(57)【要約】【課題】ヒューズの寿命を検出して、ヒューズが切断される前に交換して車両を安全に走行する。車両用の電源装置にすでに装備する回路を利用して、簡単な回路構成でヒューズの寿命を判定する。【解決手段】車両用の電源装置は、充電できる電池５からなる車両を走行させる走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１と直列に接続しているヒューズ８とを備える。さらに、車両用の電源装置は、ヒューズ８の電気抵抗を検出してヒューズ８の寿命を判定するヒューズ８の寿命判定回路２０を備える。【選択図】図１
2011120472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電できる電池(5)からなる車両を走行させる走行用バッテリ(1)と、この走行用バッテリ(1)と直列に接続しているヒューズ(8)とを備える車両用の電源装置であって、
ヒューズ(8)の電気抵抗を検出してヒューズ(8)の寿命を判定するヒューズ(8)の寿命判定回路(20)を備え、
寿命判定回路(20)がヒューズ(8)の使用時間をカウントするタイマー(24)を備える車両用の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両を走行させるモーターに電力を供給する走行用バッテリを備える車両用の電源装置に関し、とくに走行用バッテリと直列に接続しているヒューズの寿命を検出する寿命判定回路を備える車両用の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電源装置は、走行用バッテリと直列にヒューズを接続している。ヒューズは、走行用バッテリに過電流が流れると溶断されて、走行用バッテリを過電流から保護する。ハイブリッドカー等の車両に搭載される電源装置は、車両の走行状態によってモーターの消費電流が大幅に変動する。車両を急加速するときにモーターには極めて大きな電流が流れ、たとえば１００Ａ以上の大電流がヒューズに流れる。ただ、モーターには常に大電流が定常的に流れるのではない。モーターが走行のアシストをしない状態では走行用モーターには電流が流れない。このことから、ハイブリッドカー等の車両に搭載される電源装置は、負荷電流が大幅に変動する。ヒューズは、流れる電流によってジュール熱で発熱する。ジュール熱によるヒューズの発熱量は、電気抵抗と電流の２乗の積に比例する。このため、大電流が流れ、さらにこれが大幅に変動するヒューズは、大電流が流れるときに大きなジュール熱で高温に加熱される。電流が流れない状態では全く加熱されない。このように、加熱と非加熱とが繰り返され、さらに加熱するジュール熱も大きく変動することから、ヒューズは大きな熱的な歪みを受け、これによって劣化する。ヒューズが劣化して切断されることを検出する回路を備える車両用の電源装置は開発されている。（特許文献１及び２参照）特許文献１と２は、ヒューズの切断を検出する電源装置を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６９４０１号公報
【特許文献２】特開２００１−３２７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献に記載される車両用の電源装置は、ヒューズの切断を検出できる。電動車両であるハイブリッドカーは、ヒューズが切断されるとモーターによる走行はできなくなる。この状態において、エンジンのみの走行も可能であるが、エンジンとモーターの両方で走行できるように設計されるハイブリッドカーは、モーターのアシストがない状態では、仮にエンジンのみで走行できるように制御しても、走行状態は著しく制限される。とくに車両をスムーズに加速できなくなる。ヒューズが切断されて走行できない車両、あるいは走行を著しく制限する車両は、ドライバーに著しい弊害を与える。
【０００５】
本発明は、こ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、ヒューズの寿命を検出して、ヒューズが切断される前に交換して車両を安全に走行できる車両用の電源装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、車両用の電源装置にすでに装備する回路を利用してヒューズの寿命を判定することにより、簡単な回路構成でヒューズの寿命を判定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】
【０００６】
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、充電できる電池５からなる車両を走行させる走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１と直列に接続しているヒューズ８とを備える。さらに、車両用の電源装置は、ヒューズ８の電気抵抗を検出してヒューズ８の寿命を判定するヒューズ８の寿命判定回路２０を備える。
【０００７】
本発明の車両用の電源装置は、寿命判定回路２０が、ヒューズ８の使用時間をカウントするタイマー２４を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の車両用の電源装置は、ヒューズの寿命を検出して、ヒューズが切断される前に交換して車両を安全に走行できる特徴がある。それは、本発明の電源装置が、ヒューズの電気抵抗を検出し、この電気抵抗でもってヒューズの寿命を判定するヒューズの寿命判定回路を備えるからである。ヒューズは、繰り返し熱歪みを受けると、経時的に電気抵抗が増加する特性を示す。たとえば、新しい状態における電気抵抗を数ｍΩとするヒューズは、熱歪みを受けて劣化すると電気抵抗が数倍に増加する。このため、ヒューズは電気抵抗を検出して寿命を正確に判定できる。本発明の電源装置は、寿命が尽きて切断される前にヒューズを交換できる。このため、過電流によらず、寿命でヒューズが切断されて、モーターでの走行が不能となるのを確実に防止できる。
【０００９】
さらに、本発明の車両用の電源装置は、すでに備える回路を利用してヒューズの寿命を判定することができるので、簡単な回路でヒューズの寿命を判定できる特徴もある。それは、車両用の電源装置は、走行用バッテリの電圧を検出する回路を備え、さらに走行用バッテリに流れる電流を検出する電流検出回路も備えるので、これらの回路を利用してヒューズの電気抵抗を検出できるからである。
【００１０】
さらに、本発明の電源装置は、寿命判定回路が、ヒューズの使用時間をカウントするタイマーを備えるので、ヒューズの寿命を電気抵抗に加えて、ヒューズの使用時間からも検出して、切断される前に交換できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
図１に示す車両用の電源装置は、ハイブリッドカー、燃料電池車、電気自動車等の車両に搭載されて、負荷１０として接続されるモーター１１を駆動して車両を走行させる。走行用バッテリ１の負荷１０となるモーター１１は、インバータ１２を介して走行用バッテリ１に接続される。インバータ１２は、走行用バッテリ１の直流を３相の交流に変換して、モーター１１への供給電力をコントロールする。
【００１５】
この図の電源装置は、走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１と直列に接続しているヒューズ８の寿命を検出する寿命判定回路２０と、この走行用バッテリ１の出力側に接続されて、負荷１０への電力供給をオンオフに切り換えるコンタクタ２と、このコンタクタ２をオンに切り換える前に、負荷１０のコンデンサ１３をプリチャージするプリチャージ回路３と、このプリチャージ回路３とコンタクタ２をオンオフに制御する制御回路４とを備える。
【００１６】
走行用バッテリ１は、インバータ１２を介して車両を走行させるモーター１１を駆動する。モーター１１に大電力を供給できるように、走行用バッテリ１は多数の充電できる電池５を直列に接続して出力電圧を高くしている。電池５は、ニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池が使用される。電池をニッケル水素電池とする走行用バッテリは、複数の電池を直列に接続して電池モジュールとし、さらに複数の電池モジュールを直列に接続して出力電圧を高くしている。電池をリチウムイオン二次電池とする走行用バッテリは、複数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。走行用バッテリは、電池をニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池に特定しない。走行用バッテリの電池には、ニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池を使用できる。
【００１７】
走行用バッテリ１は、モーター１１に大電力を供給できるように、たとえば、出力電圧を２００〜４００Ｖと高くしている。ただし、電源装置は、走行用バッテリの出力側にＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を接続して、走行用バッテリの電圧を昇圧して、負荷に電力を供給することもできる。この電源装置は、直列に接続する電池の個数を少なくして、走行用バッテリの出力電圧を低くできる。したがって、走行用バッテリ１は、たとえば出力電圧を１５０〜４００Ｖとすることができる。
【００１８】
寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電気抵抗を検出して寿命を判定する。ヒューズ８の電気抵抗が、劣化するにしたがって大きくなるからである。ヒューズ８の電気抵抗は、定格電流によって変化し、定格電流の大きいヒューズ８は電気抵抗が小さくなる傾向がある。たとえば、走行用バッテリに直列接続されるヒューズであって、電気抵抗を５ｍΩとするヒューズは、劣化して電気抵抗が１５ｍΩと数倍にも増加する。したがって、ヒューズ８の電気抵抗を検出して、劣化した状態、すなわち寿命を判定する。ヒューズ８の電気抵抗（Ｒ）は、ヒューズ８に流れる電流（Ｉ）と電圧（Ｅ）から、以下の式で演算できる。
Ｒ＝Ｅ／Ｉ
【００１９】
寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電気抵抗を検出するために、ヒューズ８に流れる電流、すなわち走行用バッテリ１に流れる電流を検出する電流検出回路２１と、ヒューズ８の両端に誘導される電圧を検出する電圧検出回路２２とを備える。車両用の電源装置は、走行用バッテリ１の充放電を制御するために、走行用バッテリ１を構成する電池５の電圧を検出する電圧検出回路２２と、電池５の電流を検出する電流検出回路２１を備えている。
【００２０】
電圧検出回路２２は、複数の電池５を直列に接続している電池モジュールの電圧を検出し、あるいは各々の電池電圧を検出する。走行用バッテリの電池をニッケル水素電池とする電源装置は、電圧検出回路でもって、電池モジュールの電圧を検出する。電池をリチウムイオン二次電池とする電源装置は、電圧検出回路でもって、各々の電池電圧を検出する。
【００２１】
さらに、電圧検出回路２２は、ヒューズ８両端の電圧を検出して、ヒューズ８が切断されたかどうかを検出する。この電源装置は、ヒューズ８の両端の電圧を検出する電圧検出回路２２を備える。電圧検出回路２２は、多数の電池モジュールや電池電圧を検出し、さらにヒューズ８両端の電圧を検出するので、入力側にマルチプレクサ２３を接続している。マルチプレクサ２３は、経時的に入力を切り換えて複数点の電圧を検出する。この回路構成の電圧検出回路２２は、マルチプレクサ２３で切り換えて複数点の電圧を検出するので、多数点の電圧を検出しながら回路構成を簡単にできる。
【００２２】
電流検出回路２１は、電池５の残容量を検出するために、走行用バッテリ１に流れる電流を電流センサ９で検出する。車両用の電源装置は、電池５の残容量を検出して、電池５を充放電する電流をコントロールするので、電流検出回路２１を備えている。走行用バッテリ１の電流はヒューズ８の電流であるから、ヒューズ８の電流を検出する電流検出回路２１はすでに装備される。電流検出回路２１で検出される走行用バッテリ１の電流を積算して残容量が演算される。車両用の電源装置は、電池５の残容量が５０％付近とする所定の範囲となるように、電池５の充放電の電流をコントロールする。種々の走行状態で電池５の充放電を許容しながら、走行用バッテリ１の劣化をできるかぎり少なくするためである。電池５の残容量は、充電電流の積算値で増加し、また、放電電流の積算値で減少するので、充電電流と放電電流の積算値で演算できる。電流の積算値で演算される残容量は、充放電を繰り返して誤差が累積する。この誤差を補正し、さらに電池５の過充電と過放電を防止するために、電圧検出回路２２でもって、電池モジュールの電圧を検出し、あるいは各々の電池電圧を検出している。
【００２３】
寿命判定回路２０は、電圧検出回路２２でヒューズ８両端の電圧を検出し、さらに電流検出回路２１でヒューズ８の電流を検出して、前述の式からヒューズ８の電気抵抗（Ｒ）を演算する。車両用の電源装置は、ヒューズ８に流れる電流が車両の走行状態によって変動する。寿命判定回路２０は、電圧検出回路２２と電流検出回路２１でもって、互いに同期して同一のタイミングで電流と電圧を検出して、ヒューズ８の電気抵抗を演算する。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電気抵抗を正確に検出できる。ただし、電圧検出回路２２と電流検出回路２１とは必ずしも完全に一致するタイミングで電圧と電流を検出する必要はない。走行用バッテリ１の電流変化が、負荷１０と並列に接続している大容量のコンデンサ１３で平滑化されるからである。たとえば、ヒューズ８に流れる電流の変化が１０％となるタイミングのずれで電圧と電流を検出しても、ヒューズ８の電気抵抗の誤差は１０％となり、充分に実用できる範囲となるからである。車両の走行状態で変動するヒューズ８に流れる電流の変動は、負荷１０に接続されるコンデンサ１３の静電容量により少なくなる。したがって、ヒューズ８の電流変動は、車両により一定ではないが、ヒューズ８の電気抵抗から寿命を判定する寿命判定回路２０にあっては、たとえば、電圧と電流を検出するタイミングのずれを０．５秒以内として、充分にヒューズ８の寿命を判定できる。
【００２４】
さらに、寿命判定回路２０は、電圧検出回路２２で検出するヒューズ８両端の平均電圧を検出して電気抵抗を検出し、この電気抵抗からヒューズ８の寿命を判定することもできる。車両用の電源装置は、走行用バッテリ１がモーター１１に供給する電流をコントロールすることから、平均電流は所定の電流値となる。平均電流が所定の電流値となることから、平均電圧を検出してヒューズ８の電気抵抗を検出することができる。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８の平均電流と平均電圧を検出し、平均電圧／平均電流でヒューズ８の電気抵抗を検出できる。さらに、寿命判定回路２０は、平均電流が一定の範囲に制御されると仮定して、平均電流を検出することなく、平均電圧のみを検出してヒューズ８の電気抵抗を検出して寿命を判定できる。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電流を検出しないので、最も簡単な回路でヒューズ８の寿命を判定できる。ただ、ヒューズ８の電圧は電気抵抗の関数となるので、ヒューズ８の電圧を検出することは、間接的にヒューズ８の電気抵抗を測定することになるので、この明細書において、ヒューズの電気抵抗を検出するとは、ヒューズの電気抵抗で特定される電圧を検出して電気抵抗を検出する広い意味に使用する。たとえば、電気抵抗を５ｍΩとするヒューズと、電気抵抗が１５ｍΩとなるヒューズでは、平均電圧が３倍になるので、平均電圧からヒューズの寿命を判定できる。
【００２５】
さらに、ヒューズ８は、使用時間が経過するにしたがって劣化する。したがって、寿命判定回路２０にタイマー２４を設け、このタイマー２４でもって、ヒューズ８が使用された時間をカウントして、ヒューズ８の寿命を判定することもできる。タイマー２４に記憶するヒューズ８の寿命時間は、たとえば１０年とすることができる。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８の使用時間をカウントして、使用時間が寿命時間に達すると、ヒューズが寿命に達したと判定する。この電源装置は、ヒューズ８の電気抵抗と使用時間の両方で寿命を正確に判定する。
【００２６】
また、寿命判定回路２０は、ヒューズ８に流れる電流を電流積算回路（図示せず）で積算してヒューズ８の寿命を判定することもできる。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８に流れる電流の積算値で寿命を判定するので、ヒューズ８の使用時間をカウントするタイマー２４よりもさらに正確にヒューズ８の寿命を判定できる。さらに、電流積算回路は、ヒューズ８に流れる電流の２乗を積算して、ヒューズ８の寿命をより正確に判定できる。ヒューズ８のジュール熱による発熱が、電流の２乗に比例することから、電流の２乗の積算値は、ヒューズ８を劣化させるジュール熱の積算値となり、より正確にヒューズ８の寿命を判定できる。
【００２７】
図の電源装置は、寿命判定回路２０に、ヒューズ８の寿命判定結果を記憶するメモリ２５を設けている。メモリ２５は、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ２５である。この電源装置は、寿命判定回路２０への電力供給が遮断された状態で、メモリ２５がヒューズ８の寿命情報、たとえば、ヒューズ８の寿命が尽きたことを記憶する。したがって、この電源装置は、寿命判定回路２０の電力供給が遮断されてもヒューズ８の寿命判定結果が記憶され、また、この寿命判定結果をいつでも車両側に出力できる。
【００２８】
さらに、寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電気抵抗値の増加、言い換えるとヒューズ８の劣化状態で、走行用バッテリ１の電流を制限する電流制限回路（図示せず）を備える。この寿命判定回路２０は、ヒューズ８の電気抵抗が大きくなって、寿命が尽きる前に、ヒューズ８に流れる電流、言い換えると走行用バッテリ１の電流を制限して、ヒューズ８の寿命を長くする。
【００２９】
図の電源装置は、走行用バッテリ１でヒューズ８に流す電流でもってヒューズ８の電気抵抗を検出する。図２の電源装置は、走行用バッテリ１以外の専用電池２６、たとえば、ヒューズ８の電気抵抗を検出するために専用に設けた電池、あるいは車両に搭載されるカーバッテリーを使用して、ヒューズ８に電流を流して電気抵抗を検出することができる。専用電池２６でヒューズ８の電気抵抗を検出する電源装置は、電流制限抵抗２７を直列に接続して、ヒューズ８に流れる電流を所定の電流値として、電気抵抗を検出する。この電源装置は、走行用バッテリ１の電流に関係なくヒューズ８の電気抵抗を検出できるので、たとえば、車両を走行させるためにイグニッションスイッチ１４をオンに切り換えた後、専用電池２６でヒューズ８の電気抵抗を検出して、ヒューズ８の寿命を判定できる。すなわち、イグニッションスイッチ１４をオンにして車両を走行させる前に、ヒューズ８の寿命を判定できる。このため、ヒューズ８が切断されないことを確認して車両を走行できる。
【００３０】
さらに、図１に示すように、コンタクタ２の溶着を防止するために、コンデンサ１３をプリチャージするプリチャージ回路３を備える電源装置は、コンデンサ１３の充電電流でヒューズ８の電気抵抗を検出することができる。このことを実現する寿命判定回路２０は、プリチャージスイッチ７をオンに切り換えて、コンデンサ１３を充電するタイミングでヒューズ８の電流を検出し、この電流に同期してヒューズ８両端の電圧を検出して、電圧と電流からヒューズ８の電気抵抗を検出する。
【００３１】
走行用バッテリに接続される負荷１０は、インバータ１２の出力側にモーター１１を接続している。負荷１０であるインバータ１２は、並列に大容量のコンデンサ１３を並列に接続している。このコンデンサ１３は、コンタクタ２をオンに切り換える状態で、走行用バッテリ１と両方から負荷１０のインバータ１２に電力を供給する。とくに、コンデンサ１３からは、負荷１０のインバータ１２に瞬間的に大電力を供給する。走行用バッテリ１に並列にコンデンサ１３を接続することで、負荷１０に供給できる瞬間電力を大きくしている。コンデンサ１３から負荷１０のインバータ１２に供給できる瞬間最大電力は、静電容量に比例するので、このコンデンサ１３は、たとえば４０００〜６０００μＦと極めて大きい静電容量としている。放電状態にある大容量のコンデンサ１３が、出力電圧の高い走行用バッテリ１に接続されると、瞬間的に極めて大きいチャージ電流が流れる。コンデンサ１３のインピーダンスが極めて小さいからである。
【００３２】
プリチャージ回路３は、イグニッションスイッチ１４から入力されるオン信号で、コンタクタ２をオンに切り換えるに先だって、負荷１０のコンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージ回路３は、コンデンサ１３の充電電流を制限しながらコンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗６にプリチャージスイッチ７を直列に接続している。プリチャージ抵抗６は、負荷１０のコンデンサ１３のプリチャージ電流を制限する。プリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗６の電気抵抗を大きくしてプリチャージ電流を小さくできる。たとえば、プリチャージ抵抗６は、１０Ω、３０Ｗのセメント抵抗である。このプリチャージ抵抗６は、出力電圧４００Ｖの走行用バッテリ１がコンデンサ１３を充電するピークの充電電流を４０Ａに制限する。
【００３３】
プリチャージ回路３は、コンタクタ２の接点に並列に接続される。図の電源装置は、プラス側とマイナス側の両方にコンタクタ２を設けて、プラス側のコンタクタ２Ａの接点と並列にプリチャージ回路３を接続している。この電源装置は、マイナス側のコンタクタ２Ｂをオンとし、プラス側のコンタクタ２Ａをオフとする状態で、プリチャージ回路３でコンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージ回路３でコンデンサ１３がプリチャージされると、プラス側のコンタクタ２Ａをオフからオンに切り換えて、プリチャージ回路３のプリチャージスイッチ７をオフに切り換える。
【００３４】
プリチャージ回路３は、プリチャージスイッチ７をオンにして、コンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージスイッチ７は、リレー等の機械的な接点を有するスイッチである。ただ、プリチャージスイッチは、トランジスターやＦＥＴ等の半導体スイッチング素子も使用できる。半導体スイッチング素子のプリチャージスイッチは、接点のような劣化がないので寿命を長くできる。また非常に短時間で高速にオンオフに切り換えできるので、コンデンサをオンオフに切り換えながらプリチャージすることができる。
【００３５】
プリチャージ回路３でコンデンサ１３がプリチャージされた後、プリチャージ回路３と並列に制御しているプラス側のコンタクタ２Ａをオンに切り換えて、走行用バッテリ１から負荷１０に電力を供給できる状態、すなわち走行用バッテリ１でモーター１１を駆動して車両を走行できる状態とする。
【符号の説明】
【００３６】
１…走行用バッテリ
２…コンタクタ            ２Ａ…プラス側のコンタクタ
２Ｂ…マイナス側のコンタクタ
３…プリチャージ回路
４…制御回路
５…電池
６…プリチャージ抵抗
７…プリチャージスイッチ
８…ヒューズ
９…電流センサ
１０…負荷
１１…モーター
１２…インバータ
１３…コンデンサ
１４…イグニッションスイッチ
２０…寿命判定回路
２１…電流検出回路
２２…電圧検出回路
２３…マルチプレクサ
２４…タイマー
２５…メモリ
２６…専用電池
２７…電流制限抵抗
【図１】
2011120472.tif 000003
【図２】
2011120472.tif 000004