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JP7735946B2 - Battery unit connection switching device and battery charging system - Google Patents
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JP7735946B2 - Battery unit connection switching device and battery charging system - Google Patents

Battery unit connection switching device and battery charging system

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JP7735946B2 JP2022105201A JP2022105201A JP7735946B2 JP 7735946 B2 JP7735946 B2 JP 7735946B2 JP 2022105201 A JP2022105201 A JP 2022105201A JP 2022105201 A JP2022105201 A JP 2022105201A JP 7735946 B2 JP7735946 B2 JP 7735946B2
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Description

本開示は、電池ユニットの接続切替装置及び電池充電システムに関する。 This disclosure relates to a battery unit connection switching device and a battery charging system.

電気自動車(EV)の駆動トルク向上及びバッテリの充電時間短縮のため、EVのモータ駆動用バッテリの高電圧化が進んでいる。例えば、容量60kWhのバッテリの充電時間は、400V及び400Aでの充電では20分であるのに対して、800V及び400Aでの充電では10分である。しかし、既存の充電ステーション等の充電インフラには、800Vの高電圧充電に対応していないものも多い。 In order to improve the driving torque of electric vehicles (EVs) and shorten battery charging times, the voltage of EV motor drive batteries is becoming higher. For example, the charging time for a 60 kWh battery is 20 minutes when charged at 400 V and 400 A, but 10 minutes when charged at 800 V and 400 A. However, much of the existing charging infrastructure, such as charging stations, is not compatible with 800 V high-voltage charging.

特許文献1及び2には、400V級の2つの蓄電モジュールの接続状態を直列及び並列に切替可能とする充電装置が開示されている。例えば、特許文献1に開示された充電装置は、1つの直列化リレーRY2と、2つの並列化リレーRY1,RY3とを含む。直列化リレーRY2をオンし、並列化リレーRY1,RY3をオフすることで蓄電モジュールが直列接続され、直列化リレーRY2をオフし、並列化リレーRY1,RY3をオンすることで蓄電モジュールが並列接続される。800V級の充電インフラで蓄電モジュールを充電する場合には蓄電モジュールを直列接続し、400V級の充電インフラで蓄電モジュールを充電する場合には蓄電モジュールを並列接続する。これにより、400V級及び800V級の両方の充電インフラに対応可能である。負荷駆動時に蓄電モジュールを直列接続することで、800V級で負荷を駆動することができる。 Patent Documents 1 and 2 disclose a charging device that can switch the connection state of two 400V-class energy storage modules between series and parallel. For example, the charging device disclosed in Patent Document 1 includes one serialization relay RY2 and two parallelization relays RY1 and RY3. The energy storage modules are connected in series by turning on the serialization relay RY2 and turning off the parallelization relays RY1 and RY3, and the energy storage modules are connected in parallel by turning off the serialization relay RY2 and turning on the parallelization relays RY1 and RY3. When charging the energy storage modules with 800V-class charging infrastructure, the energy storage modules are connected in series, and when charging the energy storage modules with 400V-class charging infrastructure, the energy storage modules are connected in parallel. This makes it possible to use both 400V-class and 800V-class charging infrastructure. By connecting the energy storage modules in series when driving a load, it is possible to drive the load at 800V.

国際公開第2019/082776号International Publication No. 2019/082776 米国特許公開公報第2019/160953号明細書US Patent Publication No. 2019/160953

しかしながら、蓄電モジュールの充電中に誤動作によってリレーが切り替わると、蓄電モジュールの接続状態が変化し、充電インフラに損傷を与えることが考えられる。 However, if the relay malfunctions and switches while the storage module is charging, the connection status of the storage module may change, potentially causing damage to the charging infrastructure.

本開示の一態様に係る電池ユニットの接続切替装置は、第1リレー、第2リレー、及び第3リレーを含み、前記第1リレー及び前記第2リレーがオン状態であり、且つ、前記第3リレーがオフ状態である場合に第1電池ユニット及び第2電池ユニットを並列接続し、前記第1リレー及び前記第2リレーがオフ状態であり、且つ、前記第3リレーがオン状態である場合に第1電池ユニット及び第2電池ユニットを直列接続する接続切替部と、前記第1リレー及び前記第2リレーのそれぞれに直列接続された第1ヒューズ及び第2ヒューズと、前記第3リレーに直列接続され、前記第3リレーに流れる電流を遮断可能な遮断部と、前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズの少なくとも1つの溶断を検知する検知部と、を備え、前記遮断部は、前記検知部が前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズの少なくとも1つの溶断を検知した場合に、前記第3リレーに流れる電流を遮断する。 A battery unit connection switching device according to one aspect of the present disclosure includes a connection switching unit that includes a first relay, a second relay, and a third relay, and that connects the first battery unit and the second battery unit in parallel when the first relay and the second relay are in an on state and the third relay is in an off state, and that connects the first battery unit and the second battery unit in series when the first relay and the second relay are in an off state and the third relay is in an on state; a first fuse and a second fuse connected in series to the first relay and the second relay, respectively; a cutoff unit connected in series to the third relay and capable of cutting off current flowing through the third relay; and a detection unit that detects blowing of at least one of the first fuse and the second fuse, and the cutoff unit cuts off current flowing through the third relay when the detection unit detects blowing of at least one of the first fuse and the second fuse.

本開示は、上記のような特徴的な構成を備える電池ユニットの接続切替装置として実現することができるだけでなく、電池ユニットの接続切替装置における特徴的な処理をステップとする電池ユニットの接続切替方法として実現することができる。本開示は、コンピュータを電池ユニットの接続切替装置として機能させるコンピュータプログラムとして実現したり、電池ユニットの接続切替装置の一部又は全部を半導体集積回路として実現したり、電池ユニットの接続切替装置を含む電池充電システムとして実現したりすることができる。 The present disclosure can be realized not only as a battery unit connection switching device having the above-described characteristic configuration, but also as a battery unit connection switching method in which the characteristic processing steps of the battery unit connection switching device are performed. The present disclosure can be realized as a computer program that causes a computer to function as a battery unit connection switching device, as a semiconductor integrated circuit in part or in whole, or as a battery charging system that includes a battery unit connection switching device.

本開示によれば、リレーの誤動作によって電池ユニットの接続状態が変化しても、充電インフラを保護することができる。 This disclosure makes it possible to protect the charging infrastructure even if the connection state of the battery unit changes due to a relay malfunction.

図1は、第1実施形態に係る車両充電システムの全体構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a vehicle charging system according to the first embodiment. 図2は、第1実施形態に係る電池充電システムの構成の一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the battery charging system according to the first embodiment. 図3は、第1実施形態に係る接続切替装置の構成の一例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the connection switching device according to the first embodiment. 図4は、比較例の接続切替装置における過電流の発生を説明するための回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram for explaining the occurrence of an overcurrent in a connection switching device of a comparative example. 図5は、比較例の接続切替装置において過電流保護用のヒューズが溶断した場合の電流の流れを説明するための回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram for explaining the current flow when the fuse for overcurrent protection is blown in the connection switching device of the comparative example. 図6は、第1実施形態に係る接続切替装置の第3リレーが誤動作した場合の動作を説明するための回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram for explaining the operation of the connection switching device according to the first embodiment when the third relay malfunctions. 図7は、第2実施形態に係る接続切替装置の構成の一例を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a connection switching device according to the second embodiment. 図8は、第3実施形態に係る接続切替装置の構成の一例を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a connection switching device according to the third embodiment. 図9は、第4実施形態に係る接続切替装置の構成の一例を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a connection switching device according to the fourth embodiment. 図10は、第5実施形態に係る接続切替装置の構成の一例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a connection switching device according to the fifth embodiment. 図11は、第5実施形態に係る制御回路のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of a control circuit according to the fifth embodiment. 図12は、第5実施形態に係る制御回路による制御処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing an example of a control process performed by the control circuit according to the fifth embodiment.

<本開示の実施形態の概要>
以下、本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
Overview of the embodiments of the present disclosure
The following provides an outline of embodiments of the present disclosure.

(1) 本実施形態に係る電池ユニットの接続切替装置は、第1リレー、第2リレー、及び第3リレーを含み、前記第1リレー及び前記第2リレーがオン状態であり、且つ、前記第3リレーがオフ状態である場合に第1電池ユニット及び第2電池ユニットを並列接続し、前記第1リレー及び前記第2リレーがオフ状態であり、且つ、前記第3リレーがオン状態である場合に第1電池ユニット及び第2電池ユニットを直列接続する接続切替部と、前記第1リレー及び前記第2リレーのそれぞれに直列接続された第1ヒューズ及び第2ヒューズと、前記第3リレーに直列接続され、前記第3リレーに流れる電流を遮断可能な遮断部と、前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズの少なくとも1つの溶断を検知する検知部と、を備え、前記遮断部は、前記検知部が前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズの少なくとも1つの溶断を検知した場合に、前記第3リレーに流れる電流を遮断する。これにより、第1電池ユニット及び第2電池ユニットの並列接続時に第1電池ユニット及び第2電池ユニットが充電されている間に第3リレーが誤動作によりオン状態となると、第1ヒューズ及び第2ヒューズに過電流が流れ、第1ヒューズ及び第2ヒューズの少なくとも1つが溶断する。第1ヒューズ及び第2ヒューズの少なくとも1つが溶断すると、遮断部によって第3リレーに流れる電流を遮断されるため、充電インフラを過電流から保護することができる。 (1) The battery unit connection switching device of this embodiment includes a first relay, a second relay, and a third relay, and is equipped with a connection switching unit that connects the first battery unit and the second battery unit in parallel when the first relay and the second relay are in an on state and the third relay is in an off state, and connects the first battery unit and the second battery unit in series when the first relay and the second relay are in an off state and the third relay is in an on state; a first fuse and a second fuse connected in series to the first relay and the second relay, respectively; a cutoff unit connected in series to the third relay and capable of cutting off the current flowing through the third relay; and a detection unit that detects the blowing of at least one of the first fuse and the second fuse, and the cutoff unit cuts off the current flowing through the third relay when the detection unit detects the blowing of at least one of the first fuse and the second fuse. As a result, if the third relay malfunctions and turns on while the first battery unit and the second battery unit are being charged when the first battery unit and the second battery unit are connected in parallel, an overcurrent will flow through the first fuse and the second fuse, causing at least one of the first fuse and the second fuse to blow. When at least one of the first fuse and the second fuse blows, the current flowing through the third relay is interrupted by the circuit breaker, thereby protecting the charging infrastructure from overcurrent.

(2) 上記(1)において、前記遮断部は、パイロヒューズであってもよい。第1ヒューズ及び第2ヒューズの少なくとも1つが溶断した場合にパイロヒューズが起爆し、第3リレーに流れる電流を遮断することができる。 (2) In the above (1), the interrupter may be a pyro-fuse. When at least one of the first fuse and the second fuse is blown, the pyro-fuse detonates, thereby interrupting the current flowing through the third relay.

(3) 上記(1)において、前記遮断部は、半導体リレーであってもよい。これにより、第1ヒューズ及び第2ヒューズの少なくとも1つが溶断した場合に半導体リレーがオフ状態となり、第3リレーに流れる電流を遮断することができる。 (3) In the above (1), the interrupter may be a semiconductor relay. As a result, when at least one of the first fuse and the second fuse is blown, the semiconductor relay is turned off, thereby interrupting the current flowing through the third relay.

(4) 上記(3)において、前記半導体リレーは、ボディダイオードを含み、前記ボディダイオードが前記第1電池ユニット及び前記第2電池ユニットの少なくとも1つから放電される第1方向の電流を流さず、前記第1方向とは反対の第2方向の電流を流す向きに、前記半導体リレーは前記第3リレーに直列接続されしてもよい。これにより、半導体リレーがオフ状態となった場合に、ボディダイオードを通じて第3リレーに電流が流れることを阻止することができる。 (4) In the above (3), the semiconductor relay may include a body diode, and the semiconductor relay may be connected in series with the third relay so that the body diode does not pass a first direction current discharged from at least one of the first battery unit and the second battery unit, but passes a second direction current opposite to the first direction. This prevents current from flowing to the third relay through the body diode when the semiconductor relay is turned off.

(5) 上記(1)において、前記遮断部は、第1半導体リレー及び第2半導体リレーの直列接続回路であり、前記第1半導体リレーは、第1ボディダイオードを含み、前記第2半導体リレーは、前記第1ボディダイオードとは反対向きの第2ボディダイオードを含んでもよい。これにより、第1半導体リレー及び第2半導体リレーがオフ状態となった場合に、第1ボディダイオード及び第2ボディダイオードのいずれかを通じて第3リレーに電流が流れることを阻止することができる。 (5) In the above (1), the interrupter may be a series-connected circuit of a first semiconductor relay and a second semiconductor relay, the first semiconductor relay including a first body diode, and the second semiconductor relay including a second body diode oriented opposite to the first body diode. This makes it possible to prevent current from flowing to the third relay through either the first body diode or the second body diode when the first semiconductor relay and the second semiconductor relay are turned off.

(6) 上記(1)から(5)のいずれか1つにおいて、前記検知部は、前記第1ヒューズ又は前記第2ヒューズと並列接続されたフォトカプラを含み、前記フォトカプラの出力端子が、前記遮断部に接続され、前記遮断部は、前記フォトカプラから出力信号を受信した場合に、前記第3リレーに流れる電流を遮断してもよい。これにより、フォトカプラによって第1ヒューズ又は第2ヒューズの溶断を迅速に検知し、第3リレーに流れる電流を遮断することができる。 (6) In any one of (1) to (5) above, the detection unit may include a photocoupler connected in parallel with the first fuse or the second fuse, an output terminal of the photocoupler connected to the cutoff unit, and the cutoff unit may cut off the current flowing through the third relay when it receives an output signal from the photocoupler. This allows the photocoupler to quickly detect the blowout of the first fuse or the second fuse and cut off the current flowing through the third relay.

(7) 上記(1)から(5)のいずれか1つにおいて、前記検知部は、前記第1電池ユニット又は前記第2電池ユニットを流れる電流を検知する電流センサと、前記電流センサの検知結果に基づいて、前記遮断部を制御するための制御信号を出力する制御部と、を含んでもよい。第1ヒューズ及び第2ヒューズが溶断すると、第1電池ユニット及び第2電池ユニットに電流が流れる。したがって、電流センサによって、第1ヒューズ又は第2ヒューズの溶断を検知することができる。 (7) In any one of (1) to (5) above, the detection unit may include a current sensor that detects the current flowing through the first battery unit or the second battery unit, and a control unit that outputs a control signal for controlling the cutoff unit based on the detection result of the current sensor. When the first fuse and the second fuse melt, current flows through the first battery unit and the second battery unit. Therefore, the current sensor can detect the melting of the first fuse or the second fuse.

(8) 本実施形態に係る電池充電システムは、第1電池ユニットと、第2電池ユニットと、前記第1電池ユニット及び前記第2電池ユニットの間の接続を切り替える接続切替装置と、を備え、前記接続切替装置は、第1リレー、第2リレー、及び第3リレーを含み、前記第1リレー及び前記第2リレーがオン状態であり、且つ、前記第3リレーがオフ状態である場合に前記第1電池ユニット及び前記第2電池ユニットを並列接続し、前記第1リレー及び前記第2リレーがオフ状態であり、且つ、前記第3リレーがオン状態である場合に第1電池ユニット及び第2電池ユニットを直列接続する接続切替部と、前記第1リレー及び前記第2リレーのそれぞれに直列接続された第1ヒューズ及び第2ヒューズと、前記第3リレーに直列接続され、前記第3リレーに流れる電流を遮断可能な遮断部と、前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズの少なくとも1つの溶断を検知する検知部と、を含み、前記遮断部は、前記検知部が前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズの少なくとも1つの溶断を検知した場合に、前記第3リレーに流れる電流を遮断する。これにより、第1電池ユニット及び第2電池ユニットの並列接続時に第1電池ユニット及び第2電池ユニットが充電されている間に第3リレーが誤動作によりオン状態となると、第1ヒューズ及び第2ヒューズに過電流が流れ、第1ヒューズ及び第2ヒューズの少なくとも1つが溶断する。第1ヒューズ及び第2ヒューズの少なくとも1つが溶断すると、遮断部によって第3リレーに流れる電流を遮断されるため、充電インフラを過電流から保護することができる。 (8) The battery charging system of this embodiment includes a first battery unit, a second battery unit, and a connection switching device that switches the connection between the first battery unit and the second battery unit, the connection switching device including a first relay, a second relay, and a third relay, and a connection switching unit that connects the first battery unit and the second battery unit in parallel when the first relay and the second relay are in an on state and the third relay is in an off state, and connects the first battery unit and the second battery unit in series when the first relay and the second relay are in an off state and the third relay is in an on state, a first fuse and a second fuse connected in series to the first relay and the second relay, respectively, a cutoff unit connected in series to the third relay and capable of cutting off the current flowing through the third relay, and a detection unit that detects the blowing of at least one of the first fuse and the second fuse, and the cutoff unit cuts off the current flowing through the third relay when the detection unit detects the blowing of at least one of the first fuse and the second fuse. As a result, if the third relay malfunctions and turns on while the first battery unit and the second battery unit are being charged when the first battery unit and the second battery unit are connected in parallel, an overcurrent will flow through the first fuse and the second fuse, causing at least one of the first fuse and the second fuse to blow. When at least one of the first fuse and the second fuse blows, the current flowing through the third relay is interrupted by the circuit breaker, thereby protecting the charging infrastructure from overcurrent.

<本開示の実施形態の詳細>
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の詳細を説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
<Details of the embodiment of the present disclosure>
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. At least some of the following preferred embodiments may be combined in any desired manner.

[1.第1実施形態]
[1-1.車両充電システム]
図1は、第1実施形態に係る車両充電システムの全体構成の一例を示す図である。車両充電システム10は、EV、プラグインハイブリッド車等の電動車20と、充電装置30とを含む。
1. First embodiment
[1-1. Vehicle charging system]
1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a vehicle charging system according to Embodiment 1. The vehicle charging system 10 includes an electric vehicle 20 such as an EV or a plug-in hybrid vehicle, and a charging device 30.

電動車20は、走行用のモータを含む高圧負荷500と、高圧負荷駆動用の第1電池ユニット200A及び第2電池ユニット200Bを充電するための電池充電システム100とを含む。電動車20は、さらに、インレット300と、車載制御装置400とを含む。第1電池ユニット200A及び第2電池ユニット200Bは、400V級の二次電池であり、例えば、リチウムイオンバッテリである。なお、以下において、「第1電池ユニット200A」及び「第2電池ユニット200B」を総称して、「電池ユニット200A,200B」ともいう。 The electric vehicle 20 includes a high-voltage load 500 including a motor for driving the vehicle, and a battery charging system 100 for charging a first battery unit 200A and a second battery unit 200B for driving the high-voltage load. The electric vehicle 20 further includes an inlet 300 and an on-board control device 400. The first battery unit 200A and the second battery unit 200B are 400V-class secondary batteries, such as lithium-ion batteries. Note that, hereinafter, the "first battery unit 200A" and the "second battery unit 200B" are collectively referred to as "battery units 200A, 200B."

充電装置30は、電動車20のDC充電ステーションである。充電装置30は、系統電源(例えば、商用交流電源)から供給される交流電力を、電動車20の電池ユニット200A,200Bを充電するために直流電力に変換する。充電装置30は、コネクタ30aを含む。コネクタ30aは、インレット300に着脱可能である。充電装置30は、コネクタ30aから直流電力を出力することができる。充電装置30は、400Vの直流電力を出力可能な400V用の充電装置であってもよく、800Vの直流電力を出力可能な800V用の充電装置であってもよい。 The charging device 30 is a DC charging station for the electric vehicle 20. The charging device 30 converts AC power supplied from a system power supply (e.g., a commercial AC power supply) into DC power for charging the battery units 200A, 200B of the electric vehicle 20. The charging device 30 includes a connector 30a. The connector 30a is detachable from the inlet 300. The charging device 30 can output DC power from the connector 30a. The charging device 30 may be a 400V charging device capable of outputting 400V DC power, or an 800V charging device capable of outputting 800V DC power.

インレット300は、電池ユニット200A,200B0の充電電力の入力口であり、電池ユニット200A,200Bに電力線によって接続されている。コネクタ30aがインレット300に接続されると、充電装置30は、電動車20の電池ユニット200A,200B0の充電を行う。 Inlet 300 is an input port for charging power to battery units 200A and 200B0, and is connected to battery units 200A and 200B by power lines. When connector 30a is connected to inlet 300, charging device 30 charges battery units 200A and 200B0 of electric vehicle 20.

インレット300は、車載制御装置400と図示しない通信線によって接続されている。コネクタ30aがインレット300に接続されると、車載制御装置400は、特定の通信プロトコルを用いて充電装置30と通信することができる。例えば、車載制御装置400は、CAN(Controller Area Network)による通信が可能である。他の例では、車載制御装置400は、Ethernet(登録商標)による通信が可能である。 The inlet 300 is connected to the on-board control device 400 via a communication line (not shown). When the connector 30a is connected to the inlet 300, the on-board control device 400 can communicate with the charging device 30 using a specific communication protocol. For example, the on-board control device 400 can communicate via CAN (Controller Area Network). In another example, the on-board control device 400 can communicate via Ethernet (registered trademark).

車載制御装置400は、電池充電システム100に通信線によって接続されている。車載制御装置400は、電池充電システム100に制御信号を送信し、電池充電システム100の動作を制御する。 The on-board control device 400 is connected to the battery charging system 100 via a communication line. The on-board control device 400 transmits control signals to the battery charging system 100 and controls the operation of the battery charging system 100.

[1-2.電池充電システム]
図2は、第1実施形態に係る電池充電システムの構成の一例を示す回路図である。
[1-2. Battery charging system]
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the battery charging system according to the first embodiment.

電池充電システム100は、正極側の電力線150Pと負極側の電力線150Nとを含むDCバスを含む。電力線150P,150Nは高圧負荷500に接続されている。電池ユニット200A,200Bから出力される直流電力は、電力線150P,150Nを通じて高圧負荷500に供給される。高圧負荷500には、抵抗成分501と容量成分502とを含む。 The battery charging system 100 includes a DC bus including a positive power line 150P and a negative power line 150N. Power lines 150P and 150N are connected to a high-voltage load 500. DC power output from battery units 200A and 200B is supplied to the high-voltage load 500 via power lines 150P and 150N. The high-voltage load 500 includes a resistive component 501 and a capacitive component 502.

電力線150P,150Nのそれぞれは途中で分岐しており、分岐先がインレット300に接続されている。インレット300から分岐点まで延びる正極側の電力線にはDCリレー151Aが設けられ、負極側の電力線にはDCリレー151Bが設けられている。DCリレー151A,151Bは、インレット300と電池ユニット200A,200Bとの間の接続及び遮断を切り替えるリレーである。DCリレー151A,151Bは、車載制御装置400(図1参照)によって制御され、電池ユニット200A,200Bの充電時にはオンされ、非充電時にはオフされる。 Each of the power lines 150P, 150N branches off midway, and the branch is connected to the inlet 300. A DC relay 151A is provided on the positive power line extending from the inlet 300 to the branch point, and a DC relay 151B is provided on the negative power line. DC relays 151A, 151B are relays that switch between connection and disconnection between the inlet 300 and the battery units 200A, 200B. DC relays 151A, 151B are controlled by the on-board control device 400 (see Figure 1), and are turned on when the battery units 200A, 200B are being charged, and turned off when they are not being charged.

電力線150P,150Nのそれぞれには、メインリレー152A,152Bが設けられている。さらに電力線150Nには、メインリレー152C及び抵抗154の直列回路がメインリレー152Bと並列して設けられている。メインリレー152A,152B,152Cは、電池ユニット200A,200Bと高圧負荷500との間の接続及び遮断を切り替えるリレーである。メインリレー152A,152B,152Cは、車載制御装置400(図1参照)によって制御され、電動車20の運転時にはオンされ、非運転時にはオフされる。 Main relays 152A, 152B are provided on power lines 150P, 150N, respectively. Furthermore, a series circuit of main relay 152C and resistor 154 is provided on power line 150N in parallel with main relay 152B. Main relays 152A, 152B, 152C are relays that switch between connection and disconnection between battery units 200A, 200B and high-voltage load 500. Main relays 152A, 152B, 152C are controlled by on-board control device 400 (see Figure 1), and are turned on when electric vehicle 20 is operating and turned off when not operating.

DCリレー151A,151B及びメインリレー152A,152B,152Cは、例えば、機械式リレーである。ただし、DCリレー151A,151B及びメインリレー152A,152B,152Cの少なくとも1つは、パワーMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)のような半導体リレーであってもよい。 DC relays 151A, 151B and main relays 152A, 152B, 152C are, for example, mechanical relays. However, at least one of DC relays 151A, 151B and main relays 152A, 152B, 152C may be a semiconductor relay such as a power MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor).

電池充電システム100は、電力線150P,150N間の電圧を検出する電圧センサ155を含む。電圧センサ155の検出結果は車載制御装置400に与えられる。車載制御装置400は、電池充電システム100の制御に電圧センサ155の検出結果を用いる。 The battery charging system 100 includes a voltage sensor 155 that detects the voltage between the power lines 150P and 150N. The detection results of the voltage sensor 155 are provided to the on-board control device 400. The on-board control device 400 uses the detection results of the voltage sensor 155 to control the battery charging system 100.

電力線150P,150Nは、接続切替装置110に接続されている。接続切替装置110は、電池ユニット200A,200Bの直列接続及び並列接続を切り替える。 Power lines 150P and 150N are connected to a connection switching device 110. The connection switching device 110 switches between a series connection and a parallel connection of battery units 200A and 200B.

[1-3.接続切替装置]
図3は、第1実施形態に係る接続切替装置の構成の一例を示す回路図である。
[1-3. Connection Switching Device]
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the connection switching device according to the first embodiment.

電力線150Pは、電力線156A及び156Bの接続点157Pに接続されている。電力線156Aには、第1電池ユニット200Aの正極電極び負極電極が接続されている。電力線156Bには、第2電池ユニット200Bの正極電極び負極電極が接続されている。第1電池ユニット200Aの負極側及び第2電池ユニット200Bの負極側では、電力線156A及び156Bは接続点157Nにおいて接続されている。電力線150Nは、接続点157Nに接続されている。 Power line 150P is connected to connection point 157P of power lines 156A and 156B. The positive and negative electrodes of the first battery unit 200A are connected to power line 156A. The positive and negative electrodes of the second battery unit 200B are connected to power line 156B. On the negative side of the first battery unit 200A and the negative side of the second battery unit 200B, power lines 156A and 156B are connected at connection point 157N. Power line 150N is connected to connection point 157N.

第1電池ユニット200Aの負極と接続点157Nとの間には、第1リレー111Aが設けられている。接続点157Pと第2電池ユニット200Bの正極との間には、第2リレー111Bが設けられている。第1リレー111A及び第2リレー111Bは、車載制御装置400によって制御される。 A first relay 111A is provided between the negative electrode of the first battery unit 200A and connection point 157N. A second relay 111B is provided between connection point 157P and the positive electrode of the second battery unit 200B. The first relay 111A and the second relay 111B are controlled by the on-board control device 400.

第1電池ユニット200Aの負極と第1リレー111Aとの間の中間点157Aと、第2リレー111Bと第2電池ユニット200Bの正極との間の中間点157Bとは、電力線156Cによって接続されている。電力線156Cには、第3リレー111Cが設けられている。第3リレー111Cは、車載制御装置400によって制御される。 An intermediate point 157A between the negative electrode of the first battery unit 200A and the first relay 111A is connected to an intermediate point 157B between the second relay 111B and the positive electrode of the second battery unit 200B by a power line 156C. A third relay 111C is provided on the power line 156C. The third relay 111C is controlled by the on-board control device 400.

第1リレー111A及び第2リレー111Bがオン状態であり、且つ、第3リレー111Cがオフ状態である場合に第1電池ユニット200A及び第2電池ユニット200Bは並列接続される。車載制御装置400は、充電装置30によって電池ユニット200A,200Bを充電する場合、第1リレー111A,第2リレー111B及び第3リレー111Cを制御し、第1電池ユニット200A及び第2電池ユニット200Bを並列接続する。 When the first relay 111A and the second relay 111B are in the ON state and the third relay 111C is in the OFF state, the first battery unit 200A and the second battery unit 200B are connected in parallel. When the battery units 200A, 200B are charged by the charging device 30, the on-board control device 400 controls the first relay 111A, the second relay 111B, and the third relay 111C to connect the first battery unit 200A and the second battery unit 200B in parallel.

第1リレー111A及び第2リレー111Bがオフ状態であり、且つ、第3リレー111Cがオン状態である場合に第1電池ユニット200A及び第2電池ユニット200Bは直列接続される。車載制御装置400は、高圧負荷500を駆動する場合、第1リレー111A,第2リレー111B及び第3リレー111Cを制御し、第1電池ユニット200A及び第2電池ユニット200Bを直列接続する。 When the first relay 111A and the second relay 111B are in the OFF state and the third relay 111C is in the ON state, the first battery unit 200A and the second battery unit 200B are connected in series. When driving the high-voltage load 500, the on-board control device 400 controls the first relay 111A, the second relay 111B, and the third relay 111C to connect the first battery unit 200A and the second battery unit 200B in series.

第1リレー111A、第2リレー111B、及び第3リレー111Cによって、接続切替部111sが構成される。接続切替部111sは、第1電池ユニット200A及び第2電池ユニット200Bの直列接続及び並列接続を切り替える。 The first relay 111A, the second relay 111B, and the third relay 111C constitute the connection switching unit 111s. The connection switching unit 111s switches between the series connection and parallel connection of the first battery unit 200A and the second battery unit 200B.

第1電池ユニット200Aの負極と中間点157Aとの間には、電流センサ140Aが設けられている。第2電池ユニット200Bの正極と中間点157Bとの間には、電流センサ140Bが設けられている。電流センサ140Aは、第1電池ユニット200Aに流れる電流を検出し、電流センサ140Bは、第2電池ユニット200Bに流れる電流を検出する。電流センサ140A,140Bの検出結果は、車載制御装置400に与えられる。車載制御装置400は、電池充電システム100の制御に電流センサ140A,140Bの検出結果を用いる。 Current sensor 140A is provided between the negative electrode of the first battery unit 200A and midpoint 157A. Current sensor 140B is provided between the positive electrode of the second battery unit 200B and midpoint 157B. Current sensor 140A detects the current flowing through the first battery unit 200A, and current sensor 140B detects the current flowing through the second battery unit 200B. The detection results of current sensors 140A and 140B are provided to the on-board control device 400. The on-board control device 400 uses the detection results of current sensors 140A and 140B to control the battery charging system 100.

第1リレー111Aと接続点157Nとの間には、第1ヒューズ112Aが設けられている。接続点157Pと第2リレー111Bとの間には、第2ヒューズ112Bが設けられている。第1ヒューズ112A及び第2ヒューズ112Bは、過電流が流れると溶断する過電流保護用のヒューズである。 A first fuse 112A is provided between the first relay 111A and the connection point 157N. A second fuse 112B is provided between the connection point 157P and the second relay 111B. The first fuse 112A and the second fuse 112B are overcurrent protection fuses that melt when an overcurrent flows.

第1ヒューズ112Aには、直列接続されたフォトカプラ120A及び抵抗122Aが並列接続されている。フォトカプラ120Aは、発光素子であるLED(Light Emitting Diode)121Aと、受光素子であるフォトトランジスタ123Aとを含む。フォトトランジスタ123Aは通常時オフ状態であり、LED121Aが発光するとオン状態となる。フォトトランジスタ123Aの出力はオフ状態では0(V)であり、オン状態ではVcc(V)である。 A photocoupler 120A and a resistor 122A are connected in series to the first fuse 112A, and are connected in parallel. The photocoupler 120A includes an LED (Light Emitting Diode) 121A, which is a light-emitting element, and a phototransistor 123A, which is a light-receiving element. The phototransistor 123A is normally off and turns on when the LED 121A emits light. The output of the phototransistor 123A is 0 (V) in the off state and Vcc (V) in the on state.

第2ヒューズ112Bには、直列接続されたフォトカプラ120B及び抵抗122Bが並列接続されている。フォトカプラ120Bは、発光素子であるLED121Bと、受光素子であるフォトトランジスタ123Bとを含む。フォトトランジスタ123Bは通常時オフ状態であり、LED121Bが発光するとオン状態となる。フォトトランジスタ123Bの出力はオフ状態では0(V)であり、オン状態ではVcc(V)である。 The second fuse 112B is connected in parallel to a photocoupler 120B and resistor 122B, which are connected in series. The photocoupler 120B includes an LED 121B, which is a light-emitting element, and a phototransistor 123B, which is a light-receiving element. The phototransistor 123B is normally off and turns on when the LED 121B emits light. The output of the phototransistor 123B is 0 (V) in the off state and Vcc (V) in the on state.

電力線156Cにおいて、第3リレー111Cにはパイロヒューズ130が直列接続されている。パイロヒューズ130は、所定の電圧信号が与えられると起爆し、導電経路を切断する。パイロヒューズ130は、第3リレー111Cに流れる電流を遮断する遮断部の一例である。 In the power line 156C, a pyrofuse 130 is connected in series to the third relay 111C. When a predetermined voltage signal is applied, the pyrofuse 130 explodes, cutting off the conductive path. The pyrofuse 130 is an example of a circuit breaker that cuts off the current flowing through the third relay 111C.

フォトカプラ120A,120Bは、検知部125を構成する。検知部125は、第1ヒューズ112A及び第2ヒューズ112Bの少なくとも1つの溶断を検知する。フォトカプラ120A,120Bの出力端子は、パイロヒューズ130に接続されている。 Photocouplers 120A and 120B constitute detection unit 125. Detection unit 125 detects the blowing of at least one of first fuse 112A and second fuse 112B. The output terminals of photocouplers 120A and 120B are connected to pyrofuse 130.

[1-4.接続切替装置の動作]
まず、本実施形態に係る接続切替装置110からパイロヒューズ130及び検知部125を除いた比較例の接続切替装置110Sを用いて過電流の発生を説明する。図4は、比較例の接続切替装置における過電流の発生を説明するための回路図である。
[1-4. Operation of the connection switching device]
First, the occurrence of an overcurrent will be described using a connection switching device 110S of a comparative example, which is the connection switching device 110 of the present embodiment without the pyrofuse 130 and the detection unit 125. Fig. 4 is a circuit diagram for explaining the occurrence of an overcurrent in the connection switching device of the comparative example.

電池ユニット200A,200Bを充電する間、第1リレー111A及び第2リレー111Bがオン状態となり、第3リレー111Cがオフ状態となる。すなわち、第1電池ユニット200A及び第2電池ユニット200Bは並列接続される。 While charging the battery units 200A and 200B, the first relay 111A and the second relay 111B are turned on, and the third relay 111C is turned off. In other words, the first battery unit 200A and the second battery unit 200B are connected in parallel.

電池ユニット200A,200Bの並列接続時において、第3リレー111Cが誤動作によりオン状態になった場合を考える。第3リレー111Cの誤動作は、ソフトウェアの誤動作、振動等によって生じうる。第3リレー111Cがオン状態となると、充電装置30から供給される直流電流である過電流(1)が、電力線156Bの接続点157Pから中間点157Bまでの範囲、電力線156C、及び電力線156Aの中間点157Aから接続点157Nまでの範囲の経路を流れる。さらに、第1電池ユニット200Aから放電される過電流(2)が、電力線156Aの第1電池ユニット200Aの正極から接続点157Pまでの範囲、電力線156Bの接続点157Pから中間点157Bまでの範囲、電力線156C、及び電力線156Aの中間点157Aから第1電池ユニット200Aの負極までの範囲の経路を流れる。同様に第2電池ユニット200Bから放電される過電流(2)が、電力線156Bの第2電池ユニット200Bの正極から中間点157Bまでの範囲、電力線156C、電力線156Aの中間点157Aから接続点157Nまでの範囲、及び電力線156Bの接続点157Nから第2電池ユニット200Bの負極までの範囲の経路を流れる。 Let us consider a case where third relay 111C malfunctions and enters the ON state when battery units 200A, 200B are connected in parallel. A malfunction of third relay 111C can be caused by software malfunction, vibration, or the like. When third relay 111C enters the ON state, overcurrent (1), which is a direct current supplied from charging device 30, flows through a path extending from connection point 157P of power line 156B to midpoint 157B, power line 156C, and from midpoint 157A of power line 156A to connection point 157N. Furthermore, overcurrent (2) discharged from the first cell unit 200A flows through the power line 156A from the positive electrode of the first cell unit 200A to the connection point 157P, the power line 156B from the connection point 157P to the midpoint 157B, the power line 156C, and the power line 156A from the midpoint 157A to the negative electrode of the first cell unit 200A. Similarly, overcurrent (2) discharged from the second cell unit 200B flows through the power line 156B from the positive electrode of the second cell unit 200B to the midpoint 157B, the power line 156C, the power line 156A from the midpoint 157A to the connection point 157N, and the power line 156B from the connection point 157N to the negative electrode of the second cell unit 200B.

図5は、比較例の接続切替装置において過電流保護用のヒューズが溶断した場合の電流の流れを説明するための回路図である。上記のように、過電流(1)及び(2)が発生すると、第1ヒューズ112A及び第2ヒューズ112Bが溶断する。これにより、電池ユニット200A,200Bの放電による過電流(3)が、電力線156Bの接続点157Nから中間点157Bまでの範囲、電力線156C、及び電力線156Aの中間点157Aから接続点157Pまでの範囲の経路を流れる。このような過電流(3)が、充電装置30に流れ、充電装置30が破損する可能性がある。 Figure 5 is a circuit diagram illustrating the current flow when the overcurrent protection fuse blows in a connection switching device of the comparative example. As described above, when overcurrents (1) and (2) occur, first fuse 112A and second fuse 112B blow. This causes overcurrent (3) due to the discharge of battery units 200A and 200B to flow through a path extending from connection point 157N of power line 156B to midpoint 157B, power line 156C, and from midpoint 157A of power line 156A to connection point 157P. This overcurrent (3) may flow into charging device 30, potentially damaging it.

次に、図3を参照し、本実施形態に係る接続切替装置110における過電流保護動作を説明する。電池ユニット200A,200Bの並列接続時において、第3リレー111Cが誤動作によりオン状態になった場合、上述のように過電流(1)及び(2)が発生する。第1ヒューズ112Aが溶断すると、LED121Aに電流が流れ、LED121Aが発光する。これによりフォトトランジスタ123Aがオン状態となり、フォトトランジスタ123Aが電圧値Vccの検知信号を出力する。同様に、第2ヒューズ112AB溶断すると、LED121Bに電流が流れ、LED121Bが発光する。これによりフォトトランジスタ123Bがオン状態となり、フォトトランジスタ123Bが電圧値Vccの検知信号を出力する。 Next, with reference to Figure 3, the overcurrent protection operation of the connection switching device 110 according to this embodiment will be described. When battery units 200A, 200B are connected in parallel, if third relay 111C malfunctions and enters the ON state, overcurrents (1) and (2) will occur as described above. When first fuse 112A blows, current flows through LED 121A, causing LED 121A to emit light. This turns on phototransistor 123A, which then outputs a detection signal with a voltage value of Vcc. Similarly, when second fuse 112AB blows, current flows through LED 121B, causing LED 121B to emit light. This turns on phototransistor 123B, causing phototransistor 123B to output a detection signal with a voltage value of Vcc.

フォトカプラ120A及び120Bの少なくとも1つから検知信号が出力されると、検知信号によってパイロヒューズ130が起爆する。 When a detection signal is output from at least one of photocouplers 120A and 120B, the detection signal detonates pyro-fuse 130.

図6は、第1実施形態に係る接続切替装置の第3リレー111Cが誤動作した場合の動作を説明するための回路図である。なお、図6において、簡略化のために検知部125を省略している。パイロヒューズ130が起爆することにより、電力線156Cが切断され、第3リレー111Cに流れる電流が遮断される。したがって、接続切替装置110における過電流の全て経路が切断され、過電流から充電装置30を保護することができる。 Figure 6 is a circuit diagram for explaining the operation of the connection switching device according to the first embodiment when the third relay 111C malfunctions. For simplicity, the detection unit 125 is omitted from Figure 6. When the pyro-fuse 130 explodes, the power line 156C is cut off, and the current flowing through the third relay 111C is interrupted. Therefore, all overcurrent paths in the connection switching device 110 are cut off, protecting the charging device 30 from overcurrent.

[2.第2実施形態]
図7は、第2実施形態に係る接続切替装置の構成の一例を示す回路図である。第2実施形態に係る接続切替装置110Aは、パイロヒューズ130に代えて、半導体リレー130Aを遮断部として含む。第2実施形態に係る接続切替装置110Aのその他の構成は、第1実施形態に係る接続切替装置110と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、説明を省略する。
[2. Second embodiment]
7 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a connection switching device according to the second embodiment. A connection switching device 110A according to the second embodiment includes a semiconductor relay 130A as a cutoff unit instead of the pyro-fuse 130. Other configurations of the connection switching device 110A according to the second embodiment are the same as those of the connection switching device 110 according to the first embodiment, and therefore the same components are designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

半導体リレー130Aは、例えばパワーMOSFETである。半導体リレー130Aは、ボディダイオード131を含む。ボディダイオード131は、過電流(3)が流れる方向と逆向きに配置されている。すなわち、ボディダイオード131が第2電池ユニット200Bから放電される第1方向X1の電流を流さず、第1方向X1とは反対の第2方向X2の電流を流す向きに、半導体リレー130Aは第3リレー111Cに直列接続される。 The semiconductor relay 130A is, for example, a power MOSFET. The semiconductor relay 130A includes a body diode 131. The body diode 131 is arranged in the opposite direction to the flow of the overcurrent (3). In other words, the semiconductor relay 130A is connected in series with the third relay 111C so that the body diode 131 does not pass current in the first direction X1, which is discharged from the second battery unit 200B, but passes current in a second direction X2, which is opposite to the first direction X1.

半導体リレー130Aのゲート端子は、フォトカプラ120A,120Bの出力端子に接続されている。 The gate terminal of semiconductor relay 130A is connected to the output terminals of photocouplers 120A and 120B.

半導体リレー130Aは、通常時においてオン状態である。したがって、第1リレー111A及び第2リレー111Bがオフ状態であり、第3リレー111CがON状態である場合、電池ユニット200A,200Bは直列接続される。 Semiconductor relay 130A is normally in the ON state. Therefore, when first relay 111A and second relay 111B are in the OFF state and third relay 111C is in the ON state, battery units 200A and 200B are connected in series.

過電流の発生により第1ヒューズ112A及び第2ヒューズ112Bが溶断すると、フォトカプラ120A及び120Bから検知信号が出力される。検知信号は半導体リレー130Aのゲート端子に印加され、半導体リレー130Aがオン状態からオフ状態へ遷移する。これにより、電力線156Cが切断される。さらに、ボディダイオード131がX2方向に配置されているため、X1方向の過電流はボディダイオード131を通過しない。このため、第3リレー111Cに流れる電流が遮断される。 When the first fuse 112A and the second fuse 112B blow due to an overcurrent, a detection signal is output from the photocouplers 120A and 120B. The detection signal is applied to the gate terminal of the semiconductor relay 130A, causing the semiconductor relay 130A to transition from the on state to the off state. This disconnects the power line 156C. Furthermore, because the body diode 131 is positioned in the X2 direction, the overcurrent in the X1 direction does not pass through the body diode 131. As a result, the current flowing through the third relay 111C is interrupted.

[3.第3実施形態]
図8は、第3実施形態に係る接続切替装置の構成の一例を示す回路図である。第3実施形態に係る接続切替装置110Bは、パイロヒューズ130に代えて、第1半導体リレー133A及び第2半導体リレー133Bによって構成された遮断部130Bを含む。第3実施形態に係る接続切替装置110Bのその他の構成は、第1実施形態に係る接続切替装置110と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、説明を省略する。
3. Third embodiment
8 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a connection switching device according to the third embodiment. A connection switching device 110B according to the third embodiment includes a cutoff unit 130B formed by a first semiconductor relay 133A and a second semiconductor relay 133B instead of the pyro-fuse 130. Other configurations of the connection switching device 110B according to the third embodiment are similar to those of the connection switching device 110 according to the first embodiment, and therefore the same components are designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

第1半導体リレー133A及び第2半導体リレー133Bは、互いに直列に接続されている。第1半導体リレー133A及び第2半導体リレー133Bは、例えばパワーMOSFETである。第1半導体リレー133Aは第1ボディダイオード134Aを含み、第2半導体リレー133Bは第2ボディダイオード134Bを含む。第1ボディダイオード134Aは、第1方向X1の電流を流さず、第1方向X1とは反対の第2方向X2の電流を流す向きに配置されている。第2ボディダイオード134Bは、第2方向X2の電流を流さず、第1方向X1の電流を流す向きに配置されている。すなわち、第1ボディダイオード134Aと第2ボディダイオード134Bは、互いに反対向きに配置されている。 The first semiconductor relay 133A and the second semiconductor relay 133B are connected in series with each other. The first semiconductor relay 133A and the second semiconductor relay 133B are, for example, power MOSFETs. The first semiconductor relay 133A includes a first body diode 134A, and the second semiconductor relay 133B includes a second body diode 134B. The first body diode 134A is oriented so that it does not allow current to flow in the first direction X1 but allows current to flow in a second direction X2 opposite to the first direction X1. The second body diode 134B is oriented so that it does not allow current to flow in the second direction X2 but allows current to flow in the first direction X1. In other words, the first body diode 134A and the second body diode 134B are oriented opposite to each other.

第1半導体リレー133A及び第2半導体リレー133Bそれぞれのゲート端子は、フォトカプラ120A,120Bの出力端子に接続されている。 The gate terminals of the first semiconductor relay 133A and the second semiconductor relay 133B are connected to the output terminals of the photocouplers 120A and 120B.

過電流の発生により第1ヒューズ112A及び第2ヒューズ112Bが溶断すると、フォトカプラ120A及び120Bから検知信号が出力される。検知信号は第1半導体リレー133A及び第2半導体リレー133Bのゲート端子にそれぞれ印加され、第1半導体リレー133A及び第2半導体リレー133Bのそれぞれがオン状態からオフ状態へ遷移する。これにより、電力線156Cが切断される。さらに、第1ボディダイオード134A及び第2ボディダイオードが互いに反対向きに配置されているため、X1方向の電流及びX2方向の電流のいずれの通過も阻止される。このため、第3リレー111Cに流れる電流が遮断される。 When the first fuse 112A and the second fuse 112B blow due to an overcurrent, a detection signal is output from the photocouplers 120A and 120B. The detection signal is applied to the gate terminals of the first semiconductor relay 133A and the second semiconductor relay 133B, respectively, causing the first semiconductor relay 133A and the second semiconductor relay 133B to transition from the on state to the off state. This disconnects the power line 156C. Furthermore, because the first body diode 134A and the second body diode are arranged facing opposite directions, the passage of current in both the X1 and X2 directions is blocked. This blocks the current flowing through the third relay 111C.

[4.第4実施形態]
図9は、第4実施形態に係る接続切替装置の構成の一例を示す回路図である。第4実施形態に係る接続切替装置110Cは、フォトカプラ120A,120Bを含む検知部125に代えて、電流センサ140A,140B及びコンパレータ420A,420Bを含む検知部125Cを含む。第4実施形態に係る接続切替装置110Cのその他の構成は、第1実施形態に係る接続切替装置110と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、説明を省略する。
4. Fourth embodiment
9 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a connection switching device according to the fourth embodiment. A connection switching device 110C according to the fourth embodiment includes a detection unit 125C including current sensors 140A and 140B and comparators 420A and 420B, instead of the detection unit 125 including photocouplers 120A and 120B. The other configuration of the connection switching device 110C according to the fourth embodiment is similar to that of the connection switching device 110 according to the first embodiment, and therefore the same components are designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

コンパレータ420Aは、第1入力端子、第2入力端子、及び出力端子を含む。コンパレータ420Aの第1入力端子には、電流センサ140Aの出力端子から延びる信号線が接続されている。コンパレータ420Aの第2入力端子には、基準となる閾値電圧Vthが入力される。コンパレータ420Aの出力端子は、パイロヒューズ130に接続されている。なお、本実施形態において、接続切替装置110Cは、パイロヒューズ130に代え、第2実施形態における半導体リレー130A、又は、第3実施形態における第1半導体リレー133A及び第2半導体リレー133Bを含む遮断部130Bを含んでもよい。 The comparator 420A includes a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal. A signal line extending from the output terminal of the current sensor 140A is connected to the first input terminal of the comparator 420A. A reference threshold voltage Vth is input to the second input terminal of the comparator 420A. The output terminal of the comparator 420A is connected to the pyrofuse 130. Note that in this embodiment, the connection switching device 110C may include, instead of the pyrofuse 130, the semiconductor relay 130A in the second embodiment, or the cutoff unit 130B including the first semiconductor relay 133A and the second semiconductor relay 133B in the third embodiment.

コンパレータ420Bは、第1入力端子、第2入力端子、及び出力端子を含む。コンパレータ420Bの第1入力端子には、電流センサ140Bの出力端子から延びる信号線が接続されている。コンパレータ420Bの第2入力端子には、基準となる閾値電圧Vthが入力される。コンパレータ420Bの出力端子は、パイロヒューズ130に接続されている。 Comparator 420B includes a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal. A signal line extending from the output terminal of current sensor 140B is connected to the first input terminal of comparator 420B. A reference threshold voltage Vth is input to the second input terminal of comparator 420B. The output terminal of comparator 420B is connected to pyrofuse 130.

コンパレータ420A及び420Bは、制御部の一例である。コンパレータ420Aは、電流センサ140Aの検知結果に基づいて、パイロヒューズ130を制御するための制御信号を出力する。具体的には、電流センサ140Aは、検知した電流値に応じた値の電圧信号を出力する。コンパレータ420Aは、電流センサ140Aの出力電圧と、閾値電圧Vthとを比較し、比較結果に応じて制御信号を出力する。すなわち、コンパレータ420Aは、電流センサ140Aの出力電圧が閾値電圧Vthを超える場合に、制御信号を出力する。コンパレータ420Bの動作も同様であるので、説明を省略する。 Comparators 420A and 420B are an example of a control unit. Comparator 420A outputs a control signal for controlling pyrofuse 130 based on the detection result of current sensor 140A. Specifically, current sensor 140A outputs a voltage signal whose value corresponds to the detected current value. Comparator 420A compares the output voltage of current sensor 140A with threshold voltage Vth and outputs a control signal according to the comparison result. In other words, comparator 420A outputs a control signal when the output voltage of current sensor 140A exceeds threshold voltage Vth. Comparator 420B operates in a similar manner, so a description will be omitted.

閾値電圧Vthは、電流センサ140A,140Bによって検知される電流が過電流であるか否かを判断するための値である。すなわち、閾値電圧Vthは、過電流(3)の電流値に応じた値に設定される。 The threshold voltage Vth is a value used to determine whether the current detected by current sensors 140A and 140B is an overcurrent. In other words, the threshold voltage Vth is set to a value corresponding to the current value of overcurrent (3).

過電流の発生により第1ヒューズ112A及び第2ヒューズ112Bが溶断すると、電池ユニット200A,200Bの放電による過電流(3)が、電力線156Bの接続点157Nから中間点157Bまでの範囲、電力線156C、及び電力線156Aの中間点157Aから接続点157Pまでの範囲の経路を流れる。電流センサ140A,140Bは、過電流(3)の電流値を検知し、検知した電流値に応じた電圧信号を出力する。 When the first fuse 112A and the second fuse 112B blow due to an overcurrent, the overcurrent (3) caused by the discharge of the battery units 200A and 200B flows through the path extending from connection point 157N to midpoint 157B of power line 156B, power line 156C, and from midpoint 157A to connection point 157P of power line 156A. Current sensors 140A and 140B detect the current value of the overcurrent (3) and output a voltage signal corresponding to the detected current value.

コンパレータ420A,420Bは、電流センサ140A,140Bからの出力電圧と閾値電圧Vthとを比較する。過電流(3)が発生している場合の電流センサ140A,140Bの出力電圧は、閾値電圧Vthを超える。このため、コンパレータ420A,420Bは、制御信号を出力する。制御信号によってパイロヒューズ130が起爆し、第3リレー111Cに流れる電流が遮断される。 Comparators 420A and 420B compare the output voltage from current sensors 140A and 140B with threshold voltage Vth. When overcurrent (3) occurs, the output voltage from current sensors 140A and 140B exceeds threshold voltage Vth. As a result, comparators 420A and 420B output a control signal. The control signal detonates pyrolytic fuse 130, cutting off the current flowing through third relay 111C.

[5.第5実施形態]
図10は、第5実施形態に係る接続切替装置の構成の一例を示す回路図である。第5実施形態に係る接続切替装置110Dは、フォトカプラ120A,120Bを含む検知部125に代えて、電流センサ140A,140B及び制御回路520を含む検知部125Dを含む。第5実施形態に係る接続切替装置110Dのその他の構成は、第1実施形態に係る接続切替装置110と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、説明を省略する。
5. Fifth embodiment
10 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a connection switching device according to the fifth embodiment. A connection switching device 110D according to the fifth embodiment includes a detection unit 125D including current sensors 140A and 140B and a control circuit 520, instead of the detection unit 125 including photocouplers 120A and 120B. The other configuration of the connection switching device 110D according to the fifth embodiment is similar to that of the connection switching device 110 according to the first embodiment, and therefore the same components are designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

制御回路520には、電流センサ140A及び電流センサ140Bそれぞれの出力端子から延びる信号線が接続されている。制御回路520は、パイロヒューズ130に信号線を介して接続されている。なお、本実施形態において、接続切替装置110Dは、パイロヒューズ130に代え、第2実施形態における半導体リレー130A、又は、第3実施形態における第1半導体リレー133A及び第2半導体リレー133Bを含む遮断部130Bを含んでもよい。 Signal lines extending from the output terminals of current sensor 140A and current sensor 140B are connected to control circuit 520. Control circuit 520 is connected to pyrofuse 130 via a signal line. Note that in this embodiment, connection switching device 110D may include, instead of pyrofuse 130, semiconductor relay 130A in the second embodiment, or interrupter 130B including first semiconductor relay 133A and second semiconductor relay 133B in the third embodiment.

制御回路520は、制御部の一例である。制御回路520は、電流センサ140A及び電流センサ140Bの少なくとも1つの検知結果に基づいて、パイロヒューズ130を制御するための制御信号を出力する。具体的には、電流センサ140A及び140Bは、検知した電流値を示す検知信号を出力する。制御回路520は、電流センサ140A及び電流センサ140Bのそれぞれによって検知された第1電流値A1及び第2電流値A2と閾値Thとを比較し、比較結果に応じて制御信号を出力する。すなわち、制御回路520は、電流センサ140Aにより検知された第1電流値A1が閾値Thを超える、又は、電流センサ140Bにより検知された第2電流値A2が閾値Thを超える場合に、制御信号を出力する。 The control circuit 520 is an example of a control unit. The control circuit 520 outputs a control signal for controlling the pyrofuse 130 based on the detection results of at least one of the current sensors 140A and 140B. Specifically, the current sensors 140A and 140B output detection signals indicating the detected current values. The control circuit 520 compares the first current value A1 and the second current value A2 detected by the current sensors 140A and 140B, respectively, with a threshold value Th, and outputs a control signal according to the comparison result. That is, the control circuit 520 outputs a control signal when the first current value A1 detected by the current sensor 140A exceeds the threshold value Th, or when the second current value A2 detected by the current sensor 140B exceeds the threshold value Th.

閾値電圧Thは、電流センサ140A,140Bによって検知される電流が過電流であるか否かを判断するための値である。すなわち、閾値Thは、過電流(3)の電流値に応じた値に設定される。 The threshold voltage Th is a value used to determine whether the current detected by current sensors 140A and 140B is an overcurrent. In other words, the threshold Th is set to a value corresponding to the current value of overcurrent (3).

図11は、第5実施形態に係る制御回路のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 Figure 11 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of a control circuit according to the fifth embodiment.

制御回路520は、プロセッサ521と、不揮発性メモリ522と、揮発性メモリ523と、入出力インタフェース(I/O)524とを備える。 The control circuit 520 includes a processor 521, non-volatile memory 522, volatile memory 523, and an input/output interface (I/O) 524.

揮発性メモリ523は、例えばSRAM(Static Random Access Memory)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の揮発性メモリである。不揮発性メモリ522は、例えばフラッシュメモリ、ハードディスク、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリである。不揮発性メモリ522には、コンピュータプログラムである制御プログラム525及び制御プログラム525の実行に使用されるデータが格納される。制御回路520の各機能は、制御プログラム525がプロセッサ521によって実行されることで実現される。制御プログラム525は、フラッシュメモリ、ROM、CD-ROMなどの記録媒体に記憶させることができる。 Volatile memory 523 is a volatile memory such as SRAM (Static Random Access Memory) or DRAM (Dynamic Random Access Memory). Non-volatile memory 522 is a non-volatile memory such as flash memory, a hard disk, or ROM (Read Only Memory). Non-volatile memory 522 stores a control program 525, which is a computer program, and data used to execute control program 525. Each function of control circuit 520 is realized when processor 521 executes control program 525. Control program 525 can be stored on a recording medium such as flash memory, ROM, or CD-ROM.

プロセッサ521は、例えばCPU(Central Processing Unit)である。ただし、プロセッサ521は、CPUに限られない。プロセッサ521は、GPU(Graphics Processing Unit)であってもよい。具体的な一例では、プロセッサ521は、マルチコアGPUである。プロセッサ521は、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)であってもよいし、ゲートアレイ、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスであってもよい。この場合、ASIC又はプログラマブルロジックデバイスは、制御プログラム525と同様の処理を実行可能に構成される。制御回路520は、例えば、1チップの半導体部品からなるマイクロコンピュータである。 The processor 521 is, for example, a CPU (Central Processing Unit). However, the processor 521 is not limited to a CPU. The processor 521 may also be a GPU (Graphics Processing Unit). In one specific example, the processor 521 is a multi-core GPU. The processor 521 may also be, for example, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or a programmable logic device such as a gate array or FPGA (Field Programmable Gate Array). In this case, the ASIC or programmable logic device is configured to be able to execute processing similar to that of the control program 525. The control circuit 520 is, for example, a microcomputer made up of a single-chip semiconductor component.

I/O524は、信号の入出力を行う。I/O524には、電流センサ140A,140Bそれぞれの出力端子が信号線を介して接続されている。I/O524には、パイロヒューズ130の入力端子に信号線を介して接続されている。 I/O 524 inputs and outputs signals. The output terminals of current sensors 140A and 140B are connected to I/O 524 via signal lines. I/O 524 is also connected to the input terminal of pyrofuse 130 via a signal line.

電池ユニット200A,200Bを充電する間、第1リレー111A及び第2リレー111Bがオン状態となり、第3リレー111Cがオフ状態となる。すなわち、第1電池ユニット200A及び第2電池ユニット200Bは並列接続される。この状態で、プロセッサ521は制御プログラム525を実行する。プロセッサ521が制御プログラム525を実行することにより、制御回路520は、以下のような制御処理を実行する。図12は、第5実施形態に係る制御回路による制御処理の一例を示すフローチャートである。 While charging the battery units 200A and 200B, the first relay 111A and the second relay 111B are in the ON state, and the third relay 111C is in the OFF state. In other words, the first battery unit 200A and the second battery unit 200B are connected in parallel. In this state, the processor 521 executes the control program 525. As the processor 521 executes the control program 525, the control circuit 520 performs the following control processing. Figure 12 is a flowchart showing an example of the control processing performed by the control circuit according to the fifth embodiment.

プロセッサ521は、電流センサ140A及び140Bのそれぞれから出力される第1電流値A1及び第2電流値A2を受け付ける(ステップS101)。 The processor 521 receives the first current value A1 and the second current value A2 output from the current sensors 140A and 140B, respectively (step S101).

次にプロセッサ521は、第1電流値A1と閾値Thとを比較し、第2電流値A2と閾値Thとを比較する(ステップS102)。第1電流値A1が閾値Th以下であり、且つ、第2電流値A2が閾値Th以下である場合(ステップS102においてNO)、プロセッサ521はステップS101に戻る。 Next, the processor 521 compares the first current value A1 with the threshold value Th, and compares the second current value A2 with the threshold value Th (step S102). If the first current value A1 is equal to or less than the threshold value Th and the second current value A2 is equal to or less than the threshold value Th (NO in step S102), the processor 521 returns to step S101.

第1電流値A1が閾値Thを超える、又は、第2電流値A2が閾値Thを超える場合(ステップS102においてYES)、プロセッサ521は、パイロヒューズ130に制御信号を出力する(ステップS103)。制御信号によってパイロヒューズ130が起爆し、第3リレー111Cに流れる電流が遮断される。以上で、制御処理が終了する。 If the first current value A1 exceeds the threshold value Th or the second current value A2 exceeds the threshold value Th (YES in step S102), the processor 521 outputs a control signal to the pyrofuse 130 (step S103). The control signal detonates the pyrofuse 130, and the current flowing through the third relay 111C is interrupted. This completes the control process.

[6.補記]
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的ではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及びその範囲内でのすべての変更が含まれる。
[6. Supplementary Notes]
The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is defined by the claims rather than the above-described embodiments, and includes meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope thereof.

10 車両充電システム
20 電動車
30 充電装置
30a コネクタ
100 電池充電システム
110,110A,110B,110C,110D,110S 接続切替装置
111A 第1リレー
111B 第2リレー
111C 第3リレー
111s 接続切替部
112A 第1ヒューズ
112B 第2ヒューズ
120A,120B フォトカプラ
121A LED
122A,122B 抵抗
123A,123B フォトトランジスタ
125,125C,125D 検知部
130 パイロヒューズ
130A 半導体リレー
130B 遮断部
131 ボディダイオード
133A 第1半導体リレー
133B 第2半導体リレー
134A 第1ボディダイオード
134B 第2ボディダイオード
140A,140B 電流センサ
150P,150N 電力線
151A,151B リレー
152A,152B,152C メインリレー
154 抵抗
155 電圧センサ
156A,156B,156C 電力線
157A,157B 中間点
157P,157N 接続点
200A 第1電池ユニット
200B 第2電池ユニット
300 インレット
400 車載制御装置
420A,420B コンパレータ
500 高圧負荷
501 抵抗成分
502 容量成分
520 制御回路
521 プロセッサ
522 不揮発性メモリ
523 揮発性メモリ
524 入出力インタフェース(I/O)
525 制御プログラム
X1 第1方向
X2 第2方向
REFERENCE SIGNS LIST 10 Vehicle charging system 20 Electric vehicle 30 Charging device 30a Connector 100 Battery charging system 110, 110A, 110B, 110C, 110D, 110S Connection switching device 111A First relay 111B Second relay 111C Third relay 111s Connection switching unit 112A First fuse 112B Second fuse 120A, 120B Photocoupler 121A LED
122A, 122B Resistor 123A, 123B Phototransistor 125, 125C, 125D Detector 130 Pyro fuse 130A Semiconductor relay 130B Cutoff section 131 Body diode 133A First semiconductor relay 133B Second semiconductor relay 134A First body diode 134B Second body diode 140A, 140B Current sensor 150P, 150N Power line 151A, 151B Relay 152A, 152B, 152C Main relay 154 Resistor 155 Voltage sensor 156A, 156B, 156C Power line 157A, 157B Intermediate point 157P, 157N Connection point 200A First battery unit 200B Second battery unit 300 Inlet 400 On-board control device 420A, 420B Comparator 500 High-voltage load 501 Resistance component 502 Capacitance component 520 Control circuit 521 Processor 522 Non-volatile memory 523 Volatile memory 524 Input/output interface (I/O)
525 Control program X1 First direction X2 Second direction

Claims (8)

第1リレー、第2リレー、及び第3リレーを含み、前記第1リレー及び前記第2リレーがオン状態であり、且つ、前記第3リレーがオフ状態である場合に第1電池ユニット及び第2電池ユニットを並列接続し、前記第1リレー及び前記第2リレーがオフ状態であり、且つ、前記第3リレーがオン状態である場合に第1電池ユニット及び第2電池ユニットを直列接続する接続切替部と、
前記第1リレー及び前記第2リレーのそれぞれに直列接続された第1ヒューズ及び第2ヒューズと、
前記第3リレーに直列接続され、前記第3リレーに流れる電流を遮断可能な遮断部と、
前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズの少なくとも1つの溶断を検知する検知部と、
を備え、
前記遮断部は、前記検知部が前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズの少なくとも1つの溶断を検知した場合に、前記第3リレーに流れる電流を遮断する、
電池ユニットの接続切替装置。
a connection switching unit including a first relay, a second relay, and a third relay, which connects the first battery unit and the second battery unit in parallel when the first relay and the second relay are in an on state and the third relay is in an off state, and which connects the first battery unit and the second battery unit in series when the first relay and the second relay are in an off state and the third relay is in an on state;
a first fuse and a second fuse connected in series to the first relay and the second relay, respectively;
a cutoff unit connected in series to the third relay and capable of cutting off a current flowing through the third relay;
a detection unit that detects blowout of at least one of the first fuse and the second fuse;
Equipped with
the interrupter interrupts the current flowing through the third relay when the detector detects that at least one of the first fuse and the second fuse has blown.
Battery unit connection switching device.
前記遮断部は、パイロヒューズである、
請求項1に記載の電池ユニットの接続切替装置。
The interrupter is a pyro fuse.
The battery unit connection switching device according to claim 1 .
前記遮断部は、半導体リレーである、
請求項1に記載の電池ユニットの接続切替装置。
The interrupter is a semiconductor relay.
The battery unit connection switching device according to claim 1 .
前記半導体リレーは、ボディダイオードを含み、
前記ボディダイオードが前記第1電池ユニット及び前記第2電池ユニットの少なくとも1つから放電される第1方向の電流を流さず、前記第1方向とは反対の第2方向の電流を流す向きに、前記半導体リレーは前記第3リレーに直列接続される、
請求項3に記載の電池ユニットの接続切替装置。
the semiconductor relay includes a body diode;
the semiconductor relay is connected in series with the third relay so that the body diode does not pass a current in a first direction discharged from at least one of the first battery unit and the second battery unit, but passes a current in a second direction opposite to the first direction;
The battery unit connection switching device according to claim 3 .
前記遮断部は、直列接続された第1半導体リレー及び第2半導体リレーを含み、
前記第1半導体リレーは、第1ボディダイオードを含み、
前記第2半導体リレーは、前記第1ボディダイオードとは反対向きの第2ボディダイオードを含む、
請求項1に記載の電池ユニットの接続切替装置。
the interrupter includes a first semiconductor relay and a second semiconductor relay connected in series,
the first semiconductor relay includes a first body diode;
the second semiconductor relay includes a second body diode oriented opposite to the first body diode;
The battery unit connection switching device according to claim 1 .
前記検知部は、前記第1ヒューズ又は前記第2ヒューズと並列接続されたフォトカプラを含み、
前記フォトカプラの出力端子が、前記遮断部に接続され、
前記遮断部は、前記フォトカプラから出力信号を受信した場合に、前記第3リレーに流れる電流を遮断する、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電池ユニットの接続切替装置。
the detection unit includes a photocoupler connected in parallel with the first fuse or the second fuse,
an output terminal of the photocoupler is connected to the interrupter;
The cutoff unit cuts off the current flowing through the third relay when receiving an output signal from the photocoupler.
The battery unit connection switching device according to any one of claims 1 to 5.
前記検知部は、
前記第1電池ユニット又は前記第2電池ユニットを流れる電流を検知する電流センサと、
前記電流センサの検知結果に基づいて、前記遮断部を制御するための制御信号を出力する制御部と、
を含む、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電池ユニットの接続切替装置。
The detection unit
a current sensor that detects a current flowing through the first battery unit or the second battery unit;
a control unit that outputs a control signal for controlling the interrupter based on a detection result of the current sensor;
Including,
The battery unit connection switching device according to any one of claims 1 to 5.
第1電池ユニットと、
第2電池ユニットと、
前記第1電池ユニット及び前記第2電池ユニットの間の接続を切り替える接続切替装置と、
を備え、
前記接続切替装置は、
第1リレー、第2リレー、及び第3リレーを含み、前記第1リレー及び前記第2リレーがオン状態であり、且つ、前記第3リレーがオフ状態である場合に前記第1電池ユニット及び前記第2電池ユニットを並列接続し、前記第1リレー及び前記第2リレーがオフ状態であり、且つ、前記第3リレーがオン状態である場合に第1電池ユニット及び第2電池ユニットを直列接続する接続切替部と、
前記第1リレー及び前記第2リレーのそれぞれに直列接続された第1ヒューズ及び第2ヒューズと、
前記第3リレーに直列接続され、前記第3リレーに流れる電流を遮断可能な遮断部と、
前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズの少なくとも1つの溶断を検知する検知部と、
を含み、
前記遮断部は、前記検知部が前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズの少なくとも1つの溶断を検知した場合に、前記第3リレーに流れる電流を遮断する、
電池充電システム。
a first battery unit;
a second battery unit;
a connection switching device that switches the connection between the first battery unit and the second battery unit;
Equipped with
The connection switching device
a connection switching unit including a first relay, a second relay, and a third relay, which connects the first battery unit and the second battery unit in parallel when the first relay and the second relay are in an on state and the third relay is in an off state, and which connects the first battery unit and the second battery unit in series when the first relay and the second relay are in an off state and the third relay is in an on state;
a first fuse and a second fuse connected in series to the first relay and the second relay, respectively;
a cutoff unit connected in series to the third relay and capable of cutting off a current flowing through the third relay;
a detection unit that detects blowout of at least one of the first fuse and the second fuse;
Including,
the interrupter interrupts the current flowing through the third relay when the detector detects that at least one of the first fuse and the second fuse has blown.
Battery charging system.
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