(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の充放電電流を検出する電流センサと，
前記電流センサにより検出した電流に基づいて充放電電流変化量dIsを演算する充放電電流変化量演算手段と，
前記電池の電圧を検出する電圧センサと，
前記電圧センサにより検出した電圧に基づいて電圧変化量dVsを演算する電圧変化量演算手段と，
前記充放電電流変化量dIsが所定値以上であり，前記電圧変化量dVsが故障判定値kより小さい場合に，前記電圧センサが故障状態であると判定する故障検出手段とを備え，
前記電池の充電電流が減少した場合，或いは，前記電池の放電電流が減少した場合には故障診断を行わない
ことを特徴とする電圧センサの故障検出装置。
【請求項２】
前記充放電電流変化量dIsと，前記電池の内部抵抗rとの積r・dIsに応じて前記故障判定値kを設定す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検出装置。
【請求項３】
前記電池の温度を検出する温度センサと，
前記温度センサにより検出した電池温度Tと，
前記電流センサにて検出した充放電電流と，前記電圧センサにて検出した電圧とに基づいて前記電池の充電状態SOCを演算する充電状態演算手段と，
前記電池の劣化度を演算する劣化度演算手段と，
前記充電状態SOCと前記電池温度Tと前記劣化度とに基づいて前記内部抵抗rを演算する内部抵抗演算手段を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の電圧センサの故障検出装置。
【請求項４】
前記故障検出手段により電圧センサの故障を検出したことを外部に通知する故障検出通知手段を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の電圧センサの故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，電圧センサ，特に二次電池の電池電圧を検出する電圧センサの故障を検出する故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両において，例えば内燃機関にベルト等で接続された発電機で発電した電気エネルギーを一時的に蓄え，内燃機関が回転しておらず発電機で発電できないような状態であっても電気機器に必要な電力を供給するなどのために二次電池が搭載されている。【０００３】
二次電池が過充電或いは過放電になると，電池の劣化が促進されるため，二次電池を使用する場合には二次電池の充電状態SOCが過充電或いは過放電とならないように充電或いは放電を行う必要がある。【０００４】
二次電池のSOCを検出する手段としては，電圧センサにて検出した二次電池電圧に基づいて演算する手段が周知である。【０００５】
しかし，上記検出手段において，電圧センサが故障した場合には誤ったSOCに基づいて充電或いは放電を行うことになるため二次電池のSOCが過充電或いは過放電となる可能性がある。【０００６】
そのため，電圧センサを備えたSOC検出装置には，電圧センサの故障を検出する装置が備えられている。【０００７】
特許文献1には，電流センサにて検出した電池の充放電電流と，電圧センサにて検出した電池の電圧とに基づいて二次電池の起電力と内部抵抗を演算し，さらに起電力と内部抵抗とに基づいて二次電池の推定電池電圧を演算し，推定電池電圧と電圧センサにて検出した電池電圧とを比較してその差が所定値以上であれば電圧センサの故障であるとして判定する故障検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2008−135310号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献1では，二次電池の起電力の演算手段として，電池電圧Vの充放電電流Iの組み合わせデータを複数取得して回帰分析により，電圧Vと電流Iの1次の近似直線，V-I近似直線を求め，V-I近似直線のV切片から分極電圧を減算して電池の起電力を求める方法が開示されている。【００１０】
また，二次電池の内部抵抗の演算手段として，上記方法で求めた，V-I近似直線の傾きから内部抵抗を演算する方法が開示されている。【００１１】
しかし，上記方法では電圧センサの検出値が固定値となるような故障をしていた場合には，
V-I近似直線の傾きが略0となり，V-I近似直線のV切片は電圧センサの検出値と略一致する。
この時，例えば，分極電圧が略0である場合には，起電力はV切片，すなわち，電圧センサの検出値と一致する。【００１２】
一方，推定電池電圧は，起電力から，内部抵抗と充放電電流の積を減算することで求めており，上記のように電圧センサの検出値が固定値であり，分極電圧が略0である場合には起電力は電圧センサの検出値となり，内部抵抗と充放電電流の積は略0となるため推定電池電圧は電圧センサの検出値と略一致する。【００１３】
そのため，このような場合には推定電池電圧と検出した電池電圧の差は略0となり，その差が所定値を超えないため，故障を検出することができない。【００１４】
よって，特許文献1に示される技術では，上記のような電圧センサの故障の検出が考慮されていない。【００１５】
この発明は，上記の課題を解消するためになされたもので，電池電圧を検出する電圧センサの故障を誤判定することなく確実に検出することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明による電圧センサの故障検出装置は，電池の充放電電流を検出する電流センサと，前記電流センサにより検出した電流に基づいて充放電電流変化量dIsを演算する充放電電流変化量演算手段と，前記電池の電圧を検出する電圧センサと，前記電圧センサにより検出した電圧に基づいて電圧変化量dVsを演算する電圧変化量演算手段と，前記充放電電流変化量dIsが所定値以上であり，前記電圧変化量dVsが故障判定値kより小さい場合に，前記電圧センサが故障状態であると判定する故障検出手段とを備え，前記電池の充電電流が減少した場合，或いは，前記電池の放電電流が減少した場合には故障診断を行わないようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、電池電圧を検出する電圧センサの故障を誤判定することなく確実に検出し得る電圧センサの故障検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明による故障判定装置を設けた内燃機関の電源系の一例を示す概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態1による電圧センサの故障判定装置の処理を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態2による電圧センサの故障判定装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態3による電圧センサの故障判定装置の処理を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態4による電圧センサの故障判定装置の処理を示すフローチャートである。
【図６】充電時の電圧変化量が略0となる場合の充電電流の変化の一例を示す図である。
【図７】放電時の電圧変化量が略0となる場合の放電電流の変化の一例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態5による電圧センサの故障判定装置を設けた内燃機関の電源系の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態  1．
図1はこの発明による故障検出装置を設けた内燃機関の電源系の概略構成図の一例である。
内燃機関1と発電機2はベルト等で接続されており内燃機関1が回転すると発電機2も回転する。
発電機2が回転すると発電機2により発電され，発電された電気エネルギーは電池3に充電されたり電圧変換装置10で電圧を変換して電気機器12で消費されたり副電池11に充電される。
内燃機関1を始動するための始動装置13の駆動時の電力は副電池11から供給される。また，電池はリチウムイオン電池等である。
ここで，電池3と副電池11の電圧が異なる場合を想定し，電圧変換装置10を設けたが，電圧が同電位の場合であればスイッチ等で代用してもよい。
【００２０】
リチウムイオン電池とは，正極と負極をセパレータで絶縁し，電解液の中をリチウムイオンが正極と負極を行き来して充電と放電を行う二次電池である。リチウムイオン電池は過充電，過放電となると劣化や内部短絡の可能性がある。
【００２１】
電流センサ4は電池3の充電電流を正，放電電流を負として検出し，検出した充放電電流をBMU（Battery  Management  Unit）8に送信する。
【００２２】
CMU（Cell  Monitor  Unit）7は電池3の監視を行う。電圧センサ5で検出した電池電圧，温度センサ6で検出した電池温度の情報をBMU8に送信する。
【００２３】
BMU8は電池3の管理を行う。電流センサ4より電池3の充放電電流が入力され，CMU7より電池電圧と，電池温度が入力される。
さらに入力された充放電電流と，電池電圧とに基づいて電流積算等により電池3の充電状態SOCの演算を行い，電池3が過充電或いは過放電とならないように充放電電流の制御を行う。
【００２４】
電圧センサ故障検出部9は，BMU8に入力された充放電電流に基づいて充放電電流変化量dIsを演算し，BMU8に入力された電池電圧に基づいて電圧変化量dVsを演算する。
それぞれの変化量は，例えば，今回値と前回値との差分量として演算する。
さらに，充放電電流変化量dIsと，電圧変化量dVsとに基づいて電圧センサの故障検出を行う。
【００２５】
図2は，この発明の実施の形態1による電圧センサの故障検出装置の処理を示すフローチャートであり，定期的(例えば10ms毎)に実施される。
以下，図2のフローチャートに基づいてこの発明の実施の形態1に係る故障検出装置について説明する。
【００２６】
充放電時の電池電圧Vは，電池3の充放電電流Iと電池3の起電力Eと電池3の内部抵抗rとを用いて次式(1)により表される。なお，充放電電流は充電を正，放電を負とする。
V  =  E  ＋  r・I  ・・・  (1)
【００２７】
したがって，電池電流が変化した場合には電池電圧も変化するはずであり，実施の形態1では電池電流の変化量と電池電圧の変化量に基づいて故障検出を行う。
【００２８】
ステップS101において，BMU8に入力された充放電電流に基づいて，充放電電電流変化量dIsを演算する（ステップS101は充放電電流変化量演算手段に相当）。
【００２９】
ステップS102において，BMU8に入力された電圧に基づいて，充放電電圧変化量dVsを演算する（ステップS102は電圧変化量演算手段に相当）。
【００３０】
ステップS103において，電圧センサ故障検出部9は，充放電電流変化量dIsの絶対値|dIs|が所定値より大きいか否か判定する。
|dIs|が所定値より大きい場合はステップS104に進み，|dIs|が所定値以下の場合には処理を終了する。
【００３１】
ステップS104において，電圧センサ故障検出部9は，電圧変化量dVsの絶対値|dVs|が故障判定値kより小さいか否か判定し，|dVs|が故障判定値kより小さい場合に電圧センサ5の故障であると判定する（ステップS103,S104は故障検出手段に相当）。
【００３２】
上記のように実施の形態1の電圧センサの故障検出装置は，電池3の充放電電流を検出する電流センサ4と，電流センサ4により検出した電流に基づいて充放電電流変化量dIsを演算する充放電電流変化量演算手段S101と，電池3の電圧を検出する電圧センサ5と，電圧センサ5により検出した電圧に基づいて電圧変化量dVsを演算する電圧変化量演算手段S102と，充放電電流変化量dIsが所定値以上であり，電圧変化量dVsが故障判定値kより小さい場合に，電圧センサ5が故障状態であると判定する故障検出手段S103,S104とを備えたもので，このように構成することで，充放電電流変化量dIsと，電圧変化量dVsとに基づいて電圧センサ5の故障を確実に検出することができる。
【００３３】
実施の形態2.
図3は，この発明の実施の形態2による電圧センサ5の故障検出装置の処理を示すフローチャートであり，定期的(例えば10ms毎)に実施される。
実施の形態2は実施の形態1に対し，以下が異なる。
すなわち，図2に対し図3ではステップS203が追加されている。
以下，図3における図2からの変更点に関し説明する。
【００３４】
充放電時の電池電圧Vは前述の通り下式(1)により表される。
V  =  E  ＋  r・I  ・・・  (1)
【００３５】
充放電電流Iが変化した場合には，内部抵抗rと充放電電流変化量dIsの積，すなわちr・dIs分の電池電圧Vが変化する。
【００３６】
電池3の内部抵抗rは，例えば，電池3の種類により異なる。
【００３７】
そのため，充放電電流変化量dIsが同じであっても内部抵抗rが異なる場合には，ｒ・dIsが異なり，電圧変化量dVsが異なる場合がある。
【００３８】
ステップS203では上記のような内部抵抗rに応じて電圧変化量dVsが異なることを考慮し，電池3の内部抵抗rと充放電電流変化量dIsとに基づいて故障判定値kを設定する処理を行う。
【００３９】
実施の形態2のように構成することで，電池の内部抵抗に応じて故障判定値を変更することができるため，電池の内部抵抗の違いによらず故障検出を確実に行うことができる。
【００４０】
実施の形態3.
図4は，この発明の実施の形態3による電圧センサ5の故障検出装置の処理を示すフローチャートであり，定期的(例えば10ms毎)に実施される。
実施の形態3は実施の形態2に対し，以下が異なる。
すなわち，図3に対し図4ではステップS303が追加されている。
以下，図4における図3からの変更点に関し説明する。
【００４１】
電池3の内部抵抗rは，電池3の温度Tや，電池3の充電状態SOCや，電池3の劣化度に応じて異なる値を示す。
【００４２】
ステップS303では，電池3の温度や充電状態や劣化度に応じて内部抵抗が変化することを考慮し，例えば，温度センサ6により検出された電池温度T，電池3の充電状態SOC，電池3の劣化度と内部抵抗rとのマップにより電池3の内部抵抗rを演算する。
なお、電池3の充電状態SOCや劣化度は、BMU8に含まれる充電状態演算手段や劣化度演算手段により算出される。
【００４３】
実施の形態3のように構成することで，電池3の状態に応じて内部抵抗rを変更し，さらに故障判定値kを変更することができるため，電池3の状態によらず故障検出を確実に行うことができる。
【００４４】
実施の形態4．
図5は，この発明の実施の形態4による電圧センサの故障検出装置の処理を示すフローチャートであり，定期的(例えば10ms毎)に実施される。
実施の形態4は実施の形態1に対し，以下が異なる。すなわち，図2に対し図5ではステップS404が追加されている。
以下，図5における図2からの変更点に関し説明する。
【００４５】
充放電を行っているときの電池3の電圧変化量dVは，電池3の充放電電流変化量dIと電池3の起電力の変化量dEを用いて次式(2)により表される。
dV  =  dE  ＋  r・dI  ・・・  (2)
【００４６】
充電中の場合には，起電力は常に増加するためdEは常に正であり，r・dIは充電電流変化量dIが増加すれば正となり，減少すれば負となる。
【００４７】
したがって，充電中に充電電流が減少した場合dEが正となりr・dIが負となるため，見かけ上電圧変化量dVが略0となる場合がある。
【００４８】
図6は充電時の見かけ上の電圧変化量が略0となる場合の充電電流の変化を示す図であり，例えば，充電電圧を一定の電圧で充電する定電圧充電等により充電した場合に見られる。
【００４９】
放電中の場合には，起電力は常に減少するためdEは常に負であり，r・dIは充電電流変化量dIが増加すれば負となり，減少すれば正となる。
【００５０】
したがって，放電中に放電電流が減少した場合dEが負となりr・dIが正となるため，見かけ上電圧変化量dVが略0となる場合がある。
【００５１】
図7は放電時の見かけ上の電圧変化量が略0となる場合の放電電流の変化を示す図である。
【００５２】
ステップS404では上記のような電圧変化量が見かけ上略0となるような場合，すなわち，充電電流が減少した場合，或いは，放電電流が減少した場合には故障判定を行わず処理を終了する。
【００５３】
実施の形態4のように構成することで，故障か否か判定が出来ない場合には故障診断を行わないため誤判定を防止できる。
【００５４】
実施の形態5.
図8は，この発明の実施の形態5による電圧センサの故障検出装置を設けた内燃機関の電源系の概略構成図の一例である。
図1からの変更した点は、電圧センサ故障検出部9により電圧センサの故障を検出したことを外部に通知する故障検出通知手段51を追加したことである。
故障検出通知手段51は電圧センサ故障検出部9が電圧センサ5の故障を検出した時にユーザに通知する。
【００５５】
実施の形態5のように構成することで，故障した電圧センサの使用の中止や交換等をユーザに促すことができる。
【００５６】
なお，この発明は，その発明の範囲内において，各実施の形態を自由に組み合わせたり，各実施の形態を適宜，変形，省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
1  内燃機関，2  発電機，3  電池，4  電流センサ，5  電圧センサ，
6  温度センサ，7  CMU，8  BMU，9  電圧センサ故障検出部，
10  電圧変換装置，11  副電池，12  電気機器，13  始動装置，
51  故障検出通知手段
【図１】
0005866063.tif 000002
【図２】
0005866063.tif 000003
【図３】
0005866063.tif 000004
【図４】
0005866063.tif 000005
【図５】
0005866063.tif 000006
【図６】
0005866063.tif 000007
【図７】
0005866063.tif 000008
【図８】
0005866063.tif 000009