JP6906182B2 - 蓄電システム - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電池を備える蓄電システムに関する。
蓄電池と負荷との間には、一般に、正極側リレーと負極側リレーとプリチャージリレーが設けられる。特許文献１には、蓄電池の電圧と負荷の電圧などを測定し、これらの測定値に基づいて、正極側リレーと負極側リレーとプリチャージリレーの故障を判定する蓄電システムが開示されている。
特開２０１３−２１９９５５号公報
特許文献１のように電圧の測定値を用いる技術では、電圧の測定値を制御回路に伝送するために、一般に、電圧測定回路と制御回路を絶縁してデータを伝送する絶縁回路が必要となる。絶縁回路では、アナログデータの測定値を絶縁するか、測定値をＡＤ変換したデジタルデータを絶縁する必要がある。しかし、蓄電池の高電圧化に伴い、絶縁回路の実現が困難になると共に電圧測定回路の実現も困難になり、高コスト化する。
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、コストの増加を抑制した上で故障を判定できる技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電システムは、蓄電部と、蓄電部のプラス端子に接続された第１ノードと、負荷のプラス端子に接続された第２ノードとの間に接続された第１スイッチと、蓄電部のマイナス端子に接続された第３ノードと、負荷のマイナス端子に接続された第４ノードとの間に接続された第２スイッチと、第１ノードと第４ノードの間の電圧に基づく第１電圧を、第１基準電圧と比較する第１比較回路と、第２ノードと第３ノードの間の電圧に基づく第２電圧を、第２基準電圧と比較する第２比較回路と、を備える。
本発明によれば、コストの増加を抑制した上で故障を判定できる。
第１の実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。 図１の第１比較回路の構成を示すブロック図である。 図１の第２比較回路の構成を示すブロック図である。 図１の蓄電システムの動作を示すタイミングチャートである。 プリチャージ時における図１の第２ノードの電圧の時間変化を示す図である。 図１の蓄電システムの故障判定処理を示すフローチャートである。 図６のプリチャージ判定時間の決定処理を示すフローチャートである。 図６のプリチャージ回路の故障判定処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。 プリチャージ時における図９の第２ノードの電圧の時間変化を示す図である。 第２の実施形態に係るプリチャージ判定時間の決定処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るプリチャージ回路の故障判定処理を示すフローチャートである。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る蓄電システム１の構成を示すブロック図である。蓄電システム１は、例えば、ハイブリッド車、電気自動車などの動力源として車両に搭載することができる。蓄電システム１は、蓄電部１０と、ヒューズ２０と、正極コンタクタ（第１スイッチ）ＳＷ１と、負極コンタクタ（第２スイッチ）ＳＷ２と、プリチャージコンタクタ（第３スイッチ）ＳＷ３と、抵抗Ｒ１と、第１比較回路３０と、第２比較回路４０と、制御回路５０と、負荷６０と、を備える。
蓄電部１０は、直列接続された複数の蓄電池モジュール１２を有する。蓄電池モジュール１２は、充放電可能な二次電池である直列接続された複数の電池セルを有する。複数の蓄電池モジュール１２は、それぞれ通信することができる。ヒューズ２０は、蓄電部１０のプラス端子と第１ノードＮ１との間に接続されており、異常電流を遮断する。
正極コンタクタＳＷ１は、蓄電部１０のプラス端子に接続された第１ノードＮ１と、負荷６０のプラス端子に接続された第２ノードＮ２との間に接続されている。正極コンタクタＳＷ１は、制御回路５０による制御に従ってオン時に第１ノードＮ１と第２ノードＮ２の間を導通させ、オフ時にこれらの間を非導通にさせる。
負極コンタクタＳＷ２は、蓄電部１０のマイナス端子に接続された第３ノードＮ３と、負荷６０のマイナス端子に接続された第４ノードＮ４との間に接続されている。負極コンタクタＳＷ２は、制御回路５０による制御に従ってオン時に第３ノードＮ３と第４ノードＮ４の間を導通させ、オフ時にこれらの間を非導通にさせる。
プリチャージコンタクタＳＷ３は、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２の間に、正極コンタクタＳＷ１と並列に設けられている。抵抗Ｒ１は、プリチャージコンタクタＳＷ３と第２ノードＮ２の間に挿入されており、プリチャージコンタクタＳＷ３がオンの時の電流を制限する。抵抗Ｒ１は、プリチャージコンタクタＳＷ３と第１ノードＮ１の間に挿入されてもよい。プリチャージコンタクタＳＷ３は、制御回路５０による制御に従ってオン時に第１ノードＮ１と抵抗Ｒ１の間を導通させ、オフ時にこれらの間を非導通にさせる。プリチャージコンタクタＳＷ３と抵抗Ｒ１は、プリチャージ回路を構成しており、後述する負荷６０のキャパシタＣ１をプリチャージする。
第１比較回路３０は、第１ノードＮ１と第４ノードＮ４の間の電圧に基づく第１電圧Ｖ１を、第１基準電圧と比較する。第１電圧Ｖ１は、第１ノードＮ１と第４ノードＮ４の間の電圧が分圧された電圧である。第１比較回路３０は、第１電圧Ｖ１が第１基準電圧以上の場合に、ハイレベルの比較結果Ｏ１を出力し、第１電圧Ｖ１が第１基準電圧未満の場合に、ローレベルの比較結果Ｏ１を出力する。
第２比較回路４０は、第２ノードＮ２と第３ノードＮ３の間の電圧に基づく第２電圧Ｖ２を、第２基準電圧と比較する。第２電圧Ｖ２は、第２ノードＮ２と第３ノードＮ３の間の電圧が分圧された電圧である。第２比較回路４０は、第２電圧Ｖ２が第２基準電圧以上の場合に、ハイレベルの比較結果Ｏ２を出力し、第２電圧Ｖ２が第２基準電圧未満の場合に、ローレベルの比較結果Ｏ２を出力する。
図２は、図１の第１比較回路３０の構成を示すブロック図である。第１比較回路３０は、分圧抵抗３２と、第１コンパレータ３４と、第１デジタル絶縁回路３６とを有する。分圧抵抗３２は、第１ノードＮ１と第４ノードＮ４の間に直列接続された複数の抵抗Ｒ３０を有する。分圧抵抗３２は、複数の抵抗Ｒ３０により第１ノードＮ１と第４ノードＮ４の間の電圧が分圧された第１電圧Ｖ１を出力する。
第１コンパレータ３４は、絶縁電源Ｐ１で動作し、第１電圧Ｖ１を第１基準電圧と比較し、比較結果を表す１ビットのデジタルデータを出力する。第１デジタル絶縁回路３６は、絶縁電源Ｐ１と、絶縁電源Ｐ１から電気的に絶縁された非絶縁電源Ｐ２で動作し、第１コンパレータ３４のデジタルデータを比較結果Ｏ１として制御回路５０に出力する。比較結果Ｏ１は、第１コンパレータ３４のデジタルデータから絶縁されたデジタルデータである。
図３は、図１の第２比較回路４０の構成を示すブロック図である。第２比較回路４０は、分圧抵抗４２と、第２コンパレータ４４と、第２デジタル絶縁回路４６とを有する。分圧抵抗４２は、第３ノードＮ３と第２ノードＮ２の間に直列接続された複数の抵抗Ｒ４０を有する。分圧抵抗４２は、複数の抵抗Ｒ４０により第３ノードＮ３と第２ノードＮ２の間の電圧が分圧された第２電圧Ｖ２を出力する。
第２コンパレータ４４は、絶縁電源Ｐ１で動作し、第２電圧Ｖ２を第２基準電圧と比較し、比較結果を表す１ビットのデジタルデータを出力する。第２デジタル絶縁回路４６は、絶縁電源Ｐ１と非絶縁電源Ｐ２で動作し、第２コンパレータ４４のデジタルデータを比較結果Ｏ２として制御回路５０に出力する。比較結果Ｏ２は、第２コンパレータ４４のデジタルデータから絶縁されたデジタルデータである。
図１に戻り、制御回路５０は、正極コンタクタＳＷ１、負極コンタクタＳＷ２およびプリチャージコンタクタＳＷ３を制御し、第１比較回路３０の比較結果Ｏ１と第２比較回路４０の比較結果Ｏ２のそれぞれが期待値に一致するか否かに基づいて、正極コンタクタＳＷ１、負極コンタクタＳＷ２およびプリチャージコンタクタＳＷ３の故障を判定する。
具体的には制御回路５０は、正極コンタクタＳＷ１と負極コンタクタＳＷ２とプリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御した状態で、第１比較回路３０の比較結果Ｏ１に基づいて、第１電圧Ｖ１が第１基準電圧以上（即ち比較結果Ｏ１がハイ）の場合に負極コンタクタＳＷ２が溶着していることを判定する。制御回路５０は、この状態で第１電圧Ｖ１が第１基準電圧未満（即ち比較結果Ｏ１がロー）の場合に負極コンタクタＳＷ２が溶着していないことを判定する。この状態では、期待値はローである。
制御回路５０は、正極コンタクタＳＷ１と負極コンタクタＳＷ２とプリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御した状態で、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２に基づいて、第２電圧Ｖ２が第２基準電圧以上（即ち比較結果Ｏ２がハイ）の場合に正極コンタクタＳＷ１またはプリチャージコンタクタＳＷ３が溶着していることを判定する。制御回路５０は、この状態で第２電圧Ｖ２が第２基準電圧未満（即ち比較結果Ｏ２がロー）の場合に正極コンタクタＳＷ１とプリチャージコンタクタＳＷ３が溶着していないことを判定する。この状態では、期待値はローである。
制御回路５０は、正極コンタクタＳＷ１とプリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御し、負極コンタクタＳＷ２をオンに制御した状態で、第１比較回路３０の比較結果Ｏ１に基づいて、第１電圧Ｖ１が第１基準電圧以上（即ち比較結果Ｏ１がハイ）の場合に負極コンタクタＳＷ２およびヒューズ２０が故障していないことを判定する。制御回路５０は、この状態で第１電圧Ｖ１が第１基準電圧未満（即ち比較結果Ｏ１がロー）の場合に負極コンタクタＳＷ２がオープン故障しているか、または、ヒューズ２０が断線していることを判定する。この状態では、期待値はハイである。
制御回路５０は、正極コンタクタＳＷ１と負極コンタクタＳＷ２をオフに制御し、プリチャージコンタクタＳＷ３をオンに制御した状態で、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２に基づいて、第２電圧Ｖ２が第２基準電圧以上（即ち比較結果Ｏ２がハイ）の場合にプリチャージコンタクタＳＷ３が故障していないことを判定する。制御回路５０は、この状態で第２電圧Ｖ２が第２基準電圧未満（即ち比較結果Ｏ２がロー）の場合にプリチャージコンタクタＳＷ３がオープン故障していることを判定する。この状態では、期待値はハイである。
制御回路５０は、正極コンタクタＳＷ１をオンに制御し、負極コンタクタＳＷ２とプリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御した状態で、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２に基づいて、第２電圧Ｖ２が第２基準電圧以上（即ち比較結果Ｏ２がハイ）の場合に正極コンタクタＳＷ１が故障していないことを判定する。制御回路５０は、この状態で第２電圧Ｖ２が第２基準電圧未満（即ち比較結果Ｏ２がロー）の場合に正極コンタクタＳＷ１がオープン故障していることを判定する。この状態では、期待値はハイである。
正極コンタクタＳＷ１またはプリチャージコンタクタＳＷ３がオンの場合の第２電圧Ｖ２は、正極コンタクタＳＷ１とプリチャージコンタクタＳＷ３がオフの場合の第２電圧Ｖ２と異なる。そのため、第２電圧Ｖ２を第２基準電圧と比較して、比較結果Ｏ２が期待値と一致しない場合に正極コンタクタＳＷ１またはプリチャージコンタクタＳＷ３が故障していることを判定できる。
負極コンタクタＳＷ２がオンの場合の第１電圧Ｖ１は、負極コンタクタＳＷ２がオフの場合の第１電圧Ｖ１と異なる。そのため、第１電圧Ｖ１を第１基準電圧と比較して、比較結果Ｏ１が期待値と一致しない場合に負極コンタクタＳＷ２が故障していることを判定できる。
また、制御回路５０は、蓄電部１０から複数の蓄電池モジュール１２の検出電圧を取得し、取得した検出電圧から蓄電部１０のプラス端子とマイナス端子の間の検出電圧、即ちシステム電圧を算出する。そして、制御回路５０は、蓄電部１０の検出電圧、第２基準電圧、抵抗Ｒ１およびキャパシタＣ１に基づいて、負極コンタクタＳＷ２とプリチャージコンタクタＳＷ３がターンオンしてから第２電圧Ｖ２が第２基準電圧に達するまでの想定時間であるプリチャージ判定時間を決定する。
制御回路５０は、正極コンタクタＳＷ１をターンオフさせ、負極コンタクタＳＷ２とプリチャージコンタクタＳＷ３をターンオンさせてから第２電圧Ｖ２が第２基準電圧に達するまでの時間（即ち比較結果Ｏ２がハイになるまでの時間）と、プリチャージ判定時間に基づいて、キャパシタＣ１にプリチャージが正常に行われたか否か判定する。
制御回路５０は、非絶縁電源Ｐ２に基づいて動作する。制御回路５０の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
負荷６０は、キャパシタＣ１と、パワーコンディショナ６２とを有する。キャパシタＣ１は、第２ノードＮ２と第４ノードＮ４の間に接続されている。キャパシタＣ１は、比較的大きな電力を瞬間的にパワーコンディショナ６２に供給できるように、比較的大きな静電容量を有している。パワーコンディショナ６２は、第２ノードＮ２と第４ノードＮ４の間の直流電圧を交流電圧に変換し、変換された交流電圧を、図示を省略したモータなどに供給する。
図４は、図１の蓄電システム１の動作を示すタイミングチャートである。図４は、蓄電システム１に故障が発生していない場合の動作を示す。
時刻ｔ１において、正極コンタクタＳＷ１と負極コンタクタＳＷ２とプリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御した状態で、第１比較回路３０の比較結果Ｏ１と第２比較回路４０の比較結果Ｏ２はローである。よって、制御回路５０は、正極コンタクタＳＷ１と負極コンタクタＳＷ２とプリチャージコンタクタＳＷ３が溶着していないことを判定する。
時刻ｔ２において、制御回路５０は負極コンタクタＳＷ２をオンに制御し、第１比較回路３０の比較結果Ｏ１はハイになっている。よって、制御回路５０は、負極コンタクタＳＷ２が正常にオンしており、かつヒューズ２０が断線していないと判定する。時刻ｔ３において、制御回路５０は負極コンタクタＳＷ２をオフに制御する。
時刻ｔ４において、制御回路５０はプリチャージコンタクタＳＷ３をオンに制御し、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２はハイになっている。よって、制御回路５０は、プリチャージコンタクタＳＷ３が正常にオンしており故障していないことを判定する。時刻ｔ５において、制御回路５０はプリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御する。
時刻ｔ６において、制御回路５０は正極コンタクタＳＷ１をオンに制御し、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２はハイになっている。よって、制御回路５０は、正極コンタクタＳＷ１が正常にオンしており故障していないことを判定する。時刻ｔ７において、制御回路５０は正極コンタクタＳＷ１をオフに制御する。
時刻ｔ８において、制御回路５０は負極コンタクタＳＷ２をオンに制御し、時刻ｔ９にプリチャージコンタクタＳＷ３をオンに制御する。これにより、プリチャージが開始される。時刻ｔ９からｔ１０の間は、プリチャージ判定時間（ｔｃ−Δｔ）であり、時刻ｔ９からｔ１１の間は、プリチャージ判定時間（ｔｃ＋Δｔ）である。時刻ｔ１０からｔ１１の間で第２比較回路４０の比較結果Ｏ２はハイになっている。よって、制御回路５０は、プリチャージが正常に行われており、プリチャージ回路とキャパシタＣ１が故障していないことを判定する。
制御回路５０は、時刻ｔ９から予め定められたプリチャージ時間Ｔｐが経過した時刻ｔ１２において、正極コンタクタＳＷ１をオンに制御し、その後の時刻ｔ１３にプリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御する。これにより、プリチャージが終了され、蓄電部１０から正極コンタクタＳＷ１と負極コンタクタＳＷ２を介して負荷６０に電力が供給される。プリチャージによりキャパシタＣ１が十分に充電されてから正極コンタクタＳＷ１がオンになるため、過大な突入電流を抑制できる。
次に、プリチャージ判定時間の決定について説明する。
図５は、プリチャージ時における図１の第２ノードＮ２の電圧の時間変化を示す図である。図５に示すように、第２ノードＮ２の電圧は、プリチャージ開始を時間ｔ＝０として、Ｖｓ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））として表すことができる。ここで、Ｖｓは蓄電部１０の検出電圧、即ちシステム電圧であり、τは抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１に基づく時定数である。
プリチャージが正常に行われている場合、分圧された第２電圧Ｖ２が第２基準電圧に達する時間は、第２ノードＮ２の電圧が、第２基準電圧に対応する閾値電圧Ｖｔｈ１に達する時間と等しい。そこで、第２ノードＮ２の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１に達するまでの時間を算出する。閾値電圧Ｖｔｈ１は、第２基準電圧と分圧抵抗４２の分圧比から既知である。
制御回路５０は、複数の正規化テーブル値を予め保持している。複数の正規化テーブル値は、システム電圧Ｖｓ＝１とした場合の図５の関数の各時間ｔの値である。制御回路５０は、閾値電圧Ｖｔｈ１をシステム電圧Ｖｓで除算した値である閾値電圧正規化値を算出する。制御回路５０は、閾値電圧正規化値に近い正規化テーブル値を探し、得られた正規化テーブル値に対応する時間ｔｃに予め定められた時間幅Δｔを持たせ、プリチャージ判定時間（ｔｃ±Δｔ）を決定する。
図６は、図１の蓄電システム１の故障判定処理を示すフローチャートである。図６の処理は、図示しない車両のイグニッションスイッチがオンにされた場合に行われる。
まず制御回路５０は、正極コンタクタＳＷ１、負極コンタクタＳＷ２およびプリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御する（Ｓ１０）。制御回路５０は、第１比較回路３０の比較結果Ｏ１がローであるか判定し（Ｓ１２）、比較結果Ｏ１がハイである場合（Ｓ１２のＮ）、負極コンタクタ溶着通知を行い（Ｓ１４）、処理を終了する。一方、制御回路５０は、比較結果Ｏ１がローである場合（Ｓ１２のＹ）、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２がローであるか判定する（Ｓ１６）。制御回路５０は、比較結果Ｏ２がハイである場合（Ｓ１６のＮ）、正極コンタクタ溶着またはプリチャージコンタクタ溶着通知を行い（Ｓ１８）、処理を終了する。
一方、制御回路５０は、比較結果Ｏ２がハイである場合（Ｓ１６のＹ）、負極コンタクタＳＷ２をオンに制御し（Ｓ２０）、第１比較回路３０の比較結果Ｏ１がハイであるか判定する（Ｓ２２）。制御回路５０は、比較結果Ｏ１がローである場合（Ｓ２２のＮ）、ヒューズ断線または負極コンタクタオープン故障通知を行い（Ｓ２４）、負極コンタクタＳＷ２をオフに制御し（Ｓ２６）、処理を終了する。一方、制御回路５０は、比較結果Ｏ１がハイである場合（Ｓ２２のＹ）、プリチャージ判定時間を決定する（Ｓ２８）。
次に制御回路５０は、負極コンタクタＳＷ２をオフに制御し（Ｓ３０）、プリチャージコンタクタＳＷ３をオンに制御し（Ｓ３２）、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２がハイであるか判定する（Ｓ３４）。制御回路５０は、比較結果Ｏ２がローである場合（Ｓ３４のＮ）、プリチャージコンタクタオープン故障通知を行い（Ｓ３６）、プリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御し（Ｓ３８）、処理を終了する。
一方、制御回路５０は、比較結果Ｏ２がハイである場合（Ｓ３４のＹ）、プリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御し（Ｓ４０）、正極コンタクタＳＷ１をオンに制御し（Ｓ４２）、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２がハイであるか判定する（Ｓ４４）。制御回路５０は、比較結果Ｏ２がローである場合（Ｓ４４のＮ）、正極コンタクタオープン故障通知を行い（Ｓ４６）、正極コンタクタＳＷ１をオフに制御し（Ｓ４８）、処理を終了する。
一方、制御回路５０は、比較結果Ｏ２がハイである場合（Ｓ４４のＹ）、正極コンタクタＳＷ１をオフに制御し（Ｓ５０）、プリチャージ回路の故障判定を行い（Ｓ５２）、処理を終了する。
図７は、図６のプリチャージ判定時間の決定処理（Ｓ２８）を示すフローチャートである。制御回路５０は、タイマを初期化し（Ｓ６０）、システム電圧Ｖｓを算出し（Ｓ６２）、閾値電圧正規化値を算出し（Ｓ６４）、タイマの値に応じた正規化テーブル値を読み出す（Ｓ６６）。制御回路５０は、閾値電圧正規化値が正規化テーブル値より大きい場合（Ｓ６８のＮ）、タイマを加算し（Ｓ７０）、ステップＳ６６に戻る。一方、制御回路５０は、閾値電圧正規化値が正規化テーブル値以下の場合（Ｓ６８のＹ）、そのときのタイマの値である時間ｔｃに予め定められた時間幅Δｔを持たせてプリチャージ判定時間（ｔｃ±Δｔ）を決定し、図６の処理に戻る。
図８は、図６のプリチャージ回路の故障判定処理（Ｓ５２）を示すフローチャートである。制御回路５０は、負極コンタクタＳＷ２をオンに制御し（Ｓ８０）、プリチャージコンタクタＳＷ３をオンに制御し（Ｓ８２）、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２がハイであるか判定する（Ｓ８４）。制御回路５０は、比較結果Ｏ２がローである場合（Ｓ８４のＮ）、長い方のプリチャージ判定時間（ｔｃ＋Δｔ）が経過したか判定し（Ｓ８６）、経過していない場合（Ｓ８６のＮ）、ステップＳ８４に戻る。一方、制御回路５０は、プリチャージ判定時間（ｔｃ＋Δｔ）が経過した場合（Ｓ８６のＹ）、プリチャージ失敗通知を行い（Ｓ９０）、負極コンタクタＳＷ２をオフに制御し（Ｓ９２）、プリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御し（Ｓ９４）、図６の処理に戻る。
制御回路５０は、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２がハイである場合（Ｓ８４のＹ）、負極コンタクタＳＷ２とプリチャージコンタクタＳＷ３をオンに制御してから比較結果Ｏ２がハイになるまでの時間がプリチャージ判定時間の範囲内、即ちｔｃ−Δｔからｔｃ＋Δｔの範囲内であるか判定する（Ｓ８８）。制御回路５０は、上記時間がプリチャージ判定時間の範囲外である場合（Ｓ８８のＮ）、前述のステップＳ９０に移行する。これにより、プリチャージが早すぎる場合と遅すぎる場合に異常であることを判定できる。制御回路５０は、上記時間がプリチャージ判定時間の範囲内である場合（Ｓ８８のＹ）、プリチャージ成功通知を行う（Ｓ９６）。次に、制御回路５０は、プリチャージ時間Ｔｐが経過したか判定し（Ｓ９８）、経過していない場合（Ｓ９８のＮ）、ステップＳ９８に戻る。制御回路５０は、プリチャージ時間Ｔｐが経過した場合（Ｓ９８のＹ）、正極コンタクタＳＷ１をオンに制御し（Ｓ１００）、プリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御し（Ｓ１０２）、図６の処理に戻る。
このように本実施形態によれば、第１電圧Ｖ１を第１基準電圧と比較し、第２電圧Ｖ２を第２基準電圧と比較し、比較結果Ｏ１，Ｏ２のそれぞれが期待値に一致するか否かに基づいて、故障を判定している。これにより、高電圧を測定する必要がないため、回路構成を簡素化できる。また、第１デジタル絶縁回路３６と第２デジタル絶縁回路４６は、比較結果Ｏ１，Ｏ２である１ビットのデジタルデータを伝送できればよいため、安価な回路で容易に実現できる。
また、正極コンタクタＳＷ１、負極コンタクタＳＷ２およびプリチャージコンタクタＳＷ３の故障のみでなく、プリチャージが正常か否か、即ちプリチャージコンタクタＳＷ３と抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１から構成されるプリチャージ経路の故障も判定できる。
従って、コストの増加を抑制した上で故障を判定できる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第２比較回路４０と第３比較回路７０を用いてプリチャージを判定する点において第１の実施形態と異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
図９は、第２の実施形態に係る蓄電システム１Ａの構成を示すブロック図である。蓄電システム１Ａは、第１の実施形態の構成に加え、第３比較回路７０をさらに備える。また、制御回路５０Ａの機能が第１の実施形態と異なる。
第３比較回路７０は、第２ノードＮ２と第３ノードＮ３の間の電圧に基づく第３電圧Ｖ３を、第２基準電圧より低い第３基準電圧と比較する。第３電圧Ｖ３は、第２ノードＮ２と第３ノードＮ３の間の電圧が分圧された電圧である。第３比較回路７０は、第２比較回路４０と同一の回路構成を有し、比較対象の基準電圧が異なっている。そのため、第３比較回路７０の内部構成の説明は省略する。
制御回路５０Ａは、蓄電部１０の検出電圧、第２基準電圧、第３基準電圧、抵抗Ｒ１およびキャパシタＣ１に基づいて、負極コンタクタＳＷ２とプリチャージコンタクタＳＷ３をターンオンさせた後、第３電圧Ｖ３が第３基準電圧に達してから第２電圧Ｖ２が第２基準電圧に達するまでの想定時間であるプリチャージ判定時間を決定する。
制御回路５０Ａは、正極コンタクタＳＷ１をターンオフさせ、負極コンタクタＳＷ２とプリチャージコンタクタＳＷ３をターンオンさせ、第３電圧Ｖ３が第３基準電圧に達してから第２電圧Ｖ２が第２基準電圧に達するまでの時間と、プリチャージ判定時間に基づいて、プリチャージが正常に行われたか否か判定する。
図１０は、プリチャージ時における図９の第２ノードＮ２の電圧の時間変化を示す図である。図１０の波形は、図５の波形と同じである。プリチャージが正常に行われている場合、分圧された第２電圧Ｖ２が第２基準電圧に達する時間は、第２ノードＮ２の電圧が、第２基準電圧に対応する第２閾値電圧Ｖｔｈ２に達する時間と等しい。分圧された第３電圧Ｖ３が第３基準電圧に達する時間は、第２ノードＮ２の電圧が、第３基準電圧に対応する第３閾値電圧Ｖｔｈ３に達する時間と等しい。そこで、第２ノードＮ２の電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２に達するまでの第２判定時間ｔｃ２と、第２ノードＮ２の電圧が第３閾値電圧Ｖｔｈ３に達するまでの第３判定時間ｔｃ３を算出する。
制御回路５０Ａは、第２閾値電圧Ｖｔｈ２をシステム電圧Ｖｓで除算した値である第２閾値電圧正規化値と、第３閾値電圧Ｖｔｈ３をシステム電圧Ｖｓで除算した値である第３閾値電圧正規化値を算出する。制御回路５０Ａは、第２閾値電圧正規化値に近い正規化テーブル値を探し、得られた正規化テーブル値に対応する時間を第２判定時間ｔｃ２として決定する。制御回路５０Ａは、第３閾値電圧正規化値に近い正規化テーブル値を探し、得られた正規化テーブル値に対応する時間を第３判定時間ｔｃ３として決定する。そして、制御回路５０Ａは、第２判定時間ｔｃ２と第３判定時間ｔｃ３の差に予め定められた時間幅Δｔｉを持たせ、プリチャージ判定時間｛（ｔｃ２−ｔｃ３）±Δｔｉ｝を決定する。第２判定時間ｔｃ２と第３判定時間ｔｃ３の差は、プリチャージ開始時にキャパシタＣ１が電荷を有していても変化しない。
蓄電システム１Ａの動作は、第１の実施形態の図６のフローチャートと基本的には同様であるが、以下に説明するようにステップＳ２８とステップＳ５２の処理が異なる。
図１１は、第２の実施形態に係るプリチャージ判定時間の決定処理（Ｓ２８）を示すフローチャートである。制御回路５０Ａは、タイマを初期化し（Ｓ１１０）、システム電圧を算出し（Ｓ１１２）、第２閾値電圧正規化値を算出し（Ｓ１１４）、第３閾値電圧正規化値を算出する（Ｓ１１６）。
制御回路５０Ａは、タイマの値に応じた正規化テーブル値を読み出し（Ｓ１１８）、第３閾値電圧正規化値が正規化テーブル値より大きい場合（Ｓ１２０のＮ）、タイマを加算し（Ｓ１２２）、ステップＳ１１８に戻る。一方、制御回路５０Ａは、第３閾値電圧正規化値が正規化テーブル値以下の場合（Ｓ１２０のＹ）、そのときのタイマの値に第３判定時間ｔｃ３を決定する。
次に制御回路５０Ａは、タイマの値に応じた正規化テーブル値を読み出し（Ｓ１２６）、第２閾値電圧正規化値が正規化テーブル値より大きい場合（Ｓ１２８のＮ）、タイマを加算し（Ｓ１３０）、ステップＳ１２６に戻る。一方、制御回路５０Ａは、第２閾値電圧正規化値が正規化テーブル値以下の場合（Ｓ１２８のＹ）、そのときのタイマの値に第２判定時間ｔｃ２を決定する。制御回路５０Ａは、プリチャージ判定時間｛（ｔｃ２−ｔｃ３）±Δｔｉ｝を決定し（Ｓ１３４）、図６の処理に戻る。
なお、ステップＳ１２６〜Ｓ１３２をステップＳ１１８〜Ｓ１２４より先に実行してもよい。この場合、ステップＳ１３２とステップＳ１１８の間でタイマを初期化する。
図１２は、第２の実施形態に係るプリチャージ回路の故障判定処理（Ｓ５２）を示すフローチャートである。制御回路５０Ａは、負極コンタクタＳＷ２をオンに制御し（Ｓ１４０）、プリチャージコンタクタＳＷ３をオンに制御し（Ｓ１４２）、第３比較回路７０の比較結果Ｏ３がハイであるか判定する（Ｓ１４４）。制御回路５０Ａは、比較結果Ｏ３がローである場合（Ｓ１４４のＮ）、第２判定時間（ｔｃ２＋Δｔ）が経過したか判定し（Ｓ１４６）、経過していない場合（Ｓ１４６のＮ）、ステップＳ１４４に戻る。一方、制御回路５０Ａは、第２判定時間（ｔｃ２＋Δｔ）が経過した場合（Ｓ１４６のＹ）、プリチャージ失敗通知を行い（Ｓ１４８）、負極コンタクタＳＷ２をオフに制御し（Ｓ１５０）、プリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御し（Ｓ１５２）、図６の処理に戻る。
制御回路５０Ａは、第３比較回路７０の比較結果Ｏ３がハイである場合（Ｓ１４４のＹ）、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２がハイであるか判定し（Ｓ１５４）、比較結果Ｏ２がローである場合（Ｓ１５４のＮ）、ステップＳ１４６に移行する。制御回路５０Ａは、第２比較回路４０の比較結果Ｏ２がハイである場合（Ｓ１５４のＹ）、比較結果Ｏ３がハイになってから比較結果Ｏ２がハイになるまでの時間がプリチャージ判定時間の範囲内、即ち（ｔｃ２−ｔｃ３）−Δｔｉから（ｔｃ２−ｔｃ３）＋Δｔｉの範囲内であるか判定する（Ｓ１５６）。制御回路５０Ａは、上記時間がプリチャージ判定時間の範囲外である場合（Ｓ１５６のＮ）、前述のステップＳ１４８に移行する。これにより、プリチャージが早すぎる場合と遅すぎる場合に異常であることを判定できる。制御回路５０Ａは、上記時間がプリチャージ判定時間の範囲内である場合（Ｓ１５６のＹ）、プリチャージ成功通知を行う（Ｓ１６０）。
次に、制御回路５０Ａは、プリチャージ時間Ｔｐが経過したか判定し（Ｓ１６２）、経過していない場合（Ｓ１６２のＮ）、ステップＳ１６２に戻る。制御回路５０Ａは、プリチャージ時間Ｔｐが経過した場合（Ｓ１６２のＹ）、正極コンタクタＳＷ１をオンに制御し（Ｓ１６４）、プリチャージコンタクタＳＷ３をオフに制御し（Ｓ１６６）、図６の処理に戻る。
このように本実施形態によれば、第２判定時間ｔｃ２と第３判定時間ｔｃ３の差に対応するプリチャージ判定時間に基づいてプリチャージが正常に行われたか否かを判定しているので、プリチャージ開始時にキャパシタＣ１が電荷を有していても、より正確に判定できる。また、第１の実施形態の効果も得ることができる。
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。これら実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
第１および第２の実施形態では蓄電システム１，１Ａが車載用のシステムである一例を説明した。この点、蓄電システム１，１Ａは据置型のシステムとしても利用可能である。また、蓄電部１０に含まれる電池セルは、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタであってもよい。
また、第１および第２の実施形態において、図６のプリチャージ判定時間の決定処理（Ｓ２８）は、プリチャージ回路の故障判定処理（Ｓ５２）の前であれば、どのタイミングで実行してもよい。
また、第１の実施形態において、第２ノードＮ２と第３ノードＮ３の間の電圧に基づく第３電圧を、第２基準電圧より低い第３基準電圧と比較する第３比較回路を追加してもよい。そして、制御回路５０は、第３比較回路の比較結果に基づいて、第２ノードＮ２の電圧が０Ｖに近い所定値以下の場合にプリチャージ回路の故障判定処理を実行し、第２ノードＮ２の電圧が所定値より高い場合にプリチャージ回路の故障判定処理を実行しなくてもよい。これにより、判定精度をさらに高めることができる。
また、第２の実施形態において、第２ノードＮ２と第３ノードＮ３の間の電圧に基づく第４電圧を、第２基準電圧および第３基準電圧と異なる第４基準電圧と比較する第４比較回路をさらに追加してもよい。そして、第４基準電圧に基づく別のプリチャージ判定時間も用いて、プリチャージが正常に行われたか否か判定してもよい。これにより、判定精度をさらに高めることができる。
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
［項目１］
蓄電部（１０）と、
前記蓄電部（１０）のプラス端子に接続された第１ノード（Ｎ１）と、負荷（６０）のプラス端子に接続された第２ノード（Ｎ２）との間に接続された第１スイッチ（ＳＷ１）と、
前記蓄電部（１０）のマイナス端子に接続された第３ノード（Ｎ３）と、前記負荷（６０）のマイナス端子に接続された第４ノード（Ｎ４）との間に接続された第２スイッチ（ＳＷ２）と、
前記第１ノード（Ｎ１）と前記第４ノード（Ｎ４）の間の電圧に基づく第１電圧（Ｖ１）を、第１基準電圧と比較する第１比較回路（３０）と、
前記第２ノード（Ｎ２）と前記第３ノード（Ｎ３）の間の電圧に基づく第２電圧（Ｖ２）を、第２基準電圧と比較する第２比較回路（４０）と、
を備えることを特徴とする蓄電システム（１，１Ａ）。
これによれば、コストの増加を抑制した上で故障を判定できる。
［項目２］
前記蓄電部（１０）のプラス端子と前記第１ノード（Ｎ１）との間に接続されたヒューズ（２０）をさらに備えることを特徴とする項目１に記載の蓄電システム（１，１Ａ）。
これによれば、ヒューズ（２０）の断線を判定できる。
［項目３］
前記第１スイッチ（ＳＷ１）と前記第２スイッチ（ＳＷ２）を制御し、前記第１比較回路（３０）の比較結果（Ｏ１）と前記第２比較回路（４０）の比較結果（Ｏ２）のそれぞれが期待値に一致するか否かに基づいて、前記第１スイッチ（ＳＷ１）と前記第２スイッチ（ＳＷ２）の故障を判定する制御回路（５０，５０Ａ）をさらに備えることを特徴とする項目１または２に記載の蓄電システム（１，１Ａ）。
これによれば、故障を容易に判定できる。
［項目４］
前記第１スイッチ（ＳＷ１）と前記第２スイッチ（ＳＷ２）はコンタクタであり、
前記制御回路（５０，５０Ａ）は、前記第１スイッチ（ＳＷ１）と前記第２スイッチ（ＳＷ２）をオフに制御した状態で、前記第１比較回路（３０）の比較結果（Ｏ１）によって前記第２スイッチ（ＳＷ２）が溶着していることを判定し、前記第２比較回路（４０）の比較結果（Ｏ２）によって前記第１スイッチ（ＳＷ１）が溶着していることを判定することを特徴とする項目３に記載の蓄電システム（１，１Ａ）。
これによれば、第１スイッチ（ＳＷ１）と第２スイッチ（ＳＷ２）の溶着の故障を判定できる。
［項目５］
前記制御回路（５０，５０Ａ）は、前記第１スイッチ（ＳＷ１）をオフに制御し、前記第２スイッチ（ＳＷ２）をオンに制御した状態で、前記第１比較回路（３０）の比較結果（Ｏ１）によって前記第２スイッチ（ＳＷ２）がオープン故障していることを判定し、
前記制御回路（５０，５０Ａ）は、前記第１スイッチ（ＳＷ１）をオンに制御し、前記第２スイッチ（ＳＷ２）をオフに制御した状態で、前記第２比較回路（４０）の比較結果（Ｏ２）によって前記第１スイッチ（ＳＷ１）がオープン故障していることを判定することを特徴とする項目４に記載の蓄電システム（１，１Ａ）。
これによれば、第１スイッチ（ＳＷ１）と第２スイッチ（ＳＷ２）がオンしない故障を判定できる。
［項目６］
前記第１ノード（Ｎ１）と前記第２ノード（Ｎ２）の間に、前記第１スイッチ（ＳＷ１）と並列に設けられた第３スイッチ（ＳＷ３）と、
前記第１ノード（Ｎ１）と前記第２ノード（Ｎ２）の間において、前記第３スイッチ（ＳＷ３）と直列に接続された抵抗（Ｒ１）と、
をさらに備えることを特徴とする項目３から５のいずれかに記載の蓄電システム（１，１Ａ）。
これによれば、第３スイッチ（ＳＷ３）と抵抗（Ｒ１）の故障を判定できる。
［項目７］
前記負荷（６０）は、前記第２ノード（Ｎ２）と前記第４ノード（Ｎ４）の間に接続されたキャパシタ（Ｃ１）を有し、
前記制御回路（５０）は、前記蓄電部（１０）の検出電圧と、前記第２基準電圧に基づいて、前記第２スイッチ（ＳＷ２）と前記第３スイッチ（ＳＷ３）がターンオンしてから前記第２電圧（Ｖ２）が前記第２基準電圧に達するまでの想定時間を決定し、
前記制御回路（５０）は、前記第２スイッチ（ＳＷ２）と前記第３スイッチ（ＳＷ３）をターンオンさせてから前記第２電圧（Ｖ２）が前記第２基準電圧に達するまでの時間と、前記想定時間に基づいて、前記キャパシタ（Ｃ１）にプリチャージが正常に行われたか否か判定することを特徴とする項目６に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、プリチャージが正常に行われたか否かを判定できる。
［項目８］
前記第２ノード（Ｎ２）と前記第３ノード（Ｎ３）の間の電圧に基づく第３電圧（Ｖ３）を、前記第２基準電圧より低い第３基準電圧と比較する第３比較回路（７０）をさらに備え、
前記負荷（６０）は、前記第２ノード（Ｎ２）と前記第４ノード（Ｎ４）の間に接続されたキャパシタ（Ｃ１）を有し、
前記制御回路（５０Ａ）は、前記蓄電部（１０）の検出電圧と、前記第２基準電圧と前記第３基準電圧に基づいて、前記第２スイッチ（ＳＷ２）と前記第３スイッチ（ＳＷ３）をターンオンさせた後、前記第３電圧（Ｖ３）が前記第３基準電圧に達してから前記第２電圧（Ｖ２）が前記第２基準電圧に達するまでの想定時間を決定し、
前記制御回路（５０Ａ）は、前記第２スイッチ（ＳＷ２）と前記第３スイッチ（ＳＷ３）をターンオンさせ、前記第３電圧（Ｖ３）が前記第３基準電圧に達してから前記第２電圧（Ｖ２）が前記第２基準電圧に達するまでの時間と、前記想定時間に基づいて、前記キャパシタ（Ｃ１）にプリチャージが正常に行われたか否か判定することを特徴とする項目６に記載の蓄電システム（１Ａ）。
これによれば、プリチャージ開始時にキャパシタ（Ｃ１）が電荷を有していても、プリチャージが正常に行われたか否かをより正確に判定できる。
１，１Ａ…蓄電システム、Ｃ１…キャパシタ、Ｒ１…抵抗、ＳＷ１…正極コンタクタ（第１スイッチ）、ＳＷ２…負極コンタクタ（第２スイッチ）、ＳＷ３…プリチャージコンタクタ（第３スイッチ）、１０…蓄電部、２０…ヒューズ、３０…第１比較回路、４０…第２比較回路、５０，５０Ａ…制御回路、６０…負荷、７０…第３比較回路。

Claims (6)

  1. 蓄電部と、
    前記蓄電部のプラス端子に接続された第１ノードと、負荷のプラス端子に接続された第２ノードとの間に接続された第１スイッチと、
    前記蓄電部のマイナス端子に接続された第３ノードと、前記負荷のマイナス端子に接続された第４ノードとの間に接続された第２スイッチと、
    前記第１ノードと前記第４ノードの間の電圧に基づく第１電圧を、第１基準電圧と比較する第１比較回路と、
    前記第２ノードと前記第３ノードの間の電圧に基づく第２電圧を、第２基準電圧と比較する第２比較回路と、
    前記第１スイッチと前記第２スイッチを制御し、前記第１比較回路の比較結果と前記第２比較回路の比較結果のそれぞれが期待値に一致するか否かに基づいて、前記第１スイッチと前記第２スイッチの故障を判定する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、前記第１スイッチをオフに制御し、前記第２スイッチをオンに制御した状態で、前記第１比較回路の比較結果によって前記第２スイッチがオープン故障していることを判定し、
    前記制御回路は、前記第１スイッチをオンに制御し、前記第２スイッチをオフに制御した状態で、前記第２比較回路の比較結果によって前記第１スイッチがオープン故障していることを判定することを特徴とする蓄電システム。
  2. 前記蓄電部のプラス端子と前記第１ノードとの間に接続されたヒューズをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
  3. 前記第１スイッチと前記第２スイッチはコンタクタであり、
    前記制御回路は、前記第１スイッチと前記第２スイッチをオフに制御した状態で、前記第１比較回路の比較結果によって前記第２スイッチが溶着していることを判定し、前記第２比較回路の比較結果によって前記第１スイッチが溶着していることを判定することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
  4. 前記第１ノードと前記第２ノードの間に、前記第１スイッチと並列に設けられた第３スイッチと、
    前記第１ノードと前記第２ノードの間において、前記第３スイッチと直列に接続された抵抗と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄電システム。
  5. 前記負荷は、前記第２ノードと前記第４ノードの間に接続されたキャパシタを有し、
    前記制御回路は、前記蓄電部の検出電圧と、前記第２基準電圧に基づいて、前記第２スイッチと前記第３スイッチがターンオンしてから前記第２電圧が前記第２基準電圧に達するまでの想定時間を決定し、
    前記制御回路は、前記第２スイッチと前記第３スイッチをターンオンさせてから前記第２電圧が前記第２基準電圧に達するまでの時間と、前記想定時間に基づいて、前記キャパシタにプリチャージが正常に行われたか否か判定することを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
  6. 前記第２ノードと前記第３ノードの間の電圧に基づく第３電圧を、前記第２基準電圧より低い第３基準電圧と比較する第３比較回路をさらに備え、
    前記負荷は、前記第２ノードと前記第４ノードの間に接続されたキャパシタを有し、
    前記制御回路は、前記蓄電部の検出電圧と、前記第２基準電圧と前記第３基準電圧に基づいて、前記第２スイッチと前記第３スイッチをターンオンさせた後、前記第３電圧が前記第３基準電圧に達してから前記第２電圧が前記第２基準電圧に達するまでの想定時間を決定し、
    前記制御回路は、前記第２スイッチと前記第３スイッチをターンオンさせ、前記第３電圧が前記第３基準電圧に達してから前記第２電圧が前記第２基準電圧に達するまでの時間と、前記想定時間に基づいて、前記キャパシタにプリチャージが正常に行われたか否か判定することを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
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