JP2018098935A - 電池パック、および、それを含む電源システム - Google Patents

電池パック、および、それを含む電源システム Download PDF

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Abstract

【課題】第2接続回路で損傷が生じることが抑制され、なおかつコストの増大が抑制された電池パック、および、それを含む電源システムを提供する。
【解決手段】蓄電池と回転電機とを接続する第1接続回路と、蓄電池と回転電機とを接続する、第1接続回路よりも耐電流性の低い第2接続回路と、第1接続回路と第2接続回路それぞれを制御する制御部と、第1接続回路の状態を検出するセンサ部と、を有し、制御部は、センサ値が第1閾値を超えた場合、回転電機の要求出力を制限し、センサ値が第2閾値を超えた場合、第1接続回路を開状態にしつつ、第2接続回路を閉状態にすることで、第2接続回路を介して蓄電池と回転電機とを電気的に接続する。
【選択図】図13

Description

本発明は、回転電機と電気的に接続される電池パック、および、それを含む電源システムに関するものである。
特許文献1に示されるように、電池パックを介して第1電源とMGUが電気的に接続された車両用電源装置が知られている。
電池パックは第1電源切替SWと第1バイパスリレーを有する。第1電源切替SWと第1バイパスリレーは並列接続されている。第1電源切替SWには第3ヒューズが直列接続されている。第1バイパスリレーには第2ヒューズが直列接続されている。したがって第1電源とMGUとは、第1電源切替SWと第3ヒューズ、および、第1バイパスリレーと第2ヒューズの少なくとも一方を介して電気的に接続される。
特開2015−93554号公報
ところで特許文献1に記載の車両用電源装置では、MGUが発電する際、第1電源切替SWをオン、第1バイパスリレーをオープンにする。これにより第1電源切替SWと第3ヒューズを有する第1接続回路を介して第1電源とMGUが電気的に接続される。
また特許文献1に記載の車両用電源装置では、電池パックに異常が生じると、第1電源切替SWをオフ、第1バイパスリレーをクローズにする。これにより第1バイパスリレーと第2ヒューズを有する第2接続回路を介して第1電源とMGUが電気的に接続される。
したがってMGUで発電している際に電池パックで異常が生じると、上記の第1電源切替SWと第1バイパスリレーの切り換えにより、MGUの発電で生じた大電流が第2接続回路に流れる。このために第2接続回路の耐電流性を第1接続回路ほどに高めていない場合、第2接続回路に損傷が生じる虞がある。これを解決するために第2接続回路の耐電流性を高めることも考えられる。しかしながらこの場合、コストの増大、という新たな問題が生じる。
そこで本発明は上記問題点に鑑み、第2接続回路で損傷が生じることが抑制され、なおかつコストの増大が抑制された電池パック、および、それを含む電源システムを提供することを目的とする。
上記した目的を達成するための開示された発明の1つは、蓄電池(110)と回転電機(120)とを電気的に接続する電池パックであって、
蓄電池と回転電機とを接続する第1接続回路(21,11)と、
蓄電池と回転電機とを接続する、第1接続回路よりも耐電流性の低い第2接続回路(31,33,15)と、
第1接続回路と第2接続回路それぞれを制御する制御部(50)と、
第1接続回路の異常状態を検出するセンサ部(40)と、を有し、
制御部は、
第1接続回路の異常を判定するための閾値として、第1閾値、および、第1閾値よりも値の大きい第2閾値を有し、
センサ部の示すセンサ値が第1閾値を超えた場合、回転電機の要求出力を制限し、
センサ値が第2閾値を超えた場合、第1接続回路を開状態にしつつ、第2接続回路を閉状態にすることで、第2接続回路を介して蓄電池と回転電機とを電気的に接続する
また他の発明の1つは、蓄電池(110)と、
回転電機(120)と、
電池パック(100)と、を有する電源システムであって、
電池パックは、
蓄電池と回転電機とを接続する第1接続回路(21,11)と、
蓄電池と回転電機とを接続する、第1接続回路よりも耐電流性の低い第2接続回路(31,33,15)と、
第1接続回路と第2接続回路それぞれを制御する制御部(50)と、
第1接続回路の異常状態を検出するセンサ部(40)と、を有し、
制御部は、
第1接続回路の異常を判定するための閾値として、第1閾値、および、第1閾値よりも値の大きい第2閾値を有し、
センサ部の示すセンサ値が第1閾値を超えた場合、回転電機の要求出力を制限し、
センサ値が第2閾値を超えた場合、第1接続回路を開状態にしつつ、第2接続回路を閉状態にすることで、第2接続回路を介して蓄電池と回転電機とを電気的に接続する。
このようにセンサ値が第2閾値を超えると回転電機の要求出力を制限している。したがってセンサ値が第2閾値を越えた際に第2接続回路(31,33,15)を流れる電流を低減することができる。そのために第2接続回路(31,33,15)として第1接続回路(21,11)よりも耐電流性の低いものを採用したとしても、第2接続回路(31,33,15)に損傷が生じることが抑制される。また、第2接続回路(31,33,15)として耐電流性の低いものを採用することができるため、コストの増大が抑制される。
なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。
電源システムと電池パックの概略構成を示すブロック図である。 力行状態の回転電機へのリチウム蓄電池からの給電を示す模式図である。 図2に示す給電状態において回転電機の要求出力が低下した状態を示す模式図である。 回転電機に給電している状態においてフェールセーフ処理を行った状態を示す模式図である。 力行状態の回転電機への鉛蓄電池からの給電を示す模式図である。 図5に示す給電状態において回転電機の要求出力が低下した状態を示す模式図である。 発電状態の回転電機からの供給電力を示す模式図である。 図7に示す給電状態において回転電機の要求出力が低下した状態を示す模式図である。 回転電機が発電している状態においてフェールセーフ処理を行った状態を示す模式図である。 アイドルストップ時の電源システムの給電状態を示す模式図である。 回転電機によるエンジンの再始動時の回転電機への給電を示す模式図である。 回転電機の要求出力がゼロの状態においてフェールセーフ処理を行った電源システムの状態を示す模式図である。 センサ値異常時の処理を説明するための処理フローである。 センサ値異常時の処理を説明するためのタイミングチャートである。 制限要求をしない場合に生じる課題を説明するためのタイミングチャートである。
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1〜図15に基づいて本実施形態にかかる電源システム200を説明する。
電源システム200は車両に搭載される。電源システム200は、電池パック100、鉛蓄電池110、回転電機120、エンジン130、電気負荷140、および、上位ECU150を有する。電源システム200を搭載する車両は、所定の停止条件が満たされるとエンジン130を停止し、所定の始動条件が満たされるとエンジン130を再始動するアイドルストップ機能を有する。
図1に示すように鉛蓄電池110と回転電機120は電池パック100を介して電気的に接続されている。鉛蓄電池110と電気負荷140は電池パック100を介して電気的に接続されている。上位ECU150は図示しない配線を介して鉛蓄電池110および電池パック100それぞれと電気的に接続されている。以上の電気的な接続構成により、回転電機120、電気負荷140、および、上位ECU150それぞれは鉛蓄電池110と電池パック100の少なくとも一方から給電可能となっている。
なお、鉛蓄電池110は第1ヒューズ111を介して電池パック100と電気的に接続されている。電気負荷140は第2ヒューズ112を介して電池パック100と電気的に接続されている。
以下、電源システム200の各構成要素を個別に説明する。ただし、電池パック100については後で詳説する。
鉛蓄電池110は化学反応によって起電圧を生成する。鉛蓄電池110はワイヤハーネスを介して電池パック100と連結されている。鉛蓄電池110が蓄電池に相当する。
回転電機120には図示しないインバータが接続されている。このインバータが電池パック100とワイヤハーネスを介して連結されている。インバータは電池パック100から供給された直流電圧を交流電圧に変換する。この交流電圧が回転電機120に供給される。これにより回転電機120が力行する。
回転電機120はエンジン130と連結されている。回転電機120とエンジン130とは、ベルトなどを介して相互に回転エネルギーを伝達可能になっている。回転電機120の力行によって生じた回転エネルギーはエンジン130に伝達される。これによりエンジン130の回転が促進される。この結果、車両走行がアシストされる。上記したように電源システム200を搭載する車両はアイドルストップ機能を有する。回転電機120は車両走行のアシストだけではなく、エンジン130の再始動時においてクランクシャフトを回転させる機能も果たす。
回転電機120はエンジン130の回転エネルギー、および、車両の車輪の回転エネルギーの少なくとも一方によって発電する機能も有する。回転電機120は発電によって交流電圧を生成する。この交流電圧がインバータによって直流電圧に変換される。この直流電圧が電池パック100と鉛蓄電池110に供給される。
エンジン130は、燃料を燃焼駆動することで車両の推進力を生成する。図示しないが、車両にはスタータが搭載されている。このスタータは鉛蓄電池110と電気的に接続されている。エンジン130の始動時は、スタータによってクランクシャフトが回転される。しかしながらアイドルストップによってエンジン130が一度停止した後に再び始動する時は、回転電機120によってクランクシャフトが回転される。
電気負荷140は供給電力が一定であることが求められる。具体的には、電気負荷140はナビゲーションシステム、オーディオ、EPS、および、ABSなどである。電気負荷140は供給電圧が閾値電圧を下回ると、オン状態からオフ状態へと切り替わる性質を有する。
上位ECU150はバス配線151を介して車両に搭載されたほかのバッテリECUなどの各種ECU、および、後述の電池パック100のBMU50と相互に信号を送受信し、車両を協調制御するものである。上位ECU150には図示しないセンサによって検出されたアクセルペダルの踏み込み量やスロットルバルブ開度、および、鉛蓄電池110の充電状態(state of charge)を示す鉛蓄電池110の出力電圧や電流などが入力される。また上位ECU150には電池パック100の情報も入力される。上位ECU150はこれらの情報に基づいて、BMU50に指令信号を出力する。BMU50はこの指令信号に基づいて、後述の電池パック100のスイッチ20やバイパスリレー30を制御する。上位ECU150は上位制御部に相当する。
次に電池パック100を説明する。図1に示すように電池パック100は外部端子100a,100b,100cを有する。これら外部端子100a,100b,100cには対応するワイヤハーネスの端部がネジ止め、および、溶接の少なくとも一方で機械的および電気的に接続される。第1外部端子100aには、鉛蓄電池110に連結されたワイヤハーネスが機械的および電気的に接続される。第2外部端子100bには、回転電機120に連結されたワイヤハーネスが機械的および電気的に接続される。第3外部端子100cには、電気負荷140に連結されたワイヤハーネスが機械的および電気的に接続される。このように電池パック100は、鉛蓄電池110、回転電機120、および、電気負荷140それぞれとワイヤハーネスを介して機械的および電気的に接続されている。
図示しないが、電池パック100は複数のバスバーを有する。このバスバーの一端が上記の外部端子100a,100b,100cに連結される。若しくは、バスバーの一端が外部端子100a,100b,100cの少なくとも一部を構成する。バスバーの他端は、電池パック100の有する基板に連結される。この基板に電気回路が構成されている。
電池パック100はリチウム蓄電池10、スイッチ20、バイパスリレー30、センサ部40、および、BMU50を有する。スイッチ20、バイパスリレー30、および、BMU50は上記の電気回路の一部を構成している。この電気回路にリチウム蓄電池10やセンサ部40が電気的に接続されている。なおセンサ部40の少なくとも一部が電気回路の一部を構成してもよい。
電池パック100は図示しない筐体を有する。この筐体はアルミダイカストによって生成される。この筐体に上記の基板とバスバーとともに、リチウム蓄電池10、スイッチ20、バイパスリレー30、センサ部40、および、BMU50が収納される。筐体はリチウム蓄電池10や基板20にて生じた熱を放熱する機能を果たす。筐体は車両の座席下方に設けられる。
なお、上記したように基板にスイッチ20が搭載される例を示した。しかしながらスイッチ20は基板に電気的に接続されるだけでよく、直接搭載されなくともよい。この変形例の場合、例えばスイッチ20は筐体に搭載される。これによりスイッチ20と筐体とが熱的に接続される。スイッチ20にて生じた熱は基板ではなく筐体に積極的に流れる。これによりスイッチ20の放熱が促される。
リチウム蓄電池10は化学反応によって起電圧を生成する。リチウム蓄電池10は複数の直列接続された電池セルを有する。リチウム蓄電池10と上記の基板とは水平方向に並んでいる。若しくは、リチウム蓄電池10と基板とは天地方向に並んでいる。なお、この水平方向、および、天地方向とは、電源システム200の搭載される車両が水平面に位置している場合におけるリチウム蓄電池10と基板の並びを説明するための方向である。水平方向と天地方向とは互いに直交し、天地方向は鉛直方向に沿っている。リチウム蓄電池10は電源に相当する。
スイッチ20は半導体スイッチである。具体的にはスイッチ20はMOSFETである。スイッチ20はゲート電極に制御信号が入力されることで閉状態になる。逆にスイッチ20は制御信号が入力されなくなると開状態になる。
本実施形態にかかるMOSFETはNチャネル型MOSFETである。したがって上記の制御信号はHiレベルの信号である。制御信号が入力されることでゲート電圧がHiレベルになり、MOSFETが閉状態になる。制御信号が入力されなくなるとゲート電圧がLoレベルになり、MOSFETが開状態になる。なおゲート電圧はゲート電極とソース電極の電位差である。
スイッチ20は第1スイッチ21、第2スイッチ22、第3スイッチ23、および、第4スイッチ24を有する。これらは2つのMOSFETが直列接続されてなる開閉部を少なくとも1つ有する。2つのMOSFETはソース電極同士が連結されている。2つのMOSFETのゲート電極は電気的に独立している。MOSFETは寄生ダイオードを有する。2つのMOSFETの寄生ダイオードは、互いにアノード電極同士が連結されている。
第1スイッチ21は開閉部を3つ有する。これら3つの開閉部は並列接続されている。また3つの開閉部それぞれのソース電極が互いに電気的に接続されている。第1スイッチ21は第1外部端子100aと第2外部端子100bとを接続する第1給電線11に設けられている。これにより第1スイッチ21を開閉制御することで、第1外部端子100aと第2外部端子100bの電気的な接続が制御される。換言すれば、第1スイッチ21を開閉制御することで、鉛蓄電池110と回転電機120の電気的な接続が制御される。さらに言い換えれば、第1スイッチ21と第1給電線11を含む第1接続回路を開閉制御することで、鉛蓄電池110と回転電機120の電気的な接続が制御される。
第2スイッチ22は開閉部を4つ有する。これら4つの開閉部が並列接続されている。また4つの開閉部それぞれのソース電極が互いに電気的に接続されている。第2スイッチ22は第1給電線11とリチウム蓄電池10とを接続する第2給電線12に設けられている。第2給電線12の一端は、第1給電線11における第1スイッチ21と第2外部端子100bとの間に接続されている。これにより第2スイッチ22を開閉制御することで、リチウム蓄電池10と第2外部端子100bの電気的な接続が制御される。換言すれば、第2スイッチ22を開閉制御することで、リチウム蓄電池10と回転電機120の電気的な接続が制御される。さらに言い換えれば、第2スイッチ22と第2給電線12を含む第2接続回路を開閉制御することで、リチウム蓄電池10と回転電機120の電気的な接続が制御される。第2スイッチ22は第5スイッチに相当する。
第3スイッチ23は開閉部を1つ有する。第3スイッチ23は第1給電線11と第3外部端子100cとを接続する第3給電線13に設けられている。第3給電線13の一端は、第1給電線11における第1外部端子100aと第1スイッチ21との間に接続されている。これにより第3スイッチ23を開閉制御することで、第1外部端子100aと第3外部端子100cの電気的な接続が制御される。換言すれば、第3スイッチ23を開閉制御することで、鉛蓄電池110と電気負荷140の電気的な接続が制御される。さらに言い換えれば、第3スイッチ23と第3給電線13を含む第3接続回路を開閉制御することで、鉛蓄電池110と電気負荷140の電気的な接続が制御される。
第4スイッチ24は開閉部を1つ有する。第4スイッチ24は第3給電線13と第2給電線12とを接続する第4給電線14に設けられている。第4給電線14の一端は、第3給電線13における第3スイッチ23と第3外部端子100cとの間に接続されている。第4給電線14の他端は、第2給電線12における第2スイッチ22とリチウム蓄電池10との間に接続されている。これにより第4スイッチ24を開閉制御することで、リチウム蓄電池10と第3外部端子100cの電気的な接続が制御される。換言すれば、第4スイッチ24を開閉制御することで、リチウム蓄電池10と電気負荷140の電気的な接続が制御される。さらに言い換えれば、第4スイッチ24と第4給電線14を含む第4接続回路を開閉制御することで、リチウム蓄電池10と電気負荷140の電気的な接続が制御される。第4スイッチ24は第6スイッチに相当する。
バイパスリレー30はメカニカルリレーである。詳しく言えばバイパスリレー30はノーマリクローズ式の電磁リレーである。したがってバイパスリレー30は制御信号として励磁電流が入力されることで閉状態になる。逆にバイパスリレー30は励磁電流が入力されなくなると開状態になる。
バイパスリレー30は第1バイパスリレー31と第2バイパスリレー32を有する。
第1バイパスリレー31は第1給電線11と並列接続される第1バイパスライン15に設けられている。第1バイパスライン15の一端は、第1給電線11における第1外部端子100aと第1スイッチ21との間に接続されている。第1バイパスライン15の他端は、第1給電線11における第1スイッチ21と第2外部端子100bとの間に接続されている。これにより第1バイパスリレー31と第1スイッチ21とが並列接続されている。したがって第1スイッチ21が開状態であったとしても、第1バイパスリレー31を開閉制御することで、第1外部端子100aと第2外部端子100bの電気的な接続が制御される。換言すれば、第1バイパスリレー31を開閉制御することで、鉛蓄電池110と回転電機120の電気的な接続が制御される。さらに言い換えれば、第1バイパスリレー31と第1バイパスライン15を含む第1バイパス回路を開閉制御することで、鉛蓄電池110と回転電機120の電気的な接続が制御される。なお第1バイパスライン15にはバイパスヒューズ33が設けられている。バイパスヒューズ33と第1バイパスリレー31は直列接続されている。このバイパスヒューズ33も第1バイパス回路に含まれる。第1バイパスリレー31は第2スイッチに相当する。第1バイパス回路は特許請求の範囲に記載の第2接続回路に相当する。
第2バイパスリレー32は第3給電線13に並列接続される第2バイパスライン16に設けられている。第2バイパスライン16の一端は第3給電線13における第1給電線11との接続端と第3スイッチ23との間に接続されている。第2バイパスライン16の他端は第3給電線における第3スイッチ23と第3外部端子100cとの間に接続されている。これにより第2バイパスリレー32と第3スイッチ23とが並列接続されている。したがって第3スイッチ23が開状態であったとしても、第2バイパスリレー32を開閉制御することで、第1外部端子100aと第3外部端子100cの電気的な接続が制御される。換言すれば、第2バイパスリレー32を開閉制御することで、鉛蓄電池110と電気負荷140の電気的な接続が制御される。さらに言い換えれば、第2バイパスリレー32と第2バイパスライン16を含む第2バイパス回路を開閉制御することで、鉛蓄電池110と電気負荷140の電気的な接続が制御される。第2バイパスリレー32は第4スイッチに相当する。第2バイパス回路は特許請求の範囲に記載の第4接続回路に相当する。
上記したように第1スイッチ21は3つの開閉部を有し、第2スイッチ22は4つの開閉部を有する。また第3スイッチ23と第4スイッチ24それぞれは1つの開閉部を有する。これら開閉部の数の相違は、各スイッチを含む接続回路を流れる電流量の相違による。すなわち開閉部の数の相違は、各スイッチを含む接続回路に要求される耐電流性(流れる電流に耐える性能)による。
上記の耐電流性の要求により、第2スイッチ22の設けられる第1給電線12は第1スイッチ21の設けられる第1給電線11以上の耐電流性を有する。第3スイッチ23と第4スイッチ24の設けられる第3給電線13と第4給電線14は第1給電線11以下の耐電流性を有する。したがって第2接続回路は第1接続回路以上の耐電流性を有する。第3接続回路と第4接続回路は第1接続回路以下の耐電流性を有する。
また第1バイパスリレー31とバイパスヒューズ33の設けられる第1バイパスライン15は第1スイッチ21の設けられる第1給電線12よりも耐電流性が低くなっている。そして第1バイパスリレー31とバイパスヒューズ33は第1スイッチ21よりも耐電流性が低くなっている。したがって第1バイパス回路は第1接続回路よりも耐電流性が低くなっている。
第2バイパスリレー32の設けられる第1バイパスライン15は第1給電線12よりも耐電流性が低くなっている。また第2バイパスリレー32は第1スイッチ21よりも耐電流性が低くなっている。したがって第2バイパス回路は第1接続回路よりも耐電流性が低くなっている。
センサ部40は、リチウム蓄電池10とスイッチ20の状態を検出するものである。センサ部40は、温度センサ、電流センサ、および、電圧センサを有する。センサ部40はリチウム蓄電池10の温度、電流、および、電圧を検出する。センサ部40はそれをリチウム蓄電池10の状態信号としてBMU50に出力する。またセンサ部40はスイッチ20の温度、電流、および、電圧を検出する。センサ部40はそれをスイッチ20の状態信号としてBMU50に出力する。センサ部40のうちの第1スイッチ21(第1接続回路)の物理量を検出するものが特許請求の範囲に記載のセンサ部に相当する。
第1スイッチ21の異常状態はこのセンサ部40によって検出される物理量と相関関係を有する。例えば、第1スイッチ21の動作を保障する規格電圧、規格電流、規格熱などの規格値よりも、センサ部40によって検出された電圧、電流、熱などの物理量の少なくとも1つが高い場合、第1スイッチ21が異常である、若しくは、異常になる手前であることが分かる。
上記したようにスイッチ20は2つのMOSFETのソース電極が互いに接続されてなる開閉部を有する。センサ部40はこのソース電極の温度、電流を検出する。またセンサ部40は2つのMOSFETそれぞれの両端電圧を検出する。なおセンサ部40は2つのMOSFETのソース電極の電圧を検出しなくともよい。すなわちセンサ部40は2つのMOSFETそれぞれのドレイン電極の電圧を検出してもよい。
BMU50はセンサ部40の状態信号、および、上位ECU150からの指令信号の少なくとも一方に基づいてスイッチ20とバイパスリレー30を制御する。BMUはbattery management unitの略である。BMU50は制御部に相当する。
BMU50はセンサ部40の状態信号に基づいて、リチウム蓄電池10の充電状態(state of charge)やスイッチ20の異常を判定する。BMU50はこれらの判定情報を上位ECU150に出力する。
BMU50はスイッチ20の異常状態を判定するための閾値として、第1閾値と第2閾値を有している。BMU50は上記の温度、電流、および、電圧それぞれに対応する第1閾値と第2閾値を有している。いずれの第2閾値も、対応する第1閾値よりも値が大きい。BMU50はスイッチ20の状態信号の示す値と第1閾値および第2閾値とを比較する。
BMU50は特に第1スイッチ21の異常状態を判定する。以下においては他のスイッチの異常判定と区別するために、第1スイッチ21の状態信号を示す値をセンサ値と示す。BMU50はこのセンサ値と第1閾値を比較し、センサ値と第2閾値を比較する。
なお、第1閾値や第2閾値は、例えば上記の規格値に基づいて決定することができる。第1閾値は規格値よりも低い値。第2閾値は規格値と同等の値。例えばこのように決定することができる。閾値の値は、当業者が目的に応じて適宜決定しうることである。
さらに言えば、BMU50は温度、電流、および、電圧などの各種物理量に基づいて、第1スイッチ21の異常状態を判定するための1つのセンサ値を算出してもよい。この場合、BMU50はこの1つのセンサ値に対応する第1閾値と第2閾値を有する。また、第1閾値と第2閾値は固定値でなくともよい。すなわち第1閾値と第2閾値は、第1スイッチ21へ出力している制御信号や、電池パック100に接続された回転電機120や電気負荷140などの各種電気機器の駆動状態に応じて変動する値としてもよい。すなわちBMU50は閾値と各種状態値に対応するマップを記憶していてもよい。BMU50はこのマップと検出した各種状態値とに基づいて閾値を定めてもよい。
本実施形態にかかるBMU50は複数のセンサ値とそれに対応する第1閾値とを比較する。その結果、複数のセンサ値のすべてが対応する第1閾値を下回る場合、BMU50は上位ECU150の指令信号に基づいて、スイッチ20とバイパスリレー30それぞれを開閉制御する。
しかしながら複数のセンサ値のうちの少なくとも1つが対応する第1閾値を超える場合、BMU50は上位ECU150に下記に示す要求を出力する。
すなわちBMU50は、エンジン130が駆動中の場合、回転電機120の駆動に要求される出力(要求出力)を制限する要求(制限要求)を上位ECU150に出力する。これにより力行状態の回転電機120に要求される電力量、および、発電状態の回転電機120にて生成される電力量それぞれが低減される。この結果、回転電機120の供給電力が低減される。
またBMU50は、アイドルストップによってエンジン130が停止中の場合、アイドルストップを禁止する要求(アイドルストップ禁止要求)を上位ECU150に出力する。このアイドルストップ禁止要求にはエンジン130の再始動要求も含まれている。BMU50はアイドルストップ禁止要求を送信するとともに、鉛蓄電池110と回転電機120とを電気的に接続する。これにより回転電機120に交流電圧が供給され、エンジン130が再始動される。
さらにセンサ値が上昇して、複数のセンサ値のうちの少なくとも1つが対応する第2閾値を超えると、BMU50は上位ECU150の指令信号を無視して、フェールセーフ処理を実行する。具体的に言えば、BMU50はスイッチ20とバイパスリレー30への制御信号の出力を停止する。これによりスイッチ20が開状態、バイパスリレー30が閉状態になる。この結果、鉛蓄電池110と回転電機120とが第1バイパスリレー31を含む第1バイパス回路を介して電気的に接続される。また鉛蓄電池110と電気負荷140とが第2バイパスリレー32を含む第2バイパス回路を介して電気的に接続される。
次に、図2〜図12に基づいて、BMU50によるスイッチ20とバイパスリレー30の制御を説明する。なお各図中では電流を破線矢印と一転鎖線矢印で示す。そしてその電流量を線の太さで示す。すなわち電流量が多いほどに線を太くして示す。また電流を示す矢印線を明りょうに示すため、センサ部40、BMU50、電池パック100の外枠を示す一点鎖線、および、上位ECU150を省略している。さらに他の構成要素を簡略化して図示している。
図2〜図6では、回転電機120は力行状態になっている。エンジン130は燃焼駆動状態である。
図2においてセンサ値は第1閾値を下回っている。そのためにBMU50は上位ECU150の指令信号に基づいてスイッチ20とバイパスリレー30を制御している。具体的にはBMU50は第2スイッチ22と第3スイッチ23それぞれを閉状態に制御している。またBMU50は他の第1スイッチ21、第2スイッチ22、第1バイパスリレー31、および、第2バイパスリレー32それぞれを開状態に制御している。以上の開閉制御により、鉛蓄電池110が第3スイッチ23を介して電気負荷140と電気的に接続されている。リチウム蓄電池10が第2スイッチ22を介して回転電機120と電気的に接続されている。
この場合、破線矢印で示すように第2スイッチ22を介してリチウム蓄電池10から回転電機120に電力供給される。一点鎖線矢印で示すように第3スイッチ23を介して鉛蓄電池110から電気負荷140に電力供給される。回転電機120の要求出力は制限されていない。そのために回転電機120への電力供給量が電気負荷140への電力供給量よりも多くなっている。
図2に示す状態においてセンサ値が第1閾値を超えると、BMU50はスイッチ20とバイパスリレー30の開閉状態を維持しつつ、制限要求を上位ECU150に出力する。これにより回転電機120の要求出力が制限される。この結果、図3において破線矢印を細くして示すように、回転電機120に供給される電力量が減少する。
図3に示す状態においてセンサ値が第2閾値を越えると、BMU50は上位ECU150の指令信号を無視してフェールセーフ処理を実行する。すなわちBMU50はスイッチ20とバイパスリレー30それぞれへの制御信号の出力を止める。これにより第2スイッチ22と第3スイッチ23それぞれが閉状態から開状態になる。また第1バイパスリレー31と第2バイパスリレー32それぞれが開状態から閉状態になる。
このフェールセーフ処理により、図4において破線矢印で示すように第1バイパスリレー31を介して鉛蓄電池110から回転電機120に電力供給される。一点鎖線矢印で示すように第2バイパスリレー32を介して鉛蓄電池110から電気負荷140に電力供給される。回転電機120の要求出力は制限されているため、図4に示す破線矢印を細くして示すように、第1バイパスリレー31を流れる電流量が低減されている。またこれによって第2バイパス回路を流れる電流量の低減が抑制されている。換言すれば電気負荷140への電力供給量の低減が抑制されている。
図5においてセンサ値は第1閾値を下回っている。そのためにBMU50は上位ECU150の指令信号に基づいてスイッチ20とバイパスリレー30を制御している。具体的にはBMU50は第1スイッチ21と第4スイッチ24それぞれを閉状態に制御している。またBMU50は他の第2スイッチ22、第3スイッチ23、第1バイパスリレー31、および、第2バイパスリレー32それぞれを開状態に制御している。以上の開閉制御により、鉛蓄電池110が第1スイッチ21を介して回転電機120と電気的に接続されている。リチウム蓄電池10が第4スイッチ24を介して電気負荷140と電気的に接続されている。
この場合、破線矢印で示すように第1スイッチ21を介して鉛蓄電池110から回転電機120に電力供給される。一点鎖線矢印で示すように第4スイッチ24を介してリチウム蓄電池10から電気負荷140に電力供給される。回転電機120の要求出力は制限されていないため、回転電機120への電力供給量が電気負荷140への電力供給量よりも多くなっている。
図5に示す状態においてセンサ値が第1閾値を超えると、BMU50はスイッチ20とバイパスリレー30の状態を維持しつつ、制限要求を上位ECU150に出力する。これにより回転電機120の要求出力が制限される。この結果、図6において破線矢印を細くして示すように、回転電機120に供給される電力量が減少する。
図6に示す状態においてセンサ値が第2閾値を越えると、BMU50は上位ECU150の指令信号を無視してフェールセーフ処理を実行する。このフェールセーフ処理により、図4において破線矢印で示すように第1バイパスリレー31を介して鉛蓄電池110から回転電機120に電力供給される。そして一点鎖線矢印で示すように第2バイパスリレー32を介して鉛蓄電池110から電気負荷140に電力供給される。
図7〜図9では、回転電機120が発電状態になっている。エンジン130は燃焼駆動状態である。
図7においてセンサ値は第1閾値を下回っている。そのためにBMU50は上位ECU150の指令信号に基づいてスイッチ20とバイパスリレー30を制御している。具体的にはBMU50は第1スイッチ21、第2スイッチ22、および、第4スイッチ24それぞれを閉状態に制御している。またBMU50は他の第3スイッチ23、第1バイパスリレー31、および、第2バイパスリレー32それぞれを開状態に制御している。以上の開閉制御により、鉛蓄電池110が第1スイッチ21を介して回転電機120と電気的に接続されている。リチウム蓄電池10が第2スイッチ22を介して回転電機120と電気的に接続されている。またリチウム蓄電池10が第4スイッチ24を介して電気負荷140と電気的に接続されている。
この場合、破線矢印で示すように第1スイッチ21を介して回転電機120から鉛蓄電池110に電力供給される。破線矢印で示すように第2スイッチ22を介して回転電機120からリチウム蓄電池10に電力供給される。また一点鎖線矢印で示すように第4スイッチ24を介してリチウム蓄電池10から電気負荷140に電力供給される。回転電機120の要求出力は制限されていないため、鉛蓄電池110とリチウム蓄電池10それぞれに供給される電力量が多くなっている。
図7に示す状態においてセンサ値が第1閾値を超えると、BMU50はスイッチ20とバイパスリレー30の状態を維持しつつ、制限要求を上位ECU150に出力する。これにより回転電機120から供給される電力量が減少する。図8では回転電機120からの供給電力量の減少を破線矢印の線の太さを細くすることで示している。なお図8で示すように、発電状態の回転電機120からの供給電力によって鉛蓄電池110とリチウム蓄電池10が充電されるように、出力制限された回転電機120にて生成される発電電圧は、鉛蓄電池110とリチウム蓄電池10の出力電圧よりも高くなっている。
図8に示す状態においてセンサ値が第2閾値を越えると、BMU50は上位ECU150の指令信号を無視してフェールセーフ処理を実行する。すなわちBMU50はスイッチ20とバイパスリレー30それぞれへの制御信号の出力を止める。これにより第1スイッチ21、第2スイッチ22、および、第4スイッチ24それぞれが閉状態から開状態になる。また第1バイパスリレー31と第2バイパスリレー32それぞれが開状態から閉状態になる。
このフェールセーフ処理により、図9において破線矢印で示すように第1バイパスリレー31を介して回転電機120から鉛蓄電池110に電力供給される。そして破線矢印と一点鎖線矢印で示すように第1バイパスリレー31と第2バイパスリレー32を介して回転電機120から電気負荷140に電力供給される。回転電機120の要求出力は制限されているため、図9に示す矢印を細くして示すように、第1バイパスリレー31と第2バイパスリレー32それぞれを流れる電流量が低減されている。すなわち第1バイパス回路と第2バイパス回路それぞれを流れる電流量が低減されている。なお図9においては回転電機120からの供給電圧は鉛蓄電池110の出力電圧よりも高くなっている。したがって電気負荷140への供給電圧は閾値電圧よりも高くなっている。
この後に回転電機120の駆動が停止すると、第1バイパス回路を介した鉛蓄電池110から回転電機120への給電が終了する。そして第2バイパス回路を介した鉛蓄電池110から電気負荷140への電力供給が行われる。
図10では、車両がアイドルストップしてエンジン130が停止している。
図10においてセンサ値は第1閾値を下回っている。この際にBMU50は第1スイッチ21と第4スイッチ24を閉状態に制御している。またBMU50は他の第2スイッチ22、第3スイッチ23、第1バイパスリレー31、および、第2バイパスリレー32それぞれを開状態に制御している。
図10に示す状態においてセンサ値が第1閾値を超えると、BMU50はアイドルストップ禁止要求を上位ECU150に出力する。このアイドルストップ禁止要求には、エンジン130の再始動要求も含まれている。アイドルストップ禁止要求を受け取ると上位ECU150は、回転電機120を力行状態にする。これにより回転電機120によってエンジン130のクランクシャフトを回転させる。このようにセンサ値が第2閾値を越えるほどに異常になる前に、図11に示すように鉛蓄電池110から回転電機120に電力供給し、回転電機120によってエンジン130を回転させることで再始動する。
センサ値が第2閾値を越えると、BMU50はフェールセーフ処理を実行する。これにより第1スイッチ21、第2スイッチ22、および、第4スイッチ24それぞれが閉状態から開状態になる。また第1バイパスリレー31と第2バイパスリレー32それぞれが開状態から閉状態になる。このフェールセーフ処理により、図12において一点差線矢印で示すように第2バイパスリレー32を介して鉛蓄電池110から電気負荷140に電力供給される。
なお、フェールセーフ処理を実行する際にBMU50は、回転電機120の力行と発電の禁止要求を上位ECU150に送信する。フェールセーフ処理と同時に回転電機120の力行と発電の禁止要求を出力したとしても、後で図14を用いて説明するように、その禁止要求が上位ECU150にて実行されるまでには遅延時間が生じる。この遅延時間のために、フェールセーフ処理の後に回転電機120の力行と発電が禁止される。このフェールセーフ処理の際に、図4および図9で示したように、出力要求の制限された回転電機120の供給電流がバイパス回路に流れる。
次に電池パック100のBMU50のセンサ値異常時の処理を図13に基づいて説明する。なおこの処理は、定期的に行ってもよいし、突発的に行ってもよい。さらに言えば、この処理は常時繰り返し行ってもよい。
先ずステップS10においてBMU50は、センサ値が第1閾値を超えたか否かを判定する。センサ値が第1閾値を超えた場合、BMU50はステップS20へと進む。センサ値が第1閾値を超えていない場合、BMU50はステップS10を繰り返す。すなわちBMU50はセンサ値が第1閾値を超えるまで、センサ値異常に対する処理に対して待機状態になる。
ステップS20へ進むとBMU50は、エンジン130が駆動中か否かを判定する。エンジン130が駆動中の場合、BMU50はステップS30へと進む。エンジン130が駆動中ではない場合、BMU50はステップS40へと進む。
ステップS30へ進むとBMU50は、制限要求を上位ECU150へ出力する。これにより回転電機120の要求出力を上位ECU150によって制限させる。この後にBMU50はステップS50へと進む。
ステップS50へ進むとBMU50は、時間経過によってセンサ値が第1閾値を下回る可能性があるので、再びセンサ値が第1閾値を超えたか否かを判定する。センサ値が第1閾値を超えている場合、BMU50はステップS60へと進む。センサ値が第1閾値を下回った場合、BMU50はステップS70へと進む。
ステップS60へ進むとBMU50は、センサ値がさらに上昇したか否かを判定するために、センサ値が第2閾値を超えたか否かを判定する。センサ値が第2閾値を超えた場合、BMU50はステップS80へと進む。センサ値が第2閾値を超えていない場合、BMU50はステップS50へと戻る。BMU50は、センサ値が第1閾値を超えている場合、制限要求の出力を維持する。
ステップS80へ進むとBMU50は、フェールセーフ処理を実施する。すなわちBMU50はスイッチ20とバイパスリレー30への制御信号の出力を止める。これによりスイッチ20を開状態、バイパスリレー30を閉状態に制御する。なおこの際にBMU50は、回転電機120の力行と発電の禁止要求を上位ECU150に送信する。この後、BMU50はセンサ値異常時の処理を終了する。
遡って、ステップS50においてセンサ値が第1閾値を下回ってステップS70へ進むとBMU50は、制限要求を解除する。これにより回転電機120の要求出力の制限が解除される。この後にBMU50はセンサ値異常時の処理を終了する。
さらに遡って、ステップS20においてエンジン130が駆動していないと判定してステップS40へ進むとBMU50は、車両がアイドルストップ中か否かを判定する。車両がアイドルストップ中であると判定するとBMU50はステップS90へと進む。車両がアイドルストップ中ではないと判定するとBMU50はステップS100へと進む。
ステップS90へ進むとBMU50は、アイドルストップ禁止要求を上位ECU150へ出力する。これによりアイドルストップが禁止される。また上記したようにアイドルストップ禁止要求にはエンジン130の再始動要求も含まれている。BMU50はアイドルストップ禁止要求を上位ECU150に送信するとともに、鉛蓄電池110と回転電機120とを電気的に接続する。具体的に言えば、BMU50は図5に示すように第1スイッチ21と第4スイッチ24を閉状態にする。これにより電気負荷140への電力供給を継続しつつ、回転電機120に交流電圧が供給される。そしてエンジン130が再始動される。この後にBMU50はステップS110へと進む。
ステップS110へ進むとBMU50は、時間経過によってセンサ値が第1閾値を下回る可能性があるので、再びセンサ値が第1閾値を超えたか否かを判定する。センサ値が第1閾値を超えている場合、BMU50はステップS120へと進む。センサ値が第1閾値を下回った場合、BMU50はステップS130へと進む。
ステップS120へ進むとBMU50は、センサ値が第2閾値を超えたか否かを判定する。センサ値が第2閾値を超えた場合、BMU50はステップS80へと進む。そしてBMU50はフェールセーフ処理を実行する。これとは異なりセンサ値が第2閾値を超えていない場合、BMU50はステップS110へと戻る。BMU50は、センサ値が第1閾値を超えている場合、制限要求の出力を維持する。
ステップS130へ進むとBMU50は、アイドルストップ禁止要求を解除する。これによりアイドルストップの禁止が解除される。この後にBMU50はセンサ値異常時の処理を終了する。
遡って、ステップS40において車両がアイドルストップ中ではないと判定してステップS100へ進むとBMU50は、センサ値が第2閾値を超えたか否かを判定する。ステップS100へ進んだということは、停車中にユーザによってイグニッションスイッチがオンになったことを示している。この車両状態においてセンサ値が第2閾値を超えた場合、BMU50はステップS80へと進む。そしてBMU50はフェールセーフ処理を実行する。これとは異なりセンサ値が第2閾値を超えていない場合、BMU50はステップS10へと戻る。この場合、BMU50はステップS10、ステップS20、ステップS40、ステップS100を繰り返し、待機状態となる。この待機状態においてスタータによってエンジン130が始動されるとBMU50はステップS30へと進み制限要求を出力する。
次に、図14に基づいて回転電機120が力行状態の場合におけるBMU50のフェールセーフ処理を説明する。図14の縦軸は任意単位を示し、横軸は時間を示す。図14に示す各信号の振る舞いはBMU50のフェールセーフ処理を説明するために模式的に示したものである。各信号の単位時間当たりの変化量を表す傾きなどに特別な意味はなく、模式的に示しているに過ぎない。
このタイミングチャートでは、センサ値が時間経過にしたがって線形的に増加する例を模式的を示している。実際のセンサ値の振る舞いがこのように一様に線形に増加するわけではないと思われる。しかしながら、繰り返しになるが、これはセンサ値が時間経過にしたがって線形的に増加する例を模式的に示しているに過ぎない。以下、図14に示すタイミングチャートを詳説する。
時間t0において、回転電機120の出力要求はゼロである。したがって回転電機120の出力はゼロである。またセンサ値は第1閾値を下回っている。したがってBMU50は制限要求を送信していない。BMU50は上位ECU150の制御信号に基づいてスイッチ20やバイパスリレー30を制御している。
また時間t0においてBMU50は、上位ECU150の制御信号に基づいて、第2スイッチ22と第3スイッチ23を閉状態に制御している。BMU50は第1スイッチ21、第4スイッチ24、第1バイパスリレー31、第2バイパスリレー32それぞれを開状態に制御している。したがって鉛蓄電池110が第3スイッチ23を介して電気負荷140と電気的に接続されている。リチウム蓄電池10が第2スイッチ22を介して回転電機120と電気的に接続されている。
鉛蓄電池110から電気負荷140に電力供給が実施されている。しかしながら上記したように回転電機120の出力要求はゼロである。そのためにリチウム蓄電池10から回転電機120への電力供給は実施されていない。
以上により鉛蓄電池110の出力は電気負荷140への供給電力に等しくなっている。リチウム蓄電池10の出力は回転電機120への供給電力に等しく、ゼロになっている。したがって第3スイッチ23を流れる電流は電気負荷140への供給電力に相当する。第2スイッチ22を流れる電流はゼロに相当する。以上により第2スイッチ22と第3スイッチ23それぞれを流れる電流の合計電流は電気負荷140への供給電力に相当している。
また第1バイパスリレー31と第2バイパスリレー32それぞれは開状態になっている。そのために第1バイパスリレー31と第2バイパスリレー32それぞれを流れる電流の合計電流はゼロになっている。
時間t1にいたると、回転電機120の放電側の出力要求が有限になる。これにより回転電機120は力行状態になる。
時間t1から時間が経過するにしたがって、回転電機120の供給電力が徐々に増大する。これによりリチウム蓄電池10の出力、および、第2スイッチ22と第3スイッチ23の合計電流それぞれも徐々に増大する。なお上記したようにこのタイミングチャートではセンサ値も徐々に増大する。
時間t2にいたると、センサ値が第1閾値を上回る。BMU50はこれを判定すると制限要求を上位ECU150に出力する。上位ECU150は制限要求を受け取ると、回転電機120の出力要求を制限する処理を開始する。上位ECU150による回転電機120の出力要求の制限は、BMU50から制限要求が出力されてから第1遅延時間経過後に実行される。
時間t2から第1遅延時間が経過して時間t3にいたると、回転電機120の出力要求の制限により、回転電機120への供給電力が徐々に減少し始める。これによりリチウム蓄電池10の出力、第2スイッチ22と第3スイッチ23の合計電流それぞれも徐々に減少し始める。
時間t4にいたると、回転電機120への供給電力は回転電機120の出力要求に一致する。これにより回転電機120の供給電力が一定となる。同様にしてリチウム蓄電池10の出力、第2スイッチ22と第3スイッチ23の合計電流それぞれも一定となる。しかしながらセンサ値はさらに増大する。このようなセンサ値の増大は、例えば第1スイッチ21の熱異常が想定される。
時間t5にいたると、センサ値が第2閾値を上回る。BMU50はこれを判定するとフェールセーフ処理を実行する。BMU50は制御信号を無視してスイッチ20とバイパスリレー30それぞれへの制御信号の出力を停止する。この結果、スイッチ20が開状態、バイパスリレー30が閉状態になる。鉛蓄電池110と回転電機120とが第1バイパスリレー31を介して電気的に接続される。鉛蓄電池110と電気負荷140とが第2バイパスリレー32を介して電気的に接続される。これによりリチウム蓄電池10の出力がゼロになる。そしてリチウム蓄電池10の担っていた回転電機120への電力供給分、鉛蓄電池110の出力が増大する。第2スイッチ22と第3スイッチ23それぞれを流れる電流の合計電流がゼロになる。そしてその分、第1バイパスリレー31と第2バイパスリレー32それぞれを流れる電流の合計電流が増大する。
なおBMU50は、フェールセーフ処理の実行と同時に、回転電機120の力行と発電の禁止要求を上位ECU150に送信する。上位ECU150は禁止要求を受け取ると、回転電機120の駆動を禁止する処理を開始する。回転電機120の駆動の禁止は、BMU50から禁止要求が出力されてから第2遅延時間経過後に実行される。
時間t5から第2遅延時間が経過して時間t6にいたると、回転電機120の駆動の禁止により、回転電機120への供給電力が徐々に減少し、ゼロへと近づく。これにより鉛蓄電池110の出力、第1バイパスリレー31と第2バイパスリレー32の合計電流それぞれも徐々に減少し、電気負荷140への供給電力分へと近づく。
次に、本実施形態とは異なり、センサ値が第1閾値を超えた際にBMU50が制限要求を出力しない場合に生じる不具合を図15に基づいて説明する。図14と図15に示す時間t0〜時間t6は対応関係にあり、センサ値の振る舞いは同一である。
図15の時間t0、t1における各種信号の振る舞いは図14に示す振る舞いと同一なのでその説明を省略する。
時間t2においてセンサ値が第1閾値を超える。しかしながら図15に示す参考例においてはBMU50は制限要求を出力しない。したがって回転電機120の出力、リチウム蓄電池10の出力、第2スイッチ22と第3スイッチ23の合計電流は低減しない。
センサ値が上昇し、時間t5において第2閾値を超えると、BMU50はフェールセーフ処理を実行する。これによりスイッチ20が開状態、バイパスリレー30が閉状態になる。これにより鉛蓄電池110が第1バイパスリレー31を介して回転電機120に接続される。鉛蓄電池110が第2バイパスリレー32を介して電気負荷140に接続される。
上記したようにフェールセーフ処理の実行と同時にBMU50は、回転電機120の力行と発電の禁止要求を上位ECU150に送信する。この場合、回転電機120の駆動の禁止は、BMU50から禁止要求が出力されてから第2遅延時間経過後に実行される。
この第2遅延時間経過するまでの間、鉛蓄電池110は回転電機120と電気負荷140それぞれに電力供給する。そして回転電機120の要求出力は制限されていない。そのため、図15に示すように鉛蓄電池110から電気負荷140への電力供給が急激に減少する。それによって電気負荷140への供給電圧が閾値電圧を下回り、電気負荷140がオフ状態になる。
また、第2遅延時間が経過するまでの間に要求出力の制限されていない回転電機120への電力供給が第1バイパス回路を流れる。これにより第1バイパス回路に損傷が生じる虞がある。
次に、本実施形態にかかる電池パック100と電源システム200の作用効果を説明する。上記したようにBMU50は、センサ値が第1閾値を超えると回転電機120の出力要求を制限する制限要求を上位ECU150に出力する。そしてセンサ値がさらに上昇して第2閾値を超えるとフェールセーフ処理を実行する。
これによれば、センサ値が第2閾値を越えた際に第1バイパス回路を流れる電流を低減することができる。すなわち、発電状態若しくは力行状態の回転電機120の給電電流によって、第1バイパス回路に損傷が生じることが抑制される。したがって、第1バイパス回路として第1接続回路よりも耐電流性の低いものを採用したとしても、第1バイパス回路に損傷が生じることが抑制される。第1バイパス回路として耐電流性の低いものを採用することができるため、コストの増大が抑制される。
第1バイパス回路にバイパスヒューズ33が含まれている。したがって発電状態若しくは力行状態の回転電機120の供給電流によって、バイパスヒューズ33が溶解することが抑制される。
同様にして、図9に示すように発電状態の回転電機120からの給電電流によって、第2バイパス回路に損傷が生じることが抑制される。したがって、第2バイパス回路として耐電流性の低いものを採用することができるため、コストの増大が抑制される。
また、図4に示すように力行状態の回転電機120への給電電流によって、第2バイパス回路に流れる電流が低減することが抑制される。すなわち、電気負荷140への電力供給が低下することが抑制される。これにより電気負荷140の供給電圧が閾値電圧を下回り、それによって電気負荷140がオフ状態になることが抑制される。
エンジン130が駆動中の際にセンサ値が第1閾値を超えると、BMU50は上位ECU150に制限要求を出力する。これによれば、センサ値が第1閾値を越える程度の異常状態の第1接続回路に流れる電流を低減することができる。したがって第1接続回路の寿命の低下を抑制することができる。
車両がアイドルストップしている際にセンサ値が第1閾値を超えると、BMU50は第1接続回路を閉状態にする。またBMU50はエンジン130の再始動要求を上位ECU150に出力する。これにより第1接続回路を介して鉛蓄電池110と回転電機120とが電気的に接続され、回転電機120の力行によってエンジン130が再始動される。これによれば、センサ値が第1閾値を越える程度の異常状態の第1接続回路を介して、鉛蓄電池110から回転電機120に電力供給することができる。これにより、センサ値が第2閾値を超えるほどに異常となったために、第1接続回路を介して鉛蓄電池110から回転電機120に電力供給できなくなることが抑制される。すなわち、エンジン130を回転電機120によって再始動できなくなることが抑制される。別の表現をすれば、センサ値が第2閾値を超えるほどに異常となった第1接続回路を介して、鉛蓄電池110から回転電機120に電力供給することが抑制される。
またBMU50はセンサ値が第1閾値を越える程度の異常状態の第1接続回路を介して、鉛蓄電池110から回転電機120に電力供給する際に、アイドルストップの禁止要求を上位ECU150に出力する。これによれば、第1閾値を超える程度の異常状態の第1接続回路を再び用いて、鉛蓄電池110から回転電機120にエンジン130を再始動するための電流が流れることが抑制される。
またBMU50はセンサ値が第2閾値を超えるとフェールセーフ処理を実行すると同時に回転電機120の力行と発電の禁止要求を上位ECU150に送信する。これにより、図12に示すように鉛蓄電池110から電気負荷140への電力供給が低下することが抑制される。したがって電気負荷140がオフ状態になることが抑制される。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
(第1の変形例)
本実施形態ではBMU50が第1スイッチ21(第1接続回路)の異常を示すセンサ値に基づいて制限要求の出力、アイドルストップ禁止要求の出力、および、フェールセーフ処理の実施を行う例を示した。しかしながらこれとは異なり、センサ部40の状態信号に基づいて電池パック100の異常を判定し、それに基づいて制限要求の出力、アイドルストップ禁止要求の出力、および、フェールセーフ処理の実施を行ってもよい。この場合にBMU50は電池パック100の異常状態を示す検出値をセンサ部40の状態信号に基づいて算出する。なお上記の検出値は、状態信号だけではなく上位ECU150から入力される回転電機120の駆動状態などの各種情報に基づいて算出してもよい。
BMU50は検出値と対応する第1閾値とを比較する。BMU50は検出値が第1閾値を超える場合、制限要求若しくはアイドルストップ禁止要求を上位ECU150に出力する。そしてBMU50は検出値が対応する第2閾値を超えた場合、フェールセーフ処理をする。なお包含関係より自明であるが、電池パック100の状態には第1スイッチ21の状態も含まれる。
(第2の変形例)
本実施形態ではフェールセーフ処理として、スイッチ20を開状態、バイパスリレー30を閉状態にする例を示した。しかしながらフェールセーフ処理としては上記例に限定されない。例えば、第1スイッチ21と第3スイッチ23を閉状態にし、第2スイッチ22、第4スイッチ24、第1バイパスリレー31、第2バイパスリレー32を開状態にしてもよい。これによれば第1スイッチ21を介して鉛蓄電池110と回転電機120とが電気的に接続される。第3スイッチ23を介して鉛蓄電池110と電気負荷140とが電気的に接続される。
このようなフェールセーフ処理の実施は、例えば、上記の第1の変形例に記載のように、BMU50が電池パック100の異常状態の判定に基づいて行ってもよい。若しくは、リチウム蓄電池10の異常状態の判定に基づいてフェールセーフ処理を実施してもよい。さらに言えば、リチウム蓄電池10に対応する第2スイッチ22と第4スイッチ24の異常状態の判定に基づいてフェールセーフ処理を実施してもよい。
(第3の変形例)
またフェールセーフ処理としては、例えば、第2スイッチ22と第4スイッチ24を閉状態にし、第1スイッチ21、第3スイッチ23、第1バイパスリレー31、第2バイパスリレー32を開状態にしてもよい。これによれば第2スイッチ22を介してリチウム蓄電池10と回転電機120とが電気的に接続される。第4スイッチ24を介してリチウム蓄電池10と電気負荷140とが電気的に接続される。
このようなフェールセーフ処理の実施は、例えば、上記の第1の変形例に記載のように、BMU50が電池パック100の異常状態の判定に基づいて行ってもよい。若しくは、鉛蓄電池110の異常状態の判定に基づいてフェールセーフ処理を実施してもよい。さらに言えば、鉛蓄電池110に対応する第1スイッチ21と第3スイッチ23の異常状態の判定に基づいてフェールセーフ処理を実施してもよい。
以上に示したようにフェールセーフ処理としては、鉛蓄電池110およびリチウム蓄電池10の少なくとも一方によって、異常状態の通電経路を回避して、回転電機120と電気負荷140それぞれに通電することができる処理であれば特に限定されない。
(第4の変形例)
本実施形態ではエンジン130が駆動状態のときにセンサ値が第1閾値を超えた場合にBMU50は制限要求を上位ECU150に出力する例を示した。しかしながら回転電機120の状態に着目して、回転電機120が駆動状態のときにセンサ値が第1閾値を超えた場合にBMU50は制限要求を上位ECU150に出力してもよい。より詳しく言えば、回転電機120が発電状態若しくは力行状態のときにセンサ値が第1閾値を超えた場合にBMU50は制限要求を上位ECU150に出力してもよい。これによれば、発電状態若しくは力行状態の回転電機120の給電電流によって、バイパス回路に損傷が生じることが抑制される。
(第5の変形例)
本実施形態では電池パック100に鉛蓄電池110が接続され、電池パック100がリチウム蓄電池10を有する例を示した。しかしながら電池パック100に対する鉛蓄電池110とリチウム蓄電池10の包含関係は上記例に限定されない。電池パック100は鉛蓄電池110とリチウム蓄電池10の少なくとも一方を有する構成を採用することができる。さらに言えば、電池パック100に鉛蓄電池110とリチウム蓄電池10それぞれが接続された構成も採用することができる。
したがって、例えば電池パック100がリチウム蓄電池110と回転電機120とを接続する2つの接続回路を有する構成を採用することもできる。この2つの接続回路の役割は、本実施形態で示した第1接続回路と第1バイパス回路に相当する。したがって2つの接続回路のうちの一方は、他方よりも耐電流性が高い性質を有する。
この変形例の場合、非異常時においてはリチウム蓄電池110と回転電機120とが2つの接続回路のうちの一方を介して電気的に接続される。第1閾値を超えるほどの異常の場合、回転電機120の要求出力が制限される。第2閾値を超えるほどの異常の場合、リチウム蓄電池110と回転電機120とが2つの接続回路のうちの他方を介して電気的に接続される。
(第6の変形例)
本実施形態では電源システム200を搭載する車両がアイドルストップ機能を有する例を示した。しかしながら電源システム200を搭載する車両としては上記例に限定されない。電源システム200を搭載する車両が例えばアイドルストップ機能を有しないエンジン自動車の場合、BMU50は図13に示すセンサ値異常時の処理においてステップS20を実施しない。すなわちBMU50はステップS10においてセンサ値が第1閾値を超えた場合、ステップS30の処理を実施する。ただしBMU50はステップS20の処理を実施してもよい。この場合、BMU50はステップS20においてエンジン130が駆動中ではないと判定するとステップS100へと進む。
(第7の変形例)
本実施形態ではフェールセーフ処理を実行する際にBMU50が回転電機120の力行と発電の禁止要求を上位ECU150に送信する例を示した。しかしながらフェールセーフ処理を実行するまえに制限要求によって回転電機120の要求出力が制限されている。したがってフェールセーフ処理を実行する際にBMU50は回転電機120の力行と発電の禁止要求を上位ECU150に送信しなくともよい。
(第8の変形例)
本実施形態ではスイッチ20は半導体スイッチである例を示した。しかしながら閉から開、開から閉へのスイッチの状態切換の速さが、停車からエンジン駆動への切り換えなどの車両状態の切り換えなどに対応することが出来るのであれば、スイッチ20としては例えばメカニカルリレーを採用することもできる。
本実施形態ではスイッチ20がMOSFETである例を示した。しかしながらスイッチ20として半導体スイッチで構成する場合、上記例に限定されない。例えばスイッチ20としてはIGBTを採用することもできる。
本実施形態ではスイッチ20がNチャネル型MOSFETである例を示した。しかしながらスイッチ20としてはPチャネル型MOSFETを採用することもできる。
本実施形態ではスイッチ20が2つのMOSFETが直列接続されてなる開閉部を少なくとも1つ有する例を示した。しかしながらスイッチ20としては上記例に限定されない。例えばスイッチ20は1つのMOSFETを有してもよい。若しくは、スイッチ20は複数の並列接続されたMOSFETを有してもよい。
本実施形態では開閉部が2つのMOSFETのソース電極同士が連結されてなる例を示した。しかしながら開閉部は2つのMOSFETのドレイン電極同士が連結されてなってもよい。
本実施形態では開閉部の有する2つのMOSFETのゲート電極が電気的に独立している例を示した。しかしながら2つのMOSFETのゲート電極が同電位の構成を採用することもできる。
本実施形態では開閉部の有する2つのMOSFETの寄生ダイオードのアノード電極同士が互いに連結されている例を示した。しかしながら寄生ダイオードのカソード電極同士が互いに連結された構成を採用することもできる。なお、スイッチ20としてIGBTを採用する場合、開閉部の有する2つのIGBTにダイオードが並列接続されるとよい。その場合、2つのダイオードのカソード電極同士、若しくは、アノード電極同士が互いに接続されているとよい。
本実施形態では第1スイッチ21が開閉部を3つ有し、第2スイッチ22が開閉部を4つ有し、第3スイッチ23と第4スイッチ24それぞれが開閉部を1つ有する例を示した。しかしながら各スイッチの有する開閉部の数としては上記例に限定されない。
本実施形態では並列接続された複数の開閉部それぞれのソース電極が互いに電気的に接続されている例を示した。しかしながら複数の開閉部それぞれのソース電極同士は互いに電気的に接続されていなくともよい。また、複数の開閉部の一部のソース電極同士が互いに電気的に接続されていてもよい。
本実施形態ではバイパスリレー30がメカニカルリレーである例を示した。しかしながらバイパスリレー30としては上記例に限定されない。バイパスリレー30としては半導体スイッチを採用することもできる。
(その他の変形例)
本実施形態では第2接続回路は第1接続回路以上の耐電流性を有し、第3接続回路と第4接続回路は第1接続回路以下の耐電流性を有する例を示した。しかしながら各接続回路の耐電流性の関係としては上記例に限定されない。各接続回路の耐電流性は、各接続回路に要求される耐電流性に応じて適宜変更可能である。
本実施形態では第1バイパス回路がバイパスヒューズ33を有する例を示した。しかしながら第1バイパス回路はバイパスヒューズ33を有していなくともよい。
本実施形態では電池パック100が、リチウム蓄電池10とスイッチ20の状態を検出するセンサ部40を有する例を示した。しかしながらセンサ部40としては、少なくとも第1スイッチ21の状態信号を検出するものであればよい。
センサ部40は、温度センサ、電流センサ、および、電圧センサを有する例を示した。しかしながらセンサ部40はこれらのうちの少なくとも1つを有すればよい。またセンサ部40は他のセンサを有してもよい。例えばセンサ部40は電池パック100の水没を検出するための水没センサを有してもよい。この水没センサは対向電極によって構成されるコンデンサを有する。対向電極間に水があると、コンデンサの誘電率(静電容量)が変化する。BMU50はこの水没センサの静電容量の変化が所定時間継続されるか否かに基づいて、電池パック100の水没を検出する。なお水没センサは基板よりも筐体の底部側に設けられる。
10…リチウム蓄電池、11…第1給電線、15…第1バイパスライン、21…第1スイッチ、31…第1バイパスリレー、33…バイパスヒューズ、40…センサ部、50…BMU、100…電池パック、110…鉛蓄電池、120…回転電機、130…エンジン、140…電気負荷、150…上位ECU、200…電源システム

Claims (11)

  1. 蓄電池(110)と回転電機(120)とを電気的に接続する電池パックであって、
    前記蓄電池と前記回転電機とを接続する第1接続回路(21,11)と、
    前記蓄電池と前記回転電機とを接続する、前記第1接続回路よりも耐電流性の低い第2接続回路(31,33,15)と、
    前記第1接続回路と前記第2接続回路それぞれを制御する制御部(50)と、
    前記第1接続回路の異常状態を検出するセンサ部(40)と、を有し、
    前記制御部は、
    前記第1接続回路の異常を判定するための閾値として、第1閾値、および、前記第1閾値よりも値の大きい第2閾値を有し、
    前記センサ部の示すセンサ値が前記第1閾値を超えた場合、前記回転電機の要求出力を制限し、
    前記センサ値が前記第2閾値を超えた場合、前記第1接続回路を開状態にしつつ、前記第2接続回路を閉状態にすることで、前記第2接続回路を介して前記蓄電池と前記回転電機とを電気的に接続する電池パック。
  2. 前記制御部は、前記回転電機が発電状態若しくは力行状態において、前記センサ値が前記第1閾値を超えると前記回転電機の要求出力を制限し、前記センサ値が前記第2閾値を超えると前記第1接続回路を開状態にしつつ前記第2接続回路を閉状態にする請求項1に記載の電池パック。
  3. アイドルストップ機能を有する車両に搭載されており、
    前記回転電機は前記車両のエンジン(130)と連結されており、
    前記制御部は、前記車両がアイドルストップしている際に前記センサ値が前記第1閾値を超えると、前記第2接続回路を開状態にしつつ、前記第1接続回路を閉状態にすることで、前記第1接続回路を介して前記蓄電池と前記回転電機とを電気的に接続し、前記回転電機によって前記エンジンを始動させる請求項2に記載の電池パック。
  4. 前記第1接続回路は前記蓄電池と前記回転電機との間に設けられる第1スイッチ(21)を有し、
    前記第2接続回路は前記蓄電池と前記回転電機との間に設けられる第2スイッチ(31)を有し、
    前記電池パックには、供給電圧が閾値電圧を下回るとオフ状態になる電気負荷(140)が接続されており、
    前記蓄電池と前記電気負荷とを接続する第3接続回路(23,13)と、
    前記蓄電池と前記電気負荷とを接続する第4接続回路(32,16)と、を有し、
    前記第3接続回路は前記蓄電池と前記電気負荷との間に設けられる第3スイッチ(23)を有し、
    前記第4接続回路は前記蓄電池と前記電気負荷との間に設けられる第4スイッチ(32)を有し、
    前記制御部は、
    前記センサ値が前記第2閾値を超えた場合、前記第1スイッチと前記第3スイッチそれぞれを開状態にしつつ、前記第2スイッチと前記第4スイッチそれぞれを閉状態にすることで、前記第2スイッチを介して前記蓄電池と前記回転電機とを電気的に接続しつつ、前記第4スイッチを介して前記蓄電池と前記電気負荷とを電気的に接続する請求項1〜3いずれか1項に記載の電池パック。
  5. 前記第2接続回路は、前記第2スイッチのほかに、前記第2スイッチと直列接続されたバイパスヒューズ(33)を有する請求項4に記載の電池パック。
  6. 電源(10)と、
    前記電源と前記回転電機との間に設けられる第5スイッチ(22)と、
    前記電源と前記電気負荷との間に設けられる第6スイッチ(24)と、を有し、
    前記制御部は、
    前記センサ値が前記第2閾値を超えた場合、前記第1スイッチと前記第3スイッチだけではなく前記第5スイッチと前記第6スイッチそれぞれを開状態にする請求項4または請求項5に記載の電池パック。
  7. 前記センサ部は、複数の異なる物理量を前記センサ値として検出し、
    前記制御部は、
    複数の前記センサ値それぞれに対応する前記第1閾値と前記第2閾値を有しており、
    複数の前記センサ値のうちのいずれか1つが対応する前記第1閾値を超えた場合、前記回転電機の要求出力を制限し、
    複数の前記センサ値のうちのいずれか1つが対応する前記第2閾値を超えた場合、前記第1接続回路を開状態にしつつ、前記第2接続回路を閉状態にすることで、前記第2接続回路を介して前記蓄電池と前記回転電機とを電気的に接続する請求項1〜6いずれか1項に記載の電池パック。
  8. 前記センサ部は、温度センサ、電流センサ、および、電圧センサのうちの少なくとも1つを有する請求項7に記載の電池パック。
  9. 蓄電池(110)と、
    回転電機(120)と、
    電池パック(100)と、を有する電源システムであって、
    前記電池パックは、
    前記蓄電池と前記回転電機とを接続する第1接続回路(21,11)と、
    前記蓄電池と前記回転電機とを接続する、前記第1接続回路よりも耐電流性の低い第2接続回路(31,33,15)と、
    前記第1接続回路と前記第2接続回路それぞれを制御する制御部(50)と、
    前記第1接続回路の異常状態を検出するセンサ部(40)と、を有し、
    前記制御部は、
    前記第1接続回路の異常を判定するための閾値として、第1閾値、および、前記第1閾値よりも値の大きい第2閾値を有し、
    前記センサ部の示すセンサ値が前記第1閾値を超えた場合、前記回転電機の要求出力を制限し、
    前記センサ値が前記第2閾値を超えた場合、前記第1接続回路を開状態にしつつ、前記第2接続回路を閉状態にすることで、前記第2接続回路を介して前記蓄電池と前記回転電機とを電気的に接続する電源システム。
  10. 前記回転電機の出力を制御する上位制御部(150)を有し、
    前記制御部は前記センサ値が前記第1閾値を超えた場合、前記上位制御部に前記回転電機の要求出力を制限する制限要求を出力することで、前記回転電機の要求出力を制限する請求項9に記載の電源システム。
  11. 車両に搭載されており、
    供給電圧が閾値電圧を下回るとオフ状態になる電気負荷(140)を有し、
    前記電気負荷は前記電池パックに接続され、
    前記回転電機は前記車両のエンジン(130)と連結されており、
    前記センサ部は複数の異なる物理量を前記センサ値として検出する請求項9または請求項10に記載の電源システム。
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