JP2011182530A - 車両用電源装置及びこの電源装置を備える車両並びに車両用電源装置に接続された車両側負荷の非接触状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両側負荷を接続するコネクタに接続検出プラグやコネクタを用いず、車両側負荷を直接に接続しながら車両側負荷の接続状態と非接触状態とを検出可能とする。
【解決手段】車両の走行モータ２３に電力を供給する走行用バッテリ１と、走行用バッテリ１のプラス側に直列に接続している正極コンタクタ３Ａと、走行用バッテリ１のマイナス側に直列に接続している負極コンタクタ３Ｂと、正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂの出力側に接続される車両側負荷２０が接続状態か非接触状態かを判定する制御手段１０と、を備える車両用の電源装置であって、制御手段１０が、正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂの出力側に並列に接続された車両側のコンデンサのコンデンサ電圧を検出する電圧検出回路１２と、電圧検出回路１２で検出されるコンデンサ電圧を所定の設定電圧と比較して、車両側負荷２０の接続を判定するための判定回路１３とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、ハイブリッドカー、電気自動車、燃料電池車等に搭載されて、車両を走行させる走行モータに電力を供給する車両用の電源装置及びこの電源装置を備える車両、並びに車両用電源装置に接続された車両側負荷の非接触状態検出方法に関する。

出力側にコンタクタを介して車両側負荷を接続している車両用の電源装置は開発されている（特許文献１参照）。この電源装置に接続される車両側負荷は、入力側に並列に大容量のコンデンサを接続しているＤＣ／ＡＣインバータで、ＤＣ／ＡＣインバータの出力側に走行モータや発電機を接続している。この電源装置は、車両側負荷を接続する状態で、車両のメインスイッチであるイグニッションスイッチがＯＮに切り換えられると、コンタクタをＯＮ（クローズ）に切り換えて車両側負荷に電力を供給する。イグニッションスイッチをオフに切り換えると、コンタクタをオフに切り換えて、出力電圧を遮断する。

特開２００６−２１６５１６号公報

従来の電源装置では、車両側負荷が正しく接続され接続状態にあるか、あるいは非接触状態にあるかを判定するために、車両側負荷を電源装置に接続するコネクタに、コネクタの接続状態を検出するための接続検出プラグを一体構造として設けている。一体構造の接続検出プラグは、コネクタを電源装置に接続する状態で一緒に接続される。したがって、電源装置は接続検出プラグが接続されたことを検出して、車両側負荷が検出されたことを検出できる。接続検出プラグは、例えば一対の接点をショートするショート回路を内蔵している。この接続検出プラグは、コネクタが接続される状態で接続検出プラグを接続する接点をショートし、コネクタが接続されない状態で接点を開放する。したがって、電源装置は接続検出プラグでショートされるかどうかを検出して、車両側負荷のコネクタが接続されたかどうかを判定できる。

以上の車両用の電源装置は、車両側負荷の接続を検出するためにコネクタに接続検出プラグを設ける必要があるためコネクタの構造が複雑になるという問題があった。また、コネクタを介することなく、車両側負荷を止ネジ等で固定して接続する構造にあっては、車両側負荷の接続状態と非接触状態とを判定できないという問題がある。

本発明は、さらにこのような問題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、簡単な構造で、車両側負荷を接続するコネクタに接続検出プラグを設けることなく、あるいはコネクタを使用することなく、車両側負荷を直接に接続しながら車両側負荷の接続状態と非接触状態とを検出可能な車両用の電源装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る車両用電源装置によれば、車両の走行モータ２３に電力を供給する、充電可能な電池セルを備える走行用バッテリ１と、前記走行用バッテリ１のプラス側に直列に接続している正極コンタクタ３Ａと、前記走行用バッテリ１のマイナス側に直列に接続している負極コンタクタ３Ｂと、正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂの出力側に接続される車両側負荷２０が接続状態か非接触状態かを判定する制御手段１０と、を備える車両用の電源装置であって、前記制御手段１０が、正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂの出力側に並列に接続された車両側のコンデンサのコンデンサ電圧を検出する電圧検出回路１２と、前記電圧検出回路１２で検出されるコンデンサ電圧を所定の設定電圧と比較して、車両側負荷２０の接続を判定するための判定回路１３と、を備えることができる。これにより、車両用電源装置を車両側負荷と接続する際に、接続検出プラグを内蔵したコネクター等の専用の回路を使用せずとも、判定回路が、電圧検出回路で検出するコンデンサ電圧を所定の設定電圧と比較して、車両側負荷の接続状態を判定できるようになり、車両側負荷を電源装置に直接に接続できる利点が得られる。

また、第２の側面に係る車両用電源装置によれば、前記制御手段１０が、前記負極コンタクタ３Ｂの開閉を制御するコンタクタ制御回路１４を備えており、前記コンタクタ制御回路１４が、前記負極コンタクタ３Ｂをクローズに切り換える状態で、前記電圧検出回路１２がコンデンサ電圧を検出して、前記コンデンサ電圧が所定の設定電圧以上のとき、前記判定回路１３が車両側負荷２０を接続状態と判定することができる。これにより、負極コンタクタをクローズとしてコンデンサ電圧を検出し、このコンデンサ電圧が検出されれば、車両側コンデンサに電荷が蓄積されていること、すなわち車両側コンデンサに車両用電源装置が接続されていることが確認できるため、容易に接続状態を確認できる。

さらに、第３の側面に係る車両用電源装置によれば、前記設定電圧を、前記走行用バッテリ１のバッテリ電圧の５０％以上とすることができる。これにより、車両側コンデンサに多くの電荷が残ってることが検出できたときは、正常に車両側負荷が接続していると直ちに判断できる。逆に少ない場合は、車両側負荷の非接触状態又は電荷の放電と判断できる。

さらにまた、第４の側面に係る車両用電源装置によれば、さらに前記正極コンタクタ３Ａと並列に接続してなる、プリチャージ抵抗５とプリチャージリレー６との直列回路からなるプリチャージ回路４を備えると共に、前記制御手段１０が、前記プリチャージ回路４の前記プリチャージリレー６を制御するリレー制御回路１５を備えており、前記電圧検出回路１２がコンデンサ電圧を検出して前記判定回路１３が車両側負荷２０の非接触状態と判定する状態で、前記リレー制御回路１５が前記プリチャージリレー６をＯＮに制御して、前記電圧検出回路１２がコンデンサ電圧の上昇を検出して、検出されるコンデンサ電圧の上昇に基づいて、前記判定回路１３が車両側負荷２０が接続状態か非接触状態かを判定することができる。これにより、コンデンサ電圧の上昇が大きい場合は車両側負荷の非接触状態と判定でき、逆に少ない場合は接続状態と判定できる。

さらにまた、第５の側面に係る車両用電源装置によれば、さらに前記走行用バッテリ１を流れる電流を検出する電流検出回路１１を備え、前記電流検出回路１１で検出された電流値が所定の閾値電流以下の場合に、前記判定回路１３が車両側負荷２０の非接触状態と判定することができる。これにより、電流値が少ない場合は回路のオープン、すなわち非接触状態と判断できる。

さらにまた、第６の側面に係る車両用電源装置によれば、前記判定回路１３が、車両側負荷２０の接続状態か非接触状態かを判定する判定動作を、一定時間を置いて複数回行い、所定回数以上連続して非接触状態と判定された場合に、非接触状態と最終判定するよう構成できる。これにより、誤検出を低減して信頼性の高い非接触状態検出が可能となる。

さらにまた、第７の側面に係る車両用電源装置によれば、前記電圧検出回路１２が、前記プリチャージリレー６をＯＮに切り換えてから所定の時間が経過するタイミングでコンデンサ電圧を検出し、前記判定回路１３が、前記電圧検出回路１２で検出されるコンデンサ電圧を第二設定電圧に比較して、車両側負荷２０が接続状態か非接触状態かを判定することができる。これにより、車両側負荷の非接触状態か、コンデンサの電荷が放電された状態かを区別できる。

さらにまた、第８の側面に係る車両用電源装置によれば、前記第二設定電圧が、上限値と下限値を含み、前記電圧検出回路１２で検出されたコンデンサ電圧が該上限値から下限値の間にあるとき、前記判定回路１３が車両側負荷２０の非接触状態を判定することができる。これにより、第二設定電圧として上限と下限とを規定し、より正確な判定を行うことができる。

さらにまた、第９の側面に係る車両用電源装置によれば、前記電圧検出回路１２が、前記走行用バッテリ１の電池セルの電圧を検出する回路を兼用することができる。これにより、電池セル用の電圧検出回路を、車両側負荷の接続状態の検出に併用でき、接続検出プラグを内蔵したコネクター等を不要とできることと相俟って、回路の簡素化に寄与できる利点が得られる。

さらにまた、第１０の側面に係る車両によれば、上記の電源装置を備えることができる。

さらにまた、第１１の側面に係る車両用電源装置に接続された車両側負荷の非接触状態検出方法によれば、車両の走行モータ２３に電力を供給する、充電可能な電池セルを備える走行用バッテリ１のプラス側に直列に接続している正極コンタクタ３Ａと、マイナス側に直列に接続している負極コンタクタ３Ｂの出力側に並列に接続された車両側のコンデンサ２１のコンデンサ電圧を、電圧検出回路１２で検出する工程と、前記電圧検出回路１２でコンデンサ電圧の上昇を検出する工程と、前記電圧検出回路１２で検出される検出電圧が所定の設定電圧よりも低く、かつコンデンサ電圧の上昇が所定の範囲内にあるとき、車両側負荷２０の接続を判定するための判定回路１３が、車両側負荷２０が非接触状態である判定する工程とを含むことができる。これにより、接続検出プラグを内蔵したコネクター等の専用の回路を使用せずとも、車両用電源装置と車両側負荷との接続状態を正確に判定できるので、車両側負荷を電源装置に直接に接続できる利点が得られる。

さらにまた、第１２の側面に係る車両用電源装置に接続された車両側負荷の非接触状態検出方法によれば、さらに前記車両側コンデンサ２１のコンデンサ電圧を検出する工程の前に、車両のイグニッションスイッチをＯＮする工程を含むことができる。これにより、キーＯＮ時に車両側負荷の断線検出など非接触状態の判定を行うことができ、安全性が保証される。

一実施の形態に係る車両用電源装置を車両側負荷に接続した車両システムを示すブロック図である。 正常時におけるプリチャージ動作を示すタイミングチャートである。 高電圧線がオープンとなった非接触状態におけるプリチャージ動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態に係る方法の、接続状態時におけるプリチャージ動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態に係る方法の、車両側コンデンサに電荷が残っている場合の接続状態時におけるプリチャージ動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態に係る方法の、非接触状態時におけるプリチャージ動作を示すタイミングチャートである。 車両側負荷の接続状態又は非接触状態を判定する手順を示すフローチャートである。 エンジンとモータの走行するハイブリッドカーに電源装置を搭載する例を示すブロック図である。 モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための車両用電源装置及びこの電源装置を備える車両並びに車両用電源装置に接続された車両側負荷の非接触状態検出方法を例示するものであって、本発明は車両用電源装置及びこの電源装置を備える車両並びに車両用電源装置に接続された車両側負荷の非接触状態検出方法を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

図１に、一実施の形態に係る車両用電源装置を車両側負荷に接続した車両システムを示す。この図に示す車両用電源装置は、ハイブリッドカーに搭載され、又は電気自動車に搭載され、あるいは燃料電池自動車に搭載されて、負荷として接続される走行モータ２３を駆動して車両を走行させる。この車両用電源装置１００は、複数の電池ユニット２を直列に接続している走行用バッテリ１と、走行用バッテリ１のプラス側に直列に接続して車両側負荷２０に電力を供給する正極コンタクタ３Ａと、マイナス側に直列に接続している負極コンタクタ３Ｂと、正極コンタクタ３Ａと並列に接続されたプリチャージ回路４と、走行用バッテリ１の電圧を検出し、コンタクタの開閉を制御する制御手段１０とを備える。この車両用電源装置１００は、車両側負荷２０に接続されて、これを駆動する。

車両側負荷２０であるハイブリッドカーや電気自動車などの電動車両は、大容量の車両側コンデンサ２１と、車両側コンデンサ２１と並列に接続されたＤＣ／ＡＣインバータ２５と、走行モータ２３と、発電機２４とを備える。この内、走行モータ２３が車両側の主たる負荷となる。車両側コンデンサ２１及びＤＣ／ＡＣインバータ２５は、車両用電源装置１００の正負の出力端子に対して接続されており、ＤＣ／ＡＣインバータ２５は、車両用電源装置１００からの電力を変換して走行モータ２３に供給し、また発電機２４で発電された電力を変換して車両用電源装置１００側に回生し、走行用バッテリ１の充電を行う。

車両側負荷２０は、大容量の車両側コンデンサ２１を並列に接続している。この車両側コンデンサ２１は、コンタクタの接点をクローズに切り換える状態で、走行用バッテリ１と共に車両側負荷２０に電力を供給する。特に、車両側コンデンサ２１からは、車両側負荷２０に瞬間的に大電力を供給する。走行用バッテリ１に並列に車両側コンデンサ２１を接続することで、車両側負荷２０に供給できる瞬間電力を大きくできる。車両側コンデンサ２１から車両側負荷２０に供給できる電力は、静電容量に比例するので、この車両側コンデンサ２１には、例えば４０００〜６０００μＦと極めて大きい静電容量のものが使用される。

走行用バッテリ１は、２組の電池ユニット２を直列に接続している。電池ユニット２は、複数の電池モジュールを直列に接続している。電池モジュールは、複数の二次電池セルを直列に直線状に連結している。二次電池は、ニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池である。電池モジュールは、５〜６個の二次電池を直列に接続している。ただ、電池モジュールは、４個以下、あるいは７個以上の二次電池を直列に接続することもできる。２組の電池ユニット２からなる走行用バッテリ１は、各々の電池ユニット２に７〜８本の電池モジュールを直列に接続している。

走行用バッテリ１は、走行モータ２３に大電力を供給できるように、たとえば、出力電圧を２００〜４００Ｖと高くしている。ただし、車両用電源装置は、走行用バッテリの出力側にＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を接続して、走行用バッテリの電圧を昇圧して、車両側負荷に電力を供給することもできる。この車両用電源装置は、直列に接続する二次電池の個数を少なくして、走行用バッテリの出力電圧を低くできる。したがって、この走行用バッテリは、たとえば出力電圧を１５０〜４００Ｖとすることができる。

なお車両用電源装置は、電池ユニット２を、必ずしも電池モジュールで構成する必要はなく、素電池を直列に接続して電池ユニットとすることができる。また、走行用バッテリは、必ずしも２組の電池ユニットで構成する必要はない。

走行用バッテリ１から供給される電流については、直列に接続される電流センサー（図示せず）にて測定し、各電池ユニット２の電圧は、電池ユニット２の両端電圧を測定することにより得ることができる。
（コンタクタ）

車両用電源装置１００は、出力側にコンタクタを接続している。コンタクタは車両のイグニッションスイッチでＯＮ／ＯＦＦ（開閉）を切り換えられる。イグニッションスイッチがＯＮに切り換えられると、コンタクタもＯＮ（クローズ）に切り換えられて車両用電源装置１００から走行モータ２３に出力できる状態となる。イグニッションスイッチがオフに切り換えられると、コンタクタはオフに切り換えられて、車両用電源装置１００の出力を負荷から切り離し、走行用バッテリ１の無駄な放電を防止すると共に、安全性を向上している。図１の回路例では、コンタクタとして正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂを備えている。

正極コンタクタ３Ａは、走行用バッテリ１の正極側と正極の出力端子との間に接続され、負極コンタクタ３Ｂは、走行用バッテリ１の負極側と負極の出力端子との間に接続される。正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂは、接点をＯＮ／ＯＦＦオフに制御する励磁コイルを有する。正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂは、各々独立してＯＮ／ＯＦＦに制御できるように、各々が励磁コイルを有するリレーである。正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂは、励磁コイルに通電する状態で接点をＯＮ、通電を停止してＯＦＦに切り換えられる。
（プリチャージ回路４）

プリチャージ回路４は、プリチャージ抵抗５とプリチャージリレー６との直列回路で構成される。このプリチャージ回路４は、イグニッションスイッチのＯＮ時（例えばキーＯＮ時）に車両側コンデンサ２１をプリチャージする。具体的には、イグニッションスイッチがＯＮに切り換えられると、正極コンタクタ３Ａをオフに保持して、負極コンタクタ３Ｂをクローズに切り換え、この状態で、正極コンタクタ３Ａと並列に接続しているプリチャージ回路４で車両側コンデンサ２１をプリチャージする。車両側コンデンサ２１がプリチャージされた後、正極コンタクタ３Ａをオープンからクローズに切り換えて、走行用バッテリ１を負荷２０に接続する。その後、プリチャージ回路４のプリチャージリレー６をオフに切り換える。

一方、車両のイグニッションスイッチがオフに切り換えられると、正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂの励磁コイルの通電を遮断する。励磁コイルの通電が遮断された正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂは、正常に動作する場合には、オフに切り換えられる。

制御手段１０は、イグニッションスイッチをオフにして、正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂの励磁コイルの通電を遮断し、両方をオフ状態に制御した後、正常にオフに切り換えられたかどうかを検出する。
（制御手段１０）

制御手段１０は、プリチャージ動作を行うためプリチャージリレー６及び正極コンタクタ３Ａ、負極コンタクタ３Ｂの開閉を制御する。また走行用バッテリ１の電圧を検出し、監視を行う。さらにこの制御手段１０は、車両側負荷２０が接続状態か非接触状態かを判定する接続判定機能も備えている。図１に示す制御手段１０は、走行用バッテリ１を流れる電流を検出する電流検出回路１１と、正極コンタクタ３Ａと負極コンタクタ３Ｂの出力側に並列に接続された車両側コンデンサ２１のコンデンサ電圧を検出する電圧検出回路１２と、電圧検出回路１２で検出されるコンデンサ電圧を所定の設定電圧と比較して、車両側負荷２０の接続を判定するための判定回路１３と、負極コンタクタ３Ｂの開閉を制御するコンタクタ制御回路１４と、プリチャージ回路４のプリチャージリレー６を制御するリレー制御回路１５を備えている。このような制御手段１０は、電源装置１００側のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、いわゆるバッテリＥＣＵに組み込むことができる。
（電圧検出回路１２）

電圧検出回路１２は、走行用バッテリ１の電池セルの電圧を検出する回路と兼用している。すなわち、電圧検出回路１２は、走行用バッテリ１を構成する各電池モジュールあるいは電池セルの電圧をマルチプレクサなどで切り替えて検出する。また一方で、出力側、すなわち車両側コンデンサ２１のコンデンサ電圧を検出するための検出手段としても兼用でき、必要なセンサ数を低減して回路の簡素化、低コスト化が実現される。すなわちイグニッションキーをＯＮする際に、コンタクタ制御回路１４が、負極コンタクタ３Ｂをクローズしてグランド線を切り替え、電圧検出回路１２がコンデンサ電圧を検出する。これによって判定回路１３が車両側負荷２０が接続状態か非接触状態かを判定する。このようにして、電池セル用の電圧検出回路１２を、車両側負荷２０の接続状態の検出に併用できる利点が得られる。

なお本明細書においては、電圧検出回路２１で検出する検出電圧を便宜上コンデンサ電圧と呼ぶことにするが、必ずしも車両側コンデンサ２１の電圧に限られない。すなわち、車両側負荷２０が接続されていない場合にはコンタクタ電圧を検出することとなる。
（プリチャージ動作）

プリチャージ回路４と正極、負極コンタクタ３Ｂを用いたプリチャージ動作のタイミングチャートを、図２〜図６に示す。これらの図において、図２は正常時における従来のプリチャージ動作、図３は高電圧線がオープンとなった非接触状態における従来のプリチャージ動作、図４は本実施の形態に係るプリチャージ動作の正常時、図５は車両側コンデンサ２１に電荷が残っている場合、図６は非接触状態のタイミングチャート及び電圧検出回路１２で検出されるコンデンサ電圧を、それぞれ示している。図２及び図３に示すように、通常は負極コンタクタ３Ｂとプリチャージリレー６とを同時にクローズする。このとき接続状態すなわち正常時においては、車両側コンデンサ２１が走行用バッテリ１で充電される結果、電圧検出回路１２で検出される高電圧線の電圧値すなわちコンデンサ電圧は、徐々に上昇して走行用バッテリ１のバッテリ電圧に近付く。一方、非接触状態すなわち異常時においては、回路がオープンになることから車両側コンデンサ２１に電流が流れず、高電圧線の電圧は直ちにバッテリ電圧に上昇する。この電圧値の違いを利用して、判定回路１３は接続状態と非接触状態とを検出する。
（判定回路１３）

上述の通り、制御手段１０は、高電圧線が断線や接触不良などでオープンとなっている、すなわち車両用電源装置１００が車両側負荷２０と正しく接続されていないことを検出する判定回路１３を備えている。この判定回路１３は、判定動作をイグニッションキーのスタート時、すなわちキーＯＮ時に行う。上述の通り、コンデンサ電圧に着目することで、断線等の異常を判定できるが、車両側コンデンサ２１に電荷が残っている場合には、コンデンサ電圧が発生するため、これを区別する必要がある。例えば、キーＯＦＦ後に車両側コンデンサ２１が自然放電されるのを待つ場合は、暫くは高電圧が維持されることがある。また、キーＯＦＦ後に強制的に車両側コンデンサ２１を強制的に放電することもある。このため本実施例では、コンデンサ電圧の上昇の程度を監視している。具体的には、コンデンサ電圧が時間と共に上昇していく比率を測定し、これが所定の範囲内にあるとき正常と判定し、範囲外にあるとき異常と判定している。

以下、図４、図５の電圧波形及び図７のフローチャートに基づいて、車両用電源装置に接続された車両側負荷２０が接続状態にあるか、非接触状態にあるかを、イグニッションキーのスタート時に判定回路１３が判定する手順を説明する。まずステップＳ１で、負極コンタクタ３Ｂをコンタクタ制御回路１４によりクローズする。次にステップＳ２で、高電圧線が正常であることを示す高電圧線正常フラグをリセットする。ここでは高電圧線正常フラグに０をセットする。次いでステップＳ３で、電圧検出回路１２でコンデンサ電圧を検出し、設定電圧と比較する。ここで設定電圧は、車両側コンデンサ２１の電荷が残っているかどうかを判定するための閾値電圧であり、例えば１０％〜８０％等、任意の値が利用できる。図７の例ではバッテリ電圧の５０％（ＢＶ／２）に設定している。よってステップＳ３で、コンデンサ電圧ＣＶがバッテリ電圧ＢＶの５０％よりも大きいかどうかを判定回路１３により判定し、小さい場合はそのままステップＳ４に進む。一方、大きい場合はステップＳ３−１に進み、正常であることを示す高電圧線正常フラグを１にセットして、ステップＳ４に進む。このように、ステップＳ３では、正極、負極コンタクタ３Ｂを共に開放した状態でコンデンサ電圧を測定することで、車両側コンデンサ２１に電荷が溜まっているかどうかを検出している。ここで図５に示すように、コンデンサ電圧が検出される場合は、車両側負荷２０が接続されていることを意味するので、この時点で接続状態であると判定され、電圧ライン正常フラグに１を立てることができる。

一方、コンデンサ電圧が検出されない場合は、正常であるが車両側コンデンサ２１が放電されて電荷が溜まっていない状態か（図４）、あるいは断線か（図６）であり、この時点では判断できない。そこで、次回以降のステップではこの点を判定する。具体的には、ステップＳ４でプリチャージリレー６をリレー制御回路１５により閉じて、プリチャージ動作に移る。次にステップＳ５で、判定回路１３がコンデンサ電圧の上昇に基づく非接触状態判定条件に合致するかどうかを判定する非接触状態判定動作を行う。非接触状態判定条件として、電圧検出回路１２で再度コンデンサ電圧を検出すると共に、検出されたコンデンサ電圧を第二設定電圧と比較する。ここでは第二設定電圧として、（コンデンサ電圧ＣＶ）／（バッテリ電圧ＢＶ）が１００％±２０％、すなわち８０％〜１２０％の範囲にある場合に、非接触状態と判定している。ここで第二設定電圧として、下限値のみならず上限値も設定することにより、万一電圧検出回路が故障し、検出値がオーバーフローして見かけ上フルレンジ検知したときの状態を区別することができる。

さらに、非接触状態判定条件として、電流値も加えることが好ましい。非接触状態の場合は電流が流れないため、電流検出回路１１で検出した電流値を閾値電流と比較して、これよりも低い場合に非接触状態と判定することができる。ここでは閾値電流として１．５Ａに設定している。

図７の例では、非接触状態判定条件として、高電圧線正常フラグが０で、かつコンデンサ電圧が所定の範囲内で、なおかつ電流検出回路１１で検出される電流値が所定の電流閾値以下であるかどうかを判定する。断線など非接触状態の場合は、電流が車両側コンデンサ２１に流入しないため、コンデンサ電圧が直ちに上昇し、かつ電流も流れないため、電流値も低くなる。ここでは正確な判定を期すために、３つの条件をすべて満たす場合に非接触状態と判定している。

さらに、誤検出を防止するために、所定の時間間隔をおいて非接触状態判定動作を行い、所定の回数以上、連続して判定された場合に非接触状態と判定することが好ましい。この例では、１０ｍｓの時間間隔で、５回連続して判定された場合に、ステップＳ５−１に進み、判定回路１３は非接触状態であると判定して、高電圧線オープンのエラーを確定し、さらにステップＳ５−２で、コンタクタをオフにする。

一方、ステップ５で非接触状態判定条件に該当しない場合は、判定回路１３は接続状態であると判定し、ステップＳ６に進み、プリチャージ動作を継続する。すなわち、正極コンタクタ３Ａをクローズしたり、プリチャージリレー６をＯＦＦするなど、所定のプリチャージ動作を順次行う。

以上のように、本実施の形態では負極コンタクタ３Ｂとプリチャージリレー６のクローズを同時に行うのでなく、図４〜図６のタイミングチャートに示すように、負極コンタクタ３Ｂのクローズ後、タイミングを遅らせてプリチャージリレー６をクローズしている。これによって、車両側コンデンサ２１に残った電荷によるコンデンサ電圧の発生と、非接触状態によるコンデンサ電圧の発生とを区別できる。すなわち、非接触状態の場合は、図６に示すように、負極コンタクタ３Ｂとプリチャージリレー６が共にクローズになった際に、走行用バッテリ１のバッテリ電圧が電圧検出回路１２で検出されるが、一方車両側コンデンサ２１に電荷が残っている場合は、図５に示すように、負極コンタクタ３Ｂが接続された段階で、プリチャージリレー６がクローズされなくとも電圧検出回路１２で車両側コンデンサ２１のコンデンサ電圧が確認できることとなる。よって、負極コンタクタ３Ｂとプリチャージリレー６のクローズのタイミングをずらすことで、両者を区別でき、正確に非接触状態を検出できる。なお負極コンタクタ３Ｂから遅れてプリチャージリレー６をクローズさせる遅延タイミングは、電圧検出回路１２で電圧を検出可能なタイミングであれば足り、例えば５ｍｓ〜５０ｍｓ等、任意の時間に設定できる。

以上のようにして、接続検出プラグを内蔵したコネクターのような専用部材を使用せずとも、既存の回路である電圧検出回路１２や電流検出回路１１を利用して、判定回路１３は車両側負荷２０の接続状態を判定することができる。この結果、インターロック機構を内蔵した複雑なコネクタを省略して、直接ねじ等で車両用電源装置を車両側負荷に固定することができるようになり、車両側負荷との接続を簡素化できる利点が得られる。また、プリチャージ動作時の立ち上がり近傍の電圧変化を監視することで、迅速且つ正確な判断が可能となる。

なお、上記のプリチャージ動作では、負極コンタクタ３Ｂをクローズしてコンデンサ電圧を測定しているが、電圧検出回路１２の負極側の接続線を走行用バッテリ１側の負極側に接続している場合は、負極コンタクタ３Ｂのクローズ動作を不要とできる。また、上記の例では正極側と負極側にそれぞれコンタクタを配置しているが、これに限らずコンタクタを正負どちらか一方のみで構成することもできる。

上述の通り、車両用電源装置は、車載用のバッテリシステムとして利用される。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。

図８に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーに電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００Ｂと、バッテリシステム１００Ｂの電池を充電する発電機９４とを備えている。バッテリシステム１００Ｂは、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、バッテリシステム１００Ｂの電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、バッテリシステム１００Ｂから電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム１００Ｂの電池を充電する。

また図９に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００Ｃと、このバッテリシステム１００Ｃの電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、バッテリシステム１００Ｃから電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム１００Ｃの電池を充電する。

本発明に係る車両用電源装置及びこの電源装置を備える車両並びに車両用電源装置に接続された車両側負荷の非接触状態検出方法は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。

１００…電源装置
１…走行用バッテリ
２…電池ユニット
３…コンタクタ；３Ａ…正極コンタクタ
３Ｂ…負極コンタクタ
４…プリチャージ回路
５…プリチャージ抵抗
６…プリチャージリレー
１０…制御手段
１１…電流検出回路
１２…電圧検出回路
１３…判定回路
１４…コンタクタ制御回路
１５…リレー制御回路
２０…車両側負荷
２１…車両側コンデンサ
２３…走行モータ
２４…発電機
２５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
１００Ｂ、１００Ｃ…バッテリシステム
ＨＶ、ＥＶ…車両

Claims (12)

1. 車両の走行モータ(23)に電力を供給する、充電可能な電池セルを備える走行用バッテリ(1)と、
   前記走行用バッテリ(1)のプラス側に直列に接続している正極コンタクタ(3A)と、
   前記走行用バッテリ(1)のマイナス側に直列に接続している負極コンタクタ(3B)と、
   正極コンタクタ(3A)と負極コンタクタ(3B)の出力側に接続される車両側負荷(20)が接続状態か非接触状態かを判定する制御手段(10)と、
   を備える車両用の電源装置であって、
   前記制御手段(10)が、
   正極コンタクタ(3A)と負極コンタクタ(3B)の出力側に並列に接続された車両側のコンデンサのコンデンサ電圧を検出する電圧検出回路(12)と、
   前記電圧検出回路(12)で検出されるコンデンサ電圧を所定の設定電圧と比較して、車両側負荷(20)の接続を判定するための判定回路(13)と、
   を備えてなることを特徴とする車両用電源装置。
2. 請求項１に記載の車両用電源装置であって、
   前記制御手段(10)が、前記負極コンタクタ(3B)の開閉を制御するコンタクタ制御回路(14)を備えており、
   前記コンタクタ制御回路(14)が、前記負極コンタクタ(3B)をクローズに切り換える状態で、前記電圧検出回路(12)がコンデンサ電圧を検出して、前記コンデンサ電圧が所定の設定電圧以上のとき、前記判定回路(13)が車両側負荷(20)を接続状態と判定することを特徴とする車両用電源装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両用電源装置であって、
   前記設定電圧が、前記走行用バッテリ(1)のバッテリ電圧の５０％以上であることを特徴とする車両用電源装置。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の車両用電源装置であって、さらに、
   前記正極コンタクタ(3A)と並列に接続してなる、プリチャージ抵抗(5)とプリチャージリレー(6)との直列回路からなるプリチャージ回路(4)を備えると共に、
   前記制御手段(10)が、前記プリチャージ回路(4)の前記プリチャージリレー(6)を制御するリレー制御回路(15)を備えており、
   前記電圧検出回路(12)がコンデンサ電圧を検出して前記判定回路(13)が車両側負荷(20)の非接触状態と判定する状態で、前記リレー制御回路(15)が前記プリチャージリレー(6)をＯＮに制御して、前記電圧検出回路(12)がコンデンサ電圧の上昇を検出して、検出されるコンデンサ電圧の上昇に基づいて、前記判定回路(13)が車両側負荷(20)が接続状態か非接触状態かを判定することを特徴とする車両用電源装置。
5. 請求項４に記載の車両用電源装置であって、さらに、
   前記走行用バッテリ(1)を流れる電流を検出する電流検出回路(11)を備え、
   前記電流検出回路(11)で検出された電流値が所定の閾値電流以下の場合に、前記判定回路(13)が車両側負荷(20)の非接触状態と判定することを特徴とする車両用電源装置。
6. 請求項５に記載の車両用電源装置であって、
   前記判定回路(13)が、車両側負荷(20)の接続状態か非接触状態かを判定する判定動作を、一定時間を置いて複数回行い、所定回数以上連続して非接触状態と判定された場合に、非接触状態と最終判定するよう構成してなることを特徴とする車両用電源装置。
7. 請求項１から６のいずれか一に記載の車両用電源装置であって、
   前記電圧検出回路(12)が、前記プリチャージリレー(6)をＯＮに切り換えてから所定の時間が経過するタイミングでコンデンサ電圧を検出し、前記判定回路(13)が、前記電圧検出回路(12)で検出されるコンデンサ電圧を第二設定電圧に比較して、車両側負荷(20)が接続状態か非接触状態かを判定することを特徴とする車両用電源装置。
8. 請求項７に記載の車両用電源装置であって、
   前記第二設定電圧が、上限値と下限値を含み、前記電圧検出回路(12)で検出されたコンデンサ電圧が該上限値から下限値の間にあるとき、前記判定回路(13)が車両側負荷(20)の非接触状態を判定することを特徴とする車両用電源装置。
9. 請求項１から８のいずれか一に記載の車両用電源装置であって、
   前記電圧検出回路(12)が、前記走行用バッテリ(1)の電池セルの電圧を検出する回路を兼用してなることを特徴とする車両用電源装置。
10. 請求項１から９のいずれか一に記載の電源装置を備える車両。
11. 車両用電源装置に接続された車両側負荷の非接触状態検出方法であって、
    車両の走行モータ(23)に電力を供給する、充電可能な電池セルを備える走行用バッテリ(1)のプラス側に直列に接続している正極コンタクタ(3A)と、マイナス側に直列に接続している負極コンタクタ(3B)の出力側に並列に接続された車両側のコンデンサ(21)のコンデンサ電圧を、電圧検出回路(12)で検出する工程と、
    前記電圧検出回路(12)でコンデンサ電圧の上昇を検出する工程と、
    前記電圧検出回路(12)で検出される検出電圧が所定の設定電圧よりも低く、かつコンデンサ電圧の上昇が所定の範囲内にあるとき、車両側負荷(20)の接続を判定するための判定回路(13)が、車両側負荷(20)が非接触状態である判定する工程と、
    を含むことを特徴とする車両用電源装置に接続された車両側負荷の非接触状態検出方法。
12. 請求項１１に記載の車両用電源装置に接続された車両側負荷の非接触状態検出方法であって、さらに、
    前記車両側コンデンサ(21)のコンデンサ電圧を検出する工程の前に、車両のイグニッションスイッチをＯＮする工程を含むことを特徴とする車両用電源装置に接続された車両側負荷の非接触状態検出方法。

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