JP2018190677A - 回路保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも確実にヒューズを溶断させる。【解決手段】一端が直流電源のプラス端子に接続され、他端が保護対象回路の一方の入力端子に接続された第１のヒューズと、一端が直流電源のマイナス端子に接続され、他端が保護対象回路の他方の入力端子に接続された第２のヒューズと、アノード端子が第１のヒューズの他端に接続されカソード端子が第２のヒューズの他端に接続される第１のサイリスタと、アノード端子が第２のヒューズの他端に接続されカソード端子が第１のヒューズの他端に接続される第２のサイリスタと、一端が第１のヒューズの他端に接続され他端が第２のヒューズの他端に接続され、中点が第１のサイリスタのゲート端子の接続された第１の抵抗分圧回路と、一端が第１のヒューズの他端に接続され他端が第２のヒューズの他端に接続され、中点が第２のサイリスタのゲート端子の接続された第２の抵抗分圧回路とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、回路保護装置に関する。

下記特許文献１には、組電池の電圧を監視する監視回路を保護する回路保護装置が開示されている。この回路保護装置は、組電池と監視回路との間に介装される回路であり、監視回路の各入力端と組電池を構成する複数の電池セルの各端子とを相互接続する複数の検出ラインの各々に挿入される複数のヒューズと、個々の電池セルに対応する一対の検出ライン間に各々設けられる複数のツェナーダイオードからなる。

特許第５５８５６１６号公報

ところで、上記回路保護装置は、ツェナーダイオードが過電圧によって遮断状態から導通状態に変化することによってヒューズに電流が流れて溶断するものであるが、電流が流れることによってヒューズが溶融を開始すると、ヒューズの抵抗値が徐々に大きくなり、この結果としてツェナーダイオードが完全にブレークダウンする前の段階でツェナーダイオードの端子間電圧がツェナー電圧以下に低下して電流が流れなくなり、よってヒューズを完全に溶断しない虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも確実にヒューズを溶断させて保護対象回路を保護することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、直流電源と、当該直流電源のプラス電圧及びマイナス電圧が個別に入力される保護対象回路との間に設けられる回路保護装置であって、一端が前記直流電源のプラス端子に接続され、他端が前記保護対象回路の一方の入力端子に接続された第１のヒューズと、一端が前記直流電源のマイナス端子に接続され、他端が前記保護対象回路の他方の入力端子に接続された第２のヒューズと、アノード端子が前記第１のヒューズの他端に接続されると共にカソード端子が前記第２のヒューズの他端に接続される第１のサイリスタと、アノード端子が前記第２のヒューズの他端に接続されると共にカソード端子が前記第１のヒューズの他端に接続される第２のサイリスタと、一端が前記第１のヒューズの他端に接続されると共に他端が前記第２のヒューズの他端に接続され、かつ、中点が前記第１のサイリスタのゲート端子の接続された第１の抵抗分圧回路と、一端が前記第１のヒューズの他端に接続されると共に他端が前記第２のヒューズの他端に接続され、かつ、中点が前記第２のサイリスタのゲート端子の接続された第２の抵抗分圧回路とを備える、という手段を採用する。

本発明によれば、従来よりも確実にヒューズを溶断させて保護対象回路を保護することが可能である。

本発明の一実施形態に係る回路保護装置の詳細構成を示す回路図である。

以下、図１を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る回路保護装置Ａは、図示するように電池セルＢ（直流電源）と電圧監視部Ｃ（保護対象回路）との間に設けられており、電池セルＢから電圧監視部Ｃに印加されるプラス電圧及びマイナス電圧の異常に対して電圧監視部Ｃを保護する装置である。

電池セルＢは、組電池の構成要素であり、上記プラス電圧を出力するプラス端子とマイナス電圧を出力するマイナス端子とを備える。この電池セルＢが出力するプラス電圧及びマイナス電圧は、回路保護装置Ａを介して電圧監視部Ｃに印加される。また、この電池セルＢは、図示するようにＣＩＤ（Current Interrupt Device）を備えている。ＣＩＤは、電池セルＢのプラス端子側に設けられており、電池セルＢの異常によって当該電池セルＢの内圧が過度に上昇すると作動することにより、電池セルＢのプラス端子を機械的に解放する遮断素子（ディスコネクト素子）である。

なお、組電池には多数の電池セルが直列接続されているが、電池セルＢは、このように直列接続された組電池の１つである。図示を省略しているが、組電池の各電池セルには電圧監視部Ｃ及び本実施形態に係る回路保護装置Ａが個別に設けられている。また、本実施形態における組電池は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるバッテリであり、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池である。

回路保護装置Ａは、図示するように第１のヒューズ１、第２のヒューズ２、第１のサイリスタ３、第２のサイリスタ４、第１の抵抗分圧回路５及び第２の抵抗分圧回路６を備えている。第１のヒューズ１は、一端が電池セルＢのプラス端子に接続され、他端が電圧監視部Ｃの一方の入力端子に接続されている。第２のヒューズ２は、一端が電池セルＢのマイナス端子に接続され、他端が電圧監視部Ｃの他方の入力端子に接続されている。これら第１、第２のヒューズ１，２は、電流が通電されると溶断する回路遮断素子である。

第１のサイリスタ３は、アノード端子が第１のヒューズ１の他端に接続されると共にカソード端子が第２のヒューズ２の他端に接続されている。第２のサイリスタ４は、アノード端子が第２のヒューズ２の他端に接続されると共にカソード端子が第１のヒューズ１の他端に接続されている。このような第１、第２のサイリスタ３，４は、ゲート端子に印加される電圧（ゲート電圧）に応じてアノード端子とカソード端子との導通／非導通が制御される半導体スイッチである。

第１の抵抗分圧回路５は、一端が第１のヒューズ１の他端に接続されると共に他端が第２のヒューズ２の他端に接続され、かつ、中点が第１のサイリスタ３のゲート端子の接続されている。第２の抵抗分圧回路６は、一端が第１のヒューズ１の他端に接続されると共に他端が第２のヒューズ２の他端に接続され、かつ、中点が第２のサイリスタ４のゲート端子の接続されている。

これら第１、第２の抵抗分圧回路５，６は、一対の抵抗器の直列回路であり、一端と他端との端子間電圧を一対の抵抗器で抵抗分圧し、この分圧電圧を中点に出力する。すなわち、第１のサイリスタ３のゲート電圧は、第１の抵抗分圧回路５の中点における分圧電圧であり、また第２のサイリスタ４のゲート電圧は、第２の抵抗分圧回路６の中点における分圧電圧である。したがって、第１のサイリスタ３の導通／非導通は、第１の抵抗分圧回路５の分圧電圧によって制御され、第２のサイリスタ４の導通／非導通は、第２の抵抗分圧回路６の分圧電圧によって制御される。

電圧監視部Ｃは、プラス電圧及びマイナス電圧に基づいて電池セルＢの状態を監視する回路構成要素である。この電圧監視用集積回路Ｃは、図示するように放電回路７、一対のフィルタ８，９及び監視用ＩＣ１０（ＬＩＢ ＩＣ）を備えている。放電回路７は、抵抗と半導体スイッチとの直列回路であり、一端が第１のヒューズ１の他端に接続され、他端が第２のヒューズ２の他端に接続されている。この放電回路７は、監視用ＩＣ１０によって半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦが制御されることによって、電池セルＢの放電状態／充電状態を切り替える。

一対のフィルタ８，９のうち、一方のフィルタ８は、入力端が第１のヒューズ１の他端に接続され、出力端が監視用ＩＣ１０の一方の入力端に接続されている。このフィルタ８は、プラス電圧に重畳するノイズを除去する低域通過回路である。他方のフィルタ９は、入力端が第２のヒューズ２の他端に接続され、出力端が監視用ＩＣ１０の他方の入力端に接続されている。このフィルタ９は、マイナス電圧に重畳するノイズを除去する低域通過回路である。

監視用ＩＣ１０は、一対の入力端子を備えており、一方の入力端子には第１のヒューズ１及び一方のフィルタ８を介してプラス電圧が入力され、他方の入力端子には第２のヒューズ２及び他方のフィルタ９を介してマイナス電圧が入力される。この監視用ＩＣ１０は、プラス電圧及びマイナス電圧に基づいて電池セルＢの状態を監視する集積回路である。また、この監視用ＩＣ１０は、プラス電圧及びマイナス電圧に基づいて電池セルＢが過充電状態であることを検知すると、放電回路７の半導体スイッチをＯＮ状態に設定して電池セルＢに充電された電荷を放電させる。

次に、本実施形態に係る回路保護装置の動作について詳しく説明する。
例えば、車両が力行運転をしている状態で電池セルＢが過充電になってＣＩＤが作動した場合、電池セルＢのマイナス電圧が異常電圧（過電圧）になる。この結果、第１の抵抗分圧回路５の分圧電圧が低下するので、第１のサイリスタ３は、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化する。

このように第１のサイリスタ３がＯＮ状態になることによって、電池セルＢのプラス端子から第１のヒューズ１、第１のサイリスタ３及び第２のヒューズ２を経由して電池セルＢのマイナス端子に異常電流が流れ、当該異常電流によって第１、第２のヒューズ１，２が溶断する。ここで、第１のサイリスタ３は、異常電流の流れが停止するまでＯＮ状態を維持するので、第１、第２のヒューズ１，２は確実に溶断する。

一方、車両が回生運転をしている状態で電池セルＢが過充電になってＣＩＤが作動した場合、電池セルＢのプラス電圧が異常電圧（過電圧）になる。この結果、第２の抵抗分圧回路６の分圧電圧が低下するので、第２のサイリスタ４は、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化する。

このように第２のサイリスタ４がＯＮ状態になることによって、電池セルＢのプラス端子から第１のヒューズ１、第１のサイリスタ３及び第２のヒューズ２を経由して電池セルＢのマイナス端子に異常電流が流れ、当該異常電流によって第１、第２のヒューズ１，２が溶断する。ここで、第２のサイリスタ４は、異常電流の流れが停止するまでＯＮ状態を維持するので、第１、第２のヒューズ１，２は確実に溶断する。

このような本実施形態によれば、従来よりも確実に第１、第２のヒューズ１，２を溶断させて電圧監視部Ｃを保護することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、電池セルＢに備えられたＣＩＤの作動に起因する異常電圧に対して電圧監視部Ｃを保護することについて説明したが、電圧監視部Ｃに対する異常電圧の発生原因は、ＣＩＤの作動に限定されない。本発明は、様々な要因に起因する異常電圧に対して電圧監視部Ｃを保護することができる。

（２）上記実施形態では、ＣＩＤを備える電池セルＢについて説明したが、本発明はこれに限定されない。安全対策用に組電池に設けられる遮断素子には、電池セルの異常内圧に基づいて作動するＣＩＤの他に種々のものが考えられる。

Ａ 回路保護装置
Ｂ 電池セル（直流電源）
Ｃ 電圧監視部（保護対象回路）
１ 第１のヒューズ
２ 第２のヒューズ
３ 第１のサイリスタ
４ 第２のサイリスタ
５ 第１の抵抗分圧回路
６ 第２の抵抗分圧回路
７ 放電回路
８，９ フィルタ
１０ 監視用ＩＣ

Claims (1)

1. 直流電源と、当該直流電源のプラス電圧及びマイナス電圧が個別に入力される保護対象回路との間に設けられる回路保護装置であって、
   一端が前記直流電源のプラス端子に接続され、他端が前記保護対象回路の一方の入力端子に接続された第１のヒューズと、
   一端が前記直流電源のマイナス端子に接続され、他端が前記保護対象回路の他方の入力端子に接続された第２のヒューズと、
   アノード端子が前記第１のヒューズの他端に接続されると共にカソード端子が前記第２のヒューズの他端に接続される第１のサイリスタと、
   アノード端子が前記第２のヒューズの他端に接続されると共にカソード端子が前記第１のヒューズの他端に接続される第２のサイリスタと、
   一端が前記第１のヒューズの他端に接続されると共に他端が前記第２のヒューズの他端に接続され、かつ、中点が前記第１のサイリスタのゲート端子の接続された第１の抵抗分圧回路と、
   一端が前記第１のヒューズの他端に接続されると共に他端が前記第２のヒューズの他端に接続され、かつ、中点が前記第２のサイリスタのゲート端子の接続された第２の抵抗分圧回路と
   を備えることを特徴とする回路保護装置。
   

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