JP5504696B2 - 電圧センサの故障診断装置 - Google Patents

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本発明は、電圧センサの故障診断装置に関する。
従来、電気負荷へ電力を供給するバッテリの充放電電流を検出する電流センサを有し、この電流センサの故障を判定する故障診断装置が提案されている。この装置は、バッテリの電圧を検出する電圧センサを備え、電圧センサで検出した電圧値の基準変動量に対応する電流センサで検出した電流の変動量が基準値以下である時に電流センサが故障であると判定する(特許文献1参照)。
特開平10−253682号公報
また、上記とは別に、プラス側及びマイナス側の2つの電圧信号を出力可能な電圧センサが知られている。このような電圧センサの故障を検出する場合、例えば、オフセット値を中心に出力が対称に出ているかを診断し、非対称の場合に故障と判断することが考えられる(技術1)。また、組電池を構成するセルの電圧から総電圧を演算し、演算により得られた総電圧と電圧センサにより検出された電圧値とを比較し、所定値以内に入っているか否かに基づいて故障を診断することが考えられる(技術2)。
しかし、技術1に係る故障診断装置では、2つの電圧信号を出力する電圧センサについて、プラス側の出力のみの故障と、マイナス側の出力のみの故障と、双方の出力の故障との3通りの故障が発生することがあり、オフセット値を中心に出力が対称か否かを判断するのみでは、いずれの故障に該当するのか判断することができない。技術2に係る故障診断装置についても、演算により得られた総電圧と電圧センサにより検出された電圧値とを比較するのみであるため、いずれの故障に該当するのか判断することができない。
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、2つの電圧信号を出力する電圧センサについて、その故障内容をより詳細に診断することが可能な電圧センサの故障診断装置を提供することにある。
本発明の電圧センサの故障診断装置は、組電池を構成する複数のセルと、前記組電池の電圧値に応じたプラス側の電圧信号とマイナス側の電圧信号とを出力する電圧センサと、前記複数のセルの少なくとも1つの電圧値から前記組電池の総電圧値を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記組電池の総電圧値と前記電圧センサから出力されたプラス側の電圧信号に基づく電圧値とを比較する第1比較手段と、前記算出手段により算出された前記組電池の総電圧値と前記電圧センサから出力されたマイナス側の電圧信号に基づく電圧値とを比較する第2比較手段と、前記第1比較手段及び前記第2比較手段による比較の結果から、前記電圧センサのプラス側出力の故障、マイナス側出力の故障、及び双方の出力の故障を診断する診断手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、複数のセルの少なくとも1つの電圧値から組電池の総電圧値を算出し
、算出された組電池の総電圧値と電圧センサから出力されたプラス側の電圧信号に基づく電圧値とを比較すると共に、算出された組電池の総電圧値と電圧センサから出力されたマイナス側の電圧信号に基づく電圧値とを比較する。そして、電圧センサのプラス側出力の故障、マイナス側出力の故障、及び双方の出力の故障を診断する。このため、プラス側及びマイナス側の2つの電圧信号を出力する電圧センサについて、プラス側の出力のみの故障と、マイナス側の出力のみの故障と、双方の故障との3通りの故障を診断できることとなる。従って、故障内容をより詳細に診断することができる。
本実施形態に係る電圧センサの故障診断装置を示す構成図である。 図1に示した電圧センサから出力される電圧信号を示す図であり、(a)は電圧センサの正常時における電圧信号を示し、(b)は双方の出力の故障を示し、(c)はプラス側出力の故障を示し、(d)はマイナス側出力の故障を示している。 本実施形態に係る電圧センサの故障診断装置の動作を示すフローチャートである。
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に示す実施形態では、ハイブリッド車両やEV車両などの電池電圧を検出する電圧センサの故障を診断する故障診断装置を例に説明する。
図1は、本実施形態に係る電圧センサの故障診断装置を示す構成図である。図1に示すように、故障診断装置1は、組電池10と、ジャンクションボックス20と、負荷30と、バッテリコントローラ40とから構成されている。
組電池10は、複数(例えばn個であって、nは2以上の整数、特に本実施形態においてnは4の倍数)のセル10〜10が直列接続されてより構成されたものである。ジャンクションボックス20は、組電池10と負荷30との間に介在され、リレースイッチ21のオンオフによって組電池10からの電圧を負荷30に供給するものである。負荷30は、組電池10からの電圧によって駆動するものである。
バッテリコントローラ40は、電圧センサ41と、第1〜第m(m=n/4)セルIC42〜42と、CPU43とから構成されている。電圧センサ41は、組電池10の電圧値を検出するためのものであって、本実施形態においては組電池10の総電圧値に応じたプラス側の電圧信号とマイナス側の電圧信号とを出力するものである。
図2は、図1に示した電圧センサ41から出力される電圧信号を示す図であって、(a)は電圧センサ41の正常時における電圧信号を示している。図2(a)に示すように、電圧センサ41から出力される電圧信号の大きさは、組電池10の電圧値に比例している。具体的に電圧センサ41は、組電池10の電圧値が大きくなるに従って、オフセット電圧Vmからプラス側に大きくなるプラス側の電圧信号Vout(+)と、オフセット電圧Vmからマイナス側に大きくなるマイナス側の電圧信号Vout(−)とを出力する。なお、正常な電圧センサ41では、プラス側の電圧信号Vout(+)とマイナス側の電圧信号Vout(−)とがオフセット電圧Vmを中心に対象となる。
再度、図1を参照する。第1〜第mセルIC42〜42は、過放電及び過充電の監視を行うものであり、本実施形態においてはセル電圧を検出するものとして機能する。具体的に第1セルIC42は、第1〜第4セル10〜10の電圧を検出してCPU43に送信する。また、第2セルIC42は、第5〜第8セル10〜10の電圧を検出してCPU43に送信する。以下、同様に第nセル10まで4つ毎にセル電圧が検出
され、CPU43に送信される。
CPU43は、バッテリコントローラ40の全体を制御するものであって、算出機能(算出手段)、第1比較機能(第1比較手段)、第2比較機能(第2比較手段)、及び診断機能(診断手段)を備えている。
算出機能は、組電池10の総電圧値Vicを算出する機能である。この算出機能は、電圧センサ41からの電圧信号によることなく、セルIC42〜42により検出されたセル電圧に基づいて組電池10の総電圧値Vicを算出する。この際、算出機能は2通りの方法によって総電圧値Vicを算出する。
1つ目の算出方法は、第1〜第mセルIC42〜42により検出されたセル電圧を合算することにより総電圧値Vicを算出する方法である。この方法によれば、より正確に総電圧値Vicを算出することができる。しかし、この方法では、総電圧値Vicを算出するまでの時間が掛かる可能性があり、車両走行中のように電圧値の変動が大きいときには、逆に総電圧値Vicの算出精度が低下してしまうことがある。従って、1つ目の算出方法はリレースイッチ21のオフ時などの車両停止中や、無負荷時中などに用いられる。
2つ目の算出方法は、例えば第1セルIC42など1つのICセルによって検出された4セル電圧から平均電圧を求め、平均電圧をn倍して総電圧値Vicを推定算出する方法である。この方法によれば、推定算出であるため精度において1つ目の方法に劣るが、総電圧値Vicを算出するまでの時間が短く、車両走行中のように電圧値の変動が大きいときには、逆に1つ目の算出方法によりも算出精度が向上する。従って、2つ目の算出方法は、車両走行中に用いられる。なお、2つ目の算出方法は、4セル電圧を平均化してから総電圧値Vicを算出しているが、4つに限るものではない。さらには、例えば第1セル10のみの電圧値など、1セル電圧をn倍して総電圧値Vicを算出する方法であってもよい。
第1比較機能は、算出機能により算出された組電池10の総電圧値Vicと電圧センサ41から出力されたプラス側の電圧信号Vout(+)によりCPU43にて算出される電圧値V(+)とを比較する機能である。同様に、第2比較機能は、算出機能により算出された組電池10の総電圧値Vicと電圧センサ41から出力されたマイナス側の電圧信号Vout(−)によりCPU43にて算出される電圧値V(−)とを比較する機能である。
ここで、CPU43は、電圧値V(+),V(−)を以下のようにして算出する。すなわち、
V(+)=(Vout(+)−Vof(+))×2
V(−)=(Vout(−)−Vof(−))×2
なる演算式によって電圧値V(+),V(−)は算出される。なお、Vof(+)はVout(+)のオフセット値であり、Vof(−)はVout(−)のオフセット値である。これらVof(+)及びVof(−)は、ズレが発生していない場合、図2(a)に示したようにVmとなる。
診断機能は、第1比較機能及び第2比較機能の比較結果から、電圧センサ41のプラス側出力Vout(+)の故障、マイナス側出力Vout(−)の故障、及び双方の出力Vout(+),Vout(−)の故障を診断する機能である。図2(b)は双方の出力Vout(+),Vout(−)の故障を示し、(c)はプラス側出力Vout(+)の故障を示し、(d)はマイナス側出力Vout(−)の故障を示している。これら図に示す
ように、電圧センサ41の故障の種類は複数存在する。診断機能は、これら複数の故障の種類を診断する。なお、図2(b)から図2(d)において一点鎖線は正常値を示している。
ここで、電圧センサ41のプラス側の電圧信号Vout(+)が正常であれば、電圧値V(+)と総電圧値Vicとは比較的近い値となる。同様に、電圧センサ41のマイナス側の電圧信号Vout(−)が正常であれば、電圧値V(−)と総電圧値Vicとは比較的近い値となる。診断機能は、それぞれの値が近いか否かを判断して、プラス側出力Vout(+)の故障、マイナス側出力Vout(−)の故障、及び双方の出力Vout(+),Vout(−)の故障を診断することとなる。
さらに、CPU43は、検出機能(検出手段)、禁止機能(禁止手段)、及び実行許可機能(実行許可手段)を有している。検出機能は、電圧センサ41に供給される電源電圧の値Vccを検出する機能である。電圧センサ41は、供給される電源電圧の値Vccが変動することにより、出力についても変化してしまう。検出機能は、このような出力に影響を与える電源電圧の値Vccを検出する。
禁止機能は、検出機能により検出された電源電圧の値Vccが所定範囲(Vcc(−)以上Vcc(+)以下)内にない場合に、第1比較機能、第2比較機能及び診断機能による処理を禁止する機能である。ここで、電源電圧の値Vccが所定範囲内にない場合、電圧センサ41から出力される電圧信号Vout(+),Vout(−)の値が大きく変化してしまう。これにより、正常であるはずの電圧センサ41を異常であると誤判断してしまう可能性がある。よって、禁止機能は、電源電圧の値Vccが所定範囲内にない場合に、第1比較機能、第2比較機能及び診断機能による処理を禁止して、誤判断の可能性を減じることとしている。
実行許可機能は、電圧センサ41により検出されたプラス側の電圧信号Vout(+)及びマイナス側の電圧信号Vout(−)から算出される組電池10の電圧値Vと、算出機能により算出された組電池10の総電圧値Vicとの差が所定値以上である場合に、第1比較機能、第2比較機能及び診断機能による処理を実施させる機能である。
より詳しく説明すると、実行許可機能は、本来の電圧センサ41による電圧検出機能を用いて、本実施形態特有の診断を実行するか否かを判断することとなる。すなわち、プラス側の電圧信号Vout(+)及びマイナス側の電圧信号Vout(−)を出力する電圧センサ41において電圧を検出する場合、電圧値Vは、(Vout(+)−Vout(−))×K(Kは電圧変換係数)から算出される。実行許可機能は、この通常の検出方法を用いて電圧値Vを検出し、その電圧値Vが算出機能により算出された総電圧値Vicと大きく異なる場合のみに、電圧センサ41に異常が発生している疑いがあると判断して、第1比較機能、第2比較機能及び診断機能による処理を実施させる。
図3は、本実施形態に係る電圧センサ41の故障診断装置1による故障診断方法を示すフローチャートである。
まず、CPU43の実行許可機能は、電圧センサ41から出力されるプラス側の電圧信号Vout(+)及びマイナス側の電圧信号Vout(−)に基づいて、組電池10の電圧値Vを算出する(S1)。その後、算出機能は、第1〜第mセルIC42〜42の全部又は1つの電圧検出結果から、組電池10の総電圧値Vicを算出する(S2)。このとき、算出機能は車両走行中において上記2つ目の算出方法を用いると共に、車両停止中や、無負荷時中において上記1つ目の算出方法を用いる。
その後、実行許可機能は、組電池10の電圧値Vと、算出機能により算出された組電池10の総電圧値Vicとの差が所定値α以上であるか否かを判断する(S3)。組電池10の電圧値Vと組電池10の総電圧値Vicとの差が所定値α以上でないと判断した場合(S3:NO)、電圧センサ41の故障の可能性が少ないことから、CPU43はステップS4以降の処理の実行を許可しない。すなわち、図3に示した処理は終了することとなる。
一方、組電池10の電圧値Vと組電池10の総電圧値Vicとの差が所定値α以上であると判断した場合(S3:YES)、禁止機能は、電圧センサ41に供給される電源電圧の値Vccが所定範囲(Vcc(−)以上Vcc(+)以下)内であるか否かを判断する(S4)。
電源電圧の値Vccが所定範囲内でないと判断した場合(S4:NO)、故障の診断について誤判断してしまう可能性が高まることから、禁止機能はステップS5以降の処理を禁止する。すなわち、図3に示した処理は終了することとなる。
他方、電源電圧の値Vccが所定範囲内であると判断した場合(S4:YES)、CPU43は、電圧センサ41から出力されるプラス側の電圧信号Vout(+)に基づいて電圧値V(+)を算出すると共に、マイナス側の電圧信号Vout(−)に基づいて電圧値V(−)を算出する(S5)。
その後、第1比較機能は電圧値V(+)と組電池10の総電圧値Vicとを比較し、電圧値V(+)と組電池10の総電圧値Vicとの差が第2所定値β以内であるか否かを判断する(S6)。電圧値V(+)と組電池10の総電圧値Vicとの差が第2所定値β以内であると判断した場合(S6:YES)、処理はステップS8に移行する。電圧値V(+)と組電池10の総電圧値Vicとの差が第2所定値β以内でないと判断した場合(S6:NO)、CPU43は、Vout(+)故障フラグを「1」に設定し(S7)、処理はステップS8に移行する。
ステップS8において、第2比較機能は電圧値V(−)と組電池10の総電圧値Vicとを比較し、電圧値V(−)と組電池10の総電圧値Vicとの差が第3所定値γ以内であるか否かを判断する(S8)。電圧値V(+)と組電池10の総電圧値Vicとの差が第3所定値γ以内であると判断した場合(S8:YES)、処理はステップS10に移行する。電圧値V(+)と組電池10の総電圧値Vicとの差が第3所定値β以内でないと判断した場合(S8:NO)、CPU43は、Vout(−)故障フラグを「1」に設定し(S9)、処理はステップS10に移行する。
その後、診断機能は、Vout(+)故障フラグが「1」であるか否かを判断する(S10)。Vout(+)故障フラグが「1」であると判断した場合(S10:YES)、診断機能は、Vout(−)故障フラグが「1」であるか否かを判断する(S11)。Vout(−)故障フラグが「1」であると判断した場合(S11:YES)、診断機能は、双方の出力Vout(+),Vout(−)が故障していると判断する。そして、CPU43は、今後電圧センサ42による電圧検出を行っても正確な電圧検出ができないと判断して、演算用総電圧をステップS2にて示した方法に切り替える(S12)。すなわち、以降は総電圧値Vicの算出を実行することとなる。その後、図3に示す処理は終了する。
Vout(−)故障フラグが「1」でないと判断した場合(S11:NO)、診断機能は、プラス側出力Vout(+)が故障していると判断する。そして、CPU43は、今後プラス側出力Vout(+)に基づく電圧検出を行っても電圧検出が取得できないと判
断して、演算用総電圧をマイナス側出力Vout(−)に基づくV(−)とする(S13)。その後、図3に示す処理は終了する。
ところで、Vout(+)故障フラグが「1」でないと判断した場合(S10:NO)、診断機能は、Vout(−)故障フラグが「1」であるか否かを判断する(S14)。Vout(−)故障フラグが「1」でないと判断した場合(S11:NO)、診断機能は、電圧センサ41が正常であると判断し、図3に示す処理は終了する。
Vout(−)故障フラグが「1」であると判断した場合(S14:YES)、診断機能は、マイナス側出力Vout(−)が故障していると判断する。そして、CPU43は、今後マイナス側出力Vout(−)に基づく電圧検出を行っても正確な電圧検出ができないと判断して、演算用総電圧をプラス側出力Vout(+)に基づくV(+)とする(S15)。その後、図3に示す処理は終了する。
このようにして、本実施形態に係る電圧センサ41の故障診断装置1によれば、複数のセル10〜10の少なくとも1つの電圧値から組電池10の総電圧値Vicを算出し、算出された組電池10の総電圧値Vicと電圧センサ41から出力されたプラス側の電圧信号Vout(+)に基づく電圧値V(+)とを比較すると共に、算出された組電池10の総電圧値Vicと電圧センサ41から出力されたマイナス側の電圧信号Vout(−)に基づく電圧値V(−)とを比較する。そして、電圧センサ41のプラス側出力Vout(+)の故障、マイナス側出力Vout(−)の故障、及び双方の出力Vout(+),Vout(−)の故障を診断する。このため、プラス側及びマイナス側の2つの電圧信号Vout(+),Vout(−)を出力する電圧センサ41について、プラス側の出力Vout(+)のみの故障と、マイナス側の出力Vout(−)のみの故障と、双方の故障Vout(+),Vout(−)との3通りの故障を診断できることとなる。従って、故障内容をより詳細に診断することができる。
また、電圧センサ41に供給される電源電圧の値Vccが所定範囲内にない場合に、第1比較機能、第2比較機能及び診断機能による処理を禁止する。このため、電圧センサ41に供給される電源電圧の値Vccが小さく、電圧センサ41から出力される電圧信号が大きく変化してしまう場合などに、電圧センサ41が故障していないにも拘わらず故障していると判断してしまう事態を防止することができる。
また、電圧センサ41により検出されたプラス側の電圧信号Vout(+)及びマイナス側の電圧信号Vout(−)から算出される組電池10の電圧値Vと、算出機能により算出された組電池10の総電圧値Vicとの差が所定値α以上である場合に、第1比較機能、第2比較機能及び診断機能による処理を実施させる。このため、電圧センサ41により検出されたプラス側の電圧信号Vout(+)及びマイナス側の電圧信号Vout(−)から算出される組電池10の電圧値Vと、算出機能により算出された組電池10の総電圧値Vicとの差が所定値α以内であり、既に電圧センサ41の故障の可能性が少ない場合に処理を省略することができる。従って、演算量を低減することができる。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
1…故障診断装置
10…組電池
10〜10…セル
20…ジャンクションボックス
21…メインリレー
30…負荷
40…バッテリコントローラ
41…電圧センサ
42〜42…セルIC
43…CPU

Claims (3)

  1. 組電池を構成する複数のセルと、
    前記組電池の電圧値に応じたプラス側の電圧信号とマイナス側の電圧信号とを出力する電圧センサと、
    前記複数のセルの少なくとも1つの電圧値から前記組電池の総電圧値を算出する算出手段と、
    前記算出手段により算出された前記組電池の総電圧値と前記電圧センサから出力されたプラス側の電圧信号に基づく電圧値とを比較する第1比較手段と、
    前記算出手段により算出された前記組電池の総電圧値と前記電圧センサから出力されたマイナス側の電圧信号に基づく電圧値とを比較する第2比較手段と、
    前記第1比較手段及び前記第2比較手段による比較の結果から、前記電圧センサのプラス側出力の故障、マイナス側出力の故障、及び双方の出力の故障を診断する診断手段と、
    を備え、
    前記診断手段は、
    前記電圧センサから出力されたプラス側の電圧信号に基づく電圧値と前記算出手段により算出された前記組電池の総電圧値との差が第1の所定値より大きい場合には、前記電圧センサのプラス側出力が故障していると判断し、
    前記電圧センサから出力されたマイナス側の電圧信号に基づく電圧値と前記算出手段により算出された前記組電池の総電圧値との差が第2の所定値より大きい場合には、前記電圧センサのマイナス側出力が故障していると判断する
    ことを特徴とする電圧センサの故障診断装置。
  2. 前記電圧センサに供給される電源電圧の値を検出する検出手段と、
    前記検出手段により検出された電源電圧の値が所定範囲内にない場合に、前記第1比較手段、前記第2比較手段及び前記診断手段による処理を禁止する禁止手段と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電圧センサの故障診断装置。
  3. 前記電圧センサにより検出されたプラス側の電圧信号及びマイナス側の電圧信号から算出される前記組電池の電圧値と、前記算出手段により算出された前記組電池の総電圧値との差が所定値以上である場合に、前記第1比較手段、前記第2比較手段及び前記診断手段による処理を実施させる実行許可手段をさらに備えることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の電圧センサの故障診断装置。
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