JP2006262642A - 電源システムの監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 二次電池に設けられたセンサおよび電池監視ユニットが動作電源電圧の低下により正常動作ができなくなっている場合に、正確に異常検出を行なう。
【解決手段】 電池監視ユニット４０およびセンサ５０，５２，５４は、共通の動作電源電圧Ｖｄ１の供給を受けて動作する。センサ５０，５２，５４の検出値は、電池監視ユニット４０により制御回路３０へ送出される。制御回路３０は、電圧センサ５６による動作電源電圧Ｖｄ１の監視に加えて、リレー接続前におけるセンサ５０，５２，５４の検出値が正常範囲内であるかどうかを判断して、電池監視ユニット４０の電源低下異常をより正確に検出する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、電源システムの監視装置であって、より特定的には、二次電池からリレーを介して負荷へ電源を供給する電源システムに用いられる監視装置に関する。

ハイブリッド自動車をはじめとして、二次電池から負荷へ電力を供給する電源システムが種々用いられている。このような電源システムでは、二次電池の異常検出が的確に行なわれることが必要となる。

このような観点から、たとえば特開２００２−８４６６９号公報（特許文献１）には、単位セルを複数個直列に接続して構成されたセルグループを複数直列に接続して構成された組電池について、各単位セルの状態を監視するセル状態監視手段を設け、各単位セルごとに異常を検知可能な構成が提案されている。特に、特許文献１に開示された構成では、セル状態監視手段からの出力が上位の異常監視手段によって参照されていない期間にはセル状態監視手段への電源供給を少なくとも部分的に停止させることによって、セル状態監視手段による消費電力を削減することができる。

また、特開平１１−２３４８０１号公報（特許文献２）には、電圧データや温度データに基づいて電池異常状態を検出する電池ＥＣＵにおいて、バッテリの異常を検出するセンサ自体に異常が発生した場合に、電池異常状態が重ねて発生したとしてもバッテリから発生するガスを速やかに車外に排出可能なように、換気ファンや内外切換弁を適切に切換える構成を開示している。
特開２００２−８４６６９号公報 特開平１１−２３４８０１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成では二次電池の異常を監視するセル状態監視手段そのものの異常を検知することができない。このため、セル状態監視手段の異常時には、誤った情報に基づいて二次電池を適切に制御できなくなる可能性が生じる。

また、特許文献２に開示された構成では、電圧データや温度データを測定するセンサについて、断線またはショート等のハード故障の発生時にセンサ自体の故障を検知している。しかしながら、断線またはショートのようなハード故障が発生していなくても、動作電源電圧の低下によりセンサ出力値（測定値）や電池監視ユニットの動作が異常となるケースがある。このような異常を検知できずに、センサまたは電池監視ユニットの出力値を正常値として制御等に用いると、二次電池の状態を正しく制御できなくなり電源システムの動作異常を発生させてしまう可能性すらある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、二次電池に設けられたセンサおよび電池監視ユニットが動作電源電圧の低下により正常動作ができなくなっている場合に、正確に異常検出を行なうことが可能な電源システムの監視装置を提供することである。

本発明による電源システムの監視装置は、二次電池と、二次電池からの電力供給を受ける負荷と、二次電池および負荷の間に配置されたリレーとを備えた電源システムを監視する。この監視装置は、センサと、電池監視ユニットと、第１の検知手段と、第２の検知手段と、異常検知手段とを備える。センサは、二次電池の状態量を測定するために設けられる。電池監視ユニットは、センサと共通の動作電源電圧を受けて動作し、二次電池の状態を監視するために設けられる。第１の検知手段は、リレーの接続前の状態時に、センサによる測定値が所定の正常範囲から外れていることを検知する。第２の検知手段は、動作電源電圧が電池監視ユニットの所定の動作保証値を下回っていることを検知する。異常検知手段は、リレー接続前において、第１の検知手段によってセンサによる測定値が正常範囲から外れていることが検知され、かつ、第２の検知手段によって動作電源電圧が動作保証値を下回っていることが検知されたときに、電池監視ユニットの異常を検知する。

上記電源システムの監視装置によれば、電池監視ユニットの異常検知は、リレー接続前の状態時において、センサ出力がリレー接続前での正常範囲から外れており、かつ、動作電源電圧が動作保証値を下回っていることにより検知される。これにより、二次電池からの電力供給が行なわれていないリレー接続前においてもセンサを含めた電池監視ユニットの動作電源電圧低下異常を検知できる。したがって、動作電源電圧の低下によりセンサおよび電池監視ユニットが正常に動作不能な状態でリレーを接続して電力供給を開始することがないので、誤ったセンサ出力に基いて電源システムの動作が異常となることを防止できる。また、動作電源電圧の監視のみに基づいて電源監視ユニットの異常を検知する構成と比較して、動作電源電圧の瞬間的な変動による異常誤検出を防止することができる。

好ましくは、本発明による電源システムの監視装置によれば、第２の検知手段は、動作電源電圧が所定期間継続して動作保証値以下となったときに、動作電源電圧が動作保証値を下回っていることを検知する。

上記電源システムの監視装置によれば、電源監視ユニットの動作電源電圧が他の機器とも共有されて動作電源電圧が一時的に低下した場合にも、電池監視ユニットの異常を誤検出することがない。したがって、電池監視ユニットの異常検出精度を向上することができる。

また好ましくは、本発明による電源システムの監視装置では、異常検知手段は、リレーの接続後に、第２の検知手段によって動作電源電圧が動作保証値を下回っていることが所定期間継続して検知されたときに、電池監視ユニットの異常を検知する手段を含む。

上記電源システムの監視装置によれば、リレーの接続後においても、動作電源電圧低下異常を検出できる。

さらに好ましくは、センサは、二次電池の入出力電流を測定する電流センサである。

上記電源システムの監視装置によれば、リレー接続前では測定値が０近傍となる電流センサを用いて、電源監視ユニットの異常検知を行なうので、リレー状態前における動作電源電圧の低下異常をより正確に検知することができる。

また、さらに好ましくは、本発明による電源システムの監視装置は、異常検知手段によって電池監視ユニットの異常が検知されたときに、リレーによる接続を禁止する異常時処理手段をさらに備える。

上記電源システムの監視装置によれば、電池監視ユニットの異常検知時にはリレーによる二次電池および負荷の接続を禁止するので、誤ったセンサ出力あるいは電池運転出力により電源システムの動作が異常となることを防止できる。

上記電源システムの監視装置によれば、電源ユニットの異常検知時にはセンサによる測定値に基づく制御を中止するので、動作電源電圧の低下に伴うセンサからの異常出力に基づく制御により電源システムの動作が異常となることを防止できる。

本発明による電源システムの監視装置によれば、二次電池に設けられたセンサおよび電池監視ユニットが動作電源電圧の低下により正常動作ができなくなっている場合に、正確に異常検出を行なうことができる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一また相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は原則として繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に従う監視装置によって監視される電源システムの構成例を示す概略ブロック図である。

図１を参照して、電源システム５は、二次電池１０と、負荷２０と、二次電池１０および負荷２０の間に設けられるリレー２１〜２３と、制御回路（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３０と、電池監視ユニット４０と、二次電池１０に設けられたセンサ５０，５２，５４とを備える。

二次電池１０は、各々が充電可能な複数の単電池セルを接続して構成される。本発明の実施の形態において二次電池１０の形式は特に限定されず、鉛蓄電池、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等のいずれをも適用可能である。

二次電池１０の正極は電源ラインＰＬに接続され、負極はアースラインＥＬに接続される。リレー２１は、突入電流制限抵抗２４を介して、電源ラインＰＬを負荷２０と接続可能に配置される。リレー２２は、リレー２１および突入電流制限抵抗２４と並列に設けられて、突入電流制限抵抗２４を介することなく電源ラインＰＬおよび負荷２０を接続可能に配置される。リレー２３はアースラインＥＬと負荷２０との間に接続される。

リレー２１〜２３は、リレー制御信号ＳＲ１〜ＳＲ３にそれぞれ応答してオン・オフされる。負荷２０の起動前、すなわちリレー接続前の状態では、リレー２１〜２３の各々はオフされて、二次電池１０と負荷２０とは電気的に切り離された状態となる。

負荷２０の起動時には、リレー２１および２３がオンされて、突入電流制限抵抗２４を介して二次電池１０から負荷２０へ電力が供給される。その後、負荷２０の起動から所定時間が経過すると、リレー２１に代えてリレー２２がオンされて、リレー２２およびリレー２３のオンによって、突入電流制限抵抗２４をバイパスして二次電池１０から負荷２０へ電気が供給される。すなわち、リレー接続後では、リレー２１または２２と、リレー２３とがオンされて、二次電池１０から負荷２０へ電流が供給される。また、制御回路５０は、異常検知時あるいは負荷２０の停止時には、リレー制御信号ＳＲ１〜ＳＲ３によってリレー２１〜２３の各々をオフさせることにより、二次電池１０から負荷２０への電流供給を停止できる。

二次電池１０には、電流センサ５０、電圧センサ５２および温度センサ５４が設けられる。電流センサ５０は、電源ラインＰＬの通過電流、すなわち二次電池１０の入出力電流Ｉｂ（以下、バッテリ電流Ｉｂとも称する）に応じた出力電圧Ｉｖを出力する。電圧センサ５２は、二次電池１０の出力電圧であるバッテリ電圧Ｖｂに応じた出力電圧Ｖｖを出力する。温度センサ５４は、二次電池１０の所定部位に取付けられ、取付け箇所の温度（バッテリ温度Ｔｂ）に応じた出力電圧Ｔｖを出力する。

電池監視ユニット４０は、センサ５０，５２，５４からの出力電圧Ｉｖ，Ｖｖ，Ｔｖを受けて、二次電池１０の状態量であるバッテリ電流Ｉｂ、バッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ温度Ｔｂを出力する。これらの状態量は、電池監視ユニット４０からはデジタル信号として出力されて、通信線３５を介して制御回路３０へ伝送される。

電池監視ユニット４０は、二次電池１０の故障検知機能をさらに有するように構成されてもよい。たとえば、電池監視ユニット４０は、センサ５０，５２，５４からのハード故障（断線・ショート等）の発生を知らせるための信号（図示せず）を、通信線３５を介して制御回路３０へ出力するように構成される。あるいは、電池監視ユニット４０は、図示しない圧力センサによって単電池セルのガス圧を測定し、その測定結果を通信線３５を介して制御回路３０へ伝送するように構成される。

図２は、図１に示した電池監視ユニット４０およびセンサ５０，５２，５４への電源供給構成を説明する図である。

図２を参照して、センサ５０，５２，５４および電池監視ユニット４０は、共通の動作電源電圧を受けて動作する。この動作電源電圧は、制御回路（ＥＣＵ）３０の動作電源（Ｖｄ０）から供給される。ただし、電圧センサ５６は、センサ５０，５２，５４および電池監視ユニット４０の動作電源電圧Ｖｄ１を検出する。動作電源電圧Ｖｄ１は、電源配線の寄生抵抗３２での電圧降下によってＶｄ０より低くなる。制御回路（ＥＣＵ）３０は、電圧センサ５６の検出値により、動作電源電圧Ｖｄ１を逐次監視可能である。

センサ５０，５２，５４および電池監視ユニット４０の各々は接地（ＧＮＤ２）も共通であるが、制御回路（ＥＣＵ）３０とは接地（ＧＮＤ１）が異なるように設計される。

電池監視ユニット４０の動作保証値は予め定められており、基本的には制御回路３０は、電池監視ユニット４０の動作電源電圧Ｖｄ１が動作保証電圧（Ｖｋ）を下回った場合に、電池監視ユニットの動作電源電圧低下を検知する。

しかしながら、制御回路（ＥＣＵ）３０の動作電源としては、たとえばハイブリッド自動車では、他の補機の電源としても用いられる補機バッテリが用いられる。このため、これらの補機の作動時には一時的に動作電源からの供給電圧Ｖｄ０が低下し、これに伴って動作電源電圧Ｖｄ１も低下する可能性がある。このため、動作電源電圧Ｖｄ１のみに基づいて電池監視ユニット４０の異常検出を行なうと、異常を誤検出してしまうおそれがある。

一方、各センサが電池監視ユニット４０と共通の動作電源電圧Ｖｄ１を受けて動作するため、動作電源電圧Ｖｄ１の低下はセンサ出力にも影響を及ぼす。

図３は、動作電源電圧の低下に対するセンサの異常動作を説明する図である。

図３には、リレー２１〜２３の各々がオフされた状態において、動作電源電圧Ｖｄ１の変化に伴う電圧センサ５２および電流センサ５０の出力変化の実験結果を示す図である。

図３を参照して、動作電源電圧Ｖｄ１は、時間経過とともに徐々に低下するように実験的に設定される。たとえば時刻ｔ０では、動作電源電圧Ｖｄ１は動作保証電圧Ｖｋよりも高いＶ０に設定されるが、時刻ｔ１，ｔ２では、動作保証電圧Ｖｋを下回るＶ１，Ｖ２に設定される。

時刻ｔａにおいて動作電源電圧Ｖｄ１は動作保証電圧Ｖｋを下回る。しかしながら、この状態でも、電流センサ５０および電圧センサ５２は正常に動作可能である。すなわち、Ｖｄ１＞Ｖｋの場合と同様の正常値を出力している。なおリレーオフ時における電圧センサ５２および電流センサ５０の正常出力値は、電流センサ５０についてはＩｂ＝０であり、電圧センサ５２においては、二次電池１０の開放電圧に相当するバッテリ電圧Ｖｂである。

その後、動作電源電圧Ｖｄ１がさらに低下を続けると、Ｖｄ１＜Ｖ１の領域で電流センサ５０からの出力値が異常（オフセット発生）となり、さらにＶｄ１＜Ｖ２の領域で電圧センサ５２の出力が異常となる。

このように、動作電源電圧の低下により、電流センサ５０あるいは電圧センサ５２の出力も異常をきたす。すなわち、リレー接続前にこれらのセンサの出力値が正常かどうかを監視することによっても、動作電源電圧Ｖｄ１の低下を検知することができる。

したがって、本発明の実施の形態に従う電源システムの監視装置では、図４に示すようなフローチャートに従って電池監視ユニットの異常検知を実行する。

図４を参照して、制御装置（ＥＣＵ）３０は、ステップＳ１００において、イグニッションスイッチがオンであるかどうかを判定し、イグニッションスイッチのオン期間（ステップＳ１００におけるＹＥＳ判定時）には、以降のステップＳ１１０〜Ｓ１６０による異常検知処理を行なう。一方、イグニッションスイッチのオフ時（ステップＳ１１０におけるＮＯ判定時）には、電源監視ユニットの異常検知処理は終了される。

ステップＳ１１０では、制御装置（ＥＣＵ）３０は、リレー２１〜２３が接続前（オフ）であるかどうか、すなわち負荷２０の起動前であるかどうかを判定する。

リレー接続前には（ステップＳ１１０におけるＹＥＳ判定時）、制御装置（ＥＣＵ）３０は、ステップＳ１２０により、電流センサ５０の出力が正常であるかどうかを判定する。リレー接続前にはバッテリ電流Ｉｂ＝０であることから、電流センサ５０による検出値の絶対値｜Ｉｂ｜が所定の判定値より大きいときに、電流センサ５０の出力が正常範囲を外れていることが検知される。

電流センサ５０の出力が正常範囲を外れている場合（ステップＳ１２０におけるＹＥＳ判定時）には、制御装置（ＥＣＵ）３０は、ステップＳ１３０により、電池監視ユニット４０の動作電源電圧Ｖｄ１が動作保証電圧Ｖｋを下回っているか否かを判定する。そして、制御装置（ＥＣＵ）３０は、Ｖｄ１＜Ｖｋが所定時間以上連続している場合（ステップＳ１３０におけるＹＥＳ判定時）に、動作電源電圧Ｖｄ１が動作保証電圧Ｖｋを下回っていることを検知して、電池監視ユニット４０の電源低下異常を検出する（ステップＳ１４０）。

また、リレー接続後（ステップＳ１１０におけるＮＯ判定時）には、制御装置（ＥＣＵ）３０は、ステップＳ１３０のみによって電池監視ユニット４０の電源低下異常検出を行なう。すなわち、Ｖｄ１＜Ｖｋが所定時間以上連続し、電池監視ユニット４０の動作電源電圧が継続的に低下している場合に、電池監視ユニットの電源低下異常が検出される（ステップＳ１４０）。

制御装置（ＥＣＵ）３０は、ステップＳ１４０によって電池監視ユニットの電源低下異常が検出されたときには（ステップＳ１５０におけるＹＥＳ判定時）、ステップＳ１６０により所定の異常処理を実行する。ステップＳ１６０で実行される異常処理には、二次電池１０と負荷２０とを切り離すためのリレー２１〜２３のオフ要求や、センサ５０，５２，５４の検出値に基づいた各種制御（たとえば二次電池１０の充放電制御等）の中止要求が発生される。

これにより、動作電源電圧が低下した状態での電池監視ユニット４０からの出力（センサ出力を含む）に基づいて、誤った制御動作が実行されて電源システム５が異常動作を行なうことを回避できる。

なお、ステップＳ１２０のＮＯ判定時（｜Ｉｂ｜＜０）、ステップＳ１３０のＮＯ判定時（動作電源電圧Ｖｄ１＞動作保証電圧Ｖｋ）には、電池監視ユニット４０の電源低下異常は検出されない。ステップＳ１１０〜Ｓ１６０による異常検知処理は、イグニッションのオン期間中（ステップＳ１００のＹＥＳ判定時）には、所定周期で繰り返し実行される。また、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１３０を、ステップＳ１１０およびＳ１２０の前に実行する構成としてもよい。

なお、図４に示したフローチャートと本発明の構成との対応関係を説明すれば、ステップＳ１２０が本発明における「第１の検知手段」に対応し、ステップＳ１３０が本発明における「第２の検知手段」に対応する。また、ステップＳ１４０は本発明における「異常検知手段」に対応し、ステップＳ１６０が本発明における「異常時処理手段」に対応する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に従う監視装置によって監視される電源システムの構成例を示す概略ブロック図である。 図１に示した電池監視ユニットおよび各センサへの電源供給構成を説明する図である。 動作電源電圧の低下に対するセンサの異常動作を説明する図である。 本発明の実施の形態に従う監視装置による電池監視ユニットの異常検知を説明するフローチャートである。

符号の説明

５ 電源システム、１０ 二次電池、２０ 負荷、２１〜２３ リレー、２４ 突入電流制限抵抗、３０ 制御回路（ＥＣＵ）、３２ 寄生抵抗、３５ 通信線、４０ 電池監視ユニット、５０ 電流センサ、５２ 電圧センサ（バッテリ電圧）、５４ 温度センサ、５６ 電圧センサ（動作電源電圧）、ＥＬ アースライン、Ｉｂ バッテリ電流（入出力電流）、Ｉｖ，Ｖｖ，Ｔｖ センサ出力電圧、ＰＬ 電源ライン、ＳＲ１〜ＳＲ３ リレー制御信号、Ｔｂ バッテリ温度、Ｖｂ バッテリ電圧、Ｖｄ０ 供給電圧、Ｖｄ１ 動作電源電圧、Ｖｋ 動作保証電圧。

Claims (6)

1. 二次電池と、前記二次電池からの電力供給を受ける負荷と、前記二次電池および前記負荷の間に配置されたリレーとを備えた電源システムの監視装置であって、
   二次電池の状態量を測定するためのセンサと、
   前記センサと共通の動作電源電圧を受けて動作し、前記二次電池の状態を監視するための電池監視ユニットと、
   前記リレーの接続前の状態時に、前記センサによる測定値が所定の正常範囲から外れていることを検知する第１の検知手段と、
   前記動作電源電圧が前記電池監視ユニットの所定の動作保証値を下回っていることを検知する第２の検知手段と、
   前記リレー接続前において、前記第１の検知手段によって前記センサによる測定値が前記正常範囲から外れていることが検知され、かつ、前記第２の検知手段によって前記動作電源電圧が前記動作保証値を下回っていることが検知されたときに、前記電池監視ユニットの異常を検知する異常検知手段とを備える、電源システムの監視装置。
2. 前記第２の検知手段は、前記動作電源電圧が所定期間継続して前記動作保証値以下となったときに、前記動作電源電圧が前記動作保証値を下回っていることを検知する、請求項１記載の電源システムの監視装置。
3. 前記異常検知手段は、前記リレーの接続後には、前記第２の検知手段によって前記動作電源電圧が前記動作保証値を下回っていることが所定期間継続して検知されたときに、前記電池監視ユニットの異常を検知する手段を含む、請求項１記載の電源システムの監視装置。
4. 前記センサは、前記二次電池の入出力電流を測定する電流センサである、請求項１から３のいずれか１項に記載の電源システムの監視装置。
5. 前記異常検知手段によって前記電池監視ユニットの異常が検知されたときに、前記リレーによる接続を禁止する異常時処理手段をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の電源システムの監視装置。
6. 前記異常検知手段によって前記電池監視ユニットの異常が検知されたときに、前記センサの測定値に基づく制御を中止させる異常時処理手段をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の電源システムの監視装置。

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