JP2010104175A - 故障診断回路、電源装置、及び故障診断方法 - Google Patents

故障診断回路、電源装置、及び故障診断方法 Download PDF

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Abstract

【課題】蓄電体の劣化を促進することなく蓄電体の端子電圧を検出する電圧検出部の故障を検出することができる故障診断回路、電源装置、及び故障診断方法を提供する。
【解決手段】蓄電体Ｂの端子電圧を検出する電圧検出部２０１と、蓄電体Ｂに流れる電流を検出する電流検出部２０２と、電流検出部２０２によって検出された電流に基づいて、蓄電体ＢのＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部２４１と、ＳＯＣ算出部２４１によって算出されたＳＯＣが、予め設定された判定値αになったとき、蓄電体Ｂの充電を停止する充電停止部２４２と、充電停止部２４２によって充電が停止された後における、電圧検出部２０１によって検出される端子電圧の変化が、蓄電体ＢのＳＯＣが判定値αのときに予測される変化と異なるとき、電圧検出部２０１に故障が生じていると判定する故障検出部２４３とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電体の端子電圧を検出する電圧検出部の故障を検出する故障診断方法、故障診断回路、及びこれを用いた電源装置に関する。
近年、蓄電体等を用いた蓄電装置は、太陽電池や発電装置と組み合わされ、電源システムとして広く利用されている。発電装置は、風力や水力といった自然エネルギーや内燃機関等の人工的な動力によって駆動される。このような蓄電装置を組み合わせた電源システムは、余剰な電力を蓄電装置に蓄積し、負荷装置が必要な時に蓄電装置から電力を供給することによって、エネルギー効率の向上を図っている。
このようなシステムの一例としては、太陽光発電システムが挙げられる。太陽光発電システムは、太陽光による発電量が、負荷装置の電力消費量に比べて大きい場合には、余剰電力で蓄電装置に充電を行う。逆に、発電量が負荷装置の消費電力より小さい場合には、不足の電力を補うために蓄電装置から出力して、負荷装置を駆動する。
このように、太陽光発電システムにおいては、従来利用されていなかった余剰電力を蓄電装置に蓄積できるため、蓄電装置を用いない電源システムに比べて、エネルギー効率を高めることができる。
このような太陽光発電システムにおいては、蓄電装置が満充電になってしまうと余剰電力を充電できなくなって、損失が生じる。そこで、余剰電力を効率よく蓄電装置に充電するため、蓄電体の充電状態（以下、ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が１００％とならないように、充電制御が行われている。また、必要なときに負荷装置を駆動できるように、ＳＯＣが０（ゼロ）％とならないようにも充電制御が行われている。具体的には、通常、蓄電装置においては、ＳＯＣが２０％〜８０％の範囲で推移するように充電制御が行われている。
また、エンジンとモータとを用いたハイブリット自動車（ＨＥＶ；Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）もこのような原理を利用している。ＨＥＶは、走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、余剰のエンジン出力で発電機を駆動し、蓄電装置を充電する。また、ＨＥＶは、車両の制動や減速時には、モータを発電機として利用することによって蓄電装置を充電する。
さらに、夜間電力を有効活用するために用いられる負荷平準化電源や、プラグインハイブリット車も最近注目されている。負荷平準化電源は、電力消費が少なく、電力料金が安い夜間に蓄電装置に電力を貯蔵し、電力消費がピークとなる日中に、貯蔵した電力を活用するシステムである。電力の消費量を平滑化することにより、電力の発電量を一定にし、電力設備の効率的運用や設備投資の削減に貢献することを目的としている。
また、プラグインハイブリット車は夜間電力を活用し、燃費が悪い市街地走行時には蓄電装置から電力を供給するＥＶ走行を主体とし、長距離走行時には、エンジンとモータを活用したＨＥＶ走行を行うことにより、トータルのＣＯ２の排出量を削減することを目的としている。
ところで、このような蓄電装置は、蓄電体の端子電圧を監視することで、蓄電体の過充電や過放電を防止したり蓄電体に過電圧が印加されるのを防止したりすることで、蓄電体の劣化を低減したり、安全性が低下するおそれを低減したりするようになっている。
そのため、蓄電体の端子電圧を検出する電圧計測系統の回路が故障すると、蓄電体の端子電圧を正しく監視することができず、蓄電体が過放電、過充電されて劣化したり、安全性が低下したりするおそれがある。
そこで、電池を、通常の使用範囲を超える異常判定レベルまで充電してみて、電池の端子電圧から異常を検出できるか否かによって、異常を検出するための電圧検出回路の故障診断を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−３１２８３５号公報
しかしながら、上述の特許文献１に開示の方法では、電圧検出回路の故障診断を行うために、電池を通常の使用範囲を超えるレベルまで充電する必要がある。そのため、故障診断を行うことにより、電池の劣化が促進されてしまうという不都合があった。
本発明の目的は、蓄電体の劣化を促進することなく蓄電体の端子電圧を検出する電圧検出部の故障を検出することができる故障診断回路、電源装置、及び故障診断方法を提供することである。
本発明に係る故障診断回路は、蓄電体の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電体に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された電流に基づいて、前記蓄電体のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部と、前記ＳＯＣ算出部によって算出されたＳＯＣが、予め設定された判定値になったとき、前記蓄電体の充電を停止する充電停止部と、前記充電停止部によって前記充電が停止された後における、前記電圧検出部によって検出される端子電圧の変化が、前記蓄電体のＳＯＣが前記判定値のときに予測される変化と異なるとき、前記電圧検出部に故障が生じていると判定する故障検出部とを備える。
また、本発明に係る故障診断方法は、電圧検出部が、蓄電体の端子電圧を検出する工程と、電流検出部が、前記蓄電体に流れる電流を検出する工程と、ＳＯＣ算出部が、前記電流検出部によって検出された電流に基づいて、前記蓄電体のＳＯＣを算出する工程と、前記充電停止部が、前記ＳＯＣ算出部によって算出されたＳＯＣが予め設定された判定値になったとき、前記蓄電体の充電を停止する工程と、故障検出部が、前記充電停止部によって前記充電が停止された後における、前記電圧検出部によって検出される端子電圧の変化が、前記蓄電体のＳＯＣが前記判定値のときに予測される変化と異なるとき、前記電圧検出部に故障が生じていると判定する工程とを含む。
蓄電体の充電が停止された後における端子電圧の変化は、ＳＯＣに応じて定まる。そこで、この構成によれば、蓄電体に流れる電流に基づいて算出されたＳＯＣが、判定値になったとき、蓄電体の充電が停止される。そして、充電停止部によって充電が停止された後における、電圧検出部によって検出される端子電圧の変化が、蓄電体のＳＯＣが判定値のときに予測される変化と異なったとすれば、電圧検出部によって検出された端子電圧が誤っている可能性が高い。従って、充電停止部によって充電が停止された後における、電圧検出部によって検出される端子電圧の変化が、蓄電体のＳＯＣが判定値のときに予測される変化と異なるとき、電圧検出部に故障が生じていると判定することができる。この場合、蓄電体の端子電圧を検出する電圧検出部の故障診断を行うために、蓄電体を通常の使用範囲を超えるレベルまで充電する必要がないので、蓄電体の劣化を促進することなく電圧検出部の故障を検出することができる。
また、前記判定値は、前記蓄電体を使用するべき目標として予め設定されたＳＯＣの範囲の上限値であることが好ましい。
このように、蓄電体を使用するべき目標として予め設定されたＳＯＣの範囲の上限値を前記判定値として設定することで、故障診断回路による故障診断動作とは無関係に、ＳＯＣを目標範囲で制御するために充電を停止する必要のあるときに充電を停止させて、故障診断を実行することができるので、故障診断のためだけに蓄電体の充電を停止させる必要がなくなる結果、故障診断回路の利便性を向上させることができる。
また、前記判定値は、前記蓄電体が満充電であることを示すＳＯＣの値であることが好ましい。
蓄電体が満充電になった場合、過充電を避けるために充電が停止されるのが一般的である。従って、蓄電体が満充電であることを示すＳＯＣの値を、前記判定値として設定することで、故障診断回路による故障診断動作とは無関係に蓄電体の過充電を避けるために充電を停止する必要のあるときに充電を停止させて、故障診断を実行することができるので、故障診断のためだけに蓄電体の充電を停止させる必要がなくなる結果、故障診断回路の利便性を向上させることができる。
また、前記故障検出部は、前記充電が停止された後における、前記電圧検出部によって検出される端子電圧の所定時間あたりの変化量が、予め設定された基準範囲外である場合、前記電圧検出部に故障が生じていると判定することが好ましい。
充電が停止された後における蓄電体の検出される端子電圧の所定時間あたりの変化量は、ＳＯＣが所定値のときの蓄電体の端子電圧よりも、蓄電体の特性バラツキ等の影響によるバラツキが少なく安定している。そこで、充電が停止された後における、電圧検出部によって検出される端子電圧の所定時間あたりの変化量が、予め設定された基準範囲外である場合に、電圧検出部に故障が生じていると判定することで、ＳＯＣが所定値のときに電圧検出部で得られた蓄電体の端子電圧を、予め設定された基準値と単純に比較して故障を診断するよりも、故障診断の精度が向上する。
また、前記蓄電体は、充電を停止した後における端子電圧の所定時間あたりの低下量が、ＳＯＣが増大するほど大きくなるものであることが好ましい。
この構成によれば、判定値を大きな値に設定し、ＳＯＣが大きいときに充電を停止させることで、充電を停止した後において、予測される端子電圧の所定時間あたりの低下量が増大する。そうすると、充電停止部によって前記充電が停止された後において、電圧検出部によって検出される端子電圧の変化と比較するべき基準となる、予測される変化が増大する結果、故障検出部による故障の判定精度が向上する。
また、前記蓄電体は、正極活物質として、オリビン系リチウム複合リン酸塩を用いたリチウムイオン二次電池であることが好ましい。
正極活物質として、オリビン系リチウム複合リン酸塩を用いたリチウムイオン二次電池は、充電を停止したときに生じる端子電圧の低下量が、ＳＯＣが大きいほど大きくなるので、上述の蓄電体として好適である。
また、前記正極活物質は、ＬｉＸＡＹＢＺＰＯ４（Ａは、Ｍｅ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのうち少なくとも一種、Ｂは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂのうち少なくとも一種、０＜Ｘ≦１、０．９≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦０．１）であることが好ましい。
正極活物質として、ＬｉＸＡＹＢＺＰＯ４（Ａは、Ｍｅ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのうち少なくとも一種、Ｂは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂのうち少なくとも一種、０＜Ｘ≦１、０．９≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦０．１）を用いたリチウムイオン二次電池は、充電を停止したときに生じる端子電圧の低下量が、ＳＯＣが大きいほど大きくなるので、上述の蓄電体として好適である。
また、前記蓄電体に充電電流を供給して充電する充電部をさらに備え、前記充電停止部は、前記充電部による充電中に、前記ＳＯＣ算出部によって算出されたＳＯＣが予め設定された判定値以上になったとき、前記充電部による前記蓄電体の充電を停止させることが好ましい。
この構成によれば、充電部によって、蓄電体を充電状態にすることができる。そして、充電停止部は、充電部による充電中に、ＳＯＣ算出部によって算出されたＳＯＣが予め設定された判定値以上になったとき、充電部によって充電を停止させることで、蓄電体を充電状態から充電停止状態に変化させて、故障検出部による故障判定を実行可能にすることができる。
また、前記充電停止部は、前記電流検出部によって検出される電流が、前記蓄電体を充電する方向の電流であるときに、前記ＳＯＣ算出部によって算出されたＳＯＣが予め設定された判定値以上になったとき、前記蓄電体の充電を停止することが好ましい。
この構成によれば、充電停止部は、電流検出部によって検出される電流に基づいて、故障検出とは無関係に蓄電体が充電中であることを検出することができ、そしてＳＯＣ算出部によって算出されたＳＯＣが予め設定された判定値以上になったとき、蓄電体の充電を停止することで故障検出部による故障判定を実行可能にするので、故障判定のためだけに蓄電体を充電する必要がない。
また、前記蓄電体は、複数であり、前記電圧検出部は、前記各蓄電体の端子電圧をそれぞれ検出し、前記故障検出部は、前記充電停止部によって前記充電が停止された後における、前記電圧検出部によって検出される各端子電圧の変化が、前記各蓄電体のＳＯＣが前記判定値のときに予測される変化と異なるとき、前記電圧検出部に故障が生じていると判定することが好ましい。
この構成によれば、複数の蓄電体を備え、電圧検出部が各蓄電体の端子電圧をそれぞれ検出する構成である場合においても、当該電圧検出部の故障を検出することができる。
また、本発明に係る電源装置は、上述の故障診断回路と、前記蓄電体とを備える。
この構成によれば、蓄電体を備えた電源装置において、蓄電体の端子電圧を検出する電圧検出部の故障診断を行うために、蓄電体を通常の使用範囲を超えるレベルまで充電する必要がないので、蓄電体の劣化を促進することなく電圧検出部の故障を検出することができる。
このような構成の故障診断回路、電源装置、及び故障診断方法によれば、蓄電体の端子電圧を検出する電圧検出部の故障診断を行うために、蓄電体を通常の使用範囲を超えるレベルまで充電する必要がないので、蓄電体の劣化を促進することなく電圧検出部の故障を検出することができる。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る故障診断方法を用いた故障診断回路、及びこの故障診断回路を備えた電源装置、電源システムの構成の一例を示すブロック図である。
図１に示す電源システム１は、電源装置２と、発電装置１００と、負荷装置２００とを備えて構成されている。電源装置２は、例えば、電池パック、無停電電源装置、自然エネルギーを活用した発電装置やエンジンを動力源とする発電装置の余剰電力を蓄電する電力調整用の蓄電装置、及び負荷平準化電源等、種々の電源装置として用いられる。
負荷装置２００は、発電装置１００や電源装置２から電力供給を受ける負荷装置である。
発電装置１００は、具体的には、例えば、太陽光発電装置（太陽電池）などの自然エネルギーを活用した発電装置やエンジンを動力源とする発電機などである。なお、電源装置２は、発電装置１００の代わりに商用電源から電力供給を受ける構成であってもよい。
電源装置２は、蓄電装置１０と、故障診断回路２０と、及び充放電制御回路３０とを備えている。また、故障診断回路２０は、電圧検出部２０１、電流検出部２０２、及び制御部２０４を備えている。
蓄電装置１０は、例えば、直列に接続されたＮ個の蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮと、電流センサ１２とが直列接続されて図略の筐体（ボックス）に収容された電池パックとして構成されている。また、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのそれぞれは、複数個の蓄電素子１１が直列に接続されて構成された電池ブロックである。以下、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮを、蓄電体Ｂと略称する。
電流センサ１２は、例えば、蓄電体Ｂと直列接続された抵抗素子や電流変成器等で構成されており、蓄電体Ｂを流れる電流を検出し、その電流値を電圧信号として電流検出部２０２へ出力する。
蓄電素子１１としては、ニッケル水素電池などのアルカリ蓄電池、リチウムイオン電池などの有機電池、及び電気二重層キャパシタなどのキャパシタ、等の蓄電素子を用いることができる。
図２は、正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩の一例であるＬｉＦｅＰＯ４を用いたリチウムイオン二次電池に充電電流を流した後、充電電流をゼロにしたとき（充電を停止したとき）の、端子電圧（ＯＣＶ）の変化を説明するための説明図である。グラフＧ１はＳＯＣが１００％で充電を停止した場合を示し、グラフＧ２はＳＯＣが７０％で充電を停止した場合を示している。図２の縦軸は、当該二次電池の端子電圧（ＯＣＶ）を示し、横軸は、充電を停止してからの経過時間を示している。
蓄電素子１１は、図２のグラフＧ１，Ｇ２に示すように、充電停止後定常値になるまでの端子電圧の低下量（所定時間での低下量）が、蓄電量（ＳＯＣ）が増大するほど、すなわち満充電に近いほど大きい蓄電素子が用いられている。
具体的には、蓄電素子１１として、例えば正極活物質として、オリビン系リチウム複合リン酸塩の一例であるＬｉＦｅＰＯ４を用いたリチウムイオン二次電池を好適に用いることができる。なお、正極活物質は、例えば、ＬｉXＡＹＢＺＰＯ４（Ａは、Ｍｅ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのうち少なくとも一種、Ｂは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂのうち少なくとも一種、０＜Ｘ≦１、０．９≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦０．１）であってもよく、より好ましくはＬｉｘＦｅＰＯ４（０＜ｘ≦１）であってもよい。
本願発明者らは、図２に示すように、正極活物質としてＬｉＦｅＰＯ４を用いたリチウムイオン二次電池は、充電を停止した後における端子電圧の所定時間あたりの低下量が、ＳＯＣが大きくなるほど大きくなる性質を有することを、実験的に見出した。
すなわち、充電を停止する直前の端子電圧と、充電を停止してから所定時間経過後の端子電圧との差は、図２に示すように、蓄電素子１１のＳＯＣが小さいとき（グラフＧ２）よりも、蓄電素子１１が満充電のとき（グラフＧ１）の方が大きくなることを、実験的に見出した。換言すると、充電を停止した後の端子電圧の低下カーブの傾き、すなわち充電を停止した後における端子電圧の所定時間あたりの低下量は、図２に示すように、蓄電素子１１のＳＯＣが小さいとき（グラフＧ２）よりも、蓄電素子１１が満充電のとき（グラフＧ１）の方が大きくなる。
なお、オリビン系リチウム複合リン酸塩を用いた二次電池は蓄電素子１１の一例であり、蓄電素子１１としては、他の種々の二次電池を用いることができる。また、蓄電体の数、蓄電素子１１の数、接続状態は、特に限定されるものではない。例えば、各蓄電体は、複数の蓄電素子１１が直列、並列、あるいは直列と並列とが組み合わされて接続されることにより、構成されていてもよい。また、各蓄電体が、それぞれ一つの蓄電素子１１であってもよい。また、蓄電装置１０の構成も上記に限定されるものではない。
充放電制御回路３０は、例えば発電装置１００で生じた余剰電力や負荷装置２００で発生する回生電力を蓄電装置１０へ充電する。また、負荷装置２００の消費電流が急激に増大したり、または、発電装置１００の発電量が低下し、負荷装置２００が要求する電力が発電装置１００の出力を超えたりすると、充放電制御回路３０によって、蓄電装置１０から不足した電力が負荷装置２００へ供給される。
また、充放電制御回路３０は、制御部２０４からの制御信号に応じて、蓄電装置１０の充電を停止したり、許可したりするようになっている。この場合、充放電制御回路３０や、あるいは発電装置１００が、充電部の一例に相当している。
このように、充放電制御回路３０によって蓄電装置１０の充放電が制御されることで、通常の場合、蓄電装置１０のＳＯＣが２０〜８０％程度の範囲になるようにされている。あるいは、夜間電力の有効活用をした負荷平準化電源やプラグインハイブリット車などでは、蓄電装置１０が、ＳＯＣ １００％の状態まで充電されて、負荷装置２００でエネルギーが必要な時に放電されるようになっている。
電圧検出部２０１は、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを検出し、その検出値を制御部２０４へ出力する電圧検出回路である。電圧検出部２０１は、例えばアナログデジタルコンバータと、制御部２０４からの制御信号に応じて蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮのうち、いずれか一つを選択し、アナログデジタルコンバータへ出力する切換回路とを用いて構成することができる。
電流センサ１２は、例えば、蓄電体Ｂと直列接続されたシャント抵抗や電流変成器等で構成されており、蓄電体Ｂを流れる電流を検出し、その電流値を電圧信号として電流検出部２０２へ出力する。電流検出部２０２は、例えばアナログデジタルコンバータを用いて構成されており、電流センサ１２で得られた電流値を示す電圧を、デジタル値に変換し、充放電電流値Ｉｄとして制御部２０４へ出力する。充放電電流値Ｉｄは、例えば、蓄電体Ｂの充電方向の電流をプラス（正）の値で示し、蓄電体Ｂの放電方向の電流をマイナス（負）の値で示すようになっている。
制御部２０４は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、タイマ回路２４４と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。
そして、制御部２０４は、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、ＳＯＣ算出部２４１、充電停止部２４２、及び故障検出部２４３として機能する。なお、充放電制御回路３０や負荷装置２００が、制御部２０４の一部、又は全部を含んで構成されていてもよい。
ＳＯＣ算出部２４１は、電流検出部２０２から出力された充放電電流値Ｉｄを、継続的に積算することによって、積算電荷量Ｑを算出する。この積算の際、充放電電流値Ｉｄは、充電方向が正の値、放電方向が負の値を有するので、充電時は充電電荷が加算され、放電値は放電電荷が減算されて、蓄電体Ｂに充電されている積算電荷量Ｑが算出されるようになっている。
また、ＳＯＣ算出部２４１は、充電時、すなわち充放電電流値Ｉｄが正の値を有するときは、充放電電流値Ｉｄに充電効率（１よりも小さい係数、例えば０．８）を乗算してから積算することで、積算電荷量Ｑの算出精度を向上させるようになっている。そして、ＳＯＣ算出部２４１は、例えば蓄電装置１０の満充電容量に対する積算電荷量Ｑの比率を算出することで、蓄電装置１０のＳＯＣを算出する。
なお、ＳＯＣ算出部２４１は、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのＳＯＣをそれぞれＳＯＣ１，ＳＯＣ２，・・・，ＳＯＣＮとして電池ブロック毎に算出するようにしてもよく、蓄電素子１１毎にＳＯＣを算出するようにしてもよく、蓄電装置１０全体のＳＯＣを一括して算出するようにしてもよい。
また、ＳＯＣ算出部２４１は、蓄電装置１０の温度を検出し、蓄電装置１０の温度が大きく変化する場合などには、例えば温度による充電効率の変化等を考慮して、積算電荷量Ｑの算出値を補正することが好ましい。
充電停止部２４２は、ＳＯＣ算出部２４１によって算出されたＳＯＣが、予め設定された判定値α以上になったとき、充放電制御回路３０へ制御信号を出力し、充放電制御回路３０から蓄電装置１０への電流供給を停止させることで、蓄電体Ｂの充電を停止する。
判定値αは、例えば蓄電体Ｂを使用するべき目標として予め設定されたＳＯＣの範囲の上限値が設定されている。例えば、電源装置２が、電力調整用の電源装置である場合など、ＳＯＣが２０〜８０％の範囲で使用される場合、判定値αとして８０％を好適に用いることができる。また、例えば、電源装置２が、負荷平準化電源やプラグインハイブリット車で用いられる電源装置である場合など、ＳＯＣを１００％、すなわち蓄電体Ｂを満充電して用いる場合、判定値αとして１００％を好適に用いることができる。
このように、蓄電体Ｂを使用するべき目標として予め設定されたＳＯＣの範囲の上限値を判定値αとして設定することで、故障診断回路２０による故障診断動作とは無関係に、ＳＯＣを目標範囲で制御するために充電を停止する必要のあるときに充電を停止させて、故障診断を実行することができるので、故障診断のためだけに充電を停止させる必要がなくなる結果、電源装置２の利便性を向上させることができる。
特に、蓄電素子１１として、充電を停止した後における端子電圧の所定時間あたりの低下量が、ＳＯＣが大きくなるほど大きくなる蓄電素子を用いた場合には、蓄電体Ｂが通常使用されるＳＯＣの範囲内で可能な限り満充電に近いとき、すなわち充電を停止した後における端子電圧の所定時間あたりの低下量が、可能な限り大きくなるときに、当該端子電圧の変化に基づいて、故障検出部２４３により電圧検出部２０１の故障検出が実行されるので、相対的に大きな変化に基づいて故障を判断することができる結果、故障検出の検出精度を向上させることができる。
故障検出部２４３は、充電停止部２４２によって充電が停止された後における、電圧検出部２０１によって検出される端子電圧の変化に基づいて、電圧検出部２０１の故障を検出する。すなわち、蓄電素子１１は、例えば図２のグラフＧ１，Ｇ２に示すように、充電停止後の端子電圧の変化が、ＳＯＣに応じて異なる。
そこで、電流センサ１２や電流検出部２０２によって検出された充放電電流値Ｉｄに基づいてＳＯＣ算出部２４１によって算出されたＳＯＣが判定値αになったとき、充電停止後に電圧検出部２０１によって検出される端子電圧が、変化しなかったり、あるいはＳＯＣが判定値αのときに予測される変化と異なる変化をしたりした場合、電圧検出部２０１に故障が生じている可能性が高いことから、電圧検出部２０１の故障を検出することができる。
この場合、充電が停止された後における電圧検出部２０１によって検出される端子電圧の変化は、ＳＯＣが所定値、例えば判定値αのときの蓄電体Ｂの端子電圧よりも、蓄電体の特性バラツキ等の影響によるバラツキが少なく安定しているため、ＳＯＣが判定値αのときに電圧検出部２０１で得られた蓄電体Ｂの端子電圧を、予め設定された基準値と単純に比較して故障を診断するよりも、故障診断の精度が向上する。
タイマ回路２４４は、電圧検出部２０１によって、周期的に、例えば単位時間毎に端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを検出させて、単位時間あたりの電圧変化量を算出したり、充電停止からの経過時間を計時したりするために用いられる。
次に、図１に示す電源装置２の動作について説明する。図３は、図１に示す電源装置２の動作の一例を示すフローチャートである。まず、電流検出部２０２によって、蓄電体Ｂに流れる電流の充放電電流値Ｉｄが検出され（ステップＳ１）、この充放電電流値ＩｄがＳＯＣ算出部２４１によって積算されて、蓄電体ＢのＳＯＣが算出される（ステップＳ２）。
次に、充電停止部２４２によって、充放電電流値Ｉｄがゼロと比較される（ステップＳ３）。そして、充放電電流値Ｉｄがゼロ以下、すなわち蓄電体Ｂが充電されていない場合（ステップＳ３でＮＯ）、再びステップＳ１〜Ｓ３を繰り返す一方、充放電電流値Ｉｄがゼロを超えて蓄電体Ｂを充電する方向を示す場合、すなわち蓄電体Ｂが充電中の場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ４へ移行する。
なお、ステップＳ３において、充放電電流値Ｉｄに基づいて蓄電体Ｂが充電中か否かを判定する例を示したが、例えば、充放電制御回路３０から蓄電体Ｂが充電中か否かを示す信号を取得し、この信号が蓄電体Ｂの充電中を示す場合にステップＳ４へ移行する構成としてもよい。
ステップＳ４において、充電停止部２４２によって、ＳＯＣ算出部２４１で算出されたＳＯＣが、判定値αと比較される（ステップＳ４）。そして、ＳＯＣが判定値αに満たなければ（ステップＳ４でＮＯ）再びステップＳ１〜Ｓ３を繰り返す一方、ＳＯＣが判定値α以上であれば（ステップＳ４でＹＥＳ）、ステップＳ５へ移行する。
ステップＳ５において、充電停止部２４２によって、充電停止を指示する信号が充放電制御回路３０へ出力され、充放電制御回路３０によって、蓄電装置１０への電流供給が停止されて蓄電体Ｂの充電が停止する（ステップＳ５）。
次に、故障検出部２４３によって、充電停止部２４２によって充電が停止された直後において、電圧検出部２０１によって検出される端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの所定時間、例えば単位時間あたりの変化量が、電圧低下速度ｄＶ１／ｄｔ、ｄＶ２／ｄｔ、・・・、ｄＶＮ／ｄｔとして算出される（ステップＳ６）。
ここで、図２のグラフＧ１に示すように、端子電圧の所定時間あたりの変化量、すなわちグラフＧ１の傾きは、充電が停止された直後において最も大きいから、充電停止部２４２によって充電が停止された直後においてステップＳ６を実行することで、充電停止後時間が経過してからステップＳ６を実行する場合と比べて電圧低下速度ｄＶ１／ｄｔ、ｄＶ２／ｄｔ、・・・、ｄＶＮ／ｄｔの値が大きくなる結果、後述するステップＳ８における故障判定の精度が向上する。
次に、故障検出部２４３によって、変数ｎに「１」が代入される（ステップＳ７）。そして、故障検出部２４３によって、電圧低下速度ｄＶｎ／ｄｔの絶対値が基準値γと比較される（ステップＳ８）。
ここで、蓄電素子１１の端子電圧は、例えば図２に示すように充電を停止した後変化するから、電圧検出部２０１が故障していなければ、電圧検出部２０１によって検出される端子電圧Ｖｎも少なくとも何らかの変化をすることが予測される。そこで、基準値γとしては、例えば電圧検出部２０１の検出誤差を吸収できる程度の値が設定されている。
そうすると、電圧低下速度ｄＶｎ／ｄｔの絶対値が基準値γより小さければ（ステップＳ８でＹＥＳ）、電圧検出部２０１によって検出された端子電圧Ｖｎが実質的に変化せず、予測される変化が得られなかったことになるから、故障検出部２４３は、電圧検出部２０１に故障が生じていると判定し（ステップＳ９）、例えば充放電制御回路３０による充電を禁止したり（ステップＳ１０）、当該故障を報知したりした後、処理を終了する。
ここで、充電を停止した後における蓄電素子１１の端子電圧の所定時間あたりの低下量は、例えば図２に示すように、ＳＯＣが小さくなるほど小さいため、もし仮にＳＯＣが非常に小さいときにステップＳ５以降の処理を実行すると、電圧低下速度ｄＶｎ／ｄｔの絶対値が非常に小さくなる結果、誤って電圧検出部２０１が故障していると判定してしまうおそれがある。
しかし、電源装置２によれば、ステップＳ４を実行することにより、蓄電体ＢのＳＯＣは、蓄電体Ｂを使用するべき目標として予め設定されたＳＯＣの範囲の上限値、例えば１００％や８０％といった比較的大きな値になっているので、電圧検出部２０１が故障していない場合に電圧低下速度ｄＶｎ／ｄｔの絶対値として基準値γより大きな値が得られる確実性が向上する結果、誤って電圧検出部２０１が故障していると判定してしまうおそれが低減される。
これにより、電圧検出部２０１の故障によって端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが正しく検出できないために、安全性が低下したり蓄電体Ｂの劣化が進んだりするおそれが低減される。
一方、電圧低下速度ｄＶｎ／ｄｔの絶対値が基準値γ以上であれば（ステップＳ８でＮＯ）、充電の停止に伴う端子電圧Ｖｎの変化が、電圧検出部２０１によって検出されたことになるから、故障検出部２４３は、他の蓄電体の端子電圧が正しく検出できているか否かを確認するべく変数ｎに「１」を加算する（ステップＳ１１）。
そして、故障検出部２４３は、変数ｎと蓄電体数Ｎとを比較する（ステップＳ１２）。そして、変数ｎが蓄電体数Ｎ以下であれば（ステップＳ１２でＮＯ）、他の蓄電体に対応する端子電圧の検出動作を検査するべくステップＳ８〜Ｓ１２を繰り返す。
一方、変数ｎが蓄電体数Ｎを超えていれば（ステップＳ１２でＹＥＳ）、すべての蓄電体に対応する端子電圧の検出動作が終了したからステップＳ１３へ移行して、電圧検出部２０１は故障していないと判定し（ステップＳ１３）、処理を終了する。
なお、ステップＳ８において、故障を検出するための基準範囲を、基準値γ以上とする例を示したが、基準値γの代わりに、例えば蓄電体ＢのＳＯＣが判定値αであるときに充電が停止された直後に得られる電圧低下速度ｄＶｎ／ｄｔの予測される上限値と下限値とを例えば実験的に求められて設定し、電圧低下速度ｄＶｎ／ｄｔがこの上限値と下限値で示される基準範囲外となったとき、電圧検出部２０１に故障が生じていると判定するようにしてもよい。
この場合、電圧検出部２０１によって、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの変化が検出できるか否かというだけでなく、検出される変化の程度によっても故障を検出することができるので、故障検出精度が向上する。
以上、ステップＳ１〜Ｓ１３の処理によれば、上述の特許文献１に開示の方法のように、蓄電体Ｂを、通常の使用範囲を超える異常判定レベルまで充電してみる必要がないので、蓄電体Ｂの劣化を促進することなく蓄電体Ｂの端子電圧を検出する電圧検出部２０１の故障を検出することができ、蓄電体Ｂを長寿命化したり、安全性を向上したりすることが容易である。
なお、充電停止部２４２によって充電が停止された後において、電圧検出部２０１によって検出される端子電圧の変化の検出方法、及び判定方法は、特に限定されることはなく、種々の方法を用いることができる。
例えば、故障検出部２４３は、充電が停止された後、所定時間あたりの端子電圧の変化量が予め設定された設定変化量になるまでの時間が、予め設定された基準範囲外である場合、電圧検出部２０１に故障が生じていると判定するようにしてもよい。
また、故障検出部２４３は、充電が停止されてから予め設定された設定時間が経過するまでの間における、電圧検出部２０１によって検出される端子電圧の変化量が、予め設定された基準範囲外である場合、電圧検出部２０１に故障が生じていると判定するようにしてもよい。
また、故障検出部２４３は、充電が停止されてからの電圧検出部２０１によって検出される端子電圧の変化量が、予め設定された設定変化量になるまでの時間が、予め設定された基準範囲外である場合、電圧検出部２０１に故障が生じていると判定するようにしてもよい。
また、故障検出部２４３は、充電が停止されてから、電圧検出部２０１によって検出される端子電圧が定常状態になるまでの当該端子電圧の変化量が、予め設定された基準範囲外である場合、電圧検出部２０１に故障が生じていると判定するようにしてもよい。
また、故障検出部２４３は、充電が停止されてから、電圧検出部２０１によって検出される端子電圧が定常状態になるまでの時間が、予め設定された基準範囲外である場合、電圧検出部２０１に故障が生じていると判定するようにしてもよい。
なお、図１に示す電源装置２の構成は上記に限定されるものではなく、同等の機能を有するものであればかまわない。例えば、制御部２０４は、上述の各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって実現することができる。
更に、充放電制御回路３０が、制御部２０４としても機能する態様が考えられる。この態様においては、制御部２０４は、充放電制御回路３０を構成するマイクロコンピュータに、図３に示す各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって、実現することができる。
また、制御部２０４が、故障検出部２４３として機能するものに限定するものでなく、制御部２０４から蓄電素子情報を得て充放電制御回路３０や負荷装置２００が故障検出部２４３として機能する構成であってもよく、その他であっても問題ない。今回開示した本発明の実施の形態は、例示であってこれに限定されるものではない。
本発明に係る故障診断回路、これを用いた電源装置、及び故障診断方法は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等の電池搭載装置、システム等において、好適に利用することができる。
本発明の一実施形態に係る故障診断方法を用いた故障診断回路、及びこの故障診断回路を備えた電源装置の構成の一例を示すブロック図である。 蓄電素子に充電電流を流した後、充電電流をゼロにしたときの、端子電圧の変化を説明するための説明図である。 図１に示す電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。
符号の説明
１ 電源システム
２ 電源装置
１０ 蓄電装置
１１ 蓄電素子
１２ 電流センサ
２０ 故障診断回路
３０ 充放電制御回路
１００ 発電装置
２００ 負荷装置
２０１ 電圧検出部
２０２ 電流検出部
２０４ 制御部
２４１ ＳＯＣ算出部
２４２ 充電停止部
２４３ 故障検出部
２４４ タイマ回路
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮ 蓄電体
Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮ 端子電圧
Ｉｄ 充放電電流値

Claims (12)

  1. 蓄電体の端子電圧を検出する電圧検出部と、
    前記蓄電体に流れる電流を検出する電流検出部と、
    前記電流検出部によって検出された電流に基づいて、前記蓄電体のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部と、
    前記ＳＯＣ算出部によって算出されたＳＯＣが、予め設定された判定値になったとき、前記蓄電体の充電を停止する充電停止部と、
    前記充電停止部によって前記充電が停止された後における、前記電圧検出部によって検出される端子電圧の変化が、前記蓄電体のＳＯＣが前記判定値のときに予測される変化と異なるとき、前記電圧検出部に故障が生じていると判定する故障検出部と
    を備えることを特徴とする故障診断回路。
  2. 前記判定値は、
    前記蓄電体を使用するべき目標として予め設定されたＳＯＣの範囲の上限値であること
    を特徴とする請求項１記載の故障診断回路。
  3. 前記判定値は、
    前記蓄電体が満充電であることを示すＳＯＣの値であること
    を特徴とする請求項２記載の故障診断回路。
  4. 前記故障検出部は、
    前記充電が停止された後における、前記電圧検出部によって検出される端子電圧の所定時間あたりの変化量が、予め設定された基準範囲外である場合、前記電圧検出部に故障が生じていると判定すること
    を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の故障診断回路。
  5. 前記蓄電体は、
    充電を停止した後における端子電圧の所定時間あたりの低下量が、ＳＯＣが増大するほど大きくなるものであること
    を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の故障診断回路。
  6. 前記蓄電体は、
    正極活物質として、オリビン系リチウム複合リン酸塩を用いたリチウムイオン二次電池であること
    を特徴とする請求項５記載の故障診断回路。
  7. 前記正極活物質は、
    ＬｉＸＡＹＢＺＰＯ４
    （Ａは、Ｍｅ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのうち少なくとも一種、
    Ｂは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂのうち少なくとも一種、０＜Ｘ≦１、０．９≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦０．１）であること
    を特徴とする請求項６記載の故障診断回路。
  8. 前記蓄電体に充電電流を供給して充電する充電部をさらに備え、
    前記充電停止部は、
    前記充電部による充電中に、前記ＳＯＣ算出部によって算出されたＳＯＣが予め設定された判定値以上になったとき、前記充電部による前記蓄電体の充電を停止させること
    を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の故障診断回路。
  9. 前記充電停止部は、
    前記電流検出部によって検出される電流が、前記蓄電体を充電する方向の電流であるときに、前記ＳＯＣ算出部によって算出されたＳＯＣが予め設定された判定値以上になったとき、前記蓄電体の充電を停止すること
    を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の故障診断回路。
  10. 前記蓄電体は、複数であり、
    前記電圧検出部は、前記各蓄電体の端子電圧をそれぞれ検出し、
    前記故障検出部は、
    前記充電停止部によって前記充電が停止された後における、前記電圧検出部によって検出される各端子電圧の変化が、前記各蓄電体のＳＯＣが前記判定値のときに予測される変化と異なるとき、前記電圧検出部に故障が生じていると判定すること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の故障診断回路。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の故障診断回路と、
    前記蓄電体と
    を備えることを特徴とする電源装置。
  12. 電圧検出部が、蓄電体の端子電圧を検出する工程と、
    電流検出部が、前記蓄電体に流れる電流を検出する工程と、
    ＳＯＣ算出部が、前記電流検出部によって検出された電流に基づいて、前記蓄電体のＳＯＣを算出する工程と、
    前記充電停止部が、前記ＳＯＣ算出部によって算出されたＳＯＣが予め設定された判定値になったとき、前記蓄電体の充電を停止する工程と、
    故障検出部が、前記充電停止部によって前記充電が停止された後における、前記電圧検出部によって検出される端子電圧の変化が、前記蓄電体のＳＯＣが前記判定値のときに予測される変化と異なるとき、前記電圧検出部に故障が生じていると判定する工程と
    を含むことを特徴とする故障診断方法。
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