DE102013203545B4

DE102013203545B4 - Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines Ausfalls eines elektronischen Schalters

Info

Publication number: DE102013203545B4
Application number: DE102013203545.4A
Authority: DE
Inventors: Takeyuki Shiraishi; Takeshi Itagaki
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2033-03-02
Also published as: US20130229186A1; DE202013012200U1; CN103296715A; JP6327278B2; CN107240944A; KR20130100740A; DE102013203545A1; US9500708B2; US20150316617A1; US9383412B2; US20170040809A1; JP5910172B2; CN107240944B; US9121907B2; US9599674B2; CN103296715B; US20160282415A1; JP2013181822A; KR101980848B1; JP2016118571A

Abstract

Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung, umfassend:eine Schalteinrichtung, die in einem Pfad, in dem ein Ladestrom und ein Entladestrom fließen, zwischen einer elektrischen Speichereinrichtung und einem Verbindungsanschluss für das Verbinden der elektrischen Speichereinrichtung mit einer externen Einrichtung vorgesehen ist, wobei die Schalteinrichtung parallel mit einem Schaltungselement verbunden ist,eine Schalterspannung-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Werts in Entsprechung zu einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingang und einem Ausgang der Schalteinrichtung, undeine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung durchführt:eine Ausschaltverarbeitung, in der ein Aus-Befehlssignal zu der Schalteinrichtung gegeben wird, während der durch den Verbindungsanschluss fließende Strom aufrechterhalten wird, undeine Schalterausfall-Erfassungsverarbeitung, in der ein Schalterausfall erfasst wird, wenn der von der Schalterspannung-Erfassungseinrichtung ausgegebene Wert, während das Aus-Befehlssignal durch die Ausschaltverarbeitung zu der Schalteinrichtung gegeben wird, kleiner als ein erster Bezugswert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die in dieser Beschreibung beschriebene Technik betrifft das Erfassen eines Ausfalls eines Schalters, der konfiguriert ist, um Lade- oder Entladeströme zu sperren.
Stand der Technik
Eine elektrische Speichereinrichtung wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie kann aufgrund von Variationen in der Kapazität zwischen Zellen oder eines Ausfalls einer externen Einrichtung wie etwa eines Ladegeräts oder einer Last überladen oder überentladen werden. Deshalb kann ein bekannter Batteriepack eine Überladungs-/Überentladungsschutzfunktion umfassen. Ein derartiger Batteriepack kann einen elektronischen Schalter wie etwa einen FET und eine Überwachungseinheit umfassen. Der Schalter ist in einem Strompfad verbunden, in dem ein Ladestrom oder ein Entladestrom fließt. Die Überwachungseinheit ist konfiguriert, um eine Anschlussspannung der elektrischen Speichereinrichtung zu messen. Wenn die Anschlussspannung einen vorbestimmten Pegel während des Ladens der elektrischen Speichereinrichtung erreicht, wird der Schalter ausgeschaltet, um den Ladestrom zu sperren, sodass die elektrische Speichereinrichtung gegen eine Überladung geschützt wird.
Ein bekannter Batteriepack mit einer Schutzfunktion kann die folgende Konfiguration aufweisen. Wenn eine Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang eines elektronischen Schalters und damit ein Spannungsabfall während des Ladens groß ist, wird ein anormaler Zustand bestimmt, in welchem ein Ein-Widerstand aufgrund eines Ausfalls des Schalters übermäßig hoch ist. Wenn der anormale Zustand bestimmt wird, wird der Schalter ausgeschaltet, um eine Batterie zu deaktivieren.
Ein Beispiel für einen derartigen Batteriepack ist in dem Patentdokument Nr. JP 2010 - 251 104 A angegeben.
In einem derartigen Batteriepack kann der Schalter nicht ausgeschaltet werden, wenn aus irgendeinem Grund ein Kurzschluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Schalters auftritt. Wenn der Schalter nicht ausgeschaltet werden kann, kann die Schutzfunktion nicht korrekt durchgeführt werden. Daraus resultiert, dass die elektrische Speichereinrichtung überladen oder überentladen werden kann. Also auch wenn ein anormaler Zustand des Schalters erfasst wird, kann die Batterie nicht deaktiviert werden, weil der Schalter nicht ausgeschaltet werden kann.
Ein Ausschaltproblem des Schalters kann zuvor erfasst werden, indem der Schalter von Ein zu Aus geschaltet wird. Jedoch kann die Stromversorgung zu einer Last gestoppt werden, wenn die Schalterausfallerfassung in dieser Form auf einem Entladestrom-Sperrschalter während des Entladens durchgeführt wird. Wenn die Schalterausfallerfassung auf einem Ladestrom-Sperrschalter während des Ladens durchgeführt wird, kann die Stromversorgung zu der elektrischen Speichereinrichtung gestoppt werden.
Gemäß einer in dieser Beschreibung beschriebenen Technik kann eine Schalterausfallerfassung durchgeführt werden, während eine Stromversorgung zu einer elektrischen Speichereinrichtung oder von der elektrischen Speichereinrichtung aufrechterhalten wird.
US 7 737 658 B2 offenbart ein Batteriepack mit einer Sekundärbatterie. Der Akku umfasst mindestens einen Spannungswandler und Schaltmittel zum Umschalten eines Betriebsmodus des Spannungswandlers in einen Lademodus und einen Entlademodus im Lademodus, wobei eine Ladespannung an die Sekundärbatterie ausgegeben wird, im Entlademodus eine Spannung der Sekundärbatterie in eine vorbestimmte Entladespannung umgewandelt und die umgewandelte Spannung ausgegeben wird.
US 2011 / 0 305 926 A1 offenbart ein Akkupack. Der Akku verfügt über ein analoges Frontend, das erkennt, ob ein Fehler in einem Mikrocontroller auftritt, und das Laden und Entladen des Akkus als Reaktion auf den Fehler unterbricht.
Zusammenfassung
Eine Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung kann in einem elektrischen System installiert werden, das eine elektrische Speichereinrichtung enthält. Die Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung umfasst wenigstens einen elektronischen Schalter, wenigstens einen Gleichrichter, eine Schalterspannungs-Erfassungsschaltung und eine Steuereinrichtung.
Der elektronische Schalter ist in einem Pfad zu verbinden, in dem ein Ladestrom zu der elektrischen Speichereinrichtung und ein Entladestrom von der elektrischen Speichereinrichtung fließen. Der elektronische Schalter wird zwischen Ein und Aus geschaltet. Der Gleichrichter ist konfiguriert, um einen Entladestrom durchzulassen, indem er den elektronischen Schalter umgeht, wenn der elektronische Schalter ausgeschaltet ist. Die Schalterspannungs-Erfassungsschaltung ist konfiguriert, um eine Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang des elektronischen Schalters zu erfassen.
Die Steuereinrichtung ist konfiguriert zum: Bestimmen, ob sich die elektrische Speichereinrichtung in einem Entladezustand befindet; Senden eines Aus-Befehlssignals zu dem elektronischen Schalter, um den elektronischen Schalter auszuschalten, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in dem Entladezustand befindet; Empfangen der durch die Schalterspannungs-Erfassungsschaltung erfassten Spannung, während das Aus-Befehlssignal zu dem elektronischen Schalter gesendet wird; Bestimmen einer Eingang-Ausgang-Spannung des elektronischen Schalters auf der Basis der Spannung; Bestimmen, ob die Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als eine Bezugsspannung ist; und Bestimmen, dass der elektronische Schalter ein Ausschaltproblem aufweist, in dem der elektronische Schalter nicht in Übereinstimmung mit dem Aus-Befehlssignal ausgeschaltet wird, wenn die Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die Bezugsspannung ist.
Mit dieser Konfiguration fließt der Entladestrom auch dann weiterhin von der elektrischen Speichereinrichtung zu einer Last über den Gleichrichter, wenn der elektronische Schalter ausgeschaltet ist. Die Schalterausfallerfassung kann nämlich durchgeführt werden, während die Stromversorgung zu der Last aufrechterhalten wird.
Der wenigstens eine elektronische Schalter umfasst einen ersten elektronischen Schalter und einen zweiten elektronischen Schalter. Der wenigstens eine Gleichrichter umfasst einen ersten Gleichrichter und einen zweiten Gleichrichter. Der erste Gleichrichter ist parallel mit dem ersten elektronischen Schalter verbunden, sodass seine Vorwärtsrichtung der Flussrichtung des Entladestroms entspricht. Der zweite Gleichrichter ist parallel mit dem zweiten elektronischen Schalter verbunden, sodass seine Vorwärtsrichtung der Flussrichtung des Ladestroms entspricht. Die Spannungserfassungsschaltung ist weiterhin konfiguriert, um eine erste Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang des ersten elektronischen Schalters und eine zweite Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang des zweiten elektronischen Schalters zu erfassen.
Die Steuereinrichtung ist weiterhin konfiguriert zum: Senden des Aus-Befehlssignals zu dem ersten elektronischen Schalter und eines Ein-Befehlssignals zu dem zweiten elektronischen Schalter, um den zweiten elektronischen Schalter einzuschalten, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in dem Entladezustand befindet; Senden eines Ein-Befehlssignals zu dem ersten elektronischen Schalter, um den ersten elektronischen Schalter einzuschalten, und des Aus-Befehlssignals zu dem zweiten elektronischen Schalter, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in dem Ladezustand befindet; Empfangen der durch die Schalterspannungs-Erfassungsschaltung erfassten ersten Spannung, während das Aus-Befehlssignal zu dem ersten elektronischen Schalter gesendet wird; Bestimmen einer ersten Eingang-Ausgang-Spannung auf der Basis der ersten Spannung; Bestimmen, ob die erste Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist; Bestimmen, dass der erste elektronische Schalter ein Ausschaltproblem aufweist, in dem der erste elektronische Schalter nicht in Übereinstimmung mit dem zu dem ersten elektronischen Schalter gesendeten Aus-Befehlssignal ausgeschaltet wird, wenn die erste Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist; Empfangen der durch die Schalterspannungs-Erfassungsschaltung erfassten zweiten Spannung, während das Aus-Befehlssignal zu dem zweiten elektronischen Schalter gesendet wird; Bestimmen einer zweiten Eingang-Ausgang-Spannung auf der Basis der zweiten Spannung; Bestimmen, ob die zweite Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist; und Bestimmen, dass der zweite elektronische Schalter ein Ausschaltproblem aufweist, in dem der zweite elektronische Schalter nicht in Übereinstimmung mit dem zu dem zweiten elektronischen Schalter gesendeten Aus-Befehlssignal ausgeschaltet wird, wenn die zweite Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist.
Mit dieser Konfiguration kann die Schalterausfallerfassung durch eine Ein-Aus-Steuerung des ersten und des zweiten elektronischen Schalters durchgeführt werden, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in dem Ladezustand oder in dem Entladezustand befindet. Im Vergleich zu einer Konfiguration, in welcher der erste und der zweite elektronische Schalter in verschiedenen Pfaden vorgesehen sind, kann die Anzahl der elektrischen Leitungen oder Überwachungseinrichtungen reduziert werden, sodass die Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung mit einem einfachen Aufbau versehen werden kann.
Der elektronische Schalter ist in einem Pfad zu verbinden, in dem ein Ladestrom und ein Enltadestrom fließen, und wird zwischen Ein und Aus geschaltet. Der Gleichrichter ist parallel zu dem elektronischen Schalter verbunden, sodass seine Vorwärtsrichtung der Flussrichtung des Ladestroms entspricht. Die Schalterspannungs-Erfassungsschaltung ist konfiguriert, um eine Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang des elektronischen Schalters zu erfassen.
Die Steuereinrichtung ist konfiguriert zum: Bestimmen, ob sich die elektrische Speichereinrichtung in einem Ladezustand befindet; Senden eines Aus-Befehlssignals zu dem elektronischen Schalter, um den elektronischen Schalter auszuschalten, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in dem Ladezustand befindet; Empfangen der durch die Schalterspannungs-Erfassungsschaltung erfassten Spannung, während das Aus-Befehlssignal zu dem elektronischen Schalter gesendet wird; Bestimmen einer Eingang-Ausgang-Spannung des elektronischen Schalters auf der Basis der Spannung; Bestimmen, ob die Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als eine erste Bezugsspannung ist; und Bestimmen, dass der elektronische Schalter ein Ausschaltproblem aufweist, in dem der elektronische Schalter nicht in Übereinstimmung mit dem Aus-Befehlssignal ausgeschaltet wird, wenn die Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist.
Mit dieser Konfiguration fließt der Ladestrom auch dann weiterhin zu der elektrischen Speichereinrichtung über den Gleichrichter, wenn der elektronische Schalter ausgeschaltet ist. Die Schalterausfallerfassung kann nämlich durchgeführt werden, während die Stromversorgung zu der elektrischen Speichereinrichtung aufrechterhalten wird.
Der wenigstens eine elektronische Schalter umfasst einen ersten elektronischen Schalter und einen zweiten elektronischen Schalter. Der wenigstens eine Gleichrichter umfasst einen ersten Gleichrichter und einen zweiten Gleichrichter. Der erste Gleichrichter ist parallel mit dem ersten elektronischen Schalter verbunden, sodass seine Vorwärtsrichtung der Flussrichtung des Entladestroms entspricht. Der zweite Gleichrichter ist parallel mit dem zweiten elektronischen Schalter verbunden, sodass seine Vorwärtsrichtung der Flussrichtung des Ladestroms entspricht. Die Schalterspannungs-Erfassungsschaltung ist weiterhin konfiguriert, um eine erste Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang des ersten elektronischen Schalters und eine zweite Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang des zweiten elektronischen Schalters zu erfassen.
Die Steuereinrichtung ist weiterhin konfiguriert zum: Senden des Aus-Befehlssignals zu dem ersten elektronischen Schalter und eines Ein-Befehlssignals zu dem zweiten elektronischen Schalter, um den zweiten elektronischen Schalter einzuschalten, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in dem Entladezustand befindet; Senden eines Ein-Befehlssignals zu dem ersten elektronischen Schalter, um den ersten elektronischen Schalter einzuschalten, und des Aus-Befehlssignals zu dem zweiten elektronischen Schalter, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in dem Ladezustand befindet; Empfangen der durch die Schalterspannungs-Erfassungsschaltung erfassten ersten Spannung, während das Aus-Befehlssignal zu dem ersten elektronischen Schalter gesendet wird; Bestimmen einer ersten Eingang-Ausgang-Spannung auf der Basis der ersten Spannung; Bestimmen, ob die erste Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist; Bestimmen, dass der erste elektronische Schalter ein Ausschaltproblem aufweist, in dem der erste elektronische Schalter nicht in Übereinstimmung mit dem zu dem ersten elektronischen Schalter gesendeten Aus-Befehlssignal ausgeschaltet wird, wenn die erste Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist; Empfangen der durch die Schalterspannungs-Erfassungsschaltung erfassten zweiten Spannung, während das Aus-Befehlssignal zu dem zweiten elektronischen Schalter gesendet wird; Bestimmen einer zweiten Eingang-Ausgang-Spannung auf der Basis der zweiten Spannung; Bestimmen, ob die zweite Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist; und Bestimmen, dass der zweite elektronische Schalter ein Ausschaltproblem aufweist, in dem der zweite elektronische Schalter nicht in Übereinstimmung mit dem zu dem zweiten elektronischen Schalter gesendeten Aus-Befehlssignal ausgeschaltet wird, wenn die zweite Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist.
Mit dieser Konfiguration kann die Schalterausfallerfassung durch eine Ein-Aus-Steuerung des ersten und des zweiten elektronischen Schalters durchgeführt werden, wenn sich die elektronische Speichereinrichtung in dem Ladezustand oder in dem Entladezustand befindet. Im Vergleich zu einer Konfiguration, in welcher der erste und der zweite elektronische Schalter in verschiedenen Pfaden vorgesehen sind, kann die Anzahl der elektrischen Leitungen oder Überwachungseinrichtungen reduziert werden, sodass die Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung mit einem einfachen Aufbau versehen werden kann.
Eine Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung kann in einem elektrischen System installiert werden, das eine elektrische Speichereinrichtung enthält. Die Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung umfasst eine Schalteinrichtung, eine Gleichrichtungseinrichtung, eine Spannungserfassungseinrichtung und eine Steuereinrichtung.
Die Schalteinrichtung dient zu Ein- und Ausschalten eines Ladestroms zu der elektrischen Speichereinrichtung oder eines Entladestroms von der elektrischen Speichereinrichtung.
Die Gleichrichtungseinrichtung dient zum Durchlassen eines Ladestroms oder eines Entladestroms. Die Gleichrichtungseinrichtung lässt den Ladestrom zu der elektrischen Speichereinrichtung durch, indem sie die Schalteinrichtung umgeht, wenigstens wenn der durch die Schalteinrichtung hindurchgehende Ladestrom durch die Schalteinrichtung ausgeschaltet wird, sodass die Flussrichtung des Ladestroms über die Gleichrichtungseinrichtung und die Flussrichtung des Ladestroms über die Schalteinrichtung gleich sind. Die Gleichrichtungseinrichtung lässt den Entladestrom von der elektrischen Speichereinrichtung durch, indem sie die Schalteinrichtung umgeht, wenigstens wenn der durch die Schalteinrichtung hindurchgehende Entladestrom durch die Schalteinrichtung ausgeschaltet wird, sodass die Flussrichtung des Entladestroms über die Gleichrichtungseinrichtung und die Flussrichtung des Entladestroms über die Schalteinrichtung gleich sind.
Die Spannungserfassungseinrichtung dient zum Erfassen einer Spannung über die Schalteinrichtung.
Die Steuereinrichtung dient zum: Bestimmen, ob sich die elektrische Speichereinrichtung in einem Entladezustand oder in einem Ladezustand befindet; Senden eines Aus-Befehlssignals zu der Schalteinrichtung, um die Schalteinrichtung auszuschalten; Bestimmen einer Eingang-Ausgang-Spannung der Schalteinrichtung auf der Basis der durch die Spannungserfassungseinrichtung erfassten Spannung; Bestimmen, ob die Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als eine erste Bezugsspannung ist; und Bestimmen, dass die Schalteinrichtung ein Ausschaltproblem aufweist, in dem die Schalteinrichtung nicht in Übereinstimmung mit dem Aus-Befehlssignal ausgeschaltet wird, wenn die Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist.
Mit dieser Konfiguration fließt der Entladestrom auch dann weiterhin von der elektrischen Speichereinrichtung zu einer Last über die Gleichrichtungseinrichtung, wenn die Schalteinrichtung ausgeschaltet ist. Die Schalterausfallerfassung kann nämlich durchgeführt werden, während die Stromversorgung zu der Last aufrechterhalten wird.
Die Steuereinrichtung dient weiterhin zum Senden des Aus-Befehlssignals zu der Schalteinrichtung, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in dem Entladezustand befindet.
Mit dieser Konfiguration kann die Schalterausfallerfassung während des Entladens der elektrischen Speichereinrichtung durchgeführt werden, während der Entladestrom zu einer Last aufrechterhalten wird.
Die Steuereinrichtung dient weiterhin zum Senden des Aus-Befehlssignals zu der Schalteinrichtung, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in dem Ladezustand befindet.
Mit dieser Konfiguration kann die Schalterausfallerfassung während des Ladens der elektrischen Speichereinrichtung durchgeführt werden, wobei der Ladestrom zu der elektrischen Speichereinrichtung aufrechterhalten wird.
Die Steuereinrichtung dient weiterhin zum: Senden eines Ein-Befehlssignals zu der Schalteinrichtung zum Einschalten; und Bestimmen der Eingang-Ausgang-Spannung auf der Basis einer Differenz zwischen einer durch die Spannungserfassungseinrichtung während des Sendens des Aus-Befehlssignal zu der Schalteinrichtung erfassten Aus-Spannung und einer durch die Spannungserfassungseinrichtung während des Sendens des Ein-Befehlssignals zu der Schalteinrichtung erfassten Ein-Spannung.
Die Genauigkeit der Schalterausfallerfassung kann sich aufgrund von Variationen des Ein-Widerstands verschlechtern, wenn die Schalteinrichtung defekt wird. Mit der oben beschriebenen Konfiguration ist eine Verminderung der Genauigkeit der Schalterausfallerfassung weniger wahrscheinlich im Vergleich zu einer Konfiguration, in welcher das Ausschaltproblem bestimmt wird, wenn die Aus-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist.
Die Bezugsspannung ist eine erste Bezugsspannung. Die Steuereinrichtung dient weiterhin zum: Senden eines Ein-Befehlssignals zu der Schalteinrichtung für ein Einschalten; Bestimmen, ob eine durch die Spannungserfassungseinrichtung erfasste Ein-Spannung während des Sendens des Ein-Befehlssignals zu der Schalteinrichtung niedriger als eine zweite Bezugsspannung ist; und Bestimmen, dass die Schalteinrichtung das Ausschaltproblem aufweist, und Abbrechen des Bestimmens, ob die Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die erste Bezugsspannung ist, wenn die Ein-Spannung höher als die zweite Bezugsspannung ist.
Wenn die Schalteinrichtung defekt wird und der Ein-Widerstand größer wird oder wenn die Schaltspannungs-Erfassungseinrichtung defekt wird, kann das Ausschaltproblem nicht korrekt bestimmt werden. Mit der oben beschriebenen Konfiguration wird die Schalterausfallerfassung abgebrochen, wenn sich die Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung in einem Zustand befindet, in dem das Ausschaltproblem nicht korrekt bestimmt werden kann.
Die Steuereinrichtung ist weiterhin konfiguriert zum Ausführen einer Fehlerverarbeitung, wenn die Schalteinrichtung das Ausschaltproblem aufweist. Mit dieser Konfiguration kann das Ausschaltproblem gelöst werden.
Es wird ein Verfahren zum Erfassen eines Ausfalls eines elektronischen Schalters in einem elektrischen System angegeben. Das elektrische System umfasst eine elektrische Speichereinrichtung, den elektronischen Schalter und einen Gleichrichter. Der elektronische Schalter ist in einem Pfad verbunden, in dem ein Ladestrom zu der elektrischen Speichereinrichtung und ein Entladestrom von der elektrischen Speichereinrichtung fließen. Der elektronische Schalter wird zwischen Ein und Aus geschaltet. Der Gleichrichter ist konfiguriert, um einen Entladestrom durchzulassen, indem er den elektronischen Schalter umgeht, wenn der elektronische Schalter ausgeschaltet ist. Das Verfahren umfasst: Bestimmen, ob sich die elektrische Speichereinrichtung in einem Entladezustand befindet; Senden eines Aus-Befehlssignals zu dem elektronischen Schalter, um den elektronischen Schalter auszuschalten, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in dem Entladezustand befindet; Erfassen einer Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang des elektronischen Schalters, während das Aus-Befehlssignal zu dem elektronischen Schalter gesendet wird; Bestimmen einer Eingang-Ausgang-Spannung des elektronischen Schalters auf der Basis der erfassten Spannung; Bestimmen, ob die Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als eine Bezugsspannung ist; und Bestimmen, dass der elektronische Schalter ein Problem aufweist, in dem der Schalter nicht in Übereinstimmung mit dem Aus-Befehlssignal ausgeschaltet wird, wenn die Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die Bezugsspannung ist.
Bei diesem Verfahren fließt der Entladestrom auch dann weiterhin von der elektrischen Speichereinrichtung zu einer Last über den Gleichrichter, wenn der elektronische Schalter ausgeschaltet ist. Die Schalterausfallerfassung kann nämlich durchgeführt werden, während die Stromversorgung zu der Last aufrechterhalten wird.
Es wird ein Verfahren zum Erfassen eines Ausfalls eines elektronischen Schalters in einem elektrischen System angegeben. Das elektrische System umfasst eine elektrische Speichereinrichtung, den elektronischen Schalter und einen Gleichrichter. Der elektronische Schalter ist in einem Pfad verbunden, in dem ein Ladestrom zu der elektrischen Speichereinrichtung und ein Entladestrom von der elektrischen Speichereinrichtung fließen. Der elektronische Schalter wird zwischen Ein und Aus geschaltet. Der Gleichrichter ist konfiguriert, um einen Ladestrom durchzulassen, indem er den elektronischen Schalter umgeht, wenn der elektronische Schalter ausgeschaltet ist. Das Verfahren umfasst: Bestimmen, ob sich die elektrische Speichereinrichtung in einem Ladezustand befindet; Senden eines Aus-Befehlssignals zu dem elektronischen Schalter, um den elektronischen Schalter auszuschalten, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in dem Ladezustand befindet; Erfassen einer Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang des elektronischen Schalters, während das Aus-Befehlssignal zu dem elektronischen Schalter gesendet wird; Bestimmen einer Eingang-Ausgang-Spannung des elektronischen Schalters auf der Basis der erfassten Spannung; Bestimmen, ob die Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als eine Bezugsspannung ist; und Bestimmen, dass der elektronische Schalter ein Problem aufweist, in dem der Schalter nicht in Übereinstimmung mit dem Aus-Befehlssignal ausgeschaltet wird, wenn die Eingang-Ausgang-Spannung niedriger als die Bezugsspannung ist.
Mit diesem Verfahren fließt der Ladestrom auch dann weiterhin zu der elektrischen Speichereinrichtung über den Gleichrichter, wenn der elektronische Schalter ausgeschaltet ist. Die Schalterausfallerfassung kann nämlich durchgeführt werden, während die Stromversorgung zu der elektrischen Speichereinrichtung aufrechterhalten wird.
Gemäß der hier beschriebenen Technik kann die Schalterausfallerfassung durchgeführt werden, während das Laden oder Entladen aufrechterhalten wird.
Figurenliste

1 ist ein Schaltdiagramm eines Batteriepacks gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Flussdiagramm eines Batterieschutzprozesses.
3 ist ein Flussdiagramm eines Schalterausfall-Erfassungsprozesses.
4 ist ein Schaltdiagramm des Batteriepacks, wobei ein Ladestrom-Sperr-FET ausgeschaltet ist.

Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform mit Bezug auf 1 bis 4 beschrieben. Ein Batteriepack 1 umfasst eine sekundäre Batterie 2 und eine Batterieschutzschaltung 3. Der Batteriepack 1 kann in einem elektrischen Fahrzeug oder einem Hybridfahrzeug installiert werden und kann Strom zu verschiedenen Einrichtungen im Fahrzeug zuführen. Die sekundäre Batterie 2 ist ein Beispiel für eine elektrische Speichereinrichtung. Ein Kondensator kann anstelle der sekundären Batterie 2 verwendet werden. Die Batterieschutzschaltung 3 ist ein Beispiel für eine Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung. Der Batteriepack 1 kann einen Stecker für eine elektrische Verbindung der sekundären Batterie 2 mit einer externen Einrichtung sein.
Elektrische Konfiguration des Batteriepacks
Die sekundäre Batterie 2 ist eine Lithium-Ionen-Batterie, wobei es sich um eine zusammengestellte Batterie handelt, die vier in Reihe verbundene Zellen 2A umfasst. Alternativ hierzu kann die sekundäre Batterie 2 auch nur eine Zelle 2A enthalten. Weiterhin kann die sekundäre Batterie 2 zwei in Reihe verbundene Zellen 2A, drei in Reihe verbundene Zellen 2A oder fünf oder mehr in Reihe verbundene Zellen 2A enthalten.
Die Batterieschutzschaltung 3 umfasst erste bis vierte Verbindungsanschlüsse T1 bis T4, einen Ladestrom-Sperr-FET 31, einen Entladestrom-Sperr-FET 32 und eine Batterieüberwachungseinheit 33. Die sekundäre Batterie 2 ist zwischen den ersten und zweiten Verbindungsanschlüssen T1 und T2 verbunden. Externe Einrichtungen einschließlich eines Ladegeräts 5 und einer Last 6 werden wahlweise zwischen den dritten und vierten Verbindungsanschlüssen T3 und T4 über einen Wählschalter 7 verbunden.
Der Ladestrom-Sperr-FET 31 und der Entladestrom-Sperr-FET 32 sind N-Kanal-MOSFETs, die jeweils parasitäre Dioden D1 und D2 enthalten. Der Ladestrom-Sperr-FET 31 und der Entladestrom-Sperr-FET 32 sind Beispiele für Schalter und Gleichrichter. Der Drain des Ladestrom-Sperr-FET 31 und der Drain des Entladestrom-Sperr-FET 32 sind gemeinsam verbunden. Der Ladestrom-Sperr-FET 31 und der Entladestrom-Sperr-FET 32 sind antiparallel verbunden. Die Source und das Gate des Ladestrom-Sperr-FET 31 sind jeweils mit dem Verbindungsanschluss T3 und der Batterieüberwachungseinheit 33 verbunden. Die Source und das Gate des Entladestrom-Sperr-FET 32 sind jeweils mit dem Verbindungsanschluss T1 und der Batterieüberwachungseinheit 33 verbunden.
Die Batterieüberwachungseinheit 33 umfasst eine Steuereinrichtung 34, eine erste Spannungserfassungsschaltung 35 und eine zweite Spannungserfassungsschaltung 36. Die Steuereinrichtung 34 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 34A und einen Speicher 34B. Der Speicher 34B speichert verschiedene Programme, die für Steueroperationen der Batterieüberwachungseinheit 33 vorgesehen sind. Die CPU 34A liest die Programme aus dem Speicher 34B aus und steuert die Komponenten der Batterieüberwachungseinheit 33 in Übereinstimmung mit den Programmen. Der Speicher 34B umfasst einen RAM und einen ROM. Das Medium, auf dem die Programme gespeichert sind, ist nicht auf einen RAM beschränkt. Es kann ein nicht-flüchtiger Speicher wie etwa eine CD-ROM, ein Festplattenlaufwerk oder ein Flash-Speicher verwendet werden.
Die erste Spannungserfassungsschaltung 35 ist ein Beispiel für eine Schalterspannungs-Erfassungsschaltung. Die erste Spannungserfassungsschaltung 35 erfasst einer erste Spannung V1 zwischen den ersten und zweiten Verbindungsanschlüssen T1 und T2. Die erste Spannung V1 ist ein Beispiel für eine Anschlussspannung der elektrischen Speichereinrichtung. Die erste Spannungserfassungsschaltung 35 sendet ein Erfassungssignal in Entsprechung zu der ersten Spannung V1 zu der Steuereinrichtung 34. Die erste Spannung V1 ist proportional zu einer Anschlussspannung der sekundären Batterie 2. Die zweite Spannungserfassungsschaltung 36 erfasst eine zweite Spannung V2 zwischen den dritten und vierten Verbindungsanschlüssen T3 und T4. Die zweite Spannungserfassungsschaltung 36 sendet ein Erfassungssignal zu der Steuereinrichtung 34. Die zweite Spannung V2 ist proportional zu einer Ausgangsspannung des Ladegeräts 5 oder einer Spannung über die Last 6.
Steuerungen an der Batterieüberwachungseinheit
Wenn die Batterieschutzschaltung 3 eingeschaltet ist, startet die CPU 34A mit dem Senden von Ein-Befehlssignalen zu dem Ladestrom-Sperr-FET 31 und dem Entladestrom-Sperr-FET 32. Die Ein-Befehlssignale dienen zum Einschalten bzw. Schließen des Ladestrom-Sperr-FET 31 und des Entladestrom-Sperr-FET 32. Der Ladestrom-Sperr-FET 31 und der Entladestrom-Sperr-FET 32 bleiben eingeschaltet, während sie die Ein-Befehlssignale empfangen.
Wenn der Wählschalter 7 zu einer Ladegerät-Position versetzt ist und die Verbindung zwischen dem dritten Verbindungsanschluss T3 und dem Ladegerät 5 hergestellt ist, wird Strom von dem Ladegerät 5 zu der sekundären Batterie 2 zugeführt. Daraus resultiert, dass die sekundäre Batterie 2 geladen wird. Wenn der Wählschalter 7 zu einer Ladeposition versetzt ist und die Verbindung zwischen dem dritten Verbindungsanschluss T3 und der Last 6 hergestellt ist, beginnt die sekundäre Batterie 2 mit dem Entladen und wird Strom von der sekundären Batterie 2 zu der Last 6 zugeführt (siehe 1). Die CPU 34A liest die Programme aus dem Speicher 34B und führt einen in 2 gezeigten Batterieschutzprozess und einen in 3 gezeigten Ausfallerfassungsprozess durch.
Batterieschutzprozess
In dem Batterieschutzprozess erfasst die CPU 34A kontinuierlich oder periodisch die erste Spannung V1 auf der Basis des Erfassungssignals von der ersten Spannungserfassungsschaltung 35 (S1). Die CPU 34A bestimmt, ob die erste Spannung V1 höher als ein Überladungsschwellwert ist (S2). Der Pegel des Überladungsschwellwerts ist vorzugsweise etwas niedriger als die erste Spannung V1, wenn sich die sekundäre Batterie 2 in einem überladenen Zustand befindet, und etwas höher als die erste Spannung V1, wenn sich die sekundäre Batterie 2 in einem überentladenen Zustand befindet. Der Überladungsschwellwert kann zuvor auf der Basis eines Experiments definiert werden, in dem die sekundäre Batterie 2 in den überentladenen Zustand versetzt wird und die erste Spannung V gemessen wird.
Wenn die erste Spannung V1 höher als der Überladungsschwellwert ist (JA in S1), führt die CPU 34A einen Überladungssteuerschritt zum Senden eines Aus-Befehlssignals zu dem Ladestrom-Sperr-FET 31 durch (S3). Die CPU 34A führt den Überladungssteuerschritt durch, weil die sekundäre Batterie in den überladenen Zustand eintreten kann. Der Ladestrom-Sperr-FET 31 wird ausgeschaltet, d.h. geöffnet, sodass der Ladestrom aus dem Ladegerät 5 durch die parasitäre Diode D1 gesperrt wird. Dadurch wird das Laden der sekundären Batterie 2 beendet. Deshalb tritt die sekundäre Batterie 2 weniger wahrscheinlich in den überladenen Zustand ein. Die CPU 34A kehrt zu dem Schritt S1 zurück, wenn der Überladungssteuerschritt abgeschlossen wurde.
Wenn die erste Spannung V1 niedriger als ein Überladungsschwellwert ist (NEIN in S2), bestimmt die CPU 34A, ob die erste Spannung V1 niedriger als der Überladungsschwellwert ist (S4). Der Überladungsschwellwert kann zuvor auf der Basis eines Experiments definiert werden, in dem die sekundäre Batterie 2 in den überladenen Zustand versetzt wird und die erste Spannung V gemessen wird.
Wenn die erste Spannung V1 niedriger als der Überladungsschwellwert ist (JA in S4), führt die CPU 34A einen Überladungssteuerschritt zum Senden eines Aus-Befehlssignals zu dem Entladestrom-Sperr-FET 32 durch (S5). Die CPU 34A führt den Überladungssteuerschritt durch, weil die sekundäre Batterie in den überentladenen Zustand eintreten kann. Der Entladestrom-Sperr-FET 32 wird ausgeschaltet und der Entladestrom von der sekundären Batterie 2 wird durch die parasitäre Diode D2 gesperrt. Dadurch wird das Entladen der sekundären Batterie 2 beendet. Deshalb tritt die sekundäre Batterie 2 weniger wahrscheinlich in den überentladenen Zustand ein. Die CPU 34A kehrt zu dem Schritt S1 zurück, wenn der Überentladungssteuerschritt abgeschlossen wurde.
Wenn die erste Spannung V1 höher als der Überentladungsschwellwert ist (NEIN in S4), kehrt die CPU 34A zu dem Schritt S1 zurück. In diesem Fall fährt die CPU 34A mit dem Senden der Ein-Befehlssignale zu dem Ladestrom-Sperr-FET 31 und dem Entladestrom-Sperr-FET 32 fort.
Schalterausfall-Erfassungsprozess
Die CPU 34A führt den Schalterausfall-Erfassungsprozess von 3 durch, wenn eine spezifische Bedingung erfüllt wird, während die Ein-Befehlssignale zu dem Ladestrom-Sperr-FET 31 und dem Entladestrom-Sperr-FET 32 gesendet werden. Die spezifische Bedingung kann ein Hochfahren des Fahrzeugs oder eine vorbestimmte abgelaufene Zeitdauer seit dem vorausgehenden Schalterausfall-Erfassungsprozess sein.
Die CPU 34A bestimmt, ob sich die sekundäre Batterie 2 in einem Entladezustand befindet (S11). Die CPU 34A kann den Zustand der sekundären Batterie 2 auf der Basis eines Befehlssignals von einer Motorsteuereinheit (ECU, nicht gezeigt) oder dem Ladegerät 5 bestimmen. Der Entladezustand umfasst einen Zustand, in dem die sekundäre Batterie 2 einen kleinen Strom wie etwa einen Dunkelstrom ausgibt, nachdem die Last 6 getrennt wurde. Die Stromschutzschaltung 3 kann einen Stromsensor zum Erfassen des Entladestroms enthalten. Mit dieser Konfiguration kann die Stromschutzschaltung 3 den Entladezustand auf der Basis des durch den Stromsensor erfassten Stroms und insbesondere der Richtung des Stroms bestimmen.
Schalterausfall-Erfassungsprozess für den Ladestrom-Sperr-FET 31
Wenn sich die sekundäre Batterie 2 in dem Entladezustand befindet (JA in S11), erfasst die CPU 34A eine erste Ein-Spannung VON1 zwischen dem ersten Verbindungsanschluss T1 und dem dritten Verbindungsanschluss T3 (S12). Die Ein-Spannung VON1 ist ein Beispiel für eine Anschlussspannung. Insbesondere ist die Ein-Spannung VON1 ein Spannungsabfall zwischen den FETs 31 und 32, während die Ein-Befehlssignale zu den FETs 31 und 32 gesendet werden. In dieser Ausführungsform wird eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 auf der Basis der Erfassungssignale von der ersten Spannungserfassungsschaltung 35 und der zweiten Spannungserfassungsschaltung 36 berechnet und als die Ein-Spannung VON1 definiert.
Die CPU 34 bestimmt, ob die Ein-Spannung VON1 niedriger als ein erster Schwellwert TH1 ist (S13). Der erste Schwellwert TH1 ist ein Beispiel für einen zweiten Bezugswert. Der Pegel des ersten Schwellwerts TH1 ist vorzugsweise etwas höher als die Ein-Spannung VON1, die erfasst wird, wenn die Spannungserfassungsschaltungen 35 und 36 und die FETs 31 und 32 nicht defekt sind und korrekte Operationen ausführen können.
Wenn die Ein-Spannung VON1 niedriger als der erste Schwellwert TH1 ist (JA in S13), sendet die CPU 34A das Aus-Befehlssignal zu dem Ladestrom-Sperr-FET 31, um den Ladestrom-Sperr-FET 31 auszuschalten (S14). Die CPU 34A schaltet den Ladestrom-Sperr-FET 31 aus, weil sich die Spannungserfassungsschaltungen 35 und 36 und die FETs 31 und 32 in Bedingungen zum Durchführen von korrekten Operationen befinden, wenn die Ein-Spannung VON1 niedriger als der erste Schwellwert TH1 ist. Wie in 4 gezeigt, entspricht die Vorwärtsrichtung der parasitären Diode D1 der Flussrichtung eines Entladestroms I. Der Entladestrom I fließt also weiterhin über die parasitäre Diode D1 in die last, nachdem der Ladestrom-Sperr-FET 31 ausgeschaltet wurde.
Die CPU 34A erfasst eine erste Aus-Spannung VOFF1 zwischen dem ersten Verbindungsanschluss T1 und dem zweiten Verbindungsanschluss T3 (S15). Die Aus-Spannung VOFF 1 ist ein Beispiel für eine Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang eines elektronischen Schalters. Insbesondere ist die Aus-Spannung VOFF1 ein Spannungsabfall zwischen den FETs 31 und 32 während des Sendens des Aus-Befehlssignals zu dem Ladestrom-Sperr-FET 31 und des Ein-Befehlssignals zu dem Entladestrom-Sperr-FET 32. In dieser Ausführungsform wird eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 auf der Basis der Erfassungssignale von der ersten Spannungserfassungsschaltung 35 und der zweiten Spannungserfassungsschaltung 36 berechnet und als die Aus-Spannung VOFF1 definiert. Die erste Spannungserfassungsschaltung 35 und die zweite Spannungserfassungsschaltung 36 sind Beispiele für eine Schalterspannungs-Erfassungschaltung.
Die CPU 34A sendet das Ein-Befehlssignal zu dem Ladestrom-Sperr-FET 31, um den Ladestrom-Sperr-FET 31 wieder einzuschalten (S16). Die Periode, in welcher das Aus-Befehlssignal zu dem Ladestrom-Sperr-FET 31 gesendet wird, beträgt vorzugsweise nur wenige Millisekunden und sollte möglichst kurz sein. Indem der Ladestrom-Sperr-FET 31 ausgeschaltet wird, kann eine Instabilität in der Stromversorgung zu der Last 6 reduziert werden.
Die CPU 34A bestimmt, ob eine erste Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV1 kleiner als ein zweiter Schwellwert TH2 ist (S17). Die Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV1 ist ein Beispiel für eine Eingang-Ausgang-Spannung, die durch eine Steuereinrichtung auf der Basis einer durch die Schalterspannungs-Erfassungsschaltung erfassten Spannung bestimmt wird. Insbesondere ist die Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV1 eine Spannungsdifferenz zwischen der Ein-Spannung VON1 und der Aus-Spannung VOFF1. Der zweite Schwellwert TH2 ist ein Beispiel für eine erste Bezugsspannung. Der Pegel des zweiten Schwellwerts TH2 ist vorzugsweise etwas höher als die Spannungsdifferenz zwischen der Ein-Spannung VON1 und der Aus-Spannung VOFF1, die zuvor erfasst wurde, als die FETs 31 und 32 nicht defekt waren und korrekte Operationen durchführen konnten.
Wenn die Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV1 kleiner als der zweite Schwellwert TH2 ist (JA in S17), führt die CPU 34A eine erste Fehlerverarbeitung durch (S18). Die CPU 34A führt die erste Fehlerverarbeitung durch, weil der Ladestrom-Sperr-FET 31 ein Ausschaltproblem aufweist, in dem der Ladestrom-Sperr-FET 31 nicht in Übereinstimmung mit dem Aus-Befehlssignal ausgeschaltet wird, weil ein Kurzschluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang vorliegt oder aus einem anderen Grund. In der ersten Fehlerverarbeitung gibt die CPU 34 eine Benachrichtigung bezüglich des Ausschaltproblems des Ladestrom-Sperr-FET 31 an die externen Einrichtungen einschließlich der ECU aus. Wenn die erste Fehlerverarbeitung abgeschlossen ist, beendet die CPU 34 den Schalterausfall-Erfassungsprozess. Wenn die Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV1 größer als der zweite Schwellwert TH2 ist (NEIN in S17), beendet die CPU 34A den Schalterausfall-Erfassungsprozess, ohne die erste Fehlerverarbeitung durchzuführen.
Wenn die Ein-Spannung VON1 höher als der erste Schwellwert TH1 ist (NEIN in S13), führt die CPU 34A eine zweite Fehlerverarbeitung durch (S19). Die CPU 34A führt die zweite Fehlerverarbeitung durch, weil wenigstens eine der Schaltungen 35 und 36 defekt ist oder wenigstens einer der FETs 31 und 32 defekt ist, sodass der Schalterausfall-Erfassungsprozess nicht korrekt ausgeführt werden kann. In der zweiten Fehlerverarbeitung gibt die CPU 34 eine Benachrichtigung bezüglich des Ausfalls wenigstens einer der Schaltungen 35 und 36 oder wenigstens eines der FETs 31 und 32 an die ECU aus. Wenn die zweite Fehlerverarbeitung abgeschlossen ist, beendet die CPU 34 den Schalterausfall-Erfassungsprozess.
Schalterausfall-Erfassungsprozess für den Entladestrom-Sperr-FET 32
Wenn sich die sekundäre Batterie 2 nicht in dem Entladezustand und also in dem Ladezustand befindet (NEIN in S11), erfasst die CPU 34A eine Ein-Spannung VON2 zwischen dem ersten Verbindungsanschluss T1 und dem dritten Verbindungsanschluss T3 (S20). Die Ein-Spannung VON2 ist ein Beispiel für eine Anschlussspannung. Insbesondere ist die Ein-Spannung VON2 ein Spannungsabfall zwischen den FETs 31 und 32, während die Ein-Befehlssignale zu den FETs 31 und 32 gesendet werden. In dieser Ausführungsform wird eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 auf der Basis der Erfassungssignale von der ersten Spannungserfassungsschaltung 35 und der zweiten Spannungserfassungsschaltung 36 berechnet und als die Ein-Spannung VON2 definiert.
Die CPU 34A bestimmt, ob die Ein-Spannung VON2 niedriger als ein dritter Schwellwert TH3 ist (S21), um zu bestimmen, ob der Schalterausfall-Erfassungsprozess korrekt auf dem Entladestrom-Sperr-FET 32 ausgeführt werden kann. Der dritte Schwellwert TH3 ist ein Beispiel für eine zweite Bezugsspannung. Der Pegel des dritten Schwellwerts TH3 ist vorzugsweise etwas höher als die Ein-Spannung VON2, die erfasst wird, wenn die Spannungserfassungsschaltungen 35 und 36 und die FETs 31 und 32 nicht defekt sind und korrekte Operationen ausführen können.
Wenn die Ein-Spannung VON2 niedriger als der dritte Schwellwert TH3 ist (JA in S21), sendet die CPU 34A das Aus-Befehlssignal zu dem Entladestrom-Sperr-FET 32, um den Entladestrom-Sperr-FET 32 auszuschalten (S22). Die CPU 34A schaltet den Entladestrom-Sperr-FET 32 aus, weil der Schalterausfall-Erfassungsprozess korrekt ausgeführt werden kann, wenn die Ein-Spannung VON2 niedriger als der dritte Schwellwert TH3 ist. Die Vorwärtsrichtung der parasitären Diode D2 entspricht der Flussrichtung eines Ladestroms. Deshalb fließt der Ladestrom weiterhin über die parasitäre Diode D2 in die sekundäre Batterie 2, nachdem der Entladestrom-Sperr-FET 32 ausgeschaltet wurde.
Die CPU 34A erfasst eine Aus-Spannung VOFF 2 zwischen dem ersten Verbindungsanschluss T1 und dem dritten Verbindungsanschluss T3 (S23). Die Aus-Spannung VOFF 2 ist ein Beispiel für eine Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang eines elektronischen Schalters. Insbesondere ist die Aus-Spannung VOFF2 ein Spannungsabfall zwischen den FETs 31 und 32 während des Sendens des Ein-Befehlssignals zu dem Ladestrom-Sperr-FET 31 und des Aus-Befehlssignals zu dem Entladestrom-Sperr-FET 32. In dieser Ausführungsform wird eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 auf der Basis der Erfassungssignale aus der ersten Spannungserfassungsschaltung 35 und der zweiten Spannungserfassungsschaltung 36 berechnet und als die Aus-Spannung VOFF2 definiert.
Die CPU 34A sendet das Ein-Befehlssignal zu dem Entladestrom-Sperr-FET 32, um den Entladestrom-Sperr-FET 32 wieder einzuschalten (S24). Die Periode, in welcher das Aus-Befehlssignal zu dem Entladestrom-Sperr-FET 32 gesendet wird, beträgt vorzugsweise einige wenige Millisekunden und sollte möglichst kurz sein. Indem der Entladestrom-Sperr-FET 32 ausgeschaltet wird, kann eine Instabilität beim Laden der sekundären Batterie 2 reduziert werden.
Die CPU 34A bestimmt, ob eine zweite Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV2 kleiner als ein vierter Schwellwert TH4 ist (S25). Die Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV2 ist ein Beispiel für eine Eingang-Ausgang-Spannung, die durch eine Steuereinrichtung auf der Basis einer durch die Schalterspannungs-Erfassungsschaltung erfassten Spannung bestimmt wird. Insbesondere ist die Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV2 eine Spannungsdifferenz zwischen der Ein-Spannung VON2 und der Aus-Spannung VOFF2. Der vierte Schwellwert TH4 ist ein Beispiel für einen ersten Bezugswert. Der Pegel des vierten Schwellwerts TH4 ist vorzugsweise etwas kleiner als die Spannungsdifferenz zwischen der Ein-Spannung VON2 und der Aus-Spannung VOFF2, die zuvor erfasst wurden, als die FETs 31 und 32 nicht defekt waren und korrekte Operationen ausführen konnten.
Wenn die Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔD2 kleiner als der vierte Schwellwert TH4 ist (JA in S25), führt die CPU 34A eine dritte Fehlerverarbeitung durch (S26). Die CPU 34A führt die dritte Fehlerverarbeitung durch, weil der Entladestrom-Sperr-FET 32 ein Ausschaltproblem aufweisen kann, in dem der Entladestrom-Sperr-FET 32 nicht in Übereinstimmung mit dem Aus-Befehlssignal ausgeschaltet wird, wenn die Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV2 kleiner als der vierte Schwellwert TH4 ist. In der dritten Fehlerverarbeitung gibt die CPU 34 eine Benachrichtigung bezüglich des Ausschaltproblems des Entladestrom-Sperr-FET 32 zu den externen Einrichtungen einschließlich der ECU aus. Wenn die dritte Fehlerverarbeitung abgeschlossen ist, beendet die CPU 34 den Schalterausfall-Erfassungsprozess. Wenn die Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV2 größer als der vierte Schwellwert TH4 ist (NEIN in S25), beendet die CPU 34A den Schalterausfall-Erfassungsprozess, ohne die dritte Fehlerverarbeitung durchzuführen.
Wenn die Ein-Spannung VON2 höher als der dritte Schwellwert TH3 ist (NEIN in S21), führt die CPU 34A die zweite Fehlerverarbeitung durch (S19) und beendet den Schalterausfall-Erfassungsprozess. Die CPU 34A führt die zweite Fehlerverarbeitung durch, weil der Schalterausfall-Erfassungsprozess nicht korrekt durchgeführt werden kann.
In dieser Ausführungsform wird das Ausschaltproblem bestimmt, wenn die erfasste Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV1 kleiner als der zweite Schwellwert TH2 ist und das Aus-Befehlssignal zu dem Ladestrom-Sperr-FET 31 gesendet wird, während sich die sekundäre Batterie 2 in dem Entladezustand befindet. Der Entladestrom I von der sekundären Batterie 2 fließt weiterhin über die parasitäre Diode D1 in die Last 6, nachdem der Ladestrom-Sperr-FET 31 ausgeschaltet wurde. Deshalb kann das Ausschaltproblem des Ladestrom-Sperr-FET 31 erfasst werden, während die Stromversorgung zu der Last 6 aufrechterhalten wird.
Das Ausschaltproblem wird auch bestimmt, wenn die erfasste Ein-Aus-Spannungsdifferenz ΔV2 kleiner als der vierte Schwellwert TH4 ist und das Aus-Befehlssignal zu dem Entladestrom-Sperr-FET 32 gesendet wird, während sich die sekundäre Batterie 2 in dem Ladezustand befindet. Der Ladestrom von dem Ladegerät 5 fließt weiterhin über die parasitäre Diode D2 in die sekundäre Batterie 2, nachdem der Entladestrom-Sperr-FET 32 ausgeschaltet wurde. Deshalb kann das Ausschaltproblem des Entladestrom-Sperr-FET 32 erfasst werden, während das Laden der sekundären Batterie 2 durch das Ladegerät 5 aufrechterhalten wird. Der Schalterausfall-Erfassungsprozess wird in dem Ladezustand und in dem Entladezustand der sekundären Batterie 2 durchgeführt, indem die FETs 31 und 32 gesteuert werden. Im Vergleich zu einer Konfiguration, in welcher die FETs 31 und 32 in verschiedenen Pfaden verbunden sind, kann die Anzahl von leitenden Leitungen oder Überwachungseinrichtungen reduziert werden. Die Konfiguration dieser Ausführungsform ist also einfacher.
Wenn die Ein-Aus-Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2 kleiner als die entsprechenden Schwellwerte TH2 und TH4 sind, wird das Ausschaltproblem bestimmt. Im Vergleich zu einer Konfiguration, in welcher das Ausschaltproblem bestimmt wird, wenn die Aus-Spannung VOFF1 oder VOFF2 kleiner als ein Schwellwert ist, neigt die Genauigkeit bei der Erfassung des Ausschaltproblems auch dann nicht zu einer Reduktion, wenn der Ein-Widerstand des FET 31 oder 32 variiert, weil der FET 31 oder 32 defekt wird.
Wenn der FET 31 oder 32 defekt wird und sich sein Ein-Widerstand erhöht oder wenn die Spannungserfassungsschaltung 35 oder 36 defekt wird, kann das Ausschaltproblem nicht korrekt erfasst werden. In dieser Ausführungsform wird der Schalterausfall-Erfassungsprozess ausgeführt, wenn die Ein-Spannung VON1 oder VON2 niedriger als der entsprechende erste Schwellwert TH1 oder TH3 ist. Deshalb wird der Schalterausfall-Erfassungsprozess weniger wahrscheinlich unter der Bedingung durchgeführt, dass das Ausschaltproblem nicht korrekt erfasst wird.
<Andere Ausführungsformen>
Der Erfindungsumfang ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Die folgenden Ausführungsformen sind ebenfalls in dem Umfang der hier beschriebenen Techniken enthalten.
Die Steuereinrichtung 34 kann eine Vielzahl von CPUs oder eine Hardwareschaltung wie etwa eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) enthalten.
Alternativ hierzu kann die Steuereinrichtung 34 sowohl eine Hardwareschaltung als auch eine CPU enthalten. Wenigstens zwei des Überladungssteuerschritts, des Überentladungssteuerschritts, des Bestimmen des Zustands, des Sendens des Aus-Befehlssignals, des Bestimmens der korrekten Ausführung des Schalterausfall-Erfassungsprozesses und des Bestimmens des Ausschaltproblems können durch verschiedene CPUs oder Hardwareschaltungen durchgeführt werden. Die Reihenfolge für die Ausführung der oben genannten Operationen kann geändert werden.
Die Schalter können bipolare Transistoren, Relais oder andere Typen von Schaltern sein, die keine parasitären Dioden enthalten. Die Gleichrichter können Dioden oder mit Dioden verbundene Transistoren sein. Ein Ausgang eines der mit Dioden verbundenen Transistoren ist mit einem Eingang eines anderen der mit Dioden verbundenen Transistoren verbunden. Die weiter oben beschriebene Ausführungsform kann den Schalterausfall-Erfassungsprozess jedoch auch unter Verwendung von bestehenden Komponenten ohne zusätzliche Komponenten durchführen.
Die Steuereinrichtung 34 kann auch konfiguriert sein, um auf der Basis einer Spannung einer der Zellen oder der Spannungen der Zellen in der sekundären Batterie 2 zu bestimmen, ob der Schalterausfall-Erfassungsprozess korrekt durchgeführt werden kann.
Die Steuereinrichtung kann auch konfiguriert sein, um den Schalterausfall-Erfassungsprozess für nur den Ladestrom-Sperr-FET 31 oder nur den Entladestrom-Sperr-FET 32 durchzuführen.
Die Eingang-Ausgang-Spannung kann die Aus-Spannung VOFF1 oder die Aus-Spannung VOFF2 sein.

Claims

Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung, umfassend: eine Schalteinrichtung, die in einem Pfad, in dem ein Ladestrom und ein Entladestrom fließen, zwischen einer elektrischen Speichereinrichtung und einem Verbindungsanschluss für das Verbinden der elektrischen Speichereinrichtung mit einer externen Einrichtung vorgesehen ist, wobei die Schalteinrichtung parallel mit einem Schaltungselement verbunden ist, eine Schalterspannung-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Werts in Entsprechung zu einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingang und einem Ausgang der Schalteinrichtung, und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung durchführt: eine Ausschaltverarbeitung, in der ein Aus-Befehlssignal zu der Schalteinrichtung gegeben wird, während der durch den Verbindungsanschluss fließende Strom aufrechterhalten wird, und eine Schalterausfall-Erfassungsverarbeitung, in der ein Schalterausfall erfasst wird, wenn der von der Schalterspannung-Erfassungseinrichtung ausgegebene Wert, während das Aus-Befehlssignal durch die Ausschaltverarbeitung zu der Schalteinrichtung gegeben wird, kleiner als ein erster Bezugswert ist.
Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung, umfassend: erste und zweite Schalteinrichtungen, die in Reihe in einem Pfad, in dem ein Ladestrom und ein Entladestrom zu/von einer elektrischen Speichereinrichtung fließen, verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Schalteinrichtungen parallel mit entsprechenden Schaltungselementen verbunden sind, eine Schalterspannung-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Werts in Entsprechung zu einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingang und einem Ausgang der in Reihe verbundenen ersten und zweiten Schalteinrichtungen, und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung durchführt: eine Ausschaltverarbeitung, in der, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in einem Entladezustand befindet, ein Aus-Befehlssignal zu der ersten Schalteinrichtung gegeben wird und ein Ein-Befehlssignal zu der zweiten Schalteinrichtung gegeben wird, und eine Schalterausfall-Erfassungsverarbeitung, in der ein Schalterausfall erfasst wird, wenn der von der Schalterspannung-Erfassungseinrichtung ausgegebene Wert, während das Aus-Befehlssignal durch die Ausschaltverarbeitung zu der ersten Schalteinrichtung gegeben wird, kleiner als ein erster Bezugswert ist.
Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung, umfassend: erste und zweite Schalteinrichtungen, die in Reihe in einem Pfad, in dem ein Ladestrom und ein Entladestrom zu/von einer elektrischen Speichereinrichtung fließen, verbunden sind, eine Schalterspannung-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Werts in Entsprechung zu einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingang und einem Ausgang der in Reihe verbundenen ersten und zweiten Schalteinrichtungen, und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung durchführt: eine Ausschaltverarbeitung, in der, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in einem Ladezustand befindet, ein Ein-Befehlssignal zu der ersten Schalteinrichtung gegeben wird und ein Aus-Befehlssignal zu der zweiten Schalteinrichtung gegeben wird, und eine Schalterausfall-Erfassungsverarbeitung, in der ein Schalterausfall der zweiten Schalteinrichtung erfasst wird, wenn der von der Schalterspannung-Erfassungseinrichtung ausgegebene Wert, während das Aus-Befehlssignal durch die Ausschaltverarbeitung zu der zweiten Schalteinrichtung gegeben wird, kleiner als ein erster Bezugswert ist.
Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung weiterhin konfiguriert ist zum: Erfassen eines Schalterausfalls, wenn eine Differenz zwischen einer Ein-Spannung, die der durch die Spannungserfassungseinrichtung erfasste Wert ist, während das Ein-Befehlssignal zu der Schalteinrichtung gegeben wird, und einer Aus-Spannung, die der durch die Spannungserfassungseinrichtung erfasste Wert ist, während das Aus-Befehlssignal zu der Schalteinrichtung gegeben wird, kleiner als der erste Bezugswert ist.
Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist zum Durchführen der Schalterausfall-Erfassungsverarbeitung, wenn eine Ein-Spannung. die eine Potentialdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Schalteinrichtung ist und durch die Schalterspannung-Erfassungseinrichtung erfasst wird, während ein Ein-Befehlssignal zu der Schalteinrichtung, für die ein Schalterausfall erfasst wird, gegeben wird, kleiner als ein zweiter Bezugswert ist, und wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist zum nicht-Durchführen der Schalterausfall-Erfassungsverarbeitung, wenn die Ein-Spannung gleich oder größer als der zweite Bezugswert ist.
Batteriepack, umfassend: eine elektrische Speichereinrichtung, und die Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
Fahrzeug, umfassend: eine elektrische Speichereinrichtung, und die Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
Fahrzeug nach Anspruch 7, die eine Auswahleinrichtung zum wahlweisen Verbinden eines Ladegeräts oder einer externen Einrichtung mit der elektrischen Speichereinrichtung umfasst.
Schalterausfall-Erfassungsprogramm für eine Batterieschutzvorrichtung, die eine Schalteinrichtung, die in einem Pfad, in dem ein Ladestrom und ein Entladestrom fließen, zwischen einer elektrischen Speichereinrichtung und einem Verbindungsanschluss für das Verbinden der elektrischen Speichereinrichtung mit einer externen Einrichtung vorgesehen ist, wobei die Schalteinrichtung parallel mit einem Schaltungselement verbunden ist, und eine Schalterspannung-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Werts in Entsprechung zu einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingang und einem Ausgang der Schalteinrichtung umfasst, wobei das Programm einen Computer der Batterieschutzvorrichtung veranlasst zum Durchführen: einer Ausschaltverarbeitung, in der ein Aus-Befehlssignal zu der Schalteinrichtung gegeben wird, während der durch den Verbindungsanschluss fließende Strom aufrechterhalten wird, und einer Schalterausfall-Erfassungsverarbeitung, in der ein Schalterausfall erfasst wird, wenn der von der Schalterspannung-Erfassungseinrichtung ausgegebene Wert, während das Aus-Befehlssignal durch die Ausschaltverarbeitung zu der Schalteinrichtung gegeben wird, kleiner als ein erster Bezugswert ist.
Schalterausfall-Erfassungsprogramm für eine Batterieschutzvorrichtung, die erste und zweite Schalteinrichtungen, die in Reihe in einem Pfad, in dem ein Ladestrom und ein Entladestrom zu/von einer elektrischen Speichereinrichtung fließen, verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Schalteinrichtungen parallel mit entsprechenden Schaltungselementen verbunden sind, und eine Schalterspannung-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Werts in Entsprechung zu einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingang und einem Ausgang der in Reihe verbundenen ersten und zweiten Schalteinrichtungen, umfasst, wobei das Programm einen Computer der Batterieschutzvorrichtung veranlasst zum Durchführen: einer Ausschaltverarbeitung, in der, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in einem Entladezustand befindet, ein Aus-Befehlssignal zu der ersten Schalteinrichtung gegeben wird und ein Ein-Befehlssignal zu der zweiten Schalteinrichtung gegeben wird, und einer Schalterausfall-Erfassungsverarbeitung, in der ein Schalterausfall erfasst wird, wenn der von der Schalterspannung-Erfassungseinrichtung ausgegebene Wert, während das Aus-Befehlssignal durch die Ausschaltverarbeitung zu der ersten Schalteinrichtung gegeben wird, kleiner als ein erster Bezugswert ist.
Schalterausfall-Erfassungsprogramm für eine Batterieschutzvorrichtung, die erste und zweite Schalteinrichtungen, die in Reihe in einem Pfad, in dem ein Ladestrom und ein Entladestrom zu/von einer elektrischen Speichereinrichtung fließen, verbunden sind, und eine Schalterspannung-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Werts in Entsprechung zu einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingang und einem Ausgang der in Reihe verbundenen ersten und zweiten Schalteinrichtungen, umfasst, wobei das Programm einen Computer der Batterieschutzvorrichtung veranlasst zum Durchführen: einer Ausschaltverarbeitung, in der, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in einem Ladezustand befindet, ein Ein-Befehlssignal zu der ersten Schalteinrichtung gegeben wird und ein Aus-Befehlssignal zu der zweiten Schalteinrichtung gegeben wird, und einer Schalterausfall-Erfassungsverarbeitung, in der ein Schalterausfall der zweiten Schalteinrichtung erfasst wird, wenn der von der Schalterspannung-Erfassungseinrichtung ausgegebene Wert, während das Aus-Befehlssignal durch die Ausschaltverarbeitung zu der zweiten Schalteinrichtung gegeben wird, kleiner als ein erster Bezugswert ist.
Verfahren zum Erfassen eines Schalterausfalls in einer Batterieschutzvorrichtung, die eine Schalteinrichtung, die in einem Pfad, in dem ein Ladestrom und ein Entladestrom fließen, zwischen einer elektrischen Speichereinrichtung und einem Verbindungsanschluss für das Verbinden der elektrischen Speichereinrichtung mit einer externen Einrichtung vorgesehen ist, wobei die Schalteinrichtung parallel mit einem Schaltungselement verbunden ist, und eine Schalterspannung-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Werts in Entsprechung zu einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingang und einem Ausgang der Schalteinrichtung umfasst, wobei das Verfahren umfasst: einen Ausschaltschritt, in dem ein Aus-Befehlssignal zu der Schalteinrichtung gegeben wird, während der durch den Verbindungsanschluss fließende Strom aufrechterhalten wird, und einen Schalterausfall-Erfassungsschritt, in dem ein Schalterausfall erfasst wird, wenn der von der Schalterspannung-Erfassungseinrichtung ausgegebene Wert, während das Aus-Befehlssignal durch die Ausschaltverarbeitung zu der Schalteinrichtung gegeben wird, kleiner als ein erster Bezugswert ist.
Verfahren zum Erfassen eines Schalterausfalls einer Batterieschutzvorrichtung, die erste und zweite Schalteinrichtungen, die in Reihe in einem Pfad, in dem ein Ladestrom und ein Entladestrom zu/von einer elektrischen Speichereinrichtung fließen, verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Schalteinrichtungen parallel mit entsprechenden Schaltungselementen verbunden sind, und eine Schalterspannung-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Werts in Entsprechung zu einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingang und einem Ausgang der in Reihe verbundenen ersten und zweiten Schalteinrichtungen, umfasst, wobei das Verfahren umfasst: einen Ausschaltschritt, in dem, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in einem Entladezustand befindet, ein Aus-Befehlssignal zu der ersten Schalteinrichtung gegeben wird und ein Ein-Befehlssignal zu der zweiten Schalteinrichtung gegeben wird, und einen Schalterausfall-Erfassungsschritt, in dem ein Schalterausfall erfasst wird, wenn der von der Schalterspannung-Erfassungseinrichtung ausgegebene Wert, während das Aus-Befehlssignal durch die Ausschaltverarbeitung zu der ersten Schalteinrichtung gegeben wird, kleiner als ein erster Bezugswert ist.
Verfahren zum Erfassen eines Schalterausfalls für eine Batterieschutzvorrichtung, die erste und zweite Schalteinrichtungen, die in Reihe in einem Pfad, in dem ein Ladestrom und ein Entladestrom zu/von einer elektrischen Speichereinrichtung fließen, verbunden sind, und eine Schalterspannung-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Werts in Entsprechung zu einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingang und einem Ausgang der in Reihe verbundenen ersten und zweiten Schalteinrichtungen, umfasst, wobei das Verfahren umfasst: einen Ausschaltschritt, in dem, wenn sich die elektrische Speichereinrichtung in einem Ladezustand befindet, ein Ein-Befehlssignal zu der ersten Schalteinrichtung gegeben wird und ein Aus-Befehlssignal zu der zweiten Schalteinrichtung gegeben wird, und einen Schalterausfall-Erfassungsschritt, in der ein Schalterausfall der zweiten Schalteinrichtung erfasst wird, wenn der von der Schalterspannung-Erfassungseinrichtung ausgegebene Wert, während das Aus-Befehlssignal durch die Ausschaltverarbeitung zu der zweiten Schalteinrichtung gegeben wird, kleiner als ein erster Bezugswert ist.