JP4540429B2 - 車両用の電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車を駆動するのに使用される車両用の電源装置に関する。

車両用の電源装置は、多数の電池モジュールを直列に連結して出力電圧を高くしている。車両を走行させる駆動モーターの出力を大きくするためである。電池モジュールは、１本の出力電圧を高くするために、４〜６本の電池を直列に接続している。さらに、この電池モジュールを多数に直列接続して、出力電圧を高くしている。

この種の電源装置は、各々の電池モジュールの電圧を電圧検出回路で検出しながら充放電させる。このため、各々の電池モジュールは、検出ラインを介して電圧検出回路に接続される。電圧検出回路が、各々の電池モジュールの電圧を検出し、モジュール電圧で充放電をコントロールして、過充電や過放電を防止している。直列に接続される多数の電池モジュールは、同じ電流で充放電される。しかしながら、全ての電池モジュールは全く同じ電気特性ではない。電池モジュールのアンバランスが原因で、特定の電池モジュールが過充電されたり、あるいは過放電されて電池性能が低下する傾向がある。この弊害を防止するために、全ての電池モジュールの電圧を検出し、検出した電圧で充放電の電流をコントロールしている。すなわち、いずれかの電池モジュールの電圧が高くなって、過充電される傾向が強くなると、充電電流を制限または遮断して過充電を防止している。反対に、いずれかの電池モジュールの電圧が低くなって過放電される傾向が強くなると、放電電流を制限し、あるいは放電電流を遮断して過放電を防止している。

このことを実現するには、電池モジュールの両端に設けている出力端子をリード線で電圧検出回路に接続する必要がある。５０個以上と多数の電池モジュールを備える電源装置は、多数のリード線を介して電池モジュールの出力端子から電圧検出回路に配線する必要がある。この構造は、リード線相互の破損や断線が原因で短絡し、あるいはリード線を半田付けしている部分が短絡することがある。リード線が短絡すると、大きなショート電流が流れて種々の回路を故障させる等の弊害が発生する。とくに、電池モジュールの出力端子に接続しているリード線は、数百Ｖの高電圧が作用するので、ショート電流が大きくなる。検出ラインが短絡して大きなショート電流が流れるのを防止するために、検出ラインにヒューズを接続する技術が開発されている（特許文献１参照）。
特開２００４−８０９８９号公報

特許文献１に記載される電源装置は、２本の電池モジュールをひとつの単位として電圧を検出する。すなわち、各々の電池モジュールの電圧は検出しないが、直列に接続している２本の電池モジュールのトータル電圧を検出する。この電源装置は、電池モジュールに固定されるエンドプレートに２本の電池モジュール単位の出力端子間の電圧を測定するためのリード線をインサート成形により樹脂板内に埋設している。リード線は、リード線が接続されたリード接続端子と、バスバーに接続されたバスバー接続端子との間にヒューズを接続している。この構造は、バスバーからヒューズを通してリード線を引き出している。この回路は、ショート等の異常時には、リード線に過剰電流が流れるのをヒューズで防止している。ヒューズのエンドプレートへの組付けは、樹脂成形時にはリード接続端子とバスバー接続端子とが一体となった状態で、その表裏に開口部を設けてインサート成形され、開口部によって露出した中央部を成形後の後加工により切断し、切断により断絶した間をヒューズによって接続する。ヒューズの取り付け後には、開口部は樹脂モールドによって埋められる。エンドプレートのリード線は、平行多芯ケーブルで引き出されて電圧検出回路に接続される。

この構造の電源装置は、エンドプレートにリード線をインサートするので、この部分の短絡を防止できる。また、リード線の一部から短絡すると、ヒューズが溶断されて、大きなショート電流を遮断できる。しかしながら、この構造の電源装置は、電池モジュールの一端に固定されるエンドプレートにリード線をインサートするので、エンドプレートの製作に手間がかかり、エンドプレートのコストが高くなる欠点がある。また、電池モジュールの一端に固定するエンドプレートにのみリード線をインサートする構造では、全ての電池モジュールの電圧を検出できず、２本の電池モジュールを直列に接続したトータル電圧しか検出できない。全ての電池モジュールの電圧を検出するには、電池モジュール両端に固定されるエンドプレートにリード線をインサートする必要がある。ところが、両端のエンドプレートにリード線を埋設して、エンドプレートのリード線を平行多芯ケーブルで電圧検出回路に接続する構造は、平行多芯ケーブルが長くなって、これが短絡しやすくなる。平行多芯ケーブルを短くするために、電圧検出回路を一方のエンドプレートの近傍に配設すると、他方のエンドプレートから電圧検出回路までの距離が長くなって、このエンドプレートを電圧検出回路に接続する平行多芯ケーブルが長くなる。このため、エンドプレートにリード線をインサートして埋設する部分の短絡は有効に防止できるが、平行多芯ケーブルの短絡を有効に防止できなくなる欠点がある。

本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、各々の電池モジュールの電圧を検出できる構造としながら、検出ラインの短絡を有効に防止できる車両用の電源装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、極めて簡単な構造で、検出ラインの短絡電流を小さく制限して安全性を向上できる車両用の電源装置を提供することにある。

本発明の車両用の電源装置は、複数の電池を直列接続して直線状に連結している電池モジュール１を平行に配置して、各々の電池モジュール１の出力端子５に電圧を検出する検出ライン７を連結して、各々の検出ライン７を電圧検出回路４に接続している。さらに、電源装置は、複数の電池モジュール１を同一平面に平行に並べて電池ケース２に収納すると共に、同一平面に配置している電池モジュール１に接近して、電池モジュール１を配置している平面と平行な平面に位置して、検出ライン７を設けているプリント基板６を配置して電池ケース２に装着固定している。検出ライン７には電流制限抵抗８を設けており、この電流制限抵抗８をプリント基板６に半田付けして固定している。この電源装置は、電流制限抵抗８を実装するプリント基板６の検出ライン７を介して、電池モジュール１の出力端子５を電圧検出回路４に接続している。更にまた、プリント基板６に、電池モジュール１の温度を検出する温度センサー１９を固定し、該温度センサー１９を電池ケース２に貫通させて配置している。

本発明の車両用の電源装置は、検出ライン７を設けているプリント基板６に、電池モジュール１を加温するヒーター抵抗器２２を固定することができる。

本発明の車両用の電源装置は、高電位の電池モジュール１に接続している検出ライン７に接続する電流制限抵抗８の個数を、低電位の電池モジュール１に接続している検出ライン７に接続する電流制限抵抗８の個数よりも多くすることができる。

さらに、本発明の車両用の電源装置は、電圧検出回路４の両側に水平で平行な姿勢で複数の電池モジュール１を配置すると共に、電池モジュール１の一方の出力端子５である第１の出力端子５Ａを電圧検出回路４側に、他方の出力端子５である第２の出力端子５Ｂを電圧検出回路４と離れた位置に配置して、電池モジュール１の上方に、検出ライン７を設けているプリント基板６を配置することができる。この電源装置は、電池モジュール１の第１の出力端子５Ａをリード線１１を介して電圧検出回路４に接続し、第２の出力端子５Ｂをプリント基板６を介して電圧検出回路４に接続し、電圧検出回路４で各々の電池モジュール１の電圧を検出することができる。

本発明の車両用の電源装置は、各々の電池モジュールの電圧を検出できる構造としながら、検出ラインの短絡を有効に防止できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、同一平面に並べて配置している複数の電池モジュールと平行に、検出ラインを設けているプリント基板を配置しており、この検出ラインには電流制限抵抗を半田付けして固定して、この検出ラインを介して電池モジュールの出力端子を電圧検出回路に接続しているからである。この構造の電源装置は、電池モジュールと平行に配置されるプリント基板に設けた検出ラインを介して電池モジュールの電圧を検出するので、電池モジュールの出力端子と電圧検出回路とを直接に長い配線で接続することなく、出力端子とプリント基板の間の短い距離を配線しながら検出ラインを設けることができる。このため、各々の電池モジュールの電圧を検出できる構造としながら、電池モジュールの出力端子と電圧検出回路とを接続する配線が長くなるのを防止して、この部分における短絡を有効に防止できる。

さらに、本発明の電源装置は、プリント基板に設けた検出ラインを介して出力端子を電圧検出回路に接続するので、従来のように、エンドプレートにリード線をインサートして埋設する構造に比べて、極めて簡単な構造としながら検出ラインの短絡を有効に防止できる特長もある。さらにまた、本発明の車両用の電源装置は、プリント基板に電流制限抵抗を半田付けして、検出ラインに電流制限抵抗を設けているので、極めて簡単な構造としながら、検出ラインの短絡電流を小さく制限して安全性を向上できる特長もある。

さらに、本発明の請求項５の車両用の電源装置は、電圧検出回路の両側に複数の電池モジュールを配置すると共に、電圧検出回路側に配置した第１の出力端子をリード線を介して電圧検出回路に接続し、電圧検出回路と離れた位置に配置した第２の出力端子をプリント基板を介して電圧検出回路に接続している。したがって、電圧検出回路側に配置した第１の出力端子を最短距離で電圧検出回路に接続しながら、電圧検出回路から離れた側に配置される第２の出力端子も、配線を短くしながら電圧検出回路に接続できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１ないし図３に示す車両用の電源装置は、ハイブリッド自動車に搭載されて、自動車の走行モーターに電力を供給する。ただし、本発明は、電源装置を搭載する車両をハイブリッド自動車には特定しない。本発明の電源装置は、ハイブリッド自動車でない電気自動車や燃料電池車等の車両に搭載して、車両を走行させることができる。

図１ないし図４に示す電源装置は、複数の電池モジュール１を平行に配置して電池ケース２に収納している。電池モジュール１は、５又は６個の円筒型電池であるニッケル水素電池を直列に接続して、直線状に連結し、細長く延在している。ただし、電池モジュールは、４個以下、あるいは７個以上の電池を直列に接続することができ、また、ニッケル−水素電池に代わって、リチウムイオン二次電池やニッケルカドミウム電池も使用できる。

複数の電池モジュール１をバスバー２３で直列に接続して、車両を走行させるモーターを駆動する走行用バッテリ３としている。図１の電源装置は、全体の走行用バッテリ３を２ブロックに分離して、電圧検出回路４の両側に配置している。この図の電源装置は、電圧検出回路４の両側に各々１２本、全体で２４本の電池モジュール１を配置している。電池モジュール１は、同一平面に水平な姿勢で平行に配置されている。図１の平面図に示す電源装置は、外形が細長い板状の電圧検出回路４の長手方向に対して、その延在方向が直交する姿勢で電池モジュール１を配置している。電源装置は、細長い電圧検出回路４と電池モジュール１を水平な姿勢として車両に搭載する。

電池モジュール１は、一方の出力端子５である第１の出力端子５Ａを電圧検出回路４側に、他方の出力端子５である第２の出力端子５Ｂを電圧検出回路４と離れた位置に配置している。図１において、電圧検出回路４の左側に配置される電池モジュール１は、右端の出力端子５を第１の出力端子５Ａとして電圧検出回路４側に、左端の出力端子５を第２の出力端子５Ｂとして電圧検出回路４と離れた位置に配置している。さらに、電圧検出回路４の左側に配置される電池モジュール１の第２の出力端子５Ｂは、図３に示すように、互いに隣接する電池モジュール１の第２の出力端子５Ｂを金属プレートであるバスバー２３で接続して、電気的に直列に接続している。また、図１において、電圧検出回路４の右側に配置している電池モジュール１は、左端の出力端子５を第１の出力端子５Ａとして電圧検出回路４側に、右端の出力端子５を第２の出力端子５Ｂとして電圧検出回路４と離れた位置に配置している。さらに、電圧検出回路４の右側に配置される電池モジュール１の第２の出力端子５Ｂは、上下両端に位置する電池モジュール１の第２の出力端子５Ｂを隣接する第２の出力端子５Ｂと接続することなく取り出し、中間に位置する第２の出力端子５Ｂを金属プレートであるバスバー２３で接続して、電気的に直列に接続している。

電圧検出回路４は、各々の電池モジュール１の電圧を検出する。各々の電池モジュール１の電圧を検出するために、電池モジュール１は検出ライン７を介して両端の出力端子５を電圧検出回路４に接続している。電池モジュール１は、バスバー２３を介して互いに直列に接続しているので、検出ライン７はバスバー２３を介して出力端子５に接続され、あるいは出力端子５に直接に接続される。

図２の電池モジュール１は、第１の出力端子５Ａである電圧検出回路４側の出力端子５をリード線１１からなる検出ライン７を介して電圧検出回路４に接続している。第１の出力端子５Ａは電圧検出回路４に近いので、リード線１１からなる検出ライン７で電圧検出回路４に接続して短絡を防止できる。電圧検出回路４と反対側にある第２の出力端子５Ｂは、プリント基板６に設けている検出ライン７を介して電圧検出回路４に接続している。ただし、第１の出力端子もプリント基板に設けている検出ラインを介して電圧検出回路に接続することができる。

電池モジュール１の出力端子５を電圧検出回路４に接続するために、検出ライン７を設けているプリント基板６を配置している。プリント基板６は、同一平面に配置している電池モジュール１に接近し、かつ、電池モジュール１を配置している平面と平行な平面に位置するように配置される。図の電源装置は、複数の電池モジュール１を水平面に配列しているので、プリント基板６も水平に配置している。さらに、図１ないし図４の電源装置は、電池モジュール１の上方にプリント基板６を配置している。ただし、これらの図に示す状態から上下反転して、電池モジュール１の下方にプリント基板６を水平に配置することもできる。さらに、図５に示すように、電池モジュール１の上にプリント基板６を配置している電源装置の下に、電池モジュール１の下にプリント基板６を配置している電源装置を積層することもできる。すなわち、同一面に複数の電池モジュール１を配置してなる走行用バッテリ３を多段に積層して、電池モジュール１の個数を多くすることもできる。

プリント基板６は、電池モジュール１を収納している電池ケース２に固定されて、定位置に固定される。図２ないし図４は、電池ケースを図示しないが、電池モジュール１とプリント基板６との間に電池ケースがあり、この電池ケースにプリント基板６を固定している。プリント基板６を固定している電池ケースは、さらに外ケース（図示せず）に収納して、車両に搭載される。

プリント基板６は、図６に示すように、検出ライン７に電流制限抵抗８を接続している。この電流制限抵抗８は、プリント基板６に半田付けして固定されている。電池モジュール１の出力端子５は、電流制限抵抗８を実装するプリント基板６の検出ライン７を介して電圧検出回路４に接続される。プリント基板６に設けている検出ライン７は、電流制限抵抗８と、この電流制限抵抗８に接続している導電部９で構成される。さらに、プリント基板６の検出ライン７を電圧検出回路４に接続するために、図２のプリント基板６はコネクタ１０を固定している。コネクタ１０は平行多芯ケーブル１２を介して検出ライン７を電圧検出回路４に接続する。

プリント基板６は、電池モジュール１の第２の出力端子５Ｂ側から電圧検出回路４側に至る長さを有する。図１のプリント基板６は、電池モジュール１と平行な方向に細長い形状としている。このプリント基板６は、隣接する電池モジュール１の間に配設されて、電池モジュール１の出力端子５に接続される検出ライン７を設けている。図１、図３及び図４にて確認できるように、ひとつの電気ケース２に収納される６つの電池モジュール１においては、隣接する電池モジュール１間であって、ひとつおきに、プリント基板６の細長い形状が位置している。また、これらの電池モジュール１の第２の出力端子５Ｂは、前述のように、隣接する電池モジュール１の第２の出力端子５Ｂ同士をバスバー２３で電気的に直列に接続しているので、１列のプリント基板６に１回路の検出ライン７を設けている。図３においては、バスバー２３の真上に位置するプリント基板６に第２の出力端子５Ｂからの出力を導出している。なお、図４において、右端に位置する電池モジュール１の第２の出力端子５Ｂは、隣接する電池モジュール１の第２の出力端子５Ｂと接続していない。このため、右端の電池モジュール１の左上のプリント基板６に検出ライン７を設けて、このプリント基板６に第２の出力端子５Ｂからの出力を導出している。さらに、図４において、バスバー２３で直列に接続される電池モジュール１については、バスバー２３の右上に位置するプリント基板６に第２の出力端子５Ｂからの出力を導出している。

プリント基板６の一端、すなわち電圧検出回路４に接近する側にはコネクタ１０を設けて、検出ライン７をコネクタ１０と平行多芯ケーブル１２で電圧検出回路４に接続している。プリント基板６の他端、すなわち電圧検出回路４と反対側の端部は、図２ないし図４に示すように、リード線１３を介して検出ライン７を電池モジュール１の出力端子５に接続している。

図６のプリント基板６は、電池モジュール１によって接続する電流制限抵抗８の個数を調整して、電流制限抵抗８のトータルの最大消費電力（Ｗ数）を変化させている。高電位の電池モジュール１に接続している検出ライン７に接続する電流制限抵抗８の個数は、低電位の電池モジュール１に接続している検出ライン７に接続している電流制限抵抗８の個数よりも多くしている。図６のプリント基板６は、同じＷ数の電流制限抵抗８を直列に接続してトータルのＷ数を調整している。すなわち、多くの電流制限抵抗８を直列に接続してＷ数を大きくし、直列接続する電流制限抵抗８の個数を少なくしてＷ数を小さくしている。高電位の電池モジュール１が短絡して流れるショート電流が、低電位の電池モジュール１の短絡電流よりも大きくなるからである。図６において、両端に接続している電池モジュール１の出力端子が互いに短絡すると大きなショート電流が流れるので、走行用バッテリ３のプラス側とマイナス側に接続している電池モジュール１の出力端子５に接続している電流制限抵抗８の個数を多くしてＷ数を大きくしている。図のプリント基板６は、走行用バッテリ３のプラス側とマイナス側に接続している電池モジュール１（図６における上端、下端の電池モジュール１）には、１．８ｋΩ・１／２Ｗ（抵抗容量）の電流制限抵抗８を４個と、２ｋΩ・１／２Ｗの電流制限抵抗８を４個、合計で１／２Ｗの電流制限抵抗８を８個直列に接続して、１５．２ｋΩ・４Ｗの電流制限抵抗８としている（図６において、設置される電流制限抵抗８を説明するために、対応するプリント基板６上に、抵抗値、抵抗容量を記載する。例えば、上述の上端、下端では、１．８ｋΩ−１／２Ｗ×４、２．０ｋΩ−１／２Ｗ×４として記載される）。走行用バッテリ３の中間基準点１４は、第１の出力端子５Ａに接続される。そして、図６に示すように、中間基準点１４付近の電池モジュール１の第２の出力端子５Ｂは、７．５ｋΩ・１／２Ｗの電流制限抵抗８を２個直列に接続して、１５ｋΩ・１Ｗの電流制限抵抗８としている。以上のように、高電位の電池モジュール１に接続している検出ライン７の電流制限抵抗８の最大消費電力（Ｗ数）を大きくする電源装置は、短絡電流で消費される電力を安全に電流制限抵抗８に消費できる。すなわち、ショート電流によるジュール熱で電流制限抵抗８が焼損するのを有効に防止できる。また、同じＷ数の電気抵抗をプリント基板６に固定するので、大きなスペースを設けることなく、トータルでＷ数の大きい電流制限抵抗８をプリント基板６に固定できる。また、多数の電流制限抵抗８を直列に接続して、電気抵抗を大きくして、ショート電流を小さくすることもできる。

図６の走行用バッテリ３は、図７に示す電圧検出回路４で電池モジュール１の電圧が検出される。この電圧検出回路４は、中間基準点１４を基準として、中間基準点１４に対するプラス側とマイナス側に直列に接続している電池モジュール１の接続点の電圧を検出して、各々の電池モジュール１の電圧を検出する。

図７の電圧検出回路４は、複数の電池モジュール１の電圧を時分割に切り換えて検出するためのマルチプレクサ１５を入力側に接続し、マルチプレクサ１５の出力を電圧検出部１６に接続している。マルチプレクサ１５は、電圧検出回路４の入力側に接続されて、電池モジュール１の接続点を切り換えて、接続点の電圧を電圧検出部１６に入力する。

電圧検出部１６は、中間基準点１４に対する電池モジュール１の接続点の電圧を検出して、各々の電池モジュール１の電圧を検出する。中間基準点１４は、直列に接続された複数の電池モジュール１の中間点であり、中間基準点１４のプラス側とマイナス側には、略等しい個数の電池モジュール１を接続している。図７の電圧検出部１６は、差動増幅器である。差動増幅器は、一方の入力端子を中間基準点に、他方の入力端子をマルチプレクサ１５を介して電池モジュール１の接続点に接続して、中間基準点１４に対する接続点の電圧を検出する。ただし、電圧検出部は、必ずしも差動増幅器とする必要はない。中間基準点をアンプのマイナス側に接続し、マルチプレクサを介して電池モジュールの接続点をアンプのプラス側に接続して、中間基準点に対する接続点の電圧を検出することもできるからである。

電池モジュール１の電圧は、電池モジュール１の両端を接続している接続点の電圧差として検出される。たとえば、図７において電池モジュールＭ1の電圧Ｅ1は、Ｖ1−Ｖ0として検出され、電池モジュールＭ2の電圧Ｅ2は、Ｖ2−Ｖ1で検出される。接続点の電圧差から各々の電池モジュール１の電圧を検出する演算は、制御回路１７で処理できる。図の電圧検出回路４は、マルチプレクサ１５の出力側に電圧検出部１６を接続し、電圧検出部１６の出力側にＡ／Ｄコンバータ１８を接続している。この電圧検出回路４は、マルチプレクサ１５で切り換えて電圧検出部１６で接続点の電圧を順番に検出し、電圧検出部１６の出力をＡ／Ｄコンバータ１８でデジタル信号に変換して制御回路１７に入力する。制御回路１７は、入力されるデジタル信号の電圧信号を演算して、電池モジュール１の電圧を検出する。

以下に説明するように、短絡が発生すると、短絡電流により電池が破損もしくは発熱する危惧があるが、本実施例においては、プリント基板６において検出ライン７には電流制限抵抗８を設けているので、このような短絡による破損を防止している。
［ケース１］
図２において、右端に位置する平行多芯ケーブル１２の右端が外れて、高電位側の電池モジュール１の第１の出力端子５Ａに接触した場合、電流制限抵抗８により、モジュール電圧による短絡電流は防止される。
［ケース２］
図２において、右端に位置する平行多芯ケーブル１２の右端が外れて、平行多芯ケーブル１２内で相互接触が発生した場合、同様に電流制限抵抗８により、モジュール電圧による短絡電流は防止される。
以上のケース以外でも、電流制限抵抗８を介して接続されるため、短絡電流を制御することができる。例えば、車の衝突等により電池ケース２、電池モジュール１等が変形したり、電池ケース２内に異物が入る等して、電池モジュール１の短絡状態になる恐れはあるが、電流制限抵抗８を介して接続されるため、短絡電流を抑制することが防止できる。さらには、電流制限抵抗８を介して接続されることで、リード線１３、平行多芯ケーブル１２が外れたときに、不所望な高電圧が印可され電圧検出回路４が破損することも防止できる。

本実施例においては、本出願人が別途出願した特願２００４−１１５７０７に開示したように、以下のようにして、電圧検出点での電圧を検出して、正常値、誤検出又は異常検出とを検出している。
また、本実施例においては、上述のように、異常電圧が電流制限抵抗８を介して電圧検出回路４に印加される場合は、電流制限抵抗８が過電流を押さえ、電流制限抵抗８により低下した電位が電圧検出回路４に印加されることになる。そして、このような低下した電位を、電圧検出点での電圧として、以下のように検出、判定することになる。

制御回路１７は、電圧検出回路４で検出される電池モジュールの電圧であって、電池モジュールの最低電圧と最高電圧との基準では、電池モジュール（５セルのＮｉ−ＭＨ電池を直列接続したもの）の最低電圧を、例えば、１Ｖ、最高電圧を１０Ｖとしている。検出電圧からの電池モジュールの電圧が、この正常範囲にあると正常検出電圧と判定され、この範囲外であれば、誤検出又は異常検出と判定することができる。特に、電池モジュールの電圧が最低電圧未満で誤検出と判定する場合は、検出線の断線不良、検出線等の検出回路での接触不良により発生することが多い。単に断線するだけとか、リード線等が外れるような場合でも、他に接触しないのであれば、ここでの検出電圧は０Ｖとなるので、最低電圧未満として誤検出と判定される。

このような基準にて、誤検出と判定された場合は、誤検出電圧を検出する接続点のプラス側とマイナス側に隣接する接続点から検出される相対電圧を等分に分割してリカバリー電圧を演算し、このリカバリー電圧を誤検出電圧に代わって接続点の相対電圧として、電池モジュール電圧を演算していることになる。

検出電圧が、最高電圧よりも大きい場合の異常検出時においては、短絡等の異常として判断して、電池からの出力を停止する等の異常措置が取られる。

また、このような基準においては、誤検出と判定されないような電池モジュール電圧、接続点の相対電圧について、以下の場合において、誤検出と判定し、電池モジュール電圧又は相対電圧を補正（リカバリー）する。このような誤検出は、例えば、検出線において接触不良が僅かに発生しているような場合に起ることが多い。

検出される電池モジュールの電圧は、たとえば電圧検出点の接触不良等が原因で、プラス又はマイナス側にずれることがある。電圧検出点の検出電圧がずれると、互いに直列に接続している一方の電池モジュールの電圧が高くなり、他方の電池モジュールの電圧は低くなり、または反対になる。この状態になると電池モジュールの正確な電圧は検出されなくなる。したがって、電圧検出点の電圧がずれていると判定される場合、電圧検出点に接続している電池モジュールの電圧を互いに等しいと仮定して各々の電池モジュールの電圧を演算する。電圧検出点の両側に接続している２組の電池モジュールの和電圧を１／２として、各々の電池モジュールの電圧とする。

電圧検出点の検出電圧がずれたかどうかの誤検出は、以下のようにして判別する。
電圧検出点の両側に接続している電池モジュール、いいかえると互いに隣り合うように直列に接続しているふたつの電池モジュールの電圧をＶi、Ｖi+1とし、正常な電池モジュールの電圧から演算する電池モジュールの平均電圧をＭＭＶとする。この状態で、各々の電池モジュールの平均電圧からのずれである電池モジュール電圧偏差ｄｉｆ １と、ｄｉｆ ２を以下の式で算出する。
ｄｉｆ １＝Ｖi−ＭＭＶ
ｄｉｆ ２＝Ｖi+1−ＭＭＶ

算出された電池モジュール電圧偏差ｄｉｆ １とｄｉｆ ２の何れかの絶対値が、設定電圧１（たとえば４００ｍＶ）よりも大きいことを判定する。ここで、上述の電池モジュールの最低電圧と最高電圧との基準では、設定電圧１よりも大きな値で判定しているので、該基準では誤検出と判定されない電池モジュールが、設定電圧１にて検出されることになる。次に、ｄｉｆ １とｄｉｆ ２の和の絶対値が設定電圧２（たとえば７０ｍＶ）よりも小さいことを判定する。つまり、隣接する電池モジュール電圧（Ｖi）、（Ｖi+1）の合計と、ＭＭＶの２倍値とを比較して、その差が設定電圧２より小さいことを判定しており、相対電圧のずれが隣接する両電池モジュールで発生していることを検出していることになる。そして、上記の２つの判定を満たすとき、電圧検出点の検出電圧にずれが発生していると判定して、電圧検出点の相対電圧が誤検出であるとして、各々の電池モジュールの電圧を等しいとしたり、誤検出の相対電圧を隣接する相対電圧の加算平均とする。すなわち、以下に示す２式にて、相対電圧又は電池モジュール電圧を補正（リカバリー）する。
ＶRn＝（Ｖn-1＋Ｖn+1）／２
Ｅn＝（Ｖn-1−Ｖn+1）／２
ここにおいても、誤検出電圧を検出する接続点のプラス側とマイナス側に隣接する接続点から検出される相対電圧を等分に分割してリカバリー電圧を演算し、このリカバリー電圧を誤検出電圧に代わって接続点の相対電圧として、電池モジュール電圧を演算していることになる。

図６の概略図は、出力端子５を電圧検出回路４に接続する回路構成を示す。検出ライン７は、一端を電池モジュール１の出力端子５に、他端を電圧検出回路４の入力側に接続して、電池モジュール１の電圧を電圧検出回路４に入力する。電池モジュール１の第１の出力端子５Ａを電圧検出回路４に接続する検出ライン７は、電流制限抵抗８を介することなくリード線１１で電圧検出回路４に接続している。電池モジュール１の第２の出力端子５Ｂを電圧検出回路４に接続する検出ライン７は、リード線１３を介してプリント基板６に接続し、このプリント基板６に設けられた電流制限抵抗８と導電部９とコネクタ１０を介して平行多芯ケーブル１２で電圧検出回路４に接続している。

プリント基板６は、電池モジュール１に接近して配置されるので、これに電池モジュール１の温度を検出する温度センサー１９を設けることができる。いいかえると、温度センサー１９を設けているプリント基板６に、電池モジュール１の検出ライン７を設けることができる。温度センサー１９は、サーミスタである。ただし、サーミスタ以外の温度センサー、たとえばＰＴＣやバリスタ等、電気的に電池温度を検出できる全ての素子を使用できる。温度センサー１９は、リード線２０を介してプリント基板６に接続され、電池ケースを貫通して、感温部を直接に、電池モジュールの表面に、あるいは隣接する電池モジュール１の間に、熱結合部材２１を介して電池モジュール１に熱結合する状態で配置できる。温度センサー１９は、プリント基板６に設けている導電部９とコネクタ１０を介して平行多芯ケーブル１２で電圧検出回路４に接続される。電圧検出回路４は、温度センサー１９から入力される信号を制御回路１７に出力する。制御回路１７は、温度センサー１９から入力される信号で電池モジュール１の温度を検出し、電池モジュール１の温度が設定温度よりも高くなると、電池モジュール１の充放電電流を制限し、あるいは遮断して電池温度がさらに上昇するのを防止する。

さらに、電池モジュール１の検出ライン７を設けているプリント基板６は、電池モジュール１を加温するヒーター抵抗器２２を固定することができる。いいかえると、ヒーター抵抗器２２を設けているプリント基板６に検出ライン７を設けることができる。ヒーター抵抗器２２は、電池モジュール１の温度が設定温度よりも低いときに、通電されて電池モジュール１を所定の加温する。ヒーター抵抗器２２は、外気温度が非常に低い環境において、車両をスタートさせるときに使用される。電池モジュール１は、低温で電気特性が低下する。ヒーター抵抗器２２は低温の電池モジュール１を加温して、正常に動作できる状態とする。

本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の内部構造を示す平面図。 図１に示す車両用の電源装置の縦断面図である。 図１に示す車両用の電源装置の左側に位置する走行用バッテリの横断面図である。 図１に示す車両用の電源装置の右側に位置する走行用バッテリの横断面図である。 本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置の横断面図である。 電池モジュールの出力端子を電圧検出回路に接続する回路構成を示す概略図である。 電圧検出回路の一例を示す回路図である。

符号の説明

１…電池モジュール
２…電池ケース
３…走行用バッテリ
４…電圧検出回路
５…出力端子 ５Ａ…第１の出力端子
５Ｂ…第２の出力端子
６…プリント基板
７…検出ライン
８…電流制限抵抗
９…導電部
１０…コネクタ
１１…リード線
１２…平行多芯ケーブル
１３…リード線
１４…中間基準点
１５…マルチプレクサ
１６…電圧検出部
１７…制御回路
１８…Ａ／Ｄコンバータ
１９…温度センサー
２０…リード線
２１…熱結合部材
２２…ヒーター抵抗器
２３…バスバー

Claims (4)

1. 複数の電池を直列接続して直線状に連結している電池モジュール(1)を平行に配置して、各々の電池モジュール(1)の出力端子(5)に電圧を検出する検出ライン(7)を連結して、各々の検出ライン(7)を電圧検出回路(4)に接続している車両用の電源装置であって、
   複数の電池モジュール(1)を同一平面に平行に並べて電池ケース(2)に収納すると共に、同一平面に配置している電池モジュール(1)に接近して、電池モジュール(1)を配置している平面と平行な平面に位置して、検出ライン(7)を設けているプリント基板(6)を配置して電池ケース(2)に装着固定すると共に、検出ライン(7)には電流制限抵抗(8)を設けると共に、この電流制限抵抗(8)をプリント基板(6)に半田付けして固定しており、
   電流制限抵抗(8)を実装するプリント基板(6)の検出ライン(7)を介して、電池モジュール(1)の出力端子(5)を電圧検出回路(4)に接続し、
   更に、プリント基板(6)に、電池モジュール(1)の温度を検出する温度センサー(19)を固定し、該温度センサー(19)を電池ケース(2)に貫通させて配置している車両用の電源装置。
2. 検出ライン(7)を設けているプリント基板(6)に、電池モジュール(1)を加温するヒーター抵抗器(22)を固定している請求項１に記載される車両用の電源装置。
3. 高電位の電池モジュール(1)に接続している検出ライン(7)に接続する電流制限抵抗(8)の個数を、低電位の電池モジュール(1)に接続している検出ライン(7)に接続している電流制限抵抗(8)の個数よりも多くしている請求項１に記載される車両用の電源装置。
4. 電圧検出回路(4)の両側に水平で平行な姿勢で複数の電池モジュール(1)を配置しており、電池モジュール(1)は一方の出力端子(5)である第１の出力端子(5A)を電圧検出回路(4)側に、他方の出力端子(5)である第２の出力端子(5B)を電圧検出回路(4)と離れた位置に配置しており、電池モジュール(1)の上方に、検出ライン(7)を設けているプリント基板(6)を配置しており、電池モジュール(1)は、第１の出力端子(5A)をリード線(11)を介して電圧検出回路(4)に接続して、第２の出力端子(5B)をプリント基板(6)を介して電圧検出回路(4)に接続しており、電圧検出回路(4)が各々の電池モジュール(1)の電圧を検出する請求項１に記載される車両用の電源装置。

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