(57)【要約】【課題】複数の蓄電モジュールの直列接続から並列接続への切り替えに際し電圧を均衡化する蓄電システムにおいて、直並列切り替えリレーの異常を診断する蓄電システムを提供する。【解決手段】  蓄電システム４０１は、車両の充電口１４に接続される給電ケーブル１３を経由して、給電設備の外部充電器１０から複数の蓄電モジュール（バッテリＢＴ１、ＢＴ２）への充電が可能である。電力変換器（車載充電器）２０は、複数の蓄電モジュールの間で電力を授受させる。車載制御部４５は、複数の蓄電モジュールの並列切り替えに先立ち、電圧差が所定の閾値以下となるように電力変換器２０を動作させる「電圧均衡化処理」を実施する。車載制御部４５は、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の開閉状態を所定の診断モードにした上で、電圧検出器ＶＳ３から取得した充電口１４の検出電圧Ｖｘに基づいて直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の異常を診断する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが一つ以上の蓄電セルを含む複数の蓄電モジュールを搭載した車両に適用され、前記車両の充電口（１４）に接続される給電ケーブル（１３）を経由して、給電設備の外部充電器（１０）から前記複数の蓄電モジュールへの充電が可能な蓄電システムであって、
前記複数の蓄電モジュールと、
前記複数の蓄電モジュールのうち少なくとも第１蓄電モジュール（ＢＴ１）及び第２蓄電モジュール（ＢＴ２）の接続状態を直列及び並列に切り替え可能であり、前記第１蓄電モジュール及び前記第２蓄電モジュールの正極同士の間に設けられる第１リレー（ＲＹ１）、前記第１蓄電モジュールの負極と前記第２蓄電モジュールの正極との間に設けられる第２リレー（ＲＹ２）、並びに、前記第１蓄電モジュール及び前記第２蓄電モジュールの負極同士の間に設けられる第３リレー（ＲＹ３）を含む複数の直並列切り替えリレーと、
前記第１蓄電モジュールと前記第２蓄電モジュールとの間で電力を授受させる電力変換器（２０）と、
複数の前記直並列切り替えリレーの開閉を操作し、且つ、前記第１蓄電モジュール及び前記第２蓄電モジュールの並列切り替えに先立ち、前記第１蓄電モジュールと前記第２蓄電モジュールとの電圧差が所定の閾値以下となるように前記電力変換器を動作させる電圧均衡化処理を実施する車載制御部（４５）と、
を備え、
前記充電口の電圧を検出する電圧検出器（ＶＳ３、ＶＳ４）が車両に設置されるか、又は、前記給電ケーブルが前記充電口に接続された状態で前記充電口の電圧を検出する電圧検出器（ＶＳ１１、ＶＳ１３）が給電設備に設置されており、
前記電圧検出器が車両に設置される場合、前記車載制御部は、前記直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、前記電圧検出器の検出電圧（Ｖｘ）に基づいて前記直並列切り替えリレーの異常を診断し、
前記電圧検出器が給電設備に設置される場合、前記車載制御部は、前記直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、前記外部充電器を制御する給電制御部（１７）から受信した前記電圧検出器の検出電圧に基づいて前記直並列切り替えリレーの異常を診断するか、又は、前記給電制御部が前記電圧検出器の検出電圧に基づいて実施した前記直並列切り替えリレーの異常診断の結果を受信する蓄電システム。
【請求項２】
前記充電口の端子（１４１、１４２）と前記第１蓄電モジュール及び第２蓄電モジュールとの間の経路を開閉可能な充電口リレー（ＲＹ６、ＲＹ７）をさらに備え、
前記電圧検出器（ＶＳ３）は、前記充電口リレーと前記第１蓄電モジュール及び第２蓄電モジュールとの間に設置されており、
前記車載制御部は、前記充電口リレーをＯＦＦした状態で前記電圧検出器の検出電圧を取得する請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記車載制御部は、
前記第１リレー、前記第２リレー及び前記第３リレーをＯＦＦした状態で、
前記電圧検出器の検出電圧が０相当の値である場合、前記第１リレー、前記第２リレー及び前記第３リレーがいずれも正常であると判定し、
前記電圧検出器の検出電圧が前記第１蓄電モジュールの電圧と前記第２蓄電モジュールの電圧との和（Ｖ１＋Ｖ２）相当の値である場合、前記第２リレーのショート故障であると判定し、
前記電圧検出器の検出電圧が前記第１蓄電モジュールの電圧（Ｖ１）相当の値である場合、前記第３リレーのショート故障であると判定し、
前記電圧検出器の検出電圧が前記第２蓄電モジュールの電圧（Ｖ２）相当の値である場合、前記第１リレーのショート故障であると判定する請求項１または２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記車載制御部は、
前記第１リレー、前記第２リレー及び前記第３リレーのうちいずれか一つの前記直並列切り替えリレーを順番にＯＮし、前記電圧検出器の検出電圧が０相当の値である場合、現在ＯＮしている前記直並列切り替えリレーがオープン故障であると判定する請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記電圧検出器（ＶＳ１１、ＶＳ１３）は、給電設備における前記外部充電器の内部、又は前記給電ケーブルの途中に設置されており、前記電圧検出器の検出電圧は前記給電制御部に取得される請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項６】
それぞれが一つ以上の蓄電セルを含む複数の蓄電モジュールを搭載した車両に適用され、前記車両の充電口（１４）に接続される給電ケーブル（１３）を経由して、給電設備の外部充電器（１０）から前記複数の蓄電モジュールへの充電が可能な蓄電システムであって、
前記複数の蓄電モジュールと、
前記複数の蓄電モジュールのうち少なくとも第１蓄電モジュール（ＢＴ１）及び第２蓄電モジュール（ＢＴ２）の接続状態を直列及び並列に切り替え可能であり、前記第１蓄電モジュール及び前記第２蓄電モジュールの正極同士の間に設けられる第１リレー（ＲＹ１）、前記第１蓄電モジュールの負極と前記第２蓄電モジュールの正極との間に設けられる第２リレー（ＲＹ２）、並びに、前記第１蓄電モジュール及び前記第２蓄電モジュールの負極同士の間に設けられる第３リレー（ＲＹ３）を含む複数の直並列切り替えリレーと、
前記第１蓄電モジュールと前記第２蓄電モジュールとの間で電力を授受させる電力変換器（２０）と、
複数の前記直並列切り替えリレーの開閉を操作し、且つ、前記第１蓄電モジュール及び前記第２蓄電モジュールの並列切り替えに先立ち、前記第１蓄電モジュールと前記第２蓄電モジュールとの電圧差が所定の閾値以下となるように前記電力変換器を動作させる電圧均衡化処理を実施する車載制御部（４５）と、
を備え、
前記給電ケーブルが前記充電口に接続された状態で、前記外部充電器が診断用の通電であるプレ給電を実施したとき、前記外部充電器から前記蓄電モジュールまでの給電経路を流れる電流を検出する電流検出器（ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ１１、ＣＳ１３）が車両又は給電設備に設置されており、
前記電流検出器が前記車両に設置される場合、前記車載制御部は、前記直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、前記電流検出器の検出電流（Ｃｘ）に基づいて前記直並列切り替えリレーの異常を診断し、
前記電流検出器が給電設備に設置される場合、前記車載制御部は、前記直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、前記外部充電器を制御する給電制御部（１７）から受信した前記電流検出器の検出電流に基づいて前記直並列切り替えリレーの異常を診断するか、又は、前記給電制御部が前記電流検出器の検出電流に基づいて実施した前記直並列切り替えリレーの異常診断の結果を受信する蓄電システム。
【請求項７】
前記車載制御部は、
前記第１リレー、前記第２リレー及び前記第３リレーをＯＦＦした状態で、前記電流検出器の検出電流が所定値を超える状態の継続時間（Ｔｏｖｅｒ）がショート判定時間閾値（Ｔｔｈ＿ｓｔ）以上となる短絡電流継続条件が成立した場合、いずれかの前記直並列切り替えリレーがショート故障であると判定する請求項６に記載の蓄電システム。
【請求項８】
前記第１蓄電モジュールと前記第２蓄電モジュールとが並列接続された部分において、前記第１蓄電モジュールに直列接続された第１電流検出器（ＣＳ１）、及び、前記第２蓄電モジュールに直列接続された第２電流検出器（ＣＳ２）の二つの前記電流検出器が設置されており、
前記車載制御部は、
前記第１電流検出器が検出した第１経路電流（Ｃｘ１）、及び、前記第２電流検出が検出した第２経路電流（Ｃｘ２）の両方について前記短絡電流継続条件が成立する場合、前記第２リレーのショート故障であると判定し、
前記第１経路電流について前記短絡電流継続条件が成立し、前記第２経路電流について前記短絡電流継続条件が不成立の場合、前記第３リレーのショート故障であると判定し、
前記第２経路電流について前記短絡電流継続条件が成立し、前記第１経路電流について前記短絡電流継続条件が不成立の場合、前記第１リレーのショート故障であると判定する請求項７に記載の蓄電システム。
【請求項９】
前記車載制御部は、
前記第１リレー、前記第２リレー及び前記第３リレーのうちいずれか一つの前記直並列切り替えリレーを順番にＯＮし、前記電流検出器の検出電流が所定値未満の状態の継続時間（Ｔｕｎｄｅｒ）がオープン判定時間閾値（Ｔｔｈ＿ｏｐ）以上となる場合、現在ＯＮしている前記直並列切り替えリレーがオープン故障であると判定する請求項６〜８のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【請求項１０】
前記電流検出器（ＣＳ１１、ＣＳ１３）は、給電設備における前記外部充電器の内部、又は前記給電ケーブルの途中に設置されており、前記電流検出器の検出電流は前記給電制御部に取得される請求項６に記載の蓄電システム。
【請求項１１】
前記車載制御部は、いずれかの前記直並列切り替えリレーが故障していると判定したとき、又は、前記給電制御部から前記直並列切り替えリレーの異常信号を受信したとき、前記直並列切り替えリレーの操作を禁止し、車両において警告を表示する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【請求項１２】
前記車載制御部は、いずれかの前記直並列切り替えリレーが故障していると判定したとき、前記給電制御部に異常信号を送信し、給電を中止させる請求項１〜４、６〜９のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【請求項１３】
故障した前記直並列切り替えリレーが特定される構成において、
前記車載制御部は、いずれかの前記直並列切り替えリレーが故障していると判定したとき、前記第１蓄電モジュール及び前記第２蓄電モジュールを直列接続又は並列接続した状態での充電が可能であるか否かを判定し、
いずれかの接続状態での充電が可能である場合、前記給電制御部に、異常信号とともに給電許可信号を送信する請求項１〜４、６〜９のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【請求項１４】
前記給電制御部は、前記車載制御部から異常信号を受信したとき、
給電設備において警告を表示する請求項１２または１３に記載の蓄電システム。
【請求項１５】
前記給電制御部は、前記直並列切り替えリレーの異常診断を自ら実施し、いずれかの前記直並列切り替えリレーが故障していると判定したとき、給電設備において警告を表示する請求項５または１０に記載の蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の蓄電モジュールを直列及び並列に切り替え可能とした蓄電システムが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示された産業機械用電池システムは、高電圧下における急速充電が可能で且つ低電圧系のコンポーネントを使用可能とすることを目的とするものである。このシステムは、電池ユニットと充電入力部又は電力負荷との接続状態を択一的に切り替えるための充放電切り替え手段、及び、複数の電池ユニット間の電気的な接続を並列または直列に択一的に切り替えるための並列／直列切り替え手段等を備える。
【０００４】
このシステムの放電制御フローでは、複数の電池ユニットを並列に接続した状態で、複数の電池ユニットから電力負荷への放電を行う。また充電制御フローでは、複数の電池ユニットを直列に接続した状態で、急速充電器から充電入力部を介して複数の電池ユニットに充電を行う。充電完了後、複数の電池ユニット間の電圧差が閾値以上である場合、電圧差をなくすための電池ユニット間バランス処理が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６１１４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以下、本明細書では、特許文献１の電池ユニットを含む上位概念の用語として「蓄電モジュール」を用いる。特許文献１の技術を電気自動車やプラグインハイブリッド自動車の外部充電に適用する場合、直列での充電完了後、複数の蓄電モジュールを並列接続に切り替え、負荷としての主機モータに放電して走行する状況が想定される。また、特許文献１における並列／直列切り替え手段としてのスイッチを本明細書では「直並列切り替えリレー」と言い換える。本明細書の「直並列切り替えリレー」には、半導体スイッチや機械式リレー等の具体的構成を問わず、電流経路の開閉手段全般を含む。
【０００７】
一般にリレーの故障モードとして、ＯＮ状態に固着するショート故障、及び、ＯＦＦ状態に固着するオープン故障が知られている。特許文献１のシステムにおいて、いずれかの直並列切り替えリレーがショート故障している場合、他のリレーをＯＮした時に蓄電モジュールを短絡させるおそれがある。また、いずれかの直並列切り替えリレーがオープン故障している場合、要求される電圧が負荷へ供給されない懸念がある。特許文献１には、このようなリレー固着異常の検出や処置について何ら言及されていない。
【０００８】
本発明は上述の課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数の蓄電モジュールの直列接続から並列接続への切り替えに際し電圧を均衡化する蓄電システムにおいて、直並列切り替えリレーの異常を診断する蓄電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の蓄電システムは、それぞれが一つ以上の蓄電セルを含む複数の蓄電モジュールを搭載した車両に適用され、車両の充電口（１４）に接続される給電ケーブル（１３）を経由して、給電設備の外部充電器（１０）から複数の蓄電モジュールへの充電が可能である。この蓄電システムは、複数の蓄電モジュールと、複数の直並列切り替えリレーと、電力変換器（２０）と、車載制御部（４５）と、を備える。
【００１０】
複数の直並列切り替えリレーは、複数の蓄電モジュールのうち少なくとも第１蓄電モジュール（ＢＴ１）及び第２蓄電モジュール（ＢＴ２）の接続状態を直列及び並列に切り替え可能であり、第１リレー（ＲＹ１）、第２リレー（ＲＹ２）及び第３リレー（ＲＹ３）を含む。第１リレーは、第１蓄電モジュール及び第２蓄電モジュールの正極同士の間に設けられる。第２リレーは、第１蓄電モジュールの負極と第２蓄電モジュールの正極との間に設けられる。第３リレーは、第１蓄電モジュール及び第２蓄電モジュールの負極同士の間に設けられる。
【００１１】
電力変換器は、第１蓄電モジュールと第２蓄電モジュールとの間で電力を授受させる。車載制御部は、複数の直並列切り替えリレーの開閉を操作する。且つ、車載制御部は、第１蓄電モジュール及び第２蓄電モジュールの並列切り替えに先立ち、第１蓄電モジュールと第２蓄電モジュールとの電圧差が所定の閾値以下となるように電力変換器を動作させる「電圧均衡化処理」を実施する。
【００１２】
本発明の第１の態様では、充電口の電圧を検出する電圧検出器（ＶＳ３、ＶＳ４）が車両に設置されるか、又は、給電ケーブルが充電口に接続された状態で充電口の電圧を検出する電圧検出器（ＶＳ１１、ＶＳ１３）が給電設備に設置されている。電圧検出器が車両に設置される場合、車載制御部は、直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、電圧検出器から取得した検出電圧（Ｖｘ）に基づいて直並列切り替えリレーの異常を診断する。
【００１３】
電圧検出器が給電設備に設置される場合、車載制御部は、直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、外部充電器を制御する給電制御部（１７）から受信した電圧検出器の検出電圧に基づいて直並列切り替えリレーの異常を診断するか、又は、外部充電器が電圧検出器の検出電圧に基づいて実施した直並列切り替えリレーの異常診断の結果を受信する。
【００１４】
本発明の第２の態様では、給電ケーブルが充電口に接続された状態で、外部充電器が診断用の通電であるプレ給電を実施したとき、外部充電器から蓄電モジュールまでの給電経路を流れる電流を検出する電流検出器（ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ１１、ＣＳ１３）が車両又は給電設備に設置されている。電流検出器が車両に設置される場合、車載制御部は、直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、電流検出器から取得した検出電流（Ｃｘ）に基づいて直並列切り替えリレーの異常を診断する。
【００１５】
電流検出器が給電設備に設置される場合、車載制御部は、直並列切り替えリレーの開閉状態を所定の診断モードにした上で、外部充電器を制御する給電制御部（１７）から受信した電流検出器の検出電流に基づいて直並列切り替えリレーの異常を診断するか、又は、外部充電器が電流検出器の検出電流に基づいて実施した直並列切り替えリレーの異常診断の結果を受信する。
【００１６】
本発明の蓄電システムは、電圧検出器による検出された充電口の電圧、又は、プレ給電時に電流検出器による検出された給電経路を流れる電流に基づき、直並列切り替えリレーの異常を容易に診断することができる。好ましくは、車載制御部は、直並列切り替えリレーの故障を検出したとき、直並列切り替えリレーの操作を禁止し、車両において警告を表示する。これにより本発明の蓄電システムは、ショート故障に起因する蓄電モジュールの短絡やオープン故障に起因する負荷への供給電圧不足等を防止することができる。また、警告によりユーザに異常発生を知らせ、修理を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】各実施形態による蓄電システムの基本構成図。
【図２】充電インフラと負荷駆動電圧との関係を示す図。
【図３】直列接続から並列接続への切り替え時における課題を説明する図。
【図４】車載充電器の構成例の図。
【図５】第１実施形態による蓄電システムの構成図。
【図６】車載制御部による異常診断の全体フローチャート。
【図７】検出電圧に基づくショート故障判定のフローチャート。
【図８】検出電圧に基づくオープン故障判定のフローチャート。
【図９】限定的給電許可処理における直列充電可否判定のフローチャート。
【図１０】限定的給電許可処理における並列充電可否判定のフローチャート。
【図１１】第２実施形態による蓄電システムの構成図。
【図１２】第３実施形態による蓄電システムの構成図。
【図１３】第４実施形態による蓄電システムの構成図。
【図１４】第５実施形態による蓄電システムの構成図。
【図１５】給電制御部による異常診断の全体フローチャート
【図１６】第６実施形態による蓄電システムの構成図。
【図１７】検出電流に基づくショート故障判定のフローチャート。
【図１８】検出電流に基づくオープン故障判定のフローチャート。
【図１９】第７実施形態による蓄電システムの構成図。
【図２０】第７実施形態での検出電流に基づくショート故障判定のフローチャート。
【図２１】第８実施形態による蓄電システムの構成図。
【図２２】第９実施形態による蓄電システムの構成図。
【図２３】第１０実施形態による蓄電システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、蓄電システムの実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成又はフローチャートにおける実質的に同一のステップには、同一の符号又は同一のステップ番号を付して説明を省略する。第１〜第１０実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の蓄電システムは、複数の蓄電モジュールを搭載した車両に適用される。ここで、各蓄電モジュールは一つ以上の蓄電セルを含む。
【００１９】
本実施形態における蓄電モジュールは、一つ以上のバッテリセルを含むバッテリモジュールであり、具体的には、電気自動車やプラグインハイブリッド車の動力源となる主機バッテリモジュールである。この蓄電システムでは、車両の充電口に接続される給電ケーブルを経由して、給電設備の外部充電器から複数の蓄電モジュールへの充電が可能である。
【００２０】
複数の蓄電モジュールのうち少なくとも第１蓄電モジュール及び第２蓄電モジュールは、複数の直並列切り替えリレーによって接続状態が直列及び並列に切り替えられる構成となっている。複数の直並列切り替えリレーは、典型的に半導体スイッチ又は機械式リレーにより構成される。また、この蓄電システムは、第１蓄電モジュールと第２蓄電モジュールとの間で電力を授受させる電力変換器と、直並列切り替えリレーの開閉を操作し、且つ電力変換器を動作させる車載制御部と、を備える。
【００２１】
さらに車載制御部は、車両又は給電設備に設置された検出器により検出された電圧又は電流に基づき、直並列切り替えリレーの異常を診断するか、外部充電器を制御する給電制御部から異常信号を取得する。以下の各実施形態は、直並列切り替えリレーの異常診断に用いられる検出器の種類及び配置や、それによる異常診断の構成が異なる。
【００２２】
［システム構成及び背景］
最初に図１〜図４を参照し、各実施形態に共通するシステム構成、及び本実施形態の背景について説明する。図１には、給電設備に停車した車両の充電口１４に外部充電器１０から給電ケーブル１３が接続された状態を示す。本明細書では、「車両」は電気自動車やプラグインハイブリッド車を意味し、「給電設備」は充電スタンド等のインフラの総称である。
【００２３】
車両側の蓄電システム４０は、「第１蓄電モジュール」及び「第２蓄電モジュール」としての二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３、その他の経路開閉リレーＲＹ４−ＲＹ７、「電力変換器」としての車載充電器２０、並びに車載制御部４５等を備える。
【００２４】
第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２は、リチウムイオン電池等の充放電可能な、例えば４００Ｖの高圧バッテリモジュールである。以下、「バッテリモジュール」を省略して「バッテリ」という。バッテリＢＴ１、ＢＴ２は、充電口１４と負荷８０との間に設けられる。図１の回路では、第１バッテリＢＴ１が充電口１４側、第２バッテリＢＴ２が負荷８０側に示されているが、回路的に等価であれば、現実の配置はこれに限らない。負荷８０には、電気自動車やプラグインハイブリッド車で一般に用いられるインバータ、モータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、エアコン等が含まれる。
【００２５】
直並列切り替えリレーのうち第１リレーＲＹ１は、第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２の正極同士の間に設けられる。第２リレーＲＹ２は、第１バッテリＢＴ１の負極と第２バッテリＢＴ２の正極との間に設けられる。第３リレーＲＹ３は、第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２の負極同士の間に設けられる。
【００２６】
その他の負荷リレーＲＹ４及びＲＹ５は、それぞれ第２バッテリＢＴ２の正極及び負極と負荷８０との間の経路を開閉する。充電口リレーＲＹ６は、第１バッテリＢＴ１の正極と充電口１４の正極端子１４１との間の経路を開閉する。充電口リレーＲＹ７は、第２バッテリＢＴ２の負極と充電口１４の負極端子１４２との間の経路を開閉する。
【００２７】
ここで、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２の接続状態を直列及び並列に切り替えることの意義について説明する。図２に、車両バッテリ用の充電インフラと負荷駆動電圧との関係を示す。バッテリの電圧は標準的に４００Ｖ級であると仮定する。また、充電スタンド等の充電インフラには４００Ｖ級対応及び８００Ｖ級対応の２種類が存在し、使用される負荷も４００Ｖ級で駆動されるものと８００Ｖ級で駆動されるものの２種類が存在すると仮定する。４００Ｖ級で負荷を駆動する車両のバッテリに４００Ｖ級の充電インフラで充電する場合や、８００Ｖ級で負荷を駆動する車両のバッテリに８００Ｖ級の充電インフラで充電する場合、何ら問題は無い。
【００２８】
一方、負荷駆動電圧とは異なる電圧の充電インフラで車両バッテリを充電する場合を考える。すると、４００Ｖ級の負荷を駆動するバッテリを充電時に二つ直列接続すれば、８００Ｖ級の充電インフラで充電可能である。そして、負荷駆動時すなわち放電時には並列接続に切り替えて４００Ｖ級で使用することができる。逆に、並列接続状態で４００Ｖ級の充電インフラで充電したバッテリを、負荷駆動時に二直列接続に切り替えれば、８００Ｖ級で使用することができる。このように複数のバッテリの接続状態を直列及び並列に切り替え可能とすることで、多くの充電インフラに対応可能となる。
【００２９】
具体的には、電動自動車やプラグインハイブリッド車の主機モータや補機等の車両機器及び充電インフラは、充電時間短縮等のため、現状の４００Ｖ級から将来は８００Ｖ級に移行すると予想される。すると、特に移行の過渡期には車両仕様と充電インフラの仕様とがマッチングしない状況が生じ得る。そこで、充電時と負荷駆動時（主機モータの駆動の場合には走行時）とで、バッテリの直並列を切り替え可能とすることが求められる。そのために直並列切り替えリレーが必要となる。
【００３０】
このような背景から、８００Ｖ級の外部充電器１０を用いる場合、第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２を二直列に接続した状態で直列充電が行われる。一方、４００Ｖ級の外部充電器１０を用いる場合、第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２を二並列に接続した状態で並列充電が行われる。また、外部充電器１０の給電可能電圧の情報は、外部充電器１０を制御する給電制御部１７から、有線又は無線の通信により、車載制御部４５に伝達される。
【００３１】
以下のリレー開閉パターンの説明で、ＲＹ１−ＲＹ７のうちの「あるリレーがＯＮ」という場合、「それ以外のリレーはＯＦＦ」であるものとする。二直列充電時には、第２リレーＲＹ２、及び充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７がＯＮされる。二並列充電時には、第１リレーＲＹ１、第３リレーＲＹ３、及び充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７がＯＮされる。並列接続されたバッテリＢＴ１、ＢＴ２から負荷８０に４００Ｖの電力を供給する二並列放電時には、第１リレーＲＹ１、第３リレーＲＹ３、及び負荷リレーＲＹ４、ＲＹ５がＯＮされる。図１に短破線矢印で示すように、各リレーＲＹ１−ＲＹ７の開閉は車載制御部４５により操作される。
【００３２】
ところで、図３に示すように、直列接続から並列接続への切り替えに際し、内部抵抗等のばらつきに起因して、第１バッテリＢＴ１と第２バッテリＢＴ２との間に電圧差が生じている状況を想定する。第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２を直列接続したときの電圧を１００％としたとき、例えば第１バッテリＢＴ１の電圧が５２％、第２バッテリＢＴ２の電圧が４８％であると仮定する。なお、太線の矢印は細線の矢印よりも電圧が高いことを意味する。そして、外部充電器時での直列充電後にリレーをＯＮし並列接続に切り替えたとき、第１バッテリＢＴ１と第２バッテリＢＴ２との間の電圧差による突入電流が流れ、リレー接点にアークが発生する。
【００３３】
そこで本実施形態では、第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２は「電力変換器」として機能する車載充電器２０等の機器に接続される。車載充電器２０は、基本的な機能として、外部の商用電源１５からＡＣ電源接続部１６を介して供給されたＡＣ１００Ｖ又は２００Ｖの交流電力を直流電力に変換し、バッテリＢＴ１、ＢＴ２に充電する。車載充電器２０の入出力ポートＰ１には第１バッテリＢＴ１の正極及び負極が接続され、入出力ポートＰ２には第２バッテリＢＴ２の正極及び負極が接続される。
【００３４】
図４に車載充電器２０の構成例を示す。車載充電器２０は、例えばＰＦＣとして構成されるＡＣ／ＤＣ変換回路２１、及びマルチポート式のＤＣ／ＤＣコンバータ３０を内部回路として含む。ＡＣ／ＤＣ変換回路２１は、入力端がＡＣ電源接続部１６を介して商用電源１５に接続される。
【００３５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、トランス式のマルチポート絶縁型コンバータであり、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１の出力端であるＤＣバスに接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、コア３３、コア３３に巻回される一次巻線３１及び二つの二次巻線３２１、３２２、並びに、一次側のスイッチング回路３４及び二次側のスイッチング回路３５１、３５２を含む。スイッチング回路３４、３５１、３５２は、巻線３１、３２１、３２２に流れる電流の向きを周期的に交替させる。
【００３６】
また、第１バッテリＢＴ１の電圧（以下「第１バッテリ電圧」）Ｖ１を検出するバッテリ電圧検出器ＶＳ１、及び、第２バッテリＢＴ２の電圧（以下「第２バッテリ電圧」）Ｖ２を検出するバッテリ電圧検出器ＶＳ２が設けられている。車載制御部４５は、バッテリ電圧検出器ＶＳ１、ＶＳ２から取得した第１バッテリ電圧Ｖ１及び第２バッテリＶ２に基づき、第１バッテリＢＴ１と第２バッテリＢＴ２との電圧差が所定の閾値以下であるか監視する。注意点として、後述の異常診断に用いられる「電圧検出器」には、バッテリ電圧検出器ＶＳ１、ＶＳ２は含まれない。また、異常診断に用いられる「検出電圧」には、バッテリ電圧検出器ＶＳ１、ＶＳ２が検出したバッテリ電圧Ｖ１、Ｖ２は含まれない。
【００３７】
そして、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の並列切り替えに先立ち、電圧差が所定の閾値を超えている場合、車載制御部４５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を動作させて、電圧が異なるバッテリＢＴ１、ＢＴ２の間で電力を授受させる。すなわち太線矢印で示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の一方の二次側スイッチング回路３５１から他方の二次側スイッチング回路３５２を通る経路で、バッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電力を還流させる。
【００３８】
こうして車載制御部４５は、各バッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧を降下又は上昇させることによってバッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧差を所定の閾値以下にする。そして、電圧差が閾値以下となっている状態で並列接続用の第１リレーＲＹ１及び第３リレーＲＹ３をＯＮする。この処理を「電圧均衡化処理」という。電圧均衡化処理は、各バッテリＢＴ１、ＢＴ２が非接続又は直列接続の状態で実施可能である。
【００３９】
電圧均衡化処理により、過大な突入電流を生じることなく並列接続用の第１リレーＲＹ１及び第３リレーＲＹ３の接点をＯＮすることで、アークの発生を防止し、リレーの信頼性や寿命を向上させることができる。また本実施形態では、電圧均衡化処理のための電力変換器として、既存の車載充電器２０を兼用することで、専用の電力変換器を設ける必要がなくなる。
【００４０】
しかし、電圧均衡化処理の実施にかかわらず、いずれかの直並列切り替えリレーがショート故障している場合、他のリレーをＯＮした時にバッテリを短絡させるおそれがある。また、いずれかの直並列切り替えリレーがオープン故障している場合、要求される電圧が負荷８０へ供給されない懸念がある。従来技術である特許文献１（特許第５６１１４００号公報）には、このようなリレー固着異常の検出や処置について何ら言及されていない。
【００４１】
[蓄電システムの実施形態]
そこで本実施形態の蓄電システム４０は、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の直列接続から並列接続への切り替えに際し電圧を均衡化する蓄電システムにおいて、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の異常を診断する。その診断のための情報として、第１〜第５実施形態では、充電口１４の電圧が電圧検出器により検出される。第６〜第１０実施形態では、診断用の通電であるプレ給電時に給電経路を流れる電流が電流検出器により検出される。これにより、蓄電システム４０は、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の異常を容易に診断することができる。続いて実施形態毎に詳細な構成を説明する。各実施形態の蓄電システムの符号は、「４０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。
【００４２】
（第１実施形態）
図５を参照し、第１実施形態の蓄電システム４０１について説明する。図５以下の各実施形態の構成図では、図１に記載された車載充電器２０、車載充電器２０の一次側及び二次側の配線、すなわち電圧均衡化処理に関する構成の図示を省略する。一方、外部充電器１０の内部の構成や、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の異常診断に用いられる電圧又は電流検出に関する構成について詳しく示す。以下、単に「異常診断」とは、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の異常診断の意味である。
【００４３】
各実施形態では、電圧均衡化処理後、並列切り替え前に異常診断を実施してもよい。或いは、先に異常診断を行い、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３が正常の場合、電圧均衡化処理を実施し、並列切り替えしてもよい。また、直列接続のまま並列接続に切り替えない場合、異常診断のみを実施し、電圧均衡化処理を行わなくてもよい。
【００４４】
全実施形態の共通事項として、図５に示すように、外部充電器１０の内部には充電器電源１１、充電器内部リレーＲＹ１１、ＲＹ１２、及び電流検出器ＣＳ１１が設けられている。充電器内部リレーＲＹ１１、ＲＹ１２は、それぞれ、充電器電源１１と正極側及び負極側の給電ケーブル１３との間の経路を開閉する。電流検出器ＣＳ１１は、充電器電源１１と正極側の充電器内部リレーＲＹ１１との間の給電経路に設置されており、電流検出器ＣＳ１１の検出電流は給電制御部１７に取得される。
【００４５】
この電流検出器ＣＳ１１は、他の用途、例えば外部給電時の電流監視等のために標準的に設置されているものであり、第９実施形態以外では異常診断に使用されることを想定していない。特に検出電圧に基づき異常診断を行う第１〜第５実施形態の構成図では、単に外部充電器１０が第６〜第１０実施形態と基本的に同じ構成であることを示すために電流検出器ＣＳ１１を図示しているに過ぎない。
【００４６】
第１〜第５実施形態では、検出が容易な電圧情報のみで異常診断が可能である。第１〜第５実施形態は、電圧検出器の設置箇所や異常診断を実施する制御部の構成が異なる。第１実施形態では、直並列切り替えリレーの異常診断用として充電口１４の電圧を検出する電圧検出器ＶＳ３が車両に設置されている。詳しくは、電圧検出器ＶＳ３は、充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７とバッテリＢＴ１、ＢＴ２との間に設置されている。車載制御部４５は、充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７をＯＦＦした状態で電圧検出器ＶＳ３の検出電圧Ｖｘを取得可能である。この場合、給電ケーブル１３が充電口１４に接続されていなくてもよい。なお、外部充電器１０の充電器内部リレーＲＹ１１、ＲＹ１２がＯＦＦであることを前提として、破線で示すように充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７がＯＮされてもよい。
【００４７】
第１実施形態では、車載制御部４５は、電圧検出器ＶＳ３により検出された充電口１４の電圧Ｖｘに基づき、車両側の情報のみで直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の異常を容易に診断することができる。なお、第１〜第３実施形態では車載制御部４５と給電制御部１７との間の通信が異常診断に必須でないため、通信を破線の両矢印で表す。さらに、破線で示す放電抵抗ＤＲが充電口１４付近に接続されてもよい。具体的に放電抵抗ＤＲは、給電設備側、車両の充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７に対し充電口１４側、充電口１４と反対側のいずれに設けられてもよい。放電抵抗ＤＲにより配線や回路の容量成分の残電荷を放電させることで、充電口１４の電圧を安定に検出し、誤検出を防止することができる。第２〜第５実施形態の図１１〜図１４には図示を省略するが、同様に放電抵抗ＤＲが設けられてもよい。
【００４８】
（異常診断処理のフローチャート）
次に、車載制御部４５による異常診断処理について、図６のメインフローチャート及び図７、図８のサブフローチャートを参照して説明する。図６は、異常診断に用いる情報が電圧であるか電流であるかに関係なく、車載制御部４５により異常診断を行う全ての実施形態に適用される。図７、図８は、検出電圧に基づきショート故障判定及びオープン故障判定を行う実施形態に適用される。以下のフローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを示す。複数のフローチャートに共通するステップ番号を共用するため、各フローチャートにおけるステップ番号は必ずしも連続しない。
【００４９】
図６のＳ２０では、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の異常診断指令があるか判断される。Ｓ２０でＹＥＳの場合、Ｓ３００に移行する。Ｓ２０でＮＯの場合、Ｓ４９０で異常フラグがＯＦＦされる。Ｓ３００ではショート故障判定が実施される。その結果、Ｓ３８でショート故障がないと判断されるとＳ３９０で異常フラグがＯＦＦされ、ショート故障があると判断されるとＳ３９１で異常フラグがＯＮされる。ショート故障がないと判断された場合、Ｓ４００ではオープン故障判定が実施される。その結果、Ｓ４８でオープン故障がないと判断されるとＳ４９０で異常フラグのＯＦＦが維持され、オープン故障があると判断されるとＳ４９１で異常フラグがＯＮされる。
【００５０】
異常フラグがＯＦＦの場合、車載制御部４５は、Ｓ５１で正常時処置として直並列切り替えを許可する。異常フラグがＯＮの場合、すなわち、いずれかの直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３が故障していると判定したとき、車載制御部４５は、Ｓ６１で異常時処置として直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の操作を禁止し、車両において警告を表示する。これにより、車内にいるユーザに異常を知らせ、修理を促すことができる。また、車載制御部４５は、上位の車両ＥＣＵに異常を通知する。なお、故障した直並列切り替えリレーが特定される場合、車載制御部４５は、故障モードに応じて限定的に給電を許可してもよい。この処理については、図９、図１０を参照して後述する。
【００５１】
また、車載制御部４５は、異常時処置として給電制御部１７に異常信号を送信し、給電を中止させる。給電制御部１７は、車載制御部４５から異常信号を受信したとき、給電設備において警告を表示してもよい。これにより、給電時に車外にいるユーザに異常を知らせることができる。このように、本実施形態の蓄電システムは、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の故障を検出したとき、適切な異常時処置を行うことで、ショート故障に起因するバッテリの短絡やオープン故障に起因する負荷への供給電圧不足等を防止することができる。
【００５２】
図７に、検出電圧Ｖｘに基づくショート故障判定の具体例を示す。「電圧検出器」の記号は、第１、第３実施形態ではＶＳ３、第２実施形態ではＶＳ４、第４実施形態ではＶＳ１１、第５実施形態ではＶＳ１３である。Ｓ３１Ｖで車載制御部４５は、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３及び他のリレーのＲＹ６、ＲＹ７、ＲＹ１１、ＲＹ１２の開閉状態を所定の診断モードとする。まず、各実施形態に共通に第１リレーＲＹ１、第２リレーＲＹ２、第３リレーＲＹ３がＯＦＦされる。また、第２、第４、第５実施形態では充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７がＯＮされ、さらに第４実施形態では充電器内部リレーＲＹ１１、ＲＹ１２がＯＮされる。第１、第３実施形態は、充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７をＯＦＦした状態での診断が可能である。
【００５３】
Ｓ３２Ｖでは、電圧検出器で充電口の電圧Ｖｘが検出される。車載制御部４５は、検出された電圧Ｖｘと、第１バッテリ電圧Ｖ１及び第２バッテリ電圧Ｖ２とを取得し、Ｓ３３０からＳ３３３でショート故障を判定する。この部分の説明では電圧の名称を省略し、記号のみを記載する。また、Ｓ３３０からＳ３３３の実施順序は任意であり、各ステップでＮＯと判断された場合に次のステップに移行することの説明を省略する。
【００５４】
「≒」の記号は、電圧降下やその他の検出誤差を考慮した所定幅の範囲に含まれることを意味し、明細書中、「〜相当の値」と表現する。電圧降下は、バッテリＢＴ1、ＢＴ２から電圧検出器までのリレー、ハーネス、接点等で発生する。例えば「Ｖｘ≒Ｖ１」とは、「Ｖｘ＝Ｖ１−（電圧降下＋マージン）±（誤差範囲）」の意味で解釈される。
【００５５】
Ｓ３３０では「Ｖｘ≒０」、すなわち、検出電圧Ｖｘが０相当の値であるか判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ３６で第１リレーＲＹ１、第２リレーＲＹ２、第３リレーＲＹ３がいずれも正常であると判定される。
【００５６】
Ｓ３３１では「Ｖｘ≒Ｖ１＋Ｖ２」であるか判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ３７１で第２リレーＲＹ２がショート故障であると判定される。Ｓ３３２では「Ｖｘ≒Ｖ１」であるか判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ３７２で第３リレーＲＹ３がショート故障であると判定される。Ｓ３３３では「Ｖｘ≒Ｖ２」であるか判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ３７３で第１リレーＲＹ１がショート故障であると判定される。
【００５７】
Ｓ３３０〜Ｓ３３３でいずれもＮＯの場合、Ｓ３７４で特定不可と判定される。この場合、電圧検出器の故障の可能性が考えられる。
【００５８】
図８に、検出電圧Ｖｘに基づくオープン故障判定の具体例を示す。実施形態毎の「電圧検出器」の記号は、ショート故障判定と同じである。オープン故障判定では、第１リレーＲＹ１、第２リレーＲＹ２、第３リレーＲＹ３のうちいずれか一つを順番にＯＮし、検出電圧Ｖｘが０相当の値である場合、現在ＯＮしている直並列切り替えリレーがオープン故障であると判定される。各直並列切り替えリレーの診断順序は変更してもよい。
【００５９】
ショート故障判定が終わった時点で各リレーの開閉状態は、Ｓ３１Ｖの診断モードとなっている。Ｓ４１１では第１リレーＲＹ１がＯＮされる。その後、図７のＳ３２Ｖに相当する「電圧検出器で充電口の電圧Ｖｘが検出される」ステップが存在するが、スペースの都合上、図示を省略する。車載制御部４５は、検出された電圧Ｖｘと、第１バッテリ電圧Ｖ１及び第２バッテリ電圧Ｖ２とを取得する。Ｓ４１２及びＳ４１３の後も同様である。
【００６０】
Ｓ４３１では「Ｖｘ≒Ｖ２」であるか判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ４６１で第１リレーＲＹ１が正常であると判定される。Ｓ４３４では「Ｖｘ≒０」であるか判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ４７１で第１リレーＲＹ１がオープン故障であると判定される。Ｓ４３１、Ｓ４３４でいずれもＮＯの場合、Ｓ４７４で第１リレーＲＹ１の良否不明と判定される。
【００６１】
次に、Ｓ４１２で第１リレーＲＹ１がＯＦＦされ、第２リレーＲＹ２がＯＮされる。Ｓ４３２では「Ｖｘ≒Ｖ１＋Ｖ２」であるか判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ４６２で第２リレーＲＹ２が正常であると判定される。Ｓ４３４では「Ｖｘ≒０」であるか判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ４７２で第２リレーＲＹ２がオープン故障であると判定される。Ｓ４３２、Ｓ４３４でいずれもＮＯの場合、Ｓ４７５で第２リレーＲＹ２の良否不明と判定される。
【００６２】
次に、Ｓ４１３で第２リレーＲＹ２がＯＦＦされ、第３リレーＲＹ３がＯＮされる。Ｓ４３３では「Ｖｘ≒Ｖ１」であるか判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ４６３で第３リレーＲＹ３が正常であると判定される。Ｓ４３４では「Ｖｘ≒０」であるか判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ４７３で第３リレーＲＹ３がオープン故障であると判定される。Ｓ４３３、Ｓ４３４でいずれもＮＯの場合、Ｓ４７６で第３リレーＲＹ３の良否不明と判定される。Ｓ４７４、Ｓ４７５、Ｓ４７６の場合、例えば、良否不明と判定されたリレーについて再診断を実施するようにしてもよい。
【００６３】
次に、図９、図１０を参照し、異常時処置の一パターンである限定的給電許可処理について説明する。上述の通り、直並列切り替えのニーズが生じる背景として、充電インフラの電圧と車両の負荷駆動電圧とのマッチングの問題がある。言い換えれば、充電インフラの電圧と車両の負荷駆動電圧とが一致している場合、わざわざ直並列を切り替えなくてもよい。したがって、ショート故障又はオープン故障のモードに応じて、直列接続又は並列接続のいずれか一方での充電が可能な場合、ディーラーまでの退避走行が可能な程度の給電を限定的に許可する意義がある。
【００６４】
この処理は、故障した直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３が特定される構成を前提とする。車載制御部４５は、いずれかの直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３が故障していると判定したとき、第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２を直列接続又は並列接続した状態での充電が可能であるか否かを判定する。そして、車載制御部４５は、いずれかの接続状態での充電が可能である場合、給電制御部１７に、異常信号とともに給電許可信号を送信する。
【００６５】
図９に、直列充電可否判定のフローチャートを示す。Ｓ７１では、第２リレーＲＹ２がショート故障であるか、又は、第１リレーＲＹ１もしくは第３リレーＲＹ３がオープン故障であるか判断される。ここで、言及された以外の直並列切り替えリレーは正常であるものとする。なお、「Ａ又はＢ」、「ＡもしくはＢ」は論理和を意味し、ＡとＢとの両方が該当する場合を含む。Ｓ７２では外部充電器１０がバッテリ直列電圧（例えば８００Ｖ級）で充電可能であるか判断され、Ｓ７３では車両がバッテリ直列電圧で負荷駆動可能であるか判断される。Ｓ７２、Ｓ７３でいずれもＹＥＳの場合、Ｓ７４で直列充電可と判定される。Ｓ７２又はＳ７３でＮＯの場合、Ｓ７５で直列充電不可と判定される。
【００６６】
図１０に、並列充電可否判定のフローチャートを示す。Ｓ８１では、第２リレーＲＹ２がオープン故障であるか、又は、第１リレーＲＹ１もしくは第３リレーＲＹ３がショート故障であるか判断される。Ｓ８２では外部充電器１０がバッテリ並列電圧（例えば４００Ｖ級）で充電可能であるか判断され、Ｓ８３では車両がバッテリ並列電圧で負荷駆動可能であるか判断される。Ｓ８２、Ｓ８３でいずれもＹＥＳの場合、Ｓ８４で並列充電可と判定される。Ｓ８２又はＳ８３でＮＯの場合、Ｓ８５で並列充電不可と判定される。
【００６７】
（第２実施形態）
図１１を参照し、第２実施形態の蓄電システム４０２について説明する。第２実施形態の蓄電システム４０２は、充電口１４の電圧Ｖｘを検出する電圧検出器ＶＳ４が、第１実施形態と同じく車両に設置されている。ただし、電圧検出器ＶＳ４は充電口１４と充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７との間に設置されている点が第１実施形態と異なる。第２実施形態では、図７に示すショート故障判定のＳ３１Ｖにおいて、充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７がＯＮされる。その他、第２実施形態は第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６８】
（第３実施形態）
図１２を参照し、第３実施形態の蓄電システム４０３について説明する。第３実施形態の蓄電システム４０３は、第１実施形態に対し、各バッテリＢＴ１、ＢＴ２と直列接続される個別リレーＲＹ１−１、ＲＹ１−２をさらに備えている。以下、第１バッテリＢＴ１側の個別リレーＲＹ１−１を「第１個別リレー」、第２バッテリＢＴ２側の個別リレーＲＹ１−２を「第２個別リレー」という。電圧検出器の配置が異なる第２、第４、第５実施形態に対し、個別リレーＲＹ１−１、ＲＹ１−２をさらに備える構成としてもよい。
【００６９】
図１２の例では、第１個別リレーＲＹ１−１及び第２個別リレーＲＹ１−２は、それぞれ第１バッテリＢＴ１の正極側及び第２バッテリＢＴ２の正極側に設けられているが、一方又は両方の個別リレーが各バッテリの負極側に設けられてもよい。第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２を直列接続、並列接続する場合のいずれも、両方の個別リレーＲＹ１−１、ＲＹ１−２がＯＮされる。また、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３のショート故障判定及びオープン故障判定は、両方の個別リレーＲＹ１−１、ＲＹ１−２がＯＮされた状態で実施される。
【００７０】
それに加え第３実施形態では、第１バッテリＢＴ１又は第２バッテリＢＴ２のいずれか一方のみを使用し、他方を使用しない単独接続が可能である。第１バッテリＢＴ１のみを使用する場合、第１リレーＲＹ１、第３リレーＲＹ３、及び第１個別リレーＲＹ１−１をＯＮし、第２リレーＲＹ２及び第２個別リレーＲＹ１−２をＯＦＦする。第２バッテリＢＴ２のみを使用する場合、第１リレーＲＹ１及び第２個別リレーＲＹ１−２をＯＮし、第２リレーＲＹ２、第３リレーＲＹ３、及び第１個別リレーＲＹ１−１をＯＦＦする。
【００７１】
これにより、例えば第１バッテリＢＴ１又は第２バッテリＢＴ２のいずれかの異常時に正常なバッテリのみを用いて車両の走行や負荷駆動を行うことができる。また、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の異常診断に関して、第３実施形態は第１実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに図１０に示す並列充電可否判定において、第３実施形態では、いずれか一方のバッテリの単独充電が可能な場合まで判定を拡張してもよい。
【００７２】
（第４、第５実施形態）
図１３〜図１５を参照し、第４、第５実施形態の蓄電システム４０４、４０５について説明する。第４、第５実施形態では、充電口１４の電圧を検出する電圧検出器ＶＳ１１、ＶＳ１３が給電設備に設置されており、電圧検出器ＶＳ１１、ＶＳ１３の検出電圧Ｖｘは給電制御部１７に取得される。第４、第５実施形態では車載制御部４５と給電制御部１７との間の通信が異常診断に必須であるため、通信を実線の両矢印で表す。
【００７３】
車載制御部４５は、給電制御部１７から検出電圧Ｖｘを受信し、第１〜第３実施形態と同様に異常診断を実施した上で正常時処置又は異常時処置を実施してもよい。或いは、車載制御部４５は、給電制御部１７が検出電圧Ｖｘに基づいて実施した異常診断の結果を給電制御部１７から受信し、それに基づき、正常時処置又は異常時処置を実施してもよい。
【００７４】
図１３に示す第４実施形態の蓄電システム４０４では、電圧検出器ＶＳ１１は、外部充電器１０の内部において充電器内部リレーＲＹ１１、ＲＹ１２に対し充電器電源１１側に設置されている。図７、図８のＳ３１Ｖでは、充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７に加え、充電器内部リレーＲＹ１１、ＲＹ１２がＯＮされる。
【００７５】
図１４に示す第５実施形態の蓄電システム４０５では、電圧検出器ＶＳ１３は、給電ケーブル１３の途中、すなわち充電器内部リレーＲＹ１１、ＲＹ１２に対し充電口１４側に設置されている。図７、図８のＳ３１Ｖでは、充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７はＯＮされ、充電器内部リレーＲＹ１１、ＲＹ１２はＯＦＦされる。
【００７６】
給電制御部１７が電圧検出器ＶＳ１１、ＶＳ１３から取得した検出電圧Ｖｘに基づき、異常診断を自ら実施する場合の異常診断処理を図１５のメインフローチャートに示す。図１５のＳ２０からＳ４９０、Ｓ４９１までは、車載制御部４５による異常診断処理を示す図６と同じであり、Ｓ５２の正常時処置及びＳ６２の異常時処置が図６と異なる。
【００７７】
異常フラグがＯＦＦの場合、給電制御部１７は、Ｓ５２で正常時処置として車載制御部４５へ正常信号を送信する。正常信号を受信した車載制御部４５は、図６のＳ５１に準じ、直並列切り替えを許可する。異常フラグがＯＮの場合、すなわち、いずれかの直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３が故障していると判定したとき、給電制御部１７は、Ｓ６２で異常時処置として車載制御部４５へ異常信号を送信する。異常信号を受信した車載制御部４５は、図６のＳ６１に準じた異常時処置を行う。また、給電制御部１７は、給電設備において警告を表示することにより、車外にいるユーザに異常を知らせることができる。
【００７８】
（第６実施形態）
次に、検出電流に基づき異常診断を行う第６〜第１０実施形態について順に説明する。第６〜第１０実施形態では、給電ケーブル１３が充電口１４に接続された状態で、外部充電器１０が診断用の通電である「プレ給電」を実施する。そして、プレ給電時に外部充電器１０からバッテリＢＴ１、ＢＴ２までの給電経路を流れる電流が車両又は給電設備に設置された電流検出器により検出される。第６〜第１０実施形態では、他の用途でも使用されることが想定される電流検出器を共用することで異常診断専用の部品の追加が不要となる。第６〜第１０実施形態は、電流検出器の設置箇所や異常診断を実施する制御部の構成が異なる。
【００７９】
第６〜第１０実施形態の各構成図では、電流検出器ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ１１、ＣＳ１３が正極側の給電経路に設置される例を示しているが、各実施形態の電流検出器は、負極側の給電経路に設置されてもよい。また、第１実施形態の説明で上述したように、外部充電器１０の内部の電流検出器ＣＳ１１は、他の用途で標準的に設置されているものである。そこで、第９実施形態以外の各実施形態の各構成図には、電流検出器ＣＳ１１から給電制御部１７に取得される検出電流（Ｃｘ）を矢印と共に括弧付きで記載する。ただし、括弧付きの検出電流（Ｃｘ）は異常診断に使用されるとは限らない。
【００８０】
まず図１６を参照し、第６実施形態の蓄電システム４０６について説明する。第６実施形態では、直並列切り替えリレーの異常診断用としてプレ給電時に経路の電流を検出する電流検出器ＣＳ３が車両に設置されている。電流検出器ＣＳ３は、充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７とバッテリＢＴ１、ＢＴ２との間に設置されている。これに代えて、破線で示す電流検出器ＣＳ４が充電口１４と充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７との間に設置されてもよい。車載制御部４５は、電流検出器ＣＳ３又はＣＳ４の検出電流Ｃｘを取得する。
【００８１】
第６実施形態では、車載制御部４５は、電流検出器ＣＳ３又はＣＳ４により検出された経路の電流Ｃｘに基づき、車両側の情報のみで直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の異常を容易に診断することができる。なお、第６〜第１０実施形態では、少なくともプレ給電の指令及び実施通知のため、車載制御部４５と給電制御部１７との間の通信が必須である。したがって、各実施形態の構成図において、通信を実線の両矢印で表す。
【００８２】
図１７に、検出電流Ｃｘに基づくショート故障判定の具体例を示す。「電流検出器」の記号は、第６、第８実施形態ではＣＳ３又はＣＳ４、第９実施形態ではＣＳ１１、第１０実施形態ではＣＳ１３である。第７実施形態のショート故障判定については、別に図２０に示す。
【００８３】
Ｓ３１Ｃで車載制御部４５は、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３及び他のリレーＲＹ６、ＲＹ７、ＲＹ１１、ＲＹ１２の開閉状態を所定の診断モードとする。すなわち、第１リレーＲＹ１、第２リレーＲＹ２、第３リレーＲＹ３がＯＦＦされ、充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７及び充電器内部リレーＲＹ１１、ＲＹ１２がＯＮされる。
【００８４】
Ｓ３２Ｃでは、外部充電器１０によりプレ給電が実施され、電流検出器で給電経路の電流Ｃｘが検出される。車載制御部４５は、検出された電流Ｃｘを所定の時間範囲にわたって取得する。なお、車載制御部４５は、検出電流Ｃｘをアナログ信号で連続的に取得してもよく、デジタル信号で離散的に取得してもよい。ここで、「検出電流Ｃｘが所定値を超える状態の継続時間」を「短絡電流継続時間Ｔｏｖｅｒ」と表す。この所定値は、例えば「誤差を考慮した上で、実質的に電流が０より大きい、すなわち電流が流れていると判断される最小の値」に設定される。
【００８５】
Ｓ３４０では、短絡電流継続時間Ｔｏｖｅｒがショート判定時間閾値Ｔｔｈ＿ｓｔと比較される。理論的にショート判定時間閾値Ｔｔｈ＿ｓｔは、給電経路に接続される平滑コンデンサや寄生容量等の容量成分をＣ、バッテリ電圧をＶ、プレ給電電流をＩとすると、「Ｔｔｈ＿ｓｔ＝Ｃ×Ｖ／Ｉ」の式により導出することができる。ただし、給電設備と車両との組合わせ毎に、都度、回路の容量成分を推定することは現実的でないとも考えられる。したがって、想定される最長充電時間を固定値として用いてもよい。
【００８６】
短絡電流継続時間Ｔｏｖｅｒがショート判定時間閾値Ｔｔｈ＿ｓｔ以上の場合を「短絡電流継続条件が成立している」といい、Ｓ３４０でＮＯと判定される。一方、短絡電流継続時間Ｔｏｖｅｒがショート判定時間閾値Ｔｔｈ＿ｓｔ未満の場合を「短絡電流継続条件が不成立である」といい、Ｓ３４０でＹＥＳと判断される。Ｓ３４０でＹＥＳの場合、Ｓ３６で第１リレーＲＹ１、第２リレーＲＹ２、第３リレーＲＹ３がいずれも正常であると判定される。Ｓ３４０でＮＯの場合、Ｓ３７０で第１リレーＲＹ１、第２リレーＲＹ２、第３リレーＲＹ３のいずれか一つ以上がショート故障であると判定される。
【００８７】
図１８に、検出電流Ｃｘに基づくオープン故障判定の具体例を示す。実施形態毎の「電流検出器」の記号は、ショート故障判定と同じである。オープン故障判定では、第１リレーＲＹ１、第２リレーＲＹ２、第３リレーＲＹ３のうちいずれか一つを順番にＯＮし、電流が流れない場合、現在ＯＮしている直並列切り替えリレーがオープン故障であると判定される。各直並列切り替えリレーの診断順序は変更してもよい。
【００８８】
「電流が流れない」ことを判断するパラメータとして、「検出電流Ｃｘが所定値未満の状態の継続時間」を「非導通継続時間Ｔｕｎｄｅｒ」と表す。この所定値は、例えば「誤差を考慮した上で、実質的に電流が０であると判断される最大の値」に設定される。短絡電流継続時間Ｔｏｖｅｒを規定する所定値と同じ値としてもよいし、マージンの考え方によっては異なる値としてもよい。
【００８９】
ショート故障判定が終わった時点で各リレーの開閉状態は、Ｓ３１Ｃの診断モードとなっている。Ｓ４１１では第１リレーＲＹ１がＯＮされる。Ｓ４２Ｃでは、ショート故障判定のＳ３２Ｃと同様に外部充電器１０によりプレ給電が実施され、電流検出器で給電経路の電流Ｃｘが検出される。車載制御部４５は、検出された電流Ｃｘを所定の時間範囲にわたって取得する。
【００９０】
Ｓ４４では、非導通継続時間Ｔｕｎｄｅｒがオープン判定時間閾値Ｔｔｈ＿ｏｐと比較される。非導通継続時間Ｔｕｎｄｅｒがオープン判定時間閾値Ｔｔｈ＿ｏｐ以上の場合を「非導通継続条件が成立している」といい、Ｓ４４でＮＯと判定される。一方、非導通継続時間Ｔｕｎｄｅｒがオープン判定時間閾値Ｔｔｈ＿ｏｐ未満の場合を「非導通継続条件が不成立である」といい、Ｓ４４でＹＥＳと判断される。Ｓ４４でＹＥＳの場合、Ｓ４６１で第１リレーＲＹ１が正常であると判定される。Ｓ４４でＮＯの場合、Ｓ４７１で第１リレーＲＹ１がオープン故障であると判定される。
【００９１】
次に、Ｓ４１２で第１リレーＲＹ１がＯＦＦされ、第２リレーＲＹ２がＯＮされた後、上記と同様にＳ４２Ｃ、Ｓ４４が繰り返される。Ｓ４４でＹＥＳの場合、Ｓ４６２で第２リレーＲＹ２が正常であると判定される。Ｓ４４でＮＯの場合、Ｓ４７２で第２リレーＲＹ２がオープン故障であると判定される。
【００９２】
次に、Ｓ４１３で第２リレーＲＹ２がＯＦＦされ、第３リレーＲＹ３がＯＮされた後、上記と同様にＳ４２Ｃ、Ｓ４４が繰り返される。Ｓ４４でＹＥＳの場合、Ｓ４６３で第３リレーＲＹ３が正常であると判定される。Ｓ４４でＮＯの場合、Ｓ４７３で第３リレーＲＹ３がオープン故障であると判定される。
【００９３】
（第７実施形態）
図１９、図２０を参照し、第７実施形態の蓄電システム４０７について説明する。第７実施形態の蓄電システム４０７は、第１バッテリＢＴ１と第２バッテリＢＴ２とが並列接続された部分において、第１バッテリＢＴ１に直列接続された第１電流検出器ＣＳ１、及び、第２バッテリＢＴ２に直列接続された第２電流検出器ＣＳ２の二つの電流検出器が設置されている。車載制御部４５は、第１電流検出器ＣＳ１が検出した第１経路電流Ｃｘ１、及び、第２電流検出器ＣＳ２が検出した第２経路電流Ｃｘ２を取得する。
【００９４】
図２０に、第７実施形態による、検出電流Ｃｘに基づくショート故障判定の具体例を示す。図２０において図１７と実質的に同一のステップには同一のステップ番号を付して説明を省略する。Ｓ３１Ｃは図１７と同一である。Ｓ３２ＣＣでは、図１７のＳ３２Ｃに対し二つの経路電流Ｃｘ１、Ｃｘ２が検出される。
【００９５】
ここで、「第１経路電流Ｃｘ１が所定値を超える状態の継続時間」を「第１短絡電流継続時間Ｔｏｖｅｒ１」と表し、「第２経路電流Ｃｘ２が所定値を超える状態の継続時間」を「第２短絡電流継続時間Ｔｏｖｅｒ２」と表す。Ｓ３５０〜Ｓ３５３では、第１短絡電流継続時間Ｔｏｖｅｒ１及び第２短絡電流継続時間Ｔｏｖｅｒ２がそれぞれショート判定時間閾値Ｔｔｈ＿ｓｔと比較される。
【００９６】
「Ｔｏｖｅｒ１＜Ｔｔｈ＿ｓｔ」かつ「Ｔｏｖｅｒ２＜Ｔｔｈ＿ｓｔ」の場合、すなわち、第１経路電流Ｃｘ１及び第２経路電流Ｃｘ２の両方について短絡電流継続条件が不成立の場合、Ｓ３５０でＹＥＳと判断される。この場合、Ｓ３６で第１リレーＲＹ１、第２リレーＲＹ２、第３リレーＲＹ３がいずれも正常であると判定される。
【００９７】
「Ｔｏｖｅｒ１≧Ｔｔｈ＿ｓｔ」かつ「Ｔｏｖｅｒ２≧Ｔｔｈ＿ｓｔ」の場合、すなわち、第１経路電流Ｃｘ１及び第２経路電流Ｃｘ２の両方について短絡電流継続条件が成立する場合、Ｓ３５１でＹＥＳと判断される。この場合、Ｓ３７１で第２リレーＲＹ２がショート故障であると判定される。
【００９８】
「Ｔｏｖｅｒ１≧Ｔｔｈ＿ｓｔ」かつ「Ｔｏｖｅｒ２＜Ｔｔｈ＿ｓｔ」の場合、すなわち、第１経路電流Ｃｘ１について短絡電流継続条件が成立し、第２経路電流Ｃｘ２について短絡電流継続条件が不成立の場合、Ｓ３５２でＹＥＳと判断される。この場合、Ｓ３７２で第３リレーＲＹ３がショート故障であると判定される。
【００９９】
「Ｔｏｖｅｒ２≧Ｔｔｈ＿ｓｔ」かつ「Ｔｏｖｅｒ１＜Ｔｔｈ＿ｓｔ」の場合、すなわち、第２経路電流Ｃｘ２について短絡電流継続条件が成立し、第１経路電流Ｃｘ１について短絡電流継続条件が不成立の場合、Ｓ３５３でＹＥＳと判断される。この場合、Ｓ３７３で第１リレーＲＹ１がショート故障であると判定される。
【０１００】
Ｓ３５０〜Ｓ３５３でいずれもＮＯの場合、Ｓ３７４で特定不可と判定される。この場合、電流検出器の故障の可能性が考えられる。
【０１０１】
（第８実施形態）
図２１を参照し、第８実施形態の蓄電システム４０８について説明する。第８実施形態の蓄電システム４０８は、第６実施形態に対し、上記第３実施形態と同様に各バッテリＢＴ１、ＢＴ２と直列接続される個別リレーＲＹ１−１、ＲＹ１−２をさらに備えている。個別リレーＲＹ１−１、ＲＹ１−２を備えることによる作用効果は第３実施形態と同様であるため、重複する説明を省略する。電流検出器の配置が異なる第７、第９、第１０実施形態に対し、個別リレーＲＹ１−１、ＲＹ１−２をさらに備える構成としてもよい。
【０１０２】
（第９、第１０実施形態）
図２２、図２３を参照し、第９、第１０実施形態の蓄電システム４０９、４１０について説明する。第９、第１０実施形態では、プレ給電時に給電経路を流れる電流Ｃｘを検出する電流検出器ＣＳ１１、ＣＳ１３が給電設備に設置されており、電流検出器ＣＳ１１、ＣＳ１３の検出電流Ｃｘは給電制御部１７に取得される。給電制御部１７による異常診断処理については図１５を援用する。
【０１０３】
車載制御部４５は、給電制御部１７から検出電流Ｃｘを受信し、第６〜第８実施形態と同様に異常診断を実施した上で正常時処置又は異常時処置を実施してもよい。或いは、車載制御部４５は、給電制御部１７が検出電流Ｃｘに基づいて実施した異常診断の結果を給電制御部１７から受信し、それに基づき、正常時処置又は異常時処置を実施してもよい。
【０１０４】
図２２に示す第９実施形態の蓄電システム４０９では、電流検出器ＣＳ１１は、外部充電器１０の内部において充電器内部リレーＲＹ１１、ＲＹ１２に対し充電器電源１１側に設置されている。外部充電器１０の内部の電流検出器ＣＳ１１は、他の用途で標準的に設置されていることが想定される。そこで、直並列切り替えリレーＲＹ１−ＲＹ３の異常診断に電流検出器ＣＳ１１を兼用することで、異常診断専用の部品の追加が不要となる。
【０１０５】
図２３に示す第１０実施形態の蓄電システム４１０では、電流検出器ＣＳ１３は、給電ケーブル１３の途中、すなわち充電器内部リレーＲＹ１１、ＲＹ１２に対し充電口１４側に設置されている。外部充電器１０の内部に標準的に電流検出器ＣＳ１１が設置されている場合、第１０実施形態では、二つの電流検出器ＣＳ１１、ＣＳ１３が冗長的に設置されることとなる。したがって、給電制御部１７は電流検出器ＣＳ１１、ＣＳ１３の検出電流Ｃｘを比較することで、いずれかの電流検出器の故障を検出することができる。
【０１０６】
（その他の実施形態）
他の実施形態の蓄電システムは、複数の蓄電モジュールとして三つ以上のバッテリを備え、直並列切り替えリレーにより三以上の直列接続、及び、三以上の並列接続に切り替え可能に構成されてもよい。その場合、三つ以上のバッテリのうち少なくとも二つのバッテリの接続状態を切り替える直並列切り替えリレーについて、回路の検出電圧又は検出電流により異常診断が可能なものは、本発明の蓄電システムに含まれる。
【０１０７】
電圧均衡化処理のための電力変換器は、上記実施形態の車載充電器２０に限らず、車両に搭載された補機バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータや電動エアコンコンプレッサが用いられてもよい。また、電圧均衡化処理専用の電力変換器が設けられてもよい。
【０１０８】
上記第１〜第５実施形態による検出電圧Ｖｘに基づく異常診断と、第６〜第１０実施形態による検出電流Ｃｘに基づく異常診断とを適宜組み合わせてもよい。複数の異常診断を併用することで、電圧検出器又は電流検出器が故障した場合等に信頼性を向上させることができる。
【０１０９】
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０・・・外部充電器、
１３・・・給電ケーブル、  １４・・・充電口、  １７・・・給電制御部、
２０・・・車載充電器（電力変換器）、
４０１−４１０・・・蓄電システム、
４５・・・車載制御部、
ＢＴ１、ＢＴ２・・・バッテリ（蓄電モジュール）、
ＲＹ１−ＲＹ３・・・直並列切り替えリレー、
ＶＳ３、ＶＳ４、ＶＳ１１、ＶＳ１３・・・電圧検出器、
ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ１１、ＣＳ１３・・・電流検出器。
【図１】
2020150618.tif 000003
【図２】
2020150618.tif 000004
【図３】
2020150618.tif 000005
【図４】
2020150618.tif 000006
【図５】
2020150618.tif 000007
【図６】
2020150618.tif 000008
【図７】
2020150618.tif 000009
【図８】
2020150618.tif 000010
【図９】
2020150618.tif 000011
【図１０】
2020150618.tif 000012
【図１１】
2020150618.tif 000013
【図１２】
2020150618.tif 000014
【図１３】
2020150618.tif 000015
【図１４】
2020150618.tif 000016
【図１５】
2020150618.tif 000017
【図１６】
2020150618.tif 000018
【図１７】
2020150618.tif 000019
【図１８】
2020150618.tif 000020
【図１９】
2020150618.tif 000021
【図２０】
2020150618.tif 000022
【図２１】
2020150618.tif 000023
【図２２】
2020150618.tif 000024
【図２３】
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