(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
一般に、電気自動車のうちモータのみで走行するEV車両は、比較的多量のバッテリセルを収容したバッテリユニットを車両の車室下部等に搭載する。更に、少なくとも前後何れかの車軸に走行用モータを含む駆動系ユニットを接続し、これにより駆動用のバッテリユニットから供給される電力で走行用モータを駆動して走行する。
この電気自動車は、車室の前後いずれかに駆動源収容室を配備し、ここに駆動輪を駆動する走行用モータや、モータへの供給電力を制御する電力制御装置を成すインバータ等を搭載している。一方、高電圧、且つ大容量のバッテリユニットは電源機器収容器であるバッテリパックに収容され、車室下部等に取り付けられている。
このようなバッテリパック内のバッテリユニットとインバータ等とは少なくとも陰極線、陽極線の2本の高電圧電線を束ねて成るワイヤハーネスで接続され、これらが電源回路を構成している。この電源回路により、バッテリと電力制御装置を成すインバータとが相互の電力の授受を可能としている。
【0003】
ところで、このような電力制御装置を成すインバータやバッテリパックを結ぶ電源回路はその要部が車室下部や車体前後部に配備される。このため、車両の衝突時等に電源回路やその接続部材が破損し、特に駆動用のバッテリユニットの内部が損傷し漏電を起こした場合、救助や事故処理にあたる者の安全を確保する必要がある。
また、電気自動車の修理、整備等で経時劣化等により破損したバッテリを取扱う者にとっても同様である。
そこで、車両の衝突時等に漏電箇所が生じた場合、高電圧電線成るワイヤハーネスの電源回路を遮断して、乗員や復旧作業員の安全確保を図る必要がある。そこで、電源回路の内で、バッテリパックの内部には車両点検時や衝突時に手動操作により電源回路を遮断できる開閉器が配備されている。このような構成の一例が特許文献1に開示される。
【0004】
一方、バッテリから交流負荷であるモータに至る電源回路の漏電を適時に検出する漏電検出装置が知られており、その一例が特許文献2に記載される。
ここでは、発振部が一定レベルの交流信号をコンデンサを通して電源回路に出力し、この交流信号のレベルが漏電時に電源回路と車体間に発生する絶縁抵抗による電圧降下分、低下したか否かを判定部で判定するようにしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、電気自動車に搭載されたバッテリパックは車載時であっても、車両に搭載の前や後での修理、整備等の時であっても、電源回路の漏電検知の必要性が高い。
従来は、バッテリパックが車載の状態で、漏電検知を行うのが主流であり、電源回路の漏電検知装置を駆動して、運転席の漏電検知表示器の漏電表示を目視し、確認をしていた。
しかし、漏電検知は定常時の車載状態のバッテリパックのみならず、車両破損時における車載状態のバッテリパックや、車両への搭載前や車両からの取り外した状態のいずれの場合でも必要である。特に、車両の衝突時等に乗員や復旧作業員の安全確保を図る必要上,手動で開閉器のサービスプラグが抜き出されているような場合でも、漏電箇所の有無を判断するには漏電検出装置が正常状態で作動することが望ましい。
ところが、従来の漏電検出装置は、
図8に示すように、バッテリパック100内に複数のバッテリユニット110,120を収容し、両バッテリユニット110,120の間にサービスプラグ130を備える開閉器140を備えている。ここでは一方のバッテリユニット110の端部に漏電検出器170の検出回路160を接続している。
【0007】
ここで、適時に開閉器140が手動で遮断操作され、電源回路150を遮断したとする。すると、漏電検出器170は検出回路160が接続されているバッテリユニット110側の漏電検出を行い、車両内の表示器180に表示できる。しかし、開閉器が遮断しているため、漏電検出装置との接続側とは反対となる他方側のバッテリユニット120の漏電検出はできず、問題となっている。
なお、上述の各引用文献1、2は、上述の問題解決対策を開示していない。
【0008】
本発明は以上のような課題に基づきなされたもので、目的とするところは、手動で開閉器が遮断操作されている場合でも、電源回路上で電源回路の開閉器に対して漏電検出装置接続側とは反対となる側の漏電検知を行え、しかも、車載状態でない電源機器収容器の電源回路の漏電検出を行える電源機器収容器搭載漏電検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本願請求項1の発明は、車体フレームに締結され内部にバッテリを収容する電源機器収容器と、前記バッテリからの直流電力を電力変換手段で交流電力に変換して車輪駆動用のモータに供給する電源回路と、前記電源機器収容器内に収容され前記電源回路を手動により遮断可能な開閉器と、前記電源機器収容器内に収容され電源回路の漏電を交流信号を用いて検出する漏電検出器と、前記漏電検出器の漏電検出時に漏電情報を発する警告手段と、を備え、前記開閉器は一対の接続端子を延出し該一対の接続端子を介して電源回路を断続可能に接続し、前記一対の接続端子に前記開閉器と並列にコンデンサを接続する、ことを特徴とする。
【0010】
本願請求項2の発明は、請求項1記載の電源機器収容器搭載漏電検出装置において、前記電源機器収容器は上向き開口を設け、該上向き開口より手動操作可能に前記開閉器を配備し、前記上向き開口の外周縁近傍に前記警告手段を設けた、ことを特徴とする。
【0011】
本願請求項3の発明は、請求項2記載の電源機器収容器搭載漏電検出装置において、前記電源機器収容器は車体のフロアに設けた貫通穴と対向する位置に上向き開口を設け、前記貫通穴から前記警告手段を視認可能とした、ことを特徴とする。
【0012】
本願請求項4の発明は、請求項1、2又は3記載の電源機器収容器搭載漏電検出装置において、前記漏電検出器は一定レベルの交流信号を発振し、この交流信号をコンデンサを通して前記電源回路(直流電源系統)に出力する発振部と、この出力された交流信号のレベルが、漏電時に前記電源回路と車体間に発生する絶縁抵抗による電圧降下分、低下したか否か判定し、低下すると前記警告手段に警報出力を出力する判定部とを含む、ことを特徴とする。
【0013】
本願請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の電源機器収容器搭載漏電検出装置において、前記バッテリとは異なる補機バッテリをさらに備え、前記漏電検出器の電源は前記補機バッテリより供給する、ことを特徴とする。
【0014】
本願請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれか一つに記載の電源機器収容器搭載漏電検出装置において、前記警告手段は、前記開閉器に覆われており、前記電源回路を遮断した場合に、前記警告手段が露出するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
請求項1の発明は、開閉器が遮断された状態となっても開閉器が接続の場合と同様に、交流信号を電源回路全域に出力でき、交流信号を用いて電源回路全体の漏電を検出できる。
【0016】
請求項2の発明は、上向き開口を通して開閉器を手動操作する際に、電源機器収容器の外部の警告手段を容易に目視でき、収容器の外部より安全性を確保できる。
【0017】
請求項3の発明は、車内より貫通穴と上向き開口を通して開閉器を手動操作する際に、電源機器収容器の外部の警告手段を容易に目視でき、収容器の外部より安全性を確保できる。
【0018】
請求項4の発明は、発振部が一定レベルの交流信号を発振し、漏電時に電源回路(直流電源系統)と車体間に発生する絶縁抵抗による電圧降下分、低下すると電源回路の漏電を警告手段により警報することが出来る。
【0019】
請求項5の発明は、前記電源回路(直流電源系統)側が漏電、断線等を生じても漏電検出器を車両の補機バッテリ側より供給するので、漏電検出器の信頼性を確保出来る。
【0020】
請求項6の発明は、高電圧回路が接続されているときには警告手段に触れることが出来ず、高電圧回路が遮断された後にのみ警告手段に触れることが出来るため、使用者が安全に漏電検出をすることが出来る。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明の第1の実施の形態である電源機器収容器搭載漏電検出装置について説明する。
本発明の電源機器収容器搭載漏電検出装置は、
図1に示すように電気自動車(EV)である車両Cに搭載される。
なお、車両Cは電気自動車(EV)に代えて、駆動源としてモータと内燃機関を併用するPHEVあるいは、燃料電池で駆動するモータなどを用いる車両等であっても良い。
図1に示す車両Cは車室Rの前方に駆動源収容室FRを備え、この駆動源収容室FRには、動力源として用いるモータ(電動回転機)1と、電力変換器10と、電力制御装置(MCU)3及び車両の車両制御装置(PCU)4とを備える。
ここで、電力変換器10はモータ1への電力を調整するもので、インバータや、DC−DCコンバータで構成される。電力制御装置(MCU)3及び車両の車両制御装置(PCU)4はモータ1や電力変換器10を駆動制御する。なお、電力変換器10と車両Cの車輪2とは不図示の駆動装置(パワートレイン)により連結される。更に、車室Rのフロア12の下部にはバッテリユニット8(
図3参照)を収容するバッテリパック5を装着している。
【0023】
図1に示すように、車両Cに搭載のモータ1は、バッテリパック5内のバッテリユニット8と少なくとも陰極線11a、陽極線11bを束ねて成る高電圧ケーブル(ワイヤハーネス)11により電力変換器10を介して接続される。
ここでバッテリユニット8からの直流電力を電力変換器(電力変換手段)10で交流電力に変換して車輪駆動用のモータ1に供給する高電圧ケーブル11が直流電源系統である電源回路Aの要部を成す。
高電圧ケーブル11の途中に配備の電力変換器10は電力制御装置3に制御され、バッテリユニット8とモータ1との電力のやり取りを制御している。
図1に示すように、車室Rのフロア12の直下にバッテリユニット8を収容したバッテリパック5が装着される。バッテリパック5は、
図1,2に示すように、車体の前後方向Xに並列配備された左右サイドメンバ(車体フレーム)17と、これらの間に配設される前後クロスメンバ18,19とに亘って載置され、しかも、複数の締結金具13でメンバ側に締結されている。
図2、3に示すように、バッテリパック5の筐体を成すバッテリケース50は、その内部(バッテリ収納部)15に複数のバッテリセルBを束ねたバッテリユニット8を2列状態(
図3参照)で区分けして配備する。
図2、5に示すように、扁平箱状のバッテリケース50は上下半部501,502を一体的に重ねて形成される。上下半部501,502はそれぞれ樹脂成形される。
【0024】
上下半部501,502の材料である樹脂は、例えばポリプロピレンからなる基材を、短ガラス繊維によって強化したものである。これら上下半部501,502は互いの重合フランジ部504,505を互いにボルトで締結処理され、扁平箱状の筐体として形成されている。
なお、
図3、
図5に示すように、バッテリパック(電源機器収容器)5は車体のフロア12に設けた貫通穴101と対向する位置に上向き開口506を設け、貫通穴101を開口させることで後述の開閉器60を手動操作可能としている。ここで、上半部501の上向き開口506の屈曲外周縁509(
図3参照)とフロア12の貫通穴101の周縁部102の間は蛇腹ブーツ95で外部と密閉して連結されている。
【0025】
図3に示すように、バッテリパック5の収容室内にはバッテリユニット8a(#1〜#5),8b(#6〜#12)がそれぞれ複数のバッテリセルBを直列に接続して収容する。バッテリユニット8a(#1〜#5),8b(#6〜#12)は電源回路Aの要部を成し、
図3,5、6に示す電源側端子部材21,22及び開閉器60に接続されている。
開閉器60の直上位置にあたる上半部501には、開閉器操作用の上向き開口506(
図2、6参照)と、不図示のエアコンの吸入側ダクト507が形成される(吐出側は不図示)。
図5に示すように、バッテリパック5の一側である車体前方に向いた前壁部151には2つのケーブル導入穴57,58が形成される。ここにはモータ1側に延びる陰極線11a、陽極線11bがターミナルホルダ231を用いて締結される。
なお、
図6に示すように、バッテリパック5内において、陰極線11a側の陰極側端子部材21はバッテリユニット8a(#1〜#5)に接続され、陽極線11b側の陽極側端子部材22はバッテリユニット8b(#6〜#12)に接続される。
【0026】
バッテリパック5内には、
図3に示すように、複数の電池セルBを束ねたバッテリユニット8a,8bが収容される。一方のバッテリユニット8aの一端は陰極線11a側の陰極側端子部材21に、他端が開閉器60の一方の接続端子27に接続される。他方のバッテリユニット8bの一端は陽極線11b側の陽極側端子部材22に、他端が開閉器60の他方の接続端子28に接続される。
図5,6に示すように、開閉器は下半部502の底壁に矩形枠である支持枠551を介して装着される。
開閉器60は支持枠551の基板510上に支持される一対の接続端子27,28を延出形成し、両接続端子27,28に対して上方から同時にサービスプラグである差込プラグ601を差し込み可能に形成される。接続端子27にはバッテリユニット8aが、接続端子28にはバッテリユニット8bが接続される。
一対の接続端子27,28の各他端は互いに離れた各差込片s1、s2に接続され、各差込片の上方に差込プラグ601を備えたU字形のハンドル603が配備される。
【0027】
ハンドル603は延出板608を備え、その左右縁部より下方に屈曲し、てこ片605を突出し形成する。更に、左右のてこ片605,605間にピン606が挿通され、同ピン606に差込プラグ601の上部が回動可能に支持される。
左右のてこ片605,605の外側面は基板510上に突設される一対のガイド片604,604に摺動可能に接している。しかも、一対のガイド片604,604にはその上部側に縦向き切り込み状の幅広の長溝607が形成され、これに概略沿ってピン606が上下に案内され、移動できる。
このような開閉器60は、
図5に示すように、ハンドル603を定常時は待機位置p1に、使用時は立て向きの使用位置p2に揺動可能に取り付けている。ここで、定常時のハンドル603はピン606を介し差込プラグ601を各差込片s1、s2に接続し、高電圧ケーブル11を接続する。一方、遮断時にハンドル603を上方に手動操作すると、左右のてこ片605,605が基板510上に当接し、てこ作用により差込プラグ601を各差込片s1、s2より引き抜く(取り外す)。この際、差込プラグ601及びハンドル603がピン606を介して長溝607に沿って上方に移動し、差込片s1、s2を遮断状態に保持する。
これによりバッテリユニット8a(#1〜#5)側と、バッテリユニット8b(#6〜#12)側とがこれら部位を手動により遮断可能な開閉器60の位置で遮断されることとなる。
【0028】
ところが、本発明では、差込片s1、s2に接続される一対の接続端子27,28間が開閉器60と並列状態を成してコンデンサ70で接続され、交流信号を導通できるように構成されている。これにより、電源回路Aを断続可能な開閉器60の開閉操作に関係なく、下記する漏電検出装置80による漏電検査を電源回路Aの全域で可能とするものである。
図3に示すように、バッテリユニット8a(#1〜#5)と陰極線11a側の陰極側端子部材21との間に、漏電検出装置80の検出回路81が接続されている。
漏電検出装置80は、一定レベルの交流信号を発振する発振器(発振部)82と、発振器82の後段に接続された後段検出抵抗84と、陰極線11aと後段検出抵抗84とに接続された発振器コンデンサ87と、ローパスフィルタ86と、判定部83とを備える。
【0029】
発振器(発振部)82は車両のメインバッテリ側より電力供給を受け、一定周波数のパルス(例えば、矩形波や正弦波、三角波など)を発生する機能部として形成される。
ローパスフィルタ86は後段検出抵抗84と発振器コンデンサ87との接続点Pに抵抗85を介して接続される。
判定部83は電子制御ユニットであり、漏電の発生を判定するCPU831と、処理プログラムを記憶したROM833と、一時的にデータを記憶するRAM832と、入出力ポート(図示せず)とを備える。
この判定部83には、バッテリユニット8に取り付けられた電圧センサ71からのバッテリ電圧Vbなどが入力ポートを介して入力されている。また、判定部83(電子制御ユニット)からは、漏電検出時に漏電情報である漏電警告出力S1が出力ポートを介して出力される。
【0030】
判定部83において、CPU831は、まず、電圧センサVsにより検出されたバッテリ電圧V1を読み込み、そのバッテリ電圧V1の変化量ΔV(ΔV=dV1/dt)を演算し、演算された変化量ΔV1が閾値ΔVref以下であるか否かを判定する。次いで、変化量ΔV1が閾値ΔVref以下であると判定されたとき、電源回路Aに漏電が発生していると判断し、警報出力である漏電警告出力S1を警告回路90に発する。
警告回路90は押しボタンスイッチ91と発光LED92とブザー93とを直列接続して構成される。
ここで、押しボタンスイッチ91と発光LED92は警告手段を成し、
図6に示すように、バッテリパック5の上向き開口506の外周縁近傍に位置する屈曲外周縁509(
図3参照)に支持枠部材94を介して取り付けられる。これにより、車体のフロア12に設けた貫通穴101と対向する位置に上向き開口506を設け、この貫通穴から警告手段を視認可能とした。更に、ブザー93も警告手段を成し、これはバッテリパック5内の屈曲外周縁509の裏側に支持部材931を介して支持されている。
なお、漏電検出装置80の抵抗85とローパスフィルタ86との間には、各素子を過電圧や逆電圧などから保護するためのツェナーダイオード88,88が接続されている。
【0031】
このような第1実施形態の電源機器収容器搭載漏電検出装置では、車両の定常走行時において、バッテリケース50内のバッテリユニット8a,8bの電力が高電圧ケーブル11を通してモータ(電動回転機)1に供給される。これによりモータ駆動力が不図示の駆動装置(パワートレイン)を経て車輪2に供給され、通常走行できる。
一方、車両の衝突時やメンテナンス時に、車体のフロア12の貫通穴101が開放され、バッテリパック5側の上向き開口506より開閉器60が手動操作されて、電源回路Aが遮断されたとする。
この場合、貫通穴101の開放により、漏電検出装置80のCPU831は、漏電検出制御に入る。
【0032】
ここで、漏電検出装置80の発振器(発振部)82が交流信号を発する。この際、開閉器60が接続状態であっても、あるいは遮断状態であってもコンデンサ70の働きで発振器82の交流信号は電源回路Aの全域に出力される。
ここで漏電検出装置80は判定部83において電圧センサVsの検出したバッテリ電圧V1を読み込む。その上で、バッテリ電圧V1の変化量ΔVを求め、変化量ΔV1が閾値ΔVref以下であるか否かを判定し、以下では電源回路Aに漏電が発生と判断して漏電警告出力S1を出力する。
判定部83が発した漏電警告出力S1は警告回路90に送信される。ここで、
警告回路90の押しボタンスイッチ91や発光LED92は上向き開口506の屈曲外周縁509に装着されており、作業員は容易に押しボタンスイッチ91を操作でき、発光LED92の点滅やブザー93の警告音を容易に判断できる。
【0033】
この際、車体のフロア12の貫通穴101より車載状態のバッテリパック5側の上向き開口506の屈曲外周縁509の発光LED92の点滅を容易に判断できる。
特に、上向き開口506より開閉器60が手動操作され、電源回路Aが遮断されていても、発振器82の交流信号はバッテリユニット8aは基より、バッテリユニット8bに対しても伝達される。このように、車両の衝突時等に開閉器60が安全のために遮断状態であったとしても、バッテリユニット8aとは反対側のバッテリユニット8bに対してもコンデンサ70を介して交流信号が伝達され、電源回路A全域の漏電発生を確実に判断できる。
【0034】
このように第1の実施形態の電源機器収容器搭載漏電検出装置は、開閉器60が遮断された状態となっても開閉器が接続の場合と同様に、交流信号を電源回路Aの全域に出力でき、交流信号を用いて電源回路全体の漏電を検出できる。
更に、バッテリパック5の車載時においては、車内より貫通穴101と上向き開口506を通して開閉器60を手動操作する。その際に、バッテリパック5の外部の屈曲外周縁509の発光LED92(警告手段)を容易に目視でき、収容器の外部より安全性を確保できる。
電源機器収容器搭載漏電検出装置で用いる発振器82は一定レベルの交流信号を発振し、漏電時に電源回路Aと車体間に発生する絶縁抵抗による電圧降下分低下すると電源回路Aの漏電を警報することが出来る。この際、発光LED92やブザー93(警告手段)により警報することが出来る。
【0035】
電源機器収容器搭載漏電検出装置で用いる電源回路A側が漏電、断線等を生じても漏電検出装置80(漏電検出器)を車両のメインバッテリに接続するメイン電源回路89側より供給することで、漏電検出器の信頼性を確保出来る。
上述のところでは、車両のメインバッテリ側のメイン電源回路89側より漏電検出装置80が電力供給を受けていたが、
図7に示すように構成してもよい。この第2の実施形態では、漏電検出装置80aがバッテリユニット8a中のバッテリセルB1より電源回路Aaを引き出し、漏電検出装置80aが電力供給を受けるように構成している。
なお、それ以外の構成は第1実施形態と同一であり、重複説明は略す。
【0036】
この場合、漏電検出器用の電源をバッテリパック5a内に収容している。このため、特に、バッテリパック5aを車体より離脱した場合にも、漏電検出装置80aが電力供給を受けて、漏電検出を容易に行えるという利点がある。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上記実施形態では、警告手段は上向き開口506の外周縁(屈曲外周縁509)に設けられているが、これに限るものではなく、例えば開口の内部に設置されていても、開口の内縁部に設けられていても良い。
更に、警告手段は開閉器60の差込プラグ601を取り外し、電源回路Aを遮断した場合に露出するように構成されてもよい。更に、その際に貫通穴101から視認できるように構成されても良い。
【0037】
また、上記実施形態では開閉器60(開閉装置)をバッテリユニット8a,8bの間に配設しているが、これに限るものではなく、例えば電力変換手段の直前またはバッテリの電源取り出し部の直前などに配設されていても良い。
また、漏電検出器の電源はバッテリ(例えばバッテリユニット8a,8b)とは異なる、例えば、車両に備えられた補機バッテリなどでもよく、これに限るものではない。
また、漏電検出器はその電源回路側にコンデンサを備えても良く、電源接続時はバッテリ(例えばバッテリユニット8a,8b)側から給電されるとともにコンデンサが充電され、電源切断時はコンデンサから給電されるような構成を採っても良い。