| 【発明の名称】 |
二電池型電気自動車の電池監視装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小林 徹也
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| 【要約】 |
【課題】回路構成の複雑化を抑止しつつ、主電池の電圧検出精度の向上が可能な二電池型電気自動車の電池監視装置を提供すること。
【解決手段】高圧の主電池３と、低圧の副電池２と、電圧検出回路５１、５２と、副電池３から給電されて電圧検出回路５１、５２に給電する電源電圧供給回路３とを備え、電源電圧供給回路３は、インバータ４２と、マルチ出力型トランス４４と、整流器４５〜４７とを備える。マルチ出力型トランス４４の一次コイル４４１と低圧負荷給電用の二次コイル４４４との間の電磁結合係数は、一次コイル４４１と電圧検出回路給電用の二次コイル４４２、４４３との間の電磁結合係数よりも小さく設定されるので、低圧負荷給電用の二次コイル４４４の電流変動による電圧検出回路５１、５２の電源電圧変動を低減することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の電池ブロックを直列接続して構成された高圧の主電池と、低圧の副電池と、各前記電池ブロックの端子電圧を個別に検出する複数の電圧検出回路と、前記副電池から給電されて各前記電圧検出回路及び低圧の電気負荷に個別に電源電圧を印加する電源電圧供給回路と、を備え、前記電源電圧供給回路は、前記副電池から給電される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記交流電力が供給される一次コイル、電圧検出回路給電用の複数の二次コイル及び低圧負荷給電用の二次コイルを有するマルチ出力型トランスと、各前記電圧検出回路給電用の二次コイルから出力される各交流電力を個別に整流して前記各電圧検出回路に給電するとともに、前記低圧負荷給電用の二次コイルから出力される交流電力を整流して直接又は所定周波数の交流電力に変換して低圧の電気負荷へ給電する多数の整流器と、を備える二電池型電気自動車の電池監視装置において、前記マルチ出力型トランスの前記一次コイルと前記低圧負荷給電用の二次コイルとの間の電磁結合係数は、前記一次コイルと前記電圧検出回路給電用の二次コイルとの間の電磁結合係数よりも小さく設定されることを特徴とする二電池型電気自動車の電池監視装置。
【請求項２】請求項１記載の二電池型電気自動車の電池監視装置において、前記一次コイル及び前記各二次コイルは前記マルチ出力型トランスのコアに径方向に重ねて巻装され、前記一次コイル及び前記低圧負荷給電用の二次コイルは、前記各電圧検出回路用の二次コイルを径方向に挟んで配置されることを特徴とする二電池型電気自動車の電池監視装置。
【請求項３】請求項１記載の二電池型電気自動車の電池監視装置において、前記マルチ出力型トランスは、前記一次コイル及び前記各電圧検出回路用の二次コイルと前記低圧負荷給電用の二次コイルとの間に漏れ磁束を増大させる分岐磁路部材を有することを特徴とする二電池型電気自動車の電池監視装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二電池型電気自動車の電池監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】二次電池を搭載する純電気自動車、燃料電池車及びハイブリッド車などの電気自動車では、抵抗損失低減や制御用半導体素子の小型化のために車両走行モータと電力授受する３００Ｖ近い端子電圧をもつ高圧電池（主電池）と、制御装置やオーディオ装置や従来の車両用電気負荷に給電するために１２Ｖ程度の端子電圧を有する低圧電池とを搭載することが有利である。
【０００３】電気自動車の主電池として用いられるニッケル水素電池やリチウム電池などの高エネルギー二次電池は過充電や過放電に弱い特性をもつが、電気自動車の二次電池は頻繁に充放電を繰り返すため、その精密な容量管理が必須となっている。
【０００４】主電池の精密な容量管理のためには、縦続接続されて主電池を構成する各電池ブロックの端子電圧を精密に検出する必要がある。なお、電池ブロックは１乃至縦続接続された複数の単電池で構成される。
【０００５】各電池ブロックの基準端（通常低位端）電位は互いに異なるために、これら基準端を基準として高位端の電位を検出する各電池ブロックの端子電圧検出回路（以下、電圧検出回路ともいう）に電源電圧を給電する各電源回路（以下、電圧検出回路用電源回路ともいう）を互いに電気的に独立させる必要がある。
【０００６】これら電圧検出回路用電源回路は低電圧を出力すればよいので、二電池型電気自動車では、低圧の副電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータ、複数の二次コイルを有するトランス（以下、マルチ出力型トランスともいう）、各二次コイル電圧を個別に整流する整流器で構成される複数出力型のＤＣーＤＣコンバータが採用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記説明した二電池型電気自動車では、運転者の利便性を向上するために商用周波数の１００Ｖ交流負荷や、副電池電圧とは異なる電圧の直流負荷などにたとえばコンセントなど通じて給電することが望まれている。
【０００８】この種の異電圧負荷には、電圧変換用のトランスを内蔵するＤＣーＤＣコンバータ又はインバータを通じて、主電池又は副電池から給電されるが、回路構成を簡素化し、車両重量を軽減するためには上記したマルチ出力型トランスの一つの二次コイルから給電することが最も簡単である。
【０００９】この場合、異電圧負荷への給電電流はその開閉などにより大きく変動し、この電流変動が、一次コイルだけでなく電圧検出回路給電用の二次コイルにも影響するため、この異電圧負荷への印加電圧の変動に応じてマルチ出力型トランスの一次電流をフィードバック制御して、低圧負荷給電用の二次コイルの電流変化を補償（一次コイルから低圧負荷給電用の二次コイルに電磁給電）することが必要となる。
【００１０】しかしながら、詳細な回路解析の説明は省略するが、このようなフィードバック制御を行ったとしても、異電圧負荷への給電電流の増減は、結局、マルチ出力型トランスの一次コイル電圧の増減を招き、これに応じて他の二次コイル電圧の増減を招き、その結果として、各電圧検出回路の検出特性が変動して電池ブロックの電圧検出精度が低下してしまう。
【００１１】各電圧検出回路それぞれに高精度の定電圧回路を設けることによりこの問題を改善することは可能であるが、回路構成の複雑化及び電力損失の増大の点で実用的ではない。
【００１２】更に、なんらかの異常により、異電圧負荷が短絡状態となった場合には、各電圧検出回路の電源電圧が大幅に増大するため、各電圧検出回路それぞれにそれに対する防御回路を増設必要も生じた。
【００１３】本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、回路構成の複雑化を抑止しつつ、主電池の電圧検出精度の向上が可能な二電池型電気自動車の電池監視装置を提供することをその目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の二電池型電気自動車の電池監視装置は、複数の電池ブロックを直列接続して構成された高圧の主電池と、低圧の副電池と、各前記電池ブロックの端子電圧を個別に検出する複数の電圧検出回路と、前記副電池から給電されて各前記電圧検出回路及び低圧の電気負荷に個別に電源電圧を印加する電源電圧供給回路とを備え、前記電源電圧供給回路は、前記副電池から給電される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記交流電力が供給される一次コイル、電圧検出回路給電用の複数の二次コイル及び低圧負荷給電用の二次コイルを有するマルチ出力型トランスと、各前記電圧検出回路給電用の二次コイルから出力される各交流電力を個別に整流して前記各電圧検出回路に給電するとともに、前記低圧負荷給電用の二次コイルから出力される交流電力を整流して直接又は所定周波数の交流電力に変換して低圧の電気負荷へ給電する多数の整流器とを備える二電池型電気自動車の電池監視装置において、前記マルチ出力型トランスの前記一次コイルと前記低圧負荷給電用の二次コイルとの間の電磁結合係数は、前記一次コイルと前記電圧検出回路給電用の二次コイルとの間の電磁結合係数よりも小さく設定されることを特徴としている。
【００１５】本構成によれば、一次コイルと低圧負荷給電用の二次コイルとの間の電磁結合係数が小さいので（漏れ磁束が多いので）、低圧負荷の電流変動による一次コイル電流の変動を低減することができる。また、電圧検出回路給電用の二次コイルは低圧負荷給電用の二次コイルよりも良好な電磁結合係数で一次コイルに結合されるので、副電池から各電圧検出回路への給電効率を向上して損失を低減することができる。
【００１６】請求項２記載の構成によれば請求項１記載の二電池型電気自動車の電池監視装置において更に、前記一次コイル及び前記各二次コイルは前記マルチ出力型トランスのコアに径方向に重ねて巻装され、前記一次コイル及び前記低圧負荷給電用の二次コイルは、前記各電圧検出回路用の二次コイルを径方向に挟んで配置されることを特徴としている。
【００１７】本構成によれば、各コイルを径方向に重ねて巻装し、一次コイル及び低圧負荷給電用の二次コイルの間に電圧検出回路給電用の二次コイルを介在させるという簡単な構造で請求項１記載の電磁結合係数を実現することができる。
【００１８】好適な態様において、一次コイルは最外側に、低圧負荷給電用の二次コイルは最内側に巻装されるが、この逆でもよい。
【００１９】請求項３記載の構成によれば請求項１記載の二電池型電気自動車の電池監視装置において更に、前記マルチ出力型トランスは、前記一次コイル及び前記各電圧検出回路用の二次コイルと前記低圧負荷給電用の二次コイルとの間に漏れ磁束を増大させる分岐磁路部材を有することを特徴としている。
【００２０】本構成によれば、一次コイル及び各電圧検出回路用の二次コイルと低圧負荷給電用の二次コイルとの間の漏れ磁束を容易に増大することができ、トランス体格の増大を抑止しつ請求項１記載の効果を増大することができる。
【００２１】好適な態様において、一次コイル及び各電圧検出回路用の二次コイルと低圧負荷給電用の二次コイルとの間に、渦電流損失が小さいフェライトテープを巻く。このようにすれば一次コイル及び各電圧検出回路用と二次コイルと低圧負荷給電用の二次コイルとの間の電磁結合係数を簡素で体格を増大することなく低減することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な態様を以下の実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施例の構成に限定されるものではなく、置換可能な公知回路を用いて構成できることは当然である。
【００２３】
【実施例１】本発明の組み電池の電圧検出装置の一実施例を図１を参照して説明する。
【００２４】（回路構成）１はイグニッションスイッチ、２は低圧の副電池、３は主電池、４は電池監視ＥＣＵであり、主電池３は図示しないインバータ装置を通じて図示しない走行モータと電力授受している。
【００２５】電池監視ＥＣＵ４は、平滑回路４１、インバータ回路４２、ＣＲ回路４３、マルチ出力型トランス４４、整流器４５〜４７、平滑コンデンサ４８〜５０、電圧検出回路５１、５２を有している。
【００２６】インバータ回路４２は、ソース接地のＭＯＳＴ４２２とそれを所定周波数でデューティ比可変に断続制御するゲート制御回路４２とを有している。
【００２７】マルチ出力型トランス４４は、閉磁路を構成するフェライトコア４４０に径方向多重に巻装された一次コイル４４１、二次コイル４４２〜４４４を有している。
【００２８】マルチ出力型トランス４４の一次コイル４４１はスイッチング用のＭＯＳＴ４２２と直列に接続され、ＭＯＳＴ４２２の両端には、互いに直列接続されたコンデンサＣと抵抗ｒとからなるＣＲ回路４３が並列に接続されている。
【００２９】副電池２の電圧が、イグニッションスイッチ１、平滑回路４１を通じてこれら一次コイル４４１とＭＯＳＴ４２２との両端に印加されている。
【００３０】マルチ出力型トランス４４の二次コイル４４２〜４４４の交流出力は整流器４５〜４７で個別に整流され、これにより各整流器４５〜４７互いに電気的に絶縁され、異なる基準電位をもつことができる。電圧検出回路給電用の二次コイル４４２、４４３から給電される整流器４５、４６から出力された各直流電圧は、平滑コンデンサ４８、４９で個別にリップル除去された後、電圧検出回路５１、５２に電源電圧として個別に印加される。
【００３１】低圧負荷（この実施例では、副電池よりも高電圧である）給電用の二次コイル４４４から給電される整流器４７から出力された直流電圧は、平滑コンデンサ５０でリップル除去された後、図示しない外部の低圧負荷に印加される。
【００３２】なお、平滑コンデンサ４８〜５０はそれぞれ大容量の電解コンデンサと小容量のフィルムコンデンサを並列接続して構成されている。この実施例では、外部の低圧負荷に直流電力を給電したが、インバータ回路を介在させることにより交流負荷を駆動できることはもちろんである。
【００３３】（動作）上記説明した回路の動作を説明する。
【００３４】イグニッションスイッチ１をオンし、ＭＯＳＴ４２２を所定のキャリヤ周波数、所定の初期デューティ比で断続すると、一次コイル４４１に交流電流成分を含んだ直流電流が流れ、この交流電流成分の変化により二次コイル４４２〜４４４に交流電圧が誘導される。
【００３５】二次コイル４４２〜４４４から出力される各交流電圧は整流器４５〜４７で整流され、平滑コンデンサ４８〜５０で平滑されて、電源電圧として電圧検出回路５１、５２及び図示しない外部負荷に印加される。
【００３６】主電池４は、多数の電池ブロックを直列接続して構成されており、更に各電池ブロックはそれぞれ多数の単電池を直列接続して構成されている。
【００３７】各電池ブロックの端子電圧はそれぞれ異なる電圧検出回路で検出される。ただし、図１では、最高位及び最低位の電池ブロックの電圧を検出する電圧検出回路５１、５２だけが図示されている。電圧検出回路５１、５２の電圧検出動作及びインバータ回路４２による直ー交変換動作自体は本発明の要旨ではなく、かつ、多くのバリエーションがあるため、説明を省略する。
【００３８】一次コイル４４４が外部の低圧負荷へ給電する電流が変化すると、外部負荷へ出力する電圧が変動するので、この電圧変動をインバータ回路４２のゲート制御回路４２１にフィードバックして、ＭＯＳＴ４２２のデューティ比を変化させ、一次コイル４４１に流れる交流電流成分を変化させて、上記電圧変動を低減する。一次コイル４４１を流れる電流が増大すると二次コイル４４２〜４４３の出力電圧が増大する。
【００３９】（マルチ出力型トランス４４の構造）そこで、この実施例では、図２に示す独特の構造のマルチ出力型トランス４４を採用する。
【００４０】このマルチ出力型トランス４４のフェライトコア４４０は、棒状の芯部４４０１と、ロ字状の枠部４４０２とからなり、全体として閉磁気回路を構成している。芯部４４０１には樹脂ボビン４４５が嵌められ、樹脂ボビン４４５には一次コイル４４１と二次コイル４４２〜４４４とが径方向に重なって巻装されている。
【００４１】この実施例では、最内側に低圧負荷給電用の二次コイル４４４が、最外側に一次コイル４４１が巻装され、中間に二次コイル４４２〜４４３が巻装されている。なお、実際には、二次コイル４４２〜４４４は必要数巻装される。一次コイル４４１と二次コイル４４４とを逆の構成としてもよい。
【００４２】このようにすれば、一次コイル４４１と低圧負荷給電用の二次コイル４４４とは径方向に離れて配置されるために、それらの間に漏れ磁束経路が生じ、コイル４４１〜４４３と４４４との間の電磁結合係数が減少する。このため、たとえば、低圧負荷給電用の二次コイル４４４に接続される外部の低圧負荷の電流変動の影響により一次コイル４４１の電流が変動し、これらの影響により、電圧検出回路５１、５２の電源電圧が変動するのを良好に抑止することができる。
【００４３】（変形態様）図３に示すように、低圧負荷給電用の二次コイル４４４と他のコイル４４１〜４４３との間に、非磁性樹脂製の半割り円筒を合わせた円筒部材４４６を介設してもよい。このようにすれば、コイル４４１〜４４３と４４４との間の電磁結合係数を低下させることができる。また、この円筒部材４４６はコイル間の電気絶縁耐圧の向上にも有効である。この円筒部材４４６は絶縁テープを分厚く巻いて形成してもよい。
【００４４】更に、この円筒部材４４６はフェライトなどの渦電流損失が小さい半割り円筒やテープで作製してもよい。このようにすれば、円筒部材４４６の厚さが薄くても、両コイル４４１〜４４３と４４４との間の電磁結合係数を大幅に低減することができる。
【００４５】なお、上記実施例では、説明を省略したが、インバータ回路４２の電源電圧を形成するコイルを両コイル４４１、４４４間に更に追加巻装してもよい。
【００４６】
【実施例２】他の実施例を図４に示す。
【００４７】この実施例は、ボビン形状に形成された第一のフェライトコア１００の円筒状の軸部に一次コイル４４１と電圧検出回路給電用の二次コイル４４２、４４３を巻装し、この第一のフェライトコア１００と組み合わされて閉磁気回路を構成する第二のフェライトコア１０１の円筒状の軸部に低圧負荷給電用の二次コイル４４４を巻装したものである。
【００４８】このようにすれば、一次コイル４４１、二次コイル４４２〜４４３と二次コイル４４４との電磁結合係数を簡素な構造で低減することができる。
【００４９】また、この実施例では、フェライトコア１００をボビン形状に形成しているので、ボビンを省略することができ、その分だけ部品点数を減らし、小型軽量化を図ることができる。図５は図４の変形例である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１２年５月１９日（２０００．５．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８１７７６
【弁理士】
【氏名又は名称】大川 宏
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３３３５０１（Ｐ２００１−３３３５０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１１月３０日（２００１．１１．３０） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１４８４９５（Ｐ２０００−１４８４９５） |
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