JP5691993B2 - 蓄電システム及び電流センサ異常を検出する方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される蓄電システムの電流センサ異常を検出する技術に関する。

特許文献１は、並列に接続されたバッテリそれぞれに電流センサが設けられている。バッテリから走行用モータ等の電力負荷への電力供給が遮断されている状態で、各電流センサの検出値を比較することで、バッテリの充放電電流を検出する電流センサの異常を検出している。

特開２００７−０９９０３３号公報 特開２００９−２０１２０５号公報 特開２００８−２９６６６９号公報 特開２０１１−０６９６９３号公報

特許文献１では、バッテリの充放電電流を検出する電流センサの異常を判定するために、別途バッテリに設けられる他の電流センサを用いる必要があり、バッテリに少なくとも２つの電流センサを設ける必要がある。

本願第１の発明である蓄電システムでは、第１電流センサは、蓄電装置と蓄電装置からの電力を受けて動作する負荷の接続が遮断された状態で外部充電電流が蓄電装置に流れる経路に設けられ、負荷と接続された状態で充放電電流を検出するとともに、負荷との接続が遮断された状態で充電器から出力される外部充電電流を検出する。蓄電システムでは、蓄電装置に設けられた第１電流センサと充電器に設けられた第２電流センサを用いて、蓄電装置と負荷との接続が遮断された状態で各電流センサで検出された充電器から出力される外部充電電流の検出結果に基づいて電流センサの異常を検出する。

本願第１の発明によれば、充電器に予め設けられている蓄電装置に出力される外部充電電流を検出する電流センサを利用して、蓄電装置の充放電電流を検出する第１電流センサの異常を検出する。このため、電流センサの異常を検出するために蓄電装置に複数の電流センサを設ける必要がなく、部品点数を低減でき、コストを低減することができる。

第１電流センサを、外部充電電流が流れる電流経路に設け、第１電流センサによって検出される蓄電装置に流れる外部充電電流の検出値と第２電流センサによって検出される外部充電電流の検出値の差分が所定値以上である場合に、電流センサに異常があると検出する。外部充電の際に電流センサの異常検出を合わせて行うことができ、別途の異常検出処理を実施しなくても外部充電制御で必ず電流センサの異常検出が実施されるようになり、電流センサの信頼性を向上させることができる。

第１電流センサは、蓄電装置を構成する直列に接続された複数の蓄電要素の間や、充電器を充電ラインを介して蓄電装置の正極端子及び負極端子に接続し、充電ラインの一端を蓄電装置と負荷との接続を許容するシステムメインリレーと蓄電装置とを接続する接続ラインに接続するように構成し、接続ライン上であって接続ラインに対する充電ラインの接続ポイントと蓄電装置の正極端子または負極端子との間に設けることができる。

このように構成することで、蓄電装置から電力を受けて動作する負荷と蓄電装置との電流経路に対して独立した外部充電電流の経路で、電流センサの異常検出が行われる。このため、充電器と蓄電装置の接続のみを維持すれば電流センサの異常検出を行うことができ、充電器以外の他の電流経路と蓄電装置との接続が不要となるので、外部充電制御での速やかな電流センサの異常検出を行うことができる。

さらに、電流センサの異常検出が、蓄電装置から電力を受けて動作する負荷と蓄電装置との電流経路に対して独立して行われるため、蓄電装置に設けられた第１電流センサは、蓄電装置からの電力を受けて動作する負荷の影響を受けずに蓄電装置に流れる外部充電電流を検出することができる。つまり、負荷に外部充電電流が流れる状態での蓄電装置に流れる外部充電電流の検出を防止し、負荷による外部充電電流の変動を抑制した外部充電電流の検出を行うことができ、電流センサの異常検出精度を向上させることができる。さらに、負荷に外部充電電流が流れないことから、負荷によって外部充電電流が低減されて充電効率が低下することを抑制できる。

本願第２の発明は、上述した蓄電システムの電流センサ異常を検出する制御方法である。蓄電装置と負荷との接続が遮断された状態で充電器を介して外部電源の電力を蓄電装置に充電する外部充電中に、蓄電装置に流れる外部充電電流を第１電流センサで検出するとともに、充電器から蓄電装置に出力される外部充電電流を第２電流センサで検出し、第１電流センサ及び第２電流センサによって検出された充電器から出力される外部充電電流の検出値に基づいて、電流センサの異常を検出する。

本願第２の発明によれば、充電器に予め設けられている蓄電装置に出力される外部充電電流を検出する電流センサを利用し、電流センサの異常を検出するために蓄電装置が複数の電流センサを備える必要がないため、部品点数を低減でき、コストを低減することができるとともに、外部充電制御で必ず電流センサの異常検出が実施されるようになり、電流センサの信頼性を向上させることができる。

外部充電制御中に電流センサに異常があると検出された場合には、外部充電制御を中止することができる。

電池システムの構成を示す図である。 電流センサの異常検出動作を含む充電制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１である電池システム（蓄電システムに相当する）について説明する。図１は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載することができる。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池に加えて、エンジン又は燃料電池を備えている。電気自動車は、車両の動力源として、組電池だけを備えている。

組電池（蓄電装置に相当する）１０は、直列に接続された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１１を有する。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。組電池１０を構成する単電池１１の数は、要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。また、組電池１０は、並列に接続された複数の単電池１１を含んでいてもよい。

組電池１０は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１を介して昇圧コンバータ２２と接続されている。正極ラインＰＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられている。負極ラインＮＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、コントローラ４０からの制御信号を受けて、オン（接続状態）およびオフ（遮断状態）の間で切り替わる。

昇圧コンバータ２２は、組電池１０の出力電圧を昇圧して、昇圧後の電力をインバータ２３に出力する。また、昇圧コンバータ２２は、インバータ２３の出力電圧を降圧して、降圧後の電力を組電池１０に出力する。昇圧コンバータ２２は、例えば、チョッパ回路で構成することができる。昇圧コンバータ２２は、コントローラ４０からの制御信号を受けて動作する。

インバータ２３は、昇圧コンバータ２２から出力された直流電力を交流電力に変換して、交流電力をモータ・ジェネレータ（ＭＧ）２４に出力する。モータ・ジェネレータ２４としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。また、インバータ２３は、モータ・ジェネレータ２４から出力された交流電力を直流電力に変換して、直流電力を昇圧コンバータ２２に出力する。

モータ・ジェネレータ２４は、インバータ２３からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ２４は、車輪と接続されており、モータ・ジェネレータ２４によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ２４は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。モータ・ジェネレータ２４によって生成された交流電力は、インバータ２３に出力される。これにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。

本実施例の電池システムでは、組電池１０から電力を受けて動作する負荷としてモータ・ジェネレータ２４を用いることができる。また、昇圧コンバータ２２を用いているが、昇圧コンバータ２２を省略することもできる。すなわち、組電池１０をインバータ２３と接続することができる。

コントローラ４０は、組電池１０の充放電制御を行う制御装置である。コントローラ４０は、車両出力要求に基づいて負荷に組電池１０の電力を出力する放電制御、車両が減速したり、停止したりする際の車両制動時における回生電力を組電池１０に充電する充電制御と共に、後述する充電器３０を介して外部電源６０から供給される電力を組電池１０に充電させる外部充電制御を遂行する。

電流センサ１２（第１電流センサに相当）は、組電池１０に設けられ、充放電を行う組電池１０の充放電電流を検出してコントローラ４０に検出結果を出力する。また、電流センサ１２は、後述する充電器３０を介して組電池１０に流れる外部充電電流を検出し、コントローラ４０に検出結果を出力する。

本実施例の電流センサ１２は、充電器３０から組電池１０に出力される外部充電電流の電流経路に設けられ、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオフ状態、すなわち、組電池１０と負荷との接続が遮断された状態で、外部充電電流が組電池１０に流れる電流経路に設けられる。図１の例は、組電池１０を構成する単電池１１の間に電流センサ１２を設けている。

充電器３０は、正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬ２を介して、組電池１０に接続される。充電器３０は、外部電源６０から供給された交流電力を直流電力に変換する不図示のＡＣ／ＤＣコンバータや、外部電源６０又はＡＣ／ＤＣコンバータから出力される外部充電電流（直流電流）を昇圧して組電池１０に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３１、充電器３０から組電池１０に出力される外部充電電流を検出する電流センサ３２（第２電流センサに相当）を備える。外部電源６０は、車両の外部において、車両とは別に設けられた電源である。外部電源としては、例えば、商用電源を用いることができる。

電流センサ３２は、充電器３０に設けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１から組電池１０に出力される外部充電電流を検出し、コントローラ４０に検出結果を出力する。電流センサ３２は、正極ラインＰＬ２又は負極ラインＮＬ２に設けることができる。

本実施例では、正極ラインＰＬ２には、充電リレーＣＨＲ１が設けられている。負極ラインＮＬ２には、充電リレーＣＨＲ２が設けられている。

充電リレーＣＨＲ１は、充電器３０と組電池１０の正極端子との接続を許容する。正極ラインＰＬ２の一端は、組電池１０とシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂを接続する正極ラインＰＬ１に接続され、他端は、充電器３０に接続されている。正極ラインＰＬ２と正極ラインＰＬ１の接続ポイントＰ１は、組電池１０の正極端子とシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂとの間の正極ラインＰＬ１に位置している。

充電リレーＣＨＲ２は、充電器３０と組電池１０の負極端子との接続を許容する。負極ラインＮＬ２の一端は、組電池１０とシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇを接続する負極ラインＮＬ１に接続され、他端は、充電器３０に接続されている。負極ラインＮＬ２と負極ラインＰＬ１の接続ポイントＰ２は、組電池１０の負極端子とシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇとの間の負極ラインＮＬ１に位置している。充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２は、コントローラ４０からの制御信号を受けて、オン（接続状態に相当する）およびオフ（遮断状態に相当する）の間で切り替わる。

上述したように組電池１０に設けられる電流センサ１２は、充電器３０から組電池１０に出力される外部充電電流の電流経路に設けられ、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオフ状態、すなわち、組電池１０と負荷との接続が遮断された状態で、外部充電電流が組電池１０に流れる電流経路に設けられる。図１の例で示した構成以外に、電流センサ１２は、例えば、組電池１０の正極端子と接続ポイントＰ１との間の正極ラインＰＬ１又は組電池１０の負極端子と接続ポイントＰ２との間の負極ラインＮＬ１に電流センサ１２を設けることができる。

充電器３０は、本実施例の電池システムを搭載する車両の側部に設けられるインレット５０と接続される。インレット５０には、外部電源６０に連結する接続プラグ６１を有する充電ケーブル６２が接続される。

コントローラ４０は、外部電源６０から延設された接続プラグ６１がインレット５０に接続されたことを検出すると、充電器３０を介した外部充電を開始する。充電器３０は、コントローラ４０から出力される制御信号に基づいて動作し、外部電源６０から供給される電力を組電池１０に充電する。

本実施例では、充電器３０から組電池１０に出力される外部充電電流を電流センサ１２，３２それぞれで検出し、検出結果を比較して電流センサの異常検出を行う。つまり、本実施例の電流センサの異常検出処理は、充電器３０を介した外部充電中に遂行される。

図２は、電流センサの異常検出を伴う外部充電を行うときの処理を示したフローチャートである。図２に示す処理は、コントローラ４０によって実行される。図２に示す処理を開始するとき、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２は、オフである。また、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、オフである。

ステップＳ１０１において、コントローラ４０は、外部充電要求の有無を検出する。外部電源６０から延設された接続プラグ６１がインレット５０に接続されたか否かを検出したり、接続プラグ６１とインレット５０とが接続状態であることを示す信号をインレット５０又は接続プラグ６１から受信することで、コントローラ４０は、外部充電要求の有無を検出することができる。

なお、外部充電を開始させるためのスイッチ（図示せず）を設けることにより、外部充電発電要求を行うことができる。ユーザがスイッチを操作することにより、外部充電要求（ここでは、スイッチのオン）が、コントローラ４０に入力される。外部充電要求があれば、ステップＳ１０２の処理に進み、そうでなければ、本処理を終了する。

ステップＳ１０２において、コントローラ４０は、外部充電要求に基づいて外部充電及び電流センサ異常検出開始する。

ステップＳ１０３において、コントローラ４０は、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオンにし、充電器３０と組電池１０とを接続し、電流センサ１２，３２の外部充電電流の検出処理を遂行させる。

充電器３０は、コントローラ４０からの制御信号に基づいて外部充電電流を制御する。例えば、コントローラ４０は、予め決められた充電電流値に従って外部充電電流の電流値を充電器３０に出力し、充電器３０は、外部電源５０から供給される電流を整調（ＡＣ／ＤＣ変換，昇圧等）し、組電池１０に外部充電電流を供給する。

ステップ１０４において、組電池１０に対する充電器３０からの外部充電電流の出力が開始されると、コントローラ４０は、電流センサ１２，３２それぞれで外部充電電流を測定する。電流センサ１２，３２の測定結果は、コントローラ４０に入力される。このとき、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、オフ状態であり、充電中の組電池１０と負荷の接続が遮断された状態で、電流センサ１２は充電器３０から出力されて組電池１０を流れる外部充電電流の電流値を検出している。

ステップＳ１０５において、コントローラ４０は、外部充電中に電流センサ１２によって検出された外部充電電流の検出値Ｉ_B1及び電流センサ３２によって検出された検出値Ｉ_B2が入力されると、検出値Ｉ_B1と検出値Ｉ_B2との差分値（ΔＩ_B）を計算し、差分値ΔＩ_Bが所定の閾値未満であるか否かを判別する。

差分値ΔＩ_Bが所定の閾値未満、例えば、組電池１０に流れる外部充電電流に対する電流センサ１２の検出値Ｉ_B1と充電器３０から出力された外部充電電流に対する電流センサ３２の検出値Ｉ_B2が実質的に同じとみなされる範囲内である場合、コントローラ４０は、電流センサ１２，３２は共に正常（異常なし）であると検出（判別）する。電流センサ１２，３２が共に正常であると検出された場合、ステップＳ１０６に進み、組電池１０が満充電容量に達したか否か（充電を終了するか否か）を判別し、充電を継続する場合は、ステップＳ１０３に戻る。

コントローラ４０は、ステップＳ１０６において充電を終了すると判別した場合には、ステップＳ１０８に進み、外部充電及び電流センサの異常検出を終了する。コントローラ４０は、外部充電及び電流センサの異常検出の終了処理に伴い、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオンからオフに切り替え、充電器３０と組電池１０の接続を遮断する。

コントローラ４０は、電流センサが正常と判断される場合、外部充電が開始されてから終了するまでの間の外部充電中、所定の時間間隔で連続してステップＳ１０３からＳ１０５を繰り返し行い、電流センサの異常を常に検出するように動作することができる。なお、外部充電中の電流センサの異常検出は、例えば、所定のタイミング（例えば、外部充電の開始と終了の際）で動作するようにすることもできる。

ステップＳ１０５において、コントローラ４０は、差分値ΔＩ_Bが所定の閾値以上、例えば、組電池１０に流れる外部充電電流に対する電流センサ１２の検出値Ｉ_B1と充電器３０から出力された外部充電電流に対する電流センサ３２の検出値Ｉ_B2が実質的に同じとみなされる範囲を超える場合、コントローラ４０は、電流センサ１２，３２の両方又は一方に異常がある（異常あり）と検出（判別）する。電流センサ１２，３２に異常が検出された場合、ステップＳ１０７に進み、コントローラ４０は、ユーザなどに対して異常が発生していることを通知する。この通知は、ユーザの視覚又は聴覚で認識できるものであればよい。例えば、スピーカを用いて、異常が発生していることを示す情報を出力することができる。また、異常が発生していることを示す情報を、ディスプレイに表示させることができる。

ステップＳ１０７において、コントローラ４０は、異常通知の処理とともに電流センサに異常が検出されたことに応じて外部充電を中止する。コントローラ４０は、外部充電の中止に伴い、ステップＳ１０８，Ｓ１０９に進み、外部充電及び電流センサの異常検出を終了し、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオンからオフに切り替え、充電器３０と組電池１０の接続を遮断する。

本実施例では、充電器３０に予め設けられている組電池１０に出力される外部充電電流を検出する電流センサ３２を利用して、組電池１０に設けられた電流センサ１２の異常を検出することができる。このため、電流センサの異常を検出するために蓄電装置に複数の電流センサを設ける必要がなく、部品点数を低減でき、コストを低減することができる。

さらに、外部充電の際に電流センサの異常検出を合わせて行うことができ、別途の異常検出処理を実施しなくても外部充電制御で必ず電流センサの異常検出が実施されるようになり、電流センサの信頼性を向上させることができる。

また、組電池１０の電力を受けて動作する負荷と組電池１０との電流経路に対して独立した外部充電電流の経路で、電流センサの異常検出が行われる。このため、充電器３０と組電池１０の接続のみを維持すれば電流センサの異常検出を行うことができ、充電器３０以外の他の電流経路と蓄電装置との接続が不要となるので、外部充電制御での速やかな（円滑な）電流センサの異常検出を行うことができる。

特に、電流センサの異常検出が、負荷と組電池１０との電流経路に対して独立して行われ、組電池１０に設けられた電流センサ１２は、充電中の組電池１０と負荷の接続が遮断された状態で、充電器３０から出力されて組電池１０を流れる外部充電電流の電流値を検出している。このため、負荷の影響を受けずに組電池１０に流れる外部充電電流を検出することができ、負荷による外部充電電流の変動を抑制した外部充電電流の検出を行うことができ、電流センサの異常検出精度を向上させることができるとともに、負荷に外部充電電流が流れないことから、負荷によって外部充電電流が低減されて充電効率が低下することを抑制できる。

１０ 組電池（蓄電装置）
１１ 単電池（蓄電素子）
１２ 電流センサ（第１電流センサ）
２２ 昇圧コンバータ
２３ インバータ
２４ モータ・ジェネレータ
３０ 充電器
３１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２ 電流センサ（第２電流センサ）
４０ コントローラ
５０ インレット
６０ 外部電源
６１ 充電プラグ
６２ 充電ケーブル
ＰＬ１，ＮＬ１，ＰＬ２，ＮＬ２ 接続ライン
ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ システムメインリレー
ＣＨＲ１，ＣＨＲ２ 充電リレー
Ｐ１，Ｐ２ 接続ポイント

Claims (6)

1. 充放電を行う蓄電装置に設けられ、前記蓄電装置の充放電電流を検出する第１電流センサと、
   外部電源からの電力を前記蓄電装置に供給する充電器に設けられ、前記充電器から前記蓄電装置に出力される外部充電電流を検出する第２電流センサと、
   前記電流センサの異常を検出するコントローラと、を有し、
   前記第１電流センサは、前記蓄電装置と前記蓄電装置からの電力を受けて動作する負荷の接続が遮断された状態で前記外部充電電流が前記蓄電装置に流れる経路に設けられ、前記負荷と接続された状態で前記充放電電流を検出するとともに、前記負荷との接続が遮断された状態で前記充電器から出力される前記外部充電電流を検出し、
   前記コントローラは、前記蓄電装置と前記負荷との接続が遮断された状態で前記第１電流センサ及び第２電流センサによって検出された前記充電器から出力される前記外部充電電流の各検出値を比較して、前記電流センサの異常を検出することを特徴とする蓄電システム。
2. 前記コントローラは、前記第１電流センサによって検出された前記蓄電装置に流れる前記外部充電電流の検出値と前記第２電流センサによって検出された前記外部充電電流の検出値の差分が所定値以上である場合に、前記電流センサに異常があると検出することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記蓄電装置は、複数の蓄電要素が直列に接続されて構成され、
   前記第１電流センサは、前記蓄電要素間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
4. 前記充電器は、充電ラインを介して前記蓄電装置の正極端子及び負極端子に接続され、前記充電ラインの一端は、前記蓄電装置と前記負荷との接続を許容するシステムメインリレーと前記蓄電装置とを接続する接続ラインに接続され、
   前記第１電流センサは、前記接続ライン上であって、前記接続ラインに対する前記充電ラインの接続ポイントと前記蓄電装置の正極端子または負極端子との間に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
5. 蓄電システムの電流センサ異常を検出する方法であって、
   前記蓄電システムは、
   充放電を行う蓄電装置に設けられ、前記蓄電装置からの電力を受けて動作する負荷と前記蓄電装置とが接続された状態で、前記蓄電装置の充放電電流を検出する第１電流センサと、
   外部電源からの電力を前記蓄電装置に供給する充電器に設けられ、前記充電器から前記蓄電装置に出力される外部充電電流を検出する第２電流センサと、
   前記電流センサの異常を検出するコントローラと、を有し、
   前記第１電流センサは、前記蓄電装置と前記負荷との接続が遮断された状態で前記外部充電電流が前記蓄電装置に流れる経路に設けられ、
   前記蓄電装置と前記負荷との接続が遮断された状態で前記充電器を介して前記外部電源の電力を前記蓄電装置に充電する外部充電中に、前記蓄電装置に流れる前記外部充電電流を前記第１電流センサで検出するとともに、前記充電器から前記蓄電装置に出力される前記外部充電電流を前記第２電流センサで検出し、
   前記第１電流センサ及び第２電流センサによって検出された前記充電器から出力される前記外部充電電流の各検出値を比較して、前記電流センサの異常を検出する、
   ことを特徴とする方法。
6. 前記電流センサに異常があると検出された場合に、前記外部充電を中止することを特徴とする請求項５に記載の方法。
   

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