(57)【要約】【課題】上位装置が異常を検出した場合に、より速やかに蓄電池からの電力を遮断することができる電源装置、電池制御装置及び電力制御システムを提供することである。【解決手段】実施形態の電源装置は、蓄電池と、第一スイッチと、第二スイッチと、端子とを持つ。第一スイッチは、第一制御電流が流れている場合にオン状態となって蓄電池から電力を出力させ、第一制御電流が流れていない場合にオフ状態となって蓄電池からの電力の出力を停止させる。第二スイッチは、第一制御電流を伝達する経路に設けられ、第二制御電流が流れている場合にオン状態となって第一制御電流を流し、第二制御電流が流れていない場合にオフ状態となって第一制御電流を遮断する。端子は、第二制御電流を伝達する経路に、外部装置と接続可能に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池と、
第一制御電流が流れている場合にオン状態となって前記蓄電池から電力を出力させ、前記第一制御電流が流れていない場合にオフ状態となって前記蓄電池からの電力の出力を停止させる第一スイッチと、
前記第一制御電流を伝達する経路に設けられ、第二制御電流が流れている場合にオン状態となって前記第一制御電流を流し、前記第二制御電流が流れていない場合にオフ状態となって前記第一制御電流を遮断する第二スイッチと、
前記第二制御電流を伝達する経路に、外部装置と接続可能に設けられた端子と、
を備える電源装置。
【請求項２】
前記端子に接続された第三スイッチに連動して送信される通信信号の受信の有無と、前記第二制御電流の通電の有無とを比較する比較部を備える、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
蓄電池に接続され、第一制御電流が流れている場合にオン状態となって前記蓄電池から電力を出力させ、前記第一制御電流が流れていない場合にオフ状態となって前記蓄電池からの電力の出力を停止させる第一スイッチと、
前記第一制御電流を伝達する経路に設けられ、第二制御電流が流れている場合にオン状態となって前記第一制御電流を流し、前記第二制御電流が流れていない場合にオフ状態となって前記第一制御電流を遮断する第二スイッチと、
前記第二制御電流を伝達する経路に、外部装置と接続可能に設けられた端子と、
を備える電池制御装置。
【請求項４】
電源装置と、上位装置とを備え、
前記電源装置は、
蓄電池と、
第一制御電流が流れている場合にオン状態となって前記蓄電池から電力を出力させ、前記第一制御電流が流れていない場合にオフ状態となって前記蓄電池からの電力の出力を停止させる第一スイッチと、
前記第一制御電流を伝達する経路に設けられ、第二制御電流が流れている場合にオン状態となって前記第一制御電流を流し、前記第二制御電流が流れていない場合にオフ状態となって前記第一制御電流を遮断する第二スイッチと、
前記第二制御電流を伝達する経路に、前記上位装置と接続可能に設けられた端子と、
を備え、
前記上位装置は、前記端子に接続されてオン状態で前記第二制御電流を流し、オフ状態で前記第二制御電流を遮断する第三スイッチを備え、前記第三スイッチをオフ状態にすることで前記蓄電池からの電力の出力を停止させる、
電力制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電源装置、電池制御装置及び電力制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電池と電池制御回路とを組み合わせて電源装置を構成し、電池制御回路を用いて蓄電池の制御を行う技術が知られている。例えば、電池制御回路は、上位装置から制御指令信号を受信する。そして、電池制御回路は、受信した制御指令信号に従って、蓄電池からの電力出力の有無を切り替える等の制御を行う。
ここで、上位装置が何らかの異常を検出して蓄電池からの電力を緊急遮断する場合、従来の電源装置よりも更に速やか電力を遮断できることが好ましい場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９５７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、上位装置が異常を検出した場合に、より速やかに蓄電池からの電力を遮断することができる電源装置、電池制御装置及び電力制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の電源装置は、蓄電池と、第一スイッチと、第二スイッチと、端子とを持つ。第一スイッチは、第一制御電流が流れている場合にオン状態となって蓄電池から電力を出力させ、第一制御電流が流れていない場合にオフ状態となって蓄電池からの電力の出力を停止させる。第二スイッチは、第一制御電流を伝達する経路に設けられ、第二制御電流が流れている場合にオン状態となって第一制御電流を流し、第二制御電流が流れていない場合にオフ状態となって第一制御電流を遮断する。端子は、第二制御電流を伝達する経路に、外部装置と接続可能に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の電源装置の機能構成を示す概略ブロック図。
【図２】実施形態の電源装置１００の各部の接続関係の例を示す回路図。
【図３】実施形態の電源装置１００の各部の接続関係の、もう１つの例を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の電源装置、電池制御装置及び電力制御システムを、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態に係る電源装置の機能構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、電源装置１００は、蓄電池１１０と、制御回路１２０と、第一コンタクタ１３１と、第二コンタクタ１３２と、グランド制御リレー１４０とを備える。
また、電源装置１００は、上位装置２００、負荷３００の各々と接続されている。上位装置２００は、ＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor）２１０と、通信回路２２０とを備える。
【０００８】
電源装置１００と上位装置２００との組み合わせを電力制御システム１と称する。また、電力制御システム１及び負荷３００が設けられている装置を対象装置と称する。また、電源装置１００のうち蓄電池１１０を除いた部分を電池制御装置２と称する。
電力制御システム１は、より迅速な電力の遮断が望まれるいろいろな装置に適用可能である。対象装置は、航空宇宙関係の装置であってもよいし、防衛関係の装置であってもよいし、自動車など輸送関係の装置であってもよい。
【０００９】
蓄電池１１０は、負荷３００に接続され、負荷３００に電力を供給する。蓄電池１１０は、リチウムイオン電池であってもよいがこれに限らない。充電可能ないろいろな電池を蓄電池１１０として用いることができる。
蓄電池１１０と負荷３００との間には、正極側に第一コンタクタ１３１が設けられ、負極側に第二コンタクタ１３２が設けられている。第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２は、蓄電池１１０からの電力出力の有無を制御する。すなわち、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２がオン状態（閉状態、接続状態）となっている場合、蓄電池１１０は電力を出力する。一方、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２がオフ状態（開状態、遮断状態）となっている場合、蓄電池１１０は電力の出力を停止する。
第一コンタクタ１３１と第二コンタクタ１３２とを総称してコンタクタ１３０と表記する。コンタクタ１３０は、第一スイッチの例に該当する。
【００１０】
制御回路１２０は、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２への制御電流の有無により、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２のオン／オフを制御する。第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２を制御する制御電流を、第一制御電流と称する。
第一制御電流が流れている場合、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２はオン状態となる。第一制御電流が流れ続けている間、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２はオン状態を維持する。一方、第一制御電流が流れていない場合、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２はオフ状態となる。第一制御電流が流れていない間、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２はオフ状態を維持する。
【００１１】
第一制御電流を伝達する経路にはグランド制御リレー１４０が設けられており、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２のオン／オフは、グランド制御リレー１４０によっても制御される。グランド制御リレー１４０のオン状態で、制御回路１２０が第一制御電流を通電させることで、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２はオン状態となる。一方、グランド制御リレー１４０がオフ状態の場合、制御回路１２０は第一制御電流を通電させることができず、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２はオフ状態となる。
グランド制御リレー１４０は、第二スイッチの例に該当する。
【００１２】
制御回路１２０は、グランド制御リレー１４０のオン／オフについても制御電流の有無によって制御する。グランド制御リレー１４０への制御電流を第二制御電流と称する。
第二制御電流が流れている場合、グランド制御リレー１４０はオン状態となる。第二制御電流が流れ続けている間、グランド制御リレー１４０はオン状態を維持する。一方、第二制御電流が流れていない場合、グランド制御リレー１４０はオフ状態となる。第二制御電流が流れていない間、グランド制御リレー１４０はオフ状態を維持する。
【００１３】
第二制御電流を伝達する経路には、上位装置２００のＭＯＳトランジスタ２１０が設けられており、グランド制御リレー１４０のオン／オフはＭＯＳトランジスタ２１０によっても制御される。
上位装置２００は、対象装置の各部を制御する。特に、上位装置２００は、電源装置１００を制御する。上位装置２００は、外部装置の例に該当する。
ＭＯＳトランジスタ２１０は、上位装置２００が所定の異常を検出した場合に蓄電池１１０からの電力の出力を緊急停止させるためのスイッチとして機能する。ＭＯＳトランジスタ２１０のオン状態で、制御回路１２０が第二制御電流を通電させることで、グランド制御リレー１４０はオン状態となる。
【００１４】
一方、ＭＯＳトランジスタ２１０がオフ状態の場合、制御回路１２０は第二制御電流を通電させることができず、グランド制御リレー１４０はオフ状態となる。グランド制御リレー１４０がオフ状態となることで、第一制御電流が流れず、第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２もオフ状態となる。第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２がオフ状態となることで、蓄電池１１０と負荷３００との経路が遮断され、蓄電池１１０は、電力を出力しない状態になる。
ＭＯＳトランジスタ２１０は、第三スイッチの例に該当する。
【００１５】
但し、上位装置２００が蓄電池１１０からの電力の出力を緊急停止させるためのスイッチはＭＯＳトランジスタに限らない。例えば、上位装置２００が、ＭＯＳトランジスタ２１０に代えて、リレー又は手動スイッチを備えるようにしてもよい。あるいは、上位装置２００が蓄電池１１０からの電力の出力を緊急停止させるためのスイッチが、複数のスイッチの組み合わせにて構成されていてもよい。例えば、ＭＯＳトランジスタ２１０と手動スイッチとが直列接続されていてもよい。
【００１６】
また、上位装置２００は、蓄電池１１０からの電力の出力を停止させる停止指令を通信信号にて電源装置１００へ送信する。
上位装置２００が蓄電池１１０からの電力の出力を通常停止させる場合、ＭＯＳトランジスタ２１０がオン状態を維持したまま、通信回路２２０が停止指令を電源装置１００へ送信する。電源装置１００では、制御回路１２０が停止指令を受信し、第一コンタクタ１３１、第二コンタクタ１３２及びグランド制御リレー１４０への制御電流の出力動作を停止する。具体的には、制御回路１２０は、第一コンタクタ１３１への第一制御電流、第二コンタクタ１３２への第一制御電流及びグランド制御リレー１４０への第二制御電流を出力するための各制御電圧の印加を停止する。
第一コンタクタ１３１への第一制御電流、第二コンタクタ１３２への第一制御電流及びグランド制御リレー１４０への第二制御電流を出力するための各制御電圧を、単に各制御電圧と称する。
【００１７】
一方、上位装置２００が蓄電池１１０からの電力の出力を緊急停止させる場合、上記のように、ＭＯＳトランジスタ２１０がオフ状態となって第二制御電流を遮断する。通信回路２２０は、ＭＯＳトランジスタ２１０のオン状態からオフ状態への状態遷移に連動して、停止指令を電源装置１００へ送信する。
ＭＯＳトランジスタ２１０が第二制御電流を遮断した段階では、制御回路１２０は、各制御電圧を印加したままの状態にある。制御回路１２０は、停止指令を受信することで、通常停止の場合と同様に各制御電圧の印加を停止する。
【００１８】
ＭＯＳトランジスタ２１０が第二制御信号を遮断することで、通信回路２２０からの通信信号による場合よりも速やかに蓄電池１１０からの電力の出力を停止させることができる。特に、ＭＯＳトランジスタ２１０が第二制御信号を遮断する場合、通信回路２２０と制御回路１２０との間の通信を待たずに蓄電池１１０からの電力の出力を停止させることができる。
【００１９】
また、制御回路１２０は、通信信号による停止指令の受信の有無と、第二制御電流の通電の有無とを比較することで、上位装置２００による蓄電池１１０からの電力の出力の緊急停止と、蓄電池１１０からの電力出力の制御異常とを区別することができる。制御回路１２０は、制御回路１２０自らが各制御電流を印加したままの状態で第二制御電流が流れなくなり、その後、通信信号による停止指令を受信した場合、上位装置２００が蓄電池１１０からの電力の出力を緊急停止させたと判定する。一方、制御回路１２０は、制御回路１２０自らが各制御電流を印加したままの状態で第二制御電流が流れなくなり、その後、所定時間以上経過しても通信信号による停止指令を受信しない場合、上位装置２００は、蓄電池１１０からの電力出力の制御異常と判定する。
制御回路１２０は、比較部の例に該当する。
【００２０】
図２は、電源装置１００の各部の接続関係の例を示す回路図である。図２では、図１に示した電源装置１００の各部のうち、制御回路１２０と、第一コンタクタ１３１と、第二コンタクタ１３２と、グランド制御リレー１４０とが示されている。図１を参照して説明したように、電源装置１００は、蓄電池１１０も備えている。また、図２に示すように、電源装置１００は、シャント抵抗１５０と、端子１６０とを更に備える。
また、図２では、図１に示した上位装置２００の各部のうちＭＯＳトランジスタ２１０が示されている。図１を参照して説明したように、上位装置２００は、通信回路２２０も備えている。
なお、電源装置１００のグランドと上位装置２００のグランドとは共有化されている。
【００２１】
第一経路Ｗ１１は、第一制御電流を伝達する経路である。第一経路Ｗ１１では、制御回路１２０から第一コンタクタ１３１を経由する経路と、制御回路１２０から第二コンタクタ１３２を経由する経路とが並列接続されている。この並列接続からグランド制御リレー１４０を経由した経路がグランドに接続されている。
図１を参照して説明したように、制御回路１２０が第一制御電流を通電させるための制御電圧を印加している状態、かつ、グランド制御リレー１４０のオン状態で、第一制御電流が第一コンタクタ１３１及び第二コンタクタ１３２を流れる。一方、制御回路１２０が第一制御電流を通電させるための制御電圧を印加してない場合、グランド制御リレー１４０がオフ状態にある場合のいずれも、第一制御電流は通電しない。
【００２２】
第二経路Ｗ１２は、第二制御電流を伝達する経路である。第二経路Ｗ１２は、制御回路１２０からグランド制御リレー１４０を経由し、端子１６０にて電源装置１００の外部に引き出されている。電源装置１００の外部に引き出された第二経路Ｗ１２は、上位装置２００のＭＯＳトランジスタ２１０を経由し、端子１６０にて電源装置１００の内部へ戻っている。電源装置１００の内部へ戻った第二経路Ｗ１２は、シャント抵抗１５０を経由してグランドに接続されている。
【００２３】
図１を参照して説明したように、制御回路１２０が第二制御電流を通電させるための制御電圧を印加している状態、かつ、ＭＯＳトランジスタ２１０のオン状態で、第二制御電流がグランド制御リレー１４０を流れる。一方、制御回路１２０が第二制御電流を通電させるための制御電圧を印加してない場合、ＭＯＳトランジスタ２１０がオフ状態にある場合のいずれも、第二制御電流は通電しない。
【００２４】
シャント抵抗１５０は、第二制御電流を検出するために設けられた抵抗である。制御回路１２０は、シャント抵抗１５０における電圧（両端電圧）を測定することで第二制御電流の有無を検出する。第三経路Ｗ１３は、制御回路１２０がシャント抵抗１５０における電圧を測定する経路を示している。
【００２５】
第四経路Ｗ１４、第五経路Ｗ１５は、いずれも上位装置２００と制御回路１２０との通信経路を示している。図１を参照して説明したように、上位装置２００は、通信回路２２０を用いて通信信号による停止指令を制御回路１２０へ送信する。上位装置２００が送信した通信信号は、第四経路Ｗ１４及び第五経路Ｗ１５のうち何れか一方又は両方を経由して制御回路１２０へ送信される。第四経路Ｗ１４は、上位装置２００と制御回路１２０とのＣＡＮ（Controller Area Network）通信の通信経路である。第五経路Ｗ１５は、上位装置２００と制御回路１２０とのシリアル（Serial）通信の通信経路である。
【００２６】
図１を参照して説明したように、制御回路１２０は、通信信号による停止指令の受信の有無と、第二制御電流の通電の有無とを比較する。これにより、制御回路１２０は、上位装置２００による蓄電池１１０からの電力の出力の緊急停止と、蓄電池１１０からの電力出力の制御異常とを区別することができる。
但し、上位装置２００と制御回路１２０との通信は、ＣＡＮ通信及びシリアル通信に限らない。例えば、上位装置２００と制御回路１２０とがＣＡＮ通信及びシリアル通信のうち何れか一方のみの通信方式で通信を行うようにしてもよい。
【００２７】
以上のように、コンタクタ１３０は、第一制御電流が流れている場合にオン状態となって蓄電池１１０から電力を出力させる。一方、コンタクタ１３０は、第一制御電流が流れていない場合にオフ状態となって蓄電池１１０からの電力の出力を停止させる。また、グランド制御リレー１４０は、第一制御電流を伝達する経路に設けられている。グランド制御リレー１４０は、第二制御電流が流れている場合にオン状態となって第一制御電流を流す。一方、グランド制御リレー１４０は、第二制御電流が流れていない場合にオフ状態となって第一制御電流を遮断する。また、第二制御電流を伝達する経路には、端子１６０が上位装置２００と接続可能に設けられている。
【００２８】
これにより、電源装置１００では、上位装置２００が端子１６０に接続し、緊急時に第二制御電流を遮断して蓄電池１１０からの電力の出力を停止させることができる。このように、上位装置２００が第二制御電流の遮断にて蓄電池１１０からの電力の出力を停止させることで、蓄電池１１０からの電力の出力速やかに停止させることができる。特に、上位装置２００が停止指令を通信信号にて電源装置１００に送信する場合と比較すると、上位装置２００との電源装置１００との通信を待たずに蓄電池１１０からの電力の出力を停止させることができる。
【００２９】
また、上位装置２００が端子１６０に接続し、第二制御電流を遮断して蓄電池１１０からの電力の出力を停止させる仕組みは、蓄電池１１０からの電力の出力をより確実に停止させるインターロックとして機能する。例えば、上位装置２００が制御回路１２０に停止指令を送信し、制御回路１２０が停止指令に基づいて蓄電池１１０からの電力の出力を停止させる場合と比較すると、上位装置２００が第二制御電流を直接遮断することで、制御回路１２０の故障等の影響を受けずに蓄電池１１０からの電力の出力を停止させることができる。
【００３０】
また、制御回路１２０は、端子１６０に接続されたＭＯＳトランジスタ２１０に連動して送信される通信信号の受信の有無と、第二制御電流の通電の有無とを比較する。
これにより、制御回路１２０は、上位装置２００による蓄電池１１０からの電力の出力の緊急停止と、蓄電池１１０からの電力出力の制御異常とを区別することができる。
【００３１】
なお、蓄電池１１０の正極側、負極側それぞれに、上位装置２００が第二制御電流を遮断する機構が設けられていてもよい。
図３は、電源装置１００の各部の接続関係の、もう１つの例を示す回路図である。図２の例では、第一コンタクタ１３１と第二コンタクタ１３２とに共通のグランド制御リレー１４０及びＭＯＳトランジスタ２１０が設けられていた。これに対し、図３の例では、第一コンタクタ１３１、コンタクタ１３０それぞれにグランド制御リレー１４０及びＭＯＳトランジスタ２１０が設けられている。
【００３２】
具体的には、第一コンタクタ１３１に対する第一制御電流の伝達経路である第一経路Ｗ１１ａに第一グランド制御リレー１４１が設けられている。また、第一グランド制御リレー１４１に対する第二制御電流の伝達経路である第二経路Ｗ１２ａに第一ＭＯＳトランジスタ２１１が設けられている。また、第二コンタクタ１３２に対する第一制御電流の伝達経路である第一経路Ｗ１１ｂに第二グランド制御リレー１４２が設けられている。また、第二グランド制御リレー１４２に対する第二制御電流の伝達経路である第二経路Ｗ１２ｂに第二ＭＯＳトランジスタ２１２が設けられている。それ以外の点については、図２の場合と同様である。
【００３３】
図３に示す構成で、上位装置２００は、第一ＭＯＳトランジスタ２１１をオフ状態にすることで、第一グランド制御リレー１４１をオフ状態にすることができる。第一グランド制御リレー１４１がオフ状態になることで、第一コンタクタ１３１がオフ状態となって蓄電池１１０からの電力の出力を停止させる。また、上位装置２００は、第二ＭＯＳトランジスタ２１２をオフ状態にすることで、第二グランド制御リレー１４２をオフ状態にすることができる。第二グランド制御リレー１４２がオフ状態になることで、第二コンタクタ１３２がオフ状態となって蓄電池１１０からの電力の出力を停止させる。
【００３４】
このように、蓄電池１１０の正極側、負極側それぞれに、上位装置２００が第二制御電流を遮断する機構が設けられていることで、上位装置２００は、さらに確実に蓄電池１１０からの電力の出力を停止させることができる。例えば、第一グランド制御リレー１４１及び第二グランド制御リレー１４２のうちいずれか一方が故障して接点が開かなくとなっている場合でも、上位装置２００は、いずれか正常な方をオフ状態にすることができる。これにより、上位装置２００は、図２の例の場合と同様、蓄電池１１０からの電力の出力を速やかに停止させることができる。
【００３５】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電源装置１００が、第二制御電流を伝達する経路に上位装置２００と接続可能に設けられて端子１６０を持つことにより、上位装置２００が第二制御電流を遮断して蓄電池１１０からの電力の出力を速やかに停止させることができる。
また、以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電源装置１００が、上位装置２００からの通信信号の受信の有無と、第二制御電流の通電の有無とを比較する制御回路１２０を持つことにより、上位装置２００による蓄電池１１０からの電力の出力の緊急停止と、蓄電池１１０からの電力出力の制御異常とを区別することができる。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３７】
１…電力制御システム、２…電池制御装置、１００…電源装置、１１０…蓄電池、１２０…制御回路、１３０…コンタクタ、１３１…第一コンタクタ、１３２…第二コンタクタ、１４０…グランド制御リレー、１４１…第一グランド制御リレー、１４２…第二グランド制御リレー、１５０…シャント抵抗、１６０…端子、２００…上位装置、２１０…ＭＯＳトランジスタ、２１１…第一ＭＯＳトランジスタ、２１２…第二ＭＯＳトランジスタ、２２０…通信回路、３００…負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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