JP2008151682A - 電圧監視回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電流遮断スイッチ3がOFFされると、その電流遮断スイッチ3の両端には、蓄電池1a,1b,1c,1dの直列電圧が逆極性で発生する。したがって、電流遮断スイッチ3を挟んだ両側の配線P3,P4間には、配線P3を負極性として組電池1の直列電圧から蓄電池1cの電圧を差し引いた値の高電圧が発生する。このとき、配線P3は配線P4に比べて負電圧となるので半導体スイッチ5cはOFFとなる。さらに、配線P4の組電池監視回路4側も負電圧となり、配線P4の電圧でバイアスされる半導体スイッチ5dもOFFとなる。したがって、電流遮断スイッチ3がOFFされても組電池監視回路4側の配線P3と配線P4との間には高電圧が発生しない。
【選択図】図1
Description
このような過電圧の発生現象が生じると、ハイブリッド自動車などの組電池の直列数が多くなるような場合には、一般的には耐圧が50V程度とそれほど高くないオペアンプなどの電圧検出素子を過電圧で破損させたり、監視回路のプリント配線の焼損などを引き起こしたりするおそれがある。さらには、監視回路を構成する電圧監視回路の入力段には、特許文献2に示すように、蓄電池の過度変動電圧やノイズの検出を防止して検出電圧を安定にするためのフライングキャパシタが設けられているが、電流遮断スイッチのOFF時に上記のような逆極性の高電圧が発生すると、このフライングキャパシタがショートモードで破損して、監視回路に短絡電流が流れて2次的な障害に波及したり、電流遮断スイッチに直列のヒューズを溶断させたりするおそれがある。
説明の便宜上、電圧監視回路を含めたハイブリッド自動車の電源回路について以下説明する。
図1の構成図に示すように、この電源回路は、蓄電器である蓄電池1a,1b,1c,1dが直列に接続された蓄電装置である組電池1と、高電圧の組電池1を電源として駆動するインバータ回路などの負荷2と、メンテナンス上の対策から組電池1の電圧を略1/2の電圧にするために中間位置の蓄電池1bと蓄電池1cとの間に直列に接続された電流遮断スイッチ3と、各蓄電池1a,1b,1c,1dの電圧を監視するためにそれぞれの蓄電池1a,1b,1c,1dの端子と配線P1,P2,P3,P4,P5で接続された組電池監視回路4と、最も電位の高い配線P1を除くすべての配線P2,P3,P4,P5に直列に接続されたスイッチ素子である半導体スイッチ5a,5b,5c,5dとを備えている。さらに、それぞれの半導体スイッチ5a,5b,5c,5dをON/OFF制御するトリガ端子T1,T2,T3,T4は隣接する高い電位側の配線に接続され、各配線からの信号でONするようになっている。なお、蓄電器である蓄電池1a,1b,1c,1dのそれぞれが複数の蓄電池から構成されているときは、各蓄電池1a,1b,1c,1dは、蓄電器セルと言い換えられる。
第1実施形態は、組電池を構成する各蓄電池の電圧を検出する配線に挿入された双方向通電の半導体スイッチとしてNチャネル型のMOS−FETを用いた場合の具体的な実施形態である。
第1実施形態では、監視回路の等価回路を形成する第2ダミー負荷13は、それぞれの電圧検出回路がcr並列回路になっているため、電流遮断スイッチ14がOFFしてC’が負電圧になってから、E’,F’,G’の各点の電位がC’とほぼ同じ負電位になる時間はcr並列回路の時定数に依存されて遅くなる。そこで、第2実施形態ではこのような時間遅れの不具合をなくした電圧監視回路を提案する。
このように、cr並列回路に対してダイオードDiを並列に接続することにより、電流遮断スイッチ14がOFFしてC’が負電圧になると、E−E’の配線のFETがOFFしてハイインピーダンスになったときに、コンデンサc(c1)の電荷はダイオードDi(Di1)を介して直ちに放電されるので、E’の電位は直ちにC’の電位にクランプされる。
第3実施形態では、組電池を構成する各蓄電池の電圧を検出する配線に挿入される双方向通電の半導体スイッチとして、Pチャネル型のMOS−FET(以下、FETという。)を用いた場合の実施形態について説明する。図5は、本発明における第3実施形態の電圧監視回路を備えたハイブリッド自動車の電源回路の構成図である。図5に示すように、第3実施形態の電源回路においては、組電池の電圧検出回路の配線に挿入する半導体スイッチとして、ゲート電圧が負電圧のときにONするPチャネルのFETを用いている。
以上説明した第1実施形態乃至第3実施形態に係る電圧監視回路を比較例と対比して説明する。図6は従来の監視回路を含む電源回路の構成図である。6個の蓄電池E1〜E6が直列に接続されて組電池21を構成し、蓄電池E3とE4との間に直列に電流遮断スイッチS1が挿入されている。組電池21の電圧はインバータなどの負荷22に供給され、さらに、各蓄電池E1〜E6の端子電圧は組電池監視回路24で監視されている。
1a,1b,1c,1d 蓄電池(蓄電器、蓄電器セル)
2,22 負荷
3,14 電流遮断スイッチ
4,24,24a,24b 組電池監視回路
5a,5b,5c,5d 半導体スイッチ(スイッチ素子)
12 第1ダミー負荷
13,13a 第2ダミー負荷
P1,P2,P3,P4,P’ 配線
Di1,Di2 寄生ダイオード
Fu ヒューズ
Claims (5)
- 任意個数の蓄電器を備える蓄電器セルがN個直列に接続され、少なくとも1組の隣接する蓄電器セルの間に電流遮断スイッチが挿入された蓄電装置に適用される電圧監視回路において、
前記N個の蓄電器セルの各端子から(N+1)本の配線で接続され、前記N個の蓄電器セルの電圧を個別に検出する監視回路と、
前記(N+1)本の配線のうち、最大電位の配線又は最小電位の配線を除く配線に直列に挿入されるスイッチ素子とを備え、
前記スイッチ素子は、隣接する前記配線からの信号によって作動することを特徴とする電圧監視回路。 - 前記各配線間に接続された抵抗素子を備え、
前記蓄電装置の両端には、電気負荷が接続されたことを特徴とする請求項1に記載の電圧監視回路。 - 前記抵抗素子には、低電位側をアノードとし高電位側をカソードとするダイオードが並列に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の電圧監視回路。
- 前記スイッチ素子は、正電圧でONする半導体スイッチであり、
前記半導体スイッチは、最大電位の配線を除く前記配線に挿入され、電位の高い側に隣接する配線の電位によってONすることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の電圧監視回路。 - 前記スイッチ素子は、負電圧でONする半導体スイッチであり、
前記半導体スイッチは、最小電位の配線を除く前記配線に直列に挿入され、電位の低い側に隣接する配線の電位によってONすることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の電圧監視回路。
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