JP2012085415A - 電源システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷に対して並列に接続された複数の蓄電装置を有する電源システムにおいて、蓄電装置内部の短絡故障が発生した場合に、回路の複雑さの増加を抑制しつつ、故障が発生した蓄電装置を保護する。
【解決手段】電源システム１００は、負荷装置２００に対して並列に接続された複数の蓄電装置１１０，１２０と、ＥＣＵ３００とを備える。ＥＣＵ３００は、複数の蓄電装置１１０，１２０の各々に生じる起電圧を推定するとともに、複数の蓄電装置のうちのいずれかにおいて短絡故障が発生した場合に、推定された起電圧の差に基づいて生じる蓄電装置間に流れるループ電流を低減するように、負荷装置２００に供給する電流を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、負荷に並列に接続された蓄電装置において、蓄電装置内部に短絡が生じた場合の蓄電装置の保護制御に関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて、モータによって発生する駆動力により走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。

そして、このような車両において、電力による走行距離をさらに延ばすために、複数の蓄電装置が駆動装置などの負荷に並列に設けられる構成を有する場合がある。このような構成では、一般的に、各蓄電装置はほぼ同じ起電力となるように設計される。

しかしながら、蓄電装置内部に積層されたセルに短絡故障が発生した場合には、当該故障が発生した蓄電装置の起電力が低下する。そうすると、並列接続された他の蓄電装置の起電力との差が生じるために、故障が発生した蓄電装置以外の蓄電装置からの電流の流れ込みが生じ得る。これによって、当該故障に発生した蓄電装置が過充電や発熱が生じ、蓄電装置の破損や劣化をもたらす要因となり得る。

特許第３３３０５１７号公報（特許文献１）には、上記のように負荷に対して並列に接続された蓄電装置を備える回路において、蓄電装置内の個々のセルの電圧を検出するとともに、検出された各セルの電圧によって短絡異常が発生したことが検出されると、当該異常となった蓄電装置と負荷との間に設けられたスイッチ素子を用いて、当該異常となった蓄電装置を負荷から切り離す構成を開示する。

特許第３３３０５１７号公報 特開２０００−１０２１８５号公報

特許第３３３０５１７号公報（特許文献１）に開示された構成においては、異常が発生した蓄電装置を、負荷および他の蓄電装置から切り離すことが可能であり、それによって、異常が発生した蓄電装置に起因する他の機器への影響が排除される。

しかしながら、特許第３３３０５１７号公報（特許文献１）に開示された構成においては、負荷および他の蓄電装置から切り離すためのスイッチ素子をそれぞれの蓄電装置に対して設けることが必要となり、回路の複雑さが増加するとともにコストの増加につながるおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、負荷に対して並列に接続された複数の蓄電装置を有する電源システムにおいて、蓄電装置内部の短絡故障が発生した場合に、回路の複雑さの増加を抑制しつつ、故障が発生した蓄電装置を保護する構成を提供することである。

本発明による電源システムは、複数の蓄電装置と、制御装置とを備え、負荷装置に電力を供給する。蓄電装置は、複数のセルが積層され、負荷装置に対して並列に接続される。制御装置は、複数の蓄電装置の出力電圧に基づいて複数の蓄電装置のそれぞれに生じる起電圧を推定する。また、制御装置は、複数の蓄電装置の電圧に関する情報に基づいて複数の蓄電装置のうちのいずれかにおけるセルに短絡が生じたことが検出された場合に、推定された起電圧の差に起因して生じる複数の蓄電装置間に流れるループ電流を低減するための、負荷装置に追加的に供給する放電電流を設定する。

好ましくは、制御装置は、放電電流が予め定められたしきい値を上回る場合は、放電電流が追加された駆動電流が負荷装置に供給されるように負荷装置を制御する。一方、制御装置は、放電電流がしきい値を下回る場合は、放電電流が追加されない駆動電流が負荷装置に供給されるように負荷装置を制御する。

好ましくは、電源システムは、複数の蓄電装置と負荷装置とを結ぶ経路に設けられ、複数の蓄電装置から負荷装置への電力の供給と遮断とを切換えることができるように構成された切換部をさらに備える。そして、制御装置は、放電電流がしきい値を下回る場合は、複数の蓄電装置から負荷装置への電力を遮断するように切換部を制御する。

好ましくは、しきい値は、ループ電流に起因して生じる蓄電装置の過充電および発熱が、蓄電装置の機能の低下に至らない許容範囲に基づいて定められる。

好ましくは、制御装置は、複数の蓄電装置からの出力電圧と、負荷装置へ供給される電流とに基づいて起電圧を推定する。

好ましくは、制御装置は、推定された起電圧の差が基準値を上回る場合に、短絡が生じたことを検出する。

好ましくは、複数のセルは、少なくとも１つのセルを含む複数のグループに分割される。電源システムは、複数のグループの各々についての電圧を検出するための電圧検出部をさらに備える。そして、制御装置は、電圧検出部によって、複数のグループのうちのいずれかについての電圧が基準値を下回る場合に、短絡が生じたことを検出する。

好ましくは、制御装置は、起電圧の差、複数の蓄電装置の温度、および複数の蓄電装置の充電状態に基づいて放電電流を演算する。

好ましくは、制御装置は、予め定められたマップを用いて放電電流を演算する。
本発明による電源システムの制御方法は、複数のセルが積層され、負荷装置に対して並列に接続された複数の蓄電装置から、負荷装置に電力を供給するための電源システムの制御を行なう。制御方法は、複数の蓄電装置の出力電圧に基づいて、複数の蓄電装置のそれぞれに生じる起電圧を推定するステップと、複数の蓄電装置の電圧に関する情報に基づいて、複数の蓄電装置のうちのいずれかにおけるセルに短絡が生じたことを検出するステップと、短絡が検出された場合に、推定された起電圧の差に起因して生じる複数の蓄電装置間に流れるループ電流を演算するステップと、ループ電流を低減するために、負荷装置に追加的に供給する放電電流を設定するステップとを備える。

好ましくは、放電電流を設定するステップは、放電電流が予め定められたしきい値を上回る場合は、放電電流が追加された駆動電流が負荷装置に供給されるように負荷装置を制御する。一方、放電電流を設定するステップは、放電電流がしきい値を下回る場合は、放電電流が追加されない駆動電流が負荷装置に供給されるように負荷装置を制御する。

好ましくは、電源システムは、複数の蓄電装置と負荷装置とを結ぶ経路に設けられ、複数の蓄電装置から負荷装置への電力の供給と遮断とを切換えることができるように構成された切換部をさらに含む。そして、制御方法は、放電電流がしきい値を下回る場合は、複数の蓄電装置から負荷装置への電力を遮断するように切換部を制御する。

本発明によれば、負荷に対して並列に接続された複数の蓄電装置を有する電源システムにおいて、蓄電装置内部の短絡故障が発生した場合に、回路の複雑さの増加を抑制しつつ、故障が発生した蓄電装置を保護することができる。

本発明の実施の形態に従う電源システムが搭載された、車両の全体ブロック図である。 本実施の形態における蓄電装置の保護制御の概要を説明するための図である。 蓄電装置の起電圧と出力電流との関係の一例を示す図である。 蓄電装置間の起電圧の差を説明するための図である。 追加される放電電流を設定するためのマップの一例を示す図である。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行される蓄電装置の保護制御を説明するための機能ブロック図である。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行される蓄電装置の保護制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行される蓄電装置の保護制御処理の詳細を説明するためのフローチャートの他の例である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施の形態に従う電源システム１００が搭載された、車両１０の全体ブロック図である。

図１を参照して、車両１０は、電源システム１００と、電源システム１００からの電力を用いて動作する負荷装置２００とを備える。

電源システム１００は、蓄電装置１１０，１２０と、システムメインリレー（以下、ＳＭＲ（System Main Relay）とも称する。）１３０と、温度センサ１４０，１６０と、電圧センサ１５０，１７０と、電流センサ１８０と、制御装置（以下、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称する。）３００とを含む。負荷装置２００は、コンバータ２１０と、インバータ２２０，２３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、エンジン２４０と、動力分割機構２５０と、駆動輪２６とを含む。

なお、図１においては、車両１０として、２組のインバータおよびモータジェネレータと、エンジンとを搭載したハイブリッド自動車が例として示されるが、蓄電装置からの電力によって走行可能であれば、その構成は特に限定されるものではない。車両１０の他の例としては、たとえば、１組のインバータおよびモータジェネレータとエンジンとを搭載したハイブリッド自動車や、エンジンを搭載しない電気自動車または燃料電池自動車などが含まれる。

蓄電装置１１０，１２０は、ＳＭＲ１３０を介して負荷装置２００に接続される。蓄電装置１１０，１２０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０，１２０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子（セル）を含んで構成される。そして、複数個のセルが直列に積層されることによって、所定の電圧が出力可能となるように構成される。蓄電装置１１０，１２０の出力は、たとえば２００Ｖ程度である。

蓄電装置１１０，１２０には、温度センサ１４０，１６０および電圧センサ１５０，１７０がそれぞれ設けられる。温度センサ１４０，１６０は、蓄電装置１１０，１２０のそれぞれ温度を検出し、その検出値ＴＢ１，ＴＢ２をＥＣＵ３００へ出力する。

電圧センサ１５０，１７０は、蓄電装置１１０，１２０にそれぞれ含まれる各セルの電圧を検出する。あるいは、複数のセルが少なくとも１つのセルを含む複数のグループに分割される場合には、各グループの電圧を検出するようにしてもよい。そして、電圧センサ１５０，１７０は、それぞれの電圧検出値ＶＢ１，ＶＢ２をＥＣＵ３００へ出力する。なお、電圧検出値ＶＢ１，ＶＢ２の各々は、蓄電装置の出力電圧および複数のセルまたはグループについての各々の電圧検出値を含むものとする。

電流センサ１８０は、蓄電装置１１０，１２０の負極端子とＳＭＲ１３０とを結ぶ経路に設けられ、蓄電装置１１０，１２０から負荷装置２００へ入出力される電流を検出し、その検出値ＩＢをＥＣＵ３００へ出力する。

ＳＭＲ１３０に含まれるリレーの一方端は、蓄電装置１１０，１２０の正極端子および負極端子にそれぞれ接続される。ＳＭＲ１３０に含まれるリレーの他方端は、コンバータ２１０に接続された電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１にそれぞれ接続される。そして、ＳＭＲ１３０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０，１２０とコンバータ２１０との間での電力の供給と遮断とを切替える。

コンバータ２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１と電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１との間で電圧変換を行なう。コンバータ２１０は、たとえば、チョッパ回路を含んで構成される。

コンバータ２１０は、昇圧動作時には、コンデンサＣ１の両端の直流電圧ＶＬを直流電圧ＶＨ（インバータ２２０，２３０への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する）に昇圧する。また、コンバータ２１０は、降圧動作時には、直流電圧ＶＨを直流電圧ＶＬに降圧する。

コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。電圧センサ２１１は、コンデンサＣ１の両端にかかる電圧を検出し、その検出値ＶＬをＥＣＵ３００へ出力する。

また、コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。電圧センサ２１２は、コンデンサＣ２の両端にかかる電圧を検出し、その検出値ＶＨをＥＣＵ３００へ出力する。

インバータ２２０，２３０は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１に対して並列に接続される。インバータ２２０，２３０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩ１、ＰＷＩ２に基づいてそれぞれ制御され、コンバータ２１０から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ２２０，２３０からそれぞれ供給される交流電力を受けて車両走行のための回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、外部から回転力を受け、ＥＣＵ３００からの回生トルク指令によって交流電力を発電するとともに回生制動力を車両１０に発生する。

また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構２５０を介してエンジン２４０にも連結される。そして、エンジン２４０の発生する駆動力とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御される。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。なお、本実施の形態においては、モータジェネレータＭＧ１を、エンジン２４０により駆動される発電機として専ら機能させ、モータジェネレータＭＧ２を、駆動輪２６０を駆動する電動機として専ら機能させるものとする。

動力分割機構２５０には、エンジン２４０の動力を、駆動輪２６０とモータジェネレータＭＧ１との両方に振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）が使用される。

また、負荷装置２００は、低電圧系の負荷としてＤＣ／ＤＣコンバータ２７０と、補機負荷２８０と、補機バッテリ２９０とをさらに含む。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２７０は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１に接続される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤに基づいて、蓄電装置１１０から供給される直流電圧を降圧する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７０は、電力線ＰＬ３を介して補機負荷２８０および補機バッテリ２９０などの車両全体の低電圧系に電力を供給する。

補機負荷２８０には、たとえばランプ類、ワイパー、ヒータ、オーディオ、ナビゲーションシステムなどが含まれる。

補機バッテリ２９０は、代表的には鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ２９０の出力電圧は、蓄電装置１１０，１２０の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖ程度である。

ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力および各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１０および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、図示しない上位ＥＣＵから伝達されるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値および駆動状態、ならびに蓄電装置１１０，１２０の状態に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するために、コンバータ２１０およびインバータ２２０，２３０の制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ生成する。

また、ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０，１２０に設けられる各センサからの検出値である電圧ＶＢ１，ＶＢ２，電流ＩＢおよび温度ＴＢ１，ＴＢ２を受ける。ＥＣＵ３００は、これらの情報に基づいて、蓄電装置１１０，１２０の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を演算する。さらに、ＥＣＵ３００は、この充電状態ＳＯＣおよび車両１０の駆動状態に基づいて、蓄電装置１１０，１２０の充放電電力を制御する。

このように、複数の蓄電装置が並列に接続された構成においては、蓄電装置間での局部的な充放電が行なわれないように、原則的には、各蓄電装置の起電圧が等しくなるように設計される。ところが、ある蓄電装置において、内部のセルの一部に短絡故障などが発生した場合には、故障が発生した蓄電装置の起電力が低下し得る。そうすると、図２に示すように、蓄電装置の起電圧差によって、正常な蓄電装置（たとえば、図２の蓄電装置１２０）から故障が発生した蓄電装置（たとえば、図２の蓄電装置１１０）に向けて、破線の矢印ＡＲ１のようなループ電流ＩＬが流れる。特に、２つより多くの蓄電装置が並列に接続されているような構成においては、故障が発生した蓄電装置に、それ以外の蓄電装置からの電流が集中してしまうおそれがある。その結果、故障が発生した蓄電装置において、電流集中によって過充電や発熱などが生じ、蓄電装置または電源システム全体の故障、あるいは蓄電装置の劣化の要因となることが考えられる。

また、蓄電装置の内部短絡等の故障が発生した場合には、蓄電装置をできるだけ早く負荷から切り離すことが好ましいが、故障の発生直後に図２のＳＭＲ１３０を開放すると、上述のように蓄電装置間でのループ電流が残存してしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態においては、上記のような複数の蓄電装置が並列に接続された構成において、そのうちの一部の蓄電装置の起電圧の低下をもたらすような故障が生じた場合に、蓄電装置間に発生するループ電流に相当する電流を負荷でさらに消費させるようにする蓄電装置の保護制御を行なう。このような構成することによって、故障が発生した蓄電装置への電流集中を緩和することができるので、蓄電装置および電源システム全体への影響を抑制することが可能となる。

ここで、図２を参照しながら、上記の保護制御において負荷で追加的に消費する電流についてより詳細に説明する。

ＳＭＲ１３０が閉成されて、蓄電装置１１０，１２０から負荷装置２００に対して電力が供給されている場合を考える。このとき、蓄電装置１１０，１２０からの出力電流をそれぞれＩＢ１，ＩＢ２とすると、負荷装置２００へ供給される電流ＩＤには以下の関係が成立する。

ＩＤ＝ＩＢ１＋ＩＢ２ … （１）
また、蓄電装置１１０，１２０の起電力および内部抵抗を、それぞれＥＢ１，ＥＢ２（ＥＢ１＜ＥＢ２）およびＲＢ１，ＲＢ２とすると、出力電圧ＶＢ１，ＶＢ２は以下のように表わされる。

ＶＢ１＝ＥＢ１−ＩＢ１・ＲＢ１ … （２）
ＶＢ２＝ＥＢ２−ＩＢ２・ＲＢ２ … （３）
ここで、蓄電装置１１０，１２０は並列接続であり、ＶＢ１＝ＶＢ２の関係が成立するので、式（２），（３）より以下の関係が導き出される。

ＥＢ２−ＥＢ１＝ＩＢ２・ＲＢ２−ＩＢ１・ＲＢ１ … （４）
そして、式（１），（４）から、蓄電装置１１０からの出力電流ＩＢ１は、さらに以下のように表わすことができる。

ＩＢ１＝｛ＩＤ・ＲＢ２−（ＥＢ２−ＥＢ１）｝／（ＲＢ１＋ＲＢ２） … （５）
ここで、図２のループ電流ＩＬのように、蓄電装置１２０からの電流が蓄電装置１１０に流れ込む場合にはＩＢ１＜０となるので、ループ電流ＩＬが流れ込まないようにするためにはＩＢ１≧０となればよい。すなわち、以下の式（６）を満たす電流を負荷装置２００の駆動に必要な電流に追加して、負荷装置２００へ供給することによって、蓄電装置間に起電力差が生じた場合でも、低い起電力の蓄電装置への電流の流れ込みを抑制することが可能となる。

ＩＤ≧（ＥＢ２−ＥＢ１）／ＲＢ２ … （６）
ところで、蓄電装置においては、上述の式（２），（３）のように、蓄電装置を流れる電流によって出力電圧は変化する。特に、蓄電装置の内部抵抗については、図３の例で示すように、電流が一定であっても蓄電装置の温度や分極などによって時間とともに変化し得るので、蓄電装置から電力が入出力されている場合には、蓄電装置の起電力（図３における曲線Ｗ２０）を直接的に検出することは困難である。

そのため、たとえば、実験等によって予め定められた内部抵抗のマップやモデル式などを用いて、電圧センサで検出可能な蓄電装置の出力電圧（ＶＢ１，ＶＢ２）、蓄電装置の入出力電流（ＩＢ）および温度（ＴＢ１，ＴＢ２）などに基づいて起電圧を推定する手法が一般的に用いられる。

図４は、蓄電装置１１０，１２０における出力電圧ＶＢおよび起電圧ＥＢの一例を示す図である。図４において、実線の曲線Ｗ１，Ｗ２は蓄電装置１１０，１２０の出力電圧をそれぞれ示し、破線の曲線Ｗ１１，Ｗ１２は蓄電装置１１０，１２０の起電圧をそれぞれ示す。このように、変動する出力電圧ＶＢに対する起電圧ＥＢを推定するとともに、それらの起電圧の差ΔＥＢ（＝ＥＢ２−ＥＢ１）と式（６）とに基づいて、蓄電装置間でのループ電流を抑制するような放電電流ＩＤが決定される。

なお、実際の蓄電装置においては、使用期間の違いまたは蓄電装置を構成する各機器個別の特性の違い、あるいは起電圧推定処理の推定誤差などによって、内部短絡などの故障が発生していなくとも若干の起電圧差を生じる場合がある。

また、上述のように、起電圧差が生じると、蓄電装置間のループ電流を抑制するための放電電流ＩＤが、車両の駆動力を発生させるために必要とされる電流よりに追加される。この追加される電流は、たとえば図１におけるコンバータ２１０、インバータ２２０，２３０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２７０などの損失を増加させたり、不必要な補機負荷を駆動させたりすることによって消費される。そのため、たとえば起電圧差が小さいような場合においても、この保護制御を実行するとかえって車両全体の効率の低下を招くおそれがある。

そのため、蓄電装置間の起電圧差が小さいような場合であって、蓄電装置間に発生するループ電流による過充電や発熱の影響が許容できる範囲内である状態のときには、全体の効率低下を抑制するために、上記の蓄電装置の保護制御を実行しないようにすることが好ましい。

図５は、本実施の形態における放電電流ＩＤを設定するためのマップと、過充電等を許容できる許容電流の範囲を示すマップの一例を示す。

図５を参照して、本実施の形態においては、放電電流ＩＤを設定するためのパラメータとしては、たとえば、蓄電装置間の起電圧差ΔＥＢに加えて、充電状態を示すＳＯＣ（State of Charge）および蓄電装置の温度ＴＢを含む。マップは、図５のような座標空間における各格子点について、予め実験等によって定められた放電電流ＩＤの値が設定される。放電電流ＩＤは、各パラメータの値が大きくなるにつれて大きくなるように設定され、設定された放電電流値を用いて上述の保護制御が実行される。

図５中の点Ｐ１〜Ｐ４で囲まれる領域ＲＧ１は、設定される放電電流値が比較的小さく、過充電や発熱の影響が許容できる範囲を示す。各パラメータによって設定される放電電流値がこの領域ＲＧ１の範囲内となる場合には、車両全体の効率の低下を抑制するために保護制御は実行しないようにする。

また、蓄電装置を負荷装置２００から切り離す場合において、上記の許容範囲内となったことを条件としてＳＭＲ１３０を開放するようにしてもよい。

なお、放電電流ＩＤを設定するパラメータについては、上記のパラメータに限られず、他のパラメータを用いてもよい。また、より少ないパラメータを用いてもよい。

図６は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される蓄電装置１１０，１２０の保護制御を説明するための機能ブロック図である。図６で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ３００によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

図１および図６を参照して、ＥＣＵ３００は、監視部３１０と、短絡検出部３２０と、判定部３３０と、リレー制御部３４０と、負荷制御部３５０とを含む。

監視部３１０は、温度センサ１４０，１６０、電流センサ１８０、および電圧センサ１５０，１７０からのそれぞれの検出値である、温度検出値ＴＢ１，ＴＢ２，電流検出値ＩＢ，電圧検出値ＶＢ１，ＶＢ２を受ける。そして、監視部３１０は、受信した検出値を、短絡検出部３２０および判定部３３０へ出力する。

短絡検出部３２０は、監視部３１０からの検出値に基づいて蓄電装置１１０，１２０において内部短絡等の故障が発生しているか否かを検出する。短絡検出部３２０は、図４で説明したように、各蓄電装置の起電圧を推定するとともに、その推定された起電圧の差ΔＥＢを演算する。そして、起電圧差ΔＥＢがあらかじめ定められた基準値より大きくなったことに基づいて故障の発生を検出するようにする。あるいは、蓄電装置内の各セルにかかる電圧を検出することが可能な場合には、いずれかのセルの電圧値が所定値より小さくなったことに基づいて故障の発生を検出するようにしてもよい。短絡検出部３２０は、故障検出フラグＦＬＧおよび起電圧差ΔＥＢを判定部３３０へ出力する。

判定部３３０は、監視部３１０からの各検出値と、短絡検出部３２０からの故障検出フラグＦＬＧおよび起電圧差ΔＥＢとを受ける。判定部３３０は、監視部３１０からの各検出値に基づいて、各蓄電装置のＳＯＣを演算する。そして、判定部３３０は、起電圧差ΔＥＢ、ＳＯＣ、および温度検出値ＴＢ１，ＴＢ２に基づいて、図５で示したようなマップを用いて、負荷装置２００に追加的に供給する放電電流ＩＤを演算し、その演算結果を負荷制御部３５０へ出力する。また、判定部３３０は、上記の放電電流ＩＤが図５における領域ＲＧ１の範囲内であるか否かを判定する。そして、判定部３３０は、放電電流ＩＤが領域ＲＧ１の範囲内の場合には、ＳＭＲ１３０の開放を許可する信号ＯＰＮを設定してリレー制御部３４０へ出力する。

リレー制御部３４０は、判定部３３０からのＳＭＲ１３０の開放を許可する信号ＯＰＮに基づいて、ＳＭＲ１３０の制御信号ＳＥ１を設定してＳＭＲ１３０へ出力する。

負荷制御部３５０は、判定部３３０で演算された放電電流ＩＤを受ける。そして、当該放電電流ＩＤと運転者の操作による駆動指令から定まる駆動電流とが負荷装置２００に供給されるように、コンバータ２１０、インバータ２２０，２３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７０、および補機負荷２８０を駆動するための制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２，ＰＷＤを生成する。そして、これらの制御信号をそれぞれの機器に出力する。

図７および図８は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される蓄電装置１１０，１２０の保護制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図７および図８に示されるフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを、メインルーチンからの指示に従って所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）で処理を実現することも可能である。なお、図７は、蓄電装置内の各セルにかかる電圧が個別に検出可能な場合におけるフローチャートである。一方、図８は、蓄電装置の各セルの電圧が個別に検出はできないが、出力電圧の検出が可能な場合におけるフローチャートである。

まず、図１および図７を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、電圧センサ１５０，１７０により、蓄電装置１１０，１２０に含まれる各セルにかかる電圧に基づいて、内部短絡故障が発生しているか否かを判定する。具体的には、セルにかかる電圧が予め定められた基準値をより小さいか否かを判定する。

内部短絡故障が発生していない場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、メインルーチンに処理が戻される。

内部短絡故障が発生している場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、Ｓ１１０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０，１２０の電圧検出値、温度検出値、および電流検出値に基づいて、蓄電装置間の起電圧差ΔＥＢを演算により求める。また、ＥＣＵ３００は、起電圧差ΔＥＢ等に基づいて、蓄電装置間のループ電流を低減するために必要とされる放電電流ＩＤを演算により求める。

次に、ＥＣＵ３００は、故障が発生した蓄電装置について、蓄電装置間に生じ得るループ電流による過充電や過度の加熱が発生する可能性が解消されたか否かを判定する。具体的には、演算により求めた放電電流ＩＤが、図５で示したマップにおける領域ＲＧ１の範囲内であるか否かを判定する。

過充電や過度の加熱が発生する可能性が解消されたと判定された場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、Ｓ１３０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ１によってＳＭＲ１３０を遮断する。これによって、蓄電装置１１０，１２０が負荷装置２００から切り離される。

一方、過充電や過度の加熱が発生する可能性が解消されていないと判定された場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、Ｓ１４０に処理が進められ、Ｓ１１０において演算した放電電流ＩＤが追加された電流が負荷装置２００に供給されるように、負荷装置２００に含まれるコンバータ２１０等を制御する。その後、メインルーチンに処理が戻されて放電処理が継続されるが、放電処理が進んで起電圧差ΔＥＢが小さくなり、後の制御周期におけるＳ１２０において過充電や過度の加熱が発生する可能性が解消されたと判定されると、上述のようにＳ１３０の処理によってＳＭＲ１３０が遮断される。

ＳＭＲ１３０が遮断された以降は、蓄電装置１１０，１２０からの電力が負荷装置２００へ供給されないので、たとえば図１に示す車両１０のようなハイブリッド車両の場合には、エンジン２４０を用いて、あるいはモータジェネレータＭＧ１によって発電された電力を用いて走行が行なわれる。また、エンジンを搭載しない電気自動車においては、基本的には蓄電装置１１０，１２０からの電力が遮断されると走行ができないが、Ｓ１２０において過充電や過度の加熱が発生する可能性が解消されたと判定された後も、退避走行が終了するまでは、Ｓ１４０における放電処理を継続しつつ蓄電装置１１０，１２０から電力を供給することで、走行するようにしてもよい。

次に、図１および図８を参照して、ＥＣＵ３００は、Ｓ２００にて、蓄電装置１１０，１２０の電圧検出値、温度検出値、および電流検出値に基づいて、蓄電装置間の起電圧差ΔＥＢを演算により求める。また、ＥＣＵ３００は、起電圧差ΔＥＢ等に基づいて、蓄電装置間のループ電流を低減するために必要とされる放電電流ＩＤを演算により求める。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ２１０にて、蓄電装置１１０，１２０の内部短絡故障が発生しているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ３００は、Ｓ２００で演算された起電圧差ΔＥＢが予め定められたしきい値より大きい場合に、内部短絡故障が発生していると判定する。

内部短絡故障が発生していない場合（Ｓ２１０にてＮＯ）は、メインルーチンに処理が戻される。

内部短絡故障が発生している場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）は、Ｓ２２０に処理が進められる。

Ｓ２２０〜Ｓ２４０における処理は、図７におけるステップＳ１２０〜Ｓ１４０のそれぞれの処理と同様であり、これらのステップの詳細な説明は繰り返さない。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、負荷に対して並列に接続された複数の蓄電装置を有する電源システムにおいて、蓄電装置内部の短絡故障が発生した場合に、新たな機器の追加をすることなく回路の複雑さの増加を抑制しつつ、故障が発生した蓄電装置の過充電および過度の発熱等を防止することが可能になる。

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。

１００ 電源システム、１１０，１２０ 蓄電装置、１３０ ＳＭＲ、１４０，１６０ 温度センサ、１５０，１７０，２１１，２１２ 電圧センサ、１８０ 電流センサ、２００ 負荷装置、２１０ コンバータ、２２０，２３０ インバータ、２４０ エンジン、２５０ 動力分割機構、２６０ 駆動輪、２７０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２８０ 補機負荷、２９０ 補機バッテリ、３００ ＥＣＵ、３１０ 監視部、３２０ 短絡検出部、３３０ 判定部、３４０ リレー制御部、３５０ 負荷制御部、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＮＬ１ 接地線、ＰＬ１〜ＰＬ３ 電力線。

Claims (12)

1. 負荷装置に電力を供給するための電源システムであって、
   複数のセルが積層され、前記負荷装置に対して並列に接続された複数の蓄電装置と、
   前記複数の蓄電装置の出力電圧に基づいて前記複数の蓄電装置のそれぞれに生じる起電圧を推定し、前記複数の蓄電装置の電圧に関する情報に基づいて前記複数の蓄電装置のうちのいずれかにおける前記セルに短絡が生じたことが検出された場合に、推定された前記起電圧の差に起因して生じる前記複数の蓄電装置間に流れるループ電流を低減するための、前記負荷装置に追加的に供給する放電電流を設定するように構成された制御装置とを備える、電源システム。
2. 前記制御装置は、前記放電電流が予め定められたしきい値を上回る場合は、前記放電電流が追加された駆動電流が前記負荷装置に供給されるように前記負荷装置を制御し、前記放電電流が前記しきい値を下回る場合は、前記放電電流が追加されない駆動電流が前記負荷装置に供給されるように前記負荷装置を制御する、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記複数の蓄電装置と前記負荷装置とを結ぶ経路に設けられ、前記複数の蓄電装置から前記負荷装置への電力の供給と遮断とを切換えることができるように構成された切換部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記放電電流が前記しきい値を下回る場合は、前記複数の蓄電装置から前記負荷装置への電力を遮断するように前記切換部を制御する、請求項２に記載の電源システム。
4. 前記しきい値は、前記ループ電流に起因して生じる前記蓄電装置の過充電および発熱が、前記蓄電装置の機能の低下に至らない許容範囲に基づいて定められる、請求項２または３に記載の電源システム。
5. 前記制御装置は、前記複数の蓄電装置からの出力電圧と、前記負荷装置へ供給される電流とに基づいて前記起電圧を推定する、請求項１に記載の電源システム。
6. 前記制御装置は、推定された前記起電圧の差が基準値を上回る場合に、前記短絡が生じたことを検出する、請求項５に記載の電源システム。
7. 前記複数のセルは、少なくとも１つのセルを含む複数のグループに分割され、
   前記電源システムは、
   前記複数のグループの各々についての電圧を検出するための電圧検出部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記電圧検出部によって、前記複数のグループのうちのいずれかについての電圧が基準値を下回る場合に、前記短絡が生じたことを検出する、請求項５に記載の電源システム。
8. 前記制御装置は、前記起電圧の差、前記複数の蓄電装置の温度、および前記複数の蓄電装置の充電状態に基づいて前記放電電流を演算する、請求項２に記載の電源システム。
9. 前記制御装置は、予め定められたマップを用いて前記放電電流を演算する、請求項８に記載の電源システム。
10. 複数のセルが積層され、負荷装置に対して並列に接続された複数の蓄電装置から、前記負荷装置に電力を供給するための電源システムの制御方法であって、
    前記複数の蓄電装置の出力電圧に基づいて、前記複数の蓄電装置のそれぞれに生じる起電圧を推定するステップと、
    前記複数の蓄電装置の電圧に関する情報に基づいて、前記複数の蓄電装置のうちのいずれかにおける前記セルに短絡が生じたことを検出するステップと、
    前記短絡が検出された場合に、推定された前記起電圧の差に起因して生じる前記複数の蓄電装置間に流れるループ電流を演算するステップと、
    前記ループ電流を低減するために、前記負荷装置に追加的に供給する放電電流を設定するステップとを備える、電源システムの制御方法。
11. 前記設定するステップは、前記放電電流が予め定められたしきい値を上回る場合は、前記放電電流が追加された駆動電流が前記負荷装置に供給されるように前記負荷装置を制御し、前記放電電流が前記しきい値を下回る場合は、前記放電電流が追加されない駆動電流が前記負荷装置に供給されるように前記負荷装置を制御する、請求項１０に記載の電源システムの制御方法。
12. 前記電源システムは、前記複数の蓄電装置と前記負荷装置とを結ぶ経路に設けられ、前記複数の蓄電装置から前記負荷装置への電力の供給と遮断とを切換えることができるように構成された切換部をさらに含み、
    前記制御方法は、前記放電電流が前記しきい値を下回る場合は、前記複数の蓄電装置から前記負荷装置への電力を遮断するように前記切換部を制御する、請求項１１に記載の電源システムの制御方法。

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