(57)【要約】【課題】蓄電装置を構成する複数の蓄電素子の各電圧値を検出する電圧検出ユニットにおいて、電圧検出ライン間に短絡が生じた場合の通電状態の継続を抑制する。【解決手段】電圧検出ユニットは、各蓄電素子に接続される複数の電圧検出ラインと、蓄電素子の正極端子及び負極端子に接続される一対の電圧検出ラインを介して各蓄電素子の電圧値を検出する電圧検出回路と、複数の電圧検出ラインが所定の方向に隣り合って配設され、複数の電圧検出ラインを電圧検出回路に接続するためのコネクタと、各電圧検出ラインを介した蓄電素子と電圧検出回路との電気的な接続を遮断する保護素子とを備える。コネクタは、直列に接続された所定数以上の複数の蓄電素子のブロック電圧に相当する電位差の組み合わせとなるように、各電圧検出ラインが所定の方向に隣り合わせで配設される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電素子が直列に接続された蓄電装置の前記各蓄電素子の電圧値を検出する電圧検出ユニットであって、
前記各蓄電素子に接続される複数の電圧検出ラインと、
前記蓄電素子の正極端子及び負極端子に接続される一対の前記電圧検出ラインを介して前記各蓄電素子の電圧値を検出する電圧検出回路と、
複数の前記電圧検出ラインが所定の方向に隣り合って配設され、複数の前記電圧検出ラインを前記電圧検出回路に接続するためのコネクタと、
許容電流値以上の電流が流れたとき、前記各電圧検出ラインを介した前記蓄電素子と前記電圧検出回路との電気的な接続を遮断する保護素子と、を備え、
前記コネクタは、直列に接続された所定数以上の複数の前記蓄電素子のブロック電圧に相当する電位差の組み合わせとなる前記各電圧検出ラインが、前記所定の方向に隣り合わせで配設されていることを特徴とする電圧検出ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電素子で構成される蓄電装置の電圧検出ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池を直列に接続した組電池は、組電池全体の総電圧及び各電池の電圧を検出する電圧検出回路（電圧センサ）が設けられる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０１８０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電圧検出回路は、組電池を構成する各電池から延びる複数の電圧検出線と接続されるが、水入りなどによって隣り合う電圧検出線間で短絡が生じると、電圧検出回路内に閉回路が形成されてしまい、通電状態が継続されてしまうことがある。
【０００５】
このとき、電圧検出回路を保護するために、電圧検出線または電圧検出回路にヒューズを設け、閉回路によって流れる電流によってヒューズを溶断させるように構成することができる。しかしながら、特許文献１のように、隣り合う電圧検出線に印加される電圧が１つの電池分の電圧だと閉回路に流れる電流が小さく、ヒューズを溶断することができずに、短絡による通電状態が継続されてしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、複数の蓄電素子の各電圧値を検出する電圧検出ユニットにおいて、隣り合う電圧検出ライン間に短絡が生じても通電状態の継続を抑制することができる電圧検出ユニット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】
【０００７】
本願発明は、複数の蓄電素子が直列に接続された蓄電装置の各蓄電素子の電圧値を検出する電圧検出ユニットである。電圧検出ユニットは、各蓄電素子に接続される複数の電圧検出ラインと、蓄電素子の正極端子及び負極端子に接続される一対の電圧検出ラインを介して各蓄電素子の電圧値を検出する電圧検出回路と、複数の電圧検出ラインが所定の方向に隣り合って配設され、複数の電圧検出ラインを電圧検出回路に接続するためのコネクタと、許容電流値以上の電流が流れたとき、各電圧検出ラインを介した蓄電素子と電圧検出回路との電気的な接続を遮断する保護素子と、を備える。
【０００８】
このとき、コネクタは、直列に接続された所定数以上の複数の蓄電素子のブロック電圧に相当する電位差の組み合わせとなる各電圧検出ラインが、所定の方向に隣り合わせで配設されるように構成されている。
【０００９】
本願発明によれば、各蓄電素子の電圧値を対応する一対の電圧検出ラインを介して検出する電圧検出ユニットにおいて、コネクタは、直列に接続された所定数以上の複数の蓄電素子のブロック電圧に相当する電位差の組み合わせとなる各電圧検出ラインが、所定の方向に隣り合わせで配設される。このため、電圧検出ライン間が短絡したときに印加される電圧が、１つの蓄電素子分の電圧ではなく、所定数以上の複数の蓄電素子が直列に接続されたブロック電圧となるので、短絡時に印加される電圧が高くなり、許容電流値以上の電流が流れて保護素子が動作し易くなる。しがたって、隣り合う電圧検出ライン間が短絡したときに、保護素子を円滑動作させることができ、通電状態の継続を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の車両に搭載される電池システムの構成を示す図である。
【図２】実施例１の組電池に接続される電圧検出ユニットの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１２】
（実施例１）
本実施例における電池システムについて、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す概略図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載されている。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。本実施例では、ハイブリッド自動車を一例に説明しているが、例えば、車両を走行させる動力源として電池システム（組電池）だけを備えている電気自動車であってもよい。
【００１３】
電池システムは、組電池１０（蓄電装置に相当する）を有する。組電池１０は、電気的に直列に接続された複数の単電池１１（蓄電素子に相当する）で構成されている。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。組電池１０を構成する単電池１１の数は、適宜設定することができる。
【００１４】
組電池１０は、正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬを介してインバータ３１と接続されている。正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがそれぞれ設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、後述するコントローラ５０によってオン／オフが制御され、組電池１０とインバータ３１（負荷）との接続状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＮ）及び遮断状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ）とを許容する。例えば、コントローラ５０は、車両のイグニッションスイッチのオン／オフ（ＩＧ−ＯＮ，ＩＧ−ＯＦＦ）に関する情報が入力されることに応じて、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンおよびオフの間で切り替える。
【００１５】
インバータ３１（負荷）は、組電池１０から供給された直流電力を交流電力に変換する。インバータ３１には、モータ・ジェネレータ３２（交流モータ）が接続されている。モータ・ジェネレータ３２は、インバータ３１から供給された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ３２は、車輪３３と接続されている。車両がハイブリッド自動車である場合は、車輪３３に不図示のエンジンが接続され、エンジンで生成された運動エネルギが車輪３３に伝達される。これにより、組電池１０やエンジンの出力を用いて、車両を走行させることができる。なお、組電池１０およびインバータ３１の間の電流経路に、昇圧回路を配置してもよい。
【００１６】
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ３２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ３１は、モータ・ジェネレータ３２が生成した交流電力を直流電力に変換して、組電池１０に供給する。これにより、組電池１０は、回生電力を蓄えることができる。また、ハイブリッド自動車の場合では、回生電力の加え、エンジンによりモータ・ジェネレータ３２を駆動させて電気エネルギを組電池１０に蓄えることもできる。
【００１７】
コントローラ５０は、インバータ３１およびモータ・ジェネレータ３２のそれぞれに制御信号を出力して、インバータ３１およびモータ・ジェネレータ３２の駆動を制御する。コントローラ５０は、各種の情報を記憶する不図示のメモリを備えることができる。メモリは、コントローラ５０に対して内蔵又は外付けされるように設けることができる。
【００１８】
なお、コントローラ５０は、インバータ３１及びモータ・ジェネレータ３２毎に設けることも可能である。コントローラ５０は、車両全体の制御を司る制御装置として構成したり、別途の車両全体の制御を司る制御装置に対して個別に構成された電池制御装置として構成したりすることができる。
【００１９】
監視ユニット４０は、後述する電圧検出回路４１を備え、組電池１０の端子間電圧値（総電圧値）を検出したり、複数の単電池１１の各電圧値を検出したりして、検出結果をコントローラ５０に出力する。
【００２０】
なお、図１に示す電池システムにおいて、電流センサや温度センサを設けることもできる（不図示）。組電池１０の電流経路上に設けられる電流センサは、組電池１０に流れる充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ５０に出力することができる。また、組電池１０に設けられる温度センサは、組電池１０の電池温度を検出して、検出結果をコントローラ５０に出力することができる。
【００２１】
コントローラ５０は、監視ユニット４０の検出値、電流値等に基づいて組電池１０の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出したり、組電池１０の出入力電力を把握することができ、車両出力要求に応じた充放電制御を行うことができる。
【００２２】
次に、図２を参照して、本実施例の電圧検出ユニットについて説明する。図２に示すように、複数の各単電池１１には、複数の電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８が接続されている。単電池１１から延びる各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８は、電圧検出回路４１にそれぞれ接続される。電圧検出回路４１は、各電圧検出ライン間の電圧を検出し、検出結果をコントローラ５０に出力する。
【００２３】
例えば、電圧検出ラインＬ１は、単電池１１ａの正極端子に接続され、電圧検出ラインＬ２は、単電池１１ａの負極端子に接続されている。これら一対の電圧検出ラインＬ１，Ｌ２間の電位差を測定することで、１つの単電池１１ａの電圧を検出することができる。つまり、一対の電圧検出ラインＬ１，Ｌ２間には、１つの単電池１１ａの電圧が印加されることになる。
【００２４】
その他の一対の電圧検出ラインＬ２，Ｌ３間、電圧検出ラインＬ３，Ｌ４間、電圧検出ラインＬ４，Ｌ５間、電圧検出ラインＬ５，Ｌ６間、電圧検出ラインＬ６，Ｌ７間及び電圧検出ラインＬ７，Ｌ８間についても、直列に接続された１つ分の各単電池１１の電位差となり、各電圧検出ライン間の電圧を検出することで、直列に接続された複数の各単電池１１において１つの単電池１１毎に個別に電圧を検出することができる。
【００２５】
なお、電圧検出ラインＬ１，Ｌ８間は、直列に接続された複数の単電池１１で構成される組電池１０の端子間電圧（総電圧）に相当する電位差となるので、電圧検出ラインＬ１，Ｌ８間の電位差を検出することで、組電池１０の端子間電圧を検出することができる。
【００２６】
また、各電圧検出ラインＬ２〜Ｌ７は、電気的に直列に接続された２つの単電池１１において、一方の単電池１１の負極端子と、他方の単電池１１の正極端子とに接続されている。なお、直列に接続された隣り合う２つの単電池１１で電圧検出ラインを共通して用いているが、これに限らず、各単電池１１に対して個別の電圧検出ラインを設けるように構成してもよい。
【００２７】
電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８を介した組電池１０（単電池１１）と電圧検出回路４１との接続は、例えば、コネクタを介して行うことができる。図２に示すように、単電池１１から延びる複数の各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８は、組電池１０側のコネクタＣ１に接続される。また、電圧検出回路４１から延びる各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８は、監視ユニット４０側のコネクタＣ２に接続される。
【００２８】
コネクタＣ１及びコネクタＣ２が互いに接続されることで、複数の各単電池１１と電圧検出回路４１とが１つの各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８を介して接続されるようになる。コネクタＣ１，Ｃ２は、例えば、互いに嵌め合うオス／メスの接続アダプタである。
【００２９】
コネクタＣ２と電圧検出回路４１との間、言い換えれば、組電池１０と電圧検出回路４１との間の各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８上には、抵抗素子Ｒがそれぞれ設けられている。抵抗素子Ｒ（保護素子に相当する）は、ヒューズとして機能し、予め設定された許容電流値以上の電流が電圧検出ラインに流れると溶断して通電経路を遮断する。
【００３０】
例えば、図２に示す領域Ｓにおいて、隣り合う電圧検出ライン間が水入り等によって短絡すると、電圧検出ライン間の印加電圧に応じた電流が流れ、その電流値が許容電流値以上の場合に抵抗素子Ｒが溶断し、単電池１１と電圧検出回路４１との間の電圧検出ラインを介した電気的な接続を遮断することができる。これにより、組電池１０（単電池１１）から監視ユニット４０に過大な電流が流れてしまうことを抑制できる。
【００３１】
なお、抵抗素子Ｒは、図２に示すように、電圧検出回路４１に対して個別に設けたり、電圧検出回路４１の回路構成の一部として当該電圧検出回路４１に含まれるように構成したりすることができる。
【００３２】
組電池１０側のコネクタＣ１に接続される複数の各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８は、例えば、コネクタＣ１の長手方向に並べて配置することができる。図２の例のように、コネクタＣ１において、複数の各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８は、紙面上下方向に隣り合って配置される。コネクタＣ２も同様に、電圧検出回路４１から延設される各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８は、コネクタＣ２において、紙面上下方向に隣り合って配置される。
【００３３】
そして、電圧検出回路４１は、コネクタＣ２から延設される各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８の各接続口として接続端子４１Ａ〜４１Ｈを備えており、各接続端子４１Ａ〜４１Ｈは、紙面上下方向に隣り合って配置される。
【００３４】
このように組電池１０と電圧検出回路４１とを接続する複数の各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８は、コネクタＣ２又は接続端子４１Ａ〜４１Ｈに応じて、紙面上下方向に隣り合って配置されている。
【００３５】
ここで、１つの単電池１１の電圧を検出する一対の電圧検出ラインを、コネクタＣ２又は接続端子４１Ａ〜４１Ｈにおいて隣り合って接続すると、上述したように、１つの単電池１１の電圧を検出する一対の電圧検出ライン間が短絡した場合、短絡による閉回路には電圧検出ライン間の印加電圧に応じた電流が流れるが、そのときの印加電圧は、単電池１１一つ分の電圧となる。
【００３６】
しかしながら、１つの単電池１１分の電圧では電圧が低く、抵抗素子Ｒが溶断する許容電流値以上の電流が流れないおそれがある。この場合、抵抗素子Ｒが保護素子として機能しないため、短絡によって通電状態が維持されてしまい、通電による発熱等によって電圧検出回路４１を適切に保護できない。
【００３７】
そこで、本実施例のコネクタは、隣り合って配置される電圧検出ラインにおいて１つの単電池１１に対応する一対の電圧検出ラインが隣り合わないように接続されているとともに、直列に接続された所定数以上の複数の単電池１１のブロック電圧に相当する電位差の組み合わせとなるように、各電圧検出ラインが、当該電圧検出ラインが並ぶ方向に隣り合わせで配設されるように構成している。
【００３８】
具体的には、図２に示すように、直列に接続された複数の単電池１１において１つの単電池１１の電圧を検出する一対の電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８を、コネクタＣ１に対して互いに交差して接続し、コネクタＣ２及び接続端子４１Ａ〜４１Ｈにおいて隣り合う電圧検出ライン間が所定数以上の複数の単電池１１のブロック電圧に相当する電圧差となるように、電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８の隣り合う配列を変更する。
【００３９】
図２の例において、コネクタＣ１には、電圧検出ラインが並ぶ方向において、まず、電圧検出ラインＬ１が接続され、その隣に電圧検出ラインＬ２ではなく、電圧検出ラインＬ５が接続される。次に、電圧検出ラインＬ５の隣に電圧検出ラインＬ２が接続される。以下同様に順に電圧検出ラインＬ６、Ｌ３、Ｌ７、Ｌ４、Ｌ８が接続される。
【００４０】
コネクタＣ２では、電圧検出ラインが並ぶ方向において、電圧検出ラインＬ１、Ｌ５、Ｌ２、Ｌ６、Ｌ３、Ｌ７、Ｌ４、Ｌ８の順で、各電圧検出ラインが隣り合って配設され、電圧検出ラインＬ１、Ｌ５、Ｌ２、Ｌ６、Ｌ３、Ｌ７、Ｌ４、Ｌ８の順で、電圧検出回路４１の接続端子４１Ａ〜４１Ｈに各電圧検出ラインが接続される。
【００４１】
したがって、電圧検出ライン間の電圧を検出する電圧検出回路４１の回路構成において、１つの単電池１１の電圧を検出する一対の電圧検出ラインが隣り合わないように、電圧検出回路４１に接続され、隣り合う接続端子４１Ａ，４１Ｂに接続される電圧検出ラインＬ１，Ｌ５間の電位差は、直列に接続された４つの単電池１１のブロック電圧となり、隣り合う接続端子４１Ｂ，４１Ｃに接続される電圧検出ラインＬ５，Ｌ２間の電位差は、直列に接続された３つの単電池１１のブロック電圧となる。
【００４２】
このように構成することで、隣り合う電圧検出ライン間で短絡した際、短絡による閉回路に印加される電圧が、直列に接続された所定数以上の単電池１１のブロック電圧となり、短絡時に１つの単電池１１分の電圧よりも高い電圧が印加されることになる。短絡時に印加される電圧が高くなり、許容電流値以上の電流が流れて抵抗素子Ｒが溶断し易くなる。隣り合う電圧検出ライン間が短絡したときに、抵抗素子Ｒを円滑に溶断させることができ、通電状態の継続を抑制することができる。
【００４３】
次に、本実施例の電圧検出ユニットによる電圧検出方法について説明する。上述したように、１つの単電池１１の電圧を検出する一対の電圧検出ラインが、接続端子４１Ａ〜４１Ｈにおいて隣り合って接続されない。このため、図２に示すように、接続端子４１Ａ〜４１Ｈにおいて、隣り合う接続端子間ではなく、１つの単電池１１の電圧を検出する一対の電圧検出ラインに対応する接続端子間の電位差をそれぞれ検出するように構成されている。
【００４４】
電圧検出ラインＬ１が接続される接続端子４１Ａと、接続端子４１Ａ〜４１Ｈが並ぶ順で隣り合わない電圧検出ラインＬ２が接続される接続端子４１Ｃとの電位差を検出し、単電池１１ａの電圧Ｖ１を検出することができる。同様に、図２に示すように、隣り合わない接続端子間の電位差を検出することで、各単電池１１の電圧Ｖ２〜Ｖ７をそれぞれ選択的に検出することができる。なお、電圧Ｖ０は、電圧検出ラインＬ１，Ｌ８間の電位差に相当する組電池１０の端子間電圧である。
【００４５】
なお、複数の電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８を電圧検出回路４１に接続するためのコネクタとして、コネクタＣ１及びコネクタＣ２を一例に説明したが、例えば、コネクタＣ２を介さずに、コネクタＣ１と電圧検出回路４１とを電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８を介して直接接続するように構成することもでき、コネクタＣ２は省略することができる。この場合であっても、コネクタＣ１において、組電池１０から延設される各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８が、１つの単電池１１に対応する一対の電圧検出ライン間が隣り合って接続されないように構成され、コネクタＣ１から接続端子４１Ａ〜４１Ｈに接続される隣り合う電圧検出ライン間が、直列に接続された所定数以上の複数の単電池１１のブロック電圧に相当する電圧差の組み合わせてとなるように、電圧検出回路４１に接続されるように構成することができる。また、コネクタＣ１を省略してコネクタＣ２に対し、コネクタＣ１と同様に組電池１０から延設される各電圧検出ラインＬ１〜Ｌ８を交差させて接続するように構成した場合も同様である。
【００４６】
また、図２の例では、コネクタＣ１及びコネクタＣ２において、複数の電圧検出ラインが紙面上下方向に並んで配設される態様であるが、例えば、紙面上下方向に並ぶ複数の各電圧検出ラインを、紙面上下方向と直交するコネクタの厚み方向に複数列で配設することもできる。この場合、列方向に隣り合う電圧検出ライン間についても、上述した同様の構成を適用して、隣り合う電圧検出ライン間で短絡した際、短絡による閉回路に印加される電圧が直列に接続された所定数以上の単電池１１のブロック電圧となるように構成することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０：組電池
１１：単電池（蓄電素子）
３１：インバータ
３２：モータ・ジェネレータ
３３：車輪
４０：監視ユニット
４１：電圧検出回路
４１Ａ〜４１Ｈ：接続端子
５０：コントローラ
Ｃ１，Ｃ２：コネクタ
Ｒ：抵抗素子（保護素子）
ＰＬ：正極ライン
ＮＬ：負極ライン
Ｌ１〜Ｌ８：電圧検出ライン
【図１】
2015233365.tif 000003
【図２】
2015233365.tif 000004