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公開番号2021166454
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2020069688
出願日20200408
発明の名称電流遮断装置の故障診断方法、及び、蓄電装置
出願人株式会社GSユアサ
代理人特許業務法人暁合同特許事務所
主分類H02J 7/00 20060101AFI20210917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電気負荷への電力供給を継続しつつ電流遮断装置の故障を診断することを、電源システムの構成が複雑になることを抑制しつつ実現すること。
【解決手段】車両1の電源システム12が備える電流遮断装置21Aの故障診断方法であって、電力供給装置14が第1の電気負荷11及び第1の蓄電装置13に電力供給する供給ステップと、電力供給装置14から第1の電気負荷11及び第1の蓄電装置13に電力供給されている状態で電流遮断装置21Aに遮断を指令する指令ステップと、電流遮断装置21Aに遮断が指令されている状態で電流センサ21Bによって二次電池20Aの充電電流を計測し、計測した電流値に基づいて電流遮断装置21Aの故障の有無を判断する判断ステップと、を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
移動体の電源システムが備える電流遮断装置の故障診断方法であって、
前記電源システムは、前記移動体の第1の電気負荷に接続されている第1の蓄電装置と、前記第1の蓄電装置と並列に接続されている電力供給装置とを備えており、
前記第1の蓄電装置は、蓄電素子と、前記蓄電素子と直列に接続されている前記電流遮断装置と、前記蓄電素子の充電電流を計測する電流センサとを備えており、
当該故障診断方法は、
前記電力供給装置が前記第1の電気負荷及び前記第1の蓄電装置に電力供給する供給ステップと、
前記電力供給装置から前記第1の電気負荷及び前記第1の蓄電装置に電力供給されている状態で前記電流遮断装置に遮断を指令する指令ステップと、
前記電流遮断装置に遮断が指令されている状態で前記電流センサによって前記蓄電素子の充電電流を計測し、計測した電流値に基づいて前記電流遮断装置の故障の有無を判断する判断ステップと、
を含む、電流遮断装置の故障診断方法。
続きを表示(約 2,500 文字)【請求項2】
請求項1に記載の電流遮断装置の故障診断方法であって、
前記電力供給が開始された後、前記蓄電素子が充電されているか否かを判断する充電判断ステップを含み、
前記充電判断ステップで前記蓄電素子が充電されていると判断した場合に前記指令ステップを実行する、電流遮断装置の故障診断方法。
【請求項3】
移動体の電源システムが備える電流遮断装置の故障診断方法であって、
前記電源システムは、前記移動体の第1の電気負荷に接続されている第1の蓄電装置と、前記第1の蓄電装置と並列に接続されている電力供給装置とを備えており、
前記第1の蓄電装置は、蓄電素子と、前記蓄電素子と直列に接続されている前記電流遮断装置と、前記蓄電素子の放電電流を計測する電流センサとを備えており、
当該故障診断方法は、
前記第1の蓄電装置から前記第1の電気負荷に電力供給されなくなった場合は前記電力供給装置から前記第1の電気負荷に電力供給される状態を保ちつつ、前記第1の蓄電装置から前記第1の電気負荷に電力供給する供給ステップと、
前記第1の蓄電装置から前記第1の電気負荷に電力供給されている状態で前記電流遮断装置に遮断を指令する指令ステップと、
前記電流遮断装置に遮断が指令されている状態で前記電流センサによって前記蓄電素子の放電電流を計測し、計測した電流値に基づいて前記電流遮断装置の故障の有無を判断する判断ステップと、
を含む、電流遮断装置の故障診断方法。
【請求項4】
請求項3に記載の電流遮断装置の故障診断方法であって、
前記電力供給が開始された後、前記第1の蓄電装置から前記第1の電気負荷に電力供給されなくなった場合に前記電力供給装置から前記第1の電気負荷に電力供給されるか否かを判断する供給判断ステップを含み、
前記供給判断ステップで電力供給されると判断した場合に前記指令ステップを実行する、電流遮断装置の故障診断方法。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電流遮断装置の故障診断方法であって、
前記移動体は電気モータによって駆動される電気自動車であり、
前記電力供給装置は、前記電気モータに電力供給する第2の蓄電装置と、前記第1の電気負荷と前記第2の蓄電装置との間に接続されており、前記第2の蓄電装置から印加される電圧を変換する電圧変換器とを備える、電流遮断装置の故障診断方法。
【請求項6】
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電流遮断装置の故障診断方法であって、
前記電力供給装置は、前記第1の電気負荷とは異なる第2の電気負荷に電力供給する第2の蓄電装置と、前記第1の電気負荷と前記第2の蓄電装置との間に接続されており、前記第2の蓄電装置から印加される電圧を変換する電圧変換器とを備える、電流遮断装置の故障診断方法。
【請求項7】
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電流遮断装置の故障診断方法であって、
前記移動体はエンジン自動車であり、
前記電力供給装置は前記エンジン自動車のエンジンを動力源とする発電機である、電流遮断装置の故障診断方法。
【請求項8】
請求項7に記載の電流遮断装置の故障診断方法であって、
前記移動体が停車中のときに前記供給ステップを実行する、電流遮断装置の故障診断方法。
【請求項9】
請求項5又は請求項6に記載の電流遮断装置の故障診断方法であって、
前記供給ステップにおいて、前記第1の蓄電装置に流れる電流の電流値が所定値以下となるように前記電圧変換器によって電圧を変換する、電流遮断装置の故障診断方法。
【請求項10】
請求項1又は請求項2に記載の電流遮断装置の故障診断方法であって、
前記移動体は電気モータによって駆動される電気自動車であり、
前記電源システムは、前記電気モータに電力供給する第2の蓄電装置を備え、
前記電力供給装置は、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置とを充電する外部電源が接続される充電部である、電流遮断装置の故障診断方法。
【請求項11】
電気負荷と電力供給装置とを備える移動体に搭載される蓄電装置であって、
蓄電素子と、
前記蓄電素子と直列に接続されている電流遮断装置と、
前記蓄電素子の充電電流を計測する電流センサと、
管理部と、
を備え、
前記管理部は、
前記電力供給装置から前記電気負荷及び当該蓄電装置に電力供給されている状態で前記電流遮断装置に遮断を指令する指令処理と、
前記電流遮断装置に遮断が指令されている状態で前記電流センサによって前記蓄電素子の充電電流を計測し、計測した電流値に基づいて前記電流遮断装置の故障の有無を判断する判断処理と、
を実行する、蓄電装置。
【請求項12】
電気負荷と電力供給装置とを備える移動体に搭載される蓄電装置であって、
蓄電素子と、
前記蓄電素子と直列に接続されている電流遮断装置と、
前記蓄電素子の放電電流を計測する電流センサと、
管理部と、
を備え、
前記管理部は、
当該蓄電装置から前記電気負荷に電力供給されなくなった場合は前記電力供給装置から前記電気負荷に電力供給される状態を保ちつつ当該蓄電装置から前記第1の電気負荷に電力供給されているときに、前記電流遮断装置に遮断を指令する指令処理と、
前記電流遮断装置に遮断が指令されている状態で前記電流センサによって前記蓄電素子の放電電流を計測し、計測した電流値に基づいて前記電流遮断装置の故障の有無を判断する判断処理と、
を実行する、蓄電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
電流遮断装置の故障診断方法、及び、蓄電装置に関する。
続きを表示(約 6,900 文字)【背景技術】
【0002】
一般にリチウムイオン二次電池などの蓄電素子を有する蓄電装置は、蓄電素子と直列に接続されている電流遮断装置と、管理装置とを備えている。管理装置は蓄電装置の状態を監視し、過充電や過放電などの異常を検出すると電流遮断装置を遮断状態にして蓄電装置を保護する。
【0003】
電流遮断装置は故障する可能性がある。電流遮断装置が故障すると蓄電装置を保護できなくなる。このため、電流遮断装置の故障診断を行うことが望ましい。電流遮断装置の故障を診断する方法としては、例えば蓄電装置が放電している状態で電流遮断装置に遮断を指令し、放電電流が流れなくなったか否かによって故障の有無を判断する方法が考えられる。
【0004】
通常、自動車などの移動体にはブレーキ、ドアロック、カーナビゲーション、イモビライザーなどの電気負荷に電力供給する蓄電装置(一般に12Vの蓄電装置)が搭載されている。移動体の電気負荷に電力供給する蓄電装置に特有の課題として、移動体の走行中、駐車中を問わず、電力供給が途絶える所謂パワーフェイルを起こしてはならないという課題がある。故障診断のために電流遮断装置に遮断を指令した場合、電流遮断装置が故障していなければ遮断状態となる。このため、故障診断によって電流遮断装置が遮断状態になっても電気負荷への電力供給が継続される手段が求められる。
【0005】
特許文献1には、故障診断するときに電流をバイパスさせるスイッチ回路を用いて第1スイッチ(電流遮断装置に相当)の故障を診断する技術が開示されている。具体的には、特許文献1に記載の電源保護装置は、第1スイッチと並列接続されたスイッチ回路であって、第2スイッチと、第2スイッチに直列接続され、電流が流れることで基準電圧の電圧降下を生じさせる電圧降下素子とを含むスイッチ回路を備えている。当該電源保護装置は、電源が放電しているときに、第2スイッチをクローズ状態にし、第1スイッチをオープン状態にした場合の開電圧と、電源が放電しているときに、第2スイッチをクローズ状態にし、第1スイッチをクローズ状態にした場合の閉電圧とに基づいて、第1スイッチが故障しているか否かを判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
国際公開第2016/103721号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に記載の電源保護装置は故障診断するときに電流をバイパスさせるスイッチ回路が必要であるので構成が複雑になる。このため蓄電装置のコストは上昇し、蓄電装置の信頼性は低下する。
本明細書では、電気負荷への電力供給を継続しつつ電流遮断装置の故障を診断することを、電源システムの構成が複雑になることを抑制しつつ実現できる技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
移動体の電源システムが備える電流遮断装置の故障診断方法であって、前記電源システムは、前記移動体の第1の電気負荷に接続されている第1の蓄電装置と、前記第1の蓄電装置と並列に接続されている電力供給装置とを備えており、前記第1の蓄電装置は、蓄電素子と、前記蓄電素子と直列に接続されている前記電流遮断装置と、前記蓄電素子の充電電流を計測する電流センサとを備えており、当該故障診断方法は、前記電力供給装置が前記第1の電気負荷及び前記第1の蓄電装置に電力供給する供給ステップと、前記電力供給装置から前記第1の電気負荷及び前記第1の蓄電装置に電力供給されている状態で前記電流遮断装置に遮断を指令する指令ステップと、前記電流遮断装置に遮断が指令されている状態で前記電流センサによって前記蓄電素子の充電電流を計測し、計測した電流値に基づいて前記電流遮断装置の故障の有無を判断する判断ステップと、を含む、電流遮断装置の故障診断方法。
【発明の効果】
【0009】
電気負荷への電力供給を継続しつつ電流遮断装置の故障を診断することを、電源システムの構成が複雑になることを抑制しつつ実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施形態1に係る車両の模式図
電源システムのブロック図
第1の蓄電装置のブロック図
蓄電装置の分解斜視図
二次電池の平面図
図5AのA−A線断面図
故障診断処理のフローチャート
実施形態2に係る故障診断処理のフローチャート
実施形態3に係る電源システムのブロック図
実施形態4に係る電源システムのブロック図
実施形態5に係る電源システムのブロック図
【発明を実施するための形態】
【0011】
(本実施形態の概要)
(1)移動体の電源システムが備える電流遮断装置の故障診断方法であって、前記電源システムは、前記移動体の第1の電気負荷に接続されている第1の蓄電装置と、前記第1の蓄電装置と並列に接続されている電力供給装置とを備えており、前記第1の蓄電装置は、蓄電素子と、前記蓄電素子と直列に接続されている前記電流遮断装置と、前記蓄電素子の充電電流を計測する電流センサとを備えており、当該故障診断方法は、前記電力供給装置が前記第1の電気負荷及び前記第1の蓄電装置に電力供給する供給ステップと、前記電力供給装置から前記第1の電気負荷及び前記第1の蓄電装置に電力供給されている状態で前記電流遮断装置に遮断を指令する指令ステップと、前記電流遮断装置に遮断が指令されている状態で前記電流センサによって前記蓄電素子の充電電流を計測し、計測した電流値に基づいて前記電流遮断装置の故障の有無を判断する判断ステップと、を含む。
【0012】
前述したように、移動体の電気負荷に電力供給する蓄電装置に特有の課題として、移動体の走行中、駐車中を問わず、電力供給が途絶える所謂パワーフェイルを起こしてはならないという課題がある。
通常、移動体の電源システムは、第1の蓄電装置とは別に電力供給装置を備えている。例えばエンジン自動車の場合は電力供給装置としてエンジンを動力源とする発電機(オルタネータ)を備えている。電気自動車の場合は電力供給装置として移動体の駆動源である電気モータに電力供給する高電圧の蓄電装置を備えている。
【0013】
上記の故障診断方法では、電力供給装置から第1の電気負荷及び第1の蓄電装置に電力供給されている状態で故障診断を行う。電力供給装置から第1の蓄電装置に電力供給するので、第1の蓄電装置には充電電流が流れる。この状態で電流遮断装置に遮断を指令すると、電流遮断装置が故障している場合は電流遮断装置が通電状態のままとなり、電流センサによって所定値以上の電流値(充電電流の電流値)が計測される。これにより電流遮断装置が故障していると判断できる。
【0014】
電流遮断装置が故障していない場合は電流遮断装置が遮断状態となり、電流センサによって計測される電流値は所定値未満となる。これにより電流遮断装置が故障していないと判断できる。電力供給装置から第1の電気負荷に電力供給するので、電流遮断装置が遮断状態になっても第1の電気負荷への電力供給が継続される。このためパワーフェイルを抑制できる。
【0015】
上記の故障診断方法によると、特許文献1に記載のスイッチ回路のような部品(故障診断するときに電流遮断装置が遮断状態になっても第1の蓄電装置から第1の電気負荷に電力供給できるようにするための部品)を備えなくてよいので、第1の電気負荷への電力供給を継続しつつ電流遮断装置の故障を診断することを、電源システムの構成が複雑になることを抑制しつつ実現できる。言い換えると、パワーフェイルを抑制しつつ電流遮断装置の故障を診断することを、電源システムの構成が複雑になることを抑制しつつ実現できる。
【0016】
前述した特許文献1に記載の電源保護装置は、第1スイッチが故障しているか否かを電源(第1の蓄電装置に相当)が放電しているときに判断するものであり、電源が充電されているときに判断することはできなかった。上記の故障診断方法によると、第1の蓄電装置が充電されているときに故障診断できる。
【0017】
上記の「電流遮断装置に遮断が指令されている状態」とは、遮断状態を維持するために電力供給し続ける必要がある電流遮断装置の場合は電力供給されている状態のことをいう。通電状態を維持するために電力供給し続ける必要がある電流遮断装置の場合は電力供給されていない状態のことをいう。通電状態から遮断状態に切り替えるとき及び遮断状態から通電状態に切り替えるときだけ電力供給が必要な電流遮断装置の場合は、通電状態から遮断状態に切り替えるための電力が供給されてから、遮断状態から通電状態に切り替えるための電力が供給されるまでの状態のことをいう。
【0018】
(2)前記電力供給が開始された後、前記蓄電素子が充電されているか否かを判断する充電判断ステップを含み、前記充電判断ステップで前記蓄電素子が充電されていると判断した場合に前記指令ステップを実行してもよい。
【0019】
供給ステップを開始しても、電力供給装置が故障しているなどの理由で電力供給装置から第1の電気負荷や第1の蓄電装置に電力供給されない可能性がある。電力供給装置から電力供給されていない場合、指令ステップで電流遮断装置に遮断を指令すると、電流遮断装置が故障していないことによって遮断状態になったとき、電力供給装置から電力供給されないことによってパワーフェイルとなる。
上記の故障診断方法によると、電力供給装置から第1の電気負荷に電力供給されていることを確認した上で電流遮断装置に遮断を指令できるので、パワーフェイルをより抑制できる。
【0020】
(3)移動体の電源システムが備える電流遮断装置の故障診断方法であって、前記電源システムは、前記移動体の第1の電気負荷に接続されている第1の蓄電装置と、前記第1の蓄電装置と並列に接続されている電力供給装置とを備えており、前記第1の蓄電装置は、蓄電素子と、前記蓄電素子と直列に接続されている前記電流遮断装置と、前記蓄電素子の放電電流を計測する電流センサとを備えており、当該故障診断方法は、前記第1の蓄電装置から前記第1の電気負荷に電力供給されなくなった場合は前記電力供給装置から前記第1の電気負荷に電力供給される状態を保ちつつ、前記第1の蓄電装置から前記第1の電気負荷に電力供給する供給ステップと、前記第1の蓄電装置から前記第1の電気負荷に電力供給されている状態で前記電流遮断装置に遮断を指令する指令ステップと、前記電流遮断装置に遮断が指令されている状態で前記電流センサによって前記蓄電素子の放電電流を計測し、計測した電流値に基づいて前記電流遮断装置の故障の有無を判断する判断ステップと、を含む。
【0021】
前述したように、移動体の電気負荷に電力供給する蓄電装置に特有の課題として、移動体の走行中、駐車中を問わず、電力供給が途絶える所謂パワーフェイルを起こしてはならないという課題がある。
【0022】
上記の故障診断方法では、第1の蓄電装置から第1の電気負荷に電力供給されなくなった場合は電力供給装置から第1の電気負荷に電力供給される状態で、第1の蓄電装置から第1の電気負荷に電力供給する。第1の蓄電装置から第1の電気負荷に電力供給するので、第1の蓄電装置から放電電流が流れる。この状態で電流遮断装置に遮断を指令すると、電流遮断装置が故障している場合は電流遮断装置が通電状態のままとなり、電流センサによって所定値以上の電流値(放電電流の電流値)が計測される。これにより電流遮断装置が故障していると判断できる。
【0023】
電流遮断装置が故障していない場合は電流遮断装置が遮断状態となり、電流センサによって計測される電流値が所定値未満となる。これにより電流遮断装置が故障していないと判断できる。電流遮断装置が遮断状態になると第1の蓄電装置から第1の電気負荷に電力供給されなくなるが、第1の蓄電装置から第1の電気負荷に電力供給されなくなった場合は電力供給装置から第1の電気負荷に電力供給されるので、電流遮断装置が遮断状態になっても第1の電気負荷への電力供給が継続される。このためパワーフェイルを抑制できる。
【0024】
上記の故障診断方法によると、特許文献1に記載のスイッチ回路のような部品を備えなくてよいので、第1の電気負荷への電力供給を継続しつつ電流遮断装置の故障を診断することを、電源システムの構成が複雑になることを抑制しつつ実現できる。言い換えると、パワーフェイルを抑制しつつ電流遮断装置の故障を診断することを、電源システムの構成が複雑になることを抑制しつつ実現できる。
【0025】
(4)前記電力供給が開始された後、前記第1の蓄電装置から前記第1の電気負荷に電力供給されなくなった場合に前記電力供給装置から前記第1の電気負荷に電力供給されるか否かを判断する供給判断ステップを含み、前記供給判断ステップで電力供給されると判断した場合に前記指令ステップを実行してもよい。
【0026】
何らかの理由で電力供給装置が電力供給不能になっている可能性もある。電力供給装置が電力供給不能な場合、指令ステップで電流遮断装置に遮断を指令すると、電流遮断装置が故障していないことによって遮断状態になったとき、電力供給装置から電力供給されないことによってパワーフェイルとなる。
上記の故障診断方法によると、電流遮断装置が遮断状態になって第1の蓄電装置から第1の電気負荷に電力供給されなくなった場合は電力供給装置から第1の電気負荷に電力供給されることを確認した上で指令ステップを実行できるので、パワーフェイルをより確実に抑制できる。
【0027】
(5)前記移動体は電気モータによって駆動される電気自動車であり、前記電力供給装置は、前記電気モータに電力供給する第2の蓄電装置と、前記第1の電気負荷と前記第2の蓄電装置との間に接続されており、前記第2の蓄電装置から印加される電圧を変換する電圧変換器とを備えてもよい。
【0028】
第2の蓄電装置から電圧変換器に印加された電圧を電圧変換器によって第1の蓄電装置の電圧より高くすると、第2の蓄電装置から第1の電気負荷及び第1の蓄電装置に電力供給される。その状態で故障診断を行うと、第1の電気負荷への電力供給を継続しつつ電流遮断装置の故障を診断できる。
あるいは、第2の蓄電装置から電圧変換器に印加された電圧を電圧変換器によって第1の蓄電装置の電圧より低くすると、第1の蓄電装置から第1の電気負荷に電力供給される。その状態で故障診断を行うと、電流遮断装置が遮断状態になったとき、第1の蓄電装置に替わって第2の蓄電装置から第1の電気負荷に電力供給される。言い換えると、第1の蓄電装置から第1の電気負荷に電力供給されなくなった場合は電力供給装置から第1の電気負荷に電力供給される状態で故障診断が行われる。このため、第1の電気負荷への電力供給を継続しつつ電流遮断装置の故障を診断できる。
【0029】
(6)前記電力供給装置は、前記第1の電気負荷とは異なる第2の電気負荷に電力供給する第2の蓄電装置と、前記第1の電気負荷と前記第2の蓄電装置との間に接続されており、前記第2の蓄電装置から印加される電圧を変換する電圧変換器とを備えてもよい。
【0030】
移動体の中には、第1の電気負荷に電力供給する第1の蓄電装置とは別に、第2の電気負荷に電力供給する第2の蓄電装置と、第1の電気負荷と第2の蓄電装置との間に接続されている電圧変換器とを備えているものがある。
第2の蓄電装置から電圧変換器に印加された電圧を電圧変換器によって第1の蓄電装置の電圧より高くすると、第2の蓄電装置から第1の電気負荷及び第1の蓄電装置に電力供給される。その状態で故障診断を行うと、第1の電気負荷への電力供給を継続しつつ電流遮断装置の故障を診断できる。
(【0031】以降は省略されています)

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