蓄電システム及び電流センサ異常を検出する方法
【課題】電流センサの異常を精度よく検出する。
【解決手段】本発明の蓄電システムは、充放電を行う蓄電装置と蓄電装置の電力を受けて動作する第1負荷との間で電圧変換を行う昇圧器を流れる電流を検出する第1電流センサと、昇圧器及び蓄電装置の間に接続されて蓄電装置からの電力を受けて動作する第2負荷と蓄電装置との間に設けられ、蓄電装置の充放電電流を検出する第2電流センサと、電流センサの異常を検出するコントローラと、を有する。コントローラは、所定期間における、第1電流センサの検出値の変動量と第2電流センサの検出値の変動量を比較することによって、電流センサの異常を検出する。
【解決手段】本発明の蓄電システムは、充放電を行う蓄電装置と蓄電装置の電力を受けて動作する第1負荷との間で電圧変換を行う昇圧器を流れる電流を検出する第1電流センサと、昇圧器及び蓄電装置の間に接続されて蓄電装置からの電力を受けて動作する第2負荷と蓄電装置との間に設けられ、蓄電装置の充放電電流を検出する第2電流センサと、電流センサの異常を検出するコントローラと、を有する。コントローラは、所定期間における、第1電流センサの検出値の変動量と第2電流センサの検出値の変動量を比較することによって、電流センサの異常を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両に搭載される蓄電システムの電流センサ異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1では、二次電池近くの電流センサの検出値を、二次電池の負荷となるインバータや電動機側に設けられる電流センサの検出値と比較することによって二次電池近くの電流センサの故障を検出している。
【0003】
特許文献1の電流センサの故障検出は、インバータや電動機以外の負荷によって二次電池に近い電流センサの電流値よりもインバータや電動機の負荷側で検出される電流値の方が低くなることを前提とし、二次電池近くの電流センサの電流値の方がインバータ等に設けられた電流センサで検出された電流値よりも低い場合に、二次電池近くの電流センサの故障と判別している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−043188号公報
【特許文献2】特開2005−192324号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、二次電池近くの故障した電流センサの検出値が、必ずインバータや電動機の負荷側で検出される検出値よりも低くなるとは限らない。また、インバータや電動機以外の負荷によって二次電池の近くで検出される電流値よりもインバータや電動機の負荷側で検出される電流値の方が低くなる場合があり、単純に両者の電流値を比較するだけでは、電流センサの異常を検出することができない。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願第1の発明である蓄電システムは、蓄電装置と第1負荷の間で電圧変換を行う昇圧器を流れる電流を検出する第1電流センサの検出値と、昇圧器及び蓄電装置の間に接続されて蓄電装置からの電力を受けて動作する第2負荷と蓄電装置との間に設けられて蓄電装置の充放電電流を検出する第2電流センサの検出値とを用いて、所定期間における、第1電流センサの検出値の変動量と第2電流センサの検出値の変動量を比較することによって、電流センサの異常を検出する。
【0007】
本願第1の発明によれば、第1電流センサ及び第2電流センサの各検出値を単純に比較するのではなく、所定期間における各電流センサの検出値の変動量の差分と所定の閾値とを比較して電流センサの異常を検出するので、各検出値の相違や大小関係に関わらずに電流センサの異常を適正かつ精度よく検出することができ、第1電流センサの検出値が昇圧器及び蓄電装置の間の第2負荷によって第2電流センサの検出値と相違していても、電流センサの異常を精度よく検出することができる。
【0008】
第2負荷の負荷変動が所定の基準値よりも小さい場合に電流センサの異常を検出することで、各電流センサの検出値に含まれる第2負荷の負荷変動によって検出精度が低下することを抑制することができる。
【0009】
蓄電装置に対して第2負荷が複数接続されている場合、少なくとも1つの第2負荷の負荷電動が基準値よりも大きいと判別された状態での電流センサの異常検出を行わないことにより、各電流センサの検出値に含まれる第2負荷の負荷変動によって検出精度が低下すること(誤検出)を抑制することができる。
【0010】
第1電流センサは、昇圧器のリアクトルを流れる電流を検出する電流センサを用いることができ、第1電流センサの一端をリアクトルに接続し、他端を蓄電装置の正極端子に接続される接続ラインに接続することができる。
【0011】
第2負荷として、車室空調装置(エアコン)又は補機電源に接続されるDC/DCコンバータを用いることができる。また、第1負荷として、蓄電装置からの電力を受けて、車両の走行に用いられる運動エネルギを生成するモータ・ジェネレータを用いることができる。
【0012】
本願第2の発明は、上述した蓄電システムの電流センサ異常を検出する制御方法である。蓄電装置と第1負荷の間で電圧変換を行う昇圧器を流れる電流を検出する第1電流センサの検出値と、蓄電装置の充放電電流を検出する第2電流センサの検出値とを用いて、所定期間における、第1電流センサの検出値の変動量と第2電流センサの検出値の変動量を比較することによって、電流センサの異常を検出する。
【0013】
本願第2の発明によれば、所定期間における各電流センサの検出値の変動量の差分と所定の閾値とを比較して電流センサの異常を検出するので、各検出値の相違や大小関係に関わらずに電流センサの異常を適正かつ精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】電池システムの構成を示す概略図である。
【図2】電流センサの検出結果の一例を示す図である。
【図3】電流センサの異常検出動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0016】
(実施例1)
本発明の実施例1である電池システム(蓄電システムに相当する)について説明する。図1は、本実施例の電池システムの構成を示す概略図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載されている。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池に加えて、エンジン又は燃料電池を備えている。電気自動車は、車両の動力源として、組電池だけを備えている。
【0017】
組電池(蓄電装置に相当する)10は、直列に接続された複数の単電池(蓄電素子に相当する)11を有する。単電池11としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ(コンデンサ)を用いることができる。組電池10を構成する単電池11の数は、要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。また、組電池10は、並列に接続された複数の単電池11を含んでいてもよい。
【0018】
リレー31,32は、コントローラ51からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。リレー31,32がオフであるとき、組電池10の充放電が禁止される。リレー31,32がオンであるとき、組電池10の充放電が許容される。
【0019】
電流センサ12(第2電流センサに相当する)は、組電池10の充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ51に出力する。電流センサ12は、組電池10の正極端子と後述する昇圧回路40の接続ラインPL1に設けられている。接続ラインPL1にはリレー31が設けられ、図1の例では、組電池10の正極端子とリレー31を接続する接続ラインPL1に電流センサ12が設けられている。
【0020】
本実施例の電池システムは、昇圧回路40(昇圧器に相当する)を有する。昇圧回路40は、組電池10の正極端子及び負極端子それぞれと接続する接続ラインPL1,NL1を介して組電池10と接続している。昇圧回路40は、組電池10の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ52に出力する。また、昇圧回路40は、インバータ52の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池10に出力することができる。昇圧回路40は、コントローラ51からの制御信号を受けて動作する。
【0021】
昇圧回路40は、リアクトル41と、ダイオード42,43と、スイッチング素子としてのトランジスタ(npn型トランジスタ)44,45と、電流センサ46(第1電流センサに相当する)と、を有する。リアクトル41は、一端がリレー31に接続され、他端がトランジスタ44,45の接続点に接続されている。
【0022】
電流センサ46は、接続ラインPL1とリアクトル41の接続ラインに設けられ、リアクトル41に流れる電流を検出する。電流センサ46の一端は、組電池10の正極端子に接続される接続ラインPL1と接続し、他端がリアクトル41に接続している。電流センサ46は、組電池10から昇圧回路40に流れてリアクトル41で昇圧される前の電流、又はインバータ52から出力された電力がリアクトル41で降圧された後の組電池10に出力される電流を検出し、検出結果をコントローラ51に出力する。
【0023】
トランジスタ44,45は、直列に接続されており、各トランジスタ44,45のベースには、コントローラ51からの制御信号が入力される。トランジスタ44,45は、コントローラ51からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。トランジスタ44,45のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオード42,43がそれぞれ接続されている。具体的には、ダイオード42,43のアノードが、トランジスタ44,45のエミッタと接続され、ダイオード42,43のカソードが、トランジスタ44,45のコレクタと接続されている。
【0024】
トランジスタ44,45としては、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることもできる。また、npn型トランジスタに代えて、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の電力スイッチング素子を用いることもできる。
【0025】
昇圧回路40の昇圧動作を行うとき、コントローラ51は、トランジスタ45をオンにするとともに、トランジスタ44をオフ状態にする。これにより、組電池10からリアクトル41に電流が流れ、リアクトル41には、電流量に応じた磁場エネルギが蓄積される。次に、コントローラ51は、トランジスタ45をオンからオフに切り替えることにより、リアクトル41からダイオード42を介して、インバータ52に電流を流す。これにより、リアクトル41で蓄積されたエネルギが放出され、昇圧動作が行われる。
【0026】
降圧動作を行うとき、コントローラ51は、トランジスタ44をオンにするとともに、トランジスタ45をオフにする。これにより、インバータ52からの電力が組電池10に供給され、組電池10の充電が行われる。
【0027】
インバータ52は、コントローラ51からの制御信号を受けて動作し、組電池10からの直流電力を交流電力に変換してモータ・ジェネレータ53に出力する。モータ・ジェネレータ53(第1負荷に相当する)としては、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ53は、インバータ52からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ53によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。
【0028】
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ53は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータ・ジェネレータ53によって生成された交流電力は、インバータ52によって直流電力に変換された後に、組電池10に出力される。組電池10は、回生電力を蓄えることができる。
【0029】
コントローラ51は、組電池10の充放電制御を行う制御装置である。コントローラ51は、出力要求に基づいて負荷に組電池10の電力を出力する放電制御、車両が減速したり、停止したりする際の車両制動時における回生電力を組電池10に充電する充電制御と共に、組電池10の電流センサ12及び昇圧回路40の電流センサ46を用いた電流センサの異常検出を行う。なお、電流センサの異常検出は、コントローラ51とは別個のコントローラによって行うように構成してもよい。
【0030】
負荷60は、昇圧回路40及び組電池10の間に接続され、組電池10からの電力を受けて動作する、車室空調装置(エアコンのインバータやモータ等)や補機電源(補機バッテリ)に接続されるDC/DCコンバータである。
【0031】
負荷60は、リレー31と昇圧回路40との間に接続され、その一端は、電流センサ12と電流センサ46との間の接続ラインPL1と接続する。負荷60が複数ある場合、それぞれの負荷がリレー31と昇圧回路40との間に接続されている。組電池10と負荷60は、リレー31,32を介して接続され、リレー31,32がオフであるとき、組電池10から負荷60への電力供給が禁止され、リレー31,32がオンであるとき、組電池10から負荷60への電力供給が許容される。
【0032】
本実施例の電流センサ12は、負荷60と組電池10との間に設けられているので、電流センサ12及び電流センサ46との間には、モータ・ジェネレータ53以外の負荷60が接続されてことになる。なお、電流センサ12が設けられる位置は、図1の例以外にも、例えば、組電池10を構成する複数の単電池11間や組電池10の負極端子と昇圧回路40を接続する接続ラインでもよい。
【0033】
本実施例の電流センサの異常検出について説明する。以下では、組電池10から昇圧回路40に電力が供給される際(組電池10の放電)の電流値を電流センサ12,46それぞれで検出する場合を一例に説明するが、昇圧回路40を通じて組電池10に電力が供給される場合(組電池10への充電)も、本実施例の電流センサの異常検出を行うことができる。
【0034】
本実施例では、所定期間における各電流センサ12,46それぞれの検出値の各変動量を比較して電流センサの異常を検出する。図2は、電流センサ12によって検出された電流値(IA)と電流センサ46によって検出された電流値(IB)の検出結果を示す図である。縦軸は検出された電流値(I)、横軸は時間(t)である。
【0035】
図2に示すように、時間tnにおける電流センサ12で検出された電流値IA(tn)は、負荷60に流れる電流値Ic(tn)(負荷60が複数の負荷を含む場合、各負荷に流れる電流(Ic1,Ic2・・・)を合計した値)とリアクトル41に流れる電流値IB(tn)との加算となる。そして、所定期間tn−1〜tnで検出された電流の変動量ΔIA(tn)は、IA(tn)からIA(tn-1)を減算した値となり、同様に所定期間tn−1〜tnで検出された電流の変動量ΔIB(tn)は、IB(tn)からIB(tn-1)を減算した値となる。このとき、負荷60に流れる電流値Icが所定期間tn−1〜tnで変動しない場合(一定の場合)、負荷60に流れる電流値Icの変動値は0となるので、変動量ΔIA(tn)=変動量ΔIB(tn)となる。
【0036】
各電流センサ12,46で検出された電流値(IA)と電流値(IB)は、図2に示すように、負荷60に流れる電流分のずれが生じるが、負荷60に流れる電流に変動がなく一定(0を含む)と見なせる場合、所定期間t(n)〜t(n−1)の負荷60に流れる電流値Icが相殺され、負荷60に流れる電流の影響を受けない変動量ΔIA(tn)と変動量ΔIB(tn)とが算出される。
【0037】
なお、電流センサの異常検出を行う際に例えば、車内空調装置の出力レベル(強弱やオン/オフなど)が変更されたり、補機電源を使用する車両の電気機器のスイッチがオン/オフされたり、エンジンが始動した場合は、負荷60に流れる電流に変動がなく一定と見なすことができないため、電流センサの異常検出を行わない。負荷60は、出力レベルの変更やスイッチのオン/オフなどの負荷変動に関する情報をコントローラ51に出力する。
【0038】
コントローラ51は、負荷60に流れる電流に変動がなく一定と見なせる場合、言い換えれば、負荷変動に関する情報に基づいて、車内空調装置の出力レベル(強弱やオン/オフなど)が変更されたり、補機電源を使用する車両の電気機器のスイッチがオン/オフされたり、エンジンが始動されていないと判別された場合に、負荷60の負荷変動が小さいと判断して電流センサの異常検出を行い、負荷60に流れる電流に変動があって一定と見なせない場合(負荷60の負荷変動が大きい場合)は、電流センサの異常検出を行わない。
【0039】
なお、コントローラ51は、負荷60から出力される負荷変動に関する情報に基づいて、負荷60に流れる電流値の変動量が所定の範囲内である場合、負荷60の変動負荷が小さく、所定の範囲を超える場合に負荷60の負荷変動が大きいと判断することもできる。
【0040】
このように負荷60に流れる電流に変動がなく一定と見なせる場合、変動量ΔIA(tn)と変動量ΔIB(tn)とを比較することで、電流センサの異常を検出する。具体的には、変動量ΔIA(tn)と変動量ΔIB(tn)との差分を算出し、算出した差分と所定の閾値とを比較して所定の閾値を超えているか否かを判別し、超えている場合はセンサ異常、超えていない場合は正常と検出する。
【0041】
本実施例によれば、単に電流センサ12及び電流センサ46の各検出値を比較する場合に比べて、電流センサ12の検出値と電流センサ46の検出値との相違がそのまま電流センサの異常として検出されないので、電流センサの異常検出を適正かつ精度よく検出することができる。
【0042】
また、例えば、電流センサ12が故障するとその検出値が電流センサ46の検出値よりも低くなるとセンサ異常があると判別すると、故障した電流センサ12の検出値が電流センサ46の検出値よりも高い場合は、適正に電流センサの異常を検出することができないが、本実施例は、所定期間の各検出値の変動量の差分と所定の閾値との大小関係で電流センサの異常を判断するので、故障した電流センサ12の検出値が電流センサ46の検出値よりも高く検出されても、適正に電流センサの異常を検出することができる。
【0043】
さらに、負荷60に流れる電流に変動がなく一定と見なせる場合の変動量ΔIA(tn)と変動量ΔIB(tn)は、負荷60による電流変動の影響がないため、負荷60の電流変動を考慮せずに、各電流センサ12,46の検出結果のみを用いて電流センサの異常検出を精度よく行うことができ、各電流センサ12,46の各検出値に含まれる負荷60の負荷変動によって検出精度が低下することを抑制することができる。
【0044】
図3は、本実施例の電流センサの異常検出の動作を示すフローチャートである。図3に示す処理は、車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった後、コントローラ51によって実行される。図3に示す処理を開始するとき、リレー31,32はオンであり、組電池10と昇圧回路40とは接続状態にある。
【0045】
ステップS101において、コントローラ51は、負荷60から出力される負荷変動に関する情報に基づいて、負荷60の負荷変動が大きいか否かを判別する。このとき、負荷60が複数ある場合、負荷毎に負荷変動が大きいか否かを判別し、少なくとも1つの負荷の負荷変動が大きい場合には、電流センサの異常検出を行わない。
【0046】
負荷60の負荷変動が小さいと判別された場合、ステップS102に進み、コントローラ51は、電流センサ12,46を用いて所定期間tn−1〜tnの各電流値を測定する。時間tn−1における各電流値と、次の時間tnにおける各電流値が測定されると、コントローラ51は、電流センサ12の所定期間tn−1〜tnの電流変動量ΔIA(tn)と、電流センサ46の所定期間tn−1〜tnの電流変動量ΔIB(tn)を算出する。
【0047】
ステップS103において、コントローラ51は、算出した電流変動量ΔIA(tn)と電流変動量ΔIB(tn)との差分を算出し、算出された差分と所定の閾値とを比較して、差分が所定の閾値よりも小さいか否かを判別する(S104)。算出された差分が閾値よりも小さい場合は、ステップS105に進み、電流センサは正常であると判別する。
【0048】
一方、ステップS104において、算出された差分が所定の閾値よりも大きいと判別された場合は、ステップS106に進み、電流センサが異常であると判別するとともに、所定のセンサ異常処理を行う(S107)。
【0049】
ステップS107のセンサ異常処理としては、例えば、ユーザなどに対して異常が発生していることを通知することができる。この通知は、ユーザの視覚又は聴覚で認識できるものであればよく、例えば、異常検出ランプを点灯させたり、スピーカを用いて異常が発生していることを示す情報を出力したり、異常が発生していることを示す情報をディスプレイに表示させることができる。
【0050】
また、電流センサ異常を検出した場合に、本実施例の電池システムを搭載するハイブリッド車両では、エンジンのみを駆動源とする走行モードに設定したり、電気自動車では、走行を中止する通知を行うなど、組電池10からの電力を用いた走行や機器の駆動を行わないようにすることもできる。
【符号の説明】
【0051】
10 組電池(蓄電装置)
11 単電池
12 電流センサ(第2電流センサ)
31,32 リレー
40 昇圧回路(昇圧器)
41 リアクトル
42,43 ダイオード
44,45 トランジスタ
46 電流センサ(第1電流センサ)
51 コントローラ
52 インバータ
53 モータ・ジェネレータ
60 負荷
PL1 接続ライン
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両に搭載される蓄電システムの電流センサ異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1では、二次電池近くの電流センサの検出値を、二次電池の負荷となるインバータや電動機側に設けられる電流センサの検出値と比較することによって二次電池近くの電流センサの故障を検出している。
【0003】
特許文献1の電流センサの故障検出は、インバータや電動機以外の負荷によって二次電池に近い電流センサの電流値よりもインバータや電動機の負荷側で検出される電流値の方が低くなることを前提とし、二次電池近くの電流センサの電流値の方がインバータ等に設けられた電流センサで検出された電流値よりも低い場合に、二次電池近くの電流センサの故障と判別している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−043188号公報
【特許文献2】特開2005−192324号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、二次電池近くの故障した電流センサの検出値が、必ずインバータや電動機の負荷側で検出される検出値よりも低くなるとは限らない。また、インバータや電動機以外の負荷によって二次電池の近くで検出される電流値よりもインバータや電動機の負荷側で検出される電流値の方が低くなる場合があり、単純に両者の電流値を比較するだけでは、電流センサの異常を検出することができない。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願第1の発明である蓄電システムは、蓄電装置と第1負荷の間で電圧変換を行う昇圧器を流れる電流を検出する第1電流センサの検出値と、昇圧器及び蓄電装置の間に接続されて蓄電装置からの電力を受けて動作する第2負荷と蓄電装置との間に設けられて蓄電装置の充放電電流を検出する第2電流センサの検出値とを用いて、所定期間における、第1電流センサの検出値の変動量と第2電流センサの検出値の変動量を比較することによって、電流センサの異常を検出する。
【0007】
本願第1の発明によれば、第1電流センサ及び第2電流センサの各検出値を単純に比較するのではなく、所定期間における各電流センサの検出値の変動量の差分と所定の閾値とを比較して電流センサの異常を検出するので、各検出値の相違や大小関係に関わらずに電流センサの異常を適正かつ精度よく検出することができ、第1電流センサの検出値が昇圧器及び蓄電装置の間の第2負荷によって第2電流センサの検出値と相違していても、電流センサの異常を精度よく検出することができる。
【0008】
第2負荷の負荷変動が所定の基準値よりも小さい場合に電流センサの異常を検出することで、各電流センサの検出値に含まれる第2負荷の負荷変動によって検出精度が低下することを抑制することができる。
【0009】
蓄電装置に対して第2負荷が複数接続されている場合、少なくとも1つの第2負荷の負荷電動が基準値よりも大きいと判別された状態での電流センサの異常検出を行わないことにより、各電流センサの検出値に含まれる第2負荷の負荷変動によって検出精度が低下すること(誤検出)を抑制することができる。
【0010】
第1電流センサは、昇圧器のリアクトルを流れる電流を検出する電流センサを用いることができ、第1電流センサの一端をリアクトルに接続し、他端を蓄電装置の正極端子に接続される接続ラインに接続することができる。
【0011】
第2負荷として、車室空調装置(エアコン)又は補機電源に接続されるDC/DCコンバータを用いることができる。また、第1負荷として、蓄電装置からの電力を受けて、車両の走行に用いられる運動エネルギを生成するモータ・ジェネレータを用いることができる。
【0012】
本願第2の発明は、上述した蓄電システムの電流センサ異常を検出する制御方法である。蓄電装置と第1負荷の間で電圧変換を行う昇圧器を流れる電流を検出する第1電流センサの検出値と、蓄電装置の充放電電流を検出する第2電流センサの検出値とを用いて、所定期間における、第1電流センサの検出値の変動量と第2電流センサの検出値の変動量を比較することによって、電流センサの異常を検出する。
【0013】
本願第2の発明によれば、所定期間における各電流センサの検出値の変動量の差分と所定の閾値とを比較して電流センサの異常を検出するので、各検出値の相違や大小関係に関わらずに電流センサの異常を適正かつ精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】電池システムの構成を示す概略図である。
【図2】電流センサの検出結果の一例を示す図である。
【図3】電流センサの異常検出動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0016】
(実施例1)
本発明の実施例1である電池システム(蓄電システムに相当する)について説明する。図1は、本実施例の電池システムの構成を示す概略図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載されている。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池に加えて、エンジン又は燃料電池を備えている。電気自動車は、車両の動力源として、組電池だけを備えている。
【0017】
組電池(蓄電装置に相当する)10は、直列に接続された複数の単電池(蓄電素子に相当する)11を有する。単電池11としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ(コンデンサ)を用いることができる。組電池10を構成する単電池11の数は、要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。また、組電池10は、並列に接続された複数の単電池11を含んでいてもよい。
【0018】
リレー31,32は、コントローラ51からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。リレー31,32がオフであるとき、組電池10の充放電が禁止される。リレー31,32がオンであるとき、組電池10の充放電が許容される。
【0019】
電流センサ12(第2電流センサに相当する)は、組電池10の充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ51に出力する。電流センサ12は、組電池10の正極端子と後述する昇圧回路40の接続ラインPL1に設けられている。接続ラインPL1にはリレー31が設けられ、図1の例では、組電池10の正極端子とリレー31を接続する接続ラインPL1に電流センサ12が設けられている。
【0020】
本実施例の電池システムは、昇圧回路40(昇圧器に相当する)を有する。昇圧回路40は、組電池10の正極端子及び負極端子それぞれと接続する接続ラインPL1,NL1を介して組電池10と接続している。昇圧回路40は、組電池10の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ52に出力する。また、昇圧回路40は、インバータ52の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池10に出力することができる。昇圧回路40は、コントローラ51からの制御信号を受けて動作する。
【0021】
昇圧回路40は、リアクトル41と、ダイオード42,43と、スイッチング素子としてのトランジスタ(npn型トランジスタ)44,45と、電流センサ46(第1電流センサに相当する)と、を有する。リアクトル41は、一端がリレー31に接続され、他端がトランジスタ44,45の接続点に接続されている。
【0022】
電流センサ46は、接続ラインPL1とリアクトル41の接続ラインに設けられ、リアクトル41に流れる電流を検出する。電流センサ46の一端は、組電池10の正極端子に接続される接続ラインPL1と接続し、他端がリアクトル41に接続している。電流センサ46は、組電池10から昇圧回路40に流れてリアクトル41で昇圧される前の電流、又はインバータ52から出力された電力がリアクトル41で降圧された後の組電池10に出力される電流を検出し、検出結果をコントローラ51に出力する。
【0023】
トランジスタ44,45は、直列に接続されており、各トランジスタ44,45のベースには、コントローラ51からの制御信号が入力される。トランジスタ44,45は、コントローラ51からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。トランジスタ44,45のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオード42,43がそれぞれ接続されている。具体的には、ダイオード42,43のアノードが、トランジスタ44,45のエミッタと接続され、ダイオード42,43のカソードが、トランジスタ44,45のコレクタと接続されている。
【0024】
トランジスタ44,45としては、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることもできる。また、npn型トランジスタに代えて、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の電力スイッチング素子を用いることもできる。
【0025】
昇圧回路40の昇圧動作を行うとき、コントローラ51は、トランジスタ45をオンにするとともに、トランジスタ44をオフ状態にする。これにより、組電池10からリアクトル41に電流が流れ、リアクトル41には、電流量に応じた磁場エネルギが蓄積される。次に、コントローラ51は、トランジスタ45をオンからオフに切り替えることにより、リアクトル41からダイオード42を介して、インバータ52に電流を流す。これにより、リアクトル41で蓄積されたエネルギが放出され、昇圧動作が行われる。
【0026】
降圧動作を行うとき、コントローラ51は、トランジスタ44をオンにするとともに、トランジスタ45をオフにする。これにより、インバータ52からの電力が組電池10に供給され、組電池10の充電が行われる。
【0027】
インバータ52は、コントローラ51からの制御信号を受けて動作し、組電池10からの直流電力を交流電力に変換してモータ・ジェネレータ53に出力する。モータ・ジェネレータ53(第1負荷に相当する)としては、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ53は、インバータ52からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ53によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。
【0028】
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ53は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータ・ジェネレータ53によって生成された交流電力は、インバータ52によって直流電力に変換された後に、組電池10に出力される。組電池10は、回生電力を蓄えることができる。
【0029】
コントローラ51は、組電池10の充放電制御を行う制御装置である。コントローラ51は、出力要求に基づいて負荷に組電池10の電力を出力する放電制御、車両が減速したり、停止したりする際の車両制動時における回生電力を組電池10に充電する充電制御と共に、組電池10の電流センサ12及び昇圧回路40の電流センサ46を用いた電流センサの異常検出を行う。なお、電流センサの異常検出は、コントローラ51とは別個のコントローラによって行うように構成してもよい。
【0030】
負荷60は、昇圧回路40及び組電池10の間に接続され、組電池10からの電力を受けて動作する、車室空調装置(エアコンのインバータやモータ等)や補機電源(補機バッテリ)に接続されるDC/DCコンバータである。
【0031】
負荷60は、リレー31と昇圧回路40との間に接続され、その一端は、電流センサ12と電流センサ46との間の接続ラインPL1と接続する。負荷60が複数ある場合、それぞれの負荷がリレー31と昇圧回路40との間に接続されている。組電池10と負荷60は、リレー31,32を介して接続され、リレー31,32がオフであるとき、組電池10から負荷60への電力供給が禁止され、リレー31,32がオンであるとき、組電池10から負荷60への電力供給が許容される。
【0032】
本実施例の電流センサ12は、負荷60と組電池10との間に設けられているので、電流センサ12及び電流センサ46との間には、モータ・ジェネレータ53以外の負荷60が接続されてことになる。なお、電流センサ12が設けられる位置は、図1の例以外にも、例えば、組電池10を構成する複数の単電池11間や組電池10の負極端子と昇圧回路40を接続する接続ラインでもよい。
【0033】
本実施例の電流センサの異常検出について説明する。以下では、組電池10から昇圧回路40に電力が供給される際(組電池10の放電)の電流値を電流センサ12,46それぞれで検出する場合を一例に説明するが、昇圧回路40を通じて組電池10に電力が供給される場合(組電池10への充電)も、本実施例の電流センサの異常検出を行うことができる。
【0034】
本実施例では、所定期間における各電流センサ12,46それぞれの検出値の各変動量を比較して電流センサの異常を検出する。図2は、電流センサ12によって検出された電流値(IA)と電流センサ46によって検出された電流値(IB)の検出結果を示す図である。縦軸は検出された電流値(I)、横軸は時間(t)である。
【0035】
図2に示すように、時間tnにおける電流センサ12で検出された電流値IA(tn)は、負荷60に流れる電流値Ic(tn)(負荷60が複数の負荷を含む場合、各負荷に流れる電流(Ic1,Ic2・・・)を合計した値)とリアクトル41に流れる電流値IB(tn)との加算となる。そして、所定期間tn−1〜tnで検出された電流の変動量ΔIA(tn)は、IA(tn)からIA(tn-1)を減算した値となり、同様に所定期間tn−1〜tnで検出された電流の変動量ΔIB(tn)は、IB(tn)からIB(tn-1)を減算した値となる。このとき、負荷60に流れる電流値Icが所定期間tn−1〜tnで変動しない場合(一定の場合)、負荷60に流れる電流値Icの変動値は0となるので、変動量ΔIA(tn)=変動量ΔIB(tn)となる。
【0036】
各電流センサ12,46で検出された電流値(IA)と電流値(IB)は、図2に示すように、負荷60に流れる電流分のずれが生じるが、負荷60に流れる電流に変動がなく一定(0を含む)と見なせる場合、所定期間t(n)〜t(n−1)の負荷60に流れる電流値Icが相殺され、負荷60に流れる電流の影響を受けない変動量ΔIA(tn)と変動量ΔIB(tn)とが算出される。
【0037】
なお、電流センサの異常検出を行う際に例えば、車内空調装置の出力レベル(強弱やオン/オフなど)が変更されたり、補機電源を使用する車両の電気機器のスイッチがオン/オフされたり、エンジンが始動した場合は、負荷60に流れる電流に変動がなく一定と見なすことができないため、電流センサの異常検出を行わない。負荷60は、出力レベルの変更やスイッチのオン/オフなどの負荷変動に関する情報をコントローラ51に出力する。
【0038】
コントローラ51は、負荷60に流れる電流に変動がなく一定と見なせる場合、言い換えれば、負荷変動に関する情報に基づいて、車内空調装置の出力レベル(強弱やオン/オフなど)が変更されたり、補機電源を使用する車両の電気機器のスイッチがオン/オフされたり、エンジンが始動されていないと判別された場合に、負荷60の負荷変動が小さいと判断して電流センサの異常検出を行い、負荷60に流れる電流に変動があって一定と見なせない場合(負荷60の負荷変動が大きい場合)は、電流センサの異常検出を行わない。
【0039】
なお、コントローラ51は、負荷60から出力される負荷変動に関する情報に基づいて、負荷60に流れる電流値の変動量が所定の範囲内である場合、負荷60の変動負荷が小さく、所定の範囲を超える場合に負荷60の負荷変動が大きいと判断することもできる。
【0040】
このように負荷60に流れる電流に変動がなく一定と見なせる場合、変動量ΔIA(tn)と変動量ΔIB(tn)とを比較することで、電流センサの異常を検出する。具体的には、変動量ΔIA(tn)と変動量ΔIB(tn)との差分を算出し、算出した差分と所定の閾値とを比較して所定の閾値を超えているか否かを判別し、超えている場合はセンサ異常、超えていない場合は正常と検出する。
【0041】
本実施例によれば、単に電流センサ12及び電流センサ46の各検出値を比較する場合に比べて、電流センサ12の検出値と電流センサ46の検出値との相違がそのまま電流センサの異常として検出されないので、電流センサの異常検出を適正かつ精度よく検出することができる。
【0042】
また、例えば、電流センサ12が故障するとその検出値が電流センサ46の検出値よりも低くなるとセンサ異常があると判別すると、故障した電流センサ12の検出値が電流センサ46の検出値よりも高い場合は、適正に電流センサの異常を検出することができないが、本実施例は、所定期間の各検出値の変動量の差分と所定の閾値との大小関係で電流センサの異常を判断するので、故障した電流センサ12の検出値が電流センサ46の検出値よりも高く検出されても、適正に電流センサの異常を検出することができる。
【0043】
さらに、負荷60に流れる電流に変動がなく一定と見なせる場合の変動量ΔIA(tn)と変動量ΔIB(tn)は、負荷60による電流変動の影響がないため、負荷60の電流変動を考慮せずに、各電流センサ12,46の検出結果のみを用いて電流センサの異常検出を精度よく行うことができ、各電流センサ12,46の各検出値に含まれる負荷60の負荷変動によって検出精度が低下することを抑制することができる。
【0044】
図3は、本実施例の電流センサの異常検出の動作を示すフローチャートである。図3に示す処理は、車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった後、コントローラ51によって実行される。図3に示す処理を開始するとき、リレー31,32はオンであり、組電池10と昇圧回路40とは接続状態にある。
【0045】
ステップS101において、コントローラ51は、負荷60から出力される負荷変動に関する情報に基づいて、負荷60の負荷変動が大きいか否かを判別する。このとき、負荷60が複数ある場合、負荷毎に負荷変動が大きいか否かを判別し、少なくとも1つの負荷の負荷変動が大きい場合には、電流センサの異常検出を行わない。
【0046】
負荷60の負荷変動が小さいと判別された場合、ステップS102に進み、コントローラ51は、電流センサ12,46を用いて所定期間tn−1〜tnの各電流値を測定する。時間tn−1における各電流値と、次の時間tnにおける各電流値が測定されると、コントローラ51は、電流センサ12の所定期間tn−1〜tnの電流変動量ΔIA(tn)と、電流センサ46の所定期間tn−1〜tnの電流変動量ΔIB(tn)を算出する。
【0047】
ステップS103において、コントローラ51は、算出した電流変動量ΔIA(tn)と電流変動量ΔIB(tn)との差分を算出し、算出された差分と所定の閾値とを比較して、差分が所定の閾値よりも小さいか否かを判別する(S104)。算出された差分が閾値よりも小さい場合は、ステップS105に進み、電流センサは正常であると判別する。
【0048】
一方、ステップS104において、算出された差分が所定の閾値よりも大きいと判別された場合は、ステップS106に進み、電流センサが異常であると判別するとともに、所定のセンサ異常処理を行う(S107)。
【0049】
ステップS107のセンサ異常処理としては、例えば、ユーザなどに対して異常が発生していることを通知することができる。この通知は、ユーザの視覚又は聴覚で認識できるものであればよく、例えば、異常検出ランプを点灯させたり、スピーカを用いて異常が発生していることを示す情報を出力したり、異常が発生していることを示す情報をディスプレイに表示させることができる。
【0050】
また、電流センサ異常を検出した場合に、本実施例の電池システムを搭載するハイブリッド車両では、エンジンのみを駆動源とする走行モードに設定したり、電気自動車では、走行を中止する通知を行うなど、組電池10からの電力を用いた走行や機器の駆動を行わないようにすることもできる。
【符号の説明】
【0051】
10 組電池(蓄電装置)
11 単電池
12 電流センサ(第2電流センサ)
31,32 リレー
40 昇圧回路(昇圧器)
41 リアクトル
42,43 ダイオード
44,45 トランジスタ
46 電流センサ(第1電流センサ)
51 コントローラ
52 インバータ
53 モータ・ジェネレータ
60 負荷
PL1 接続ライン
【特許請求の範囲】
【請求項1】
充放電を行う蓄電装置と前記蓄電装置の電力を受けて動作する第1負荷との間で電圧変換を行う昇圧器を流れる電流を検出する第1電流センサと、
前記昇圧器及び前記蓄電装置の間に接続されて前記蓄電装置からの電力を受けて動作する第2負荷と前記蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置の充放電電流を検出する第2電流センサと、
前記電流センサの異常を検出するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、所定期間における、前記第1電流センサの検出値の変動量と前記第2電流センサの検出値の変動量を比較することによって、前記電流センサの異常を検出することを特徴とする蓄電システム。
【請求項2】
前記コントローラは、前記第2負荷の負荷変動に関する情報に基づいて前記第2負荷の負荷変動が基準値よりも小さいと判別される場合に、前記電流センサの異常を検出する処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。
【請求項3】
複数の前記第2負荷が前記蓄電装置に接続されており、
前記コントローラは、少なくとも1つの前記第2負荷の負荷電動が基準値よりも大きいと判別された場合、前記電流センサの異常を検出する処理を行わないことを特徴とする請求項2に記載の電システム。
【請求項4】
前記第1電流センサは、前記昇圧器のリアクトルを流れる電流を検出する電流センサであり、
前記第1電流センサの一端は、前記リアクトルに接続し、他端は、前記蓄電装置の正極端子に接続される接続ラインに接続していることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の蓄電システム。
【請求項5】
前記第2負荷は、車室空調装置又は補機電源に接続されるDC/DCコンバータであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の蓄電システム。
【請求項6】
前記第1負荷は、前記蓄電装置からの電力を受けて、車両の走行に用いられる運動エネルギを生成するモータ・ジェネレータであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の蓄電システム。
【請求項7】
蓄電システムの電流センサ異常を検出する方法であって、
前記蓄電システムは、
充放電を行う蓄電装置と前記蓄電装置の電力を受けて動作する第1負荷との間で電圧変換を行う昇圧器を流れる電流を検出する第1電流センサと、
前記昇圧器及び前記蓄電装置の間に接続されて前記蓄電装置からの電力を受けて動作する第2負荷と前記蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置の充放電電流を検出する第2電流センサと、
前記電流センサの異常を検出するコントローラと、を有し、
所定期間における、前記第1電流センサの検出値の変動量と前記第2電流センサの検出値の変動量を比較することによって、前記電流センサの異常を検出することを特徴とする方法。
【請求項8】
前記第2負荷の負荷変動に関する情報に基づいて、前記所定期間における前記第2負荷の負荷変動が基準値よりも小さいと判別される場合に、前記電流センサの異常を検出することを特徴とする請求項7に記載の方法。
【請求項1】
充放電を行う蓄電装置と前記蓄電装置の電力を受けて動作する第1負荷との間で電圧変換を行う昇圧器を流れる電流を検出する第1電流センサと、
前記昇圧器及び前記蓄電装置の間に接続されて前記蓄電装置からの電力を受けて動作する第2負荷と前記蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置の充放電電流を検出する第2電流センサと、
前記電流センサの異常を検出するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、所定期間における、前記第1電流センサの検出値の変動量と前記第2電流センサの検出値の変動量を比較することによって、前記電流センサの異常を検出することを特徴とする蓄電システム。
【請求項2】
前記コントローラは、前記第2負荷の負荷変動に関する情報に基づいて前記第2負荷の負荷変動が基準値よりも小さいと判別される場合に、前記電流センサの異常を検出する処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。
【請求項3】
複数の前記第2負荷が前記蓄電装置に接続されており、
前記コントローラは、少なくとも1つの前記第2負荷の負荷電動が基準値よりも大きいと判別された場合、前記電流センサの異常を検出する処理を行わないことを特徴とする請求項2に記載の電システム。
【請求項4】
前記第1電流センサは、前記昇圧器のリアクトルを流れる電流を検出する電流センサであり、
前記第1電流センサの一端は、前記リアクトルに接続し、他端は、前記蓄電装置の正極端子に接続される接続ラインに接続していることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の蓄電システム。
【請求項5】
前記第2負荷は、車室空調装置又は補機電源に接続されるDC/DCコンバータであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の蓄電システム。
【請求項6】
前記第1負荷は、前記蓄電装置からの電力を受けて、車両の走行に用いられる運動エネルギを生成するモータ・ジェネレータであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の蓄電システム。
【請求項7】
蓄電システムの電流センサ異常を検出する方法であって、
前記蓄電システムは、
充放電を行う蓄電装置と前記蓄電装置の電力を受けて動作する第1負荷との間で電圧変換を行う昇圧器を流れる電流を検出する第1電流センサと、
前記昇圧器及び前記蓄電装置の間に接続されて前記蓄電装置からの電力を受けて動作する第2負荷と前記蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置の充放電電流を検出する第2電流センサと、
前記電流センサの異常を検出するコントローラと、を有し、
所定期間における、前記第1電流センサの検出値の変動量と前記第2電流センサの検出値の変動量を比較することによって、前記電流センサの異常を検出することを特徴とする方法。
【請求項8】
前記第2負荷の負荷変動に関する情報に基づいて、前記所定期間における前記第2負荷の負荷変動が基準値よりも小さいと判別される場合に、前記電流センサの異常を検出することを特徴とする請求項7に記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図2】
【図3】
【公開番号】特開2013−90474(P2013−90474A)
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−229673(P2011−229673)
【出願日】平成23年10月19日(2011.10.19)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年10月19日(2011.10.19)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】
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