WO2020179192A1 - 異常診断システム、及び車両用電源システム - Google Patents

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善貴 崎山
憲令 小林
秀嗣 迎
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an abnormality diagnosis system mounted on a vehicle and a power supply system for the vehicle.
  • HVs hybrid vehicles
  • PSVs plug-in hybrid vehicles
  • EVs electric vehicles
  • failure diagnosis processing is executed to monitor the state of sensors, harnesses, etc. (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • There are two types of failure diagnosis and there are a type (first type) in which a plurality of failure causes can be considered and a type (hereinafter, second type) in which one failure cause can be specified.
  • the failure that is desired to be detected by the second type failure diagnosis due to the difference in detection timing between the two is the first type failure. It may occur that the diagnosis is detected. In that case, an error may occur in identifying the cause of the failure.
  • the fail-safe action after the failure is detected by the failure diagnosis depends on the cause of the failure.Therefore, a fail-safe action that does not correspond to the cause of the failure may be executed, which adversely affects the safety and performance of the vehicle. there is a possibility.
  • the present invention has been made in view of these circumstances, and an object thereof is to provide a technique for correctly identifying the cause of an abnormality that has occurred in a vehicle.
  • an abnormality diagnosis system includes a control unit that executes a plurality of abnormality diagnosis processes in a vehicle.
  • the plurality of abnormality diagnosis processes include a first type of abnormality diagnosis process for detecting an abnormality that may occur due to a plurality of types of causes, and a second type of abnormality diagnosis process for detecting an abnormality that occurs due to one type of cause. included.
  • the control unit detects an abnormality detected by the first type abnormality diagnosis processing based on the diagnosis result of the second type abnormality diagnosis processing. Identify the cause of.
  • FIG. 6 is a partial circuit diagram for explaining abnormality diagnosis processing according to specific example 1;
  • FIG. 10 is a diagram showing a flowchart of a processing sequence according to a comparative example in the abnormality diagnosis processing according to the first specific example.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of voltage behaviors of the first cell and the second cell when the processing sequence according to the comparative example is executed in the abnormality diagnosis processing according to the first specific example.
  • FIG. 8 is a diagram showing a flowchart of a processing sequence according to an embodiment in the abnormality diagnosis processing according to the first specific example.
  • FIG. 10 is a diagram showing a flowchart of a processing sequence according to a comparative example in the abnormality diagnosis processing according to the first specific example.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of voltage behaviors of the first cell and the second cell when the processing sequence according to the comparative example is executed in the abnormality diagnosis processing according to the first specific example.
  • FIG. 8 is a diagram showing a flowchart of a processing sequence
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of voltage behaviors of the first cell and the second cell when the processing sequence according to the embodiment is executed in the abnormality diagnosis processing according to the first specific example.
  • 7A and 7B are diagrams comparing the processing sequence according to the comparative example and the processing sequence according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a flowchart of a processing sequence according to a comparative example in the abnormality diagnosis processing according to the second specific example.
  • FIG. 10 is a diagram showing a flowchart of a processing sequence according to an embodiment in the abnormality diagnosis processing according to the second specific example.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an electric vehicle 1 equipped with a power supply system 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the electric vehicle 1 is assumed to be a pure EV without an internal combustion engine.
  • the power supply system 10 is connected to the motor 50 via the relay RY1 and the inverter 40.
  • the inverter 40 converts DC power supplied from the power supply system 10 into AC power and supplies the AC power to the motor 50 during power running.
  • the AC power supplied from the motor 50 is converted into DC power and supplied to the power supply system 10.
  • the motor 50 is a three-phase AC motor and rotates according to the AC power supplied from the inverter 40 during power running. During regeneration, rotational energy due to deceleration is converted into AC power and supplied to the inverter 40.
  • the relay RY1 is a contactor inserted between the wires that connect the power supply system 10 and the inverter 40.
  • the vehicle ECU (Electronic Control Unit) 30 controls the relay RY1 to be in the on state (closed state) during traveling, and electrically connects the power system 10 and the power system of the electric vehicle 1.
  • the vehicle ECU 30 basically controls the relay RY1 to be in an off state (open state) to electrically disconnect the power system 10 and the power system of the electric vehicle 1.
  • another type of switch such as a semiconductor switch may be used.
  • the power supply system 10 includes a power storage unit 11, a management unit 12, and a heater 17.
  • Power storage unit 11 includes a plurality of cells E1-En connected in series.
  • power storage unit 11 includes one or a plurality of power storage modules.
  • a plurality of power storage modules are connected in series or in series and parallel.
  • Each power storage module includes a plurality of cells connected in series or in series/parallel.
  • a lithium ion battery cell, a nickel hydrogen battery cell, a lead battery cell, an electric double layer capacitor cell, a lithium ion capacitor cell, or the like can be used.
  • a lithium ion battery cell nominal voltage: 3.6-3.7 V
  • the number of cells E1-En in series is determined according to the drive voltage of the motor 50.
  • Shunt resistance Rs is connected in series with a plurality of cells E1-En.
  • the shunt resistor Rs functions as a current detection element.
  • a hall element may be used instead of the shunt resistor Rs.
  • a plurality of temperature sensors T1-T3 for detecting the temperatures of the plurality of cells E1-En are installed in the power storage unit 11.
  • One or two temperature sensors may be installed in each power storage module, or one may be installed in each of a plurality of cells.
  • FIG. 1 illustrates an example in which three temperature sensors T1 to T3 are installed, the number may be two or four or more.
  • a thermistor can be used for the temperature sensors T1-T3, for example.
  • the management unit 12 includes a voltage measurement unit 13, a temperature measurement unit 14, a current measurement unit 15, and a control unit 16.
  • Each node of the plurality of cells E1-En connected in series and the voltage measuring unit 13 are connected by a plurality of voltage measuring lines.
  • the voltage measuring unit 13 measures the voltage between each two adjacent voltage measuring lines to measure the voltage of each cell E1-En.
  • the voltage measuring unit 13 transmits the measured voltage of each cell E1-En to the control unit 16.
  • the voltage measuring unit 13 Since the voltage measuring unit 13 has a high voltage with respect to the control unit 16, the voltage measuring unit 13 and the control unit 16 are connected by a communication line in an insulated state.
  • the voltage measuring unit 13 can be configured by an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or a general-purpose analog front end IC.
  • the voltage measuring unit 13 includes a multiplexer and an A/D converter.
  • the multiplexer outputs the voltage between two adjacent voltage measurement lines to the A/D converter in order from the top.
  • the A/D converter converts the analog voltage input from the multiplexer into a digital value.
  • the temperature measuring unit 14 includes a voltage dividing resistor and an A/D converter.
  • the A / D converter sequentially converts a plurality of analog voltages divided by the plurality of temperature sensors T1-T3 and the plurality of voltage dividing resistors into digital values and outputs them to the control unit 16.
  • the control unit 16 estimates the temperatures of the plurality of cells E1-En based on the digital value. For example, the control unit 16 estimates the temperature of each cell E1-En based on the value measured by the temperature sensor closest to each cell E1-En.
  • the current measuring unit 15 includes a differential amplifier and an A/D converter.
  • the differential amplifier amplifies the voltage across the shunt resistor Rs and outputs it to the A/D converter.
  • the A/D converter converts the voltage input from the differential amplifier into a digital value and outputs the digital value to the control unit 16.
  • the control unit 16 estimates the current flowing through the plurality of cells E1-En based on the digital value.
  • control unit 16 When the control unit 16 has an A/D converter and the control unit 16 has an analog input port, the temperature measuring unit 14 and the current measuring unit 15 output the analog voltage to the control unit 16.
  • the A/D converter in the control unit 16 may convert the digital value.
  • the heater 17 is a heat source for heating the plurality of cells E1-En.
  • a cooling source eg, fan, cooler, water cooling system
  • a cooling source for cooling the plurality of E1-En is also installed.
  • the control unit 16 manages the states of the plurality of cells E1-En based on the voltages, temperatures, and currents of the plurality of cells E1-En measured by the voltage measuring unit 13, the temperature measuring unit 14, and the current measuring unit 15. To do.
  • the control unit 16 can be configured by a microcomputer and a non-volatile memory (for example, EEPROM, flash memory).
  • the in-vehicle network 20 connects the control unit 16 and the vehicle ECU 30.
  • the vehicle-mounted network 20 is constructed using at least one of standards such as CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), FlexRay (registered trademark), and Ethernet (registered trademark).
  • the control unit 16 notifies the vehicle ECU 30 of the states of the plurality of cells E1-En via the vehicle-mounted network 20.
  • the vehicle ECU 30 controls the entire electric vehicle 1.
  • the vehicle ECU 30 may be composed of, for example, an integrated VCM (Vehicle Control Module).
  • VCM Vehicle Control Module
  • the instrument panel 60 is arranged to face the driver's seat.
  • the instrument panel 60 includes a tachometer, a speedometer, and various tell tale lamps.
  • the tell tale lamp includes a caution lamp that indicates an abnormality in various devices in the electric vehicle 1.
  • the vehicle ECU 30 When the vehicle ECU 30 receives via the vehicle-mounted network 20 that an abnormality has occurred in any of the devices in the electric vehicle 1, the vehicle ECU 30 turns on the corresponding caution lamp of the instrument panel 60. When the driver lights a caution lamp that requires device repairs, the driver will travel to a car dealer or a repair shop by himself if the car can travel. If driving is not possible, use road service.
  • the control unit 16 and the vehicle ECU 30 of the power supply system 10 each execute various abnormality diagnosis processes (also referred to as failure diagnosis processes) in the electric vehicle 1 independently or in cooperation with each other.
  • the system that executes the abnormality diagnosis process is called an abnormality diagnosis system, and the abnormality diagnosis system includes at least one of the control unit 16 and the vehicle ECU 30.
  • the abnormality diagnosis processing includes a first type abnormality diagnosis processing that detects an abnormality that may occur due to a plurality of types of causes, and a second type abnormality diagnosis processing that detects an abnormality that occurs due to one type of identified causes. is there.
  • a processing sequence in which the first type of abnormality diagnosis processing and the second type of abnormality diagnosis processing are executed in parallel will be described with reference to specific examples.
  • a processing sequence of the first type abnormality diagnosis processing and the second type abnormality diagnosis processing for detecting the abnormality related to the voltages of the plurality of cells E1 to En will be described.
  • FIG. 2 is a partial circuit diagram for explaining the abnormality diagnosis processing according to the first specific example.
  • the power storage unit 11 is composed of five cells E1-E5 connected in series is shown.
  • the voltage measuring unit 13 is connected to each node between the five cells E1 to E5 connected in series by a plurality of voltage measuring lines L0 to L5, and measures the voltage between two adjacent voltage measuring lines to measure each cell. Measure the voltage of E1-E5.
  • Resistances R0-R5 are inserted in the plurality of voltage measurement lines L0-L5, respectively.
  • a discharge circuit is connected between two adjacent voltage measurement lines of the plurality of voltage measurement lines L0-L5.
  • Each discharge circuit is composed of a series circuit of a discharge switch S1d-S5d and a discharge resistor R1d-R5d.
  • MOSFETs Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the discharge circuit is mainly used for equalizing the plurality of cells E1 to E5.
  • Capacitors C1 to C5 are connected in parallel with the plurality of cells E1 to E5 between two adjacent voltage measurement lines of the plurality of voltage measurement lines L0 to L5.
  • the capacitors C1-C5 play a role of stabilizing each potential of the plurality of voltage measuring lines L0-L5.
  • the control unit 16 acquires the voltage values of the plurality of cells E1 to E5 from the voltage measurement unit 13. Signals are transmitted and received between the voltage measuring unit 13 and the control unit 16 by communication using an insulating interface, for example.
  • the control unit 16 has an equalization processing function, and periodically performs equalization processing for a plurality of cells E1-E5. For example, the control unit 16 adjusts the voltage of the other plurality of cells to the voltage of the cell having the lowest voltage among the plurality of cells E1 to E5. Specifically, the control unit 16 turns on the discharge switches of the other plurality of cells to discharge the other plurality of cells. When the voltage of each of the other cells reaches the voltage of the cell having the lowest voltage, the control unit 16 turns off the discharge switch of each of the other cells.
  • the control unit 16 executes the overvoltage (OV)/undervoltage (UV) detection process of the cell voltage as the first type of abnormality diagnosis process.
  • the control unit 16 monitors each voltage of the plurality of cells E1 to E5.
  • the control unit 16 compares the voltage of each cell with the OV threshold, and determines that the cell having a voltage higher than the OV threshold is overcharged.
  • control unit 16 executes disconnection detection processing of a plurality of voltage measurement lines L0 to L5 as the second type abnormality diagnosis processing. In this process, it is diagnosed whether or not a break has occurred in any of the plurality of voltage measurement lines L0-L5.
  • the control unit 16 turns on the plurality of discharge switches S1d-S5d at predetermined intervals. By the turn-on, the potentials of the plurality of voltage measurement lines L0-L5 converge on the potential of the lowest voltage measurement line L5 (for example, 0V).
  • control unit 16 suspends the above-described cell voltage OV/UV detection processing while executing the disconnection detection processing of the plurality of voltage measurement lines L0 to L5.
  • the control unit 16 turns on the plurality of discharge switches S1d-S5d, and then turns off the plurality of discharge switches S1d-S5d after a predetermined time has elapsed. Due to the turn-off, the potentials of the plurality of cells E1 to E5 measured by the voltage measuring unit 13 return to the states indicating the voltages of the plurality of cells E1 to E5. If a cell voltage after the turn-off of the plurality of discharge switches S1d-S5d does not recover to a voltage substantially equal to the cell voltage before the turn-on of the plurality of discharge switches S1d-S5d occurs, the control unit 16 determines that the cell It is determined that a disconnection has occurred in the voltage measurement line connected to. After turning off the plurality of discharge switches S1d-S5d, the control unit 16 restarts the above-described OV/UV detection processing of the cell voltage.
  • FIG. 2 shows a state where the first voltage measurement line L1 is broken. Even if the first voltage measurement line L1 is broken, the voltages of the first cell E1 and the second cell E2 do not reach the OV threshold value/UV threshold value immediately and remain in the normal range for a certain period. The voltage of the first cell E1 and the second cell E2 does not reach the OV threshold value/UV threshold value immediately because the impedance between the 0th voltage measurement line L0 and the second voltage measurement line L2 above and below the disconnection point is balanced, This is because the charges in the first capacitor C1 and the second capacitor C2 do not immediately escape.
  • the charge in the first capacitor C1 and the second capacitor C2 gradually escapes due to the wiring resistance in the voltage measuring unit 13, and the potential of the node Na between the first capacitor C1 and the second capacitor C2 gradually increases accordingly. descend. Finally, the voltage of the first cell E1 sticks to the upper limit value, and the voltage of the second cell E2 sticks to the lower limit value.
  • a switch dedicated to disconnection detection may be provided separately from the plurality of discharge switches S1d-S5d between each of the plurality of voltage measurement lines L0-L5 and the ground potential.
  • the control unit 16 does not use the plurality of discharge switches S1d-S5d, but uses the switch exclusively for detecting the disconnection to execute the disconnection detection process.
  • FIG. 3 is a diagram showing a flowchart of a processing sequence according to a comparative example in the abnormality diagnosis process according to the specific example 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the voltage behavior of the first cell E1 and the second cell E when the processing sequence according to the comparative example is executed in the abnormality diagnosis processing according to the first specific example.
  • the control unit 16 executes a plurality of abnormality diagnosis processes related to the voltages of the plurality of cells E1-En in parallel (S11).
  • the control unit 16 executes the OV / UV detection process of the cell voltage and the disconnection detection process in parallel.
  • the control unit 16 constantly executes the OV/UV detection processing of the cell voltage.
  • the control unit 16 executes the disconnection detection process every predetermined time (for example, every 20 seconds). Note that the cell voltage OV/UV detection process is interrupted during the disconnection detection process.
  • the control unit 16 may intermittently execute the OV / UV detection process of the cell voltage at a cycle shorter than the cycle of the disconnection detection process.
  • the cell voltage OV/UV detection processing flag shown at the bottom of FIG. 4 indicates a state where no abnormality is detected when it is low, and indicates that an abnormality is detected when it is high.
  • the disconnection detection processing flag indicates a state where the disconnection diagnosis is not being executed when the flag is low, and a state where the disconnection diagnosis is being executed when the flag is high.
  • the control unit 16 determines the abnormality when the abnormal state continues for a specified time or longer. In the example illustrated in FIG. 4, the control unit 16 determines the OV of the cell voltage when the voltage of the first cell E1 continuously exceeds the OV threshold for a specified time or longer.
  • the control unit 16 transmits a relay cut request to the vehicle ECU 30 via the vehicle-mounted network 20.
  • the control unit 16 executes a fail-safe action corresponding to the disconnection of the voltage measurement line.
  • the control unit 16 executes, for example, a transition to the degenerate mode as a fail-safe action corresponding to the disconnection of the voltage measurement line.
  • the control unit 16 transmits an upper limit value change request for instructing to change the upper limit power value or the upper limit current value of the inverter 40 to a value lower than usual, via the vehicle-mounted network 20 to the vehicle ECU 30.
  • vehicle ECU 30 Upon receiving the upper limit value change request, vehicle ECU 30 changes the upper limit power value or the upper limit current value of inverter 40 to the value in the degeneration mode.
  • the upper limit value may be defined by the speed instead of the power value or the current value.
  • the control unit 16 may limit the SOC usage range of the cell in the degenerate mode. For example, when the SOC usage range in the normal mode is 20 to 80%, the SOC usage range in the degenerate mode is limited to 40 to 60%.
  • the control unit 16 transmits a relay cut request to the vehicle ECU 30 via the vehicle-mounted network 20. Yes (S15).
  • the vehicle ECU 30 receives the relay cut request, it controls the relay R1 to be off (S16).
  • the control unit 16 detects the disconnection of the voltage measurement line among the plurality of abnormality diagnosis processes related to the voltages of the plurality of cells E1 to En (N in S12, Y in S13)
  • the alternative strategy of the voltage measurement line is detected.
  • a fail safe action corresponding to the disconnection is executed (S14).
  • the vehicle ECU 30 controls the relay R1 to be off (S16).
  • the power of the electric vehicle 1 is turned off (OFF in step S10), the vehicle ECU 30 controls the relay R1 to be turned off (S16).
  • FIG. 5 is a diagram showing a flowchart of the processing sequence according to the embodiment in the abnormality diagnosis process according to the specific example 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the voltage behavior of the first cell E1 and the second cell E when the processing sequence according to the embodiment is executed in the abnormality diagnosis process according to the specific example 1.
  • the control unit 16 executes a plurality of abnormality diagnosis processes related to the voltages of the plurality of cells E1-En in parallel (S11). ..
  • the control unit 16 detects the OV of the cell voltage.
  • the control unit 16 uses the detection as a trigger to detect the disconnection which is the second type abnormality diagnosis processing. Perform processing immediately. That is, when an abnormality is detected in the OV / UV detection process of the cell voltage, the control unit 16 immediately executes the disconnection detection process regardless of the periodic execution timing of the disconnection detection process. The control unit 16 detects the disconnection of the first voltage measurement line L1 by executing the disconnection detection process.
  • the control unit 16 When the disconnection is detected by the disconnection detection process, which is the second type of abnormality diagnosis process, the control unit 16 immediately executes a fail-safe action corresponding to the disconnection of the voltage measurement line.
  • the control unit 16 detects the OV/UV of the cell voltage in the OV/UV detection process of the cell voltage, which is the first type of abnormality diagnosis process among the plurality of abnormality diagnosis processes related to the voltages of the plurality of cells E1 to En.
  • the disconnection detection process which is the second type abnormality diagnosis process is executed (S13).
  • the control unit 16 determines that the cause of the abnormality is the disconnection of the voltage measurement line, and responds to the disconnection of the voltage measurement line as an alternative strategy. Perform a fail-safe action (S14). When the process according to the alternative strategy ends, the vehicle ECU 30 controls the relay R1 to be off (S16). When the disconnection of the voltage measurement line is not detected by the disconnection detection process (N in S13), the control unit 16 determines that the cause of the abnormality is OV/UV of the cell voltage, and issues the relay cut request to the vehicle via the in-vehicle network 20. It is transmitted to the ECU 30 (S15). When the vehicle ECU 30 receives the relay cut request, it controls the relay R1 to be off (S16). When the power of the electric vehicle 1 is turned off (OFF in step S10), the vehicle ECU 30 controls the relay R1 to be turned off (S16).
  • the control unit 16 immediately determines that the disconnection of the voltage measurement line has occurred, and degenerates. Switch to mode. In this case, it is not necessary to wait for the result of the cell voltage OV/UV detection processing, which is the first type abnormality diagnosis processing.
  • FIG. 7 (a) and 7 (b) are diagrams comparing the processing sequence according to the comparative example and the processing sequence according to the example.
  • FIG. 7A shows a processing sequence according to the comparative example
  • FIG. 7B shows a processing sequence according to the embodiment.
  • the relay cut is executed.
  • the abnormality A is the cell voltage OV/UV
  • the abnormality B is the disconnection of the voltage measurement line
  • the abnormality that actually occurred is the disconnection of the voltage measurement line. Therefore, originally, it is necessary to shift to the degenerate mode as a fail-safe action. However, the relay cut is immediately made, and the electric vehicle 1 stops.
  • the second type Abnormality diagnosis processing is executed immediately.
  • the relay cut is not performed and the degeneration mode is entered.
  • the second type abnormality diagnosis processing is executed by using it as a trigger.
  • the cause of the abnormality can be correctly identified at an early stage. Therefore, it is possible to execute the correct fail-safe action according to the cause of the abnormality.
  • an erroneous diagnosis of OV / UV of the cell voltage is made for the actually generated disconnection of the voltage measurement line, and the relay cut is executed based on the erroneous diagnosis.
  • relay cut is executed to ensure the safety of the vehicle.
  • HV hybrid vehicle
  • PSV plug-in hybrid vehicle
  • Specific Example 2 a processing sequence of the first type abnormality diagnosis processing and the second type abnormality diagnosis processing for detecting an abnormality related to the temperature control system of the plurality of cells E1-En will be described.
  • the control unit 16 executes a malfunction detection process of the temperature control system of the heating system as the first type abnormality diagnosis process.
  • the control unit 16 controls the heater 17 so that the temperature of the cell measured by a certain temperature sensor reaches the target temperature.
  • the control unit 16 calculates the amount of heat required to bring the temperature of the cell to the target temperature from the deviation between the two, and determines the heating amount and heating time per unit time.
  • the control unit 16 generates an expected temperature transition of the cell based on the determined heating amount and heating time per unit time. For example, when the temperature of the cell measured by the temperature sensor is 10°C and the target temperature is 25°C, the deviation is 15°C.
  • the control unit 16 determines that the temperature control system of the heating system is malfunctioning when the difference between the temperature of the cell measured by the temperature sensor and the temperature on the expected temperature transition deviates by a predetermined set value or more.
  • the malfunction of the temperature control system of the heating system may be caused by the failure of the heater 17 or the failure of the temperature sensor.
  • the control unit 16 also executes the malfunction detection process of the temperature control system of the cooling system as the first type abnormality diagnosis process.
  • the control unit 16 controls a fan, a cooler, or a water cooling system (not shown) so that the temperature of the cell measured by a certain temperature sensor reaches the target temperature.
  • the control unit 16 calculates the amount of cooling required to bring the temperature of the cell to the target temperature from the deviation between the two, and determines the amount of cooling per unit time and the cooling time.
  • the control unit 16 generates an expected temperature transition of the cell based on the determined cooling amount and cooling time per unit time. For example, when the temperature of the cell measured by the temperature sensor is 40° C. and the target temperature is 25° C., the deviation is 15° C.
  • the control unit 16 determines that the temperature control system of the cooling system is malfunctioning when the difference between the temperature of the cell measured by the temperature sensor and the temperature on the expected temperature transition deviates by a predetermined set value or more.
  • a cause of the malfunction of the temperature control system of the cooling system a failure of a fan, a cooler, or a water cooling system (not shown), a failure of the temperature sensor, or the like (not shown) can be considered.
  • control unit 16 executes a characteristic deviation detection process of the temperature sensors T1-T3 as the second type abnormality diagnosis process.
  • the characteristic shift is a state in which a shift exceeding a permissible value has occurred in the normal measurement range of the temperature sensor. Further, the characteristic deviation includes deviation exceeding the allowable value of the offset position.
  • the control unit 16 determines that the temperature sensor has a characteristic deviation.
  • the control unit 16 causes characteristic deviation in the temperature sensor whose output value deviates. It is determined that For example, a temperature sensor having an output value that deviates by a predetermined set value or more from the average value of the output values of the plurality of temperature sensors is determined to be a temperature sensor having a characteristic deviation. The control unit 16 executes this determination process every predetermined time.
  • control unit 16 executes the output sticking detection process of the temperature sensors T1-T3 as the second type abnormality diagnosis process.
  • the output sticking is a state in which the output value of the temperature sensor is stuck to the upper limit value or the lower limit value of the temperature sensor.
  • FIG. 8 is a diagram showing a flowchart of a processing sequence according to a comparative example in the abnormality diagnosis process according to the specific example 2.
  • the control unit 16 executes a plurality of abnormality diagnosis processes related to the temperature control system in parallel (S21).
  • the controller 16 detects a malfunction of the temperature control system among the plurality of abnormality diagnosis processes (Y in S22), it stops the function of the temperature control system (S25).
  • the control unit 16 detects a characteristic deviation of the temperature sensor among the plurality of abnormality diagnosis processing (N in S22, Y in S23), it executes a fail-safe action corresponding to the characteristic deviation of the temperature sensor as an alternative strategy. (S24).
  • the output value of the temperature sensor having the characteristic deviation is replaced with the output value of the normal temperature sensor installed at the position closest to the temperature sensor.
  • the control unit 16 identifies the output value of the normal temperature sensor whose behavior is closest to the output value of the temperature sensor in which the characteristic deviation occurs, and the difference between the two output values causes the characteristic deviation. It may be added to the output value of the temperature sensor.
  • the control unit 16 stops the function of the temperature control system (S25).
  • the control unit 16 stops the function of the temperature control system (S25).
  • FIG. 9 is a diagram showing a flowchart of the processing sequence according to the embodiment in the abnormality diagnosis process according to the specific example 2.
  • the control unit 16 executes a plurality of abnormality diagnosis processes related to the temperature control system in parallel (S11).
  • the control unit 16 detects a malfunction of the temperature control system in the malfunction detection process of the temperature control system which is the first type malfunction diagnosis process among the plurality of malfunction diagnosis processes (Y in S22)
  • the second A temperature sensor characteristic deviation detection process which is a type abnormality diagnosis process, is executed (S23). For example, the control unit 16 determines whether or not there is a temperature sensor whose output value greatly deviates from the output values of other temperature sensors among the plurality of temperature sensors.
  • the control unit 16 determines that the characteristic shift has occurred in the specific temperature sensor.
  • a fail-safe action corresponding to the characteristic deviation of the temperature sensor is executed (S24). For example, the control unit 16 replaces the output value of the temperature sensor having the characteristic deviation with the output value of the normal temperature sensor installed at the position closest to the temperature sensor.
  • the control unit 16 stops the function of the temperature control system (S25).
  • the control unit 16 determines that the temperature control system has malfunctioned, and the temperature control system functions. Is stopped (S25).
  • the control unit 16 stops the function of the temperature control system (S25).
  • the control unit 16 When the characteristic deviation of the temperature sensor is detected first by the characteristic deviation detection processing of the temperature sensor which is the second type of abnormality diagnosis processing, the control unit 16 immediately detects the temperature sensor in which the characteristic deviation occurs. The output value of is replaced with the output value of the normal temperature sensor installed at the position closest to the temperature sensor. In this case, it is not necessary to wait for the result of the malfunction detection process of the temperature control system which is the first type abnormality diagnosis process.
  • the abnormality diagnosis processing of the second type is executed by using it as a trigger.
  • the cause of the abnormality can be correctly identified at an early stage. Therefore, it is possible to execute the correct fail-safe action according to the cause of the abnormality.
  • the malfunction of the temperature control system is diagnosed with respect to the abnormality of one temperature sensor, and the function of the temperature control system is stopped based on the diagnosis.
  • the abnormality of one temperature sensor is a comparatively slight abnormality and can be replaced by the output value of another temperature sensor.
  • the failure location can be specified as one temperature sensor, only the temperature sensor needs to be replaced, and the heater 17 and the fan need not be replaced.
  • the specific example 1 has described a plurality of abnormality diagnosis processes related to the voltages of the plurality of cells E1 to En
  • the specific example 2 has described a plurality of abnormality diagnosis processes related to the temperature control system.
  • the first type abnormality diagnosis process includes a process of monitoring whether or not an overcurrent is flowing in the current path.
  • the second type of abnormality diagnosis process includes a process of detecting a characteristic deviation of the current sensor.
  • the control unit 16 executes, for example, a relay cut.
  • the control unit 16 shifts to the degeneration mode, for example.
  • the control unit 16 may execute the second abnormality diagnosis process only once after the power supply of the electric vehicle 1 is turned on, and then stop the second abnormality diagnosis process. Normally, the control unit 16 executes only the first type abnormality diagnosis process, and when an abnormality is detected by the first type abnormality diagnosis process, the control unit 16 executes the second abnormality diagnosis process by using it as a trigger. For example, in Specific Example 1, by not executing the disconnection detection process in the normal state, it is possible to eliminate the period during which the cell voltage cannot be measured. Further, the processing load of the control unit 16 can be reduced. On the other hand, in the example in which the first type abnormality diagnosis processing and the second type abnormality diagnosis processing are executed in parallel, redundancy is increased and robustness regarding abnormality detection is improved.
  • the control unit 16 executes both the first type abnormality diagnosis process and the second type abnormality diagnosis process.
  • the vehicle ECU 30 controls the cooler or the water cooling system. In this case, the vehicle ECU 30 and the control unit 16 of the power supply system 10 cooperate with each other to execute the failure diagnosis process.
  • a control unit (16) that executes a plurality of abnormality diagnosis processes in the vehicle (1) is provided.
  • the plurality of abnormality diagnosis processes include a first type abnormality diagnosis process that detects an abnormality that may occur due to a plurality of types of causes, and a second type abnormality diagnosis process that detects an abnormality that occurs due to one type of causes. Included, When an abnormality is detected by the first type abnormality diagnosis processing, the control unit (16) detects the abnormality by the first type abnormality diagnosis processing based on the diagnosis result of the second type abnormality diagnosis processing.
  • An abnormality diagnosis system characterized by identifying the cause of an abnormality. According to this, the cause of the abnormality can be correctly identified.
  • Item 2 Item 1 characterized in that, when an abnormality is detected by the first type abnormality diagnosis processing, the control unit (16) executes the second type abnormality diagnosis processing by using the detection of the abnormality as a trigger. Abnormality diagnosis system described in. According to this, the cause of the abnormality can be correctly identified at an early stage.
  • the control unit (16) The second type of abnormality diagnosis processing is executed at predetermined time intervals, When an abnormality is detected by the first type abnormality diagnosis process, the abnormality detection process of the second type is triggered by the detection of the abnormality regardless of the periodic execution timing of the second type abnormality diagnosis process.
  • the abnormality diagnosis system according to item 2, wherein the abnormality diagnosis system is executed.
  • Item 7 The vehicle power supply system (1) according to Item 6, which is detected based on the voltage value of the voltage measurement line (L0-L5) at that time. According to this, it is possible to correctly detect whether or not the abnormality detected by the abnormality diagnosis processing of the first type is due to the disconnection of the voltage measurement lines (L0-L5).

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Abstract

車両内で発生した異常の原因を正しく特定するために、制御部(16)は、車両内において複数の異常診断処理を実行する。異常診断処理は、複数の異常診断処理には、複数の種類の原因により発生し得る異常を検出する第1タイプの異常診断処理と、1種類の原因により発生する異常を検出する第2タイプの異常診断処理が含まれる。制御部(16)は、第1タイプの異常診断処理により異常が検出されたとき、第2タイプの異常診断処理の診断結果をもとに、第1タイプの異常診断処理により検出された異常の原因を特定する。

Description

異常診断システム、及び車両用電源システム
 本発明は、車両に搭載される異常診断システム、及び車両用電源システムに関する。
 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。
 電源システムに使用されるセンサに異常が発生したり、センサに接続されるハーネスが断線したりすると、センサ情報を正しく取得できなくなる。その対策として故障診断処理を実行して、センサやハーネス等の状態を監視している(例えば、特許文献1、2参照)。故障診断には2つのタイプがあり、故障原因に複数のものが考えられるタイプ(第1タイプ)と、故障原因が1つに特定できるタイプ(以下、第2タイプ)がある。
国際公開第2017/159218号 特開2018-57123号公報
 第1タイプの故障診断と第2タイプの故障診断が並列に実行されている場合において、両者の検出タイミングのずれにより、第2タイプの故障診断で検出してほしい故障が、第1タイプの故障診断で検出されることが発生し得る。その場合、故障原因の特定に誤りが生じる恐れがある。故障診断により故障が検出された後のフェールセーフアクションは、故障原因により異なってくるため、故障原因に対応しないフェールセーフアクションが実行される可能性があり、車両の安全性や性能に悪影響を与える可能性がある。
 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、車両内で発生した異常の原因を正しく特定するための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異常診断システムは、車両内において複数の異常診断処理を実行する制御部を備える。前記複数の異常診断処理には、複数の種類の原因により発生し得る異常を検出する第1タイプの異常診断処理と、1種類の原因により発生する異常を検出する第2タイプの異常診断処理が含まれる。前記制御部は、前記第1タイプの異常診断処理により異常が検出されたとき、前記第2タイプの異常診断処理の診断結果をもとに、前記第1タイプの異常診断処理により検出された異常の原因を特定する。
 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、車両内で発生した異常の原因を正しく特定することができる。
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。 具体例1に係る異常診断処理を説明するための部分回路図である。 具体例1に係る異常診断処理において、比較例に係る処理シーケンスのフローチャートを示す図である。 具体例1に係る異常診断処理において、比較例に係る処理シーケンスを実行した場合の第1セルと第2セルの電圧挙動の一例を示す図である。 具体例1に係る異常診断処理において、実施例に係る処理シーケンスのフローチャートを示す図である。 具体例1に係る異常診断処理において、実施例に係る処理シーケンスを実行した場合の第1セルと第2セルの電圧挙動の一例を示す図である。 図7(a)、(b)は、比較例に係る処理シーケンスと、実施例に係る処理シーケンスを比較した図である。 具体例2に係る異常診断処理において、比較例に係る処理シーケンスのフローチャートを示す図である。 具体例2に係る異常診断処理において、実施例に係る処理シーケンスのフローチャートを示す図である。
 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、内燃機関を搭載しない純粋なEVを想定する。
 電源システム10は、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。
 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、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、蓄電部11、管理部12、ヒータ17を備える。蓄電部11は、直列接続された複数のセルE1-Enを含む。具体的な構成例として蓄電部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又は直並列接続されて構成される。各蓄電モジュールは、直列又は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-T3が設置される。温度センサは各蓄電モジュールに1つ又は2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。図1には3つの温度センサT1-T3が設置される例を描いているが、2つでもよいし、4つ以上でもよい。温度センサT1-T3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、電圧計測部13、温度計測部14、電流計測部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、電圧計測部13との間は複数の電圧計測線で接続される。電圧計測部13は、隣接する2本の電圧計測線間の電圧をそれぞれ計測することにより、各セルE1-Enの電圧を計測する。電圧計測部13は、計測した各セルE1-Enの電圧を制御部16に送信する。
 電圧計測部13は制御部16に対して高圧であるため、電圧計測部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。電圧計測部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。電圧計測部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本の電圧計測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。
 温度計測部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-T3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計測された値をもとに推定する。
 電流計測部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、温度計測部14及び電流計測部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。
 ヒータ17は、複数のセルE1-Enを加熱するための熱源である。なお図1には描かれていないが、複数のE1-Enを冷却するための冷却源(例えば、ファン、クーラー、水冷システム)も設置される。
 制御部16は、電圧計測部13、温度計測部14及び電流計測部15により計測された複数のセル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。
 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。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。
 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内の各種機器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。
 電源システム10の制御部16及び車両ECU30は、それぞれが単独で又は両者が連携して電動車両1内において様々な異常診断処理(故障診断処理ともいう)を実行している。本明細書では、異常診断処理を実行するシステムを異常診断システムと呼び、異常診断システムは制御部16及び車両ECU30の少なくとも一方を含む。
 異常診断処理には、複数の種類の原因により発生し得る異常を検出する第1タイプの異常診断処理と、1種類の特定された原因により発生する異常を検出する第2タイプの異常診断処理がある。以下、第1タイプの異常診断処理と第2タイプの異常診断処理を並行して実行する場合の処理シーケンスを具体例を挙げながら説明する。まず具体例1では、複数のセルE1-Enの電圧に関連する異常を検出する第1タイプ異常診断処理と第2タイプの異常診断処理の処理シーケンスについて説明する。
 図2は、具体例1に係る異常診断処理を説明するための部分回路図である。図2に示す例では、蓄電部11が直列接続された5個のセルE1-E5で構成される例を示している。電圧計測部13は、直列接続された5個のセルE1-E5間の各ノードと複数の電圧計測線L0-L5で接続され、隣接する2つの電圧計測線間の電圧を計測して各セルE1-E5の電圧を計測する。
 複数の電圧計測線L0-L5には、それぞれ抵抗R0-R5が挿入される。複数の電圧計測線L0-L5の隣接する2本の電圧計測線間に放電回路が接続される。各放電回路は、放電スイッチS1d-S5dと放電抵抗R1d-R5dの直列回路で構成される。放電スイッチS1d-S5dには例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を使用することができる。放電回路は主に複数のセルE1-E5の均等化処理に使用される。
 複数の電圧計測線L0-L5の隣接する2本の電圧計測線間に、複数のセルE1-E5と並列にそれぞれコンデンサC1-C5が接続される。コンデンサC1-C5は、複数の電圧計測線L0-L5の各電位を安定化させる作用を担う。
 制御部16は、電圧計測部13から複数のセルE1-E5の電圧値を取得する。電圧計測部13と制御部16間は例えば、絶縁インタフェースによる通信で信号が送受信される。
 制御部16は均等化処理機能を備え、定期的に複数のセルE1-E5の均等化処理を実施する。例えば制御部16は、複数のセルE1-E5の内、最も電圧が低いセルの電圧に他の複数のセルの電圧を合わせる。具体的には制御部16は、当該他の複数のセルの放電スイッチをターンオンして、当該他の複数のセルを放電させる。制御部16は、当該他の各セルの電圧が、最も電圧が低いセルの電圧に到達すると、当該他の各セルの放電スイッチをターンオフする。
 制御部16は第1タイプの異常診断処理として、セル電圧のオーバーボルテージ(OV)/アンダーボルテージ(UV)の検出処理を実行する。制御部16は複数のセルE1-E5の各電圧を監視する。制御部16は各セルの電圧とOV閾値とを比較し、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は第2タイプの異常診断処理として、複数の電圧計測線L0-L5の断線検出処理を実行する。この処理では、複数の電圧計測線L0-L5のいずれかに断線が発生しているか否か診断する。制御部16は所定時間おきに複数の放電スイッチS1d-S5dをターンオンする。当該ターンオンにより、複数の電圧計測線L0-L5の電位が、最下位の電圧計測線L5の電位(例えば、0V)に収束していく。
 この状態において電圧計測部13により計測される複数のセルE1-E5の電位は、複数のセルE1-E5の電圧を示すものではなくなる。従って制御部16は、複数の電圧計測線L0-L5の断線検出処理を実行している間、上述したセル電圧のOV/UV検出処理を中断する。
 制御部16は複数の放電スイッチS1d-S5dをターンオンした後、所定時間経過後に複数の放電スイッチS1d-S5dをターンオフする。当該ターンオフにより、電圧計測部13により計測される複数のセルE1-E5の電位は、複数のセルE1-E5の電圧を示す状態に復帰する。制御部16は、複数の放電スイッチS1d-S5dのターンオフ後のセル電圧が、複数の放電スイッチS1d-S5dのターンオン前のセル電圧と実質的に等しい電圧に回復しないセルが発生した場合、当該セルに接続された電圧計測線に断線が発生したと判定する。複数の放電スイッチS1d-S5dのターンオフ後、制御部16は、上述したセル電圧のOV/UV検出処理を再開する。
 ある電圧計測線に断線が発生すると、その電圧計測線に接続された2つのセルの電圧が影響を受ける。図2では、第1電圧計測線L1が断線した場合の状態を示している。第1電圧計測線L1が断線しても、第1セルE1及び第2セルE2の電圧は、直ぐにOV閾値/UV閾値に到達せずに一定の期間、正常範囲に留まる。第1セルE1及び第2セルE2の電圧が直ぐにOV閾値/UV閾値に到達しないのは、断線箇所の上下の第0電圧計測線L0と第2電圧計測線L2間のインピーダンスが釣り合って、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2内の電荷が直ぐには抜けないためである。第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2内の電荷は、電圧計測部13内の配線抵抗などにより徐々に抜けていき、それに伴い第1コンデンサC1と第2コンデンサC2間のノードNaの電位が徐々に低下する。最終的に第1セルE1の電圧は上限値にはりつき、第2セルE2の電圧は下限値にはりつく。
 なお、複数の電圧計測線L0-L5のそれぞれと、グランド電位との間にそれぞれ、複数の放電スイッチS1d-S5dと別に断線検出専用のスイッチを設けてもよい。この場合、制御部16は複数の放電スイッチS1d-S5dを使用せずに、断線検出専用のスイッチを使用して断線検出処理を実行する。
 図3は、具体例1に係る異常診断処理において、比較例に係る処理シーケンスのフローチャートを示す図である。図4は、具体例1に係る異常診断処理において、比較例に係る処理シーケンスを実行した場合の第1セルE1と第2セルEの電圧挙動の一例を示す図である。
 電動車両1の電源がオンされると(ステップS10のON)、制御部16は、複数のセルE1-Enの電圧に関連する複数の異常診断処理を並行して実行する(S11)。図3、図4に示す例では制御部16は、セル電圧のOV/UV検出処理、及び断線検出処理を並行して実行する。制御部16は、セル電圧のOV/UV検出処理を常時実行する。制御部16は、断線検出処理を所定時間ごと(例えば、20秒ごと)に実行する。なお断線検出処理の実行中は、セル電圧のOV/UV検出処理は中断する。なお制御部16は、セル電圧のOV/UV検出処理を、断線検出処理の周期より短い周期で断続的に実行してもよい。
 図4の下部に示すセル電圧のOV/UV検出処理のフラグは、ローのとき異常が検出されていない状態を示し、ハイのとき異常が検出されたことを示す。断線検出処理のフラグは、ローのとき断線診断を実行していない状態を示し、ハイのとき断線診断を実行している状態を示す。
 図4において、第1電圧計測線L1に断線が発生したとき(図2参照)、断線診断が実行されていないため、制御部16は断線検出処理により、直ぐには当該断線を検出することができない。断線後、第1セルE1の電圧は徐々に上昇し、第2セルE2の電圧は徐々に低下する。第1セルE1の電圧がOV閾値に到達すると、制御部16はセル電圧のOVを検出する。その後、制御部16は断線発生後の最初の断線診断により、第1電圧計測線L1の断線を検出する。
 制御部16は、異常状態が規定時間以上継続した場合に異常を確定する。図4に示す例では制御部16は、第1セルE1の電圧がOV閾値を規定時間以上継続して超えた場合に、セル電圧のOVを確定する。
 セル電圧のOV/UV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。電圧計測線の断線が検出されると、制御部16は、電圧計測線の断線に対応するフェールセーフアクションを実行する。制御部16は、電圧計測線の断線に対応するフェールセーフアクションとして、例えば縮退モードへの移行を実行する。
 例えば制御部16は、インバータ40の上限電力値または上限電流値を、通常より低い値に変更することを指示する上限値変更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は当該上限値変更要求を受信すると、インバータ40の上限電力値または上限電流値を、縮退モードのときの値に変更する。なお、上限値は電力値または電流値でなく、速度で規定されてもよい。また制御部16は縮退モードのとき、セルのSOC使用範囲を制限してもよい。例えば、通常モードのSOC使用範囲が20~80%の場合、縮退モードのSOC使用範囲を40~60%に制限する。
 図3に戻る。制御部16は、複数のセルE1-Enの電圧に関連する複数の異常診断処理の内、OV/UVを検出すると(S12のY)、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(S15)。車両ECU30は当該リレーカット要求を受信すると、リレーR1をオフに制御する(S16)。制御部16は、複数のセルE1-Enの電圧に関連する複数の異常診断処理の内、電圧計測線の断線を検出すると(S12のN、S13のY)、代替ストラテジとして、電圧計測線の断線に対応するフェールセーフアクションを実行する(S14)。代替ストラテジによる処理が終了すると、車両ECU30は、リレーR1をオフに制御する(S16)。電動車両1の電源がオフされると(ステップS10のOFF)、車両ECU30は、リレーR1をオフに制御する(S16)。
 図5は、具体例1に係る異常診断処理において、実施例に係る処理シーケンスのフローチャートを示す図である。図6は、具体例1に係る異常診断処理において、実施例に係る処理シーケンスを実行した場合の第1セルE1と第2セルEの電圧挙動の一例を示す図である。図5において電動車両1の電源がオンされると(ステップS10のON)、制御部16は、複数のセルE1-Enの電圧に関連する複数の異常診断処理を並行して実行する(S11)。
 図6において第1電圧計測線L1の断線後、第1セルE1の電圧がOV閾値を超えると、制御部16はセル電圧のOVを検出する。実施例では、第1タイプの異常診断処理であるセル電圧のOV/UV検出処理において異常が検出されると、その検出をトリガとして、制御部16は第2タイプの異常診断処理である断線検出処理を即座に実行する。即ち、制御部16は、セル電圧のOV/UV検出処理において異常が検出されると、断線検出処理の周期的な実行タイミングに関係なく、断線検出処理を即座に実行する。制御部16は断線検出処理を実行することにより、第1電圧計測線L1の断線を検出する。
 制御部16は、第2タイプの異常診断処理である断線検出処理により断線が検出されると、即座に、電圧計測線の断線に対応するフェールセーフアクションを実行する。
 図5に戻る。制御部16は、複数のセルE1-Enの電圧に関連する複数の異常診断処理の内、第1タイプの異常診断処理であるセル電圧のOV/UV検出処理において、セル電圧のOV/UVを検出すると(S12のY)、第2タイプの異常診断処理である断線検出処理を実行する(S13)。
 当該断線検出処理により電圧計測線の断線が検出されると(S13のY)、制御部16は、異常の原因を電圧計測線の断線と判定し、代替ストラテジとして、電圧計測線の断線に対応するフェールセーフアクションを実行する(S14)。代替ストラテジによる処理が終了すると、車両ECU30は、リレーR1をオフに制御する(S16)。当該断線検出処理により電圧計測線の断線が検出されない場合(S13のN)、制御部16は、異常の原因をセル電圧のOV/UVと判定し、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(S15)。車両ECU30は当該リレーカット要求を受信すると、リレーR1をオフに制御する(S16)。電動車両1の電源がオフされると(ステップS10のOFF)、車両ECU30は、リレーR1をオフに制御する(S16)。
 なお、第2タイプの異常診断処理である断線検出処理により、先に電圧計測線の断線が検出された場合は、制御部16は即座に、電圧計測線の断線が発生したと判定し、縮退モードに移行する。この場合、第1タイプの異常診断処理であるセル電圧のOV/UV検出処理の結果を待つ必要はない。
 図7(a)、(b)は、比較例に係る処理シーケンスと、実施例に係る処理シーケンスを比較した図である。図7(a)が比較例に係る処理シーケンスを示し、図7(b)が実施例に係る処理シーケンスを示している。図7(a)に示すように比較例では、異常が発生した後、第1タイプの異常診断処理が第2タイプの異常診断処理より先に当該異常を検出すると、リレーカットが実行される。
 図3-図6に示した例では、異常Aがセル電圧のOV/UVであり、異常Bが電圧計測線の断線であり、実際に発生した異常は電圧計測線の断線である。従って、本来はフェールセーフアクションとして、縮退モードに移行するべきである。しかしながら、直ぐにリレーカットされ、電動車両1が停止する。
 これに対して図7(b)に示すように実施例では、異常が発生した後、第1タイプの異常診断処理が第2タイプの異常診断処理より先に当該異常を検出すると、第2タイプの異常診断処理が即座に実行される。この第2タイプの異常診断処理により断線が検出されると、リレーカットされずに、縮退モードに移行する。
 このように実施例では、第1タイプの異常診断処理において異常が検出されると、それをトリガとして第2タイプの異常診断処理が実行される。これにより異常の原因を早期に正しく特定することができる。従って、異常の原因に応じた正しいフェールセーフアクションを実行することができる。これに対して比較例では、実際に発生した電圧計測線の断線に対して、セル電圧のOV/UVと誤った診断が下され、その誤った診断にもとづきリレーカットが実行される。
 また、セル電圧に関連する異常診断処理において、一度、セル電圧に関連する異常が検出されると、当該異常を解消する修理や部品交換が終了するまで、その異常診断の内容が取り消されない設計の場合、誤ったフェールセーフアクションが永続的に続くことになる。
 なお、リレーカットと縮退モードへの移行の2つのフェールセーフアクションを用意しているのは、安全性と利便性を両立させる趣旨である。内燃機関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。
 比較的軽微な異常な場合は、縮退モードへの移行にとどめ自走可能な状態を確保する。一方、重度な異常な場合はリレーカットを実行して、車両の安全性を確保する。なお、ハイブリッド車(HV)、プラグインハイブリッド車(PHV)の場合、全ての異常に対して、リレーカットを実行してもよい。
 また、異常の原因を正しく特定することにより、交換が必要な故障部品を正しく特定することができ、正常な部品を不必要に交換することを防止することができる。例えば、故障箇所を電圧計測線に特定できれば、蓄電部11内のセルE1-Enを交換する必要はない。
 次に具体例2を説明する。具体例2では、複数のセルE1-Enの温度制御システムに関連する異常を検出する第1タイプ異常診断処理と第2タイプの異常診断処理の処理シーケンスについて説明する。
 制御部16は第1タイプの異常診断処理として、加熱系の温度制御システムの機能不全検出処理を実行する。制御部16は、ある温度センサにより計測されるセルの温度が目標温度になるようにヒータ17を制御する。制御部16は両者の偏差から、当該セルの温度を目標温度にするために必要な熱量を計算し、単位時間あたりの加熱量と加熱時間を決定する。制御部16は、決定した単位時間あたりの加熱量と加熱時間をもとに、当該セルの予想温度推移を生成する。例えば、当該温度センサにより計測される当該セルの温度が10℃で目標温度が25℃の場合、上記偏差は15℃となる。
 制御部16は、上記温度センサにより計測される上記セルの温度と、予想温度推移上の温度との差が所定の設定値以上乖離したとき、加熱系の温度制御システムの機能不全と判定する。加熱系の温度制御システムの機能不全の原因として、ヒータ17の故障、上記温度センサの故障などが考えられる。
 また制御部16は第1タイプの異常診断処理として、冷却系の温度制御システムの機能不全検出処理を実行する。制御部16は、ある温度センサにより計測されるセルの温度が目標温度になるように図示しない、ファン、クーラー、又は水冷システムを制御する。制御部16は両者の偏差から、当該セルの温度を目標温度にするために必要な冷却量を計算し、単位時間あたりの冷却量と冷却時間を決定する。制御部16は、決定した単位時間あたりの冷却量と冷却時間をもとに、当該セルの予想温度推移を生成する。例えば、当該温度センサにより計測される当該セルの温度が40℃で目標温度が25℃の場合、上記偏差は15℃となる。
 制御部16は、上記温度センサにより計測される上記セルの温度と、予想温度推移上の温度との差が所定の設定値以上乖離したとき、冷却系の温度制御システムの機能不全と判定する。冷却系の温度制御システムの機能不全の原因として、図示しない、ファン、クーラー、又は水冷システムの故障、上記温度センサの故障などが考えられる。
 また制御部16は第2タイプの異常診断処理として、温度センサT1-T3の特性ずれの検出処理を実行する。特性ずれは、温度センサの正常な計測範囲に、許容値を超えたずれが発生している状態である。また特性ずれには、オフセット位置の許容値を超えたずれも含まれる。
 制御部16は、温度センサの計測値が、許容誤差を含む正常な計測範囲を逸脱している場合、当該温度センサに特性ずれが発生していると判定する。また制御部16は、複数の温度センサの内、1つだけ出力値が、他の温度センサの出力値から大きく乖離しているとき、出力値が乖離している温度センサに特性ずれが発生していると判定する。例えば、複数の温度センサの出力値の平均値から、所定の設定値以上乖離した出力値の温度センサを、特性ずれが発生している温度センサと判定する。制御部16はこの判定処理を所定時間おきに実行する。
 また制御部16は第2タイプの異常診断処理として、温度センサT1-T3の出力はりつきの検出処理を実行する。出力はりつきは、温度センサの出力値が、温度センサの上限限界値または下限限界値にはりついた状態である。
 図8は、具体例2に係る異常診断処理において、比較例に係る処理シーケンスのフローチャートを示す図である。電動車両1の電源がオンされると(ステップS20のON)、制御部16は、温度制御システムに関連する複数の異常診断処理を並行して実行する(S21)。制御部16は、当該複数の異常診断処理の内、温度制御システムの機能不全を検出すると(S22のY)、温度制御システムの機能を停止させる(S25)。制御部16は、当該複数の異常診断処理の内、温度センサの特性ずれを検出すると(S22のN、S23のY)、代替ストラテジとして、温度センサの特性ずれに対応するフェールセーフアクションを実行する(S24)。例えば、特性ずれが発生している温度センサの出力値を、当該温度センサに最も近い位置に設置されている正常な温度センサの出力値に置換する。なお、制御部16は、特性ずれが発生している温度センサの出力値と最も挙動が近い正常な温度センサの出力値を特定し、両者の出力値の差分を、特性ずれが発生している温度センサの出力値に加算してもよい。代替ストラテジによる処理が終了すると、制御部16は、温度制御システムの機能を停止させる(S25)。電動車両1の電源がオフされると(ステップS20のOFF)、制御部16は、温度制御システムの機能を停止させる(S25)。
 図9は、具体例2に係る異常診断処理において、実施例に係る処理シーケンスのフローチャートを示す図である。電動車両1の電源がオンされると(ステップS20のON)、制御部16は、温度制御システムに関連する複数の異常診断処理を並行して実行する(S11)。制御部16は、当該複数の異常診断処理の内、第1タイプの異常診断処理である温度制御システムの機能不全検出処理において、温度制御システムの機能不全を検出すると(S22のY)、第2タイプの異常診断処理である温度センサの特性ずれ検出処理を実行する(S23)。例えば制御部16は、複数の温度センサの内、出力値が他の温度センサの出力値から大きく乖離している温度センサが存在するか否か判定する。
 当該温度センサの特性ずれ検出処理により、特性ずれが発生している温度センサが検出された場合(S23のY)、制御部16は、特定の温度センサに特性ずれが発生していると判定し、代替ストラテジとして、温度センサの特性ずれに対応するフェールセーフアクションを実行する(S24)。例えば、制御部16は、特性ずれが発生している温度センサの出力値を、当該温度センサに最も近い位置に設置されている正常な温度センサの出力値に置換する。代替ストラテジによる処理が終了すると、制御部16は、温度制御システムの機能を停止させる(S25)。
 当該温度センサの特性ずれ検出処理により、特性ずれが発生している温度センサが検出されなかった場合(S23のN)、制御部16は温度制御システムの機能不全と判定し、温度制御システムの機能を停止させる(S25)。電動車両1の電源がオフされると(ステップS20のOFF)、制御部16は、温度制御システムの機能を停止させる(S25)。
 なお、第2タイプの異常診断処理である温度センサの特性ずれ検出処理により、先に温度センサの特性ずれが検出された場合は、制御部16は即座に、特性ずれが発生している温度センサの出力値を、当該温度センサに最も近い位置に設置されている正常な温度センサの出力値に置換する。この場合、第1タイプの異常診断処理である温度制御システムの機能不全検出処理の結果を待つ必要はない。
 具体例2においても、実施例では、第1タイプの異常診断処理において異常が検出されると、それをトリガとして第2タイプの異常診断処理が実行される。これにより異常の原因を早期に正しく特定することができる。従って、異常の原因に応じた正しいフェールセーフアクションを実行することができる。これに対して比較例では、1つの温度センサの異常に対して、温度制御システムの機能不全と診断され、その診断にもとづき温度制御システムの機能が停止される。しかしながら、多数の温度センサが搭載されている電源システム10の場合、1つの温度センサの異常は比較的軽微な異常であり、他の温度センサの出力値で代替できる。その場合、温度制御システムの機能を停止させる必要性は低い。従って、1つの温度センサに異常が発生している場合、温度制御システムの機能を停止させるのではなく、他の温度センサの出力値で代替するフェールセーフアクションの方が、ユーザの利便性が高い。
 また、異常の原因を正しく特定することにより、交換が必要な故障部品を正しく特定することができ、正常な部品を不必要に交換することを防止することができる。例えば、故障箇所を1つの温度センサに特定できれば、当該温度センサのみを交換すればよく、ヒータ17やファン等を交換する必要はない。
 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。
 具体例1では複数のセルE1-Enの電圧に関連する複数の異常診断処理、具体例2では温度制御システムに関連する複数の異常診断処理を説明した。この点、蓄電部11に流れる電流に関連する複数の異常診断処理の場合、第1タイプの異常診断処理は、電流経路に過電流が流れているか否か監視する処理を含む。第2タイプの異常診断処理は、電流センサの特性ずれを検出する処理を含む。第1タイプの異常診断処理により過電流が検出されると、制御部16は例えば、リレーカットを実行する。電流センサが複数設置されている場合において、第2タイプの異常診断処理により電流センサの特性ずれが検出されると、制御部16は例えば、縮退モードに移行する。
 具体例1、2に係る実施例では、第1タイプの異常診断処理と第2タイプの異常診断処理を並行して実行する例を説明した。この点、制御部16は、第2異常診断処理を電動車両1の電源がオンされた後、1度だけ実行し、その後は停止させていてもよい。通常時、制御部16は、第1タイプの異常診断処理のみを実行し、第1タイプの異常診断処理により異常が検出されると、それをトリガとして、第2異常診断処理を実行する。例えば、具体例1では通常時に断線検出処理を実行しないことにより、セル電圧を計測できない期間をなくすことができる。また制御部16の処理の負荷を軽減することができる。一方、第1タイプの異常診断処理と第2タイプの異常診断処理を並行して実行する例では、冗長性が増し、異常検出に関する堅牢性が向上する。
 具体例2では、第1タイプの異常診断処理と第2タイプの異常診断処理の両方を制御部16が実行する例を説明したが、第1タイプの異常診断処理は車両ECU30で実行してもよい。電源システム10の外に設置された、セルの冷却以外にも使用するクーラーや水冷システムを、セルの冷却に使用する場合、車両ECU30が当該クーラーや水冷システムを制御する。この場合、車両ECU30と電源システム10の制御部16が連携して、故障診断処理を実行する。
 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]
 車両(1)内において複数の異常診断処理を実行する制御部(16)を備え、
 前記複数の異常診断処理には、複数の種類の原因により発生し得る異常を検出する第1タイプの異常診断処理と、1種類の原因により発生する異常を検出する第2タイプの異常診断処理が含まれ、
 前記制御部(16)は、前記第1タイプの異常診断処理により異常が検出されたとき、前記第2タイプの異常診断処理の診断結果をもとに、前記第1タイプの異常診断処理により検出された異常の原因を特定することを特徴とする異常診断システム。
 これによれば、異常の原因を正しく特定することができる。
[項目2]
 前記制御部(16)は、前記第1タイプの異常診断処理により異常が検出されたとき、当該異常の検出をトリガとして、前記第2タイプの異常診断処理を実行することを特徴とする項目1に記載の異常診断システム。
 これによれば、異常の原因を早期に正しく特定することができる。
[項目3]
 前記制御部(16)は、
 前記第2タイプの異常診断処理を所定時間毎に実行し、
 前記第1タイプの異常診断処理により異常が検出されたとき、当該異常の検出をトリガとして、前記第2タイプの異常診断処理の周期的な実行タイミングに関係なく、前記第2タイプの異常診断処理を実行することを特徴とする項目2に記載の異常診断システム。
 これによれば、第1タイプの異常診断処理と第2タイプの異常診断処理が並行して実行されている場合において、異常の原因を早期に正しく特定することができる。
[項目4]
 前記制御部(16)は、前記第1タイプの異常診断処理を、継続的または前記第2タイプの異常診断処理の周期より短い周期で実行することを特徴とする項目3に記載の異常診断システム。
 これによれば、異常の原因を誤って特定しやすい状況において、異常の原因を正しく特定することができる。
[項目5]
 前記制御部(16)は、検出された異常の原因に応じて、異なるフェールセーフ処理を実行することを特徴とする項目1から4のいずれか1項に記載の異常診断システム。
 これによれば、安全性と利便性を両立する最適なフェールセーフ処理を実行することができる。
[項目6]
 直列接続された複数のセル(E1-En)と、
 前記複数のセル(E1-En)間の各ノードと複数の電圧計測線(L0-L5)で接続され、隣接する電圧計測線間の電圧を計測して各セル(E1-En)の電圧を計測する電圧計測部(13)と、
 項目1から5のいずれか1項に記載の異常診断システムと、を備え、
 前記第1タイプの異常診断処理は、前記セル(E1-En)の過電圧または過小電圧を検出する処理を含み、
 前記第2タイプの異常診断処理は、前記電圧計測線(L0-L5)の断線を検出する処理を含む、
 ことを特徴とする車両用電源システム(1)。
 これによれば、複数のセル(E1-En)の電圧に関連する異常の原因を正しく特定することができる。
[項目7]
 前記複数の電圧計測線(L0-L5)を、所定の固定電位にそれぞれ接続させるための複数のスイッチ(S1d-S5d)をさらに備え、
 前記制御部(16)は、
 前記セル(E1-En)の過電圧または過小電圧を、前記電圧計測部(13)により計測される前記複数のセル(E1-En)の電圧値をもとに検出し、
 前記電圧計測線(L0-L5)の断線を、当該電圧計測線(L0-L5)に接続されたスイッチ(S1d-S5d)をターンオンし、所定時間経過後に当該スイッチ(S1d-S5d)をターンオフしたときの当該電圧計測線(L0-L5)の電圧値をもとに検出することを特徴とする項目6に記載の車両用電源システム(1)。
 これによれば、第1タイプの異常診断処理により検出された異常が、電圧計測線(L0-L5)の断線によるものか否かを正しく検出することができる。
 1 電動車両、 10 電源システム、 11 蓄電部、 12 管理部、 13 電圧計測部、 14 温度計測部、 15 電流計測部、 16 制御部、 17 ヒータ、 E1-En セル、 Rs シャント抵抗、 T1-T3 温度センサ、 20 車載ネットワーク、 30 車両ECU、 40 インバータ、 50 モータ、 60 計器盤、 RY1 リレー、 R0-R5 抵抗、 C1-C5 コンデンサ、 L0-L5 電圧計測線、 S1d-S5d 放電スイッチ、 R1d-R5d 放電抵抗。

Claims (7)

  1.  車両内において複数の異常診断処理を実行する制御部を備え、
     前記複数の異常診断処理には、複数の種類の原因により発生し得る異常を検出する第1タイプの異常診断処理と、1種類の原因により発生する異常を検出する第2タイプの異常診断処理が含まれ、
     前記制御部は、前記第1タイプの異常診断処理により異常が検出されたとき、前記第2タイプの異常診断処理の診断結果をもとに、前記第1タイプの異常診断処理により検出された異常の原因を特定することを特徴とする異常診断システム。
  2.  前記制御部は、前記第1タイプの異常診断処理により異常が検出されたとき、当該異常の検出をトリガとして、前記第2タイプの異常診断処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の異常診断システム。
  3.  前記制御部は、
     前記第2タイプの異常診断処理を所定時間毎に実行し、
     前記第1タイプの異常診断処理により異常が検出されたとき、当該異常の検出をトリガとして、前記第2タイプの異常診断処理の周期的な実行タイミングに関係なく、前記第2タイプの異常診断処理を実行することを特徴とする請求項2に記載の異常診断システム。
  4.  前記制御部は、前記第1タイプの異常診断処理を、継続的または前記第2タイプの異常診断処理の周期より短い周期で実行することを特徴とする請求項3に記載の異常診断システム。
  5.  前記制御部は、検出された異常の原因に応じて、異なるフェールセーフ処理を実行することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の異常診断システム。
  6.  直列接続された複数のセルと、
     前記複数のセル間の各ノードと複数の電圧計測線で接続され、隣接する電圧計測線間の電圧を計測して各セルの電圧を計測する電圧計測部と、
     請求項1から5のいずれか1項に記載の異常診断システムと、を備え、
     前記第1タイプの異常診断処理は、前記セルの過電圧または過小電圧を検出する処理を含み、
     前記第2タイプの異常診断処理は、前記電圧計測線の断線を検出する処理を含む、
     ことを特徴とする車両用電源システム。
  7.  前記複数の電圧計測線を、所定の固定電位にそれぞれ接続させるための複数のスイッチをさらに備え、
     前記制御部は、
     前記セルの過電圧または過小電圧を、前記電圧計測部により計測される前記複数のセルの電圧値をもとに検出し、
     前記電圧計測線の断線を、当該電圧計測線に接続されたスイッチをターンオンし、所定時間経過後に当該スイッチをターンオフしたときの当該電圧計測線の電圧値をもとに検出することを特徴とする請求項6に記載の車両用電源システム。
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