(57)【要約】【課題】電池に並列に接続された半導体スイッチがオフ状態のままとなる異常を、該電池を使用する装置等の通常の動作中に、短時間で簡素な処理で検出することができる半導体スイッチ異常検出装置及び方法を提供する。【解決手段】半導体スイッチ異常検出装置は、並列に接続された複数の半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）のうちの少なくとも２つの半導体スイッチの近傍に配置された少なくとも２つの温度センサ１３（１３ａ，・・・１３ｍ）と、温度センサ１３（１３ａ，・・・１３ｍ）により検知される各温度の相互間の差異を検出する温度差検出部１４と、温度の相互間の差異を所定の閾値と比較し、該温度の相互間の差異が所定の閾値より大きいとき、複数の半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）のいずれかが異常であると判定する異常判定部１５、を備える。少なくとも２つの温度センサ１３は、好ましくは両端の半導体スイッチの近傍に配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された複数の半導体スイッチのうちの少なくとも２つの半導体スイッチの近傍に配置された少なくとも２つの温度センサと、
前記温度センサにより検知される各温度の相互間の差異を検出する温度差検出部と、
前記温度の相互間の差異を所定の閾値と比較し、前記温度の相互間の差異が前記所定の閾値より大きいとき、前記複数の半導体スイッチのいずれかが異常であると判定する異常判定部と、
を備えた半導体スイッチ異常検出装置。
【請求項２】
前記温度センサは、前記複数の半導体スイッチのうちの少なくとも両端の半導体スイッチの近傍に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体スイッチ異常検出装置。
【請求項３】
並列に配置された複数の半導体スイッチのうちの少なくとも２つの半導体スイッチの近傍に配置された少なくとも２つの温度センサにより検知される各温度の相互間の差異を検出する温度差検出ステップと、
前記温度の相互間の差異を所定の閾値と比較し、前記温度の相互間の差異が前記所定の閾値より大きいとき、前記複数の半導体スイッチのいずれかが異常であると判定する異常判定ステップと、
を含む半導体スイッチ異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並列に接続された半導体スイッチの異常を検出する半導体スイッチ異常検出装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動フォークリフト、ハイブリッドカー、電気自動車等の装置に搭載される電力源として、大きな電力を供給するために、単電池を複数組み合わせて構成した電池モジュールを並列に接続した電池パックが使用される。
【０００３】
図３は電池パック内の１つの電池モジュールの構成例を示す。電池モジュール１０は、電池（組電池）１１と、該電池１１の充放電電流が流れる給電路２１を導通させ又は遮断するための複数の半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｈ，・・・１２ｎ）とを備える。
【０００４】
半導体スイッチ１２は、機械式リレーと比べて許容電流（定格電流）が小さいため、１つの半導体スイッチ１２の許容電流を超える充放電電流が給電路２１に流れる場合、図３に示すように、複数の半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）を並列に接続し、給電路２１に流れる電流が各半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）に分散して流れるよう構成される。
【０００５】
なお、個々の半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）を区別することなく説明する場合には、半導体スイッチ１２と記して説明する。半導体スイッチ１２には、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等が用いられる。
【０００６】
ＭＯＳ−ＦＥＴとしてＮチャネル型ＭＯＳ−ＦＥＴが用いられる場合、図３において上側に示すＭＯＳ−ＦＥＴスイッチ１２１は、電池１１への充電電流を導通させ又は遮断するスイッチとして機能し、電池１１の放電電流に対しては、寄生ダイオード（内蔵ダイオード）が順方向となるため、オン／オフに関わりなく、常に導通状態となる。
【０００７】
一方、図３において下側に示すＭＯＳ−ＦＥＴスイッチ１２２は、電池１１の放電電流を導通させ又は遮断するスイッチとして機能し、電池１１の充電電流に対しては、寄生ダイオード（内蔵ダイオード）が順方向となるため、オン／オフに関わりなく、常に導通状態となる。
【０００８】
電池モジュール１０には、電池（組電池）１１を構成する各単電池の電圧、電流、温度等を検知し、電池１１の充放電状態を監視するとともに、電池１１の過放電、過充電、異常電圧、異常電流、異常温度等の異常を検出する不図示の監視部が備えられる。監視部は、電池１１に異常が検出されると、該電池１１を充放電電流の給電路２１から切り離すために、各半導体スイッチ１２をオフにさせるように制御する。
【０００９】
本願発明に関連する先行技術として、機器（負荷）への給電を制御する半導体スイッチ及び負荷に流れる過電流を防止するために、該半導体スイッチの周辺温度又は該半導体スイッチの電流量に基づいて異常を検出すること、及び、並列接続の２つの半導体スイッチを別々にオフしたときと同時にオフしたときとの電池モジュールの出力電圧に基づいて、各半導体スイッチの故障を検知すること等は、下記の特許文献１により知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−２２９２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
並列に接続された半導体スイッチ１２に対して、各半導体スイッチ１２をオンにさせるように制御しているとき、そのうちの一部の半導体スイッチ１２がオンにならず、オフ状態のままとなっていても、他の正常なオン状態の半導体スイッチ１２を介して電池１１の充放電電流が流れるため、一部の半導体スイッチ１２がオフ状態のままとなっている異常を検出することができない。
【００１２】
並列に接続された各半導体スイッチ１２の非導通の異常を検出するために、各半導体スイッチ１２を１つずつ順々にオンにさせながら電池モジュール１０の出力電圧値を測定し、その出力電圧値を基に各半導体スイッチ１２の異常を検出するという従来の処理手順では、正常な半導体スイッチ１２が全てオフ状態にされたとき、電池モジュール１０に充放電電流が全く流れなくなるため、電池モジュール１０を使用する装置等の通常動作の停止中でしか、半導体スイッチ１２の異常を検出する処理を実施することができない。
【００１３】
また、各半導体スイッチ１２を１つずつ順々にオンにさせながら電池モジュール１０の出力電圧値を測定して各半導体スイッチ１２の異常を検出する処理手順では、全ての半導体スイッチ１２について異常／正常を判定し終えるのに長い時間が掛かり、また、順々に個々の半導体スイッチ１２のオン／オフを制御する処理手順が複雑になるという問題があった。
【００１４】
上記課題に鑑み、本発明は、電池に並列に接続された半導体スイッチがオフ状態のままとなる異常を、該電池を使用する装置等の通常の動作中でも、短時間に簡素な処理で検出することができる半導体スイッチ異常検出装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る１つの形態の半導体スイッチ異常検出装置は、並列に接続された複数の半導体スイッチのうちの少なくとも２つの半導体スイッチの近傍に配置された少なくとも２つの温度センサと、前記温度センサにより検知される各温度の相互間の差異を検出する温度差検出部と、前記温度の相互間の差異を所定の閾値と比較し、前記温度の相互間の差異が前記所定の閾値より大きいとき、前記複数の半導体スイッチのいずれかが異常であると判定する異常判定部と、を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、並列に接続された複数の半導体スイッチのうちの少なくとも２つの半導体スイッチの近傍に配置された複数の温度センサにより検知される各温度の相互間の差異を基に、各半導体スイッチが異常であるか否かを判定することにより、並列に接続された半導体スイッチの一部がオフ状態のままとなっている異常を、該電池を使用する装置等の通常の動作中でも、短時間に簡素な処理で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態の半導体スイッチ異常検出装置の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態の半導体スイッチ異常検出の動作例のフローを示す図である。
【図３】電池モジュールの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態の半導体スイッチ異常検出装置の構成例を示す。電池モジュール１０は、電池１１と、該電池１１の充放電電流の給電路２１を導通させ又は遮断するモジュールリレーとして複数の半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）を備える。
【００１９】
半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）には、ＭＯＳ−ＦＥＴ等が用いられる。各半導体スイッチ１２は、図３に示して説明した半導体スイッチ１２と同様であるので、重複した説明は省略する。
【００２０】
本実施形態の半導体スイッチ異常検出装置は、並列に接続された複数の半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）のうちの少なくとも２つの半導体スイッチ（例えば、両端部に配置された半導体スイッチ１２ａ，１２ｎ）の近傍に配置された少なくとも２つの温度センサ１３（１３ａ，１３ｍ）と、該温度センサ１３（１３ａ，１３ｍ）により検知される各温度の相互間の差異を検出する温度差検出部１４と、該温度の相互間の差異が所定の閾値より大きいとき、半導体スイッチ１２のいずれかが異常であると判定する異常判定部１５と、を備える。
【００２１】
各半導体スイッチ１２をオンにさせるように制御しているとき、そのうちの一部の半導体スイッチ１２がオンにならず、オフ状態のままとなっていると、そのオフ状態のままの半導体スイッチ１２には電流が流れないため、該オフ状態のままの半導体スイッチ１２には熱が発生しない。そのため、オフ状態の半導体スイッチ１２の近傍の温度センサ１３では、導通による温度上昇が検知されない。
【００２２】
一方、オン状態の半導体スイッチ１２は、電流が流れることにより、該半導体スイッチ１２の内部の抵抗成分により熱が発生して温度が上昇する。そのため、オン状態の半導体スイッチ１２の近傍の温度センサ１３では、オフ状態の半導体スイッチ１２の近傍の温度センサ１３に比べて高い温度が検知される。
【００２３】
そこで、複数の半導体スイッチ１２のうちの少なくとも２つの半導体スイッチの近傍に配置された少なくとも２つの温度センサ１３により検知される温度の相互間の差異を、温度差検出部１４で検出する。
【００２４】
複数の半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）の全てがオンの状態であれば、各温度センサ１３（１３ａ，・・・１３ｍ）で検知される温度は、全て高温で各温度の相互間の差異は無い。
【００２５】
一方、一部の半導体スイッチ（例えば１２ａ）がオフの状態であれば、少なくとも２つの温度センサ１３ａ，１３ｍのうち、オフの状態の半導体スイッチ１２ａにより近い位置に配置された温度センサ１３ａで検知される温度は低下し、各温度センサ１３ａ，１３ｍで検知される温度の相互間に差異が生じる。
【００２６】
そこで、該温度の相互間の差異が所定の閾値以上か否かを異常判定部１５により判定する。異常判定部１５は、該温度の相互間の差異が所定の閾値より大きいとき、複数の半導体スイッチ１２のいずれかが異常であると判定し、該温度の相互間の差異が所定の閾値以下のとき、複数の半導体スイッチ１２のいずれもが正常であると判定する。
【００２７】
なお、２つの半導体スイッチ１２の近傍に２つの温度センサ１３を配置する場合は、全ての半導体スイッチ１２が導通状態のとき、該２つの温度センサ１３で検知される温度の差異がより少なくなる位置、例えば、複数の半導体スイッチ１２のうちの両端の半導体スイッチ１２の近傍に配置するのが好ましい。
【００２８】
温度差検出部１４及び異常判定部１５は、電池１１の異常を監視する監視制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）のＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）等のプログラマブルなディバイスを用いて構成することができる。
【００２９】
なお、全ての半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）がオフ状態となる異常の場合には、各温度センサ１３（１３ａ，・・・１３ｍ）により検知される温度の相互間の差異が検知されず、異常として検知されないが、全ての半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）がオフ状態となる異常の場合は、電池１１の電流を検出する不図示の監視部により検知することができる。
【００３０】
また、並列に接続された複数の半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｎ）に対して、例えばその両端部の半導体スイッチ１２ａ，１２ｎの近傍にのみ温度センサ１３ａ，１３ｍを設けた場合、該両端部の半導体スイッチ１２ａ，１２ｎから略等しい距離の略中央に位置する半導体スイッチ１２ｈが非導通の異常となっても、両端部の温度センサ１３ａ，１３ｍでは、相互間の温度の差異が検知されない。
【００３１】
そのような場合に備えて、並列に接続された複数の半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｈ，・・・１２ｎ）の両端部及び中央部に温度センサ１３（１３ａ，・・・１３ｇ，・・・１３ｍ）を適宜配置し、それらの温度センサ１３（１３ａ，・・・１３ｇ，・・・１３ｍ）の相互間の温度差を検知することにより、いずれの位置の半導体スイッチ１２（１２ａ，・・・１２ｈ，・・・１２ｎ）の非導通の異常でも検出することが可能となる。
【００３２】
図２は本実施形態の半導体スイッチ異常検出の動作例のフローを示す。本実施形態の半導体スイッチ１２の異常検出は、並列に配置された複数の半導体スイッチ１２のうちの少なくとも２つの半導体スイッチの近傍に配置された少なくとも２つの温度センサ１３により検知される温度の相互間の差異を温度差検出部１４により検出する（ステップＳ２１）。
【００３３】
次に異常判定部１５により、ステップＳ２１で検出された温度の相互間の差異を所定の閾値と比較する（ステップＳ２２）。異常判定部１５は、該温度の相互間の差異が所定の閾値より大きいとき（ステップＳ２３でＹｅｓ）、半導体スイッチ１２のいずれかに異常が有ると判定する（ステップＳ２４）。
【００３４】
半導体スイッチ１２のいずれかに異常が有ると判定すると、異常判定部１５は、不図示の上位の制御部に、半導体スイッチ１２の異常を通知する警報信号を送信する（ステップＳ２５）。
【００３５】
一方、異常判定部１５は、該温度の相互間の差異が所定の閾値以下のとき（ステップＳ２３でＮｏ）、半導体スイッチ１２のいずれもが正常であると判定し（ステップＳ２６）、ステップＳ２１に戻って同様の動作を繰り返す。
【００３６】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上に述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を取ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０    電池モジュール
１１    電池
１２（１２ａ，・・・１２ｎ）  半導体スイッチ
１２１，１２２  Ｎチャネル型ＭＯＳ−ＦＥＴスイッチ
１３（１３ａ，・・・１３ｍ）  温度センサ
１４    温度差検出部
１５    異常判定部
【図１】
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【図２】
2016082641.tif 000004
【図３】
2016082641.tif 000005