JP2015133833A - 蓄電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動回路の故障によって複数のリレーが通電状態のままとなってしまう。
【解決手段】第1のリレーと、第2のリレーと、前記第1のリレーおよび前記第2のリレーを駆動する駆動回路と、前記駆動回路の動作を制御するコントローラと、を有し、前記駆動回路は、第1のコイルと、前記第1のコイルと電源とを結ぶ第1のラインに配置される第1のスイッチ素子及び第3のスイッチ素子と、第2のコイルと、前記第2のコイルと前記第1のラインにおける前記第1のスイッチ素子及び前記第3のスイッチ素子の接続点とを結ぶ第2のラインに配置される第2のスイッチ素子と、前記第1のコイル及び前記第1のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第1の電圧センサと、前記第2のコイル及び前記第2のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第2の電圧センサと、前記第1のスイッチ素子及び前記第3のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第3の電圧センサと、を有する。
【選択図】図4
【解決手段】第1のリレーと、第2のリレーと、前記第1のリレーおよび前記第2のリレーを駆動する駆動回路と、前記駆動回路の動作を制御するコントローラと、を有し、前記駆動回路は、第1のコイルと、前記第1のコイルと電源とを結ぶ第1のラインに配置される第1のスイッチ素子及び第3のスイッチ素子と、第2のコイルと、前記第2のコイルと前記第1のラインにおける前記第1のスイッチ素子及び前記第3のスイッチ素子の接続点とを結ぶ第2のラインに配置される第2のスイッチ素子と、前記第1のコイル及び前記第1のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第1の電圧センサと、前記第2のコイル及び前記第2のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第2の電圧センサと、前記第1のスイッチ素子及び前記第3のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第3の電圧センサと、を有する。
【選択図】図4
Description
本発明は、複数のリレーを備えた蓄電システムに関する。
特許文献1には、正極ライン及び負極ラインを介してバッテリと駆動装置とを接続した車載用のバッテリ装置が開示されている。正極ラインにはSMR−Bが設けられ、負極ラインにはSMR−Gが設けられている。これらのSMR−B及びSMR−Gはコイルに通電することにより動作させることができる。コイルに電力を供給する電力ラインには、スイッチ素子を設けることができる。これらのスイッチ素子をオンすると、コイルに電流が流れてSMR−B及びSMR−Gがオンされるとともに、バッテリ及び駆動装置が接続される。
スイッチ素子の故障によって、スイッチ素子が通電状態のままになってしまうと、コイルに電流が流れ続ける。言い換えれば、バッテリおよび駆動装置の接続を遮断することができなくなってしまう。このような状態が発生すると、例えば、駆動装置からバッテリに電力が供給され続け、バッテリが過充電状態となってしまうおそれがある。
一方、スイッチ素子の故障によって、スイッチ素子が通電状態のままとなったときには、この故障を判別する必要もある。
本発明である蓄電システムは、蓄電装置の正極端子を負荷と接続する正極ラインに設けられた第1のリレーと、前記蓄電装置の負極端子を前記負荷と接続する負極ラインに設けられる第2のリレーと、前記第1のリレーおよび前記第2のリレーを駆動する駆動回路と、前記駆動回路の動作を制御するコントローラと、を有し、前記駆動回路は、第1のコイルと、前記第1のコイルと電源とを結ぶ第1のラインに配置される第1のスイッチ素子及び第3のスイッチ素子と、第2のコイルと、前記第2のコイルと前記第1のラインにおける前記第1のスイッチ素子及び前記第3のスイッチ素子の接続点とを結ぶ第2のラインに配置される第2のスイッチ素子と、前記第1のコイル及び前記第1のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第1の電圧センサと、前記第2のコイル及び前記第2のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第2の電圧センサと、前記第1のスイッチ素子及び前記第3のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第3の電圧センサと、を有し、前記コントローラは、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子を非通電状態にする制御信号を出力するとともに、前記第3のスイッチ素子を通電状態にする制御信号を出力した状態において、前記第1の電圧センサの電圧値に基づき前記第1のスイッチ素子の故障を判別し、前記第2の電圧センサの電圧値に基づき前記第2のスイッチ素子の故障を判別する処理を行い、前記第1のスイッチ素子、前記第2のスイッチ素子及び前記第3のスイッチ素子を非通電状態にする制御信号を出力した状態において、前記第3の電圧センサの電圧値に基づき前記第3のスイッチ素子の故障を判別する処理を行うことを特徴とする。
本願発明によれば、前記第1のコイル及び前記第1のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第1の電圧センサと、前記第2のコイル及び前記第2のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第2の電圧センサと、前記第1のスイッチ素子及び前記第3のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第3の電圧センサと、を設けるとともに、第1のスイッチ素子、第2のスイッチ素子及び第3のスイッチ素子のスイッチング動作を制御してこれらの電圧センサの電圧値を検出することで、第1のスイッチ素子、第2のスイッチ素子及び第3のスイッチ素子の故障検知を行うことができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例1における電池システムについて、図1を用いて説明する。図1は、本実施例における電池システムの構成を示す概略図である。
組電池(本発明の蓄電装置に相当する)10の正極端子には、正極ラインPLが接続されており、組電池10の負極端子には、負極ラインNLが接続されている。組電池10は、複数の単電池を有しており、単電池の数は、適宜設定することができる。ここで、組電池10を構成する複数の単電池は、電気的に直列に接続したり、電気的に並列に接続したりすることができる。
なお、組電池10の代わりに、1つの単電池を用いることもできる。単電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。
組電池10は、正極ラインPLおよび負極ラインNLを介して、負荷20と接続されている。負荷20は、組電池10からの電力を受けて動作する。また、負荷20が電力を生成するときには、この電力を用いて、組電池10を充電することができる。
正極ラインPLには、システムメインリレー(本発明の第1のリレーに相当する)SMR−Bが設けられ、負極ラインNLには、システムメインリレー(本発明の第2のリレーに相当する)SMR−Gが設けられている。システムメインリレーSMR−B,SMR−Gがオン(通電状態)であるとき、組電池10が負荷20と接続される。また、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gがオフ(非通電状態)であるとき、組電池10および負荷20の接続が遮断される。
組電池10は、例えば、車両に搭載することができる。ここで、負荷20としては、モータ・ジェネレータを用いることができる。モータ・ジェネレータは、組電池10からの電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。この運動エネルギは、車輪に伝達される。また、車両の制動時において、モータ・ジェネレータは電力を生成し、この電力は、組電池10に供給される。
次に、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gを駆動する回路(本発明の駆動回路に相当する)について、図2を用いて説明する。
システムメインリレーSMR−Bは、可動接点MC1および固定接点FC1を有し、固定接点FC1は、正極ラインPLと接続されている。可動接点MC1が固定接点FC1と接触すれば、システムメインリレーSMR−Bがオンになり、可動接点MC1が固定接点FC1から離れれば、システムメインリレーSMR−Bがオフになる。
システムメインリレーSMR−Gは、可動接点MC2および固定接点FC2を有し、固定接点FC2は、負極ラインNLと接続されている。可動接点MC2が固定接点FC2と接触すれば、システムメインリレーSMR−Gがオンになり、可動接点MC2が固定接点FC2から離れれば、システムメインリレーSMR−Gがオフになる。
システムメインリレーSMR−B,SMR−Gを駆動するための駆動回路30は、コイル31a(本発明の第1のコイルに相当する),31b(本発明の第2のコイルに相当する)およびスイッチ素子SW1(本発明の第1のスイッチ素子に相当する),SW2(本発明の第2のスイッチ素子に相当する),SW3(本発明の第3のスイッチ素子に相当する)を有する。コイル31a,31bに電流を流すと、電磁力を発生させることができ、この電磁力を用いて、可動接点MC1,MC2を移動させることができる。
コイル31aの一端は接地され、コイル31aの他端は電力供給ラインSL1を介して電源32と電気的に接続されている。コイル31bの一端は接地され、コイル31bの他端は電力供給ラインSL2を介して電力供給ラインSL1におけるスイッチ素子SW1及びスイッチ素子SW3の接続点に電気的に接続されている。これにより、電源32からの電力がコイル31a,31bに供給される。電源32としては、組電池10を用いたり、組電池10とは異なる電源を用いたりすることができる。組電池10の起電圧が高すぎる場合には、組電池10の電圧値を降圧し、降圧後の電力をコイル31aに供給することができる。
電力供給ラインSL1には、スイッチ素子SW1,SW3が設けられている。スイッチ素子SW1,SW3は、電気的に直列に接続されている。スイッチ素子SW1の一端は、コイル31aと接続され、スイッチ素子SW1の他端は、スイッチ素子SW3と接続されている。電力供給ラインSL2には、スイッチ素子SW2が設けられている。スイッチ素子SW2,SW3は、電気的に直列に接続されている。スイッチ素子SW2の一端は、コイル31bと接続され、スイッチ素子SW2の他端は、スイッチ素子SW3と接続されている。スイッチ素子SW1,SW2は並列に接続されている。スイッチ素子SW1,SW2,SW3は、コントローラ40からの制御信号を受けて、オン(通電状態)およびオフ(非通電状態)の間で切り替わる。
スイッチ素子SW1,SW2,SW3としては、いわゆる機械式スイッチを用いたり、半導体スイッチ(例えば、トランジスタ)を用いたりすることができる。機械式スイッチは、可動接点および固定接点を有する。可動接点が固定接点に接触することにより、スイッチ素子(機械式スイッチ)SW1,SW2,SW3がオンになる。また、可動接点が固定接点から離れることにより、スイッチ素子(機械式スイッチ)SW1,SW2,SW3がオフになる。半導体スイッチは、イオンの移動状態に応じて、オンおよびオフの間で切り替わる。
スイッチ素子SW1およびコイル31aの接続点には、電圧センサ33(本発明の第1の電圧センサに相当する)が接続されている。電圧センサ33は、スイッチ素子SW1およびコイル31aの接続点と、グランドとの間の電圧値V1を検出する。スイッチ素子SW2およびコイル31bの接続点には、電圧センサ34(本発明の第2の電圧センサに相当する)が接続されている。電圧センサ34は、スイッチ素子SW2およびコイル31bの接続点と、グランドとの間の電圧値V2を検出する。スイッチ素子SW1およびスイッチ素子SW3の接続点には、電圧センサ35(本発明の第3の電圧センサに相当する)が接続されている。電圧センサ35は、スイッチ素子SW1,SW3の接続点とグランドとの間の電圧値V3を検出する。電圧センサ33,34,35の出力信号は、コントローラ40に入力される。
システムメインリレーSMR−B,SMR−Gの構造は、公知の構造を適宜用いることができ、詳細な説明は省略する。本実施例のシステムメインリレーSMR−B,SMR−Gでは、共通のコイル31a,31bが用いられる。すなわち、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオフからオンに切り替える際(つまり、接点投入時)には、大きな電磁力が必要となるため、スイッチ素子SW1,SW2,SW3の全てをオフからオンに切り替えて、コイル31a,31bに通電する必要がある。一方、一旦システムメインリレーSMR−B,SMR−Gがオンされると、これらをオン状態に維持するための電磁力は接点投入時よりも小さくてよいため、スイッチ素子SW2をオフした場合でもシステムメインリレーSMR−B,SMR−Gのオン状態を維持することができる。スイッチ素子SW2がオフされると、コイル31bに流れる電流が遮断されるため、消費電力を削減することができる。すなわち、車両走行中にシステムメインリレーSMR−B,SMR−Gのオン状態を維持するために、コイル31a,31bのうち一方のコイル31aに電流が流れるようにしておけばよいため、消費電力を削減することができる。
一方、コイル31a,31bに電力を供給する回路が故障することを想定すると、コイル31a,31bに電流が流れ続けるおそれがある。コイル31a,31bに電流が流れ続ければ、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gがオンのままとなり、組電池10が負荷20に接続されたままとなってしまう。組電池10が負荷20に接続されたままでは、例えば、負荷20からの電力が組電池10に供給され続け、組電池10が過充電状態となってしまうおそれがある。
図3は、本発明の比較例であり、図1に対応している。スイッチ素子SW3を省略した場合には、スイッチ素子SW1の故障によって、コイル31aに電流が流れ続けてしまうことがある。ここでいうスイッチ素子の故障(以下、オン故障という)とは、スイッチ素子をオフにする制御を行っているにもかかわらず、スイッチ素子がオンのままとなる状態をいう。この場合、スイッチSW2をオフしてコイル31bに対する通電を禁止しても、コイル31aに電流が流れ続けるため、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gはオンのままである。本実施例では、スイッチ素子SW3をスイッチ素子SW1,SW2に直列に接続しているため、スイッチ素子SW1がオン故障となっても、スイッチ素子SW3をオフにすることができる。これにより、コイル31aに電流が流れ続けることを阻止でき、組電池10および負荷20の接続を遮断することができる。
次に、スイッチ素子SW1,SW2,SW3のオン故障を判別する処理について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。図4に示す処理は、コントローラ40によって実行される。図4に示す処理を開始するとき、スイッチ素子SW1,SW2,SW3はオフとなっている(つまり、IG−OFFとなっている)。また、例えば、組電池10が負荷20と接続されていないときに、図4に示す処理を行うことができる。
ステップS101において、コントローラ40は、スイッチ素子SW3をオフからオンに切り替える制御信号を出力する。スイッチ素子SW1,SW2に対しては、コントローラ40からのオフの制御信号が入力されている。
ステップS102において、コントローラ40は、電圧センサ33の出力信号に基づいて電圧値V1を検出し、電圧値V1が電圧値Vbと等しくなるか否かを判別する。電圧値Vbは、電源32の電圧値である。コントローラ40は、電圧値V1との比較を行う前に、電圧値Vbを検出しておけばよい。この条件の下で、電圧値Vbを検出するタイミングを適宜設定することができる。例えば、図4に示す処理を開始するときに、コントローラ40は、電圧値Vbを予め検出しておくことができる。
電圧値V1が電圧値Vbと等しくない場合、コントローラ40は、ステップS103の処理を行う。電圧値V1が電圧値Vbと等しい場合、コントローラ40は、ステップS104の処理を行う。スイッチ素子SW1がオフであれば、電圧値V1が略0[V]となり、電圧値V1は電圧値Vbと等しくなくなる。略0[V]とは、電圧センサ33の検出誤差が含まれることを意味する。電圧値V1が電圧値Vbと等しくない場合、コントローラ40からの制御信号通りに、スイッチ素子SW1が動作していることが分かる。このため、コントローラ40は、ステップS103において、スイッチ素子SW1が正常であると判別する。
一方、スイッチ素子SW1がオン故障であるときには、電源32からの電力がコイル31aに供給されており、電圧値V1は、電圧値Vbと等しくなる(略等しくなる)。ここで略等しいには、電圧センサ33の検出誤差や、電圧値Vbを検出したときの誤差が含まれる。上述したように、スイッチ素子SW1が正常であるときと、スイッチ素子SW1がオン故障であるときとで、電圧値V1が互いに異なる。
電圧値V1が電圧値Vbと等しい場合、スイッチ素子SW1に対してオフの制御信号を出力しているにもかかわらず、スイッチ素子SW1がオンとなっていることが分かる。このため、コントローラ40は、ステップS104において、スイッチ素子SW1がオン故障であると判別する。ステップS104の処理を行った後、コントローラ40は、図4に示す処理を終了する。
ステップS105において、コントローラ40は、さらに電圧センサ34の出力信号に基づいて電圧値V2を検出し、電圧値V2が電圧値Vbと等しくなるか否かを判別する。コントローラ40は、電圧値V2との比較を行う前に、電圧値Vbを検出しておけばよい。
電圧値V2が電圧値Vbと等しくない場合、コントローラ40は、ステップS106の処理を行う。電圧値V2が電圧値Vbと等しい場合、コントローラ40は、ステップS107の処理を行う。スイッチ素子SW2がオフであれば、電圧値V2が略0[V]となり、電圧値V2は電圧値Vbと等しくなくなる。略0[V]とは、電圧センサ34の検出誤差が含まれることを意味する。電圧値V2が電圧値Vbと等しくない場合、コントローラ40からの制御信号通りに、スイッチ素子SW2が動作していることが分かる。このため、コントローラ40は、ステップS106において、スイッチ素子SW2が正常であると判別する。
一方、スイッチ素子SW2がオン故障であるときには、電源32からの電力がコイル31bに供給されており、電圧値V2は、電圧値Vbと等しくなる(略等しくなる)。ここで略等しいには、電圧センサ34の検出誤差や、電圧値Vbを検出したときの誤差が含まれる。上述したように、スイッチ素子SW2が正常であるときと、スイッチ素子SW2がオン故障であるときとで、電圧値V2が互いに異なる。
電圧値V2が電圧値Vbと等しい場合、スイッチ素子SW2に対してオフの制御信号を出力しているにもかかわらず、スイッチ素子SW2がオンとなっていることが分かる。このため、コントローラ40は、ステップS107において、スイッチ素子SW2がオン故障であると判別する。ステップS107の処理を行った後、コントローラ40は、図4に示す処理を終了する。
ステップS108において、コントローラ40は、スイッチ素子SW3をオンからオフに切り替える制御信号を出力する。スイッチ素子SW1,SW2に対しては、コントローラ40からのオフの制御信号が入力されている。
ステップS109において、コントローラ40は、電圧センサ35の出力信号に基づいて電圧値V3を検出し、電圧値V3が電圧値Vbと等しくなるか否かを判別する。
電圧値V3が電圧値Vbと等しくない場合、コントローラ40は、ステップS110の処理を行う。電圧値V3が電圧値Vbと等しい場合、コントローラ40は、ステップS111の処理を行う。スイッチ素子SW3がオフであれば、電圧値V3が略0[V]となり、電圧値V3は電圧値Vbと等しくなくなる。略0[V]とは、電圧センサ35の検出誤差が含まれることを意味する。電圧値V3が電圧値Vbと等しくない場合、コントローラ40からの制御信号通りに、スイッチ素子SW3が動作していることが分かる。このため、コントローラ40は、ステップS110において、スイッチ素子SW3が正常であると判別する。
一方、スイッチ素子SW3がオン故障であるときには、電源32からの電力が供給されており、電圧値V3は、電圧値Vbと等しくなる(略等しくなる)。ここで略等しいには、電圧センサ35の検出誤差や、電圧値Vbを検出したときの誤差が含まれる。上述したように、スイッチ素子SW3が正常であるときと、スイッチ素子SW3がオン故障であるときとで、電圧値V3が互いに異なる。
電圧値V3が電圧値Vbと等しい場合、スイッチ素子SW3に対してオフの制御信号を出力しているにもかかわらず、スイッチ素子SW3がオンとなっていることが分かる。このため、コントローラ40は、ステップS111において、スイッチ素子SW3がオン故障であると判別する。ステップS111の処理を行った後、コントローラ40は、図4に示す処理を終了する。
10:組電池、20:負荷、31a,31b:コイル、32:電源、33,34,35:電圧センサ、40:コントローラ、PL:正極ライン、NL:負極ライン、SL:電力供給ライン、SMR−B,SMR−G,SMR−P:システムメインリレー、MC1,MC2:可動接点、FC1,FC2:固定接点、SW1,SW2,SW3:スイッチ素子
Claims (1)
- 蓄電装置の正極端子を負荷と接続する正極ラインに設けられた第1のリレーと、
前記蓄電装置の負極端子を前記負荷と接続する負極ラインに設けられる第2のリレーと、
前記第1のリレーおよび前記第2のリレーを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の動作を制御するコントローラと、を有し、
前記駆動回路は、
第1のコイルと、
前記第1のコイルと電源とを結ぶ第1のラインに配置される第1のスイッチ素子及び第3のスイッチ素子と、
第2のコイルと、
前記第2のコイルと前記第1のラインにおける前記第1のスイッチ素子及び前記第3のスイッチ素子の接続点とを結ぶ第2のラインに配置される第2のスイッチ素子と、
前記第1のコイル及び前記第1のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第1の電圧センサと、
前記第2のコイル及び前記第2のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第2の電圧センサと、
前記第1のスイッチ素子及び前記第3のスイッチ素子の接続点とグランドとの間の電圧値を検出する第3の電圧センサと、を有し、
前記コントローラは、
前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子を非通電状態にする制御信号を出力するとともに、前記第3のスイッチ素子を通電状態にする制御信号を出力した状態において、前記第1の電圧センサの電圧値に基づき前記第1のスイッチ素子の故障を判別し、前記第2の電圧センサの電圧値に基づき前記第2のスイッチ素子の故障を判別する処理を行い、
前記第1のスイッチ素子、前記第2のスイッチ素子及び前記第3のスイッチ素子を非通電状態にする制御信号を出力した状態において、前記第3の電圧センサの電圧値に基づき前記第3のスイッチ素子の故障を判別する処理を行うことを特徴とする蓄電システム。
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