が、複数の電池に接続してなる複数の入力端子４０ａを有し、入力端子４０ａを所定のサンプリング周期で切り換えて電池の電圧を検出するマルチプレクサ４０と、このマルチプレクサ４０から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して、電池の電圧をデジタル信号として出力するＡ／Ｄコンバータ１１とを備えることができる。マルチプレクサ４０は、電池の電圧を検出する入力端子４０ａよりも多いチャンネル数の入力端子４０ａを備えて、このマルチプレクサ４０のひとつの入力端子４０ａにシャント抵抗７を接続して、マルチプレクサ４０が、電池とシャント抵抗７に接続している入力端子４０ａを切り換えて、電池の電圧とシャント抵抗７の電圧とをＡ／Ｄコンバータ１１に入力して、Ａ／Ｄコンバータ１１の出力から電池の電圧と電流を検出することができる。

この電源装置は、シャント抵抗の電圧を検出する専用の回路を設けることなく、高電圧バッテリの電圧を検出する回路を併用して、シャント抵抗の電圧、すなわち高電圧バッテリの電流を検出できる。とくに、この電源装置は、マルチプレクサのひとつの入力端子にシャント抵抗の電圧を入力することから、高電圧バッテリの電池電圧のみを検出するマルチプレクサに比較すると、チャンネル数を１チャンネル多くする必要がある。ただ、マルチプレクサのチャンネル数を１チャンネル増加するのは極めて簡単な回路である。また、現実に使用されるマルチプレクサは、使用されない入力端子があることが多い。それは、規格品のマルチプレクサを使用することから、一般的には電池電圧を検出する数よりもチャンネル数が多くなるからである。使用されない余分の入力端子のあるマルチプレクサは、ここにシャント抵抗の電圧を入力することで、さらに回路構成を簡素化しながら、高電圧バッテリの電流を高い精度で検出できる特徴がある。

さらにまた、本発明の車両用の電源装置は、ヒューズ８及びシャント抵抗７は、一端が
直接グランドライン２１と接続され、さらに、ヒューズ８とシャント抵抗７の両端の電圧を検出するサブ電圧検出回路５７と、このサブ電圧検出回路５７の検出電圧から、ヒューズ８とシャント抵抗７の故障を判定する故障判定回路５８とを備えて、サブ電圧検出回路５７が、ヒューズ８とシャント抵抗７のいずれかの両端に誘導される電圧を分圧して検出して、故障判定回路５８が検出電圧からヒューズ８とシャント抵抗７の故障を判定することができる。

この電源装置は、ヒューズとシャント抵抗の故障を検出できるので、検出される電流が正確な電流であるかどうかを判定して、高電圧バッテリの電流を確実に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ないし図３に示す車両用の電源装置は、複数の充電できる電池を直列に接続している高電圧バッテリ１と、この高電圧バッテリ１に流れる電流を検出する電流検出部３、３３、５３と、高電圧バッテリ１の電圧を検出する電圧検出回路４、３４、５４と、この電圧検出回路４、３４、５４と電流検出部３、３３、５３の電源ライン２０に電力を供給する電源回路５とを備える。電流検出部３、３３、５３は、電池と直列に接続しているシャント抵抗７と、このシャント抵抗７の両端の電圧から電流を検出する電流検出回路６、３６、５６とを備える。電源回路５は、車両のシャーシーアースから絶縁して電源電力を供給する絶縁型の電源回路５Ａであって、この絶縁型の電源回路５Ａは、電流検出回路６、３６、５６と電圧検出回路４、３４、５４の両方の電源ライン２０に電力を供給している。

電圧検出回路４、３４、５４は、高電圧バッテリ１の電圧を検出し、検出した電圧で高電圧バッテリ１の充放電を制御する。高電圧バッテリ１は、複数の電池を直列に接続して電池モジュール２として、複数の電池モジュール２を直列に接続している。この電源装置は、電圧検出回路４、３４、５４で各々の電池モジュール２の電圧と、高電圧バッテリ１の総電圧を検出する。電圧検出回路４、３４、５４は、複数の電池を直列に接続している高電圧バッテリ１の接続点の電圧と総電圧を検出する。

複数の充電できる電池を直列に接続して電池モジュール２とし、これを直列に接続して高電圧バッテリ１とする電源装置は、電圧検出回路４、３４、５４でもって、各々の電池モジュール２の電圧を検出する。ただし、本発明の電源装置は、充電できる電池を電池モジュールとすることなく、充電できる電池を直列に接続して高電圧バッテリとする構造にあっては、電圧検出回路でもって、各々の電池の電圧を検出する。電池モジュール２を直列に接続してなる高電圧バッテリ１を備える電源装置は、各々の電池モジュール２の接続点を電圧検出点２３として、電圧検出回路４、３４、５４に接続している。なお、電圧検出点２３とは、電圧検出回路が電池モジュールや電池の電圧を検出する接続点である。ただし、図示しないが、電圧検出回路は、複数の電池モジュールをひとつのユニットとして、１ユニットの電圧を検出することもできる。たとえば、５０個の電池モジュールを直列に接続している高電圧バッテリは、好ましくは５０個の全ての電池モジュールの電圧を各々独立して電圧検出回路で検出し、あるいは２個の電池モジュールを１ユニットして、２個の電池モジュールのトータル電圧をユニット電圧として検出することもできる。

検出された電池モジュール２の電圧は、電池モジュール２の残容量の検出に使用され、あるいは充放電の電流を積算して演算される残容量の補正に使用され、あるいはまた、残容量が０になって完全に放電されたことを検出して過放電される状態では放電電流を遮断し、さらに満充電されたことを検出して、過充電される状態になると充電電流を遮断するために使用される。

多数の電池モジュール２を直列に接続している高電圧バッテリ１は、同じ電流で充放電される。したがって、全ての電池モジュール２の充電量と放電量は同じになる。しかしながら、必ずしも全ての電池モジュール２の電気特性は、等しく揃って変化するわけではない。とくに、充放電の繰り返し回数が多くなると、各々の電池モジュール２は劣化する程度が異なって、満充電できる容量が変化する。この状態になると、満充電できる容量の減少した電池モジュール２は、過充電されやすく、また過放電もされやすくなる。電池モジュール２は、過充電と過放電で著しく電気特性が劣化するので、満充電できる容量が減少した電池モジュール２が過充電や過放電されると急激に劣化してしまう。このため、高電圧バッテリ１は、多数の電池モジュール２を直列に接続しているが、全ての電池モジュール２の過充電と過放電を防止しながら、すなわち、電池モジュール２を保護しながら充放電することが大切となる。全ての電池モジュール２を保護しながら充放電するために、電圧検出回路４は、各々の電池モジュール２の電圧を検出している。

各々の電池モジュール２は、たとえば５個のニッケル水素電池を直列に接続している。この電池モジュール２は、５０個を直列に接続して全体で２５０個のニッケル水素電池を直列に接続してなる出力電圧３００Ｖの電源となる。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、たとえば、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、高電圧バッテリは、必ずしも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。さらにまた、電池モジュールを構成する充電できる電池は、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他の二次電池も使用できる。

図１ないし図３の電源装置は、高電圧バッテリ１を２組の電池ブロック１Ａ、１Ｂに分割して、シャーシーアースから絶縁しているグランドライン２１のプラス側とマイナス側とに直列に接続している。電圧検出回路４、３４、５４は、各々の電池ブロック１Ａ、１Ｂの電池電圧を検出する。たとえば、全体で５０個の電池モジュールを直列に接続している高電圧バッテリは、２５個の電池モジュールを直列に接続している第１の電池ブロックと、２５個の電池モジュールを接続している第２の電池ブロックに分割し、あるいは２４個の電池モジュールを直列に接続する第１の電池ブロックと、２６個の電池モジュールを接続する第２の電池ブロック等と異なる個数に分割してトータルで５０個となるように２ブロックに分割することができる。

電圧検出回路４、３４、５４は、入力側にマルチプレクサ１０、４０、６０を接続している。このマルチプレクサ１０、４０、６０で所定のサンプリング周期で順番に切り換えて、電池の電圧を検出する。電圧検出回路４、３４、５４は、グランドライン２１に対する電圧検出点２３の電圧を検出し、検出した電圧検出点２３の電圧差から各々の電池モジュール２の電圧を演算する。高電圧バッテリ１のグランドライン２１は、電圧検出回路４、３４、５４と絶縁型の電源回路５Ａのアースライン２２に接続される。電圧検出回路４、３４、５４のアースライン２２は、車両のシャーシーアースには接続されない。感電を防止するためである。

電池モジュール２の接続点である電圧検出点２３は、電圧検出ライン２４を介して電圧検出回路４、３４、５４に接続される。電圧検出回路４、３４、５４は、電圧検出点２３の電圧を検出して、各々の電池モジュール２の電圧を検出する。

電圧検出回路４、３４、５４は、入力側にマルチプレクサ１０、４０、６０を備え、このマルチプレクサ１０、４０、６０の出力をＡ／Ｄコンバータ１１に入力している。マルチプレクサ１０、４０、６０は、複数の入力端子１０ａ、４０ａ、６０ａを所定のサンプリング周期で順番に切り換えて、Ａ／Ｄコンバータ１１に出力する。各々の入力端子１０ａ、４０ａ、６０ａは、各々の電池モジュール２の接続点である電圧検出点２３に接続している。このマルチプレクサ１０、４０、６０の出力は、バッファアンプ１２を介してＡ／Ｄコンバータ１１に入力され、Ａ／Ｄコンバータ１１でもって、検出される電圧をデジタル信号に変換して制御回路１３に出力する。制御回路１３は、検出された電圧を、電圧信号として出力する。

さらに、電圧検出回路４、３４、５４は、マルチプレクサ１０、４０、６０の入力側に、抵抗分圧回路１４を備えており、この抵抗分圧回路１４で電圧検出点２３の電圧を分圧してマルチプレクサ１０、４０、６０に入力している。電圧検出点２３の最高電圧は、数百Ｖとなって、マルチプレクサ１０、４０、６０の最高入力電圧よりも高電圧となる。電源電圧を５〜１０Ｖとするマルチプレクサ１０、４０、６０は、最高入力電圧を電源電圧以下とする必要がある。抵抗分圧回路１４は、特定の分圧比で電圧検出点２３の電圧を降下させる。抵抗分圧回路１４の分圧比は、直列に接続している抵抗器１５の電気抵抗で特定される。マルチプレクサ１０、４０、６０の入力と並列に接続している並列抵抗１５Ｂに比較して、直列に接続している直列抵抗１５Ａの電気抵抗を大きくして、抵抗分圧回路１４の分圧比を大きく、すなわちマルチプレクサ１０、４０、６０の入力電圧を低くできる。抵抗分圧回路１４を構成する抵抗器１５の直列回路は、電池の消費電力を少なくするために、ここに流れる検出電流を１００μＡ以下、好ましくは５０μＡ以下と極めて小さくする。

抵抗分圧回路１４は、電圧検出点２３の電圧を数Ｖに分圧してマルチプレクサ１０、４０、６０に入力する。抵抗分圧回路１４が電圧検出点２３の電圧を低下させる割合は、直列に接続している抵抗器１５の電気抵抗の比で特定される。抵抗分圧回路１４で分圧された電圧は、マルチプレクサ１０、４０、６０とバッファアンプ１２を介してＡ／Ｄコンバータ１１に入力され、Ａ／Ｄコンバータ１１でデジタル信号に変換された電圧信号が制御回路１３に入力される。制御回路１３は、抵抗分圧回路１４の分圧比を考慮して、実際の電圧に変換して電池モジュール２の電圧を演算する。たとえば、抵抗分圧回路１４の分圧比が１／１００であれば、制御回路１３は、検出された電圧を１００倍して電圧検出点２３の電圧とする。電圧検出回路４、３４、５４は、電池モジュール２の電圧を、電池モジュール２の両端を接続している接続点の電圧差として検出する。さらに、電圧検出回路４、３４、５４は、マイナス側とプラス側の電圧差から総電圧を検出する。

電圧検出回路４、３４、５４は、出力のシャーシーアースに接続されない、すなわちシャーシーアースから絶縁された絶縁型の電源回路５Ａを介して電源電力が供給されて動作する。絶縁型の電源回路５Ａは、電装用バッテリ９から供給される電力をトランスで絶縁して、電圧検出回路４、３４、５４の電源ライン２０に供給する。また、絶縁型の電源回路５Ａは、電装用バッテリ９の電圧を安定化して電圧検出回路４、３４、５４の電源ライン２０に出力する。ただし、絶縁型の電源回路は、電装用バッテリに代わって、高電圧バッテリから電力を供給する回路とすることもできる。

図１ないし図３の電源装置は、２組の電池ブロック１Ａ、１Ｂを、ヒューズ８とシャント抵抗７の直列回路を介して直列に接続している。ヒューズ８とシャント抵抗７の接続点２５をグランドライン２１に接続している。ヒューズ８とシャント抵抗７を介して直列に接続される電池ブロック１Ａ、１Ｂは、一方の電池ブロック１Ａを、ヒューズ８を介してグランドライン２１に接続して、他方の電池ブロック１Ｂをシャント抵抗７を介してグランドライン２１に接続する。図の電源装置は、グランドライン２１のプラス側にヒューズ８を接続して、マイナス側にシャント抵抗７を接続している。図示しないが、ヒューズをグランドラインのマイナス側に、シャント抵抗をグランドラインのプラス側に接続することもできる。また、ヒューズとシャント抵抗を直列に接続して、グランドラインのプラス側又はマイナス側に接続することもできる。

ヒューズ８とシャント抵抗７は、高電圧バッテリ１に流れる電流とそれ自体の電気抵抗の積に相当する電圧、すなわち電流に起因する電圧であるヒューズ電圧とシャント抵抗電圧が発生する。グランドライン２１に接続しているヒューズ８のヒューズ電圧とシャント抵抗７のシャント抵抗電圧は、グランドライン２１に対する電圧となる。ヒューズ８及びシャント抵抗７とグランドライン２１との間に電池を接続しても、ヒューズ８とシャント抵抗７には電圧降下による誘電電圧が発生する。ただ、電池を介してグランドラインに接続しているヒューズとシャント抵抗は、ヒューズ電圧とシャント抵抗電圧がグランドラインに対して電池の電圧に相当する電圧だけシフトされる。たとえば、ヒューズとシャント抵抗との間に１００Ｖの電池が接続されると、ヒューズのヒューズ電圧とシャント抵抗のシャント抵抗電圧は、グランドラインから１００Ｖシフトされた電圧となる。誘導電圧がグランドラインからシフトされると、高い精度でヒューズ電圧とシャント抵抗電圧を検出するのが難しくなる。それは、電圧検出回路が、シフトされたヒューズ電圧とシャント抵抗電圧を分圧回路で分圧して検出するからである。グランドライン２１に直接に接続しているヒューズ８とシャント抵抗７は、グランドライン２１からシフトされず、分圧回路を介することなく電圧検出回路４、３４、５４で検出できる。このため、高い精度でヒューズ電圧とシャント抵抗電圧を検出できる。

ただ、ヒューズ電圧やシャント抵抗電圧がシフトする電圧が小さいと、電圧検出回路は、分圧回路を介することなく入力して高精度に電圧を検出できる。したがって、ヒューズとシャント抵抗は、たとえば電池ブロックを構成する全ての電池の１／１０以下の個数の電池を介してグランドラインに接続することもできる。１／１０の電池を介してグランドラインに接続されるヒューズとシャント抵抗は、たとえば、電池ブロックの電圧を１１０Ｖ〜１５０Ｖとすれば、シフトされる電圧が１１Ｖ〜１５Ｖとなるので、分圧回路を介することなく電圧検出回路で検出できる。

図１の電源装置は、シャント抵抗７と電流検出回路６とで電流検出部３を構成する。電流検出回路６は、高電圧バッテリ１に流れる電流によって、シャント抵抗７の両端に発生するシャント抵抗電圧を検出して、高電圧バッテリ１の電流を検出する。シャント抵抗電圧を検出するために、シャント抵抗７と電池２との接続点２６を電流検出回路６に入力している。シャント抵抗電圧は、高電圧バッテリ１の電流とシャント抵抗７の電気抵抗の積となる。したがって、電流検出回路６は、シャント抵抗７のシャント抵抗電圧を検出して、高電圧バッテリ１の電流を検出する。電流検出回路６は、シャント抵抗７のシャント抵抗電圧、すなわち車両のシャーシーアースから絶縁された電圧を検出する。したがって、電流検出回路６は、電圧検出回路４と同じ絶縁型の電源回路５Ａを介して電源ライン２０に電力を供給している。すなわち、絶縁型の電源回路５Ａは、電圧検出回路４と電流検出回路６の両方の電源ライン２０に電力を供給している。

図２の電源装置は、シャント抵抗７と、このシャント抵抗７のシャント抵抗電圧から高電圧バッテリ１の電流を検出する電流検出回路３６とで電流検出部３３を構成しており、この電流検出回路３６は、電圧検出回路３４を併用している。したがって、この電源装置は、シャント抵抗７の電流を検出するために専用の電流検出回路を設けることなく、電圧検出回路３４を電流検出回路３６と併用する。シャント抵抗７と電池２との接続点２６をマルチプレクサ４０のひとつの入力端子４０ａに接続して、シャント抵抗７の電圧をマルチプレクサ４０に入力している。マルチプレクサ４０のグランドライン２１は、高電圧バッテリ１のグランドライン２１に接続している。マルチプレクサ４０に入力されるシャント抵抗７のシャント抵抗電圧は、マルチプレクサ４０を介してＡ／Ｄコンバータ１１に入力されて、デジタル信号の電圧信号として検出される。シャント抵抗７の電圧は、直接にマルチプレクサ４０に入力され、あるいは入力アンプで増幅してマルチプレクサに入力される。入力アンプでシャント抵抗電圧を増幅してマルチプレクサに入力する電流検出部は、シャント抵抗の電気抵抗を小さくして、電流に対するシャント抵抗電圧を小さくできる。このため、シャント抵抗による損失と発熱を小さくできる。

マルチプレクサ４０は、所定のサンプリング周期で入力端子４０ａを切り換えて、電池の電圧とシャント抵抗７から入力されるシャント抵抗電圧をＡ／Ｄコンバータ１１に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１１は、マルチプレクサ１０から入力されるアナログ信号のシャント抵抗電圧をデジタル信号に変換して出力する。Ａ／Ｄコンバータ１１から出力されるデジタル信号のシャント抵抗電圧から高電圧バッテリ１の電流が検出される。シャント抵抗電圧が、高電圧バッテリ１の電流とシャント抵抗７の電気抵抗の積であるから、（シャント抵抗電圧）／（電気抵抗）を演算して、高電圧バッテリ１の電流は検出される。

図３の電源装置は、シャント抵抗７と、このシャント抵抗７のシャント抵抗電圧から高電圧バッテリ１の電流を検出する電流検出回路５６とで電流検出部５３を構成している。図の電源装置は、シャント抵抗７及びヒューズ８の両端の電圧を検出するサブ電圧検出回路５７を備えており、このサブ電圧検出回路５７を、シャント抵抗７の電流を検出するための電流検出回路５６に併用している。図の電源装置は、シャント抵抗電圧とヒューズ電圧を検出するために、シャント抵抗７と電池２との接続点２６を電圧検出ライン２４を介してサブ電圧検出回路５７に入力すると共に、ヒューズ８と電池２との接続点２７を電圧検出ライン２４を介してサブ電圧検出回路５７に入力している。図のサブ電圧検出回路５７は、複数の入力端子７０ａを備える切換回路７０を備え、この切換回路７０の入力端子７０ａに、シャント抵抗７の電圧とヒューズ８の電圧とを入力している。切換回路７０は、所定のタイミングで入力端子７０ａを切り換えて、シャント抵抗電圧とヒューズ電圧をＡ／Ｄコンバータ７１に出力する。Ａ／Ｄコンバータ７１は、切換回路７０から入力されるアナログ信号のシャント抵抗電圧をデジタル信号に変換して出力する。Ａ／Ｄコンバータ７１から出力されるデジタル信号のシャント抵抗電圧から高電圧バッテリ１の電流が検出される。切換回路７０の出力は、バッファアンプ７２を介してＡ／Ｄコンバータ７１に入力され、Ａ／Ｄコンバータ７１でもって、検出される電圧をデジタル信号に変換して、制御回路７３に出力する。制御回路７３は、Ａ／Ｄコンバータ７１から入力されるデジタル信号のシャント抵抗電圧から高電圧バッテリ１の電流を検出して出力する。高電圧バッテリ１の電流は、（シャント抵抗電圧）／（電気抵抗）を演算して検出される。

さらに、図３の電源装置は、サブ電圧検出回路５７でヒューズ８の両端に発生するヒューズ電圧を検出して、ヒューズ電圧とシャント抵抗電圧からヒューズ８とシャント抵抗７の故障を判定する。図の電源装置は、サブ電圧検出回路５７の検出電圧から、ヒューズ８とシャント抵抗７の故障を判定する故障判定回路５８を備えている。サブ電圧検出回路５７は、故障判定回路５８でヒューズ８とシャント抵抗７の故障を判定するために、ヒューズ８とシャント抵抗７のいずれかの両端に誘導される電圧を分圧して検出する。図３のサブ電圧検出回路５７は、ヒューズ８の両端に発生するヒューズ電圧を入力回路８０で分圧して切換回路７０に入力している。ただ、サブ電圧検出回路は、シャント抵抗の両端に発生するシャント抵抗電圧を入力回路で分圧して切換回路に入力することもできる。ヒューズ電圧を分圧するために、図の入力回路８０は、ヒューズ８と並列に、第１入力抵抗８１と第２入力抵抗８２の直列回路を接続している。この入力回路８０は、第１入力抵抗８１と第２入力抵抗８２の接続点８４を、切換回路７０のひとつの入力端子７０ａに接続して、分圧されたヒューズ８の電圧を切換回路７０に入力している。さらに、入力回路８０は、シャント抵抗７には、第３入力抵抗８３を並列に接続している。第１入力抵抗８１と第２入力抵抗８２の直列回路と第３入力抵抗８３とは直列に接続しており、これらの接続点８５をグランドライン２１に接続している。さらに、第３入力抵抗８３の反対側の接続点８６を切換回路７０のひとつの入力端子７０ａに接続してシャント抵抗７の電圧を切換回路７０に入力している。入力回路８０を構成する入力抵抗の電気抵抗は、ヒューズ８とシャント抵抗７の電気抵抗に対して十分に大きく、たとえば１００倍以上に大きく、シャント抵抗電圧の検出に誤差が発生しないようにしている。

以上の構造のサブ電圧検出回路５７において、入力回路８０を介して切換回路７０に入力されるシャント抵抗電圧とヒューズ電圧は、シャント抵抗７とヒューズ８が正常な状態では所定の範囲の電圧となる。ところが、シャント抵抗７とヒューズ８のいずれかが切断されると、図４または図５の矢印で示す経路で電流が流れて、ヒューズ電圧とシャント抵抗電圧が検出される。

図４は、ヒューズ８が切断された状態における電流の経路を示している。この状態では、第１入力抵抗８１と第２入力抵抗８２の直列回路には、高電圧バッテリ１の総電圧Ｖtotalに等しい電圧が印可される。したがって、切換回路７０に入力される、第１入力抵抗８１と第２入力抵抗８２の接続点８４の電圧Ｖｆは、総電圧Ｖtotalを入力回路８０で分圧された電圧として検出される。すなわち、第１入力抵抗８１の電気抵抗をＲ１、第２入力抵抗８２の電気抵抗をＲ２とすると、
Ｖｆ＝Ｖtotal×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。
ここで、第１入力抵抗８１の電気抵抗Ｒ１と第２入力抵抗８２の電気抵抗Ｒ２とを等しくすると、Ｖｆ＝Ｖtotal／２として検出される。したがって、故障判定回路５８は、サブ電圧検出回路５７で検出される分圧されたヒューズ電圧である検出電圧Ｖｆが総電圧Ｖtotalの１／２であると、ヒューズ８が切断されたと判定して異常信号を出力する。

また、図５は、シャント抵抗７が切断された状態における電流の経路を示している。この状態では、第３入力抵抗８３には、高電圧バッテリ１の総電圧Ｖtotalに等しい電圧が印可される。このため、切換回路７０に入力される、第３入力抵抗８３とシャント抵抗７の接続点８６の電圧Ｖｒは、総電圧Ｖtotalと等しくなる。したがって、故障判定回路５８は、サブ電圧検出回路５７でシャント抵抗電圧として検出される検出電圧Ｖｒが総電圧Ｖtotalと等しくなると、シャント抵抗７が切断されたと判定して異常信号を出力する。

さらに、故障判定回路５８は、サブ電圧検出回路５７で検出されるシャント抵抗電圧とヒューズ電圧から、シャント抵抗７の抵抗異常を検出することもできる。サブ電圧検出回路５７において、シャント抵抗電圧とヒューズ電圧として検出される検出電圧Ｖｒ、Ｖｆは、シャント抵抗７とヒューズ８が正常な状態では、所定の範囲の電圧となる。したがって、ＶｒとＶｆの差が所定の範囲内にないとシャント抵抗７の抵抗異常と判定できる。すなわち、故障判定回路５８は、サブ電圧検出回路５７検出される検出電圧Ｖｒと検出電圧Ｖｆの差が設定された範囲内にないとき、シャント抵抗７の抵抗異常と判定して異常信号を出力する。

以上の故障判定回路５８は、図６に示す以下のフローチャートで、ヒューズ８とシャント抵抗７の故障を検出する。ただし、以下に示すフローチャートは、入力回路８０の第１入力抵抗８１の電気抵抗Ｒ１と第２入力抵抗８２の電気抵抗Ｒ２とが等しい場合における判定を示している。
［ｎ＝１のステップ］
サブ電圧検出回路５７が、シャント抵抗電圧とヒューズ電圧として、接続点８６の電圧Ｖｒと接続点８４の電圧Ｖｆを検出する。
［ｎ＝２、３のステップ］
このステップでは、ヒューズ８が切断されているかどうかを判定する。故障判定回路５８は、サブ検出回路５７で検出した電圧Ｖｆが、総電圧Ｖtotalの１／２に等しいかどうかを判定する。ここで、判定に用いる総電圧Ｖtotalは、高電圧バッテリ１の総電圧としてあらかじめ記憶された電圧値とすることができ、あるいは、電圧検出回路５４で検出される総電圧を入力することもできる。電圧Ｖｆが、Ｖtotal／２と等しいとき、ヒューズ８が断線していると判定して異常信号を出力する。
［ｎ＝４、５のステップ］
ヒューズが切断されていないと判定されると、このステップでは、シャント抵抗７が切断されているかどうかを判定する。故障判定回路５８は、サブ検出回路５７で検出した電圧Ｖｒが、総電圧Ｖtotalに等しいかどうかを判定する。電圧Ｖｒが、総電圧Ｖtotalに等しいとき、シャント抵抗７が断線していると判定して異常信号を出力する。
［ｎ＝６、７のステップ］
さらに、シャント抵抗７が切断されていないと判定されると、このステップでは、シャント抵抗７に抵抗異常があるかどうかを判定する。故障判定回路５８は、サブ検出回路５７で検出した電圧Ｖｒと電圧Ｖｆとの差を計算し、この差があらかじめ設定された範囲内にあるかどうかを判定する。電圧Ｖｒと電圧Ｖｆとの差が所定の範囲内にないとき、シャント抵抗７が抵抗異常であると判定して異常信号を出力する。
［ｎ＝８のステップ］
電圧Ｖｒと電圧Ｖｆとの差が所定の範囲内のとき、シャント抵抗は正常であると判定し、通常処理を行った後、ｎ＝１のステップに戻る。

以上のようにして、故障判定回路５８でヒューズ８やシャント抵抗７の故障や異常が検出されると、電源装置は、コンタクタをオフに切り換えて高電圧バッテリ１から車両側に電力を供給できない状態とし、あるいは、高電圧バッテリ１からの電力供給を制限して安全を保証する。

さらに、電源装置は、ヒューズとシャント抵抗の故障を判定するためにヒューズ電圧とシャント抵抗電圧を検出するサブ電圧検出回路を、電圧検出回路で併用することもできる。図７の電源装置は、シャント抵抗７のシャント抵抗電圧とヒューズ８のヒューズ電圧を検出する電圧検出回路９４を、電池の電圧を検出する電圧検出回路と併用している。この電源装置は、シャント抵抗７と、このシャント抵抗７のシャント抵抗電圧から高電圧バッテリ１の電流を検出する電流検出回路９６とで電流検出部９３を構成しており、この電流検出回路９６には、電圧検出回路９４を併用している。この電源装置は、シャント抵抗電圧とヒューズ電圧を検出する専用のサブ電圧検出回路を設けることなく、電圧検出回路９４で検出されるシャント抵抗電圧とヒューズ電圧とからシャント抵抗７とヒューズ８の故障を判定する。

図７に示す電源装置の電圧検出回路９４は、ヒューズ８の両端に発生するヒューズ電圧を検出する電圧検出ライン２４とシャント抵抗７の両端に発生するシャント抵抗電圧を検出する電圧検出ライン２４とを入力回路８０を介してマルチプレクサ４０に入力している。電圧検出回路９４は、前述のサブ電圧検出回路と同様に、ヒューズ８の両端に発生するヒューズ電圧を入力回路８０で分圧してマルチプレクサ４０に入力している。ヒューズ電圧を分圧するために、ヒューズ８と並列に、第１入力抵抗８１と第２入力抵抗８２の直列回路を接続している。シャント抵抗７には、第３入力抵抗８３を並列に接続している。この電圧検出回路９４は、マルチプレクサ４０が、所定のサンプリング周期で入力端子４０ａを切り換えて、電池の電圧とシャント抵抗電圧とヒューズ電圧とをＡ／Ｄコンバータ１１に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１１は、マルチプレクサ４０から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して制御回路１３に出力する。制御回路１３は、シャント抵抗電圧から高電圧バッテリ１の電流を検出して出力する。すなわち、この電圧検出回路９４は、高電圧バッテリ１の電流を検出する電流検出回路９６にも併用される。また、制御回路１３は、検出されるシャント抵抗電圧とヒューズ電圧を故障判定回路５８に出力する。故障判定回路５８は、電圧検出回路９４から入力されるシャント抵抗電圧とヒューズ電圧から、前述の図６のフローチャートに基づいて、シャント抵抗７とヒューズ８の故障や異常を判定する。

図３と図７に示す電源装置は、シャント抵抗７の両端に発生するシャント抵抗電圧と、ヒューズ８の両端に発生するヒューズ電圧とを入力回路８０を介して検出しており、この入力回路８０でヒューズ電圧を分圧して検出することにより、シャント抵抗７とヒューズ８の故障を判定している。ただ、電源装置は、必ずしも入力回路を必要とせず、すなわち、シャント抵抗電圧とヒューズ電圧のいずれかの電圧を分圧して検出することなく、シャント抵抗とヒューズの故障を判定することもできる。たとえば、図１に示す電源装置において、電流検出回路６に入力されるシャント抵抗電圧が所定の設定電圧よりも大きいと、シャント抵抗７が断線や抵抗異常であると判定でき、また、電圧検出回路４が、マルチプレクサ１０の接点を、ヒューズ８と電池２との接続点２７に接続される入力端子１０ａに切り換えるタイミングで検出する電圧が所定の設定電圧よりも大きいと、ヒューズ８の断線や異常と判定できる。同様に、図２に示す電源装置において、電圧検出回路３４が、マルチプレクサ４０の接点を、シャント抵抗７と電池２との接続点２６に接続される入力端子４０ａに切り換えるタイミングで検出する電圧が所定の設定電圧よりも大きいと、シャント抵抗７が断線や抵抗異常であると判定でき、また、マルチプレクサ４０の接点を、ヒューズ８と電池２との接続点２７に接続される入力端子４０ａに切り換えるタイミングで検出される電圧が設定電圧よりも大きいと、ヒューズ８の断線や異常と判定できる。

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。 本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 図３に示す車両用の電源装置のヒューズが断線した状態を示す図である。 図３に示す車両用の電源装置のシャント抵抗が断線した状態を示す図である。 故障判定回路がシャント抵抗とヒューズの異常を判定するフローチャートである。 本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。

符号の説明

１…高電圧バッテリ １Ａ…電池ブロック
１Ｂ…電池ブロック
２…電池
３…電流検出部
４…電圧検出回路
５…電源回路 ５Ａ…絶縁型の電源回路
６…電流検出回路
７…シャント抵抗
８…ヒューズ
９…電装用バッテリ
１０…マルチプレクサ １０ａ…入力端子
１１…Ａ／Ｄコンバータ
１２…バッファアンプ
１３…制御回路
１４…抵抗分圧回路
１５…抵抗器 １５Ａ…直列抵抗
１５Ｂ…並列抵抗
２０…電源ライン
２１…グランドライン
２２…アースライン
２３…電圧検出点
２４…電圧検出ライン
２５…接続点
２６…接続点
２７…接続点
３３…電流検出部
３４…電圧検出回路
３６…電流検出回路
４０…マルチプレクサ ４０ａ…入力端子
５３…電流検出部
５４…電圧検出回路
５６…電流検出回路
５７…サブ電圧検出回路
５８…故障判定回路
６０…マルチプレクサ ６０ａ…入力端子
７０…切換回路 ７０ａ…入力端子
７１…Ａ／Ｄコンバータ
７２…バッファアンプ
７３…制御回路
８０…入力回路
８１…第１入力抵抗
８２…第２入力抵抗
８３…第３入力抵抗
８４…接続点
８５…接続点
８６…接続点
９３…電流検出部
９４…電圧検出回路
９６…電流検出回路

Claims (5)

1. 複数の充電できる電池を直列に接続している高電圧バッテリと、この高電圧バッテリに流れる電流を検出する電流検出部と、高電圧バッテリの電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路と電流検出部の電源ラインに電力を供給する電源回路とを備え、
   前記高電圧バッテリは、車両のシャーシーアースから絶縁され、直列に接続される２組の電池ブロックを含み、
   前記電源回路は、前記車両のシャーシーアースから絶縁してなる電源電力を供給する絶縁型の電源回路であって、この絶縁型の電源回路が、電流検出回路と電圧検出回路の両方の電源ラインに電力を供給し、
   前記電圧検出回路は、前記２組の電池ブロックの間に接続され、前記絶縁型の電源回路のアースラインと共通となるグランドラインを有し、
   前記電流検出部は、
   前記２組の電池ブロックの間に直列に接続され、かつ前記電圧検出回路のグランドラインの近傍に設けられるシャント抵抗と、
   該シャント抵抗の両端の電圧から電流を検出する電流検出回路とを含むことを特徴とする車両用の電源装置。
2. さらに、前記高電圧バッテリと直列に接続され、前記グランドラインの近傍に設けられるヒューズを備えることを特徴とする請求項１に記載される車両用の電源装置。
3. 前記グランドラインは、前記ヒューズと前記シャント抵抗の間に設けられることを特徴とする請求項２に記載される車両用の電源装置。
4. 前記電圧検出回路が、複数の電池に接続してなる複数の入力端子を有し、入力端子を所定のサンプリング周期で切り換えて電池の電圧を検出するマルチプレクサと、このマルチプレクサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して、電池の電圧をデジタル信号として出力するＡ／Ｄコンバータとを備えており、前記マルチプレクサは、電池の電圧を検出する入力端子よりも多いチャンネル数の入力端子を備えており、このマルチプレクサのひとつの入力端子にシャント抵抗を接続して、マルチプレクサが、電池とシャント
   抵抗に接続している入力端子を切り換えて、電池の電圧とシャント抵抗の電圧とをＡ／Ｄコンバータに入力して、Ａ／Ｄコンバータの出力から電池の電圧と電流を検出するようにしてなる請求項１に記載される車両用の電源装置。
5. 前記ヒューズ及び前記シャント抵抗は、一端が直接前記グランドラインと接続され、
   さらに、前記ヒューズとシャント抵抗の両端の電圧を検出するサブ電圧検出回路と、このサブ電圧検出回路の検出電圧から、ヒューズとシャント抵抗の故障を判定する故障判定回路とを備え、
   前記サブ電圧検出回路は、ヒューズとシャント抵抗のいずれかの両端に誘導される電圧を分圧して検出して、故障判定回路が検出電圧からヒューズとシャント抵抗の故障を判定する請求項３に記載される車両用の電源装置。
   

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