JP6156689B2

JP6156689B2 - スイッチ故障診断装置、スイッチ故障診断方法

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Publication number: JP6156689B2
Application number: JP2013132934A
Authority: JP
Inventors: 朋重井上; 剛之白石
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-06-25
Also published as: JP2015008600A

Description

充電電流または放電電流を遮断するためのスイッチの故障の有無を判定する技術に関する。

従来から、バッテリと負荷との間に並列接続された複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子のいずれかの故障の有無を判定する電源制御装置がある（特許文献１参照）。具体的には、この電源制御装置は、複数のスイッチング素子を、異なる時点で個別にオープン指令信号を与えているとき、および、同時にオープン指令信号を与えているときにそれぞれ、スイッチング素子の負荷側の端子の電圧値を測定し、測定して得られた各時点での電圧値に基づき、複数のスイッチング素子のいずれかの故障の有無を判定する。

特開２０１１−２２９２１６号公報

しかしながら、上記従来技術では、上記スイッチ故障の有無を判定するため、複数のスイッチング素子全てを同時にオープン状態にする必要があり、その際、バッテリと負荷との間の電流経路が遮断されてしまう。

本明細書では、負荷および充電器の少なくとも一方と電源との間の電流経路が遮断されることを抑制しつつ、スイッチ故障の有無を判定することが可能な技術を開示する。

本明細書によって開示されるスイッチ故障診断装置は、負荷および充電器の少なくとも一方と電源との間に設けられ、オープン状態とクローズ状態とに切り替わるスイッチと、前記スイッチに並列接続されたコンデンサと、前記スイッチの両端電圧に応じた電圧を検出する電圧検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記スイッチを前記クローズ状態から前記オープン状態に切り替えるためのオープン指令信号を、前記スイッチに与えるオープン指令処理と、前記オープン指令信号を与えているときに前記電圧検出部が検出した電圧がクローズ故障判定範囲内であるか否かを判断し、前記電圧が前記クローズ故障判定範囲内であると判断した場合に、クローズ故障有りと判定するクローズ故障判定処理と、を実行する構成を有する。

スイッチにオープン指令信号が与えられて、スイッチがオープン状態となった場合でも、負荷および充電器の少なくとも一方と電源との間の電流経路が遮断されることを抑制しつつ、スイッチ故障の有無を診断することができる。

一実施形態に係る電池パックの断面図スイッチ故障診断処理を示すフローコンデンサの電流、電圧のタイムチャートリレーが異常時と非異常時での電圧の時間変化リレーのオープン指令信号およびクローズ指令信号を与えたときの電流経路の変化を示す図

（実施形態の概要）
本明細書によって開示されるスイッチ故障診断装置は、負荷および充電器の少なくとも一方と電源との間に設けられ、オープン状態とクローズ状態とに切り替わるスイッチと、前記スイッチに並列接続されたコンデンサと、前記スイッチの両端電圧に応じた電圧を検出する電圧検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記オープン指令処理の実行後に前記スイッチを前記オープン状態から前記クローズ状態に切り換えるためのクローズ指令信号を前記スイッチに与えるクローズ指令処理と、前記オープン指令信号を与えてから前記クローズ指令信号を与えるまでの間に前記コンデンサに充電されることで前記電圧検出部が検出する電圧がクローズ故障判定範囲内であるか否かを判断し、前記電圧が前記クローズ故障判定範囲内であると判断した場合に、クローズ故障有りと判定するクローズ故障判定処理と、を実行する構成を有する。

このスイッチ故障診断装置は、スイッチにオープン指令信号を与えているときのスイッチの両端電圧がクローズ故障判定範囲内であると判断した場合にクローズ故障有りと判定する。ここで、スイッチがクローズ故障していなければ、このスイッチは、上記クローズ故障判定のためにオープン指令信号が与えられるとクローズ状態からオープン状態に切り替わる。このスイッチがオープン状態になると、電流経路がコンデンサを通るのみとなるため、コンデンサに電流が流れる。このため、コンデンサを介して負荷等と電源との間の電流経路が形成される。これにより、スイッチにオープン指令信号が与えられて、スイッチがオープン状態となった場合でも、負荷および充電器の少なくとも一方と電源との間の電流経路が遮断されることを抑制しつつ、スイッチ故障の有無を診断することができる。

上記スイッチ故障診断装置では、負荷および充電器の少なくとも一方と電源との間に設けられ、オープン状態とクローズ状態とに切り替わるスイッチと、前記スイッチに並列接続されたコンデンサと、前記スイッチの両端電圧に応じた電圧を検出する電圧検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記スイッチを前記オープン状態から前記クローズ状態に切り替えるためのクローズ指令信号を、前記スイッチに与えるクローズ指令処理と、前記クローズ指令信号を与えているときに前記電圧検出部が検出した電圧がオープン故障判定範囲内であるか否かを判断し、前記電圧が前記オープン故障判定範囲内であると判断した場合に、オープン故障有りと判定するオープン故障判定処理と、を実行する構成を有する。

このスイッチ故障診断装置は、スイッチにクローズ指令信号を与えているときのスイッチの両端電圧がオープン故障判定範囲内であると判断した場合にオープン故障有りと判定する。ここで、スイッチがオープン故障していなければ、このスイッチは、上記オープン故障判定のためにクローズ指令信号が与えられるとオープン状態からクローズ状態に切り替わる。このスイッチがクローズ状態になると、スイッチを介して負荷等と電源との間の電流経路が形成される。これにより、負荷および充電器の少なくとも一方と電源との間の電流経路が遮断されることを抑制しつつ、オープン故障の有無を診断することができる。

上記スイッチ故障診断装置では、車両側制御装置からの故障診断実施信号を受信する受信部を備え、前記制御部は、前記受信部が受信した前記故障診断実施信号に基づき、前記クローズ故障判定処理を実行する構成でもよい。

このスイッチ故障診断装置は、受信部が受信した車両側制御装置からの故障診断実施信号に基づきクローズ故障判定処理を実行する。これにより、制御部の負担を軽減しつつ、負荷および充電器の少なくとも一方と電源との間の電流経路が遮断されることなく、クローズ故障の有無を診断することができる。

上記スイッチ故障診断装置では、前記負荷および前記充電器と前記電源との間に流れる電流を検出する電流検出部を備え、前記制御部は、前記電流検出部が検出した前記電流が電流判定範囲内である場合に前記クローズ故障判定処理や前記オープン故障判定処理を実行してもよい。

このスイッチ故障診断装置は、電流が電流判定範囲内である場合にクローズ故障判定処理や前記オープン故障判定処理を実行する。これにより、スイッチが１つの時で、当該スイッチをオープン状態とした場合でも、コンデンサによる負荷等への電力供給が可能となるため、負荷および充電器の少なくとも一方と電源との間の電流経路が遮断されることなく、クローズ故障やオープン故障の有無を診断することができる。

また、蓄電素子と、スイッチ故障診断装置と、を備える蓄電装置でもよい。

なお、本明細書によって開示される発明は、制御装置、制御方法等の種々の態様で実現することができる。

＜一実施形態＞
（電池パックの電気的構成）
一実施形態を図１〜図５を参照しつつ説明する。電池パック（電池モジュールともいう）１は、二次電池２、および、電池保護装置３を備える。なお、電池パック１は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車（以下、自動車という）に搭載され、車内の各種機器に電力を供給する。電池パック１は蓄電装置の一例である。二次電池２は、電源や蓄電素子の一例であり、一次電池であってもよく、キャパシタなどでもよい。また、電池保護装置３はスイッチ故障診断装置の一例である。

図１に示すように、二次電池２は、例えばリチウムイオン電池であり、４つの電池セル２Ａが直列接続された組電池である。なお、二次電池２は、１つの電池セル２Ａのみを有する構成や、複数の電池セル２Ａが直列接続された構成、具体的には、２つ、３つ、或いは５つ以上の電池セル２Ａが直列接続された構成でもよい。

電池保護装置３は、接続端子Ｔ１〜Ｔ４、リレー３１、コンデンサＣＡＰ、抵抗Ｒ、および電池監視ユニット３３を備える。一対の接続端子Ｔ１、Ｔ２の間には二次電池２が接続され、一対の接続端子Ｔ３、Ｔ４の間には、負荷６が接続される。なお、負荷６は例えば、電動パワーステアリングやアクセサリなどである。

また、二次電池２から負荷６へ供給される電力の供給状態は、高電力供給状態と低電力供給状態がある。高電力供給状態は、例えば、電動パワーステアリングのような、自動車の走行中に駆動する負荷への電力が供給されている状態を指す。また、低電力供給状態は、例えば、アクセサリのような常時駆動している負荷にのみ電力が供給されている状態を指す。

リレー３１は、例えば有接点リレー（機械式スイッチ）であり、図示しない磁気コイル、接点、およびパワートランジスタを備えている。リレー３１は、接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ３との間に接続されている。図示しないパワートランジスタが後述するオープン指令信号を受けると、当該パワートランジスタは、磁気コイルへの電流供給を停止し、その結果、電磁作用により機械的にリレー３１の接点がオープン（開・オフ）状態になる。なお、以下では、単に、「リレー３１がオープン指令信号を受け、オープン状態となる」と記載する。

また、当該パワートランジスタが後述するクローズ指令信号を受けると、当該パワートランジスタは、磁気コイルへの電流供給を開始し、その結果、電磁作用により機械的にリレー３１の接点がクローズ（閉・オン）状態になる。リレー３１がクローズ状態になると、接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ３の間で電流経路が形成される。なお、以下では、単に、「リレー３１がクローズ指令信号を受け、クローズ状態となる」と記載する。また、リレー３１は、スイッチの一例である。

コンデンサＣＡＰは、二次電池２と負荷６との間で、リレー３１と互いに並列接続されている。具体的には、接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ３との間で、リレー３１と互いに並列接続されている。コンデンサＣＡＰとリレー３１との共通接続点をＤ１、Ｄ２と呼ぶ。

コンデンサＣＡＰは後述するようにリレー３１の故障判定において、リレー３１がオープン状態となった場合でも、二次電池２と負荷６との間の電流経路を形成し、二次電池２と負荷６との間の電流経路が遮断しないようにする。

制限抵抗Ｒは、コンデンサＣＡＰと直列に接続されている。具体的には、コンデンサＣＡＰと共通接続点Ｄ１との間に接続されている。

電池監視ユニット３３は、制御部３４、第１電圧検出回路３５、第２電圧検出回路３６および電流検出回路３７を有する。制御部３４は、中央処理装置（以下、ＣＰＵ）３４Ａ及びメモリ３４Ｂを有する。メモリ３４Ｂには、電池監視ユニット３３の動作を制御するための各種のプログラム（スイッチ故障診断処理を実行するためのプログラムを含む）が記憶されており、ＣＰＵ３４Ａは、メモリ３４Ｂから読み出したプログラムに従って、電池監視ユニット３３の各部を制御する。メモリ３４Ｂは、ＲＡＭやＲＯＭを有する。なお、上記各種のプログラムが記憶される記憶媒体は、ＲＡＭ等以外に、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク装置、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリでもよい。

第１電圧検出回路３５は、接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ２との間の電圧に応じた電圧検出信号ＳＧ１を制御部３４に出力する。この電圧は、二次電池２の端子電圧であり、以下、電池側電圧Ｖ１という。第２電圧検出回路３６は、接続端子Ｔ３と接続端子Ｔ４との間の電圧に応じた電圧検出信号ＳＧ２を制御部３４に出力する。この電圧は、二次電池２と負荷６との間の電流経路が形成されているときの負荷６の電圧に比例した電圧であり、以下、機器側電圧Ｖ２という。なお、電圧検出信号ＳＧ１、ＳＧ２は、アナログ信号であってもデジタル信号であってもよい。

制御部３４は、電池側電圧Ｖ１と機器側電圧Ｖ２との電圧差を検出し、当該電圧差をリレー３１の両端電圧Ｖ３とする。なお、第１電圧検出回路３５および第２電圧検出回路３６は、電圧検出部の一例である。

電流検出回路３７は、接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ３の間の電流経路に流れる電流に応じた電流検出信号ＳＧ３を制御部３４に出力する。なお、電流検出信号ＳＧ３は、アナログ信号であってもデジタル信号であってもよい。また、電流検出回路３７は、電流検出部の一例である。

（スイッチ故障診断処理）
ＣＰＵ３４Ａは、予め定められた実行条件を満たしたと判断した場合、ＣＰＵ３４Ａは、図２に示すスイッチ故障診断処理を実行する。実行条件の例は、前回のスイッチ故障診断処理の実行時から基準時間経過したことや、図示しない車両側の電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）からＣＰＵ３４Ａが故障診断実施信号を受信すること等である。なお、ＥＣＵは、車両側制御装置の一例であり、ＣＰＵ３４Ａは、受信部の一例である。

なお、スイッチ故障には、オープン故障とクローズ故障とがある。オープン故障は、例えばリレー３１を駆動するコイルの故障等により、当該リレー３１が、クローズ指令信号を受けても、オープン状態のままになっている故障である。また、クローズ故障は、例えばリレー３１の接点の溶着等により、当該リレー３１が、オープン指令信号を受けても、オープン状態にならない故障である。

上述した通り、負荷６にはアクセサリのような常時駆動している負荷も含まれるため、二次電池２から負荷６へは常に電力が供給されている必要がある。つまり、二次電池２と負荷６との間には常に電流経路が形成されている必要がある。このため、ＣＰＵ３４Ａは、基本的に、リレー３１にクローズ指令信号を与えている。そして、リレー３１がオープン故障もクローズ故障もしておらず、正常である場合は、リレー３１はクローズ状態となっているため、二次電池２と負荷６との間には電流経路が形成されている。

そこで、まずＣＰＵ３４Ａは、電流検出回路３７からの電流検出信号ＳＧ３に基づいて、二次電池２と負荷６との間の電流経路に流れる電流ＩＡを検出する（Ｓ１）。そして、ＣＰＵ３４Ａは、当該電流ＩＡと、予め定められた電流判定閾値ＴＨ１とを比較し、電流ＩＡが電流判定閾値ＴＨ１以上である高電力供給状態であるか、電流ＩＡが電流判定閾値ＴＨ１を下回る低電力供給状態であるかを判断する（Ｓ２）。なお、電流判定閾値ＴＨ１とは、例えば１Ａ以下の値等の低電流値である。

ＣＰＵ３４Ａは、高電力供給状態であると判定した場合（Ｓ２：ＮＯ）、Ｓ３からＳ１２の処理を実行せず、スイッチ故障診断処理を終了する。仮に、ＣＰＵ３４Ａは、高電力供給状態であると判断した場合にスイッチ故障診断処理を実行すると、コンデンサＣＡＰから負荷６に十分な電力を供給することができないからである。

ＣＰＵ３４Ａは、低電力供給状態であると判断した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、リレー３１の両端電圧Ｖ３を検出する（Ｓ３）。以下、このときの両端電圧Ｖ３を、特にクローズ両端電圧Ｖ３Ａという。なお、電流判定閾値ＴＨ１以下の電流範囲が、電流判定範囲の一例である。

次に、ＣＰＵ３４Ａは、リレー３１にオープン指令信号を与える（Ｓ４）。なお、Ｓ４の処理は、オープン指令処理の一例である。オープン指令を与えても、リレー３１がクローズ故障している場合、二次電池２と負荷６との間の電流経路が形成されたままとなり、二次電池２から負荷６への電力供給が継続される。一方、リレー３１がクローズ故障していない場合、リレー３１にオープン指令を与えると、リレー３１はオープン状態となる。リレー３１がオープン状態となっても、コンデンサＣＡＰを介して二次電池２と負荷６との間の電流経路が形成されるため、二次電池２と負荷６との間の電流経路が遮断しない。その理由を図３に基づいて説明する。

図３の上段には、リレー３１の状態が示されており、中段には、コンデンサＣＡＰの電圧の時間変化が示されており、下段には、コンデンサＣＡＰの電流の時間変化が示されている。

コンデンサＣＡＰは、リレーと並列接続されており、かつ抵抗Ｒと直列に接続されているため、コンデンサＣＡＰの両端には、リレー３１の両端電圧Ｖ３より小さい電圧が掛かっている。リレー３１がクローズ状態のとき（ｔ＝０からｔ０の間）、リレー３１の両端電圧Ｖ３は、リレー３１の電圧降下分に相当する。そして、ＣＰＵ３４Ａは、電流ＩＡが電流判定閾値ＴＨ１以内であると判定しているため（Ｓ２：ＹＥＳ）、リレー３１の両端電圧Ｖ３は、０に近い値となる。

また、上述した通り、ＣＰＵ３４Ａは、基本的に、リレー３１にクローズ指令信号を与えており、コンデンサＣＡＰの両端には、リレー３１の両端電圧Ｖ３より小さい電圧が掛かり続けている。このため、コンデンサＣＡＰの両端電圧は変化がなく、コンデンサＣＡＰには電流が流れない。

ＣＰＵ３４Ａは、リレー３１にオープン指令信号を与えて、故障していないリレー３１がオープン状態となると（ｔ＝ｔ０）、コンデンサＣＡＰには、リレー３１がクローズ状態のときに比べて急激に大きな電圧に変化する。これにより、コンデンサＣＡＰに電流が流れる。このため、コンデンサＣＡＰを介して二次電池２と負荷６との間の電流経路が形成され、二次電池２と負荷６との間の電流経路が遮断しない。

Ｓ４の処理の後、ＣＰＵ３４Ａは、リレー３１の両端電圧Ｖ３を検出する（Ｓ５）。以下、このときの両端電圧Ｖ３を、特にオープン両端電圧Ｖ３Ｂという。

ここで、図３に示す通り、リレー３１にオープン指令信号を与えて、リレー３１がオープン状態となったとき（ｔ＝ｔ０）、コンデンサＣＡＰに掛かる電圧が上昇し、所定電圧へと収束するのに伴って、コンデンサＣＡＰに流れる電流は減少し、所定電流へと収束する。そして、コンデンサＣＡＰの両端の電圧が所定電圧に収束し、定常状態となると、コンデンサＣＡＰには電流が流れなくなる（ｔ＝ｔ２）。なお、簡単のために、以下の説明では、負荷６は抵抗として考える。

つまり、ｔ＝ｔ０からｔ２まで経過してしまうと、コンデンサＣＡＰに流れる電流が略０になるため、二次電池２と負荷６との間の電流経路が遮断されてしまう。また、負荷６が駆動するために必要な最小電流ＩＭＩＮを下回ってしまうと、二次電池２と負荷６との間の電流経路は形成されているものの、負荷６が停止してしまう。

そこで、コンデンサＣＡＰの容量は、Ｓ４，Ｓ５の処理でＣＰＵ３４Ａがリレー３１の両端電圧Ｖ３を検出できる時間が確保できる値で、かつ、負荷６が駆動するために必要な最小電流ＩＭＩＮを下回らない時間（ｔ＝ｔ０からｔ１まで）が確保できる値に設定される必要がある。

図３に示す通り、ＣＰＵ３４Ａは、リレー３１にクローズ指令信号を与えて、リレー３１がクローズ状態なると（ｔ＝ｔ３）、コンデンサＣＡＰに掛かる電圧が減少する。そして、コンデンサＣＡＰに蓄えられた電荷が、コンデンサＣＡＰとリレー３１とによって形成される閉ループによって放出され、当該閉ループに瞬間的に大電流が流れる。このため、リレー３１に流れる大電流を抑制し、リレー３１が故障することを防ぐために制限抵抗Ｒが設けられている。

上述したように、スイッチ故障診断処理の実行中、二次電池２と負荷６との間には電流経路が形成されている。従って、リレー３１にオープン指令信号を与えた場合、リレー３１がクローズ故障しておらず正常にオープン状態になっていれば、オープン両端電圧Ｖ３Ｂは、クローズ両端電圧Ｖ３Ａより大きくなる。一方、リレー３１がクローズ故障によりクローズ状態になっていれば、リレー３１はクローズ状態のまま変わらないので、オープン両端電圧Ｖ３Ｂは、クローズ両端電圧Ｖ３Ａと略同一になる。

そこで、ＣＰＵ３４Ａは、オープン両端電圧Ｖ３Ｂと、クローズ両端電圧Ｖ３Ａの差の絶対値（＝｜Ｖ３Ｂ−Ｖ３Ａ｜）が故障判定閾値ＴＨ２以上であるかどうかを判断する（Ｓ６）。なお、Ｓ６の処理は、クローズ故障判定処理の一例である。故障判定閾値ＴＨ２は、例えば、数Ｖ程度の値が好ましい。また、クローズ両端電圧Ｖ３Ａより故障判定閾値ＴＨ２だけ大きい値と、クローズ両端電圧Ｖ３Ａより故障判定閾値ＴＨ２だけ小さい値との間の範囲が、クローズ故障判定範囲の一例である。

ＣＰＵ３４Ａは、オープン両端電圧Ｖ３Ｂと、クローズ両端電圧Ｖ３Ａの差の絶対値（＝｜Ｖ３Ｂ−Ｖ３Ａ｜）が故障判定閾値ＴＨ２より小さいと判断した場合（Ｓ６：ＮＯ）、リレー３１がクローズ故障していると判断し、メモリ３４Ｂにクローズ故障のフラグを記憶させ（Ｓ１０）、スイッチ故障診断処理を終了する。

なお、ＣＰＵ３４Ａは、クローズ故障していると判断した場合、例えば、上記ＥＣＵ等の外部機器にリレー３１がクローズ故障している旨の通知信号を出力するなど、エラー処理を実行するのが好ましい。なお、ＣＰＵ３４Ａは、複数回数（例えば３回）だけ、上記絶対値が故障判定閾値ＴＨ２より小さいと判断した場合（Ｓ６：ＮＯ）に、メモリ３４Ｂにオープン故障のフラグを記憶させたり、上記エラー処理を実行する構成でもよい。

ＣＰＵ３４Ａは、オープン両端電圧Ｖ３Ｂと、クローズ両端電圧Ｖ３Ａの差の絶対値（＝｜Ｖ３Ｂ−Ｖ３Ａ｜）が故障判定閾値ＴＨ２以上であると判断した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、リレー３１がクローズ故障していないとして、ＣＰＵ３４Ａは、リレー３１にクローズ指令信号を与える（Ｓ７）。なお、Ｓ７の処理は、クローズ指令処理の一例である。

ＣＰＵ３４Ａは、機器側電圧Ｖ２を検出する（Ｓ８）。ここで、ＣＰＵ３４ＡがＳ８で検出した機器側電圧Ｖ２は、ＣＰＵ３４Ａがリレー３１にクローズ指令信号を与えている場合の電圧値である。従って、リレー３１が故障していなければ、換言すれば、リレー３１がクローズ状態であれば、Ｓ８で検出した機器側電圧Ｖ２は、電池側電圧Ｖ１と略等しくなる。一方、リレー３１がオープン故障である場合は、リレー３１はオープン状態のままであるため、機器側電圧Ｖ２は、低下し続けてしまう。

そこで、ＣＰＵ３４Ａは、機器側電圧Ｖ２が、オープン電圧判定閾値ＴＨ３（例えば３Ｖ）以上であるかどうかを判断する（Ｓ９）。Ｓ９での処理を、図４を用いて説明する。

図４の上段には、リレー３１が異常でない場合について、リレー３１の状態と機器側電圧Ｖ２との関係が記載されており、図４の中段には、リレー３１がクローズ故障である場合について、リレー３１の状態と機器側電圧Ｖ２との関係が記載されており、図４の下段には、リレー３１が、時間ｔ＝ｔＯＰでオープン故障となった場合について、リレー３１の状態と機器側電圧Ｖ２との関係が記載されている。なお、リレー３１がクローズ状態で安定している場合、機器側電圧Ｖ２は、電池側電圧Ｖ１と略等しい。また、ＶＭＩＮはコンデンサＣＡＰの下限電圧を示しており、ＶＭＩＮを下回ると、二次電池２と負荷６との間の電流経路が遮断されてしまう。

リレー３１が異常でない場合、ＣＰＵ３４Ａは、時間ｔ＝ｔ０でリレー３１にオープン指令信号を与えると、リレー３１はオープン状態となり機器側電圧Ｖ２は低下する。そして、ＣＰＵ３４Ａは、時間ｔ＝ｔＣでリレー３１にクローズ指令信号を与えると、リレー３１はクローズ状態となり機器側電圧Ｖ２は上昇する。

一方、リレー３１がクローズ故障である場合、ＣＰＵ３４Ａは、時間ｔ＝ｔ０でリレー３１にオープン指令信号を与えても、リレー３１はクローズ状態のままとなり、機器側電圧Ｖ２は変化しない。

そして、リレー３１が時間ｔ＝ｔＯＰでオープン故障となった場合、ＣＰＵ３４Ａは、時間ｔ＝ｔ０でリレー３１にオープン指令信号を与えると、リレー３１はオープン状態となり機器側電圧Ｖ２は低下する。しかし、ＣＰＵ３４Ａは、時間ｔ＝ｔＣでリレー３１にクローズ指令信号を与えても、リレー３１はオープン状態のままとなり、機器側電圧Ｖ２はそのまま低下し続ける。その結果、機器側電圧Ｖ２はＶＭＩＮを下回り、二次電池２と負荷６との間の電流経路が遮断されてしまう。

ＣＰＵ３４Ａは、機器側電圧Ｖ２がオープン電圧判定閾値ＴＨ３（＝ＶＭＩＮ）以上であると判断した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、リレー３１は正常に駆動していると判断し、スイッチ故障診断処理を終了する。

一方ＣＰＵ３４Ａは、機器側電圧Ｖ２がオープン電圧判定閾値ＴＨ３より小さいと判断した場合（Ｓ９：ＮＯ）、リレー３１がオープン故障していると判断し、メモリ３４Ｂにオープン故障のフラグを記憶させ（Ｓ１１）、スイッチ故障診断処理を終了する。また、オープン電流判定閾値ＴＨ３より大きい値の範囲が、オープン故障判定範囲の一例である。

なお、ＣＰＵ３４Ａは、オープン故障と判断した場合、例えば、上記ＥＣＵ等の外部機器にリレー３１がオープン故障している旨の通知信号を出力するなど、エラー処理を実行するのが好ましい。また、ＣＰＵ３４Ａは、所定回数（例えば３回）だけ、上記絶対値がオープン電流判定閾値ＴＨ３より小さいと判断した場合（Ｓ９：ＮＯ）に、メモリ３４Ｂにオープン故障のフラグを記憶させたり、上記エラー処理を実行する構成でもよい。

図５には、リレー３１が正常動作している場合の例が示されている。図５では制限抵抗Ｒは省略されている。ケース１では、ＣＰＵ３４Ａがリレー３１にクローズ指令信号を与え、リレー３１がクローズ状態となっている。ＣＰＵ３４Ａは、ケース１から、リレー３１にオープン指令信号を与える（Ｓ４）。リレー３１はクローズ故障していないため、リレー３１は、クローズ状態からオープン状態へ遷移する。これにより、オープン両端電圧Ｖ３Ｂは、クローズ両端電圧Ｖ３Ａより大きくなる。

そして、ＣＰＵ３４Ａは、ケース２から、リレー３１にクローズ指令信号を与える（Ｓ７）。リレー３１はオープン故障していないため、リレー３１は、オープン状態からクローズ状態へ遷移する。これにより、二次電池２と負荷６との間の電流経路がケース２の一点鎖線から、ケース３の一点鎖線に変わる。このため、ケース２とケース３とでは、二次電池２と負荷６との間の電流経路が異なる。

ここで、リレー３１がクローズ故障である場合、ＣＰＵ３４Ａは、ケース１から、リレー３１にオープン指令信号を与えても、ケース１のまま変わらない。従って、クローズ両端電圧Ｖ３Ａとオープン両端電圧Ｖ３Ｂとの差の絶対値は０に略等しくなる。そこで、ＣＰＵ３４Ａは、故障判定閾値ＴＨ２より小さいと判断した場合（Ｓ８：ＮＯ）、リレー３１がクローズ故障であると判断する（Ｓ１１）。

また、ケース２の後、リレー３１がオープン故障となった場合、ＣＰＵ３４Ａは、ケース２から、リレー３１にクローズ指令信号を与えても、ケース２のまま変わらない。従って、機器側電圧Ｖ２は０に略等しくなる。そこで、ＣＰＵ３４Ａは、オープン電圧判定閾値ＴＨ３より小さいと判断した場合（Ｓ９：ＮＯ）、リレー３１がオープン故障であると判断する（Ｓ１２）。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、低電力供給状態時に、コンデンサＣＡＰに並列接続されたリレー３１にオープン指令信号を与えているときのオープン両端電圧Ｖ３Ｂが故障判定閾値ＴＨ２以上であるかどうかに基づき、リレー３１の故障の有無が判断される。これにより、二次電池２と負荷６との間の電流経路が遮断されることを抑制しつつ、リレー３１の故障の有無を判断することができる。即ち、二次電池２から負荷６に電力供給している場合、その負荷６への電力供給を維持しつつ、リレー３１の故障の有無を判断することができる。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。

上記実施形態では、制御部３４は、１つのＣＰＵとメモリを有する構成であった。しかしこれに限らず、制御部は、複数のＣＰＵを備える構成や、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）などのハード回路を備える構成や、ハード回路及びＣＰＵの両方を備える構成でもよい。制御部３４は、例えば上記スイッチ故障診断処理の一部または全部を、複数のＣＰＵや、ＣＰＵとハード回路とで実行する構成でもよい。また、これらの処理の順序は、適宜変更してもよい。

上記実施形態では、スイッチの例として、有接点のリレー３１を挙げた。しかしこれに限らず、スイッチは、例えばバイポーラトランジスタや、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子であってもよく、また、通常はクローズ状態であり、オープン指令信号を与えた場合に限りオープン状態になるノーマルクローズタイプおよびノーマルオープンタイプでもよい。

上記実施形態では、スイッチの例として、磁気コイル、接点、およびパワートランジスタを備えているリレー３１を挙げた。しかしこれに限らず、リレー３１は、パワートランジスタを備えておらず、制御部３４から直接リレー３１にオープン指令信号やクローズ指令信号を与える構成でもよい。

上記実施形態では、電池保護装置３は、１個のリレー３１と１個のコンデンサＣＡＰを備える構成であった。しかしこれに限らず、電池保護装置３は、２個以上の複数のリレー３１を備え、それぞれのリレー３１が互いに並列に接続される構成でもよいし、２個以上の複数のコンデンサＣＡＰを備え、それぞれのコンデンサＣＡＰが互いに並列に接続される構成でもよい。ただし、複数のリレー３１を備える場合、ＣＰＵ３４Ａは、複数のリレー３１全てに一度オープン指令信号を与え、その後コンデンサＣＡＰを経由して電流を負荷６に供給することでスイッチ故障診断を行う。

上記実施形態では、電流判定閾値ＴＨ１とは例えば１Ａ以下の値等の低電流値である例を挙げた。しかしこれに限らず、例えばリレー３１が複数の場合は、別のリレー３１で電流経路を形成するため、電流値は低電流値でなく、大きな電流値でもよい。

上記実施形態では、制限抵抗Ｒは、コンデンサＣＡＰと直列に接続されている構成であった。しかしこれに限らず、制限抵抗Ｒは、リレー３１と直列に接続されている構成でもよい。また、制限抵抗Ｒを備えない構成でもよい。

上記実施形態では、二次電池２から負荷６に電力供給している場合、その負荷６への電力供給を維持しつつ、リレー３１の故障の有無を判断する構成であった。しかしこれに限らず、逆でもよい。即ち、負荷６の代わりに充電器を設け、充電器により二次電池２を充電している場合、その充電を継続しつつ、リレー３１の故障の有無を判断する構成でもよい。

上記実施形態では、一対の接続端子Ｔ３、Ｔ４の間には、負荷６が接続される構成を例に挙げた。しかしこれに限らず、一対の接続端子Ｔ３、Ｔ４の間には、負荷６の代わりに充電器が接続されていてもよく、負荷６と充電器とが互いに並列に接続されていてもよい。

１：電池パック２：二次電池３：電池保護装置３１：リレー３４：制御部３５：第１電圧検出回路３６：第２電圧検出回路

Claims

負荷および充電器の少なくとも一方と電源との間に設けられ、オープン状態とクローズ状態とに切り替わるスイッチと、
前記スイッチに並列接続されたコンデンサと、
前記スイッチの両端電圧に応じた電圧を検出する電圧検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記スイッチを前記クローズ状態から前記オープン状態に切り替えるためのオープン指令信号を、前記スイッチに与えるオープン指令処理と、
前記オープン指令処理の実行後に前記スイッチを前記オープン状態から前記クローズ状態に切り換えるためのクローズ指令信号を前記スイッチに与えるクローズ指令処理と、
前記オープン指令信号を与えてから前記クローズ指令信号を与えるまでの間に前記コンデンサに充電されることで前記電圧検出部が検出する電圧がクローズ故障判定範囲内であるか否かを判断し、前記電圧が前記クローズ故障判定範囲内であると判断した場合に、クローズ故障有りと判定するクローズ故障判定処理と、を実行する構成を有するスイッチ故障診断装置。
請求項１のスイッチ故障診断装置において、
前記制御部は、
前記クローズ指令処理の実行後、前記電圧検出部が検出した電圧が前記コンデンサに充電された電荷の放電によりオープン故障判定範囲内になるか否かを判断し、前記電圧が前記オープン故障判定範囲内であると判断した場合に、オープン故障有りと判定するオープン故障判定処理と、を実行する構成を有するスイッチ故障診断装置。
請求項１または請求項２に記載のスイッチ故障診断装置であって、車両に搭載されるものであり、前記車両に備えられた車両側制御装置からの故障診断実施信号を受信する受信部を備え、
前記制御部は、
前記受信部が受信した前記故障診断実施信号に基づき、前記クローズ故障判定処理を実行する構成を有するスイッチ故障診断装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスイッチ故障診断装置であって、
前記負荷および前記充電器の少なくとも一方と前記電源との間に流れる電流を検出する電流検出部を備え、
前記制御部は、
前記電流検出部が検出した前記電流が電流判定範囲内である場合に前記クローズ故障判定処理を実行する構成を有するスイッチ故障診断装置。
負荷および充電器の少なくとも一方と電源との間に設けられ、オープン状態とクローズ状態とに切り替わるスイッチと、
前記スイッチに並列接続されたコンデンサと、
前記スイッチの両端電圧に応じた電圧を検出する電圧検出部と、
を備える電池保護装置におけるスイッチ故障診断方法であって、
前記スイッチを前記クローズ状態から前記オープン状態に切り替えるためのオープン指令工程と、
前記オープン指令工程の実行後に前記スイッチを前記オープン状態から前記クローズ状態に切り換えるためのクローズ指令信号を前記スイッチに与えるクローズ指令処理と、
前記スイッチを前記クローズ状態から前記オープン状態に切り替えるためのオープン指令信号を与えてから前記クローズ指令信号を与えるまでの間に前記コンデンサに充電されることで前記電圧検出部が検出する電圧がクローズ故障判定範囲内であるか否かを判断し、前記電圧が前記クローズ故障判定範囲内であると判断した場合に、クローズ故障有りと判定するクローズ故障判定工程と、を含む、スイッチ故障診断方法。