JP7258027B2 - 対サンプル相関を使用したセンサ故障検出 - Google Patents

Description

[0001]本文書で開示されるデバイス及び方法は、バッテリシステムに関し、より詳細には、バッテリシステムにおけるセンサ故障検出に関する。

[0002]バッテリシステムは、しばしば、動作中に電流及び電圧といったバッテリのパラメータを監視するように構成された単数または複数のセンサを含む。多くの用途において、バッテリパラメータの信頼性の高い監視は、バッテリシステムの安全で効率的な動作に不可欠である。特定の自動車用途では、オンボード診断（ＯＢＤ：Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ－Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）規制により、電流センサの故障を検出するため２つの側面の合理性チェックが要求される。バッテリシステムにおける電流センサの故障を検出する現在の技術では、一般に、２つ目の冗長な電流センサを組み込むことが要求される。そのシステムは、２つの異なる電流センサの値を比較する。当該センサの値の差が大きすぎる場合、システムによって故障が疑われることとなる。したがって、ただ１つの電流センサを有するバッテリシステムで電流センサの故障を検出するためのシステム及び方法を提供することは有利であろう。

[0003]電流センサ故障検出の方法が開示される。その方法は、バッテリのバッテリ電圧を測定するように構成された電圧センサからの一連のバッテリ電圧サンプルとともに、バッテリのバッテリ電流を測定するように構成された電流センサからの一連のバッテリ電流サンプルを取得するステップと、所定数のサンプルに亘るバッテリ電圧サンプルの変化量と所定数のサンプルに亘るバッテリ電流サンプルの変化量とを決定するステップと、バッテリ電圧サンプルの変化量とバッテリ電流サンプルの変化量との比率が、（ｉ）バッテリの抵抗及び（ｉｉ）バッテリのコンダクタンスのうちの一方の予想範囲内であるかどうかの検査を行うステップと、当該比率が予想範囲内であるかどうかに基づいて電流センサの故障を検出するステップとを含む。

[0004]バッテリシステムが開示される。バッテリシステムは、少なくとも１つの負荷に電力を供給するように動作可能に接続されたバッテリと、バッテリのバッテリ電圧を測定するように構成された電圧センサと、バッテリのバッテリ電流を測定するように構成された電流センサと、電圧センサ及び電流センサに動作可能に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、電圧センサからの一連のバッテリ電圧サンプルとともに、電流センサからの一連のバッテリ電流サンプルを取得し、所定数のサンプルに亘るバッテリ電圧サンプルの変化量と所定数のサンプルに亘るバッテリ電流サンプルの変化量とを決定し、バッテリ電圧サンプルの変化量とバッテリ電流サンプルの変化量との比率が、（ｉ）バッテリの抵抗及び（ｉｉ）バッテリのコンダクタンスのうちの一方の予想範囲内であるかどうかの検査を行い、当該比率が予想範囲内であるかどうかに基づいて電流センサの故障を検出するように構成されている。

[0005]バッテリシステムにおけるセンサ故障を検出するためのシステム及び方法の前述の態様及び他の特徴について、添付の図面に関連して以下の記載で説明する。

[0006]本開示によるバッテリシステムの図である。 [0007]バッテリシステムにおける電流センサ故障を検出する方法の図である。 [0008]例示的な一連のバッテリ電圧サンプル及びバッテリ電流サンプルの図である。

[0009]次に、本開示の原理の理解を促すために、図面に示され、下記の明細書に記載された実施形態を参照する。これにより、本開示の範囲の限定は意図されないことが理解されよう。さらに、本開示は、例示された実施形態に対する任意の変更及び修正を含み、本開示が関係する当業者が通常想到するであろう、本開示の原理のさらなる適用を含むことが理解されよう。

[0010]図１は、本開示によるバッテリシステム１００を示す。少なくとも一実施形態において、バッテリシステム１００は、電気自動車、またはフルハイブリッド／マイルドハイブリッド／マイクロハイブリッド電気自動車などの車両に組み込まれる。バッテリシステム１００は、負荷１０４に電力を供給するように動作可能に接続され構成されたバッテリ１０２を含む。少なくとも一実施形態において、バッテリ１０２は、互いに直列及び／または並列に接続されて正のバッテリ端子１０８と負のバッテリ端子１１０との間のバッテリ１０２の出力電圧（たとえば、１２ボルト、４８ボルト、２００＋ボルト）を供給する複数個の個別のバッテリセル１０６を備える。バッテリセル１０６は、ニッケル金属水素化物またはリチウムイオンなどの様々なタイプのバッテリセルのいずれかを備え得る。

[0011]負荷１０４は、バッテリ１０２に接続され、動作中にバッテリ１０２から電力の供給を受けるように構成される。いくつかの実施形態において、負荷１０４は、高圧側スイッチ１１２を介して正のバッテリ端子１０８に接続され、低圧側スイッチ１１４を介して負のバッテリ端子１１０に接続される。スイッチ１１２，１１４は、継電器もしくは接触器などの電気機械式スイッチ、またはパワー金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ：ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ－ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電子式スイッチを備え得る。いくつかの実施形態において、負荷１０４は、車両の牽引モータまたは車両電気システムを含み得る。いくつかの実施形態において、バッテリシステム１００は、バッテリ１０２と負荷１０４の一部または全部との間に接続された様々なパワーエレクトロニクス（図示せず）を含み得、そのようなＤＣ／ＤＣコンバータは、バッテリ電圧を車両電気システムの電圧に降圧するように構成される。

[0012]バッテリシステム１００は、電流センサ１１６、電圧センサ１１８、及び温度センサ１２０をさらに含む。電流センサ１１６は、バッテリ１０２を流れるバッテリ電流Ｉを測定するように構成される。一実施形態において、電流センサ１１６は、バッテリ電流Ｉに比例する電圧を供給する、バッテリ１０２と直列に配置された分流抵抗器を含む。一実施形態において、電流センサ１１６は、バッテリ１０２と直列に配置され、バッテリ電流Ｉを測定するように構成されたホール効果センサを備える。電圧センサ１１８は、バッテリ１０２と並列に接続され、バッテリ１０２の正のバッテリ端子１０８と負のバッテリ端子１１０との間のバッテリ電圧Ｕを測定するように構成される。いくつかの実施形態において、電圧センサ１１８は、バッテリ１０２の個々のセル１０６の電圧を測定するようにさらに構成される。温度センサ１２０は、バッテリ１０２のバッテリ温度Ｔを測定するように構成される。一実施形態において、温度センサ１２０は、いくつかの個別の温度センサを備え、測定されるバッテリ温度Ｔは、異なるセンサからのいくつかの測定値の最小値、最大値、または平均値であり得る。

[0013]バッテリシステム１００は、電流センサ１１６、電圧センサ１１８、及び温度センサ１２０に動作可能に接続されたコントローラ１２２をさらに含む。コントローラ１２２は、電流センサ１１６からバッテリ電流Ｉの測定値を取得し、電圧センサ１１８からバッテリ電圧Ｕを取得するように構成される。コントローラ１２２は、少なくとも、電流センサ１１６のセンサ故障を検出するように構成される。コントローラ１２２は、一般に、少なくとも１つのプロセッサと、上述の機能を実現するために少なくとも１つのプロセッサによって実行されるプログラム命令が記憶された少なくとも１つの関連するメモリとを備える。「コントローラ」または「プロセッサ」が、データ、信号または他の情報を処理する任意のハードウェアシステム、ハードウェアメカニズム、またはハードウェアコンポーネントを含むことは、当業者によって認識されよう。コントローラ１２２は、中央処理装置、複数の処理装置、または特定機能を実現するための専用回路を備えたシステムを含み得る。いくつかの実施形態において、コントローラ１２２は、センサ故障検出に加えて他の機能に役立つように構成された、バッテリ管理システムまたはそのコンポーネントである。いくつかの実施形態において、コントローラ１２２は、スイッチ１１２，１１４に動作可能に接続され、スイッチ１１２，１１４に開閉するよう命令するように構成される。いくつかの実施形態において、コントローラ１２２は、出力デバイス１２４に動作可能に接続され、出力デバイス１２４を動作させて音響的な警告または視覚的な警告を生成するように構成される。出力デバイス１２４は、スピーカー、ライト、ディスプレイ画面などを備え得る。

[0014]バッテリシステムにおけるセンサ故障を検出するための様々な方法を以下に説明する。当該方法の説明において、当該方法が何らかのタスクまたは機能を実行しているという記述は、コントローラまたは汎用のプロセッサが、コントローラまたはプロセッサに動作可能に接続された非一時型コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶されたプログラムによる命令を実行し、データを操作するかまたはシステム１００内の単数または複数のコンポーネントを動作させて、タスクまたは機能を実行していることを意味する。具体的には、上記のコントローラ１２２は、そのようなコントローラまたはプロセッサであり得、実行されるプログラム命令は、メモリに記憶され得る。さらに、当該方法のステップは、図面に示される順序またはステップが説明される順序に関わらず、実現可能な任意の時系列順で実行され得る。

[0015]図２は、上記バッテリシステム１００などのバッテリシステムにおけるセンサ故障を検出するための方法２００を示すものである。方法２００は、本明細書では「対サンプル相関」法と呼ばれ、小領域内で略線形の関係を有する２つのセンサ信号間の相関のレベルを、その２つのセンサ信号の相対的な挙動（すなわち、相対振幅とは対照的に、信号の経時的な相対変化）を比較することによって評価する。このように、この方法は、センサのうちの１つにおけるゲイン故障を検出するのに最も有用である。さらに、方法２００は、単一の電流センサ及び電圧センサを有するバッテリシステムに適用され、電流センサのゲイン故障を検出する目的で本明細書では説明されている。しかしながら、この方法は、相関信号を測定するセンサを有する他のアプリケーションに同様に適用することができる。

[0016]方法２００は、一連のバッテリ電圧サンプル及び一連のバッテリ電流サンプルを取得するステップで開始される（ブロック２１０）。具体的には、本明細書で詳述する実施形態に関して、電流センサ１１６は、バッテリ１０２を流れるバッテリ電流Ｉに関する一連の測定サンプルを生成するように構成される。同様に、電圧センサ１１８は、バッテリ１０２のバッテリ端子１０８，１１０間のバッテリ電圧Ｕに関する一連の測定サンプルを生成するように構成される。コントローラ１２２は、電流センサ１１６からの一連のバッテリ電流サンプルとともに、電圧センサ１１８からの一連のバッテリ電圧サンプルを取得するように構成される。あるいは、いくつかの実施形態において、電流センサ１１６及び電圧センサ１１８は、コントローラ１２２によってサンプリングされるアナログ測定信号を生成して、一連のバッテリ電流サンプル及び一連のバッテリ電圧サンプルを提供するように構成され得る。

[0017]図３は、例示的な一連のバッテリ電圧サンプル及びバッテリ電流サンプルを示すものである。具体的には、グラフ３０２は、電圧センサ１１８によって生成され、コントローラ１２２により取得された一連のバッテリ電圧サンプル３０４を示している。同様に、グラフ３０６は、電流センサ１１６によって生成され、コントローラ１２２により取得された一連のバッテリ電流サンプル３０８を示している。図示されるように、バッテリ電圧サンプル３０４及びバッテリ電流サンプル３０８は、ｔ＝０からｔ＝１８までの複数の時間ステップに及んでいる。少なくとも一実施形態において、各時間ステップ間の特定の期間は、電流センサ１１６及び電圧センサ１１８のサンプリングレートの関数である。いくつかの実施形態において、電流センサ１１６及び電圧センサ１１８は、共通のサンプリングレートで構成され、時間ステップは、電流センサ１１６及び電圧センサ１１８の共通のサンプル周期と一致する。他の実施形態において、センサ１１６，１１８の一方は、センサ１１６，１１８の他方の倍数のサンプリングレートを有し、時間ステップは、センサ１１６，１１８のサンプリング周期のうちの長い方と一致し得るか、あるいは当該サンプリング周期の最小公倍数などの公倍数と一致し得る。

[0018]再び図２を参照すると、方法２００は、バッテリ電圧サンプルの変化量とバッテリ電流サンプルの変化量とを決定するステップ（ブロック２２０）に移行する。具体的には、本明細書で詳述する実施形態に関して、コントローラ１２２は、所定数のサンプルに亘るバッテリ電圧の変化量ΔＵと所定数のサンプルに亘るバッテリ電流の変化量ΔＩとを決定するように構成される。具体的には、少なくとも一実施形態において、コントローラ１２２は、バッテリ電圧の変化量ΔＵを、ΔＵ＝Ｕ_ｓ－Ｕ_ｓ－ｗとの式に基づいて計算するように構成される。ここで、ｓは、現在の時間ステップの指数であり、ｗは、サンプリングウインドウの所定の幅であり、１以上の正整数である。同様に、少なくとも一実施形態において、コントローラ１２２は、バッテリ電流ΔＩの変化量を、ΔＩ＝Ｉ_ｓ－ｄ－Ｉ_{ｓ－ｗ－ｄ}との式に基づいて計算するように構成される。ここで、ｄは、バッテリ電流Ｉとバッテリ電圧Ｕとの間のあらゆる位相差を補償するための、電圧に対する電流の遅延量であり、正もしくは負の整数またはゼロである。たとえば、ｄ＝１は、電圧サンプルＵ_ｓを先の電流サンプルＩ_ｓ－１と関連付けることになり、ｄ＝－２は、電圧サンプルＵ_ｓを後の電流サンプルＩ_ｓ＋２と関連付けることになる。バッテリ電流Ｉとバッテリ電圧Ｕとの間の位相差は、電流センサ１１６と電圧センサ１１８との間のレイテンシの小さい差、ならびにバッテリ回路内の任意のリアクタンスの結果であり得る。図３は、例示的なバッテリ電圧ウィンドウ３１０及びバッテリ電流ウィンドウ３１２を示している。ここで、現在の時間ステップはｓ＝ｔ＝１０、及び、ウィンドウ幅はｗ＝２である。さらに、示されるように、バッテリ電圧Ｕに対して３時間ステップでバッテリ電流Ｉの遅延量を補償するために、ｄ＝－３である。

[0019]方法２００は、バッテリ電圧サンプルの変化量とバッテリ電流サンプルの変化量との比率が、（ｉ）バッテリの抵抗及び（ｉｉ）バッテリのコンダクタンスのうちの一方の予想範囲内であるかどうかの検査を行うステップ（ブロック２３０）に移行する。具体的には、本明細書で詳述する実施形態に関して、コントローラ１２２は、バッテリ電圧ΔＵの変化量とバッテリ電流ΔＩの変化量との比率を計算するように構成される。少なくとも一実施形態において、コントローラ１２２は、次式に従って比率を算出するように構成される。

ただし、コントローラ１２２は、次式に従って比率の逆数を算出するように構成されてもよい。

[0020]コントローラ１２２は、比率ΔＵ／ΔＩが形成される場合には当該比率をバッテリ１０２の推定抵抗Ｒと比較し、あるいは、比率ΔＩ／ΔＵが形成される場合には当該比率をバッテリ１０２の推定コンダクタンス１／Ｒと比較するように構成される。いくつかの実施形態において、コントローラ１２２は、温度センサ１２０から温度測定値Ｔを取得し、関連するメモリに格納されたバッテリ１０２の数学的モデルまたは抵抗対温度のルックアップテーブルを使用して、測定温度Ｔを基にバッテリ１０２の推定抵抗Ｒを決定するように構成される。

[0021]比率がバッテリ１０２の推定抵抗または推定コンダクタンスと十分に類似していない場合、センサ１１６，１１８のうちの一方の故障が疑われる可能性がある。特に、バッテリ電流及びバッテリ電圧の相対的な挙動は、オームの法則に大きく左右される。したがって、センサ１１６，１１８が適切に機能しているとき、比率は、バッテリ１０２の内部抵抗または内部コンダクタンスに相当すると予想される。いくつかの実施形態において、コントローラ１２２は、比率ΔＵ／ΔＩが推定抵抗Ｒの所定範囲内であるかどうか、またはその代わりに、比率ΔＩ／ΔＵが推定コンダクタンス１／Ｒの所定範囲内であるかどうかを判定するように構成される。特には、一実施形態において、コントローラ１２２は、比率が抵抗Ｒの推定範囲内であるかどうかを、次式に従って判定するように構成される。ここで、δ_ｎは負方向の推定抵抗Ｒの誤差（たとえば、－５０％）であり、δ_ｐは正方向の推定抵抗Ｒの誤差（たとえば、５９％）である。

あるいは、比率ΔＩ／ΔＵが形成される場合、コントローラ１２２は、当該比率がコンダクタンス１／Ｒの推定範囲内であるかどうかを、次式に従って判定するように構成される。

一実施形態において、コントローラ１２２は、測定温度Ｔ、温度センサ１２０の性能、バッテリ１０２のセルの経年劣化、パルス特性、バッテリ１０２の充電状態、バッテリ電流Ｉの極性、及び／またはバッテリ電圧Ｕとバッテリ電流Ｉとの間の未補償の位相差に応じて、誤差δ_ｎ及び／または誤差δ_ｐを時間とともに定期的に調整するように構成される。さらに、いくつかの実施形態において、コントローラ１２２は、常時または１回限りの調整として、誤差δｎ及び／または誤差δｐをバッテリ１０２の機能の製造ばらつきとして調整を行うように構成される。

[0022]いくつかの実施形態において、コントローラ１２２は、比率が抵抗Ｒまたはコンダクタンス１／Ｒの推定範囲外であることに応じて、電流センサ１１６及び電圧センサ１１８のうちの一方の故障を検出するように構成される。少なくとも一実施形態において、電圧センサ１１８の故障は、他の検出プロセスを使用して検出され、コントローラ１２２は、比率が抵抗Ｒまたはコンダクタンス１／Ｒの推定範囲外であることに応じて電流センサ１１６の故障を検出するように構成される。そのような実施形態において、コントローラ１２２は、センサ故障を検出したことに応じて、ある種の改善動作を実行するようにさらに構成され得る。一実施形態において、コントローラ１２２は、故障を検出したことに応じてスイッチ１１２，１１４を開動作させ、これによりバッテリ１０２の端子１０８，１１０を負荷１０４から遮断するように構成される。一実施形態において、コントローラ１２２は、故障を検出したことに応じて、出力デバイス１２４を動作させて音響的な警告または視覚的な警告を生成し、これにより、検出されたセンサ故障をユーザに警告するように構成される。一実施形態において、コントローラ１２２は、使用時監視パフォーマンス比（ＩＵＭＰＲ：ｉｎ ｕｓｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒａｔｉｏ）または他のリアルタイム監視技法を使用するオンボード診断（ＯＢＤ：Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ－Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）評価などのさらなる処理のために、検出されたセンサ故障を示す信号をより高いレベルのコントローラに送信するように構成される。一実施形態において、コントローラ１２２は、センサ故障の検出に基づいて、オンボード診断（ＯＢＤ）評価自体を実行するように構成される。

[0023]しかしながら、多くの実施形態において、方法２００は、代わりに、比率が、（ｉ）バッテリの抵抗及び（ｉｉ）バッテリのコンダクタンスのうちの一方の予想範囲外であるかどうかを記憶するステップに移行する（ブロック２４０）。具体的には、本明細書で詳述する実施形態に関して、コントローラ１２２は、比率が抵抗Ｒまたはコンダクタンス１／Ｒの推定範囲外であるかどうかを記憶するように構成される。一実施形態において、コントローラ１２２は、比率が抵抗Ｒまたはコンダクタンス１／Ｒの推定範囲外であることに応じて、カウンタをインクリメントする（または、カウンタをインクリメントするステップを省略する）ように構成される。このようにして、コントローラ１２２は、上記検査が不合格及び／または合格になる回数をカウントするように構成される。一実施形態において、コントローラ１２２は、各時間ステップに関して、比較の結果（たとえば、合格または不合格、範囲内または範囲外）を記憶するように構成される。

[0024]方法２００は、バッテリ電圧サンプル及びバッテリ電流サンプルの連続した時間ステップに亘って、バッテリ電圧サンプルの変化量及びバッテリ電流サンプルの変化量を決定するステップ（ブロック２２０）と、バッテリ電圧サンプルの変化量とバッテリ電流サンプルの変化量との比率が（ｉ）バッテリの抵抗及び（ｉｉ）バッテリのコンダクタンスのうちの一方の予想範囲内であるかどうかの検査を行うステップ（ブロック２３０）と、比率が（ｉ）バッテリの抵抗及び（ｉｉ）バッテリのコンダクタンスのうちの一方の予想範囲外であるかどうかを記憶するステップ（ブロック２４０）とを繰り返すことを継続して行う。特に、コントローラ１２２は、複数の連続した繰り返しに亘って、時間ステップｓを少なくとも１時間ステップだけインクリメントし、バッテリ電圧の変化量とバッテリ電流の変化量との比率を既知の抵抗またはコンダクタンスと比較するように構成される。特には、少なくとも一実施形態において、コントローラ１２２は、複数の連続した繰り返しに亘って、時間ステップｓを１だけインクリメントし、次式または上記したその逆数を再評価するように構成される。

各繰り返しの後、コントローラ１２２は、その結果に基づいてカウンタをインクリメントするか、あるいはその結果を各時間ステップと関連付けて記憶するように構成される。

[0025]所定数の繰り返しの後、方法２００は、所定数の繰り返し中に比率が予想範囲外であった回数を決定するステップ（ブロック２５０）に移行する。具体的には、所定数の連続した繰り返しの後、コントローラ１２２は、所定数の連続した繰り返し中に、比率が抵抗Ｒまたはコンダクタンス１／Ｒの推定範囲外であった回数を決定するように構成される。比率が抵抗Ｒまたはコンダクタンス１／Ｒの推定範囲外であるたびにこれに応じてカウンタをインクリメントする実施形態においては、コントローラ１２２は、カウンタから値を読み取って回数を決定するように構成される。他の実施形態において、コントローラ１２２は、所定数の連続した繰り返しの先の時間ステップに関連する結果をメモリから読み取り、比率が抵抗Ｒまたはコンダクタンス１／Ｒの推定範囲外であった回数をカウントするように構成される。

[0026]決定された回数が所定の閾値を超えたとき、これに応じて、方法２００は、電流センサの故障を検出するステップ（ブロック２６０）に移行する。具体的には、コントローラ１２２は、比率が抵抗Ｒまたはコンダクタンス１／Ｒの推定範囲外であったと決定された回数が、所定の閾値（たとえば、２０％）を超えたことに応じて、電流センサ１１６及び電圧センサ１１８のうちの一方の故障を検出するように構成される。少なくとも一実施形態において、電圧センサ１１８の故障は他の検出プロセスを使用して検出され、コントローラ１２２は、決定された回数が所定の閾値（たとえば、２０％）を超えたことに応じて、電流センサ１１６の故障を検出するように構成される。一実施形態において、コントローラ１２２は、測定温度Ｔ、温度センサ１２０の性能、バッテリ１０２のセルの経年劣化、パルス特性、バッテリ１０２の充電状態、バッテリ電流Ｉの極性、及び／またはバッテリ電圧Ｕとバッテリ電流Ｉとの間の未補償の位相差に応じて、所定の閾値を時間とともに定期的に調整するように構成される。さらに、いくつかの実施形態において、コントローラ１２２は、常時または１回限りの調整として、所定の閾値をバッテリ１０２の機能の製造ばらつきとして調整を行うように構成される。

[0027]いくつかの実施形態において、センサ故障を検出したことに応じて、コントローラ１２２は、ある種の改善動作を実行するようにさらに構成され得る。一実施形態において、コントローラ１２２は、故障を検出したことに応じてスイッチ１１２及びスイッチ１１４を開動作させ、これによりバッテリ１０２の端子１０８，１１０を負荷１０４から遮断するように構成される。一実施形態において、コントローラ１２２は、故障を検出したことに応じて、出力デバイス１２４を動作させて音響的な警告または視覚的な警告を生成し、これにより、検出されたセンサ故障をユーザに警告するように構成される。一実施形態において、コントローラ１２２は、使用時監視パフォーマンス比（ＩＵＭＰＲ：ｉｎ ｕｓｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒａｔｉｏ）または他のリアルタイム監視技法を使用するオンボード診断（ＯＢＤ）評価などのさらなる処理のために、検出されたセンサ故障を示す信号をより高いレベルのコントローラに送信するように構成される。一実施形態において、コントローラ１２２は、センサ故障の検出に基づいて、オンボード診断（ＯＢＤ）評価自体を実行するように構成される。

[0028]電流センサの故障を検出した後または検出しなかった後は、方法２００は、別の所定数の繰り返しが実行されるまで、バッテリ電圧サンプル及びバッテリ電流サンプルの連続した時間ステップに亘って、バッテリ電圧サンプルの変化量及びバッテリ電流サンプルの変化量を決定するステップ（ブロック２２０）と、バッテリ電圧サンプルの変化量とバッテリ電流サンプルの変化量との比率が（ｉ）バッテリの抵抗及び（ｉｉ）バッテリのコンダクタンスのうちの一方の予想範囲内であるかどうかの検査を行うステップ（ブロック２３０）と、比率が（ｉ）バッテリの抵抗及び（ｉｉ）バッテリのコンダクタンスのうちの一方の予想範囲外であるかどうかを記憶するステップ（ブロック２４０）とを繰り返すプロセスに戻る。

[0029]いくつかの実施形態において、方法２００は、（１）バッテリ温度が最小温度閾値を超えた、（２）バッテリ電圧サンプルの変化量が最小電圧変化量閾値を超えた、及び／または（３）バッテリ電流サンプルの電流値が最小電流閾値を超えた、という境界条件が満たされるかどうかを判定するステップ（ブロック２７０）をさらに含む。特には、比率が抵抗Ｒまたはコンダクタンス１／Ｒの推定範囲外であるかどうかの検査を行うる前に、コントローラ１２２は、特定の境界条件が満たされるかどうかを判定するように構成される。境界条件が満たされない場合、コントローラ１２２は、比率が抵抗Ｒまたはコンダクタンス１／Ｒの推定範囲外であるかどうかの検査を行うステップを省略して、単にプロセスの次の時間ステップに進むように構成される。一実施形態において、境界条件は、現在のバッテリ温度Ｔが最小温度閾値Ｔ_ｍｉｎよりも大きいということ、言い換えれば、低温でのセルの内部抵抗の大きな変化に起因する誤差を回避するために、Ｔ＞Ｔ_ｍｉｎとの式が満たされなければならないことである。一実施形態において、境界条件は、バッテリ電圧の変化量ΔＵがバッテリ電圧の最小変化量閾値ΔＵ_ｍｉｎよりも大きいということ、言い換えれば、バッテリ電圧の最小変化量による検査を回避するために、ΔＵ＞ΔＵ_ｍｉｎとの式が満たされなければならないことである。一実施形態において、境界条件は、必要に応じて低電流での検査を回避するために、現在のバッテリ電流Ｉ_ｓが最小バッテリ電流閾値Ｉ_ｍｉｎよりも大きいということ、言い換えれば、Ｉ_ｓ＞Ｉ_ｍｉｎとの式が満たされなければならないことである。一実施形態において、コントローラ１２２は、境界条件Ｔ＞Ｔ_ｍｉｎ、ΔＵ＞ΔＵ_ｍｉｎ、及びＩ_ｓ＞Ｉ_ｍｉｎのそれぞれが満たされているかどうかを判定し、当該境界条件のすべてが満たされたことに応じて、比率が抵抗Ｒまたはコンダクタンス１／Ｒの推定範囲外であるかどうかのみを検査するように構成される。一実施形態において、コントローラ１２２は、最小温度閾値Ｔ_ｍｉｎ、バッテリ電圧の最小変化量閾値ΔＵ_ｍｉｎ、及び／または最小バッテリ電流閾値Ｉ_ｍｉｎを、測定温度Ｔ、温度センサ１２０の性能、バッテリ１０２のセルの経年劣化、パルス特性、バッテリ１０２の充電状態、バッテリ電流Ｉの極性、及び／またはバッテリ電圧Ｕとバッテリ電流Ｉとの間の未補償の位相差に応じて、時間とともに定期的に調整するように構成される。さらに、いくつかの実施形態において、コントローラ１２２は、常時または１回限りの調整として、最小温度閾値Ｔ_ｍｉｎ、バッテリ電圧の最小変化量閾値ΔＵ_ｍｉｎ、及び／または最小バッテリ電流閾値Ｉ_ｍｉｎを、バッテリ１０２の機能の製造ばらつきとして調整を行うように構成される。

[0030]本明細書に記載の対サンプル相関法は、コントローラ１２２が２つ目の電流センサを必要とせずに電流センサ１１６の故障検出を可能とするこにより、バッテリシステム１００の機能を向上させるものである。さらに、２つ目の電流センサを含むバッテリシステムでは、対サンプル相関法は、コントローラ１２２が、電流センサ１１６の故障、特にゲイン故障を検出することによりさらなる冗長性を提供することができる。他のいくつかの方法とは異なり、本明細書に開示される対サンプル相関法は、結果の生成を開始するために少量のデータ（たとえば、２つのサンプル）のみを必要とし、これは、バッテリシステムにおける故障検出などのリアルタイムの用途に有利である。さらに、各相関性検査の計算コストが低いので、低パフォーマンスかつ低コストのハードウェア上でこの方法を継続的に実行することが可能となる。対サンプル相関法は、較正変数（たとえば、所定の合格／不合格閾値、または上記のようなパラメータδ_ｎ、δ_ｐ、Ｔ_ｍｉｎ、ΔＵ_ｍｉｎ、及び／もしくはＩ_ｍｉｎの値）の直観的性質、及び較正変数間の相互依存性が低いことに起因して容易に較正される。対サンプル相関法は、有利には、各タイプの計算が（境界条件が満たされた）新しいサンプルごとに、または高レベルの評価が実行されるたびに実行されるので、より容易に実装されるロジックを有する。これは、他の計算の結果に応じて一部の計算が実行される、または実行されないアルゴリズムとは対照的である。

[0031]本開示について、図面及び上記説明で詳細に図示及び説明がなされたが、これらは例示的なものであり、特性を限定するものではないとみなされるべきである。好ましい実施形態のみが提示されており、本開示の趣旨に含まれるすべての変更、修正、及びさらなる適用が保護されるよう望まれることは理解される。

Claims (20)

1. 電流センサ故障検出の方法であって、
   バッテリのバッテリ電圧を測定するように構成された電圧センサからの一連のバッテリ電圧サンプルとともに、前記バッテリのバッテリ電流を測定するように構成された電流センサからの一連のバッテリ電流サンプルを取得するステップと、
   所定数のサンプルに亘る前記バッテリ電圧サンプルの変化量と前記所定数のサンプルに亘る前記バッテリ電流サンプルの変化量とを決定するステップであって、前記所定数のサンプルに亘る前記バッテリ電圧サンプルと前記所定数のサンプルに亘る前記バッテリ電流サンプルとが、前記バッテリ電流と前記バッテリ電圧との間の位相差を補償するように取得される、ステップと、
   前記バッテリ電圧サンプルの前記変化量と前記バッテリ電流サンプルの前記変化量との比率が、（ｉ）前記バッテリの抵抗及び（ｉｉ）前記バッテリのコンダクタンスのうちの一方の予想範囲内であるかどうかの検査を行うステップと、
   前記比率が前記予想範囲内であるかどうかに基づいて前記電流センサの故障の検出を行うステップと
   を含む方法。
2. 前記バッテリ電圧サンプルの前記変化量と前記バッテリ電流サンプルの前記変化量とを決定する当該ステップは、
   第１の時間ステップでの前記バッテリ電圧サンプルの値と、前記第１の時間ステップの後における第１の所定数の時間ステップである第２の時間ステップでの前記バッテリ電圧サンプルの値との間の差として前記バッテリ電圧サンプルの前記変化量を決定するステップと、
   前記第１の時間ステップの前または後における第２の所定数の時間ステップである第３の時間ステップでの前記バッテリ電流サンプルの値と、前記第３の時間ステップの後における当該第１の所定数の時間ステップである第４の時間ステップでの前記バッテリ電流サンプルの値との間の差として前記バッテリ電流サンプルの前記変化量を決定するステップと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記バッテリの温度を測定するように構成された温度センサからバッテリ温度測定値を取得するステップと、
   前記バッテリ温度測定値に基づいて前記予想範囲を決定するステップと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 当該検出するステップは、前記比率が前記予想範囲外であることに基づいて前記故障を検出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記バッテリ電圧サンプル及び前記バッテリ電流サンプルの連続した時間ステップに亘って、当該決定するステップと前記検査を行うステップとを繰り返すステップと、
   前記検査の繰り返しごとに、前記比率が前記予想範囲外であるかどうかを記憶するステップと、
   前記検査の所定数の繰り返しの後に、前記所定数の繰り返しのうち、前記比率が前記予想範囲外であった回数を決定するステップと、
   前記回数が所定の閾値を超えたことに応じて前記故障を検出するステップと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. （ｉ）前記バッテリのセルの経年劣化、（ｉｉ）前記バッテリの充電状態、（ｉｉｉ）前記バッテリ電流の極性、及び（ｉｖ）前記バッテリ電流と前記バッテリ電圧との間の位相差のうちの少なくとも１つに基づいて、前記予想範囲及び前記所定の閾値のうちの少なくとも１つを調整するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. （ｉ）前記バッテリのバッテリ温度が最小温度閾値を超えたか、（ｉｉ）前記バッテリ電圧サンプルの前記変化量が最小電圧変化量閾値を超えたか、及び（ｉｉｉ）前記バッテリ電流サンプルの電流値が最小電流閾値を超えたか、のうちの少なくとも１つの条件を満たすかどうかを判定するステップをさらに含み、
   前記条件が満たされたときに前記検査を行うステップが実行される、請求項１に記載の方法。
8. （ｉ）前記バッテリのセルの経年劣化、（ｉｉ）前記バッテリの充電状態、（ｉｉｉ）前記バッテリ電流の極性、及び（ｉｖ）前記バッテリ電流と前記バッテリ電圧との間の位相差のうちの少なくとも１つに基づいて、前記最小温度閾値、前記最小電圧変化量閾値、及び前記最小電流閾値のうちの少なくとも１つを調整するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記故障を検出したことに応じて、出力デバイスを動作させて（ｉ）音響的な警告及び（ｉｉ）視覚的な警告のうちの一方を生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記故障を検出したことに応じて、少なくとも１つのスイッチを動作させて前記バッテリを少なくとも１つの負荷から遮断するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 少なくとも１つの負荷に電力を供給するように動作可能に接続されたバッテリと、
    前記バッテリのバッテリ電圧を測定するように構成された電圧センサと、
    前記バッテリのバッテリ電流を測定するように構成された電流センサと、
    前記電圧センサ及び前記電流センサに動作可能に接続されたコントローラと
    を備え、
    前記コントローラは、
    前記電圧センサからの一連のバッテリ電圧サンプルとともに、前記電流センサからの一連のバッテリ電流サンプルを取得するステップと、
    所定数のサンプルに亘る前記バッテリ電圧サンプルの変化量と前記所定数のサンプルに亘る前記バッテリ電流サンプルの変化量とを決定するステップであって、前記所定数のサンプルに亘る前記バッテリ電圧サンプルと前記所定数のサンプルに亘る前記バッテリ電流サンプルとが、前記バッテリ電流と前記バッテリ電圧との間の位相差を補償するように取得される、ステップと、
    前記バッテリ電圧サンプルの前記変化量と前記バッテリ電流サンプルの前記変化量との比率が、（ｉ）前記バッテリの抵抗及び（ｉｉ）前記バッテリのコンダクタンスのうちの一方の予想範囲内であるかどうかの検査を行うステップと、
    前記比率が前記予想範囲内であるかどうかに基づいて前記電流センサの故障を検出するステップとを行うように構成されている、バッテリシステム。
12. 前記コントローラは、
    第１の時間ステップでの前記バッテリ電圧サンプルの値と、前記第１の時間ステップの後における第１の所定数の時間ステップである第２の時間ステップでの前記バッテリ電圧サンプルの値との間の差として前記バッテリ電圧サンプルの前記変化量を決定し、
    前記第１の時間ステップの後における第２の所定数の時間ステップである第３の時間ステップでの前記バッテリ電流サンプルの値と、前記第３の時間ステップの後における当該第１の所定数の時間ステップである第４の時間ステップでの前記バッテリ電流サンプルの値との間の差として前記バッテリ電流サンプルの前記変化量を決定する、
    ようにさらに構成されている、請求項１１に記載のバッテリシステム。
13. 前記バッテリの温度を測定するように構成された温度センサをさらに備え、
    前記コントローラは、
    前記温度センサからバッテリ温度測定値を取得し、
    前記バッテリ温度測定値に基づいて前記予想範囲を決定する、
    ようにさらに構成されている、請求項１１に記載のバッテリシステム。
14. 前記コントローラは、前記比率が前記予想範囲外であることに応じて前記故障を検出するようにさらに構成されている、請求項１１に記載のバッテリシステム。
15. 前記コントローラは、
    前記バッテリ電圧サンプル及び前記バッテリ電流サンプルの連続した時間ステップに亘って、前記決定及び前記検査を繰り返し、
    前記検査の繰り返しごとに、前記比率が前記予想範囲外であるかどうかを記憶し、
    前記検査の所定数の繰り返しの後に、前記所定数の繰り返しのうち、前記比率が前記予想範囲外であった回数を決定し、
    前記回数が所定の閾値を超えたことに応じて前記故障を検出する
    ようにさらに構成されている、請求項１１に記載のバッテリシステム。
16. 前記コントローラは、（ｉ）前記バッテリのセルの経年劣化、（ｉｉ）前記バッテリの充電状態、（ｉｉｉ）前記バッテリ電流の極性、及び（ｉｖ）前記バッテリ電流と前記バッテリ電圧との間の位相差のうちの少なくとも１つに基づいて、前記予想範囲及び前記所定の閾値のうちの少なくとも１つを調整するようにさらに構成されている、請求項１５に記載のバッテリシステム。
17. 前記コントローラは、（ｉ）前記バッテリのバッテリ温度が最小温度閾値を超えたか、（ｉｉ）前記バッテリ電圧サンプルの前記変化量が最小電圧変化量閾値を超えたか、及び（ｉｉｉ）前記バッテリ電流サンプルの電流値が最小電流閾値を超えたか、のうちの少なくとも１つの条件を満たすかどうかを判定し、前記条件が満たされたときに前記検査を行うようにさらに構成されている、請求項１１に記載のバッテリシステム。
18. 前記コントローラは、（ｉ）前記バッテリのセルの経年劣化、（ｉｉ）前記バッテリの充電状態、（ｉｉｉ）前記バッテリ電流の極性、及び（ｉｖ）前記バッテリ電流と前記バッテリ電圧との間の位相差のうちの少なくとも１つに基づいて、前記最小温度閾値、前記最小電圧変化量閾値、及び前記最小電流閾値のうちの少なくとも１つを調整するようにさらに構成されている、請求項１７に記載のバッテリシステム。
19. 前記コントローラは、前記故障を検出したことに応じて、出力デバイスを動作させて（ｉ）音響的な警告及び（ｉｉ）視覚的な警告のうちの一方を生成するようにさらに構成されている、請求項１１に記載のバッテリシステム。
20. 前記コントローラは、前記故障を検出したことに応じて、少なくとも１つのスイッチを動作させて前記バッテリを前記少なくとも１つの負荷から遮断するようにさらに構成されている、請求項１１に記載のバッテリシステム。

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