(57)【要約】【課題】  強電電圧が分割されていることを正確に検知し表示することができる強電電圧分割検知装置を提供すること。【解決手段】  複数の電池セル３を直列に接続して強電電圧の出力を行い、車両の駆動に用いられるバッテリ４と、複数の電池セル３の直列接続を途中で非接続状態と接続状態に切り替えるセル分割スイッチ２３と、複数の電池セル３の直列接続が途中で分圧されたどうかを検出する強電部２１及び弱電部２２と、強電部２１及び弱電部２２による検出状態に応じて表示を行う表示器６を備えた。【選択図】        図１
2009288213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを直列に接続して強電電圧の出力を行い、車両の駆動に用いられる車両用二次電池と、
複数の電池セルの直列接続を途中で非接続状態と接続状態に切り替えるセル分割手段と、
複数の電池セルの直列接続が途中で分圧されたどうかを検出する分圧検出手段と、
前記分圧検出手段による検出状態に応じて表示を行う表示手段と、
を備える、
ことを特徴とする強電電圧分割検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の強電電圧分割検知装置において、
前記分圧検出手段は、
複数の電池セルの直列接続が途中で分圧されないと判断することを基準状態とし、
複数の電池セルの直列接続が途中で非接続状態となったことを検出した場合のみ、分圧を検出したことを検出状態として出力する、
ことを特徴とする強電電圧分割検知装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の強電電圧分割検知装置において、
前記分圧検出手段は、強電側と弱電側からなり、
前記分圧検出手段の強電側は、
前記セル分割手段により切り替えられる直列接続の途中位置が接続状態の場合にオン、それ以外にオフとなる第１スイッチ素子と、
前記第１スイッチ素子がオフの状態の場合にオン、それ以外にオフとなる第２スイッチ素子と、
を備え、
前記強電側の前記第２スイッチ素子のオン状態を前記弱電側へ非接触で伝達する伝達手段を設け、
前記分圧検出手段の弱電側は、
前記伝達手段による伝達結果により分圧状態を判断し、前記表示手段への指令を出力する判断制御手段と、
を備える、
ことを特徴とする強電電圧分割検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強電電圧分割検知装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では百個近い電池セルを直列に接続し、電気自動車やハイブリッド車両に用いられる組電池として４００Ｖの高電圧のバッテリを構成している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１１１２４２号公報（第２−１１頁、全図）
【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、従来にあっては、強電系の整備時に強電の分割の検知が充分ではなかった。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、強電電圧が分割されていることを正確に検知し表示することができる強電電圧分割検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、複数の電池セルを直列に接続して強電電圧の出力を行い、車両の駆動に用いられる車両用二次電池と、複数の電池セルの直列接続を途中で非接続状態と接続状態に切り替えるセル分割手段と、複数の電池セルの直列接続が途中で分圧されたどうかを検出する分圧検出手段と、前記分圧検出手段による検出状態に応じて表示を行う表示手段と、を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、強電電圧が分割されていることを正確に検知し表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の強電電圧分割検知装置を実現する実施の形態を、請求項１，２，３に係る発明に対応する実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１の強電電圧分割検知装置の概略図である。
実施例１では、バッテリシステムとして、負荷５を駆動するためのバッテリ４を備えている。
バッテリ４は、例えばリチウムイオン電池を電池セル３とし、複数の電池セル３を直列にして高電圧が出力される二次組電池である。
また、バッテリ４は二次電池であるため、充放電を制御するバッテリコントローラ１が設けられる。図１ではその一部を図示する。バッテリコントローラ１の概要としては、バッテリ４の電圧、電流、温度から充電率等を演算し、充放電を制御する。
【０００９】
実施例１では、強電電圧の状態を検知するための強電電圧分割検知装置２をバッテリコントローラ１の内部に設け、車両の表示器６を用いて表示を行っている。
強電電圧分割検知装置２は、強電電圧の分圧状態を検出し、その状態に応じた表示を行う指示を出力する。
表示器６は、例えばLCDのような可変表示部６１とメータ表示部６２を備えるものであり、強電電圧分割検知装置２は可変表示部６１の表示内容を制御する表示器制御部６３へ指令を出力する。
【００１０】
図２は実施例１の強電電圧分割検知装置の強電電圧分割検知装置２の回路構成を示す図である。
強電電圧分割検知装置２は、強電部２１、弱電部２２、セル分割スイッチ２３を備えて、通信等により表示器６へ表示を行わせる。
まず、直列する電池セル３の群を、直列ラインの一部で分割するようにして、セル分割スイッチ２３で接続、非接続の切り替えを行う構成にする。
強電部２１は、強電電圧分割検知装置２の高電圧を処理する部分である。強電部２１は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、ダイオードＤ１、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２、フォトカプラ２４の強電部部分、つまり発光部を備える。
【００１１】
なお、トランジスタＴＲ１は、NPN型、トランジスタＴＲ２は、PNP型とする。
強電部２１では、セル分割スイッチ２３で分割する上流側からの入力２１１が抵抗Ｒ１を介してトランジスタＴＲ１のベースに接続される。そして、セル分割スイッチ２３で分割する上流側からの入力２１１よりも１個の電池セル３（3.5V)の分上流からの入力２１３がトランジスタＴＲ１のコレクタへ接続される。さらに、トランジスタＴＲ１のエミッタは、抵抗Ｒ２を介して、セル分割スイッチ２３で分割する下流側からの入力２１２よりも１個の電池セル３（3.5V）の分下流からの入力２１４に接続するとともに、フォトカプラ２４の発光部となる発光ダイオードのカソードに接続される。
【００１２】
次にトランジスタＴＲ２のベースは、ダイオードＤ１のアノードに接続し、カソードをトランジスタＴＲ１のエミッタと抵抗Ｒ２の間に接続する。さらにトランジスタＴＲ２のエミッタは、セル分割スイッチ２３で分割する下流側からの入力２１２に接続する。そして、トランジスタＴＲ２のコレクタは、抵抗Ｒ３を介して、フォトカプラ２４の発光部となる発光ダイオードのアノードに接続される。
【００１３】
次に弱電部２２は、強電電圧分割検知装置２の低電圧を処理する部分である。弱電部２２は、抵抗Ｒ４、ＣＰＵ２５、フォトカプラ２４の弱電部部分、つまり受光部を備える。
フォトカプラ２４の受光部は、受光によりベースをオンにするトランジスタに等価される。この受光部のコレクタ側は、ＣＰＵ２５への信号入力へ接続されるとともに、抵抗Ｒ４を介して、弱電側５Ｖ電源へ接続される。この弱電側５Ｖ電源はＣＰＵ２５への電源入力へも接続される。
【００１４】
次にフォトカプラ２４の受光部のエミッタ側は、弱電側のグランドへ接地される。ＣＰＵ２５のグランド端子もこの弱電側のグランドへ接地される。
そして、ＣＰＵ２５は、制御出力端子から、例えば車内通信CANにより表示器６の表示器制御部６３へ制御指令を出力する。
【００１５】
次に、作用を説明する。
［強電電圧の分割状態の検知作用及び表示作用］
図３は実施例１の強電電圧分割検知装置２の作用を説明する概略図である。図４は実施例１の強電電圧分割検知装置２の検出状態を説明する表図である。
【００１６】
（バッテリが通常の使用状態）
車両のバッテリシステムが通常の使用をしている場合には、セル分割スイッチ２３がオン、つまり接続状態になる。図３(a)に示すように、通常では例えば９６個の電池セル３で４００Ｖ以上の状態となる。
この状態では、強電電圧分割検知装置２の強電部２１では、例えば電池セル３の１個を3.5Vとすると、電圧Ｖ１=3.5V、電圧Ｖ２=7Vとなる。トランジスタＴＲ１のベース、エミッタ間は、抵抗Ｒ１，Ｒ２、端子２１１、２１４、セル分割スイッチ２３による経路でバイアスがかかり、トランジスタＴＲ１のコレクタ、エミッタ間をオンにする。
【００１７】
このとき、トランジスタＴＲ２のベース、エミッタ間は、端子２１２、２１４、抵抗Ｒ２、ダイオードＤ１の経路で電流が流れるが、トランジスタＴＲ１のエミッタ電流が流れることにより、微小電流しか流れない。そのためにトランジスタＴＲ２のコレクタ、エミッタ間はオンとならない。
そのため、フォトカプラ２４は伝達なし、つまりオフの状態となる。
【００１８】
この状態では、強電電圧分割検知装置２の弱電部２２は、フォトカプラ２４の受光側のコレクタとＣＰＵ２５の入力端子は、抵抗Ｒ４と５Ｖ電源によりプルアップされている。そのため、ＣＰＵ２５の入力端子はＨ（ハイ）の状態となる。
ＣＰＵ２５では、このＨの入力状態により、表示器６に対して、非分割状態であることを示す制御信号、つまり表示を消灯させる指令を出力する。
この状態を作業者が確認すると、セル分割スイッチ２３がオンで、表示器６の分割検知表示が消灯のため、正常と判断することになる。
【００１９】
なお、図２に示す強電部２１の回路構成は、セル分割スイッチ２３のオンの状態では、微小電流を消費し、セル分割スイッチ２３がオフの状態では、オンの状態よりも大きい電流を消費する構成にし、通常の状態では、微小な電流消費となるようにしている。
【００２０】
（強電電圧分圧時）
このような高電圧なバッテリシステムに対して、整備等を行う場合には、整備を行う者を保護するために、分圧を行い、例えば２００Ｖ×２、１００Ｖ×４などとなるようにして、作業を行うことが望ましい。
【００２１】
作業時には、セル分割スイッチ２３をオフ、つまり非接続状態にする。図３(b)に示すように、実施例１では２００Ｖ×２の状態となる。
この状態では、強電電圧分割検知装置２の強電部２１では、電圧Ｖ１=オープン、電圧Ｖ２オープンとなる。そのためトランジスタＴＲ１はオフとなる。
【００２２】
このとき、トランジスタＴＲ２のベース、エミッタ間は、端子２１２、２１４、抵抗Ｒ２、ダイオードＤ１の経路で電流が流れる。この際にトランジスタＴＲ１のエミッタ電流が流れないため、充分な電流が流れ、トランジスタＴＲ２のコレクタ、エミッタ間はオンとなる。
そのため、フォトカプラ２４は伝達あり、つまりオンの状態となる。
【００２３】
この状態では、強電電圧分割検知装置２の弱電部２２は、フォトカプラ２４の受光側のコレクタ、エミッタ間に電流が流れ、ＣＰＵ２５の入力電圧値が低下するため、Ｌ（ロー）の状態になる。
ＣＰＵ２５では、このＬの入力状態により、表示器６に対して、分割状態であることを示す制御信号、つまり表示を点灯させる指令を出力する。
この状態を作業者が確認すると、セル分割スイッチ２３がオフで、表示器６の分割検知表示が点灯のため、正常と判断することになる。
【００２４】
このように、作業者は、セル分割スイッチ２３のオンオフ状態を表示器６の点灯表示で確認することができる。
これにより、高電圧の分圧処理忘れがなくなり、作業の不具合を生じさせることがなく、作業者にとっても望ましい状態で作業を行うようにできる。
さらに、高電圧状態へ戻す処理忘れの防止ができることになる。そのため、車両装置での不具合を生じさせない作業にすることができ、車両にとって好ましいものとなる。
【００２５】
（ショート状態の検出）
さらに、図２に示すＡ部、つまり図３(c)に示すように、実際には各電池セル３の電圧を監視するために、各電池セル３からハーネスが引き回されている。この部分において、ショートが発生すると、セル分割スイッチ２３をオフにしても、実際には、高電圧のままであり、そのまま作業を行うことは、非常に好ましくない。
【００２６】
実施例１では、このようなショートがある場合、上記通常のバッテリ使用状態と同様であるので、トランジスタＴＲ１がオン、トランジスタＴＲ２がオフとなり、フォトカプラ２４は作動がない。
そのため、ＣＰＵ２５へはＨが入力され、表示器６に対して、非分割状態であることを示す制御信号、つまり表示を消灯させる指令を出力する。
この状態を作業者が確認すると、セル分割スイッチ２３がオフで、表示器６の分割検知表示が消灯のため、異常と判断することになる。
【００２７】
よって、そのまま作業を行うことがなく、異常に対する処置を行うことになるので、非常に作業上、好ましい。
【００２８】
次に、効果を説明する。
実施例１の強電電圧分割検知装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００２９】
(1)複数の電池セル３を直列に接続して強電電圧の出力を行い、車両の駆動に用いられるバッテリ４と、複数の電池セル３の直列接続を途中で非接続状態と接続状態に切り替えるセル分割スイッチ２３と、複数の電池セル３の直列接続が途中で分圧されたどうかを検出する強電部２１及び弱電部２２と、強電部２１及び弱電部２２による検出状態に応じて表示を行う表示器６を備えるため、強電電圧が分割されていることを正確に検知し表示することができる。
【００３０】
(2)上記(1)において、強電部２１及び弱電部２２は、複数の電池セル３の直列接続が途中で分圧されないと判断することをＣＰＵ２５の入力のプルアップで基準の状態（Ｈ）とし、複数の電池セル３の直列接続が途中で非接続状態となったことを検出した場合のみ、ＣＰＵ２５の入力値を基準より低い（Ｌ）検出状態として出力するため、セル分割スイッチ２３以外の分圧部分が短絡した場合に、強電部２１及び弱電部２２の検出は、正確な状態を検出し、表示できるようにして、短絡の発生を作業者が気付くことができるようにし、スイッチ操作のみで、実際には高電圧状態で作業を行うことがないようにし、作業を好ましい状態で行えるようにできる。
【００３１】
(3)上記(1)又は(2)において、分圧検出手段は、強電部２１及び弱電部２２からなり、分圧検出手段の強電部２１は、セル分割スイッチ２３により切り替えられる直列接続の途中位置が接続状態の場合にオン、それ以外にオフとなるトランジスタＴＲ１と、トランジスタＴＲ１がオフの状態の場合にオン、それ以外にオフとなるトランジスタＴＲ２と、を備え、強電部２１のトランジスタＴＲ２のオン状態を弱電部２２へ非接触で伝達するフォトカプラ２４を設け、分圧検出手段の弱電部２２は、フォトカプラ２４による伝達結果により分圧状態を判断し、表示器６への指令を出力するＣＰＵ２５を備えるため、直列接続の途中位置が接続状態と非接続状態とで、オンとなるトランジスタを変更することによって、通常時の省電力を微小とする回路構成にすることができ、且つ切り替えによる変化を正確に検出する回路構成にすることができる。そして、弱電部２２への情報伝達は、非接触とするようにして、４００Ｖ以上の高電圧から既存の車両と同等の十数Ｖ程度の低電圧への変換回路を設けずにコストを抑制して行うようにできる。
また、ＣＰＵ２５を弱電部２２へ配置し、これが強電部２１からの影響を受けないようにでき、装置信頼性を高く維持することができる。
【００３２】
電気自動車やハイブリッド車では、駆動のために充分なトルクを得るため、強電側の部分を必要とする。当然に二次電池として充放電を行い、駆動のためのモータの電源となるバッテリ４は強電側として４００Ｖ以上を複数の電池セル３の直列で供給する。一方、既存のエンジン車両において、コントローラや電源で作動する装置は、数Ｖ〜十数Ｖ、大型車で二十数Ｖ程度の電源で作動している。
【００３３】
さらに各種コントローラで作動するマイコンやＣＰＵ２５は、数Ｖを電源電圧としている。
効率向上等から一部の車両装置は強電側となるものの、コストや省電力から弱電側機器も残ることになる。実施例の強電電圧分割検知装置２では、強電部２１と弱電部２２とを内部に両立させつつ、バッテリ４に関する作業がより好ましい状態で行われるようにしたものである。
【００３４】
車両においては、ユーザーの利便性などから、整備作業は、効率的に行えることが重要である。ユーザーの車両の評価にも影響する。しかし、バッテリ４は車両の耐久寿命より短いのが現状であり、バッテリの整備作業は既存の車両より重要度が増す。また、バッテリ４が例えば百個近い数の電池セル３で構成されるなど、構成の複雑さもある。そのため、整備作業において、実施例１の強電電圧分割検知装置２のように確実な確認を行いながら、作業を行えるようにすることは、整備作業を効率的にできるとともに、作業者や車両装置においても、高電圧による好ましくない影響を受けることがないよう防止することになり、非常に好ましい作業環境に寄与できるものとなる。
【００３５】
以上、本発明の強電電圧分割検知装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００３６】
言い換えると、本発明の基本的な構成は、図３(b)に示すように、プルアップした検出信号をセル分割スイッチ２３の分割部分からの入力でスイッチさせて識別可能レベルまで引き下げて検出する点にある。そのため、図２の構成の一部を強電、弱電を考慮した上での回路化、プログラム化した構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１の強電電圧分割検知装置の概略図である。
【図２】実施例１の強電電圧分割検知装置の強電電圧分割検知装置２の回路構成を示す図である。
【図３】実施例１の強電電圧分割検知装置２の作用を説明する概略図である。
【図４】実施例１の強電電圧分割検知装置２の検出状態を説明する表図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    バッテリコントローラ
２    強電電圧分割検知装置
３    電池セル
４    バッテリ
５    負荷
６    表示器
６１    可変表示部
６２    メータ表示部
６３    表示器制御部
２１    強電部
Ｄ１    ダイオード
Ｒ１〜Ｒ３    抵抗
ＴＲ１    トランジスタ
ＴＲ２    トランジスタ
２１１〜２１４    入力端子
２２    弱電部
Ｒ４    抵抗
２３    セル分割スイッチ
２４    フォトカプラ
２５    ＣＰＵ
【図１】
2009288213.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009288213.tif 000006