(57)【要約】【課題】  不必要な閉回路が形成されることを防止する。【解決手段】  車両の保守作業開始時に、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２をオフ状態とすることで直流電源１１内部の導通を遮断し、かつ、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３をオフ状態とすることで、直流電源１１の正極側端子１１ｐと負極側端子１１ｎとを短絡した場合であっても、閉回路が形成されること、つまり直流電源１１の正極側端子１１ｐと負極側端子１１ｎとの間に電流が流れることを禁止する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位セルが直列に接続されてなる直流電源と、該直流電源の各前記単位セルの端子間電圧を検出するフライングキャパシタ回路とを備える直流電源の電圧検出装置であって、
前記直流電源の最低電位側の位置に接続され、前記直流電源の最低電位側の前記単位セルの端子に所定のバイアス電圧を印加するオフセット電源と、
前記直流電源において直列に接続されて隣り合う単位セル間の接続を遮断する単位セル間スイッチと、
前記直流電源の最低電位側の位置と前記オフセット電源との接続を遮断するオフセット電源遮断スイッチと、
前記直流電源に係る保守作業の実行時に、前記単位セル間スイッチおよび前記オフセット電源遮断スイッチを開放状態に設定する開放手段と
を備えることを特徴とする直流電源の電圧検出装置。
【請求項２】
前記直流電源の電圧検出装置は車両に搭載されており、
車両の始動を指示する始動スイッチがオン状態であるときに、前記単位セル間スイッチおよび前記オフセット電源遮断スイッチを接続状態に設定する接続手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の直流電源の電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源の電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば二次電池等からなる複数の単位セルを直列に接続してなる組電池（バッテリ）において、各単位セルに並列に接続されたセル電圧検出回路として、例えばフォトＭＯＳＦＥＴ等の光素子からなるフライングキャパシタ回路を備え、各単位セルの端子間電圧を検出する電池電圧測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３４３００８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術の一例に係る電池電圧測定装置において、フォトＭＯＳＦＥＴ等の光素子は小型化および高集積化が困難であって、例えば電池電圧測定装置を車両に搭載する場合等であっても、電池電圧測定装置を小型化することは困難であるという問題がある。また、フォトＭＯＳＦＥＴ等の光素子は耐高温化が困難であって、例えば環境温度が相対的に高温となる車両に電池電圧測定装置を搭載した場合には、電池電圧測定装置を適切に作動させることが困難になる虞がある。
このような問題に対して、例えばフォトＭＯＳＦＥＴ等の光素子の代わりに、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴおよびｎチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴからなるスイッチング素子を備えてフライングキャパシタ回路を構成することによって、装置構成に要する費用が嵩むことを抑制しつつ、装置の小型化および耐高温化が容易に可能となる。
ところで、上述したような組電池においては、例えば保守作業時等において組電池の正極側端子と負極側端子とが短絡された場合であっても閉回路が形成されることを防止するために、直列に隣り合う単位セルの接続を遮断するためのメンテナンススイッチを備えることが望まれる。ただし、ＦＥＴからなるスイッチング素子を備えてフライングキャパシタ回路を構成した場合に、各スイッチング素子を所望の状態で駆動させるために、バッテリの最低電位側の単位セルに所定のバイアス電圧を印加するオフセット電源をバッテリの最低電位側の位置に備えると、メンテナンススイッチをＯＦＦ（開放）状態に設定した状態であっても、短絡された組電池の正極側端子および負極側端子とオフセット電源とを含む閉回路が形成される場合があり、このような閉回路が形成されてしまうことを防止することが望まれる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、不必要な閉回路が形成されることを防止することが可能な直流電源の電圧検出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】
【０００４】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の直流電源の電圧検出装置は、複数の単位セル（例えば、実施の形態での単位セル１１ａ）が直列に接続されてなる直流電源（例えば、実施の形態での直流電源１１）と、該直流電源の各前記単位セルの端子間電圧を検出するフライングキャパシタ回路（例えば、実施の形態での電圧検出装置２１）とを備える直流電源の電圧検出装置であって、前記直流電源の最低電位側の位置に接続され、前記直流電源の最低電位側の前記単位セルの端子に所定のバイアス電圧を印加するオフセット電源（例えば、実施の形態でのオフセット電源２４）と、前記直流電源において直列に接続されて隣り合う単位セル間の接続を遮断する単位セル間スイッチ（例えば、実施の形態でのメンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２）と、前記直流電源の最低電位側の位置と前記オフセット電源との接続を遮断するオフセット電源遮断スイッチ（例えば、実施の形態でのオフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３）と、前記直流電源に係る保守作業の実行時に、前記単位セル間スイッチおよび前記オフセット電源遮断スイッチを開放状態に設定する開放手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０２、ステップＳ０３）とを備えることを特徴とする。
【０００５】
上記構成の直流電源の電圧検出装置によれば、保守作業の実行時に、単位セル間スイッチに加えて、オフセット電源遮断スイッチをオフ状態とすることで、直流電源の正極側端子と負極側端子とを短絡した場合であっても、短絡された正極側端子および負極側端子とオフセット電源とを含む閉回路が形成されること、つまり直流電源の正極側端子と負極側端子との間に電流が流れることを防止することができる。
【０００６】
さらに、請求項２に記載の本発明の直流電源の電圧検出装置は、前記直流電源の電圧検出装置は車両に搭載されており、車両の始動を指示する始動スイッチ（例えば、実施の形態での始動ＳＷ１５）がオン状態であるときに、前記単位セル間スイッチおよび前記オフセット電源遮断スイッチを接続状態に設定する接続手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０５、ステップＳ０６、ステップＳ１４、ステップＳ１５）とを備えることを特徴とする。
【０００７】
上記構成の直流電源の電圧検出装置によれば、始動スイッチがオン状態に設定されることによって、単位セルの端子間電圧を検出する処理が実行されるときには、フライングキャパシタ回路を適切に作動させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明の蓄電装置の電圧検出装置によれば、保守作業の実行時に、直流電源の正極側端子と負極側端子とを短絡した場合であっても、短絡された正極側端子および負極側端子とオフセット電源とを含む閉回路が形成されることを防止することができる。
また、請求項２に記載の本発明の蓄電装置の電圧検出装置によれば、フライングキャパシタ回路を適切に作動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態に係る直流電源の電圧検出装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による直流電源の電圧検出装置１０は、例えば燃料電池車両やハイブリッド車両等の車両に搭載されており、図１に示すように、複数の単位セル１１ａ，…，１１ａが直列に接続されてなる直流電源１１の各単位セル１１ａの入出力端子の出力電圧を検出する。
ここで、直流電源１１は、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる複数のキャパシタセルが直列に接続されてなるキャパシタや、例えば複数のセル（例えばリチウムイオン電池等の二次電池）が直列に接続されてなるバッテリである。
そして、この直流電源１１は、例えば図１に示すように、車両の駆動源としてのモータ１２の駆動および回生作動を制御するモータ駆動回路１３に並列に接続されている。
【００１０】
モータ駆動回路１３は、例えばトランジスタ等のスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続したスイッチング回路から構成されたパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備え、例えば複数相のモータ１２の固定子巻線への通電を順次転流させるようになっている。
モータ駆動回路１３の動作は制御装置１４により制御され、例えばモータ１２の駆動時に、制御装置１４から出力されるトルク指令に基づき、直流電源１１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ１２へ供給する。一方、例えば車両の減速時等の回生作動時において駆動輪Ｗ側から変速機（Ｔ／Ｍ）を介してモータ１２側に駆動力が伝達されると、モータ駆動回路１３はモータ１２を発電機として作動させ、いわゆる回生制動力を発生させ、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。
これにより、制御装置１４には、例えば、操作者の入力操作に応じて車両の始動または停止を指示する信号を出力する始動ＳＷ１５と、運転者のアクセル操作量に係るアクセル開度ＡＰの検出信号を出力するアクセル開度センサ１６と、モータ１２の回転数Ｎｍの検出信号を出力する回転数センサ１７とが接続されている。
なお、直流電源１１の正極側端子１１ｐとモータ駆動回路１３との間には、始動ＳＷ１５のオン／オフ状態に応じて制御装置１４により開閉状態が制御されるスイッチ１８が設けられている。
【００１１】
本実施の形態による直流電源の電圧検出装置１０は、例えば図１に示すように、各単位セル１１ａ，…，１１ａの入出力端子に電圧検出線を介して並列に接続された各電圧検出装置２１，…，２１と、直流電源１１内部の適宜の位置において隣り合う単位セル１１ａ，１１ａの接続部に設けられたメンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２と、直流電源１１の負極側端子１１ｎとモータ駆動回路１３との間の適宜の位置に設けられたオフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３と、オフセット電源２４と、オフセット電源接地部２５と、制御装置１４とを備えて構成されている。
メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２の開閉状態は制御装置１４により制御され、後述するように、例えば車両停止中の保守作業開始時や、例えば始動ＳＷ１５のＯＦＦ時（つまり車両停止時）等においてＯＦＦ（開放）状態に設定され、各単位セル１１ａ，…，１１ａの入出力端子間のセル電圧を検出するセル電圧検出時においてＯＮ（接続）状態に設定されるようになっている。
【００１２】
オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３は、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴからなるスイッチング素子であって、このスイッチング素子のドレインは直流電源１１の負極側端子１１ｎに接続され、ソースはオフセット電源２４の正極側端子に接続され、ゲートは制御装置１４に接続されている。そして、例えば車両停止中の保守作業開始時や、例えば始動ＳＷ１５のＯＦＦ時等において、スイッチング素子のゲートが制御装置１４にて接地されることによって、オフセット電源ＳＷ２３はオフ状態に設定される。一方、セル電圧検出時において、制御装置１４にてスイッチング素子のゲートの接地が解除され、適宜の電圧レベルのオン信号がゲートへ入力されることで、オフセット電源ＳＷ２３はオン状態に設定される。
オフセット電源２４は、直流電源１１の各単位セル１１ａ，…，１１ａの最低電位側の単位セル１１ａの入出力端子に所定のバイアス電圧を印加して、この最低電位側の単位セル１１ａに並列に接続された電圧検出装置２１、さらに、より高電位側の各単位セル１１ａ，…，１１ａに並列に接続された各電圧検出装置２１，…，２１に具備される第１スイッチング素子（ＳＷ１）３１および第２スイッチング素子（ＳＷ２）３２を所望の状態で駆動させるものであって、このオフセット電源２４の負極側端子はオフセット電源接地部２５に接続されることで接地されている。
つまり、このオフセット電源２４から出力されるバイアス電圧は、少なくとも第１および第２スイッチング素子３１，３２のゲート駆動電圧以上の値となるように設定されている。
【００１３】
電圧検出装置２１は、例えばフライングキャパシタ回路を構成する第１〜第４スイッチング素子（ＳＷ１〜ＳＷ４）３１，３２，３４，３５およびコンデンサ３３と、電圧測定部３６と、駆動部３８とを備えて構成されている。
第１スイッチング素子（ＳＷ１）３１および第２スイッチング素子（ＳＷ２）３２は、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴからなるスイッチング素子であって、第１スイッチング素子３１のソースは単位セル１１ａの正極側端子に接続され、第２スイッチング素子３２のソースは単位セル１１ａの負極側端子に接続され、各ゲートは駆動部３８に接続されている。そして、第１スイッチング素子３１のドレインと第２スイッチング素子３２のドレインとの間にはコンデンサ３３が接続されている。
また、第３スイッチング素子（ＳＷ３）３４および第４スイッチング素子（ＳＷ４）３５は、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴからなるスイッチング素子であって、第３スイッチング素子３１のドレインは第１スイッチング素子３１のドレインに接続され、第４スイッチング素子３５のドレインは第２スイッチング素子３２のドレインに接続され、各ゲートは駆動部３８に接続されている。そして、第３スイッチング素子３４のソースと第４スイッチング素子３５のソースとの間には電圧測定部３６が接続されている。
電圧測定部３６は、コンデンサ３３の両端電圧を検出し、この検出結果をＡ／Ｄ変換して得たデジタル信号を制御装置１４へ出力する。
なお、各スイッチング素子３１，３２，３４，３５のソース−ドレイン間には、それぞれダイオードが配置され、第１および第２スイッチング素子３１，３２の各ドレインに各ダイオードのアノードが接続され、各ソースには各ダイオードのカソードが接続されている。また、第３および第４スイッチング素子３４，３５の各ドレインに各ダイオードのカソードが接続され、各ソースには各ダイオードのアノードが接続されている。
また、電圧測定部３６に接続される第４スイッチング素子３５のソースは接地部３７に接続されることで接地されている。
【００１４】
この電圧検出装置２１において、セル電圧検出時には、先ず、第１および第２スイッチング素子３１，３２がオン状態に設定され、かつ、第３および第４スイッチング素子３４，３５がオフ状態に設定され、コンデンサ３３の両端電圧が単位セル１１ａの端子電圧と同等の電圧になるようにしてコンデンサ３３が充電される。
次に、第１および第２スイッチング素子３１，３２がオフ状態に設定され、かつ、第３および第４スイッチング素子３４，３５がオン状態に設定され、コンデンサ３３の両端電圧が電圧測定部３６により検出される。
なお、各スイッチング素子３１，３２，３４，３５は、ゲートが駆動部３８にて接地されることによってオフ状態に設定され、一方、駆動部３８にてゲートの接地が解除され、適宜の電圧レベルのオン信号がゲートへ入力されることでオン状態に設定される。
また、制御装置１４により動作状態が制御される駆動部３８は、例えば、接地部３９に接続されることで接地されると共に、被測定電圧源（つまり電圧検出装置２１が並列に接続される単位セル１１ａの入出力端子間のセル電圧）を、第１および第２スイッチング素子３１，３２のゲート駆動電圧として利用する適宜の回路を備えて構成されている。ここで、直流電源１１の負極側端子１１ｎにオフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３を介して接続されたオフセット電源２４から出力されるバイアス電圧は、少なくとも第１および第２スイッチング素子３１，３２のゲート駆動電圧以上の値となるように設定されていることから、たとえ、駆動部３８で単位セル１１ａのセル電圧に応じて設定されるゲート駆動用の電圧が、第１および第２スイッチング素子３１，３２のゲート駆動電圧未満となる場合であっても、オフセット電源２４から出力されるバイアス電圧によって第１および第２スイッチング素子３１，３２を駆動させることができるようになっている。
【００１５】
本実施の形態による直流電源の電圧検出装置１０は上記構成を備えており、次に、この直流電源の電圧検出装置１０の動作について添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
車両運転時には、適宜のタイミングで各単位セル１１ａ，…，１１ａの入出力端子間のセル電圧が検出されており、このセル電圧検出時には、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２およびオフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３がオン（接続）状態に設定されている。
一方、例えば車両停止中の保守作業開始時や、例えば始動ＳＷ１５のＯＦＦ時（つまり車両停止時）等には、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２およびオフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３がオフ（開放）状態に設定される。
ここで、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２をオフ状態とすることで、直流電源１１内部の導通が遮断される。つまり、この状態で直流電源１１の正極側端子１１ｐと負極側端子１１ｎとを短絡した場合であっても、直流電源１１内部に電流が流れることは禁止される。
ただし、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２をオフ状態とした場合であっても、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３がオン状態であると、直流電源１１の正極側端子１１ｐと負極側端子１１ｎとを短絡した場合に、例えば図２に示すように、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３から、順次、オフセット電源２４と、オフセット電源接地部２５と、電圧検出装置２１の接地部３７と、第３および第１スイッチング素子３４，３１または第４および第２スイッチング素子３５，３２と、正極側端子１１ｐおよび負極側端子１１ｎの短絡部とを流通して、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３へと電流が還流する閉回路Ｌが形成される。
このため、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２に加えて、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３をオフ状態とすることで、直流電源１１の正極側端子１１ｐと負極側端子１１ｎとを短絡した場合であっても、閉回路Ｌが形成されること、つまり直流電源１１の正極側端子１１ｐと負極側端子１１ｎとの間に電流が流れることが禁止される。
【００１７】
以下に、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２およびオフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３のオン／オフ状態を制御する処理について説明する。
先ず、例えば図３に示すステップＳ０１においては、車両の保守作業開始時であるか否かを判定する。ここでは、車両の保守作業開始に係る適宜の状態を検知するセンサや適宜のスイッチ、例えば直流電源１１が収容される筐体の開放の有無を検知するスイッチ等から出力される信号に基づき、車両の保守作業開始時であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０４に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０２に進む。
ステップＳ０２においては、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２をオフ状態とし、直流電源１１内部に電流が流れることを禁止する。
次に、ステップＳ０３においては、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３をオフ状態とし、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３を含む閉回路Ｌが形成されることを禁止して、一連の処理を終了する。
また、ステップＳ０４においては、車両の始動ＳＷ１５がオン状態であるか否かを判定する。
ステップＳ０４の判定結果が「ＮＯ」の場合には、一連の処理を終了する。
一方、ステップＳ０４の判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進む。
ステップＳ０５においては、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２をオン状態とする。
次に、ステップＳ０６においては、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３をオン状態とする。
次に、ステップＳ０７においては、セル電圧検出処理の実行を開始して、一連の処理を終了する。
【００１８】
上述したように、本実施の形態による直流電源の電圧検出装置１０によれば、車両の保守作業開始時に、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２に加えて、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３をオフ状態とすることで、直流電源１１の正極側端子１１ｐと負極側端子１１ｎとを短絡した場合であっても、閉回路Ｌが形成されること、つまり直流電源１１の正極側端子１１ｐと負極側端子１１ｎとの間に電流が流れることを防止することができる。
しかも、車両の始動ＳＷ１５がオン状態に設定されることによって、セル電圧検出処理の実行が開始される場合には、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２およびオフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３をオン状態とすることで、電圧検出装置２１を適切に作動させることができる。
【００１９】
なお、上述した実施の形態においては、車両の保守作業開始時であるか否かの判定結果に応じて、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２およびオフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３のオン／オフ状態を切り換えたが、これに限定されず、例えば図４に示すように、単に、車両の始動ＳＷ１５のオン／オフ状態に応じて、各ＳＷ２２，２３のオン／オフ状態を切り換えてもよい。
この場合には、先ず、図４に示すステップＳ１１において、車両の始動ＳＷ１５がオン状態であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ１４に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１２に進む。  
ステップＳ１２においては、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２をオフ状態とし、直流電源１１内部に電流が流れることを禁止する。
次に、ステップＳ１３においては、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３をオフ状態とし、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３を含む閉回路Ｌが形成されることを禁止して、一連の処理を終了する。
また、ステップＳ１４においては、メンテナンスＳＷ（ＳＷ０）２２をオン状態とする。
次に、ステップＳ１５においては、オフセット電源ＳＷ（ＳＷ５）２３をオン状態とする。
次に、ステップＳ１６においては、セル電圧検出処理の実行を開始して、一連の処理を終了する。
また、上述した実施の形態においては、始動ＳＷ１５の代わりに、例えば車両の停車状態を指示するパーキングスイッチや、例えば車両ドアの開閉状態を検知するセンサ等を用いてもよい。
【００２０】
なお、上述した実施の形態において、メンテナンスＳＷ２２の開閉状態は制御装置１４により制御されるとしたが、これに限定されず、メンテナンスＳＷ２２は、例えば直流電源１１が収容される筐体の開放等の保守作業開始に係る適宜の状態に連動して回路を自動的に遮断するスイッチであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る直流電源の電圧検出装置を搭載する車両の構成図である。
【図２】図１に示す直流電源の電圧検出装置に形成される閉回路Ｌの一例を示す図である。
【図３】図１に示す直流電源の電圧検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態の変形例に係る直流電源の電圧検出装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２２】
１０  直流電源の電圧検出装置
１１  直流電源
１５  始動ＳＷ（始動スイッチ）
２２  メンテナンスＳＷ（単位セル間スイッチ）
２３  オフセット電源ＳＷ（オフセット電源遮断スイッチ）
２４  オフセット電源
ステップＳ０２、ステップＳ０３  開放手段
ステップＳ０５、ステップＳ０６、ステップＳ１４、ステップＳ１５  接続手段
【図１】
2005189073.tif 000003
【図２】
2005189073.tif 000004
【図３】
2005189073.tif 000005
【図４】
2005189073.tif 000006