JP6632372B2 - State determination device and state determination method - Google Patents
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Description
本発明は、状態判定装置および状態判定方法に関する。 The present invention relates to a state determination device and a state determination method.
従来、例えばハイブリッド自動車や電気自動車などの車両は、動力源たるモータに対して電力を供給する電源を備える。また、かかる電源の状態を監視する監視装置としては、DC電圧印加方式を用いた監視装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle includes a power supply that supplies power to a motor that is a power source. As a monitoring device that monitors the state of the power supply, a monitoring device using a DC voltage application method is known.
上記電源は、車体と絶縁されるように構成されているため、監視装置は、電源の絶縁状態を監視する機能、換言すれば、電源の絶縁抵抗の劣化を検出する機能を有する。例えば、監視装置は、車両に搭載される高圧バッテリと車両ボディーのGND(グランド)と車両絶縁抵抗を直列接続させて、高圧バッテリから絶縁されるフライングキャパシタへ通電し、充電されたフライングキャパシタの電圧に基づいて、電源の絶縁抵抗の劣化を検出する。 Since the power supply is configured to be insulated from the vehicle body, the monitoring device has a function of monitoring the insulation state of the power supply, in other words, a function of detecting deterioration of the insulation resistance of the power supply. For example, the monitoring device connects a high-voltage battery mounted on a vehicle, a GND (ground) of a vehicle body, and a vehicle insulation resistor in series to supply a current to a flying capacitor that is insulated from the high-voltage battery, and a charged voltage of the flying capacitor. , The deterioration of the insulation resistance of the power supply is detected.
また、監視装置は、高圧バッテリが複数の電源スタックによって構成されていることから、各電源スタックが過充電状態にならないように、電源スタックを監視する監視機能も有し、さらにその監視機能を監視する機能も有する。監視装置は、このような2重監視においても、各電源スタックに直列接続されるフライングキャパシタの電圧に基づいて、各電源スタックの過充電を監視する。 Further, since the high-voltage battery is composed of a plurality of power supply stacks, the monitoring device also has a monitoring function of monitoring the power supply stack so that each power supply stack does not become overcharged, and further monitors the monitoring function. It also has the function of performing The monitoring device monitors the overcharge of each power supply stack based on the voltage of the flying capacitor connected in series to each power supply stack even in such double monitoring.
近年では、上記複数の監視機能を1つの回路で実現する監視装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。例えば、監視装置は、フライングキャパシタの容量を切り替えて電圧の測定を行い、切り替え前後でそれぞれ検出した電圧状態を比較することで、回路の不良を検出する。 In recent years, a monitoring device that realizes the plurality of monitoring functions with one circuit has been known (for example, see Patent Document 1). For example, the monitoring device measures the voltage by switching the capacitance of the flying capacitor, and compares the detected voltage states before and after the switching to detect a circuit failure.
しかしながら、上記技術では、フライングキャパシタの容量を切り替えるスイッチ素子の故障を検出することができない。このため、スイッチ素子の故障に気付かずに監視処理が実行されて誤判定が発生することがあり、信頼性が高いとは言い難い。 However, the above technique cannot detect a failure of the switching element that switches the capacitance of the flying capacitor. For this reason, the monitoring process may be executed without noticing the failure of the switch element, and an erroneous determination may occur, and it is hard to say that the reliability is high.
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、フライングキャパシタの容量を切り替えるスイッチ素子の故障を検出することができる状態判定装置および状態判定方法を提供することを目的とする。 The disclosed technology has been made in view of the above, and has as its object to provide a state determination device and a state determination method that can detect a failure of a switch element that switches the capacitance of a flying capacitor.
本願の開示する状態判定装置は、一つの態様において、絶縁された電源に接続される第1キャパシタと、前記電源に接続されるとともに前記第1キャパシタに切替スイッチを介して接続される第2キャパシタとを有する蓄電部と、前記切替スイッチを制御して、前記第2キャパシタを含まずに前記第1キャパシタを含む第1充電経路を用いて充電された前記蓄電部の第1電圧値を取得する第1取得部と、前記切替スイッチを制御して、前記第2キャパシタと前記第1キャパシタを含む第2充電経路を用いて充電された前記蓄電部の第2電圧値を取得する第2取得部と、前記第1電圧値と前記第2電圧値とに基づいて、前記切替スイッチの状態を判定する判定部とを有する。 In one aspect, a state determination device disclosed in the present application includes a first capacitor connected to an insulated power supply, and a second capacitor connected to the power supply and connected to the first capacitor via a changeover switch. Controlling the changeover switch to obtain a first voltage value of the power storage unit that is charged using the first charging path including the first capacitor without including the second capacitor. A first obtaining unit, and a second obtaining unit that controls the changeover switch to obtain a second voltage value of the power storage unit charged using a second charging path including the second capacitor and the first capacitor. A determination unit that determines a state of the changeover switch based on the first voltage value and the second voltage value.
本発明によれば、フライングキャパシタの容量を切り替えるスイッチ素子の故障を検出することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the failure of the switch element which switches the capacitance of a flying capacitor can be detected.
以下に、本願の開示する状態判定装置および状態判定方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a state determination device and a state determination method disclosed in the present application will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.
<1.充放電システムの構成>
図1は、実施形態に係る電源監視装置を含む充放電システムの構成例を示すブロック図である。充放電システム1は、例えば、図示しないハイブリッド自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)、電気自動車(EV:Electric Vehicle)、および、燃料電池自動車(FCV:Fuel Cell Vehicle)等の車両に搭載される。充放電システム1は、車両の動力源たるモータに対して電力を供給する電源の充放電等を行うシステムである。
<1. Configuration of charge / discharge system>
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a charge / discharge system including a power supply monitoring device according to an embodiment. The charge /
詳しくは、充放電システム1は、組電池10と、電源監視システム20と、車両制御装置30と、モータ40と、電圧変換器50と、フェールセーフ用リレー60とを備える。また、電源監視システム20は、モニタIC(Integrated Circuit)21等を有する複数のサテライト基板22と、電源監視装置23とを備える。
Specifically, the charging /
組電池10は、図示しない車体と絶縁された電源(バッテリ)であり、複数のブロック11により構成される。1つのブロック11は、直列に接続された複数、例えば2個の電池スタック12を備える。また、1つの電池スタック12は、例えば直列に接続された複数の電池セル13を備える。
The
なお、ブロック11、電池スタック12および電池セル13の個数は、上記あるいは図示のものに限定されない。また、上記した組電池10としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などを用いることができるが、これに限定されるものではない。
The numbers of the
複数の電池セル13はそれぞれ、サテライト基板22に設けられたモニタIC21に電気的に接続される。そして、各電池セル13の電圧は、モニタIC21によって検出される。なお、モニタIC21は、第1モニタIC21aおよび第2モニタIC21bの複数あり、第1、第2モニタIC21a,21bがそれぞれ、1つの電池スタック12分の電池セル13の電圧を検出する。
Each of the plurality of
電源監視装置23は、複数の電池セル13のそれぞれの個別電圧を監視するとともに、各電池スタック12の電圧を監視する機能を有する。すなわち、電源監視装置23は、組電池10の充電状態を監視する。また、電源監視装置23は、キャパシタを切り替える切替スイッチの状態を監視する。
The power
具体的には、電源監視装置23は、モニタIC21に対して電圧検出要求を送信して複数の電池セル13のそれぞれの個別電圧を検出させ、通信ラインL1を介して検出結果を受信することで、電池セル13の電圧を監視する。また、電源監視装置23は、導線L2を介して後述するキャパシタに電池スタック12の電圧(以下、「スタック電圧」と記載する場合がある)を充電することによりスタック電圧を直接測定して、組電池10の充電状態を監視する。
Specifically, the power
なお、電源監視装置23は、モニタIC21が正常に動作しているか否かを判定する機能も有していることが好ましい。具体的には、例えば、電源監視装置23は、モニタIC21から受信した各電池セル13の個別電圧を加算して得たスタック電圧と、直接検出したスタック電圧とを比較し、両者の差が許容値より大きい場合にモニタIC21が異常であると判定する。そして、電源監視装置23は、モニタIC21が異常であると判定された場合、例えばフェールセーフ用リレー60を切り離して、電池セル13に対する充放電が行われないようにしてもよい。
It is preferable that the power
また、電源監視装置23は、電源監視システム20が有する絶縁抵抗(後述)の劣化を検出するが、これについては後に説明する。なお、ここで絶縁抵抗の劣化とは、例えば絶縁抵抗の抵抗値が低下して組電池10の漏電が生じていることを意味する。
The power
車両制御装置30は、組電池10の充電状態に応じて組電池10に対する充放電を行って車両制御する。具体的には、車両制御装置30は、電圧変換器50を用いて組電池10に充電された電圧を直流から交流の電圧に変換し、変換した電圧をモータ40へ供給してモータ40を駆動させる。これにより、組電池10は放電されることとなる。
The
また、車両制御装置30は、モータ40の回生制動によって発電した電圧を電圧変換器50で交流から直流の電圧に変換し、組電池10へ供給する。これにより、組電池10は充電されることとなる。このように、車両制御装置30は、電源監視装置23から取得した組電池10の充電状態に基づいて組電池10の電圧を監視し、監視結果に応じた制御を実行する。
Further, the
<2.電源監視装置の構成>
次に、電源監視装置23の構成について説明する。図2は、電源監視装置23の構成例を示すブロック図である。なお、図2では、サテライト基板22や通信ラインL1などを省略している。また、図2では、理解の便宜のため、複数のブロック11のうちの1つを示すとともに、以下では、ブロック11における2個の電池スタック12のうちの一方を「第1スタック12a」、他方を「第2スタック12b」と記載する場合がある。
<2. Configuration of power supply monitoring device>
Next, the configuration of the power
電源監視装置23は、例えば電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)であり、図2に示すように、電圧検出回路部24と、A/D変換部25と、制御部26とを備える。電圧検出回路部24は、各スタック電圧の検出、絶縁抵抗の劣化検出、キャパシタを切り替えるスイッチの故障検出などを行うための回路を備える。
The power
ここで、例えば仮に、上記した電圧検出回路部24において、各スタック電圧を検出する回路と、絶縁抵抗劣化を検出する回路とを別々に備える構成であった場合、電源監視装置23の構成が複雑化するとともに、コストの増加を招くおそれがあった。
Here, for example, if the voltage
そこで、本実施形態に係る電源監視装置23では、装置の構成を簡素化してコストの増加を抑制しつつ、各スタック電圧の検出および絶縁抵抗の劣化検出を行うことができるようにした。以下、電源監視装置23の構成についてさらに詳しく説明する。
Therefore, in the power
図3は、電源監視装置23の電圧検出回路部24の構成例を示す図である。図3に示すように、電圧検出回路部24は、第1、第2キャパシタC1,C2と、第1スイッチS1〜第6スイッチS6と、切替スイッチS7、第1抵抗R1〜第7抵抗R7とを備える。また、組電池10は、正極側に絶縁抵抗Rpを備え、負極側に絶縁抵抗Rnを備える。なお、実施形態において、絶縁抵抗Rp及びRnは、実装された抵抗と、車体GNDに対する絶縁を仮想的に表した抵抗との合成抵抗値を示すが、実装した抵抗、仮想的な抵抗のいずれであるかは問わない。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the voltage
かかる電圧検出回路部24では、フライングキャパシタ方式が適用され、後述するように、第1キャパシタC1を各スタック12a,12bの電圧で充電した後、第1キャパシタC1の電圧を各スタック12a,12bの電圧として検出している。
In the voltage
具体的には、電圧検出回路部24は、第1、第2キャパシタC1,C2を介して充電側回路と放電側回路とに分かれている。なお、以下では、第1、第2キャパシタC1,C2を総称して「キャパシタC」と記載する場合がある。
Specifically, the voltage
充電側回路は、組電池10の各スタック12a,12bとキャパシタCとが接続され、各スタック12a,12bの電圧をキャパシタCに充電する経路を含む部分である。また、放電側回路は、キャパシタCに充電された電圧を放電する経路を含む部分である。
The charging-side circuit is a portion that includes a path in which each of the
そして、各スイッチS1〜S7のオン/オフが制御されることで、キャパシタCへの充電および放電が制御される。なお、上記した各スイッチS1〜S7としては、例えばソリッドステートリレー(SSR:Solid State Relay)を用いることができるが、これに限定されるものではない。また、第1抵抗R1〜第7抵抗R7は、キャパシタCの電圧を検出するための電圧検出用抵抗である。 By controlling the ON / OFF of each of the switches S1 to S7, the charging and discharging of the capacitor C is controlled. The switches S1 to S7 may be, for example, solid state relays (SSRs), but are not limited thereto. The first to seventh resistors R1 to R7 are voltage detection resistors for detecting the voltage of the capacitor C.
電圧検出回路部24の充電側回路は、キャパシタCに対して、第1スタック12aおよび第2スタック12bの各々が並列に接続されている。すなわち、キャパシタCの両端は、第1スタック12aの正極および負極に接続されるとともに、第2スタック12bの正極および負極とも接続されている。
In the charging-side circuit of the voltage
また、第1スタック12aの正極側とキャパシタCとの間には、第1抵抗R1、第1スイッチS1および第5抵抗R5が直列に設けられ、第1スタック12aの負極側とキャパシタCとの間には、第2抵抗R2および第2スイッチS2が直列に設けられている。
A first resistor R1, a first switch S1, and a fifth resistor R5 are provided in series between the positive electrode side of the
また、第2スタック12bの正極側とキャパシタCとの間には、第3抵抗R3、第3スイッチS3および第5抵抗R5が直列に設けられ、第2スタック12bの負極側とキャパシタCとの間には、第4抵抗R4および第4スイッチS4が直列に設けられている。
Further, a third resistor R3, a third switch S3, and a fifth resistor R5 are provided in series between the positive electrode side of the
電圧検出回路部24の放電側回路には、第1スタック12aおよび第2スタック12bの正極側の経路に第5スイッチS5が設けられ、第5スイッチS5の一端とキャパシタCとの間に第5抵抗R5が設けられている。また、第1、第2スタック12a,12bの負極側の経路には、第6スイッチS6が設けられ、第6スイッチS6の一端がキャパシタCに接続されている。
In the discharge side circuit of the voltage
そして、第5スイッチS5の他端は、A/D変換部25に接続されるとともに、途中で分岐して第6抵抗R6を介して車体GNDに接続されている。また、第6スイッチS6の他端は、第7抵抗R7を介して車体GNDに接続されている。なお、車体GNDは、接地点の一例である。
The other end of the fifth switch S5 is connected to the A /
A/D変換部25は、電圧検出回路部24の接続点Aにおける電圧を示すアナログ値をデジタル値へ変換し、変換されたデジタル値を制御部26へ出力する。
The A /
次いで、第1、第2キャパシタC1,C2について詳説する。上記した各スタック12a,12bの電圧検出の処理は、比較的短い時間で完了することが望ましいことから、電圧検出に用いられるキャパシタにおいては、短時間で充電可能なように、静電容量は比較的小さい方が好ましい。
Next, the first and second capacitors C1 and C2 will be described in detail. Since it is desirable that the process of detecting the voltage of each of the
他方、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出に用いられるキャパシタにおいては、静電容量は比較的大きい方が好ましい。すなわち、車両には設計時に意図されない浮遊容量が存在する。絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の際に、かかる浮遊容量の影響を受けると、キャパシタの電圧を正確に検出することができないおそれがあり、劣化検出の精度が低下する場合がある。従って、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出に用いられるキャパシタの静電容量を比較的大きくして、全体の容量に対する浮遊容量の影響を低減させることが好ましい。 On the other hand, a capacitor used for detecting deterioration of the insulation resistances Rp and Rn preferably has a relatively large capacitance. That is, the vehicle has a stray capacitance that is not intended at the time of design. When detecting the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn, the influence of the stray capacitance may make it impossible to accurately detect the voltage of the capacitor, and the accuracy of the deterioration detection may decrease. Therefore, it is preferable to make the capacitance of the capacitor used for detecting the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn relatively large to reduce the influence of the stray capacitance on the entire capacitance.
そこで、本実施形態では、第1、第2キャパシタC1,C2を以下のように構成することとした。詳しくは、第1キャパシタC1は、第5抵抗R5に直列に接続されている。第2キャパシタC2は、切替スイッチS7に直列に接続されている。 Therefore, in the present embodiment, the first and second capacitors C1 and C2 are configured as follows. Specifically, the first capacitor C1 is connected in series to the fifth resistor R5. The second capacitor C2 is connected in series to the changeover switch S7.
また、第2キャパシタC2および切替スイッチS7は、第1キャパシタC1に並列に接続されている。従って、切替スイッチS7のオン/オフを制御することで、充電側回路および放電側回路において接続されるキャパシタを容易に切り替えることができ、よって各回路における全体の静電容量を可変にすることができる。 Further, the second capacitor C2 and the changeover switch S7 are connected in parallel to the first capacitor C1. Therefore, by controlling the on / off of the changeover switch S7, the capacitors connected in the charging-side circuit and the discharging-side circuit can be easily switched, so that the overall capacitance of each circuit can be made variable. it can.
具体的には、例えば各スタック12a,12bの電圧検出の処理の際、切替スイッチS7がオフされると、充電側回路および放電側回路では、第1キャパシタC1のみが接続されるため、比較的小さい静電容量で処理が行われることとなる。
Specifically, for example, when the changeover switch S7 is turned off during the process of detecting the voltage of each of the
一方、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の処理の際、切替スイッチS7がオンされると、充電側回路および放電側回路では、第1、第2キャパシタC1,C2が接続されるため、比較的大きい静電容量で処理が行われることとなる。 On the other hand, when the changeover switch S7 is turned on during the process of detecting the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn, the first and second capacitors C1 and C2 are connected in the charge-side circuit and the discharge-side circuit. Processing will be performed with a large capacitance.
ここで、第2キャパシタC2の静電容量は、浮遊容量よりも大きい値とする。具体的には、車両の浮遊容量が約0.1μFとした場合、第2キャパシタC2の静電容量は、約20倍の2.2μFに設定される。なお、このような場合に、第1キャパシタC1の静電容量は、例えば0.165μFとなる。このように、第2キャパシタC2の静電容量は、第1キャパシタの静電容量よりも大きくなる。 Here, the capacitance of the second capacitor C2 is set to a value larger than the stray capacitance. Specifically, when the stray capacitance of the vehicle is about 0.1 μF, the capacitance of the second capacitor C2 is set to about 20 times, that is, 2.2 μF. In such a case, the capacitance of the first capacitor C1 is, for example, 0.165 μF. As described above, the capacitance of the second capacitor C2 becomes larger than the capacitance of the first capacitor.
これにより、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出に用いられるキャパシタの静電容量、すなわち、第1、第2キャパシタC1,C2の合成容量をより一層大きくすることが可能となり、よって全体の容量に対する浮遊容量の影響をより低減させることができる。 This makes it possible to further increase the capacitance of the capacitor used for detecting the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn, that is, the combined capacitance of the first and second capacitors C1 and C2, and thus the floating of the entire capacitance. The effect of the capacity can be further reduced.
このように、第1キャパシタC1は、各スタック12a,12bの電圧検出、および、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の両方に用いられる。また、第2キャパシタC2は、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出に用いられる。
Thus, the first capacitor C1 is used for both detecting the voltage of each of the
次いで、上記のように構成された電圧検出回路部24の充電および放電について説明する。先ず、第1、第2スタック12a,12bの電圧を検出するために行われる、第1キャパシタC1の充電および放電について図4〜図6を参照して説明する。
Next, charging and discharging of the voltage
図4は、第1スタック12aの電圧で第1キャパシタC1の充電を行う充電経路を示す図である。また、図5は、充電された第1キャパシタC1の放電を行う放電経路を示す図であり、図6は、第2スタック12bの電圧で第1キャパシタC1の充電を行う充電経路を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a charging path for charging the first capacitor C1 with the voltage of the
電源監視装置23では、第1、第2スタック12a,12b毎に第1キャパシタC1が充電される。先ず、第1スタック12aの電圧(以下「第1スタック電圧」と記載する場合がある)で第1キャパシタC1を充電する例を説明すると、図4に示すように、第1スイッチS1および第2スイッチS2がオンされ、他のスイッチS3〜S7がオフされる。
In the power
これにより、第1スタック12aの正極側は、第1抵抗R1、第1スイッチS1、第5抵抗R5、第1キャパシタC1、第2スイッチS2および第2抵抗R2を介して第1スタック12aの負極側と接続される。すなわち、第1スタック12aと第1キャパシタC1とを結ぶ第1経路P1が形成され、第1キャパシタC1に第1スタック電圧が充電される。
Accordingly, the positive electrode side of the
そして、第1経路P1が形成されてから所定時間が経過した後、第1キャパシタC1の電圧を放電させる。具体的には、図5に示すように、第1スイッチS1および第2スイッチS2がオフされるとともに、第5スイッチS5および第6スイッチS6がオンされる。 Then, after a predetermined time has elapsed since the first path P1 was formed, the voltage of the first capacitor C1 is discharged. Specifically, as shown in FIG. 5, the first switch S1 and the second switch S2 are turned off, and the fifth switch S5 and the sixth switch S6 are turned on.
これにより、電圧検出回路部24には、放電経路たる第2経路P2が形成される。第5スイッチS5の他端にはA/D変換部25が接続されているため、第2経路P2が形成されると、第1キャパシタC1の電圧(すなわち第1スタック電圧)がA/D変換部25に入力される。なお、A/D変換部25は、第5、第6スイッチS5,S6がオンした瞬間に入力されたアナログ値をデジタル値に変換して制御部26へ出力する。これにより、第1スタック電圧が検出されることとなる。このときに検出される第1スタック電圧、すなわちキャパシタCの電圧を「VC1」とする。
As a result, a second path P2 serving as a discharge path is formed in the voltage
次に、第2スタック12bの電圧(以下「第2スタック電圧」と記載する場合がある)で第1キャパシタC1を充電する例を説明する。図6に示すように、第3スイッチS3および第4スイッチS4がオンされ、他のスイッチS1,S2,S5〜S7がオフされる。
Next, an example in which the first capacitor C1 is charged with the voltage of the
これにより、第2スタック12bの正極側は、第3抵抗R3、第3スイッチS3、第5抵抗R5、第1キャパシタC1、第4スイッチS4および第4抵抗R4を介して第2スタック12bの負極側と接続される。すなわち、第2スタック12bと第1キャパシタC1とを結ぶ第3経路P3が形成され、第1キャパシタC1に第2スタック電圧が充電される。なお、上記した第1、第3経路P1,P3は、第1充電経路の一例である。
Thereby, the positive electrode side of the
そして、第3経路P3が形成されてから所定時間が経過した後、第3、第4スイッチS3,S4がオフされるとともに、第5、第6スイッチS5,S6がオンされて、第1キャパシタC1の電圧を放電させる(図5参照)。 After a lapse of a predetermined time from the formation of the third path P3, the third and fourth switches S3 and S4 are turned off, and the fifth and sixth switches S5 and S6 are turned on. The voltage of C1 is discharged (see FIG. 5).
これにより、電圧検出回路部24には第2経路P2が形成され、第1キャパシタC1の電圧(すなわち第2スタック電圧)がA/D変換部25に入力される。そして、A/D変換部25は、上記と同様に、入力された電圧のアナログ値をデジタル値に変換して制御部26へ出力する。これにより、第2スタック電圧が検出されることとなる。
As a result, the second path P2 is formed in the voltage
このように、放電側の経路と充電側の経路とを切り替えて第1キャパシタC1への充電および放電が行われることで、第1スタック電圧および第2スタック電圧を検出することができる。 In this manner, the first stack voltage and the second stack voltage can be detected by switching the path on the discharging side and the path on the charging side to charge and discharge the first capacitor C1.
なお、第1、第2スタック電圧の検出処理において、第1キャパシタC1は満充電されることを要しない。すなわち、例えば、第1、第2スタック電圧の検出処理では、満充電に要するであろう時間よりも短い所定時間だけ充電を行い、その充電電圧に基づいて第1、第2スタック電圧を推定してもよい。これにより、第1、第2スタック電圧の検出処理時間を短縮することができる。 In the detection processing of the first and second stack voltages, the first capacitor C1 does not need to be fully charged. That is, for example, in the detection processing of the first and second stack voltages, charging is performed for a predetermined time shorter than the time required for full charge, and the first and second stack voltages are estimated based on the charged voltages. You may. As a result, the processing time for detecting the first and second stack voltages can be reduced.
また、電圧検出回路部24の回路には、図3に示すように、上記した組電池10の正極側の絶縁抵抗Rpと負極側の絶縁抵抗Rnとが設けられている。なお、これら各絶縁抵抗Rp,Rnは、実装された抵抗と、車体GNDに対する絶縁を仮想的に表した抵抗との合成抵抗を示しているが、ここでは、実装した抵抗、仮想的な抵抗のいずれであるかを問わない。
Further, as shown in FIG. 3, the circuit of the voltage
各絶縁抵抗Rp,Rnの抵抗値は、正常時にはほとんど通電することが無い程度に十分に大きい値、例えば数MΩとされる。但し、絶縁抵抗Rp,Rnが劣化した異常時には、例えば組電池10が車体GNDなどと短絡して、あるいは短絡に近い状態となって通電してしまう程度の抵抗値に低下する。
The resistance value of each of the insulation resistances Rp and Rn is set to a value which is sufficiently large that current is hardly supplied in a normal state, for example, several MΩ. However, when the insulation resistances Rp and Rn are abnormal, the resistance value is reduced to such a level that, for example, the
ここで、組電池10の絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出するために行われる、キャパシタC(すなわち第1、第2キャパシタC1,C2)の充電および放電について図7〜図9を参照して説明する。
Here, the charging and discharging of the capacitor C (that is, the first and second capacitors C1 and C2) performed to detect the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn of the
図7は、組電池10の正極側の絶縁抵抗Rpの劣化を検出する際の充電経路を示す図である。また、図8は、充電されたキャパシタCの放電を行う放電経路を示す図であり、図9は、組電池10の負極側の絶縁抵抗Rnの劣化を検出する際の充電経路を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a charging path when detecting the deterioration of the insulation resistance Rp on the positive electrode side of the
先ず、正極側の絶縁抵抗Rpの劣化を検出する場合は、図7に示すように、第4スイッチS4、第5スイッチS5および切替スイッチS7がオンされ、他のスイッチS1〜S3,S6がオフされる。これにより、第1スタック12aの正極側は、絶縁抵抗Rp、第6抵抗R6、第5スイッチS5、第5抵抗R5、キャパシタC、第4スイッチS4、第4抵抗R4および第2スタック12bを介して第1スタック12aの負極側と接続される。
First, when detecting the deterioration of the insulation resistance Rp on the positive electrode side, as shown in FIG. 7, the fourth switch S4, the fifth switch S5, and the changeover switch S7 are turned on, and the other switches S1 to S3, S6 are turned off. Is done. Thereby, the positive electrode side of the
すなわち、第1、第2スタック12a,12bとキャパシタCとを正極側の絶縁抵抗Rpを介して結ぶ第4経路P4が形成される。この際、絶縁抵抗Rpの抵抗値が正常である場合には、第4経路P4はほとんど導通せず、絶縁抵抗Rpが劣化して抵抗値が低下していた場合には、第4経路P4は導通することとなる。
That is, the fourth path P4 connecting the first and
そして、第4経路P4が形成されてから所定時間が経過した後、キャパシタCの電圧を放電させる。具体的には、図8に示すように、第4スイッチS4がオフされるとともに、第6スイッチS6がオンされる。これにより、電圧検出回路部24には、放電経路たる第5経路P5が形成される。このときに検出されるキャパシタCの電圧を「電圧VRp」とし、電圧VRpに基づいて絶縁抵抗Rpの劣化を検出するが、これについては後述する。
Then, after a predetermined time has elapsed since the fourth path P4 was formed, the voltage of the capacitor C is discharged. Specifically, as shown in FIG. 8, the fourth switch S4 is turned off and the sixth switch S6 is turned on. Thus, a fifth path P5 serving as a discharge path is formed in the voltage
負極側の絶縁抵抗Rnの劣化を検出する場合は、図9に示すように、第1スイッチS1、第6スイッチS6および切替スイッチS7がオンされ、他のスイッチS2〜S5がオフされる。これにより、第1スタック12aの正極側は、第1抵抗R1、第1スイッチS1、第5抵抗R5、キャパシタC、第6スイッチS6、第7抵抗R7、絶縁抵抗Rnおよび第2スタック12bを介して第1スタック12aの負極側と接続される。
When detecting the deterioration of the insulation resistance Rn on the negative electrode side, as shown in FIG. 9, the first switch S1, the sixth switch S6, and the changeover switch S7 are turned on, and the other switches S2 to S5 are turned off. Thus, the positive electrode side of the
すなわち、第1、第2スタック12a,12bとキャパシタCとを負極側の絶縁抵抗Rnを介して結ぶ第6経路P6が形成される。この際、絶縁抵抗Rnの抵抗値が正常である場合には、第6経路P6はほとんど導通せず、絶縁抵抗Rnが劣化して抵抗値が低下していた場合には、第6経路P6は導通することとなる。
That is, a sixth path P6 connecting the first and
そして、第6経路P6が形成されてから所定時間が経過した後、図8に示すように、キャパシタCの電圧を放電させる。このときに検出されるキャパシタCの電圧を「電圧VRn」とし、電圧VRnに基づいて絶縁抵抗Rnの劣化を検出するが、これについては後述する。なお、上記した第4、第6経路P4,P6は、第2充電経路の一例である。 Then, after a predetermined time has elapsed since the sixth path P6 was formed, the voltage of the capacitor C is discharged as shown in FIG. The voltage of the capacitor C detected at this time is referred to as “voltage VRn”, and the deterioration of the insulation resistance Rn is detected based on the voltage VRn, which will be described later. The above-described fourth and sixth paths P4 and P6 are examples of a second charging path.
なお、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出処理では、満充電に要するであろう時間よりも短い所定時間だけ充電を行い、その充電電圧を電圧VRp,VRnとして用いて絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出を行う。 In the process of detecting deterioration of the insulation resistances Rp and Rn, charging is performed for a predetermined time shorter than the time required for full charge, and the charge voltage is used as the voltages VRp and VRn to detect deterioration of the insulation resistances Rp and Rn. I do.
次に、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の両方に充電を行う場合と放電を行う場合について説明する。図10は、第1スタック12aの電圧で第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の両方の充電を行う充電経路を示す図である。図11は、充電された第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の放電を行う放電経路を示す図である。
Next, a case where both the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged and a case where they are discharged will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating a charging path for charging both the first capacitor C1 and the second capacitor C2 with the voltage of the
図10に示すように、第1スイッチS1と第2スイッチS2と切替スイッチS7がそれぞれオンされ、他のスイッチS3〜S6がオフされる。これにより、第1スタック12aの正極側は、第1抵抗R1、第1スイッチS1、第5抵抗R5、第1キャパシタC1、切替スイッチS7、第2キャパシタC2、第2スイッチS2および第2抵抗R2を介して第1スタック12aの負極側と接続される。すなわち、第1スタック12aと第1キャパシタC1および第2キャパシタC2とを結ぶ第7経路P7が形成され、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2に第1スタック電圧が充電される。
As shown in FIG. 10, the first switch S1, the second switch S2, and the changeover switch S7 are turned on, and the other switches S3 to S6 are turned off. Thus, the positive electrode side of the
そして、第7経路P7が形成されてから所定時間が経過した後、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の電圧を放電させる。具体的には、図11に示すように、第7経路P7が形成されてから所定時間が経過した後、第1、第2スイッチS1,S2がオフされるとともに、第5、第6スイッチS5,S6がオンされて、第1キャパシタC1の電圧および第2キャパシタC2の電圧を放電させる。 Then, after a predetermined time has elapsed since the seventh path P7 was formed, the voltages of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are discharged. Specifically, as shown in FIG. 11, after a predetermined time has elapsed since the seventh path P7 was formed, the first and second switches S1 and S2 are turned off, and the fifth and sixth switches S5 are turned off. , S6 are turned on to discharge the voltage of the first capacitor C1 and the voltage of the second capacitor C2.
これにより、電圧検出回路部24には、放電経路たる第8経路P8が形成される。第5スイッチS5の他端にはA/D変換部25が接続されているため、第8経路P8が形成されると、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の電圧(キャパシタCの電圧)がA/D変換部25に入力される。なお、A/D変換部25は、第5、第6スイッチS5,S6がオンした瞬間に入力されたアナログ値をデジタル値に変換して制御部26へ出力する。これにより、キャパシタCの電圧が検出されることとなる。このときに検出されるキャパシタCの電圧、すなわち第1キャパシタC1と第2キャパシタC2との電圧を「VC2」とする。
Thus, an eighth path P8 as a discharge path is formed in the voltage
図2の説明に戻ると、電源監視装置23の制御部26は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)などを備えたマイクロコンピュータであり、電圧検出回路部24やA/D変換部25などを含む電源監視装置23全体を制御する。
Returning to the description of FIG. 2, the
具体的には、制御部26は、充放電経路形成部26aと、電圧検出部26bと、電源監視部26cと、スイッチ監視部26dを備える。充放電経路形成部26aは、充電経路である第1、第3、第4、第6、第7経路P1,P3,P4,P6,P7、または、放電経路である第2、第5、第8経路P2,P5,P8を形成する。
Specifically, the
具体的には、充放電経路形成部26aは、第1〜第6スイッチ制御部26a1と、キャパシタ切替部26a2とを備える。第1〜第6スイッチ制御部26a1は、第1〜第6スイッチS1〜S6や切替スイッチS7を制御して、充電経路または放電経路を形成する。 Specifically, the charge / discharge path forming unit 26a includes first to sixth switch control units 26a1 and a capacitor switching unit 26a2. The first to sixth switch control units 26a1 control the first to sixth switches S1 to S6 and the changeover switch S7 to form a charging path or a discharging path.
そして、キャパシタ切替部26a2は、切替スイッチS7を制御して、充電経路または放電経路において接続されるキャパシタを切り替える。具体的にキャパシタ切替部26a2は、切替スイッチS7を制御して、第2キャパシタC2を含まずに第1キャパシタC1を含む充電経路(第1、第3経路P1,P3)、および、第1、第2キャパシタC1,C2を含む充電経路(第4、第6経路P4,P6)の間で切り替える。また、キャパシタ切替部26a2は、第1〜第6スイッチS1〜S6および切替スイッチS7を制御して、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を含む充電経路P7を形成する。 Then, the capacitor switching unit 26a2 controls the switch S7 to switch the capacitor connected in the charging path or the discharging path. Specifically, the capacitor switching unit 26a2 controls the changeover switch S7 to control the charging path (first and third paths P1 and P3) including the first capacitor C1 without including the second capacitor C2, and the first and third paths. Switching is performed between the charging paths (the fourth and sixth paths P4 and P6) including the second capacitors C1 and C2. The capacitor switching unit 26a2 controls the first to sixth switches S1 to S6 and the switch S7 to form a charging path P7 including the first capacitor C1 and the second capacitor C2.
放電時も同様に、キャパシタ切替部26a2は、切替スイッチS7を制御して、第2キャパシタC2を含まずに第1キャパシタC1を含む放電経路(第2経路P2)、および、第1、第2キャパシタC1,C2を含む放電経路(第5経路P5)の間で切り替える。また、キャパシタ切替部26a2は、第1〜第6スイッチS1〜S6および切替スイッチS7を制御して、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を含む放電経路P8を形成する。 Similarly, at the time of discharging, the capacitor switching unit 26a2 controls the changeover switch S7 so that the discharging path (the second path P2) that does not include the second capacitor C2 but includes the first capacitor C1, and the first and second paths. Switching is performed between the discharge path (the fifth path P5) including the capacitors C1 and C2. Further, the capacitor switching unit 26a2 controls the first to sixth switches S1 to S6 and the switch S7 to form a discharge path P8 including the first capacitor C1 and the second capacitor C2.
なお、第1〜第6スイッチS1〜S6および切替スイッチS7のスイッチングパターンは、RAMおよびROMなどの記憶部に予め記憶させておくものとする。そして、充放電経路形成部26aは、適宜なタイミングで記憶部からスイッチングパターンを読み出すことによって、充電経路または放電経路を形成する。 Note that the switching patterns of the first to sixth switches S1 to S6 and the changeover switch S7 are stored in a storage unit such as a RAM and a ROM in advance. Then, the charging / discharging path forming unit 26a forms a charging path or a discharging path by reading the switching pattern from the storage unit at an appropriate timing.
電圧検出部26bは、充放電経路形成部26aによって放電経路が形成されると、充電された第1キャパシタC1等の電圧をA/D変換部25を介して検出する。電圧検出部26bは、上記した第1、第2スタック電圧および電圧VRp,VRn、VC1、VC2を検出するものとする。
The
そして、電圧検出部26bは、検出した第1、第2スタック電圧等を示す信号を電源監視部26cへ出力する。また、電圧検出部26bは、検出した電圧VC1、VC2をスイッチ監視部26dへ出力する。
Then, the
具体的には、絶縁抵抗Rpや絶縁抵抗Rnが劣化しておらず抵抗値が低下していない場合は、キャパシタCはほとんど充電されないか、あるいは充電されたとしても十分に小さい電圧が充電される。したがって、電源監視部26cは、電圧VRpや電圧VRnを、比較的低い値に予め設定されたしきい値Vaと比較する。
Specifically, when the insulation resistance Rp and the insulation resistance Rn are not deteriorated and the resistance value is not reduced, the capacitor C is hardly charged, or a sufficiently small voltage is charged even if charged. . Therefore, the power
そして、電源監視部26cは、キャパシタCの電圧VRpがしきい値Va以上となった場合、絶縁抵抗Rpの劣化を検出する、言い換えれば、絶縁抵抗Rpに異常が生じていると判定する。他方、電源監視部26cは、電圧VRpがしきい値Va未満の場合、絶縁抵抗Rpに劣化はない、言い換えれば、絶縁抵抗Rpは正常であると判定する。
Then, when the voltage VRp of the capacitor C becomes equal to or higher than the threshold value Va, the power
同様に、電源監視部26cは、電圧VRnがしきい値Va以上となった場合、絶縁抵抗Rnの劣化を検出する一方、電圧VRnがしきい値Va未満の場合、絶縁抵抗Rnに劣化はないと判定する。なお、上記では、電圧VRn,VRpと比較する値を同じしきい値Vaとしたが、これに限られず、互いに異なる値に設定されたしきい値を用いてもよい。
Similarly, the power
そして、電源監視部26cは、上記した絶縁抵抗Rp,Rnの劣化状態の結果を示す情報を車両制御装置30等へ出力する。そして、車両制御装置30は、劣化状態に応じた車両制御やユーザへの報知動作などを行う。
Then, the power
このように、電源監視部26cは、キャパシタ切替部26a2によって切り替えられた第1、第3経路P1,P3または第4、第6経路P4,P6で充電されたキャパシタの電圧に基づき、スタック電圧の検出や絶縁抵抗Rp,Rnの劣化の検出を行う。
As described above, the power
具体的には、電源監視部26cは、第1、第3経路P1,P3のときにはスタック電圧を検出し、第4、第6経路P4,P6のときには絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出して、電源の状態を監視する。
Specifically, the power
従って、電源監視装置23においては、切替スイッチS7を制御するだけの簡素な構成で、全体の静電容量の異なる充電経路に切り替えることができ、スタック電圧の検出および絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出をともに精度よく行うことができる。
Accordingly, the power
また、電源監視装置23の電圧検出回路部24においては、キャパシタ以外の回路構成を共通にしたことから、より一層簡素な構成でスタック電圧の検出および絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出を行うことができる。
Further, since the voltage
また、電源監視装置23においては、スタック電圧の検出および絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の際に電流を流し続けることから、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
Further, in the power
スイッチ監視部26dは、上記電圧VC1と電圧VC2とを用いて、切替スイッチS7の状態を監視する。具体的には、スイッチ監視部26dは、同じ電圧源を用いて、切替スイッチS7がオフの時のキャパシタCの電圧(VC1)と切替スイッチS7がオンの時のキャパシタCの電圧(VC2)とを比較することで、切替スイッチS7が正常に動作しているかを判定する。 The switch monitoring unit 26d monitors the state of the changeover switch S7 using the voltage VC1 and the voltage VC2. Specifically, the switch monitoring unit 26d uses the same voltage source to determine the voltage of the capacitor C when the switch S7 is off (VC1) and the voltage of the capacitor C when the switch S7 is on (VC2). Are compared, it is determined whether the changeover switch S7 is operating normally.
具体的には、切替スイッチS7がオフのときは、ほぼフルチャージされることから、電圧源すなわち第1スタック12aの電圧相当の電圧が取得される。一方で、切替スイッチS7がオンのときは、オフの時と比べて、キャパシタCの容量が大きくなっていることから、電荷があまりチャージされない。
Specifically, when the changeover switch S7 is off, the battery is almost fully charged, and thus a voltage equivalent to the voltage of the voltage source, that is, the voltage of the
したがって、スイッチ監視部26dは、上記電圧VC1とVC2との差分電圧「ΔV」が第1閾値より大きい場合、切替スイッチS7が正常に動作していると判定する。また、スイッチ監視部26dは、差分電圧「ΔV」が第1閾値以下である場合、切替スイッチS7を故障と判定する。 Therefore, when the difference voltage “ΔV” between the voltages VC1 and VC2 is larger than the first threshold, the switch monitoring unit 26d determines that the changeover switch S7 is operating normally. When the difference voltage “ΔV” is equal to or smaller than the first threshold, the switch monitoring unit 26d determines that the changeover switch S7 has failed.
さらに、スイッチ監視部26dは、電圧VC1またはVC2が第2閾値以下であれば、切替スイッチS7の状態を、オフできない状態であるオン固着(オン固着状態)と判定する。一方で、スイッチ監視部26dは、電圧VC1またはVC2が第2閾値より大きければ、切替スイッチS7の状態を、オンできない状態であるオフ固着(オフ固着状態)と判定する。なお、第1閾値は、任意に設定することができるが、0に近い値が好ましく、例えば+5Vや−5Vなどである。第2閾値も、任意に設定することができるが、例えば第1スタック12aの電圧相当を設定することができる。
Furthermore, if the voltage VC1 or VC2 is equal to or less than the second threshold, the switch monitoring unit 26d determines that the state of the changeover switch S7 is an ON-fixed state (an ON-fixed state) in which the switch cannot be turned off. On the other hand, if the voltage VC1 or VC2 is larger than the second threshold, the switch monitoring unit 26d determines that the state of the changeover switch S7 is an off-fixed state (an off-fixed state) that cannot be turned on. The first threshold can be set arbitrarily, but is preferably a value close to 0, for example, + 5V or -5V. The second threshold value can also be set arbitrarily. For example, a voltage equivalent to the voltage of the
そして、スイッチ監視部26dは、切替スイッチS7の状態判定の結果を示す情報を車両制御装置30などの上位ECU等へ出力する。そして、上位ECUは、判定結果に応じた車両制御やユーザへの報知動作などを行う。
Then, the switch monitoring unit 26d outputs information indicating the result of the state determination of the changeover switch S7 to a host ECU such as the
例えば、オン固着の場合には、小容量キャパシタでスタック電圧の計測を行って、短時間でフルチャージさせることができなくなることから、スタック2重監視の機能損失の恐れがある。このため、上位ECUは、フルチャージ制御を実行せずに、より短い時間で充電を終了させて、スタック電圧を推定する制御に切り替える。 For example, in the case of ON sticking, the stack voltage is measured with a small-capacitance capacitor, and full charge cannot be performed in a short time. For this reason, the host ECU does not execute the full charge control, ends the charging in a shorter time, and switches to the control for estimating the stack voltage.
例えば、上位ECUは、正常時に、充電電圧の時系列の変化、どのぐらいの時間でどの程度の電圧を充電できるかなどを測定することで、時間と充電電圧との関係式(算出式)を算出する。そして、上位ECUは、チャージ開始からt秒経過後の電圧値から、関係式を用いてスタック電圧を推定する。 For example, the upper ECU measures the relational expression (calculation formula) between the time and the charging voltage by measuring the time-series change of the charging voltage and how much time can be charged in normal time. calculate. Then, the host ECU estimates the stack voltage from the voltage value after elapse of t seconds from the start of charging, using a relational expression.
また、上位ECUは、オフ固着の場合には、大容量キャパシタでスタック電圧の計測を行うことから、物理値変換時などの誤差が発生し、絶縁異常検知の機能損失の恐れがあると判定する。このため、上位ECUは、ソフト内で物理値変換する際に定数を切り替える。例えば、上位ECUは、絶縁異常検知の際に使用する閾値をより高い値に切り替えることもできる。 In addition, in the case of off-fixation, the host ECU measures the stack voltage with a large-capacity capacitor, so that an error such as a physical value conversion occurs and determines that there is a possibility of a functional loss of insulation abnormality detection. . For this reason, the host ECU switches constants when performing physical value conversion in software. For example, the host ECU may switch the threshold value used at the time of insulation abnormality detection to a higher value.
また、上位ECUは、キャパシタCの電圧値と基準値とを比較し、漏電が発生していると判定した場合、所定時間の充電電圧から抵抗値を逆算することもできる。 Further, the host ECU compares the voltage value of the capacitor C with the reference value, and when it is determined that a leakage has occurred, the resistance value can be calculated backward from the charging voltage for a predetermined time.
例えば、上位ECUは、式(1)によりスタック電圧を推定することができる。ここで、VBは、スタック電圧であり、Vcは、フライングキャパシタのチャージ電圧であり、tは、チャージ時間であり、Cは、フライングキャパシタの容量である。Rcは、回路抵抗であり、例えばR1、R5、R2の合計抵抗、または、R3、R5、R4の合計抵抗である。 For example, the host ECU can estimate the stack voltage by equation (1). Here, VB is the stack voltage, Vc is the charge voltage of the flying capacitor, t is the charge time, and C is the capacitance of the flying capacitor. Rc is a circuit resistance, for example, a total resistance of R1, R5, and R2, or a total resistance of R3, R5, and R4.
また、上位ECUは、式(2)を用いて絶縁抵抗の値を計算することもできる。ここで、Roは、絶縁抵抗であり、VBは、電池総電圧(スタック12aの電圧+スタック12bの電圧)であり、Vcは、フライングキャパシタのチャージ電圧であり、tは、チャージ時間であり、Cは、フライングキャパシタの容量である。Rcは、回路抵抗であり、例えばR1、R5、R7の合計抵抗、または、R6、R5、R4の合計抵抗である。
Further, the host ECU can also calculate the value of the insulation resistance using equation (2). Here, Ro is the insulation resistance, VB is the total battery voltage (the voltage of the
なお、式(2)において、VBをVgに置き換えた式を用いることで、絶縁抵抗のRpのみを算出することができる。このとき、Vgは、ボディーのGND電位であり、Rcは、R6、R5、R4の合計抵抗である。また、式(2)において、VBを(Vb−Vg)に置き換えた式を用いることで、絶縁抵抗のRnのみを算出することができる。このとき、VBは、電池総電圧(スタック12aの電圧+スタック12bの電圧)であり、Vgは、ボディーのGND電位であり、Rcは、R1、R5、R7の合計抵抗である。
Note that, in equation (2), by using an equation in which VB is replaced with Vg, only the insulation resistance Rp can be calculated. At this time, Vg is the GND potential of the body, and Rc is the total resistance of R6, R5, and R4. Also, by using the equation in which VB is replaced by (Vb−Vg) in equation (2), only the insulation resistance Rn can be calculated. At this time, VB is the total battery voltage (the voltage of the
なお、上記例では、切替スイッチS7の故障発生時に、上位ECUが実行する処理を例示したが、これらの処理は、電源監視装置23が実行することもできる。
In the above example, the processing executed by the host ECU when the failure of the changeover switch S7 occurs is exemplified. However, these processings can also be executed by the power
<3.充電状態監視処理および劣化検出処理の具体的動作>
次に、以上のように構成された電源監視システム20で行われる、充電状態監視処理および劣化検出処理の具体的な動作について図12を参照して説明する。図12は、電源監視システム20が実行する処理の処理手順の一部を示すフローチャートである。なお、図12に示す各種の処理は、電源監視装置23の制御部26による制御に基づいて実行される。
<3. Specific operation of charge state monitoring processing and deterioration detection processing>
Next, specific operations of the charge state monitoring process and the deterioration detection process performed by the power
図12に示すように、先ず制御部26は、切替スイッチS7等を制御して第1経路P1を形成する(ステップS1)。次いで、制御部26は、所定時間が経過した後、第2経路P2を形成して第1スタック電圧を検出する(ステップS2)。
As shown in FIG. 12, first, the
続いて制御部26は、切替スイッチS7等を制御して第4経路P4を形成し(ステップS3)、所定時間経過後、第5経路P5を形成してキャパシタCの電圧VRpを検出する(ステップS4)。
Subsequently, the
次いで、制御部26は、切替スイッチS7等を制御して第3経路P3を形成する(ステップS5)。そして、制御部26は、所定時間が経過した後、第2経路P2を形成して第2スタック電圧を検出する(ステップS6)。
Next, the
続いて制御部26は、切替スイッチS7等を制御して第6経路P6を形成し(ステップS7)、所定時間経過後、第5経路P5を形成してキャパシタCの電圧VRnを検出する(ステップS8)。
Subsequently, the
そして、制御部26は、ステップS4,S8で検出されたキャパシタCの電圧VRp,VRnに基づいて絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出する(ステップS9)。次いで、制御部26は、劣化検出結果として絶縁抵抗Rp,Rnの劣化状態を示す情報と、組電池10の充電状態の監視結果として第1、第2スタック電圧を示す情報とを車両制御装置30へ出力する(ステップS10)。
Then, the
なお、上記では、第1スタック電圧、電圧VRp、第2スタック電圧、電圧VRnの順で検出するようにしたが、これは例示であって限定されるものではなく、検出の順番は任意に設定することができる。 In the above description, the detection is performed in the order of the first stack voltage, the voltage VRp, the second stack voltage, and the voltage VRn. However, this is merely an example, and the detection is not limited. can do.
<4.切替スイッチの監視処理の具体的動作>
次に、以上のように構成された電源監視システム20で行われる、切替スイッチの監視処理の具体的な動作について図13を参照して説明する。図13は、電源監視システム20が実行する切替スイッチの監視処理の処理手順の一部を示すフローチャートである。なお、図13に示す各種の処理は、電源監視装置23の制御部26による制御に基づいて実行される。また、切替スイッチの状態判定は、充電状態監視処理や劣化検出処理の後に毎回実行してもよく、数回に1回実行することもできる。
<4. Specific operation of changeover switch monitoring processing>
Next, a specific operation of the changeover switch monitoring process performed by the power
図13に示すように、制御部26は、キャパシタCの電圧が0ではない場合(ステップS101:No)、放電処理を実行した後に(ステップS102)、S103以降を実行する。なお、ここで示した閾値「0」は例であり、数値を限定するものではなく、ある程度の幅を持たせることができる。また、ここでは、以下の処理を実行する前に放電処理を実行する例を説明するが、これに限定されるものではなく、放電処理を省略することもできる。
As illustrated in FIG. 13, when the voltage of the capacitor C is not 0 (Step S101: No), the
一方で、制御部26は、キャパシタCの電圧が0である場合(ステップS101:Yes)またはステップS102が実行された場合、切替スイッチS7をオフにする(ステップS103)。
On the other hand, when the voltage of the capacitor C is 0 (Step S101: Yes) or when Step S102 is executed, the
続いて、制御部26は、スイッチS1とスイッチS2とをオンにし(ステップS104)、t秒間待機して、キャパシタCをチャージする(ステップS105)。その後、制御部26は、スイッチS1とスイッチS2とをオフにし(ステップS106)、スイッチS5とスイッチS6をオンにして(ステップS107)、キャパシタCの電圧値(VC1)を取得する(ステップS108)。その後、制御部26は、スイッチS5とスイッチS6をオフにして(ステップS109)、放電処理を実行する(ステップS110)。
Subsequently, the
そして、制御部26は、切替スイッチS7をオンにして(ステップS111)、スイッチS1およびS2をオンにした後(ステップS112)、t秒間待機してキャパシタCをチャージする(ステップS113)。なお、チャージする時間は任意に変更することができる。
Then, the
その後、制御部26は、スイッチS1とスイッチS2とをオフにし(ステップS114)、スイッチS5とスイッチS6をオンにして(ステップS115)、キャパシタCの電圧値(VC2)を取得した後(ステップS116)、スイッチS5とスイッチS6をオフにして(ステップS117)、放電処理を実行する(ステップS118)。
Thereafter, the
放電処理等と並行して、制御部26は、VC1−VC2=ΔVを算出し(ステップS119)、ΔVが第1閾値以下(ステップS120:Yes)かつV1(またはV2)が第2閾値以下である場合(ステップS121:Yes)、切替スイッチS7のオン固着を検出する(ステップS122)。
In parallel with the discharge processing and the like, the
一方で、制御部26は、ΔVが第1閾値以下(ステップS120:Yes)かつV1(またはV2)が第2閾値より大きい場合(ステップS121:No)、切替スイッチS7のオフ固着を検出する(ステップS123)。なお、制御部26は、ΔVが第1閾値より大きい場合(ステップS120:No)、異常なしと判定する。
On the other hand, when ΔV is equal to or smaller than the first threshold (Step S120: Yes) and V1 (or V2) is larger than the second threshold (Step S121: No), the
次に、図14を用いて上記処理のタイムチャートを説明する。図14は、切替スイッチの監視処理のタイムチャートを示す図である。 Next, a time chart of the above processing will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram showing a time chart of the monitoring process of the changeover switch.
図14に示すように、スイッチS1とS2がオンになり、切替スイッチS7がオフになった時点でキャパシタCのチャージが開始される。そして、スイッチS1とS2がオフになり、スイッチS5とS6がオンになって放電が開始されたタイミングで、キャパシタCの電圧(VC1)が測定される。 As shown in FIG. 14, when the switches S1 and S2 are turned on and the changeover switch S7 is turned off, charging of the capacitor C is started. Then, at the timing when the switches S1 and S2 are turned off and the switches S5 and S6 are turned on and the discharge is started, the voltage (VC1) of the capacitor C is measured.
その後、スイッチS1とS2がオンになり、切替スイッチS7がオンになった時点でキャパシタCのチャージが開始される。そして、スイッチS1とS2がオフになり、スイッチS5とS6がオンになって放電が開始されたタイミングで、キャパシタCの電圧(VC2)が測定される。 Thereafter, the switches S1 and S2 are turned on, and the charging of the capacitor C is started when the changeover switch S7 is turned on. Then, at the timing when the switches S1 and S2 are turned off and the switches S5 and S6 are turned on and the discharge is started, the voltage (VC2) of the capacitor C is measured.
このようにして、制御部26は、切替スイッチS7のオフおよびオンを制御することで、容量の違うキャパシタCへの充電を実行して、当該電圧を測定する。
As described above, the
次に、図15を用いて、切替スイッチS7の故障判定に利用する閾値を説明する。図15は、故障判定の閾値を説明する図である。図15に示すように、第1閾値は、VC1とVC2との差分を判定するものであり、どの程度の誤差を許容するかによって変化するが、0に近いことが好ましい。また、第2閾値は、チャージ時間と充電電圧との関係から設定することができる。この結果、VC1またはVC2が、第2閾値よりも所定値以上小さい場合は、切替スイッチS7がオン固着の恐れがあり、漏電の可能性があると判定できる。なお、VC1またはVC2が、第2閾値よりも所定値以上大きい場合は、切替スイッチS7がオフ固着の恐れがあると判定できる。 Next, the threshold value used for the failure determination of the changeover switch S7 will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating a threshold value for failure determination. As shown in FIG. 15, the first threshold value is for determining the difference between VC1 and VC2, and varies depending on how much error is allowed, but is preferably close to zero. Further, the second threshold can be set from the relationship between the charging time and the charging voltage. As a result, when VC1 or VC2 is smaller than the second threshold value by a predetermined value or more, the changeover switch S7 may be stuck on, and it can be determined that there is a possibility of leakage. If VC1 or VC2 is larger than the second threshold by a predetermined value or more, it can be determined that the changeover switch S7 may be stuck off.
<5.効果および変形例>
上述してきたように、実施形態に係る電源監視装置23は、第1、第2キャパシタC1,C2と、キャパシタ切替部26a2と、電源監視部26cとを備える。第1キャパシタC1は、電源の電圧検出に用いられる。第2キャパシタC2は、第1キャパシタC1に切替スイッチS7を介して接続され、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出に用いられる。
<5. Effects and Modifications>
As described above, the power
キャパシタ切替部26a2は、切替スイッチS7を制御して、第2キャパシタC2を含まずに第1キャパシタC1を含む第1充電経路(第1、第3経路P1,P3)、および、第2キャパシタC2を少なくとも含む第2充電経路(第4、第6経路P4,P6)の間で切り替える。電源監視部26cは、第1充電経路または第2充電経路で充電されたキャパシタの電圧に基づき、第1充電経路のときには電源の電圧を検出し、第2充電経路のときには絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出して、電源の状態を監視する。
The capacitor switching unit 26a2 controls the changeover switch S7 to control the first charging path (first and third paths P1 and P3) including the first capacitor C1 without including the second capacitor C2, and the second capacitor C2. Is switched between the second charging paths (the fourth and sixth paths P4 and P6) that include at least. The power
これにより、電源監視装置23の構成を簡素化してコストの増加を抑制しつつ、電源電圧の検出および絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出を行うことができる。
This makes it possible to detect the power supply voltage and detect the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn while simplifying the configuration of the power
なお、上記した実施形態において、第1キャパシタC1や第2キャパシタC2、切替スイッチS7などの位置や個数は、例示であって限定されるものではない。すなわち、第1、第2キャパシタC1,C2の位置などは、電源電圧を検出するための充電経路と絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出するための充電経路とで全体の静電容量を変えることができれば、どのようなものであってもよい。 Note that, in the above-described embodiment, the positions and the numbers of the first capacitor C1, the second capacitor C2, the changeover switch S7, and the like are examples and are not limited. That is, the position of the first and second capacitors C1 and C2 and the like are different in the overall capacitance between the charging path for detecting the power supply voltage and the charging path for detecting the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn. Anything can be used as long as it is possible.
例えば、電圧検出回路部24において、第1キャパシタC1と直列接続され、かつ、第2キャパシタC2および切替スイッチS7と並列接続されるスイッチを新たに設ける。そして、当該スイッチおよび切替スイッチS7を制御して、第1キャパシタC1のみを含む充電経路と第2キャパシタC2のみを含む充電経路とで切り替えるようにしてもよい。
For example, in the voltage
また、電圧検出回路部24において、例えば第2キャパシタC2および切替スイッチS7が、第1キャパシタC1に直列接続されるようにする。さらに、第1キャパシタC1および切替スイッチS7に並列接続されるスイッチを新たに設ける。そして、当該スイッチおよび切替スイッチS7を制御して、直列接続された第1、第2キャパシタC1,C2を含む充電経路と、第2キャパシタC2のみを含む充電経路とで切り替えるようにしてもよい。
In the voltage
また、上記した絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出では、キャパシタCの電圧VRp、電圧VRnをそれぞれしきい値Vaと比較するようにしたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば電圧VRpと電圧VRnとを加算し、加算された電圧を予め設定された別のしきい値と比較して、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出するようにしてもよい。 Further, in the above-described deterioration detection of the insulation resistances Rp and Rn, the voltage VRp and the voltage VRn of the capacitor C are compared with the threshold value Va, respectively, but the present invention is not limited to this. That is, for example, the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn may be detected by adding the voltage VRp and the voltage VRn and comparing the added voltage with another predetermined threshold value.
また、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出処理を実行するタイミングは、上記に限定されるものではない。すなわち、例えば車両始動時や車両停止時、所定時間間隔や所定走行距離ごとなど、劣化検出処理を実行するタイミングを変更してもよい。 The timing at which the process of detecting the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn is not limited to the above. That is, the timing at which the deterioration detection process is executed may be changed, for example, at the time of starting or stopping the vehicle, at predetermined time intervals or at predetermined traveling distances.
また、上述したように、制御部26は、切替スイッチS7をオンしたときの電圧とオフした時の電圧とが近い値である場合に、切替スイッチS7を故障を特定することができる。また、制御部26は、取得された電圧が、切替スイッチS7がオンのときはほとんど電荷が蓄積されない時間とすることで設定できる第2閾値以下であれば、切替スイッチS7をオン固着と判定し、第2閾値より大きければ、切替スイッチS7をオフ固着と判定する。
Further, as described above, the
したがって、制御部26は、容量を切り替える切替スイッチS7の故障診断を実行することができる。さらに、制御部26は、切替スイッチS7の故障内容を特定することができる。また、切替スイッチS7の故障内容に応じた障害対応を実行することができるので、機能損失を回避することができる。また、キャパシタの容量を切り替える回路を利用して切替スイッチS7の故障診断が実行できるので、故障診断のための回路が必要なく、回路の小規模化およびコスト削減が実現できる。
Therefore, the
また、上記実施の形態では、スイッチS1とS2をオンにして、第1スタック12aのスタック電圧をキャパシタに充電させて、切替スイッチS7の状態を判定する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、スイッチS1とS2に代わって、スイッチS3とS4をオンにして、第2スタック12bのスタック電圧をキャパシタに充電させて、切替スイッチS7の状態を判定することもできる。
Further, in the above-described embodiment, an example has been described in which the switches S1 and S2 are turned on, the stack voltage of the
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and equivalents thereof.
1 充放電システム
10 組電池
12a 第1スタック
12b 第2スタック
20 電源監視システム
23 電源監視装置
24 電圧検出回路部
25 A/D変換部
26 制御部
26a 充放電経路形成部
26a1 第1〜第6スイッチ制御部
26a2 キャパシタ切替部
26b 電圧検出部
26c 電源監視部
26d スイッチ監視部
30 車両制御装置
40 モータ
50 電圧変換器
60 フェールセーフ用リレー
C1 第1キャパシタ
C2 第2キャパシタ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記切替スイッチを制御して、前記第2キャパシタを含まずに前記第1キャパシタを含む第1充電経路を用いて所定の時間の間に充電された前記蓄電部の第1電圧値を取得する第1取得部と、
前記切替スイッチを制御して、前記第2キャパシタと前記第1キャパシタを含む第2充電経路を用いて前記所定の時間の間に充電された前記蓄電部の第2電圧値を取得する第2取得部と、
前記第1電圧値と前記第2電圧値の差に基づいて、前記切替スイッチの状態を判定する判定部と
を有することを特徴とする状態判定装置。 A power storage unit having a first capacitor connected to an insulated power supply, and a second capacitor connected to the power supply and connected to the first capacitor via a changeover switch;
Controlling the changeover switch to obtain a first voltage value of the power storage unit charged for a predetermined time using a first charging path including the first capacitor without including the second capacitor. 1 acquisition unit,
Controlling the changeover switch to obtain a second voltage value of the power storage unit charged during the predetermined time using a second charging path including the second capacitor and the first capacitor; Department and
A state determination device that determines a state of the changeover switch based on a difference between the first voltage value and the second voltage value.
前記第2取得部は、前記蓄電部に充電された電圧を放電した後、前記切替スイッチを制御して前記第2電圧値を取得することを特徴とする請求項1に記載の状態判定装置。 The first acquisition unit, after discharging the voltage charged in the power storage unit, acquires the first voltage value by controlling the changeover switch,
2. The state determination device according to claim 1, wherein the second acquisition unit acquires the second voltage value by controlling the changeover switch after discharging the voltage charged in the power storage unit. 3.
前記切替スイッチを制御して、前記第2キャパシタを含まずに前記第1キャパシタを含む第1充電経路を用いて所定の時間の間に充電された前記蓄電部の第1電圧値を取得する第1取得工程と、
前記切替スイッチを制御して、前記第2キャパシタと前記第1キャパシタを含む第2充電経路を用いて前記所定の時間の間に充電された前記蓄電部の第2電圧値を取得する第2取得工程と、
前記第1電圧値と前記第2電圧値の差に基づいて、前記切替スイッチの状態を判定する判定工程と
を含むことを特徴とする状態判定方法。 A state determination device having a power storage unit including a first capacitor connected to an insulated power supply and a second capacitor connected to the power supply and connected to the first capacitor via a changeover switch,
Controlling the changeover switch to obtain a first voltage value of the power storage unit charged for a predetermined time using a first charging path including the first capacitor without including the second capacitor. 1 acquisition process,
Controlling the changeover switch to obtain a second voltage value of the power storage unit charged during the predetermined time using a second charging path including the second capacitor and the first capacitor; Process and
A determination step of determining a state of the changeover switch based on a difference between the first voltage value and the second voltage value.
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