JP6479383B2 - 車両用蓄電池システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、車両用蓄電池システムに関する。

従来、充放電を繰り返し行う蓄電池は、過放電や過充電が生じた場合や許容値を超えて発熱した場合、蓄電池を制御する制御系に異常が生じた場合等に速やかに蓄電池を主回路側から切り離せるように、主回路と蓄電池との間には遮断器が設けられている。

特開２０１３−１９５１２９号公報

蓄電池の利用例として、車両の駆動用電源がある。蓄電池は、例えば蓄電池の電力によって駆動源（モータ）を駆動することにより走行する電気機関車や、駆動源としてモータとエンジンを有したハイブリッド機関車等に搭載される。また、蓄電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の乗用車、トラック、バス等に搭載される場合もある。ところで、車両搭載型の蓄電池は、定置型の蓄電池に比べて振動を受ける環境で使用される期間が長い。同様に、蓄電池を制御する制御部や遮断器等も厳しい環境で使用される可能性が高い。そのため、車両用の蓄電池は、予め想定した安全設計と信頼性の確立を定置型の蓄電池より高いレベルで求められる傾向がある。

実施形態にかかる車両用蓄電池システムは、例えば、蓄電池と、主回路部と、遮断器と、蓄電池管理部と、第１判定部と、第２判定部と、主回路ユニットと、蓄電池ユニットと、主回路側通信部と、電池側通信部と、を備える。主回路部は、蓄電池と電気的に接続される。遮断器は、蓄電池と主回路部の間に配置されて電気的な接続の閉路または開路を行う。蓄電池管理部は、蓄電池の動作状態を管理する。第１判定部は、蓄電池と主回路部とを遮断器によって遮断するか否か決定する。第２判定部は、蓄電池管理部と第１判定部と遮断器のうち少なくとも一つの動作状態に基づいて蓄電池と主回路部とを遮断器によって遮断するか否か決定する。主回路ユニットは、主回路部と第２判定部とを備える。蓄電池ユニットは、蓄電池と、遮断器と、蓄電池管理部と、第１判定部とを備える。そして、主回路ユニットに複数の蓄電池ユニットが接続され、第１判定部と第２判定部の少なくとも一方は、複数の蓄電池ユニットを主回路ユニットから個別に遮断可能である。主回路側通信部は、主回路ユニットに設けられ、電池側通信部は、蓄電池ユニットに設けられ、主回路側通信部と通信する。そして、第２判定部は、主回路側通信部と電池側通信部との通信により第１判定部が遮断器を開放する旨の信号を取得した場合で遮断器の開放を検出できない場合、第１判定部が開放を決定した遮断器を含む蓄電池ユニットの遮断器を開放動作させる。

図１は、実施形態にかかる車両用蓄電池システムの構成を説明するブロック図である。 図２は、実施形態にかかる車両用蓄電池システムの異常診断処理を説明するフローチャートである。 図３は、実施形態にかかる車両用蓄電池システムの蓄電池を収納する収納庫に設けられる表示灯と機械式スイッチの接続例を示す図である。

以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が省略される。

図１は、実施形態にかかる車両用蓄電池システム１０の構成を説明するブロック図である。なお、図１は、遮断器をトリップさせるために必要な構成を中心に図示し、それ以外の構成は図示及びその説明を省略する。

車両用蓄電池システム１０は、主として蓄電池ユニット１２と主回路ユニット１４とを備える。蓄電池ユニット１２と主回路ユニット１４とは電気的に接続される。蓄電池ユニット１２に含まれる蓄電池１６は、配線用遮断器（ＭＣＣＢ；Molded Case Circuit Breaker）１８（以下、ＭＣＣＢまたは遮断器という）を介して主回路ユニット１４側の主回路部２０に接続されている。したがって、ＭＣＣＢ１８を開放動作させることにより、主回路ユニット１４から蓄電池ユニット１２を実質的に切り離すことができる。なお、車両用蓄電池システム１０を構成する蓄電池ユニット１２は１ユニットでもよいし、図１に示すように複数の蓄電池ユニット１２を単一の主回路ユニット１４に接続する構成でもよい。複数の蓄電池ユニット１２を単一の主回路ユニット１４に接続する場合、各蓄電池ユニット１２が並列に主回路ユニット１４に接続される。したがって、複数の蓄電池ユニット１２のうち１つまたは幾つかが切り離されても、残りの蓄電池ユニット１２は主回路ユニット１４と接続状態である。つまり、主回路部２０は、ＭＣＣＢ１８が閉路状態で主回路ユニット１４側と電気的に接続中の蓄電池ユニット１２の蓄電池１６の充放電制御を正常に実行することができる。例えば、車両用蓄電池システム１０が鉄道車両に搭載されている場合、複数の蓄電池ユニット１２のうち１つまたは幾つかに異常が発生して主回路ユニット１４から切り離された場合でも、残りの蓄電池ユニット１２の蓄電池１６により鉄道車両の走行を維持することができる。また、異常と見なされた蓄電池ユニット１２を他の正常な蓄電池ユニット１２から切り離すことにより、異常と見なされた蓄電池ユニット１２が正常な蓄電池ユニット１２にダメージを与えてしまうことを防止できる。

蓄電池ユニット１２は、蓄電池１６、ＭＣＣＢ１８、バッテリマネージメントユニット（ＢＭＵ；Battery Management Unit）２２（以下、ＢＭＵまたは蓄電池管理部という）、制御電源部２４、第１リレー２６、第２リレー２８を備える。

蓄電池１６は、例えば、直列または並列に接続された複数の単電池（電池、単電池部、単セル）１６ａで構成されている。単電池１６ａは、例えば、それぞれ、リチウムイオン二次電池として構成されることができる。なお、単電池１６ａは、ニッケル水素電池や、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等、他の二次電池であってもよい。各蓄電池１６には、単電池１６ａごとの電圧や温度を検出して電圧温度監視機能を実現するセルモニタリングユニット（ＣＭＵ；Cell Monitoring Unit）１６ｂが設けられている。ＣＭＵ１６ｂは所定検出周期で検出した単電池１６ａの電圧や温度をＣＭＵ配線３０を介して接続されたＢＭＵ２２の電池監視部３２に提供する。なお、図１の場合、複数の単電池１６ａが直列に接続された例を示しているが、電池容量を増加させるために、図１に示すような直列接続された単電池群を並列に複数セット接続してもよい。

直列接続された単電池１６ａのうち一方の端部に位置する単電池１６ａの正極端子は、正極配線３４を介してＭＣＣＢ１８に含まれる正極可動接点１８ａの一端に接続される。正極可動接点１８ａの他端は主回路正極配線３６を介して主回路部２０の正極端子（不図示）に接続される。また、直列接続された単電池１６ａのうち他方の端部に位置する単電池１６ａの負極端子は、負極配線３８を介してＭＣＣＢ１８に含まれる負極可動接点１８ｂの一端に接続される。負極可動接点１８ｂの他端は主回路負極配線４０を介して主回路部２０の負極端子（不図示）に接続される。ＭＣＣＢ１８の正極可動接点１８ａ及び負極可動接点１８ｂは、常閉型（ノーマルクローズ型）の可動接点で、定常時は主回路部２０と蓄電池１６とを電気的に接続する。一方、正極可動接点１８ａ及び負極可動接点１８ｂは、蓄電池１６に過放電が流れた場合、操作者により手動で開路させられた場合、トリップ電圧が後述するＭＣＣＢコイル１８ｄに印加された場合等に開路する。その結果、ＭＣＣＢ１８が蓄電池１６と主回路部２０との電気的な接続を遮断する（開放する）。つまり、ＭＣＣＢ１８が開放動作した場合、当該ＭＣＣＢ１８を含む蓄電池ユニット１２が主回路ユニット１４から切り離されることになる。なお、ＭＣＣＢ１８は、正極可動接点１８ａと負極可動接点１８ｂの開路及び閉路と連動して開閉する検出用接点１８ｃを備える。また、ＭＣＣＢ１８は、電圧（トリップ電圧）が印加されることにより、正極可動接点１８ａ及び負極可動接点１８ｂを開路させるとともに、検出用接点１８ｃを例えば開路させるＭＣＣＢコイル１８ｄを備える。つまり、ＭＣＣＢ１８は、３つの常閉型の可動接点（正極可動接点１８ａ、負極可動接点１８ｂ、検出用接点１８ｃ）と、それらの接点を一括して動作させるＭＣＣＢコイル１８ｄを備える。

検出用接点１８ｃの一端は、電源配線４２を介して制御電源部２４の正極端子（＋）に接続され、他端は、検出配線４４を介して主回路ユニット１４に含まれるＭＣＣＢ状態信号検出部４６に接続される。なお、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６の詳細は後述する。また、ＭＣＣＢコイル１８ｄの一端はグランド配線４８を介してグランド（−）に接続され、他端は、第１リレー配線５０を介して第１リレー２６の可動接点２６ａに接続されるとともに、第２リレー配線５２を介して第２リレー２８の可動接点２８ａに接続される。

ＢＭＵ２２は、電池監視部３２、第１判定部５４、電池側通信部５６、トリップ命令部５８等を備える。電池監視部３２は、ＣＭＵ配線３０を介して蓄電池１６の各ＣＭＵ１６ｂからの検出結果を受け付け、第１判定部５４に提供する。第１判定部５４は、電池監視部３２から提供される各単電池１６ａの動作状態に基づいて、蓄電池１６と主回路部２０との接続を遮断するか否か決定する。例えば、第１判定部５４は、単電池１６ａが過放電や過充電となった場合や単電池１６ａの温度が所定の閾値を超えて上昇した場合、異常動作するＣＭＵ１６ｂや反応しないＣＭＵ１６ｂが検出された場合等に異常判定を行う。そして、第１判定部５４は、異常を示す単電池１６ａやＣＭＵ１６ｂを含む蓄電池１６に対して、正常な制御維持が困難であると判定する。その結果、第１判定部５４は、制御維持が困難であると判定した蓄電池１６を主回路部２０から切り離すことを決定する。

また、第１判定部５４には、電池側通信部５６が接続され、当該電池側通信部５６から提供される主回路ユニット１４側との通信状態や通信内容に基づいて、蓄電池１６と主回路部２０との接続を遮断するか否か決定する。電池側通信部５６は、通信配線６０を介して主回路ユニット１４の主回路側通信部６２と接続されている。電池側通信部５６は、主回路側通信部６２との通信状態の確立／未確立を第１判定部５４に通知する。例えば、電池側通信部５６と主回路側通信部６２との通信が未確立の場合、主回路ユニット１４側で異常（不具合）が生じている可能性や通信配線６０が断線している可能性がある。また、電池側通信部５６と主回路側通信部６２の少なくとも一方で送信機能または受信機能に異常が発生している可能性がある。そこで、電池側通信部５６は、主回路側通信部６２との通信が未確立である旨を第１判定部５４に通知する。第１判定部５４は、主回路ユニット１４や通信配線６０等に異常があり、通信が確立できなかった電池側通信部５６を含む蓄電池ユニット１２（蓄電池１６）の正常な制御の継続ができない可能性があると判定する。つまり、第１判定部５４は、制御維持が困難であると判定した蓄電池ユニット１２（蓄電池１６）を主回路部２０から切り離すことを決定する。なお、主回路ユニット１４に複数の蓄電池ユニット１２が接続されている場合で、例えば主回路ユニット１４側の異常が原因で通信が未確立となった場合、各蓄電池ユニット１２のＢＭＵ２２の第１判定部５４が蓄電池ユニット１２ごとにＭＣＣＢ１８を開放動作させることができる。つまり、全ての蓄電池ユニット１２を主回路ユニット１４から切り離すことができる。一方、第１判定部５４は、主回路ユニット１４は正常であるが、ある蓄電池ユニット１２に対する通信機能が異常であったり、通信配線６０に断線が生じて通信が未確立となった場合も蓄電池ユニット１２に異常があると判定する。そして、第１判定部５４は、断線が生じている通信配線６０や通信異常を示す電池側通信部５６を含む蓄電池ユニット１２のＭＣＣＢ１８のみを開放動作させることもできる。その結果、異常を有する蓄電池ユニット１２のみを主回路ユニット１４から切り離すことができる。なお、第１判定部５４は、主回路側通信部６２と電池側通信部５６との通信が確立している場合に、主回路ユニット１４側からの指示に従いＭＣＣＢ１８を開放動作させることもできる。例えば、異常が発見された蓄電池ユニット１２を主回路ユニット１４から切り離すことができない場合、他の正常な蓄電池ユニット１２を保護する目的で、主回路ユニット１４から全ての正常な蓄電池ユニット１２を切り離し分離することもできる。

第１判定部５４が、ＭＣＣＢ１８を遮断する必要があると決定した場合、トリップ指令（開放指令、遮断指令）をトリップ命令部５８に供給する。トリップ命令部５８は、第１判定部５４からのトリップ指令に基づき第１リレー２６にトリップ電圧（開放信号、遮断信号）を出力する。第１リレー２６の動作については後述する。

制御電源部２４は、補助電源６４から供給される電圧を例えば降圧して、ＢＭＵ２２、ＭＣＣＢ１８、第１リレー２６、第２リレー２８等に駆動用電源を提供する。なお、補助電源６４は、例えば車両の走行用駆動力以外の電源を供給するもので、上述した用途以外に、車両に備えられる装置、例えば空気調和装置や各種表示装置、照明等の電源として、適宜電圧調整が行われて利用される。

第１リレー２６は、いわゆる常開型（ノーマルオープン型）のリレーで、ＢＭＵ２２のトリップ命令部５８からトリップ電圧が第１コイル配線６６を介して第１リレーコイル２６ｂの一端に印加されると可動接点２６ａが閉路する。前述したように、可動接点２６ａの一端は、ＭＣＣＢコイル１８ｄに接続され、可動接点２６ａの他端は電源配線６８を介して制御電源部２４の正極端子（＋）に接続されている。したがって、可動接点２６ａが閉路すると、ＭＣＣＢ１８のＭＣＣＢコイル１８ｄに電圧が印加されて、正極可動接点１８ａ及び負極可動接点１８ｂを開路させるとともに、検出用接点１８ｃを開路させる。つまり、ＭＣＣＢ１８は、ＢＭＵ２２の指令により開放動作させられて、主回路部２０から蓄電池１６を切り離す（自己遮断させる）。なお、第１リレーコイル２６ｂの他端は、グランド配線７０を介してグランド（−）に接続されている。

第２リレー２８は、いわゆる常開型（ノーマルオープン型）のリレーで、後述するＭＣＣＢ開放出力部７２から第２コイル配線７４を介してトリップ電圧が第２リレーコイル２８ｂの一端に印加されると、可動接点２８ａが閉路する。前述したように、可動接点２８ａの一端は、ＭＣＣＢコイル１８ｄに接続され、可動接点２８ａの他端は電源配線７６を介して制御電源部２４の正極端子（＋）に接続されている。したがって、可動接点２８ａが閉路すると、ＭＣＣＢ１８のＭＣＣＢコイル１８ｄに電圧が印加され、正極可動接点１８ａ及び負極可動接点１８ｂを開路させるとともに、検出用接点１８ｃを開路させる。つまり、ＭＣＣＢ１８は、主回路ユニット１４からの指令により開放動作させられて、主回路部２０から蓄電池１６を切り離す（外部遮断させる）。なお、第２リレーコイル２８ｂの他端は、グランド配線７８を介してグランド（−）に接続されている。

主回路ユニット１４は、主回路部２０、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６、主回路側通信部６２、ＭＣＣＢ開放出力部７２、第２判定部８０を備える。主回路部２０は、主として車両駆動用の電力を制御するコンバータやインバータを含む。また、モータ制御アルゴリズム等も含む。

ＭＣＣＢ状態信号検出部４６は、検出配線４４を介して検出用接点１８ｃの開閉状態（導通状態）に基づく状態検出信号を取得する。状態検出信号は、検出用接点１８ｃが閉路状態であるか否かを示す。例えば、検出用接点１８ｃが閉路状態の場合、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６で状態検出信号が取得できる。つまり、ＭＣＣＢ１８が閉路状態であることが確認できる。一方、検出用接点１８ｃが開路状態の場合、または検出配線４４に断線がある等で信号が遮断されている場合、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６で状態検出信号は検出されない。つまり、ＭＣＣＢ１８が開路状態であるか、または検出配線４４に断線があることが確認できる。そして、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６は、状態検出信号の取得の有無を第２判定部８０に提供する。第２判定部８０は、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６、主回路側通信部６２等から提供される情報（データ）に基づいて、主回路ユニット１４側からの指令により蓄電池１６と主回路部２０とを遮断するか否か決定する。

ここで、主回路ユニット１４側の第２判定部８０からの指令により蓄電池１６と主回路部２０とを遮断する旨を決定する例を示す。例えば、第２判定部８０が、主回路側通信部６２と電池側通信部５６との通信によりＢＭＵ２２側でトリップ指令（トリップ電圧）が出力されていないことを示す情報（データ）を取得したとする。このとき、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６が状態検出信号を取得していない場合、検出用接点１８ｃの開路（ＭＣＣＢ１８の開放）を示す情報（データ）を取得したことになる。つまり、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６が取得した情報（データ）とＢＭＵ２２の制御状態に矛盾が生じる。この場合、検出配線４４の断線等が疑われる。検出配線４４の断線が蓄電池１６の制御に与える影響は少ない可能性があるが、蓄電池１６の安全な運用を保証するために、第２判定部８０は、主回路ユニット１４側からの指令により蓄電池１６と主回路部２０とを遮断することを決定する。

また、第２判定部８０が、主回路側通信部６２と電池側通信部５６との通信によりＢＭＵ２２側でトリップ指令（トリップ電圧）が出力されたことを示す情報（データ）を取得したとする。このとき、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６から検出用接点１８ｃの閉路（ＭＣＣＢ１８の非開放）を示す状態検出信号を取得した場合、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６が取得した情報（データ）とＢＭＵ２２の制御状態に矛盾が生じる。この場合、第１コイル配線６６の断線や第１リレー２６の異常等が疑われる。この場合も蓄電池１６の安全な運用を保証するために、第２判定部８０は、主回路ユニット１４側からの指令により蓄電池１６と主回路部２０とを遮断することを決定する。

また、第２判定部８０は、主回路側通信部６２と電池側通信部５６との通信が未確立の場合、通信配線６０の断線やＢＭＵ２２の異常等が疑われる。この場合も蓄電池１６の安全な運用を保証するために、第２判定部８０は、主回路ユニット１４側からの指令により蓄電池１６と主回路部２０とを遮断することを決定する。

このように、本実施形態の車両用蓄電池システム１０によれば、ＭＣＣＢ１８の開放動作を、ＢＭＵ２２から第１リレー２６を介した開放指令と、主回路ユニット１４から第２リレー２８を介した開放指令との２系統で実行することができる。その結果、蓄電池１６に異常が生じた場合、ＢＭＵ２２により対象となる蓄電池ユニット１２を主回路ユニット１４の主回路部２０から個別に切り離すことができる。さらに、ＢＭＵ２２を含む蓄電池ユニット１２側に異常が生じた場合でも、主回路ユニット１４側からの指示によりＢＭＵ２２を介さずに異常が生じた蓄電池ユニット１２を主回路ユニット１４の主回路部２０から個別に切り離すことができる。つまり、異常が発生した場合、確実に主回路ユニット１４から蓄電池ユニット１２を切り離すことができる。これにより、例えば、単一の主回路ユニット１４に複数の蓄電池ユニット１２が接続されていた場合で、いずれかの蓄電池ユニット１２で異常が生じた場合、その蓄電池ユニット１２のみを主回路ユニット１４から確実に切り離すことができる。そして、主回路ユニット１４は、残りの正常な蓄電池ユニット１２のみを用いて、例えば鉄道車両の走行を継続させることが可能になる。また、異常が生じている蓄電池ユニット１２を迅速に車両用蓄電池システム１０から切り離すことができるので、異常が発生した蓄電池ユニット１２が他の正常な蓄電池ユニット１２にダメージを与えることを抑制できる。つまり、車両用蓄電池システム１０の維持を行うことができる。

図２は、上述したように構成される本実施形態の車両用蓄電池システム１０における異常診断処理を説明するフローチャートである。なお、図２に示す異常診断処理において、車両用蓄電池システム１０は、単一の主回路ユニット１４に対して複数の蓄電池ユニット１２が接続されているものとし、車両用蓄電池システム１０の通常運転時に順次蓄電池ユニット１２の異常診断を実行する例を説明する。また、車両用蓄電池システム１０は、所定の制御周期で図２に示すフローチャートを繰り返し実行するものとする。また、本実施形態の場合、異常診断の手順の理解を容易にするため、蓄電池ユニット１２で発生し得る異常は、同一ユニット内で同時多発しないものとする（同一ユニット内で発生し得る異常は１カ所）として、図２のフローチャートの異常診断を実行する。

まず、第２判定部８０は、今回のタイミングにおける診断対象の蓄電池ユニット１２を選択する（Ｓ１００）。続いて第２判定部８０は、主回路側通信部６２から診断対象の蓄電池ユニット１２の電池側通信部５６と通信可能か否か確認する（Ｓ１０２）。主回路側通信部６２と診断対象の蓄電池ユニット１２の電池側通信部５６との通信が確立している場合（Ｓ１０２のＹｅｓ）、その通信内容から診断対象の蓄電池ユニット１２のＢＭＵ２２（トリップ命令部５８）からトリップ指令が出力されているか否か確認する（Ｓ１０４）。ＢＭＵ２２（トリップ命令部５８）からトリップ指令が出力されていない場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）、第２判定部８０はＭＣＣＢ状態信号検出部４６を介して状態検出信号が取得できたか確認する（Ｓ１０６）。第２判定部８０は、診断対象の蓄電池ユニット１２から状態検出信号が取得できた場合（Ｓ１０６のＹｅｓ）、つまり、ＭＣＣＢ１８が閉路状態であることが確認できた場合、ＢＭＵ２２による制御とＭＣＣＢ状態信号検出部４６による検出結果が一致していると判定する。その結果、第２判定部８０は、診断対象の蓄電池ユニット１２は正常に動作していると判定する。そして、第２判定部８０は、現在選択している蓄電池ユニット１２の異常診断を完了させるとともに、全ての蓄電池ユニット１２に対し異常診断が終了していない場合は（Ｓ１０８のＮｏ）、Ｓ１００に戻り、次の蓄電池ユニット１２の異常診断を開始する。また、全ての蓄電池ユニット１２に対し、異常診断が終了した場合（Ｓ１０８のＹｅｓ）、一旦このフローを終了して、次の異常診断タイミングにＳ１００から処理を実行する。

Ｓ１０２において、主回路側通信部６２と電池側通信部５６との通信が不可能（未確立）の場合（Ｓ１０２のＮｏ）、第２判定部８０は、診断対象の蓄電池ユニット１２を主回路ユニット１４から切り離すことを決定する。このとき、主回路側通信部６２と電池側通信部５６との通信不能の原因は、通信配線６０の断線が考えられる。その一方で、主回路側通信部６２の受信機能のみの異常、電池側通信部５６の送信機能のみの異常等も考えられる。このような場合、主回路ユニット１４側からＢＭＵ２２にトリップ指令を出すように指令することが可能な場合がある。したがって、第２判定部８０は、システムとして異常の可能性のある蓄電池ユニット１２を確実に主回路ユニット１４から切り離すために、実行可能な全ての手段を試みる。つまり、ＢＭＵ２２にＭＣＣＢ１８を開放するための開放指令を出す（Ｓ１１０）。その上で、第２判定部８０は、ＭＣＣＢ開放出力部７２により診断対象の蓄電池ユニット１２のＭＣＣＢ１８に開放指令を出力する（Ｓ１１２）。すなわち、ＭＣＣＢ開放出力部７２は、ＭＣＣＢ１８の第２リレーコイル２８ｂにトリップ電圧を印加する。第２判定部８０は、ＢＭＵ２２から出力した開放指令またはＭＣＣＢ開放出力部７２から第２リレーコイル２８ｂにトリップ電圧を印加させたことにより、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６で今まで取得できていた状態検出信号が取得できなくなったか否か確認する（Ｓ１１４）。ＭＣＣＢ状態信号検出部４６で状態検出信号が取得できない場合（Ｓ１１４のＮｏ）、第２判定部８０は、診断対象であり、異常があると見なした蓄電池ユニット１２の主回路ユニット１４からの切り離しに成功したと判定して、Ｓ１０８の処理を実行する。つまり、現在選択している蓄電池ユニット１２の異常診断を完了させるとともに、全ての蓄電池ユニット１２に対し異常診断が終了していない場合は（Ｓ１０８のＮｏ）、Ｓ１００に戻り、次の蓄電池ユニット１２の異常診断を開始する。また、全ての蓄電池ユニット１２に対し、異常診断が終了した場合（Ｓ１０８のＹｅｓ）、一旦このフローを終了して、次の異常診断タイミングにＳ１００から処理を実行する。

また、Ｓ１０４でＢＭＵ２２（トリップ命令部５８）からトリップ指令が出力されている場合（Ｓ１０４のＮｏ）、ＭＣＣＢ１８は開路状態なっているはずである。第２判定部８０は、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６で今まで取得できていた状態検出信号が取得できなくなったか否か確認する（Ｓ１１６）。ＭＣＣＢ状態信号検出部４６で状態検出信号が取得できない場合（Ｓ１１６のＮｏ）、第２判定部８０は、診断対象の蓄電池ユニット１２は、ＢＭＵ２２からのトリップ指令により正常に主回路ユニット１４からの切り離されたと判定して、Ｓ１０８の処理を実行する。つまり、現在選択している蓄電池ユニット１２の異常診断を完了させるとともに、全ての蓄電池ユニット１２に対し異常診断が終了していない場合は（Ｓ１０８のＮｏ）、Ｓ１００に戻り、次の蓄電池ユニット１２の異常診断を開始する。また、全ての蓄電池ユニット１２に対し、異常診断が終了した場合（Ｓ１０８のＹｅｓ）、一旦このフローを終了して、次の異常診断タイミングにＳ１００から処理を実行する。

Ｓ１１６において、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６で状態検出信号が取得できた場合（Ｓ１１６のＹｅｓ）、ＢＭＵ２２側からトリップ指令が出力されているにも拘わらず、ＢＭＵ２２が閉路状態（非開放状態）になっていることになる。つまり、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６が取得した情報（データ）、すなわち、状態検出信号の内容とＢＭＵ２２の制御状態に矛盾が生じていることになる。この場合、例えば第１コイル配線６６やグランド配線７０の断線が考えられる。この場合も第２判定部８０は、診断対象の蓄電池ユニット１２に異常がある可能性があると判定して、Ｓ１１０に移行して、システムとして異常の可能性のある蓄電池ユニット１２を確実に主回路ユニット１４から切り離すために、実行可能な全ての手段を試みるためにＳ１１０以降の処理を実行する。

Ｓ１０６において、ＢＭＵ２２からトリップ指令が出力されていないにも拘わらず、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６で状態検出信号が取得できない場合（Ｓ１０６のＮｏ）、検出配線４４の断線等が疑われる。この場合も第２判定部８０は、診断対象の蓄電池ユニット１２に異常がある可能性があると判定して、Ｓ１１０に移行して、システムとして異常の可能性のある蓄電池ユニット１２を確実に主回路ユニット１４から切り離すために、実行可能な全ての手段を試みるためにＳ１１０以降の処理を実行する。

Ｓ１１２において、診断対象の蓄電池ユニット１２のＭＣＣＢ１８に開放指令を出力したにも拘わらず、Ｓ１１４において、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６により状態検出信号が検出された場合（Ｓ１１４のＹｅｓ）、診断対象の蓄電池ユニット１２の切り離しに失敗したと見なせる。この場合、第２判定部８０は、異常と診断された蓄電池ユニット１２が主回路ユニット１４経由で他の正常な蓄電池ユニット１２にダメージを与えてしまうことを防止するために、主回路ユニット１４から全ての蓄電池ユニット１２を切り離す。つまり、主回路ユニット１４は、全ての蓄電池ユニット１２のＢＭＵ２２に対して通信配線６０を介してＭＣＣＢ１８の開放指令を出力する（Ｓ１１８）。また、第２判定部８０は、全蓄電池ユニット１２のＭＣＣＢ１８に対して、ＭＣＣＢ開放出力部７２より開放指令を出力する（Ｓ１２０）。その結果、切り離しに失敗した蓄電池ユニット１２を除く全ての蓄電池ユニット１２が主回路ユニット１４から確実に切り離される。さらに、第２判定部８０は、切り離しに失敗した蓄電池ユニット１２から主回路部２０を保護するために主回路ユニット１４内において主回路部２０を遮断する（Ｓ１２２）。つまり、切り離しに失敗した異常と見なされた蓄電池ユニット１２からダメージを受けることを防止する。そして、第２判定部８０は、表示部や表示灯を用いて車両用蓄電池システム１０が全停止したことを報知して（Ｓ１２４）、このフローを終了する。

なお、Ｓ１０６において、ＭＣＣＢ状態信号検出部４６で状態検出信号が取得できない場合にＳ１１０に移行して、ＢＭＵ２２から開放指令及び主回路ユニット１４からの開放指令を出力した後、再びＭＣＣＢ状態信号検出部４６で状態検出信号が取得できるか確認している。Ｓ１０６からＳ１１０に移行する場合、検出配線４４の断線が疑われるものの、主回路側通信部６２と電池側通信部５６との通信は確立しているので、ＢＭＵ２２からの開放指令と主回路ユニット１４からの開放指令のいずれかにより開放動作が完了したと見なせる。つまり、Ｓ１０６からＳ１１０に移行した場合には、Ｓ１１０，Ｓ１１２の処理により主回路ユニット１４から異常と見なされた蓄電池ユニット１２の切り離しは成功したと例外的に見なして（状態検出信号を取得したとみなして）、Ｓ１０８に移行して以降の処理を実行することとする。

ところで、本実施形態の車両用蓄電池システム１０に用いる蓄電池１６の場合、安全設計の観点から上述したような異常時には、主回路ユニット１４から蓄電池ユニット１２を切り離す構成としている。それに加え、蓄電池ユニット１２の切り離しの有無に拘わらず、車両用蓄電池システム１０（蓄電池１６）の保守点検を行う際の作業者への注意喚起の手段として、図３に示すように、蓄電池１６にアクセスする際に点灯する表示灯８２を設けている。この表示灯８２は、蓄電池１６と並列に接続されている。また、この表示灯８２と直接に常開型（ノーマルオープン型）の機械式スイッチ８４が接続されている。機械式スイッチ８４は、蓄電池１６を収納する収納庫８６の扉８８が開放されたときに、蓄電池１６と表示灯８２との電気的接続を確立するように配置されている。このように、表示灯８２と機械式スイッチ８４を配置することにより、表示灯８２用に補助電源６４等の電力を使う必要がなく、作業者が注意を払う必要のある扉８８の開放時に確実に表示灯８２を点灯させることができる。また、扉８８が閉められて、蓄電池１６に直接アクセスできない場合、表示灯８２は消灯するので、蓄電池１６の不要な放電を防止できる。

上述したように、本実施形態の車両用蓄電池システム１０は、蓄電池１６と、蓄電池１６と電気的に接続された主回路部２０と、蓄電池１６と主回路部２０の間に配置されて電気的な接続の閉路または開路を行うＭＣＣＢ（遮断器）１８と、蓄電池１６の動作状態を管理するＢＭＵ（蓄電池管理部）２２と、蓄電池１６と主回路部２０とをＭＣＣＢ１８によって遮断するか否か決定する第１判定部５４と、ＢＭＵ２２と第１判定部５４とＭＣＣＢ１８のうち少なくとも一つの動作状態に基づいて蓄電池１６と主回路部２０とをＭＣＣＢ１８によって遮断するか否か決定する第２判定部８０と、を備える。この構成によれば、例えば、ＭＣＣＢ１８の開放動作をＢＭＵ２２からの遮断指令（開放指令）と、主回路部２０側からの遮断指令（開放指令）との２系統の指令により実行することができる。その結果、蓄電池１６に異常が生じた場合、その蓄電池１６を確実に主回路部２０から切り離すことができる。

また、本実施形態の車両用蓄電池システム１０は、例えば、第１判定部５４の判定結果にしたがって閉路して、ＭＣＣＢ１８を開放動作させる第１リレー２６と、第２判定部８０の判定結果にしたがって閉路して、ＭＣＣＢ１８を開放動作させる第２リレー２８と、を備えてもよい。この構成によれば、例えば、主回路部２０から蓄電池１６を切り離すためのシンプルで堅牢な２系統の遮断回路を容易に構成することができる。

また、本実施形態の車両用蓄電池システム１０は、主回路部２０と第２判定部８０とを備える主回路ユニット１４を構成し、蓄電池１６と、ＭＣＣＢ１８と、ＢＭＵ２２と、第１判定部５４とを備える蓄電池ユニット１２を構成する。主回路ユニット１４に複数の蓄電池ユニット１２が接続され、第１判定部５４と第２判定部８０の少なくとも一方は、複数の蓄電池ユニット１２を主回路ユニット１４から個別に遮断可能であるようにしてもよい。この構成によれば、例えば、複数の蓄電池ユニット１２のうち１つまたは幾つかに異常が生じた場合でも異常となった蓄電池ユニット１２を確実に主回路ユニット１４から切り離すことができる。また、例えば、車両用蓄電池システム１０が鉄道車両に搭載されている場合、複数の蓄電池ユニット１２のうち１つまたは幾つかに異常が発生して主回路ユニット１４から切り離された場合でも、残りの蓄電池ユニット１２の蓄電池１６により鉄道車両の走行を維持することができる。また、異常と見なされた蓄電池ユニット１２を他の正常な蓄電池ユニット１２から切り離すことにより、異常と見なされた蓄電池ユニット１２が正常な蓄電池ユニット１２にダメージを与えることを防止できる。

また、本実施形態の車両用蓄電池システム１０の主回路ユニット１４は、例えば、主回路側通信部６２を備え、蓄電池ユニット１２は、主回路側通信部６２と通信する電池側通信部５６を備える。そして、第１判定部５４と第２判定部８０の少なくとも一方は、主回路側通信部６２と電池側通信部５６との通信が未確立の場合、通信が未確立の蓄電池ユニット１２のＭＣＣＢ１８を開放動作させるようにしてもよい。この構成によれば、例えば、主回路ユニット１４と蓄電池ユニット１２との間で通信が未確立となり、情報（データ）の伝達がスムーズにできない場合、通信が未確立になった蓄電池ユニット１２を主回路ユニット１４から切り離して、システムの安全性の確保を確実に行うことができる。

また、本実施形態の車両用蓄電池システム１０の第２判定部８０は、主回路側通信部６２と電池側通信部５６との通信により第１判定部５４がＭＣＣＢ１８を開放する旨の信号を取得した場合でＭＣＣＢ１８の開放を検出できない場合、第１判定部５４が開放を決定したＭＣＣＢ１８を含む蓄電池ユニット１２のＭＣＣＢ１８を開放動作させるようにしてもよい。この構成によれば、例えば、ＢＭＵ２２側からＭＣＣＢ１８の開放ができない場合でも、主回路ユニット１４側からＭＣＣＢ１８の開放を確実に行い、システムの安全性の確保を行うことができる。

また、本実施形態の車両用蓄電池システム１０のＭＣＣＢ１８は、例えば、当該ＭＣＣＢ１８の開閉状態の切り替わりに対応して開閉状態が切り替わる検出用接点１８ｃを備える。第２判定部８０は、検出用接点１８ｃの導通の有無に基づいてＢＭＵ２２の開閉状態を検出するとともに、検出用接点１８ｃが非導通の場合に、非導通となった検出用接点１８ｃを備えるＭＣＣＢ１８を含む蓄電池ユニット１２のＭＣＣＢ１８を開放動作させるようにしてもよい。この構成によれば、例えば、主回路ユニット１４側でＢＭＵ２２の動作状態が確認できない場合でも、主回路ユニット１４側からＭＣＣＢ１８の開放を確実に行い、システムの安全性の確保を行うことができる。

また、本実施形態の車両用蓄電池システム１０は、例えば、蓄電池１６と並列に接続される表示灯８２と、表示灯８２と直接に接続されて、蓄電池１６を収納する収納庫８６の扉８８が開放されたときに、蓄電池１６と表示灯８２との電気的接続を確立する機械式スイッチ８４と、を備えるようにしてもよい。この構成によれば、作業者が注意を払う必要のある蓄電池１６を収納する収納庫８６の扉８８の開放時に確実に表示灯８２を点灯させることができる。また、扉８８が閉められて、蓄電池１６に直接アクセスできない場合、表示灯８２は消灯するので、蓄電池１６の不要な放電を防止できる。

なお、本実施形態では、主回路ユニットと蓄電池ユニットとの間における遮断命令について主に述べたが、ＴＣＭＳ（車両制御情報システム）と蓄電池ユニットとの間においても、ＴＣＭＳから蓄電池ユニットのＭＣＣＢに遮断命令を出すことができる。

以上、本発明の実施形態や変形例を例示したが、上記実施形態や変形例はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態や変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、各実施形態や変形例の構成は、部分的に入れ替えて実施することも可能である。

１０…車両用蓄電池システム、１２…蓄電池ユニット、１４…主回路ユニット、１６…蓄電池、１６ａ…単電池、１８…ＭＣＣＢ（遮断器）、１８ａ…正極可動接点、１８ｂ…負極可動接点、１８ｃ…検出用接点、１８ｄ…ＭＣＣＢコイル、２０…主回路部、２２…ＢＭＵ（蓄電池管理部）、２４…制御電源部、２６…第１リレー、２６ｂ…第１リレーコイル、２８…第２リレー、２８ｂ…第２リレーコイル、２６ａ，２８ａ…可動接点、４６…ＭＣＣＢ状態信号検出部、５４…第１判定部、５６…電池側通信部、５８…トリップ命令部、６２…主回路側通信部、７２…ＭＣＣＢ開放出力部、８０…第２判定部、８２…表示灯、８４…機械式スイッチ。

Claims (4)

1. 蓄電池と、
   前記蓄電池と電気的に接続された主回路部と、
   前記蓄電池と前記主回路部の間に配置されて電気的な接続の閉路または開路を行う遮断器と、
   前記蓄電池の動作状態を管理する蓄電池管理部と、
   前記蓄電池と前記主回路部とを前記遮断器によって遮断するか否か決定する第１判定部と、
   前記蓄電池管理部と前記第１判定部と前記遮断器のうち少なくとも一つの動作状態に基づいて前記蓄電池と前記主回路部とを前記遮断器によって遮断するか否か決定する第２判定部と、
   を備え、
   前記主回路部と前記第２判定部とを備える主回路ユニットを構成し、
   前記蓄電池と、前記遮断器と、前記蓄電池管理部と、前記第１判定部とを備える蓄電池ユニットを構成し、
   前記主回路ユニットに複数の前記蓄電池ユニットが接続され、前記第１判定部と前記第２判定部の少なくとも一方は、複数の前記蓄電池ユニットを前記主回路ユニットから個別に遮断可能であり、
   前記主回路ユニットは、主回路側通信部を備え、
   前記蓄電池ユニットは、前記主回路側通信部と通信する電池側通信部を備え、
   前記第２判定部は、前記主回路側通信部と前記電池側通信部との通信により前記第１判定部が前記遮断器を開放する旨の信号を取得した場合で前記遮断器の開放を検出できない場合、前記第１判定部が開放を決定した前記遮断器を含む前記蓄電池ユニットの前記遮断器を開放動作させる、車両用蓄電池システム。
2. 前記第１判定部の判定結果にしたがって閉路して、前記遮断器を開放動作させる第１リレーと、
   前記第２判定部の判定結果にしたがって閉路して、前記遮断器を開放動作させる第２リレーと、
   を備える請求項１に記載の車両用蓄電池システム。
3. 前記遮断器は、当該遮断器の開閉状態の切り替わりに対応して開閉状態が切り替わる検出用接点を備え、
   前記第２判定部は、前記検出用接点の導通の有無に基づいて前記遮断器の開閉状態を検出するとともに、前記検出用接点の導通の有無に基づく前記遮断器の動作状態と前記第１判定部の判定結果に基づく前記遮断器の制御状態とに矛盾がある場合に、矛盾が生じた前記遮断器を含む前記蓄電池ユニットの前記遮断器を開放動作させる、請求項１に記載の車両用蓄電池システム。
4. 前記蓄電池と並列に接続される表示灯と、
   前記表示灯と直接に接続されて、前記蓄電池を収納する収納庫の扉が開放されたときに、前記蓄電池と前記表示灯との電気的接続を確立する機械式スイッチと、
   を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用蓄電池システム。

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