(57)【要約】  電力制御装置は、複数のバッテリを並列に接続して構成される蓄電装置、各前記バッテリの電圧を検出する電圧検出部及び負荷を有する電動車両に搭載された電力制御装置であって、前記蓄電装置に接続されており、前記蓄電装置からの電力供給により駆動する前記負荷の駆動時において、各前記電圧検出部により検出される電圧に基づき、前記複数のバッテリ間の電圧偏差を算出する電圧偏差算出部と、前記電圧偏差算出部により算出された前記電圧偏差と、所定の第１閾値と、を比較する比較部と、前記比較部による比較結果において前記電圧偏差が前記第１閾値以上である場合に、前記蓄電装置において遮断状態となった前記バッテリの有無を検出する遮断検出部とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリを並列に接続して構成される蓄電装置、各前記バッテリの電圧を検出する電圧検出部及び負荷を有する電動車両に搭載された電力制御装置であって：
前記蓄電装置に接続されており、前記蓄電装置からの電力供給により駆動する前記負荷の駆動時において、各前記電圧検出部により検出される電圧に基づき、前記複数のバッテリ間の電圧偏差を算出する電圧偏差算出部と；
前記電圧偏差算出部により算出された前記電圧偏差と、所定の第１閾値と、を比較する比較部と；
前記比較部による比較結果において前記電圧偏差が前記第１閾値以上である場合に、前記蓄電装置において遮断状態となった前記バッテリの有無を検出する遮断検出部と；
を備えることを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
前記遮断検出部により遮断状態となった前記バッテリの存在が検出された場合に、前記電動車両の運転者に前記蓄電装置が異常状態である旨の報知を行なう報知部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記比較部が前記電圧偏差算出部により算出された前記電圧偏差と、前記第１閾値よりも大きい第２閾値と、を比較した比較結果において前記電圧偏差が前記第２閾値以上である場合に前記負荷の駆動を停止させる駆動停止部をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記第１閾値は、各前記バッテリが前記負荷に対して遮断状態で自然放電した場合に発生する最大の電圧差と、前記電圧検出部の検出誤差との和であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項５】
前記電動車両が有する前記蓄電装置は、少なくともコンデンサおよび電動機を制御するインバータに接続されると共に、各前記バッテリと前記コンデンサとを接続および遮断可能であり、かつ前記電動機の始動時に各前記バッテリと前記コンデンサとを接続して前記コンデンサに電荷を供給するスイッチと、前記スイッチと各前記バッテリとに直列に接続された各抵抗器とを有し、
前記第２閾値は、前記各抵抗器の抵抗値が低いほど、あるいは、前記各抵抗器に許容される電流値が低いほど、小さい値に設定されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力制御装置に関する。
本願は、２０１１年１２月９日に日本国に出願された特願２０１１−２７０００２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば複数の単電池を直列に接続して構成される単電池群を、複数並列に接続して組電池を構成し、各単電池群にヒューズを設け、何れかの単電池に内部短絡などの異常が発生した場合には、異常が発生した単電池を含む単電池群のヒューズを溶断することによって、異常状態の単電池群のみを開放状態にして負荷との接続を遮断する組電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許第４５６０８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る組電池において、各単電池群と負荷との間に各メインコンタクタが接続され、かつ各単電池群の電圧のばらつきを解消するために、各単電池群に接続された各プリチャージ抵抗が単一のプリチャージコンタクタに接続されている場合において、何れかのメインコンタクタの開固着や何れかの単電池群の断線などが生じると、単電池群間の電圧差が過大に増大することになる。
この場合、例えばメインコンタクタの開固着が発生していると直ちに、プリチャージ抵抗を介して単電池群間に過大な電流が流れ、プリチャージ抵抗や単電池群に設けられたヒューズが過熱されて異常が発生し、車両が不意に走行不能になってしまう虞がある。また、例えば単電池群の断線が発生しているときには、この断線が解消されたときに、プリチャージ抵抗を介して単電池群間に過大な電流が流れ、プリチャージ抵抗や単電池群に設けられたヒューズが過熱されて異常が発生し、車両が不意に走行不能になってしまう虞がある。【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電源ライン上での過熱が生じることを防止し、車両が不意に走行不能になることを防止することが可能な電力制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下を採用した。
（１）本発明の一態様に係る電力制御装置は、複数のバッテリを並列に接続して構成される蓄電装置、各前記バッテリの電圧を検出する電圧検出部及び負荷を有する電動車両に搭載された電力制御装置であって：前記蓄電装置に接続されており、前記蓄電装置からの電力供給により駆動する前記負荷の駆動時において、各前記電圧検出部により検出される電圧に基づき、前記複数のバッテリ間の電圧偏差を算出する電圧偏差算出部と；前記電圧偏差算出部により算出された前記電圧偏差と、所定の第１閾値と、を比較する比較部と；前記比較部による比較結果において前記電圧偏差が前記第１閾値以上である場合に、前記蓄電装置において遮断状態となった前記バッテリの有無を検出する遮断検出部と；を備える。【０００７】
（２）上記（１）の態様に係る電力制御装置は、前記遮断検出部により遮断状態となった前記バッテリの存在が検出された場合に、前記電動車両の運転者に前記蓄電装置が異常状態である旨の報知を行なう報知部をさらに備えてもよい。【０００８】
（３）上記（１）又は（２）の態様に係る電力制御装置では、前記比較部が前記電圧偏差算出部により算出された前記電圧偏差と、前記第１閾値よりも大きい第２閾値と、を比較した比較結果において前記電圧偏差が前記第２閾値以上である場合に前記負荷の駆動を停止させる駆動停止部をさらに備えてもよい。【０００９】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つの態様に係る電力制御装置では、前記第１閾値が、各前記バッテリが前記負荷に対して遮断状態で自然放電した場合に発生する最大の電圧差と、前記電圧検出部の検出誤差との和であってもよい。【００１０】
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一つの態様に係る電力制御装置では、前記電動車両が有する前記蓄電装置が、少なくともコンデンサおよび電動機を制御するインバータに接続されると共に、各前記バッテリと前記コンデンサとを接続および遮断可能であり、かつ前記電動機の始動時に各前記バッテリと前記コンデンサとを接続して前記コンデンサに電荷を供給するスイッチと、前記スイッチと各前記バッテリとに直列に接続された各抵抗器とを有し、前記第２閾値は、前記各抵抗器の抵抗値が低いほど、あるいは、前記各抵抗器に許容される電流値が低いほど、小さい値に設定されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の上記（１）に係る電力制御装置によれば、複数のバッテリ間の電圧偏差が所定の第１閾値以上である場合に、蓄電装置において遮断状態となったバッテリの有無を検出することにより、電圧偏差が不意に所定の第１閾値よりも増大してしまうことを防止し、遮断状態となったバッテリの有無を早期に（例えば、電圧偏差が過剰に増大して電動車両の走行不能が発生することに先立って）検出することができる。【００１２】
本発明の上記（２）に係る電力制御装置によれば、蓄電装置の異常を運転者に報知することにより、運転者が予期しない蓄電装置での過熱が生じてしまうことを防止することができる。そのため、電動車両が不意に走行不能になってしまうことを防止することができる。【００１３】
本発明の上記（３）に係る電力制御装置によれば、複数のバッテリ間の電圧偏差が所定の第２閾値以上である場合に、負荷の駆動を停止させることにより、運転者が予期しない不意な負荷の駆動停止を防止することができる。【００１４】
本発明の上記（４）に係る電力制御装置によれば、各バッテリの自然放電に起因する電圧偏差と、蓄電装置の異常に起因する電圧偏差とを、適切に判別することができる。【００１５】
本発明の上記（５）に係る電力制御装置によれば、各バッテリに直列に接続された各抵抗器に過大な電流が流れて過熱状態になることを防止することができる。そのため、電動車両が不意に走行不能になってしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る電力制御装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電力制御装置のバッテリユニットのうち何れか１つにおいて正極側コンタクタが開状態に固定される異常（開固着）が発生した状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電力制御装置のバッテリユニットのうち何れか１つにおいて正極側コンタクタが開状態に固定される異常（開固着）が発生した際の各バッテリユニットの電圧（ライン電圧）の変化と、電圧偏差の変化との例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電力制御装置のバッテリユニットのうち何れか１つにおいて遮断状態が発生した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る電力制御装置について添付図面を参照しながら説明する。
【００１８】
本実施形態による電力制御装置１は、例えば電動車両に搭載されており、図１に示すように、蓄電装置２を直流電源として、例えば車両走行用の駆動力を出力する３相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）交流のブラシレスＤＣモータ３（負荷、電動機、以下、単に、モータ３と呼ぶ）を制御するインバータ４と、バッテリＥＣＵ５（電圧検出部、電圧偏差算出部、比較部、遮断検出部）と、モータＥＣＵ６（駆動停止部）と、ＭＧＥＣＵ７（報知部、駆動停止部）と、報知装置８（報知部）とを備えて構成されている。
【００１９】
蓄電装置２は、例えば、２以上の自然数ｍによる複数のｍ個の電源ユニット１１，…，１１を並列に接続して構成される。蓄電装置２は、これらｍ個の電源ユニット１１，…，１１を構成する各電源ユニット１１の正極側端子１１ｐ同士を結合して形成される正極側結合部Ｐと、各電源ユニット１１の負極側端子１１ｎ同士を結合して形成される負極側結合部Ｎとを備えている。
【００２０】
すなわち、蓄電装置２の正極側結合部Ｐおよび負極側結合部Ｎは、インバータ４に接続される正極側および負極側の出力端子を構成する。ｍ個の電源ユニット１１，…，１１は、これら正極側および負極側の出力端子に対して並列に接続されている。
なお、インバータ４は、例えば、正極側および負極側の出力端子間に並列に接続される平滑コンデンサＣを備えている。
【００２１】
各電源ユニット１１は、例えば、複数のバッテリセル２１ａ，…，２１ａが直列に接続されて構成されるバッテリユニット２１（バッテリ）と、バッテリユニット２１の正極端子２１ｐと正極側結合部Ｐとの間において電気的に断接可能に直列に接続された正極側コンタクタ２２と、バッテリユニット２１の負極端子２１ｎと負極側結合部Ｎとの間において電気的に断接可能に直列に接続された負極側コンタクタ２３と、各バッテリセル２１ａの電圧を検出する各電圧センサ２４ａ（電圧検出部）と、を備えて構成されている。
【００２２】
また、バッテリユニット２１は、例えば、直列に接続された複数のバッテリセル２１ａ，…，２１ａの適宜の接続位置に、導通を遮断可能なスイッチおよびヒューズなどから構成される遮断機構２５を備えている。
遮断機構２５は、例えば、所定値以上の電流が通電した場合に自動的に、あるいは操作者の操作によって導通を遮断可能である。また、遮断機構２５は、操作者の操作によって導通の遮断を解消可能である。
【００２３】
各電源ユニット１１は、例えば、バッテリユニット２１の正極端子２１ｐと正極側コンタクタ２２との間に一端３１ａが接続されたプリチャージ抵抗３１（抵抗器）を備えている。
蓄電装置２は、ｍ個の電源ユニット１１，…，１１の各プリチャージ抵抗３１の他端３１ｂ同士を結合して構成される抵抗結合部Ｂと、正極側結合部Ｐとの間に電気的に断接可能に直列に接続された１個のプリチャージコンタクタ３２（スイッチ）を備えている。
【００２４】
電力制御装置１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの電子回路により構成される各種のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）として、バッテリＥＣＵ５と、モータＥＣＵ６と、ＭＧＥＣＵ７とを備えている。
【００２５】
なお、プリチャージコンタクタ３２は、例えば電動車両の始動時などにおいて、蓄電装置２からモータ３への通電が開始される際に一時的に接続状態とされ、通電開始から適宜の時間の経過後には開放状態とされる。
また、正極側コンタクタ２２および負極側コンタクタ２３は、電動車両の駆動時において接続状態とされる。
つまり、バッテリＥＣＵ５は、電動車両の始動時において、先ず、プリチャージコンタクタ３２および負極側コンタクタ２３を接続状態として、かつ正極側コンタクタ２２を開放状態として、平滑コンデンサＣにプリチャージを行なう。そして、このプリチャージの完了後に正極側コンタクタ２２を開放状態から接続状態に切り替え、かつ負極側コンタクタ２３を接続状態に維持し、かつプリチャージコンタクタ３２を接続状態から開放状態に切り替える。
【００２６】
バッテリＥＣＵ５は、例えば、モータ３の駆動時において、各電圧センサ２４ａから出力される各バッテリセル２１ａの電圧の検出結果の信号に基づき、各バッテリユニット２１毎に複数の電圧センサ２４ａから出力される複数のバッテリセル２１ａの電圧を積算して、各バッテリユニット２１の電圧を算出する。
そして、バッテリＥＣＵ５は、モータ３に対して並列接続の関係を有する複数のバッテリユニット２１間の電圧偏差を算出し、算出した電圧偏差と所定の第１閾値とを比較する。
そして、バッテリＥＣＵ５は、何れかのバッテリユニット２１同士間の電圧偏差が第１閾値以上となる場合に、複数のバッテリユニット２１において遮断機構２５による遮断状態となったバッテリユニット２１の有無を検出する。
そして、バッテリＥＣＵ５は、この検出結果の信号をＭＧＥＣＵ７へと出力する。
これに伴い、複数のバッテリユニット２１において遮断機構２５による遮断状態となったバッテリユニット２１が存在することがバッテリＥＣＵ５によって検出されたことを示す信号がＭＧＥＣＵ７に入力されると、ＭＧＥＣＵ７は、報知装置８を制御して、電動車両の運転者にバッテリユニット２１が異常状態である旨の報知を行なう。
【００２７】
なお、所定の第１閾値は、例えば、各バッテリユニット２１が負荷（つまり、モータ３）に対して遮断状態で自然放電した場合に発生する最大の電圧差と、電圧センサ２４ａの検出誤差との和である。
【００２８】
また、バッテリＥＣＵ５は、例えば、モータ３の駆動時において、各電圧センサ２４ａから出力される各バッテリセル２１ａの電圧の検出結果の信号に基づき、モータ３に対して並列接続の関係を有する複数のバッテリユニット２１間の電圧偏差を算出し、算出した電圧偏差と所定の第１閾値よりも大きい所定の第２閾値とを比較する。そして、何れかのバッテリユニット２１同士間の電圧偏差が第２閾値以上となるか否かの比較結果の信号をＭＧＥＣＵ７へと出力する。
【００２９】
なお、所定の第２閾値は、例えば、プリチャージ抵抗３１の抵抗値あるいはプリチャージ抵抗３１に許容される電流値に応じた値である。所定の第２閾値は、プリチャージ抵抗３１の抵抗値が低いほど、あるいは、プリチャージ抵抗３１に許容される電流値が低いほど、小さい値になるように設定されている。
【００３０】
モータＥＣＵ６は、インバータ４の電力変換動作に対する指令を出力することによって、インバータ４を介してモータ３の運転（通電）を制御する。
【００３１】
ＭＧＥＣＵ７は、バッテリＥＣＵ５およびモータＥＣＵ６の管理および制御を行ない、バッテリＥＣＵ５およびモータＥＣＵ６と協調してモータ３の運転状態と電動車両の状態とを制御する。
【００３２】
例えば、ＭＧＥＣＵ７は、バッテリＥＣＵ５によって、複数のバッテリユニット２１において遮断機構２５による遮断状態となったバッテリユニット２１の存在が検出された場合に、電動車両の運転者にバッテリユニット２１が異常状態である旨の報知を行なうように報知装置８を制御する。
【００３３】
また、例えば、ＭＧＥＣＵ７は、バッテリＥＣＵ５によって複数のバッテリユニット２１間の電圧偏差が第２閾値以上であることが検知された場合に、モータＥＣＵ６によってモータ３の駆動を停止させる。
【００３４】
本実施形態による電力制御装置１は上記構成を備えており、次に、この電力制御装置１の動作について説明する。
【００３５】
車両走行中において、例えば図２および図３における時刻ｔ１以降に示すように、複数（例えば、３つ）のバッテリユニット２１のうち何れか１つにおいて正極側コンタクタ２２が開状態に固定される異常（開固着）が発生すると、この開固着した正極側コンタクタ２２に対応するバッテリユニット２１の電圧（ライン電圧）は異常発生時の値を維持して一定となる。一方、他の正常な正極側コンタクタ２２に対応するバッテリユニット２１の電圧（ライン電圧）は、車両に搭載されたモータ３および空調装置などの負荷への給電に伴い低下する。
【００３６】
そのため、開固着した正極側コンタクタ２２に対応するバッテリユニット２１の電圧と、他の正常な正極側コンタクタ２２に対応するバッテリユニット２１の電圧との間の電圧偏差が増大する。
そして、互いのプリチャージ抵抗３１を介して接続された複数のバッテリユニット２１からなる閉回路内に電圧偏差に応じた電流が流れ、電圧偏差の増大に伴い、プリチャージ抵抗３１に流れる電流が増大し、プリチャージ抵抗３１の発熱が増大する。
【００３７】
そして、例えば図３に示す時刻ｔ３において、電圧偏差が所定の第１閾値（つまり、何れかのバッテリユニット２１において遮断状態が発生したことを判定するためのオープン故障判定閾値であって、例えばバッテリユニット２１が負荷に対して遮断状態で自然放電した場合に発生する最大の電圧差と電圧センサ２４ａの検出誤差との和）に到達すると、電力制御装置１は、第１故障確定カウンタの計時を開始する。
そして、例えば図３に示す時刻ｔ４において、電圧偏差が所定の第１閾値以上で、ある期間（時間）に亘ることによって、第１故障確定カウンタのカウンタ値が所定の閾値に到達すると、電力制御装置１は、バッテリユニット２１における遮断状態の発生を確定するオープン故障確定フラグのフラグ値を「０」から「１」に切り替える。
そして、電力制御装置１は、電動車両の運転者にバッテリユニット２１が異常状態である旨の報知を行なう。
【００３８】
さらに、例えば図３に示す時刻ｔ５において、電圧偏差が所定の第２閾値（つまり、何れかのバッテリユニット２１において発生した遮断状態に起因してプリチャージ抵抗３１に異常が発生する可能性があることを判定するための走行中電圧偏差異常判定閾値であって、例えばプリチャージ抵抗３１の抵抗値あるいはプリチャージ抵抗３１に許容される電流値に応じた値）に到達すると、電力制御装置１は、第２故障確定カウンタの計時を開始する。
そして、例えば図３に示す時刻ｔ６において、電圧偏差が所定の第２閾値以上で、ある期間（時間）に亘ることによって、第２故障確定カウンタのカウンタ値が所定の閾値に到達すると、電力制御装置１は、車両停止要求を出力し、モータＥＣＵ６によってモータ３の駆動を停止させると共に、空調装置などの他の負荷における電力消費も停止させる。
【００３９】
なお、例えば図４に示すように、バッテリユニット２１内における断線や遮断機構２５での遮断などが生じた場合においては、この遮断状態が解消された時に互いのプリチャージ抵抗３１を介して接続された複数のバッテリユニット２１からなる閉回路内に電圧偏差に応じた電流が流れ、プリチャージ抵抗３１が発熱することになる。
この場合においても、遮断状態が解消されるより前において、電圧偏差が所定の第１閾値以上となって、第１故障確定カウンタのカウンタ値が所定の閾値に到達すると、電動車両の運転者にバッテリユニット２１が異常状態である旨の報知を行なう。
さらに、電圧偏差が所定の第２閾値以上となって、第２故障確定カウンタのカウンタ値が所定の閾値に到達すると、車両停止要求を出力し、モータＥＣＵ６によってモータ３の駆動を停止させると共に、空調装置などの他の負荷における電力消費も停止させる。
【００４０】
上述したように、本実施形態による電力制御装置１によれば、複数のバッテリユニット２１間の電圧偏差が所定の第１閾値以上である場合に、複数のバッテリユニット２１において遮断状態となったバッテリユニット２１の有無を検出することにより、電圧偏差が不意に所定の第１閾値よりも増大してしまうことを防止し、遮断状態となったバッテリユニット２１の有無を早期に（例えば、電圧偏差が過剰に増大して電動車両の走行不能が発生することに先立って）検出することができる。
【００４１】
さらに、バッテリユニット２１の異常を運転者に報知することにより、運転者が予期しないプリチャージ抵抗３１やバッテリユニット２１での過熱が生じてしまうことを防止することができる。そのため、電動車両が不意に走行不能になってしまうことを防止することができる。
【００４２】
さらに、複数のバッテリユニット２１間の電圧偏差が所定の第２閾値以上である場合に、負荷の駆動を停止させることにより、運転者が予期しない不意な負荷の駆動停止を防止することができる。
【００４３】
さらに、所定の第１閾値を、バッテリユニット２１が負荷に対して遮断状態で自然放電した場合に発生する最大の電圧差と電圧センサ２４ａの検出誤差との和とすることにより、各バッテリユニット２１の自然放電に起因する電圧偏差と、バッテリユニット２１の異常に起因する電圧偏差とを、適切に判別することができる。
【００４４】
さらに、所定の第２閾値を、プリチャージ抵抗３１の抵抗値あるいはプリチャージ抵抗３１に許容される電流値に応じた値とすることにより、バッテリユニット２１に直列に接続された各プリチャージ抵抗３１に過大な電流が流れて過熱状態になることを防止することができる。そのため、電動車両が不意に走行不能になってしまうことを防止することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  電力制御装置
２  蓄電装置
３  モータ（負荷、電動機）
４  インバータ
５  バッテリＥＣＵ（電圧検出部、電圧偏差算出部、比較部、遮断検出部）
６  モータＥＣＵ（駆動停止部）
７  ＭＧＥＣＵ（報知部、駆動停止部）
８  報知装置（報知部）
１１  電源ユニット
２１  バッテリユニット（バッテリ）
２４ａ  電圧センサ（電圧検出部）
３１  プリチャージ抵抗（抵抗器）
３２  プリチャージコンタクタ（スイッチ）
【図１】
2013084665.tif 000003
【図２】
2013084665.tif 000004
【図３】
2013084665.tif 000005
【図４】
2013084665.tif 000006
【国際調査報告】
2013084665.tif 000007
2013084665.tif 000008
2013084665.tif 000009