JP2021048720A

JP2021048720A - センサ異常判定装置

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Publication number: JP2021048720A
Application number: JP2019170430A
Authority: JP
Inventors: 洸平高橋; Kohei Takahashi; 誉幸赤石; Yoshiyuki Akaishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2039-09-19
Also published as: CN112611996A; US20210088590A1; CN112611996B; JP7140082B2; US11105859B2

Abstract

【課題】電流センサの異常判定の精度を向上させたセンサ異常判定装置を提供する。【解決手段】バッテリの電流を検出する電流センサの異常を判定するセンサ異常判定装置であって、バッテリの閉回路電圧を取得し、かつ、バッテリの充電率と開回路電圧との関係を示す所定のＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線に基づいて、閉回路電圧を取得したときのバッテリの充電率から求められるバッテリの開回路電圧を取得する取得部と、閉回路電圧と開回路電圧との差分値である第１電圧差と、電流センサで検出されたバッテリの電流と内部抵抗とから求められる電圧の変化量である第２電圧差とを、導出する導出部と、第１電圧差が第１所定値以上であれば、導出部で導出された第１電圧差及び第２電圧差に基づいて、電流センサの異常の有無を判定する判定部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの電流を検出する電流センサの異常を判定するセンサ異常判定装置に関する。

特許文献１に、車両に搭載されたバッテリに流れる電流を検出する電流センサの異常診断を行う装置が開示されている。この特許文献１では、バッテリの電圧変化と電流変化とを検出し、電圧変化と電流変化との乖離に基づいて電流センサの異常の有無を判断している。

特開２０１６−２２２２２７号公報

バッテリに接続された車載機器の中には、バッテリの電圧変化に関係なく常時微少な電流を消費している特定の機器がある。このため、電圧変化と電流変化とに乖離があってもバッテリの電流変化が小さい、すなわちバッテリから流出する電流が少ない場合には、その原因が、電流センサの異常にあるのか、特定の機器による微少な電流消費にあるのか（電流センサは正常）を、明確に判断することが難しい。従って、バッテリの電圧変化と電流変化との乖離に基づく従来の手法では、電流センサの異常判定の精度が低いという課題がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、電流センサの異常判定の精度を向上させたセンサ異常判定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、バッテリの電流を検出する電流センサの異常を判定するセンサ異常判定装置であって、バッテリの閉回路電圧を取得し、かつ、バッテリの充電率と開回路電圧との関係を示す所定のＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線に基づいて、閉回路電圧を取得したときのバッテリの充電率から求められるバッテリの開回路電圧を取得する取得部と、閉回路電圧と開回路電圧との差分値である第１電圧差と、電流センサで検出されたバッテリの電流と内部抵抗とから求められる電圧の変化量である第２電圧差とを、導出する導出部と、第１電圧差が第１所定値以上であれば、導出部で導出された第１電圧差及び第２電圧差に基づいて、電流センサの異常の有無を判定する判定部と、を備える。

上記本発明のセンサ異常判定装置によれば、電流センサを異常と判定する精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るセンサ異常判定装置を含む電源システムの概略構成図フラット領域を有する電池のＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線の一例を示す図センサ異常判定装置が実行する制御の処理手順を示すフローチャート閉回路電圧と開回路電圧とから導出される第１電圧差を例示する図

本発明のセンサ異常判定装置は、バッテリを流れる電流が所定値よりも多いと推定されるときに電流センサの異常判定処理を実施する。これによって、その原因を明確に判断することが難しいバッテリを流れる充放電電流が所定値よりも少ない場合には異常判定処理が行われないため、電流センサを異常と判定する精度を向上させることができる。

＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ異常判定装置を含む電源システムの概略構成を示すブロック図である。図１に例示した電源システム１は、第１バッテリ１０と、ＤＣＤＣコンバータ２０と、第２バッテリ３０と、電池監視部３１と、複数の車載機器４０と、本実施形態のセンサ異常判定装置５０と、を備えている。

以下の実施形態では、上記電源システム１が、動力源として電動モーターを使用するハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、及び電気自動車（ＥＶ）などの車両に搭載された場合を一例にあげて、本実施形態に係るセンサ異常判定装置５０の制御を説明する。

第１バッテリ１０は、電動モーター（図示せず）やＤＣＤＣコンバータ２０に電力を供給するための高電圧バッテリである。また、第１バッテリ１０は、外部電源に接続可能なプラグイン充電器（図示せず）を介して、外部電源から電力を取得することができる構成としてもよい。この第１バッテリ１０には、充放電可能に構成されたリチウムイオン電池などの二次電池が用いられる。

ＤＣＤＣコンバータ２０は、第１バッテリ１０と第２バッテリ３０及び複数の車載機器４０とを接続し、第１バッテリ１０の電力を第２バッテリ３０及び複数の車載機器４０に供給する。電力供給の際、ＤＣＤＣコンバータ２０は、入力電圧である第１バッテリ１０の高電圧を所定の低電圧に変換して出力することができる。

第２バッテリ３０は、ＤＣＤＣコンバータ２０から出力される電力を充電したり、自らの電力を放電したりする低電圧バッテリである。この第２バッテリ３０には、電池の充電率ＳＯＣと開回路電圧ＯＣＶとの関係を示すＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線に充電率ＳＯＣに対する開回路電圧ＯＣＶの変化率が所定値以下となるフラット領域を有する電池、例えばリン酸鉄系リチウムイオン電池（ＬＦＰ電池）が用いられる。図２に、フラット領域を有するＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線の一例を示す。

電池監視部３１は、第２バッテリ３０の各種状態を監視する。具体的には、電池監視部３１は、図示しない電圧センサ、電流センサ、及び温度センサを用いて、第２バッテリ３０の電圧、電流、及び温度を監視する。また、電池監視部３１は、使用日数や使用時間などに基づいて、第２バッテリ３０の経時劣化の具合を監視する。電池監視部３１は、監視する第２バッテリ３０の各種状態をセンサ異常判定装置５０に伝える。

複数の車載機器４０は、ＤＣＤＣコンバータ２０から出力される電力や第２バッテリ３０の電力で動作する、車両に搭載された様々な装置である。この複数の車載機器４０には、一例としてモーターやソレノイドなどのアクチュエータ類、ヘッドランプや室内灯などの灯火類、ヒーターやクーラーなどの空調類、ステアリング、ブレーキ、及び自動運転や先進運転支援などのＥＣＵ（Electronic Control Unit）類、などの装置が含まれる。

センサ異常判定装置５０は、電池監視部３１から伝えられる第２バッテリ３０の状態（電圧、電流、温度、劣化度など）に基づいて、電池監視部３１が備える電流センサに異常が有るか無いかを判定することを行う。このセンサ異常判定装置５０は、典型的にはプロセッサ、メモリ、及び入出力インタフェースなどを含んだＥＣＵとして構成され得る。本実施形態のセンサ異常判定装置５０は、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが読み出して実行することによって、以下に説明する取得部５１、導出部５２、及び判定部５３の各機能を実現する。

取得部５１は、電池監視部３１の電圧センサで検出される値を、第２バッテリ３０の閉回路電圧ＣＣＶとして取得する。また、取得部５１は、第２バッテリ３０の開回路電圧ＯＣＶを取得する。この開回路電圧ＯＣＶは、第２バッテリ３０のＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線に基づいて、閉回路電圧ＣＣＶを取得したときの第２バッテリ３０の充電率ＳＯＣから求めることができる。充電率ＳＯＣは、周知のＯＣＶ法や電流積算法などを用いて容易に取得することができる。また、取得部５１は、電池監視部３１の電流センサで検出される第２バッテリ３０の電流Ｉや、電池監視部３１の温度センサで検出される第２バッテリ３０の温度Ｔを、それぞれ取得することができる。なお、本実施形態における電流Ｉは、第２バッテリ３０へ流入する方向を正の向きとし、第２バッテリ３０から流出する方向を負の向きとする、符号付きの値として表現する。

導出部５２は、取得部５１が取得した閉回路電圧ＣＣＶ及び開回路電圧ＯＣＶから、閉回路電圧ＣＣＶと開回路電圧ＯＣＶとの差分値である第１電圧差ΔＶ１（＝ＣＣＶ−ＯＣＶ）を導出する。また、導出部５２は、取得部５１が取得した第２バッテリ３０に流入出する電流Ｉと内部抵抗Ｒとから求められる電圧の変化量である第２電圧差ΔＶ２（＝Ｉ×Ｒ）を導出する。第２バッテリ３０の内部抵抗Ｒは、例えば、バッテリの温度Ｔ、充電率ＳＯＣ、及び劣化度に対応した内部抵抗Ｒが予め定められた所定の電池抵抗マップを用いて、導出することができる。

判定部５３は、導出部５２が導出した第１電圧差ΔＶ１及び第２電圧差ΔＶ２に基づいて、電流センサの異常の有無を判定する。電流センサの異常の有無の判定は、次のように実施される。

［制御］
図３をさらに参照して、本実施形態に係るセンサ異常判定装置５０が行う制御を説明する。図３は、センサ異常判定装置５０（取得部５１、導出部５２、及び判定部５３のそれぞれ）が実行する電流センサの異常を判定する制御の処理手順を示すフローチャートである。

図３に示すセンサ異常判定制御は、車両の状態（走行、停車、駐車）に関わらず、例えば一定の周期によって繰り返し実行することができる。

ステップＳ３０１：センサ異常判定装置５０は、第２バッテリ３０の閉回路電圧ＣＣＶ及び充電率ＳＯＣを取得する。充電率ＳＯＣは、上述したように、周知のＯＣＶ法や電流積算法を用いて取得すればよい。閉回路電圧ＣＣＶ及び充電率ＳＯＣが取得されると、ステップＳ３０２に処理が進む。

ステップＳ３０２：センサ異常判定装置５０は、第２バッテリ３０の充電率ＳＯＣがＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線のフラット領域にある値か否かを判断する。フラット領域内にある充電率ＳＯＣであれば、取得した充電率ＳＯＣと実際の充電率との間に差が生じていたとしても、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線に基づいて充電率ＳＯＣから導出される開回路電圧ＯＣＶの誤差が小さくて済み、以降に行う判定処理の精度を向上させることができる。充電率ＳＯＣがＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線のフラット領域にある場合には（ステップＳ３０２、はい）、ステップＳ３０３に処理が進み、それ以外の場合には電流センサの異常を判定する状態にないとして、本制御が終了する。

ステップＳ３０３：センサ異常判定装置５０は、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線に基づいて、第２バッテリ３０の開回路電圧ＯＣＶを取得する。上述したように、開回路電圧ＯＣＶは、閉回路電圧ＣＣＶを取得したときの充電率ＳＯＣから求めることができる。開回路電圧ＯＣＶを取得できると、ステップＳ３０４に処理が進む。

ステップＳ３０４：センサ異常判定装置５０は、閉回路電圧ＣＣＶと開回路電圧ＯＣＶとから第１電圧ΔＶ１差（＝ＣＣＶ−ＯＣＶ）を導出する。この第１電圧差ΔＶ１によって、電圧センサで検出された電圧値に基づいた第２バッテリ３０の電圧変動量を求めることができる。図４は、閉回路電圧ＣＣＶと開回路電圧ＯＣＶとから導出される第１電圧差ΔＶ１を例示する図である。図４では、第２バッテリ３０へ電流が流入している場合（充電状態）を示しているため、閉回路電圧ＣＣＶが開回路電圧ＯＣＶよりも高くなっているが、第２バッテリ３０から電流が流出している場合（放電状態）には、閉回路電圧ＣＣＶは開回路電圧ＯＣＶよりも低くなる。第１電圧差ΔＶ１が導出されると、ステップＳ３０５に処理が進む。

ステップＳ３０５：センサ異常判定装置５０は、第１電圧差ΔＶ１の絶対値が第１所定値以上か否かを判定する。この第１所定値は、電流センサの異常の判断が難しい第２バッテリ３０から流入出する電流が少ない場合を除くために設けられ、車載機器が常時消費する微少電流などに基づいて設定可能である。第１電圧差ΔＶ１の絶対値が第１所定値以上である場合には（ステップＳ３０５、はい）、ステップＳ３０６に処理が進み、それ以外の場合には電流センサの異常を判定する状態にないとして、本制御が終了する。

ステップＳ３０６：センサ異常判定装置５０は、電池監視部３１の電流センサが検出した電流Ｉを取得する。電流Ｉが取得されると、ステップＳ３０７に処理が進む。

ステップＳ３０７：センサ異常判定装置５０は、所定の電池抵抗マップから第２バッテリ３０の内部抵抗Ｒを導出する。内部抵抗Ｒの導出に必要な第２バッテリ３０の温度Ｔ、充電率ＳＯＣ、及び劣化度などについては、センサ異常判定装置５０は、電池監視部３１から取得する。内部抵抗Ｒを導出すると、ステップＳ３０８に処理が進む。

ステップＳ３０８：センサ異常判定装置５０は、第２バッテリ３０の電流Ｉと内部抵抗Ｒとから第２電圧差ΔＶ２（＝Ｉ×Ｒ）を導出する。この第２電圧差ΔＶ２によって、電流センサで検出された電流値に基づいた第２バッテリ３０の電圧変動量を求めることができる。第２電圧差ΔＶ２が導出されると、ステップＳ３０９に処理が進む。

ステップＳ３０９：センサ異常判定装置５０は、第１電圧差ΔＶ１と第２電圧差ΔＶ２との間の乖離が所定値よりも大きいか否かを判定する。具体的には、センサ異常判定装置５０は、第２電圧差ΔＶ２の絶対値が第２所定値以下か否かの判定（第１判定）、及び第１電圧差ΔＶ１と第２電圧差ΔＶ２との差分の絶対値である第３電圧差ΔＶ３（＝｜ΔＶ１−ΔＶ２｜）が第３所定値以上か否かの判定（第２判定）を行う。そして、センサ異常判定装置５０は、第１判定及び第２判定のいずれか一方で肯定的な判定が下されると、第１電圧差ΔＶ１と第２電圧差ΔＶ２との間の乖離が大きいと判定する。

第１判定は、電圧値に基づいて求めた第２バッテリ３０の電圧変動量である第１電圧差ΔＶ１が大きい（第１所定値以上）にもかかわらず、電流値に基づいて求めた第２バッテリ３０の電圧変動量である第２電圧差ΔＶ２が小さい（第２所定値以下）という状態を判定するために行われる。よって、第２所定値は、第１所定値未満に設定される。第２電圧差ΔＶ２の絶対値が第２所定値以下である場合には（ステップＳ３０９、はい）、第１電圧差ΔＶ１と第２電圧差ΔＶ２との乖離が大きいと判定されてステップＳ３１０に処理が進み、それ以外の場合には（ステップＳ３０９、いいえ）、ステップＳ３１１に処理が進む。

第２判定は、電圧値に基づいて求めた第２バッテリ３０の電圧変動量である第１電圧差ΔＶ１及び電流値に基づいて求めた第２バッテリ３０の電圧変動量である第２電圧差ΔＶ２はどちらも大きいが、第１電圧差ΔＶ１と第２電圧差ΔＶ２との差が大きすぎるという状態を判定するために行われる。第３所定値は、判定する差の大きさに応じて適切に設定される。第３電圧差ΔＶ３が第３所定値以上である場合には（ステップＳ３０９、はい）、第１電圧差ΔＶ１と第２電圧差ΔＶ２との乖離が大きいと判定されてステップＳ３１０に処理が進み、それ以外の場合には（ステップＳ３０９、いいえ）、ステップＳ３１１に処理が進む。

ステップＳ３１０：センサ異常判定装置５０は、電流センサに異常が有ると判定し、本制御を終了する。異常としては、例えば電流センサの固着が考えられる。なお、この判定の場合、センサ異常判定装置５０は、電流センサを電源システム１から切り離すなどの処置を行ってもよいし、車両の乗員に対して表示や音声などを介して電流センサに異常が有ることを通知するようにしてもよい。

ステップＳ３１１：センサ異常判定装置５０は、電流センサに異常が無いと判定し、本制御を終了する。

なお、上記実施形態では、ステップＳ３０９の処理において第１判定及び第２判定のいずれか一方で肯定的な判定が下されると、直ちに電流センサに異常が有ると判定する場合を説明したが、例えば、ステップＳ３０９の処理の判定結果を記憶しておき、肯定的な判定結果が所定数に達すれば電流センサに異常が有ると判定するようにしてもよい。また、電流センサに異常が有ると判定した後で、ステップＳ３０９の処理において第１判定及び第２判定のいずれも否定的な判定が下されれば、電流センサに異常が無いと判定し直してもよい。

［作用・効果］
以上のように、本発明の一実施形態に係るセンサ異常判定装置５０によれば、第２バッテリ３０の入出力端子に現れる実際の閉回路電圧ＣＣＶと、充電率ＳＯＣ及びＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線から推定した開回路電圧ＯＣＶとの差分値（第１電圧差ΔＶ１）が、所定値（第１所定値）以上の場合、すなわち第２バッテリ３０が多くの電流を流入出して充放電を行っていると推定される場合に、電流センサの異常を判定する処理を行う。

この処理によって、その原因が電流センサの異常にあるのか特定の機器による微少な電流消費にあるのかを明確に判断することが難しいバッテリから流出する電流が所定値よりも少ない場合には異常判定を行わないため、電流センサを異常と判定する精度を向上させることができる。

また、本実施形態に係るセンサ異常判定装置５０によれば、閉回路電圧ＣＣＶ及び開回路電圧ＯＣＶによる電圧値に基づいて求めた第２バッテリ３０の電圧変動量（第１電圧差ΔＶ１）だけでなく、電流センサで実施に検出された電流Ｉ及び推定される内部抵抗Ｒによる電流値に基づいて求めた第２バッテリ３０の電圧変動量（第２電圧差ΔＶ２）も導出し、これらの電圧変動量の乖離などをさらに判断する。

このように、電流センサで検出された電流Ｉを用いて求めた第２バッテリ３０の降下電圧又は上昇電圧と、同電流Ｉを用いずに求めた第２バッテリ３０の降下電圧又は上昇電圧との双方に基づいて、電流センサの異常の有無を判断するため、電流センサの異常を高い精度で判定することができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、センサ異常判定装置だけでなく、プロセッサとメモリを備えたセンサ異常判定装置が実行するセンサ異常判定方法、その方法の制御プログラム、その制御プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、あるいはセンサ異常判定装置を搭載した車両などとして捉えることが可能である。

本発明のセンサ異常判定装置は、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、及び電気自動車などの車両に利用可能である。

１電源システム
１０第１バッテリ
２０ＤＣＤＣコンバータ
３０第２バッテリ
３１電池監視部
４０車載機器
５０センサ異常判定装置
５１取得部
５２導出部
５３判定部

Claims

バッテリの電流を検出する電流センサの異常を判定するセンサ異常判定装置であって、
前記バッテリの閉回路電圧を取得し、かつ、前記バッテリの充電率と開回路電圧との関係を示す所定のＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線に基づいて、前記閉回路電圧を取得したときの前記バッテリの充電率から求められる前記バッテリの開回路電圧を取得する取得部と、
前記閉回路電圧と前記開回路電圧との差分値である第１電圧差と、前記電流センサで検出された前記バッテリの電流と内部抵抗とから求められる電圧の変化量である第２電圧差とを、導出する導出部と、
前記第１電圧差が第１所定値以上であれば、前記導出部で導出された前記第１電圧差及び前記第２電圧差に基づいて、前記電流センサの異常の有無を判定する判定部と、を備える、
センサ異常判定装置。
前記判定部は、前記第１電圧差の絶対値が前記第１所定値以上、かつ、前記第２電圧差の絶対値が第２所定値以下である場合、又は前記第１電圧差と前記第２電圧差との差分の絶対値である第３電圧差が第３所定値以上である場合に、前記電流センサに異常が有ると判定する、
請求項１に記載のセンサ異常判定装置。
前記ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線は、前記バッテリの充電率に対する開回路電圧の変化率が第４所定値以下となるフラット領域を有しており、
前記判定部は、前記取得部が前記閉回路電圧を取得したときの前記バッテリの充電率が前記フラット領域内にあれば、前記電流センサの異常の有無を判定する、
請求項１又は２に記載のセンサ異常判定装置。
前記導出部は、前記バッテリの温度、充電率、及び劣化度に基づいて求められる前記バッテリの内部抵抗と、前記バッテリの電流とに基づいて、前記第２電圧差を導出する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサ異常判定装置。