JP6233469B2

JP6233469B2 - スイッチ故障診断装置、蓄電装置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

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Publication number: JP6233469B2
Application number: JP2016152665A
Authority: JP
Inventors: 剛之白石; 智弘川内; 勇志板垣; 朋重井上; 小西　大助; 大助小西
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: CN103580002A; EP2696502A3; KR20140020765A; JP5983171B2; US20140176140A9; US20160084908A1; EP3687067A1; KR102047556B1; JP2016192897A; US9746522B2; CN103580002B; US9267992B2; US20130320986A1; JP2014036556A; EP2696502A2; EP3687067B1; EP2696502B1

Description

充電電流または放電電流を遮断するためのスイッチの故障の有無を判定する技術に関する。

従来から、バッテリと負荷との間に並列接続された複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子のいずれかの故障を検知する電源制御装置がある（特許文献１参照）。具体的には、この電源制御装置は、複数のスイッチング素子を各別にオープンにしている期間、および、同時にオープン状態（開状態）している期間それぞれにスイッチング素子の負荷側の端子の電圧値を測定し、測定によって得られた電圧値に基づいて各スイッチング素子の故障を検知する。なお、このようなスイッチ故障には、例えばスイッチング素子にオープン動作させるためのオープン指令信号を与えても当該スイッチング素子がクローズ状態（閉状態）のままになっているクローズ故障等が含まれる。

特開２０１１−２２９２１６

しかしながら、上記従来技術では、上記スイッチ故障の有無を判定するため、複数のスイッチング素子全てを同時にオープン状態にする必要があり、バッテリと負荷との間の電流経路が遮断されてしまう。

本明細書では、負荷や充電器等の電気機器と蓄電素子との間の電流経路が遮断されることを抑制しつつ、スイッチ故障の有無を判定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、電気機器と蓄電素子との間の電流経路に互いに並列接続された複数個のスイッチを備えた回路におけるスイッチ故障診断装置であって、前記複数個のスイッチの両端電圧に応じた両端検出信号を出力する両端電圧検出部と、前記電流経路に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記各スイッチのオンオフを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記複数個のスイッチを異なる時期に順次指定してオープン指令信号を与えるオープン指令処理と、オープン指令信号を与えた後の前記両端電圧が故障判定範囲内である場合にスイッチ故障有りと判定する故障判定処理とを実行すると共に、前記複数個のスイッチを異なる時期に順次指定してオープン指令信号を与えるオープン指令処理と、オープン指令信号を与えた後の前記両端電圧が故障判定範囲内である場合にスイッチ故障有りと判定する故障判定処理とを実行すると共に、前記オープン指令処理後に前記スイッチを再度オンさせるクローズ指令処理を行い、前記オープン指令処理の前と前記クローズ指令処理の後とにおける前記電流経路に流れる電流の変動量が所定範囲を越えていた場合には、前記オープン指令処理及び前記故障判定処理を実行し直す構成を有する。

上記スイッチ故障診断装置では、前記オープン指令信号を与える前における前記電流経路に流れる電流が所定の下限値に満たないときには、クローズ故障の判定を精度良く行うことができないおそれがあるため、前記オープン指令処理を実行しないようにしてもよい。

上記スイッチ故障診断装置では、前記オープン指令信号を与える前における前記電流経路に流れる電流が所定の上限値を越えるときには、過大な電流によりスイッチの接点を劣化させるおそれがあるため、前記オープン指令処理を実行しないようにしてもよい。

上記スイッチ故障診断装置では、前記制御部は、前記故障判定処理で、Ｎ（＞１）番目の前記規定個のスイッチに前記オープン指令信号を出力しているときの前記両端検出信号に基づき、前記スイッチ故障有りと判定した場合、次のＮ＋１番目の規定個のスイッチに前記オープン指令信号を与えずに前記オープン指令処理を停止し、前記スイッチ故障無しと判定した場合、前記次のＮ＋１番目の規定個のスイッチを指定して前記オープン指令信号を出力してもよい。

上記スイッチ故障診断装置では、前記制御部は、予め定めた継続条件を満たすかどうかを判断する条件判断処理を実行する構成を有し、前記オープン指令処理の実行過程で、前記継続条件を満たさなくなったと判断した場合、前記オープン指令処理および前記故障判定処理を、１番目のスイッチからやり直してもよい。

上記スイッチ故障診断装置では、前記複数のスイッチの一方の共通接続点と他方の接続点との間において前記各スイッチが設けられた複数の電流経路同士の抵抗値は、略同一でもよい。

また、蓄電素子と、上記スイッチ故障診断装置と、を備える蓄電装置でもよい。

なお、本明細書に開示される技術は、故障診断装置、故障診断方法、これらの装置または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。

本明細書によって開示される発明によれば、負荷や充電器等の電気機器と蓄電素子との間の電流経路が遮断されることを抑制しつつ、スイッチ故障が発生しているかどうかをより正確に判定することができる。

一実施形態の電池パックの電気的構成を示すブロック図電池保護処理を示すフローチャートスイッチ故障診断処理を示すフローチャートオープン故障診断処理を示すフローチャートオープン故障時のリレーの状態変化を示す図クローズ故障診断処理を示すフローチャートクローズ故障時のリレーの状態変化を示す図

本実施形態のスイッチ故障診断装置では、複数個のスイッチのうち少なくとも１個のスイッチにオープン指令信号を与えているときの複数個のスイッチの両端電圧は、スイッチ故障の有無によって異なる。そこで、このスイッチ故障診装置によれば、複数のスイッチを異なる時期に順次指定してオープン指令信号を与え、当該オープン指令信号を与えているときの上記両端電圧が故障判定範囲内である場合にスイッチ故障有りと判定される。これにより、負荷や充電器等の電気機器と蓄電素子との間の電流経路が遮断されることを抑制しつつ、スイッチ故障の有無を診断することができる。

このスイッチ故障診断装置によれば、電気機器が通電状態であり、且つ、非通電時処理でスイッチ故障無しと判定されたことを条件に、オープン指令処理および故障判定処理が実行される。これにより、非通電時処理でスイッチ故障有りと判定されたにもかかわらず、オープン指令処理が実行され、その結果、負荷や充電器等の電気機器と蓄電素子との間の電流経路が遮断されてしまうことを抑制することができる。

このスイッチ故障診断装置によれば、電気機器が通電状態であり、且つ、非通電時処理で機器側電圧が故障判定閾値未満であることを条件に、オープン指令処理および故障判定処理が実行される。これにより、外部機器に頼らずに、スイッチ故障診断装置自身で、電気機器の非通電状態時におけるスイッチ故障の有無を判定することができる。

このスイッチ故障診断装置によれば、スイッチ故障有りと判定した場合、次のＮ＋１番目の規定個のスイッチにオープン指令信号を与えずにオープン指令処理が停止される。これにより、例えば複数個のスイッチ全てにオープン指令信号を出力し終えた後にまとめて故障判定処理を実行する構成に比べて、不要なオープン指令処理の実行を抑制することができる。

このスイッチ故障診断装置によれば、オープン指令処理の実行過程で、予め定めた継続条件を満たさなくなったと判断した場合、オープン指令処理および故障判定処理が、１番目のスイッチからやり直される。これにより、継続条件を満たさなくなってもオープン指令処理および故障判定処理がそのまま継続される構成に比べて、スイッチ故障を精度よく判定することができる。

このスイッチ故障診断装置によれば、負荷や充電器等の電気機器と蓄電素子との間の電流経路が遮断されることを抑制しつつ、スイッチ故障の有無を判定することが可能な蓄電装置を提供することができる。

このスイッチ故障診断装置によれば、複数のスイッチの一方の共通接続点と他方の接続点との間において各スイッチが設けられた複数の電流経路同士の抵抗値は、略同一である。そのため、スイッチに故障が無い場合は、オープン状態にするスイッチを変えた際に、回路に流れる電流が変化せず、スイッチを並列接続した一方の共通接続点と他方の接続点との間での電圧差もばらつかない。よって、スイッチ故障を誤検知する可能性が低くなる。

一実施形態の電池パック１について図１〜図７を参照しつつ説明する。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。電池パック１は蓄電装置の一例であり、電池モジュールでもよい。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）
図１に示すように、二次電池２は、例えば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２Ａ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、２個のリレー３１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（外部の充電装置や車両内の充電回路）や負荷６（例えばヘッドライト）などの電気機器が選択的に接続される。なお、例えばユーザにより充電器５の図示しない電源スイッチがオン操作されると、図１中のスイッチ５Ａはオープン状態からクローズ状態に切り替わり、これにより、充電器５は、非通電状態から通電状態に切り替わる。例えばユーザによりイグニッションキーが操作されると、スイッチ６Ａは、図示しない車両側の電子制御ユニット（以下、単にＥＣＵ）によりクローズ・オープン制御され、これにより、負荷６は、非通電状態から通電状態に切り替わる。

２個のリレー３１は、接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ３の間の電流経路において、互いに並列接続されている。各リレー３１は、例えば有接点リレー（機械式スイッチ）であり、後述するオープン指令信号を受けると、電磁作用により機械的に接点をオープン（開・オフ）状態にし、後述するクローズ指令信号を受けると、電磁作用により機械的に接点をクローズ（閉・オン）状態にする。また、２個のリレー３１は、いずれも、クローズ状態の時の接点抵抗が略同一である。なお、２個のリレー３１は、スイッチの一例である。

電池監視ユニット３３は、制御部３４、第１電圧検出回路３５、第２電圧検出回路３６および電流検出回路３７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記憶媒体は、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との間の電圧に応じた検出信号を制御部３４に出力する。この電圧は、二次電池２の端子電圧であり、以下、電池側電圧Ｖ１という。第２電圧検出回路３６は、接続端子Ｔ３と接続端子Ｔ４との間の電圧に応じた検出信号を制御部３４に出力する。この電圧は、通電状態時における充電器５の出力電圧または負荷６の電圧に比例した電圧であり、以下、機器側電圧Ｖ２という。制御部３４は、電池側電圧Ｖ１と機器側電圧Ｖ２との電圧差を、２個のリレー３１の両端電圧Ｖ３として検出する。なお、第１電圧検出回路３５および第２電圧検出回路３６は、両端電圧検出部の一例であり、第２電圧検出回路３６は、機器側電圧検出部の一例である。電流検出回路３７は、接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ３の間の電流経路に流れる電流Ｉの電流量に応じた検出信号を制御部３４に出力する。なお、各検出信号は、アナログ信号であってもデジタル信号であってもよい

（電池監視ユニットの制御）
（１）電池保護処理
電池保護装置３の電源がオンされると、ＣＰＵ３４Ａは、２個のリレー３１全てにクローズ指令信号を与える。これにより、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を実行する。

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電池側電圧Ｖ１を検出し（Ｓ１）、当該電池側電圧Ｖ１を、過充電閾値および過放電閾値と比較する。過充電閾値は、二次電池２が過充電状態になったときの電池側電圧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電池側電圧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電池側電圧Ｖ１を検出する実験によって求めることができる。

ＣＰＵ３４Ａは、電池側電圧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、２個のリレー３１にオープン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、２個のリレー３１はオープン状態になり、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、電池側電圧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、２個のリレー３１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、２個のリレー３１はオープン状態になり、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、電池側電圧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）、２個のリレー３１にクローズ指令信号を与えたままＳ３に戻る。

（２）スイッチ故障診断処理
ＣＰＵ３４Ａは、２個のリレー３１が全てクローズ状態であり、且つ、所定の条件を満たした場合、ＣＰＵ３４Ａは、図３に示すスイッチ故障診断処理を実行する。所定の条件の例は、ユーザによってイグニッションキーが操作されることにより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、電気機器が通電状態であるか、非通電状態であるかどうかを判断する機器判断処理を実行する（Ｓ１１）。ＣＰＵ３４Ａは、例えば、上記スイッチ５Ａ、６Ａを制御するＥＣＵや電気機器自身から当該スイッチ５Ａ、６Ａのオープン・クローズに関する情報を受けることにより、電気機器が通電状態であるか、非通電状態であるかどうかを判断する。なお、上記スイッチ５Ａ、６Ａが例えば半導体スイッチである構成では、半導体スイッチがオープン状態であっても暗電流等の微少電流が流れることがあるが、この状態も上記非通電状態に含まれる。また、電池監視ユニット３３が、二次電池２から電源供給を受け、稼動状態となっている場合があるが、この場合でも、上記スイッチ５Ａ、６Ａがオープン状態であれば、上記非通電状態に含まれる。

ＣＰＵ３４Ａは、電気機器が非通電状態であると判断した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、図４に示すオープン故障診断処理を実行する（Ｓ１２）。このオープン故障診断処理は、２個のリレー３１のいずれかが、オープン故障しているかどうかを判定するための処理である。なお、オープン故障は、例えば２個のリレー３１を駆動するコイルの故障等により、当該リレー３１が、上記クローズ指令信号を受けても、オープン状態のままになっている故障であり、スイッチ故障の一例である。

（２−１）オープン故障診断処理
ＣＰＵ３４Ａは、まず、リレー番号Ｎを１に初期化し（Ｓ２１）、Ｎ番目のリレー３１だけにオープン指令信号を与える（Ｓ２２）。次にＣＰＵ３４Ａは、機器側電圧Ｖ２を検出し（Ｓ２３）、Ｎ番目のリレー３１にクローズ指令信号を与える（Ｓ２４）。

ここで、上述したように、オープン故障診断処理の実行中、電子機器は非通電状態である。従って、Ｎ番目のリレー３１にオープン指令信号を与えた場合、Ｎ番目以外のリレー３１がオープン故障しておらず正常にクローズ状態になっていれば、機器側電圧Ｖ２は、二次電池２の端子電圧、すなわち電池側電圧Ｖ１と同等になる。一方、Ｎ番目以外のリレー３１がオープン故障によりオープン状態になっていれば、機器側電圧Ｖ２は、Ｎ番目以外のリレー３１が正常にクローズ状態している場合よりも小さくなる。

そこで、ＣＰＵ３４Ａは、機器側電圧Ｖ２が故障判定閾値ＴＨ１以上であるかどうかを判断する（Ｓ２５）。なお、Ｓ２５の処理は、非通電時処理の一例である。これにより、電池保護装置３は、外部機器に頼らずに、電気機器の非通電状態時における２個のリレー３１の故障の有無を判定することができる。また、例えばＣＰＵ３４Ａは、Ｓ２２において、電池側電圧Ｖ１も検出し、この電池側電圧Ｖ１よりもやや小さい値を、故障判定閾値ＴＨ１として設定することが好ましい。また、ＣＰＵ３４Ａは、Ｎ番目のリレー３１にオープン指令信号を与える前に機器側電圧Ｖ２を検出し、この機器側電圧Ｖ２よりもやや小さい値を、故障判定閾値ＴＨ１として設定してもよい。ＣＰＵ３４Ａは、機器側電圧Ｖ２が故障判定閾値ＴＨ１以上であると判断した場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、Ｎ番目以外のリレー３１がオープン故障していないとして、リレー番号Ｎがリレー総数（＝２）に達しているかどうかを判断する（Ｓ２６）。

ＣＰＵ３４Ａは、リレー番号Ｎがリレー総数に達していると判断した場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、全リレー３１がオープン故障していないとして、オープン故障診断処理を終了し、図３のＳ１３に進む。一方、ＣＰＵ３４Ａは、リレー番号Ｎがリレー総数に達していないと判断した場合（Ｓ２６：ＮＯ）、リレー番号Ｎに１を加算し（Ｓ２７）、Ｓ２２に戻る。

Ｓ２５で、ＣＰＵ３４Ａは、機器側電圧Ｖ２が故障判定閾値ＴＨ１より小さいと判断した場合（Ｓ２５：ＮＯ）、Ｎ番目以外のリレー３１がオープン故障していると判定し、メモリ３４Ｂにオープン故障のフラグを記憶させ（Ｓ２８）、オープン故障診断処理を終了し、Ｓ１３に進む。なお、ＣＰＵ３４Ａは、オープン故障と判定した場合、例えば、上記ＥＣＵ等の外部機器にＮ番目以外のリレーがオープン故障している旨の通知信号を出力するなど、エラー処理を実行するのが好ましい。また、ＣＰＵ３４Ａは、所定回数（例えば３回）だけ、機器側電圧Ｖ２が故障判定閾値ＴＨ１より小さいと判断した場合（Ｓ２５：ＮＯ）に、メモリ３４Ｂにオープン故障のフラグを記憶させたり、上記エラー処理を実行する構成でもよい。

図４には、２個のリレー３１Ａ、３１Ｂを有する電池パック１で、リレー３１Ａがオープン故障している場合の例が示されている。なお、同図では、充電器５等が省略されている。ＣＰＵ３４Ａは、Ｃ１から、１番目のリレー３１Ａにオープン指令信号を与える（Ｓ２２）。しかし、１番目のリレー３１Ａはオープン故障しているため、オープン指令信号を与えた後のＣ２は、オープン指令信号を与える前のＣ１と同じである。

次に、ＣＰＵ３４Ａは、Ｃ２から、１番目のリレー３１Ａにクローズ指令信号を与える（Ｓ２４）。しかし、１番目のリレー３１Ａはオープン故障しているため、クローズ指令信号を与えた後のＣ３も、Ｃ１と同じである。従って、ＣＰＵ３４Ａは、機器側電圧Ｖ２が故障判定閾値ＴＨ１以上であると判断し（Ｓ２５：ＹＥＳ）、２番目のリレー３１Ｂがオープン故障していないと判定する。

そして、ＣＰＵ３４Ａは、Ｃ３から、２番目のリレー３１Ｂにオープン指令信号を与える（Ｓ２２）。このとき、２番目のリレー３１Ｂがオープン故障していないため、２番目のリレー３１Ｂは、クローズ状態からオープン状態へ遷移する。これにより、１番目のリレー３１Ａと、２番目のリレー３１Ｂがいずれもオープン状態となるため、二次電池２と負荷６の間は断線状態となる。よって、２番目のリレー３１Ｂにオープン指令信号を与えた後のＣ４では、機器側電圧Ｖ２が故障判定閾値ＴＨ１より小さくなる。従って、ＣＰＵ３４Ａは、１番目のリレー３１Ａがオープン故障していると判定し、メモリ３４Ｂにオープン故障のフラグを記憶させ（Ｓ２８）、オープン故障診断処理を終了する。

Ｓ１３でＣＰＵ３４Ａは、電気機器が通電状態であると判断した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、オープン故障のフラグがメモリ３４Ｂに記憶されているかどうかに基づき、オープン故障診断処理でオープン故障していると判定したかどうかを判断する（Ｓ１４）。ＣＰＵ３４Ａは、オープン故障していないと判定した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、図６に示すクローズ故障診断処理を実行する（Ｓ１５）。このクローズ故障診断処理は、２個のリレー３１のいずれかが、クローズ故障しているかどうかを判定するための処理である。なお、クローズ故障は、例えばリレー３１の接点の溶着等により、当該リレー３１が、上記オープン指令信号を受けても、クローズ状態のままになっている故障であり、スイッチ故障の一例である。

（２−２）クローズ故障診断処理
ＣＰＵ３４Ａは、まず、リレー番号Ｎを１に初期化し（Ｓ４１）、電流検出回路３７からの検出信号に基づき、上記電流Ｉの電流量ＩＡを検出する（Ｓ４２）。ＣＰＵ３４Ａは、電流Ｉの電流量ＩＡが電流判定下限値ＴＨ２（例えば５０Ａ）以上であり、電流判定上限値ＴＨ４（例えば１００Ａ）以下であるかどうかを判断する（Ｓ４３）。なお、このＳ４３の処理は、条件判断処理の一例であり、この判断条件は、継続条件の一例である。

電流Ｉの電流量ＩＡが電流判定下限値ＴＨ２より小さい場合、上記両端電圧Ｖ３は、クローズ故障の有無による変化が顕著に現れないため、後述するＳ４８でのクローズ故障の判定を精度良く行うことができない恐れがある。また、電流Ｉの電流量ＩＡが電流判定上限値ＴＨ４より大きい場合、過大な電流が流れているため、リレー３１の接点が劣化する恐れがある。

ＣＰＵ３４Ａは、電流Ｉの電流量が電流判定下限値ＴＨ２以上であり、電流判定上限値ＴＨ４以下であると判断した場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）、クローズ故障の判定を精度良く行うことができるとして、Ｎ番目のリレーにオープン指令信号を与える前の両端電圧Ｖ３を検出する（Ｓ４４）。以下、このときの両端電圧Ｖ３を、特にクローズ両端電圧Ｖ３Ａという。

次に、ＣＰＵ３４Ａは、Ｎ番目のリレー３１だけにオープン指令信号を与え（Ｓ４５）、両端電圧Ｖ３を検出する（Ｓ４６）。以下、このときの両端電圧Ｖ３を、特にオープン両端電圧Ｖ３Ｂという。次に、ＣＰＵ３４Ａは、Ｎ番目のリレー３１にクローズ指令信号を与える（Ｓ４７）。なお、Ｓ４５の処理は、オープン指令処理の一例である。なお、各リレー３１が設けられた各電流経路同士の抵抗値は略同一である。このため、各リレー３１に故障が無い場合は、各電流経路に流れる電流量は、ＣＰＵ３４Ａが、どのリレー３１にオープン指令信号を与えても略同一となり、Ｖ３Ｂは略同一となる。

ここで、上述したように、クローズ故障診断処理の実行中、電子機器は通電状態である。従って、Ｎ番目のリレー３１にオープン指令信号を与えた場合、Ｎ番目のリレー３１がクローズ故障しておらず正常にオープン状態になっていれば、オープン両端電圧Ｖ３Ｂは、クローズ両端電圧Ｖ３Ａより大きくなる。一方、Ｎ番目のリレー３１がクローズ故障によりクローズ状態になっていれば、オープン両端電圧Ｖ３Ｂは、クローズ両端電圧Ｖ３Ａと略同一になる。

そこで、ＣＰＵ３４Ａは、オープン両端電圧Ｖ３Ｂと、クローズ両端電圧Ｖ３Ａの差の絶対値（＝｜Ｖ３Ｂ−Ｖ３Ａ｜）が故障判定閾値ＴＨ３以上であるかどうかを判断する（Ｓ４８）。なお、Ｓ４８の処理は、故障判定処理の一例である。故障判定閾値ＴＨ３は、例えば、Ｎ番目のリレー３１がクローズ状態のときとオープン状態のときとにおける上記電流経路（接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ３との間）の抵抗値の差分値に、任意の電流値を乗じた値が好ましい。なお、任意の電流値は、電流判定下限値ＴＨ２から電流判定上限値ＴＨ４までの範囲内の値が好ましい。また、クローズ両端電圧Ｖ３Ａより故障判定閾値ＴＨ３だけ大きい値と、クローズ両端電圧Ｖ３Ａより故障判定閾値ＴＨ３だけ小さい値との間の範囲が、故障判定範囲の一例である。

ＣＰＵ３４Ａは、オープン両端電圧Ｖ３Ｂと、クローズ両端電圧Ｖ３Ａの差の絶対値（＝｜Ｖ３Ｂ−Ｖ３Ａ｜）が故障判定閾値ＴＨ３以上であると判断した場合（Ｓ４８：ＹＥＳ）、Ｎ番目のリレー３１がクローズ故障していないとして、Ｓ５０に進む。Ｓ５０では、ＣＰＵ３４Ａは、上記電流Ｉの変動量が電流判定閾値ＴＨ５以下であるかどうかを判断する。具体的には、ＣＰＵ３４Ａは、電流Ｉの電流量ＩＢを検出し（Ｓ４９）、Ｓ４２で検出した電流Ｉの電流量ＩＡと、Ｓ４９で検出した電流Ｉの電流量ＩＢとの差の絶対値（＝｜ＩＡ−ＩＢ｜）が、電流判定閾値ＴＨ５（例えば１０Ａ）以下であるかどうかを判断する。

ＣＰＵ３４Ａは、上記絶対値が電流判定閾値ＴＨ５以下であると判断した場合（Ｓ５０：ＹＥＳ）、上記電流Ｉの変動量は比較的に小さくクローズ故障の判定精度に悪影響を与えるおそれが少ないので、このまま、クローズ故障診断処理を継続する。そして、ＣＰＵ３４Ａは、リレー番号Ｎがリレー総数に達しているかどうかを判断する（Ｓ５１）。

ＣＰＵ３４Ａは、リレー番号Ｎがリレー総数に達していると判断した場合（Ｓ５１：ＹＥＳ）、全リレー３１がクローズ故障していないとして、クローズ故障診断処理を終了し、スイッチ故障診断処理を終了する。一方、ＣＰＵ３４Ａは、リレー番号Ｎがリレー総数に達していないと判断した場合（Ｓ５１：ＮＯ）、リレー番号Ｎに１を加算し（Ｓ５２）、Ｓ４２に戻る。

Ｓ４３で、ＣＰＵ３４Ａは、電流Ｉの電流量ＩＡが電流判定下限値ＴＨ２より小さい、または、電流判定上限値ＴＨ４より大きいと判断した場合（Ｓ４３：ＮＯ）、クローズ故障の判定を精度良く行うことができない恐れがあるため、Ｓ４１に戻り、１番目のリレー３１からクローズ故障診断処理を実行し直す。

Ｓ５０で、ＣＰＵ３４Ａは、上記絶対値（＝｜ＩＡ−ＩＢ｜）が電流判定閾値ＴＨ５より大きいと判断した場合（Ｓ５０：ＮＯ）、上記電流Ｉの変動量は比較的に大きく、オープン両端電圧Ｖ３Ｂと、クローズ両端電圧Ｖ３Ａの差の絶対値（＝｜Ｖ３Ｂ−Ｖ３Ａ｜）が、クローズ故障ありの場合と、クローズ故障なしの場合で近い値になり、クローズ故障の判定精度に悪影響を与えるおそれがあるので、Ｓ４１に戻り、１番目のリレー３１からクローズ故障診断処理を実行し直す。

Ｓ４８で、ＣＰＵ３４Ａは、オープン両端電圧Ｖ３Ｂと、クローズ両端電圧Ｖ３Ａの差の絶対値（＝｜Ｖ３Ｂ−Ｖ３Ａ｜）が故障判定閾値ＴＨ３より小さいと判断した場合（Ｓ４８：ＮＯ）、Ｎ番目のリレー３１がクローズ故障していると判定し、メモリ３４Ｂにクローズ故障のフラグを記憶させ（Ｓ５３）、クローズ故障診断処理を終了し、スイッチ故障診断処理を終了する。なお、ＣＰＵ３４Ａは、クローズ故障と判定した場合、例えば、上記ＥＣＵ等の外部機器にＮ番目のリレーがクローズ故障している旨の通知信号を出力するなど、エラー処理を実行するのが好ましい。また、ＣＰＵ３４Ａは、所定回数（例えば３回）だけ、上記絶対値が故障判定閾値ＴＨ３より小さいと判断した場合（Ｓ４８：ＮＯ）に、メモリ３４Ｂにオープン故障のフラグを記憶させたり、上記エラー処理を実行する構成でもよい。

図７には、２個のリレー３１Ａ、３１Ｂを有する電池パック１で、リレー３１Ｂがクローズ故障している場合の例が示されている。なお、同図では、充電器５等が省略されている。ＣＰＵ３４Ａは、Ｃ１から、１番目のリレー３１Ａにオープン指令信号を与える（Ｓ４５）。しかし、１番目のリレー３１Ａはクローズ故障していないため、１番目のリレー３１Ａは、クローズ状態からオープン状態へ遷移する。これにより、１番目のリレー３１Ａはオープン状態で、２番目のリレー３１Ｂはクローズ状態となるため、Ｃ１に比べて、二次電池２と負荷６の間の電圧は大きくなる。よって、１番目のリレー３１Ａにオープン指令信号を与えた後の状態２では、オープン両端電圧Ｖ３Ｂと、クローズ両端電圧Ｖ３Ａの差の絶対値（＝｜Ｖ３Ｂ−Ｖ３Ａ｜）が故障判定閾値ＴＨ３より大きくなる。

次に、ＣＰＵ３４Ａは、Ｃ２から、１番目のリレー３１Ａにクローズ指令信号を与える（Ｓ４７）。しかし、１番目のリレー３１Ａはクローズ故障していないため、クローズ指令信号を与えた後のＣ３も、Ｃ１と同じである。

そして、ＣＰＵ３４Ａは、Ｃ３から、２番目のリレー３１Ｂにオープン指令信号を与える（Ｓ４５）。このとき、２番目のリレー３１Ｂはクローズ故障しているため、２番目のリレー３１Ｂは、クローズ状態からオープン状態へ遷移しない。これにより、１番目のリレー３１Ａと、２番目のリレー３１Ｂがいずれもクローズ状態となるため、２番目のリレー３１Ｂにクローズ指令信号を与えた後のＣ４は、Ｃ１と同じである。よって、Ｃ４では、オープン両端電圧Ｖ３Ｂと、クローズ両端電圧Ｖ３Ａの差の絶対値（＝｜Ｖ３Ｂ−Ｖ３Ａ｜）が故障判定閾値ＴＨ３より小さくなる。従って、ＣＰＵ３４Ａは、２番目のリレー３１Ｂがクローズ故障していると判定し、メモリ３４Ｂにクローズ故障のフラグを記憶させ（Ｓ５３）、クローズ故障診断処理を終了する。なお、図７において、電流Ｉの電流量が１００Ａ、リレー３１Ａ、３１Ｂの接点抵抗が３００μΩである場合、上記絶対値（＝｜Ｖ３Ｂ−Ｖ３Ａ｜）は、両リレー３１Ａ，３１Ｂがクローズ状態であるとき１５ｍＶであり、リレー３１Ａ，３１Ｂの一方のみクローズ状態であるとき３０ｍＶになる。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、少なくとも１個のリレー３１にオープン指令信号を与えているときのオープン両端電圧Ｖ３Ｂが故障判定範囲内であるかどうかに基づき、リレー３１の故障の有無が判定される。これにより、電気機器と二次電池２との間の電流経路が遮断されることを抑制しつつ、リレー３１の故障の有無を判定することができる。即ち、充電器５により二次電池２を充電している場合、その充電を継続しつつ、リレー３１の故障の有無を判定することができる。また、二次電池２から負荷６に電力供給している場合、その負荷６への電力供給を維持しつつ、リレー３１の故障の有無を判定することができる。

また、充電器５や負荷６が通電状態であり、且つ、非通電時処理でリレー３１が故障無しであることを条件に、リレー３１にオープン指令処理および故障判定処理が実行される。これにより、非通電時処理でリレー３１が故障有りと判断されたにもかかわらず、リレー３１にオープン指令処理が実行され、その結果、充電器５や負荷６と二次電池２との間の電流経路が遮断されてしまうことを抑制することができる。

また、制御部３４は、Ｎ番目のリレー３１が故障していると判定した場合、次のＮ＋１番目のリレー３１にオープン指令信号を与えずにオープン指令処理が停止される。これにより、常に、リレー３１全てにオープン指令信号を出力し終えた後にまとめて故障判定処理を実行する構成に比べて、不要なオープン指令処理の実行を抑制することができる。

更に、制御部３４は、電気機器が非通電状態であるときに、オープン故障診断処理を実行し、電気機器が通電状態であるときに、上記オープン故障診断処理でオープン故障が発生していないと判定されたことを条件に、クローズ故障診断処理を実行する。ここで、例えば図５に示すように２番目のリレー３１Ｂがオープン故障している場合において、仮に、制御部３４が、オープン故障診断処理を実行せずに、クローズ故障診断処理を実行する構成とする。この構成では、制御部３４は、クローズ故障診断処理において、まず１番目のリレー３１Ａにオープン指令信号を与えることにより、両リレー３１がオープン状態になってしまい、二次電池２と電気機器との電流経路が遮断されてしまう。しかし、本実施形態によれば、このような電流経路の遮断を抑制することができる。

このスイッチ故障診断装置によれば、例えば電気機器が非通電状態である場合、オープン指令信号を与えているときの２個のリレー３１の両端電圧は、２個のリレー３１の故障の有無によってもほとんど変わらないことがある。そこで、上記実施形態によれば、電気機器が通電状態であると判断したことを条件に、クローズ故障診断処理が実行される。これにより、電気機器が非通電状態であるかどうかに関わらず、クローズ故障診断処理を開始する構成に比べて、２個のリレー３１の故障の有無の判定精度の低下を抑制することができる。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術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（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）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。例えば上記電池保護処理やスイッチ故障診断処理の一部または全部を、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、スイッチの例として、有接点のリレー３１を挙げた。しかし、これに限らず、スイッチは、例えばバイポーラトランジスタや、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子であってもよく、また、通常はクローズ状態であり、オープン指令信号を与えた場合に限りオープン状態になるノーマルクローズタイプでもよい。

上記実施形態では、電池保護装置３は、２個のリレー３１の両端電圧Ｖ３を直接検出する構成であった。しかし、これに限らず、電池保護装置３は、上記両端電圧Ｖ３と、それに直列接続された抵抗素子の電圧を含んだ合算電圧を検出することにより、間接的に両端電圧Ｖ３を検出する構成でもよい。要するに、電池保護装置３は、上記両端電圧Ｖ３と相関関係を有する電圧を検出することで、間接的に、両端電圧Ｖ３を検出する構成でもよい。

上記実施形態では、故障判定処理に利用される故障判定閾値ＴＨ１や故障判定閾値ＴＨ３は、電池側電圧Ｖ１や機器側電圧Ｖ２に応じて変動する構成であった。しかし、故障判定閾値ＴＨ１や故障判定閾値ＴＨ３は、予め定められた固定値でよい。

上記実施形態では、まずＮ番目のリレー３１にオフ指令を与え、次にＮ番目のリレー３１にオン指令を与えた後、Ｎ＋１番目のリレー３１に同じ指令を与える制御とした。しかしこれに限らず、まずＮ＋１番目のリレー３１にオフ指令を与え、オン指令を与えた後、Ｎ番目のリレー３１に同じ指令を与える制御でもよい。つまり、指令を与える順序は逆でもよい。

上記実施形態では、電池保護装置３は、２個のリレー３１を備える構成であった。しかし、これに限らず、電池保護装置３は、３個以上のリレー３１を備える構成でもよい。

上記実施形態では、制御部３４は、２個のリレー３１から、１個ずつのリレー３１を、異なる時期に順次指定してオープン指令信号を与える構成であった。しかし、制御部３４は、３個以上のリレー３１から、２個以上ずつのリレー３１を、異なる時期に順次指定してオープン指令信号を与える構成でもよい。例えば、電池保護装置３が、４個のリレー３１Ａ〜３１Ｄを有し、制御部３４が、２つのリレー３１Ａ，３１Ｂに同時期にオープン指令信号を与え、次に、残りの２つのリレー３１Ｃ、３１Ｄに同時期にオープン指令信号を与える構成でもよい。また、電池保護装置３が、３個のリレー３１Ａ〜３１Ｃを有し、リレー３１Ａ，３１Ｂに同時期にオープン指令信号を与え、次に、リレー３１Ｂ、３１Ｃに同時期にオープン指令信号を与え、更に、リレー３１Ｃ，３１Ａに同時期にオープン指令信号を与える構成でもよい。要するに、オープン指令処理は、複数個のスイッチから、互いに異なるスイッチを少なくとも１個含む規定個（＝Ｋ＜Ｍ＝スイッチ総数）ずつのスイッチを、異なる時期に順次指定して当該規定個のスイッチにオープン動作させるためのオープン指令信号を与える処理であることが好ましい。

上記実施形態では、２個のリレー３１の接点抵抗が略同一である構成を例に挙げた。しかしこれに限らず、２個のリレー３１は接点抵抗が異なる構成でもよい。

上記実施形態では、制御部３４は、Ｎ番目のリレー３１が故障していると判定した場合、次のＮ＋１番目のリレー３１にオープン指令信号を与えずにオープン指令処理が停止される構成を例に挙げた。しかしこれに限らず、制御部は、Ｎ番目のリレー３１が故障していると判定した場合、次のＮ＋１番目のリレー３１にオープン指令信号を与え、全てのスイッチに対するオープン指令処理が終了した時点で、スイッチ故障と判定してもよい。

上記実施形態では、継続条件の例として、電流判定下限値ＴＨ２、電流判定上限値ＴＨ４等を挙げた。しかしこれに限らず、継続条件は、例えば、リレー３１の温度または周辺温度が熱判定閾値以下であることでもよい。制御部３４は、図示しない温度検出部によりリレー３１の温度を検出し、その検出温度が熱判定閾値を超えた場合、スイッチ故障診断を継続しないと判定してもよい。

１：電池パック２：二次電池３：電池保護装置３１：リレー３４：制御部３５：第１電圧検出回路３６：第２電圧検出回路Ｉ：放電電流

Claims

電気機器と蓄電素子との間の電流経路に互いに並列接続された複数個のスイッチを備えた回路におけるスイッチ故障診断装置であって、
前記複数個のスイッチの両端電圧に応じた両端検出信号を出力する両端電圧検出部と、前記電流経路に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記各スイッチのオンオフを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記複数個のスイッチを異なる時期に順次指定してオープン指令信号を与えるオープン指令処理と、オープン指令信号を与えた後の前記両端電圧が故障判定範囲内である場合にスイッチ故障有りと判定する故障判定処理とを実行すると共に、前記オープン指令処理後に前記スイッチを再度オンさせるクローズ指令処理を行い、前記オープン指令処理の前と前記クローズ指令処理の後とにおける前記電流経路に流れる電流の変動量が所定範囲を越えていた場合には、前記オープン指令処理及び前記故障判定処理を実行し直す構成を有するスイッチ故障診断装置。
請求項１に記載のスイッチ故障診断装置であって、
前記制御部は、
前記オープン指令信号を与える前における前記電流経路に流れる電流が所定の下限値に満たないときには、前記オープン指令処理を実行しないスイッチ故障診断装置。
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、
前記オープン指令信号を与える前における前記電流経路に流れる電流が所定の上限値を越えるときには、前記オープン指令処理を実行しないスイッチ故障診断装置。
電気機器と蓄電素子との間の電流経路に互いに並列接続される複数個のスイッチと、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とを備える故障診断装置付きスイッチ回路。
蓄電素子と、請求項４記載の故障診断装置付きスイッチ回路とを備える蓄電装置。
電気機器と蓄電素子との間の電流経路に互いに並列接続された複数個のスイッチを備えた回路におけるスイッチ故障診断方法であって、
前記複数個のスイッチを異なる時期に順次指定してオープン指令信号を与えるオープン指令処理と、オープン指令信号を与えた後の前記両端電圧が故障判定範囲内である場合にスイッチ故障有りと判定する故障判定処理とを実行すると共に、前記オープン指令処理後に前記スイッチを再度オンさせるクローズ指令処理を行い、前記オープン指令処理の前と前記クローズ指令処理の後とにおける前記電流経路に流れる電流の変動量が所定範囲を越えていた場合には、前記オープン指令処理及び前記故障判定処理を実行し直すスイッチ故障診断方法。