JP2018173370A - 異常判定装置、異常判定方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の異常の発生をより精度よくより短時間で検知することができる異常判定装置、異常判定方法及びコンピュータプログラムを提供する。【解決手段】二次電池の放電電流又は充電電流を検出する電流センサが異常であるか否かを判定する異常判定装置であって、電流センサが検出した電流の積分値から算出される充電量に基づき第１の開放電圧値を算出する第１算出部と、電流センサが検出した電流を二次電池の回路モデルに適用して第２の開放電圧値を算出する第２算出部と、第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分に基づき電流センサが異常であるか否かを判定する判定部とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池の電流を検出する電流センサに異常が発生しているか否かを判定する異常判定装置、異常判定方法及びコンピュータプログラムに関する。

二次電池は充電管理に係る処理を行なう処理装置と接続されており、処理装置は二次電池の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge ）及び、健康状態（ＳＯＨ：State Of Health ）に関する情報を処理する。ここでＳＯＣ及びＳＯＨは直接的に測定することは不可能な値であり、二次電池の電圧、電流、温度等の計測可能な情報を用いて推定される。

二次電池の電流を検出する電流センサにおいて、該センサからの出力が一定値に固定されてしまう固着故障が発生した場合、正確な電流値を測定することができないから、ＳＯＣを算出することができない。固着故障を始め電流センサに故障が発生した場合には、ＳＯＣの算出を停止するなどの処理が必要になる。

そこで電流センサの固着故障を検出する方法が提案されている。特許文献１には、二次電池の電流が微小に変動する場合であってもその電流を積分して得られる積分値に基づき設定される電圧閾値と、検出される電圧値の偏差とを比較して電流センサ（電流検出手段）の異常を判定する方法が開示されている。

特開２０１１−０６９６８６号公報

特許文献１に開示されている異常判定方法では、電流の積分値を算出するまでに電流を一定のサンプリング周期で取得するところ、その取得回数を１０回分以上とすることが望ましいとされている。しかしながら電流の積分値を算出したとしてもその変動は微小であり、微小にしか変動しない積分値から電圧偏差と比較するための電圧閾値を設定する構成では、誤差の影響を受けることで誤判定が行なわれる可能性がある。充分な積分値が算出されるまで待機する場合、サンプリング周期と比較して１０倍以上の長い時間待機しなければならず、電流センサが既に異常であるにも拘わらず、二次電池の制御を続行する可能性がある。

また特許文献１では、電流センサの出力がゼロでない中間値で固定される中間固着故障が発生した場合には異常の発生を判定することができるが、中間値以外の値で固着した場合には異常を判定することができない可能性がある。

そこで本開示は、固着故障の発生をより精度よく短時間で検知することを可能とする異常判定装置、異常判定方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本開示の異常判定装置は、二次電池の放電電流又は充電電流を検出する電流センサが異常であるか否かを判定する異常判定装置であって、前記電流センサが検出した電流の積分値から算出される充電量に基づき第１の開放電圧値を算出する第１算出部と、前記二次電池の電圧を取得する電圧取得部と、前記電流センサが検出した電流及び前記電圧取得部から取得された電圧を前記二次電池の回路モデルに適用して第２の開放電圧値を算出する第２算出部と、前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分に基づき前記電流センサが異常であるか否かを判定する判定部とを備える。

本開示の異常判定方法は、二次電池の放電電流又は充電電流を検出する電流センサが異常であるか否かを判定する異常判定方法であって、前記電流センサが検出した電流の積分値から算出される充電量に基づき第１の開放電圧値を算出し、前記二次電池の電圧を取得し、前記電流センサが検出した電流及び取得された電圧を前記二次電池の回路モデルに適用して第２の開放電圧値を算出し、前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分に基づき前記電流センサが異常であるか否かを判定する。

本開示のコンピュータプログラムは、コンピュータに、二次電池の放電電流又は充電電流を検出する電流センサが異常であるか否かを判定させるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータに、前記電流センサが検出した電流の積分値から算出される充電量に基づき第１の開放電圧値を算出し、前記二次電池の電圧を取得し、前記電流センサが検出した電流を前記二次電池の回路モデルに適用して第２の開放電圧値を算出し、前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分に基づき前記電流センサが異常であるか否かを判定する処理を実行させる。

本開示によれば、二次電池の異常の発生をより精度よくより短時間で検知することができる。

車載二次電池及び電池監視装置を含む車輌電源システムの構成を示す模式図である。 実施の形態１における電池監視装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１における電流センサの異常を判定する処理の流れを示すブロック図である。 電池モデルの概要を示す説明図である。 実施の形態１における異常判定処理の手順の一例を示すフローチャートである。 電圧値及び電流値の推移を示すグラフである。 電圧値及び電流値の推移を示すグラフである。 ２つの開放電圧値の差分の推移を示すグラフである。 ２つの開放電圧値の差分の推移を示すグラフである。 図９のグラフの拡大図である。 実施の形態２における電流センサの異常を判定する処理の流れを示すブロック図である。 実施の形態２における異常判定処理の手順の一例を示すフローチャートである。 電圧値及び電流値の推移を示すグラフである。 １サンプリング周期前の差分値との差分の推移を示すグラフである。 １サンプリング周期前の差分値との差分の推移を示すグラフである。 図１５のグラフの拡大図である。 実施の形態３における処理手順の一例を示すフローチャートである。

［本願発明の実施形態の説明］
本実施の形態に係る異常判定装置は、二次電池の放電電流又は充電電流を検出する電流センサが異常であるか否かを判定する異常判定装置であって、前記電流センサが検出した電流の積分値から算出される充電量に基づき第１の開放電圧値を算出する第１算出部と、前記二次電池の電圧を取得する電圧取得部と、前記電流センサが検出した電流及び前記電圧取得部から取得された電圧を前記二次電池の回路モデルに適用して第２の開放電圧値を算出する第２算出部と、前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分に基づき前記電流センサが異常であるか否かを判定する判定部とを備える。

本実施の形態に係る異常判定方法は、二次電池の放電電流又は充電電流を検出する電流センサが異常であるか否かを判定する異常判定方法であって、前記電流センサが検出した電流の積分値から算出される充電量に基づき第１の開放電圧値を算出し、前記二次電池の電圧を取得し、前記電流センサが検出した電流及び取得された電圧を前記二次電池の回路モデルに適用して第２の開放電圧値を算出し、前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分に基づき前記電流センサが異常であるか否かを判定する。

本実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、二次電池の放電電流又は充電電流を検出する電流センサが異常であるか否かを判定させるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータに、前記電流センサが検出した電流の積分値から算出される充電量に基づき第１の開放電圧値を算出し、前記二次電池の電圧を取得し、前記電流センサが検出した電流を前記二次電池の回路モデルに適用して第２の開放電圧値を算出し、前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分に基づき前記電流センサが異常であるか否かを判定する処理を実行させる。

第１算出部は、電流センサから得られる電流の積分値から算出される充電量に基づいて二次電池の開放電圧値を算出する。充電量に基づく開放電圧値の算出は、充電量と開放電圧値との実測に基づく対応関係から行なってもよいし、充電量を変数として開放電圧値を求める関数を予め作成しておき、該関数から行なってもよい。

第２算出部は、電流センサが検出した二次電池の電流と、電圧取得部により取得された前記二次電池の電圧とを、二次電池の等価回路を示す回路モデルに適用して第２の開放電圧値を算出する。このとき等価回路は、二次電池が開放電圧と電解液抵抗、電荷移動抵抗、及び拡散抵抗を含む回路とし、検出される電流は各々の抵抗にも流れることから、取得される全体の電圧からこれらの抵抗における電位差の分を減算するようにして開放電圧が得られる。回路モデルに基づく開放電圧の算出方法はこれに限られない。

判定部は、第１算出部と第２算出部とで異なる方法で算出した開放電圧値に基づき、電流センサの異常を判定する。第１算出部では、電流センサから得られる電流値の積分値に基づいて第１の開放電圧値を算出するから、電流センサからの出力（電流値に相当）が固着した場合に第１の開放電圧値はその固着した値によって単純に増加するか減少する。第２算出部では、取得された電圧値をも用いて第２の開放電圧値を算出するから、第１の開放電圧値と比較することにより、電流センサからの出力の異常の検知を可能とする。

本実施の形態に係る異常判定装置では、前記判定部は、前記差分が第１の閾値以上であるか否かを判断し、第１の閾値以上であると判断された場合に異常であると判定する。

判定部は、第１の開放電圧値と第２の開放電圧値との差分が第１の閾値以上であるか否かにより異常を判定する。上述したように電流センサからの出力（電流値に相当）が固着した場合に第１の開放電圧値はその固着した値によって単純に増加するか又は減少するから、第２の開放電圧値との差分をとることで、その単純な増減を検知することを可能とする。

本実施の形態に係る異常判定装置では、前記判定部は、前記差分を記憶する記憶部を備え、前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分と、所定期間前に算出されて前記記憶部に記憶してある差分との間の差分を算出し、該差分が第２の閾値以上であるか否かを判断し、第２の閾値以上であると判断された場合に異常であると判定する。

判定部は、第１の開放電圧値と第２の開放電圧値との差分を記憶しておき、ある時点にて算出された差分と、所定の期間前における差分との更なる差分が第２の閾値以上であるか否かにより異常を判定する。時間差で差分をとることで、電流値及び電圧値に対応するゆらぎがキャンセルされて更に電流センサからの出力の固着を検知することが可能となる。

本実施の形態に係る異常判定装置では、前記判定部は、前記差分を記憶する記憶部を備え、前記差分が第１の閾値未満であると判断された場合に、前記差分と所定期間前に算出されて前記記憶部に記憶してある差分との間の差分を算出し、該差分が第２の閾値以上であるか否かを判断し、第２の閾値以上であると判断された場合に異常であると判定する。

判定部は、第１の閾値に対する判断と、第２の閾値に対する判断とを組み合わせて実行することで、より精度よく判定を行なう。

本実施の形態に係る異常判定装置では、前記電流センサから前記二次電池の電流に対応する出力を取得する電流取得部と、該電流取得部で取得した出力に基づき電流の積分値を算出する電流積算部と、該電流積算部にて算出された電流の積分値及び前記二次電池の満充電容量により充電量を算出する充電量算出部とを備え、前記第１算出部は、前記充電量算出部が算出した充電量の開放電圧値に対する特性に基づき第１の開放電圧値を算出し、前記第２算出部は、前記電圧取得部で取得した電圧が、二次電池の電解液抵抗、電荷移動抵抗、及び拡散抵抗夫々における電位差と開放電圧との和に等しいことを示す回路モデルと、前記電流取得部が取得した出力に対応する電流とに基づき第２の開放電圧値を算出する。

電流積算部は、電流センサからの出力を取得する電流取得部により得られる電流値を積算する。充電量算出部は、電流積算部が算出した積分値と、満充電容量との比較により充電量を算出する。

第１算出部は、充電量と開放電圧値との特性に基づいて充電量算出部が算出した充電量から第１の開放電圧値を算出する。

第２算出部は、前記電圧取得部で取得した電圧が、二次電池の電解液抵抗、電荷移動抵抗、及び拡散抵抗夫々における電位差と開放電圧との和に等しいことを示す等価回路に対応する回路モデルに基づき第２の開放電圧値を算出する。つまり第２算出部は、取得した電圧値と、各抵抗の抵抗値と、各抵抗を流れる電流の電流値に基づいて第２の開放電圧値を算出する。

判定部は、電流センサから得られる電流値のみで算出される第１の開放電圧値と、電圧値を含むその他の要素から算出される第２の開放電圧値との差分から、電流センサからの出力の固着を検知することが可能になる。

本実施の形態に係る異常判定装置では、前記電圧取得部及び電流取得部は、所定のサンプリング周期で夫々電圧及び電流を取得し、前記第１算出部及び第２算出部にて算出された第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分をサンプリング周期毎に記憶する記憶部を備え、前記判定部は、前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分と、１又は複数のサンプリング周期前に算出されて前記記憶部に記憶してある差分との間の差分を算出し、該差分が第２の閾値以上であるか否かを判断し、第２の閾値以上であると判断された場合に異常であると判定する。

電圧取得部及び電流取得部は、サンプリング周期に従って電圧値及び電流値を夫々取得する。判定部は、第２の閾値に対して比較対象とする値を、サンプリング周期の単位で期間をずらした差分同士の差分とする。サンプリング周期に対応する時間差で差分をとることで、電圧値及び電流値に対応するゆらぎがキャンセルされて電流センサからの出力の固着を更に精度よく検知することが可能となる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本願発明に係る電流センサの異常判定装置について、実施の形態を示す図面に基づいて説明する。以下の実施の形態では、二次電池を搭載した車輌内に配設され、本願発明に係る電流センサの異常判定装置としてのみならず、二次電池に係る種々の測定値を取得してＳＯＣ又はＳＯＨに係る情報を処理する装置として機能する電池監視装置を例に説明する。

（実施の形態１）
図１は、車載二次電池及び電池監視装置１００を含む車輌電源システムの構成を示す模式図である。車輌電源システムは、電池監視装置１００の他に、二次電池ユニット５０、リレー６１，６３、発電機（ＡＬＴ）６２、スタータモータ（ＳＴ）６４、電池６５、電気負荷６６を含む。

二次電池ユニット５０は、例えばリチウムイオン電池を用い、複数のセル５１を直列又は直並列に接続して筐体内に収容してある。更に二次電池ユニット５０は筐体内に、電圧センサ５２、電流センサ５３、温度センサ５４を備える。電圧センサ５２は、各セル５１の電圧及び二次電池ユニット５０の両端間の電圧を検出し検出した電圧を、電圧検出線５０ａを介して電池監視装置１００へ出力する。電流センサ５３は、例えばシャント抵抗又はホールセンサ等で構成され、二次電池の充電電流及び放電電流を検出する。電流センサ５３は検出した電流を、電流検出線５０ｂを介して電池監視装置１００へ出力する。

温度センサ５４は例えばサーミスタで構成され、複数のセル５１の内のいずれか１箇所又は複数箇所における表面温度を検出する。温度センサ５４はセル５１夫々に１つずつ設けられていてもよい。温度センサ５４は検出した表面温度を、温度検出線５０ｃを介して電池監視装置１００へ出力する。複数のセル５１の表面温度を各検出する場合には、複数の温度検出線５０ｃから夫々温度を出力する。

電池６５は例えば鉛電池であり、車輌に搭載された各種電気負荷６６への電力供給を行なうと共に、リレー６３がオンである場合にはスタータモータ６４を駆動するための電力供給を行なう。発電機６２は、車輌のエンジンの回転により発電し、内部に設けられた整流回路により直流を出力して電池６５を充電する。また発電機６２は、リレー６１がオンである場合に、電池６５及び二次電池ユニット５０を充電する。なおリレー６１，６３のオン及びオフの制御は図示しないリレー制御部により行なわれる。

図２は、実施の形態１における電池監視装置１００の構成の一例を示すブロック図である。なお図２では、電池監視装置１００にて実行される機能の内、電流センサ５３の異常判定装置としての機能に関する構成について示し、他の構成については図示及び詳細な説明を省略する。電池監視装置１００は、制御部１０、記憶部１１、タイマ１２、電圧取得部１３、電流取得部１４、温度取得部１５、内部パラメータ算出部１６、電流積算部１７、第１開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）算出部１８、第２ＯＣＶ算出部１９、異常判定部２０、充電状態（ＳＯＣ）算出部２１、及び健康状態（ＳＯＨ）算出部２２を備える。なお電圧取得部１３〜健康状態算出部２２（特に異常判定部２０）の処理は、制御部１０によってソフトウェアにより実行される。これらの処理は、各々集積回路化されて実行されてもよく、又は一部を集積回路化して実行させ、残りの一部を制御部１０のソフトウェアに基づく処理によって実行させるように混在させてもよい。

制御部１０は、１又は複数のプロセッサとメモリとを用い、各構成部を制御する処理を実行し、電流センサ５３の異常検出装置としての機能を発揮させる。記憶部１１はフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを用いて制御部１０が参照するデータ等を記憶する。タイマ１２は、所定の周波数でパルス信号を出力しており、制御部１０はタイマ１２から出力される信号のパルスを計数することで計時が可能である。制御部１０は例えば１０ミリ秒等の一定のサンプリング周期で以下に説明する各構成部による処理を順次実行し、充電状態及び健康状態の算出を行なうと共に、電流センサ５３の異常の検出を行なう。なおこのサンプリング周期は、制御部１０が制御することができる。

電圧取得部１３は二次電池ユニット５０の電圧（例えば二次電池ユニット５０の両端電圧）の電圧値Ｖを、電圧検出線５０ａを介して取得する。電流取得部１４は、二次電池ユニット５０の電流（充電電流又は放電電流）の電流値Ｉを、電流検出線５０ｂを介して取得する。温度取得部１５は、二次電池ユニット５０のセル５１の表面温度の値を、温度検出線５０ｃを介して取得する。

内部パラメータ算出部１６は、二次電池ユニット５０に対する等価回路の各要素の抵抗値Ｒ₀ ，Ｒ₁ ，Ｒ₂ 、又はコンデンサ値Ｃ₁ ，Ｃ₂ （図４参照）を算出する。なお等価回路における各要素の抵抗値又はコンデンサ値は、セル５１の温度、及び健康状態（ＳＯＨ）等によって変化する値である。したがって内部パラメータ算出部１６は、温度取得部１５により取得した温度（若しくは推定される内部温度）、又は健康状態算出部２２によって得られる健康状態（劣化度）に基づき、各要素の抵抗値Ｒ₀ ，Ｒ₁ ，Ｒ₂、又はコンデンサ値Ｃ₁ ，Ｃ₂ を算出する。なお内部パラメータ算出部１６は、二次電池ユニット５０の内部抵抗値Ｒを算出するようにしてもよい。

電流積算部１７は、電流取得部１４で取得した電流値を積分する。電流の積分値は、電流を時間で積分したものである。例えば電流取得部１４における電流センサ５３からのサンプリング周期をΔｔとした場合（例えば１０ミリ秒）、サンプリングの都度取得される電流値をＩｂｉ（ｉ＝１，２，…）とした場合、電流の積分値はΣＩｂｉ×Δｔ（ｉ＝１，２，…）で算出される。積分の算出を開始するタイミングは二次電池ユニット５０、又は電池監視装置１００自体の起動タイミングであり、継続的に積分値を算出する。なお所定のタイミングで積分値をリセットするようにしてもよい。

第１ＯＣＶ算出部１８は、充電状態算出部２３により直近に求められた充電量ＳＯＣを用いて、第１の開放電圧値（第１ＯＣＶ値）を算出する。算出方法については後述する。第２ＯＣＶ算出部１９は、内部パラメータ算出部１６で算出される等価回路の各要素の抵抗値Ｒ₀ ，Ｒ₁ ，Ｒ₂ 、又はコンデンサ値Ｃ₁ ，Ｃ₂ を含む電池モデルに基づき第２の開放電圧値を算出する。算出方法については後述する。

異常判定部２０は、第１ＯＣＶ算出部１８で算出した第１の開放電圧値と第２ＯＣＶ算出部１９で算出した第２の開放電圧値との差分に基づき、電流センサ５３の異常があるか否かを判定する。異常判定部２０は具体的には、算出された差分が閾値以上である場合に異常があると判定する。

充電状態（ＳＯＣ）算出部２１は、電流積算部１７により算出された積分値と、二次電池ユニット５０の全電池容量とに基づいて充電量（満充電容量に対する充電されている容量の比率、即ち充電率）を算出する。なお直近に求めた充電量を変数ＳＯＣｉｎとして、第１充電量をＳＯＣ１とすると、第１充電量ＳＯＣ１は、ＳＯＣ１＝ＳＯＣｉｎ±｛ΣＩｂｉ×Δｔ（ｉ＝１，２，…）／満充電容量ＦＣＣ｝という式で算出することはできる。Ｉｂｉ（ｉ＝１，２，…）はサンプリングの都度取得される電流値であり、ΣＩｂｉ×Δｔ（ｉ＝１，２，…）は電流の積分値である。なお±について＋（プラス）は充電時、−（マイナス）は放電時に対応する。

健康状態（ＳＯＨ）算出部２２は、二次電池ユニット５０の内部パラメータ算出部１６にて算出される内部抵抗値Ｒの初期値Ｒ０に対する割合に基づいて二次電池の健康状態（ＳＯＨ）を算出する。

制御部１０は、各構成部を制御して算出した二次電池ユニット５０の充電量ＳＯＣ、健康状態ＳＯＨ、又は異常判定部２０による判定結果を用いて、電池管理に関する処理を行なう。制御部１０は、充電量ＳＯＣが所定値以下である場合に、計器パネルにおける警告灯に算出された充電量を示すなど処理を行なう。また健康状態ＳＯＨが所定の度合以下である場合、異常判定部２０による判定結果が異常である場合にも警告灯にて警告を発するなどの処理を行なう。また制御部１０は、充電量ＳＯＣ、健康状態ＳＯＨ又は異常判定部２０による判定結果を通信部から車内の他装置へ送信するようにしてもよい。車内の他装置から更に車外装置へ送信されるようにしてもよい。これらの外部装置では、電池監視装置１００から送信された充電量ＳＯＣ、健康状態ＳＯＨ又は異常判定部２０による判定結果に基づいて処理を行なう。

このように構成される電池監視装置１００における電流センサ５３の異常判定の処理について説明する。図３は、実施の形態１における電流センサ５３の異常を判定する処理の流れを示すブロック図である。

電流センサ５３の異常は、図３に示すように電流取得部１４により電流センサ５３から得られる電流値と、電圧取得部１３により電圧センサ５２から得られる電圧値とに基づいて判定される。電流取得部１４により所定のサンプリング周期で得られた電流値Ｉｂは、電流積算部１７及び第２ＯＣＶ算出部１９における電池モデル１０９に入力される。

電流積算部１７で積算された電流値は第１ＯＣＶ算出部１８へ入力される。積算された電流値により充電量（ＳＯＣ）が算出され、第１ＯＣＶ算出部１８は例えば、記憶部１１に予め記憶されているＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示すテーブルを参照して第１の開放電圧値（第１ＯＣＶ値）を算出する。また第１ＯＣＶ算出部１８は、以下の式１により第１の開放電圧値を算出するようにしてもよい。なお式１における係数Ｋ₀ ，Ｋ₁ ，Ｋ₂ ，Ｋ₃ ，Ｋ₄ は、二次電池ユニット５０に対して実測しておいたＳＯＣ−ＯＣＶの対応に基づき最小二乗法で求めた係数である。

第２ＯＣＶ算出部１９は、電流取得部１４にて得られた電流値を電池モデル１０９に入力し、内部パラメータ算出部１６にて算出された各パラメータ及び電圧取得部１３で電圧センサ５２から得られる電圧値と併せて第２の開放電圧（第２ＯＣＶ）を算出する。図４は、電池モデル１０９の概要を示す説明図である。電池モデル１０９は二次電池ユニット５０の等価回路である。二次電池ユニット５０の等価回路は、開放電圧ＯＣＶと、抵抗値Ｒ₀ の抵抗と、抵抗値Ｒ₁ の抵抗及びコンデンサ容量Ｃ₁ のコンデンサの第１の並列接続成分と、抵抗値Ｒ₂ の抵抗及びコンデンサ容量Ｃ₂ のコンデンサの第２の並列接続成分とを直列接続した構成である。抵抗値Ｒ₀ の抵抗は、電解液抵抗に対応する。抵抗値Ｒ₁ の抵抗は電荷移動抵抗に対応し、コンデンサ容量Ｃ₁ は電極二重層に対応する。抵抗値Ｒ₂ の抵抗及びコンデンサ容量Ｃ₂ は拡散抵抗に対応する。なお図３の等価回路では、コンデンサ容量を並列させた抵抗が２つ接続された構成であるが、等価回路モデルはこれに限られない。

これにより二次電池ユニット５０の電圧値Ｖｂは、開放電圧ＯＣＶと、抵抗値Ｒ₀ の抵抗における電位差と、第１の並列接続成分における電位差ｕ₁ と、第２の並列接続成分における電位差ｕ₂ との和である。バッテリに流れる電流の電流値をＩｂとすれば二次電池ユニット５０の電池モデルを連続時間の微分方程式で表すと式２〜４のようになる。

式２〜４では連続時間の微分方程式で表されているが、電池監視装置１００における電流値及び電圧値の取得は離散時間（サンプリング周期）であるから、以下の式５〜７のように表される。第２ＯＣＶ算出部１９は、電池モデル１０９にて得られる各パラメータ及び電流値と、電圧取得部１３により得られる電圧値とを式７に当てはめることで時間経過と共に変化する開放電圧ＯＣＶ（ｋ）を算出する。なおｋは電圧又は電流の取得回数である。

そして異常判定部２０は、上述したように第１ＯＣＶ算出部１８及び第２ＯＣＶ算出部１９から得られる第１の開放電圧値と第２の開放電圧値とを夫々入力し、差分に基づき異常があるか否かを判定する。

図５は、実施の形態１における異常判定処理の手順の一例を示すフローチャートである。まず電圧取得部１３により電圧値Ｖｂを取得し（ステップＳ１）、電流取得部１４により電流値Ｉｂを取得する（ステップＳ２）。

そして電流積算部１７により、ステップＳ２で取得した電流値Ｉｂを積分し（ステップＳ３）、ＳＯＣ算出部２１により算出された積分値から充電量ＳＯＣを算出する（ステップＳ４）。これにより第１ＯＣＶ算出部１８は、充電量ＳＯＣを用いて第１の開放電圧値を算出する（ステップＳ５）。

次に内部パラメータ算出部１６にて各パラメータ（Ｒ₀ ，Ｒ₁ ，Ｒ₂ 、又はコンデンサ値Ｃ₁ ，Ｃ₂ ）を算出する（ステップＳ６）。そして第２ＯＣＶ算出部１９はステップＳ２で取得された電流値Ｉｂと、ステップＳ６で算出されたパラメータ（Ｒ₀ ，Ｒ₁ ，Ｒ₂ 、又はコンデンサ値Ｃ₁ ，Ｃ₂ ）と、ステップＳ１で取得された電圧値Ｖｂとを用いて第２の開放電圧値を算出する（ステップＳ７）。

次に異常判定部２０は、ステップＳ５で算出された第１の開放電圧値とステップＳ７で算出された第２の開放電圧値との差分を算出する（ステップＳ８）。異常判定部２０は、差分が予め記憶されている閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ９）。差分が閾値未満であると判断された場合（Ｓ９：ＮＯ）、異常判定部２０は、電流センサ５３は正常であると判定し（ステップＳ１０）、処理を終了する。

ステップＳ９にて差分が閾値以上であると判断された場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、異常判定部２０は、電流センサ５３は異常であると判定し（ステップＳ１１）、処理を終了する。

なおステップＳ９において差分と比較される閾値は、例えば事前に二次電池ユニット５０毎の計測により決定された値であって、記憶部１１に記憶されているものである。閾値は温度、劣化度等に応じて異なる可能性があるので、これらについても事前に計測するなどして適切な閾値との比較が行なわれるようにするとよい。

図５のフローチャートに示した処理手順により固着故障を異常として判定できることを以下に具体例を挙げて説明する。図６及び図７は、電圧値及び電流値の推移を示すグラフである。図６は、電流センサ５３が計測期間中正常であったケースの推移を示し、図７は破線で示すタイミングで電流センサ５３に中間固着故障が発生したケースの推移を示している。図６及び図７のいずれのグラフでも上部に電圧値Ｖｂの推移、下部に電流値Ｉｂの推移を示しており、夫々横軸に計測期間中の時間の経過、縦軸に電圧値及び電流値を示している。図６及び図７に示すように、充電と放電が切り替わる都度に、電流値Ｉｂが大きく変化するが、図７のグラフでは破線で示すタイミングで、電流センサ５３からの出力（Ｉｂ）が０（ゼロ）でもなく放電中の所定の負値でもない中間の値で固着していることがわかる。

図８及び図９は、２つの開放電圧値の差分の推移を示すグラフである。図８は、図６の電流値の推移、即ち電流センサ５３が計測期間中正常であったケースに対応し、図９は図７の電流値の推移、即ち電流センサ５３に中間固着故障が発生したケースに対応している。図８及び図９のいずれのグラフでも上部に電流値Ｉｂの推移、即ち図６及び図７の下部に示したグラフを示しており、時間軸を揃えるようにして下部に第１の開放電圧値と第２の開放電圧値との差分（ＯＣＶ差）の推移を示している。図９では図８と比較して、中間固着故障が発生したタイミングでＯＣＶ差が拡大するように変化している。図１０は、図９のグラフの拡大図である。図１０では横軸を秒単位で示している。図１０の上部に示すように、計測期間中の２００秒付近で電流センサ５３からの出力レベルが−５（マイナス５）へ固着したタイミングから５０ミリ秒以内に、ＯＣＶ差が上昇しており例えばＯＣＶ差に対する閾値を０．０５とした場合には、サンプリング周期２回目に相当する２０ミリ秒程度のタイミングで電流センサ５３の異常を判定することができる。

このようにして異なる手法により開放電圧値を求め、それらを比較する。異なる手法の一方、即ち第１の開放電圧値の算出を、電流センサ５３からの出力を積算した値に基づくものとし、他方即ち第２の開放電圧値の算出を、電流センサ５３からの出力以外の電圧値等を用いた手法とした。電流センサ５３からの出力（電流値に相当）が固着した場合に、第１の開放電圧値はその固着した値によって単純に増加するか又は減少する一方で、第２の開放電圧値は実際の電圧値に応じて変動するものとなる。したがって２つの開放電圧値の比較を行なうことで、電流センサ５３からの出力が固着することによる単純な増減を検知することを可能とする。特に実施の形態１では２つの異なる手法による開放電圧値の差分をとり、閾値以上であるか否かを判定することで、２つの値に大きなかい離がある場合に異常であると判断できる。実施の形態１における異常判定により、例えば１０ミリ秒のサンプリング周期の１０倍以上、即ち１００ミリ秒以上が経過せずとも電流センサ５３における固着故障の発生に対して異常であると判定することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２における電池監視装置１００の制御部１０は異常判定部２０として、第１の開放電圧値と第２の開放電圧値との差分と、更にサンプリング周期に対応する期間分遅延させたものとの差分に基づき、異常を判定する。実施の形態２における車輌電源システムの構成は、以下に示す処理の詳細を除いて実施の形態１と共通であるから、共通する構成には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１１は、実施の形態２における電池監視装置１００における電流センサ５３の異常を判定する処理の流れを示すブロック図である。実施の形態２においては第１ＯＣＶ算出部１８及び第２ＯＣＶ算出部１９にて算出された第１の開放電圧値と第２の開放電圧値との差分を減算器２３により算出した後、遅延処理部２４により１サンプリング周期前の差分値との間で減算器２５により更に差分をとる。実施の形態２における異常判定部２０は、このように時間差を設けて取られた差分に基づき電流センサ５３に異常があるか否かを判定する。なお遅延処理部２４による遅延は、１サンプリング周期に限らず、２つ以上の複数のサンプリング周期に相当する期間の遅延であってもよい。

図１２は、実施の形態２における異常判定処理の手順の一例を示すフローチャートである。図１２のフローチャートに示す処理手順の内、実施の形態１の図５のフローチャートに示す処理手順と共通する手順には同一のステップ番号を付して詳細な説明を省略する。

実施の形態２において異常判定部２０は、ステップＳ５で算出された第１の開放電圧値とステップＳ７で算出された第２の開放電圧値との差分を算出した後（Ｓ８）、その差分を記憶しておく（ステップＳ１２）。異常判定部２０は、ステップＳ８で算出した差分と、記憶してある１サンプリング周期前（２サンプリング周期前でもよい）にて算出された差分との差分を算出する（ステップＳ１３）。異常判定部２０は、ステップＳ１３で算出した差分が予め記憶されている閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。なおステップＳ１４における閾値と、実施の形態１における図５のフローチャート中のステップＳ９で比較した閾値とは異なる値である。

ステップＳ１４で差分が閾値未満であると判断された場合（Ｓ１４：ＮＯ）、異常判定部２０は、電流センサ５３は正常であると判定し（ステップＳ１０）、処理を終了する。

ステップＳ１４にて差分が閾値以上であると判断された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、異常判定部２０は、電流センサ５３は異常であると判定し（ステップＳ１１）、処理を終了する。

ステップＳ１４において差分と比較される閾値についても例えば事前に二次電池ユニット５０毎の計測により決定された値であって、記憶部１１に記憶されているものである。閾値は温度、劣化度等に応じて異なる可能性があるので、これらについても事前に計測するなどして適切な閾値との比較が行なわれるようにするとよい。

図１２のフローチャートに示した処理手順により、固着故障を異常として判定できることを以下に具体例を挙げて説明する。図１３は、電圧値及び電流値の推移を示すグラフである。なお図１３は、破線で示すタイミングで電流センサ５３に固着故障が発生したケースの推移を示している。これに対する正常な推移は、実施の形態１における図６で示したものと同一である。図１３のグラフでも上部に電圧値Ｖｂの推移、下部に電流値Ｉｂの推移を示しており、夫々横軸に計測期間中の時間の経過、縦軸に電圧値及び電流値を示している。図１３で示すように実施の形態２で示す固着故障では、破線で示すタイミングで、電流センサ５３からの出力（Ｉｂ）が、放電中（通電中）と同じ所定の負値で固着していることがわかる。

図１４及び図１５は、１サンプリング周期前の差分値との差分の推移を示すグラフである。図１４は、電流センサ５３が正常であるケース（図６）に対応し、図１５は図１３の電流値の推移、即ち電流センサ５３に固着故障が発生したケースに対応している。図１４及び図１５のいずれのグラフでも上部に電流値Ｉｂの推移、即ち図６及び図１３の下部に示したグラフを示しており、時間軸を揃えるようにして下部に１サンプリング周期前の差分値との差分（ステップＳ１３で算出される差分）の推移を示している。図１５では図１４と比較して、固着故障が発生したタイミングで差分に変化が生じている。図１６は、図１５のグラフの拡大図である。図１６の上部に示すように、計測期間中に電流センサ５３からの出力レベルのノイズが消失して出力レベルが一定値に固着したタイミングで、差分が急激に上昇しており、例えば差分に対する閾値を図１６中の値Ａとした場合には、１サンプリング周期後に相当する１０ミリ秒程度のタイミングで電流センサ５３の異常を判定することができる。

このように実施の形態２では、異なる手法により開放電圧値を求め、その差分に対して更に１サンプリング周期前の差分との間で電流センサ５３からの出力のゆらぎをキャンセルした後に閾値と比較することが可能となる。これにより、例えば中間固着故障ではなく、二次電池ユニット５０が通電中である場合の電流センサ５３からの出力と変わらない値への固着故障が発生した場合であっても、電流センサ５３の異常を判定することができる。また、１０ミリ秒のサンプリング周期の１０倍以上、即ち１００ミリ秒以上が経過せずとも、遅延処理を１サンプリング周期後とすることで１サンプリング周期後という早さで異常を判定することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３において電池監視装置１００の制御部１０は、異常判定部２０として、第１の開放電圧値と第２の開放電圧値との差分に基づく判断と、それらをサンプリング周期分ずらして求めた差分に基づく判断とを合わせて行なう。実施の形態３における車輌電源システムの構成は、以下に示す処理の詳細を除いて実施の形態１と共通であるから、共通する構成には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１７は、実施の形態３における処理手順の一例を示すフローチャートである。なお図１７のフローチャートに示す処理手順の内、実施の形態１における図５、並びに実施の形態２における図１２のフローチャートに示した処理手順と共通する処理手順については、同一のステップ番号を付して詳細な説明を省略する。

実施の形態３において異常判定部２０は、ステップＳ５で算出された第１の開放電圧値とステップＳ７で算出された第２の開放電圧値との差分を算出した後（Ｓ８）、その差分を記憶しておいた上で（Ｓ１２）、差分が予め記憶されている第１閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ９）。

ステップＳ９にて差分が第１閾値以上であると判断された場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、異常判定部２０は、電流センサ５３は異常であると判定し（ステップＳ１１）、処理を終了する。

ステップＳ９にて差分が第１閾値未満であると判断された場合（Ｓ９：ＮＯ）、異常判定部２０は、ステップＳ８で算出した差分と、記憶してある１サンプリング周期前（２サンプリング周期前でもよい）にて算出された差分との差分を算出する（Ｓ１３）。そして異常判定部２０は、ステップＳ１３で算出した差分が予め記憶されている第２閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１４）。なおステップＳ１４における第２閾値と、ステップＳ９における第１閾値とは異なる値である。

ステップＳ１４で差分が第２閾値未満であると判断された場合（Ｓ１４：ＮＯ）、異常判定部２０は、電流センサ５３は正常であると判定し（ステップＳ１０）、処理を終了する。

ステップＳ１４にて差分が第２閾値以上であると判断された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、異常判定部２０は、電流センサ５３は異常であると判定し（ステップＳ１１）、処理を終了する。

このように実施の形態３では、実施の形態１における差分に対する判断と、実施の形態２においてその差分に対して更に１サンプリング周期前の差分との間での判断とを組み合わせることにより、より精度よく、しかも早期に電流センサ５３の異常を判定することが可能になる。

なお上述した実施の形態においては内部温度の算出対象を車輌に搭載されている二次電池ユニット５０とした。しかしながら本開示の温度異常判定装置の温度異常の判定対象となる電池は、車輌に搭載される二次電池に限られないことは勿論である。

開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 電池監視装置
１０ 制御部
１１ 記憶部
１２ タイマ
１３ 電圧取得部
１４ 電流取得部
１５ 温度取得部
１６ 内部パラメータ算出部
１７ 電流積算部
１８ 第１開放電圧（ＯＣＶ）算出部
１９ 第２開放電圧（ＯＣＶ）算出部
２０ 異常判定部
２１ 充電状態（ＳＯＣ）算出部
２２ 健康状態（ＳＯＨ）算出部
２４ 遅延処理部
５０ 二次電池ユニット
５１ セル
５２ 電圧センサ
５３ 電流センサ
５４ 温度センサ

Claims (8)

1. 二次電池の放電電流又は充電電流を検出する電流センサが異常であるか否かを判定する異常判定装置であって、
   前記電流センサが検出した電流の積分値から算出される充電量に基づき第１の開放電圧値を算出する第１算出部と、
   前記二次電池の電圧を取得する電圧取得部と、
   前記電流センサが検出した電流及び前記電圧取得部から取得された電圧を前記二次電池の回路モデルに適用して第２の開放電圧値を算出する第２算出部と、
   前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分に基づき前記電流センサが異常であるか否かを判定する判定部と
   を備える異常判定装置。
2. 前記判定部は、前記差分が第１の閾値以上であるか否かを判断し、第１の閾値以上であると判断された場合に異常であると判定する請求項１に記載の異常判定装置。
3. 前記判定部は、
   前記差分を記憶する記憶部を備え、
   前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分と、所定期間前に算出されて前記記憶部に記憶してある差分との間の差分を算出し、
   該差分が第２の閾値以上であるか否かを判断し、
   第２の閾値以上であると判断された場合に異常であると判定する請求項１に記載の異常判定装置。
4. 前記判定部は、
   前記差分を記憶する記憶部を備え、
   前記差分が第１の閾値未満であると判断された場合に、前記差分と所定期間前に算出されて前記記憶部に記憶してある差分との間の差分を算出し、
   該差分が第２の閾値以上であるか否かを判断し、
   第２の閾値以上であると判断された場合に異常であると判定する請求項２に記載の異常判定装置。
5. 前記電流センサから前記二次電池の電流に対応する出力を取得する電流取得部と、
   該電流取得部で取得した出力に基づき電流の積分値を算出する電流積算部と、
   該電流積算部にて算出された電流の積分値及び前記二次電池の満充電容量により充電量を算出する充電量算出部と
   を備え、
   前記第１算出部は、前記充電量算出部が算出した充電量の開放電圧値に対する特性に基づき第１の開放電圧値を算出し、
   前記第２算出部は、前記電圧取得部で取得した電圧が、二次電池の電解液抵抗、電荷移動抵抗、及び拡散抵抗夫々における電位差と開放電圧との和に等しいことを示す回路モデルと、前記電流取得部が取得した出力に対応する電流とに基づき第２の開放電圧値を算出する請求項１に記載の異常判定装置。
6. 前記電圧取得部及び電流取得部は、所定のサンプリング周期で夫々電圧及び電流を取得し、
   前記第１算出部及び第２算出部にて算出された第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分をサンプリング周期毎に記憶する記憶部を備え、
   前記判定部は、
   前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分と、１又は複数のサンプリング周期前に算出されて前記記憶部に記憶してある差分との間の差分を算出し、
   該差分が第２の閾値以上であるか否かを判断し、
   第２の閾値以上であると判断された場合に異常であると判定する請求項５に記載の異常判定装置。
7. 二次電池の放電電流又は充電電流を検出する電流センサが異常であるか否かを判定する異常判定方法であって、
   前記電流センサが検出した電流の積分値から算出される充電量に基づき第１の開放電圧値を算出し、
   前記二次電池の電圧を取得し、
   前記電流センサが検出した電流及び取得された電圧を前記二次電池の回路モデルに適用して第２の開放電圧値を算出し、
   前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分に基づき前記電流センサが異常であるか否かを判定する異常判定方法。
8. コンピュータに、二次電池の放電電流又は充電電流を検出する電流センサが異常であるか否かを判定させるコンピュータプログラムであって、
   前記コンピュータに、
   前記電流センサが検出した電流の積分値から算出される充電量に基づき第１の開放電圧値を算出し、
   前記二次電池の電圧を取得し、
   前記電流センサが検出した電流を前記二次電池の回路モデルに適用して第２の開放電圧値を算出し、
   前記第１の開放電圧値及び第２の開放電圧値の差分に基づき前記電流センサが異常であるか否かを判定する処理を実行させるコンピュータプログラム。