JP7131469B2 - スイッチ異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明はスイッチ異常判定装置に関するものである。

従来、特許文献１のように、温度検出対象である複数のスイッチ素子の温度をそれぞれ温度検出手段で検出し、それら複数のスイッチ素子の温度が同一となる状況下での各スイッチ素子の温度検出値どうしの差に基づいて、温度検出手段の検出値に含まれる誤差を算出するとともに、その誤差に基づいて、モータジェネレータのトルク指令値を制限するパワーセーブ処理を実施するという公知技術が知られている。

また、特許文献１に記載の技術では、複数のスイッチ素子の温度が同一となる状況下での温度検出値どうしの差に基づいて、温度検出手段の温度検出に関する異常が生じていることを判定するようにしている。

特開２０１４－２０８１号公報

ところで、例えば車両に用いられる電源装置として、蓄電池と電気負荷とを接続する電気経路に、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子よりなるスイッチ部（開閉部）を設け、そのスイッチ部の開閉により、蓄電池と電気負荷との間の通電を行わせるようにした技術が知られている。また、電源装置に用いられるスイッチ部として、スイッチオフ時における電流遮断を確実に行わせるべく、寄生ダイオードの向きを互いに逆にして２つの半導体スイッチング素子を直列接続した構成（すなわちバックツーバック接続した構成）が知られている。

しかしながら、上記のように寄生ダイオードの向きを互いに逆にして２つの半導体スイッチング素子を直列接続した構成では、いずれかの半導体スイッチング素子にオフ異常（開異常）が生じた場合において、そのオフ異常を検出することが困難になることが懸念される。すなわち、スイッチのオフ異常は、例えばスイッチを流れる電流を検出することで判定可能となるが、上記のごとく直列接続した半導体スイッチング素子を用いる構成では、一方の半導体スイッチング素子がオフ異常となっていても、寄生ダイオードを介しての通電が可能となるため、通電電流によるオフ異常判定が困難になる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、並列接続したダイオードの向きを互いに逆にした第１スイッチ及び第２スイッチを直列接続した開閉部において、スイッチのオフ異常を適正に判定することを可能とするスイッチ異常判定装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

第１の手段は、
直列接続された第１スイッチ及び第２スイッチと、前記第１スイッチに並列となる第１ダイオードと、前記第２スイッチに並列となる第２ダイオードとを含み、かつ前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとが互いに逆となる向きで接続されている直列接続体を有する開閉部と、
前記第１スイッチの温度を検出する第１温度検出部と、
前記第２スイッチの温度を検出する第２温度検出部と、
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを流れる電流を検出する電流検出部と、を備えるシステムに適用され、
前記開閉部の閉駆動時における前記第１温度検出部の検出温度と前記第２温度検出部の検出温度との差である温度差を算出する温度差算出部と、
前記電流検出部の検出電流に基づいて、前記温度差との対比に用いる閾値を設定する設定部と、
前記温度差算出部により算出された温度差が前記閾値よりも大きいことに基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのいずれかにオフ異常が生じていると判定する異常判定部と、を備える。

上記構成のシステムでは、直列接続体の第１スイッチ及び第２スイッチのいずれかでオフ異常が生じた場合に、正常なスイッチ側では当該スイッチの通電に伴う発熱が生じるのに対し、オフ異常が生じたスイッチ側ではダイオードの通電に伴う発熱が生じる。この場合、第１スイッチ及び第２スイッチで温度差が生じる。

この点、上記構成によれば、開閉部の閉駆動時（オン時）において、第１スイッチの温度と第２スイッチの温度との差である温度差が算出されるとともに、電流検出部の検出電流に基づいて閾値が設定され、両スイッチの温度差が閾値よりも大きいことに基づいて、第１スイッチ及び第２スイッチのいずれかにオフ異常が生じている旨が判定される。これにより、スイッチのオフ異常を適正に判定することができる。

第２の手段では、前記開閉部は、前記直列接続体としての第１直列接続体及び第２直列接続体を並列接続して構成されており、前記開閉部を閉駆動する場合に前記第１直列接続体及び前記第２直列接続体の前記各スイッチに対してオン指令を出力するスイッチ制御部と、前記異常判定部により前記第１直列接続体及び前記第２直列接続体のいずれかの前記スイッチにオフ異常が生じていると判定された場合に、前記第１直列接続体及び前記第２直列接続体のうちオフ異常のスイッチを含む一方の前記直列接続体の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに対してオフ指令を出力するとともに、他方の前記直列接続体の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに対してオン指令を出力するフェイルセーフ処理部と、を備える。

上記構成では、開閉部は、互いに並列に接続された第１直列接続体と第２直列接続体とを有しており、その両方の直列接続体において、第１スイッチと第２スイッチとの温度差に基づいて異常判定が行われる。そして特に、第１直列接続体及び第２直列接続体におけるいずれかのスイッチにオフ異常が生じていると判定された場合に、第１直列接続体及び第２直列接続体のうちオフ異常のスイッチを含む一方の直列接続体の第１スイッチ及び第２スイッチに対してオフ指令が出力されるとともに、他方の直列接続体の第１スイッチ及び第２スイッチに対してオン指令が出力される。この場合、異常の発生後においても、開閉部を介する通電を継続的に実施できる。また、異常発生側の直列接続体において二次的な異常の発生等を抑制できる。

第３の手段では、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常判定部による前記オフ異常が生じている旨の判定に伴い一方の前記直列接続体の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに対してオフ指令を出力し、かつ他方の前記直列接続体の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに対してオン指令を出力する場合に、前記オフ異常が生じている旨の判定前に比べて、前記開閉部における通電電流を制限する。

上記構成では、フェイルセーフ処理として、スイッチのオフ異常が生じている旨の判定前に比べて、開閉部における通電電流が制限される。これにより、開閉部における通電経路が片側に限定される場合において適正な通電を実施できる。

第４の手段では、前記開閉部に並列に設けられたバイパススイッチを有するシステムに適用され、前記異常判定部により前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのいずれかにオフ異常が生じていると判定された場合に、前記直列接続体の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに対してオフ指令を出力するとともに、前記バイパススイッチを閉状態とするフェイルセーフ処理部を備える。

上記構成では、開閉部には並列にバイパススイッチが接続されている。そして、第１スイッチ及び第２スイッチのいずれかにオフ異常が生じていると判定された場合に、直列接続体の第１スイッチ及び第２スイッチに対してオフ指令が出力されるとともに、バイパススイッチが閉状態とされる。この場合、異常の発生後においても、バイパススイッチを介する通電を継続的に実施できる。また、直列接続体において二次的な異常の発生等を抑制できる。

第５手段では、前記異常判定部は、前記温度差算出部により算出された温度差が前記閾値よりも大きい場合に、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうち高温である側においてオフ異常が生じていると判定する。

第１スイッチ及び第２スイッチのいずれかでオフ異常が生じている場合、オフ異常が生じた側のスイッチでは、ダイオードの通電に伴う発熱が生じるために、正常側のスイッチよりも高温になることが考えられる。この点、上記構成によれば、第１スイッチ及び第２スイッチのうち高温である側においてオフ異常が生じていると判定されるため、異常発生のスイッチを特定することが可能となる。

第６の手段では、前記異常判定部は、前記電流検出部の検出電流が所定値よりも大きく、かつ前記温度差算出部により算出された温度差が前記閾値よりも大きいことに基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうち、カソードが通電下流側を向く前記ダイオードの側のスイッチでオフ異常が生じていると判定する第１判定部と、前記電流検出部の検出電流が所定値よりも小さく、かつ前記温度差算出部により算出された温度差が前記閾値よりも小さいことに基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうち、カソードが通電上流側を向く前記ダイオードの側のスイッチでオフ異常が生じていると判定する第２判定部と、を有する。

第１スイッチ及び第２スイッチの通電時において、カソードが通電下流側を向くダイオードの側のスイッチでオフ異常が生じると、正常なスイッチと異常スイッチ側のダイオードとを電流が流れることに起因して、各スイッチの温度差が大きくなる。これに対し、カソードが通電上流側を向くダイオードの側のスイッチでオフ異常が生じると、各スイッチの直列接続体に電流が流れなくなり、かつ温度差が生じない状態となる。このことから、上記構成によれば、異常発生のスイッチを特定することが可能となる。

第７の手段では、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、同一の筐体内において互いに対称に配置され、かつ同様の放熱構造を有している。

上記構成によれば、各スイッチにおいて通電に伴い生じる温度上昇の特性を一致させることができる。そのため、第１スイッチと第２スイッチとの温度差に基づいて異常判定を実施する構成において、その異常判定を精度良く実施することができる。

実施形態における電源システムを示す構成図。 開閉部の具体的な構成を示す電気構成図。 スイッチモジュールの構成を示す平面図。 直列接続体において一方のスイッチにオフ異常が生じた状態を示す図。 各スイッチにおいて電流と温度上昇率との関係を示す図。 電流と各スイッチの温度差との関係を示す図。 スイッチの異常判定処理を示すフローチャート。 オフ異常発生時のフェイルセーフ処理を示すフローチャート。 第２実施形態におけるオフ異常発生時のフェイルセーフ処理を示すフローチャート。 第３実施形態におけるスイッチの異常判定処理を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態のスイッチ異常判定装置は車両に搭載される車載電源システムに適用されるものであり、車両はエンジン（内燃機関）を駆動源として走行するものである。

（第１実施形態）
図１に示すように、本電源システムは、第１蓄電池としての鉛蓄電池１０と、第２蓄電池としてのリチウムイオン蓄電池２０とを有する２電源システムである。各蓄電池１０，２０からはスタータ１１や、各種の電気負荷３２，３３、回転電機４０への給電が可能になっている。鉛蓄電池１０及びリチウムイオン蓄電池２０は、回転電機４０に対して並列に接続されている。

鉛蓄電池１０は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池２０は鉛蓄電池１０に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池２０は、鉛蓄電池１０に比べてエネルギ効率が高い蓄電池であるとよい。また、リチウムイオン蓄電池２０は、それぞれ複数の単電池を有してなる組電池として構成されている。これら鉛蓄電池１０、リチウムイオン蓄電池２０の定格電圧はいずれも同じであり、例えば１２Ｖである。

図示による具体的な説明は割愛するが、リチウムイオン蓄電池２０は、収容ケースに収容されて基板一体の電池ユニットＵの一部として構成されている。電池ユニットＵは、出力端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有しており、このうち出力端子Ｐ１に鉛蓄電池１０とスタータ１１と電気負荷３２とが接続され、出力端子Ｐ２に回転電機４０が接続され、出力端子Ｐ３に電気負荷３３が接続されている。

各電気負荷３２，３３は、鉛蓄電池１０及びリチウムイオン蓄電池２０から供給される供給電力の電圧について要求が相違するものである。このうち電気負荷３３には、供給電力の電圧が、一定又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定であることが要求される定電圧要求負荷が含まれる。これに対し、電気負荷３２は、定電圧要求負荷以外の一般的な電気負荷である。電気負荷３３は被保護負荷とも言える。また、電気負荷３３は電源失陥が許容されない負荷であり、電気負荷３２は、電気負荷３３に比べて電源失陥が許容される負荷であるともいえる。

定電圧要求負荷である電気負荷３３の具体例としては、ナビゲーション装置やオーディオ装置、メータ装置、エンジン制御装置の各種ＥＣＵが挙げられる。この場合、供給電力の電圧変動が抑えられることで、上記各装置において不要なリセット等が生じることが抑制され、安定動作が実現可能となっている。電気負荷３３として、電動ステアリング装置やブレーキ装置等の走行系アクチュエータが含まれていてもよい。また、電気負荷３２の具体例としては、シートヒータやリアウインドウのデフロスタ用ヒータ、ヘッドライト、フロントウインドウのワイパ、空調装置の空調ファン等が挙げられる。

回転電機４０の回転軸は、エンジンのクランク軸に対してベルト等により駆動連結されており、クランク軸の回転によって回転電機４０の回転軸が回転し、発電（回生発電）が行われる。つまり、回転電機４０は発電機として機能する。また、回転電機４０は、電動機としてクランク軸に回転力を付与し動力出力機能を備えることも可能であり、この場合ＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を構成する。

次に、電池ユニットＵの電気的構成について説明する。

電池ユニットＵには、ユニット内電気経路として、出力端子Ｐ１とリチウムイオン蓄電池２０とを繋ぐ第１電気経路Ｌ１が設けられており、その第１電気経路Ｌ１の中間点である点Ｎ１に出力端子Ｐ２が接続されている。第１電気経路Ｌ１において、点Ｎ１よりも鉛蓄電池１０の側に第１開閉部ＳＷ１が設けられ、点Ｎ１よりもリチウムイオン蓄電池２０の側に第２開閉部ＳＷ２が設けられている。第１電気経路Ｌ１とＮ１－Ｐ２間の電気経路は、回転電機４０に対する入出力電流を流すことを想定した大電流経路であり、この経路を介して、鉛蓄電池１０、リチウムイオン蓄電池２０及び回転電機４０の相互の通電が行われる。

また、第１電気経路Ｌ１には、出力端子Ｐ１及び第１開閉部ＳＷ１の間の点Ｎ２と、第２開閉部ＳＷ２及びリチウムイオン蓄電池２０の間の点Ｎ３との間に、第２電気経路Ｌ２が並列に設けられており、第２電気経路Ｌ２の中間点である点Ｎ４に出力端子Ｐ３が接続されている。第２電気経路Ｌ２において、点Ｎ４よりも鉛蓄電池１０の側に第３開閉部ＳＷ３が設けられ、点Ｎ４よりもリチウムイオン蓄電池２０の側に第４開閉部ＳＷ４が設けられている。第２電気経路Ｌ２とＮ２－Ｐ３間の電気経路とは、第１電気経路Ｌ１側と比べて小電流を流すことを想定した小電流経路（すなわち、第１電気経路Ｌ１に比べて許容電流が小さい小電流経路）であり、この経路を介して、鉛蓄電池１０及びリチウムイオン蓄電池２０から電気負荷３３への通電が行われる。

また、電池ユニットＵには、第１電気経路Ｌ１に並列となるバイパス経路Ｌ３が設けられ、そのバイパス経路Ｌ３上にバイパススイッチＳＷ５が設けられている。バイパススイッチＳＷ５は、第１開閉部ＳＷ１に電流を流すことができなくなった時にオンして電流を流すスイッチであり、例えば常閉式のリレースイッチである。

電源システムの作動状態において、第１開閉部ＳＷ１及び第２開閉部ＳＷ２が選択的に閉状態に操作されることで、第１電気経路Ｌ１を介して、鉛蓄電池１０及びリチウムイオン蓄電池２０の少なくともいずれかと回転電機４０との間で通電が行われる。また、第３開閉部ＳＷ３及び第４開閉部ＳＷ４が選択的に閉状態に操作されることで、第２電気経路Ｌ２を介して、鉛蓄電池１０及びリチウムイオン蓄電池２０の少なくともいずれかと電気負荷３３との間で通電が行われる。

電池ユニットＵは、各開閉部ＳＷ１～ＳＷ４及びバイパススイッチＳＷ５のオンオフを制御する電池制御装置５０を備えている。電池制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。電池制御装置５０は、各蓄電池１０，２０の蓄電状態や、上位ＥＣＵ等からの指令に基づいて、各開閉部ＳＷ１～ＳＷ４のオンオフを制御する。この場合、電池制御装置５０は、リチウムイオン蓄電池２０のＳＯＣ（残存容量：Ｓｔａｔｅ Оｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出し、そのＳＯＣが所定の使用範囲内に保持されるようにリチウムイオン蓄電池２０の充電及び放電を制御する。また、第１開閉部ＳＷ１を経由して電流を通電できなくなったときは、バイパススイッチＳＷ５のオンオフを制御することで、回転電機４０と鉛蓄電池１０とを接続又は開放して、鉛蓄電池１０のＳＯＣが所定の使用範囲内になるよう保持する。

次に、各開閉部ＳＷ１～ＳＷ４の具体的な構成を、図２を用いて説明する。なお、各開閉部ＳＷ１～ＳＷ４の構成は基本的に同じであり、ここでは、代表して第１開閉部ＳＷ１の構成について詳しく説明する。

第１開閉部ＳＷ１は、半導体スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴを用いて構成されており、２つのＭＯＳＦＥＴを直列接続してなる第１直列接続体６１と、同じく２つのＭＯＳＦＥＴを直列接続してなる第２直列接続体６２とを有している。これら第１直列接続体６１及び第２直列接続体６２は、互いに並列に接続されている。

第１直列接続体６１は、直列接続されたスイッチ７１，７２と、スイッチ７１に並列となるダイオード７３と、スイッチ７２に並列となるダイオード７４とを含み、ダイオード７３，７４が互いに逆となる向きで接続されることで構成されている。本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードによりダイオード７３，７４が構成され、寄生ダイオードの向きを互いに逆にして２つのＭＯＳＦＥＴが直列接続されることで第１直列接続体６１が構成されている。なお、スイッチ７１が第１スイッチに相当し、スイッチ７２が第２スイッチに相当し、ダイオード７３が第１ダイオードに相当し、ダイオード７４が第２ダイオードに相当する。

第１直列接続体６１において、スイッチ７１，７２の間には、これら各スイッチ７１，７２を流れる電流を検出する電流検出部７５が設けられている。また、第１直列接続体６１には、スイッチ７１の温度を検出する温度検出部７６と、スイッチ７２の温度を検出する温度検出部７７とが設けられている。温度検出部７６，７７は例えば感温ダイオード、又はサーミスタである。なお、温度検出部７６が第１温度検出部に相当し、温度検出部７７が第２温度検出部に相当する。

各スイッチ７１，７２は、電池制御装置５０からのオン指令（閉指令）及びオフ指令（開指令）に基づいてオンオフする。電池制御装置５０には、電流検出部７５により検出された検出電流や、温度検出部７６，７７により検出されたスイッチ７１，７２の検出温度が適宜入力される。

第２直列接続体６２は、第１直列接続体６１と同じ構成を有しており、図２に同じ符号を付すとともに、その説明を省略する。また、他の開閉部ＳＷ２～ＳＷ４においても、第１開閉部ＳＷ１と同様の構成を有している。

各開閉部ＳＷ１～ＳＷ４では、各直列接続体６１，６２において、各スイッチ７１，７２に並列に設けられたダイオード７３，７４の向きが互いに逆であるため、各開閉部ＳＷ１～ＳＷ４がオフ（開放）となった場合、つまり各スイッチ７１，７２がオフとなった場合において、ダイオード７３，７４を通じて電流が流れることが完全に遮断される。つまり、各電気経路Ｌ１，Ｌ２において意図せず電流が流れることを回避できる構成となっている。

なお、図２では、寄生ダイオードが互いにアノード同士で接続されるようにしたが、寄生ダイオードのカソード同士が接続されるようにしてもよい。半導体スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴに代えて、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタ等を用いることも可能である。ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタを用いる場合には、上記寄生ダイオードの代わりとなるダイオードを各半導体スイッチング素子にそれぞれ並列に接続すればよい。

本実施形態では、直列接続体６１，６２を構成する一対のＭＯＳＦＥＴをスイッチモジュール８０として設けることとしており、そのスイッチモジュール８０の構成を図３により説明する。

スイッチモジュール８０において、筐体８１には、２つのバスバー８２，８３が横並びの状態で配置されており、そのバスバー８２，８３上にそれぞれＭＯＳＦＥＴ８４，８５が実装されている。ＭＯＳＦＥＴ８４は、スイッチ７１とダイオード７３とを含み、ＭＯＳＦＥＴ８５は、スイッチ７２とダイオード７４とを含む構成となっている。ＭＯＳＦＥＴ８４，８５には、例えばリードフレームからなる複数の端子８６が接続されている。それら各端子８６には、例えばゲート端子、ソース端子、ドレイン端子、電流検出端子が含まれる。また、各ＭＯＳＦＥＴ８４，８５には、それぞれ温度検出素子８７が設けられている。スイッチモジュール８０では樹脂モールドにより筐体８１が構成されており、各ＭＯＳＦＥＴ８４，８５は、互いに同じ肉厚の樹脂層により覆われている。なお、温度検出素子８７が、図２に示す温度検出部７６，７７に相当する。

ＭＯＳＦＥＴ８４，８５は、同じ構成の素子であり、筐体８１内に互いに対称となる位置に配置されている。また、筐体８１や各端子８６からの放熱特性が同様なものになっている。これにより、各ＭＯＳＦＥＴ８４，８５では、通電時における温度特性が一致するものとなっている。

ところで、各開閉部ＳＷ１～ＳＷ４では、第１直列接続体６１及び第２直列接続体６２のいずれかにおいて、各スイッチ７１，７２のうち一方でオフ異常（すなわち、オン指令にかかわらずオフ状態のままとなる異常）が生じることが考えられる。図４には、鉛蓄電池１０から回転電機４０への放電時（すなわち回転電機４０の力行時）において各スイッチ７１，７２のうちスイッチ７２でオフ異常が生じた状況を示す。なお、図４では、各スイッチ７１，７２にオン指令が出されている。

図４では、鉛蓄電池１０と回転電機４０との間において、破線で示すように、正常なオン状態のスイッチ７１と、オフ異常のスイッチ７２に並列のダイオード７４とを通じて電流が流れる。この場合、一方のスイッチ７２でオフ異常が生じているにもかかわらず電流が流れ、その電流が電流検出部７５に検出可能となっている。そのため、こうして一方のスイッチ７２でオフ異常が生じている場合において、検出電流により当該オフ異常を判定することが困難なものとなっている。

そこで本実施形態では、各スイッチ７１，７２のうち一方でオフ異常が生じる場合に、正常状態のスイッチ側とオフ異常のスイッチ側とで温度上昇率に差が生じることに着目し、それら各スイッチ７１，７２の温度差に基づいて、スイッチオフ異常の判定を行うこととしている。つまり、第１開閉部ＳＷ１等のオン時（閉駆動時）において各温度検出部７６，７７の検出温度の差である温度差ΔＴを算出する一方、電流検出部７５の検出電流に基づいて、温度差ΔＴとの対比に用いる閾値ＴＨを設定し、温度差ΔＴが閾値ＴＨよりも大きいことに基づいて、スイッチ７１，７２のいずれかにオフ異常が生じていると判定するようにしている。

図５（ａ），（ｂ）は、スイッチ７１，７２について通電状態での温度上昇率を示す図であり、図５（ａ）はスイッチ７１，７２が共に正常である場合を示し、図５（ｂ）はスイッチ７１が正常、スイッチ７２がオフ異常である場合を示している。同図では、通電電流と単位時間当たりの温度上昇量との関係を示している。

図５（ａ）では、スイッチ７１，７２が共に正常であり、通電電流に対する温度上昇率が概ね一致している。なお、スイッチ７１，７２では、構造上、温度特性の合わせ込みが行われていることから、通常時において温度上昇率の差が生じにくいものとなっている。

これに対し、図５（ｂ）では、スイッチ７１が正常、スイッチ７２がオフ異常であり、スイッチ７１側では、スイッチ７１での通電に伴い発熱が生じるのに対し、スイッチ７２側では、ダイオード７４での通電に伴い発熱が生じることから、発熱量の差に起因して、両スイッチ７１，７２で温度上昇率が相違するものとなっている。つまり、スイッチ７１側では、スイッチ７１のオン抵抗により数１０ｍＶ程度の電圧降下が生じるのに対し、スイッチ７２側では、ダイオード７４により約０．７Ｖの電圧降下が生じる。このとき、スイッチ７１とダイオード７４では、同じ電流が流れているため、消費電力はそれぞれ降下電圧に比例し、数十倍から数百倍の差が生じる。消費電力に応じて発熱が生じることを考えると、スイッチ７１側とスイッチ７２側とで、図示するような温度上昇率の差異が生じることとなる。

上記のとおり正常なスイッチとオフ異常が生じているスイッチとでは、通電時における温度上昇率が異なり、その温度上昇率が通電電流の大きさに依存するものとなっている。そこで本実施形態では、各スイッチ７１，７２の通電時において、異常判定パラメータとして各スイッチ７１，７２の温度差ΔＴを算出し、その温度差ΔＴが所定の閾値ＴＨよりも大きい場合に、スイッチ７１，７２のいずれかにオフ異常が生じていると判定することとしている。また、閾値ＴＨを、図６の関係を用い、電流検出部７５の検出電流に基づいて設定することとしている。

図６には、各スイッチ７１，７２がいずれも正常である場合の温度差ΔＴを破線で示し、各スイッチ７１，７２の一方がオフ異常である場合の温度差ΔＴを二点鎖線で示している。また、閾値ＴＨを、実線で示している。閾値ＴＨは、各スイッチ７１，７２がいずれも正常である状態と、各スイッチ７１，７２の一方がオフ異常である状態とを区別するためのものであり、通電電流との関係において、電流が大きくなるほど大きな値が設定されるものとなっている。

図７は、スイッチ７１，７２の異常判定処理を示すフローチャートであり、本処理は電池制御装置５０により所定周期で繰り返し実施される。この異常判定処理は、各開閉部ＳＷ１～ＳＷ４において直列接続体６１，６２ごとに各々実施されるとよい。

図７において、ステップＳ１１では、スイッチ７１，７２がオン中であるか否かを判定する。例えば第１開閉部ＳＷ１においては、鉛蓄電池１０から回転電機４０への放電時（回転電機４０の力行時）、又は回転電機４０から鉛蓄電池１０への充電時（すなわち回転電機４０の発電時）にステップＳ１１が肯定される。ステップＳ１１が肯定されると、ステップＳ１２へ進み、ステップＳ１１が否定されると、本処理を一旦終了する。

ステップＳ１２では、電流検出部７５により検出された検出電流と、温度検出部７６，７７により検出された各スイッチ７１，７２の検出温度とを取得する。そして、ステップＳ１３では、検出電流が所定範囲内に入っているか否かを判定する。検出電流が所定範囲内に入っていない場合には、回転電機４０の異常や電気経路の短絡等が生じている可能性があると考えられる。そのため、ステップＳ１３が否定されると、ステップＳ１９に進み、スイッチ７１，７２に対してオフ指令を出力する。また、ステップＳ１３が肯定されると、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、検出温度が所定範囲内に入っているか否かを判定する。検出温度が所定範囲内に入っていない場合には、温度検出部７６，７７に異常が生じている可能性があると考えられる。そのため、ステップＳ１４が否定されると、ステップＳ１９に進み、スイッチ７１，７２に対してオフ指令を出力する。また、ステップＳ１４が肯定されると、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、温度検出部７６により検出されたスイッチ７１の検出温度と、温度検出部７７により検出されたスイッチ７２の検出温度との差である温度差ΔＴを算出する。また、ステップＳ１６では、例えば図６に示す関係を用い、ステップＳ１２で取得した検出電流に基づいて、閾値ＴＨを設定する。

続くステップＳ１７では、温度差ΔＴ（絶対値）が閾値ＴＨよりも大きいか否かを判定する。そして、ステップＳ１７が否定されると、そのまま本処理を終了し、ステップＳ１７が肯定されると、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、スイッチ７１，７２のいずれかでオフ異常が生じている旨を判定する。

ステップＳ１８において、各スイッチ７１，７２の温度に基づいて、いずれのスイッチがオフ異常であるかを特定してもよい。すなわち、スイッチ７１の温度とスイッチ７２の温度とのうちいずれが高温であるかを判定し、高温であると判定されたスイッチについてオフ異常が生じていると判定する。

なお、スイッチ７１，７２の温度差ΔＴとして、各スイッチ７１，７２におけるオン状態での温度上昇の傾き（温度上昇率）の差を算出し、その温度上昇の傾きの差に基づいて、各スイッチ７１，７２のオフ異常を判定する構成であってもよい。具体的には、電池制御装置５０は、所定時間において各スイッチ７１，７２の温度変化量を算出し、その温度変化量の差と閾値との比較により、各スイッチ７１，７２におけるオフ異常の有無を判定する。

図８は、スイッチ７１，７２におけるオフ異常発生時のフェイルセーフ処理を示すフローチャートであり、本処理は電池制御装置５０により所定周期で繰り返し実施される。このフェイルセーフ処理は、開閉部ＳＷ１～ＳＷ４ごとに各々実施されるとよい。

図８において、ステップＳ２１では、図７の処理による判定結果を参照して、スイッチ７１，７２のいずれかでオフ異常が生じているか否かを判定し、オフ異常が生じている場合に、後続のステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、オフ異常が生じたスイッチを含む直列接続体が第１直列接続体６１であるか否かを判定する。この場合、オフ異常のスイッチを含む直列接続体が第１直列接続体６１であれば、ステップＳ２３に進み、オフ異常のスイッチを含む直列接続体が第２直列接続体６２であれば、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２３では、第１直列接続体６１（すなわちオフ異常のスイッチを含む直列接続体）のスイッチ７１，７２に対してオフ指令を出力するとともに、第２直列接続体６２（すなわちオフ異常のスイッチを含まない直列接続体）のスイッチ７１，７２に対してオン指令を出力する。

また、ステップＳ２４では、第１直列接続体６１（すなわちオフ異常のスイッチを含まない直列接続体）のスイッチ７１，７２に対してオン指令を出力するとともに、第２直列接続体６２（すなわちオフ異常のスイッチを含む直列接続体）のスイッチ７１，７２に対してオフ指令を出力する。

その後、ステップＳ２５では、開閉部ＳＷ１等における通電電流を、スイッチオフ異常が生じている旨の判定前に比べて制限する。すなわち、開閉部ＳＷ１等において、２並列の電流経路が１つの電流経路になることを鑑み、通電電流を少なくするように電流制限を実施する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

開閉部ＳＷ１～ＳＷ４のオン時（閉駆動時）において、各スイッチ７１，７２の温度差ΔＴを算出するとともに、その温度差ΔＴが、電流検出部７５の検出電流に基づき設定した閾値ＴＨよりも大きいことに基づいて、スイッチ７１，７２のいずれかにオフ異が生じている旨を判定するようにした。これにより、スイッチ７１，７２のオフ異常を適正に判定することができる。

各開閉部ＳＷ１～ＳＷ４において、直列接続体６１，６２におけるいずれかのスイッチにオフ異常が生じていると判定された場合に、直列接続体６１，６２のうちオフ異常のスイッチを含む一方の直列接続体のスイッチ７１，７２に対してオフ指令を出力するとともに、他方の直列接続体のスイッチ７１，７２に対してオン指令を出力するようにした。この場合、異常の発生後においても、開閉部ＳＷ１～ＳＷ４を介する通電を継続的に実施できる。また、異常発生側の直列接続体において二次的な異常の発生等を抑制できる。

スイッチオフ異常が生じている場合に、開閉部ＳＷ１等における通電電流を、スイッチオフ異常が生じている旨の判定前に比べて制限するようにした。これにより、開閉部ＳＷ１等における通電経路が片側に限定される場合において適正な通電を実施できる。

各スイッチ７１，７２のいずれかでオフ異常が生じている場合には異常側のスイッチがより高温になることに着目し、スイッチ７１，７２の温度差ΔＴが閾値ＴＨよりも大きい場合において、各スイッチ７１，７２のうち高温である側においてオフ異常が生じていると判定するようにした。これにより、異常発生のスイッチを特定することが可能となる。

直列接続体６１，６２を構成する各スイッチ７１，７２を、同一の筐体８１内に互いに対称に配置し、かつ同様の放熱構造を有するものとした。これにより、各スイッチ７１，７２において通電に伴い生じる温度上昇の特性を一致させることができる。そのため、スイッチ７１，７２の温度差ΔＴに基づいて異常判定を実施する構成において、その異常判定を精度良く実施することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１開閉部ＳＷ１においてスイッチ７１，７２のいずれかがオフ異常になった場合に、フェイルセーフ処理として、第１開閉部ＳＷ１と、その第１開閉部ＳＷ１に並列に設けられたバイパススイッチＳＷ５とを制御するものとしている。

図９は、第１開閉部ＳＷ１のスイッチ７１，７２におけるオフ異常発生時のフェイルセーフ処理を示すフローチャートであり、本処理は電池制御装置５０により所定周期で繰り返し実施される。

図９において、ステップＳ３１では、図７の処理による判定結果を参照して、第１開閉部ＳＷ１のスイッチ７１，７２のいずれかでオフ異常が生じているか否かを判定し、オフ異常が生じている場合に、後続のステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、第１開閉部ＳＷ１のスイッチ７１，７２に対してオフ指令を出力するとともに、バイパススイッチＳＷ５を閉状態（オン状態）とする。

本構成によれば、異常の発生後においても、バイパススイッチＳＷ５を介する通電を継続的に実施できる。また、第１開閉部ＳＷ１の各直列接続体６１，６２において二次的な異常の発生等を抑制できる。

（第３実施形態）
本実施形態では、各直列接続体６１，６２におけるスイッチ７１，７２のいずれかでオフ異常が生じている場合において、どちらのスイッチ７１，７２でオフ異常が生じたのかに応じて、電流の流れ方と各スイッチ７１，７２の温度差ΔＴとに違いが生じることに着目し、異常発生のスイッチを特定するようにしている。

つまり、各スイッチ７１，７２の通電時において、カソードが通電下流側を向くダイオードの側のスイッチでオフ異常が生じると、正常なスイッチと異常スイッチ側のダイオードとを電流が流れることに起因して、各スイッチ７１，７２の温度差が大きくなる。例えば図４に示す事例では、オフ異常が生じているスイッチはスイッチ７２であり、そのスイッチ７２に並列となるダイオード７４はカソードが通電下流側を向くものとなっている。この場合、スイッチ７２のオフ異常により各スイッチ７１，７２の温度差が大きくなる。

これに対し、各スイッチ７１，７２の通電時において、カソードが通電上流側を向くダイオードの側のスイッチ（図４で言えばスイッチ７１）でオフ異常が生じると、これら各スイッチ７１，７２の直列接続体に電流が流れなくなり、かつ温度差が生じない状態となる。このことから、上記構成によれば、異常発生のスイッチを特定することが可能となる。

図１０は、スイッチ７１，７２の異常判定処理を示すフローチャートであり、本処理は電池制御装置５０により所定周期で繰り返し実施される。この異常判定処理は、各開閉部ＳＷ１～ＳＷ４において直列接続体６１，６２ごとに各々実施されるとよい。

図１０において、ステップＳ４１では、スイッチ７１，７２がオン中であるか否かを判定し、スイッチ７１，７２がオン中であることを条件に、後続のステップＳ４２に進む。ステップＳ４２では、電流検出部７５により検出された検出電流と、温度検出部７６，７７により検出された各スイッチ７１，７２の検出温度とを取得する。また、ステップＳ４３では、温度検出部７６により検出されたスイッチ７１の検出温度と、温度検出部７７により検出されたスイッチ７２の検出温度との差である温度差ΔＴを算出する。ステップＳ４４では、例えば図６に示す関係を用い、ステップＳ４２で取得した検出電流に基づいて、閾値ＴＨを設定する。

その後、ステップＳ４５では、検出電流が所定値よりも大きいか否かにより、直列接続体が電流の流れる通電状態であるか否かを判定する。そして、検出電流が所定値よりも大きければ、通電状態であるとしてステップＳ４６に進み、検出電流が所定値以下であれば、通電状態でないとしてステップＳ４８に進む。

ステップＳ４６では、温度差ΔＴ（絶対値）が閾値ＴＨよりも大きいか否かを判定し、温度差ΔＴが閾値ＴＨよりも大きいことを条件にステップＳ４７に進む。ステップＳ４７では、スイッチ７１，７２のうち、カソードが通電下流側を向くダイオードの側のスイッチでオフ異常が生じている旨を判定する。このとき、例えば図４に示す鉛蓄電池１０から回転電機４０への放電時においてスイッチ７２でオフ異常が生じていれば、検出電流が所定値よりも大きく、かつ温度差ΔＴが閾値ＴＨよりも大きいことに基づいて、スイッチ７２(すなわちカソードが通電下流側を向くダイオードの側のスイッチ)でオフ異常が生じている旨が判定される。

また、ステップＳ４８では、温度差ΔＴ（絶対値）が閾値ＴＨよりも小さいか否かを判定し、温度差ΔＴが閾値ＴＨよりも小さいことを条件にステップＳ４９に進む。ステップＳ４９では、スイッチ７１，７２のうち、カソードが通電上流側を向くダイオードの側のスイッチでオフ異常が生じている旨を判定する。このとき、例えば図４に示す鉛蓄電池１０から回転電機４０への放電時においてスイッチ７１でオフ異常が生じていれば、検出電流が所定値よりも小さく、かつ温度差ΔＴが閾値ＴＨよりも小さいことに基づいて、スイッチ７１（すなわちカソードが通電上流側を向くダイオードの側のスイッチ）でオフ異常が生じている旨が判定される。

本実施形態によれば、電流検出部７５による検出電流と各スイッチ７１，７２の温度差ΔＴとにより、スイッチ７１，７２のオフ異常判定に加え、異常発生のスイッチを特定することが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・電源システムは、第１蓄電池及び第２蓄電池として鉛蓄電池１０とリチウムイオン蓄電池２０とを備えるものに限られない。例えば、鉛蓄電池１０及びリチウムイオン蓄電池２０のいずれかの代わりに、ニッケル水素蓄電池など他の二次電池を用いる構成としてもよい。また、第１蓄電池及び第２蓄電池をいずれも鉛蓄電池又はリチウムイオン蓄電池にすることも可能である。電源システムにおいて１つの蓄電池を用いる構成や３つ以上の蓄電池を用いる構成とすることも可能である。

・上記実施形態では、スイッチ７１，７２をスイッチモジュール８０として一体化して設けたが、これを変更することも可能である。例えば、基板上に各スイッチ７１，７２をそれぞれ実装する構成であってもよい。ただし、これら各スイッチ７１，７２として同じ品番を用いる等、熱特性を一致させておくことが望ましい。

・車載電源システムに限定されず、車載以外の電源システムに本発明を適用することも可能である。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

５０…電池制御装置、６１…第１直列接続体、６２…第２直列接続体、７１，７２…スイッチ、７３，７４…ダイオード、７５…電流検出部、７６，７７…温度検出部、ＳＷ１～ＳＷ４…開閉部。

Claims (7)

1. 直列接続された第１スイッチ（７１）及び第２スイッチ（７２）と、前記第１スイッチに並列となる第１ダイオード（７３）と、前記第２スイッチに並列となる第２ダイオード（７４）とを含み、かつ前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとが互いに逆となる向きで接続されている直列接続体（６１，６２）を有する開閉部（ＳＷ１～ＳＷ４）と、
   前記第１スイッチの温度を検出する第１温度検出部（７６）と、
   前記第２スイッチの温度を検出する第２温度検出部（７７）と、
   前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを流れる電流を検出する電流検出部（７５）と、を備えるシステムに適用され、
   前記開閉部の閉駆動時における前記第１温度検出部の検出温度と前記第２温度検出部の検出温度との差である温度差を算出する温度差算出部と、
   前記電流検出部の検出電流に基づいて、前記温度差との対比に用いる閾値を設定する設定部と、
   前記温度差算出部により算出された温度差が前記閾値よりも大きいことに基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのいずれかにオフ異常が生じていると判定する異常判定部と、を備えるスイッチ異常判定装置（５０）。
2. 前記開閉部は、前記直列接続体としての第１直列接続体（６１）及び第２直列接続体（６２）を並列接続して構成されており、
   前記開閉部を閉駆動する場合に前記第１直列接続体及び前記第２直列接続体の前記各スイッチに対してオン指令を出力するスイッチ制御部と、
   前記異常判定部により前記第１直列接続体及び前記第２直列接続体のいずれかの前記スイッチにオフ異常が生じていると判定された場合に、前記第１直列接続体及び前記第２直列接続体のうちオフ異常のスイッチを含む一方の前記直列接続体の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに対してオフ指令を出力するとともに、他方の前記直列接続体の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに対してオン指令を出力するフェイルセーフ処理部と、
   を備える請求項１に記載のスイッチ異常判定装置。
3. 前記フェイルセーフ処理部は、前記異常判定部による前記オフ異常が生じている旨の判定に伴い一方の前記直列接続体の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに対してオフ指令を出力し、かつ他方の前記直列接続体の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに対してオン指令を出力する場合に、前記オフ異常が生じている旨の判定前に比べて、前記開閉部における通電電流を制限する請求項２に記載のスイッチ異常判定装置。
4. 前記開閉部（ＳＷ１）に並列に設けられたバイパススイッチ（ＳＷ５）を有するシステムに適用され、
   前記異常判定部により前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのいずれかにオフ異常が生じていると判定された場合に、前記直列接続体の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに対してオフ指令を出力するとともに、前記バイパススイッチを閉状態とするフェイルセーフ処理部を備える請求項１～３のいずれか１項に記載のスイッチ異常判定装置。
5. 前記異常判定部は、前記温度差算出部により算出された温度差が前記閾値よりも大きい場合に、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうち高温である側においてオフ異常が生じていると判定する請求項１～４のいずれか１項に記載のスイッチ異常判定装置。
6. 前記異常判定部は、
   前記電流検出部の検出電流が所定値よりも大きく、かつ前記温度差算出部により算出された温度差が前記閾値よりも大きいことに基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうち、カソードが通電下流側を向く前記ダイオードの側のスイッチでオフ異常が生じていると判定する第１判定部と、
   前記電流検出部の検出電流が所定値よりも小さく、かつ前記温度差算出部により算出された温度差が前記閾値よりも小さいことに基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうち、カソードが通電上流側を向く前記ダイオードの側のスイッチでオフ異常が生じていると判定する第２判定部と、
   を有する請求項１～４のいずれか１項に記載のスイッチ異常判定装置。
7. 前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、同一の筐体（８１）内において互いに対称に配置され、かつ同様の放熱構造を有している請求項１～６のいずれか１項に記載のスイッチ異常判定装置。

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