JPH10253682A - 電流センサの故障判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリの電流を検出する電流センサの中間
張り付き故障を確実に検出する。 【解決手段】 バッテリ電流が増加するとバッテリの内
部抵抗のためにバッテリ電圧が減少することに着目す
る。ステップＳ５で電流センサからバッテリ電流Ｉ _BATT
を読み込むともに、ステップＳ１０で電圧センサからバ
ッテリ電圧Ｉ_BATTを読み込む。ステップＳ１１でバッテ
リ電圧Ｖ_BATTの変動量ΔＶが基準変動量ΔＶ _REF 以上に
なったとき、ステップＳ１２で前記基準変動量ΔＶ_REF
に対応するバッテリ電流Ｉ_BATTの変動量ΔＩが基準値Δ
Ｉ_REF 以下であり、且つステップＳ１３でその状態が所
定時間継続すれば、ステップＳ１４で電流センサが中間
張り付き故障を起こしていると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気負荷へ電力を
供給するバッテリの電流を検出する電流センサの故障を
判定する電流センサの故障判定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電流センサの故障判定手法として、次の
ようなものが知られている。 電流センサの出力を通常の出力領域と比較し、電流
センサの出力が通常の出力領域を上回っていれば短絡故
障が発生したと判定し、電流センサの出力が通常の出力
領域を下回っていれば断線故障が発生したと判定する手
法。 電流が流れていない状態での電流センサの出力（オ
フセット量）を予め記憶しておき、実際に検出されたオ
フセット量が記憶されたオフセット量と不一致になった
場合に、オフセット故障が発生したと判定する手法。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の手
法によれば電流センサの短絡故障や断線故障を判定する
ことができるが、これらの故障は電流センサの出力領域
の上限及び下限における故障であり、前記出力領域の中
間における張り付き故障（電流センサの出力が中間の或
る値に固定されてしまう故障）を判定することはできな
い。また上記の手法によれば電流センサのオフセット
故障を判定することができるが、その判定は電流が流れ
ていない状態でのみ可能であり、電流センサの電流検出
中における故障判定はできない。

【０００４】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、バッテリの電流を検出する電流センサの中間張り付
き故障を確実に検出し得る電流センサの故障判定装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明では、バッテリ電流が増加するとバッテリの内部抵抗
のためにバッテリ電圧が減少することに着目する。バッ
テリ電圧が基準変動量だけ変動したときのバッテリ電流
の変動量を検出し、そのバッテリ電流の変動量が基準値
以下である場合には、本来変動すべきバッテリ電流が電
流センサの故障により変動していない状態であり、電流
センサが中間張り付き故障を起こしていると判定するこ
とができる。

【０００６】前記基準変動量（ΔＶ_REF ）は、バッテリ
の通常の使用状態で起こり得る電圧の変動であり、その
具体的な値は設計上の事項である。前記基準値（ΔＩ
_REF1）は、前記基準変動量（ΔＶ_REF ）及びバッテリの
特性に応じて決定される値であり、その具体的な値は設
計上の事項である。

【０００７】また請求項２に記載された発明によれば、
バッテリ電流がバッテリ電圧及びバッテリ内部抵抗に基
づいて予測できることに着目する。バッテリ電流をバッ
テリ電圧及びバッテリ内部抵抗から予測し、予測した電
流と電流センサで実際に検出した電流との偏差が基準値
以上である場合には、電流センサの出力に異常がある状
態であり、電流センサが中間張り付き故障を起こしてい
ると判定することができる。

【０００８】前記基準値（ΔＩ_REF2）は、バッテリ内部
抵抗の誤差や要求される判定精度に応じて決定される値
であり、その具体的な値は設計上の事項である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００１０】図１〜図３は本発明の第１実施例を示すも
ので、図１は電流センサの故障判定装置のブロック図、
図２は第１実施例のフローチャート、図３はバッテリ電
流とバッテリ電圧との関係を示すグラフである。

【００１１】図１に示すように、電気自動車はバッテリ
１と、このバッテリ１の直流電力を交流電力に変換する
インバータ１０と、インバータ１０からの電力で駆動さ
れる走行モータ１１とを備える。バッテリ１には、その
電流Ｉ_BATTを検出する電流センサＳ₁ と、その電圧Ｖ
_BATTを検出する電圧センサＳ₂ と、その温度Ｔ_BATTを検
出する温度センサＳ₃ とが設けられる。電子制御ユニッ
ト２は、電流センサＳ₁の故障を警報する警報ランプ３
と、バッテリ１の残容量を表示する残容量メータ４とを
制御するものであり、故障判定手段５と残容量算出手段
６とを備える。故障判定手段５は、短絡・断線故障判定
部７と、オフセット故障判定部８と、中間張り付き故障
判定部９とから構成される。

【００１２】故障判定手段５は、バッテリ１の電流Ｉ
_BATT、電圧Ｖ_BATT、温度Ｔ_BATT及び残容量に基づいて電
流センサＳ₁ の故障を判定し、故障が判定された場合に
警報ランプ３を作動させる。残容量算出手段６は、電流
センサＳ₁ が正常であるとき、それが出力する電流Ｉ
_BATTの積算値を充電時には加算し、放電時には減算する
ことにより、バッテリ１の残容量を算出して残容量メー
タ４に表示する。

【００１３】電流センサＳ₁ には種々のタイプが考えら
れるが、本実施例ではホール素子型のセンサを採用し、
バッテリ１の放電電流及び充電電流によって発生する磁
界を検出するようになっている。こうすることにより、
電流ラインに干渉しないで走行モータ１１に流れる比較
的に大きな電流を非接触で検出することができ、電流ラ
インの信頼性が高められる。

【００１４】また電流センサＳ₁ には検出した磁界を電
圧に変換する回路（図示せず）が組み込まれており、バ
ッテリ１の放電時に流れる正方向の電流とバッテリ１の
充電時に流れる負方向の電流とを検出し、検出した電流
Ｉ_BATTを例えば０ボルト〜５ボルトの電圧として出力す
る。具体的には。バッテリ１に電流が流れていないとき
の電流センサＳ₁ の出力電圧（オフセット量）は例えば
２ボルトであり、正方向の電流が流れると出力電圧は２
ボルト〜５ボルトの範囲で変化し、負方向の電流が流れ
ると出力電圧は２ボルト〜０ボルトの範囲で変化するよ
うに設計する。バッテリ１に電流が流れていないときの
電流センサＳ₁ の出力電圧を２ボルトとしたのは、放電
電流の最大値は充電電流よりも大きくなるので、放電側
の電圧範囲を大きくとって電流値の検出精度を高めるた
めである。

【００１５】電流センサＳ₁ 内に磁界を電圧に変換する
回路を組み込んだので、電流センサＳ₁ の出力線の単な
る断線や短絡による故障（出力電圧が０ボルト又は５ボ
ルトになる）以外に、内蔵されている回路が故障すると
出力電圧が所定電圧から変化しなる故障（中間張り付き
故障）が発生する場合がある。

【００１６】次に、電流センサＳ₁ の故障判定の作用を
図２のフローチャートを参照しながら説明する。

【００１７】先ず、ステップＳ１でバッテリ１の充電或
いは放電を開始する前に、バッテリ１に電流が流れてい
ない状態で該電流センサＳ₁ の出力（即ち、オフセット
量Ｉ _OS）を故障判定手段５に読み込む。このオフセット
量Ｉ_OSの読み込みは複数回行われ、その平均値が最終的
なオフセット量Ｉ_OSとして採用される。電流センサＳ ₁
がオフセット故障していなければ、前記最終的なオフセ
ット量Ｉ_OSは予め設定した前記２ボルトの設定値に一致
するはずであるが、ステップＳ２でオフセット量Ｉ_OSと
設定値との偏差が許容量を以上であれば、ステップＳ３
でオフセット故障判定部８が電流センサＳ₁ のオフセッ
ト故障を判定する。

【００１８】オフセット故障の判定が終了すると、続く
ステップＳ４でバッテリ１の充電制御あるいは放電制御
を開始し、ステップＳ５でバッテリ１に電流が流れてい
る状態で電流センサＳ₁ の出力を読み込む。ステップＳ
６で電流センサＳ₁ の出力が前記５ボルトの近傍の上限
値であるＩ_MAX 以上であれば、ステップＳ７で短絡・断
線故障判定部７が電流センサＳ₁ が短絡故障していると
判定し、またステップＳ８で電流センサＳ₁ の出力が前
記０ボルトの近傍の下限値であるＩ_MIN 以下であれば、
ステップＳ９で短絡・断線故障判定部７が電流センサＳ
₁ が断線故障していると判定する。

【００１９】続くステップＳ１０で電圧センサＳ₂ から
バッテリ１の電圧Ｖ_BATTを読み込み、ステップＳ１１で
充電或いは放電を開始してからの電圧Ｖ_BATTの変動量Δ
Ｖ、あるいは任意の時刻からの電圧Ｖ_BATTの変動量ΔＶ
が基準変動量ΔＶ_REF （例えば、１０ボルト）以上にな
ったとき、ステップＳ１２でその間に電流センサＳ₁で
検出した電流Ｉ_BATTの変動量ΔＩ₁ を基準値ΔＩ
_REF1（例えば、１アンペア）と比較する。その結果、電
流Ｉ_BATTの変動量ΔＩ₁ が基準値ΔＩ_REF1以下であり、
しかもステップＳ１３でその状態が所定時間（例えば、
５ｍｓｅｃ）に亘って継続すると、ステップＳ１４で電
流センサＳ₁ が中間張り付き故障を起こしたと判定す
る。

【００２０】前記ステップＳ１０〜Ｓ１４で電流センサ
Ｓ₁ の中間張り付き故障を判定できる理由を説明する。
図３はバッテリ１の電流Ｉ_BATTと電圧Ｖ_BATTとの関係を
示すグラフであって、電流Ｉ_BATTが増加するに伴ってバ
ッテリ１の内部抵抗により電圧Ｖ_BATTが低下する。従っ
て、電流センサＳ₁ が正常であればバッテリ電圧Ｖ_{BA TT}
の変動に伴ってバッテリ電流Ｉ_BATTも変動するはずであ
り、バッテリ電流Ｉ_{BA TT}が予想される変動を示さなけれ
ば、電流センサＳ₁ が中間張り付き故障を起こしたと推
定することができる。

【００２１】ところで、バッテリ１の内部抵抗はバッテ
リ１の残容量や温度Ｔ_BATTによって変化するものであ
り、図３から明らかなように、内部抵抗が小さいほど電
圧Ｖ_{BA TT}の変動に対する電流Ｉ_BATTの変動が大きくな
り、内部抵抗が大きいほど電圧Ｖ _BATTの変動に対する電
流Ｉ_BATTの変動が小さくなる。従って、前記ステップＳ
１２における基準値ΔＩ_REF1をバッテリ１の残容量及び
温度Ｔ_BATTの関数として変化させることにより、電流セ
ンサＳ₁ の故障検出精度を高めることができる。具体的
には、バッテリ１の残容量が大きく且つ温度Ｔ_BATTが高
いために内部抵抗が小さいときには、前記ステップＳ１
２における基準値ΔＩ_REF1を大きく設定し、またバッテ
リ１の残容量が小さく且つ温度Ｔ_BATTが低いために内部
抵抗が大きいときには、前記ステップＳ１２における基
準値ΔＩ_REF1を小さく設定する。

【００２２】以上のように、第１実施例によれば、バッ
テリ電流Ｉ_BATTが増加するとバッテリ内部抵抗のために
バッテリ電圧Ｖ_BATTが減少する現象に基づいて、電流セ
ンサＳ₁ の中間張り付き故障を確実に判定することがで
きる。

【００２３】次に、図４及び図５に基づいて、電流セン
サＳ₁ の中間張り付き故障を検出するための第２実施例
を説明する。

【００２４】図４のフローチャートのステップＳ２１で
バッテリ１の開放電圧Ｖ₀ （バッテリ１が放電も充電も
していない状態での電圧）を電圧センサＳ₂ により検出
するとともに、ステップＳ２２でバッテリ１が放電又は
充電を行っているときの電圧Ｖ_BATTを電圧センサＳ₂ に
より検出する。続いてステップＳ３でバッテリ１の内部
抵抗Ｒを、残容量算出手段６で算出したバッテリ残容量
と、バッテリ温度センサＳ₃ で検出したバッテリ温度Ｔ
_BATTとに基づいて推定する。即ち、バッテリ残容量に基
づいて図５（Ａ）のマップから検索した補正係数Ｋ
₁ と、バッテリ温度Ｔ_BATTに基づいて図５（Ｂ）のマッ
プから検索した補正係数Ｋ₂ とを、バッテリ１の特性に
応じて定まる基準内部抵抗Ｒ₀ に乗算してバッテリ１の
内部抵抗Ｒ（＝Ｒ₀ ×Ｋ₁ ×Ｋ₂ ）を推定する。

【００２５】前記基準内部抵抗Ｒ₀ は、バッテリ残容量
が充分にあり且つバッテリ温度Ｔ_{BA TT}が常温であるとき
の内部抵抗であって、予め電子制御ユニット１０に記憶
されている。前記補正係数Ｋ₁ は、バッテリ残容量が１
００％から所定値まで減少するときに１．０に保持さ
れ、前記所定値から更に減少するときに１．０から増加
する。前記補正係数Ｋ₂ は、バッテリ温度Ｔ_BATTが常温
の領域で１．０に保持されるが、常温よりも低い領域及
び常温よりも高い領域で１．０よりも大きくなる。

【００２６】続くステップＳ４で電流センサＳ₁ で検出
されるべき予測電流Ｉ_EST を算出する。即ち、バッテリ
電圧Ｖ_BATTは、開放電圧Ｖ₀ 、予測電流Ｉ_EST 及びバッ
テリ内部抵抗Ｒにより、Ｖ_BATT＝Ｖ₀ −Ｉ_EST ×Ｒで与
えられるため、予測電流Ｉ_{ES T} は、Ｉ_EST ＝（Ｖ₀ −Ｖ
_BATT）／Ｒで算出することができる。

【００２７】次に、ステップＳ２５で電流センサＳ₁ に
よりバッテリ１の実電流Ｉ_BATTを検出し、ステップＳ２
６で実電流Ｉ_BATTと予測電流Ｉ_ABT との偏差ΔＩ₂ の絶
対値を基準値ΔＩ_REF2と比較し、偏差ΔＩ₂ の絶対値が
基準値ΔＩ_REF2未満であれば電流センサＳ₁ が正常であ
ると判定し、偏差ΔＩ₂ の絶対値が基準値ΔＩ_REF2以上
であれば電流センサＳ₁ が故障していると判定する。

【００２８】以上のように、第２実施例によれば、バッ
テリ電流Ｉ_BATTがバッテリ電圧Ｖ_{BA TT}及びバッテリ内部
抵抗Ｒから予測できることに基づいて、電流センサＳ₁
の中間張り付き故障を確実に判定することができる。

【００２９】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。

【００３０】例えば、本発明は電気自動車用バッテリ１
の電流センサＳ₁ に限定されず、他の任意の用途の電流
センサに対して適用することができる。またバッテリ１
の放電時には充電時に比べて大電流が流れるため、放電
時及び充電時の検出精度を共に高めるために、電流セン
サＳ₁ に検出可能レンジを２段階に切り換えるようにし
ても良く、放電時用の電流センサと充電時用の電流セン
サとを別個に設けても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、バッテリの電圧を検出する電圧センサと、電
圧センサで検出した電圧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ときに
電流センサの故障を判定する故障判定手段とを備えたこ
とにより、電流センサの電流検出中に該電流センサの中
間張り付き故障を確実に判定することができる。

【００３２】また請求項２に記載された発明によれば、
バッテリの電圧を検出する電圧センサと、電圧センサで
検出した電圧と推定したバッテリ内部抵抗とから電流セ
ンサで検出される電流を予測し、予測した電流と電流セ
ンサで実際に検出した電流との偏差が基準値以上である
ときに電流センサの故障を判定する故障判定手段とを備
えたことにより、電流センサの電流検出中に該電流セン
サの中間張り付き故障を確実に判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電流センサの故障判定装置のブロック図

【図２】第１実施例のフローチャート

【図３】バッテリ電流とバッテリ電圧との関係を示すグ
ラフ

【図４】第２実施例のフローチャート

【図５】補正係数のマップを示す図

【符号の説明】

１ バッテリ ５ 故障判定手段 １１ 走行モータ（電気負荷） ΔＩ₁ バッテリ電流の変動量 ΔＩ₂ バッテリ電流の偏差 Ｉ_BATT バッテリ電流 Ｉ_EST 予測バッテリ電流 Ｓ₁ 電流センサ Ｓ₂ 電圧センサ Ｖ_BATT バッテリ電圧 ΔＶ_REF バッテリ電圧の基準変動量 ΔＩ_REF1 基準値 ΔＩ_REF2 基準値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 秀毅 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気負荷（１１）へ電力を供給するバッ
   テリ（１）の電流（Ｉ_BATT）を検出する電流センサ（Ｓ
   ₁ ）の故障を判定する電流センサの故障判定装置におい
   て、 バッテリ（１）の電圧（Ｖ_BATT）を検出する電圧センサ
   （Ｓ₂ ）と、 電圧センサ（Ｓ₂ ）で検出した電圧（Ｖ_BATT）の基準変
   動量（ΔＶ_REF ）に対応する電流センサ（Ｓ₁ ）で検出
   した電流（Ｉ_BATT）の変動量（ΔＩ₁ ）が基準値（ΔＩ
   _REF1）以下であるときに電流センサ（Ｓ₁ ）の故障を判
   定する故障判定手段（５）と、を備えたことを特徴とす
   る電流センサの故障判定装置。
2. 【請求項２】 電気負荷（１１）へ電力を供給するバッ
   テリ（１）の電流（Ｉ_BATT）を検出する電流センサ（Ｓ
   ₁ ）の故障を判定する電流センサの故障判定装置におい
   て、 バッテリ（１）の電圧（Ｖ_BATT）を検出する電圧センサ
   （Ｓ₂ ）と、 電圧センサ（Ｓ₂ ）で検出した電圧（Ｖ_BATT）と推定し
   たバッテリ内部抵抗（Ｒ）とから電流センサ（Ｓ₁ ）で
   検出される電流（Ｉ_EST ）を予測し、予測した電流（Ｉ
   _EST ）と電流センサ（Ｓ₁ ）で実際に検出した電流（Ｉ
   _BATT）との偏差（ΔＩ₂ ）が基準値（ΔＩ_REF2）以上で
   あるときに電流センサ（Ｓ₁ ）の故障を判定する故障判
   定手段（５）と、を備えたことを特徴とする電流センサ
   の故障判定装置。