JP2016116310A

JP2016116310A - 電源制御装置

Info

Publication number: JP2016116310A
Application number: JP2014252655A
Authority: JP
Inventors: 俊介戸本; Shunsuke Tomoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-06-23
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: JP6361491B2

Abstract

【課題】過電流の発生時に電気経路を適正に遮断する。【解決手段】車両は、リチウムイオン蓄電池１３と、リチウムイオン蓄電池１３に接続される電気配線を流れる電流を検出する電流センサ１８と、電気配線を流れる電流を遮断する第２スイッチ１７と、車両に加わる衝撃を検出する加速度センサ２０と、を備えている。ＥＣＵ１１は、加速度センサ２０により検出される衝撃の検出値と、電流センサ１８により検出される電流の検出値とに基づいて、第２スイッチ１７による電流遮断を実施する遮断制御手段を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両において短絡異常の発生時に電流遮断を実施する電源制御装置に関するものである。

近年、車両の燃費向上や鉛バッテリの補助等を目的として、例えば高充放電性能を有した二次電池を車両に積み込む技術が提案されている。しかし、衝突事故等により、車両に搭載された電気部品等が破損し短絡が生じると、二次電池から過電流が流出し、その過電流により電気配線等が損傷するといった不都合が生じうる。これに関して、過電流の発生時に電流を遮断する技術がある。

例えば、特許文献１に記載のものでは、過電流の発生時に単位時間あたりに流れる過電流を積算し、電気配線に接続された電流遮断素子をオフにして電気配線の通電を遮断するようにしている。

特開平７−１３１９２５号公報

しかしながら、上記従来の技術では、過電流が検出されてから過電流を積算し、その後、電流遮断素子をオフにするため、過電流を積算している間に、電気配線等に過電流が流れ続ける。そのため、電気配線等が損傷するといったことが懸念される。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、過電流の発生時に電気経路を適正に遮断することができる電源制御装置の提供を目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用・効果について記載する。

本発明は、二次電池よりなる蓄電池と、蓄電池に接続される電気配線を流れる電流を検出する電流検出手段と、電気配線を流れる電流を遮断する電流遮断手段と、車両に加わる衝撃を検出する衝撃検出手段と、を備える車両に適用され、衝撃検出手段により検出される衝撃の検出値と、電流検出手段により検出される電流の検出値とに基づいて、電流遮断手段による電流遮断を実施する遮断制御手段を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、衝撃の検出値と電流の検出値に基づいて電流遮断が実施される。このため、衝突事故等による電気配線の短絡時に電流遮断が実施され、短絡時ではない通常時には電流遮断が実施されない。この場合特に、衝撃の検出値を加味することで電流遮断を行うことの要否判断を適正に実施できる。したがって、過電流を適正に遮断し、その過電流により電気配線等が損傷することを抑制することができる。

電源システムの電気的構成を示す図。電流遮断に関する処理手順を示すフローチャート。衝撃の検出値と短絡判定時間の関係を示す図。電流遮断の動作を示すタイムチャート。電流遮断に関する処理手順を示すフローチャート。衝撃の検出回数と短絡判定時間の関係を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両に搭載される電源システムに具体化した場合を想定しており、本電源システムは、車載の各種電気負荷に電力を供給するための蓄電部（電源部）において充電や放電を逐次制御するものとなっている。車両は、エンジンと、エンジンやその他各部を制御する車載ＥＣＵと、エンジンの回転により駆動されて発電する回転機と、回転機の発電電力により充電される蓄電部とを備えるものである。特に車両の蓄電部として、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池とを用いる構成としている。図１に、本実施形態における電源システムの電気的構成を示す。

図１に示すように、本電源システムは、鉛蓄電池１２、リチウムイオン蓄電池１３、回転機１４、電気負荷１５、半導体スイッチ１６，１７、及び制御部１９を備えている。このうち、リチウムイオン蓄電池１３と各スイッチ１６，１７と制御部１９とは筐体（収容ケース）に収容されることで一体化され、電池ユニット１０として構成されている。制御部１９は、各スイッチ１６,１７のオン（閉鎖）とオフ（開放）との切替を実施し、これにより各蓄電池１２，１３の充放電を制御する。

鉛蓄電池１２は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池１３は、鉛蓄電池１２に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度、及びエネルギ密度の高い高充放電性能を有した蓄電池である。リチウムイオン蓄電池１３は、複数の電池セルを直列に接続してなる組電池により構成されている。各電池セルの端子部には、電圧検出端子が接続されており、各電池セルの電圧が制御部１９において検出されるようになっている。

電池ユニット１０には電力入出力端子として第１端子Ｐ１及び第２端子Ｐ２が設けられており、第１端子Ｐ１には鉛蓄電池１２と電気負荷１５とが接続され、第２端子Ｐ２には回転機１４が接続されている。そして、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２とを接続する第１接続経路Ｌ１には第１スイッチ１６が設けられ、第１接続経路Ｌ１上の接続点Ｎ１とリチウムイオン蓄電池１３とを接続する第２接続経路Ｌ２には第２スイッチ１７が設けられている。これら各スイッチ１６，１７は、いずれもＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）よりなる。

制御部１９は、電池ユニット１０外のＥＣＵ１１（電子制御装置）に接続されている。つまり、これら制御部１９及びＥＣＵ１１は、ＣＡＮ等の通信ネットワークにより接続されて相互に通信可能となっており、制御部１９及びＥＣＵ１１に記憶される各種データが互いに共有できるものとなっている。また、第２接続経路Ｌ２にはリチウムイオン蓄電池１３を流れる電流を検出する電流センサ１８が設けられており、制御部１９は、電流センサ１８による電流の検出値を取得する。

ＥＣＵ１１は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する周知のマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）を主体として構成されており、加速度センサ２０から信号が逐次入力される。加速度センサ２０は、車両に加わる衝撃を加速度として検出する。なお、加速度センサ２０としては、例えば、ピエゾ素子センサが用いられる。

電気負荷１５は、一般的な電気負荷であり、具体例としてはヘッドライトやオーディオ装置、ワイパ装置、空調装置の送風ファン、リヤガラスのデフロスタ用ヒータ等が挙げられる。

回転機１４は、エンジンのクランク軸の回転により発電を行う発電機能を備えている。回転機１４で発電した電力は、電気負荷１５へ供給されるとともに、鉛蓄電池１２及びリチウムイオン蓄電池１３へ供給される。各蓄電池１２，１３から回転機１４及び電気負荷１５への放電量、及び、回転機１４から各蓄電池１２，１３への充電量は、各蓄電池１２，１３のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ：充電状態、即ち、満充電時の充電量に対する実際の充電量の割合）が過充放電とならない範囲（適正範囲）となるよう制御される。

ここで、衝突事故等により車両に衝撃が加わると、車両に搭載された電気部品等が破損し短絡が生じることがあると考えられる。この場合、リチウムイオン蓄電池１３から過電流が流出し、電気配線や電気負荷１５等が損傷するといったことが懸念される。

本実施形態では、加速度センサ２０により検出された衝撃の検出値が所定の衝撃閾値以上であり、かつ電流センサ１８により検出された電流の検出値が所定の電流閾値以上である場合、又は衝撃の検出値が所定の衝撃閾値未満であっても、所定の電流閾値以上の電流が検出されている検出時間が所定の時間を経過する場合に、第２スイッチ１７がオフされることにより、電気配線や電気負荷１５等に過電流が流れることを抑制する。

次に、ＥＣＵ１１が行う処理について、その詳細な手順を、図２を参照しつつ説明する。本処理は、イグニッションスイッチのオン後に所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ１１では、電流センサ１８により検出された電流の検出値Ｉａと加速度センサ２０により検出された衝撃の検出値Ｃａとを取得し、ステップＳ１２では、検出値Ｉａが電流閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する。ステップＳ１２でＮＯであれば、本処理を終了し、ステップＳ１２でＹＥＳであれば、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、検出値Ｃａが衝撃閾値Ｔｈ２以上であるか否かを判定する。このとき、電流閾値Ｔｈ１以上の検出値Ｉａが検出される直前の検出値Ｃａのピーク値に基づいて、今回の過電流の発生が車両の衝撃によるものか否かを判定する。ステップＳ１３でＹＥＳであれば、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では第２スイッチ１７をオフにし、リチウムイオン蓄電池１３の電流遮断を実施する。この後、本処理を終了する。

また、ステップＳ１３でＮＯであれば、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、検出値Ｃａが衝撃閾値Ｔｈ３以上であるか否かを判定する。なお、衝撃閾値Ｔｈ３は衝撃閾値Ｔｈ２より小さい値に設定されている。ステップＳ１５でＹＥＳであれば、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、検出値Ｃａに応じて、短絡判定時間Ｔａを設定する。なお、短絡判定時間Ｔａは、電流閾値Ｔｈ１以上の検出値Ｉａが検出されている状況下において、短絡異常を判定するための判定時間であり、例えば、図３の関係に基づいて設定される。図３は、検出値Ｃａと短絡判定時間の関係を示したものであり、短絡判定時間Ｔａは、検出値ＣａがＴｈ３からＴｈ２となる範囲内において検出値Ｃａが大きいほど短く設定される。

ステップＳ１７では、電流閾値Ｔｈ１以上の検出値Ｉａの検出時間が短絡判定時間Ｔａを経過したか否かを判定する。ステップＳ１７でＮＯであれば本処理を終了し、ステップＳ１７でＹＥＳであれば、ステップＳ１４に進み、上述したフローをたどる。

また、ステップＳ１５でＮＯであれば、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、電流閾値Ｔｈ１以上の検出値Ｉａの検出時間が短絡判定時間Ｔｂを経過したか否かを判定する。なお、短絡判定時間Ｔｂは固定値あり、短絡判定時間Ｔａに対して図３に示す関係にある。ステップＳ１８でＮＯであれば、本処理を終了し、ステップＳ１８でＹＥＳであれば、ステップＳ１４に進み、上述したフローをたどる。

図４にＥＣＵ１１により実施される電流遮断の動作を表すタイミングチャートを示す。

時刻ｔ１において、衝撃閾値Ｔｈ２以上の検出値Ｃａが検出される。時刻ｔ１後の時刻ｔ２において、電流閾値Ｔｈ１以上の検出値Ｉａが検出されるとともに、第２スイッチ１７がオフとなり、第２接続経路Ｌ２が遮断される。

以上、詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

衝撃の検出値Ｃａと電流の検出値Ｉａに基づいて電流遮断が実施される構成にした。このため、衝突事故等による電気配線の短絡時に電流遮断が実施され、短絡時ではない通常時には電流遮断が実施されない。この場合特に、衝撃の検出値Ｃａを加味することで電流遮断を行うことの要否判断を適正に実施できる。したがって、過電流を適正に遮断し、その過電流により電気配線等が損傷することを抑制することができる。

衝撃閾値Ｔｈ２以上の検出値Ｃａが検出された場合、電流閾値Ｔｈ１以上の検出値Ｉａが検出された時点で電流遮断が実施される構成にした。このため、衝突事故等の衝撃による電気配線の短絡時に生ずる過電流は速やかに遮断される。したがって、過電流がある一定時間以上流れることにより電気配線等が損傷することを抑制することができる。

検出値Ｃａが衝撃閾値Ｔｈ２未満であっても、電流閾値Ｔｈ１以上の検出値Ｉａの検出時間が、衝撃の検出結果に基づいて設定される短絡判定時間Ｔａを経過すると、その時点で、電流遮断が実施される構成にした。この場合、衝撃の発生状況に応じて短絡発生の可能性が相違することを考慮して、短絡判定（すなわち電流遮断）を実施することができる。

具体的には、検出値Ｃａが衝撃閾値Ｔｈ２未満であり、かつ衝撃閾値Ｔｈ３以上であれば、その検出値Ｃａが大きいほど、短絡判定時間Ｔａが短く設定される。このため、検出値Ｃａが大きいことにより短絡が生じやすくなる状況において、過電流が生じた場合には速やかに電流遮断が実施されることとなる。

短絡異常の発生時に、第１スイッチ１６及び第２スイッチ１７のうち第２スイッチ１７を開放することで、リチウムイオン蓄電池１３の電流遮断を実施する構成にした。この場合、リチウムイオン蓄電池１３の充放電は停止されるものの、鉛蓄電池１２の充放電は可能となる。したがって、短絡時においても走行可能となる。

（他実施形態）
上記の実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・短絡判定時間を衝撃の検出回数に基づいて設定する構成としてもよい。

図５は電流遮断に関する処理手順を示すフローチャートであり、本処理は、イグニッションスイッチのオン後に所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ２１では、電流センサ１８により検出された電流の検出値Ｉａと加速度センサ２０により検出された衝撃の検出値Ｃａとを取得し、ステップＳ２２では、検出値Ｃａが衝撃閾値Ｔｈ４以上であるか否かを判定する。ステップＳ２２でＮＯであれば、ステップＳ２４に進み、ステップＳ２２でＹＥＳであれば、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、衝撃閾値Ｔｈ４以上の衝撃の検出回数をインクリメントし、ステップＳ２４に進む。この検出回数は、車両における衝撃の積算回数を示す履歴情報であり、ＥＥＰＲＯＭ等のバックアップ用のメモリに記憶される。ステップＳ２４では、検出値Ｉａが電流閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する。ステップＳ２４でＮＯであれば、本処理を終了し、ステップＳ２４でＹＥＳであれば、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５では、検出値Ｃａが衝撃閾値Ｔｈ２以上であるか否かを判定する。なお、衝撃閾値Ｔｈ２は衝撃閾値Ｔｈ４より大きい値に設定されている。ステップＳ２５でＹＥＳであれば、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では第２スイッチ１７をオフにし、リチウムイオン蓄電池１３の電流遮断を実施する。この後、本処理を終了する。

また、ステップＳ２５でＮＯであれば、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、衝撃の検出回数（衝撃の履歴情報）に応じて、短絡判定時間Ｔｃを設定する。図６の関係に基づいて設定される。図６は、衝撃の検出回数と短絡判定時間の関係を示したものであり、衝撃の検出回数が所定回数未満であるときは短絡判定時間Ｔｃは固定値に設定されるが、衝撃の検出回数が所定回数以上であると、その検出回数が多いほど短絡判定時間Ｔｃが短く設定される。

ステップＳ２８では、電流閾値Ｔｈ１以上の検出値Ｉａの検出時間が短絡判定時間Ｔｃを経過したか否かを判定する。ステップＳ２８でＮＯであれば、本処理を終了し、ステップＳ２８でＹＥＳであれば、ステップＳ２６に進み、上述したフローをたどる。

上記構成によれば、検出値Ｃａが衝撃閾値Ｔｈ２未満であっても衝撃閾値Ｔｈ４以上であれば、その検出値Ｃａのそれまでの検出回数（検出履歴の数）が多いほど、短絡判定時間Ｔｃが短くなる。このため、衝撃の検出回数多いことによる短絡が生じやすくなる状況において、短絡による過電流が生じた場合には速やかに電流遮断が実施されることとなる。この場合、衝撃の検出回数に応じて短絡発生の可能性が相違することを考慮して、短絡判定（すなわち電流遮断）を実施することができる。

・衝撃の検出値に基づいて、短絡判定時間を可変に設定する構成としたが、これを省略してもよい。この場合、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１５からステップＳ１７を省略する。

・イグニッションスイッチがオンであるとき以外に、イグニッションスイッチがオフであるときにも、所定の衝撃閾値以上の衝撃が検出され、かつ電流閾値以上の電流が検出される場合、又は衝撃の検出値が所定の衝撃閾値未満であっても、電流閾値以上の電流が検出されている検出時間が短絡判定時間を経過する場合に、その電流が遮断される構成としてもよい。

・短絡判定時間は、車両が停車中である場合より走行中である場合の方が短く設定される構成としてもよい。

・加速度センサ２０により衝撃を検出する構成としたが、これを、衝突の際に生ずるバンパー等の車両ボディの変形を圧力センサにより検出し、その検出値に基づいて、衝撃の有無を検出する構成としてもよい。

・電流遮断手段として第２スイッチ１７を設けたが、これを変更し、電流遮断手段としてリレーを設ける構成としてもよい。

１１…ＥＣＵ（遮断制御手段）、１３…蓄電池（リチウムイオン蓄電池）、１７…電流遮断手段（第２スイッチ）、１８…電流検出手段（電流センサ）、２０…衝撃検出手段（加速度センサ）

Claims

二次電池よりなる蓄電池（１３）と、前記蓄電池に接続される電気配線を流れる電流を検出する電流検出手段（１８）と、前記電気配線を流れる電流を遮断する電流遮断手段（１７）と、車両に加わる衝撃を検出する衝撃検出手段（２０）と、を備える車両に適用され、
前記衝撃検出手段により検出される衝撃の検出値と、前記電流検出手段により検出される電流の検出値とに基づいて、前記電流遮断手段による電流遮断を実施する遮断制御手段（１１）を備えることを特徴とする電源制御装置。
前記遮断制御手段は、前記電流検出手段により電流閾値以上の電流が検出される場合に、前記衝撃検出手段により衝撃閾値以上の衝撃が検出されていれば、直ちに前記電流遮断を実施する請求項１に記載の電源制御装置。
前記遮断制御手段は、前記電流検出手段により電流閾値以上の電流が検出される場合に、前記衝撃検出手段により衝撃閾値以上の衝撃が検出されていれば、直ちに前記電流遮断を実施し、前記衝撃検出手段により衝撃閾値以上の衝撃が検出されていなければ、前記電流閾値以上の電流が検出される状態が所定の短絡判定時間継続した時点で前記電流遮断を実施する請求項１に記載の電源制御装置。
前記遮断制御手段は、前記電流検出手段により電流閾値以上の電流が検出されている検出時間が所定の短絡判定時間に達する場合に、前記電流遮断を実施する手段を有しており、
前記衝撃検出手段による衝撃の検出結果に基づいて、前記短絡判定時間を可変に設定する設定手段を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源制御装置。
前記設定手段は、前記衝撃検出手段による衝撃の検出値が大きいほど、前記短絡判定時間を短くする請求項４に記載の電源制御装置。
前記衝撃検出手段による衝撃の検出回数をカウントするカウント手段（１１）を備え、
前記設定手段は、前記カウント手段によりカウントされる前記検出回数が多いほど、前記短絡判定時間を短くする請求項４に記載の電源制御装置。
前記蓄電池と、
該蓄電池に並列に接続される第２蓄電池（１２）と、
電力の入出力端子である第１端子（Ｐ１）と第２端子（Ｐ２）とを接続する第１接続経路（Ｌ１）に設けられ、該第１接続経路を開閉する第１スイッチング素子（１６）と、
前記第１接続経路の途中位置と前記蓄電池とを接続する第２接続経路（Ｌ２）に設けられ、該第２接続経路を開閉する第２スイッチング素子（１７）と、
を備える電源システムに適用され、
前記遮断制御手段は、前記第２スイッチング素子を前記電流遮断手段として用いて、前記電流遮断を実施する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電源制御装置。