リレー制御装置及びリレー制御方法

本発明は、電池と負荷との間に設けられるリレーの動作を制御する技術に関する。

電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車など、電動モータの動力を利用して走行する車両の普及に伴い、車両に搭載される電池を保護するための技術の向上が図られている。例えば、電池に異常が発生した場合、電池と負荷とが電気的に遮断されるように、電池と負荷との間に設けられるリレーの動作を制御するものがある。

電池に発生する異常は、電池が過放電になる異常や電池が高温になる異常など複数種類考えられ、電池が過放電になる異常は、電池が高温になる異常に比べて、重要度が高く、電池と負荷とをすぐに電気的に遮断するほうが望ましい。すなわち、電池を保護するために、電池に発生する異常に応じて、電池と負荷との間に設けられるリレーの制御処理を変えることが望ましい。

関連する技術として、電池に異常が発生すると、電池と負荷とが電気的に遮断されるように、電池と負荷との間に設けられるリレーの動作を制御し、電池に軽度異常が発生すると、電池の充放電電流を制限する技術がある。例えば、特許文献1参照。

特開2001−25103号公報

本発明は、電池に発生する異常に応じて、電池と負荷との間に設けられるリレーの制御処理を変えることで、電池を保護することが可能なリレー制御装置及びリレー制御方法を提供することを目的とする。

実施形態のリレー制御装置は、一つ又は複数並列接続される電池と負荷との間に設けられるリレーと、制御部とを備える。 制御部は、全電池のうちの少なくとも一つの電池に第1の異常が発生すると、車両の走行を制御する走行制御部へ第1の異常が発生した旨を送信してから走行制御部の終了処理が完了するまでの所定時間を待ってから、全電池と負荷とが電気的に遮断されるようにリレーの動作を制御させ、全電池のうちの少なくとも一つの電池に第1の異常よりも重要度が高い第2の異常が発生すると、所定時間を待たずに、全電池と負荷とが電気的に遮断されるようにリレーの動作を制御させる。

実施形態のリレー制御方法は、一つ又は複数並列接続される電池と負荷との間に設けられるリレーの動作を制御するリレー制御装置におけるリレー制御方法であって、リレー制御装置が、全電池のうちの少なくとも一つの電池に第1の異常が発生すると、車両の走行を制御する走行制御部へ第1の異常が発生した旨を送信してから走行制御部の終了処理が完了するまでの所定時間を待ってから、全電池と負荷とが電気的に遮断されるようにリレーの動作を制御し、全電池のうちの少なくとも一つの電池に第1の異常よりも重要度が高い第2の異常が発生すると、所定時間を待たずに、全電池と負荷とが電気的に遮断されるようにリレーの動作を制御する。

本発明によれば、電池に発生する異常に応じて、電池と負荷との間に設けられるリレーの制御処理を変えることで、電池を保護することができる。

実施形態のリレー制御装置の一例を示す図である。

制御部により行われるリレー制御処理の一例を示すフローチャートである。

制御部により行われるリレー制御処理の他の例(その1)を示すフローチャートである。

制御部により行われるリレー制御処理の他の例(その2)を示すフローチャートである。

制御部により行われるリレー制御処理の他の例(その3)を示すフローチャートである。

図1は、実施形態のリレー制御装置の一例を示す図である。 図1に示すリレー制御装置1は、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両に搭載されるものであって、互いに並列接続される複数の電池2(2−1〜2−n)に接続される複数のモジュールリレー3(3−1〜3−n)(リレー)やメインリレー4(リレー)の動作を制御する。なお、電池2は、一つ以上の二次電池(例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池など)を有する。また、電池2は車両に一つのみ搭載されてもよい。

モジュールリレー3−1は、電池2−1と各電池2の接続点Aとの間に設けられ、モジュールリレー3−nは、電池2−nと接続点Aとの間に設けられている。メインリレー4は、接続点Aと負荷5(走行用モータを駆動するインバータ6や車両の走行を制御する走行制御部7など)との間に設けられている。

全モジュールリレー3及びメインリレー4がオンすると、全電池2と負荷5とが電気的に接続され、全電池2から負荷5への電力供給が可能になる。なお、走行制御部7は、全電池2から供給される電力により駆動する。

全モジュールリレー3又はメインリレー4がオフすると、全電池2と負荷5とが電気的に遮断され、全電池2から負荷への電力供給ができなくなる。 また、リレー制御装置1は、各モジュールリレー3及びメインリレー4の他に、リレー8と、複数の電流検出部9(9−1〜9−n)と、複数の電圧検出部10(10−1〜10−n)と、複数の温度検出部11(11−1〜11−n)と、複数の監視部12(12−1〜12−2)と、制御部13とを備える。なお、全モジュールリレー3、メインリレー4、及びリレー8は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体リレーや機械式リレーなどを有して構成される。また、電流検出部9は、電流センサなどを有して構成される。また、電圧検出部10は、電圧センサなどを有して構成される。また、温度検出部11は、温度センサなどを有して構成される。また、全監視部12及び制御部13は、CPU(Central Processing Unit)、マルチコアCPU、プログラマブルなデバイス(FPGA(Field Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device))などを有して構成される。また、車両に電池2が一つのみ搭載される場合、リレー制御装置1は、電流検出部9、電圧検出部10、温度検出部11、及び監視部12をそれぞれ一つずつ備えて構成されてもよい。

リレー8は、全監視部12の接続点Bと電源部14との間に設けられている。リレー8がオンすると、全監視部12と電源部14とが電気的に接続され、電源部14から全監視部12への電力供給が可能になる。リレー8がオフすると、全監視部12と電源部14とが電気的に遮断され、電源部14から全監視部12への電力供給ができなくなる。

電流検出部9−1は電池2−1に流れる電流を検出する。また、電流検出部9−nは電池2−nに流れる電流を検出する。 電圧検出部10−1は電池2−1の電圧を検出する。また、電圧検出部9−nは電池2−nの電圧を検出する。

温度検出部11−1は電池2−1の温度又は周辺温度を検出する。また、温度検出部11−nは電池2−nの温度又は周辺温度を検出する。 全監視部12は、それぞれ、自身に対応する電池2の状態を監視する。監視部12−1は、制御部13から通信線L(例えば、CAN(Controller Area Network )通信用の通信線)を介して送信される状態情報送信要求を受信すると、電流検出部9−1により検出される電流、電圧検出部10−1により検出される電圧、及び温度検出部11−1により検出される温度を、電池2−1の状態を示す状態情報として制御部13へ送信する。また、監視部12−nは、制御部13から通信線Lを介して送信される状態情報送信要求を受信すると、電流検出部9−nにより検出される電流、電圧検出部10−nにより検出される電圧、及び温度検出部11−nにより検出される温度を、電池2−nの状態を示す状態情報として制御部13へ送信する。

また、全監視部12は、それぞれ、制御部13から送信される遮断指示を受信すると、自身に対応するモジュールリレー3をオフする。また、全監視部12は、リレー8がオフになり自身への電力供給が止まると、駆動を停止する。監視部12の駆動が停止すると、その監視部12に対応するモジュールリレー3がオフする。すなわち、全モジュールリレー3は、全監視部12への電力供給が止まると、全電池2と負荷5とを電気的に遮断する。このように、全監視部12が遮断指示を受信すると、又は、リレー8がオフすると、全モジュールリレー3がオフし、全電池2と負荷5とが電気的に遮断する。

制御部13は、状態情報送信要求を一定時間経過毎に全監視部12へ送信する。また、制御部13は、全監視部12から送信される各状態情報により全電池2のうちの少なくとも一つの電池2に異常が発生したと判断すると、遮断指示を全監視部12へ送信する、又は、メインリレー4をオフする。また、制御部13は、全電池2のうちの少なくとも一つの電池2に発生した異常に応じて、全モジュールリレー3やメインリレー4の制御処理を変える。

図2は、制御部13により行われるリレー制御処理の一例を示すフローチャートである。なお、図2に示すリレー制御処理は一定時間経過毎に行われるものとする。 まず、制御部13は、全電池2のうちの少なくとも一つの電池2に第1の異常が発生したと判断すると(S21:Yes)、走行制御部7へ第1の異常が発生した旨を送信してから走行制御部7の終了処理が完了するまでの所定時間Tを待ってから、遮断指示を全監視部12へ送信し、全モジュールリレー3をオフさせる(S22)。なお、第1の異常は、例えば、電池2が高温になる異常や電流検出部9、電圧検出部10、又は温度検出部11の検出結果を監視部12が取得することができない異常とする。また、走行制御部7は、第1の異常が発生した旨を受信すると、終了処理を開始する。また、走行制御部7の終了処理は、例えば、シャットダウンする前に記憶させておく必要がある情報を走行制御部7内の記憶部に記憶するなどして、走行制御部7を正常にシャットダウンさせるための処理とする。また、所定時間Tは、例えば、制御部13内の記憶部に予め記憶されているものとする。

また、制御部13は、全電池2のうちの少なくとも一つの電池2に第1の異常よりも重要度が高い第2の異常が発生したと判断すると(S21:No、S23:Yes)、所定時間Tを待たずに、遮断指示を全監視部12へ送信し、全モジュールリレー3をオフさせる(S24)。なお、第2の異常は、例えば、電池2が過放電になる異常や電池2に過電流が流れる異常とする。

また、制御部13は、全電池2に異常が発生していないと判断すると(S21:No、S23:No)、リレー制御処理を終了する。 図2に示すリレー制御処理は、電池2に第1の異常(第2の異常に比べて重要度が低い異常)が発生すると、所定時間Tを待ってから、全モジュールリレー3をオフさせるため、走行制御部7を正常にシャットダウンさせることができる。

図3は、制御部13により行われるリレー制御処理の他の例(その1)を示すフローチャートである。なお、図3に示すリレー制御処理は一定時間経過毎に行われるものとする。また、図3に示すS31〜S34は、図2に示すS21〜S24と同じであるため、説明を省略する。

制御部13は、全監視部12のうちの少なくとも一つの監視部12と自身との間で通信途絶が発生したと判断すると(S31:No、S33:No、S35:Yes)、リレー8をオフする(S36)。また、監視部12と制御部13との間で通信途絶が発生する原因としては、例えば、通信線Lの断線や監視部12の異常が考えられる。

また、制御部13は、全電池2に異常が発生しておらず、かつ、全監視部12と自身との間で通信途絶が発生していないと判断すると(S31:No、S33:No、S35:No)、リレー制御処理を終了する。

図3に示すリレー制御処理は、電池2の状態を監視する監視部12と制御部13との間で通信途絶が発生し、その監視部12と制御部13との間で状態情報や遮断指示が送受信できない状態でも、全モジュールリレー3をオフさせることができる。

図4は、制御部13により行われるリレー制御処理の他の例(その2)を示すフローチャートである。なお、図4に示すリレー制御処理は一定時間経過毎に行われるものとする。

まず、制御部13は、全電池2のうちの少なくとも一つの電池2に第1の異常が発生したと判断すると(S41:Yes)、所定時間Tを待ってから、リレー8をオフする(S42)。

また、制御部13は、全電池2のうちの少なくとも一つの電池2に第2の異常が発生したと判断すると(S41:No、S43:Yes)、所定時間Tを待たずに、リレー8をオフする(S44)。

また、制御部13は、全電池2に異常が発生していないと判断すると(S41:No、S43:No)、リレー制御処理を終了する。 図4に示すリレー制御処理は、電池2に第1の異常又は第2の異常が発生している場合において、その電池2の状態を監視する監視部12と制御部13との間で通信途絶が発生し、その監視部12と制御部13との間で状態情報や遮断指示が送受信できない状態でも、全モジュールリレー3をオフさせることができる。

図5は、制御部13により行われるリレー制御処理の他の例(その3)を示すフローチャートである。なお、図5に示すリレー制御処理は一定時間経過毎に行われるものとする。

まず、制御部13は、全電池2のうちの少なくとも一つの電池2に第1の異常が発生したと判断すると(S51:Yes)、所定時間Tを待ってから、遮断指示を全監視部12へ送信し、全モジュールリレー3をオフさせる(S52)。

また、制御部13は、全電池2のうちの少なくとも一つの電池2に第2の異常が発生したと判断すると(S51:No、S53:Yes)、所定時間Tを待たずに、リレー8をオフする(S54)。

また、制御部13は、全電池2に異常が発生していないと判断すると(S51:No、S53:No)、リレー制御処理を終了する。 図5に示すリレー制御処理は、電池2に第2の異常が発生している場合において、その電池2の状態を監視する監視部12と制御部13との間で通信途絶が発生し、その監視部12と制御部13との間で状態情報や遮断指示が送受信できない状態でも、全モジュールリレー3をオフさせることができる。

なお、制御部13は、図2のS22及びS24において、又は、図3のS32及びS34において、全モジュールリレー3をオフさせる代わりに、メインリレー4をオフしてもよい。また、制御部13は、図3のS36において、又は、図4のS42及びS44において、リレー8をオフする代わりに、メインリレー4をオフしてもよい。

実施形態のスイッチ制御装置1は、全電池2のうちの少なくとも一つの電池2に第1の異常が発生すると、所定時間Tを待ってから、全モジュールリレー3、メインリレー4、又はリレー8をオフし、全電池2のうちの少なくとも一つの電池2に第1の異常よりも重要度が高い第2の異常が発生すると、所定時間Tを待たずに、全モジュールリレー3、メインリレー4、又はリレー8をオフする構成であり、放電中の電池2に重要度が高い異常が発生しても、すぐに全電池2と負荷5とを電気的に遮断することができる。これにより、電池2を保護することができる。

1 リレー制御装置 2 電池 3 モジュールリレー 4 メインリレー 5 負荷 6 インバータ 7 走行制御部 8 リレー 9 電流検出部 10 電圧検出部 11 温度検出部 12 監視部 13 制御部 14 電源部