JP5071322B2 - 電力制御システム - Google Patents

Description

本発明は、電源および電圧変換器からなる電源ユニットが二つ並列に接続された電力制御システムに関する。

従来から、電源側から駆動系側に電力を供給したり、駆動系側において回生発電された電力を電源側に供給したりする制御を行う電力制御システムが知られている。例えば、ハイブリッド車両には、バッテリとモータとの間での電力の送受を制御する電力制御システムが搭載されている。かかる電力制御システムの中には、電源および電圧変換器からなる電源ユニットが複数、並列に接続されたものがある（例えば、下記特許文献１，２など）。

この電源ユニットに搭載されている電圧変換器は、通常、ダイオードとトランジスタからなるアームを二つ備えており、この二つのアームを適当なデューティ比で駆動することにより、所望の昇圧動作を実現している。ここで、何らかの原因で、この電圧変換器内のアームが故障し、ＯＮ固着してしまうと並列に接続された二つの電源ユニット間での短絡（電池間短絡）や、一つの電源ユニット内での短絡（電池内短絡）を生じることになる。かかる電池間短絡や電池内短絡は、当該電力制御システムの効率の低下や寿命低下だけでなく、他部品の故障なども招く恐れがあり、早期に検出することが望ましい。

そのため、従来においても、電圧変換器に流れる電流値や電圧値に基づいて、電圧変換器のアームの故障を検知し、故障発生時には当該電圧変換器の動作を停止したり、当該電圧変換器を備えた電源ユニットをシステム全体から遮断したりする技術が提案されている（例えば下記特許文献３など）。かかる技術によれば、ある程度の故障は検知できる。

特開２００４−６１３８号公報 特開２００３−２０９９６９号公報 特開２００３−２４４８０１号公報

しかしながら、従来の故障検知技術の多くは、電源ユニットが一つの場合を想定している。かかる技術を、複数の電源ユニットが並列接続されたシステムに応用した場合、短絡が生じていることは検知できるものの、複数ある電圧変換器のうち、どの電圧変換器において異常が生じているかを特定することはできないという問題がある。

そこで、本発明では、電圧変換器の故障をより適切に検知でき得る電力制御システムを提供することを目的とする。

本発明の電力制御システムは、互いに並列に接続された二つの電源ユニットであって、それぞれが放充電可能な電源と、当該電源に接続されるとともに供給された電圧を昇降する電圧変換器と、を有した二つの電源ユニットと、前記二つの電源ユニットのうち少なくとも一方の電圧変換器に流れる電流であるリアクトル電流の値および向きを取得するリアクトル電流取得手段と、前記電源ユニットの駆動を制御するとともに、取得された前記リアクトル電流の値に基づいて前記二つの電源ユニット間での短絡の有無を判断し、前記電源ユニット間での短絡が生じている場合には前記リアクトル電流の向きに基づいて短絡の原因となった電源ユニットを特定する制御手段と、を備えることを特徴とする。

好適な態様では、さらに、各電源ユニットごとに設けられ、対応する電源ユニットの電源から出力される電流値である電池電流の値を検出する電池電流検出手段を備え、前記制御手段は、前記電池電流の値に基づいて、当該電池電流に対応する電源ユニットにおける内部的短絡の有無を判断する。他の好適な態様では、さらに、各電源ごとに設けられ、当該電源をシステムから切り離す遮断手段を備え、前記制御手段は、短絡発生時には、前記遮断手段を駆動して、当該短絡の原因となった電源ユニットの電源を当該電力制御システムから切り離す。

他の好適な態様では、前記制御手段は、電動機に出力される電流値に二つの電源ユニット間での電力分配率を乗算した値をパワー収支分電流値として算出し、前記リアクトル電流の値から当該パワー収支分電流値を減算した値を電池間収支分電流値として算出し、当該電池間収支分電流値の絶対値が規定の閾値を超過する場合に電池間短絡が生じていると判断する。この場合、前記制御手段は、前記電動機を電源ユニットに接続した状態で前記電池間収支分電流値に基づいて電池間短絡の有無を判断し、電池間短絡が生じていると判断された場合には、前記電動機を前記電源ユニットから一時的に切り離した状態で前記リアクトル電流値に基づいて、再度、電池間短絡の有無を判断する、ことが望ましい。

他の好適な態様では、前記制御部は、予め、短絡有無判断の基準となる閾値を記憶しており、前記閾値は、温度に応じて変動する変動値である。

本発明によれば、リアクトル電流の値だけでなく向きも検出しており、この向きに基づいて短絡の原因となった電源ユニットを特定できる。

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、本発明の実施形態である電力制御システム１２の概略構成図である。また、図２は、電力制御システム１２の一部拡大図である。この電力制御システム１２は、例えば、ハイブリッド自動車や電機自動車などに搭載されるシステムであり、二つの電動機ユニット５０ａ，５０ｂに電力を供給したり、電動機ユニット５０ａ，５０ｂで発電された電力により充電されたりするシステムである。なお、以下では、二つの電動機ユニット５０ａ，５０ｂを、特に区別しない場合は添字ａ，ｂを省略し、単に「電動機ユニット５０」と呼ぶ。各電動機ユニット５０の構成要素についても同様である。

電力制御システム１２は、並列に接続された二つの電源ユニット、すなわちマスタ電源ユニット１４_Ｍおよびスレーブ電源ユニット１４_Ｓと、当該電源ユニット１４_Ｍ，１４_Ｓを制御する制御部１６（図１では図示省略）と、に大別される。なお、この電源ユニット１４_Ｓ，１４_Ｍにおいても、マスタおよびスレーブを区別しない場合は、添字のＭおよびＳを省略し、単に「電源ユニット１４」と呼ぶ。各電源ユニット１４の構成要素についても同様である。

制御部１６は、上位制御装置からの要求に従って、総要求パワーを算出し、当該パワーが得られるべく、電源ユニット１４の駆動を制御する。また、制御部１６は、各種電流センサＳ_Ｌ，Ｓ_ＢＭ，Ｓ_ＢＳで検出された電流値や電流の向きなどに基づいて電源ユニット１４の良否を判定し、不良と判定された電源ユニット１４のバッテリ２０をシステムから遮断するようにしている。以下、この電力制御システム１２について詳説する。

はじめに、当該電力制御システム１２に接続されている電動機ユニット５０について簡単に説明する。電動機ユニット５０は、電動機５２およびインバータ５４からなる回路ユニットである。電動機５２は、交流電圧が供給されることにより、車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生させる駆動モータとして機能する。また、この電動機５２は、回生制動時には、車両の制動力により駆動して発電するジェネレータとしても機能する。この電動機５２で発電された電力（交流電圧）は、インバータ５４により直流電圧に変換されたうえで電源ユニット１４に出力される。電源ユニット１４に設けられたバッテリ２０は、この直流電圧が供給されることにより充電される。また、電動機５２を駆動モータとして機能させる場合、インバータ５４は、電源ユニット１４から供給される直流電圧を交流電圧に変換したうえで、当該交流電圧を電動機５２に供給する。この交流電圧の供給を受けて、電動機５２は、モータとして機能し、車両の駆動輪を駆動させるためのトルクを発生する。なお、この二つの電動機５２ａ，５２ｂに流れる電流は、それぞれ、第一モータ電流値Ｉａ、第二モータ電流値Ｉｂとして検知され、電力制御システム１２の制御部１６に入力される。また、この電動機ユニット５０と電源ユニット１４との間には制御部１６により開閉制御されるゲート（図示省略。例えばリレーなどから構成される）が設けられており、適宜、電動機ユニット５０を電力制御システム１２から切り離すことが出来るようになっている。

次に、本発明の実施形態である電力制御システム１２について説明する。既述したとおり、電力制御システム１２は、並列に接続されたマスタ電源ユニット１４_Ｍおよびスレーブ電源ユニット１４_Ｓと、当該二つの電源ユニット１４_Ｍ，１４_Ｓを制御する制御部１６と、に大別される。制御部１６は、二つの電源ユニット１４_Ｍ，１４_Ｓからの出力合計が、総要求パワーになるように駆動制御している。

二つの電源ユニット１４_Ｍ，１４_Ｓは、いずれも、ほぼ同じ構成となっている。そこで、以下では、スレーブ電源ユニット１４_Ｓを例に挙げて、電源ユニット１４の構成を説明する。図２は、スレーブ電源ユニット１４_Ｓの構成を示す図である。

スレーブ電源ユニット１４_Ｓは、スレーブ側バッテリ２０_Ｓを備えている。このバッテリ２０_Ｓと電動機ユニット５０との間には、電圧を昇降させるスレーブ側コンバータ２２_Ｓが接続されている。また、バッテリ２０_Ｓとコンバータ２２_Ｓの間およびコンバータ２２_Ｓとインバータ５４との間には、供給された電圧を平滑化する第一コンデンサＣ１_Ｓおよび第二コンデンサＣ２_Ｓが設けられている。バッテリ２０_Ｓは、充放電可能な二次電池であり、例えば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどからなる。

コンバータ２２_Ｓは、供給された電圧を、適宜、昇降する電圧変換器である。このコンバータ２２_Ｓは、複数のダイオードＤ１_Ｓ，Ｄ２_Ｓ、複数のトランジスタＴ１_Ｓ，Ｔ２_Ｓ、および、リアクトルＬ_Ｓなどから構成される。リアクトルＬ_Ｓの一端はバッテリ２０_Ｓの電源ラインに接続される。また、当該リアクトルＬ_Ｓの他端は、トランジスタＴ１_ＳとトランジスタＴ２_Ｓとの中間点、換言すれば、トランジスタＴ１_ＳのエミッタとトランジスタＴ２_Ｓのコレクタとの間に接続される。トランジスタＴ１_Ｓ，Ｔ２_Ｓは、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。すなわち、トランジスタＴ１_Ｓのコレクタは電源ラインに接続され、トランジスタＴ２_Ｓのエミッタはアースラインに接続される。また、各トランジスタＴ１_Ｓ，Ｔ２_Ｓのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードＤ１_Ｓ，Ｄ２_Ｓがそれぞれ配されている。そして、スイッチング素子として機能するトランジスタＴ１_Ｓ，Ｔ２_Ｓを、適宜、適当なデューティ比で駆動することで、直流電圧の昇降が行われる。なお、以下の説明では、トランジスタＴ１_Ｓのことを「スレーブ側上アームＴ１_Ｓ」、トランジスタＴ２_Ｓのことを「スレーブ側下アームＴ２_Ｓ」と称することがある。同様に、マスタ電源ユニット１４_Ｍに設けられた二つのトランジスタＴ１_Ｍ，Ｔ２_Ｍのことを「マスタ側上アームＴ１_Ｍ」、「マスタ側下アームＴ２_Ｍ」と称する。

リアクトルＬ_Ｓと二つのトランジスタＴ１_Ｓ，Ｔ２_Ｓの中間点との間には、スレーブ側リアクトル電流センサＳ_Ｌが設けられている。このリアクトル電流センサＳ_Ｌは、コンバータ２２_Ｓに流れる電流値をリアクトル電流値Ｉ_Ｌとして検出するとともに、リアクトル電流の向き（正負）も検出し、制御部１６に出力する。制御部１６は、このリアクトル電流センサで検出されたリアクトル電流値Ｉ_Ｌに基づいて電池間短絡の有無を判定する。また、電池間短絡が生じている場合には、リアクトル電流の向きに基づいて当該電池間短絡の原因となったコンバータ２２の特定を行う。なお、このリアクトル電流センサＳ_Ｌは、マスタ電源ユニット１４_Ｍおよびスレーブ電源ユニット１４_Ｓの両方に設けてもよいが、コストなどの関係上、本実施形態では、スレーブ電源ユニット１４_Ｓにのみ、リアクトル電流センサＳ_Ｌを設けている（図１参照）。

バッテリ２０_Ｓとコンバータ２２_Ｓとの間には、スレーブ側電池電流センサＳ_ＢＳが設けられている。この電池電流センサＳ_ＢＳは、バッテリ２０_Ｓ近傍での電流値を検出し、スレーブ側電池電流値Ｉ_ＢＳとして制御部１６に出力するセンサである。なお、この電池電流センサは、リアクトル電流センサＳ_Ｌと異なり、マスタ電源ユニット１４_Ｍおよびスレーブ電源ユニット１４_Ｓの両方に設けられており、各電源ユニット１４_Ｍ，１４_Ｓにおける電池電流値Ｉ_ＢＭ，Ｉ_ＢＳが、個別に検出されるようになっている。制御部１６は、この電池電流センサＳ_ＢＭ，Ｓ_ＢＳで検出された電流値に基づいて、電池内短絡の有無判定、および、電池内短絡の原因になった電源ユニット１４_Ｍ，１４_Ｓの特定を行う。

バッテリ２０_Ｓとコンバータ２２_Ｓとの間には、制御部１６により駆動制御されるスレーブ側システムマスタリレー（以下「ＳＭＲ」と略す）が設けられている。制御部１６は、短絡が生じた場合には、当該短絡の原因となった電源ユニット１４を特定する。そして、当該短絡の原因となった電源ユニット１４のＳＭＲを駆動して、短絡原因の電源ユニット１４に搭載されているバッテリ２０を電力制御システム１２から切り離すようになっている。そして、これにより、短絡に起因するバッテリ２０の損傷などが防止される。

なお、本実施形態では、マスタ電源ユニット１４_Ｍに、ＤＣＤＣコンバータなどの補機４０が接続されている。この補機４０は、通常、マスタ側バッテリ２０_Ｍからの電力供給により駆動される。ただし、マスタ電源ユニット１４_Ｍの異常が検出され、マスタ側バッテリ２０_Ｍが電力制御システム１２から切り離された場合には、スレーブ側バッテリ２０_Ｓからの電力供給により補機４０を駆動するようになっている。

制御部１６は、二つの電源ユニット１４_Ｍ，１４_Ｓの駆動を制御する部位である。この制御部１６は、上位制御装置からの要求に基づいて、総要求パワーなどを算出する。そして、この総要求パワーを満たすように、各コンバータ２２_Ｍ，２２_Ｓのアームの駆動を制御する。なお、この制御は、電流値をフィードバックさせる電流フィードバック制御により行われてもよいし、電圧値をフィードバックさせる電圧フィードバック制御であってもよい。

また、上述したように、制御部１６は、各種電流センサＳ_Ｌ，Ｓ_ＢＭ，Ｓ_ＢＳでの検出結果に基づいて、電池間短絡や電池内短絡の有無判定、および、短絡発生時には、当該短絡の原因となった電源ユニット１４の特定なども行う。以下、この短絡判定等の基本原理について図３を参照して詳説する。

図３は、電力制御システム１２における電流の流れを示す概略図である。この図３において、黒太線の矢印はマスタ側上アームＴ１_Ｍが固着したときの、白抜太線の矢印はスレーブ側上アームＴ１_Ｓが固着したときの電流の流れを示している。

通常、スレーブ側コンバータ２２_Ｓに流れるリアクトル電流値Ｉ_Ｌは、電動機ユニット５０に出力される電流量（力行時は正の値、回生時は負の値）に二つの電源ユニット１４_Ｍ，１４_Ｓの間での電力分配率を乗算した値と、電池間の遣り取り分に相当する電流量と、を加算した値となる。具体的には、電流値Ｉ_Ｌは、次の式１〜式４で表される。

Ｉ_Ｌ＝Ｉ_１＋Ｉ_２ ・・・式１
Ｉ_１＝（Ｉａ＋Ｉｂ）×Ｋ ・・・式２
Ｋ＝Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ−Ｖ_ＬＳ）×γ ・・・式３
Ｉ_２＝（Ｖ_ＬＭ−Ｖ_ＬＳ）×Ｄ／Ｒ ・・・式４
なお、ここで、γは、二つの電源ユニット１４_Ｍ，１４_Ｓの間での電力分配率であり、Ｒは内部抵抗値である。Ｖ_Ｈ，Ｖ_ＬＭ，Ｖ_ＬＳは、それぞれ、電動機ユニット５０への供給電圧、マスタ側バッテリ２０_Ｍの出力電圧、スレーブ側バッテリ２０_Ｓの出力電圧である。また、Ｄは、ＶＬ１＜ＶＬ２の場合はマスタ側上アームＴ１_Ｍのデューティ、ＶＬ１＞ＶＬ２の場合はスレーブ側上アームＴ１_Ｓのデューティである。また、（Ｉａ＋Ｉｂ）とは、トータル力行電力またはトータル回生電力、換言すれば、電動機ユニット５０に出力される電流量を意味しており、力行時にはプラス、回生充電時にはマイナスの値をとる。以下では、このトータル力行電力またはトータル回生電力に電力分配率を乗算した値であるＩ_１を、「パワー収支分電流値Ｉ_１」と呼ぶ。また、Ｉ_２は、電池間の遣り取り分に相当する電流量を意味しており、以下では、このＩ_２を「電池間収支分電流値Ｉ_２」と呼ぶ。

上アームがＯＮのまま固定される上アーム固着が生じた場合には、電池間で短絡が生じたことになり、デューティＤの値が過大となる。この場合には、式４から明らかなとおり、電池間収支分電流値Ｉ_２の値も過大となる。そこで、制御部１６は、リアクトル電流値Ｉ_Ｌおよびパワー収支分電流値Ｉ_１に基づいて、この電池間収支分電流値Ｉ_２を算出する。具体的には、Ｉ_２＝Ｉ_Ｌ−Ｉ_１の演算を実行する。そして、この演算により得られる電池間収支分電流値Ｉ_２が、規定の閾値αを超えた場合には、上アームＴ１_Ｍ，Ｔ１_ＳのＯＮ固着、すなわち、電池間短絡が生じたと判断する。また、このときのリアクトル電流の向きが、スレーブ側からマスタ側に向かう向き（すなわち、Ｉ_Ｌ＞０、図３における黒太線の矢印の向き）の場合にはマスタ側上アームＴ１_Ｍが固着していると判断する。逆に、リアクトル電流の向きが、マスタ側からスレーブ側に向かう向き（すなわち、ＩＬ＜０、図３における白抜太線の矢印の向き）の場合にはスレーブ側上アームＴ１_Ｓが固着していると判断する。つまり、まとめると、制御部１６は、Ｉ_２＝Ｉ_Ｌ−Ｉ_１＞αの場合にはマスタ側上アームＴ１_ＭがＯＮ固着していると判断し、Ｉ_２＝Ｉ_Ｌ−Ｉ_１＜−αの場合にはスレーブ側上アームＴ１_ＳがＯＮ固着していると判断し、−α≦Ｉ_Ｌ−Ｉ_１≦αの場合には上アームＴ１_Ｍ，Ｔ１_ＳのＯＮ固着（電池間短絡）は生じていないと判断する。

上アームＴ１がＯＮ固着していると判断した場合、制御部１６は、当該上アームＴ１のＯＮ固着が生じた電源ユニット１４のＳＭＲを駆動して、当該電源ユニット１４に搭載されているバッテリ２０を電力制御システム１２から切り離す。ここで、マスタ側上アームＴ１_Ｍが固着した場合には、当然、マスタ側バッテリ２０_Ｍがシステム１２から切り離されることになる。この場合、マスタ電源ユニット１４_Ｍに接続された補機４０は、スレーブ電源ユニット１４_Ｓからの電力供給で駆動する。

以上の説明から明らかなとおり、本実施形態では、電流値に基づく電池間短絡の有無判断だけでなく、電流の向きに基づいて上アームＴ１のＯＮ固着が発生している電源ユニット１４の特定もしている。その結果、不良が発生した電源ユニット１４のバッテリ２０のみをシステム１２から切り離すことができる。また、本実施形態では、リアクトル電流値Ｉ_Ｌおよびパワー収支分電流値Ｉ_１に基づいて、電池間収支分電流値Ｉ_２を算出し、この電池間収支分電流値Ｉ_２の値に基づいて電池間短絡の有無判断を行っている。その結果、電動機への出力電流量の値が大きく変動したとしても、正確に電池間短絡の有無を判断できる。

なお、本実施形態では、Ｉ_２＝Ｉ_Ｌ−Ｉ_１の値に基づいて電池間短絡が生じていると判断した場合には、電動機ユニット５０および電源ユニット１４の間に設けられたゲートを遮断して、電動機ユニット５０をシステム１２から切り離し、その状態で、再度、電流値に基づく電池間短絡の有無判断を行う。

すなわち、電池間収支分電流値Ｉ_２の算出に用いられるパワー収支分電流値Ｉ_１は、電動機５２に搭載された電流センサ（図示せず）や、電源ユニット１４に設けられた電圧センサ（図示せず）などの検出値に基づいて算出される（式２、式３参照）。この各種検出値から誤差を完全に除去することは困難であり、パワー収支分電流値Ｉ_１は、多少の誤差を含んだ値であると言える。かかるパワー収支分電流値Ｉ_１をリアクトル電流値Ｉ_Ｌから減算して電池間収支分電流値Ｉ_２を算出すると、Ｉ_Ｌの誤差にＩ_１の誤差が重畳されることになる。その結果、算出された電池間収支分電流値Ｉ_２に含まれる誤差量が大きくなるという問題がある。

そこで、電動機ユニット５０を電源ユニット１４に接続した状態で、電池間短絡が生じていると判断された場合には、電動機ユニット５０を電源ユニット１４から一時的に切り離し（ゲート遮断し）、その状態で、再度、電池間短絡の有無を判断するようにしている。電動機ユニット５０を電源ユニット１４から切り離した場合には、電動機ユニット５０への出力電流量（Ｉａ＋Ｉｂ）＝０、ひいては、パワー収支分電流値Ｉ_１＝０となる。そして、この場合、Ｉ_２＝Ｉ_Ｌが成立することになる。したがって、電動機ユニット５０を電源ユニット１４から切り離した場合には、リアクトル電流値Ｉ_Ｌが、規定の閾値α´を超過するか否かで、上アームのＯＮ固着の有無を判断することができる。この場合、電池間収支分電流値Ｉ_２から電動機５２に搭載された電流センサや、電源ユニット１４に設けられた電圧センサの誤差の影響を排除することができ、電池間短絡の有無をより正確に判断することができる。なお、より正確に判断するために、この電動機ユニット５０を切り離した状態において用いられる閾値α´は、電動機ユニット５０を接続した状態で用いられる閾値αよりも小さい値（α´＜α）とすることが望ましい。

次に、下アームＴ２のＯＮ固着の有無判断について説明する。下アームＴ２のＯＮ固着の有無判断（電池内短絡の有無判断）は、各バッテリ２０_Ｍ，２０_Ｓ近傍に設けられた電池電流センサＳ_ＢＭ，Ｓ_ＢＳで検出された電池電流値Ｉ_ＢＭ，Ｉ_ＢＳに基づいて判断される。すなわち、下アームＴ２がＯＮ固着した電池内短絡発生時には、電池電流が過大になることが知られている。よって、制御部１６は、電池電流センサＳ_ＢＭ，Ｓ_ＢＳで検知される電池電流値Ｉ_ＢＭ，Ｉ_ＢＳを監視し、当該電池電流値Ｉ_ＢＭ，Ｉ_ＢＳが、規定の閾値βよりも大きい場合には、下アームＴ２がＯＮ固着していると判断する。より具体的には、制御部１６は、Ｉ_ＢＭ＞βの場合にはマスタ側下アームＴ２_Ｍが、Ｉ_ＢＳ＞βの場合にはスレーブ側下アームＴ２_ＳがＯＮ固着していると判断する。

次に、この電力制御システム１２における短絡検出処理の流れについて図４を参照して説明する。図４は、短絡検出処理の流れを示すフローチャートである。

短絡を検出する場合、制御部１６は、まず、電池間収支分電流値Ｉ_２＝Ｉ_Ｌ−Ｋ・（Ｉａ＋Ｉｂ）＝Ｉ_Ｌ−Ｉ_１を算出し、その絶対値が規定の閾値αを超過するか否かを判断する（Ｓ１０）。｜Ｉ_Ｌ−Ｉ_１｜≦αの場合には、ステップＳ２２に進み、電池内短絡の有無判断を行う。一方、｜Ｉ_Ｌ−Ｉ_１｜＞αの場合には、電池間短絡が生じていると仮判定する。そして、この場合は、電源ユニット１４と電動機ユニット５０との間に設けられたゲートを遮断して、電動機ユニット５０を電力制御システム１２から切り離す（Ｓ１２）。そして、その状態で検出されたリアクトル電流値Ｉ_Ｌ（＝Ｉ_２）の絶対値が、規定の閾値α´を超過するか否かを判断する（Ｓ１４）。この判定によれば、パワー収支分電流値Ｉ_１＝（Ｉａ＋Ｉｂ）Ｋに含まれる誤差の影響を排除できるため、電池間短絡の有無を、より高精度に判断できる。そして、｜Ｉ_Ｌ｜≦α´の場合には、電池間短絡は生じていないと判断する。この場合は、ゲートを再度開放（Ｓ４０）した後、ステップＳ２２に進み、電池内短絡の有無判断を行う。一方、｜ＩＬ｜＞α´の場合には、電池間短絡が生じていると判断する（Ｓ１６）。この場合、制御部１６は、電流の向き（Ｉ_Ｌの正負）に基づいて、上アームＴ１のＯＮ固着が発生した電源ユニット１４を特定する。具体的には、リアクトル電流値Ｉ_Ｌの正負を判断し、Ｉ_Ｌ＞０の場合は、マスタ側上アームＴ１_Ｍが固着していると判断する（Ｓ１８，Ｓ２０）。この場合は、マスタ側ＳＭＲを遮断し、マスタ側バッテリ２０_Ｍをシステム１２から切り離す。一方、Ｉ_Ｌ＜０の場合は、スレーブ側上アームＴ１_Ｓが固着していると判断する（Ｓ３０）。この場合は、スレーブ側ＳＭＲを遮断して、スレーブ側バッテリ２０_Ｓをシステム１２から切り離す（Ｓ３６）。

一方、電池間短絡（上アームＯＮ固着）が生じていない場合は、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、まず、マスタ側電池電流値Ｉ_ＢＭを規定の閾値βと比較する。比較の結果、マスタ側電池電流値Ｉ_ＢＭが閾値βを超過している場合（Ｉ_ＢＭ＞β）には、マスタ側下アームＴ２_ＭのＯＮ固着が生じていると判断する（Ｓ２４）。この場合には、マスタ側ＳＭＲを遮断し、マスタ側バッテリ２０_Ｍをシステムから切り離す（Ｓ２６）。

一方、Ｉ_ＢＭが閾値β未満である場合は、続いて、スレーブ側電池電流値Ｉ_ＢＳと閾値βとを比較する（Ｓ３２）。比較の結果、Ｉ_ＢＳ＞βの場合は、スレーブ側下アームＴ２_ＳのＯＮ固着が生じていると判断する（Ｓ３４）。この場合には、スレーブ側ＳＭＲを遮断し、スレーブ側バッテリ２０_Ｓをシステム１２から切り離す（Ｓ３６）。

ステップＳ２２、ステップＳ３２のいずれにおいてもＮＯであった場合、制御部は、電池間短絡、電池内短絡のいずれも生じていないと判断する。この場合は、規定時間待機した後、再度、ステップＳ１０へと戻る。換言すれば、制御部１６は、繰り返し短絡の有無検査を実行する。

以上の説明から明らかなとおり本実施形態によれば、電池間短絡・電池内短絡の発生有無だけでなく、いずれの電源ユニット１４で異常が生じたかも特定もできる。その結果、異常が生じた電源ユニット１４のバッテリ２０のみをシステム１２から切り離すこができ、バッテリの損傷を防止しつつ、より効率的な運転が可能となる。また、リアクトル電流値Ｉ_Ｌから、パワー収支分電流値Ｉ_１を減算して電池間収支分電流値Ｉ_２を算出し、このＩ_２の値に基づいて電池間短絡の有無を判断している。そのため、電動機５２での消費電力の大きさに関わらず、電池間収支分電流値Ｉ_２の過大を確実に検出できる。さらに、電池間短絡の疑いがある場合には、電動機ユニット５０を一時的に電源ユニット１４から切り離すため、より正確に電池間短絡の有無を判断できる。

なお、短絡判定の基準となる閾値α、α´、βは、固定値であってもよいし、各種条件に応じて変動する変動値であってもよい。例えば、閾値α、α´、βは、温度に応じて変動する変動値であってもよい。かかる構成とすれば、より正確に短絡の有無を判断することができる。すなわち、温度が変化すれば内部抵抗なども変化し、電流値も変化する。換言すれば、短絡発生時の電流値は温度によって異なるといえる。そこで、図５に図示するように、閾値α、α´、βを、温度に応じて変動させることが望ましい。図５において、横軸は温度、縦軸は電流値を示している。また、実線は閾値αを、破線は閾値α´を、一点鎖線は閾値βをそれぞれ示している。この図５から明らかなとおり、この例では、低温になるほど、閾値α、α´、βの絶対値が小さくなるようにしている。これは、低温になるほど内部抵抗が大きくなり、短絡時の電流値も小さくなるからである。そして、このように、閾値α、α´、βを、温度に応じて変動させれば、より正確に短絡の有無判断ができる。

また、本実施形態では、図４に示すとおり、電池間短絡の有無判定を二回行っている（Ｓ１０，Ｓ１４）が、ステップＳ１０とステップＳ１４のいずれか一方を省略してもよい。

さらに、上述の説明では、スレーブ側コンバータ２２_Ｓに設置されたリアクトル電流センサＳ_Ｌでスレーブ側のリアクトル電流値Ｉ_Ｌを検出する構成としているが、電池電流センサＳ_ＢＭ，Ｓ_ＢＳで検出された電池電流値Ｉ_ＢＭ，Ｉ_ＢＳに基づいて、リアクトル電流値、ひいては、電池間収支分電流値を演算してもよい。

具体的には、マスタ側電池電流値Ｉ_ＢＭを、マスタ側のリアクトル電流値Ｉ_ＬＭと、ほぼ同じと仮定する。この場合、次の式５が成立することになる。

Ｉ_ＢＭ≒Ｉ_ＬＭ＝（Ｉａ＋Ｉｂ）×｛Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ−Ｖ_ＬＭ）×（１−γ）｝＋Ｉｄ＋｛（Ｖ_ＬＳ−Ｖ_ＬＭ）／Ｒ×Ｄ｝ ・・・式５

ここで、Ｉｄは、補機に流れる電流値である。この補機電流値Ｉｄは、センサなどで検出した検出値を用いてもよいし、制御の結果、得られるであろう見込みの値でもよい。この式５において、Ｋ_Ｍ＝｛Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ−Ｖ_ＬＭ）×（１−γ）｝、Ｉ_２Ｍ＝（Ｖ_ＬＳ−Ｖ_ＬＭ）／Ｒ×Ｄとおいた場合、次の式６が成立する。

Ｉ_ＢＭ≒（Ｉａ＋Ｉｂ）Ｋ_Ｍ＋Ｉ_２Ｍ＋Ｉｄ
Ｉ_２Ｍ≒Ｉ_ＢＭ−（Ｉａ＋Ｉｂ）Ｋ_Ｍ−Ｉｄ ・・・式６

上アームデューティを乗算して得られる値であるＩ_２Ｍは、上アームのＯＮ固着が生じた場合に過大になる値であると言える。したがって、短絡の有無を判断する場合、制御部は、このＩ_２Ｍと規定の閾値α_１（α_１＞０）とを比較する。比較の結果、Ｉ_２Ｍ＜−α_１の場合にはマスタ側上アームＴ１_ＭのＯＮ固着が、Ｉ_２Ｍ＞α_１の場合にはスレーブ側上アームＴ１_ＳのＯＮ固着が、それぞれ、生じていると判断する。

同様に、スレーブ側電池電流値Ｉ_ＢＳを、スレーブ側のリアクトル電流値Ｉ_Ｌ（以下では、マスタ側リアクトル電流値Ｉ_ＬＭとの区別を明確にするために添字Ｓを追加してスレーブ側リアクトル電流値Ｉ_ＬＳと標記する。以下、Ｋ，Ｉ_２も同じ）とみなした場合、次の式７が成立することになる。

Ｉ_ＢＳ≒Ｉ_ＬＳ
＝（Ｉａ＋Ｉｂ）×｛Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ−Ｖ_ＬＳ）×γ｝＋（Ｖ_ＬＭ−Ｖ_ＬＳ）×Ｄ／Ｒ
Ｋ_Ｓ＝｛Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ−Ｖ_ＬＳ）×γ｝、Ｉ_２Ｓ＝（Ｖ_ＬＭ−Ｖ_ＬＳ）×Ｄ／Ｒとした場合、
Ｉ_ＢＳ＝（Ｉａ＋Ｉｂ）・Ｋ_Ｓ＋Ｉ_２Ｓ
Ｉ_２Ｓ＝Ｉ_ＢＳ−（Ｉａ＋Ｉｂ）・Ｋ_Ｓ ・・・式７

この式７におけるＩ_２Ｓも、Ｉ_２Ｍと同じく、上アームのＯＮ固着が生じた場合に過大になる値である。したがって、短絡の有無を判断する場合、このＩ_２Ｓと規定の閾値α_２（α_２＞０）とを比較するようにしてもよい。比較の結果、Ｉ_２Ｓ＜−α_２の場合にはスレーブ側上アームＴ１_ＳのＯＮ固着が、Ｉ_２Ｓ＞α_２の場合にはマスタ側上アームＴ１_ＭのＯＮ固着が、それぞれ、生じていると判断することができる。

本発明の実施形態である電力制御システムの構成を示す図である。 スレーブ側電源ユニットの拡大図である。 電流の流れを示す概略図である。 短絡検出処理の流れを示すフローチャートである。 閾値の一例を示すグラフである。

符号の説明

Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｌ_Ｓ リアクトル、Ｓ_ＢＭ，Ｓ_ＢＳ 電池電流センサ、Ｓ_Ｌ リアクトル電流センサ、Ｔ１_Ｍ，Ｔ１_Ｓ 上アーム（トランジスタ）、Ｔ２_Ｍ，Ｔ２_Ｓ 下アーム（トランジスタ）、１２ 電力制御システム、１４_Ｍ，１４_Ｓ 電源ユニット、１６ 制御部、２０_Ｍ，２０_Ｓ バッテリ、２２_Ｍ，２２_Ｓ コンバータ、４０ 補機、５０ａ，５０ｂ 電動機ユニット、５２ａ，５２ｂ 電動機、５４ａ，５４ｂ インバータ。

Claims (6)

1. 互いに並列に接続された二つの電源ユニットであって、それぞれが放充電可能な電源と、当該電源に接続されるとともに供給された電圧を昇降する電圧変換器と、を有した二つの電源ユニットと、
   前記二つの電源ユニットのうち少なくとも一方の電圧変換器に流れる電流であるリアクトル電流の値および向きを取得するリアクトル電流取得手段と、
   前記電源ユニットの駆動を制御するとともに、取得された前記リアクトル電流の値に基づいて前記二つの電源ユニット間での短絡の有無を判断し、前記電源ユニット間での短絡が生じている場合には前記リアクトル電流の向きに基づいて短絡の原因となった電源ユニットを特定する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電力制御システム。
2. 請求項１に記載の電力制御システムであって、さらに、
   各電源ユニットごとに設けられ、対応する電源ユニットの電源から出力される電流値である電池電流の値を検出する電池電流検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記電池電流の値に基づいて、当該電池電流に対応する電源ユニットにおける内部的短絡の有無を判断する、
   ことを特徴とする電力制御システム。
3. 請求項１または２に記載の電力制御システムであって、さらに、
   各電源ごとに設けられ、当該電源をシステムから切り離す遮断手段を備え、
   前記制御手段は、短絡発生時には、前記遮断手段を駆動して、当該短絡の原因となった電源ユニットの電源を当該電力制御システムから切り離す、
   ことを特徴とする電力制御システム。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電力制御システムであって、
   前記制御手段は、電動機に出力される電流値に二つの電源ユニット間での電力分配率を乗算した値をパワー収支分電流値として算出し、前記リアクトル電流の値から当該パワー収支分電流値を減算した値を電池間収支分電流値として算出し、当該電池間収支分電流値の絶対値が規定の閾値を超過する場合に電池間短絡が生じていると判断することを特徴とする電力制御システム。
5. 請求項４に記載の電力制御システムであって、
   前記制御手段は、前記電動機を電源ユニットに接続した状態で前記電池間収支分電流値に基づいて電池間短絡の有無を判断し、電池間短絡が生じていると判断された場合には、前記電動機を前記電源ユニットから一時的に切り離した状態で前記リアクトル電流値に基づいて、再度、電池間短絡の有無を判断する、ことを特徴とする電力制御システム。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電力制御システムであって、
   前記制御部は、予め、短絡有無判断の基準となる閾値を記憶しており、
   前記閾値は、温度に応じて変動する変動値である、
   ことを特徴とする電力制御システム。

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