JP5910172B2 - スイッチ故障診断装置、電池パックおよびスイッチ故障診断プログラム、スイッチ故障診断方法 - Google Patents

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Description

本明細書によって開示される発明は、充電電流または放電電流を遮断するためのスイッチ素子の故障診断に関する技術に関する。
リチウムイオン電池などの蓄電素子は、その蓄電素子を構成するセル間の容量バラツキや、充電器や負荷等の周辺装置の故障等により、過充電状態や過放電状態になるおそれがある。そこで、従来から、過充電状態や過放電状態になることを防ぐための保護機能を有する電池パックがある。この電池パックは、充電電流及び放電電流が流れる電流経路中に設けられるFET等のスイッチ素子と、蓄電素子の端子電圧を測定する監視装置とを備え、監視装置は、例えば蓄電素子の充電中に、蓄電素子の端子電圧が規定電圧に達した場合、スイッチ素子をオフにして充電電流を遮断し、蓄電素子が過充電状態になることを防止する。
また、従来の保護機能を有する電池パックには、充電中において、スイッチ素子の入出力間電圧、換言すれば電圧降下が異常に大きい場合、スイッチ素子が例えば故障等してオン抵抗が非常に大きくなる異常状態であると判定し、スイッチ素子をオフにして電池の使用を禁止する構成を有するものがある(特許文献1参照)。
特開2010−251104号公報
しかし、例えばスイッチ素子の入出力間が短絡しているなど、スイッチ素子をオフにすることができないオフ不可故障が生じた場合、上記保護機能が働かず、蓄電素子が過充電状態や過放電状態になることを抑制できない。また、上記従来の電池パックでは、仮にスイッチ素子の上記異常状態を検出できたとしても、スイッチ素子をオフにすることができないため、電池の使用を禁止することができない。
そこで、スイッチ素子をオンからオフにすることを試みることで、予めオフ不可故障を診断することが考えられる。しかし、放電遮断用のスイッチ素子についてオフ不可故障の診断を放電中に行うと、負荷への電力供給が停止されてしまうという問題がある。もしくは、充電遮断用のスイッチ素子についてオフ不可故障の診断を充電中に行うと、蓄電素子への電力供給が停止されてしまうという問題がある。
本明細書では、充電または放電を継続しつつ、スイッチ素子のオフ不可故障を診断することが可能な技術を開示する。
本明細書によって開示されるスイッチ故障診断装置は、蓄電素子の充電電流及び放電電流が流れる電流経路に設けられるスイッチ素子と、前記スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記放電電流が流れる方向を順方向とする整流素子と、前記スイッチ素子の入出力間電圧を検出するスイッチ電圧検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電素子が放電状態であるかどうかを判断する状態判断処理と、前記状態判断処理で前記放電状態であると判断した場合に、前記スイッチ素子にオフ指令信号を与えるスイッチオフ処理と、前記スイッチオフ処理により前記スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、第1基準値より小さい場合に、前記スイッチ素子をオフにすることができないオフ不可故障であると診断するスイッチ故障診断処理と、を実行する構成を有する。
この構成によれば、蓄電素子が放電状態のときに、上記スイッチ素子にオフ指令信号が与えられ、そのときに検出されたスイッチ素子の入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、第1基準値よりも小さい場合に、オフ不可故障が発生していると診断される。ここで、スイッチ素子がオフされても、蓄電素子からの放電電流は整流素子を介して負荷側に流れる。このため、負荷への充電を継続しつつ、過充電抑制等に利用されるスイッチ素子のオフ不可故障を診断することができる。
また、本明細書によって開示されるスイッチ故障診断装置は、蓄電素子の充電電流及び放電電流が流れる電流経路に設けられるスイッチ素子と、前記スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記充電電流が流れる方向を順方向とする整流素子と、前記スイッチ素子の入出力間電圧を検出するスイッチ電圧検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電素子が充電状態であるかどうかを判断する状態判断処理と、前記状態判断処理で前記充電状態であると判断した場合に、前記スイッチ素子にオフ指令信号を与えるスイッチオフ処理と、前記スイッチオフ処理により前記スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記入出力間電圧が、第1基準値より小さい場合に、前記スイッチ素子をオフにすることができないオフ不可故障であると診断するスイッチ故障診断処理と、を実行する構成を有する。
この構成によれば、蓄電素子が充電状態のときに、上記スイッチ素子にオフ指令信号が与えられ、そのときに検出されたスイッチ素子の入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、第1基準値よりも小さい場合に、オフ不可故障が発生していると診断される。ここで、スイッチ素子がオフされても、充電器からの充電電流は整流素子を介して蓄電素子側に流れる。このため、充電器による充電を継続しつつ、過放電抑制等に利用されるスイッチ素子のオフ不可故障を診断することができる。
スイッチ故障診断装置は、蓄電素子の充電電流及び放電電流が流れる電流経路に設けられる第1スイッチ素子および第2スイッチ素子と、前記第1スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記放電電流が流れる方向を順方向とする第1整流素子と、前記第2スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記充電電流が流れる方向を順方向とする第2整流素子と、前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の入出力間電圧を検出するスイッチ電圧検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電素子が放電状態であるか充電状態であるかを判断する状態判断処理と、前記状態判断処理で前記放電状態であると判断した場合に、前記第1スイッチ素子にオフ指令信号を与え、前記第2スイッチ素子にオン指令信号を与え、前記充電状態であると判断した場合に、前記第2スイッチ素子にオフ指令信号を与え、前記第1スイッチ素子にオン指令信号を与えるスイッチオフ処理と、前記スイッチオフ処理により前記第1スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の前記入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、第1基準値より小さい場合に、前記第1スイッチ素子をオフにすることができないオフ不可故障であると診断し、前記スイッチオフ処理により前記第2スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の前記入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、前記第1基準値より小さい場合に、前記第2スイッチ素子を前記オフ不可故障であると診断するスイッチ故障診断処理と、を実行する構成を有する構成を有する。
この構成によれば、充電状態、放電状態のいずれの状態であっても、各スイッチをオンオフ制御することで、スイッチ故障診断処理を実行可能であり、各スイッチを互いに別の経路に設けた場合と比較して、配線の削減や監視装置の削減など、簡易な構成にすることが可能である。
上記スイッチ故障診断装置では、前記制御部は、前記スイッチ故障診断処理において、その診断対象のスイッチ素子にオン指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された入出力間電圧であるオン電圧と、前記診断対象のスイッチ素子にオフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された入出力間電圧であるオフ電圧との差が、前記第1基準値よりも小さい場合に、前記オフ不可故障であると診断してもよい。
この構成によれば、診断対象のスイッチ素子にオン指令信号を与えているときに検出されたスイッチ素子の入出力間電圧であるオン電圧と、診断対象のスイッチ素子にオフ指令信号を与えているときに検出された入出力間電圧であるオフ電圧との差が、第1基準値よりも小さい場合に、オフ不可故障であると診断される。このため、単にオフ電圧が第1基準値よりも小さい場合にオフ不可故障であると診断する構成に比べて、例えばスイッチ素子の故障によりスイッチ素子のオン抵抗が変動しても、オフ不可故障の診断精度が低下することを抑制することができる。
上記スイッチ故障診断装置では、前記制御部は、前記スイッチ故障診断処理の診断対象のスイッチ素子にオン指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された入出力間電圧であるオン電圧が第2基準値より小さい場合、前記スイッチ故障診断処理を実行し、前記オン電圧が前記第2基準値以上である場合、前記スイッチ故障診断処理を実行しない。
例えばスイッチ故障診断処理の診断対象のスイッチ素子が故障してオン抵抗が大きくなったり、スイッチ電圧検出部が故障したりすると、オフ不可故障を正常に診断できなくなるおそれがある。そこで、この構成によれば、通常の電池使用時には診断対象のスイッチ素子にオン指令信号を与えているときの入出力間電圧であるオン電圧が、第2基準値より小さいことを条件に、スイッチ故障診断処理が実行される。このため、オフ不可故障を正常に診断できない状態でスイッチ故障診断処理が実行されることを抑制することができる。
また、蓄電素子と、上記スイッチ故障診断装置と、を備える電池パックでもよい。
この構成によれば、充電または放電を継続しつつ、スイッチ素子のオフ不可故障を診断することが可能な電池パックを提供することができる。
なお、この発明は、スイッチ故障診断装置、スイッチ故障診断方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現することができる。
本発明によれば、充電または放電を継続しつつ、スイッチ素子のオフ不可故障を診断することが可能である。
一実施形態に係る電池パックの電気的構成を示す図 電池保護処理を示すフローチャート 故障診断処理を示すフローチャート 電池パックの電気的構成を示す図(充電遮断用FETのオフ時)
一実施形態について図1〜図4を参照しつつ説明する。
本実施形態の電池パック1は、二次電池2、および、電池保護装置3を備える。なお、電池パック1は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、車内の各種機器に電力を供給する。二次電池2は、蓄電素子の一例であり、キャパシタなどでもよい。また、電池保護装置3は、スイッチ故障診断装置の一例である。
(電池パックの電気的構成)
二次電池2は、リチウムイオン電池であり、4つの電池セル2Aが直列接続された組電池である。なお、二次電池2は、1つの電池セル2Aのみを有する構成や、2つ、3つ、或いは5つ以上の電池セル22Aが直列接続された構成でもよい。
電池保護装置3は、接続端子T1〜T4、充電遮断用FET31、放電遮断用FET32、および、電池監視ユニット33を備える。一対の接続端子T1、T2の間には二次電池2が接続され、一対の接続端子T3、T4の間には、切替スイッチ7を介して、充電器5や負荷6などの外部機器が選択的に接続される。
充電遮断用FET31および放電遮断用FET32は、例えばNチャネルのMOSFETであり、それぞれ寄生ダイオードD1、D2を有する。なお、充電遮断用FET31および放電遮断用FET32は、スイッチ素子および整流素子の一例である。また、充電遮断用FET31、および、放電遮断用FET32は、ドレイン同士が互いに共通接続、いわゆるバック・ツー・バック接続されている。充電遮断用FET31は、ソースが接続端子T3に接続され、ゲートが電池監視ユニット33に接続されている。放電遮断用FET32は、ソースが接続端子T1に接続され、ゲートが電池監視ユニット33に接続されている。
電池監視ユニット33は、制御部34、第1電圧検出回路35および第2電圧検出回路36を有する。制御部34は、中央処理装置(以下、CPU)34A及びメモリ34Bを有する。メモリ34Bには、電池監視ユニット33の動作を制御するための各種のプログラムが記憶されており、CPU34Aは、メモリ34Bから読み出したプログラムに従って、電池監視ユニット33の各部を制御する。メモリ34Bは、RAMやROMを有する。なお、上記各種のプログラムが記憶される媒体は、RAM等以外に、CD−ROM、ハードディスク装置、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリでもよい。
第1電圧検出回路35は、接続端子T1と接続端子T2との間の第1電圧V1に応じた検出信号を制御部34に出力する。なお、第1電圧V1は、二次電池2の端子電圧に比例した電圧である。第2電圧検出回路36は、接続端子T3と接続端子T4との間の第2電圧V2に応じた検出信号を制御部34に出力する。なお、第2電圧V2は、充電器5の出力電圧または負荷6の電圧に比例した電圧である。
(電池監視ユニットの制御)
電池保護装置3の電源がオンされると、CPU34Aは、充電遮断用FET31および放電遮断用FET32の両方をオンさせる。これにより、接続端子T3が切替スイッチ7により充電器5側に接続されると、充電器5からの電力供給により二次電池2が充電され、接続端子T3が切替スイッチ7により負荷6側に接続されると、二次電池2が放電して負荷6に電力供給される(図1参照)。また、CPU34Aは、メモリ34Bから上記プログラムを読み出して、図2に示す電池保護処理、および、図3に示す故障診断処理を実行する。
(1)電池保護処理
電池保護処理では、CPU34Aは、常時或いは定期的に、例えば第1電圧検出回路35からの検出信号に基づき第1電圧V1を検出し(S1)、当該第1電圧V1を、過充電閾値および過放電閾値と比較する。第1電圧検出回路35は、電池電圧検出部の一例であり、第1電圧V1は、蓄電素子の端子電圧の一例である。過充電閾値は、二次電池2が過充電状態になったときの第1電圧V1の値よりやや小さい値が好ましく、過放電閾値は、二次電池2が過放電状態になったときの第1電圧V1の値よりもやや大きい値が好ましい。なお、過充電閾値および過放電閾値は、例えば予め、二次電池2を過充電状態や過放電状態にして第1電圧Vを検出する実験によって求めることができる。
CPU34Aは、第1電圧V1が過充電閾値を上回ったと判断した場合(S2:YES)、二次電池2が過充電状態になるおそれがあるとして、充電遮断用FET31にオフ指令信号を与える過充電抑制処理を実行する(S3)。これにより、充電遮断用FET31はオフ状態、換言すれば開状態になり、また、充電器5からの充電電流は、寄生ダイオードD1によって遮断されるため、二次電池2の充電が停止され、二次電池2が過充電状態になることを抑制することができる。CPU34Aは、過充電抑制処理の実行後、S1に戻る。
一方、CPU34Aは、第1電圧V1が過放電閾値を下回ったと判断した場合(S2:NO、且つ、S4:YES)、二次電池2が過放電状態になるおそれがあるとして、放電遮断用FET32にオフ指令信号を与える過放電抑制処理を実行する(S5)。これにより、放電遮断用FET32はオフ状態になり、また、二次電池2からの放電電流Iは、寄生ダイオードD2によって遮断されるため、二次電池2の放電が停止され、二次電池2が過放電状態になることを抑制することができる。CPU34Aは、過放電抑制処理の実行後、S1に戻る。
また、CPU34Aは、第1電圧V1が過放電閾値以上であって過充電閾値以下であると判断した場合(S2:NO、且つ、S4:NO)、充電遮断用FET31および放電遮断用FET32にオン指令信号を与えたままS3に戻る。なお、オン指令信号は、充電遮断用FET31および放電遮断用FET32をオン状態、換言すれば閉状態にするための信号である。
(2)故障診断処理
CPU34Aは、充電遮断用FET31および放電遮断用FET32の両方にオン指令信号を与えており、且つ、所定の条件を満たした場合に、図3に示す故障診断処理を実行する。所定の条件の例は、車両の電源がオンされたことや、前回の故障診断処理の実行時から所定時間経過したこと等である。なお、スイッチ故障診断処理を実行するためのプログラムは、スイッチ故障診断プログラムの一例である。
CPU34Aは、まず、二次電池2が放電状態であるかどうかを判断する状態判断処理を実行する(S11)。この状態判断処理の例としては、CPU34Aが、例えば車両に搭載された図示しないエンジンコントロールユニット(以下、単にECU)や充電器5からの指示信号に基づき判断する処理等がある。なお、放電状態には、負荷6が停止し、暗電流等の微少電流が流れている状態も含まれる。また、電池保護装置3が、充放電電流を検出する電流センサを有する構成である場合、この電流センサの検出結果、即ち、電流の流れる向きから、放電状態であるかどうかを判断することができる。
(2−1)充電遮断用FETに対するスイッチ故障診断処理
CPU34Aは、放電状態であると判断した場合(S11:YES)、接続端子T1と接続端子T3との間のオン電圧Von1を検出する(S12)。このオン電圧Von1は、端子電圧の一例であり、充電遮断用FET31および放電遮断用FET32の両方にオン指令信号を与えているときにおける、両FET31,32の電圧降下分の電圧である。本実施形態では、第1電圧検出回路35および第2電圧検出回路36からの検出信号に基づき、第1電圧V1と第2電圧V2との電圧差を、オン電圧Von1として算出する。
CPU34Aは、オン電圧Von1を検出すると、そのオン電圧Von1が閾値TH1より小さいかどうかに基づき、充電遮断用FET31に対するスイッチ故障診断処理の実行の可否を判断する診断可否判断処理を実行する(S13)。閾値TH1は、第2基準値の一例であり、電圧検出回路35,36、および、FET31,32がいずれも故障しておらず正常に動作可能であるときに予め検出されたオン電圧Von1よりやや大きい値に設定されることが好ましい。
CPU34Aは、オン電圧Von1が閾値TH1より小さいと判断した場合(S13:YES)、電圧検出回路35,36およびFET31,32はいずれも正常に動作可能であり、スイッチ故障診断処理を実行可能であるとして、充電遮断用FET31にオフ指令信号を与えるスイッチオフ処理を実行する(S14)。ここで、図4に示すように、寄生ダイオードD1の順方向は、放電電流Iの流れ方向と一致する。このため、充電遮断用FET31をオフにしても、その寄生ダイオードD1を介して、放電電流Iを負荷6に継続して流すことができる。
CPU34Aは、充電遮断用FET31にオフ指令信号を与えると、接続端子T1と接続端子T3との間のオフ電圧Voff1を検出する(S15)。このオフ電圧Voff1は、スイッチ素子の入出力間電圧の一例であり、充電遮断用FET31にオフ指令信号を与え、放電遮断用FET32にオン指令信号を与えているときにおける、両FET31,32の電圧降下分の電圧である。本実施形態では、第1電圧検出回路35および第2電圧検出回路36からの検出信号に基づき、第1電圧V1と第2電圧V2との電圧差を、オフ電圧Voff1として算出する。第1電圧検出回路35および第2電圧検出回路は、スイッチ電圧検出部の一例である。
CPU34Aは、オン電圧Voff1を検出すると、充電遮断用FET31にオン指令信号を与えて再びオンにする(S16)。ここで、充電遮断用FET31にオフ指令信号を与えている期間は、例えば数msなど、極力短い方が好ましい。これにより、充電遮断用FET31をオフにすることにより負荷6への電力供給が不安定になることを抑制することができる。
CPU34Aは、充電遮断用FET31に再びオン指令信号を与えると、オンオフ電圧差ΔV1が閾値TH2より小さいかどうかを判断するスイッチ故障診断処理を実行する(S17)。オンオフ電圧差ΔV1は、入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧の一例であり、上記オン電圧Von1とオフ電圧Voff1との差である。閾値TH2は、第1基準値の一例であり、FET31,32がいずれも故障しておらず正常に動作可能であるときに予め検出されたオン電圧Von1とオフ電圧Voff1との差よりやや小さい値に設定されることが好ましい。
CPU34Aは、オンオフ電圧差ΔV1が閾値TH2よりも小さいと判断した場合(S17:YES)、充電遮断用FET31は、その入出力間が短絡している等してオフにすることができない、オフ不可故障が発生しているとみなし、第1エラー処理を実行する(S18)。第1エラー処理では、CPU34Aは、例えば、充電遮断用FET31がオフ不可故障していることをECU等の外部機器に報知する。CPU34Aは、第2エラー処理を実行すると、本故障診断処理を終了する。これに対し、CPU34Aは、オンオフ電圧差ΔV1が閾値TH2以上であると判断した場合(S17:NO)、第1エラー処理を実行せずに本故障診断処理を終了する。
一方、CPU34Aは、S13において、オン電圧Von1が閾値TH1以上であると判断した場合(S13:NO)、第1電圧検出回路35および第2電圧検出回路36の少なくとも一方が故障しているか、充電遮断用FET31および放電遮断用FET32の少なくとも一方が故障してオン抵抗が大きくなっているため、スイッチ故障診断処理を正常に実行することができない可能性がある。そこで、CPU34Aは、スイッチ故障診断処理を実行不可であるとして、第2エラー処理を実行する(S19)。第2エラー処理では、CPU34Aは、例えば電圧検出回路35,36やFET31,32が故障していることをECUに報知する。CPU34Aは、第2エラー処理を実行すると、本故障診断処理を終了する。
(2−2)放電遮断用FETに対するスイッチ故障診断処理
CPU34Aは、充電状態であると判断した場合(S11:NO)、接続端子T1と接続端子T3との間のオン電圧Von2を検出する(S20)。このオン電圧Von2は、端子電圧の一例であり、充電遮断用FET31および放電遮断用FET32の両方にオン指令信号を与えているときにおける、両FET31,32の電圧降下分の電圧である。本実施形態では、第1電圧検出回路35および第2電圧検出回路36からの検出信号に基づき、第1電圧V1と第2電圧V2との電圧差を、オン電圧Von2として算出する。
CPU34Aは、オン電圧Von2を検出すると、そのオン電圧Von2が閾値TH3より小さいかどうかに基づき、放電遮断用FET32に対するスイッチ故障診断処理の実行の可否を判断する診断可否判断処理を実行する(S21)。閾値TH3は、第2基準値の一例であり、電圧検出回路35,36、および、FET31,32がいずれも故障しておらず正常に動作可能であるときに予め検出されたオン電圧Von2よりやや大きい値に設定されることが好ましい。
CPU34Aは、オン電圧Von2が閾値TH3より小さいと判断した場合(S21:YES)、スイッチ故障診断処理を実行可能であるとして、放電遮断用FET32にオフ指令信号を与えるスイッチオフ処理を実行する(S22)。ここで、寄生ダイオードD2の順方向は、充電電流の流れ方向と一致する。このため、放電遮断用FET32をオフにしても、その寄生ダイオードD2を介して、充電電流を二次電池2に継続して流すことができる。
CPU34Aは、放電遮断用FET32にオフ指令信号を与えると、接続端子T1と接続端子T3との間のオフ電圧Voff2を検出する(S23)。このオフ電圧Voff2は、スイッチ素子の入出力間電圧の一例であり、充電遮断用FET31にオン指令信号を与え、放電遮断用FET32にオフ指令信号を与えているときにおける、両FET31,32の電圧降下分の電圧である。本実施形態では、第1電圧検出回路35および第2電圧検出回路36からの検出信号に基づき、第1電圧V1と第2電圧V2との電圧差を、オフ電圧Voff2として算出する。
CPU34Aは、オン電圧Voff2を検出すると、放電遮断用FET32にオン指令信号を与えて再びオンにする(S24)。ここで、放電遮断用FET32にオフ指令信号を与えている期間は、例えば数msなど、極力短い方が好ましい。これにより、放電遮断用FET32をオフにすることにより二次電池2の充電が不安定になることを抑制することができる。
CPU34Aは、放電遮断用FET32に再びオン指令信号を与えると、オンオフ電圧差ΔV2が閾値TH4より小さいかどうかを判断するスイッチ故障診断処理を実行する(S25)。オンオフ電圧差ΔV2は、入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧の一例であり、上記オン電圧Von2とオフ電圧Voff2との差である。閾値TH4は、第1基準値の一例であり、FET31,32がいずれも故障しておらず正常に動作可能であるときに予め検出されたオン電圧Von2とオフ電圧Voff2との差よりやや小さい値に設定されることが好ましい。
CPU34Aは、オンオフ電圧差ΔV2が閾値TH4よりも小さいと判断した場合(S25:YES)、放電遮断用FET32は、オフ不可故障が発生しているとみなし、第3エラー処理を実行する(S26)。第3エラー処理では、CPU34Aは、例えば、放電遮断用FET32がオフ不可故障していることをECU等の外部機器に報知する。CPU34Aは、第2エラー処理を実行すると、本故障診断処理を終了する。これに対し、CPU34Aは、オンオフ電圧差ΔV2が閾値TH4以上であると判断した場合(S25:NO)、第3エラー処理を実行せずに本故障診断処理を終了する。
一方、CPU34Aは、S21において、オン電圧Von2が閾値TH3以上であると判断した場合(S21:NO)、スイッチ故障診断処理を実行不可であるとして、上記第2エラー処理を実行し(S19)、本故障診断処理を終了する。
(本実施形態の効果)
本実施形態によれば、二次電池2が放電状態のときに、充電遮断用FET31にオフ指令信号が与えられ、そのときに検出された充電遮断用FET31のオンオフ電圧差ΔV1が、閾値TH2よりも小さい場合に、オフ不可故障が発生していると診断される。ここで、充電遮断用FET31がオフされても、二次電池2からの放電電流Iは寄生ダイオードD1を介して負荷6側に流れる。このため、負荷6への充電を継続しつつ、充電遮断用FET31のオフ不可故障を診断することができる。
また、二次電池2が充電状態のときに、放電遮断用FET32にオフ指令信号が与えられ、そのときに検出された放電遮断用FET32のオンオフ電圧差ΔV2が、閾値TH4よりも小さい場合に、オフ不可故障が発生していると診断される。ここで、放電遮断用FET32がオフされても、充電器5からの充電電流は寄生ダイオードD2を介して二次電池2側に流れる。このため、充電器5による充電を継続しつつ、放電遮断用FET32のオフ不可故障を診断することができる。また、充電状態、放電状態のいずれの状態であっても、各スイッチ31,32をオンオフ制御することで、スイッチ故障診断処理を実行可能であり、各スイッチ31,32を互いに別の経路に設けた場合と比較して、配線の削減や監視装置の削減など、簡易な構成にすることが可能である。
また、オンオフ電圧差ΔV1、ΔV2が、閾値TH2、TH4よりも小さい場合に、オフ不可故障であると診断される。このため、単にオフ電圧Voff1、Voff2が所定の閾値よりも小さい場合にオフ不可故障であると診断する構成に比べて、例えばFET31,32の故障によりFET31,32のオン抵抗が変動しても、オフ不可故障の診断精度が低下することを抑制することができる。
また、例えばFET31,32が故障してオン抵抗が大きくなったり、電圧検出回路35,36が故障したりすると、オフ不可故障を正常に診断できなくなるおそれがある。そこで、本実施形態によれば、オン電圧Von1、Von2が、閾値TH1,3より小さいことを条件に、スイッチ故障診断処理が実行される。このため、オフ不可故障を正常に診断できない状態でスイッチ故障診断処理が実行されることを抑制することができる。
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
上記実施形態では、制御部34は、1つのCPUとメモリを有する構成であった。しかし、制御部は、これに限らず、複数のCPUを備える構成や、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハード回路を備える構成や、ハード回路及びCPUの両方を備える構成でもよい。例えば上記過充電抑制処理、過放電抑制処理、状態判断処理、スイッチオフ処理、診断可否判断処理、スイッチ故障診断処理の少なくとも2つを、別々のCPUやハード回路で実行する構成でもよい。また、これらの処理の順序は、適宜変更してもよい。
上記実施形態では、スイッチ素子および整流素子の例として、FET31,32を例に挙げた。しかし、これに限らず、スイッチ素子が、例えばバイポーラトランジスタなど、寄生ダイオードを有しないスイッチ素子であり、整流素子が、ダイオードや、入力側と出力側が短絡接続、いわゆるダイオード接続されたトランジスタである構成などでもよい。但し、上記実施形態の構成であれば、部品を追加することなく、既存の構成を利用してスイッチ故障診断処理を実行することができる。
上記実施形態では、制御部34は、過充電抑制処理や過放電抑制処理において、二次電池2の全体の電圧である第1電圧V1に基づきスイッチ故障診断処理の実行の可否を判断する構成であった。しかし、これに限らず、制御部34は、二次電池2を構成する1または複数の電池セルの各セル電圧に基づいてスイッチ故障診断処理の実行の可否を判断する構成でもよい。
上記実施形態では、制御部34は、故障診断処理で充電遮断用FET31および放電遮断用FET32の両方についてスイッチ故障診断処理を実行する構成であった。しかし、これに限らず、制御部34は、故障診断処理で充電遮断用FET31および放電遮断用FET32のいずれか一方のみについてスイッチ故障診断処理を実行する構成でもよい。
上記実施形態では、スイッチ素子の入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧の一例として、オンオフ電圧差ΔV1、ΔV2を例に挙げた。しかし、これに限らず、スイッチ素子の入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧は、オフ電圧Voff1或いはオフ電圧Voff2でもよい。
1:電池パック 2:二次電池 3:電池保護装置 31:充電遮断用FET 32:放電遮断用FET 34:制御部 35:第1電圧検出回路 36:第2電圧検出回路 D1、D2:寄生ダイオード I:放電電流

Claims (9)

  1. 蓄電素子の充電電流及び放電電流が流れる電流経路に設けられるスイッチ素子と、
    前記スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記充電電流が流れる方向を順方向とする整流素子と、
    前記スイッチ素子の入出力間電圧を検出するスイッチ電圧検出部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記蓄電素子が充電状態であるかどうかを判断する状態判断処理と、
    前記状態判断処理で前記充電状態であると判断した場合に、前記スイッチ素子にオフ指令信号を与えるスイッチオフ処理と、
    前記スイッチオフ処理により前記スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、第1基準値より小さい場合に、前記スイッチ素子をオフにすることができないオフ不可故障であると診断するスイッチ故障診断処理と、を実行する構成を有するスイッチ故障診断装置。
  2. 蓄電素子の充電電流及び放電電流が流れる電流経路に設けられる第1スイッチ素子および第2スイッチ素子と、
    前記第1スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記放電電流が流れる方向を順方向とする第1整流素子と、
    前記第2スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記充電電流が流れる方向を順方向とする第2整流素子と、
    前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の入出力間電圧[g1]を検出するスイッチ電圧検出部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記蓄電素子が放電状態であるか充電状態であるかを判断する状態判断処理と、
    前記状態判断処理で前記放電状態であると判断した場合に、前記第1スイッチ素子にオフ指令信号を与え、前記第2スイッチ素子にオン指令信号を与え、前記充電状態であると判断した場合に、前記第2スイッチ素子にオフ指令信号を与え、前記第1スイッチ素子にオン指令信号を与えるスイッチオフ処理と、
    前記スイッチオフ処理により前記第1スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の前記入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、第1基準値より小さい場合に、前記第1スイッチ素子をオフにすることができないオフ不可故障であると診断し、前記スイッチオフ処理により前記第2スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の前記入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、前記第1基準値より小さい場合に、前記第2スイッチ素子を前記オフ不可故障であると診断するスイッチ故障診断処理と、を実行する構成を有する構成を有するスイッチ故障診断装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載のスイッチ故障診断装置であって、
    前記制御部は、
    前記スイッチ故障診断処理において、その診断対象のスイッチ素子にオン指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記入出力間電圧であるオン電圧と、前記診断対象のスイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記入出力間電圧であるオフ電圧との差が、前記第1基準値よりも小さい場合に、前記オフ不可故障であると診断する、スイッチ故障診断装置。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載のスイッチ故障診断装置であって、
    前記制御部は、
    前記スイッチ故障診断処理の診断対象のスイッチ素子に前記オン指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記入出力間電圧であるオン電圧が第2基準値より小さい場合、前記スイッチ故障診断処理を実行し、前記オン電圧が前記第2基準値以上である場合、前記スイッチ故障診断処理を実行しない、スイッチ故障診断装置。
  5. 蓄電素子と、
    請求項1から4のいずれか一項に記載のスイッチ故障診断装置と、を備える電池パック。
  6. 蓄電素子の充電電流及び放電電流が流れる電流経路に設けられるスイッチ素子と、前記スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記充電電流が流れる方向を順方向とする整流素子と、前記スイッチ素子の入出力間電圧を検出するスイッチ電圧検出部と、を備える電池保護装置が有するコンピュータに、
    前記蓄電素子が充電状態であるかどうかを判断する状態判断処理と、
    前記状態判断処理で前記充電状態であると判断した場合に、前記スイッチ素子にオフ指令信号を与えるスイッチオフ処理と、
    前記スイッチオフ処理により前記スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、第1基準値より小さい場合に、前記スイッチ素子をオフにすることができないオフ不可故障であると診断するスイッチ故障診断処理と、を実行させるスイッチ故障診断プログラム。
  7. 蓄電素子の充電電流及び放電電流が流れる電流経路に設けられる第1スイッチ素子および第2スイッチ素子と、前記第1スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記放電電流が流れる方向を順方向とする第1整流素子と、前記第2スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記充電電流が流れる方向を順方向とする第2整流素子と、前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子それぞれの入出力間電圧を検出するスイッチ電圧検出部と、を備える電池保護装置が有するコンピュータに、
    前記蓄電素子が放電状態であるか充電状態であるかを判断する状態判断処理と、
    前記状態判断処理で前記放電状態であると判断した場合に、前記第1スイッチ素子にオフ指令信号を与え、前記第2スイッチ素子にオン指令信号を与え、前記充電状態であると判断した場合に、前記第2スイッチ素子にオフ指令信号を与え、前記第1スイッチ素子にオン指令信号を与えるスイッチオフ処理と、
    前記スイッチオフ処理により前記第1スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の前記入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、第1基準値より小さい場合に、前記第1スイッチ素子をオフにすることができないオフ不可故障であると診断し、前記スイッチオフ処理により前記第2スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ電圧検出部で検出された前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の前記入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、前記第1基準値より小さい場合に、前記第2スイッチ素子を前記オフ不可故障であると診断するスイッチ故障診断処理と、を実行させるスイッチ故障診断プログラム
  8. 蓄電素子の充電電流及び放電電流が流れる電流経路に設けられるスイッチ素子と、前記スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記充電電流が流れる方向を順方向とする整流素子と、を備える電池保護装置におけるスイッチ故障診断方法であって、
    前記蓄電素子が充電状態であるときに、前記スイッチ素子にオフ指令信号を与えるスイッチオフステップと、
    前記スイッチオフステップにより前記スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記スイッチ素子の入出力間電圧を検出し、その入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、第1基準値より小さい場合に、前記スイッチ素子をオフにすることができないオフ不可故障であると診断するスイッチ故障診断ステップと、を含むスイッチ故障診断方法。
  9. 蓄電素子の充電電流及び放電電流が流れる電流経路に設けられる第1スイッチ素子および第2スイッチ素子と、前記第1スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記放電電流が流れる方向を順方向とする第1整流素子と、前記第2スイッチ素子に並列接続または寄生され、前記充電電流が流れる方向を順方向とする第2整流素子と、を備える電池保護装置におけるスイッチ故障診断方法であって、
    前記蓄電素子が放電状態であるときに、前記第1スイッチ素子にオフ指令信号を与え、前記第2スイッチ素子にオン指令信号を与え、前記蓄電素子が充電状態であるときに、前記第2スイッチ素子にオフ指令信号を与え、前記第1スイッチ素子にオン指令信号を与えるスイッチオフステップと、
    前記スイッチオフステップにより前記第1スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の前記入出力間電圧を検出し、その入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、第1基準値より小さい場合に、前記第1スイッチ素子をオフにすることができないオフ不可故障であると診断し、前記スイッチオフステップにより前記第2スイッチ素子に前記オフ指令信号を与えているときに前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の前記入出力間電圧を検出し、その入出力間電圧または前記入出力間電圧に応じた電圧が、前記第1基準値より小さい場合に、前記第2スイッチ素子を前記オフ不可故障であると診断するスイッチ故障診断ステップと、を含むスイッチ故障診断方法。
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