JP2020150618A - 蓄電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の蓄電モジュールの直列接続から並列接続への切り替えに際し電圧を均衡化する蓄電システムにおいて、直並列切り替えリレーの異常を診断する蓄電システムを提供する。【解決手段】 蓄電システム401は、車両の充電口14に接続される給電ケーブル13を経由して、給電設備の外部充電器10から複数の蓄電モジュール(バッテリBT1、BT2)への充電が可能である。電力変換器(車載充電器)20は、複数の蓄電モジュールの間で電力を授受させる。車載制御部45は、複数の蓄電モジュールの並列切り替えに先立ち、電圧差が所定の閾値以下となるように電力変換器20を動作させる「電圧均衡化処理」を実施する。車載制御部45は、直並列切り替えリレーRY1−RY3の開閉状態を所定の診断モードにした上で、電圧検出器VS3から取得した充電口14の検出電圧Vxに基づいて直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常を診断する。【選択図】図5
Description
本発明は、蓄電システムに関する。
従来、複数の蓄電モジュールを直列及び並列に切り替え可能とした蓄電システムが知られている。
例えば特許文献1に開示された産業機械用電池システムは、高電圧下における急速充電が可能で且つ低電圧系のコンポーネントを使用可能とすることを目的とするものである。このシステムは、電池ユニットと充電入力部又は電力負荷との接続状態を択一的に切り替えるための充放電切り替え手段、及び、複数の電池ユニット間の電気的な接続を並列または直列に択一的に切り替えるための並列/直列切り替え手段等を備える。
このシステムの放電制御フローでは、複数の電池ユニットを並列に接続した状態で、複数の電池ユニットから電力負荷への放電を行う。また充電制御フローでは、複数の電池ユニットを直列に接続した状態で、急速充電器から充電入力部を介して複数の電池ユニットに充電を行う。充電完了後、複数の電池ユニット間の電圧差が閾値以上である場合、電圧差をなくすための電池ユニット間バランス処理が行われる。
以下、本明細書では、特許文献1の電池ユニットを含む上位概念の用語として「蓄電モジュール」を用いる。特許文献1の技術を電気自動車やプラグインハイブリッド自動車の外部充電に適用する場合、直列での充電完了後、複数の蓄電モジュールを並列接続に切り替え、負荷としての主機モータに放電して走行する状況が想定される。また、特許文献1における並列/直列切り替え手段としてのスイッチを本明細書では「直並列切り替えリレー」と言い換える。本明細書の「直並列切り替えリレー」には、半導体スイッチや機械式リレー等の具体的構成を問わず、電流経路の開閉手段全般を含む。
一般にリレーの故障モードとして、ON状態に固着するショート故障、及び、OFF状態に固着するオープン故障が知られている。特許文献1のシステムにおいて、いずれかの直並列切り替えリレーがショート故障している場合、他のリレーをONした時に蓄電モジュールを短絡させるおそれがある。また、いずれかの直並列切り替えリレーがオープン故障している場合、要求される電圧が負荷へ供給されない懸念がある。特許文献1には、このようなリレー固着異常の検出や処置について何ら言及されていない。
本発明は上述の課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数の蓄電モジュールの直列接続から並列接続への切り替えに際し電圧を均衡化する蓄電システムにおいて、直並列切り替えリレーの異常を診断する蓄電システムを提供することにある。
本発明の蓄電システムは、それぞれが一つ以上の蓄電セルを含む複数の蓄電モジュールを搭載した車両に適用され、車両の充電口(14)に接続される給電ケーブル(13)を経由して、給電設備の外部充電器(10)から複数の蓄電モジュールへの充電が可能である。この蓄電システムは、複数の蓄電モジュールと、複数の直並列切り替えリレーと、電力変換器(20)と、車載制御部(45)と、を備える。
複数の直並列切り替えリレーは、複数の蓄電モジュールのうち少なくとも第1蓄電モジュール(BT1)及び第2蓄電モジュール(BT2)の接続状態を直列及び並列に切り替え可能であり、第1リレー(RY1)、第2リレー(RY2)及び第3リレー(RY3)を含む。第1リレーは、第1蓄電モジュール及び第2蓄電モジュールの正極同士の間に設けられる。第2リレーは、第1蓄電モジュールの負極と第2蓄電モジュールの正極との間に設けられる。第3リレーは、第1蓄電モジュール及び第2蓄電モジュールの負極同士の間に設けられる。
電力変換器は、第1蓄電モジュールと第2蓄電モジュールとの間で電力を授受させる。車載制御部は、複数の直並列切り替えリレーの開閉を操作する。且つ、車載制御部は、第1蓄電モジュール及び第2蓄電モジュールの並列切り替えに先立ち、第1蓄電モジュールと第2蓄電モジュールとの電圧差が所定の閾値以下となるように電力変換器を動作させる「電圧均衡化処理」を実施する。
本発明の第1の態様では、充電口の電圧を検出する電圧検出器(VS3、VS4)が車両に設置されるか、又は、給電ケーブルが充電口に接続された状態で充電口の電圧を検出する電圧検出器(VS11、VS13)が給電設備に設置されている。電圧検出器が車両に設置される場合、車載制御部は、直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、電圧検出器から取得した検出電圧(Vx)に基づいて直並列切り替えリレーの異常を診断する。
電圧検出器が給電設備に設置される場合、車載制御部は、直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、外部充電器を制御する給電制御部(17)から受信した電圧検出器の検出電圧に基づいて直並列切り替えリレーの異常を診断するか、又は、外部充電器が電圧検出器の検出電圧に基づいて実施した直並列切り替えリレーの異常診断の結果を受信する。
本発明の第2の態様では、給電ケーブルが充電口に接続された状態で、外部充電器が診断用の通電であるプレ給電を実施したとき、外部充電器から蓄電モジュールまでの給電経路を流れる電流を検出する電流検出器(CS3、CS4、CS1、CS2、CS11、CS13)が車両又は給電設備に設置されている。電流検出器が車両に設置される場合、車載制御部は、直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、電流検出器から取得した検出電流(Cx)に基づいて直並列切り替えリレーの異常を診断する。
電流検出器が給電設備に設置される場合、車載制御部は、直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、外部充電器を制御する給電制御部(17)から受信した電流検出器の検出電流に基づいて直並列切り替えリレーの異常を診断するか、又は、外部充電器が電流検出器の検出電流に基づいて実施した直並列切り替えリレーの異常診断の結果を受信する。
本発明の蓄電システムは、電圧検出器による検出された充電口の電圧、又は、プレ給電時に電流検出器による検出された給電経路を流れる電流に基づき、直並列切り替えリレーの異常を容易に診断することができる。好ましくは、車載制御部は、直並列切り替えリレーの故障を検出したとき、直並列切り替えリレーの操作を禁止し、車両において警告を表示する。これにより本発明の蓄電システムは、ショート故障に起因する蓄電モジュールの短絡やオープン故障に起因する負荷への供給電圧不足等を防止することができる。また、警告によりユーザに異常発生を知らせ、修理を促すことができる。
以下、蓄電システムの実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成又はフローチャートにおける実質的に同一のステップには、同一の符号又は同一のステップ番号を付して説明を省略する。第1〜第10実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の蓄電システムは、複数の蓄電モジュールを搭載した車両に適用される。ここで、各蓄電モジュールは一つ以上の蓄電セルを含む。
本実施形態における蓄電モジュールは、一つ以上のバッテリセルを含むバッテリモジュールであり、具体的には、電気自動車やプラグインハイブリッド車の動力源となる主機バッテリモジュールである。この蓄電システムでは、車両の充電口に接続される給電ケーブルを経由して、給電設備の外部充電器から複数の蓄電モジュールへの充電が可能である。
複数の蓄電モジュールのうち少なくとも第1蓄電モジュール及び第2蓄電モジュールは、複数の直並列切り替えリレーによって接続状態が直列及び並列に切り替えられる構成となっている。複数の直並列切り替えリレーは、典型的に半導体スイッチ又は機械式リレーにより構成される。また、この蓄電システムは、第1蓄電モジュールと第2蓄電モジュールとの間で電力を授受させる電力変換器と、直並列切り替えリレーの開閉を操作し、且つ電力変換器を動作させる車載制御部と、を備える。
さらに車載制御部は、車両又は給電設備に設置された検出器により検出された電圧又は電流に基づき、直並列切り替えリレーの異常を診断するか、外部充電器を制御する給電制御部から異常信号を取得する。以下の各実施形態は、直並列切り替えリレーの異常診断に用いられる検出器の種類及び配置や、それによる異常診断の構成が異なる。
[システム構成及び背景]
最初に図1〜図4を参照し、各実施形態に共通するシステム構成、及び本実施形態の背景について説明する。図1には、給電設備に停車した車両の充電口14に外部充電器10から給電ケーブル13が接続された状態を示す。本明細書では、「車両」は電気自動車やプラグインハイブリッド車を意味し、「給電設備」は充電スタンド等のインフラの総称である。
最初に図1〜図4を参照し、各実施形態に共通するシステム構成、及び本実施形態の背景について説明する。図1には、給電設備に停車した車両の充電口14に外部充電器10から給電ケーブル13が接続された状態を示す。本明細書では、「車両」は電気自動車やプラグインハイブリッド車を意味し、「給電設備」は充電スタンド等のインフラの総称である。
車両側の蓄電システム40は、「第1蓄電モジュール」及び「第2蓄電モジュール」としての二つのバッテリBT1、BT2、直並列切り替えリレーRY1−RY3、その他の経路開閉リレーRY4−RY7、「電力変換器」としての車載充電器20、並びに車載制御部45等を備える。
第1バッテリBT1及び第2バッテリBT2は、リチウムイオン電池等の充放電可能な、例えば400Vの高圧バッテリモジュールである。以下、「バッテリモジュール」を省略して「バッテリ」という。バッテリBT1、BT2は、充電口14と負荷80との間に設けられる。図1の回路では、第1バッテリBT1が充電口14側、第2バッテリBT2が負荷80側に示されているが、回路的に等価であれば、現実の配置はこれに限らない。負荷80には、電気自動車やプラグインハイブリッド車で一般に用いられるインバータ、モータ、DC/DCコンバータ、エアコン等が含まれる。
直並列切り替えリレーのうち第1リレーRY1は、第1バッテリBT1及び第2バッテリBT2の正極同士の間に設けられる。第2リレーRY2は、第1バッテリBT1の負極と第2バッテリBT2の正極との間に設けられる。第3リレーRY3は、第1バッテリBT1及び第2バッテリBT2の負極同士の間に設けられる。
その他の負荷リレーRY4及びRY5は、それぞれ第2バッテリBT2の正極及び負極と負荷80との間の経路を開閉する。充電口リレーRY6は、第1バッテリBT1の正極と充電口14の正極端子141との間の経路を開閉する。充電口リレーRY7は、第2バッテリBT2の負極と充電口14の負極端子142との間の経路を開閉する。
ここで、二つのバッテリBT1、BT2の接続状態を直列及び並列に切り替えることの意義について説明する。図2に、車両バッテリ用の充電インフラと負荷駆動電圧との関係を示す。バッテリの電圧は標準的に400V級であると仮定する。また、充電スタンド等の充電インフラには400V級対応及び800V級対応の2種類が存在し、使用される負荷も400V級で駆動されるものと800V級で駆動されるものの2種類が存在すると仮定する。400V級で負荷を駆動する車両のバッテリに400V級の充電インフラで充電する場合や、800V級で負荷を駆動する車両のバッテリに800V級の充電インフラで充電する場合、何ら問題は無い。
一方、負荷駆動電圧とは異なる電圧の充電インフラで車両バッテリを充電する場合を考える。すると、400V級の負荷を駆動するバッテリを充電時に二つ直列接続すれば、800V級の充電インフラで充電可能である。そして、負荷駆動時すなわち放電時には並列接続に切り替えて400V級で使用することができる。逆に、並列接続状態で400V級の充電インフラで充電したバッテリを、負荷駆動時に二直列接続に切り替えれば、800V級で使用することができる。このように複数のバッテリの接続状態を直列及び並列に切り替え可能とすることで、多くの充電インフラに対応可能となる。
具体的には、電動自動車やプラグインハイブリッド車の主機モータや補機等の車両機器及び充電インフラは、充電時間短縮等のため、現状の400V級から将来は800V級に移行すると予想される。すると、特に移行の過渡期には車両仕様と充電インフラの仕様とがマッチングしない状況が生じ得る。そこで、充電時と負荷駆動時(主機モータの駆動の場合には走行時)とで、バッテリの直並列を切り替え可能とすることが求められる。そのために直並列切り替えリレーが必要となる。
このような背景から、800V級の外部充電器10を用いる場合、第1バッテリBT1及び第2バッテリBT2を二直列に接続した状態で直列充電が行われる。一方、400V級の外部充電器10を用いる場合、第1バッテリBT1及び第2バッテリBT2を二並列に接続した状態で並列充電が行われる。また、外部充電器10の給電可能電圧の情報は、外部充電器10を制御する給電制御部17から、有線又は無線の通信により、車載制御部45に伝達される。
以下のリレー開閉パターンの説明で、RY1−RY7のうちの「あるリレーがON」という場合、「それ以外のリレーはOFF」であるものとする。二直列充電時には、第2リレーRY2、及び充電口リレーRY6、RY7がONされる。二並列充電時には、第1リレーRY1、第3リレーRY3、及び充電口リレーRY6、RY7がONされる。並列接続されたバッテリBT1、BT2から負荷80に400Vの電力を供給する二並列放電時には、第1リレーRY1、第3リレーRY3、及び負荷リレーRY4、RY5がONされる。図1に短破線矢印で示すように、各リレーRY1−RY7の開閉は車載制御部45により操作される。
ところで、図3に示すように、直列接続から並列接続への切り替えに際し、内部抵抗等のばらつきに起因して、第1バッテリBT1と第2バッテリBT2との間に電圧差が生じている状況を想定する。第1バッテリBT1及び第2バッテリBT2を直列接続したときの電圧を100%としたとき、例えば第1バッテリBT1の電圧が52%、第2バッテリBT2の電圧が48%であると仮定する。なお、太線の矢印は細線の矢印よりも電圧が高いことを意味する。そして、外部充電器時での直列充電後にリレーをONし並列接続に切り替えたとき、第1バッテリBT1と第2バッテリBT2との間の電圧差による突入電流が流れ、リレー接点にアークが発生する。
そこで本実施形態では、第1バッテリBT1及び第2バッテリBT2は「電力変換器」として機能する車載充電器20等の機器に接続される。車載充電器20は、基本的な機能として、外部の商用電源15からAC電源接続部16を介して供給されたAC100V又は200Vの交流電力を直流電力に変換し、バッテリBT1、BT2に充電する。車載充電器20の入出力ポートP1には第1バッテリBT1の正極及び負極が接続され、入出力ポートP2には第2バッテリBT2の正極及び負極が接続される。
図4に車載充電器20の構成例を示す。車載充電器20は、例えばPFCとして構成されるAC/DC変換回路21、及びマルチポート式のDC/DCコンバータ30を内部回路として含む。AC/DC変換回路21は、入力端がAC電源接続部16を介して商用電源15に接続される。
DC/DCコンバータ30は、トランス式のマルチポート絶縁型コンバータであり、AC/DC変換回路21の出力端であるDCバスに接続される。DC/DCコンバータ30は、コア33、コア33に巻回される一次巻線31及び二つの二次巻線321、322、並びに、一次側のスイッチング回路34及び二次側のスイッチング回路351、352を含む。スイッチング回路34、351、352は、巻線31、321、322に流れる電流の向きを周期的に交替させる。
また、第1バッテリBT1の電圧(以下「第1バッテリ電圧」)V1を検出するバッテリ電圧検出器VS1、及び、第2バッテリBT2の電圧(以下「第2バッテリ電圧」)V2を検出するバッテリ電圧検出器VS2が設けられている。車載制御部45は、バッテリ電圧検出器VS1、VS2から取得した第1バッテリ電圧V1及び第2バッテリV2に基づき、第1バッテリBT1と第2バッテリBT2との電圧差が所定の閾値以下であるか監視する。注意点として、後述の異常診断に用いられる「電圧検出器」には、バッテリ電圧検出器VS1、VS2は含まれない。また、異常診断に用いられる「検出電圧」には、バッテリ電圧検出器VS1、VS2が検出したバッテリ電圧V1、V2は含まれない。
そして、バッテリBT1、BT2の並列切り替えに先立ち、電圧差が所定の閾値を超えている場合、車載制御部45は、DC/DCコンバータ30を動作させて、電圧が異なるバッテリBT1、BT2の間で電力を授受させる。すなわち太線矢印で示すように、DC/DCコンバータ30の一方の二次側スイッチング回路351から他方の二次側スイッチング回路352を通る経路で、バッテリBT1、BT2間の電力を還流させる。
こうして車載制御部45は、各バッテリBT1、BT2の電圧を降下又は上昇させることによってバッテリBT1、BT2の電圧差を所定の閾値以下にする。そして、電圧差が閾値以下となっている状態で並列接続用の第1リレーRY1及び第3リレーRY3をONする。この処理を「電圧均衡化処理」という。電圧均衡化処理は、各バッテリBT1、BT2が非接続又は直列接続の状態で実施可能である。
電圧均衡化処理により、過大な突入電流を生じることなく並列接続用の第1リレーRY1及び第3リレーRY3の接点をONすることで、アークの発生を防止し、リレーの信頼性や寿命を向上させることができる。また本実施形態では、電圧均衡化処理のための電力変換器として、既存の車載充電器20を兼用することで、専用の電力変換器を設ける必要がなくなる。
しかし、電圧均衡化処理の実施にかかわらず、いずれかの直並列切り替えリレーがショート故障している場合、他のリレーをONした時にバッテリを短絡させるおそれがある。また、いずれかの直並列切り替えリレーがオープン故障している場合、要求される電圧が負荷80へ供給されない懸念がある。従来技術である特許文献1(特許第5611400号公報)には、このようなリレー固着異常の検出や処置について何ら言及されていない。
[蓄電システムの実施形態]
そこで本実施形態の蓄電システム40は、バッテリBT1、BT2の直列接続から並列接続への切り替えに際し電圧を均衡化する蓄電システムにおいて、直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常を診断する。その診断のための情報として、第1〜第5実施形態では、充電口14の電圧が電圧検出器により検出される。第6〜第10実施形態では、診断用の通電であるプレ給電時に給電経路を流れる電流が電流検出器により検出される。これにより、蓄電システム40は、直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常を容易に診断することができる。続いて実施形態毎に詳細な構成を説明する。各実施形態の蓄電システムの符号は、「40」に続く3桁目に実施形態の番号を付す。
そこで本実施形態の蓄電システム40は、バッテリBT1、BT2の直列接続から並列接続への切り替えに際し電圧を均衡化する蓄電システムにおいて、直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常を診断する。その診断のための情報として、第1〜第5実施形態では、充電口14の電圧が電圧検出器により検出される。第6〜第10実施形態では、診断用の通電であるプレ給電時に給電経路を流れる電流が電流検出器により検出される。これにより、蓄電システム40は、直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常を容易に診断することができる。続いて実施形態毎に詳細な構成を説明する。各実施形態の蓄電システムの符号は、「40」に続く3桁目に実施形態の番号を付す。
(第1実施形態)
図5を参照し、第1実施形態の蓄電システム401について説明する。図5以下の各実施形態の構成図では、図1に記載された車載充電器20、車載充電器20の一次側及び二次側の配線、すなわち電圧均衡化処理に関する構成の図示を省略する。一方、外部充電器10の内部の構成や、直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常診断に用いられる電圧又は電流検出に関する構成について詳しく示す。以下、単に「異常診断」とは、直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常診断の意味である。
図5を参照し、第1実施形態の蓄電システム401について説明する。図5以下の各実施形態の構成図では、図1に記載された車載充電器20、車載充電器20の一次側及び二次側の配線、すなわち電圧均衡化処理に関する構成の図示を省略する。一方、外部充電器10の内部の構成や、直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常診断に用いられる電圧又は電流検出に関する構成について詳しく示す。以下、単に「異常診断」とは、直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常診断の意味である。
各実施形態では、電圧均衡化処理後、並列切り替え前に異常診断を実施してもよい。或いは、先に異常診断を行い、直並列切り替えリレーRY1−RY3が正常の場合、電圧均衡化処理を実施し、並列切り替えしてもよい。また、直列接続のまま並列接続に切り替えない場合、異常診断のみを実施し、電圧均衡化処理を行わなくてもよい。
全実施形態の共通事項として、図5に示すように、外部充電器10の内部には充電器電源11、充電器内部リレーRY11、RY12、及び電流検出器CS11が設けられている。充電器内部リレーRY11、RY12は、それぞれ、充電器電源11と正極側及び負極側の給電ケーブル13との間の経路を開閉する。電流検出器CS11は、充電器電源11と正極側の充電器内部リレーRY11との間の給電経路に設置されており、電流検出器CS11の検出電流は給電制御部17に取得される。
この電流検出器CS11は、他の用途、例えば外部給電時の電流監視等のために標準的に設置されているものであり、第9実施形態以外では異常診断に使用されることを想定していない。特に検出電圧に基づき異常診断を行う第1〜第5実施形態の構成図では、単に外部充電器10が第6〜第10実施形態と基本的に同じ構成であることを示すために電流検出器CS11を図示しているに過ぎない。
第1〜第5実施形態では、検出が容易な電圧情報のみで異常診断が可能である。第1〜第5実施形態は、電圧検出器の設置箇所や異常診断を実施する制御部の構成が異なる。第1実施形態では、直並列切り替えリレーの異常診断用として充電口14の電圧を検出する電圧検出器VS3が車両に設置されている。詳しくは、電圧検出器VS3は、充電口リレーRY6、RY7とバッテリBT1、BT2との間に設置されている。車載制御部45は、充電口リレーRY6、RY7をOFFした状態で電圧検出器VS3の検出電圧Vxを取得可能である。この場合、給電ケーブル13が充電口14に接続されていなくてもよい。なお、外部充電器10の充電器内部リレーRY11、RY12がOFFであることを前提として、破線で示すように充電口リレーRY6、RY7がONされてもよい。
第1実施形態では、車載制御部45は、電圧検出器VS3により検出された充電口14の電圧Vxに基づき、車両側の情報のみで直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常を容易に診断することができる。なお、第1〜第3実施形態では車載制御部45と給電制御部17との間の通信が異常診断に必須でないため、通信を破線の両矢印で表す。さらに、破線で示す放電抵抗DRが充電口14付近に接続されてもよい。具体的に放電抵抗DRは、給電設備側、車両の充電口リレーRY6、RY7に対し充電口14側、充電口14と反対側のいずれに設けられてもよい。放電抵抗DRにより配線や回路の容量成分の残電荷を放電させることで、充電口14の電圧を安定に検出し、誤検出を防止することができる。第2〜第5実施形態の図11〜図14には図示を省略するが、同様に放電抵抗DRが設けられてもよい。
(異常診断処理のフローチャート)
次に、車載制御部45による異常診断処理について、図6のメインフローチャート及び図7、図8のサブフローチャートを参照して説明する。図6は、異常診断に用いる情報が電圧であるか電流であるかに関係なく、車載制御部45により異常診断を行う全ての実施形態に適用される。図7、図8は、検出電圧に基づきショート故障判定及びオープン故障判定を行う実施形態に適用される。以下のフローチャートの説明で、記号「S」はステップを示す。複数のフローチャートに共通するステップ番号を共用するため、各フローチャートにおけるステップ番号は必ずしも連続しない。
次に、車載制御部45による異常診断処理について、図6のメインフローチャート及び図7、図8のサブフローチャートを参照して説明する。図6は、異常診断に用いる情報が電圧であるか電流であるかに関係なく、車載制御部45により異常診断を行う全ての実施形態に適用される。図7、図8は、検出電圧に基づきショート故障判定及びオープン故障判定を行う実施形態に適用される。以下のフローチャートの説明で、記号「S」はステップを示す。複数のフローチャートに共通するステップ番号を共用するため、各フローチャートにおけるステップ番号は必ずしも連続しない。
図6のS20では、直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常診断指令があるか判断される。S20でYESの場合、S300に移行する。S20でNOの場合、S490で異常フラグがOFFされる。S300ではショート故障判定が実施される。その結果、S38でショート故障がないと判断されるとS390で異常フラグがOFFされ、ショート故障があると判断されるとS391で異常フラグがONされる。ショート故障がないと判断された場合、S400ではオープン故障判定が実施される。その結果、S48でオープン故障がないと判断されるとS490で異常フラグのOFFが維持され、オープン故障があると判断されるとS491で異常フラグがONされる。
異常フラグがOFFの場合、車載制御部45は、S51で正常時処置として直並列切り替えを許可する。異常フラグがONの場合、すなわち、いずれかの直並列切り替えリレーRY1−RY3が故障していると判定したとき、車載制御部45は、S61で異常時処置として直並列切り替えリレーRY1−RY3の操作を禁止し、車両において警告を表示する。これにより、車内にいるユーザに異常を知らせ、修理を促すことができる。また、車載制御部45は、上位の車両ECUに異常を通知する。なお、故障した直並列切り替えリレーが特定される場合、車載制御部45は、故障モードに応じて限定的に給電を許可してもよい。この処理については、図9、図10を参照して後述する。
また、車載制御部45は、異常時処置として給電制御部17に異常信号を送信し、給電を中止させる。給電制御部17は、車載制御部45から異常信号を受信したとき、給電設備において警告を表示してもよい。これにより、給電時に車外にいるユーザに異常を知らせることができる。このように、本実施形態の蓄電システムは、直並列切り替えリレーRY1−RY3の故障を検出したとき、適切な異常時処置を行うことで、ショート故障に起因するバッテリの短絡やオープン故障に起因する負荷への供給電圧不足等を防止することができる。
図7に、検出電圧Vxに基づくショート故障判定の具体例を示す。「電圧検出器」の記号は、第1、第3実施形態ではVS3、第2実施形態ではVS4、第4実施形態ではVS11、第5実施形態ではVS13である。S31Vで車載制御部45は、直並列切り替えリレーRY1−RY3及び他のリレーのRY6、RY7、RY11、RY12の開閉状態を所定の診断モードとする。まず、各実施形態に共通に第1リレーRY1、第2リレーRY2、第3リレーRY3がOFFされる。また、第2、第4、第5実施形態では充電口リレーRY6、RY7がONされ、さらに第4実施形態では充電器内部リレーRY11、RY12がONされる。第1、第3実施形態は、充電口リレーRY6、RY7をOFFした状態での診断が可能である。
S32Vでは、電圧検出器で充電口の電圧Vxが検出される。車載制御部45は、検出された電圧Vxと、第1バッテリ電圧V1及び第2バッテリ電圧V2とを取得し、S330からS333でショート故障を判定する。この部分の説明では電圧の名称を省略し、記号のみを記載する。また、S330からS333の実施順序は任意であり、各ステップでNOと判断された場合に次のステップに移行することの説明を省略する。
「≒」の記号は、電圧降下やその他の検出誤差を考慮した所定幅の範囲に含まれることを意味し、明細書中、「〜相当の値」と表現する。電圧降下は、バッテリBT1、BT2から電圧検出器までのリレー、ハーネス、接点等で発生する。例えば「Vx≒V1」とは、「Vx=V1−(電圧降下+マージン)±(誤差範囲)」の意味で解釈される。
S330では「Vx≒0」、すなわち、検出電圧Vxが0相当の値であるか判断され、YESの場合、S36で第1リレーRY1、第2リレーRY2、第3リレーRY3がいずれも正常であると判定される。
S331では「Vx≒V1+V2」であるか判断され、YESの場合、S371で第2リレーRY2がショート故障であると判定される。S332では「Vx≒V1」であるか判断され、YESの場合、S372で第3リレーRY3がショート故障であると判定される。S333では「Vx≒V2」であるか判断され、YESの場合、S373で第1リレーRY1がショート故障であると判定される。
S330〜S333でいずれもNOの場合、S374で特定不可と判定される。この場合、電圧検出器の故障の可能性が考えられる。
図8に、検出電圧Vxに基づくオープン故障判定の具体例を示す。実施形態毎の「電圧検出器」の記号は、ショート故障判定と同じである。オープン故障判定では、第1リレーRY1、第2リレーRY2、第3リレーRY3のうちいずれか一つを順番にONし、検出電圧Vxが0相当の値である場合、現在ONしている直並列切り替えリレーがオープン故障であると判定される。各直並列切り替えリレーの診断順序は変更してもよい。
ショート故障判定が終わった時点で各リレーの開閉状態は、S31Vの診断モードとなっている。S411では第1リレーRY1がONされる。その後、図7のS32Vに相当する「電圧検出器で充電口の電圧Vxが検出される」ステップが存在するが、スペースの都合上、図示を省略する。車載制御部45は、検出された電圧Vxと、第1バッテリ電圧V1及び第2バッテリ電圧V2とを取得する。S412及びS413の後も同様である。
S431では「Vx≒V2」であるか判断され、YESの場合、S461で第1リレーRY1が正常であると判定される。S434では「Vx≒0」であるか判断され、YESの場合、S471で第1リレーRY1がオープン故障であると判定される。S431、S434でいずれもNOの場合、S474で第1リレーRY1の良否不明と判定される。
次に、S412で第1リレーRY1がOFFされ、第2リレーRY2がONされる。S432では「Vx≒V1+V2」であるか判断され、YESの場合、S462で第2リレーRY2が正常であると判定される。S434では「Vx≒0」であるか判断され、YESの場合、S472で第2リレーRY2がオープン故障であると判定される。S432、S434でいずれもNOの場合、S475で第2リレーRY2の良否不明と判定される。
次に、S413で第2リレーRY2がOFFされ、第3リレーRY3がONされる。S433では「Vx≒V1」であるか判断され、YESの場合、S463で第3リレーRY3が正常であると判定される。S434では「Vx≒0」であるか判断され、YESの場合、S473で第3リレーRY3がオープン故障であると判定される。S433、S434でいずれもNOの場合、S476で第3リレーRY3の良否不明と判定される。S474、S475、S476の場合、例えば、良否不明と判定されたリレーについて再診断を実施するようにしてもよい。
次に、図9、図10を参照し、異常時処置の一パターンである限定的給電許可処理について説明する。上述の通り、直並列切り替えのニーズが生じる背景として、充電インフラの電圧と車両の負荷駆動電圧とのマッチングの問題がある。言い換えれば、充電インフラの電圧と車両の負荷駆動電圧とが一致している場合、わざわざ直並列を切り替えなくてもよい。したがって、ショート故障又はオープン故障のモードに応じて、直列接続又は並列接続のいずれか一方での充電が可能な場合、ディーラーまでの退避走行が可能な程度の給電を限定的に許可する意義がある。
この処理は、故障した直並列切り替えリレーRY1−RY3が特定される構成を前提とする。車載制御部45は、いずれかの直並列切り替えリレーRY1−RY3が故障していると判定したとき、第1バッテリBT1及び第2バッテリBT2を直列接続又は並列接続した状態での充電が可能であるか否かを判定する。そして、車載制御部45は、いずれかの接続状態での充電が可能である場合、給電制御部17に、異常信号とともに給電許可信号を送信する。
図9に、直列充電可否判定のフローチャートを示す。S71では、第2リレーRY2がショート故障であるか、又は、第1リレーRY1もしくは第3リレーRY3がオープン故障であるか判断される。ここで、言及された以外の直並列切り替えリレーは正常であるものとする。なお、「A又はB」、「AもしくはB」は論理和を意味し、AとBとの両方が該当する場合を含む。S72では外部充電器10がバッテリ直列電圧(例えば800V級)で充電可能であるか判断され、S73では車両がバッテリ直列電圧で負荷駆動可能であるか判断される。S72、S73でいずれもYESの場合、S74で直列充電可と判定される。S72又はS73でNOの場合、S75で直列充電不可と判定される。
図10に、並列充電可否判定のフローチャートを示す。S81では、第2リレーRY2がオープン故障であるか、又は、第1リレーRY1もしくは第3リレーRY3がショート故障であるか判断される。S82では外部充電器10がバッテリ並列電圧(例えば400V級)で充電可能であるか判断され、S83では車両がバッテリ並列電圧で負荷駆動可能であるか判断される。S82、S83でいずれもYESの場合、S84で並列充電可と判定される。S82又はS83でNOの場合、S85で並列充電不可と判定される。
(第2実施形態)
図11を参照し、第2実施形態の蓄電システム402について説明する。第2実施形態の蓄電システム402は、充電口14の電圧Vxを検出する電圧検出器VS4が、第1実施形態と同じく車両に設置されている。ただし、電圧検出器VS4は充電口14と充電口リレーRY6、RY7との間に設置されている点が第1実施形態と異なる。第2実施形態では、図7に示すショート故障判定のS31Vにおいて、充電口リレーRY6、RY7がONされる。その他、第2実施形態は第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
図11を参照し、第2実施形態の蓄電システム402について説明する。第2実施形態の蓄電システム402は、充電口14の電圧Vxを検出する電圧検出器VS4が、第1実施形態と同じく車両に設置されている。ただし、電圧検出器VS4は充電口14と充電口リレーRY6、RY7との間に設置されている点が第1実施形態と異なる。第2実施形態では、図7に示すショート故障判定のS31Vにおいて、充電口リレーRY6、RY7がONされる。その他、第2実施形態は第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
(第3実施形態)
図12を参照し、第3実施形態の蓄電システム403について説明する。第3実施形態の蓄電システム403は、第1実施形態に対し、各バッテリBT1、BT2と直列接続される個別リレーRY1−1、RY1−2をさらに備えている。以下、第1バッテリBT1側の個別リレーRY1−1を「第1個別リレー」、第2バッテリBT2側の個別リレーRY1−2を「第2個別リレー」という。電圧検出器の配置が異なる第2、第4、第5実施形態に対し、個別リレーRY1−1、RY1−2をさらに備える構成としてもよい。
図12を参照し、第3実施形態の蓄電システム403について説明する。第3実施形態の蓄電システム403は、第1実施形態に対し、各バッテリBT1、BT2と直列接続される個別リレーRY1−1、RY1−2をさらに備えている。以下、第1バッテリBT1側の個別リレーRY1−1を「第1個別リレー」、第2バッテリBT2側の個別リレーRY1−2を「第2個別リレー」という。電圧検出器の配置が異なる第2、第4、第5実施形態に対し、個別リレーRY1−1、RY1−2をさらに備える構成としてもよい。
図12の例では、第1個別リレーRY1−1及び第2個別リレーRY1−2は、それぞれ第1バッテリBT1の正極側及び第2バッテリBT2の正極側に設けられているが、一方又は両方の個別リレーが各バッテリの負極側に設けられてもよい。第1バッテリBT1及び第2バッテリBT2を直列接続、並列接続する場合のいずれも、両方の個別リレーRY1−1、RY1−2がONされる。また、直並列切り替えリレーRY1−RY3のショート故障判定及びオープン故障判定は、両方の個別リレーRY1−1、RY1−2がONされた状態で実施される。
それに加え第3実施形態では、第1バッテリBT1又は第2バッテリBT2のいずれか一方のみを使用し、他方を使用しない単独接続が可能である。第1バッテリBT1のみを使用する場合、第1リレーRY1、第3リレーRY3、及び第1個別リレーRY1−1をONし、第2リレーRY2及び第2個別リレーRY1−2をOFFする。第2バッテリBT2のみを使用する場合、第1リレーRY1及び第2個別リレーRY1−2をONし、第2リレーRY2、第3リレーRY3、及び第1個別リレーRY1−1をOFFする。
これにより、例えば第1バッテリBT1又は第2バッテリBT2のいずれかの異常時に正常なバッテリのみを用いて車両の走行や負荷駆動を行うことができる。また、直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常診断に関して、第3実施形態は第1実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに図10に示す並列充電可否判定において、第3実施形態では、いずれか一方のバッテリの単独充電が可能な場合まで判定を拡張してもよい。
(第4、第5実施形態)
図13〜図15を参照し、第4、第5実施形態の蓄電システム404、405について説明する。第4、第5実施形態では、充電口14の電圧を検出する電圧検出器VS11、VS13が給電設備に設置されており、電圧検出器VS11、VS13の検出電圧Vxは給電制御部17に取得される。第4、第5実施形態では車載制御部45と給電制御部17との間の通信が異常診断に必須であるため、通信を実線の両矢印で表す。
図13〜図15を参照し、第4、第5実施形態の蓄電システム404、405について説明する。第4、第5実施形態では、充電口14の電圧を検出する電圧検出器VS11、VS13が給電設備に設置されており、電圧検出器VS11、VS13の検出電圧Vxは給電制御部17に取得される。第4、第5実施形態では車載制御部45と給電制御部17との間の通信が異常診断に必須であるため、通信を実線の両矢印で表す。
車載制御部45は、給電制御部17から検出電圧Vxを受信し、第1〜第3実施形態と同様に異常診断を実施した上で正常時処置又は異常時処置を実施してもよい。或いは、車載制御部45は、給電制御部17が検出電圧Vxに基づいて実施した異常診断の結果を給電制御部17から受信し、それに基づき、正常時処置又は異常時処置を実施してもよい。
図13に示す第4実施形態の蓄電システム404では、電圧検出器VS11は、外部充電器10の内部において充電器内部リレーRY11、RY12に対し充電器電源11側に設置されている。図7、図8のS31Vでは、充電口リレーRY6、RY7に加え、充電器内部リレーRY11、RY12がONされる。
図14に示す第5実施形態の蓄電システム405では、電圧検出器VS13は、給電ケーブル13の途中、すなわち充電器内部リレーRY11、RY12に対し充電口14側に設置されている。図7、図8のS31Vでは、充電口リレーRY6、RY7はONされ、充電器内部リレーRY11、RY12はOFFされる。
給電制御部17が電圧検出器VS11、VS13から取得した検出電圧Vxに基づき、異常診断を自ら実施する場合の異常診断処理を図15のメインフローチャートに示す。図15のS20からS490、S491までは、車載制御部45による異常診断処理を示す図6と同じであり、S52の正常時処置及びS62の異常時処置が図6と異なる。
異常フラグがOFFの場合、給電制御部17は、S52で正常時処置として車載制御部45へ正常信号を送信する。正常信号を受信した車載制御部45は、図6のS51に準じ、直並列切り替えを許可する。異常フラグがONの場合、すなわち、いずれかの直並列切り替えリレーRY1−RY3が故障していると判定したとき、給電制御部17は、S62で異常時処置として車載制御部45へ異常信号を送信する。異常信号を受信した車載制御部45は、図6のS61に準じた異常時処置を行う。また、給電制御部17は、給電設備において警告を表示することにより、車外にいるユーザに異常を知らせることができる。
(第6実施形態)
次に、検出電流に基づき異常診断を行う第6〜第10実施形態について順に説明する。第6〜第10実施形態では、給電ケーブル13が充電口14に接続された状態で、外部充電器10が診断用の通電である「プレ給電」を実施する。そして、プレ給電時に外部充電器10からバッテリBT1、BT2までの給電経路を流れる電流が車両又は給電設備に設置された電流検出器により検出される。第6〜第10実施形態では、他の用途でも使用されることが想定される電流検出器を共用することで異常診断専用の部品の追加が不要となる。第6〜第10実施形態は、電流検出器の設置箇所や異常診断を実施する制御部の構成が異なる。
次に、検出電流に基づき異常診断を行う第6〜第10実施形態について順に説明する。第6〜第10実施形態では、給電ケーブル13が充電口14に接続された状態で、外部充電器10が診断用の通電である「プレ給電」を実施する。そして、プレ給電時に外部充電器10からバッテリBT1、BT2までの給電経路を流れる電流が車両又は給電設備に設置された電流検出器により検出される。第6〜第10実施形態では、他の用途でも使用されることが想定される電流検出器を共用することで異常診断専用の部品の追加が不要となる。第6〜第10実施形態は、電流検出器の設置箇所や異常診断を実施する制御部の構成が異なる。
第6〜第10実施形態の各構成図では、電流検出器CS3、CS4、CS1、CS2、CS11、CS13が正極側の給電経路に設置される例を示しているが、各実施形態の電流検出器は、負極側の給電経路に設置されてもよい。また、第1実施形態の説明で上述したように、外部充電器10の内部の電流検出器CS11は、他の用途で標準的に設置されているものである。そこで、第9実施形態以外の各実施形態の各構成図には、電流検出器CS11から給電制御部17に取得される検出電流(Cx)を矢印と共に括弧付きで記載する。ただし、括弧付きの検出電流(Cx)は異常診断に使用されるとは限らない。
まず図16を参照し、第6実施形態の蓄電システム406について説明する。第6実施形態では、直並列切り替えリレーの異常診断用としてプレ給電時に経路の電流を検出する電流検出器CS3が車両に設置されている。電流検出器CS3は、充電口リレーRY6、RY7とバッテリBT1、BT2との間に設置されている。これに代えて、破線で示す電流検出器CS4が充電口14と充電口リレーRY6、RY7との間に設置されてもよい。車載制御部45は、電流検出器CS3又はCS4の検出電流Cxを取得する。
第6実施形態では、車載制御部45は、電流検出器CS3又はCS4により検出された経路の電流Cxに基づき、車両側の情報のみで直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常を容易に診断することができる。なお、第6〜第10実施形態では、少なくともプレ給電の指令及び実施通知のため、車載制御部45と給電制御部17との間の通信が必須である。したがって、各実施形態の構成図において、通信を実線の両矢印で表す。
図17に、検出電流Cxに基づくショート故障判定の具体例を示す。「電流検出器」の記号は、第6、第8実施形態ではCS3又はCS4、第9実施形態ではCS11、第10実施形態ではCS13である。第7実施形態のショート故障判定については、別に図20に示す。
S31Cで車載制御部45は、直並列切り替えリレーRY1−RY3及び他のリレーRY6、RY7、RY11、RY12の開閉状態を所定の診断モードとする。すなわち、第1リレーRY1、第2リレーRY2、第3リレーRY3がOFFされ、充電口リレーRY6、RY7及び充電器内部リレーRY11、RY12がONされる。
S32Cでは、外部充電器10によりプレ給電が実施され、電流検出器で給電経路の電流Cxが検出される。車載制御部45は、検出された電流Cxを所定の時間範囲にわたって取得する。なお、車載制御部45は、検出電流Cxをアナログ信号で連続的に取得してもよく、デジタル信号で離散的に取得してもよい。ここで、「検出電流Cxが所定値を超える状態の継続時間」を「短絡電流継続時間Tover」と表す。この所定値は、例えば「誤差を考慮した上で、実質的に電流が0より大きい、すなわち電流が流れていると判断される最小の値」に設定される。
S340では、短絡電流継続時間Toverがショート判定時間閾値Tth_stと比較される。理論的にショート判定時間閾値Tth_stは、給電経路に接続される平滑コンデンサや寄生容量等の容量成分をC、バッテリ電圧をV、プレ給電電流をIとすると、「Tth_st=C×V/I」の式により導出することができる。ただし、給電設備と車両との組合わせ毎に、都度、回路の容量成分を推定することは現実的でないとも考えられる。したがって、想定される最長充電時間を固定値として用いてもよい。
短絡電流継続時間Toverがショート判定時間閾値Tth_st以上の場合を「短絡電流継続条件が成立している」といい、S340でNOと判定される。一方、短絡電流継続時間Toverがショート判定時間閾値Tth_st未満の場合を「短絡電流継続条件が不成立である」といい、S340でYESと判断される。S340でYESの場合、S36で第1リレーRY1、第2リレーRY2、第3リレーRY3がいずれも正常であると判定される。S340でNOの場合、S370で第1リレーRY1、第2リレーRY2、第3リレーRY3のいずれか一つ以上がショート故障であると判定される。
図18に、検出電流Cxに基づくオープン故障判定の具体例を示す。実施形態毎の「電流検出器」の記号は、ショート故障判定と同じである。オープン故障判定では、第1リレーRY1、第2リレーRY2、第3リレーRY3のうちいずれか一つを順番にONし、電流が流れない場合、現在ONしている直並列切り替えリレーがオープン故障であると判定される。各直並列切り替えリレーの診断順序は変更してもよい。
「電流が流れない」ことを判断するパラメータとして、「検出電流Cxが所定値未満の状態の継続時間」を「非導通継続時間Tunder」と表す。この所定値は、例えば「誤差を考慮した上で、実質的に電流が0であると判断される最大の値」に設定される。短絡電流継続時間Toverを規定する所定値と同じ値としてもよいし、マージンの考え方によっては異なる値としてもよい。
ショート故障判定が終わった時点で各リレーの開閉状態は、S31Cの診断モードとなっている。S411では第1リレーRY1がONされる。S42Cでは、ショート故障判定のS32Cと同様に外部充電器10によりプレ給電が実施され、電流検出器で給電経路の電流Cxが検出される。車載制御部45は、検出された電流Cxを所定の時間範囲にわたって取得する。
S44では、非導通継続時間Tunderがオープン判定時間閾値Tth_opと比較される。非導通継続時間Tunderがオープン判定時間閾値Tth_op以上の場合を「非導通継続条件が成立している」といい、S44でNOと判定される。一方、非導通継続時間Tunderがオープン判定時間閾値Tth_op未満の場合を「非導通継続条件が不成立である」といい、S44でYESと判断される。S44でYESの場合、S461で第1リレーRY1が正常であると判定される。S44でNOの場合、S471で第1リレーRY1がオープン故障であると判定される。
次に、S412で第1リレーRY1がOFFされ、第2リレーRY2がONされた後、上記と同様にS42C、S44が繰り返される。S44でYESの場合、S462で第2リレーRY2が正常であると判定される。S44でNOの場合、S472で第2リレーRY2がオープン故障であると判定される。
次に、S413で第2リレーRY2がOFFされ、第3リレーRY3がONされた後、上記と同様にS42C、S44が繰り返される。S44でYESの場合、S463で第3リレーRY3が正常であると判定される。S44でNOの場合、S473で第3リレーRY3がオープン故障であると判定される。
(第7実施形態)
図19、図20を参照し、第7実施形態の蓄電システム407について説明する。第7実施形態の蓄電システム407は、第1バッテリBT1と第2バッテリBT2とが並列接続された部分において、第1バッテリBT1に直列接続された第1電流検出器CS1、及び、第2バッテリBT2に直列接続された第2電流検出器CS2の二つの電流検出器が設置されている。車載制御部45は、第1電流検出器CS1が検出した第1経路電流Cx1、及び、第2電流検出器CS2が検出した第2経路電流Cx2を取得する。
図19、図20を参照し、第7実施形態の蓄電システム407について説明する。第7実施形態の蓄電システム407は、第1バッテリBT1と第2バッテリBT2とが並列接続された部分において、第1バッテリBT1に直列接続された第1電流検出器CS1、及び、第2バッテリBT2に直列接続された第2電流検出器CS2の二つの電流検出器が設置されている。車載制御部45は、第1電流検出器CS1が検出した第1経路電流Cx1、及び、第2電流検出器CS2が検出した第2経路電流Cx2を取得する。
図20に、第7実施形態による、検出電流Cxに基づくショート故障判定の具体例を示す。図20において図17と実質的に同一のステップには同一のステップ番号を付して説明を省略する。S31Cは図17と同一である。S32CCでは、図17のS32Cに対し二つの経路電流Cx1、Cx2が検出される。
ここで、「第1経路電流Cx1が所定値を超える状態の継続時間」を「第1短絡電流継続時間Tover1」と表し、「第2経路電流Cx2が所定値を超える状態の継続時間」を「第2短絡電流継続時間Tover2」と表す。S350〜S353では、第1短絡電流継続時間Tover1及び第2短絡電流継続時間Tover2がそれぞれショート判定時間閾値Tth_stと比較される。
「Tover1<Tth_st」かつ「Tover2<Tth_st」の場合、すなわち、第1経路電流Cx1及び第2経路電流Cx2の両方について短絡電流継続条件が不成立の場合、S350でYESと判断される。この場合、S36で第1リレーRY1、第2リレーRY2、第3リレーRY3がいずれも正常であると判定される。
「Tover1≧Tth_st」かつ「Tover2≧Tth_st」の場合、すなわち、第1経路電流Cx1及び第2経路電流Cx2の両方について短絡電流継続条件が成立する場合、S351でYESと判断される。この場合、S371で第2リレーRY2がショート故障であると判定される。
「Tover1≧Tth_st」かつ「Tover2<Tth_st」の場合、すなわち、第1経路電流Cx1について短絡電流継続条件が成立し、第2経路電流Cx2について短絡電流継続条件が不成立の場合、S352でYESと判断される。この場合、S372で第3リレーRY3がショート故障であると判定される。
「Tover2≧Tth_st」かつ「Tover1<Tth_st」の場合、すなわち、第2経路電流Cx2について短絡電流継続条件が成立し、第1経路電流Cx1について短絡電流継続条件が不成立の場合、S353でYESと判断される。この場合、S373で第1リレーRY1がショート故障であると判定される。
S350〜S353でいずれもNOの場合、S374で特定不可と判定される。この場合、電流検出器の故障の可能性が考えられる。
(第8実施形態)
図21を参照し、第8実施形態の蓄電システム408について説明する。第8実施形態の蓄電システム408は、第6実施形態に対し、上記第3実施形態と同様に各バッテリBT1、BT2と直列接続される個別リレーRY1−1、RY1−2をさらに備えている。個別リレーRY1−1、RY1−2を備えることによる作用効果は第3実施形態と同様であるため、重複する説明を省略する。電流検出器の配置が異なる第7、第9、第10実施形態に対し、個別リレーRY1−1、RY1−2をさらに備える構成としてもよい。
図21を参照し、第8実施形態の蓄電システム408について説明する。第8実施形態の蓄電システム408は、第6実施形態に対し、上記第3実施形態と同様に各バッテリBT1、BT2と直列接続される個別リレーRY1−1、RY1−2をさらに備えている。個別リレーRY1−1、RY1−2を備えることによる作用効果は第3実施形態と同様であるため、重複する説明を省略する。電流検出器の配置が異なる第7、第9、第10実施形態に対し、個別リレーRY1−1、RY1−2をさらに備える構成としてもよい。
(第9、第10実施形態)
図22、図23を参照し、第9、第10実施形態の蓄電システム409、410について説明する。第9、第10実施形態では、プレ給電時に給電経路を流れる電流Cxを検出する電流検出器CS11、CS13が給電設備に設置されており、電流検出器CS11、CS13の検出電流Cxは給電制御部17に取得される。給電制御部17による異常診断処理については図15を援用する。
図22、図23を参照し、第9、第10実施形態の蓄電システム409、410について説明する。第9、第10実施形態では、プレ給電時に給電経路を流れる電流Cxを検出する電流検出器CS11、CS13が給電設備に設置されており、電流検出器CS11、CS13の検出電流Cxは給電制御部17に取得される。給電制御部17による異常診断処理については図15を援用する。
車載制御部45は、給電制御部17から検出電流Cxを受信し、第6〜第8実施形態と同様に異常診断を実施した上で正常時処置又は異常時処置を実施してもよい。或いは、車載制御部45は、給電制御部17が検出電流Cxに基づいて実施した異常診断の結果を給電制御部17から受信し、それに基づき、正常時処置又は異常時処置を実施してもよい。
図22に示す第9実施形態の蓄電システム409では、電流検出器CS11は、外部充電器10の内部において充電器内部リレーRY11、RY12に対し充電器電源11側に設置されている。外部充電器10の内部の電流検出器CS11は、他の用途で標準的に設置されていることが想定される。そこで、直並列切り替えリレーRY1−RY3の異常診断に電流検出器CS11を兼用することで、異常診断専用の部品の追加が不要となる。
図23に示す第10実施形態の蓄電システム410では、電流検出器CS13は、給電ケーブル13の途中、すなわち充電器内部リレーRY11、RY12に対し充電口14側に設置されている。外部充電器10の内部に標準的に電流検出器CS11が設置されている場合、第10実施形態では、二つの電流検出器CS11、CS13が冗長的に設置されることとなる。したがって、給電制御部17は電流検出器CS11、CS13の検出電流Cxを比較することで、いずれかの電流検出器の故障を検出することができる。
(その他の実施形態)
他の実施形態の蓄電システムは、複数の蓄電モジュールとして三つ以上のバッテリを備え、直並列切り替えリレーにより三以上の直列接続、及び、三以上の並列接続に切り替え可能に構成されてもよい。その場合、三つ以上のバッテリのうち少なくとも二つのバッテリの接続状態を切り替える直並列切り替えリレーについて、回路の検出電圧又は検出電流により異常診断が可能なものは、本発明の蓄電システムに含まれる。
他の実施形態の蓄電システムは、複数の蓄電モジュールとして三つ以上のバッテリを備え、直並列切り替えリレーにより三以上の直列接続、及び、三以上の並列接続に切り替え可能に構成されてもよい。その場合、三つ以上のバッテリのうち少なくとも二つのバッテリの接続状態を切り替える直並列切り替えリレーについて、回路の検出電圧又は検出電流により異常診断が可能なものは、本発明の蓄電システムに含まれる。
電圧均衡化処理のための電力変換器は、上記実施形態の車載充電器20に限らず、車両に搭載された補機バッテリ用DC/DCコンバータや電動エアコンコンプレッサが用いられてもよい。また、電圧均衡化処理専用の電力変換器が設けられてもよい。
上記第1〜第5実施形態による検出電圧Vxに基づく異常診断と、第6〜第10実施形態による検出電流Cxに基づく異常診断とを適宜組み合わせてもよい。複数の異常診断を併用することで、電圧検出器又は電流検出器が故障した場合等に信頼性を向上させることができる。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
10・・・外部充電器、
13・・・給電ケーブル、 14・・・充電口、 17・・・給電制御部、
20・・・車載充電器(電力変換器)、
401−410・・・蓄電システム、
45・・・車載制御部、
BT1、BT2・・・バッテリ(蓄電モジュール)、
RY1−RY3・・・直並列切り替えリレー、
VS3、VS4、VS11、VS13・・・電圧検出器、
CS3、CS4、CS1、CS2、CS11、CS13・・・電流検出器。
13・・・給電ケーブル、 14・・・充電口、 17・・・給電制御部、
20・・・車載充電器(電力変換器)、
401−410・・・蓄電システム、
45・・・車載制御部、
BT1、BT2・・・バッテリ(蓄電モジュール)、
RY1−RY3・・・直並列切り替えリレー、
VS3、VS4、VS11、VS13・・・電圧検出器、
CS3、CS4、CS1、CS2、CS11、CS13・・・電流検出器。
Claims (15)
- それぞれが一つ以上の蓄電セルを含む複数の蓄電モジュールを搭載した車両に適用され、前記車両の充電口(14)に接続される給電ケーブル(13)を経由して、給電設備の外部充電器(10)から前記複数の蓄電モジュールへの充電が可能な蓄電システムであって、
前記複数の蓄電モジュールと、
前記複数の蓄電モジュールのうち少なくとも第1蓄電モジュール(BT1)及び第2蓄電モジュール(BT2)の接続状態を直列及び並列に切り替え可能であり、前記第1蓄電モジュール及び前記第2蓄電モジュールの正極同士の間に設けられる第1リレー(RY1)、前記第1蓄電モジュールの負極と前記第2蓄電モジュールの正極との間に設けられる第2リレー(RY2)、並びに、前記第1蓄電モジュール及び前記第2蓄電モジュールの負極同士の間に設けられる第3リレー(RY3)を含む複数の直並列切り替えリレーと、
前記第1蓄電モジュールと前記第2蓄電モジュールとの間で電力を授受させる電力変換器(20)と、
複数の前記直並列切り替えリレーの開閉を操作し、且つ、前記第1蓄電モジュール及び前記第2蓄電モジュールの並列切り替えに先立ち、前記第1蓄電モジュールと前記第2蓄電モジュールとの電圧差が所定の閾値以下となるように前記電力変換器を動作させる電圧均衡化処理を実施する車載制御部(45)と、
を備え、
前記充電口の電圧を検出する電圧検出器(VS3、VS4)が車両に設置されるか、又は、前記給電ケーブルが前記充電口に接続された状態で前記充電口の電圧を検出する電圧検出器(VS11、VS13)が給電設備に設置されており、
前記電圧検出器が車両に設置される場合、前記車載制御部は、前記直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、前記電圧検出器の検出電圧(Vx)に基づいて前記直並列切り替えリレーの異常を診断し、
前記電圧検出器が給電設備に設置される場合、前記車載制御部は、前記直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、前記外部充電器を制御する給電制御部(17)から受信した前記電圧検出器の検出電圧に基づいて前記直並列切り替えリレーの異常を診断するか、又は、前記給電制御部が前記電圧検出器の検出電圧に基づいて実施した前記直並列切り替えリレーの異常診断の結果を受信する蓄電システム。 - 前記充電口の端子(141、142)と前記第1蓄電モジュール及び第2蓄電モジュールとの間の経路を開閉可能な充電口リレー(RY6、RY7)をさらに備え、
前記電圧検出器(VS3)は、前記充電口リレーと前記第1蓄電モジュール及び第2蓄電モジュールとの間に設置されており、
前記車載制御部は、前記充電口リレーをOFFした状態で前記電圧検出器の検出電圧を取得する請求項1に記載の蓄電システム。 - 前記車載制御部は、
前記第1リレー、前記第2リレー及び前記第3リレーをOFFした状態で、
前記電圧検出器の検出電圧が0相当の値である場合、前記第1リレー、前記第2リレー及び前記第3リレーがいずれも正常であると判定し、
前記電圧検出器の検出電圧が前記第1蓄電モジュールの電圧と前記第2蓄電モジュールの電圧との和(V1+V2)相当の値である場合、前記第2リレーのショート故障であると判定し、
前記電圧検出器の検出電圧が前記第1蓄電モジュールの電圧(V1)相当の値である場合、前記第3リレーのショート故障であると判定し、
前記電圧検出器の検出電圧が前記第2蓄電モジュールの電圧(V2)相当の値である場合、前記第1リレーのショート故障であると判定する請求項1または2に記載の蓄電システム。 - 前記車載制御部は、
前記第1リレー、前記第2リレー及び前記第3リレーのうちいずれか一つの前記直並列切り替えリレーを順番にONし、前記電圧検出器の検出電圧が0相当の値である場合、現在ONしている前記直並列切り替えリレーがオープン故障であると判定する請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電システム。 - 前記電圧検出器(VS11、VS13)は、給電設備における前記外部充電器の内部、又は前記給電ケーブルの途中に設置されており、前記電圧検出器の検出電圧は前記給電制御部に取得される請求項1に記載の蓄電システム。
- それぞれが一つ以上の蓄電セルを含む複数の蓄電モジュールを搭載した車両に適用され、前記車両の充電口(14)に接続される給電ケーブル(13)を経由して、給電設備の外部充電器(10)から前記複数の蓄電モジュールへの充電が可能な蓄電システムであって、
前記複数の蓄電モジュールと、
前記複数の蓄電モジュールのうち少なくとも第1蓄電モジュール(BT1)及び第2蓄電モジュール(BT2)の接続状態を直列及び並列に切り替え可能であり、前記第1蓄電モジュール及び前記第2蓄電モジュールの正極同士の間に設けられる第1リレー(RY1)、前記第1蓄電モジュールの負極と前記第2蓄電モジュールの正極との間に設けられる第2リレー(RY2)、並びに、前記第1蓄電モジュール及び前記第2蓄電モジュールの負極同士の間に設けられる第3リレー(RY3)を含む複数の直並列切り替えリレーと、
前記第1蓄電モジュールと前記第2蓄電モジュールとの間で電力を授受させる電力変換器(20)と、
複数の前記直並列切り替えリレーの開閉を操作し、且つ、前記第1蓄電モジュール及び前記第2蓄電モジュールの並列切り替えに先立ち、前記第1蓄電モジュールと前記第2蓄電モジュールとの電圧差が所定の閾値以下となるように前記電力変換器を動作させる電圧均衡化処理を実施する車載制御部(45)と、
を備え、
前記給電ケーブルが前記充電口に接続された状態で、前記外部充電器が診断用の通電であるプレ給電を実施したとき、前記外部充電器から前記蓄電モジュールまでの給電経路を流れる電流を検出する電流検出器(CS3、CS4、CS1、CS2、CS11、CS13)が車両又は給電設備に設置されており、
前記電流検出器が前記車両に設置される場合、前記車載制御部は、前記直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、前記電流検出器の検出電流(Cx)に基づいて前記直並列切り替えリレーの異常を診断し、
前記電流検出器が給電設備に設置される場合、前記車載制御部は、前記直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、前記外部充電器を制御する給電制御部(17)から受信した前記電流検出器の検出電流に基づいて前記直並列切り替えリレーの異常を診断するか、又は、前記給電制御部が前記電流検出器の検出電流に基づいて実施した前記直並列切り替えリレーの異常診断の結果を受信する蓄電システム。 - 前記車載制御部は、
前記第1リレー、前記第2リレー及び前記第3リレーをOFFした状態で、前記電流検出器の検出電流が所定値を超える状態の継続時間(Tover)がショート判定時間閾値(Tth_st)以上となる短絡電流継続条件が成立した場合、いずれかの前記直並列切り替えリレーがショート故障であると判定する請求項6に記載の蓄電システム。 - 前記第1蓄電モジュールと前記第2蓄電モジュールとが並列接続された部分において、前記第1蓄電モジュールに直列接続された第1電流検出器(CS1)、及び、前記第2蓄電モジュールに直列接続された第2電流検出器(CS2)の二つの前記電流検出器が設置されており、
前記車載制御部は、
前記第1電流検出器が検出した第1経路電流(Cx1)、及び、前記第2電流検出が検出した第2経路電流(Cx2)の両方について前記短絡電流継続条件が成立する場合、前記第2リレーのショート故障であると判定し、
前記第1経路電流について前記短絡電流継続条件が成立し、前記第2経路電流について前記短絡電流継続条件が不成立の場合、前記第3リレーのショート故障であると判定し、
前記第2経路電流について前記短絡電流継続条件が成立し、前記第1経路電流について前記短絡電流継続条件が不成立の場合、前記第1リレーのショート故障であると判定する請求項7に記載の蓄電システム。 - 前記車載制御部は、
前記第1リレー、前記第2リレー及び前記第3リレーのうちいずれか一つの前記直並列切り替えリレーを順番にONし、前記電流検出器の検出電流が所定値未満の状態の継続時間(Tunder)がオープン判定時間閾値(Tth_op)以上となる場合、現在ONしている前記直並列切り替えリレーがオープン故障であると判定する請求項6〜8のいずれか一項に記載の蓄電システム。 - 前記電流検出器(CS11、CS13)は、給電設備における前記外部充電器の内部、又は前記給電ケーブルの途中に設置されており、前記電流検出器の検出電流は前記給電制御部に取得される請求項6に記載の蓄電システム。
- 前記車載制御部は、いずれかの前記直並列切り替えリレーが故障していると判定したとき、又は、前記給電制御部から前記直並列切り替えリレーの異常信号を受信したとき、前記直並列切り替えリレーの操作を禁止し、車両において警告を表示する請求項1〜10のいずれか一項に記載の蓄電システム。
- 前記車載制御部は、いずれかの前記直並列切り替えリレーが故障していると判定したとき、前記給電制御部に異常信号を送信し、給電を中止させる請求項1〜4、6〜9のいずれか一項に記載の蓄電システム。
- 故障した前記直並列切り替えリレーが特定される構成において、
前記車載制御部は、いずれかの前記直並列切り替えリレーが故障していると判定したとき、前記第1蓄電モジュール及び前記第2蓄電モジュールを直列接続又は並列接続した状態での充電が可能であるか否かを判定し、
いずれかの接続状態での充電が可能である場合、前記給電制御部に、異常信号とともに給電許可信号を送信する請求項1〜4、6〜9のいずれか一項に記載の蓄電システム。 - 前記給電制御部は、前記車載制御部から異常信号を受信したとき、
給電設備において警告を表示する請求項12または13に記載の蓄電システム。 - 前記給電制御部は、前記直並列切り替えリレーの異常診断を自ら実施し、いずれかの前記直並列切り替えリレーが故障していると判定したとき、給電設備において警告を表示する請求項5または10に記載の蓄電システム。
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