(57)【要約】【課題】メンテナンス性を従来よりも向上させることが可能な回路保護装置及び電源監視装置を提供する。【解決手段】直流電源と、当該直流電源のプラス電圧及びマイナス電圧が入力される保護対象回路との間に設けられる回路保護装置であって、直流電源のプラス端子と保護対象回路の第１の入力端子との間及び直流電源のマイナス端子と保護対象回路の第２の入力端子との間に設けられるリレーと、プラス電圧あるいは／及びマイナス電圧が異常電圧になると非導通状態から導通状態に変化することにより、リレーを閉状態から開状態に状態変化させる導通回路とを備える。【選択図】図２
2019161702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、当該直流電源のプラス電圧及びマイナス電圧が入力される保護対象回路との間に設けられる回路保護装置であって、
前記直流電源のプラス端子と前記保護対象回路の第１の入力端子との間及び前記直流電源のマイナス端子と前記保護対象回路の第２の入力端子との間に設けられるリレーと、
前記プラス電圧あるいは／及び前記マイナス電圧が異常電圧になると非導通状態から導通状態に変化することにより、前記リレーを閉状態から開状態に状態変化させる導通回路と
を備えることを特徴とする回路保護装置。
【請求項２】
前記導通回路は、カソード端子が前記プラス端子と前記第１の入力端子との間に設けられた第１の前記リレーの一方の励磁端子に接続され、アノード端子が前記マイナス端子と前記第２の入力端子との間に設けられた第２の前記リレーの一方の励磁端子に接続された定電圧ダイオードであり、
前記第１の前記リレーは、他方の励磁端子が前記保護対象回路側の接点に接続され、
前記第２の前記リレーは、他方の励磁端子が前記保護対象回路側の接点に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の回路保護装置。
【請求項３】
前記導通回路は、カソード端子が前記プラス端子と前記第１の入力端子との間に設けられた第１の前記リレーの一方の励磁端子に接続され、アノード端子が接地された第１の定電圧ダイオードと、カソード端子が前記マイナス端子と前記第２の入力端子との間に設けられた第２の前記リレーの一方の励磁端子に接続され、アノード端子が接地された第２の定電圧ダイオードとを備え、
前記第１の前記リレーは、他方の励磁端子が前記保護対象回路側の接点に接続され、
前記第２の前記リレーは、他方の励磁端子が前記保護対象回路側の接点に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の回路保護装置。
【請求項４】
前記リレー及び前記導通回路は、前記直流電源と前記保護対象回路とを接続するコネクタ部材の内部に実装されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路保護装置。
【請求項５】
前記リレーはメカニカルリレーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路保護装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路保護装置と、
前記保護対象回路であって、前記回路保護装置を介して前記直流電源を監視する監視回路と
を備えることを特徴とする電源監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路保護装置及び電源監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、組電池を監視する監視回路を適切に保護する回路保護装置が開示されている。この回路保護装置は、組電池を構成する複数の電池セルの各端子と監視回路の各入力端子との間にそれぞれ設けられた複数のヒューズと、当該複数のヒューズのうち、互いに隣り合うヒューズの出力側（監視回路）に挿入された複数のツェナダイオード（定電圧ダイオード）とから構成されている。この回路保護装置は、組電池から過電圧が入力されると、ツェナダイオードが非導通状態（ＯＦＦ状態）から導通状態（ＯＮ状態）に状態変化して複数のヒューズに電流を流し、以ってヒューズを溶断させることによって監視回路を保護する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−７８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記回路保護装置では、監視回路を保護することができるものの、監視回路を再利用しようとする場合に、溶断したヒューズを少なくとも交換する必要がある。このヒューズは、電池セルの個数プラス１個が設けられるので、また車両用に用いられる組電池では電池セルの個数が数十〜数百にも及ぶので、溶断したヒューズの個数が多くなる。したがって、ヒューズの交換は極めて煩雑な作業であり、よって回路保護装置のメンテナンス性が悪いという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、メンテナンス性を従来よりも向上させることが可能な回路保護装置及び電源監視装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、回路保護装置に係る第１の解決手段として、直流電源と、当該直流電源のプラス電圧及びマイナス電圧が入力される保護対象回路との間に設けられる回路保護装置であって、前記直流電源のプラス端子と前記保護対象回路の第１の入力端子との間及び前記直流電源のマイナス端子と前記保護対象回路の第２の入力端子との間に設けられるリレーと、前記プラス電圧あるいは／及び前記マイナス電圧が異常電圧になると非導通状態から導通状態に変化することにより、前記リレーを閉状態から開状態に状態変化させる導通回路とを備える、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、回路保護装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記導通回路は、カソード端子が前記プラス端子と前記第１の入力端子との間に設けられた第１の前記リレーの一方の励磁端子に接続され、アノード端子が前記マイナス端子と前記第２の入力端子との間に設けられた第２の前記リレーの一方の励磁端子に接続された定電圧ダイオードであり、前記第１の前記リレーは、他方の励磁端子が前記保護対象回路側の接点に接続され、前記第２の前記リレーは、他方の励磁端子が前記保護対象回路側の接点に接続されている、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、回路保護装置に係る第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記導通回路は、カソード端子が前記プラス端子と前記第１の入力端子との間に設けられた第１の前記リレーの一方の励磁端子に接続され、アノード端子が接地された第１の定電圧ダイオードと、カソード端子が前記マイナス端子と前記第２の入力端子との間に設けられた第２の前記リレーの一方の励磁端子に接続され、アノード端子が接地された第２の定電圧ダイオードとを備え、前記第１の前記リレーは、他方の励磁端子が前記保護対象回路側の接点に接続され、前記第２の前記リレーは、他方の励磁端子が前記保護対象回路側の接点に接続されている、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、回路保護装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記リレー及び前記導通回路は、前記直流電源と前記保護対象回路とを接続するコネクタ部材の内部に実装されている、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、回路保護装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記リレーはメカニカルリレーである、という手段を採用する。
【００１１】
本発明では、電源監視装置に係る解決手段として、上記第１〜第５のいずれかの解決手段に係る回路保護装置と、前記保護対象回路であって、前記回路保護装置を介して前記直流電源を監視する監視回路とを備える、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、メンテナンス性を従来よりも向上させることが可能な回路保護装置及び電源監視装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る回路保護装置及び電源監視装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る回路保護装置の詳細構成を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態の変形例に係る回路保護装置の詳細構成を示す回路図である。
【図４】本発明の一実施形態の変形例に係る電源監視装置の機能構成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、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る電源監視装置Ａは、図１に示すように組電池Ｘ（直流電源）を監視対象とする監視装置であり、監視回路１及び保護機能付コネクタ２を備えている。このような電源監視装置を構成する構成要素のうち、保護機能付コネクタ２は本発明における回路保護装置に相当する。
【００１５】
最初に、組電池Ｘは、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるバッテリであり、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池である。この組電池Ｘは、各々にプラス端子とマイナス端子とを備えると共に互いに直列接続された複数の電池セルｂ１〜ｂｎ（ｎは２以上の自然数）を備えている。すなわち、この組電池Ｘは、最上位電位側に位置する電池セルｂ１と最下位電位側に位置する電池セルｂｎとの間に電池セルｂ２〜ｂｎ−１が直列に接続されている。
【００１６】
このような組電池Ｘは、例えば車両の走行動力を発生させる走行モータを駆動するインバータに直流電力を供給する。すなわち、組電池Ｘのプラス端子Ｐ１はインバータの一方の入力端（高電位側入力端子）に接続され、組電池Ｘのマイナス端子Ｐ２はインバータの他方の入力端（低電位側入力端子）に接続されている。
【００１７】
この組電池Ｘは、図示するようにＣＩＤ（Current Interrupt Device）を備えている。このＣＩＤは、組電池Ｘを構成する各電池セルｂ１〜ｂｎに対応して各電池セルｂ１〜ｂｎのプラス端子側に設けられており、対応する電池セルの異常によって当該電池セルの内圧が過度に上昇すると作動することにより、各電池セルｂ１〜ｂｎのプラス端子を機械的に解放する遮断素子（ディスコネクト素子）である。
【００１８】
監視回路１は、組電池Ｘの出力電圧に基づいて組電池Ｘを監視する回路である。すなわち、この監視回路１は、各電池セルｂ１〜ｂｎの出力端子（プラス端子及びマイナス端子）に各々対応する複数対の入力端子を備えている。また、各電池セルｂ１〜ｂｎの出力端子（プラス端子及びマイナス端子）と監視回路１の複数対の入力端子とは、各々に接続線Ｌ１〜Ｌｎ＋１によって接続されている。
【００１９】
このような監視回路１には、保護機能付コネクタ２（コネクタ部材）を介して各電池セルｂ１〜ｂｎの出力端子（プラス端子及びマイナス端子）から出力電圧（プラス電圧あるいはマイナス電圧）が入力される。この監視回路１は、上記各電池セルｂ１〜ｂｎの出力電圧に基づいて各電池セルｂ１〜ｂｎの端子間電圧（プラス電圧とマイナス電圧との差電圧）をセル電圧Ｖ１〜Ｖｎとして検出し、当該セル電圧Ｖ１〜Ｖｎに基づいて組電池Ｘの状態を監視する。この監視回路１には、組電池Ｘの監視結果を組電池Ｘの充放電を制御するバッテリ制御装置（バッテリＥＣＵ）に出力する。
【００２０】
保護機能付コネクタ２は、回路基板に監視回路１と共に実装された電子部品であり、回路基板と各接続線Ｌ１〜Ｌｎ＋１とを電気的かつ機械的に接続する。また、この保護機能付コネクタ２は、回路基板と各接続線Ｌ１〜Ｌｎ＋１との接続機能に加えて、組電池Ｘの出力電圧が異常な高電圧（異常電圧）に至った場合に各接続線Ｌ１〜Ｌｎ＋１と監視回路１との接続を乖離させることにより監視回路１を保護する回路保護機能を備えている。
【００２１】
すなわち、この保護機能付コネクタ２は、組電池Ｘの出力電圧が正常な電圧範囲にある場合、各電池セルｂ１〜ｂｎと監視回路１とを接続し、上述したＣＩＤの作動等によって組電池Ｘの出力電圧が異常電圧になった場合には、各電池セルｂ１〜ｂｎと監視回路１との接続を遮断する。
【００２２】
図２は、代表として電池セルｂ１に対応する保護機能付コネクタ２の詳細構成を示している。すなわち、保護機能付コネクタ２は、接続線Ｌ１と監視回路１の第１の入力端子との間に設けられたメカニカルリレー２ａ（第１のリレー）、接続線Ｌ２と監視回路１の第２の入力端子との間に設けられたメカニカルリレー２ｂ（第２のリレー）、またこのような一対のメカニカルリレー２ａ，２ｂとの間に設けられた定電圧ダイオード２ｃが内部に実装されている。なお、このような電池セルｂ１以外の他の電池セルｂ２〜ｂｎに対応する保護機能付コネクタ２も図２と同様な構成を備える。
【００２３】
メカニカルリレー２ａは、一方の接点が接続線Ｌ１に接続され、他方の接点（監視回路１側の接点）が監視回路１の第１の入力端子に接続され、一方の励磁端子Ｔａ１が定電圧ダイオード２ｃのカソード端子に接続され、一方の励磁端子Ｔａ２が上記他方の接点（監視回路１側の接点）に接続されている。
【００２４】
メカニカルリレー２ｂは、一方の接点が接続線Ｌ２に接続され、他方の接点が監視回路１の第２の入力端子に接続され、一方の励磁端子Ｔｂ１が定電圧ダイオード２ｃのアノード端子に接続され、一方の励磁端子Ｔｂ２が自身の他方の接点（監視回路１側の接点）に接続されている。
【００２５】
定電圧ダイオード２ｃは、上述したようにカソード端子がメカニカルリレー２ａの一方の励磁端子Ｔａ１に接続され、アノード端子がメカニカルリレー２ｂの一方の励磁端子Ｔｂ１に接続されている。この定電圧ダイオード２ｃは、カソード電圧つまり一方のメカニカルリレー２ａの他方の接点の電圧（電池セルｂ１のプラス電圧）とアノード電圧つまり他方のメカニカルリレー２ｂの他方の接点の電圧（電池セルｂ１のマイナス電圧）との差電圧が正常な電圧範囲にあるときは非導通状態となり、上記差電圧が所定の降伏電圧（異常電圧）になると非導通状態から導通状態に変化する導通回路である。
【００２６】
すなわち、この保護機能付コネクタ２では、電池セルｂ１のプラス端子と監視回路１の第１の入力端子との間に一方のメカニカルリレー２ａが挿入され、また電池セルｂ１のマイナス端子と監視回路１の第２の入力端子との間に他方のメカニカルリレー２ｂが挿入されている。また、この保護機能付コネクタ２では、一方のメカニカルリレー２ａの出力側に位置する他方の接点と他方のメカニカルリレー２ｂの出力側に位置する他方の接点との間に定電圧ダイオード２ｃが挿入されている。
【００２７】
次に、このように構成された電源監視装置Ａの動作、特に当該電源監視装置の特徴的構成要素である保護機能付コネクタ２の動作について詳しく説明する。
【００２８】
この電源監視装置Ａでは、監視回路１が保護機能付コネクタ２を介して組電池Ｘから各々入力される各電池セルｂ１〜ｂｎのセル電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出することにより組電池Ｘの動作状態を監視する。そして、監視回路１は、各電池セルｂ１〜ｂｎのセル電圧Ｖ１〜Ｖｎが正常な電圧範囲を逸脱し、例えば過充電による過電圧の電圧範囲に至ると、組電池Ｘが過電圧状態であることをバッテリＥＣＵに通知する。この結果、バッテリＥＣＵによる組電池Ｘの充電処理が終了する。
【００２９】
また、組電池Ｘでは、何れかの電池セルの異常によって当該電池セルの内圧が異常上昇してＣＩＤが作動する場合がある。ｎ個の電池セルｂ１〜ｂｎの何れかのＣＩＤが作動すると、監視回路１には組電池Ｘから異常電圧が印加される。例えば電池セルｂ１のＣＩＤが作動した場合、電池セルｂ１に対応する監視回路１の第１、第２の入力端子には、一対の接続線Ｌ１，Ｌ２及び一対のメカニカルリレー２ａ，２ｂを介して異常電圧が印加される虞が生じる。
【００３０】
このような異常電圧に対して、保護機能付コネクタ２では、定電圧ダイオード２ｃのカソード端子とアノード端子との間に異常電圧（降伏電圧）が印加されるので、定電圧ダイオード２ｃは、非導通状態（正常状態）から導通状態（異常状態）に状態変化する。この結果、一対のメカニカルリレー２ａ，２ｂは、閉状態から開状態に変化して異常電圧の監視回路１への入力を阻止する。
【００３１】
このような電源監視装置Ａによれば、組電池Ｘにおける各電池セルｂ１〜ｂｎの出力電圧（セル電圧）が異常電圧になると、定電圧ダイオード２ｃが導通状態となって一対のメカニカルリレー２ａ，２ｂが開状態に変化して監視回路１（保護対象回路）を保護し、またセル電圧が正常電圧に復帰すると、定電圧ダイオード２ｃが非導通状態となって一対のメカニカルリレー２ａ，２ｂが開状態から閉状態に復帰する。したがって、本実施形態によれば、従来のヒューズを用いる場合よりもメンテナンス性を向上させることが可能である。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、図２に示すように、メカニカルリレー２ａ（第１のリレー）、メカニカルリレー２ｂ（第２のリレー）及び定電圧ダイオード２ｃ（導通回路）によって保護機能付コネクタ２（回路保護装置）を構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図３に示すように定電圧ダイオード２ｃに代えて一対の定電圧ダイオード２ｄ，２ｅを用いた保護機能付コネクタ２Ａ（回路保護装置）を採用してもよい。
【００３３】
すなわち、上記一対の定電圧ダイオード２ｄ，２ｅのうち、一方の定電圧ダイオード２ｄ（第１の定電圧ダイオード）は、カソード端子がメカニカルリレー２ａ（第１のリレー）の一方の励磁端子Ｔａ１に接続され、アノード端子が接地されている。他方の定電圧ダイオード２ｅ（第２の定電圧ダイオード）は、カソード端子がメカニカルリレー２ｂ（第２のリレー）の一方の励磁端子Ｔｂ１に接続され、アノード端子が接地されている。
【００３４】
このような保護機能付コネクタ２Ａでは、組電池Ｘにおける各電池セルｂ１〜ｂｎの端子電圧が異常電圧になると、一対の定電圧ダイオード２ｄ，２ｅのいずれか一方あるいは両方が導通状態に変化する。この結果、一対のメカニカルリレー２ａ，２ｂのいずれか一方あるいは両方が開状態に変化して監視回路１（保護対象回路）を保護する。また、各電池セルｂ１〜ｂｎの端子電圧が正常電圧に復帰すると、一対のメカニカルリレー２ａ，２ｂのいずれか一方あるいは両方が閉状態に変化して、各電池セルｂ１〜ｂｎのセル電圧の正常な検出が可能となる。
【００３５】
（２）上記実施形態では、コネクタ機能を主機能とする保護機能付コネクタ２に監視回路１の回路保護機能を付加したが、本発明はこれに限定されない。例えば図４に示すように、これら２つの機能をコネクタ２Ａと保護回路２Ｂとに分離してもよい。すなわち、本発明に係る回路保護装置をコネクタ機能と切り離した単独の保護回路２Ｂとして構成してもよい。
【００３６】
（３）上記実施形態では、第１、第２のリレーとしてメカニカルリレー２ａ，２ｂを用いたが、本発明はこれに限定されない。メカニカルリレー２ａ，２ｂつまり有接点リレーに代えて、半導体リレー等の無接点リレーを採用してもよい。
【００３７】
（４）上記実施形態では、各電池セルｂ１〜ｂｎが各々にＣＩＤを備える組電池Ｘについて説明したが、本発明はこれに限定されない。安全対策用に組電池に設けられる遮断素子には、電池セルの異常内圧に基づいて作動するＣＩＤの他に種々のものが考えられる。
【符号の説明】
【００３８】
Ｘ  組電池（直流電源）
ｂ１〜ｂｎ  電池セル
Ｌ１〜Ｌｎ  接続線
１  監視回路
２  保護機能付コネクタ（コネクタ部材）
２Ａ  コネクタ
２Ｂ  保護回路
２ａ  メカニカルリレー（第１のリレー）
２ｂ  メカニカルリレー（第２のリレー）
２ｃ  定電圧ダイオード
２ｄ  第１の定電圧ダイオード
２ｅ  第２の定電圧ダイオード
【図１】
2019161702.tif 000003
【図２】
2019161702.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019161702.tif 000006