JP2015122864A - リレーの異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モジュールリレーが動作していないことを検出できる、リレーの異常検出方法を提供する。
【解決手段】互いに並列に接続された複数の電池モジュールを備え、メインリレーおよびモジュールリレーを備えた電池パックにおけるリレーの異常検出方法において、モジュールリレーが遮断されていない電池モジュールに電流が流れており、かつ、モジュールリレーが遮断された電池モジュールに電流が流れていると判定された場合に、メインリレーを遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リレーの異常検出方法に関し、とくに電池パックのリレーに関する。

複数の電池モジュールを搭載し、電力を利用して走行する車両において、電池モジュールごとにモジュールリレーを設け、それぞれを独立して制御する構成が公知である。たとえば特許文献１には、複数の蓄電装置について、故障状態に応じて接続状態を変更する制御が記載されている。また、ある電池セルが異常状態となった場合に、その電池セルを含む電池モジュールのモジュールリレーを遮断し、他の電池モジュールを用いて退避走行を行うという制御が公知である。

特開２０１１−４１３８６号公報

しかしながら、従来の技術では、モジュールリレーが何らかの異常により動作しない場合に、その異常を検出できない場合があるという問題があった。この結果として、たとえば車両の安全を確保できないおそれがある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、モジュールリレーが何らかの異常により動作していないことを検出できる、リレーの異常検出方法を提供することを目的とする。

上述の問題を解決するため、この発明に係るリレーの異常検出方法は、電池パックにおけるリレーの異常検出方法であって、電池パックは複数の電池モジュールを備え、電池モジュールは互いに並列に接続され、電池パックに関してメインリレーが設けられ、各電池モジュールはモジュールリレーを備え、方法は、モジュールリレーが遮断されていない電池モジュールに電流が流れており、かつ、モジュールリレーが遮断された電池モジュールに電流が流れていると判定された場合に、メインリレーを遮断するステップを備える。

この発明によれば、複数の電池モジュールの電流の状態に基づいて判定を行う。

モジュールリレーが遮断されていない電池モジュールに電流が流れており、かつ、モジュールリレーが遮断された電池モジュールに電流が流れていると判定された場合に、すべてのモジュールリレーを遮断するステップをさらに備えてもよい。
各電池モジュールに電流が流れているか否かに関する判定は、電流値の時間微分値に基づいて行われてもよい。
メインリレーは、いずれの電池モジュールとも直列に接続され、電池モジュールはそれぞれ少なくとも１つの電池セルを備え、各電池モジュールにおいて、電池セルはモジュールリレーに対して直列に接続されてもよい。

この発明によれば、複数の電池モジュールの電流の状態に基づいて判定を行うので、モジュールリレーが何らかの異常により動作していないことを検出できる。または、より正確に検出できる。

本発明の実施の形態１に係る電池パックの構成の例を示す図である。 図１の監視ＥＣＵおよび電池ＥＣＵの動作の流れを示すフローチャートである。 図１の電流センサの出力値の例を表すグラフである。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係る、電池パックにおけるリレーの異常検出方法を実施するための構成の例を示す。本方法は電池パック１０に関連して実施される。電池パック１０はたとえば車両に搭載され、インバータ１１を介してモータジェネレータ（図示せず）との間で電力を送受する。

電池パック１０に関して、メインリレー１３が設けられる。メインリレー１３は、たとえば電池パック１０とインバータ１１との間に配置される。メインリレー１３が導通している状態では、電池パック１０とインバータ１１との間で電力の送受が可能であり、メインリレー１３が遮断された状態（すなわち導通していない状態）では、電池パック１０とインバータ１１との間で電力の送受は行われない。

また、電池パック１０（とくに後述の電池ＥＣＵ３０）およびインバータ１１と通信可能に、これらを制御する走行制御ＥＣＵ１２が設けられる。

電池パック１０は、電池パック１０を制御する電池ＥＣＵ３０を備える。また、電池パック１０は、複数の電池モジュール２０（２０ａ〜２０ｃ）を備え、電池ＥＣＵ３０は各電池モジュール２０を制御する。さらに、電池ＥＣＵ３０は、メインリレー１３に接続され、メインリレー１３の開閉動作を制御する。

各電池モジュール２０は、互いに並列に接続される。また、本実施形態では、メインリレー１３は、いずれの電池モジュール２０とも直列に接続されている。電池モジュール２０は、それぞれ、１つ以上の電池セル２１と、モジュールリレー２２と、電流センサ２３とを備える。各電池モジュール２０において、電池セル２１、モジュールリレー２２および電流センサ２３は直列に接続される。

各電池モジュール２０は監視ＥＣＵ２４を備える。なお図１では電池モジュール２０ａについてのみ監視ＥＣＵ２４が記載されているが、他の電池モジュール２０ｂおよび２０ｃも同様の監視ＥＣＵを備える。監視ＥＣＵ２４は、電池モジュール２０の状態を監視するとともに、電池ＥＣＵ３０と通信し、電池ＥＣＵ３０からの指令に応じて電池モジュール２０を制御する（監視ＥＣＵ２４の詳細な動作については後述する）。このように、本実施形態では、監視ＥＣＵ２４および電池ＥＣＵ３０が、電池パック１０の動作を制御する制御手段を構成する。

監視ＥＣＵ２４は、各電池セル２１の両端子に接続されており、各電池セル２１の端子間電圧を測定することができる。また、監視ＥＣＵ２４は、電流センサ２３に接続されており、電池モジュール２０に流れる電流（より厳密には、電池セル２１に流れる電流）を測定することができる。また、監視ＥＣＵ２４は、モジュールリレー２２に接続され、モジュールリレー２２の開閉動作を制御する。

以上のように構成される電池パック１０において、監視ＥＣＵ２４および電池ＥＣＵ３０を含む制御手段は、以下のように動作する。

図２は、制御手段の動作の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、制御手段が電池モジュール２０の異常を検出することに応じて開始される（ステップＳ１）。ステップＳ１において、電池ＥＣＵ３０は、監視ＥＣＵ２４から送信される電池の電圧や電流の情報をもとに、電池モジュール２０に異常が発生したことを検出する。

以下では、電池モジュール２０ａに異常が検出された場合を例として説明する。電池モジュール２０の異常を検出すると、制御手段は、異常を検出した電池モジュール２０におけるモジュールリレー２２を遮断する（ステップＳ２）。ステップＳ２において、電池ＥＣＵ３０は、電池モジュール２０ａのモジュールリレー２２の遮断を監視ＥＣＵ２４に指示する。監視ＥＣＵ２４はこの指示に応じてモジュールリレー２２を遮断する指示を出し、これによってモジュールリレー２２は遮断される。

なお、ステップＳ２に関連して、電池ＥＣＵ３０は走行制御ＥＣＵ１２と通信を行ってもよい。たとえば、走行制御ＥＣＵ１２は異常信号を電池ＥＣＵ３０から受信し、これに応じて退避走行を開始する。また、走行制御ＥＣＵ１２は、運転者に対する警告表示や車速制限を実施してもよい。

次に、制御手段は、すべての電池モジュール２０について、電流が流れているか否かを表す情報を取得する（ステップＳ３）。本実施形態では、この情報は、電流センサ２３によって検出される電流値である。ステップＳ３において、すべての監視ＥＣＵ２４は、対応する電流センサ２３から電流値を受信し、その電流値を電池ＥＣＵ３０に送信する。電池ＥＣＵ３０は各監視ＥＣＵ２４から電流値を受信する。

次に、制御手段は、各電池モジュール２０に電流が流れているか否かを判定する（ステップＳ４およびＳ５）。とくに、電池ＥＣＵ３０は、モジュールリレー２２が遮断されていない電池モジュール２０（すなわち接続されている電池モジュール。この例では電池モジュール２０ｂおよび電池モジュール２０ｃ）のいずれかに電流が流れており、かつ、モジュールリレー２２が遮断された電池モジュール２０（より厳密には、モジュールリレー２２を遮断することが指示された電池モジュール２０。この例では電池モジュール２０ａ）に電流が流れているか否かを判定する。

ここで、電池モジュール２０ａのモジュールリレー２２に対しては、ステップＳ２において遮断する指示が出ているので、電池モジュール２０ａに電流が流れている場合には、そのモジュールリレー２２が何らかの異常により動作していない可能性がある。一方、とくに電池モジュール２０ｂまたは電池モジュール２０ｃに電流が流れている場合において、電池モジュール２０ａに電流が流れていない場合には、電池モジュール２０ａのモジュールリレー２２は正常に動作していると考えることができる。

モジュールリレー２２が遮断されていない電池モジュールのいずれかに電流が流れており、かつ、モジュールリレー２２が遮断された電池モジュールに電流が流れていると判定された場合、制御手段はメインリレー１３を遮断する（ステップＳ６）。ステップＳ６において、電池ＥＣＵ３０はメインリレー１３を遮断する指示を出し、これによってメインリレー１３は遮断される。

そうでない場合（すなわち、モジュールリレー２２が遮断されていない電池モジュールのいずれにも電流が流れていないと判定されたか、または、モジュールリレー２２が遮断された電池モジュールに電流が流れていないと判定された場合）には、制御手段の処理はステップＳ３に戻る。すなわち、その場合にはメインリレー１３を遮断しない。

ステップＳ４およびＳ５において、電流が流れているか否かの具体的な判定基準は、当業者が適宜設計できるが、たとえば、電流値が０であるか否か、電流値が検出限界未満であるか否か、電流値が所定の閾値未満であるか否か、等を判定基準としてもよい。

以上のように、モジュールリレー２２の遮断を指示した電池モジュール２０に電流が流れている場合にはメインリレー１３を遮断するので、制御手段はモジュールリレー２２の異常を検出してフェールセーフ処理を実施することができる。

なお、ステップＳ４の判定により、モジュールリレー２２が遮断されていない電池モジュール２０に電流が流れていない場合にはメインリレー１３は遮断されないので、いずれの電池モジュール２０も動作していない場合に発生する電流センサ２３の誤差等による誤動作を回避することができる。

このようなフェールセーフ処理が必要または有用となる状況の例として、過充放電異常時の退避走行中、通信異常時の退避走行中、その他電池制御システム異常時の退避走行中、等の状況がある。また、異常時に限らず、電池セル２１の劣化や、電池セル２１間の電池容量差の増大等が発生した場合にも、このようなフェールセーフ処理は必要または有用となる可能性がある。

実施の形態１において、次のような変形を施すことができる。
実施の形態１では、電流が流れているか否かを表す情報は、電流センサ２３によって検出される電流値とした。変形例として、電流が流れているか否かを表す情報は、電流値の時間微分値としてもよい。たとえば、モジュールリレー２２が遮断されていない電池モジュールのいずれかの電流値の時間微分値が所定の閾値以上であり、かつ、モジュールリレー２２が遮断された電池モジュールの電流値の時間微分値がこの閾値以上である場合には、メインリレー１３が遮断される。

電流値の時間微分値を用いると、電流センサ２３の誤差の影響を抑制することができる。
図３はこれを説明するグラフであり、同一の電流を測定する３つの電流センサの出力値の例を表す。３つの電流センサの出力値を、それぞれＩ１、Ｉ２、Ｉ３と示す。実際の電流は、時刻ｔ０以降で０となっているとする。出力値Ｉ２が正確な値を示しているが、出力値Ｉ１は正の誤差（ゼロ点ドリフト）を含み、出力値Ｉ３は負の誤差を含んでいる。

このように誤差を含む電流センサを用いても、電流値が０で一定となる時刻ｔ０以降では出力値の時間微分値はいずれも０となるので、電流センサの誤差に関わらず、正確な判定を行うことができる。

また、電流が流れているか否かを表す情報は、電池セル２１の端子間電圧値としてもよい。電池セル２１に電流が流れている場合には、内部抵抗によって端子間電圧が変動するが、電池セル２１に電流が流れていない場合には、内部抵抗による電圧の変動は発生しないので、端子間電圧値に基づく判定を行うことも可能である。

実施の形態１では、ステップＳ４およびＳ５の判定に伴ってメインリレー１３のみが遮断される。変形例として、メインリレー１３に加えてモジュールリレー２２のいずれかまたはすべてを遮断してもよい。すなわち、モジュールリレー２２が遮断されていない電池モジュール２０に電流が流れており、かつ、モジュールリレー２２が遮断された電池モジュール２０に電流が流れていると判定された場合に、メインリレー１３のみならず、すべてのモジュールリレー２２を遮断してもよい。このようにすると、複数の電池モジュール２０間の還流を防止することができ、安全性がより高まる。この効果は、とくに、図１のように複数の電池モジュール２０が並列に接続された構成において顕著である。

実施の形態１ではすべての電池モジュール２０が互いに並列に接続されているが、少なくとも２つの電池モジュール２０が並列に接続されていれば、そのうちのいずれかと直列に接続される電池モジュールをさらに備えてもよい。

実施の形態１では、ステップＳ３において、すべての電池モジュール２０が判定対象となるが、厳密には、モジュールリレー２２が遮断されたすべての電池モジュール２０と、モジュールリレー２２が導通している電池モジュール２０のうち少なくとも１つとが判定対象に含まれていれば、本発明の実施には十分である。

実施の形態１では、ステップＳ１において、制御手段が電池モジュール２０の異常を検出すると、モジュールリレー２２を遮断する。変形例として、電池モジュール２０が正常であっても、制御手段がモジュールリレー２２を遮断してもよい。たとえば、電池モジュール２０ａ〜２０ｃのそれぞれのモジュールリレー２２に対し、順番に本方法を実施してもよい。このようにすると、電池モジュール２０の異常を検出する前にモジュールリレー２２の異常を検出することができ、安全性がより高まる。

１０ 電池パック、１３ メインリレー、２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ） 電池モジュール、２１ 電池セル、２２ モジュールリレー、２３ 電流センサ、２４ 監視ＥＣＵ、３０ 電池ＥＣＵ。

Claims (4)

1. 電池パックにおけるリレーの異常検出方法であって、
   前記電池パックは複数の電池モジュールを備え、前記電池モジュールは互いに並列に接続され、
   前記電池パックに関してメインリレーが設けられ、各前記電池モジュールはモジュールリレーを備え、
   前記方法は、前記モジュールリレーが遮断されていない電池モジュールに電流が流れており、かつ、前記モジュールリレーが遮断された電池モジュールに電流が流れていると判定された場合に、前記メインリレーを遮断するステップを備える、方法。
2. 前記モジュールリレーが遮断されていない電池モジュールに電流が流れており、かつ、前記モジュールリレーが遮断された電池モジュールに電流が流れていると判定された場合に、すべての前記モジュールリレーを遮断するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 各前記電池モジュールに電流が流れているか否かに関する前記判定は、電流値の時間微分値に基づいて行われる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記メインリレーは、いずれの前記電池モジュールとも直列に接続され、
   前記電池モジュールはそれぞれ少なくとも１つの電池セルを備え、各電池モジュールにおいて、前記電池セルは前記モジュールリレーに対して直列に接続される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。

Images