電池の故障判定装置
【課題】簡易な制御で過電流遮断機構の作動検出を精度良く行うことを目的とする。
【解決手段】過電流遮断機構を備えた電池ブロックを複数直列接続した組電池と、組電池とコンバータとを接続する接続回路に接続され、コンバータのスイッチング動作に伴う電圧変動を抑制するフィルタコンデンサと、フィルタコンデンサの電圧値に関する情報を取得する第１の電圧センサと、それぞれの電池ブロックに設けられ、電池ブロックの電圧値に関する情報を取得する第２の電圧センサと、第２の電圧センサによって取得された電池ブロックの電圧値に関する情報を基に組電池の電圧値を算出するコントローラと、を備える電池の故障判定装置であって、コントローラは、第１の電圧センサより検出されたフィルタコンデンサの電圧値と、算出した組電池の電圧値とを基に過電流遮断機構の作動を検出することを特徴とする。
【解決手段】過電流遮断機構を備えた電池ブロックを複数直列接続した組電池と、組電池とコンバータとを接続する接続回路に接続され、コンバータのスイッチング動作に伴う電圧変動を抑制するフィルタコンデンサと、フィルタコンデンサの電圧値に関する情報を取得する第１の電圧センサと、それぞれの電池ブロックに設けられ、電池ブロックの電圧値に関する情報を取得する第２の電圧センサと、第２の電圧センサによって取得された電池ブロックの電圧値に関する情報を基に組電池の電圧値を算出するコントローラと、を備える電池の故障判定装置であって、コントローラは、第１の電圧センサより検出されたフィルタコンデンサの電圧値と、算出した組電池の電圧値とを基に過電流遮断機構の作動を検出することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流遮断機構を備えた組電池の故障を検出する電池の故障判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池異常時に電池セルに設けられた過電流遮断機構を作動させることにより電流を遮断する機能を備えた電源機器が知られている。特許文献１は、並列接続された複数の電池セルから成る電池セル群を直列接続した組電池を有する電源機器において、電池セル群の電圧値及び電流値から過電流遮断機構の作動した電池セルの有無を判断し、作動が判定された場合は電流経路の一部に接続したスイッチング素子を駆動して組電池の充放電を停止させる電源機器を開示している。
【０００３】
また、特許文献２は、複数の単電池を備え、電池の異常状態において電流を遮断する電流遮断機構を備えた車両用の組電池と、組電池とモータに供給される組電池の電力の電圧を調整するコンバータとを接続する接続回路に接続され、コンバータのスイッチング動作に伴う電圧変動を抑制するフィルタコンデンサと、フィルタコンデンサの電圧値に関する情報を習得する第１の電圧センサと、フィルタコンデンサの電圧値の変化の度合いに基づき、電流遮断機構の作動の有無を判別するコントローラと、を有する電池の故障判定装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８２７７９号公報
【特許文献２】特願２０１０−２３０２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に開示された電源機器のように、電池セル群の電圧値及び電流値を用いれば過電流遮断機構の作動を精度良く検出出来る。しかしながら、上記の特許文献１に開示された電源機器は、過電流遮断機構の作動を検出するために電圧値及び電流値が必要となるため、制御が複雑化してしまう。また、上記の特許文献２に開示された電池の故障判定装置はフィルタコンデンサの電圧値の変化に基づき電流遮断機構の作動を検出しているが、フィルタコンデンサの電圧値の変化が微小であると、電流遮断機構の作動を検出することが出来ない。よって、本発明の目的は、簡易な制御で過電流遮断機構の作動を精度良く検出することが可能な電池の故障判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、第１の発明に係る電池の故障判定装置は、過電流が流れた場合に電流を遮断する過電流遮断機構を備えた電池ブロックを複数直列接続した組電池と、前記組電池とモータに供給される前記組電池の電力の電圧を調整するコンバータとを接続する接続回路に接続され、前記コンバータのスイッチング動作に伴う電圧変動を抑制するフィルタコンデンサと、前記フィルタコンデンサの電圧値に関する情報を取得する第１の電圧センサと、それぞれの前記電池ブロックに設けられ、前記電池ブロックの電圧値に関する情報を取得する第２の電圧センサと、前記第２の電圧センサによって取得された前記電池ブロックの電圧値に関する情報を基に前記組電池の電圧値を算出するコントローラと、を備える電池の故障判定装置であって、前記コントローラは、前記第１の電圧センサより検出された前記フィルタコンデンサの電圧値と、算出した前記組電池の電圧値とを基に過電流遮断機構の作動を検出することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明に係る電池の故障判定装置は、第１の発明の構成に加えて、前記コントローラは、前記第１の電圧センサより検出された前記フィルタコンデンサの電圧値と、算出した前記組電池の電圧値の差の絶対値が電圧閾値よりも高い状態が時間閾値以上続いた場合には、前記過電流遮断機構が作動したものと判断することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明に係る電池の故障判定装置は、第１の発明の構成に加えて、前記フィルタコンデンサの電圧値が、前記フィルタコンデンサの上限電圧値以上となった場合、もしくは前記フィルタコンデンサの下限電圧値以下となった場合に、前記電圧閾値を低くすることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明に係る電池の故障判定装置は、第２の発明の構成に加えて、前記フィルタコンデンサの電圧値が、前記フィルタコンデンサの上限電圧値以上となった場合、もしくは前記フィルタコンデンサの下限電圧値以下となった場合に、前記時間閾値を低くすることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明に係る電池の故障判定装置は、第３の発明の構成に加えて、前記電池ブロックは、複数の単電池を直列接続したものであり、前記過電流遮断機構は、前記単電池のそれぞれに設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な制御で過電流遮断機構の作動を精度良く検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】故障判定装置のブロック図である。
【図２】組電池を充電している場合に過電流遮断機構が作動したときのフィルタコンデンサの電圧挙動と、組電池の電圧挙動と、それらの差の絶対値の挙動を示す模式図である。
【図３】故障判定方法を示すフローチャートである。
【図４】過電流遮断機構が作動したと判断されるまでの時間を比較した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は電池の故障判定装置のブロック図である。本実施例の故障判定装置１は、バッテリの電力によってモータを駆動し、このモータの駆動力により車輪を回転させ走行する電気自動車や、バッテリの電力によってモータを駆動し、このモータの駆動力により車輪を回転させる第１の駆動経路と、内燃機関で得られた駆動力により車輪を回転させる第２の駆動経路とを動力源として兼用するハイブリッド自動車等に搭載することができる。
【００１４】
組電池１１は、複数の電池ブロック１３を備える。これらの電池ブロック１３は電気的に直列に接続されている。各電池ブロック１３は、複数の単電池１２を含む。これらの単電池１２は、電気的に直列に接続されている。単電池１２は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池であってもよい。
【００１５】
コントローラ３０は、故障判定装置１全体の制御を司る。各電池ブロック１３はそれぞれ、電圧センサ１４ａを備える。各電圧センサ１４ａは、各電池ブロック１３の電圧を検出して、その検出結果をコントローラ３０に出力する。電流センサ１４ｂは、組電池１１に流れる電流を検出して、その検出結果をコントローラ３０に出力する。コントローラ３０は、各電圧センサ１４ａによって検出された各電池ブロック１３の電圧を足し合わせることで、組電池１１の電圧ＶＢを算出する。
【００１６】
各単電池１２はそれぞれ、電圧値が使用電圧を超えると、コントローラ３０に信号を出力する図示しない出力回路部と、過電流遮断機構１５を備える。単電池１２の使用電圧は、電池の劣化を防止する観点から設定される設計値であり、電池の種類に応じて異なる。過電流遮断機構１５は、電流が過剰に流れたときに自己発熱により溶融して電流を遮断する電流ヒューズであってもよい。過電流遮断機構１５は、周辺の温度が伝熱することにより可溶体が溶断して電流を遮断する温度ヒューズであってもよい。過電流遮断機構１５は、特開平１０−３０２７４４号公報に記載されるような圧力による変形を利用して単電池１２内の電流経路を遮断する機構であってもよい。
【００１７】
コントローラ３０は、メモリ２１に記憶された種々のプログラムを実行する。メモリ２１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）であってもよい。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、組電池１１と図示しない車載補機との間に設けられる。組電池１１の定格電圧は車載補機の定格電圧より高いので、組電池１１から車載補機に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ２０で降圧する。
【００１９】
組電池１１は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐを介して、コンバータとしての昇圧回路３１に接続されている。組電池１１のプラス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが接続され、組電池１１のマイナス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが接続されている。また、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよびプリチャージ抵抗１７は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂに対して並列に接続されている。
【００２０】
これらのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐは、コイルに対して通電したときに接点が閉じるリレーである。ＳＭＲがオンとは通電状態を意味し、ＳＭＲがオフとは非通電状態を意味する。
【００２１】
コントローラ３０は、電流遮断時、すなわちイグニッションスイッチのポジションがＯＦＦ位置になるときには、全てのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐをオフする。すなわち、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐのコイルに対する励磁電流をオフにする。なお、イグニッションスイッチのポジションは、ＯＦＦ位置→ＡＣＣ位置の順に切り替わる。
【００２２】
ハイブリッドシステム起動時（メイン電源接続時）、すなわち、たとえば運転者がブレーキペダルを踏み込んでプッシュ式のスタートスイッチを押し込むと、コントローラ３０は、最初にシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンにする。次に、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンしてプリチャージを実行する。
【００２３】
システムメインリレーＳＭＲ−Ｐにはプリチャージ抵抗１７が接続されている。このため、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンしてもインバータ３２への入力電圧は緩やかに上昇し、突入電流の発生を防止できる。
【００２４】
コントローラ３０は、インバータ３２の電圧値が、例えば、組電池１１の電圧値の約８０％〜１００％程度に達したとき、或いはインバータ３２の電圧値が略電池モジュール１３の電圧値に等しくなったときに、プリチャージを完了し、システムメインリレーＳＭＲ−ＰをオフしてシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオンする。
【００２５】
イグニッションスイッチのポジションがＯＮ位置からＯＦＦ位置に切り替わると、コントローラ３０は、先ずシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオフし、続いてシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフする。これにより、組電池１１とインバータ３２との間の電気的な接続が遮断され、電源遮断状態となる。
【００２６】
昇圧回路３１は、組電池１１の出力電圧を昇圧して、インバータ３２に供給する。インバータ３２は、昇圧回路３１からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ（三相交流モータ）３４に供給する。これにより、モータ・ジェネレータ３４が駆動され、モータ・ジェネレータ３４で生成された運動エネルギは、車輪に伝達されて車両を走行させることができる。ここで、昇圧回路３１およびインバータ３２により、パワーコントロールユニット３３が構成される。
【００２７】
一方、車両の制動時において、モータ・ジェネレータ３４は、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換して、インバータ３２に供給する。インバータ３２は、モータ・ジェネレータ３４からの交流電力を直流電力に変換する。昇圧回路３１は、インバータ３２からの直流電力を降圧して、フィルタコンデンサ１８に供給する。
【００２８】
フィルタコンデンサ１８は、昇圧回路３１のスイッチング動作に応じて直流電力に付与される電圧の変動を平滑化する。コンデンサ電圧センサ１９は、フィルタコンデンサ１８の両端の電圧を測定する。
【００２９】
次に、図２（ａ）及び図２（ｂ）の模式図を用いて組電池１１を充電している場合に組電池１１の内部において過電流遮断機構１５が作動したときの、フィルタコンデンサ１８と組電池１１との電圧変化について説明する。尚、図２（ａ）の模式図の横軸は経過時間を、縦軸はフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬ及び組電池１１の電圧ＶＢを示しており、図２（ｂ）の模式図の横軸は経過時間を、縦軸はフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値を示している。
【００３０】
尚、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬとは、コンデンサ電圧センサ１９によって測定された電圧であり、組電池１１の電圧ＶＢとは、各電圧センサ１４ａによって測定された各電池ブロック１３の電圧の和である。
【００３１】
図２（ａ）に表されている通り、過電流遮断機構１５が作動する前（時刻ｔ１以前）はフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとはほぼ同一となる。しかしながら、時刻ｔ１において、組電池１１の過電流遮断機構１５が作動すると、それまで組電池１１に流れていた電流がフィルタコンデンサ１８に流れるため、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが上昇し、組電池１１の電圧ＶＢは一定となる。
【００３２】
組電池１１の電圧ＶＢが一定となる理由は、以下の通りである。まず、過電流遮断機構１５が作動すると、組電池１１に電流が流れなくなる。よって、過電流遮断機構１５が作動していない電池ブロック１２の電圧は一定（電池ブロック１２の起電圧）となる。一方、過電流遮断機構１５が作動した電池ブロック１２の電圧は、過電流遮断機構１５が作動した電池ブロック１２の前後に接続されている電池ブロック１２との電圧差により増大するが、電圧センサ１４ａは検出可能な電圧の上下限が決まっている。よって、電池ブロック１２の電圧が電圧センサ１４ａの検出可能な電圧の上限値（例えば３０Ｖ）を超えると、過電流遮断機構１５が作動した電池ブロック１２の電圧が電圧センサ１４ａの検出可能な電圧の上限値以上となっているにも係らず、電圧センサ１４ａは過電流遮断機構１５が作動した電池ブロック１２の電圧を一定の値（電圧センサ１４ａが検出可能な電圧の上限値）としてコントローラ３０に出力する。従って、過電流遮断機構１５が作動すると、それぞれの電圧センサ１４ａが電池ブロック１３の電圧値を一定の値として検出するため、コントローラ３０は組電池１１の電圧ＶＢを一定の値として算出する。
【００３３】
つまり、過電流遮断機構１５が作動すると、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが上昇し、組電池１１の電圧ＶＢは一定となるため、過電流遮断機構１５が作動する前はほぼ同一であったフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとが乖離する。よって、図２（ｂ）に表されているように、時刻ｔ１において過電流遮断機構１５が作動すると、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値は上昇する。
【００３４】
過電流遮断機構１５の作動後、フィルタコンデンサ１８の電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２０等によって徐々に消費されていく。従って、時刻ｔ２において、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが上限電圧値Ｖｍａｘを超えた後、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬは徐々に低下し、それに伴いフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値も低下する。尚、時刻ｔ２においてコントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したか否かを判断するために予め設けられた電圧閾値ＶｔｈをＶｔｈ１からＶｔｈ２に、また時間変化量ＴｔｈをＴｔｈ１からＴｔｈ２に変更するが、詳細は後述する。
【００３５】
次に、組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したときの故障判定方法について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。ステップ（以下、Ｓと記す）１において、コントローラ３０は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内（上限電圧値Ｖｍａｘ以下且つ下限電圧値Ｖｍｉｎ以上）にあるか否かが判断される。フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内である場合はＳ１の判断を肯定し、Ｓ２を実行する。また、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外（上限電圧値Ｖｍａｘより大きい、もしくは下限電圧値Ｖｍｉｎ未満）にある場合は、Ｓ１の判断を否定し、Ｓ４を実行する。
【００３６】
Ｓ２では、Ｓ１においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にあると判断したため、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したか否かを判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ１とし、Ｓ３を実行する。
【００３７】
Ｓ３では、Ｓ１においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にあると判断したため、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したか否かを判断するために予め設けられた時間閾値Ｔｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる時間閾値Ｔｔｈ１とし、Ｓ６を実行する。
【００３８】
Ｓ４では、Ｓ１においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にあると判断したため、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したか否かを判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ２とし、Ｓ５を実行する。尚、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ２は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ１より小さく設定されている。
【００３９】
Ｓ５では、Ｓ１においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にあると判断したため、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したか否かを判断するために予め設けられた時間閾値Ｔｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる時間閾値Ｔｔｈ２とし、Ｓ６を実行する。尚、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる時間閾値Ｔｔｈ２は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる時間閾値Ｔｔｈ１より小さく設定されている。
【００４０】
Ｓ６では、コントローラ３０はＳ２及びＳ３、もしくはＳ４及びＳ５にて設定された電圧閾値Ｖｔｈと時間閾値Ｔｔｈを用いて、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈより大きい状態が時間閾値Ｔｔｈ以上連続して継続したか否かを判断する。フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈより大きい状態が時間閾値Ｔｔｈ以上連続して継続している場合はＳ６の判断を肯定し、Ｓ７を実行する。フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈより大きい状態が時間閾値Ｔｔｈ以上連続して継続していない場合は、Ｓ８を実行する。
【００４１】
つまり、図２（ａ）及び図２（ｂ）に表されているように、コントローラ３０は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内（上限電圧値Ｖｍａｘ以下かつ下限電圧値Ｖｍｉｎ以上）にある場合、つまり時刻ｔ２となるまでは、組電池１１の過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈ及び時間閾値Ｔｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ１及び時間閾値Ｔｔｈ１に設定する。そして、コントローラ３０は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外（上限電圧値Ｖｍａｘより大きい、もしくは下限電圧値Ｖｍｉｎより小さい）にある場合、つまり時刻ｔ２以降は、組電池１１の過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈ及び時間閾値Ｔｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ２及び時間閾値Ｔｔｈ２に設定する。
【００４２】
Ｓ７では、Ｓ６においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈより大きい状態が時間閾値Ｔｔｈ以上連続して継続したと判断したので、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したと判断し、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ及びＳＭＲ−Ｂをオフに切り替え、本制御ルーチンを終了し次の制御サイクルを実行する。
【００４３】
Ｓ８では、Ｓ６においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈより大きい状態が時間閾値Ｔｔｈ以上連続して継続していないと判断したので、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動していないと判断し、本制御ルーチンを終了し次の制御サイクルを実行する。
【００４４】
次に、図４を（ａ）及び図４（ｂ）を用いて、過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈ及び時間閾値Ｔｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬに応じて変更した場合と変更しなかった場合の、過電流遮断機構１５の作動検出精度を比較する。図４（ａ）は、過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈ及び時間閾値Ｔｔｈを変更しなかった場合を、そして図４（ｂ）は過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈ及び時間閾値Ｔｔｈを変更した場合を示している。
【００４５】
図４（ａ）では、時刻ｔ１において過電流遮断機構１５が作動している。そして、コントローラ３０はフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが電圧閾値Ｖｔｈ１を超えた時刻から時間閾値Ｔｔｈ１経過した後、つまり時刻ｔ３において過電流遮断機構１５が作動したと判断する。しかし、時刻ｔ３となる前にフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが電圧閾値Ｖｔｈ１未満となっているため、コントローラ３０は過電流遮断機構１５の作動を検出しない。
【００４６】
図４（ｂ）では、図４（ａ）と同じように時刻ｔ１において過電流遮断機構１５が作動している。そして、時刻ｔ２において昇圧前コンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外となると、コントローラ３０は過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値ＶｔｈをＶｔｈ１からＶｔｈ２に、また時間閾値ＴｔｈをＴｔｈ１からＴｔｈ２に変更する。上述したように、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ２及び時間閾値Ｔｔｈ２は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ１及び時間閾値Ｔｔｈ１より小さく設定されている。よって、時刻ｔ４において、コントローラ３０は過電流遮断機構１５の作動を検出することが出来る。
【００４７】
以上のように、本発明に係る電池の故障判定装置１は、過電流が流れた場合に電流を遮断する過電流遮断機構１５を備えた電池ブロック１３を複数直列接続した組電池１１と、組電池１１とモータ３４に供給される組電池１１の電力の電圧を調整するコンバータ３１とを接続する接続回路に接続され、コンバータ３１のスイッチング動作に伴う電圧変動を抑制するフィルタコンデンサ１８と、フィルタコンデンサ１８の電圧値に関する情報を取得するコンデンサ電圧センサ１９と、それぞれの電池ブロック１３に設けられ、電池ブロック１３の電圧値に関する情報を取得する電圧センサ１４ａと、電圧センサ１４ａによって取得された電池ブロック１３の電圧値に関する情報を基に組電池１１の電圧値ＶＢを算出するコントローラ３０と、を備える電池の故障判定装置であって、コントローラ３０は、コンデンサ電圧センサ１９より検出されたフィルタコンデンサ１８の電圧値ＶＬと算出した組電池１１の電圧値ＶＢとを基に過電流遮断機構１５の作動を検出するので、簡易な制御で過電流遮断機構１５の作動検出を精度良く行うことが出来る。
【００４８】
また、本発明の実施形態に係る電池の故障判断装置１によれば、コントローラ３０は、フィルタコンデンサ１８の電圧値ＶＬと、算出した組電池１１の電圧値ＶＢの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈよりも高い状態が時間閾値Ｔｔｈ以上続いた場合には過電流遮断機構１５が作動したものと判断するので、簡易な制御で過電流遮断機構１５の作動検出を精度良く行うことが出来る。
【００４９】
また、本発明の実施形態に係る電池の故障判断装置１によれば、フィルタコンデンサ１８の電圧値ＶＬが、フィルタコンデンサ１８の上限電圧値Ｖｍａｘより大きくなった場合、もしくはフィルタコンデンサ１８の下限電圧値Ｖｍｉｎ未満となった場合に、電圧閾値Ｖｔｈを低くするので、過電流遮断機構１５の作動検出を速やかに行うことが出来る。
【００５０】
また、本発明の実施形態に係る電池の故障判断装置１によれば、フィルタコンデンサ１８の電圧値ＶＬが、フィルタコンデンサ１８の上限電圧値Ｖｍａｘより大きくなった場合に、もしくはフィルタコンデンサ１８の下限電圧値Ｖｍｉｎ未満となった場合に、前記時間閾値Ｔｔｈを低くするので、過電流遮断機構１５の作動検出を速やかに行うことが出来る。
【００５１】
また、本発明の実施形態に係る電池の故障判断装置１によれば、電池ブロック１３は、複数の単電池１２を直列接続したものであり、過電流遮断機構１５は、単電池１２のそれぞれに設けられるので、電池ブロック１１に過電流が流れても組電池１１を確実に保護することが出来る。
【符号の説明】
【００５２】
１ 故障判定装置 １１ 組電池 １２ 単電池
１３ 電池ブロック １４ａ 電圧センサ １４ｂ 電流センサ
１５ 過電流遮断機構 １７ プリチャージ抵抗 １８ フィルタコンデンサ
１９ コンデンサ電圧センサ ３０ コントローラ ３１ 昇圧回路
３２ インバータ ３４ モータ・ジェネレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流遮断機構を備えた組電池の故障を検出する電池の故障判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池異常時に電池セルに設けられた過電流遮断機構を作動させることにより電流を遮断する機能を備えた電源機器が知られている。特許文献１は、並列接続された複数の電池セルから成る電池セル群を直列接続した組電池を有する電源機器において、電池セル群の電圧値及び電流値から過電流遮断機構の作動した電池セルの有無を判断し、作動が判定された場合は電流経路の一部に接続したスイッチング素子を駆動して組電池の充放電を停止させる電源機器を開示している。
【０００３】
また、特許文献２は、複数の単電池を備え、電池の異常状態において電流を遮断する電流遮断機構を備えた車両用の組電池と、組電池とモータに供給される組電池の電力の電圧を調整するコンバータとを接続する接続回路に接続され、コンバータのスイッチング動作に伴う電圧変動を抑制するフィルタコンデンサと、フィルタコンデンサの電圧値に関する情報を習得する第１の電圧センサと、フィルタコンデンサの電圧値の変化の度合いに基づき、電流遮断機構の作動の有無を判別するコントローラと、を有する電池の故障判定装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８２７７９号公報
【特許文献２】特願２０１０−２３０２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に開示された電源機器のように、電池セル群の電圧値及び電流値を用いれば過電流遮断機構の作動を精度良く検出出来る。しかしながら、上記の特許文献１に開示された電源機器は、過電流遮断機構の作動を検出するために電圧値及び電流値が必要となるため、制御が複雑化してしまう。また、上記の特許文献２に開示された電池の故障判定装置はフィルタコンデンサの電圧値の変化に基づき電流遮断機構の作動を検出しているが、フィルタコンデンサの電圧値の変化が微小であると、電流遮断機構の作動を検出することが出来ない。よって、本発明の目的は、簡易な制御で過電流遮断機構の作動を精度良く検出することが可能な電池の故障判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、第１の発明に係る電池の故障判定装置は、過電流が流れた場合に電流を遮断する過電流遮断機構を備えた電池ブロックを複数直列接続した組電池と、前記組電池とモータに供給される前記組電池の電力の電圧を調整するコンバータとを接続する接続回路に接続され、前記コンバータのスイッチング動作に伴う電圧変動を抑制するフィルタコンデンサと、前記フィルタコンデンサの電圧値に関する情報を取得する第１の電圧センサと、それぞれの前記電池ブロックに設けられ、前記電池ブロックの電圧値に関する情報を取得する第２の電圧センサと、前記第２の電圧センサによって取得された前記電池ブロックの電圧値に関する情報を基に前記組電池の電圧値を算出するコントローラと、を備える電池の故障判定装置であって、前記コントローラは、前記第１の電圧センサより検出された前記フィルタコンデンサの電圧値と、算出した前記組電池の電圧値とを基に過電流遮断機構の作動を検出することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明に係る電池の故障判定装置は、第１の発明の構成に加えて、前記コントローラは、前記第１の電圧センサより検出された前記フィルタコンデンサの電圧値と、算出した前記組電池の電圧値の差の絶対値が電圧閾値よりも高い状態が時間閾値以上続いた場合には、前記過電流遮断機構が作動したものと判断することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明に係る電池の故障判定装置は、第１の発明の構成に加えて、前記フィルタコンデンサの電圧値が、前記フィルタコンデンサの上限電圧値以上となった場合、もしくは前記フィルタコンデンサの下限電圧値以下となった場合に、前記電圧閾値を低くすることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明に係る電池の故障判定装置は、第２の発明の構成に加えて、前記フィルタコンデンサの電圧値が、前記フィルタコンデンサの上限電圧値以上となった場合、もしくは前記フィルタコンデンサの下限電圧値以下となった場合に、前記時間閾値を低くすることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明に係る電池の故障判定装置は、第３の発明の構成に加えて、前記電池ブロックは、複数の単電池を直列接続したものであり、前記過電流遮断機構は、前記単電池のそれぞれに設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な制御で過電流遮断機構の作動を精度良く検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】故障判定装置のブロック図である。
【図２】組電池を充電している場合に過電流遮断機構が作動したときのフィルタコンデンサの電圧挙動と、組電池の電圧挙動と、それらの差の絶対値の挙動を示す模式図である。
【図３】故障判定方法を示すフローチャートである。
【図４】過電流遮断機構が作動したと判断されるまでの時間を比較した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は電池の故障判定装置のブロック図である。本実施例の故障判定装置１は、バッテリの電力によってモータを駆動し、このモータの駆動力により車輪を回転させ走行する電気自動車や、バッテリの電力によってモータを駆動し、このモータの駆動力により車輪を回転させる第１の駆動経路と、内燃機関で得られた駆動力により車輪を回転させる第２の駆動経路とを動力源として兼用するハイブリッド自動車等に搭載することができる。
【００１４】
組電池１１は、複数の電池ブロック１３を備える。これらの電池ブロック１３は電気的に直列に接続されている。各電池ブロック１３は、複数の単電池１２を含む。これらの単電池１２は、電気的に直列に接続されている。単電池１２は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池であってもよい。
【００１５】
コントローラ３０は、故障判定装置１全体の制御を司る。各電池ブロック１３はそれぞれ、電圧センサ１４ａを備える。各電圧センサ１４ａは、各電池ブロック１３の電圧を検出して、その検出結果をコントローラ３０に出力する。電流センサ１４ｂは、組電池１１に流れる電流を検出して、その検出結果をコントローラ３０に出力する。コントローラ３０は、各電圧センサ１４ａによって検出された各電池ブロック１３の電圧を足し合わせることで、組電池１１の電圧ＶＢを算出する。
【００１６】
各単電池１２はそれぞれ、電圧値が使用電圧を超えると、コントローラ３０に信号を出力する図示しない出力回路部と、過電流遮断機構１５を備える。単電池１２の使用電圧は、電池の劣化を防止する観点から設定される設計値であり、電池の種類に応じて異なる。過電流遮断機構１５は、電流が過剰に流れたときに自己発熱により溶融して電流を遮断する電流ヒューズであってもよい。過電流遮断機構１５は、周辺の温度が伝熱することにより可溶体が溶断して電流を遮断する温度ヒューズであってもよい。過電流遮断機構１５は、特開平１０−３０２７４４号公報に記載されるような圧力による変形を利用して単電池１２内の電流経路を遮断する機構であってもよい。
【００１７】
コントローラ３０は、メモリ２１に記憶された種々のプログラムを実行する。メモリ２１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）であってもよい。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、組電池１１と図示しない車載補機との間に設けられる。組電池１１の定格電圧は車載補機の定格電圧より高いので、組電池１１から車載補機に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ２０で降圧する。
【００１９】
組電池１１は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐを介して、コンバータとしての昇圧回路３１に接続されている。組電池１１のプラス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが接続され、組電池１１のマイナス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが接続されている。また、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよびプリチャージ抵抗１７は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂに対して並列に接続されている。
【００２０】
これらのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐは、コイルに対して通電したときに接点が閉じるリレーである。ＳＭＲがオンとは通電状態を意味し、ＳＭＲがオフとは非通電状態を意味する。
【００２１】
コントローラ３０は、電流遮断時、すなわちイグニッションスイッチのポジションがＯＦＦ位置になるときには、全てのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐをオフする。すなわち、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐのコイルに対する励磁電流をオフにする。なお、イグニッションスイッチのポジションは、ＯＦＦ位置→ＡＣＣ位置の順に切り替わる。
【００２２】
ハイブリッドシステム起動時（メイン電源接続時）、すなわち、たとえば運転者がブレーキペダルを踏み込んでプッシュ式のスタートスイッチを押し込むと、コントローラ３０は、最初にシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンにする。次に、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンしてプリチャージを実行する。
【００２３】
システムメインリレーＳＭＲ−Ｐにはプリチャージ抵抗１７が接続されている。このため、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンしてもインバータ３２への入力電圧は緩やかに上昇し、突入電流の発生を防止できる。
【００２４】
コントローラ３０は、インバータ３２の電圧値が、例えば、組電池１１の電圧値の約８０％〜１００％程度に達したとき、或いはインバータ３２の電圧値が略電池モジュール１３の電圧値に等しくなったときに、プリチャージを完了し、システムメインリレーＳＭＲ−ＰをオフしてシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオンする。
【００２５】
イグニッションスイッチのポジションがＯＮ位置からＯＦＦ位置に切り替わると、コントローラ３０は、先ずシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオフし、続いてシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフする。これにより、組電池１１とインバータ３２との間の電気的な接続が遮断され、電源遮断状態となる。
【００２６】
昇圧回路３１は、組電池１１の出力電圧を昇圧して、インバータ３２に供給する。インバータ３２は、昇圧回路３１からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ（三相交流モータ）３４に供給する。これにより、モータ・ジェネレータ３４が駆動され、モータ・ジェネレータ３４で生成された運動エネルギは、車輪に伝達されて車両を走行させることができる。ここで、昇圧回路３１およびインバータ３２により、パワーコントロールユニット３３が構成される。
【００２７】
一方、車両の制動時において、モータ・ジェネレータ３４は、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換して、インバータ３２に供給する。インバータ３２は、モータ・ジェネレータ３４からの交流電力を直流電力に変換する。昇圧回路３１は、インバータ３２からの直流電力を降圧して、フィルタコンデンサ１８に供給する。
【００２８】
フィルタコンデンサ１８は、昇圧回路３１のスイッチング動作に応じて直流電力に付与される電圧の変動を平滑化する。コンデンサ電圧センサ１９は、フィルタコンデンサ１８の両端の電圧を測定する。
【００２９】
次に、図２（ａ）及び図２（ｂ）の模式図を用いて組電池１１を充電している場合に組電池１１の内部において過電流遮断機構１５が作動したときの、フィルタコンデンサ１８と組電池１１との電圧変化について説明する。尚、図２（ａ）の模式図の横軸は経過時間を、縦軸はフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬ及び組電池１１の電圧ＶＢを示しており、図２（ｂ）の模式図の横軸は経過時間を、縦軸はフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値を示している。
【００３０】
尚、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬとは、コンデンサ電圧センサ１９によって測定された電圧であり、組電池１１の電圧ＶＢとは、各電圧センサ１４ａによって測定された各電池ブロック１３の電圧の和である。
【００３１】
図２（ａ）に表されている通り、過電流遮断機構１５が作動する前（時刻ｔ１以前）はフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとはほぼ同一となる。しかしながら、時刻ｔ１において、組電池１１の過電流遮断機構１５が作動すると、それまで組電池１１に流れていた電流がフィルタコンデンサ１８に流れるため、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが上昇し、組電池１１の電圧ＶＢは一定となる。
【００３２】
組電池１１の電圧ＶＢが一定となる理由は、以下の通りである。まず、過電流遮断機構１５が作動すると、組電池１１に電流が流れなくなる。よって、過電流遮断機構１５が作動していない電池ブロック１２の電圧は一定（電池ブロック１２の起電圧）となる。一方、過電流遮断機構１５が作動した電池ブロック１２の電圧は、過電流遮断機構１５が作動した電池ブロック１２の前後に接続されている電池ブロック１２との電圧差により増大するが、電圧センサ１４ａは検出可能な電圧の上下限が決まっている。よって、電池ブロック１２の電圧が電圧センサ１４ａの検出可能な電圧の上限値（例えば３０Ｖ）を超えると、過電流遮断機構１５が作動した電池ブロック１２の電圧が電圧センサ１４ａの検出可能な電圧の上限値以上となっているにも係らず、電圧センサ１４ａは過電流遮断機構１５が作動した電池ブロック１２の電圧を一定の値（電圧センサ１４ａが検出可能な電圧の上限値）としてコントローラ３０に出力する。従って、過電流遮断機構１５が作動すると、それぞれの電圧センサ１４ａが電池ブロック１３の電圧値を一定の値として検出するため、コントローラ３０は組電池１１の電圧ＶＢを一定の値として算出する。
【００３３】
つまり、過電流遮断機構１５が作動すると、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが上昇し、組電池１１の電圧ＶＢは一定となるため、過電流遮断機構１５が作動する前はほぼ同一であったフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとが乖離する。よって、図２（ｂ）に表されているように、時刻ｔ１において過電流遮断機構１５が作動すると、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値は上昇する。
【００３４】
過電流遮断機構１５の作動後、フィルタコンデンサ１８の電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２０等によって徐々に消費されていく。従って、時刻ｔ２において、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが上限電圧値Ｖｍａｘを超えた後、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬは徐々に低下し、それに伴いフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値も低下する。尚、時刻ｔ２においてコントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したか否かを判断するために予め設けられた電圧閾値ＶｔｈをＶｔｈ１からＶｔｈ２に、また時間変化量ＴｔｈをＴｔｈ１からＴｔｈ２に変更するが、詳細は後述する。
【００３５】
次に、組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したときの故障判定方法について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。ステップ（以下、Ｓと記す）１において、コントローラ３０は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内（上限電圧値Ｖｍａｘ以下且つ下限電圧値Ｖｍｉｎ以上）にあるか否かが判断される。フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内である場合はＳ１の判断を肯定し、Ｓ２を実行する。また、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外（上限電圧値Ｖｍａｘより大きい、もしくは下限電圧値Ｖｍｉｎ未満）にある場合は、Ｓ１の判断を否定し、Ｓ４を実行する。
【００３６】
Ｓ２では、Ｓ１においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にあると判断したため、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したか否かを判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ１とし、Ｓ３を実行する。
【００３７】
Ｓ３では、Ｓ１においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にあると判断したため、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したか否かを判断するために予め設けられた時間閾値Ｔｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる時間閾値Ｔｔｈ１とし、Ｓ６を実行する。
【００３８】
Ｓ４では、Ｓ１においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にあると判断したため、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したか否かを判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ２とし、Ｓ５を実行する。尚、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ２は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ１より小さく設定されている。
【００３９】
Ｓ５では、Ｓ１においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にあると判断したため、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したか否かを判断するために予め設けられた時間閾値Ｔｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる時間閾値Ｔｔｈ２とし、Ｓ６を実行する。尚、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる時間閾値Ｔｔｈ２は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる時間閾値Ｔｔｈ１より小さく設定されている。
【００４０】
Ｓ６では、コントローラ３０はＳ２及びＳ３、もしくはＳ４及びＳ５にて設定された電圧閾値Ｖｔｈと時間閾値Ｔｔｈを用いて、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈより大きい状態が時間閾値Ｔｔｈ以上連続して継続したか否かを判断する。フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈより大きい状態が時間閾値Ｔｔｈ以上連続して継続している場合はＳ６の判断を肯定し、Ｓ７を実行する。フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈより大きい状態が時間閾値Ｔｔｈ以上連続して継続していない場合は、Ｓ８を実行する。
【００４１】
つまり、図２（ａ）及び図２（ｂ）に表されているように、コントローラ３０は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内（上限電圧値Ｖｍａｘ以下かつ下限電圧値Ｖｍｉｎ以上）にある場合、つまり時刻ｔ２となるまでは、組電池１１の過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈ及び時間閾値Ｔｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ１及び時間閾値Ｔｔｈ１に設定する。そして、コントローラ３０は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外（上限電圧値Ｖｍａｘより大きい、もしくは下限電圧値Ｖｍｉｎより小さい）にある場合、つまり時刻ｔ２以降は、組電池１１の過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈ及び時間閾値Ｔｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ２及び時間閾値Ｔｔｈ２に設定する。
【００４２】
Ｓ７では、Ｓ６においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈより大きい状態が時間閾値Ｔｔｈ以上連続して継続したと判断したので、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動したと判断し、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ及びＳＭＲ−Ｂをオフに切り替え、本制御ルーチンを終了し次の制御サイクルを実行する。
【００４３】
Ｓ８では、Ｓ６においてフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬと組電池１１の電圧ＶＢとの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈより大きい状態が時間閾値Ｔｔｈ以上連続して継続していないと判断したので、コントローラ３０は組電池１１の過電流遮断機構１５が作動していないと判断し、本制御ルーチンを終了し次の制御サイクルを実行する。
【００４４】
次に、図４を（ａ）及び図４（ｂ）を用いて、過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈ及び時間閾値Ｔｔｈを、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬに応じて変更した場合と変更しなかった場合の、過電流遮断機構１５の作動検出精度を比較する。図４（ａ）は、過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈ及び時間閾値Ｔｔｈを変更しなかった場合を、そして図４（ｂ）は過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値Ｖｔｈ及び時間閾値Ｔｔｈを変更した場合を示している。
【００４５】
図４（ａ）では、時刻ｔ１において過電流遮断機構１５が作動している。そして、コントローラ３０はフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが電圧閾値Ｖｔｈ１を超えた時刻から時間閾値Ｔｔｈ１経過した後、つまり時刻ｔ３において過電流遮断機構１５が作動したと判断する。しかし、時刻ｔ３となる前にフィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが電圧閾値Ｖｔｈ１未満となっているため、コントローラ３０は過電流遮断機構１５の作動を検出しない。
【００４６】
図４（ｂ）では、図４（ａ）と同じように時刻ｔ１において過電流遮断機構１５が作動している。そして、時刻ｔ２において昇圧前コンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外となると、コントローラ３０は過電流遮断機構１５の作動を判断するために予め設けられた電圧閾値ＶｔｈをＶｔｈ１からＶｔｈ２に、また時間閾値ＴｔｈをＴｔｈ１からＴｔｈ２に変更する。上述したように、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域外にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ２及び時間閾値Ｔｔｈ２は、フィルタコンデンサ１８の昇圧前電圧ＶＬが通常利用領域内にある場合に用いられる電圧閾値Ｖｔｈ１及び時間閾値Ｔｔｈ１より小さく設定されている。よって、時刻ｔ４において、コントローラ３０は過電流遮断機構１５の作動を検出することが出来る。
【００４７】
以上のように、本発明に係る電池の故障判定装置１は、過電流が流れた場合に電流を遮断する過電流遮断機構１５を備えた電池ブロック１３を複数直列接続した組電池１１と、組電池１１とモータ３４に供給される組電池１１の電力の電圧を調整するコンバータ３１とを接続する接続回路に接続され、コンバータ３１のスイッチング動作に伴う電圧変動を抑制するフィルタコンデンサ１８と、フィルタコンデンサ１８の電圧値に関する情報を取得するコンデンサ電圧センサ１９と、それぞれの電池ブロック１３に設けられ、電池ブロック１３の電圧値に関する情報を取得する電圧センサ１４ａと、電圧センサ１４ａによって取得された電池ブロック１３の電圧値に関する情報を基に組電池１１の電圧値ＶＢを算出するコントローラ３０と、を備える電池の故障判定装置であって、コントローラ３０は、コンデンサ電圧センサ１９より検出されたフィルタコンデンサ１８の電圧値ＶＬと算出した組電池１１の電圧値ＶＢとを基に過電流遮断機構１５の作動を検出するので、簡易な制御で過電流遮断機構１５の作動検出を精度良く行うことが出来る。
【００４８】
また、本発明の実施形態に係る電池の故障判断装置１によれば、コントローラ３０は、フィルタコンデンサ１８の電圧値ＶＬと、算出した組電池１１の電圧値ＶＢの差の絶対値が電圧閾値Ｖｔｈよりも高い状態が時間閾値Ｔｔｈ以上続いた場合には過電流遮断機構１５が作動したものと判断するので、簡易な制御で過電流遮断機構１５の作動検出を精度良く行うことが出来る。
【００４９】
また、本発明の実施形態に係る電池の故障判断装置１によれば、フィルタコンデンサ１８の電圧値ＶＬが、フィルタコンデンサ１８の上限電圧値Ｖｍａｘより大きくなった場合、もしくはフィルタコンデンサ１８の下限電圧値Ｖｍｉｎ未満となった場合に、電圧閾値Ｖｔｈを低くするので、過電流遮断機構１５の作動検出を速やかに行うことが出来る。
【００５０】
また、本発明の実施形態に係る電池の故障判断装置１によれば、フィルタコンデンサ１８の電圧値ＶＬが、フィルタコンデンサ１８の上限電圧値Ｖｍａｘより大きくなった場合に、もしくはフィルタコンデンサ１８の下限電圧値Ｖｍｉｎ未満となった場合に、前記時間閾値Ｔｔｈを低くするので、過電流遮断機構１５の作動検出を速やかに行うことが出来る。
【００５１】
また、本発明の実施形態に係る電池の故障判断装置１によれば、電池ブロック１３は、複数の単電池１２を直列接続したものであり、過電流遮断機構１５は、単電池１２のそれぞれに設けられるので、電池ブロック１１に過電流が流れても組電池１１を確実に保護することが出来る。
【符号の説明】
【００５２】
１ 故障判定装置 １１ 組電池 １２ 単電池
１３ 電池ブロック １４ａ 電圧センサ １４ｂ 電流センサ
１５ 過電流遮断機構 １７ プリチャージ抵抗 １８ フィルタコンデンサ
１９ コンデンサ電圧センサ ３０ コントローラ ３１ 昇圧回路
３２ インバータ ３４ モータ・ジェネレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過電流が流れた場合に電流を遮断する過電流遮断機構を備えた電池ブロックを複数直列接続した組電池と、
前記組電池とモータに供給される前記組電池の電力の電圧を調整するコンバータとを接続する接続回路に接続され、前記コンバータのスイッチング動作に伴う電圧変動を抑制するフィルタコンデンサと、
前記フィルタコンデンサの電圧値に関する情報を取得する第１の電圧センサと、
それぞれの前記電池ブロックに設けられ、前記電池ブロックの電圧値に関する情報を取得する第２の電圧センサと、
前記第２の電圧センサによって取得された前記電池ブロックの電圧値に関する情報を基に前記組電池の電圧値を算出するコントローラと、を備える電池の故障判定装置であって、
前記コントローラは、前記第１の電圧センサより検出された前記フィルタコンデンサの電圧値と、算出した前記組電池の電圧値とを基に過電流遮断機構の作動を検出することを特徴とする、電池の故障判定装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記第１の電圧センサより検出された前記フィルタコンデンサの電圧値と、算出した前記組電池の電圧値の差の絶対値が電圧閾値よりも高い状態が時間閾値以上続いた場合には、前記過電流遮断機構が作動したものと判断することを特徴とする請求項１に記載の電池の故障判定装置。
【請求項３】
前記フィルタコンデンサの電圧値が、前記フィルタコンデンサの上限電圧値以上となった場合、もしくは前記フィルタコンデンサの下限電圧値以下となった場合に、前記電圧閾値を低くすることを特徴とする請求項２に記載の電池の故障判定装置。
【請求項４】
前記フィルタコンデンサの電圧値が、前記フィルタコンデンサの上限電圧値以上となった場合、もしくは前記フィルタコンデンサの下限電圧値以下となった場合に、前記時間閾値を低くすることを特徴とする請求項３に記載の電池の故障判定装置。
【請求項５】
前記電池ブロックは、複数の単電池を直列接続したものであり、前記過電流遮断機構は、前記単電池のそれぞれに設けられることを特徴とする請求項４に記載の電池の故障判定装置。
【請求項１】
過電流が流れた場合に電流を遮断する過電流遮断機構を備えた電池ブロックを複数直列接続した組電池と、
前記組電池とモータに供給される前記組電池の電力の電圧を調整するコンバータとを接続する接続回路に接続され、前記コンバータのスイッチング動作に伴う電圧変動を抑制するフィルタコンデンサと、
前記フィルタコンデンサの電圧値に関する情報を取得する第１の電圧センサと、
それぞれの前記電池ブロックに設けられ、前記電池ブロックの電圧値に関する情報を取得する第２の電圧センサと、
前記第２の電圧センサによって取得された前記電池ブロックの電圧値に関する情報を基に前記組電池の電圧値を算出するコントローラと、を備える電池の故障判定装置であって、
前記コントローラは、前記第１の電圧センサより検出された前記フィルタコンデンサの電圧値と、算出した前記組電池の電圧値とを基に過電流遮断機構の作動を検出することを特徴とする、電池の故障判定装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記第１の電圧センサより検出された前記フィルタコンデンサの電圧値と、算出した前記組電池の電圧値の差の絶対値が電圧閾値よりも高い状態が時間閾値以上続いた場合には、前記過電流遮断機構が作動したものと判断することを特徴とする請求項１に記載の電池の故障判定装置。
【請求項３】
前記フィルタコンデンサの電圧値が、前記フィルタコンデンサの上限電圧値以上となった場合、もしくは前記フィルタコンデンサの下限電圧値以下となった場合に、前記電圧閾値を低くすることを特徴とする請求項２に記載の電池の故障判定装置。
【請求項４】
前記フィルタコンデンサの電圧値が、前記フィルタコンデンサの上限電圧値以上となった場合、もしくは前記フィルタコンデンサの下限電圧値以下となった場合に、前記時間閾値を低くすることを特徴とする請求項３に記載の電池の故障判定装置。
【請求項５】
前記電池ブロックは、複数の単電池を直列接続したものであり、前記過電流遮断機構は、前記単電池のそれぞれに設けられることを特徴とする請求項４に記載の電池の故障判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２５３８６１（Ｐ２０１２−２５３８６１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３０１６（Ｐ２０１１−１２３０１６）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【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２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]