JP5601710B2 - 異常検出システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の種類の異常を検出する異常検出システムに関し、特に、車両に搭載されたバッテリーを充電する充電システムにおいて各種異常を検出する異常検出システムに関する。

従来から、車両に搭載されたバッテリーを充電する充電システムは、バッテリーの温度を検出する温度検出部、バッテリーの端子電圧を検出する電圧検出部、およびバッテリーの充電電流を検出する電流検出部等を有する異常検出システムを備えている。この異常検出システムでは、各検出部による検出の結果が制御部としてのマイコンに入力される。そして、マイコンは、入力された検出結果に基づいてバッテリーの異常の有無を判断する（例えば、特許文献１参照）。

上記異常検出システムは、一般に、図７（Ａ）に示す構成を有している。具体的には、異常検出システム１００Ａは、３つの検出部（温度検出部８ａ、電圧検出部８ｂ、電流検出部８ｃ）がマイコン２の読取ポートＡ〜Ｃに１対１で接続されており、マイコン２が各読取ポートＡ〜Ｃを通じて周期的に各検出部８ａ〜８ｃの出力値を読み取ることで、バッテリーの異常を検出している。

また、充電システムは、異常検出システム１００Ａとは異なるタイプの異常検出システムを備える場合もある。例えば、図７（Ｂ）に示す異常検出システム１００Ｂは、検出部自体が異常検出機能を有し、３つの異常検出部（温度異常検出部９ａ、電圧異常検出部９ｂ、電流異常検出部９ｃ）がマイコン２の割込ポートＡ〜Ｃに１対１で接続されている。
この異常検出システム１００Ｂでは、各割込ポートＡ〜Ｃに入力されている各異常検出部９ａ〜９ｃの出力信号が未検出信号（例えば、Ｌレベル）から検出信号（例えば、Ｈレベル）に変化することによりマイコン２が割り込みを受け付け、マイコン２側において異常の有無が早期に把握される。

特開２００９−１７３２３１号公報

しかしながら、従来の異常検出システム１００Ａは、異常を検出したい特性項目の数（検出部の数）が増加すると周期的に監視しなければならない読取ポートの数が増加し、マイコン２の処理負担が増加してしまうという問題があった。
また、異常検出システム１００Ｂは、異常を検出したい特性項目の数（異常検出部の数）だけ割込ポートを占有するので、他の制御で使用することができる割込ポートの数が減ってしまうという問題があった。

これらの問題は、処理能力が高いマイコンを使用するか、または多くの割込ポートを有するマイコンを使用することにより、容易に解決することができるとも考えられる。しかしながら、このようなマイコンは一般に高価なので、コストが増加するという別の問題を招き、好ましくない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、異常を検出する項目数が増えても、安価に構成できる異常検出システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る異常検出装置は、異常を検出すると、出力する信号を未検出信号から検出信号に変化させるｎ個（ただし、ｎは２以上の正の整数）の異常検出部と、ｎ個の異常検出部の全てから未検出信号が出力されている場合は正常信号を出力し、ｎ個の異常検出部の少なくとも１個から検出信号が出力されている場合は異常信号を出力する論理演算部と、論理演算部の出力信号が入力される１個以上かつｎ−１個以下の異常検出用の割込ポートとｎ個の異常検出部の各々につながるｎ個の読取ポートとを少なくとも有し、論理演算部の出力信号が正常信号から異常信号に変化すると、ｎ個の読取ポートを通じて異常検出部のそれぞれから出力されている信号を読み取り、読み取ったｎ個の信号に基づいて発生した異常の種別を特定する制御部と、制御部において特定された異常の種別に関するデータをシステム外部に送信する出力部とを備え、ｍ個（ただし、ｍはｎ−１未満の正の整数）の異常検出部の各々が、制御部がｎ個の信号のすべてを読み取り終えるまで検出信号を出力させ続けるようにラッチ期間が設定された第１のラッチ部を有し、論理演算部が、出力部がデータを送信し終えるまで異常信号を出力させ続けるようにラッチ期間が設定された第２のラッチ部を有していることを特徴としている。

この構成では、各異常検出部の出力信号が論理演算部によって１つの信号にまとめられた後に制御部（マイコン）の割込ポートに入力されるので、必要な割込ポートの数は１個でよい。また、この構成では、いずれかの異常検出部で異常が検出されると論理演算部の出力信号が変化して割り込みが発生するので、各異常検出部の出力信号を周期的に読み取って監視する必要がない。したがって、この構成によれば、異常を検出する項目数が多い場合においても、処理能力が高い制御部を使用したり、多くの割込ポートを有する制御部を使用したりする必要がないので、安価な異常検出システムを実現することができる。
また、この構成では、第１のラッチ部を有していない異常検出部によって異常が検出された場合であっても、論理演算部が有する第２のラッチ部によって異常信号が長時間にわたって出力され続ける。したがって、この構成によれば、割り込みを発生させるためだけでなく、例えば、電源ラインに介装されたリレー（図１参照）をＯＮ／ＯＦＦさせるための信号としても論理演算部の出力信号を利用することができる。

また、上記異常検出システムは、論理演算部の出力信号が正常信号から異常信号に変化したにもかかわらず、読取ポートを通じて読み取った信号に検出信号が含まれていない場合に、制御部が当該異常検出システム自体に異常が発生したことを検出するよう構成してもよい。

また、上記異常検出システムは、例えば、電気自動車に搭載されたバッテリーを充電するための充電システムに備えられ、ｎ個の異常検出部が、バッテリーの温度に関する異常を検出する温度異常検出部と、バッテリーの電圧に関する異常を検出する電圧異常検出部と、バッテリーの充電電流に関する異常を検出する電流異常検出部とを含むよう構成してもよい。

本発明によれば、異常を検出する項目数が増えても、安価に構成可能な異常検出システムを提供することができる。

本発明に係る異常検出システムを含む充電システムのブロック図である。 第１実施形態に係る異常検出システムのブロック図である。 第１実施形態に係る異常検出システムにおけるマイコンの動作を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る異常検出システムの動作の具体的一例を示すタイミングチャートである。 第２実施形態に係る異常検出システムのブロック図である。 第２実施形態に係る異常検出システムの動作の具体的一例を示すタイミングチャートである。 従来の異常検出システムのブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る異常検出システムの好ましい実施形態について説明する。

［第１実施形態］
まず始めに、図１を参照して、第１実施形態に係る異常検出システムを備えた充電システムの全体構成について説明する。
充電システム１０は電動車両に搭載され、走行用モーター１１を駆動するインバーター１２に一対の電源ラインを介して直流電力を供給するバッテリー１３と、バッテリー１３の近傍に配置されたバッテリー制御ユニット１４と、車両外部から供給される交流電力を所定の直流電力に変換してバッテリー１３を充電する車載充電器１７と、車載充電器１７を制御する充電制御ユニット１６とを備えている。

同図に示すように、充電システム１０の各部は、ＣＡＮ通信ライン１５で相互に接続されており、このＣＡＮ通信ライン１５を介して各種データの送受信が可能となっている。また、ＣＡＮ通信ライン１５には、車両全体の各種制御を司る車両制御ユニット１９も接続されている。

本実施形態に係る異常検出システム１Ａは、充電制御ユニット１６内に備えられている。異常検出システム１Ａは、バッテリー３の充電電流、温度および電圧に関する情報をバッテリー１３近傍において取得し、充電中のバッテリー１３に異常が発生しているか否かを検出する。そして、異常を検出した場合は、電源ラインに介装されたリレー１８をＯＦＦにしてバッテリー１３への電力供給を遮断したり、異常が発生した旨と異常の種別を、ＣＡＮ通信ライン１５を介して車両制御ユニット１９に通知したりする。

図２に、本実施形態に係る異常検出システム１Ａのブロック図を示す。
同図に示すように、異常検出システム１Ａは、主に、異常の有無に応じた信号を出力する３つの異常検出部３ａ、３ｂ、３ｃと、各異常検出部３ａ、３ｂ、３ｃの出力信号を１つにまとめる論理演算部５と、少なくとも１個の割込ポート、および少なくとも３個の読取ポートＡ〜Ｃを有するマイコン２とを備える。このうち、マイコン２は、本発明の“制御部”に相当する。異常検出システム１Ａは、出力部６をさらに備えていてもよい。

温度異常検出部３ａは、バッテリー１３の温度に関する情報を取得して、当該温度が所定の閾値よりも高い（または、低い）か否かにより異常を検出する。そして、異常を検出した場合、温度異常検出部３ａは、出力する信号を例えばＬレベルの未検出信号からＨレベルの検出信号に変化させる。

電圧異常検出部３ｂは、バッテリー１３の電圧に関する情報を取得して、当該電圧が所定の閾値よりも高い（または、低い）か否かにより異常を検出する。そして、異常を検出した場合、電圧異常検出部３ｂは、出力する信号を例えばＬレベルの未検出信号からＨレベルの検出信号に変化させる。

同様に、電流異常検出部３ｃは、バッテリー１３の充電電流に関する情報を取得して、当該充電電流が所定の閾値よりも多い（または、少ない）か否かにより異常を検出する。そして、異常を検出した場合、電流異常検出部３ｃは、出力する信号を例えばＬレベルの未検出信号からＨレベルの検出信号に変化させる。

本実施形態では、各異常検出部３ａ、３ｂ、３ｃがそれぞれラッチ部４ａ、４ｂ、４ｃを有している。ラッチ部４ａ、４ｂ、４ｃによれば、温度等が正常に戻った後においても、所定期間（ラッチ解除指令がなされるまでの間）は検出信号を出力させ続けることができる。

論理演算部５は、各異常検出部３ａ、３ｂ、３ｃの全てから未検出信号が出力されている場合は例えばＬレベルの正常信号を出力し、各異常検出部３ａ、３ｂ、３ｃの少なくとも１個から検出信号が出力されている場合は例えばＨレベルの異常信号を出力する。このような論理演算部５の機能は、論理和回路（ＯＲ回路）により容易に実現することができる。
なお、各異常検出部３ａ、３ｂ、３ｃから出力される未検出信号がＨレベル、検出信号がＬレベルの場合は、否定論理積回路（ＮＡＮＤ回路）により上記論理演算部５の機能を実現することができる。

マイコン２は、割込ポートに論理演算部５の出力信号が入力されるとともに、３個の読取ポートＡ〜Ｃを通じて各異常検出部３ａ、３ｂ、３ｃの出力信号を読み取ることができる。
図２から明らかなように、各異常検出部３ａ、３ｂ、３ｃと読取ポートＡ〜Ｃは１対１の関係を有しているので、異常を検出したい特性項目の数、すなわち異常検出部の数が増加すると、それに伴って必要な読取ポートの数も増加する。一方、必要な割込ポートの数は、異常検出部の数に依存しない。

マイコン２は、図３に示すフローチャートにしたがって動作する。より詳しくは、マイコン２は、割込ポートに入力されている論理演算部５の出力信号が正常信号から異常信号に変化することによる割り込みが発生するまでの間は、ステップＳ１の判定を繰り返し実行し、割り込みが発生すると、ステップＳ２〜Ｓ９の割り込み処理を実行する。

割り込み処理においては、まず、読取ポートＡを通じて温度異常検出部３ａの出力信号を読み取ることにより、バッテリー１３の温度が異常であるか否かを判定する（ステップＳ２）。そして、温度が異常である場合、すなわち出力信号がＨレベルの検出信号である場合は、温度異常フラグをＯＮにし（ステップＳ３）、ステップＳ４に進む。一方、温度が異常でない場合は、ステップＳ３を実行することなく、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、読取ポートＢを通じて電圧異常検出部３ｂの出力信号を読み取ることにより、バッテリー１３の電圧が異常であるか否かを判定する。そして、電圧が異常である場合、すなわち出力信号がＨレベルの検出信号である場合は、電圧異常フラグをＯＮにし（ステップＳ５）、ステップＳ６に進む。一方、電圧が異常でない場合は、ステップＳ５を実行することなく、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、読取ポートＣを通じて電流異常検出部３ｃの出力信号を読み取ることにより、バッテリー１３の充電電流が異常であるか否かを判定する。そして、充電電流が異常である場合、すなわち出力信号がＨレベルの検出信号である場合は、電流異常フラグをＯＮにし（ステップＳ７）、ステップＳ８に進む。一方、充電電流が異常でない場合は、ステップＳ７を実行することなく、ステップＳ８に進む。

通常は、この時点で１つ以上の異常フラグがＯＮになるが、異常検出システム１Ａ自体に異常が発生している場合、例えば、マイコン２の割込ポートや論理演算部５に異常が発生している場合は、全ての異常フラグがＯＦＦになることも考えられる。
そこで、本実施形態に係る異常検出システム１Ａでは、さらに全異常フラグがＯＦＦであるか否かの判定を行い（ステップＳ８）、全異常フラグがＯＦＦである場合は検出異常フラグをＯＮにする（ステップＳ９）。

上記割り込み処理（ステップＳ２〜Ｓ９）が終了すると、少なくとも１つの異常フラグがＯＮになる。したがって、本実施形態に係る異常検出システム１Ａによれば、異常フラグを参照することにより、異常の種別を特定することができる。

再び図１および図２を参照して、出力部６は、論理演算部５の出力信号に基づいてリレー１８を速やかにＯＮ／ＯＦＦさせる。これにより、異常発生時にバッテリー１３への電力供給が続けられることによるバッテリー１３の劣化（破損）を防ぐことができる。

また、出力部６は、異常が発生した旨とマイコン２において特定された異常の種別とを所定フォーマットのデータフレームとしてＣＡＮ通信ライン１５上に送信する。出力部６からのデータを受信した車両制御ユニット１９は充電を停止させる必要があるか否かを判断し、必要があればＣＡＮ通信ライン１５を介して各部に充電停止指令に関するデータを送信する。

続いて、図４に示すタイミングチャートを参照しつつ、本実施形態に係る異常検出システム１Ａの動作の具体例について説明する。なお、本具体例では、時間ｔ_１において継続時間Δｔ_ｃを有する充電電流異常が発生し、時間ｔ_４において継続時間Δｔ_ａを有する温度異常と継続時間Δｔ_ｂを有する電圧異常とが発生するものとする。
また、本具体例では、割り込み発生からマイコン２が全ての出力信号を読み取り終えるまでに時間Δｔ_ｒを要するものとし、割り込みが発生してから出力部６がデータを送信し終えるまでに時間Δｔ_oを要するものとし、さらに、ラッチ部４ａ、４ｂ、４ｃによるラッチは、所定期間経過後に解除されるものとする。

図４に示すように、時間ｔ_１において充電電流異常が発生すると（波形Ｃ）、電流異常検出部３ｃの出力信号が未検出信号から検出信号に変化し（波形Ｆ）、論理演算部５の出力信号が正常信号から異常信号に変化する（波形Ｇ）。
これにより、時間ｔ_ｉ１において割り込みが発生し、温度異常検出３ａの出力信号（未検出信号）、電圧異常検出３ｂの出力信号（未検出信号）および電流異常検出３ｃの出力信号（検出信号）を順次読み取る割り込み処理が行われ、異常の種別が「充電電流異常」に特定された後、時間ｔ_２において出力部６から充電電流異常が発生した旨のデータが送信される（波形Ｈ）。
電流異常検出部３ｃの検出信号は、その後、時間ｔ_３においてラッチ解除される（波形Ｆ）。これにより、論理演算部５の出力信号は正常信号に戻る（波形Ｇ）。

また、時間ｔ_４において温度異常および電圧異常が同時に発生すると（波形Ａ、Ｂ）、温度異常検出部３ａと電圧異常検出部３ｂの出力信号が未検出信号から検出信号に変化し（波形Ｄ、Ｅ）、論理演算部５の出力信号が正常信号から異常信号に変化する（波形Ｇ）。
これにより、時間ｔ_ｉ２において割り込みが発生し、温度異常検出３ａの出力信号（検出信号）、電圧異常検出３ｂの出力信号（検出信号）および電流異常検出３ｃの出力信号（未検出信号）を順次読み取る割り込み処理が行われ、異常の種別が「温度異常」および「電圧異常」に特定された後、時間ｔ_５において出力部６から温度と電圧の異常が発生した旨のデータが送信される（波形Ｈ）。
温度異常検出部３ａおよび電圧異常検出部３ｂの検出信号は、その後、時間ｔ_６においてラッチ解除される（波形Ｄ、Ｅ）。これにより、論理演算部５の出力信号は正常信号に戻る（波形Ｇ）。

［第２実施形態］
次に、図５および図６を参照して、第２実施形態に係る異常検出システムについて説明する。第１実施形態に係る異常検出システム１Ａと同様に、第２実施形態に係る異常検出システム１Ｂは、充電システム１０の充電制御ユニット１６内に備えられている。

図５に、本実施形態に係る異常検出システム１Ｂのブロック図を示す。同図に示すように、異常検出システム１Ｂは、温度異常検出部３ａおよび電圧異常検出部３ｂがラッチ部（本発明の“第１のラッチ部”に相当）を有していない点において異常検出システム１Ａと異なっている。
このため、本実施形態に係る異常検出システム１Ｂでは、例えば、温度が閾値を超えることにより温度異常検出部３ａの出力信号が検出信号に変化した後に温度が閾値を下回ると、出力信号は直ちに検出信号に戻る。すなわち、バッテリー１３の温度と電圧に関しては、異常が発生している期間に限って各異常検出部３ａ、３ｂから検出信号が出力される。

また、異常検出システム１Ｂは、論理演算部５がラッチ部７（本発明の“第２のラッチ部”に相当）を有している点において異常検出システム１Ａと異なっている。このため、異常検出システム１Ｂでは、論理演算部５の出力信号が正常信号から異常信号に変化すると、全異常検出部３ａ、３ｂ、３ｃの出力信号が未検出信号となった後においても、所定期間（ラッチ解除指令がなされるまでの間）は異常信号が出力され続ける。

続いて、図６に示すタイミングチャートを参照しつつ、異常検出システム１Ａとは異なる構成とした理由について説明する。なお、図６に示す動作の前提となる条件は図４に示す動作の条件と同じなので、ここでは説明を省略する。

まず、温度異常検出部３ａおよび電圧異常検出部３ｂのラッチ部を省略したのは、温度異常と電圧異常の継続時間Δｔ_ａ、Δｔ_ｂ（波形Ａ、Ｂ）は、マイコン２が全ての出力信号を読み取り終えるまでの時間Δｔ_ｒ（波形Ｆ）よりも十分に長いと想定されるからである。ラッチ部を省略することができれば、異常検出部の構成を簡略化することができる。
一方、充電電流異常については、継続時間Δｔ_ｃ（波形Ｃ）がΔｔ_ｒ（波形Ｆ）よりも短いことが想定されるため、電流異常検出部３ｃ内にラッチ部４ｃを設けている。これにより、マイコン２は、検出信号を確実に読み取ることができる。

また、論理演算部５にラッチ部７を設けたのは、出力部６がデータを送信し終えるまでの間、論理演算部５に異常信号を出力させ続けるためである。送信が終了する前に論理演算部５の出力信号が正常信号に戻ると、車両制御ユニット１９に異常の発生が通知される前にリレー１８がＯＮされ、再び充電が開始されるので、バッテリー１３が劣化するおそれがある。
本具体例では、温度異常と電圧異常の継続時間Δｔ_ａ、Δｔ_ｂ（波形Ａ、Ｂ）がΔｔ_ｏ（波形Ｈ）よりも短い。このため、論理演算部５にラッチ部７を設け、異常信号を時間ｔ_６まで出力させ続ける必要がある。なお、ラッチの解除は、例えば、マイコン２が他の処理を完了した後に、マイコン２の出力ポートから解除信号を送信することで達成される。

結局、本実施形態に係る異常検出システム１Ｂでは、温度異常検出部３ａおよび電圧異常検出部３ｂのラッチ部を省略したために、論理演算部５にラッチ部７を設ける必要が生じている。しかしながら、異常検出システム１Ｂは、システム全体としてはラッチ部が１つ省略されている。したがって、異常検出システム１Ｂによれば、第１実施形態に係る異常検出システム１Ａよりもさらに構成を簡略化することができ、コストを低減することができる。

なお、この作用効果を得るためには、全異常検出部の数ｎ（ただし、ｎは正の整数）と、ラッチ部を有している異常検出部の数ｍ（ただし、ｍは正の整数）が、“ｍ＜ｎ−１”の関係を満たしている必要がある。すなわち、ラッチ部を有していない異常検出部の数が２以上であることが必要である。

以上、本発明に係る異常検出システムの好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の構成に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、バッテリー１３の温度、電圧、充電電流の異常を検出したが、もちろん他の異常を検出してもよい。他の異常を検出する場合は、その異常の継続時間がどの程度であるのかを想定し、異常検出部にラッチ部を設けるか否かを決定する必要がある。
また、上記実施形態では、割り込み処理として各異常検出部の出力信号を順次読み取ることとしたが、全異常検出部の出力信号を同時に読み取ってもよい。

１Ａ、１Ｂ 異常検出システム
２ マイコン（制御部）
３ａ 温度異常検出部
３ｂ 電圧異常検出部
３ｃ 電流異常検出部
４ａ、４ｂ、４ｃ ラッチ部（第１のラッチ部）
５ 論理演算部
６ 出力部
７ ラッチ部（第２のラッチ部）
１０ 充電システム
１１ モーター
１２ インバーター
１３ バッテリー
１４ バッテリー制御ユニット
１５ ＣＡＮ通信ライン
１６ 充電制御ユニット
１７ 車載充電器
１８ リレー
１９ 車両制御ユニット

Claims (3)

1. 異常を検出すると、出力する信号を未検出信号から検出信号に変化させるｎ個（ただし、ｎは２以上の正の整数）の異常検出部と、
   前記ｎ個の異常検出部の全てから前記未検出信号が出力されている場合は正常信号を出力し、前記ｎ個の異常検出部の少なくとも１個から前記検出信号が出力されている場合は異常信号を出力する論理演算部と、
   前記論理演算部の出力信号が入力される１個以上かつｎ−１個以下の異常検出用の割込ポートと前記ｎ個の異常検出部の各々につながるｎ個の読取ポートとを有し、前記論理演算部の出力信号が前記正常信号から前記異常信号に変化すると、前記ｎ個の読取ポートを通じて前記ｎ個の異常検出部のそれぞれから出力されている信号を読み取り、読み取った前記ｎ個の信号に基づいて発生した異常の種別を特定する制御部と、
   前記制御部において特定された前記異常の種別に関するデータをシステム外部に送信する出力部と
   を備え、
   ｍ個（ただし、ｍはｎ−１未満の正の整数）の前記異常検出部の各々が、前記制御部が前記ｎ個の信号のすべてを読み取り終えるまで前記検出信号を出力させ続けるようにラッチ期間が設定された第１のラッチ部を有し、
   前記論理演算部が、前記出力部が前記データを送信し終えるまで前記異常信号を出力させ続けるようにラッチ期間が設定された第２のラッチ部を有している
   ことを特徴とする異常検出システム。
2. 前記論理演算部の出力信号が前記正常信号から前記異常信号に変化したにもかかわらず、前記読取ポートを通じて読み取った信号に前記検出信号が含まれていない場合に、前記制御部が、当該異常検出システム自体に異常が発生したことを検出することを特徴とする請求項１に記載の異常検出システム。
3. 電気自動車に搭載されたバッテリーを充電するための充電システムに備えられ、
   前記ｎ個の異常検出部が、前記バッテリーの温度に関する異常を検出する温度異常検出部と、前記バッテリーの電圧に関する異常を検出する電圧異常検出部と、前記バッテリーの充電電流に関する異常を検出する電流異常検出部とを含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の異常検出システム。

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