JP6790540B2 - センサ計測値処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサが計測した計測値を処理するセンサ計測値処理装置に関する。

センサが計測した計測値には計測誤差やノイズなどが含まれているため、従来、瞬時値ではなく一定期間において取得した複数の計測値の平均値を求めることで計測誤差やノイズの影響を低減させている。

しかしながら、センサ自体の故障やセンサ配線の断線や短絡によりセンサに故障が発生した場合、センサが計測した計測値はセンサの計測可能範囲において上限又は下限に近い異常値となるため、一定期間において取得した複数の計測値のなかに異常値が含まれてしまう。そうすると異常値を用いて平均値が求められてしまうため、この平均値を用いることは好ましくない。その理由は、この平均値を用いて装置を制御するような場合、装置の制御に不具合を生じさせる虞があるからである。そこでセンサ故障が発生した場合、故障したセンサの計測値を用いないようにしている。

関連する技術として特許文献１が知られている。

特開２０１１−２０３１８９号公報

本発明の一側面に係る目的は、センサ故障が発生した場合でも異常値を含まないで統計値を算出できるセンサ計測値処理装置を提供することである。

本発明に係る一つの形態であるセンサ計測値処理装置はセンサと故障判定部と算出部とを備えている。
故障判定部は、センサに故障が発生してから第一の所定期間において、連続してセンサの故障を検出するとセンサが故障していると判定する。

算出部は、センサが計測した計測値を第二の所定期間取得し、第二の所定期間の最後に取得した計測値を含む第一の所定期間と同じ期間を第二の所定期間から除いた期間に取得した計測値を用いて統計値を算出する。

故障判定部は、センサに故障が発生してから第一の所定期間より長い第四の所定期間において、連続してセンサの故障を検出するとセンサが故障していると確定し、センサが故障していると判定すると、故障をしたセンサの計測値を用いないようにする。

センサ故障が発生した場合でも異常値を含まないで統計値を算出できる。

センサ計測値処理装置を備える蓄電装置の一実施例を示す図である。 統計値の算出方法を説明するための図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、センサ計測値処理装置を備える蓄電装置１の一実施例を示す図である。図１に示す蓄電装置１は、電池２、センサ３、監視回路４、制御回路５を備え、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッドカー、電気自動車などの車両に搭載される。また、センサ計測値処理装置はセンサ３と故障判定部６と算出部７を有する。なお、センサ計測値処理装置は蓄電装置１の他にも各種装置に搭載することが考えられる。

電池２は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池である。
センサ３は、例えば、温度センサ３ａ及び電流センサ３ｂ及び電圧センサ３ｃの少なくとも一つである。

監視回路４は、センサ３が計測した計測値をセンサ配線８（８ａ、８ｂ、８ｃ）を介して定期的に取得し、取得した計測値を用いて電池２の状態を監視する回路である。また、監視回路４は制御回路５と通信をする通信部１０を備え、監視回路４はセンサ３から取得した計測値を制御回路５に送信する。なお、監視回路４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）などを用いて構成される回路である。また、監視回路４は記憶部を備える。記憶部はＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などであり、各種情報や各種プログラムを記憶する。

制御回路５はセンサ計測値処理装置の各部を制御する回路である。また、制御回路５は故障判定部６と算出部７とを有する。また、制御回路５は監視回路４と通信をする通信部１１を備え、監視回路４から計測値を受信する。なお、制御回路５は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイスなどを用いて構成される回路である。また、制御回路５は記憶部を備える。記憶部はＲＯＭやＲＡＭなどであり、各種情報や各種プログラムを記憶する。

ここで監視回路４と制御回路５との間の通信は通信配線９を用いて行い、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＣＸＰＩ（Clock Extension Peripheral Interface）などの車載ネットワークを用いてもよい。

故障判定部６は、センサ３に故障が発生してから故障判定期間（第一の所定期間）において、連続してセンサ３の故障を検出するとセンサ３が故障していると判定する。故障判定期間は、故障判定部６が、センサ３に故障が発生したことを検出してから、センサ３が故障していると判定するまでに要する期間である。

また、故障判定部６は、センサ３に故障が発生してから故障判定期間より長い故障確定期間（第四の所定期間）において、連続してセンサ３の故障を検出するとセンサ３が故障していると確定する。故障確定期間は、故障判定部６がセンサ３に故障が発生したことを検出してから、センサ３が故障していると確定するまでに要する期間である。なお、連続してセンサ３の故障を検出するとは、センサ３から定期的に取得した計測値が連続して異常値であることを検出することである。

算出部７は、センサ３が計測した計測値を計測値取得期間（第二の所定期間）に取得し、計測値取得期間の最後に取得した計測値（最新の計測値）を含む故障判定期間と同じ期間（算出対象外期間）を計測値取得期間から除いて算出対象期間（第三の所定期間）とし、その算出対象期間に取得した取得した計測値を用いて統計値を算出する。

また、計測値取得期間の最後に取得した計測値を含む故障判定期間と同じ期間を、故障判定期間より長い故障確定期間と同じ期間（算出対象外期間）にし、該故障確定期間と同じ期間を計測値取得期間から除いて算出対象期間とし、その算出対象期間に取得した計測値を用いて統計値を算出してもよい。

なお、計測値取得期間は、センサ３が計測した計測値を制御回路５が取得する期間で、故障判定期間又は故障確定期間以上長い期間である。統計値は、例えば、算出対象期間に取得した計測値を用いて算出した平均値、最大値、最小値、中央値、分散値、標準偏差値などである。

このように算出対象期間に取得した計測値を用いて統計値を算出することで、計測値には異常値が含まれないので、異常値でない計測値だけを用いて統計値を算出することができる。

なお、図１の例では故障判定部６と算出部７は制御回路５に設けられているが、監視回路４に設けてもよい。また、監視回路４を介さずにセンサ３と制御回路５をセンサ配線８で直接接続する構成としてもよい。その場合、センサ３の計測した計測値は故障判定部６が取得する。

図２を用いてセンサ計測値処理装置の動作の詳細を説明する。図２は、統計値の算出方法を説明するための図である。縦軸にセンサ３の計測した計測値が示され、横軸に時間が示されている。なお、センサ３に関するセンサ故障が発生すると、センサ３が計測した計測値はセンサ３の計測可能範囲において上限又は下限に近い異常値となる。図２ではセンサ故障が発生すると上限に近い異常値になる例を示している。

図２の時刻ｔ２から時刻ｔ４に示される故障判定期間は、センサ３自体の故障や、センサ３と監視回路４とを接続するセンサ配線８の断線又は短絡による故障や、監視回路４と制御回路５とを接続する通信配線９の断線や短絡による故障や、センサ配線８又は通信配線９に重畳するノイズに起因する故障などを、故障判定部６が検出（故障発生）してからセンサ３が故障している可能性が高いと判定（故障判定）する期間である。また、故障判定期間は、センサ３が故障している可能性が高いと判定するために要する期間で、実験やシミュレーションにより決めることができる。

例えば、故障判定部６はセンサ３が計測した計測値が連続して故障判定回数異常値を取得した場合にセンサ３が故障している可能性が高いと判定する。仮に故障判定回数を二回とすれば、故障判定部６が二回の計測値を取得するのに要する期間が故障判定期間となる。なお、故障判定期間は、センサ３が計測する計測値の種類（例えば、温度、電流、電圧など）に応じて変更してもよい。

図２の時刻ｔ０から時刻ｔ３に示される計測値取得期間は、実際にセンサ３が計測した計測値を制御回路５が取得している期間である。従って計測値に異常値を含む期間である。

図２の時刻ｔ０から時刻ｔ１に示される算出対象期間は、時刻ｔ０から時刻ｔ３に示される計測値取得期間において時刻ｔ１から時刻ｔ３に示される故障判定期間と同じ期間を除いた期間である。従って計測値に異常値を含まない期間である。

図２の時刻ｔ２から時刻ｔ５に示される故障確定期間は、時刻ｔ２から時刻ｔ４に示される故障判定期間より長い期間で、故障判定部６がセンサ３の故障が確定（故障確定）するまでに要する期間である。なお、故障確定期間は、センサ３が故障していると確定できる期間で実験やシミュレーションにより決めることができる。

例えば、故障判定部６はセンサ３が計測した計測値が連続して故障確定回数異常値を取得した場合にセンサ３が故障している可能性が高いと判定する。故障確定における故障の可能性は、故障判定における故障の可能性より高くなるよう設定される。そのために、故障確定回数は故障判定回数より多く設定される。仮に故障確定回数を五回とすれば、故障判定部６が五回の計測値を取得するのに要する期間が故障確定期間となる。なお、故障確定期間は、センサ３が計測する計測値の種類（例えば、温度、電流、電圧など）に応じて変更してもよい。

このように故障判定期間と計測値取得期間と算出対象期間と故障確定期間を設定し、センサ３が計測した計測値を計測値取得期間に取得し、計測値取得期間の最後に取得した計測値を含む故障判定期間と同じ期間（算出対象外期間）を計測値取得期間から除いた算出対象期間に取得した計測値を用いて統計値を算出することで、異常値を用いないで統計値が算出できる。また、計測値取得期間の最後に取得した計測値を含む故障確定期間と同じ期間（算出対象外期間）を計測値取得期間から除いて算出対象期間とし、その算出対象期間に取得した計測値を用いて統計値を算出してもよい。

すなわちセンサ３に故障が発生してから、センサ３が故障した可能性が高いと判定されるまでの期間又はセンサ３の故障が確定するまでの期間に取得した計測値を取り除くことで、異常値でない計測値だけを用いて統計値が算出できる。

また、異常値でない計測値だけを用いて算出した統計値を用いてセンサ計測値処理装置を備えた装置を制御することで、装置の制御に不具合が生じないようにできる。
また、従来はセンサ３の故障が確定してから故障したセンサ３の計測値を用いないようにしている、つまり図２の時刻ｔ５を経過した後に計測値を用いないようにしている。しかし、本実施形態においては図２の時刻ｔ２から時刻ｔ４に示す故障判定期間において故障の可能性が高いと判定すると、故障をしたセンサ３が計測した計測値を用いないようにするため、センサ３の故障が確定するのを待つことなく計測値を用いないようにできる。従って、従来より短い期間において計測値を用いないことを決められる。更に、センサ３が故障していることを判定した後は統計値の算出をしなくてもよい。なお、センサ３が故障していることを判定する直前の正常な統計値は記憶部に保持する。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
図１乃至図２を参照しながら説明した実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
センサの計測した計測値を取得して電池の状態を監視する監視回路と、
前記監視回路から前記計測値を受信する制御回路と、を備え、
前記センサに故障が発生してから故障判定期間において、連続して前記センサの故障を検出すると前記センサが故障していると判定する、前記制御回路が有する故障判定部と、
前記センサが計測した計測値を第二の所定期間取得し、前記第二の所定期間の最後に取得した計測値を含む前記第一の所定期間と同じ期間を前記第二の所定期間から除いた第三の期間に取得した計測値を用いて統計値を算出する、前記制御回路が有する算出部と、
を備えることを特徴とする蓄電装置。
（付記２）
付記１に記載の装置であって、
前記故障判定部は、
前記センサに故障が発生してから前記第一の所定期間より長い第四の所定期間において、連続して前記センサの故障を検出すると前記センサが故障していると確定し、
前記センサが故障していると判定すると、故障をした前記センサの計測値を用いないようにする、
ことを特徴とする蓄電装置。
（付記３）
付記２に記載の装置であって、
前記算出部は、
前記センサが故障していると判定すると、前記統計値を算出しないようにする、
ことを特徴とする蓄電装置。

１ 蓄電装置
２ 電池
３ センサ
３ａ 温度センサ
３ｂ 電流センサ
３ｃ 電圧センサ
４ 監視回路
５ 制御回路
６ 故障判定部
７ 算出部
８ センサ配線
９ 通信配線

Claims (1)

1. センサと、
   前記センサが計測した計測値が異常値となってから前記センサが計測した計測値が連続して異常値であることを第一の所定期間にわたって検出すると前記センサが故障していると判定する故障判定部と、
   前記センサが計測した計測値を前記第一の所定期間よりも長い第二の所定期間にわたって取得し、前記第二の所定期間の前記計測値を最後に取得した時点から前記第一の所定期間と同じ期間だけ遡った時点までの期間を前記第二の所定期間から除いた第三の所定期間に取得した前記計測値を用いて統計値を算出する算出部と、を備え、
   前記算出部は、前記故障判定部により前記センサが故障していると判定されると、前記算出を行わないようにすることを特徴とするセンサ計測値処理装置。

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