JP2013195183A - 電源装置の異常監視システムおよびそれを搭載する車両、ならびに電源装置の異常監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセルが積層されて構成される組電池に対応して、スペース効率を低下させることなく蓄電装置などを保護する電源装置の異常監視システムおよびそれを搭載する車両、ならびに電源装置の異常監視方法を提供する。
【解決手段】電源装置の異常監視システムは、負荷装置１８０と直列接続された複数のセルを含む蓄電装置２２０と、直列接続された複数のセルの接続ノードの電圧を検出するための少なくとも２本の電圧検出線２１８，２１９と、セルの電圧を検出するセル電圧検出回路２１１と、ツェナーダイオード２１２に流れる電流を検出する電流センサ２１６とを備える。電流センサ２１６は、検出している電流が所定の値を超えた場合に複数のセルのいずれかに異常があると判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置の異常監視システムおよびそれを搭載する車両、ならびに電源装置の異常監視方法に関し、より特定的には、蓄電装置に含まれる複数のセルを積層して組電池とする電源装置の異常監視システムおよびそれを搭載する車両、ならびに電源装置の異常監視方法に関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。この車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。

このような車両の蓄電装置は、一般的に複数のバッテリセルが直列または並列に積層されていわゆる組電池を構成して、両極端子間から所望の電圧を出力する。

組電池に用いられるバッテリセルのいずれかに、断線や短絡などの異常が発生した場合、蓄電装置の機能が正常に発揮されない。このため、バッテリセルを監視して異常を検出することが必要とされる。

特開２００１−００６７５１号公報（特許文献１）には、バッテリセルが過充電、あるいは逆充電される際に、積層されたバッテリセルと並列接続されたツェナーダイオードから電流をバイパスさせる検出装置が開示されている。

そして、このバイパス電流を検出することで電源システムの異常の発生を検出装置が監視する。

特開２００１−００６７５１号公報

しかしながら、このように構成された従来の車両では、バッテリセルの異常を検出できる異常検出閾値がツェナーダイオードの降伏電圧と等しい電圧に設定されてしまい、汎用性に欠ける。

また異常が発生した際には、バイパス側に位置するツェナーダイオードや、ワイヤハーネスなどに充電電流が全量流れてしまう。この場合、ツェナーダイオードやワイヤハーネスを大容量化しなければならず、小型軽量化、低コスト化を進める際の妨げとなっていた。

この発明の目的は、複数のセルが積層されて構成される組電池に対応して、スペース効率を低下させることなく蓄電装置などを保護する電源装置の異常監視システムおよびそれを搭載する車両、ならびに電源装置の異常監視方法を提供することである。

本発明による電源装置の異常監視システムは、負荷装置と直列接続された複数のセルを含む蓄電装置と、直列接続された複数のセルの接続ノードの電圧を検出するための少なくとも２本の電圧検出線と、少なくとも２本の電圧検出線が接続され、複数のセルの電圧を検出するセル電圧検出回路と、２本の電圧検出線の間に接続されたツェナーダイオードと、ツェナーダイオードに流れる電流を検出する電流検出部とを備える。

電流検出部は、検出している電流が所定の値を超えた場合に複数のセルのいずれかに異常があると判定する。

好ましくは、電流検出部が検出する電流、またはセル電圧検出回路が検出する電圧のいずれかが異常があると判定すると、蓄電装置と負荷装置との間の電力の授受を遮断するように蓄電装置および負荷装置間に設けられた電力遮断装置を制御する制御部をさらに備える。

好ましくは、制御部は、セル電圧検出回路で検出された電圧を用いて異常を判定する主制御部と、電流検出部が検出した電流で異常を判定する副制御部とを含む。

好ましくは、副制御部は、主制御部に異常の判定の通知を行ない、主制御部は、通知に基づいて電力遮断装置による電力の授受の遮断を実行し、副制御部は、通知を行なった後も、さらに異常の判定が継続している場合には、副制御部が電力遮断装置を直接制御して電力の授受を遮断させる。

好ましくは、複数の各セルの各々は、作動により電流を遮断する電流遮断装置を有している。

副制御部は、電流遮断装置の作動に対応する電流を電流検出部が電圧検出線から検出すると、主制御部を介さない経路で、電力遮断装置によって負荷装置と蓄電装置との間の電力の授受を即時遮断する。

さらに好ましくは、車両は、電源装置の異常監視システムを搭載する。
この発明は、他の局面では、蓄電装置の各セルの電圧を検出するとともにセルに並列接続されたツェナーダイオードを流れる電流を検出するステップと、検出された電圧または電流から、異常を判定するステップと、判定された異常に応じて、蓄電装置から負荷装置までの通電経路を遮断するステップとを備える。

本発明によれば、複数のセルの接続ノードの電圧を検出するための電圧検出回路に接続された２本の電圧検出線間でツェナーダイオードを流れる電流を検出する。

ツェナーダイオードを流れる電流が所定の値を超えた場合に複数のセルのいずれかに異常があると電流検出部は判定する。

本実施の形態に従う電源装置の異常監視システムを搭載したハイブリッド車両の全体ブロック図である。 実施の形態の異常監視システムの要部の構成を説明するブロック図である。 実施の形態のＳＭＲの構成を説明する配線図である。 蓄電装置および監視ユニットの詳細な構成を示す模式的な回路図である。 検出されるセルＣＬ１のセル電圧Ｖ１が定格値４．３Ｖを超えた場合の電流Ｉ１の変化を示すグラフである。 検出されるセルのセル電圧Ｖ２が定格値４．３Ｖを超えた場合の電流Ｉ１の変化を示すグラフである。 実施の形態の電源装置の多重化された異常監視システムの処理順序を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［車両の基本構成］
図１は、本実施の形態に従う電源装置の異常監視システムを搭載したハイブリッド車両１００の全体ブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド車両１００は、監視ユニット２１０および蓄電装置２２０を含む電池パック２００と、電力遮断装置としてのシステムメインリレーＳＭＲ２３０と、負荷装置１８０と、制御部であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）の一部を構成するＥＣＵ−Ｅ３０１とを備える。なお、監視ユニット２１０、蓄電装置２２０およびＥＣＵ３００で、本実施の形態の電源システムが主に構成される。

負荷装置１８０は、コンバータ１２５と、インバータ１３０，１３５と、モータジェネレータ１１０，１２０と、動力伝達ギア１１５と、駆動輪１６０と、エンジン１７０と、電圧検出部である電圧センサ１９０，１９５と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。

蓄電装置２２０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置２２０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置２２０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介してコンバータ１２５に接続される。
また、蓄電装置２２０は、モータジェネレータ１１０，１２０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置２２０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。

監視ユニット２１０は、蓄電装置２２０を監視するための機能を有し、たとえば蓄電装置２２０に隣接配置されて電池パック２００内に設けられる。監視ユニット２１０は、蓄電装置２２０の入出力電流ＩＢ，電圧ＶＢ，温度ＴＢを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

また、監視ユニット２１０は、自らの故障が生じた場合および蓄電装置２２０の異常を検出した場合には、故障を示す故障信号ＦＬＴをＥＣＵ３００に出力する。なお、監視ユニット２１０の詳細については、図２を用いて後述する。

ＳＭＲ２３０は、蓄電装置２２０の正極端と電力線ＰＬ１とに接続されるリレーと、蓄電装置２２０の負極端と電力線ＮＬ１とに接続されるリレーとを含む。

また、ＳＭＲ２３０には、ＥＣＵ３００−Ｅ３０１からの制御信号ＳＨＥおよびＥＣＵ３００−Ｂ３０２からの制御信号ＳＨＢが個別に入力される。そして、ＯＦＦ制御を行なう制御信号ＳＨＥまたはＳＨＢのうち、少なくともいずれか一方が入力されるとＳＭＲ２３０は、蓄電装置２２０と負荷装置１８０との間の電気的接続を遮断する。

コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間に接続される。コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。電圧センサ１９０は、コンデンサＣ１にかかる電圧ＶＬを検出し、その検出値をＥＣＵ３００−Ｅ３０１へ出力する。

コンバータ１２５は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１とを含む。

スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１の間に、電力線ＰＬ２から電力線ＮＬ１に向かう方向を順方向として直列に接続される。なお、本実施の形態において、スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対して、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと、電力線ＰＬ１との間に設けられる。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣによって制御され、電力線ＰＬ１，ＮＬ１と、電力線ＰＬ２，ＮＬ１との間で電圧変換動作を行なう。

コンバータ１２５は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１２５は、昇圧動作時には、電圧ＶＬを電圧ＶＨに昇圧する。

この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１および逆並列ダイオードＤ１を介して、電力線ＰＬ２へ供給することにより行なわれる。

また、コンバータ１２５は、降圧動作時には、電圧ＶＨを電圧ＶＬに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２および逆並列ダイオードＤ２を介して、電力線ＮＬ１へ供給することにより行なわれる。

これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比（ＶＨおよびＶＬの比）は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ比）により制御される。

なお、昇圧動作および降圧動作が不要の場合（すなわち、ＶＨ＝ＶＬ）には、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定するように制御信号ＰＷＣを設定することで、電圧変換比＝１．０（デューティ比＝１００％）とすることもできる。

コンデンサＣ２は、コンバータ１２５とインバータ１３０，１３５とを結ぶ電力線ＰＬ２，ＮＬ１との間に接続される。コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。電圧センサ１９５は、コンデンサＣ２にかかる電圧ＶＨを検出し、その検出値をＥＣＵ３００−Ｅ３０１へ出力する。

インバータ１３０，１３５は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１によって、コンバータ１２５に対して並列に接続される。インバータ１３０，１３５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２によりそれぞれ制御され、コンバータ１２５から出力される直流電力を、モータジェネレータ１１０，１２０をそれぞれ駆動するための交流電力に変換する。

モータジェネレータ１１０，１２０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１１０，１２０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア１１５を介して駆動輪１６０に伝達される。

ハイブリッド車両１００は、伝達されたトルクを利用して走行する。モータジェネレータ１１０，１２０は、ハイブリッド車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１６０の回転力によって発電することができる。さらに、モータジェネレータ１１０，１２０は、エンジン１７０の回転により発電が可能であり、発電電力はインバータ１３０，１３５によって蓄電装置２２０の充電電力に変換される。

また、モータジェネレータ１１０，１２０は動力伝達ギア１１５を介してエンジン１７０とも結合され、ＥＣＵ３００により、モータジェネレータ１１０，１２０およびエンジン１７０が協調して制御されて必要な車両駆動力が発生される。

ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、ハイブリッド車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

この実施の形態のＥＣＵ３００は、主制御部として主に走行制御を行なうＥＣＵ−Ｅ３０１と、電池パック２００に設けられて、監視ユニット２１０に接続されることにより、蓄電装置２２０の充放電を制御する副制御部としてのＥＣＵ−Ｂ３０２とを有している。

ＥＣＵ−Ｂ３０２は、監視ユニット２１０からの電圧ＶＢ、入出力電流ＩＢおよび温度ＴＢの検出値を受ける。ＥＣＵ−Ｂ３０２は、これらの情報に基づいて、蓄電装置２２０の充電状態（以下、ＳＯＣ（State of Charge）とも称する。）を演算する。

また、ＥＣＵ−Ｅ３０１は、電圧センサ１９０からの電圧ＶＬ、および監視ユニット２１０からの故障信号ＦＬＴに基づいて、以降で説明するような、蓄電装置２２０の異常検出に伴う充放電制御を実行する。

図２は、実施の形態の異常監視システムの要部の構成を説明するブロック図である。
図２を参照して、負荷装置１８０に駆動電力を供給するための電源装置の異常監視システムの構成について説明する。

蓄電装置２２０は、負荷装置１８０に通電経路２０１を介して接続され、直列に接続される複数のバッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎを含んで構成される。

各バッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎには、セル電圧検出回路２１１が並列に接続される。セル電圧検出回路２１１には、ツェナーダイオード２１２と、各ツェナーダイオード２１２の電圧を監視して異常を検出するための出力監視部２１３と、各ツェナーダイオード２１２の電圧を調整する保護抵抗部２１４とがそれぞれ一組ずつ設けられている。

この出力監視部２１３は、蓄電装置２２０の異常の判定を行なうＥＣＵ−Ｅ３０１に接続されている。

セル電圧検出回路２１１に隣接配置された複数の出力監視部２１３からは、各バッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎとツェナーダイオード２１２との組合せに対して、接続ノードの電圧を検出するための電圧検出線としての少なくとも２本のセル電圧検出線２１８，２１９が交互に導出されている。

隣接配置されて一対となる２本のセル電圧検出線２１８，２１９は、１本おきに位置する同じ電流の方向のセル電圧検出線２１９を複数本束ねて、クランプ式の電流センサ２１６でまとめてクランプされて電流検出部が構成される。

電流センサ２１６は束ねられた複数のセル電圧検出線２１９からツェナーダイオード２１２を流れる電流を検出する。１本おきに位置するセル電圧検出線２１９は、電流の方向が一致している。そして、いずれかのセル電圧検出線２１９に流れた電流は、電流センサ２１６で検出されて電流値となり電流値信号ＩＣとしてＥＣＵ−Ｂ３０２に送られる。

セル電圧検出回路２１１は、各出力監視部２１３に２本のセル電圧検出線２１８，２１９をそれぞれ接続している。セル電圧検出回路２１１は、各バッテリセルの各両端子間の電圧を検出して、異常を判定する。セル電圧検出回路２１１で異常であると判定されると、異常を示す故障信号ＦＬＴがＥＣＵ３００のＥＣＵ−Ｅ３０１へ出力される。

このため、監視ユニット２１０で異常が検出された場合には、ＥＣＵ−Ｅ３０１が故障信号ＦＬＴを受けて、制御信号ＳＨＥをＳＭＲ２３０へ出力する。また、蓄電装置２２０に異常があると、ＥＣＵ−Ｂ３０２からの制御信号ＳＨＢをＳＭＲ２３０へ出力する。

ＳＭＲ２３０は、制御信号ＳＨＥまたはＳＨＢのいずれかの入力に応じて、通電経路２０１を遮断して、電力の授受を行なえなくする。

図３は、実施の形態のＳＭＲ２３０の構成を説明する配線図である。
ＳＭＲ２３０には、リレースイッチ２３１をＯＮ，ＯＦＦ動作するリレーコイル２３２が設けられている。リレーコイル２３２には、主駆動部２３３と副駆動部２３４とが直列に接続されている。

主駆動部２３３は、ＥＣＵ−Ｅ３０１からの制御信号ＳＨＥに応じて駆動する。主駆動部２３３は、また、副駆動部２３４と、ＥＣＵ−Ｂ３０２からの制御信号ＳＨＢに応じて駆動する。

そして、いずれかの各制御信号ＳＨＥ，ＳＨＢが個別に主駆動部２３３または副駆動部２３４に入力すると、リレースイッチ２３１が切断されて、ＳＭＲ２３０により通電経路２０１が遮断可能となる。

図４は、蓄電装置２２０および監視ユニット２１０の詳細な構成を示す模式的な回路図である。図４を参照して、蓄電装置２２０は、直列に接続された複数のバッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎ（ｎはセルの個数。以下、総称してＣＬとも称する。）を含んで構成される。

この実施の形態では直列に接続されたバッテリセルＣＬｎの個数により所望の出力電圧が得られる。この各バッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎには、それぞれ電流遮断装置ＣＩＤ（Current Interrupt Device）が設けられる。

電流遮断装置ＣＩＤは、バッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎの電解液から発生するガスによって、バッテリセルＣＬの内圧が規定値を上回った場合に、その内圧によって作動する。そして作動により、このバッテリセルを他のバッテリセルから物理的に遮断する。

したがって、バッテリセルＣＬのいずれかの電流遮断装置ＣＩＤが作動すると、蓄電装置２２０に電流が流れなくなる。

監視ユニット２１０は、バッテリセルＣＬの各々に対応して設けられ、図示省略の複数のセル電圧検出回路２１１−１〜２１１−ｍを含む（たとえば、１〜ｍ個：ｍはセル電圧検出回路の個数。）。セル電圧検出回路２１１は、セル電圧検出回路２１１−１〜２１１−ｍは、図４に示すような蓄電装置２２０のバッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎに対応して並列に接続されている。

そして、セル電圧検出回路２１１の数量が、バッテリセルＣＬの数量と同数となるｎ＝ｍでは、各バッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎに対応して導出されたセル電圧検出線２１８，２１９の１対に対して、各々１つのセル電圧検出回路２１１が接続される。

このため、各バッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎの電圧は、各セル電圧検出回路２１１−１〜２１１−ｍによって個別に検出することができる。

監視ユニット２１０は、連続するいくつかのバッテリセルＣＬのブロックに対応して設けられる。たとえば、５つのバッテリセルＣＬごとに１つのセル電圧検出回路２１１が設けられる場合など、ブロックごとの電圧の設定に応じてバッテリセルの数は任意に選択することができる。

セル電圧検出回路２１１は、対応するバッテリセルＣＬに並列に接続されていてセルの電圧が定格値を上回っているか、すなわち過電圧であるか否かを検出する。

図５は、検出されるセルＣＬ１のセル電圧Ｖ１が定格値４．３Ｖを超えた場合の電流Ｉ１の変化を示すグラフである。

この実施の形態の電源装置の異常監視システムでは、ツェナーダイオード２１２の降伏電圧を利用して、セル電圧検出回路２１１の定格値を４．３Ｖとしている。

セル電圧Ｖ１が４．５Ｖ以上になると、図２に示すように電流センサ２１６で検出する電流の絶対値が０．１Ａ以上流れる。したがって０．１Ａ以上流れることを検出すればセル電圧Ｖ１が過電圧（例えば４．５Ｖ以上）となっていることがわかる。

図６は、検出されるセルＣＬ２のセル電圧Ｖ２が定格値４．３Ｖを超えた場合の電流Ｉ１の変化を示すグラフである。図６を参照すると電流センサ２１６で検出する電流の絶対値が０．１Ａ以上流れていることを検出すれば、セル電圧Ｖ２が４．５Ｖ以上になっている。

監視ユニット２１０は、セル電圧検出回路２１１により出力される過電圧信号およびセル電圧検出回路２１１自体の異常を示す信号を含む故障信号ＦＬＴをＥＣＵ３００のＥＣＵ−Ｅ３０１へ出力する。

電流検出センサ２１７で検出される蓄電装置２２０の入出力電流ＩＢ、および図示しない温度センサからの各セル温度（以下ＴＢと称す。）ＴＢ、ブロックごとの故障信号ＦＬＴの情報は、電圧ＶＢとともにＥＣＵ３００へ出力されて、これらの情報がＥＣＵ−Ｅ３０１で、蓄電装置２２０の異常検出に用いられる。

［ＣＩＤ作動検出制御］
このような構成において、ＣＩＤが作動して電流が遮断されると、ＣＩＤが作動したバッテリセル以外のバッテリセルの合計電圧と、負荷装置１８０へ入力する電圧ＶＬとの差電圧が作動したＣＩＤに印加されることが知られている。

したがって、ＳＭＲ２３０が導通した状態において、たとえば負荷装置１８０による電力消費によりコンデンサＣ１の電荷が減少して電圧ＶＬが低下すると、それに伴って作動したＣＩＤに印加される電圧が増加する。

ＣＩＤによって遮断された部分の物理的な間隙は小さいため、ＣＩＤに印加される電圧が所定の耐電圧を上回ると、たとえば、上記の間隙においてスパークが発生するなどして、二次的な故障が誘発されるおそれがある。

また、図４のような構成では、ＣＩＤに印加される電圧は結果的に、並列にツェナーダイオード２１２が接続されたセル電圧検出回路２１１にも印加される。このため、印加電圧によってセル電圧検出回路２１１の過電圧破損または過電流破損につながってしまう可能性がある。

したがって、ＣＩＤの作動を速やかに検出することが必要となるが一般的に、バッテリセルＣＬ自体には、ＣＩＤが作動したことを出力するための手段を有しない場合がある。

また、ＣＩＤが作動すると、負荷装置１８０の動作に伴って電圧ＶＬが変動することが実験等から知られている。ＣＩＤが作動していない場合には、負荷装置１８０により電力が消費されると蓄電装置２２０から不足する電力が供給される。また、モータジェネレータ１１０，１２０による発電が行なわれると余剰の電力が蓄電装置２２０に充電され、これによって電圧ＶＬが所定のレベルに維持される。

一方で、ＣＩＤが作動すると蓄電装置２２０と負荷装置１８０との間の充放電が途絶えるため、負荷装置１８０による電力消費または発電などに伴ってコンデンサＣ１に蓄えられる電荷量が変動し、結果として電圧ＶＬが変動する。

たとえば、特にハイブリッド車両１００が走行中であり電力消費が大きくなるような高負荷時においてＣＩＤが作動した場合には、ＣＩＤが作動していない場合と比較して、電圧ＶＬが急激に減少する。

このため、一般的に電圧ＶＬの増減の度合いを電圧センサ１９０が検出するか、あるいは蓄電装置２２０の入出力電流ＩＢがゼロであることを電流検出センサ２１７が検出すると、ＥＣＵ−Ｅ３０１によりＣＩＤの作動に対応した判定が可能である。

この実施の形態では、１本おきに束ねられた複数のセル電圧検出線２１９を流れる電流から電流センサ２１６によって電流値信号ＩＣを検出して、ＥＣＵ−Ｂ３０２に入力することにより、即時ＯＦＦ制御を行なえる判定を可能としている。

図７は、実施の形態の電源装置の多重化された異常監視システムの処理順序を示すフローチャートである。

図２，図７を参照して、まず、ステップＳ１で、ＥＣＵ３００が処理を開始すると、ステップＳ２では、ＥＣＵ−Ｂ３０２により、１本おきに束ねられた複数のセル電圧検出線２１８，２１９を流れる電流から電流センサ２１６によって電流値信号ＩＣが検出される。ＥＣＵ−Ｂ３０２では、この電流値信号ＩＣに基づいて異常の判定を行なう。

電流が検出されている場合（ステップＳ２にてＹＥＳ）は、次のステップＳ３にＥＣＵ３００は処理を進める。一方、電流が検出されていない場合（ステップＳ２にてＮＯ）は、ステップＳ６に処理を進めて、処理を終了する。

この実施の形態のＥＣＵ−Ｂ３０２は、ＥＣＵ−Ｅ３０１と別体でしかも離間されて、監視ユニット２１０に設けられている。蓄電装置２２０の電圧に応じてセル電圧検出回路２１１が検出した異常に伴う故障信号ＦＬＴは、ＥＣＵ−Ｅ３０１に入力される。

この故障信号ＦＬＴの検出の有無に拘わらず、蓄電装置２２０からの電流は、電流センサ２１６で検出されて、検出値がＥＣＵ−Ｂ３０２に入力される。

ステップＳ３では、蓄電装置２２０に異常が発生していることがＥＣＵ−Ｂ３０２からＥＣＵ−Ｅ３０１へ報知信号ＨＲとして通知される。

この場合、まずＥＣＵ−Ｅ３０１を経由した負荷装置１８０の出力などを、ＥＣＵ−Ｅ３０１により制限することによって、蓄電装置２２０が正常な動作電圧内で作動する状態まで、正常復帰できるか実行する。

具体的には、ＥＣＵ−Ｅ３０１から、コンバータ１２５に制御信号ＰＷＣまたは、インバータ１３０，１３５に制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を出力して、負荷装置１８０の消費電力を抑制することにより、蓄電装置２２０に加わる負荷を軽減させる。

ＥＣＵ−Ｂ３０２から通知を行なわれて、出力制限などを実行した後も、正常復帰しない場合は、ＥＣＵ−Ｅ３０１は、報知信号ＨＲを受けてＳＭＲ２３０に制御信号ＳＨＥを出力する。ＥＣＵ−Ｅ３０１は、監視ユニット２１０から故障信号ＦＬＴの入力を受けても、制御信号ＳＨＥを出力する。

報知信号ＨＲまたは、故障信号ＦＬＴのいずれか一方がＥＣＵ−Ｅ３０１に入力されると、ＥＣＵ−Ｅ３０１は、ＳＭＲ２３０によって通電経路２０１を遮断する制御を行なう。

ＥＣＵ−Ｂ３０１から報知信号ＨＲが出力された後、セル電圧検出線２１８，２１９を流れる電流がさらに一定時間経過した後も検出されている場合は、ＥＣＵ−Ｅ３０１が機能せず、制御信号ＳＨＥが出力されなかったことが考えられる。この場合、制御信号ＳＨＥがＳＭＲ２３０に出力されていないため、ＳＭＲ２３０によって通電経路２０１の遮断が行なわれていない。

ステップＳ４では、ＥＣＵ−Ｂ３０１は、さらに一定時間経過してもセル電圧検出線２１８，２１９を流れる電流の検出が継続しているか否か、すなわち、異常または故障状態が続いているか否かを判定する。

電流値信号ＩＣが検出された場合（ステップＳ４にてＹＥＳ）は、次のステップＳ５にＥＣＵ３００は処理を進める。また、ＥＣＵ３００は、電流値信号ＩＣが検出されない場合（ステップＳ４にてＮＯ）は、ステップＳ６に処理を進めて、処理を終了する。

ステップＳ５では、ＥＣＵ−Ｂ３０２から直接、ＳＭＲ２３０にＯＦＦ制御を行なわせる制御信号ＳＨＢがＳＭＲ２３０に出力される。この制御信号ＳＨＢを受けて、ＳＭＲ２３０は通電経路２０１を遮断する。

このため、ＥＣＵ−Ｅ３０１が高電圧、大電流の入力などで故障している場合を含み、電気システムの故障など異常状態であると、ＥＣＵ−Ｂ３０２から直接、制御信号ＳＨＢがＳＭＲ２３０をＯＦＦ動作させて通電経路２０１を遮断する。

このＥＣＵ−Ｂ３０２は、電池パック２００に包含されてＥＣＵ−Ｅ３０１とは別体でしかも、ＥＣＵ−Ｅ３０１とは離間された位置に設けられている。したがってＥＣＵ−Ｅ３０１が過電流などにより損傷しても、正常に動作する可能性が高い。

また、ＥＣＵ−Ｂ３０２による判定に用いられる複数のセル電圧検出線２１９は、各バッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎに各々対応して検出された電流を流すので大容量化の必要がない。

よって、ＥＣＵ−Ｅ３０１が蓄電装置２２０を制御できなくなっていても、ＥＣＵ−Ｂ３０２から直接、ＳＭＲ２３０に向けて制御信号ＳＨＢを出力して、ＳＭＲ２３０により通電経路２０１を遮断することができ、多重のフェールセーフ制御を行なわせることができる。

また、異常検出により報知信号ＨＲまたは、故障信号ＦＬＴのうち、少なくともいずれか一方の信号が出力されれば、図３に示した主駆動部２３３と副駆動部２３４とが直列に接続されているＳＭＲ２３０によって、蓄電装置２２０と負荷装置１８０との間の電力の授受を遮断することができる。

すなわち、この実施の形態のＳＭＲ２３０では、図３に示すようにリレースイッチ２３１をＯＮ，ＯＦＦ動作するリレーコイル２３２に対して、主駆動部２３３と副駆動部２３４とが直列に接続されている。

この主駆動部２３３は、ＥＣＵ−Ｅ３０１からの制御信号ＳＨＥに応じて駆動する。また、副駆動部２３４は、ＥＣＵ−Ｂ３０２からの制御信号ＳＨＢに応じて駆動する。

このため、いずれの制御信号ＳＨＥ，ＳＨＢが入力しても、リレースイッチ２３１が切断されて、ＳＭＲ２３０によって通電経路２０１が遮断されるため、動作信頼性が向上する。

本発明によれば、ＥＣＵ３００のうち、ＥＣＵ−Ｂ３０２がセル電圧検出回路２１１のセル電圧検出線２１８，２１９間に接続されたツェナーダイオード２１２を流れる電流を電流センサ２１６が検出している。

ツェナーダイオード２１２の定格値を上回る過充電状態では、所定の値を超えた電流が電流センサ２１６で検出されて、電流値信号ＩＣが、ＥＣＵ−Ｂ３０２に出力される。ＥＣＵ−Ｂ３０２は、ＥＣＵ−Ｅ３０１の故障などの影響を受けることなく、電流センサ２１６によって出力された電流値から、蓄電装置２２０が異常であるか否かを判定できる。

この実施の形態の異常監視システムでは、セル電圧検出回路２１１によって検出されている各セル電圧による異常の判定に加えて、電流値信号ＩＣによる異常の判定が多重化されて行なわれる。

ＥＣＵ−Ｂ３０２は、ＥＣＵ−Ｅ３０１に異常の判定を通知するとともに、ＥＣＵ−Ｅ３０１は、通知に基づいて蓄電装置２２０の制御を行ない、出力制限などのフェールセーフ制御を実行する。

出力制限を実行しても異常が検出され続ける場合は、ＥＣＵ−Ｅ３０１が直ちに、ＳＭＲ２３０にＯＦＦ制御を行なう制御信号ＳＨＥを出力して、電力の授受の遮断を実行する。

また、ＥＣＵ−Ｅ３０１自体に故障などの異常がある状況では、制御信号ＳＨＥが出力されない場合もある。

このような場合でも、このＥＣＵ−Ｅ１７３とは別体で構成されたＥＣＵ３００−Ｂ３０２から直接、ＳＭＲ２３０に向けてＯＦＦ制御を行なう制御信号ＳＨＢが出力される。この制御信号ＳＨＢは、ＳＭＲ２３０をＯＦＦ動作させて通電経路２０１を確実に遮断する。

したがって迅速にしかも確実に通電経路２０１が遮断されて、蓄電装置２２０の充放電を禁止することにより、二次的な故障が誘発されることがない。

また、通電経路２０１がＳＭＲ２３０のＯＦＦ制御で遮断される前に、負荷装置１８０の調整制御を行なうことができる。

したがって、電源システムの異常監視装置を用いて、出力を抑制するなどフェールセーフ制御を行なうことにより、バッテリセルＣＬへの過充放電やＥＣＵ３００への過電圧入力などによる破損を防止して信頼性を向上させることができる。

また、ツェナーダイオード２１２やワイヤハーネスなどの部品を大電流に対応させて大容量化する必要がなくなりスペース効率を良好なものとすることができる。さらに、部品を大容量化する必要がないので、製造コストの増大も抑制できる。

しかも、この実施の形態では、各バッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎの各セル電圧Ｖ１〜Ｖｎを、セル電圧検出回路２１１の出力監視部２１３で検出できる。このため、どのバッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎの部分に異常が生じているか、特定しやすい。

また、ＣＩＤの作動に対応する電流を、電圧検出線２１５から電流センサ２１６が検出すると、ＥＣＵ−Ｂ３０２は、ＥＣＵ−Ｅ３０１へ通知することなくバッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎと、負荷装置１８０との間に設けられた通電経路２０１をＳＭＲ２３０によって即時遮断する。

負荷装置１８０から蓄電装置２２０がＳＭＲ２３０により即時遮断されて回路が保護される。また、蓄電装置２２０の故障していない他の各バッテリセルＣＬ等が保護される。

この実施の形態では、電圧センサ１９０がＣＩＤの作動に対応する電圧ＶＬを検出して蓄電装置２２０の入出力電流ＩＢがゼロであることを検出すると、ＥＣＵ−Ｅ３０１によりＣＩＤの作動に対応してＳＭＲ２３０が通電経路２０１を遮断する。

同時にコンデンサＣ１に蓄えられる電荷量が変動して電圧ＶＬが変動するかあるいは、蓄電装置２２０からの入出力電流ＩＢも０Ａとなることにより、ＥＣＵ−Ｅ３０１は、ＣＩＤが作動したと判定して、ＳＭＲ２３０を用いて負荷装置１８０から蓄電装置２２０を遮断する。

また、各セル電圧検出線２１８，２１９に流れたＣＩＤ作動に対応する電流が電流値信号ＩＣとして電流センサ２１６で検出される。

ＥＣＵ−Ｅ３０１が故障していると、ＥＣＵ−Ｂ３０２がＥＣＵ−３０１に通知を行なってもＣＩＤ作動に対応したＳＭＲ２３０による遮断が行なわれない。

遮断されない場合、直接、ＥＣＵ−Ｂ３０２がＳＭＲ２３０を制御して、負荷装置１８０と蓄電装置２２０との間に設けられた通電経路２０１を即時遮断する。

ＣＩＤが作動してバッテリセルＣＬ間の電流が遮断されると、ＣＩＤが作動したバッテリセルＣＬ以外のバッテリセルの合計電圧と、負荷装置１８０へ入力するＶＬとの差電圧が作動したＣＩＤに印加される。

このため、通電経路２０１を即時遮断によりＣＩＤの作動を減少させることができる。
以上説明した実施の形態について、最後に再び図面を参照しながら総括する。

図１に示すように、ハイブリッド車両１００の電源装置の異常監視システムは、負荷装置１８０と直列に接続する複数のバッテリセルＣＬを含む蓄電装置２２０と、直列接続された複数の各バッテリセルＣＬの接続ノードの電圧を検出するための少なくとも２本のセル電圧検出線２１８，２１９と、少なくとも２本のセル電圧検出線２１８，２１９を接続して各バッテリセルＣＬのセル電圧を監視するセル電圧検出回路２１１とを備える。

２本のセル電圧検出線２１８，２１９間には、ツェナーダイオード２１２が接続されている。そして、このツェナーダイオード２１２を流れる電流を検出する電流センサ２１６が、１本のおきに集められた複数のセル電圧検出線２１８の束に設けられている。

電流センサ２１６で検出された電流値を用いて、ＥＣＵ３００で所定の値を超えた場合に複数のバッテリセルＣＬのいずれかに異常があると判定することができる。

好ましくは、ＥＣＵ３００は、セル電圧検出線２１８，２１９の電流、またはセル電圧検出回路２１１の電圧のいずれかで異常があると判定すると、ＥＣＵ３００は、蓄電装置２２０および負荷装置１８０間を接続する通電経路２０１に設けられたＳＭＲ２３０を制御して蓄電装置２２０と負荷装置１８０との間の電力の授受を遮断する。

好ましくは、ＥＣＵ３００は、セル電圧検出回路２１１で検出されたセル電圧を用いて異常を判定するＥＣＵ−Ｅ３０１と、セル電圧検出線２１８，２１９から電流センサ２１６が検出した電流により異常を判定するＥＣＵ−Ｂ３０２とを含む。

好ましくは、ＥＣＵ−Ｂ３０２は、ＥＣＵ−Ｅ３０１に異常の判定を報知信号ＨＲによって通知するとともに、ＥＣＵ−Ｅ３０１は、通知に基づいてＳＭＲ２３０による電力の授受の遮断を実行する。そして、ＥＣＵ−Ｂ３０２は、通知を行なった後も、さらに異常の判定が継続している場合には、ＥＣＵ−Ｂ３０２がＳＭＲ２３０を直接制御して電力の授受を遮断する。

好ましくは、複数の各バッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎの各々は、図４に示すような作動により電流を遮断するＣＩＤを有している。

ＥＣＵ−Ｂ３０２は、電流センサ２１６によってセル電圧検出線２１８，２１９からＣＩＤの作動に対応する電流を検出する。

ＣＩＤの作動に対応する電流が検出されるとＥＣＵ−Ｂ３０２は、ＥＣＵ−Ｅ３０１へ通知することなく、すなわちＥＣＵ−Ｅ３０１を介さないで直接、ＳＭＲ２３０を用いて通電経路２０１を即時遮断する。通電経路２０１の遮断により負荷装置１８０と蓄電装置２２０との間の電力の授受は行なわれなくなる。

ＥＣＵ−Ｅ３０２では、上述してきたバッテリセルＣＬの過充電を検出するため、０．１Ａの電流が流れるとセル電圧Ｖ１が４．５Ｖ以上になるという尺度（クライテリア）を用いている。これに対して、このＣＩＤの作動を検出する尺度として、異なる尺度である入出力電流ＩＢを用いることにより、同じ電流センサ２１６、およびＥＣＵ３００を利用して複数のバッテリセルＣＬの異常検知ができる。

たとえば、別の異なる尺度として用いる入出力電流ＩＢの値は、セル電圧Ｖ１が＋２４．３Ｖを超えると１０Ａ以上となる。また、セル電圧Ｖ１が−２０．０Ｖを下まわると−１０Ａ以上の入出力電流ＩＢが流れるといった尺度を利用する。

そして、電流センサ２１６で、絶対値が１０Ａ以上の電流が流れたことを検出して、事前にＣＩＤの作動で２０Ｖ以上のセル過電圧が発生したと判定して、ＣＩＤ作動と対応する２０Ｖ以上のセル過電圧が発生しているとして検知可能である。

電流センサ２１６で電流の絶対値として１０Ａ以上流れていることを検出すると、電流値信号ＩＣとして、ＥＣＵ−Ｅ３０１とは別体で構成されるＥＣＵ−Ｂ３０２に出力する。ＥＣＵ−Ｂ３０２では、この電流値信号ＩＣが１０Ａ以上であった場合、直ちに制御信号ＳＨＢをＳＭＲ２３０に出力する。ＳＭＲ２３０では、制御信号ＳＨＢを受けてＥＣＵ−Ｂ３０２によってＯＦＦ制御を行なう。

このＯＦＦ制御により負荷装置１８０から蓄電装置２２０を遮断して回路を保護するとともに、蓄電装置２２０の故障していない他の各バッテリセルＣＬ等を保護することができる。

また、この実施の形態では、セル電圧検出回路２１１には、各ツェナーダイオード２１２の電圧を調整する保護抵抗部２１４がそれぞれ一組ずつ設けられている。

この保護抵抗部２１４の抵抗値（ここでは、たとえば１Ω）を調整することにより、ツェナーダイオード２１２の降伏電圧に拘束されることなく、バッテリセルＣＬの過充電となる電圧値に合わせて、所望の定格値（ここでは、たとえば定格値４．３Ｖ）を閾値とするセル電圧検出回路２１１を容易に構成することができる。

したがって、セル電圧検出回路２１１がセル電圧Ｖ１の異常を判定する際に用いる閾値（たとえば４．５Ｖ）を、ツェナーダイオード２１２の単体の降伏電圧と一致させる必要がなくなり、汎用性が向上する。

また、２本のセル電圧検出線２１８，２１９の間に接続されたツェナーダイオード２１２は、バッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎごとに接続されているが、特にこれに限らない。

たとえば複数個の直列に接続されたバッテリセルＣＬ１〜ＣＬｎを、いくつかのブロックでまとめて、ブロックごとに２本のセル電圧検出線２１８，２１９を接続してツェナーダイオード２１２を用いて検出するようにしてもよい。このように、１つのブロックとして接続されるバッテリセルＣＬの数量、形状および１セルごとの電圧などの電気特性が特に限定されるものではない。

なお、この実施の形態のハイブリッド車両１００では、図１に示すように、モータジェネレータが２つ設けられる構成が例として示されている。しかしながら、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータが１つの場合、あるいは２つより多くのモータジェネレータを設ける構成としてもよい。

また、エンジン１７０は必須の構成ではなく、エンジン１７０を含まない電気自動車や燃料電池車であってもよい。さらに、蓄電装置２２０に接続される負荷装置１８０は、ハイブリッド車両１００の駆動システムには限られず、蓄電装置２２０から出力される電力で駆動される電気機器であれば、本実施の形態が適用可能である。

この実施の形態では、ＥＣＵ−Ｅ３０１から送られてくる制御信号ＳＨＥまたはＥＣＵ−Ｂ３０２から送られてくる制御信号ＳＨＢにより、フェールセーフ制御が行なわれてＳＭＲ２３０が遮断されるように構成されている。しかしながら特にこれに限らず、フェールセーフ制御としてはＥＣＵ−Ｅ３０１に入力される電力を制限するようにしてもよく、通電経路２０１の遮断と、入力制限とを同時にまたは前後させて行なってもよい。

さらに、実施の形態では、セル電圧Ｖ１が４．５ＶでバッテリセルＣＬが過充電となる尺度と、２０Ｖ以上で蓄電装置２２０が過電圧となる尺度とが設定されているが特にこれに限らない。たとえば組電池に用いるセルの性能に合わせて、０．１Ｖ〜３０Ｖ，１０Ｖ〜５０Ｖ、より好ましくは、５Ｖ〜１５Ｖ，１５Ｖ〜２５Ｖなど、異なる尺度で設定されるものであればどのような電圧値もしくは対応する電流値を異常判定の値として設定してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ ハイブリッド車両、１１５ 動力伝達ギア、１１０，１２０ モータジェネレータ、１２５ コンバータ、１３０，１３５ インバータ、１６０ 駆動輪、１７０ エンジン、１８０ 負荷装置、１９０，１９５ 電圧センサ、２００ 電池パック、２０１ 通電経路、２１０ 監視ユニット、２１１ セル電圧検出回路、２１２ ツェナーダイオード、２１３ 出力監視部、２１４ 保護抵抗部、２１８，２１９ セル電圧検出線、２１６ 電流センサ、２１７ 電流検出センサ、２２０ 蓄電装置、２３０ ＳＭＲ、２３１ リレースイッチ、２３２ リレーコイル、２３３ 主駆動部、２３４ 副駆動部、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＣＩＤ 電流遮断装置、ＣＬ，ＣＬ１〜ＣＬｎ バッテリセル、Ｄ１，Ｄ２ 逆並列ダイオード、Ｌ１ リアクトル。

Claims (7)

1. 負荷装置と直列接続された複数のセルを含む蓄電装置と、
   前記直列接続された複数のセルの接続ノードの電圧を検出するための少なくとも２本の電圧検出線と、
   前記少なくとも２本の電圧検出線が接続され、前記複数のセルの電圧を検出するセル電圧検出回路と、
   前記２本の電圧検出線の間に接続されたツェナーダイオードと、
   前記ツェナーダイオードに流れる電流を検出する電流検出部とを備え、
   前記電流検出部は、検出している電流が所定の値を超えた場合に前記複数のセルのいずれかに異常があると判定する、電源装置の異常監視システム。
2. 前記電流検出部が検出する電流、または前記セル電圧検出回路が検出する電圧のいずれかが異常があると判定すると、前記蓄電装置と前記負荷装置との間の電力の授受を遮断するように前記蓄電装置および前記負荷装置間に設けられた電力遮断装置を制御する制御部をさらに備える、請求項１に記載の電源装置の異常監視システム。
3. 前記制御部は、
   前記セル電圧検出回路で検出された電圧を用いて異常を判定する主制御部と、
   前記電流検出部が検出した電流で異常を判定する副制御部とを含む、請求項２に記載の電源装置の異常監視システム。
4. 前記副制御部は、前記主制御部に異常の判定の通知を行ない、
   前記主制御部は、前記通知に基づいて前記電力遮断装置による電力の授受の遮断を実行し、
   前記副制御部は、前記通知があった後もさらに異常の判定が継続している場合には、前記電力遮断装置を直接制御して電力の授受を遮断させる、請求項３に記載の電源装置の異常監視システム。
5. 前記複数の各セルの各々は、作動により電流を遮断する電流遮断装置を有し、
   前記副制御部は、前記電流遮断装置の作動に対応する電流を前記電流検出部が前記電圧検出線から検出すると、前記主制御部を介さない経路で、前記電力遮断装置によって前記負荷装置と前記蓄電装置との間の電力の授受を即時遮断する、請求項３に記載の電源装置の異常監視システム。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の電源装置の異常監視システムを搭載する車両。
7. 蓄電装置の各セルの電圧を検出するとともに前記セルに並列接続されたツェナーダイオードを流れる電流を検出するステップと、
   検出された電圧または電流から、異常を判定するステップと、
   判定された異常に応じて、前記蓄電装置から負荷装置までの通電経路を遮断するステップとを備える、電源装置の異常監視方法。

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