(57)【要約】【課題】バラツキの補正を行うことなく組電池側の電圧と負荷ないし充放電機器側の電圧を検出可能な制御装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド自動車の電源部は、組電池１００と、負荷ないし充放電機器としてのインバータ１０２と、組電池１００の電圧とインバータ１０２の電圧とを検出する制御装置１０１とを備えており、組電池１００とインバータ１０２とはリレー１〜３を介して接続されている。制御装置１０１は、組電池１００側とインバータ１０２側の電圧とを検出するための電圧センサ１０３を共通化したので、異なる箇所の電圧を同じ特性の電圧センサで検出できるため、バラツキ補正が不要である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流を遮断、導通するスイッチを介して負荷ないし充放電機器に接続される組電池の制御装置において、前記組電池側の電圧と前記負荷ないし充放電機器側の電圧とを検出するための電圧センサを共通化したことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記電圧センサの入力を前記組電池側と前記負荷ないし充放電機器側とに切り換える切換回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記切換回路は、前記組電池側の電圧と前記負荷ないし充放電機器側の電圧とが同時に前記電圧センサに入力されることを防止することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記切換回路は、前記スイッチがオン状態またはオフ状態に遷移する前後の所定時間、前記電圧センサの入力を前記組電池側あるいは前記負荷ないし充放電機器側に接続しないように制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御装置に係り、特に、電流を遮断、導通するスイッチを介して負荷ないし充放電機器に接続される組電池の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車のインバータ等の負荷の駆動用電源として使用される組電池（二次電池）では、充放電動作の際に、組電池および負荷の電圧を検出する機能は不可欠である。このような組電池は高電圧であることから、組電池は、電流を遮断、導通するスイッチ（例えば、リレー）を介して負荷に接続される。
【０００３】
この種の制御装置では、組電池、負荷（または充放電機器）側のそれぞれに電圧を検出するための電圧センサが設けられている（例えば、特許文献１参照）。また、組電池と負荷との間で充放電動作が行われる場合には、組電池の電圧と負荷の電圧を比較参照しながらの制御は不可欠であり、そのためには精度のよい電圧センサが求められ、なおかつ、組電池、負荷それぞれの電圧センサの特性の差異を補正するという方式が適用されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３３６９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１１５６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の方式では、組電池側の電圧と、負荷側の電圧とを検出するために、組電池、負荷側それぞれに専用の電圧センサを設けていることから、電圧センサ自体および電圧センサが取り付けられる環境に依存して検出特性にバラツキが生じ、検出した電圧値を補正しながらの制御をしなければならなかった。また、組電池、負荷側の電圧センサが別々であるため、コストも高くなり、構造の面においても電圧センサの数に伴い、占有する領域も大きくなっていた。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、バラツキの補正を行うことなく組電池側の電圧と負荷ないし充放電機器側の電圧を検出可能な制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、電流を遮断、導通するスイッチを介して負荷ないし充放電機器に接続される組電池の制御装置において、前記組電池側の電圧と前記負荷ないし充放電機器側の電圧とを検出するための電圧センサを共通化したことを特徴とする。
【０００８】
本発明において、電圧センサの入力を組電池側と負荷ないし充放電機器側とに切り換える切換回路を備えることが好ましく、切換回路は、組電池側の電圧と負荷ないし充放電機器側の電圧とが同時に電圧センサに入力されることを防止することがより好ましい。また、切換回路は、スイッチがオン状態またはオフ状態に遷移する前後の所定時間、電圧センサの入力を組電池側あるいは負荷ないし充放電機器側に接続しないように制御することがさらに好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、組電池側の電圧と負荷ないし充放電機器側の電圧とを検出するための電圧センサを共通化したので、異なる箇所の電圧を同じ特性の電圧センサで検出できるため、バラツキの補正を行うことなく組電池側の電圧と負荷ないし充放電機器側の電圧を検出することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を、ハイブリッド自動車の電源部の制御装置に適用した実施の形態について説明する。
【００１１】
（構成）
図１に示すように、ハイブリッド自動車の電源部は、大別して、組電池１００と、充放電機器としてのインバータ１０２と、組電池１００の電圧とインバータ１０２の電圧とを検出する制御装置１０１とを備えており、組電池１００とインバータ１０２とはスイッチとしてのリレーを介して接続されている。
【００１２】
組電池１００は、本実施形態では、定格電圧３．６Ｖの単電池１０６（本実施形態ではリチウムイオン電池）が９６個直列接続されて構成されており、組電池１００の定格総電圧は３４５．６Ｖとされている。具体的には、単電池１０６を複数本（例えば、４本）単位でグループ化して集合電池とし、複数個の集合電池を電池箱内に固定して直列接続ことで、車載された場合の耐振構造を確保するとともに、製造上の取り扱いや組み立て上での利便性を確保している。
【００１３】
インバータ１０２は、組電池１００の直流電力から３相交流で駆動するハイブリッド自動車のモータの交流電力を生成するもので、組電池１００の両端子間に接続される大容量（約２０００μＦ程度）の平滑キャパシタ５を内蔵している。平滑キャパシタ５には、例えば、電解キャパシタまたはフィルムキャパシタを用いることができる。インバータ１０２は導通および遮断動作を高速で行い直流電力と交流電力間の電力変換を行う。このとき、大電流を高速で遮断するので、直流回路の有するインダクタンスにより大きな電圧変動が発生する。平滑キャパシタ５は、この電圧変動を抑制するために設けられている。
【００１４】
組電池１００とインバータ１０２との間にはリレーが介在している。換言すれば、リレーにより、組電池１００側とインバータ１０２側（充放電機器側）とが画定される。すなわち、組電池１００の−端子はリレー３を介してインバータ１０２の−端子に接続されおり、組電池１００の＋端子はリレー２を介してインバータ１０２の＋端子に接続されている。また、リレー２には、組電池１００からインバータ１０２への初期電源供給時（プリチャージ動作時）に発生する大電流のインラッシュを抑制するための抵抗４と、組電池１００からインバータ１０２への初期電源供給時に平滑キャパシタ５を充電するためのプリチャージ用のリレー１との直列回路が、並列に接続されている。
【００１５】
制御装置１０１は、組電池１００側の電圧とインバータ１０２側の電圧の検出箇所を切り換える切換回路１０５と、切換回路１０５で切り換えられた組電池１００側ないしインバータ１０２側の電圧を検出する電圧センサ１０３と、リレー１〜３のオン、オフを制御する制御回路１０４とを有している。なお、制御装置１０１には、組電池１００を構成する各単電池１０６の電圧を検出するための電圧センサ、組電池１００の温度を検出するための温度センサ、組電池１００とインバータ１０２の間の電流を検出するための電流センサ、これらのセンサからの出力を取り込むＡ／Ｄコンバータ等の機能を有するＩ／Ｏ装置も有しているが、図１ではこれらについて捨象している。
【００１６】
図２は切換回路１０５の詳細を示したものである。図２に示すように、切換回路１０５は、組電池１００側の電圧を電圧センサ１０３に取り込むための光絶縁素子８、９と、インバータ１０２側の電圧を電圧センサ１０３に取り込むための光絶縁素子１０、１１と、組電池１００側ないしインバータ１０２側の電圧を取り込むために組電池１００側の光絶縁素子８、９とインバータ１０２側の光絶縁素子１０、１１を交互にオン／オフの切り替えを制御するためのＮＰＮトランジスタで構成される切り替えスイッチ１２、１３と、切り替えスイッチ１２、１３のＮＰＮトランジスタのコレクタ（各光絶縁素子の１次側）に接続された抵抗６と、切り替えスイッチ１２、１３を制御するためのＩ／Ｏ装置１０８と、切り替えスイッチ１２、１３のＮＰＮトランジスタのベースに接続され、組電池１００側とインバータ１０２側の電圧を同時に取り込まないように制御するための、すなわち、光絶縁素子８、９と光絶縁素子１０、１１が同時にオン状態とならないように制御するための、ＡＮＤ回路１４とＰＮＰトランジスタ１５で構成された保護回路１０７と、Ｉ／Ｏ装置１０８が起動直後（Ｉ／Ｏ装置１０８の電源投入直後）にソフトウェアでの制御が無効で不定な状態やＩ／Ｏ装置１０８が暴走した場合に、光絶縁素子８、９の切り替えスイッチ１２と光絶縁素子１０、１１の切り替えスイッチ１３が同時にオン状態となることを防ぐための、切り替えスイッチ８、９のＮＰＮトランジスタのベース端子とグランドに接続されたプルダウン抵抗７とを有して構成されている。なお、グランドはハイブリッド自動車のシャーシと同電位である。
【００１７】
この回路構成により、光絶縁素子８〜１１が組電池１００とインバータ１０２との間において大電流経路とならずに、光絶縁素子８〜１１の破損に至らないように保護され、かつ、組電池１００側とインバータ１０２側の電圧を一つの電圧センサ１０３で検出する回路構成となる。なお、リレー１〜３の制御回路についても、電界効果トランジスタ等のインターフェース素子を用いてＩ／Ｏ装置１０８により制御される。
【００１８】
（動作）
次に、本実施形態の制御装置１０１の動作について説明する。
【００１９】
＜初期電源供給時の動作＞
図３に示すように、光絶縁素子８〜１１が全てＯＦＦであるハイ・インピーダンス状態（２０８）において、リレー３をオン状態として組電池１００とインバータ１０２の負極側を接続し（２０１）、光絶縁素子８、９をオン状態として（２０２）、組電池１００側の電圧を取り込んで検出し、組電池１００側について処理が終わった後に光絶縁素子８、９をオフ状態としてハイ・インピーダンス状態（２０９）に戻す。
【００２０】
次に、インバータ１０２への初期電源投入（プリチャージ動作）のためにリレー１をオン状態として接続し（２０３）、その後に光絶縁素子１０、１１をオン状態として（２０４）、インバータ１０２側の電圧を取り込んで検出し、インバータ１０２側の電圧が組電池１００側電圧値の約９０％以上に達したことが確認された後に、光絶縁素子１０、１１をオフ状態としてハイ・インピーダンス状態に戻す（２１１）。次いで、リレー２をオン状態として（２０５）、正極側を接続して、その後にリレー１をオフ状態として接続を解除し（２０６）、初期電源投入が完了となる。初期電源供給時に、このような制御を行うことで、リレー２、３を大電流による破損に対して保護することができるとともに、インバータ１０２の安全性を維持することができる。なお、リレー１をオン状態に制御するのは、初期電源供給時に限られる。
【００２１】
＜定常動作＞
その後、光絶縁素子８、９をオン状態として（２０７）、組電池１００側の電圧を取り込んで組電池１００の状態を監視する定常動作に移行する。
【００２２】
図３に示す白矢印の期間（リレー１〜３がオン状態またはオフ状態に遷移する前後の所定時間）がリレー１〜３のオン、オフに伴うサージ電圧や光絶縁素子８〜１１へのチャタリングによる負担が発生する可能性のある期間で、これらの期間では、電圧センサ１０３の入力は、組電池１００側およびインバータ１０２側のいずれにも接続されない。
【００２３】
（効果等）
次に、本実施形態の制御装置１０１の作用、効果等について説明する。
【００２４】
本実施形態の制御装置１０１では、組電池１００側の電圧とインバータ１０２側の電圧とを検出するための電圧センサ１０３を共通化したので、異なる箇所の電圧を同じ特性の電圧センサで検出できるため、バラツキの補正を行うことなく組電池１００側の電圧とインバータ１０２側を検出することができる。また、従来技術と比較して、電圧センサを共通化（削減）したので、コスト低減を図ることができるとともに、電圧センサの占める領域も低減させること、すなわち、小型化を図ることができる。
【００２５】
また、本実施形態の制御装置１０１では、上述したように、図３に示す白矢印の期間、電圧センサ１０３の入力は、組電池１００側およびインバータ１０２側のいずれにも接続されないので、リレー１〜３のオン、オフに伴うサージ電圧や光絶縁素子８〜１１へのチャタリングによる負担を排除して、電圧センサ１０３と切換回路１０５とを保護することができる。
【００２６】
さらに、本実施形態の制御装置１０１では、光絶縁素子８〜１１で組電池１００の電圧を絶縁しているので、ハイブリッド自動車のシャーシ（グランドと同電位）に乗員が触れても感電するおそれはない。
【００２７】
なお、本実施形態では、負荷ないし充放電機器としてインバータ１０２を例示したが、インバータ１０２はハイブリッド自動車の制動の際に、回生電力（モータの３相交流）を直流に変換して組電池１００を充電する。このため、インバータ１０２は充放電機器として機能するが、このような充電機能を有さず、単に組電池１００の負荷のみとして機能する機器にも本発明は適用可能である。また、本実施形態にはスイッチとしてリレーを例示したが、本発明はこれに限らず、例えば、パワーＦＥＴ等のスイッチ素子を用いるようにしてもよい。
【００２８】
さらに、本実施形態では、Ｉ／Ｏ装置１０８を例示したが、本発明はこれに制限されることなく、例えば、マイクロコンピュータで構成するようにしてもよい。その際、マイクロコンピュータにはＡ／Ｄコンバータ等を内蔵するようにしてもよい。
【００２９】
また、本実施形態では、ハイブリッド自動車の電源部の制御装置に適用した例を示したが、本発明はこれに限られないことは論を待たない。例えば、据え置き用の蓄電システムにも適用可能である。さらに、そのような蓄電システムは、例えば、太陽熱発電や風力発電で発電された電力を蓄電するようにしてもよい。また、本実施形態では組電池を構成する単電池にリチウムイオン電池を例示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、ニッケル水素電池等を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明はバラツキの補正を行うことなく組電池側の電圧と負荷ないし充放電機器側の電圧を検出可能な制御装置を提供するものであるため、制御装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の制御装置の回路図である。
【図２】実施形態の制御装置の切換回路の詳細を示す回路図である。
【図３】リレーおよび光絶縁素子のオン、オフ状態を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１、２、３  リレー（スイッチ）
１００  組電池
１０１  制御装置
１０２  インバータ（負荷ないし充放電機器）
１０３  電圧センサ
１０５  切換回路
【図１】
2009240081.tif 000003
【図２】
2009240081.tif 000004
【図３】
2009240081.tif 000005