(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を直列接続して形成される走行用バッテリを備え、走行用の電動モータに給電する車両用電源装置であって、
前記走行用バッテリを収容するケース体に設けられ、前記走行用バッテリの一端および他端がそれぞれ電気的に接続される一端側出力端子および他端側出力端子と、
それぞれ複数の前記単電池を直列接続して形成され、前記走行用バッテリを構成する前記一端側出力端子側の第１の組電池および前記他端側出力端子側の第２の組電池と、
前記ケース体に収容され、前記一端側出力端子と前記第１の組電池との電気的な接続を開閉する第１の開閉手段と、
前記走行用バッテリの中間電位の位置よりも他端側に位置させて前記第１の組電池と前記第２の組電池との間に設けられ、前記第１の組電池と前記第２の組電池との電気的な接続を開閉する第２の開閉手段とを有し、
前記走行用バッテリの最大電圧は、安全電圧の２倍より大きく設定し、前記第１の組電池の最大電圧を前記安全電圧より大きく設定し、かつ、前記第２の組電池の最大電圧を前記安全電圧に設定することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用電源装置において、前記安全電圧は直流で６０Ｖ以下であることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の車両用電源装置において、前記第２の開閉手段と前記第２の組電池との間にヒューズを有することを特徴とする車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車または電気自動車に搭載される走行用の電動モータに給電するための車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動源としてエンジンおよび電動モータを備えるハイブリッド車や、駆動源として電動モータのみを備える電気自動車には、走行用の電動モータに電力を供給する高電圧バッテリ(走行用バッテリ)が搭載されている。高電圧バッテリは、走行用の電動モータを駆動するために必要な電圧および放電容量を得るため、単電池からなる複数の電池セルを互いに直列接続することにより構成されている。この高電圧バッテリと走行用の電動モータとを電気的に接続する高電圧回路は車体に対して絶縁されており、乗員の安全が確保されている。例えば、高電圧バッテリはバッテリボックスに収容され、バッテリボックス内の高電圧回路が車体に対して絶縁された状態でバッテリパック(車両用電源装置)として車両に搭載されている。
【０００３】
バッテリボックス内には、高電圧バッテリの一端側に位置させてリレーユニットが設けられている。リレーユニットの開閉動作は車両制御装置からの信号に基づいて制御される。このリレーユニットが閉動作されると、高電圧バッテリと電動モータとが電気的に接続され、車両が作動状態となる。一方、リレーユニットが開動作されると、高電圧バッテリと電動モータとの電気的な接続が遮断され、車両が非作動状態となる。
【０００４】
このようなバッテリパックには、点検作業時や整備作業時の安全確保を目的として、例えば、特許文献１に記載されるように、バッテリパック内の高電圧回路を遮断するための安全プラグ装置が設けられている。この安全プラグ装置では、高電圧バッテリの中央に設けられるソケットを有しており、ソケットの両側でそれぞれほぼ同じ電圧が生じるように配置されている。ソケットにプラグが装着された状態では、ソケットの両側にそれぞれ設けられた複数の電池セルが互いに通電される。一方、ソケットからプラグが離脱された状態では、ソケットの両側にそれぞれ設けられた複数の電池セルの通電が遮断される。
【０００５】
また、バッテリボックス内には、高電圧バッテリの他端側に位置させて回路遮断リレーが設けられている。回路遮断リレーは常開式となっており、車両の起動信号等に連動して回路遮断リレーが閉動作される。したがって、点検作業時や整備作業時には、当然車両は動作停止状態に在るため、安全プラグが離脱されるとともに高電圧バッテリの両側にそれぞれ設けられたリレーが開状態となる。これにより、バッテリボックス内の高電圧回路が確実に遮断されるため、作業者の安全が確保されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−７９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されるように高電圧バッテリの両側にそれぞれリレーを設けるようにすると、バッテリパックが大型化するとともにコストアップの要因となる。そこで、いずれか一方のリレーを廃止することも考えられるが、リレーを廃止すると、万一、バッテリパック内での漏電により、安全プラグ装置よりもリレーを廃止した側において高電圧回路と車体との間で大きな電位差が生じた場合に、これを遮断するための手段がなくなることになる。その場合、点検作業時や整備作業時において、作業者の安全を十分に確保することができないおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、点検作業時等における作業者の安全を十分に確保しつつ、車両用電源装置の小型化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の車両用電源装置は、複数の単電池を直列接続して形成される走行用バッテリを備え、走行用の電動モータに給電する車両用電源装置であって、前記走行用バッテリを収容するケース体に設けられ、前記走行用バッテリの一端および他端がそれぞれ電気的に接続される一端側出力端子および他端側出力端子と、それぞれ複数の前記単電池を直列接続して形成され、前記走行用バッテリを構成する前記一端側出力端子側の第１の組電池および前記他端側出力端子側の第２の組電池と、前記ケース体に収容され、前記一端側出力端子と前記第１の組電池との電気的な接続を開閉する第１の開閉手段と、前記走行用バッテリの中間電位の位置よりも他端側に位置させて前記第１の組電池と前記第２の組電池との間に設けられ、前記第１の組電池と前記第２の組電池との電気的な接続を開閉する第２の開閉手段とを有し、前記第２の組電池の最大電圧を安全電圧に設定することを特徴とする。
【００１０】
本発明の車両用電源装置は、前記安全電圧は直流で６０Ｖ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第２の開閉手段を走行用バッテリの中間電位の位置よりも第１の開閉手段が設けられていない側に位置させて設けることにより、第１の開閉手段が設けられていない側に配置される第２の組電池の最大電圧を安全電圧に設定している。これにより、万一、車両用電源装置内で漏電が生じても、第１の開閉手段が設けられていない側において高電圧回路と車体との間で、安全電圧の上限値を超える電位差が発生することを防止できる。したがって、第２の組電池と他端側出力端子との間に回路遮断リレーを設けなくとも、作業者の安全を十分に確保することができ、回路遮断リレーを省略することで車両用電源装置の小型化およびコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態である車両用電源装置を備えた高電圧回路を示す概略図である。
【図２】比較例としての高電圧回路において車両用電源装置内で漏電した状態を示す概略図である。
【図３】図１に示す高電圧回路において車両用電源装置内で漏電した状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は電気自動車に搭載された高電圧回路を示す概略図である。この電気自動車には、駆動源としての走行用のモータジェネレータ(電動モータ)１０が搭載されている。モータジェネレータ１０は三相交流モータにより構成されており、その出力軸には歯車列を介して図示しない車輪駆動軸が連結されている。このモータジェネレータ１０には、インバータ１１を介して、モータジェネレータ１０に電力を供給するための高電圧バッテリ(走行用バッテリ)１２が電気的に接続されている。なお、電気自動車を制動する際には、モータジェネレータ１０を発電駆動することにより、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して高電圧バッテリ１２に回収することが可能となる。
【００１４】
インバータ１１は、高電圧バッテリ１２からの直流電流を三相交流電流に変換するための図示しない複数のスイッチング素子、および各スイッチング素子に直流電流を安定して供給するためのコンデンサ等を有している。各スイッチング素子は、図示しない車両制御装置からインバータ１１に入力される制御信号によりｏｎ／ｏｆｆされる。このインバータ１１を介してモータジェネレータ１０に供給される三相交流電流の電流値や周波数を制御することにより、モータジェネレータ１０の出力トルクや回転数の制御が行われる。
【００１５】
また、インバータ１１には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３(以下、コンバータという)を介して低電圧バッテリ１４が接続されている。例えば、低電圧バッテリ１４には定格電圧が１２Ｖの鉛蓄電池が用いられる。この低電圧バッテリ１４は、インバータ１１、コンバータ１３、車両制御装置に対して電力を供給するとともに、ヘッドライト、テールランプ、ウィンカー、ブロワ等の図示しない車両補機に対して電力を供給する。また、コンバータ１３を介して高電圧電流から低電圧電流を生成することにより、高電圧バッテリ１２から低電圧バッテリ１４に対して電力が供給される。
【００１６】
モータジェネレータ１０と高電圧バッテリ１２とを電気的に接続する高電圧回路は車体に対して絶縁されており、乗員の安全が確保されている。図１に破線で示すように、インバータ１１とコンバータ１３とは同一の容器１６内に収容されており、容器１６内に設けられる回路が車体に対して絶縁された状態でモータ制御ユニット１７として車両に搭載されている。インバータ１１とコンバータ１３とは、容器１６内に配索される通電ライン１８により互いに電気的に接続されている。また、モータ制御ユニット１７の容器１６には、容器１６内でインバータ１１やコンバータ１３にそれぞれ電気的に接続される複数の出力端子１９が設けられている。これにより、容器１６の外側からは出力端子１９以外の回路に接触することが防止され、通常時に容器１６の内部に触る必要がないように構成されている。これら出力端子１９を介して、インバータ１１にモータジェネレータ１０や後述するバッテリパック２１が電気的に接続されるとともに、コンバータ１３に低電圧バッテリ１４が電気的に接続されている。
【００１７】
なお、図示は省略するが、モータ制御ユニット１７には、インバータ１１やコンバータ１３を制御するための制御用の端子等が設けられている。この制御用の端子を介してモータ制御ユニット１７が車両制御装置に接続されている。本実施の形態においては、インバータ１１に高電圧バッテリ１２とコンバータ１３とを別々に接続するようにしたが、これに限られることはない。例えば、インバータ１１とコンバータ１３とを高電圧バッテリ１２に対して並列に接続するようにしても良い。
【００１８】
同様に、高電圧バッテリ１２はバッテリボックス(ケース体)２０に収容されており、バッテリボックス２０内に設けられる高電圧回路が車体に対して絶縁された状態でバッテリパック(車両電源装置)２１として車両に搭載されている。バッテリボックス２０には、バッテリボックス２０内で高電圧バッテリ１２の一端および他端にそれぞれ電気的に接続される一端側出力端子２２ａおよび他端側出力端子２２ｂが設けられている。これにより、バッテリボックス２０の外側からは出力端子２２ａ，２２ｂ以外の高電圧回路に接触することが防止され、通常時にバッテリボックス２０の内部に触る必要がないように構成されている。この一対の出力端子２２ａ，２２ｂを介して、バッテリボックス２０内の高電圧回路がインバータ１１に電気的に接続されている。
【００１９】
バッテリボックス２０の内部には、高電圧バッテリ１２と一端側出力端子２２ａとの間に位置させて、第１の開閉手段としてのリレーユニット２４が収容されている。リレーユニット２４は、高電圧バッテリ１２の一端(正極)と一端側出力端子２２ａとを電気的に接続する給電ライン２５ａを開閉するためのメインリレー２６と、メインリレー２６に対して並列接続される抵抗器２７およびサブリレー２８とを有している。それぞれのリレー２６，２８の開閉動作は車両制御装置により制御される。リレーユニット２４が閉動作されると、高電圧バッテリ１２とインバータ１１とが電気的に接続され、車両が作動状態となる。一方、リレーユニット２４が開動作されると、高電圧バッテリ１２とインバータ１１との電気的な接続が遮断され、車両が非動作状態となる。
【００２０】
このリレーユニット２４では、インバータ１１に設けられたコンデンサが十分に充電されていない状態でメインリレー２６が閉動作されると、コンデンサの急充電によって高電圧回路に過大な電流が流れてしまうこととなる。そのため、リレーユニット２４を閉動作する際には、抵抗器２７に直列接続されたサブリレー２８を閉動作した後、メインリレー２６を閉動作させることにより高電圧回路に過大な電流が流れてしまうことが防止されている。これらリレー２６，２８の開閉動作のタイミングは車両制御装置により制御される。
【００２１】
また、バッテリボックス２０の内部には、高電圧バッテリ１２と他端側出力端子２２ｂとの間に位置させて電流計２９が設けられている。バッテリボックス２０内の高電圧回路を流れる直流電流の電流値を計測するため、電流計２９は高電圧バッテリの他端(負極)と他端側出力端子２２ｂとを電気的に接続する給電ライン２５ｂに直列接続されている。この電流計２９から車両制御装置に出力される信号等に基づいて、車両制御装置によりリレーユニット２４やインバータ１１などの制御が行われる。なお、図示は省略するが、バッテリパック２１には、リレーユニット２４を制御するための制御用の端子や、電流計２９の信号を出力するための出力用の端子等が設けられている。これらの端子を介してバッテリパック２１が車両制御装置に接続されている。
【００２２】
高電圧バッテリ１２は、モータジェネレータ１０を駆動するために必要な電圧および放電容量を得るため、単電池からなる複数の電池セルを互いに直列接続することにより構成されている。例えば、近年の電気自動車では、単電池として約１．２Ｖのニッケル水素バッテリや約３．６Ｖのリチウムイオンバッテリ等からなる複数の電池セルを互いに直列接続することにより、高電圧バッテリ１２の定格電圧が３３０Ｖ前後となるように構成されており、ここでは単セル当たりの定格電圧が約３．６Ｖのリチウムイオンバッテリが９２個直列に接続されている。つまり、高電圧バッテリ１２の最大電圧ｖ０は、後述する安全電圧の上限値(例えば、６０Ｖ)の２倍よりも大きく設定されている。
【００２３】
高電圧バッテリ１２には、点検作業時や整備作業時の安全確保を目的として、第２の開閉手段としてのプラグユニット(安全プラグ装置)３１が設けられている。プラグユニット３１は、高電圧バッテリ１２の中間電位の位置よりも他端側(負極側)に位置させて、つまり高電圧バッテリ１２の中央位置よりもリレーユニット２４が設けられていない側にずらして配置されている。このプラグユニット３１により、高電圧バッテリ１２を構成する複数の電池セルは、プラグユニット３１よりも一端側に配置される第１の組電池３２と、プラグユニット３１よりも他端側に配置される第２の組電池３３とに分断されている。
【００２４】
他端側出力端子２２ｂ側に設けられる第２の組電池３３は、複数の電池セルを互いに直列接続することにより、その最大電圧ｖ２が安全電圧となるように設定されている。ここで、安全電圧とは、ＵＬ規格やＩＥＣ規格等の工業規格により定められた危険電圧(Hazardous Voltage)とならない電圧である。例えば、ＵＬ規格では、直流で６０Ｖを超える電圧を危険電圧として定義しており、この場合、安全電圧は直流で６０Ｖ以下の電圧となる。また、一端側出力端子２２ａ側に設けられる第１の組電池３２は、第２の組電池３３を構成する電池セルを除く他の複数の電池セルを互いに直列接続することにより形成されている。例えば、約３３０Ｖの定格電圧を生じる高電圧バッテリ１２において、第２の組電池３３の最大電圧ｖ２を安全電圧となる６０Ｖ以下に設定するために、単セル当たりの最大電圧が４．２Ｖであるとするなら最大電圧を５８．８Ｖになるように１４個の電池セルを直列にすることで定格電圧が５０．４Ｖになるように設定した場合には、第１の組電池３２は７８個の電池セルが直列に接続され、定格電圧が２８０．８Ｖに設定され、最大電圧ｖ１は３２７．６Ｖとなる。
【００２５】
プラグユニット３１は、第１の組電池３２と第２の組電池３３との間に設けられる図示しないプラグ受け(ソケット)と、プラグ受けに着脱自在に装着されるサービスプラグ３４とを有している。プラグ受けにサービスプラグ３４が装着された状態では、第１の組電池３２と第２の組電池３３とが互いに通電され、高電圧バッテリ１２の両端間に電圧が生じる。一方、プラグ受けからサービスプラグ３４が離脱された状態では、第１の組電池３２と第２の組電池３３との通電が遮断され、高電圧バッテリ１２の両端間に電圧が生じない。
【００２６】
したがって、点検作業時や整備作業時には、作業者によりプラグ受けからサービスプラグ３４が離脱されることにより、バッテリボックス２０内の高電圧回路が遮断される。これにより、作業者の安全が確保される。なお、車両非作動時にはリレーユニット２４によりバッテリボックス２０内の高電圧回路が遮断されることとなるが、これに加えサービスプラグ３４を離脱することにより車両事故等の非常時においてもバッテリボックス２０内の高電圧回路を確実に遮断することが可能となる。
【００２７】
また、高電圧バッテリ１２には、高電圧回路の保護を目的として、プラグユニット３１と第２の組電池３３との間に位置させてヒューズ３５が設けられている。このヒューズ３５により、バッテリボックス２０内の高電圧回路に過大な電流が流れることが防止されている。
【００２８】
図２は比較例としての高電圧回路においてバッテリパック内で漏電した状態を示す概略図である。図２において図１に示す部材と同様の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図３は図１に示す高電圧回路においてバッテリパック内で漏電した状態を示す概略図である。
【００２９】
図２に示すバッテリパック４１では、プラグユニット３１が高電圧バッテリ１２の中央に設けられている。そのため、プラグユニット３１の両側にそれぞれ設けられる第１の組電池４２と第２の組電池４３とがほぼ同じ定格電圧を生じるように形成されている。例えば、図１に示す例と同じ電池セルを用いて高電圧バッテリ１２の定格電圧が約３３０Ｖに設定される場合には、第１の組電池４２と第２の組電池４３の最大電圧ｕ１，ｕ２がそれぞれ約１９３Ｖとなり、安全電圧の上限値を超える最大電圧ｕ１，ｕ２に設定される。
【００３０】
このように第２の組電池４３の最大電圧ｕ２が安全電圧の上限値より大きく設定される場合には、万一、バッテリパック４１内で漏電したときに、リレーユニット２４が設けられていない側において高電圧回路と車体との間で大きな電位差が発生するおそれがある。すなわち、図２に示すように、バッテリパック４１内でプラグユニット３１の他端側(第２の組電池４３側)が車体に対して漏電したときには、第２の組電池４３の電圧により、高電圧回路と車体との間で、安全電圧の上限値を超える電位差が生じることとなる。その場合には、点検作業時や整備作業時にリレーユニット２４およびプラグユニット３１を開状態としても、高電圧回路と車体との間で発生する電位差を遮断することができない。このため、作業者の安全を十分に確保することができない。
【００３１】
それに対して、図１に示す高電圧回路では、第２の組電池３３の最大電圧ｖ２が安全電圧に設定されている。このため、図３に示すように、万一、バッテリパック２１内でプラグユニット３１の他端側(第２の組電池３３側)が車体に対して漏電したとしても、リレーユニット２４が設けられていない側において高電圧回路と車体との間で、安全電圧の上限値を超える電位差が発生することがない。したがって、第２の組電池３３と他端側出力端子２２ｂとの間に給電ライン２５ｂを開閉するための回路遮断リレー等の開閉手段を設けなくとも、作業者の安全を十分に確保することができる。
【００３２】
また、図１に示す高電圧回路において、万一、バッテリパック２１内でプラグユニット３１の一端側(第１の組電池３２側)が車体に対して漏電したときには、第１の組電池３２の電圧により、リレーユニット２４が設けられる側において高電圧回路と車体との間で、安全電圧の上限値を超える電位差が発生することとなる。その場合には、点検作業時や整備作業時にリレーユニット２４およびプラグユニット３１を開状態とすることで、高電圧回路と車体との間で発生する電位差を遮断することが可能となる。
【００３３】
このように、図１に示すバッテリパック２１においては、プラグユニット３１を高電圧バッテリ１２の中間電位の位置よりもリレーユニット２４が設けられていない側にずらして設けることにより、リレーユニット２４が設けられていない側に配置される第２の組電池３３の最大電圧ｖ２を安全電圧に設定している。これにより、万一、バッテリパック２１内で漏電が生じても、リレーユニット２４が設けられていない側において高電圧回路と車体との間で、安全電圧の上限値を超える電位差が発生することを防止できる。したがって、第２の組電池３３と他端側出力端子２２ｂとの間に回路遮断リレーを設けなくとも、作業者の安全を十分に確保することができ、回路遮断リレーを省略することでバッテリパック２１の小型化およびコストダウンを図ることができる。
【００３４】
また、例えば、ＵＬ規格で定義された危険電圧とならない電圧、つまり直流で６０Ｖ以下の電圧を安全電圧とすることで、ＵＬ規格に則ってバッテリパック２１を製造することが可能となる。これにより、バッテリパック２１の信頼性を確保することができる。
【００３５】
なお、高電圧バッテリ１２の最大電圧ｖ０は任意に設定可能であることは言うまでもない。ただし、図２に示すようにプラグユニット３１を高電圧バッテリ１２の中央に設けた場合に、第１の組電池４２と第２の組電池４３とのいずれもが安全電圧の上限値を超えるような最大電圧ｕ１，ｕ２に設定されるように、高電圧バッテリ１２の最大電圧ｖ０が設定されることが好ましい。つまり、安全電圧の上限値の２倍(例えば、１２０Ｖ)より大きい最大電圧ｖ０を生じる高電圧バッテリ１２を備えたバッテリパック２１に対して本発明は好適である。
【００３６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前記実施の形態においては、本発明を適用したバッテリパック２１を電気自動車に搭載するようにしたが、走行用の電動モータを備えるハイブリッド車などの他の車両に本発明を適用したバッテリパック２１を搭載するようにしても良い。
【００３７】
また、前記実施の形態においては、高電圧バッテリ１２の正極側にリレーユニット２４を設けるようにしたが、高電圧バッテリ１２の負極側にリレーユニット２４を設けるようにしても良い。その場合には、プラグユニット３１が高電圧バッテリ１２の中間電位の位置よりも正極側に位置させて設けられることとなる。さらに、バッテリパック２１を備える高電圧回路の構成は任意に変更可能であり、例えば、高電圧回路を遮断するための他のリレーをバッテリパック２１の外部に設けるようにしても良い。
【符号の説明】
【００３８】
１０  モータジェネレータ(電動モータ)
１２  高電圧バッテリ(走行用バッテリ)
２０  バッテリボックス(ケース体)
２１  バッテリパック(車両用電源装置)
２２ａ  一端側出力端子
２２ｂ  他端側出力端子
２４  リレーユニット(第１の開閉手段)
３１  プラグユニット(第２の開閉手段)
３２  第１の組電池
３３  第２の組電池
【図１】
0005631247.tif 000002
【図２】
0005631247.tif 000003
【図３】
0005631247.tif 000004