JP2016082699A

JP2016082699A - リレー制御装置及びリレー制御方法

Info

Publication number: JP2016082699A
Application number: JP2014211395A
Authority: JP
Inventors: 博之野村; Hiroyuki Nomura; 隆広都竹; Takahiro Tsutake; 西垣　研治; Kenji Nishigaki; 研治西垣; 量也山田; Kazuya Yamada
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-05-16
Also published as: WO2016060009A1

Abstract

【課題】電池に発生する異常に応じて、電池と負荷との間に設けられるリレーの制御処理を変えることで、電池を保護する。【解決手段】一つ又は複数並列接続される電池２と負荷５との間に設けられる複数のモジュールリレー３と、全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に第１の異常が発生すると、所定時間Ｔを待ってから、全電池２と負荷５とが電気的に遮断されるように全モジュールリレー３をオフさせ、全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に第１の異常よりも重要度が高い第２の異常が発生すると、所定時間Ｔを待たずに、全電池２と負荷５とが電気的に遮断されるように全モジュールリレー３をオフさせる制御部１３とを備えてリレー制御装置１を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池と負荷との間に設けられるリレーの動作を制御する技術に関する。

電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車など、電動モータの動力を利用して走行する車両の普及に伴い、車両に搭載される電池を保護するための技術の向上が図られている。例えば、電池に異常が発生した場合、電池と負荷とが電気的に遮断されるように、電池と負荷との間に設けられるリレーの動作を制御するものがある。

電池に発生する異常は、電池が過放電になる異常や電池が高温になる異常など複数種類考えられ、電池が過放電になる異常は、電池が高温になる異常に比べて、重要度が高く、電池と負荷とをすぐに電気的に遮断するほうが望ましい。すなわち、電池を保護するために、電池に発生する異常に応じて、電池と負荷との間に設けられるリレーの制御処理を変えることが望ましい。

関連する技術として、電池に異常が発生すると、電池と負荷とが電気的に遮断されるように、電池と負荷との間に設けられるリレーの動作を制御し、電池に軽度異常が発生すると、電池の充放電電流を制限する技術がある。例えば、特許文献１参照。

特開２００１−２５１０３号公報

本発明は、電池に発生する異常に応じて、電池と負荷との間に設けられるリレーの制御処理を変えることで、電池を保護することが可能なリレー制御装置及びリレー制御方法を提供することを目的とする。

実施形態のリレー制御装置は、一つ又は複数並列接続される電池と負荷との間に設けられるリレーと、制御部とを備える。
制御部は、全電池のうちの少なくとも一つの電池に第１の異常が発生すると、車両の走行を制御する走行制御部へ第１の異常が発生した旨を送信してから走行制御部の終了処理が完了するまでの所定時間を待ってから、全電池と負荷とが電気的に遮断されるようにリレーの動作を制御させ、全電池のうちの少なくとも一つの電池に第１の異常よりも重要度が高い第２の異常が発生すると、所定時間を待たずに、全電池と負荷とが電気的に遮断されるようにリレーの動作を制御させる。

実施形態のリレー制御方法は、一つ又は複数並列接続される電池と負荷との間に設けられるリレーの動作を制御するリレー制御装置におけるリレー制御方法であって、リレー制御装置が、全電池のうちの少なくとも一つの電池に第１の異常が発生すると、車両の走行を制御する走行制御部へ第１の異常が発生した旨を送信してから走行制御部の終了処理が完了するまでの所定時間を待ってから、全電池と負荷とが電気的に遮断されるようにリレーの動作を制御し、全電池のうちの少なくとも一つの電池に第１の異常よりも重要度が高い第２の異常が発生すると、所定時間を待たずに、全電池と負荷とが電気的に遮断されるようにリレーの動作を制御する。

本発明によれば、電池に発生する異常に応じて、電池と負荷との間に設けられるリレーの制御処理を変えることで、電池を保護することができる。

実施形態のリレー制御装置の一例を示す図である。制御部により行われるリレー制御処理の一例を示すフローチャートである。制御部により行われるリレー制御処理の他の例（その１）を示すフローチャートである。制御部により行われるリレー制御処理の他の例（その２）を示すフローチャートである。制御部により行われるリレー制御処理の他の例（その３）を示すフローチャートである。

図１は、実施形態のリレー制御装置の一例を示す図である。
図１に示すリレー制御装置１は、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両に搭載されるものであって、互いに並列接続される複数の電池２（２−１〜２−ｎ）に接続される複数のモジュールリレー３（３−１〜３−ｎ）（リレー）やメインリレー４（リレー）の動作を制御する。なお、電池２は、一つ以上の二次電池（例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池など）を有する。また、電池２は車両に一つのみ搭載されてもよい。

モジュールリレー３−１は、電池２−１と各電池２の接続点Ａとの間に設けられ、モジュールリレー３−ｎは、電池２−ｎと接続点Ａとの間に設けられている。メインリレー４は、接続点Ａと負荷５（走行用モータを駆動するインバータ６や車両の走行を制御する走行制御部７など）との間に設けられている。

全モジュールリレー３及びメインリレー４がオンすると、全電池２と負荷５とが電気的に接続され、全電池２から負荷５への電力供給が可能になる。なお、走行制御部７は、全電池２から供給される電力により駆動する。

全モジュールリレー３又はメインリレー４がオフすると、全電池２と負荷５とが電気的に遮断され、全電池２から負荷への電力供給ができなくなる。
また、リレー制御装置１は、各モジュールリレー３及びメインリレー４の他に、リレー８と、複数の電流検出部９（９−１〜９−ｎ）と、複数の電圧検出部１０（１０−１〜１０−ｎ）と、複数の温度検出部１１（１１−１〜１１−ｎ）と、複数の監視部１２（１２−１〜１２−２）と、制御部１３とを備える。なお、全モジュールリレー３、メインリレー４、及びリレー８は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体リレーや機械式リレーなどを有して構成される。また、電流検出部９は、電流センサなどを有して構成される。また、電圧検出部１０は、電圧センサなどを有して構成される。また、温度検出部１１は、温度センサなどを有して構成される。また、全監視部１２及び制御部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））などを有して構成される。また、車両に電池２が一つのみ搭載される場合、リレー制御装置１は、電流検出部９、電圧検出部１０、温度検出部１１、及び監視部１２をそれぞれ一つずつ備えて構成されてもよい。

リレー８は、全監視部１２の接続点Ｂと電源部１４との間に設けられている。リレー８がオンすると、全監視部１２と電源部１４とが電気的に接続され、電源部１４から全監視部１２への電力供給が可能になる。リレー８がオフすると、全監視部１２と電源部１４とが電気的に遮断され、電源部１４から全監視部１２への電力供給ができなくなる。

電流検出部９−１は電池２−１に流れる電流を検出する。また、電流検出部９−ｎは電池２−ｎに流れる電流を検出する。
電圧検出部１０−１は電池２−１の電圧を検出する。また、電圧検出部９−ｎは電池２−ｎの電圧を検出する。

温度検出部１１−１は電池２−１の温度又は周辺温度を検出する。また、温度検出部１１−ｎは電池２−ｎの温度又は周辺温度を検出する。
全監視部１２は、それぞれ、自身に対応する電池２の状態を監視する。監視部１２−１は、制御部１３から通信線Ｌ（例えば、ＣＡＮ(Controller Area Network )通信用の通信線）を介して送信される状態情報送信要求を受信すると、電流検出部９−１により検出される電流、電圧検出部１０−１により検出される電圧、及び温度検出部１１−１により検出される温度を、電池２−１の状態を示す状態情報として制御部１３へ送信する。また、監視部１２−ｎは、制御部１３から通信線Ｌを介して送信される状態情報送信要求を受信すると、電流検出部９−ｎにより検出される電流、電圧検出部１０−ｎにより検出される電圧、及び温度検出部１１−ｎにより検出される温度を、電池２−ｎの状態を示す状態情報として制御部１３へ送信する。

また、全監視部１２は、それぞれ、制御部１３から送信される遮断指示を受信すると、自身に対応するモジュールリレー３をオフする。また、全監視部１２は、リレー８がオフになり自身への電力供給が止まると、駆動を停止する。監視部１２の駆動が停止すると、その監視部１２に対応するモジュールリレー３がオフする。すなわち、全モジュールリレー３は、全監視部１２への電力供給が止まると、全電池２と負荷５とを電気的に遮断する。このように、全監視部１２が遮断指示を受信すると、又は、リレー８がオフすると、全モジュールリレー３がオフし、全電池２と負荷５とが電気的に遮断する。

制御部１３は、状態情報送信要求を一定時間経過毎に全監視部１２へ送信する。また、制御部１３は、全監視部１２から送信される各状態情報により全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に異常が発生したと判断すると、遮断指示を全監視部１２へ送信する、又は、メインリレー４をオフする。また、制御部１３は、全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に発生した異常に応じて、全モジュールリレー３やメインリレー４の制御処理を変える。

図２は、制御部１３により行われるリレー制御処理の一例を示すフローチャートである。なお、図２に示すリレー制御処理は一定時間経過毎に行われるものとする。
まず、制御部１３は、全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に第１の異常が発生したと判断すると（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、走行制御部７へ第１の異常が発生した旨を送信してから走行制御部７の終了処理が完了するまでの所定時間Ｔを待ってから、遮断指示を全監視部１２へ送信し、全モジュールリレー３をオフさせる（Ｓ２２）。なお、第１の異常は、例えば、電池２が高温になる異常や電流検出部９、電圧検出部１０、又は温度検出部１１の検出結果を監視部１２が取得することができない異常とする。また、走行制御部７は、第１の異常が発生した旨を受信すると、終了処理を開始する。また、走行制御部７の終了処理は、例えば、シャットダウンする前に記憶させておく必要がある情報を走行制御部７内の記憶部に記憶するなどして、走行制御部７を正常にシャットダウンさせるための処理とする。また、所定時間Ｔは、例えば、制御部１３内の記憶部に予め記憶されているものとする。

また、制御部１３は、全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に第１の異常よりも重要度が高い第２の異常が発生したと判断すると（Ｓ２１：Ｎｏ、Ｓ２３：Ｙｅｓ）、所定時間Ｔを待たずに、遮断指示を全監視部１２へ送信し、全モジュールリレー３をオフさせる（Ｓ２４）。なお、第２の異常は、例えば、電池２が過放電になる異常や電池２に過電流が流れる異常とする。

また、制御部１３は、全電池２に異常が発生していないと判断すると（Ｓ２１：Ｎｏ、Ｓ２３：Ｎｏ）、リレー制御処理を終了する。
図２に示すリレー制御処理は、電池２に第１の異常（第２の異常に比べて重要度が低い異常）が発生すると、所定時間Ｔを待ってから、全モジュールリレー３をオフさせるため、走行制御部７を正常にシャットダウンさせることができる。

図３は、制御部１３により行われるリレー制御処理の他の例（その１）を示すフローチャートである。なお、図３に示すリレー制御処理は一定時間経過毎に行われるものとする。また、図３に示すＳ３１〜Ｓ３４は、図２に示すＳ２１〜Ｓ２４と同じであるため、説明を省略する。

制御部１３は、全監視部１２のうちの少なくとも一つの監視部１２と自身との間で通信途絶が発生したと判断すると（Ｓ３１：Ｎｏ、Ｓ３３：Ｎｏ、Ｓ３５：Ｙｅｓ）、リレー８をオフする（Ｓ３６）。また、監視部１２と制御部１３との間で通信途絶が発生する原因としては、例えば、通信線Ｌの断線や監視部１２の異常が考えられる。

また、制御部１３は、全電池２に異常が発生しておらず、かつ、全監視部１２と自身との間で通信途絶が発生していないと判断すると（Ｓ３１：Ｎｏ、Ｓ３３：Ｎｏ、Ｓ３５：Ｎｏ）、リレー制御処理を終了する。

図３に示すリレー制御処理は、電池２の状態を監視する監視部１２と制御部１３との間で通信途絶が発生し、その監視部１２と制御部１３との間で状態情報や遮断指示が送受信できない状態でも、全モジュールリレー３をオフさせることができる。

図４は、制御部１３により行われるリレー制御処理の他の例（その２）を示すフローチャートである。なお、図４に示すリレー制御処理は一定時間経過毎に行われるものとする。

まず、制御部１３は、全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に第１の異常が発生したと判断すると（Ｓ４１：Ｙｅｓ）、所定時間Ｔを待ってから、リレー８をオフする（Ｓ４２）。

また、制御部１３は、全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に第２の異常が発生したと判断すると（Ｓ４１：Ｎｏ、Ｓ４３：Ｙｅｓ）、所定時間Ｔを待たずに、リレー８をオフする（Ｓ４４）。

また、制御部１３は、全電池２に異常が発生していないと判断すると（Ｓ４１：Ｎｏ、Ｓ４３：Ｎｏ）、リレー制御処理を終了する。
図４に示すリレー制御処理は、電池２に第１の異常又は第２の異常が発生している場合において、その電池２の状態を監視する監視部１２と制御部１３との間で通信途絶が発生し、その監視部１２と制御部１３との間で状態情報や遮断指示が送受信できない状態でも、全モジュールリレー３をオフさせることができる。

図５は、制御部１３により行われるリレー制御処理の他の例（その３）を示すフローチャートである。なお、図５に示すリレー制御処理は一定時間経過毎に行われるものとする。

まず、制御部１３は、全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に第１の異常が発生したと判断すると（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、所定時間Ｔを待ってから、遮断指示を全監視部１２へ送信し、全モジュールリレー３をオフさせる（Ｓ５２）。

また、制御部１３は、全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に第２の異常が発生したと判断すると（Ｓ５１：Ｎｏ、Ｓ５３：Ｙｅｓ）、所定時間Ｔを待たずに、リレー８をオフする（Ｓ５４）。

また、制御部１３は、全電池２に異常が発生していないと判断すると（Ｓ５１：Ｎｏ、Ｓ５３：Ｎｏ）、リレー制御処理を終了する。
図５に示すリレー制御処理は、電池２に第２の異常が発生している場合において、その電池２の状態を監視する監視部１２と制御部１３との間で通信途絶が発生し、その監視部１２と制御部１３との間で状態情報や遮断指示が送受信できない状態でも、全モジュールリレー３をオフさせることができる。

なお、制御部１３は、図２のＳ２２及びＳ２４において、又は、図３のＳ３２及びＳ３４において、全モジュールリレー３をオフさせる代わりに、メインリレー４をオフしてもよい。また、制御部１３は、図３のＳ３６において、又は、図４のＳ４２及びＳ４４において、リレー８をオフする代わりに、メインリレー４をオフしてもよい。

実施形態のスイッチ制御装置１は、全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に第１の異常が発生すると、所定時間Ｔを待ってから、全モジュールリレー３、メインリレー４、又はリレー８をオフし、全電池２のうちの少なくとも一つの電池２に第１の異常よりも重要度が高い第２の異常が発生すると、所定時間Ｔを待たずに、全モジュールリレー３、メインリレー４、又はリレー８をオフする構成であり、放電中の電池２に重要度が高い異常が発生しても、すぐに全電池２と負荷５とを電気的に遮断することができる。これにより、電池２を保護することができる。

１リレー制御装置
２電池
３モジュールリレー
４メインリレー
５負荷
６インバータ
７走行制御部
８リレー
９電流検出部
１０電圧検出部
１１温度検出部
１２監視部
１３制御部
１４電源部

Claims

一つ又は複数並列接続される電池と負荷との間に設けられるリレーと、
前記全電池のうちの少なくとも一つの電池に第１の異常が発生すると、車両の走行を制御する走行制御部へ前記第１の異常が発生した旨を送信してから前記走行制御部の終了処理が完了するまでの所定時間を待ってから、前記全電池と前記負荷とが電気的に遮断されるように前記リレーの動作を制御させ、前記全電池のうちの少なくとも一つの電池に前記第１の異常よりも重要度が高い第２の異常が発生すると、前記所定時間を待たずに、前記全電池と前記負荷とが電気的に遮断されるように前記リレーの動作を制御させる制御部と、
を備えることを特徴とするリレー制御装置。
請求項１に記載のリレー制御装置であって、
前記全電池の状態を監視する監視部を備え、
前記リレーは、前記監視部への電力供給が止まると、前記全電池と前記負荷とを電気的に遮断し、
前記制御部は、前記監視部との間で通信途絶が発生すると、前記監視部への電力供給を止める
ことを特徴とするリレー制御装置。
請求項１に記載のリレー制御装置であって、
前記全電池の状態を監視する監視部を備え、
前記リレーは、前記監視部への電力供給が止まると、前記全電池と前記負荷とを電気的に遮断し、
前記制御部は、前記全電池のうちの少なくとも一つの電池に前記第１の異常が発生すると、前記所定時間を待ってから、前記監視部への電力供給を止め、前記全電池のうちの少なくとも一つの電池に前記第２の異常が発生すると、前記所定時間を待たずに、前記監視部への電力供給を止める
ことを特徴とするリレー制御装置。
請求項１に記載のリレー制御装置であって、
前記全電池の状態を監視する監視部を備え、
前記リレーは、前記監視部への電力供給が止まると、前記全電池と前記負荷とを電気的に遮断し、
前記制御部は、前記全電池のうちの少なくとも一つの電池に前記第２の異常が発生すると、前記所定時間を待たずに、前記監視部への電力供給を止める
ことを特徴とするリレー制御装置。
請求項１〜４の何れか１項に記載のリレー制御装置であって、
前記負荷は、前記走行制御部であり、
前記走行制御部は、前記全電池から供給される電力により駆動する
ことを特徴とするリレー制御装置。
一つ又は複数並列接続される電池と負荷との間に設けられるリレーの動作を制御するリレー制御装置におけるリレー制御方法であって、
前記リレー制御装置は、
前記全電池のうちの少なくとも一つの電池に第１の異常が発生すると、車両の走行を制御する走行制御部へ前記第１の異常が発生した旨を送信してから前記走行制御部の終了処理が完了するまでの所定時間を待ってから、前記全電池と負荷とが電気的に遮断されるように前記リレーの動作を制御し、
前記全電池のうちの少なくとも一つの電池に前記第１の異常よりも重要度が高い第２の異常が発生すると、前記所定時間を待たずに、前記全電池と前記負荷とが電気的に遮断されるように前記リレーの動作を制御する
ことを特徴とするリレー制御方法。