(57)【要約】【課題】安価な構成でシャント抵抗の電力消費を抑え、またシャント抵抗でもって電流を正確に検出可能とする。【解決手段】一以上の電池と、電池と直列に接続してなるシャント抵抗１０と、シャント抵抗１０に通電されることで誘導される電圧を検出して、電池の電流を演算する電流演算回路５とを備える電源装置であって、シャント抵抗１０が、同型のシャント抵抗１０を複数、離間された状態で直列又は並列に接続できる。これにより、同型のシャント抵抗を並列接続するという極めて簡単な構成でもって、合成抵抗を１／２以下にすることができ、電流値を２倍以上通電させることが可能となり、その定格を２倍以上に簡単に向上でき、大電流が通電される際にも電流測定が可能となる利点が得られる。【選択図】図１
2012217276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一以上の電池と、
前記電池と直列に接続してなるシャント抵抗(10)と、
前記シャント抵抗(10)に通電されることで誘導される電圧を検出して、前記電池の電流を演算する電流演算回路(5)と
を備える電源装置であって、
前記シャント抵抗(10)が、同型のシャント抵抗(10)を複数、離間された状態で直列又は並列に接続してなることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記同型のシャント抵抗(10)が、単一の金属又は合金からなる同型のシャント抵抗(10)であることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電源装置であって、さらに、
前記シャント抵抗(10)の両端に接続される直並列切替スイッチ(20)を備えており、
前記直並列切替スイッチ(20)は、複数のシャント抵抗(10)の接続状態において、並列状態と直列状態とを切り替え可能に構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置であって、
前記直並列切替スイッチ(20)は、前記シャント抵抗(10)の接続状態を、複数のシャント抵抗(10)を通電する電流量に応じて、電流が大きい場合には並列接続に、負荷電流が小さい場合には直列接続に切り替えてなることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記並列接続されるシャント抵抗(10)の姿勢を互いに異なる向きとしてなることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記並列接続されるシャント抵抗(10)の姿勢を同じ向きとしてなることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記シャント抵抗(10)が、一対の電流通電端子の間に電圧検出端子を突出して設けてなることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の電源装置であって、さらに、
前記シャント抵抗(10)の誘導電圧と、前記電流演算回路(5)で演算される前記電池の充放電電流に基づいて、前記電池の残容量を演算して電池の充放電を制御する制御回路を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載の電源装置を搭載してなる車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池と直列にシャント抵抗を接続して、このシャント抵抗に誘導される電圧を検出して電池の電流を検出するようにしてなる電源装置に関し、特に、車両を走行させるモータに電力を供給する電源のように大電流で充放電される電源に最適な電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源装置は、電池の充電電流と放電電流を検出する電流センサを備えている。電流センサを備える電源装置は、電池の電流を積算して残容量を演算し、演算させる残容量で電池の充放電をコントロールして、電池の過充電や過放電を防止できる。電池は過充電や過放電で著しく劣化する特性があるので、電池の残容量を正確に検出して、過充電や過放電を防止することで、劣化を有効に阻止して寿命を長くできる特徴がある。ただ、このことを実現するには、電池の電流を正確に検出することが大切である。電池の電流の検出誤差が電池の残容量の演算誤差となるからである。特に、電池の残容量は、電流の積算値から演算されるので、電流の検出誤差があると、次第に検出誤差が累積して、残容量の演算誤差を次第に大きくする弊害がある。
【０００３】
電流センサは、シャント抵抗の電気抵抗に比例して出力される電圧から電流を演算する構成が一般に用いられる。図１１に、シャント抵抗で電流を検出する電源装置の回路図を示す。この図に示す電源装置は、電池と直列に接続されたシャント抵抗１０の両端の電圧を、電圧検出回路で検出して、既知のシャント抵抗の抵抗値から、電流値を演算している。このシャント抵抗は、金属板で構成している。金属板のシャント抵抗は、電気抵抗を小さくして放熱特性に優れることから、大電流の検出に適しており、車両用等の大電流の電源装置の電流センサに使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９６０３号公報
【特許文献２】特開２００８−１２３８６８号公報
【特許文献３】特開２００３−６１２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シャント抵抗は、流れる電流の二乗に比例する電力を、ジュール熱による発熱で消費する。このため、シャント抵抗に大電流が流れた際には、通電時の発熱により、シャント抵抗やそれを保持する冶具が溶解する可能性があった。シャント抵抗の電力消費を少なくするためには、シャント抵抗の電気抵抗を小さくする必要がある。
しかしながら、抵抗値を小さくすることはシャント抵抗自体のサイズの増加に繋がるため電源装置への配置が容易ではなく、また仮に低抵抗値のシャント抵抗を製造できるとしても、大きな製造用金型を必要とするために製造コストが高くなる。さらに、抵抗値を小さくすると、電流検出のゲインが低下するため、電流検出の精度が低下することも考えられる。一方で、抵抗値を変えずにシャント抵抗の大面積化を行うことで放熱性を高めることも考えられるが、この方法ではコストが高騰する。
【０００６】
本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の主な目的は、安価な構成でシャント抵抗の電力消費を抑え、またシャント抵抗でもって電流を正確に検出可能な電源装置及びこれを備える車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、一以上の電池と、前記電池と直列に接続してなるシャント抵抗１０と、前記シャント抵抗１０に通電されることで誘導される電圧を検出して、前記電池の電流を演算する電流演算回路５とを備える電源装置であって、前記シャント抵抗１０が、同型のシャント抵抗１０を複数、離間された状態で直列又は並列に接続できる。これにより、同型のシャント抵抗を直列又は並列接続するという極めて簡単な構成でもって、合成抵抗を２倍以上又は１／２以下にすることができ、電流値を１／２以下又は２倍以上通電させることが可能となり、利得を２倍以上又は定格を２倍以上に簡単に向上でき、小電流や大電流に対応した電流測定が可能となる利点が得られる。
【０００８】
また第２の側面に係る電源装置によれば、前記同型のシャント抵抗１０を、単一の金属又は合金からなる同型のシャント抵抗１０とできる。
【０００９】
さらに第３の側面に係る電源装置によれば、さらに前記シャント抵抗１０の両端に接続される直並列切替スイッチ２０を備えており、前記直並列切替スイッチ２０は、複数のシャント抵抗１０の接続状態において、並列状態と直列状態とを切り替え可能に構成できる。これにより、シャント抵抗を並列接続又は直列接続に容易に変更することが可能となる。直列接続されたシャント抵抗は、合成抵抗を２倍以上としてゲインを向上させることができる利点が得られ、用途に応じてシャント抵抗の抵抗値を選択できる。
【００１０】
さらに第４の側面に係る電源装置によれば、前記直並列切替スイッチ２０は、前記シャント抵抗１０の接続状態を、複数のシャント抵抗１０を通電する電流量に応じて、電流が大きい場合には並列接続に、負荷電流が小さい場合には直列接続に切り替えることができる。これにより、電流量に応じてシャント抵抗選択を切り替えることで検出精度の向上と発熱量の抑制の両立を図ることが可能となる。
【００１１】
さらにまた第５の側面に係る電源装置によれば、さらに前記並列接続されるシャント抵抗１０の姿勢を互いに異なる向きとすることができる。これにより、熱起電力の影響を相殺できる利点が得られる。
【００１２】
さらにまた第６の側面に係る電源装置によれば、さらに前記並列接続されるシャント抵抗１０の姿勢を同じ向きとすることができる。これにより、同じ方向に熱起電力が働くので、これを演算して減算することが可能となる。
【００１３】
さらにまた第７の側面に係る電源装置によれば、前記シャント抵抗１０が、一対の電流通電端子の間に電圧検出端子を突出して設けることができる。
【００１４】
さらにまた第８の側面に係る電源装置によれば、さらに前記シャント抵抗１０の誘導電圧と、前記電流演算回路５で演算される前記電池の充放電電流に基づいて、前記電池の残容量を演算して電池の充放電を制御する制御回路を備えることができる。
【００１５】
さらにまた第９の車両によれば、上記電源装置を搭載して構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電源装置のブロック図である。
【図２】シャント抵抗の接続状態を示す分解斜視図である。
【図３】直並列切替スイッチによる直列、並列の切り替えを示す模式図である。
【図４】２個のシャント抵抗を直列接続した電源装置を示すブロック図である。
【図５】図５（ｂ）はシャント抵抗の平面図であり、図５（ａ）は図５（ｂ）のシャント抵抗の＋側、−側、中央の各位置において、シャント抵抗に異なる電流を通電した際の温度を測定した結果を示す表である。
【図６】シャント抵抗を互いに異なる向きで並列接続した例を示す模式図である。
【図７】シャント抵抗を同じ向きで並列接続した例を示す模式図である。
【図８】エンジンとモータで走行するハイブリッドカーに電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図９】モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図１０】蓄電用の電源装置に適用する例を示すブロック図である。
【図１１】シャント抵抗で電流を検出する電源装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置及びこれを備える車両を例示するものであって、本発明は電源装置及びこれを備える車両を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００１８】
図１に、本発明に係る電源装置の一例として、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカーや電気自動車等に搭載される車両用の電源装置１００を示す。なお本発明の電源装置は、ハイブリッドカー等の電動車両のみでなく、大電流で充放電される全ての用途に使用できる。図１に示す電源装置１００は、車両を走行させるモータ９３にＤＣ／ＡＣインバータ９５を介して電力を供給する電池１と、この電池１と直列に接続しているシャント抵抗１０と、このシャント抵抗１０に誘導される電圧を検出して電池１の電流を検出する電流演算回路５とを備える。この電源装置１００は、シャント抵抗１０と電流演算回路５とからなる電流検出回路で電流を検出している。
【００１９】
図１の電源装置１００は、車両を走行させるモータ９３に電力を供給する走行用バッテリである電池１と、この電池１の出力側を車両側負荷９０に接続するコンタクタ２と、このコンタクタ２と並列に接続されて車両側負荷９０の負荷コンデンサ９７をプリチャージするプリチャージ抵抗７とプリチャージリレー６との直列回路からなるプリチャージ回路３と、プリチャージリレー６とコンタクタ２をオンオフに制御する制御回路４とを備えている。
【００２０】
電池は、車両を走行させるモータ９３に大電力を供給できるように、複数の二次電池セル１ａを直列に接続して出力電圧を高くしている。二次電池セル１ａは、リチウムイオン電池、またはニッケル水素電池である。ただし、二次電池セルには、リチウムイオン電池やニッケル水素電池に代わって、充電できる全ての電池を使用できる。電池は、モータ９３に大電力を供給できるように、直列に接続する二次電池セル１ａの個数で出力電圧を調整している。電池は、たとえば出力電圧を１００Ｖ〜４００Ｖとするように二次電池セル１ａを直列に接続している。ただ電源装置は、図示しないが、電池の出力側に昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを接続して、電池の電圧を昇圧して、負荷に電力を供給することもできる。この電源装置は、直列に接続する二次電池の個数を少なくして、電池の出力電圧を高くできる。
【００２１】
図１の電池は、２組の電池ブロック１Ａを直列に接続している。電池ブロック１Ａは、複数の二次電池セル１ａを直列に接続している。さらに、２組の電池ブロック１Ａの間にヒューズ８を接続して、２組の電池ブロック１Ａをヒューズ８を介して直列に接続している。図１では、２組の電池ブロックを直列に接続して、２組の電池ブロックの間にヒューズを接続しているが、この構成に限らず、複数の電池ブロックを並列に接続した後に直列に接続する多並多直の構成にしても良い。このように使用する電池ブロックの数や接続構成等は、適宜変更することができる。
【００２２】
コンタクタ２は、コイルに通電してオンに切り換えられる接点を有するリレーである。図１の電源装置１００は、電池１のプラス側とマイナス側の両方の出力側にコンタクタ２を接続して、コンタクタ２を介して車両側負荷９０に接続している。プラス側のコンタクタ２Ａは、電池の正極側と、出力端子９であるプラス側の出力端子９Ａとの間に接続し、マイナス側のコンタクタ２Ｂは、電池の負極側と、出力端子９であるマイナス側の出力端子９Ｂとの間に接続している。プラス側のコンタクタ２Ａとマイナス側のコンタクタ２Ｂは、制御回路４に制御されて、接点がオンオフに切り換えられる。ただ、電源装置は、必ずしも正負の出力側にコンタクタを接続する必要はなく、一方の出力側にコンタクタを接続することもできる。
【００２３】
プリチャージ回路３は、コンタクタ２をオンに切り換えるのに先だって、車両側に接続している大容量の負荷コンデンサ９７をプリチャージして、オンに切り換えられたコンタクタ２の接点に流れるチャージ電流を減少する。プリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗７とプリチャージリレー６を備え、プリチャージリレー６とプリチャージ抵抗７を直列に接続して、コンタクタ２に並列に接続している。プリチャージ回路３は、プリチャージリレー６の接点をオンに切り換えて、負荷コンデンサ９７をプリチャージする。プリチャージリレー６は、制御回路４に制御されて、接点がオンオフに切り換えられる。
【００２４】
プリチャージ回路３は、コンタクタ２に並列に接続される。図１の電源装置１００は、プラス側のコンタクタ２Ａ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１００は、プラス側のコンタクタ２Ａの接点をオフに保持して、マイナス側のコンタクタ２Ｂの接点をオンに切り換え、この状態で、プリチャージリレー６の接点をオンに切り換えてプリチャージ回路３で負荷コンデンサ９７をプリチャージする。負荷コンデンサ９７がプリチャージされると、プラス側のコンタクタ２Ａの接点をオフからオンに切り換えて、電池１を車両側負荷９０に直接、すなわち抵抗を介さずに接続する。この状態で、電源装置１００から車両側負荷９０に電力を供給できる状態、すなわち電池でモータ９３を駆動して車両を走行できる状態とする。その後、プリチャージ回路３のプリチャージリレー６をオフに切り換える。オン状態のコンタクタ２の接点をオフに切り換えるときは、両方のコンタクタ２を同時にオフにする。
【００２５】
制御回路４は、車両側ＥＣＵ（図示せず）からのリクエスト信号でコンタクタ２をオンオフに制御する。基本的には、車両のイグニッションスイッチがオンに切り換えられる状態、すなわち車両を走行させる状態で、コンタクタ２をオン状態として、電池から車両側に電力を供給できる状態とする。このとき、前述したように、プリチャージ回路３で車両側の負荷コンデンサ９７をプリチャージした後、プラス側のコンタクタ２Ａをオンに切り換える。イグニッションスイッチがオフに切り換えられると制御回路４はコンタクタ２をオフに切り換える。
【００２６】
電池１は、過充電や過放電によって電気性能が低下しないように、また電池の寿命を長くするために、所定の残容量となるように充放電の電流が制御される。電池１の残容量は、電池１に流れる充電電流と放電電流の積算値から演算される。すなわち、充電電流の積算値を加算し、放電電流の積算値を減算して変動する電池１の残容量が演算される。
【００２７】
ＤＣ／ＡＣインバータ９５は、電池１から供給される直流を三相交流に変換してモータ９３に供給し、また発電機９４の交流電力を直流に変換して電池１を充電する。この電源装置１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を制御して、電池１からモータ９３に供給する電力をコントロールし、また発電機９４から電池１を充電する電力をコントロールして、電池１を所定の残容量となるように制御することも可能である。
【００２８】
一対の電流通電端子１１は、接続リード１３に接続されて、接続リード１３を介して電池１と直列に接続される。接続リード１３は、電気抵抗の小さい金属板からなるリード板１３Ｘや、端部に接続端子を設けているリード線である。図２のシャント抵抗１０は、２組の電池ブロック１Ａの間に接続されて、２組の電池ブロック１Ａを直列に接続している。このシャント抵抗１０は、２組の電池ブロック１Ａの間に接続されて電池１と直列に接続しているが、シャント抵抗は電池の出力側や入力側に接続されて電池と直列に接続することもできる。
【００２９】
一対の電圧検出端子１２は電流演算回路５に接続される。電流通電端子１１と電圧検出端子１２は、リード線やリード板からなる接続リード１３を接続する止ネジ１５を挿通する貫通孔１１ａ、１２ａを設けている。電流通電端子１１と電圧検出端子１２は、貫通孔１１ａ、１２ａに挿入される止ネジ１５でもって、リード板やリード線である接続リード１３、１４を電気接続するように固定する。ただし、シャント抵抗の固定方法は実施例のものに限定しない。
【００３０】
図２に示す電源装置１００のシャント抵抗１０は、所定の電気抵抗の金属板からなり、両端部に一対の電流通電端子１１を設けている。さらに、一対の電流通電端子１１間であって、金属板の側部に突出して、一対の電圧検出端子１２を設けている。
【００３１】
図２のシャント抵抗１０は、電流通電端子１１に、止ネジ１５を介して接続リード１３を固定している。止ネジ１５は、シャント抵抗１０と接続リード１３の両方に挿通され、先端部にナット１９をねじ込んで、接続リード１３をシャント抵抗１０の電流通電端子１１に固定する。止ネジ１５が接続リード１３の貫通孔１３ａとシャント抵抗１０の貫通孔１１ａに挿通されて、接続リード１３が電流通電端子１１に固定される。図２では、貫通孔の形状を丸穴としているが、例えばこれを長孔の形状にする等、適宜変更できる。
（シャント抵抗１０）
【００３２】
電池１に流れる充放電の電流を検出するために、電池１と直列にシャント抵抗１０を接続している。シャント抵抗１０は、図２に示すように、所定の電気抵抗を有する金属板で、電池１の電流に比例して電圧を発生する。すなわち、シャント抵抗１０に発生する電圧降下（Ｅ）は、シャント抵抗１０の電気抵抗（Ｒ）と流れる電流（Ｉ）から以下の式で特定される。
Ｅ＝Ｒ×Ｉ
【００３３】
この式から、シャント抵抗１０の電圧降下を検出して電池１の電流が演算される。シャント抵抗１０の電気抵抗（Ｒ）は、できるかぎり小さく設定される。それは、シャント抵抗が消費する電力が、電気抵抗（Ｒ）と電流（Ｉ）の二乗の積に比例して大きくなるからである。また、消費電力が大きくなるシャント抵抗は発熱量も大きくなることから、電気抵抗（Ｒ）を小さく設定している。電気抵抗（Ｒ）の小さいシャント抵抗１０は、電力損失は小さいが、電流に対する発生電圧も小さくなる。
（電流演算回路５）
【００３４】
電流演算回路５は、シャント抵抗１０の誘導電圧から電池１の充放電の電流を検出する。すなわち、抵抗値が既知であるシャント抵抗１０の両端の誘導電圧を、抵抗値で除算してシャント抵抗１０に入る電流を演算できる。図１の例では、電流演算回路５は、制御回路４に組み込まれている。制御回路４はＡＳＩＣなどで構成できる。この制御回路４は、検出された電流から電池１の残容量を検出して、電池１の充放電をコントロールする。これにより、電池の残容量を正確に検出して、電池１の過充電や過放電を防止しながら充放電して寿命を長くできる。
（並列接続）
【００３５】
シャント抵抗１０は、複数を並列接続している。図１の例では、２個のシャント抵抗１０を並列に接続している。各シャント抵抗１０は、同型のものを使用している。これによって、上記のシャント抵抗１０が１個の場合と比べて合成抵抗の値を１／２とでき、極めて簡単にシャント抵抗の抵抗値を実質的に低減できる。またシャント抵抗１０が１個の場合と同じ電流を、並列に接続した各々のシャント抵抗１０に流すことができるので、見かけ上電流値を２倍とでき、定格電流を２倍にして、大電流の通電が可能となる。
【００３６】
このように、複数のシャント抵抗１０を並列接続することで、抵抗値の同じシャント抵抗が一つの場合と比較すると、電圧降下が小さくなって検出精度が低下するものの、個々のシャント抵抗に流れる電流が小さくなり、その分発熱量を抑制できる。このため、特に負荷電流が大きい場合に有利となる。また、発熱量を抑制できるため、シャント抵抗の個数が増加しても、個々のシャント抵抗の形状を小さくすることができ、小型化が可能となる。
【００３７】
またシャント抵抗の配置に自由度が得られる。すなわち、シャント抵抗を複数に分割することで、収納空間に応じて配置することが可能となり、限られた収納空間を有効活用できる利点も得られる。また、各シャント抵抗を離間して配置することで、発熱源を分散させ、放熱性を高めることが可能となる。
【００３８】
また同型のシャント抵抗を並列に使用することで、大きな製造用金型を必要とすることなく、小さな製造用金型にて対応可能となるため、製造に投資する開発コストが縮減可能となる。さらに、出力電圧の規模が小さい電源装置には、同型のシャント抵抗を単独で、例えば１個で使用し、出力電圧の規模が大きな電源装置には、同型のシャント抵抗を多数使用することが可能であるため、小規模から大規模の電源装置に対して一型の製造用金型にて生産可能となる。
（直並列切替スイッチ２０）
【００３９】
また、シャント抵抗１０同士の並列接続を直列接続に切り替え可能とすることもできる。このような接続状態の切り替えには、接点間の接続を切り替える直並列切替スイッチ２０を利用できる。直並列切替スイッチ２０の例を、図３に示す。この図に示す直並列切替スイッチ２０は、並列接続された第一シャント抵抗１０Ａと第二シャント抵抗１０Ｂとの間に設けられており、シャント抵抗同士を並列接続する一対の第一アーム２１と、直列接続する第二アーム２２とを備えている。各第一アーム２１、第二アーム２２はそれぞれ、図示しないソレノイドコイルなどを利用して可動式としており、接点間を開放、閉塞できる。
【００４０】
また第一シャント抵抗１０Ａ、第二シャント抵抗１０Ｂはそれぞれ、左右の貫通孔１１ａを介して接続リードを固定している。第一シャント抵抗１０Ａの左側には第一接続リード１３Ａ、右側には第二接続リード１３Ｂが、また第二シャント抵抗１０Ｂの左側には第三接続リード１３Ｃ、右側には第四接続リード１３Ｄが、それぞれ固定される。さらに第一接続リード１３Ａには第一接点片２４Ａ、第二接続リード１３Ｂには第二接点片２４Ｂがそれぞれ設けられており、また第三接続リード１３Ｃには第三接点片２４Ｃ、第四接続リード１３Ｄには第四接点片２４Ｄがそれぞれ設けられている。図３において、左側の第一アーム２１Ａは、第一接点片２４Ａと第三接点片２４Ｃとの間を接続する。また右側の第一アーム２１Ｂは、第二接点片２４Ｂと第四接点片２４Ｄの間を接続する。
【００４１】
各第一アーム２１でこれらの接点間を閉塞すると、第一シャント抵抗１０Ａと第二シャント抵抗１０Ｂを並列接続することができる。このとき、第二アーム２２は開放位置としている。一方、第二アーム２２は、第二接点片２４Ｂと第三接点片２４Ｃとの間を接続する。第一アーム２１を開放位置として、第二アーム２２を閉塞して第二接点片２４Ｂと第三接点片２４Ｃとの間を接続すると、第一シャント抵抗１０Ａと第二シャント抵抗１０Ｂとを直列接続することができる。なお、アーム間の切替は、短絡を回避するために遅延を設けることが好ましい。
（直列接続）
【００４２】
２個のシャント抵抗１０を直列接続した回路例を、図４に示す。直列接続されたシャント抵抗１０は、合成抵抗を２倍としてゲインを向上させることができる利点が得られる。すなわち抵抗値の同じシャント抵抗が一つの場合と比較して、抵抗値を２倍とすることで、発熱量の総和が大きくなるものの、電圧降下が大きくなり、その分検出精度が高くなるので、負荷電流が小さい場合でも正確な電流検出が可能となる。
【００４３】
このように、直並列切替スイッチを設けることで、シャント抵抗の並列接続を直列接続に切り替え可能とでき、用途に応じてシャント抵抗の抵抗値を変更できる。特に、直並列切替スイッチのＯＮ／ＯＦＦ切り替え動作によって、簡単にシャント抵抗の並列接続と直列接続とを選択でき、例えば電流量に応じて選択を切り替えることで検出精度の向上と発熱量の抑制の両立を図ることが可能となる。また、発熱量の抑制により電力消費も抑制できるので、無駄な電力消費を最小化してバッテリ性能を最大限に活用することができる。
【００４４】
なお上述の例では、２個のシャント抵抗を利用した例を説明したが、３個以上のシャント抵抗を利用することもできることはいうまでもない。また上記の例では直並列切替スイッチを介してシャント抵抗の直列接続と並列接続を切り替える構成を説明したが、シャント抵抗を直列接続に固定された状態で利用することもできる。この場合は、直並列切替スイッチを省略してもよい。
【００４５】
さらにまた、シャント抵抗を複数直列に接続する構成においては、直列接続された途中の電圧を検出することで、検出レンジを複数設けることも可能となり、検出レンジを可変とするためのゲイン回路を不要とできる。
（熱起電力）
【００４６】
一方、シャント抵抗には、左右の電圧検出端子の温度差によって熱起電力が生じるため、検出誤差が生じる。図５（ａ）に、図５（ｂ）のシャント抵抗の＋側、−側、中央の各位置において、シャント抵抗に異なる電流を通電した際の温度を測定した結果の表を示す。図において、＋側が電流流入側の電圧検出端子、−側が電流流出側の電圧検出端子である。この表に示すように、シャント抵抗にある電流量を通電した際の各位置における温度は一致していない。シャント抵抗が物理的に左右均等でない限り、放熱にムラが生じるため、＋側と−側とで温度差が生じると考えられ、この温度差によって熱起電力が生じ、誤差電流となる。温度差は、電流により増幅される。またその誤差は、指数関数的に増加する。
【００４７】
なお、物理的に完全に対称なシャント抵抗を製造することで、自発的発熱による熱起電力誤差の影響を低減することは可能ではあるものの、例えばシャント抵抗と接続リード線を同時に止ネジで締める前に、シャント抵抗を冶具に仮止めする穴部などを設けることによって製造組み立て性を向上させる場合などは、自発的発熱による熱起電力の影響を低減することが困難である。そこで、同型のシャント抵抗を並列接続する際に、図６に示すようにシャント抵抗１０Ｃ、１０Ｄの姿勢を、上下で互いに異なる向きとすることで、このような熱起電力の影響を相殺できる。すなわち、各シャント抵抗の熱移動によって、自発的発熱による熱起電力誤差の影響を低減できる。
【００４８】
あるいは逆に、図７に示すように、並列接続されるシャント抵抗１０Ｃ、１０Ｄの姿勢を同じ向きとすることもできる。このような配置によれば、自発的発熱による熱起電力誤差も同等に出力されることから、電流差すなわち他所から左右の電圧検出端子への熱流入による熱起電力の誤差を推定し、演算によって排除することが可能となる。また、自発的発熱による熱起電力は、シャント抵抗の形状や材質や電流に依存した関数になるので、予め設定した補正関数にて対応することもできる。また、図６及び図７に示すシャント抵抗の配置に限定されるものでなく、例えば２個のシャント抵抗の各電圧検出端子１２が対向するように、これらが内側となる姿勢に配置したり（図６及び図７において、上側のシャント抵抗１０Ｃを上下に反転させる）、あるいは逆に各電流通電端子１１が対向するように、これらを内側に向けた姿勢で配置したりすることもできる（図６及び図７において、下側のシャント抵抗１０Ｄを上下に反転させる）。このように、シャント抵抗を配置する姿勢は適宜変更可能であり、またシャント抵抗の形状も実施例のものに限定しない。
（車両）
【００４９】
上述の通り、この電源装置は車載用のバッテリシステムとして利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。
【００５０】
図８に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーに電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する電源装置１００と、電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置１００の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置１００の電池を充電する。
【００５１】
また図９に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する電源装置１００と、この電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置１００の電池を充電する。
（蓄電用電源装置）
【００５２】
さらにこの電源装置は、車両などの移動体用の動力源としてのみならず、載置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光発電の電力や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光発電の電力を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図１０に示す。この図に示す電源装置１００は、複数の電池パック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池パック８１は、複数の二次電池セル１ａが直列及び／又は並列に接続されている。各電池パック８１は、電源コントローラ８４により制御される。この電源装置１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため電源装置１００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介して電源装置１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電源装置１００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。
【００５３】
電源装置１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１００と接続されている。電源装置１００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図１０の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。
【００５４】
各電池パック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、パック入出力端子ＤＩと、パック異常出力端子ＤＡと、パック接続端子ＤＯとを含む。パック入出力端子ＤＩは、他のパック電池や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、パック接続端子ＤＯは子パックである他のパック電池に対して信号を入出力するための端子である。またパック異常出力端子ＤＡは、パック電池の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池パック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る電源装置及びこれを備える車両は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１００…電源装置
１…電池；１Ａ…電池ブロック；１ａ…二次電池セル
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…電流演算回路
６…プリチャージリレー
７…プリチャージ抵抗
８…ヒューズ
９…出力端子；９Ａ…プラス側の出力端子；９Ｂ…マイナス側の出力端子
１０、１０Ｃ、１０Ｄ…シャント抵抗
１０Ａ…第一シャント抵抗；１０Ｂ…第二シャント抵抗
１１…電流通電端子；１１ａ…貫通孔
１２…電圧検出端子；１２ａ…貫通孔
１３…接続リード；１３Ａ…第一接続リード；１３Ｂ…第二接続リード
１３Ｃ…第三接続リード；１３Ｄ…第四接続リード
１３Ｘ…リード板；１３ａ…貫通孔
１５…止ネジ
１９…ナット
２０…直並列切替スイッチ
２１…第一アーム；２１Ａ…左側の第一アーム；２１Ｂ…右側の第一アーム
２２…第二アーム
２４Ａ…第一接点片
２４Ｂ…第二接点片
２４Ｃ…第三接点片
２４Ｄ…第四接点片
８１…電池パック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９０…車両側負荷
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…負荷コンデンサ
ＥＶ、ＨＶ…車両
ＬＤ…負荷；ＣＰ…充電用電源；ＤＳ…放電スイッチ；ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン；ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…パック入出力端子；ＤＡ…パック異常出力端子；ＤＯ…パック接続端子
【図１】
2012217276.tif 000003
【図２】
2012217276.tif 000004
【図３】
2012217276.tif 000005
【図４】
2012217276.tif 000006
【図５】
2012217276.tif 000007
【図６】
2012217276.tif 000008
【図７】
2012217276.tif 000009
【図８】
2012217276.tif 000010
【図９】
2012217276.tif 000011
【図１０】
2012217276.tif 000012
【図１１】
2012217276.tif 000013