JP7422670B2 - 電源システム、及び管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両に搭載される電源システム、及び管理装置に関する。

近年、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）が普及してきている。これらの電動車両にはキーデバイスとして、二次電池を備える電源システムが搭載される。

電源システムにおいて、過充電、過放電または過昇温が発生すると、電源システムと、走行用モータを駆動するインバータ間に設置されたコンタクタリレーをオープンする保護機能（以下、リレーカットという）が動作する。また過充電、過放電または過昇温を検出するための測定回路（例えば、電圧測定回路、電流測定回路または温度測定回路）に異常が発生した場合も、リレーカットが発動していた（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１２／１３２１７８号

ハイブリッド車（ＨＶ）またはプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）では、リレーカットが発動してもエンジンによる走行が可能であるが、エンジンを搭載しない純粋な電気自動車（ＥＶ）では、リレーカットが発動すると走行が不可能になる。上記の保護機能が搭載された電気自動車（ＥＶ）では、電池自体に異常が発生していなくても、測定回路に異常が発生していれば、走行が不可能になり、自走でカーディーラや修理工場に車両を移動させることができなくなる。

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、電動車両の安全性の確保と、ユーザの利便性の確保を両立させ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電源システムは、電動車両に搭載される電源システムであって、複数のセルが接続された蓄電部と、前記複数のセルの各電圧を測定する電圧測定部と、前記複数のセルに流れる電流を測定する電流測定部と、前記複数のセルの温度を測定する温度測定部と、前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、前記電流測定部により測定される電流、及び前記温度測定部により測定される温度をもとに、セル劣化の抑制および安全性確保のための電流の上限を規定する電流制限値を決定し、決定した電流制限値を前記電動車両内の上位の制御部に通知する制御部と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、電動車両の安全性の確保と、ユーザの利便性の確保を両立させることができる。

本発明の実施の形態に係る電源システムを搭載した電動車両を説明するための図である。 比較例と実施例における、電源システムの異常発生時の代替ストラテジとフェールセーフアクションをまとめた図である。 比較例に係る電源システムの保護機能を説明するためのフローチャートである。 実施例に係る電源システムの保護機能を説明するためのフローチャートである。 図１に示した電源システム、車載ネットワーク及び車両ＥＣＵの冗長化構成の具体例を示すブロック図である。 実施例における、電源システムの異常発生時の代替ストラテジとフェールセーフアクションをまとめた図である。 電圧測定機能全体に異常が発生した場合に起因する代替ストラテジに移行後の、電源システムの保護機能を説明するためのフローチャートである。 温度測定回路の異常時における代替ストラテジ２の具体例１を説明するための図である。 温度測定回路の異常時における代替ストラテジ２の具体例２を説明するための図である。 電流測定機能全体に異常が発生した場合に起因する代替ストラテジに移行後の、電源システムの保護機能を説明するためのフローチャートである。 図１１（ａ）、（ｂ）は、第１電流測定回路に異常が発生した場合の代替ストラテジを説明するための図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、第２電流測定回路に異常が発生した場合の代替ストラテジを説明するための図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る電源システム１０を搭載した電動車両１を説明するための図である。電動車両１は、外部に設置された充電器３から充電が可能なＥＶを想定する。

電源システム１０は、第１リレーＲＹ１及びインバータ４０を介してモータ５０に接続される。インバータ４０は力行時、電源システム１０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５０に供給する。回生時、モータ５０から供給される交流電力を直流電力に変換して電源システム１０に供給する。モータ５０は三相交流モータであり、力行時、インバータ４０から供給される交流電力に応じて回転する。回生時、減速による回転エネルギーを交流電力に変換してインバータ４０に供給する。

第１リレーＲＹ１は、電源システム１０とインバータ４０を繋ぐ配線間に挿入されるコンタクタである。車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０は、走行時、第１リレーＲＹ１をオン状態（閉状態）に制御し、電源システム１０と電動車両１の動力系を電気的に接続する。車両ＥＣＵ３０は非走行時、原則として第１リレーＲＹ１をオフ状態（開状態）に制御し、電源システム１０と電動車両１の動力系を電気的に遮断する。なおリレーの代わりに、半導体スイッチなどの他の種類のスイッチを用いてもよい。

電源システム１０は、電動車両１の外に設置された充電器３と充電ケーブル４で接続することにより商用電力系統２から充電することができる。充電器３は、家庭、カーディーラ、サービスエリア、商業施設、公共施設などに設置される。充電器３は商用電力系統２に接続され、充電ケーブル４を介して電動車両１内の電源システム１０を充電する。電動車両１において、電源システム１０と充電器３を繋ぐ配線間に第２リレーＲＹ２が挿入される。なおリレーの代わりに、半導体スイッチなどの他の種類のスイッチを用いてもよい。車両ＥＣＵ３０は充電開始前に、第２リレーＲＹ２をオン状態（閉状態）に制御し、充電終了後にオフ状態（開状態）に制御する。

一般的に、普通充電の場合は交流で、急速充電の場合は直流で充電される。交流で充電される場合、第２リレーＲＹ２と電源システム１０との間に挿入されるＡＣ／ＤＣコンバータ（不図示）により、交流電力が直流電力に変換される。

電源システム１０は、蓄電部１１と管理部１２を備え、蓄電部１１は、直列接続された複数のセルＥ１－Ｅｎを含む。より具体的には蓄電部１１は、１つ又は複数の蓄電モジュールを含む。複数の蓄電モジュールは直列／直並列接続されて構成される。各蓄電モジュールは、直列／直並列接続された複数のセルを含む。セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６－３．７Ｖ）を使用する例を想定する。セルＥ１－Ｅｎの直列数は、モータ５０の駆動電圧に応じて決定される。

複数のセルＥ１－Ｅｎと直列にシャント抵抗Ｒｓが接続される。シャント抵抗Ｒｓは電流検出素子として機能する。なおシャント抵抗Ｒｓの代わりにホール素子を用いてもよい。また蓄電部１１内に、複数のセルＥ１－Ｅｎの温度を検出するための複数の温度センサＴ１、Ｔ２が設置される。温度センサは各蓄電モジュールに１つ設置されてもよいし、複数のセルごとに１つ設置されてもよい。温度センサＴ１、Ｔ２には例えば、サーミスタを使用することができる。

管理部１２は、電圧測定部１３、温度測定部１４、電流測定部１５及び制御部１６を備える。直列接続された複数のセルＥ１－Ｅｎの各ノードと、電圧測定部１３との間は複数の電圧線で接続される。電圧測定部１３は、隣接する２本の電圧線間の電圧をそれぞれ測定することにより、各セルＥ１－Ｅｎの電圧を測定する。電圧測定部１３は、測定した各セルＥ１－Ｅｎの電圧を制御部１６に送信する。

電圧測定部１３は制御部１６に対して高圧であるため、電圧測定部１３と制御部１６間は絶縁された状態で、通信線で接続される。電圧測定部１３は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）または汎用のアナログフロントエンドＩＣで構成することができる。電圧測定部１３はマルチプレクサ及びＡ／Ｄ変換器を含む。マルチプレクサは、隣接する２本の電圧線間の電圧を上から順番にＡ／Ｄ変換器に出力する。Ａ／Ｄ変換器は、マルチプレクサから入力されるアナログ電圧をデジタル値に変換する。

温度測定部１４は分圧抵抗およびＡ／Ｄ変換器を含む。Ａ／Ｄ変換器は、複数の温度センサＴ１、Ｔ２と複数の分圧抵抗によりそれぞれ分圧された複数のアナログ電圧を順次、デジタル値に変換して制御部１６に出力する。制御部１６は当該デジタル値をもとに複数のセルＥ１－Ｅｎの温度を推定する。例えば制御部１６は、各セルＥ１－Ｅｎの温度を、各セルＥ１－Ｅｎに最も隣接する温度センサで測定された値をもとに推定する。

電流測定部１５は差動アンプ及びＡ／Ｄ変換器を含む。差動アンプはシャント抵抗Ｒｓの両端電圧を増幅してＡ／Ｄ変換器に出力する。Ａ／Ｄ変換器は、差動アンプから入力される電圧をデジタル値に変換して制御部１６に出力する。制御部１６は当該デジタル値をもとに複数のセルＥ１－Ｅｎに流れる電流を推定する。

なお制御部１６内にＡ／Ｄ変換器が搭載されており、制御部１６にアナログ入力ポートが設置されている場合、温度測定部１４及び電流測定部１５はアナログ電圧を制御部１６に出力し、制御部１６内のＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換してもよい。

制御部１６は、電圧測定部１３、温度測定部１４及び電流測定部１５により測定された複数のセルＥ１－Ｅｎの電圧、温度、及び電流をもとに複数のセルＥ１－Ｅｎの状態を管理する。制御部１６と車両ＥＣＵ３０間は、車載ネットワーク２０により接続される。車載ネットワーク２０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等の規格の少なくとも１つを使用して構築される。以下、本実施の形態では車載ネットワーク２０にＣＡＮを使用する例を想定する。

制御部１６はマイクロコンピュータ及び不揮発メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ）により構成することができる。不揮発メモリ内に、ＳＯＣ(State Of Charge)－ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）マップ１６ａ及びＳＯＣ・温度マップ１６ｂが保持される。ＳＯＣ－ＯＣＶマップ１６ａには、複数のセルＥ１－ＥｎのＳＯＣ－ＯＣＶカーブの特性データが記述されている。

ＳＯＣ・温度マップ１６ｂは、セルのＳＯＣ及び温度と、電流制限値との関係を規定したマップである。電流制限値は、セルの劣化を抑制するために推奨される電流の上限値を規定した値である。電池メーカは、事前に数値シミュレーションや実験をもとに、セルのＳＯＣ及び温度の種々の組み合わせごとに、推奨される電流制限値を決定し、それらの関係をマップ化する。推奨される電流制限値は例えば、平均的なセルの寿命曲線より劣化の進行が早くなることを回避するための電流値に設定される。推奨される電流制限値は、充電電流と放電電流のそれぞれについて別々に設けられる。電池メーカにより生成されたＳＯＣ・温度マップ１６ｂは、制御部１６内の不揮発メモリに登録される。

なお、セルのＳＯＣ及び温度と、推奨される電流制限値との関係は関数化されて定義されてもよい。その場合も、導出された関数が制御部１６内の不揮発メモリに登録される。また、推奨される電流制限値の代わりに、推奨される電力制限値を用いてもよい。

制御部１６は、複数のセルＥ１－ＥｎのそれぞれのＳＯＣ及びＳＯＨ(State Of Health）を推定する。制御部１６は、ＯＣＶ法と電流積算法を組み合わせて、ＳＯＣを推定する。ＯＣＶ法は、電圧測定部１３により測定される各セルＥ１－ＥｎのＯＣＶと、ＳＯＣ－ＯＣＶマップ１６ａに記述されるＳＯＣ－ＯＣＶカーブの特性データをもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、各セルＥ１－Ｅｎの充放電開始時のＯＣＶと、電流測定部１５により測定される電流の積算値をもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、充放電時間が長くなるにつれて、電流測定部１５の測定誤差が累積していく。従って、ＯＣＶ法により推定されたＳＯＣを用いて、電流積算法により推定されたＳＯＣを補正する必要がある。

ＳＯＨは、初期の満充電容量に対する現在の満充電容量の比率で規定され、数値が低いほど（０％に近いほど）劣化が進行していることを示す。ＳＯＨは、完全充放電による容量測定により求めてもよいし、保存劣化とサイクル劣化を合算することにより求めてもよい。保存劣化はＳＯＣ、温度、及び保存劣化速度をもとに推定することができる。サイクル劣化は、使用するＳＯＣ範囲、温度、電流レート、及びサイクル劣化速度をもとに推定することができる。保存劣化速度およびサイクル劣化速度は、予め実験やシミュレーションにより導出することができる。ＳＯＣ、温度、ＳＯＣ範囲、及び電流レートは測定により求めることができる。

またＳＯＨは、セルの内部抵抗との相関関係をもとに推定することもできる。内部抵抗は、セルに所定の電流を所定時間流した際に発生する電圧降下を、当該電流値で割ることにより推定することができる。内部抵抗は温度が上がるほど低下する関係にあり、ＳＯＨが低下するほど増加する関係にある。

制御部１６は、複数のセルＥ１－Ｅｎの状態を、車載ネットワーク２０を介して車両ＥＣＵ３０に通知する。例えば制御部１６は、複数のセルＥ１－Ｅｎの各ＳＯＣを合算して蓄電部１１全体のＳＯＣを算出し、算出した蓄電部１１全体のＳＯＣを車両ＥＣＵ３０に通知する。また制御部１６は、蓄電部１１に印加されている電圧、及び蓄電部１１に流れている電流をリアルタイムに車両ＥＣＵ３０に通知する。また車両ＥＣＵ３０は、上述の電流制限値を車両ＥＣＵ３０に通知する。

車両ＥＣＵ３０は電動車両１全体を制御する。車両ＥＣＵ３０は例えば、統合型のＶＣＭ（Vehicle control module）で構成されていてもよい。電動車両１内において計器盤６０は、運転席に対向して配置される。計器盤６０は、タコメータ、スピードメータ、各種のテルテールランプを含む。テルテールランプには、電動車両１内の機器の異常を示すコーションランプが含まれる。例えば、電源システム１０の異常を示すコーションランプや車載ネットワーク２０の異常を示すコーションランプが含まれる。

車両ＥＣＵ３０は、電動車両１内のいずれかの機器に異常が発生したことを車載ネットワーク２０を介して受信すると、計器盤６０の対応するコーションランプを点灯させる。運転者は、機器の修理が必要なコーションランプが点灯すると、走行が可能な場合は、カーディーラや修理工場まで自走で移動する。走行が不可能な場合はロードサービスを利用する。

図２は、比較例と実施例における、電源システム１０の異常発生時の代替ストラテジとフェールセーフアクションをまとめた図である。後述の通り、比較例のフェールセーフアクションは、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）の制御として好適であり、実施例のフェールセーフアクションは、エンジンを搭載しない純粋な電気自動車（ＥＶ）の制御として好適である。比較例では、電源システム１０に対する車両側からの外部制御により、セルに過充電、過放電、過昇温のいずれかが検出されると制御部１６は、リレーカット要求を車載ネットワーク２０を介して車両ＥＣＵ３０に送信する。車両ＥＣＵ３０は当該リレーカット要求を受信すると、第１リレーＲ１をターンオフする。

制御部１６は、電圧測定部１３により測定された各セルの電圧と、オーバーボルテージ
（ＯＶ）を検出するためのＯＶ閾値とを比較し、当該ＯＶ閾値より電圧が高いセルを過充電と判定する。また制御部１６は、電圧測定部１３により測定された各セルの電圧と、アンダーボルテージ（ＵＶ）を検出するためのＵＶ閾値とを比較し、当該ＵＶ閾値より電圧が低いセルを過放電と判定する。通常、ＯＶ閾値は、セルの上側の使用限界電圧より保護マージン分、低い値に設定される。ＵＶ閾値は、セルの下側の使用限界電圧より保護マージン分、高い値に設定される。また制御部１６は、温度測定部１４により測定された各セルの温度と、オーバーテンパチャー（ＯＴ）を検出するためのＯＴ閾値とを比較し、当該ＯＴ閾値より温度が高いセルを過昇温と判定する。

比較例では、セルの保護機能を実現する回路（具体的には、電圧測定部１３、温度測定部１４、電流測定部１５）に異常が発生した場合も、制御部１６は、リレーカット要求を車両ＥＣＵ３０に送信する。以上の通り、比較例のフェールセーフアクションは、いずれかの測定部が故障した際には、リレーカットを行うことで、不確実な状態での電池システム１０の使用を防止することができる。特に、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）では、エンジンによる走行が可能であるため、回路に異常が発生した場合に、フェールセーフアクションとしてリレーカットをしても、不都合が少ない。したがって、比較例のフェールセーフアクションは、この種の車両に搭載される電池システムの制御として好適である。

しかしながら、エンジンを搭載しない純粋な電気自動車（ＥＶ）では、電源システム１０が突然停止すると、安全な場所に停止できない可能性がある。また安全な場所に停止できても、その後に自走できないため、ユーザの利便性が低下する。従って、純粋な電気自動車（ＥＶ）では、車両の安全性の確立と、基本性能(走る・曲がる・止まる)の継続を両立させることが求められる。

実施例では、セルの異常検出は、ＳＯＣ・温度マップ１６ｂを用いた電流制限（以下適宜、パワーリミットともいう）により実行する。

ＳＯＣ・温度マップを用いたパワーリミットは、セルの劣化を抑制するという観点で許容される電流値を示す値である。なお、従来の電源システムや電動車両では、ＳＯＣ・温度マップを用いたパワーリミットは、あくまでセルの劣化を抑制するための推奨値を示すものであるため、制御部から車両ＥＣＵに送信される電流制限値に従い、車両ＥＣＵがパワーリミットを実行するか否かは、車両メーカの設計思想に委ねられていた。典型的な従来の電動車両の車両ＥＣＵでは、電池寿命を重視する経済モードが選択されているときはパワーリミットを実行し、走行制限がかからないノーマルモードが選択されているときはパワーリミットを実行しないように充放電が制御されていた。

これに対して、実施例では、電源システムから伝送されるパワーリミット信号を、異常信号として取り扱うように構成されている。具体的には、電流制限値がゼロとなる値を示すパワーリミット信号を受け取った車両ＥＣＵは、車両ＥＣＵが取得するその他のデータから安全が確認できた段階でリレーカットを実行するように構成される。これにより、実施例では、ＳＯＣ・温度マップ１６ｂを用いたパワーリミットによりセルの異常検出を実行することで、ＯＶやＵＶ、ＯＴなどの異常状態になる前の段階で、セルの異常と判定することができるようになっている。特に重要なことは、パワーリミットを異常信号として取り扱うことで、ＳＯＣと温度の両方に関係する境界が特定されることになるため、従来、ＯＶ／ＵＶや、ＯＴといった個別に判断していた複数の異常を統合して評価できるようになる点にある。

具体的には、上述の通り、ＳＯＣは、ＯＣＶ法と電流積算法を組み合わせて推定されるようになっており、ＯＣＶ法および電流積算法のいずれか一方のみでＳＯＣを推定することもできる。加えて、ＯＣＶ法に関しては、ＯＣＶを計測する電圧測定部１３が冗長化構成となっており、電流積算法に関しては、電流積算値を計測する電流測定部１５が冗長化構成となっている。そのため、図５に示す代替ストラテジを実行した場合であっても、パワーリミットを演算するための測定値を計測する回路は、冗長化構成が維持されることになる。例えば、電圧測定部１３に関して、回路異常が生じた場合であっても、冗長化構成を取っている電流測定部１５の測定値に基づいてパワーリミットを演算することができる。

なお、比較例の構成の場合は、ＯＶ／ＵＶの判定と、ＯＴの判定との間には相関がないため、仮に、電圧測定部１３に関して、回路異常が生じた場合を想定した際、実施例のような代替ストラテジを採用すると、冗長化構成が維持されていない状態での動作を許容することになってしまう。そのため、比較例の構成では、このような構成を取ることは信頼性の観点で許容できない。

パワーリミットを実行する場合、車両ＥＣＵ３０は、電源システム１０の制御部１６から受信した電流制限値をインバータ４０に設定する。なおインバータ４０と第１リレーＲＹ１との間にＤＣ／ＤＣコンバータ（不図示）が設置され、当該ＤＣ／ＤＣコンバータにより電流が制御されている場合は、車両ＥＣＵ３０は受信した電流制限値を当該ＤＣ／ＤＣコンバータに設定する。インバータ４０又は当該ＤＣ／ＤＣコンバータは、設定された電流制限値の範囲内で出力電流（蓄電部１１からの放電電流）を制御する。

なお充電器３から電源システム１０への充電時、車両ＥＣＵ３０は、電源システム１０の制御部１６から受信した電流制限値を、通信線（不図示）を介して充電器３に設定する。なお充電器３と第２リレーＲＹ２の間にＡＣ／ＤＣコンバータ又はＤＣ／ＤＣコンバータが設置され、当該ＡＣ／ＤＣコンバータ又は当該ＤＣ／ＤＣコンバータにより充電電流が制御されている場合は、車両ＥＣＵ３０は受信した電流制限値を、当該ＡＣ／ＤＣコンバータ又は当該ＤＣ／ＤＣコンバータに設定する。

実施例では、ＳＯＣ・温度マップ１６ｂを用いたパワーリミットを、セルの劣化抑制に加え、電動車両１の安全性確保にも使用する。実施例では、電流制限値がゼロになることもある。電流制限値がゼロになるのは、セルの状態が、過充電、過放電、過昇温のいずれかが発生した状態と同等の状態と推定されるときである。なお、より安全性を確保するために、過充電、過放電、過昇温のいずれかが発生した状態より手前の状態で、電流制限値がゼロになるＳＯＣ・温度マップ１６ｂが生成されていてもよい。この場合、車両ＥＣＵ３０は、電源システム１０の制御部１６から受信した電流制限値がゼロのとき、第１リレーＲＹ１をターンオフする。

実施例では、セルの保護機能を実現する回路（具体的には、電圧測定部１３、温度測定部１４、電流測定部１５）に異常が発生した場合、制御部１６は代替ストラテジを実行するとともに、車両ＥＣＵ３０に縮退モードへの移行要求を通知する。

車載用途では一般的に、電圧測定部１３に冗長化構成が採用されることが多い。また電流測定部１５も冗長化構成が採用されることが多い。代替ストラテジとして、冗長化構成の主機能に異常が発生した場合、冗長機能により動作を継続する。また冗長化構成の冗長機能に異常が発生した場合、主機能のみにより動作を継続する。また冗長化構成の主機能と冗長機能の両方に異常が発生した場合、他の測定回路で測定された値をもとに代替値を生成して動作を継続する。いずれの場合も測定回路が完全な状態ではないため、電動車両１を縮退モードに移行させて安全性を向上させることにより、測定回路の信頼性が低下した分を補う。なお、代替ストラテジ及び縮退モードの具体例は後述する。

図３は、比較例に係る電源システム１０の保護機能を説明するためのフローチャートである。電動車両１の電源がオン（エンジン車両のイグニッションオンに相当する）されると、制御部１６は、電圧測定部１３、温度測定部１４及び電流測定部１５により測定された複数のセルＥ１－Ｅｎの電圧、温度、及び電流を取得する（Ｓ１１）。測定回路に異常が発生している場合（Ｓ１２のＹ）、制御部１６はリレーカット要求信号を車両ＥＣＵ３０に通知する（Ｓ１５）。測定回路に異常が発生していない場合（Ｓ１２のＮ）、制御部１６は、取得した電圧、電流をもとに複数のセルＥ１－ＥｎのＳＯＣを推定する（Ｓ１３）。

制御部１６は、取得した電圧とＯＶ閾値、取得した電圧とＵＶ閾値、取得した温度とＯＴ閾値をそれぞれ比較する（Ｓ１４）。過充電、過放電または過昇温が検出された場合（Ｓ１４のＹ）、制御部１６はリレーカット要求信号を車両ＥＣＵ３０に通知する（Ｓ１５）。過充電、過放電または過昇温が検出されない場合（Ｓ１４のＮ）、ステップＳ１１に遷移し、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。

車両ＥＣＵ３０は、電源システム１０の制御部１６からリレーカット要求信号を受信すると、第１リレーＲＹ１をターンオフしてリレーカットを実行する（Ｓ１６）。

図４は、実施例に係る電源システム１０の保護機能を説明するためのフローチャートである。電動車両１の電源がオンされると、制御部１６は、電圧測定部１３、温度測定部１４及び電流測定部１５により測定された複数のセルＥ１－Ｅｎの電圧、温度、及び電流を取得する（Ｓ２１）。測定回路に異常が発生している場合（Ｓ２２のＹ）、制御部１６は代替ストラテジを実行する（Ｓ２６）。制御部１６は代替ストラテジを終了すると、リレーカット要求信号を車両ＥＣＵ３０に通知する（Ｓ２７）。

ステップＳ２２において、測定回路に異常が発生していない場合（Ｓ２２のＮ）、制御部１６は、取得した電圧、電流をもとに複数のセルＥ１－ＥｎのＳＯＣを推定する（Ｓ２３）。制御部１６は、推定した各セルのＳＯＣと、各セルの温度をもとにＳＯＣ・温度マップ１６ｂを参照して、各セルの電流制限値を決定する（Ｓ２４）。

制御部１６は、決定した各セルの電流制限値のうち、最も小さい電流制限値を選択し、選択した電流制限値を車両ＥＣＵ３０に通知する（Ｓ２５）。ステップＳ２１に遷移し、ステップＳ２１以降の処理を繰り返す。

図５は、図１に示した電源システム１０、車載ネットワーク２０及び車両ＥＣＵ３０の冗長化構成の具体例を示すブロック図である。図５に示す例では、電圧測定部１３は、計測系の主電圧測定回路１３ａと、監視系の副電圧測定回路１３ｂで構成される。

本実施例では、主電圧測定回路１３ａ及び副電圧測定回路１３ｂの両方がプロセッサを用いたソフトウェア制御が可能な回路構成を採用する。例えば、主電圧測定回路１３ａと副電圧測定回路１３ｂに同じＡＳＩＣを採用する。なお、主電圧測定回路１３ａに相対的に高スペックのＡＳＩＣを採用し、副電圧測定回路１３ｂに相対的に低スペックのＡＳＩＣを採用してもよい。

なお、一般的には、図２の比較例に示すように、回路異常が発生した場合、すなわち、主電圧測定回路１３ａ及び副電圧測定回路１３ｂのいずれか一方が異常となった場合、リレーカットを行うため、主電圧測定回路はプロセッサを用いたソフトウェア制御が可能な回路構成、副電圧測定回路はプロセッサを用いないハードウェア制御のみが可能な回路構成で設計されることが多い。しかしながら、本実施例においては、代替ストラテジで動作を継続する構成となるため、主電圧測定回路１３ａ及び副電圧測定回路１３ｂを、プロセッサを用いないハードウェア制御のみが可能な回路で構成することはない。本実施例において、パワーリミットによる異常検知は、上述の通り、ＳＯＣ・温度マップ１６ｂを用いて判定されるため、電圧の測定値の信頼性が低下しても、パワーリミットによる異常検知を継続することができる。そのため、本実施例は、パワーリミットによる異常検知と併用することで、縮退モードでの使用を許容することができるように構成されている。

温度測定部１４は、温度測定回路１４ａで構成される。電流測定部１５は、ハイレンジの第１電流測定回路１５ａと、ローレンジの第２電流測定回路１５ｂで構成される。ハイレンジの第１電流測定回路１５ａは、ローレンジの第２電流測定回路１５ｂより、相対的に電圧入力範囲が広い差動アンプ及びＡ／Ｄ変換器を使用する。一般的に、差動アンプ及びＡ／Ｄ変換器では、レンジが広いものほどオフセット誤差が大きくなるため、ローレンジの第２電流測定回路１５ｂの方が検出精度は高くなる。車載ネットワーク２０は、メインネットワーク２０ａとサブネットワーク２０ｂで構成される。

なお、上記電流測定部１５の構成は一例であり、必ずしもハイレンジの電流測定回路とローレンジの電流測定回路で構成する必要はない。例えば、第１電流測定回路１５ａと第２電流測定回路１５ｂを、同じ電流センサで構成したり、ホール素子を用いた電流測定回路とシャント抵抗を用いた電流測定回路を組み合わせて構成したりしてもよい。

図６は、実施例における、電源システム１０の異常発生時の代替ストラテジとフェールセーフアクションをまとめた図である。主電圧測定回路１３ａと副電圧測定回路１３ｂの両方（電圧測定機能全体）の異常には、例えばＡＳＩＣの電源異常、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）通信異常が挙げられる。電圧測定機能全体に異常が発生した場合、電源システム１０を構成する一部のセルの電圧情報が得られない状態になる。そのため、制御部１６は代替ストラテジとして、異常が発生したＡＳＩＣのデータを他の正常なＡＳＩＣのデータで置き換え、上述のパワーリミットを計算する。パワーリミットは、電圧値のみで計算するわけではないので、一部のデータの信頼性が低下しても、他のパラメータから電源システム１０の異常状態を検出することができる。電動車両１に搭載される電池システム１０は数百ボルトになるため、多数のセルが直列接続されて構成されている。１つのＡＳＩＣが電圧を測定するセルの数（測定単位）は一般的に１０～２０である。従って、１つの電源システム１０には複数のＡＳＩＣが設けられることになる。いずれかの測定単位のＡＳＩＣ（主電圧測定回路１３ａと副電圧測定回路１３ｂの両方）に異常が発生した場合でも、当該ＡＳＩＣの測定値を使用できなくなるだけであり、他の測定単位の正常なＡＳＩＣの測定値は使用することができる。

その上で、制御部１６は、信頼性の低下を補うように、フェールセーフアクションとして縮退モードへの移行を実行する。縮退モードとして、例えばセルのＳＯＣ使用範囲を制限する。例えば、ノーマルモードのＳＯＣ使用範囲が２０～８０％の場合、縮退モードのＳＯＣ範囲を４０～６０％に制限する。また縮退モードとして、例えば電流測定部１５により測定された電流値に所定のオフセット値を加える。充電の場合は正のオフセット値を加え、放電の場合は負のオフセット値を加える。オフセット値には、電池メーカにより事前に数値シミュレーションや実験をもとに決定された値が使用される。オフセット値は、固定値であってもよいし、測定された電流値に応じた変動値であってもよい。例えば、測定された電流値に定率を掛けた値をオフセット値としてもよい。

これにより、実際に流れている電流より、絶対値が大きい電流値をもとに制御部１６がＳＯＣを推定することになる。従って、制御部１６により推定されるＳＯＣが、実際のＳＯＣより、放電時は小さく、充電時は大きくなる。従って、ＳＯＣの上限値／下限値に到達しやすくなる。

また縮退モードとして、制御部１６は推定したＳＯＣに所定の係数を掛ける。充電の場合は１を超える係数を掛け、放電の場合は１未満の係数を掛ける。なお、充電の場合は１未満の係数を掛け、放電の場合は１を超える係数を掛ける構成であってもよい。充電時と放電時の係数には、電池メーカにより事前に数値シミュレーションや実験をもとに決定された値が使用される。ＳＯＣに所定の係数を掛けることにより、制御部１６により推定されるＳＯＣが、実際のＳＯＣより、放電時は小さく、充電時は大きくなる。従って、ＳＯＣの上限値／下限値に到達しやすくなる。なお、推定されたＳＯＣに所定の係数を掛ける代わりに、充電のときは正のオフセットを加え、放電のときは負のオフセットを加える処理でもよい。

縮退モードは電源システム１０と車両ＥＣＵ３０の両方で実行される。例えば車両ＥＣＵ３０は、上述したセルのＳＯＣ使用範囲を制限する処理を実行する。また例えば車両ＥＣＵ３０は、制御部１６から送信されてくる電流制限値にもとづくパワーリミット制御を必須制御として実行する。また例えば電源システム１０は、上述した測定された電流値に所定のオフセット値を加える処理、及び／又は上述した推定されたＳＯＣに所定の係数を掛ける処理を実行する。なお縮退モードにおいて、電源システム１０の制御部１６から車両ＥＣＵ３０に送信される電流値／ＳＯＣは、オリジナルの測定値／推定値であってもよいし、上記加工が加えられた測定値／推定値であってもよい。

図７は、電圧測定機能全体に異常が発生した場合に起因する代替ストラテジに移行後の、電源システム１０の保護機能を説明するためのフローチャートである。制御部１６は、電圧測定部１３、温度測定部１４及び電流測定部１５により測定された複数のセルＥ１－Ｅｎの電圧、温度、及び電流を取得する（Ｓ２６１）。代替ストラテジが実行された後、さらに別の測定回路に異常が発生していない間は（Ｓ２６２のＮ）、制御部１６は、故障した測定単位の主電圧測定回路１３ａ及び副電圧測定回路１３ｂの電圧値を、他の正常な測定単位の電圧測定部１３で測定された電圧値で置換する（Ｓ２６３）。制御部１６は、フェールセーフアクションとして、セルのＳＯＣ使用範囲を制限する（Ｓ２６４）。

制御部１６は、取得または置換した電圧、及び取得した電流をもとに複数のセルＥ１－ＥｎのＳＯＣを推定する（Ｓ２６５）。制御部１６は、推定した各セルのＳＯＣと、各セルの温度をもとにＳＯＣ・温度マップ１６ｂを参照して、各セルの電流制限値を決定する
（Ｓ２６６）。制御部１６は、決定した各セルの電流制限値のうち、最も小さい電流制限値を選択し、選択した電流制限値を車両ＥＣＵ３０に通知する（Ｓ２６７）。ステップＳ２６１に遷移し、ステップＳ２６１以降の処理を繰り返す。ステップＳ２６２において、別の測定回路に異常が発生した場合（Ｓ２６２のＹ）、当該代替ストラテジを終了する。

このように、ある測定単位の電圧測定機能全体に異常が発生した場合でも、代替ストラテジとして他の正常な測定単位の電圧測定部１３で測定された電圧値に置換することにより、縮退モードの範囲内で電動車両１の走行を継続することができる。縮退モードに移行することにより、より安全性が高く要求される基準で電動車両１が運用されることになるため、電圧測定機能の異常による信頼性の低下を補うことができる。これにより、電圧測定機能全体に異常が発生した場合における、電動車両１の安全性の確保と、ユーザの利便性の確保を両立させることができる。これに対して比較例では、電圧測定機能全体に異常が発生するとリレーカットになり、電動車両１が走行できなくなり、ユーザの利便性が損なわれる。

図６に戻る。主電圧測定回路１３ａの異常には、例えばＡ／Ｄ変換器の出力が張り付くことが挙げられる。主電圧測定回路１３ａに異常が発生した場合、制御部１６は代替ストラテジとして、副電圧測定回路１３ｂにより測定されたデータを使用する。

主電圧測定回路１３ａに異常が発生した場合、主電圧測定回路１３ａにより測定されたデータと副電圧測定回路１３ｂにより測定されたデータを比較することができなくなるため、データの信頼性が低下する。

制御部１６は、フェールセーフアクションとして縮退モードへの移行を実行する。縮退モードとして、例えば車両ＥＣＵ３０は、上述したセルのＳＯＣ使用範囲を制限する処理を実行する。また例えば、車両ＥＣＵ３０は、制御部１６から送信されてくる電流制限値にもとづくパワーリミット制御を必須制御として実行する。

このように主電圧測定回路１３ａに異常が発生した場合でも、代替ストラテジとして副電圧測定回路１３ｂにより測定されたデータを使用することにより、縮退モードの範囲内で電動車両１の走行を継続することができる。これにより、主電圧測定回路１３ａに異常が発生した場合における、電動車両１の安全性の確保と、ユーザの利便性の確保を両立させることができる。

これに対して比較例では、副電圧測定回路１３ｂがプロセッサを用いないハードウェア制御のみが可能な回路構成が採用されることが多かった。この場合、主電圧測定回路１３ａに異常が発生すると、縮退モードに移行することができなかった。この点、本実施例では副電圧測定回路１３ｂに、プロセッサを用いたソフトウェア制御が可能な回路構成を採用しているため、副電圧測定回路１３ｂが主電圧測定回路１３ａの機能を代替することができる。従って、縮退モードの範囲内で電動車両１の走行を継続することができる。

副電圧測定回路１３ｂの異常には、例えばＡ／Ｄ変換器の出力が張り付くことが挙げられる。副電圧測定回路１３ｂに異常が発生した場合、制御部１６は、副電圧測定回路１３ｂにより測定されたデータが取得できない状態で、主電圧測定回路１３ａにより測定されたデータの使用を継続する。

副電圧測定回路１３ｂに異常が発生した場合も、主電圧測定回路１３ａにより測定されたデータと副電圧測定回路１３ｂにより測定されたデータを比較することができなくなるため、データの信頼性が低下する。

制御部１６は、フェールセーフアクションとして縮退モードへの移行を実行する。縮退モードとして、例えば車両ＥＣＵ３０は、上述したセルのＳＯＣ使用範囲を制限する処理を実行する。また例えば車両ＥＣＵ３０は、制御部１６から送信されてくる電流制限値にもとづくパワーリミット制御を必須制御として実行する。

このように副電圧測定回路１３ｂに異常が発生した場合でも、縮退モードの範囲内で電動車両１の走行を継続することができる。これにより、副電圧測定回路１３ｂに異常が発生した場合における、電動車両１の安全性の確保と、ユーザの利便性の確保を両立させることができる。

温度測定回路１４ａの異常には、例えばサーミスタの出力張り付き、出力ドリフト異常が挙げられる。温度測定回路１４ａに異常が発生した場合、制御部１６は代替ストラテジ１として、異常なサーミスタ出力により推定される温度を、正常なサーミスタ出力により推定される温度に置換する。また、制御部１６は代替ストラテジ２として、異常なサーミスタの測定値にオフセット値を加算して使用する。また、制御部１６は代替ストラテジ３として、異常なサーミスタのうち、正常なサーミスタと同じ挙動をするものがあった場合は、その異常なサーミスタの測定値を、挙動が同じ正常なサーミスタの測定値に置換する。

複数のサーミスタの１つに異常が発生した場合において、残りのサーミスタの測定値から推定される温度分布に変化がない場合、制御部１６は代替ストラテジ１を実行する。複数のサーミスタの１つに異常が発生した場合において、残りのサーミスタの測定値から推定される温度分布に変化がある場合、制御部１６は代替ストラテジ２を実行する。

図８は、温度測定回路１４ａの異常時における代替ストラテジ２の具体例１を説明するための図である。複数のサーミスタの１つに異常が発生した場合において、制御部１６は、複数のサーミスタの測定値のそれぞれに、所定のオフセット値を加える。オフセット値には、電池メーカにより事前に数値シミュレーションや実験をもとに決定された値が使用される。具体例１では、全てのサーミスタの測定値に、同じ値のオフセットを一律に加える。

図９は、温度測定回路１４ａの異常時における代替ストラテジ２の具体例２を説明するための図である。複数のサーミスタの１つに異常が発生した場合において、制御部１６は、複数のサーミスタの測定値の中央値を算出する。なお中央値の代わりに平均値を算出してもよい。制御部１６は、当該中央値を中心にした所定レンジから外れた測定値を特定する。制御部１６は、特定した測定値のみにオフセット値を加える。当該オフセット値には、事前に決定された固定値を使用してもよいし、変動値を使用してもよい。変動値として、例えば、中央値と各測定値との偏差の平均値を使用してもよい。

これにより、実際に測定された温度より高い温度をもとに、制御部１６は、ＳＯＣ・温度マップ１６ｂを参照して電流制限値を決定することになる。ＳＯＣ・温度マップ１６ｂでは、温度が高いほど電流制限値の絶対値が小さな値に設定されているため、実際に測定された温度より高い温度をもとに電流制限値が決定されると、より抑制的な電流制限値が選択されることになる。

制御部１６は、フェールセーフアクションとして縮退モードへの移行を実行する。縮退モードとして、例えば車両ＥＣＵ３０は、上述したセルのＳＯＣ使用範囲を制限する処理を実行する。また例えば車両ＥＣＵ３０は、制御部１６から送信されてくる電流制限値にもとづくパワーリミット制御を必須制御として実行する。

このように温度測定回路１４ａに異常が発生した場合でも、上記代替ストラテジ１～３のいずれかを実行することにより、縮退モードの範囲内で電動車両１の走行を継続することができる。これにより、温度測定回路１４ａに異常が発生した場合における、電動車両１の安全性の確保と、ユーザの利便性の確保を両立させることができる。これに対して比較例では、複数のサーミスタの１つに異常が発生すると、リレーカットになり、電動車両１が走行できなくなっていた。この点、本実施例では縮退モードの範囲内で電動車両１の走行を継続することができる。

図６に戻る。第１電流測定回路１５ａと第２電流測定回路１５ｂの両方（電流測定機能全体）の異常には、例えば電流センサ（例えば、ホール素子、差動アンプ、Ａ／Ｄ変換器）の電源異常が挙げられる。電流測定機能全体に異常が発生した場合、制御部１６は代替ストラテジとして、ＯＣＶ法により推定されるＳＯＣを使用する。

制御部１６は、フェールセーフアクションとして縮退モードへの移行を実行する。縮退モードとして、例えばセルのＳＯＣ使用範囲を制限する。また縮退モードとして、例えば電圧測定部１３により測定された電圧値に所定のオフセット値を加える。充電の場合は正のオフセット値を加え、放電の場合は負のオフセット値を加える。オフセット値には、電池メーカにより事前に数値シミュレーションや実験をもとに決定された値が使用される。オフセット値は、固定値であってもよいし、測定された電圧値に応じた変動値であってもよい。例えば、測定された電圧値に定率を掛けた値をオフセット値としてもよい。これにより制御部１６で使用されるセル電圧が、実際のセル電圧より、放電時は低く、充電時は高くなる。従って、ＵＶ閾値／ＯＶ閾値に到達しやすくなる。

縮退モードは電源システム１０と車両ＥＣＵ３０の両方で実行される。例えば車両ＥＣＵ３０は、上述したセルのＳＯＣ使用範囲を制限する処理を実行する。また例えば車両ＥＣＵ３０は、制御部１６から送信されてくる電流制限値にもとづくパワーリミット制御を必須制御として実行する。また例えば電源システム１０は、上述した測定された電圧値に所定のオフセット値を加える処理を実行する。なお縮退モードにおいて、電源システム１０の制御部１６から車両ＥＣＵ３０に送信される電圧値は、オリジナルの測定値であってもよいし、上記加工が加えられた測定値であってもよい。

図１０は、電流測定機能全体に異常が発生した場合に起因する代替ストラテジに移行後の、電源システム１０の保護機能を説明するためのフローチャートである。制御部１６は、電圧測定部１３及び温度測定部１４により測定された複数のセルＥ１－Ｅｎの電圧及び温度を取得する（Ｓ２６１ａ）。代替ストラテジが実行された後、さらに別の測定回路に異常が発生していない間は（Ｓ２６２のＮ）、制御部１６は、フェールセーフアクションとして、セルのＳＯＣ使用範囲を制限する（Ｓ２６４）。

制御部１６は、取得した電圧値をもとに複数のセルＥ１－ＥｎのＳＯＣを推定する（Ｓ２６５ａ）。例えば、ＯＣＶ法によりＳＯＣを推定することができる。制御部１６は、推定した各セルのＳＯＣと、各セルの温度をもとにＳＯＣ・温度マップ１６ｂを参照して、各セルの電流制限値を決定する（Ｓ２６６）。制御部１６は、決定した各セルの電流制限値のうち、最も小さい電流制限値を選択し、選択した電流制限値を車両ＥＣＵ３０に通知する（Ｓ２６７）。ステップＳ２６１に遷移し、ステップＳ２６１以降の処理を繰り返す。ステップＳ２６２において、別の測定回路に異常が発生した場合（Ｓ２６２のＹ）、当該代替ストラテジを終了する。

このように電流測定機能全体に異常が発生した場合でも、代替ストラテジとして、電圧値をもとにＳＯＣを推定し、ＳＯＣと温度をもとに電流制限値を決定することにより、縮退モードの範囲内で電動車両１の走行を継続することができる。これにより、電流測定機能全体に異常が発生した場合における、電動車両１の安全性の確保と、ユーザの利便性の確保を両立させることができる。

図６に戻る。ハイレンジの第１電流測定回路１５ａの異常には、例えば電流センサの出力張り付き、電流センサのオフセット異常が挙げられる。ハイレンジの第１電流測定回路１５ａに異常が発生した場合、制御部１６は代替ストラテジとして、ローレンジの第２電流測定回路１５ｂにより測定されたデータを使用するとともに、蓄電部１１の入出力電流の範囲をローレンジの第２電流測定回路１５ｂの入力レンジに制限する。具体例には制御部１６は、蓄電部１１の入出力電流の範囲をローレンジの第２電流測定回路１５ｂの入力レンジに制限するよう車両ＥＣＵ３０に通知する。車両ＥＣＵ３０は、電源システム１０の制御部１６から受信した入力レンジに対応する上限電流値と下限電流値をインバータ４０に設定する。

図１１（ａ）、（ｂ）は、第１電流測定回路１５ａに異常が発生した場合の代替ストラテジを説明するための図である。図１１（ａ）は、第１電流測定回路１５ａに異常発生前の入出力電流を示し、図１１（ｂ）は、第１電流測定回路１５ａに異常発生後の入出力電流を示す。図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ハイレンジの第１電流測定回路１５ａに異常が発生すると、第１電流測定回路１５ａにより測定可能なハイレンジのうち、第２電流測定回路１５ｂにより測定可能なローレンジを除く範囲の電流は測定できなくなる。従って、蓄電部１１の入出力電流を第２電流測定回路１５ｂにより測定可能なローレンジに制限する必要がある。

またハイレンジの第１電流測定回路１５ａに異常が発生すると、ハイレンジの第１電流測定回路１５ａにより測定されたデータと、ローレンジの第２電流測定回路１５ｂにより測定されたデータを比較することができなくなるため、データの信頼性が低下する。

制御部１６はフェールセーフアクションとして縮退モードへの移行を実行する。縮退モードとして、例えば車両ＥＣＵ３０は、上述したセルのＳＯＣ使用範囲を制限する処理を実行する。また例えば、車両ＥＣＵ３０は、制御部１６から送信されてくる電流制限値にもとづくパワーリミット制御を必須制御として実行する。

このように第１電流測定回路１５ａに異常が発生した場合でも、代替ストラテジとして、蓄電部１１の入出力電流を第２電流測定回路１５ｂにより測定可能なローレンジに制限しつつ、第２電流測定回路１５ｂにより測定されたデータを使用することにより、縮退モードの範囲内で電動車両１の走行を継続することができる。これにより、第１電流測定回路１５ａに異常が発生した場合における、電動車両１の安全性の確保と、ユーザの利便性の確保を両立させることができる。

図６に戻る。ローレンジの第２電流測定回路１５ｂの異常には、例えば電流センサの出力張り付き、電流センサのオフセット異常が挙げられる。ローレンジの第２電流測定回路１５ｂに異常が発生した場合、制御部１６は代替ストラテジとして、ハイレンジの第１電流測定回路１５ａにより測定されたデータのみを使用する。

図１２（ａ）、（ｂ）は、第２電流測定回路１５ｂに異常が発生した場合の代替ストラテジを説明するための図である。図１２（ａ）は、第２電流測定回路１５ｂに異常発生前のＳＯＣ推定を示し、図１２（ｂ）は、第２電流測定回路１５ｂに異常発生後のＳＯＣ推定を示す。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、ローレンジの第２電流測定回路１５ｂに異常が発生すると、ハイレンジの第１電流測定回路１５ａにより測定された電流値をもとにＳＯＣを推定する。なお、第２電流測定回路１５ｂが正常で、電流値が第２電流測定回路１５ｂの入力レンジの範囲内である場合は、第２電流測定回路１５ｂにより測定された電流値を使用したほうがＳＯＣの推定精度が高くなる。

またハイレンジの第１電流測定回路１５ａに異常が発生すると、ハイレンジの第１電流測定回路１５ａにより測定されたデータと、ローレンジの第２電流測定回路１５ｂにより測定されたデータを比較することができなくなるため、データの信頼性が低下する。

制御部１６はフェールセーフアクションとして縮退モードへの移行を実行する。縮退モードとして、例えば車両ＥＣＵ３０は、上述したセルのＳＯＣ使用範囲を制限する処理を実行する。また例えば、車両ＥＣＵ３０は、制御部１６から送信されてくる電流制限値にもとづくパワーリミット制御を必須制御として実行する。

このように第２電流測定回路１５ｂに異常が発生した場合でも、代替ストラテジとして、第１電流測定回路１５ａにより測定された電流値をもとにＳＯＣを推定することにより、縮退モードの範囲内で電動車両１の走行を継続することができる。これにより、第２電流測定回路１５ｂに異常が発生した場合における、電動車両１の安全性の確保と、ユーザの利便性の確保を両立させることができる。

図６に戻る。制御部１６の異常には、例えばＣＰＵ異常が挙げられる。ＣＰＵの異常には、ＡＬＵの異常、ＲＯＭの異常、ＲＡＭの異常が含まれる。制御部１６に異常が発生した場合、ハードウェア制御によるリレーカットが実行される。車両ＥＣＵ３０は、電源システム１０の管理部１２からハードウェア停止信号を受信すると、第１リレーＲＹ１をターンオフしてリレーカットを実行する。制御部１６に異常が発生した場合、制御部１６でセルの異常を検出できなくなり、制御部１６と車両ＥＣＵ３０間でＣＡＮ通信することもできなくなる。従って制御部１６の異常の場合は、比較例と同様にリレーカットで対応する。

メインネットワーク２０ａの異常には、例えばＣＡＮバスの切断、通信タイムアウトが挙げられる。メインネットワーク２０ａに異常が発生した場合、制御部１６は代替ストラテジとして、サブネットワーク２０ｂのみにより、車両ＥＣＵ３０に各種データを通知する。車両ＥＣＵ３０は、サブネットワーク２０ｂを介して受信したデータをもとに、電動車両１を制御する。車両ＥＣＵ３０は、計器盤６０内の車載ネットワーク２０の異常を示すコーションランプを点灯させる。なおメインネットワーク２０ａの異常の場合には、車両ＥＣＵ３０は縮退モードに移行してもよいし、移行しなくてもよい。電源システム１０から車両ＥＣＵ３０には正規のデータが送信されているため、コーションランプの点灯にとどめてもよい。

サブネットワーク２０ｂの異常には、例えばＣＡＮバスの切断、通信タイムアウトが挙げられる。サブネットワーク２０ｂに異常が発生した場合、制御部１６は代替ストラテジとして、メインネットワーク２０ａのみにより、車両ＥＣＵ３０に各種データを通知する。車両ＥＣＵ３０は、メインネットワーク２０ａを介して受信したデータをもとに、電動車両１を制御する。車両ＥＣＵ３０は、計器盤６０内の車載ネットワーク２０の異常を示すコーションランプを点灯させる。なおサブネットワーク２０ｂの異常の場合には、車両ＥＣＵ３０は縮退モードに移行してもよいし、移行しなくてもよい。電源システム１０から車両ＥＣＵ３０には正規のデータが送信されているため、コーションランプの点灯にとどめてもよい。

なお本実施例では、副電圧測定回路１３ｂに、プロセッサを用いたソフトウェア制御が可能な回路構成を採用しているため、副電圧測定回路１３ｂがメインネットワーク２０ａ又はサブネットワーク２０ｂに直接、ハードウェア停止をかける制御は発生しない。

以上説明したように本実施の形態によれば、測定回路に異常が発生した場合に、リレーカットにせずに、代替ストラテジを実行するとともに縮退モードへ移行する。これにより、電動車両１の安全性の確保と、ユーザの利便性の確保を両立させることができる。特に、エンジンを搭載しない純粋な電気自動車（ＥＶ）において有効である。

また電圧と温度の閾値判定に相当する安全制御をパワーリミット制御に取り込むことにより、電圧と温度の閾値判定による安全制御とパワーリミット制御を併存させる場合より、制御を一本化することができ、制御を単純化することができる。またリレーカットに至る前段階において、段階的な電流制限による安全性の確保も可能になる。

従来のパワーリミット制御は、セルの劣化抑制のみを目的とするものであり、安全性の確保は、ＯＶ／ＵＶ判定、ＯＴ判定に委ねられていた。これに対し、本実施の形態に係るパワーリミット制御は、セルの劣化抑制、安全性確保、及び縮退走行時間の確保を実現することができる。ＯＶ／ＵＶ／ＯＴの検出により突然、リレーカットが発動されることを防止でき、リレーカットに至る前段階において安全性を確保しつつ、縮退走行時間を確保することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わ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。

上述の実施の形態では、ＳＯＣ・温度マップ１６ｂをもとに電流制限値を決定する例を説明した。この点、ＳＯＣ・温度マップ１６ｂをもとに導出した電流制限値を、ＳＯＨ及び／又は内部抵抗をもとに補正してもよい。この補正アルゴリズムも電池メーカにより、電池の種類ごとに作成される。また、ＳＯＣ・温度マップ１６ｂをもとに電流制限値を決定するアルゴリズム内に、セル電圧がＯＶ閾値を上回ったとき又はセル電圧がＵＶ閾値を下回ったときに電流制限値をゼロに設定する処理を組み込んでおいてもよい。なお、当該ＯＶ閾値は、比較例に係る制御で使用されるＯＶ閾値より低い値であってもよい。また当該ＵＶ閾値は、比較例に係る制御で使用されるＵＶ閾値より高い値であってもよい。

また上述の実施の形態では、車両ＥＣＵ３０で実行する縮退モードとして、主にセルのＳＯＣ使用範囲の制限を挙げた。この点、縮退モードは車両メーカにより様々な制御が可能である。例えば、電動車両１の走行に所定の上限速度を設けてもよい。

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］
電動車両（１）に搭載される電源システム（１０）であって、
複数のセル（Ｅ１－Ｅｎ）が接続された蓄電部（１１）と、
前記複数のセル（Ｅ１－Ｅｎ）の各電圧を測定する電圧測定部（１３）と、
前記複数のセル（Ｅ１－Ｅｎ）に流れる電流を測定する電流測定部（１５）と、
前記複数のセル（Ｅ１－Ｅｎ）の温度を測定する温度測定部（１４）と、
前記電圧測定部（１３）により測定される各セルの電圧、前記電流測定部（１５）により測定される電流、及び前記温度測定部（１４）により測定される温度をもとに、セル劣化の抑制および安全性確保のための電流の上限を規定する電流制限値を決定し、決定した電流制限値を前記電動車両（１）内の上位の制御部（３０）に通知する制御部（１６）と、
を備えることを特徴とする電源システム（１０）。
これによれば、電流制限値により、セル劣化の抑制と安全性の確保を両方、実現することができる。
［項目２］
前記制御部（１６）は、前記電圧測定部（１３）により測定される各セルの電圧、及び前記電流測定部（１５）により測定される電流をもとに各セルのＳＯＣ(State Of Charge)を推定し、推定したＳＯＣと前記温度測定部（１４）により測定される温度をもとに、前記電流制限値を決定することを特徴とする項目１に記載の電源システム（１０）。
これによれば、ＳＯＣと温度をもとに電流制限値を決定することができる。
［項目３］
前記制御部（１６）は、前記複数のセル（Ｅ１－Ｅｎ）の内、ある測定単位の前記電圧測定部（１３）に異常が発生したとき、当該測定単位に含まれるセルの電圧を、他の正常な測定単位の前記電圧測定部（１３）により測定された電圧で置換することを特徴とする項目２に記載の電源システム（１０）。
これによれば、ある測定単位の電圧測定部（１３）に異常が発生しても、他の正常な測定単位の電圧測定部（１３）の値で代替することにより、電流制限値を求めることができる。
［項目４］
前記制御部（１６）は、前記電圧測定部（１３）に異常が発生したとき、前記電流測定部（１５）により測定された電流の絶対値に正のオフセット値を加えることを特徴とする項目３に記載の電源システム（１０）。
これによれば、電圧測定部（１３）に異常が発生したとき、測定された電流の絶対値に正のオフセット値を加えることにより、安全性の要求基準を上げることができる。
［項目５］
前記制御部（１６）は、前記蓄電部（１１）の放電時に前記電圧測定部（１３）に異常が発生したとき、前記推定したＳＯＣに１未満の正の係数を掛け、前記蓄電部（１１）の充電時に前記電圧測定部（１３）に異常が発生したとき、前記推定したＳＯＣに１を超える正の係数を掛けることを特徴とする項目３に記載の電源システム（１０）。
これによれば、電圧測定部（１３）に異常が発生したとき、推定したＳＯＣに係数を掛けることにより、安全性の要求基準を上げることができる。
［項目６］
前記制御部（１６）は、前記電流測定部（１５）に異常が発生したとき、前記電圧測定部（１３）により測定された各セルの電圧をもとに各セルのＳＯＣを推定し、推定したＳＯＣと前記温度測定部により測定される温度をもとに、前記電流制限値を決定することを特徴とする項目１に記載の電源システム（１０）。
これによれば、電流測定部（１５）に異常が発生したとき、セルの異常検出方法を変更することにより、縮退モードの範囲内で電動車両（１）の走行を継続することができる。
［項目７］
前記制御部（１６）は、前記蓄電部（１１）の放電時に前記電流測定部（１５）に異常が発生したとき、前記電圧測定部（１３）により測定された電圧に負のオフセット値を加え、前記蓄電部（１１）の充電時に前記電流測定部（１５）に異常が発生したとき、前記電圧測定部（１３）により測定された電圧に正のオフセット値を加えることを特徴とする項目６に記載の電源システム（１０）。
これによれば、電流測定部（１５）に異常が発生したとき、測定された電圧にオフセット値を加えることにより、安全性の要求基準を上げることができる。
［項目８］
前記制御部（１６）は、前記複数のセル（Ｅ１－Ｅｎ）のＳＯＣの使用範囲を狭めることを特徴とする項目３から７のいずれか１項に記載の電源システム（１０）。
これによれば、電源システム（１０）の安全性を向上させることができ、測定機能の信頼性の低下を補うことができる。
［項目９］
車両用電源システム（１０）に含まれる管理装置（１２）であって、
前記車両用電源システムに含まれる蓄電部（１１）に含まれる複数のセル（Ｅ１－Ｅｎ）の各電圧を測定する電圧測定部（１３）と、
前記複数のセル（Ｅ１－Ｅｎ）に流れる電流を測定する電流測定部（１５）と、
前記複数のセル（Ｅ１－Ｅｎ）の温度を測定する温度測定部（１４）と、
前記電圧測定部（１３）により測定される各セルの電圧、前記電流測定部（１５）により測定される電流、及び前記温度測定部（１４）により測定される温度をもとに、セル劣化の抑制および安全性確保のための電流の上限を規定する電流制限値を算出し、算出した電流制限値を、電動車両（１）内の上位の制御部（３０）に通知する制御部（１６）と、
を備えることを特徴とする管理装置（１２）。
これによれば、電流制限値により、セル劣化の抑制と安全性の確保を両方、実現することができる。

１ 電動車両、 ２ 商用電力系統、 ３ 充電器、 ４ 充電ケーブル、 １０ 電源システム、 １１ 蓄電部、 １２ 管理部、 １３ 電圧測定部、 １３ａ 主電圧測定回路、 １３ｂ 副電圧測定回路、 １４ 温度測定部、 １４ａ 温度測定回路、 １５ 電流測定部、 １５ａ 第１電流測定回路、 １５ｂ 第２電流測定回路、 １６ 制御部、 １６ａ ＳＯＣ－ＯＣＶマップ、 １６ｂ ＳＯＣ・温度マップ、 Ｅ１－Ｅｎ セル、 Ｒｓ シャント抵抗、 Ｔ１，Ｔ２ 温度センサ、 ２０ 車載ネットワーク、 ２０ａ メインネットワーク、 ２０ｂ サブネットワーク、 ３０ 車両ＥＣＵ、 ４０ インバータ、 ５０ モータ、 ６０ 計器盤、 ＲＹ１ 第１リレー、 ＲＹ２ 第２リレー。

Claims (12)

1. 電動車両に搭載される電源システムであって、
   複数のセルが接続された蓄電部と、
   前記複数のセルの各電圧を測定する電圧測定部と、
   前記複数のセルに流れる電流を測定する電流測定部と、
   前記複数のセルの温度を測定する温度測定部と、
   前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、前記電流測定部により測定される電流、及び前記温度測定部により測定される温度をもとに、セル劣化の抑制および安全性確保のための電流の上限を規定する、ゼロに設定可能であり、ゼロの場合は異常信号としても作用する電流制限値を決定し、決定した電流制限値を前記電動車両内の上位の制御部に通知する制御部と、
   を備えることを特徴とする電源システム。
2. 前記制御部は、前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、及び前記電流測定部により測定される電流をもとに各セルのＳＯＣ(State Of Charge)を推定し、推定したＳＯＣと前記温度測定部により測定される温度をもとに、前記電流制限値を決定することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. 前記制御部は、前記複数のセルの内、ある測定単位の前記電圧測定部に異常が発生したとき、当該測定単位に含まれるセルの電圧を、他の正常な測定単位の前記電圧測定部により測定された電圧で置換することを特徴とする請求項２に記載の電源システム。
4. 電動車両に搭載される電源システムであって、
   複数のセルが接続された蓄電部と、
   前記複数のセルの各電圧を測定する電圧測定部と、
   前記複数のセルに流れる電流を測定する電流測定部と、
   前記複数のセルの温度を測定する温度測定部と、
   前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、前記電流測定部により測定される電流、及び前記温度測定部により測定される温度をもとに、セル劣化の抑制および安全性確保のための電流の上限を規定する電流制限値を決定し、決定した電流制限値を前記電動車両内の上位の制御部に通知する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、及び前記電流測定部により測定される電流をもとに各セルのＳＯＣ(State Of Charge)を推定し、推定したＳＯＣと前記温度測定部により測定される温度をもとに、前記電流制限値を決定し、
   前記複数のセルの内、ある測定単位の前記電圧測定部に異常が発生したとき、当該測定単位に含まれるセルの電圧を、他の正常な測定単位の前記電圧測定部により測定された電圧で置換し、
   前記電圧測定部に異常が発生したとき、前記電流測定部により測定された電流の絶対値に正のオフセット値を加えることを特徴とする電源システム。
5. 電動車両に搭載される電源システムであって、
   複数のセルが接続された蓄電部と、
   前記複数のセルの各電圧を測定する電圧測定部と、
   前記複数のセルに流れる電流を測定する電流測定部と、
   前記複数のセルの温度を測定する温度測定部と、
   前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、前記電流測定部により測定される電流、及び前記温度測定部により測定される温度をもとに、セル劣化の抑制および安全性確保のための電流の上限を規定する電流制限値を決定し、決定した電流制限値を前記電動車両内の上位の制御部に通知する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、及び前記電流測定部により測定される電流をもとに各セルのＳＯＣ(State Of Charge)を推定し、推定したＳＯＣと前記温度測定部により測定される温度をもとに、前記電流制限値を決定し、
   前記複数のセルの内、ある測定単位の前記電圧測定部に異常が発生したとき、当該測定単位に含まれるセルの電圧を、他の正常な測定単位の前記電圧測定部により測定された電圧で置換し、
   前記蓄電部の放電時に前記電圧測定部に異常が発生したとき、前記推定したＳＯＣに１未満の正の係数を掛け、前記蓄電部の充電時に前記電圧測定部に異常が発生したとき、前記推定したＳＯＣに１を超える正の係数を掛けることを特徴とする電源システム。
6. 前記制御部は、前記電流測定部に異常が発生したとき、前記電圧測定部により測定された各セルの電圧をもとに各セルのＳＯＣを推定し、推定したＳＯＣと前記温度測定部により測定される温度をもとに、前記電流制限値を決定することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
7. 電動車両に搭載される電源システムであって、
   複数のセルが接続された蓄電部と、
   前記複数のセルの各電圧を測定する電圧測定部と、
   前記複数のセルに流れる電流を測定する電流測定部と、
   前記複数のセルの温度を測定する温度測定部と、
   前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、前記電流測定部により測定される電流、及び前記温度測定部により測定される温度をもとに、セル劣化の抑制および安全性確保のための電流の上限を規定する電流制限値を決定し、決定した電流制限値を前記電動車両内の上位の制御部に通知する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電流測定部に異常が発生したとき、前記電圧測定部により測定された各セルの電圧をもとに各セルのＳＯＣを推定し、推定したＳＯＣと前記温度測定部により測定される温度をもとに、前記電流制限値を決定し、
   前記蓄電部の放電時に前記電流測定部に異常が発生したとき、前記電圧測定部により測定された電圧に負のオフセット値を加え、前記蓄電部の充電時に前記電流測定部に異常が発生したとき、前記電圧測定部により測定された電圧に正のオフセット値を加えることを特徴とする電源システム。
8. 前記制御部は、前記複数のセルのＳＯＣの使用範囲を狭めることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の電源システム。
9. 車両用電源システムに含まれる管理装置であって、
   前記車両用電源システムに含まれる蓄電部に含まれる複数のセルの各電圧を測定する電圧測定部と、
   前記複数のセルに流れる電流を測定する電流測定部と、
   前記複数のセルの温度を測定する温度測定部と、
   前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、前記電流測定部により測定される電流、及び前記温度測定部により測定される温度をもとに、セル劣化の抑制および安全性確保のための電流の上限を規定する、ゼロに設定可能であり、ゼロの場合は異常信号としても作用する電流制限値を算出し、算出した電流制限値を、電動車両内の上位の制御部に通知する制御部と、
   を備えることを特徴とする管理装置。
10. 車両用電源システムに含まれる管理装置であって、
    前記車両用電源システムに含まれる蓄電部に含まれる複数のセルの各電圧を測定する電圧測定部と、
    前記複数のセルに流れる電流を測定する電流測定部と、
    前記複数のセルの温度を測定する温度測定部と、
    前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、前記電流測定部により測定される電流、及び前記温度測定部により測定される温度をもとに、セル劣化の抑制および安全性確保のための電流の上限を規定する電流制限値を算出し、算出した電流制限値を、電動車両内の上位の制御部に通知する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、及び前記電流測定部により測定される電流をもとに各セルのＳＯＣ(State Of Charge)を推定し、推定したＳＯＣと前記温度測定部により測定される温度をもとに、前記電流制限値を決定し、
    前記複数のセルの内、ある測定単位の前記電圧測定部に異常が発生したとき、当該測定単位に含まれるセルの電圧を、他の正常な測定単位の前記電圧測定部により測定された電圧で置換し、
    前記電圧測定部に異常が発生したとき、前記電流測定部により測定された電流の絶対値に正のオフセット値を加えることを特徴とする管理装置。
11. 車両用電源システムに含まれる管理装置であって、
    前記車両用電源システムに含まれる蓄電部に含まれる複数のセルの各電圧を測定する電圧測定部と、
    前記複数のセルに流れる電流を測定する電流測定部と、
    前記複数のセルの温度を測定する温度測定部と、
    前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、前記電流測定部により測定される電流、及び前記温度測定部により測定される温度をもとに、セル劣化の抑制および安全性確保のための電流の上限を規定する電流制限値を算出し、算出した電流制限値を、電動車両内の上位の制御部に通知する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、及び前記電流測定部により測定される電流をもとに各セルのＳＯＣ(State Of Charge)を推定し、推定したＳＯＣと前記温度測定部により測定される温度をもとに、前記電流制限値を決定し、
    前記複数のセルの内、ある測定単位の前記電圧測定部に異常が発生したとき、当該測定単位に含まれるセルの電圧を、他の正常な測定単位の前記電圧測定部により測定された電圧で置換し、
    前記蓄電部の放電時に前記電圧測定部に異常が発生したとき、前記推定したＳＯＣに１未満の正の係数を掛け、前記蓄電部の充電時に前記電圧測定部に異常が発生したとき、前記推定したＳＯＣに１を超える正の係数を掛けることを特徴とする管理装置。
12. 車両用電源システムに含まれる管理装置であって、
    前記車両用電源システムに含まれる蓄電部に含まれる複数のセルの各電圧を測定する電圧測定部と、
    前記複数のセルに流れる電流を測定する電流測定部と、
    前記複数のセルの温度を測定する温度測定部と、
    前記電圧測定部により測定される各セルの電圧、前記電流測定部により測定される電流、及び前記温度測定部により測定される温度をもとに、セル劣化の抑制および安全性確保のための電流の上限を規定する電流制限値を算出し、算出した電流制限値を、電動車両内の上位の制御部に通知する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記電流測定部に異常が発生したとき、前記電圧測定部により測定された各セルの電圧をもとに各セルのＳＯＣを推定し、推定したＳＯＣと前記温度測定部により測定される温度をもとに、前記電流制限値を決定し、
    前記蓄電部の放電時に前記電流測定部に異常が発生したとき、前記電圧測定部により測定された電圧に負のオフセット値を加え、前記蓄電部の充電時に前記電流測定部に異常が発生したとき、前記電圧測定部により測定された電圧に正のオフセット値を加えることを特徴とする管理装置。

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