JP7735946B2 - 電池ユニットの接続切替装置及び電池充電システム - Google Patents

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。

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。

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。

国際公開第２０１９／０８２７７６号 米国特許公開公報第２０１９／１６０９５３号明細書

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

＜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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

＜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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

［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。

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

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。