(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池モジュールを直列接続してなる電源装置であって、
前記電池モジュールのプラス端子及びマイナス端子を被覆するカバーと、
前記カバーと係合することで前記カバーの取り外しを規制するサービスプラグの挿脱により前記電池モジュール間の接続を開閉する安全開閉器と、
を有し、前記カバーの裏面に前記カバーが取り付けられた状態で前記電池モジュール間の接続が閉状態となるコネクタが突設され、前記サービスプラグの挿脱に加えて前記カバーの取り付け及び取り外しに伴う前記コネクタの挿脱により前記電池モジュール間の接続を開閉することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記サービスプラグの挿入、かつ、前記カバーの取り付けに伴う前記コネクタの挿入によって前記電池モジュール間の接続が閉じることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１記載の電源装置を備える安全回路であって、
信号送信器と、
前記信号送信器から送信される信号を受信する信号検出器と、
前記信号送信器と前記信号検出器との間に設けられ、前記コネクタの挿脱により開閉するスイッチと、
前記信号検出器で受信する信号に応じて前記コネクタの離脱を検出して前記電源装置を負荷から切り離すコントローラと、
を有することを特徴とする電源装置を備える安全回路。
【請求項４】
請求項３記載の安全回路において、
前記コントローラは、前記信号送信器から一定値の電流を供給した場合に前記信号検出器で検出される電流の値に応じ、前記コネクタが挿入された状態、前記コネクタが離脱した状態、及びそれ以外の回路故障状態を識別することを特徴とする電源装置を備える安全回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源装置及びこれを備えた安全回路に関し、特に保守作業時の感電防止構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つ又は複数の単電池からなる複数の電池モジュールを直列接続してなる電源装置を使用しているハイブリッド車両等において、単に電源装置からの通電回路を開閉する電源スイッチを設けただけでは保守作業時に誤って電源スイッチがＯＮしてしまう事態が想定されるため、電源スイッチとは別にインターロック機構を設けることが提案されている。
【０００３】
下記の特許文献１には、任意の一対の電池モジュール間に安全開閉器を介装し、開閉器本体に対して作業者がサービスプラグを挿脱することにより電池モジュール間の接続を開閉し、その結果通電回路を開閉する構成が開示されている。また、サービスプラグを抜き取ると、インターロック用リードスイッチがオフし、マスタ制御部にてシステムメインリレーがオフする構成が開示されている。
【０００４】
下記の特許文献２には、任意の一対の電池モジュール間に安全開閉器を介装し、開閉器本体に対して作業者が安全プラグを挿脱することにより電池モジュール間の接続を開閉する構成において、開閉器本体に装着可能でかつ装着状態で安全プラグの挿入を阻止する鍵を設けることが開示されている。
【０００５】
図６及び図７に、従来装置の構成を示す。電池パック１は車両駆動用であり、１つ又は複数の直列接続した単電池からなる複数の電池モジュールをそれらの間に冷却通路を空けて並列配置し、その両端に配置した端部材間を拘束して組立て、かつ電池モジュールを相互に直列接続した電池組立体が内蔵される。電池組立体の上部と下部に電池モジュール間の各冷却通路に冷却エアを給排する冷却エア給排通路が設けられる。電池組立体の一側面には電池パックの電圧、電流、温度、ＳＯＣ等を監視する機器を設置した充放電監視部（電池ＥＣＵ）が設けられ、他端部に冷却エア給排通路に対して冷却エアを送給するファンが設けられる。
【０００６】
そして、電池パック１の一側面の中間部に、相互に接続された任意の電池モジュール間の通電回路を開閉する安全開閉器２が設けられる。安全開閉器２は、開閉器本体３と安全プラグ４にて構成され、安全プラグ４を挿入することで通電回路が閉じられ、安全プラグ４を離脱することで通電回路が開くように構成される。
【０００７】
図７は電池パック１における電気接続構成であり、互いに隣接する電池モジュール５のプラス端子とマイナス端子が順次接続することで全体が直列に接続され、両端の電池モジュールに接続されたプラスとマイナスの総端子が主リレー開閉器６を介して外部接続端子７に接続される。また、中間の任意の互いに隣接する一対の電池モジュール５間のプラス端子とマイナス端子は安全開閉器２を介して接続される。安全開閉器２の開閉器本体３内には一対の接続端子３ａが並列接続され、これらの接続端子３ａに一対の電池モジュール５のプラス端子とマイナス端子が接続される。安全開閉器２の安全プラグ４の挿入側端面に、接続端子３ａに対向して一対の接続端子４ａが設けられ、一対の接続端子４ａがヒューズ８を介して相互に接続され、安全プラグ４を開閉器本体３内に挿入することで接続端子３ａ間がヒューズ８を介して相互に接続され、安全プラグ４を離脱することで通電回路が遮断される。安全プラグ４には、開閉器本体３内に挿入した状態で適当な操作を行い、係合部９ａを開閉器本体３に形成された被係合部１０に係合させることで挿入状態をロックするロック部材９が設けられる。また、ロック部材９をロック状態としたときに作動する検知スイッチ１１が設けられ、検知スイッチ１１が作動すると制御部１２にて主リレー開閉器６を閉じるように構成される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３２０８０１号公報
【特許文献２】特開２００６−２９４４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このようにサービスプラグ（または安全プラグ）を挿脱することで電池モジュール間の接続を開閉するインターロック構成を採用することで、保守作業時の安全を確保することができるが、電池モジュールのプラスとマイナスの外部接続端子近傍の保守点検作業時に端子カバーを取り外す場合に問題が生じるおそれがある。すなわち、サービスプラグを離脱した上で端子カバーを取り外して保守点検作業を行い、保守点検作業が完了した後に端子カバーの取り付けを忘れてサービスプラグを挿入することもあり得、この場合には外部接続端子が露出した状態で電池モジュール間の接続が閉じてしまうことになる。
【００１０】
もちろん、端子カバーを取り付けた状態でのみサービスプラグの挿入を可能とすべく、サービスプラグと端子カバーとの係合位置の形状を特定の形状とすることも考えられるが、より簡易で確実に端子カバーの取り付け忘れを防止することが望まれる。
【００１１】
また、電源装置に複数のインターロック機構を設けた場合、あるいは複数の電源装置にそれぞれインターロック機構を設けた場合に、これらインターロック機構の作動状況に応じて確実に電源装置の動作を制御することが必要である。
【００１２】
本発明の第１の目的は、電源装置において保守作業時における安全性を確保することにある。また、本発明の第２の目的は、電源装置においてインターロック機構がある場合にその作動状況を正確に把握することができる安全回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、複数の電池モジュールを直列接続してなる電源装置であって、前記電池モジュールのプラス端子及びマイナス端子を被覆するカバーと、前記カバーと係合することで前記カバーの取り外しを規制するサービスプラグの挿脱により前記電池モジュール間の接続を開閉する安全開閉器とを有し、前記カバーの裏面に前記カバーが取り付けられた状態で前記電池モジュール間の接続が閉状態となるコネクタが突設され、前記サービスプラグの挿脱に加えて前記カバーの取り付け及び取り外しに伴う前記コネクタの挿脱により前記電池モジュール間の接続を開閉することを特徴とする。
【００１４】
本発明の１つの実施形態では、前記サービスプラグの挿入、かつ、前記カバーの取り付けに伴う前記コネクタの挿入によって前記電池モジュール間の接続が閉じる。
【００１５】
また、本発明は、上記の電源装置を備える安全回路であって、信号送信器と、前記信号送信器から送信される信号を受信する信号検出器と、前記信号送信器と前記信号検出器との間に設けられ、前記コネクタの挿脱により開閉するスイッチと、前記信号検出器で受信する信号に応じて前記コネクタの離脱を検出して前記電源装置を負荷から切り離すコントローラとを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の１つの実施形態では、前記コントローラは、前記信号送信器から一定値の電流を供給した場合に前記信号検出器で検出される電流の値に応じ、前記コネクタが挿入された正常状態、前記コネクタが離脱した異常状態、及びそれ以外の回路故障状態を互いに識別する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、保守作業時における安全性を確保することができる。また、インターロックの作動状況を正確に把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
図１に、本実施形態における車両駆動用の電源装置としての電池パック１００の構成を示す。電池パック１００の基本構成は図６に示される従来の電池パックと同一であり、１つ又は複数の直列接続した単電池からなる複数の電池モジュールをそれらの間に冷却通路を空けて並列配置し、その両端に配置した端部材間を拘束して組立て、かつ電池モジュールを相互に直列接続した電池組立体が内蔵される。電池組立体の上部と下部に電池モジュール間の各冷却通路に冷却エアを給排する冷却エア給排通路が設けられる。電池組立体の一側面には電池パックの電圧、電流、温度、ＳＯＣ等を監視する機器を設置した充放電監視部（電池ＥＣＵ）が設けられ、他端部に冷却エア給排通路に対して冷却エアを送給するファンが設けられる。
【００２０】
電池パック１００の一側面に、電池モジュールのプラスとマイナスの外部接続端子を有する端子台１０２が設けられる。端子台１０２には、その上部を覆う端子カバー１０６が設けられ、外部接続端子の露出を防止する。また、端子台１０２内には、相互に接続された任意の電池モジュール間の通電回路を開閉する安全開閉器が設けられる。安全開閉器は、開閉器本体とサービスプラグ（ＳＰ）１０４で構成され、サービスプラグ１０４を矢印で示すように端子台１０２の側方から挿入することで通電回路が閉じられ、サービスプラグ１０４を離脱することで通電回路が開くように構成される。安全開閉器の構成は例えば従来と同一であり、安全開閉器の開閉器本体内に一対の接続端子が並列接続され、これらの接続端子に一対の電池モジュールのプラス端子とマイナス端子が接続される。安全開閉器のサービスプラグ（ＳＰ）１０４の挿入側端面に、接続端子に対向して一対の接続端子が設けられ、一対の接続端子がヒューズを介して相互に接続され、サービスプラグ１０４を開閉器本体内に挿入することで接続端子間がヒューズを介して相互に接続され、サービスプラグ１０４を離脱することで通電回路が遮断される。
【００２１】
サービスプラグ（ＳＰ）１０４の挿入状態では通電回路が閉じられるとともに、端子カバー１０６の係合部位１０６ａと係合し、端子カバー１０６をロックしてその取り外しを防止する。すなわち、端子カバー１０６の係合部位１０６ａは端子台１０２の上部を被覆する際に端子台１０２側方に位置し、係合部１０６ａに設けられた開口部に側方から挿入されるサービスプラグ（ＳＰ）１０４の凸部が嵌合して端子カバー１０６を係止する。したがって、端子台１０２の保守点検作業のために端子カバー１０２を取り外すためには、まずサービスプラグ（ＳＰ）１０４を離脱する必要があり、サービスプラグ（ＳＰ）１０４を離脱した後に図２に示すように端子カバー１０２を取り外して保守点検を行うことになる。サービスプラグ（ＳＰ）を取り外すことで電池モジュール間の接続が開き通電回路が遮断されるため、作業者は安全に端子カバー１０２を取り外して保守作業を行うことができる。
【００２２】
一方、保守作業が完了した後は、保守作業を開始する時の逆の作業、すなわち端子カバー１０６を端子台１０２に取り付け、その後に端子台１０２の側方からサービスプラグ（ＳＰ）１０４を安全開閉器に挿入する作業が行われるが、端子カバー１０６を端子台１０２に取り付ける前にサービスプラグ（ＳＰ）１０４を挿入する、あるいは端子カバー１０６の取り付けを忘れてサービスプラグ（ＳＰ）１０４を挿入してしまう場合がある。この場合、端子が外部に露出した状態でサービスプラグ（ＳＰ）１０４の挿入により通電回路が閉じられることとなる。
【００２３】
そこで、本実施形態では、端子台１０２内に安全開閉器を設けるだけでなく、端子カバー１０６の取り付け及び取り外しにより通電回路の開閉を行う第２の安全開閉器を設ける。第２の安全開閉器も上記の安全開閉器（これを第１の安全開閉器とする）と同様の構成であり、開閉器本体内に一対の接続端子が並列接続され、これらの接続端子に一対の電池モジュールのプラス端子とマイナス端子が接続される。第１の安全開閉器と第２の安全開閉器は互いに直列に接続されるが、第２の安全開閉器はサービスプラグ（ＳＰ）１０４ではなく、端子カバー１０６の裏面に設けられたコネクタと係合することで通電回路を開閉する。第２の安全開閉器は、端子台１０２の挿入口１０２ａ内に設けられ、端子カバー１０６を取り付けた場合に端子カバー１０６側のコネクタが挿入口１０２ａ内に挿入される。
【００２４】
図３に、端子カバー１０６の構成を示す。端子カバー１０６の端部には既述したように係合部１０６ａが設けられる。係合部１０６ａは端子カバー１０６の本体部に対して略垂直となるように設けられ、両側面に開口部あるいは溝を有する。また、端子カバー１０６裏面の所定位置に突出部１０６ｂが本体部に対して略垂直となるように設けられ、突出部１０６ｂの先端にコネクタ１０６ｃが設けられる。端子カバー１０６が端子台１０２に取り付けられると、突出部１０６ｂが端子台１０２の挿入口１０２ａに挿入され、コネクタ１０６ｃが第２の安全開閉器に接続する。コネクタ１０６ｃは基本的にサービスプラグ（ＳＰ）１０４と同様に機能し、コネクタ１０６ｃを挿入することで第２の安全開閉器内の一対の接続端子が接続され、通電回路が閉じられる。
【００２５】
したがって、保守作業が完了し、作業者が端子カバー１０６を取り付けることなくサービスプラグ（ＳＰ）１０４を端子台１０２の側方に挿入したとしても、端子カバー１０６のコネクタ１０６ｃが第２の安全開閉器に挿入されていないため電池モジュール間は遮断されたままであり、外部端子が露出した状態での通電が確実に防止される。
【００２６】
このように、電池パック１００の端子台１０２に第１の安全開閉器を設けるとともに第１の開閉器とは別個に第２の安全開閉器を設け、第１の安全開閉器をサービスプラグ（ＳＰ）１０４の挿脱で制御し、第２の安全開閉器を端子カバー１０６の取り付け／取り外しで制御することで、作業終了時の端子カバーの取り付け忘れを防止できる。また、保守作業開始時にはサービスプラグ（ＳＰ）１０４を離脱しない限り端子カバー１０６を取り外すことができない構成であるため、保守作業開始時の安全も確保される。
【００２７】
図４に、電源装置を含む全体回路構成を示す。電源装置を車両に搭載する場合の回路構成である。電池パック１００はインバータを含む高圧装置２００及びＤＣ／ＤＣコンバータを含む高圧装置３００に接続される。
【００２８】
電池パック１００は、複数の電池モジュール（以下、単に電池モジュールとも称す）１００ａ、コンタクタ１００ｂ、１００ｃ、コントローラ１００ｄを含み、コントローラ１００ｄはさらに信号送信器１００ｄ１と信号検出器１００ｄ２を含む。電池モジュール１００ａのプラス端子及びマイナス端子はコンタクタ１００ｂ、１００ｃを介して高圧装置２００のインバータ２００ａ及び高圧装置３００のＤＣ／ＤＣコンバータ３００ａに接続される。
【００２９】
一方、コントローラ１００ｄはスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を介して高圧装置２００のコントローラ２００ｂ、高圧装置３００のコントローラ３００ｂと接続される。具体的には、コントローラ１００ｄの信号送信器１００ｄ１はＳＷ１、ＳＷ２を介してコントローラ２００ｂ内の信号検出器２００ｂ２に接続され、信号検出器２００ｂ２はＳＷ３を介してコントローラ３００ｂ内の信号検出器３００ｂ２に接続され、信号検出器３００ｂ２は信号検出器１００ｄ２に接続され、電池モジュール１００ａ、インバータ２００ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００ａを接続する通電回路とは別個の閉回路を構成する。
【００３０】
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、それぞれ電池パック１００、高圧装置２００、高圧装置３００のカバーの取り付け／取り外しに連動したスイッチであり、ＳＷ１は電池パック１００の端子カバー１０６の取り付け／取り外しに連動した第２安全開閉器の接続端子に相当する。したがって、端子カバー１０６が取り外された状態ではＳＷ１は開いた状態でありコントローラ１００ｄ、２００ｂ、３００ｂ間の回路を遮断する。ＳＷ２、ＳＷ３についても同様であり、それぞれ高圧装置２００のカバー及び高圧装置３００のカバーが取り外された状態で回路を遮断する。
【００３１】
コントローラ１００ｄは、信号送信器１００ｄ１から信号を送信し、信号検出器１００ｄ２で該信号を受信する。端子カバー１０６が取り外されておりＳＷ１が開いた状態では送信信号を受信せず、このことから端子カバー１０６が取り外されていることを検出してコンタクタ１００ｂ、１００ｃを開制御して電池モジュール１００ａとインバータ２００ａあるいはＤＣ／ＤＣコンバータ３００との接続を遮断できる。コントローラ２００、３００も同様であり、高圧装置２００のカバーが取り外されるとＳＷ２が開いた状態となり、信号検出器２００ｂ２は信号を受信できないのでインバータ２００ａの動作を停止することができる。また、高圧装置３００のカバーが取り外されるとＳＷ３が開いた状態となり、信号検出器３００ｂ２は信号を受信できないのでＤＣ／ＤＣコンバータ３００ａの動作を停止することができる。
【００３２】
但し、コントローラ１００ｄが信号の送受の状況に応じてコンタクタ１００ｂ、１００ｃを開制御して電池モジュール１００ａを通電回路から切り離す場合、カバーの取り外しによる異常状態であるのか、そうではなく単なる回路故障であるのかを識別する必要がある。この識別は、例えば以下のように行う。なお、回路故障とは、回路のＧＮＤショート、電源ショート、信号送信器１００ｄ１や信号検出器１００ｄ２の故障等である。
【００３３】
まず、信号送信器１００ｄ１から一定値の電流を供給する。信号検出器１００ｄ２は、正常状態であれば一定値の電流を検出し、異常時であれば電流を検出できず、回路故障の場合には異常な電流値を検出する。したがって、送信電流値（ＯＵＴ側）と検出電流値（ＩＮ側）の電流値の組み合わせにより、正常／異常／回路故障を識別することができる。
【００３４】
図５に、送信電流値と検出電流値を用いた識別マップを示す。横軸は送信電流値であり、縦軸は検出電流値である。送信電流値に下限しきい値ＯＵＴｍｉｎと上限しきい値ＯＵＴｍａｘを設けるとともに、検出電流値にも下限しきい値ＩＮｍｉｎと上限しきい値ＩＮｍａｘを設ける。そして、送信電流値としきい値との大小関係、及び検出電流値としきい値との大小関係に応じ、
（１）正常
ＯＵＴｍｉｎ≦送信電流値≦ＯＵＴｍａｘ
かつ
ＩＮｍｉｎ≦検出電流値≦ＩＮｍａｘ
（２）異常
送信電流値＜ＯＵＴｍｉｎ
かつ
検出電流値＜ＩＮｍｉｎ
（３）回路故障
（ａ）ＧＮＤショート
ＯＵＴｍｉｎ≦送信電流値≦ＯＵＴｍａｘ
かつ
ＩＮｍｉｎ＞検出電流値
（ｂ）電源ショート
送信電流値＜ＯＵＴｍｉｎ
かつ
検出電流値＞ＩＮｍａｘ
（ｃ）その他の回路故障
その他の大小関係の場合
と識別する。
【００３５】
電流値ではなく、電圧値で識別することも可能である。信号送信器１００ｄ１から一定電圧を印加する場合、下限しきい値Ｖｍｉｎ、上限しきい値Ｖｍａｘを設け、各信号検出器１００ｄ２、２００ｂ２、３００ｂ２において検出電圧をしきい値と比較する。そして、
（１）正常
Ｖｍｉｎ≦検出電圧≦Ｖｍａｘ
（２）異常
検出電圧＜Ｖｍｉｎ
（３）回路故障
検出電圧＞Ｖｍａｘ
と識別すればよい。しきい値は、各信号検出器１００ｄ２、２００ｂ２、３００ｂ２毎に設定する。
【００３６】
また、電流値を用いて識別する場合でも、送信電流値と検出電流値の差分ΔＩ＝送信電流値−検出電流値を用いることもできる。具体的には、誤差あるいは感度定数をｅとして、
（１）正常
｜ΔＩ｜≦ｅ
かつ
送信電流値≧ＯＵＴｍｉｎ
（２）異常
｜ΔＩ｜≦ｅ
かつ
送信電流値＜ＯＵＴｍｉｎ
（３）回路故障
｜ΔＩ｜＞ｅ  ＧＮＤショートもしくは回路故障
｜ΔＩ｜＜ｅでそれ以外  電源ショートもしくは回路故障
と識別すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態におけるサービスプラグ（ＳＰ）の挿入説明図である。
【図２】実施形態における端子カバーの取り付け／取り外し説明図である。
【図３】端子カバーの構成図である。
【図４】実施形態の全体回路図である。
【図５】正常／異常／回路故障の識別説明図である。
【図６】従来装置の構成図である。
【図７】従来装置の回路図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  電池パック、１０２  端子台、１０４  サービスプラグ（安全プラグ）、１０６  端子カバー、１０６ａ  係合部、１０６ｂ  突出部、１０６ｃ  コネクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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