(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を走行させるモータに電力を供給する走行用バッテリ(1)と、
前記走行用バッテリ(1)を構成する電池(10)の電圧を検出する第１の計測回路(2)であって、前記走行用バッテリ(1)から電力が供給されている、該第１の計測回路(2)と、
前記走行用バッテリ(1)を構成する電池(10)の電圧から過充電と過放電を検出する第２の計測回路(3)であって、前記走行用バッテリ(1)から電力が供給されている、該第２の計測回路(3)と、
前記第１の計測回路(2)の出力を絶縁して車両側に出力する第１の絶縁回路(5A)と、
車両に搭載される電装用バッテリ(7)から電力が入力されて前記第１の絶縁回路(5A)に所定の電圧の電力を供給する第１の低圧側電源回路(6A)と、
前記第２の計測回路(3)の出力を絶縁して車両側に出力する第２の絶縁回路(5B)と、
車両に搭載される電装用バッテリ(7)から電力が入力されて前記第２の絶縁回路(5B)に所定の電圧の電力を供給する第２の低圧側電源回路(6B)と、を備える車両用の電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用の電源装置において、
さらに、前記第１の計測回路(2)の出力信号を演算するＣＰＵ(8)を備え、このＣＰＵ(8)で演算された信号が第１の絶縁回路(5A)を介して車両側に出力される車両用の電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用の電源装置において、
前記第１の絶縁回路(5A)は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ(12)を含んでおり、該絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ(12)を介して、前記第１の低圧側電源回路(6A)から入力される電力を前記ＣＰＵ(8)に供給することを特徴とする車両用の電源装置。
【請求項４】
請求項１に記載の車両用の電源装置において、
さらに、前記第１の絶縁回路(5A)の出力信号を演算するＣＰＵ(8)であって、前記第１の低圧側電源回路(6A)から電力が供給されている、該ＣＰＵ(8)を備え、前記ＣＰＵ(8)で演算された信号が車両側に出力される車両用の電源装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両を走行させる走行用バッテリを構成する電池の電圧を検出し、さらにこの電池の過充電と過放電とを検出する回路を備える車両用の電源装置とこの電源装置を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電源装置は、走行用バッテリを構成している電池の電圧を検出し、電池を保護しながら走行用バッテリの充放電をコントロールしている。この電源装置は、出力電圧を高くして出力を大きくするために、複数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。この電源装置は、各々の電池の電圧を検出して、各々の電池の電圧のアンバランス、過充電、過放電を検出しながら充放電をコントロールしている。電池の電圧にアンバランスができると、特定の電池が過充電または過放電されやすくなり、過充電や過放電が電池を著しく劣化させて、電池の寿命を著しく短くするからである。さらに、車両用の電源装置として、電池の電圧を２回路で検出して、より信頼性を向上する装置が開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２５２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池の電圧を２回路で検出する車両用の電源装置は、ひとつの回路が故障する状態において、他の回路で電池の電圧を検出して、信頼性を向上できる。この電源装置は、電池の電圧を検出する回路に、車両に搭載している１２Ｖの電装用バッテリから電力を供給して動作状態にできるが、この回路構成によると、走行用バッテリのグランドラインを車両のシャーシーアースに接続する必要がある。走行用バッテリのグランドラインがシャーシーアースに接続されると、高電圧の走行用バッテリをシャーシーアースから絶縁できなくなるので、感電防止などの安全性を確保するのが難しくなる。
【０００５】
この欠点は、走行用バッテリの電圧を検出する回路に走行用バッテリから電力を供給し、電圧を検出する回路の出力信号を絶縁回路で絶縁して車両側に出力することで解消できる。しかしながら、この回路構成によると、絶縁回路が故障すると、電圧を検出する回路が正常に動作しても、電池の電圧信号を車両側に伝送できなくなる欠点がある。
【０００６】
本発明は、さらに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、走行用バッテリを車両のシャーシーアースから絶縁して安全性を確保しながら、電池の電圧信号をより確実に安定して車両側に伝送できる車両用の電源装置とこの電源装置を備える車両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】
【０００７】
本発明の車両用の電源装置は、車両を走行させるモータ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を構成する電池１０の電圧を検出する第１の計測回路２と、走行用バッテリ１を構成する電池１０の電圧から過充電と過放電を検出する第２の計測回路３とを備えている。さらに、車両用の電源装置は、走行用バッテリ１が車両のシャーシーアース９から絶縁されると共に、走行用バッテリ１の電力を第１の計測回路２と第２の計測回路３の電源ラインに供給する高圧側電源回路４と、第１の計測回路２と第２の計測回路３の出力を絶縁して車両側に出力する絶縁回路５と、車両に搭載される電装用バッテリ７を電源として、絶縁回路５の電源ラインに電力を供給する低圧側電源回路６とを備えている。絶縁回路５は、第１の計測回路２の出力を絶縁して車両側に出力する第１の絶縁回路５Ａと、第２の計測回路３の出力を絶縁して車両側に出力する第２の絶縁回路５Ｂとを備えている。さらに、低圧側電源回路６は、第１の絶縁回路５Ａの電源ラインに電力を供給する第１の低圧側電源回路６Ａと、第２の絶縁回路５Ｂの電源ラインに電力を供給する第２の低圧側電源回路６Ｂとを備えている。高圧側電源回路４が走行用バッテリ１の電力を第１の計測回路２と第２の計測回路３の電源ラインに供給し、第１の低圧側電源回路６Ａが第１の絶縁回路５Ａの電源ラインに電力を供給し、第２の低圧側電源回路６Ｂが第２の絶縁回路５Ｂの電源ラインに電力を供給して、高圧側電源回路４で動作状態となる第１の計測回路２が、第１の低圧側電源回路６Ａで動作状態となる第１の絶縁回路５Ａを介して車両側に電圧信号を出力し、高圧側電源回路４で動作状態となる第２の計測回路３が、第２の低圧側電源回路６Ｂで動作状態となる第２の絶縁回路５Ｂを介して車両側に電池１０の異常信号を出力している。
【０００８】
以上の電源装置は、走行用バッテリを車両のシャーシーアースから絶縁して安全性を確保しながら、電池の電圧信号や異常信号をより確実に安定して車両側に伝送できる特徴がある。それは、電池の電圧を検出する第１の計測回路と、過充電と過放電とを検出する第２の計測回路の電源ラインに、走行用バッテリの電力を変換して出力する高圧側電源回路から電力を供給して、走行用バッテリ側のグランドラインをシャーシーアースから絶縁すると共に、シャーシーアースから絶縁して出力される第１の計測回路と第２の計測回路の信号を、絶縁回路で車両側に出力すると共に、第１の計測回路の信号を第１の絶縁回路で絶縁して車両側に出力し、第２の計測回路の信号を第２の絶縁回路で絶縁して車両側に出力し、さらに、第１の絶縁回路の電源ラインには、電装用バッテリの電力を変換して出力する第１の低圧側電源回路から電力を供給して、第２の絶縁回路の電源ラインには、第２の低圧側電源回路から電力を供給して動作状態とするからである。以上の車両用の電源装置は、第１の計測回路と、第１の絶縁回路と、第１の低圧側電源回路が故障し、あるいは第２の計測回路と第２の絶縁回路と第２の低圧側電源回路の何れかが故障しても、電池の電圧、又は電池の過充電や過放電を確実に車両側に出力して、車両側では走行用バッテリを安全に保護しながら走行用バッテリを充放電できる。
【０００９】
本発明の車両用の電源装置は、第１の計測回路２の出力信号を演算するＣＰＵ８を備え、このＣＰＵ８で演算された信号を、第１の絶縁回路５Ａを介して車両側に出力することができる。
以上の電源装置は、第１の計測回路で検出される信号をＣＰＵで演算して車両側に出力できる。したがって、第１の計測回路で電池の電圧を検出する回路を簡単にしながら、たとえば、複数の電池を直列に接続している走行用バッテリの電池の接続点の電圧を検出することで各々の電池の電圧を検出して車両側に出力できる。
【００１０】
本発明の車両用の電源装置は、第１の絶縁回路５Ａが、第１の低圧側電源回路６Ａから入力される電力を絶縁してＣＰＵ８に供給する絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ１２を備えることができる。
以上の電源装置は、高圧側に設けているＣＰＵに、絶縁回路に内蔵するＤＣ／ＤＣコンバータから電力を供給して、すなわち、電装用バッテリの電力を、低圧側電源回路と絶縁回路のＤＣ／ＤＣコンバータとでＣＰＵの動作電圧に変換してＣＰＵに供給できる。このため、走行用バッテリからＣＰＵに電力供給する必要がなく、走行用バッテリの消費電力を少なくでき、また、走行用バッテリの一部の電池からＣＰＵに電力供給することがないので、走行用バッテリの電池の電圧にアンバランスが生じるのを防止できる。
【００１１】
本発明の車両用の電源装置は、第１の絶縁回路５Ａの出力信号を演算するＣＰＵ８を備えて、低圧側電源回路６がＣＰＵ８に動作電力を供給し、ＣＰＵ８で演算された信号を車両側に出力することができる。
以上の電源装置は、ＣＰＵを第１の絶縁回路の出力側、すなわち低圧側に設けているので、ＣＰＵのグランドラインをシャーシーアースに接続し、また、ＣＰＵには、絶縁回路のＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく、低圧側電源回路から電力を供給できるので、ＣＰＵに電力を供給する回路を簡単にできる特徴がある。
【００１２】
本発明の車両は、上記のいずれかに記載の電源装置を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置のブロック図である。
【図２】本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置のブロック図である。
【図３】第１の計測回路の一例を示す回路図である。
【図４】第２の計測回路の一例を示す回路図である。
【図５】エンジンとモータで走行するハイブリッド自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図６】モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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とこの電源装置を備える車両を例示するものであって、本発明は車両用の電源装置とこの電源装置を備える車両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。
【００１５】
図１と図２のブロック図に示す車両用の電源装置は、複数の電池１０を接続点１１で接続して互いに直列に接続している走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１を構成している各々の電池１０の電圧を検出して電池１０の状態を検出する第１の計測回路２と、さらに各々の電池１０の電圧を検出して、電池１０の過充電と過放電を検出する第２の計測回路３と、第１の計測回路２及び第２の計測回路３の電源ラインに電力を供給する高圧側電源回路４と、第１の計測回路２の出力信号を絶縁して車両側に出力する第１の絶縁回路５Ａと、第２の計測回路３の出力信号を絶縁して車両側に出力する第２の絶縁回路５Ｂと、車両に搭載される電装用バッテリ７を電源として、第１の絶縁回路５Ａの電源ラインに電力を供給する第１の低圧側電源回路６Ａと、第２の絶縁回路５Ｂの電源ラインに電力を供給する第２の低圧側電源回路６Ｂとを備えている。
なお、図１と図２において、走行用バッテリ１及び電装用バッテリ７から各々の回路への動作電力の供給をわかりやすくするために、電力供給ラインを太線で表示している。
【００１６】
さらに、図１と図２に示す電源装置は、第１の計測回路２の出力を演算して車両側に出力するＣＰＵ８を備えている。図１の電源装置は、ＣＰＵ８を高圧側である電源装置側に設けて、ＣＰＵ８の出力を第１の絶縁回路５Ａで絶縁して低圧側である車両側に出力している。図２の電源装置は、ＣＰＵ８を低圧側である車両側に設けているので、第１の計測回路２の出力を第１の絶縁回路５Ａで絶縁してＣＰＵ８に出力し、ＣＰＵ８の出力を絶縁することなく車両側に出力している。
【００１７】
図１に示す車両用の電源装置は、第１の計測回路２と第２の計測回路３とＣＰＵ８を高圧側に設けて、第１の低圧側電源回路６Ａと第２の低圧側電源回路６Ｂとを低圧側に設け、第１の絶縁回路５Ａと第２の絶縁回路５Ｂとで高圧側と低圧側とを絶縁して、高圧側から低圧側に信号を伝送している。
【００１８】
図２に示す車両用の電源装置は、第１の計測回路２と第２の計測回路３を高圧側に設けて、ＣＰＵ８と第１の低圧側電源回路６Ａと第２の低圧側電源回路６Ｂとを低圧側に設けている。
【００１９】
絶縁回路５は、電源装置側からの信号を絶縁した状態で、車両側へ出力できるように構成されると共に、車両側からの信号を絶縁した状態で電源装置側へ出力する双方向の通信手段である。出力される具体的な信号としては、第１の計測回路２や第２の計測回路３、ＣＰＵ８の検出信号、車両側ＥＣＵ１３の制御信号等がある。絶縁通信の構成については、具体的な回路構成は示さないが、トランス等を用いた磁気絶縁の通信や、フォトカプラ等を用いた光絶縁の通信等の様々な方式があり、いずれの構成も採用することが可能である。なお、本実施形態では、空芯トランスを用いた磁気絶縁の素子と、後述するＤＣ／ＤＣコンバータ１２を備えた絶縁回路を用いている。なお、第１の絶縁回路５Ａと第２の絶縁回路５Ｂとは、基本的な回路構成は同じである。
【００２０】
走行用バッテリ１に接続している高圧側は、グランドラインをシャーシーアース９に接続することなく、シャーシーアース９から絶縁して、高電圧による感電などを防止し、低圧側は、グランドラインを車両のシャーシーアース９に接続している。
【００２１】
高圧側に設けている第１の計測回路２と第２の計測回路３の電源ラインは、高圧側電源回路４を介して走行用バッテリ１から電力を供給している。高圧側電源回路４は、走行用バッテリ１の電圧を降圧して第１の計測回路２と第２の計測回路３の電源ラインに電力を供給する。図１と図２の電源装置は、走行用バッテリ１を２組の電池ブロック１Ａ、１Ｂに分割しており、２組の電池ブロック１Ａ、１Ｂを直列に接続している。ただ、走行用バッテリは、必ずしも２組の電池ブロックに分割する必要はなく、１組の電池ブロックで構成することも、３組以上の電池ブロックで構成することもできる。
【００２２】
図１に示す電源装置は、第１の計測回路２と第２の計測回路３の両方の電源ラインに、１つの高圧側電源回路４から電力を供給している。図に示す電源装置は、直列に接続された２組の電池ブロック１Ａ、１Ｂのプラス側の出力から高圧側電源回路４に電力を供給している。この構造は、高圧側に１つの高圧側電源回路４を設けて、第１の計測回路２と第２の計測回路３の両方の電源ラインに電力を供給するので、回路構成を簡単にしながら低コストにできる。
【００２３】
また、図２の電源装置は、２組の高圧側電源回路４を設け、プラス側の電池ブロック１Ａから一方の高圧側電源回路４に電力を供給し、マイナス側の電池ブロック１Ｂから他方の高圧側電源回路４に電力を供給している。この電源装置は、一方の高圧側電源回路４から第１の計測回路２の電源ラインに電力を供給して、他方の高圧側電源回路４から第２の計測回路３の電源ラインに電力を供給している。ただ、直列に接続している電池ブロックから、２組の高圧側電源回路に電力を供給することもできる。
【００２４】
絶縁回路５の電源ラインには、低圧側に設けている低圧側電源回路６から電力が供給される。第１の絶縁回路５Ａの電源ラインは、第１の低圧側電源回路６Ａから電力を供給し、第２の絶縁回路５Ｂの電源ラインは、第２の低圧側電源回路６Ｂから電力を供給する。第１の低圧側電源回路６Ａと第２の低圧側電源回路６Ｂは、電装用バッテリ７から供給される１２Ｖの直流を、第１の絶縁回路５Ａと第２の絶縁回路５Ｂの電源ラインの電圧（例えば、５Ｖ）に変換して出力する。
【００２５】
ＣＰＵ８は、図１に示すように高圧側にあっても、また、図２に示すように低圧側にあっても、電装用バッテリ７から、すなわち低圧側から電源ラインに電力を供給する。図１の電源装置は、電装用バッテリ７の電圧（１２Ｖ）を、第１の低圧側電源回路６Ａで第１の絶縁回路５Ａの電源電圧（５Ｖ）に変換し、さらに、第１の絶縁回路５Ａに内蔵している絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ１２でもって、第１の絶縁回路５Ａの電源電圧（５Ｖ）を絶縁してＣＰＵ８の電源ラインに供給している。したがって、第１の絶縁回路５Ａは、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ１２を内蔵しており、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ１２でもって、第１の低圧側電源回路６Ａから入力される電力（５Ｖ）を絶縁して、ＣＰＵ８の電源ラインに出力する。
なお、絶縁回路５（第１の絶縁回路５Ａ及び第２の絶縁回路５Ｂ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を設けない構成とすることもできる。この構成の絶縁回路５は、低電圧側からの電源供給のほかに、高電圧側からの電源供給が必要となるため、電装用バッテリ７からの電源供給に加えて、高電圧側から電源供給するように構成される。具体的には、電装用バッテリ７からの電源供給とは別に、第１の計測回路２や第２の計測回路３に供給している電源ラインから第１の絶縁回路５Ａへ供給するように構成される。例えば、フォトカプラを用いる絶縁回路では、一般的には、絶縁回路にＤＣ／ＤＣコンバータは内蔵されていないため、絶縁回路を構成する発光素子と受光素子の両方に電源を供給する必要がある。換言すると、絶縁回路の構成によっては、第１の絶縁回路５Ａは、低電圧側電源回路から電力の供給を受けると共に、さらに高電圧側電源回路から電力の供給を受けるように構成することもできる。
【００２６】
図２の電源装置は、ＣＰＵ８を低圧側、すなわち第１の絶縁回路５Ａの出力側に設けているので、第１の絶縁回路５ＡからＣＰＵ８の電源ラインに電力を供給している。この電源装置は、第１の低圧側電源回路６Ａが第１の絶縁回路５ＡとＣＰＵ８の両方の電源ラインに電力を供給する。
【００２７】
走行用バッテリ１を構成する電池１０は、ひとつの二次電池である。ただし、電池は、複数の二次電池を直列に接続することもできる。電池１０をひとつの二次電池とする走行用バッテリ１は、二次電池をリチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池とする。複数の二次電池を直列に接続している電池とする走行用バッテリは、二次電池をニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等とする。複数の二次電池を直列に接続して電池とする走行用バッテリは、たとえば、３個〜６個の二次電池を直列に接続して電池とする。ただ、走行用バッテリの電池は、充電できる全ての電池とすることができ、またひとつ又は複数の二次電池を直列に接続するものとすることができる。
【００２８】
第１の計測回路２は、走行用バッテリ１のグランドラインに対する各々の接続点１１の電圧を検出して、各々の電池１０の電圧を検出する。第１の計測回路２の回路図を図３に示す。この図に示す第１の計測回路２は、２組の電池ブロック１Ａ、１Ｂの接続点である中間基準点１８に対する各々の電池１０の接続点１１の電圧を検出して、各々の電池１０の電圧を検出する。この第１の計測回路２は、全ての接続点１１の電圧を検出して、全ての電池１０の電圧を検出する。
【００２９】
図１ないし図３の電源装置は、走行用バッテリ１をプラス側の電池ブロック１Ａとマイナス側の電池ブロック１Ｂに分割し、これを直列に接続して、ひとつの第１の計測回路２で各々の電池ブロック１Ａ、１Ｂを構成する電池１０の電圧を検出する。この第１の計測回路２は、図３に示すように、電池１０の接続点１１をマルチプレクサ２２で切り換えて、各々の接続点１１の電圧を検出する。ただ、多数の電池を接続してなる走行用バッテリは、複数の第１の計測回路を設けて、多数の電池を複数組に分割して電圧を検出することもできる。例えば、走行用バッテリを２組の電池ブロックで構成する電源装置は、２つの第１の計測回路を備えて、各々の第１の計測回路で各電池ブロックの電池の電圧を検出することもできる。
【００３０】
第１の計測回路２は、中間基準点１８に対する接続点１１の電圧を検出し、検出した接続点１１の電位差から各々の電池１０の電圧を演算する。中間基準点１８は、基準接続ライン１９を介して第１の計測回路２の基準入力端子２８に接続される。基準接続ライン１９は、端子やコネクターを介して一端を走行用バッテリ１の中間基準点１８に、他端を第１の計測回路２の基準入力端子２８に接続しているリード線である。この基準接続ライン１９は、第１の計測回路２のグランドラインとなる。ただ、第１の計測回路２のグランドラインとなる基準接続ライン１９は、車両のシャーシーアース９には接続されない。感電を防止するためである。
【００３１】
電池１０の接続点１１は電圧検出点として、電圧検出ライン１７を介して第１の計測回路２の電圧入力端子２７に接続される。第１の計測回路２は、中間基準点１８に対する接続点１１の電圧を検出して、各々の電池１０の電圧を演算する。第１の計測回路は、図示しないが、各々の電圧検出ラインに短絡電流制限抵抗を接続することもできる。この短絡電流制限抵抗は、電圧検出ラインが短絡したときに、大きな短絡電流が流れるのを防止する。短絡電流制限抵抗の電気抵抗は、数十ｋΩと大きくして、短絡電流を小さく制限することができる。
【００３２】
図３の第１の計測回路２は、各々の電池１０の接続点１１の電圧を分圧する抵抗分圧回路２１と、抵抗分圧回路２１で分圧された電圧を時分割に切り換えて検出するマルチプレクサ２２と、マルチプレクサ２２の出力側に接続している電圧検出部２３と、電圧検出部２３の出力をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄコンバータ２４とを備えている。
【００３３】
抵抗分圧回路２１は、ふたつの抵抗器２５を直列に接続して、接続点１１の電圧を分圧してマルチプレクサ２２に入力する。接続点１１の最高電圧は、マルチプレクサ２２の最高入力電圧よりも高電圧となる。抵抗分圧回路２１は、特定の分圧比で接続点１１の電圧を降下する。抵抗分圧回路２１の分圧比は、直列に接続している抵抗器２５の電気抵抗で特定される。マルチプレクサ２２の入力と並列に接続している並列抵抗２５Ｂに比較して、直列に接続している直列抵抗２５Ａの電気抵抗を大きくして、抵抗分圧回路２１の分圧比を大きく、すなわちマルチプレクサ２２の入力電圧を低くできる。
【００３４】
抵抗分圧回路２１は、好ましくは、接続点１１の電圧を数Ｖに降圧してマルチプレクサ２２に入力する。抵抗分圧回路２１が接続点１１の電圧を低下させる割合は電気抵抗の比で特定されているので、検出された電圧は、電圧検出部２３、Ａ／Ｄコンバータ２４を経て、ＣＰＵ８にて演算されて、抵抗分圧回路２１の分圧比を考慮して、実際の電圧に補正される。たとえば、抵抗分圧回路２１の分圧比が１／５０であれば、ＣＰＵ８は、検出された電圧を５０倍して接続点１１の電圧とする。
【００３５】
抵抗分圧回路２１は、各々の接続点１１に接続される。すなわち、全ての接続点１１の電圧は、抵抗分圧回路２１で降圧してマルチプレクサ２２に入力される。各々の接続点１１に接続される抵抗分圧回路２１は、マルチプレクサ２２の入力電圧がほぼ等しくなる分圧比に設定される。
【００３６】
マルチプレクサ２２は、電圧検出部２３の入力側に接続されて、複数の接続点１１を切り換えて、各接続点１１の電圧を電圧検出部２３に入力する。マルチプレクサ２２は、電圧を検出する接続点１１を切り換えて、順番に全ての電池１０の接続点１１の電圧を電圧検出部２３に出力する。したがって、マルチプレクサ２２は、電圧検出部２３の入力側に接続されて、電圧検出部２３が検出する電池１０の接続点１１を順番に切り換える。
【００３７】
電圧検出部２３は、中間基準点１８に対する電池１０の接続点１１の電圧を検出して、電池１０の電圧を検出する。中間基準点１８は、直列に接続された複数の電池１０の中間点であり、中間基準点１８のプラス側とマイナス側には、略等しい個数の電池１０を接続している。図の電圧検出部２３は、差動増幅器２３Ａである。差動増幅器２３Ａは一方の入力端子である基準入力側端子２３ａを中間基準点１８に、他方の入力端子である電圧入力側端子２３ｂをマルチプレクサ２２を介して電池１０の接続点１１に接続して、中間基準点１８に対する接続点１１の電圧を検出する。ただし、電圧検出部は、必ずしも差動増幅器とする必要はない。中間接続点をアンプのマイナス側の入力端子である基準入力側端子に接続し、マルチプレクサを介して電池の接続点をアンプのプラス側の入力端子である電圧入力側端子に接続して、中間接続点に対する接続点の電圧を検出することもできるからである。
【００３８】
電池１０の電圧は、電池１０の両端を接続している接続点１１の電位差として検出される。たとえば、図１において電池Ｍ2の電圧Ｅ2は、Ｖ2−Ｖ1として検出され、電池Ｍ3の電圧Ｅ3は、Ｖ3−Ｖ2で検出される。以上のように、接続点１１の電圧から電池１０の電圧を検出する演算はＣＰＵ８で処理される。
【００３９】
図の第１の計測回路２は、マルチプレクサ２２の出力側に電圧検出部２３を接続し、電圧検出部２３の出力側にＡ／Ｄコンバータ２４を接続している。この第１の計測回路２は、マルチプレクサ２２で切り換えて電圧検出部２３で接続点１１の電圧を順番に検出し、電圧検出部２３の出力をＡ／Ｄコンバータ２４でデジタル信号に変換してＣＰＵ８に入力する。ＣＰＵ８は、入力されるデジタル信号の電圧信号を演算して、電池１０の電圧を検出する。
【００４０】
以上の第１の計測回路２は、入力側にマルチプレクサ２２を設け、このマルチプレクサ２２を介して入力側を電池１０の接続点１１に順番に接続して、接続点１１の電圧を順番に検出する。検出される電圧は、Ａ／Ｄコンバータ２４でデジタル信号に変換して出力される。Ａ／Ｄコンバータ２４から出力される接続点１１の電圧から各々の電池１０の電圧を検出する。各々の接続点１１の電位差が、電池１０の電圧となるので、隣接する接続点１１の電位差から各々の電池１０の電圧は検出される。デジタル信号である接続点１１の電圧は、第１の計測回路２に内蔵される演算回路（図示せず）で演算して検出することもできるが、図１と図２の電源装置は、第１の計測回路２から出力されるデジタル信号である接続点１１の電圧を、外部に接続しているＣＰＵ８で演算して、電池１０の電圧を演算する。ＣＰＵ８は、デジタル信号として入力される接続点１１の電圧を演算して、各々の電池１０の電圧を演算する。
【００４１】
以上のように、電池１０の接続点１１の電位差から各々の電池１０の電圧を検出する第１の計測回路２は、回路構成を簡単にできる。ただし、第１の計測回路２は、各々の電池の正負の電極を入力側に接続して、各々の電池電圧を検出することもできる。
【００４２】
図１の電源装置は、第１の計測回路２の出力を演算して、各々の電池１０の電圧を検出するＣＰＵ８を高圧側に設けている。このＣＰＵ８は、第１の計測回路２から入力される接続点１１の電位差から各々の電池１０の電圧を演算し、また、電池１０の電圧から電池１０の残容量を演算して出力側に出力する。
【００４３】
図１の電源装置は、ＣＰＵ８を高圧側に設けているので、ＣＰＵ８で演算された電池１０の電圧信号が第１の絶縁回路５Ａで絶縁されて車両側に出力される。第１の絶縁回路５Ａから出力される信号は、車両側ＥＣＵ１３に入力される。図２の電源装置は、第１の計測回路２で検出される接続点の電位差が第１の絶縁回路５Ａを介してＣＰＵ８に伝送され、ＣＰＵ８に入力される信号から電池１０の電圧や残容量を演算して、電池１０の電圧信号や残容量を示す信号を車両側に出力する。ＣＰＵ８から出力される信号は、車両側ＥＣＵ１３に入力される。
【００４４】
第２の計測回路３は、走行用バッテリ１を構成している電池１０の過充電と過放電を検出し、いずれかの電池１０が過充電となり、あるいは過放電となると、このことを示す異常信号を車両側に出力する。第２の計測回路３は、あらかじめ記憶している最高電圧と最低電圧に電池１０の電圧を比較して、電池１０の過充電と過放電とを判定する。第２の計測回路３は、検出する電池１０の電圧が最高電圧よりも高くなると過充電と判定し、最低電圧よりも低いと過放電と判定する。
【００４５】
第２の計測回路３は、差動アンプと基準電圧とで構成され、あるいはＡ／Ｄコンバータと演算回路とで構成される。図４は、差動アンプ３１と基準電圧３２とで構成される第２の計測回路３を示している。この図に示す第２の計測回路３は、入力側に設けている差動アンプからなるバッファーアンプ３３と、バッファーアンプ３３の出力を一方の入力端子に接続して、他方の入力端子に基準電圧３２を入力している２組の差動アンプ３１と、差動アンプ３１の出力から電池１０の過充電と過放電を判定する判定回路３４とを備える。バッファーアンプ３３の入力側は、切換スイッチ３５を介して順番に各々の電池１０の正負の電極に接続される。切換スイッチ３５は、制御回路３６でオンオフに制御されて、順番に電池１０の正負の電極をバッファーアンプ３３に接続する。バッファーアンプ３３は、順番に電池１０の電圧を差動アンプ３１に出力する。
【００４６】
２組の差動アンプ３１は、第１の差動アンプ３１で過充電を、第２の差動アンプ３１で過放電を検出する。図に示す第２の計測回路３は、過充電を検出する第１の差動アンプ３１Ａのマイナス側入力端子には、第１の基準電圧３２Ａである最高電圧（リチウムイオン電池にあっては、たとえば４．２Ｖ）を入力して、過放電を検出する第２の差動アンプ３１のマイナス側入力端子には、第１の基準電圧３２Ｂである最低電圧（例えば２．５Ｖ）を入力している。電池１０の電圧が最高電圧よりも高くなると、第１の差動アンプ３１Ａは”Ｈｉｇｈ”を出力し、電池１０の電圧が最低電圧よりも低くなると、第２の差動アンプ３１は”Ｌｏｗ”を出力する。したがって、判定回路３４は、第１の差動アンプ３１Ａが”Ｈｉｇｈ”を出力すると過充電、第２の差動アンプ３１が”Ｌｏｗ”を出力すると過放電と判定する。以上の第２の計測回路３は、マイナス側入力端子に基準電圧３２を入力しているが、プラス側入力端子に基準電圧を入力して過充電と過放電を検出することもできる。ただし、プラス側入力端子に基準電圧を入力する第２の計測回路は、第１の差動アンプが”Ｌｏｗ”を出力する状態で過充電と判定し、また、第２の差動アンプが”Ｈｉｇｈ”を出力する状態で過放電と判定する。
【００４７】
図４の第２の計測回路３は、２組の電池ブロック１Ａ、１Ｂで構成される走行用バッテリ１の各々の電池１０の過充電と過放電を、ひとつの第２の計測回路３で検出している。ただ、多数の電池を接続してなる走行用バッテリは、複数の第２の計測回路を設けて、多数の電池を複数組に分割して過充電と過放電を検出することもできる。例えば、走行用バッテリを２組の電池ブロックで構成する電源装置は、２つの第２の計測回路を備えて、各々の第２の計測回路で各電池ブロックを構成する電池の過充電と過放電を検出することもできる。
【００４８】
Ａ／Ｄコンバータと演算回路とで電池の過充電と過放電を判定する第２の計測回路は、図示しないが、演算回路に最高電圧と最低電圧とを記憶し、記憶している最高電圧と最低電圧とに各々の電池の電圧を比較して、電池の過充電と過放電とを判定する。
【００４９】
以上の電源装置は、以下のようにして、走行用バッテリ１を構成する電圧を検出して電圧信号を車両側に出力し、また、電池１０の過充電と過放電を検出して異常信号を車両側に出力する。
【００５０】
［各々の電池１０の電圧］
第１の計測回路２が、複数の電池１０を直列に接続している走行用バッテリ１の電池１０の接続点１１の電圧を検出し、検出される接続点１１の電位差から各々の電池１０の電圧をＣＰＵ８で演算し、演算された電池１０の電圧が車両側に出力される。
この状態において、高圧側電源回路４が走行用バッテリ１の高電圧を降圧して第１の計測回路２の電源ラインに電力を供給し、第１の計測回路２の出力信号を演算するＣＰＵ８には、第１の低圧側電源回路６Ａと第１の絶縁回路５Ａを介して電源ラインに電力が供給される。第１の低圧側電源回路６Ａは、電装用バッテリ７の１２Ｖを５Ｖに変換して、第１の絶縁回路５Ａの電源ラインに供給する。第１の絶縁回路５Ａは、入力される５Ｖを絶縁して出力する絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ１２を内蔵しており、この絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ１２が入力される５Ｖを絶縁して、すなわちアースラインを接続することなく、ＣＰＵ８の電源ラインに供給する。ＣＰＵ８は、第１の絶縁回路５Ａから入力される電力で動作状態となって、第１の計測回路２から入力される信号を演算して、電池１０の電圧を演算する。演算される電池１０の電圧信号は、第１の絶縁回路５Ａで絶縁されて、車両側に出力される。第１の絶縁回路５Ａは、第１の低圧側電源回路６Ａから入力される５Ｖで動作状態となって、ＣＰＵ８から入力される電圧信号を絶縁して車両側に出力する。
【００５１】
［各々の電池１０の過充電と過放電］
第２の計測回路３が、走行用バッテリ１の電池１０の電圧を検出し、検出される電池１０の電圧を最高電圧と最低電圧とに比較して、電池１０の過充電と過放電とを検出し、いずれかの電池１０が過充電となり、あるいは過放電となると異常信号を車両側に出力する。
この状態において、高圧側電源回路４が走行用バッテリ１の高電圧を降圧して第２の計測回路３の電源ラインに電力を供給する。第２の計測回路３で検出される異常信号は、第２の絶縁回路５Ｂで絶縁されて、高圧側から低圧側に絶縁して、すなわちアースラインを接続することなく車両側に出力される。第２の絶縁回路５Ｂは、第２の低圧側電源回路６Ｂから電源ラインに動作電力が供給される。第２の低圧側電源回路６Ｂは、電装用バッテリ７の１２Ｖを、第２の絶縁回路５Ｂの動作電圧の５Ｖに変換して、第２の絶縁回路５Ｂの電源ラインに供給する。
【００５２】
以上の電源装置は、各々の電池１０の電圧を第１の計測回路２と第１の絶縁回路５Ａとを介して車両側に出力し、また、電池１０の過充電や過放電を第２の計測回路３と第２の絶縁回路５Ｂとを介して車両側に出力する。このとき、電圧信号は、第１の低圧側電源回路６Ａで動作状態となる第１の絶縁回路５Ａを介して、高圧側から低圧側に絶縁して車両側に出力され、また、異常信号は第２の低圧側電源回路６Ｂが動作状態となる第２の絶縁回路５Ｂを介して車両側に出力される。以上の電源装置は、電池１０の電圧信号と異常信号を、別々に独立する回路で車両側に伝送するので、何れかの低圧側電源回路６や絶縁回路５が故障しても、電圧信号と異常信号のいずれかを確実に車両側に伝送できる。このため、車両側では電池１０の電圧信号で走行用バッテリ１をコントロールし、または、過充電や過放電で走行用バッテリ１を制御することができ、走行用バッテリ１を保護しながら、安全に車両を走行できる。
【００５３】
以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。
【００５４】
（ハイブリッド自動車用電源装置）
図５は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する電源装置９０と、電源装置９０の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置９０の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
【００５５】
（電気自動車用電源装置）
また、図６は、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する電源装置９０と、この電源装置９０の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明にかかる車両用の電源装置は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の車両用の電源装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１…走行用バッテリ            １Ａ…電池ブロック
１Ｂ…電池ブロック
２…第１の計測回路
３…第２の計測回路
４…高圧側電源回路
５…絶縁回路                  ５Ａ…第１の絶縁回路
５Ｂ…第２の絶縁回路
６…低圧側電源回路            ６Ａ…第１の低圧側電源回路
６Ｂ…第２の低圧側電源回路
７…電装用バッテリ
８…ＣＰＵ
９…シャーシーアース
１０…電池
１１…接続点
１２…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３…車両側ＥＣＵ
１７…電圧検出ライン
１８…中間基準点
１９…基準接続ライン
２１…抵抗分圧回路
２２…マルチプレクサ
２３…電圧検出部              ２３Ａ…差動増幅器
２３ａ…基準入力側端子
２３ｂ…電圧入力側端子
２４…Ａ／Ｄコンバータ
２５…抵抗器                  ２５Ａ…直列抵抗
２５Ｂ…並列抵抗
２７…電圧入力端子
２８…基準入力端子
３１…差動アンプ              ３１Ａ…第１の差動アンプ
３１Ｂ…第２の差動アンプ
３２…基準電圧                ３２Ａ…第１の基準電圧
３２Ｂ…第２の基準電圧
３３…バッファーアンプ
３４…判定回路
３５…切換スイッチ
３６…制御回路
９０…電源装置
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
ＥＶ…車両
ＨＶ…車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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