JP2007085843A - Failure detector for electric current sensor and its method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のセルを直列に接続して構成される組電池の電流を検出する電流センサの故障を求めるために用いられる電流センサの故障検知装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a current sensor failure detection apparatus and method used for determining a failure of a current sensor that detects a current of an assembled battery configured by connecting a plurality of cells in series.
従来、バッテリの充放電電流を検出する電流センサの故障特に中間張り付き故障を検出するための装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この装置は、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の故障を判定するための装置であって、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の故障を判定している。
しかしながら、従来の装置では、バッテリ電圧の変動量を検出するために高精度の電圧センサが必要となるため、装置が高価になりまた、回路構成が大きくなってしまう問題があった。また、従来の装置では、バッテリの電圧値、電流値の変動量を算出するため、故障検知に時間がかかる問題もあった。さらに、電圧センサが故障した時に、電流センサの故障検知が出来ない問題もあった。 However, the conventional device requires a high-accuracy voltage sensor to detect the fluctuation amount of the battery voltage, so that the device becomes expensive and the circuit configuration becomes large. In addition, the conventional apparatus has a problem that it takes time to detect a failure because the amount of change in the voltage value and current value of the battery is calculated. In addition, when the voltage sensor fails, there is a problem that the current sensor cannot be detected.
本発明は上述した問題点を解消して、電流センサの故障検知が早くて正確であり、コストダウンも可能な電流センサの故障検知装置および方法を提供しようとするものである。 The present invention is intended to solve the above-described problems and to provide a current sensor failure detection apparatus and method that can quickly and accurately detect a failure of a current sensor and can reduce costs.
本発明の電流センサの故障検知装置は、複数のセルを直列に接続して構成される組電池において、前記複数のセルごとに設けられてセルの電圧を検出する複数の電圧検出回路と、前記組電池の電流値を検出する電流センサを備え、前記電流センサにより検出される電流値が所定範囲内で一定値を出力しているとき、前記電圧検出回路から検出されるセル電圧値をあるしきい値電圧と比較したものと、電流値に基づいて、電流センサの故障を検知するよう構成したことを特徴とするものである。 In the assembled battery configured by connecting a plurality of cells in series, the failure detection device for the current sensor of the present invention includes a plurality of voltage detection circuits provided for each of the plurality of cells and detecting the voltage of the cells, A current sensor for detecting a current value of the assembled battery, and a cell voltage value detected by the voltage detection circuit when the current value detected by the current sensor outputs a constant value within a predetermined range; The present invention is characterized in that a failure of the current sensor is detected based on the comparison with the threshold voltage and the current value.
さらに、本発明の電流センサの故障検知方法は、上述した電流センサの故障検知装置を用いて、複数のセルを直列に接続して構成される組電池の電流を検出する電流センサの故障を求めることを特徴とするものである。 Further, according to the current sensor failure detection method of the present invention, a failure of a current sensor for detecting a current of an assembled battery configured by connecting a plurality of cells in series is obtained using the above-described current sensor failure detection device. It is characterized by this.
本発明では、複数のセルを直列に接続して構成される組電池において、前記複数のセルごとに設けられてセルの電圧を検出する複数の電圧検出回路と、前記組電池の電流値を検出する電流センサを備え、前記電流センサにより検出される電流値が所定範囲内で一定値を出力しているとき、前記電圧検出回路から検出されるセル電圧値をあるしきい値電圧と比較したものと、電流値に基づいて、電流センサの故障を検知するよう構成しているため、電圧センサで電圧値を読むのではなく、しきい値のフラグ変動で故障判定をすることができる。そのため、正確な電圧変動量を計算する必要がなくなり、高精度の電圧センサを必要としないので、コストダウンが可能となる。また、正確な電圧変動量を計算する必要がなくなり、ソフト演算処理が容易となるので、故障検知を早くすることができる。 In the present invention, in an assembled battery configured by connecting a plurality of cells in series, a plurality of voltage detection circuits provided for each of the plurality of cells to detect a voltage of the cell, and a current value of the assembled battery are detected. A cell voltage value detected from the voltage detection circuit when the current value detected by the current sensor outputs a constant value within a predetermined range and compared with a certain threshold voltage Since the current sensor failure is detected based on the current value, it is possible to make a failure determination based on a threshold flag variation instead of reading the voltage value with the voltage sensor. For this reason, it is not necessary to calculate an accurate voltage fluctuation amount, and a high-accuracy voltage sensor is not required, so that the cost can be reduced. In addition, since it is not necessary to calculate an accurate voltage fluctuation amount and software calculation processing is facilitated, failure detection can be accelerated.
なお、本発明の電流センサの故障検知装置の好適例としては、しきい値電圧を一つ以上設定していることがある。このように構成することで、より正確なセル電圧値の変動を確認することが可能となり、故障判定が早く正確になる。 As a preferred example of the current sensor failure detection apparatus of the present invention, one or more threshold voltages may be set. With this configuration, it becomes possible to confirm a more accurate variation in the cell voltage value, and the failure determination becomes quick and accurate.
また、本発明の電流センサの故障検知装置の好適例としては、CPUで演算した組電池の残存容量によって、しきい値電圧を変更すること、組電池の総電圧によって、しきい値電圧を変更すること、温度センサにより検知した組電池の温度によって、しきい値電圧を変更すること、がある。いずれの場合も、このように構成することで、しきい値電圧を自由に変動可能となり、セル電圧値の変動を早く確認することが可能となる、故障判定が早く正確になる。 As a preferred example of the current sensor failure detection device of the present invention, the threshold voltage is changed by the remaining capacity of the assembled battery calculated by the CPU, and the threshold voltage is changed by the total voltage of the assembled battery. The threshold voltage may be changed depending on the temperature of the assembled battery detected by the temperature sensor. In any case, with such a configuration, the threshold voltage can be freely changed, and the change in the cell voltage value can be confirmed quickly, so that the failure determination can be performed quickly and accurately.
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図1は本発明の電流センサの故障検出装置を備えた組電池の全体構成の一例を示すブロック図である。図1に示す例において、組電池11は複数のセル10が直列(ここでは3個直列)に接続されたものであり、この組電池11には導線12を介して負荷13が接続されている。導線12には組電池11から負荷13への電流の供給をオンオフするリレー14が設けられている。リレー14のオンオフはCPU15の制御によって行われるものとする。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the overall configuration of an assembled battery equipped with a current sensor failure detection device of the present invention. In the example shown in FIG. 1, the assembled battery 11 is a battery in which a plurality of
CPU15は、各セル10の電圧検出回路16からの入力信号及び電流センサ17からの入力信号をもとに、組電池11の総電圧及び入出力電流を規定の周期でサンプリングし、組電池11の残存容量を演算する。電圧検出回路16では、各セル10の電圧値としきい値電圧VrefとがOPアンプからなるセル電圧比較部19で比較され、セル電圧比較部19から比較信号がCPU15へ入力される。また、CPU15で演算された電池残存容量、組電池11の総電圧、及び、温度センサ18で測定した組電池11の温度により、CPU15からしきい値電圧を調整する可変抵抗20へ入力信号が送られ、しきい値電圧VrefをCPU15で変更可能となっている。上記しきい値電圧Vrefは、セル10の過放電しきい値と過充電しきい値との間に設定してある。なお、Vccはしきい値電圧基準電源である。
The
図2は、図1に示す本発明の構成において、電流センサの故障検知方法の一例を説明するための図である。図2に示す例において、所定時間t1においては、電流センサの出力が(−)側一定の出力を示した時、充電状態とわかる。その時、あるセル10から出力された電圧値を、電圧検出回路16において、しきい値電圧Vrefと比較する。しきい値との判定後、判定結果が高ければフラグをHighとし、判定結果が低ければフラグをLowとする。ここで、充電状態であればセル10の電圧は上昇するので、t1内でフラグのHigh→Low(電圧値下降)変化はありえず、その場合は電流センサの故障と判定する。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a current sensor failure detection method in the configuration of the present invention shown in FIG. In the example shown in FIG. 2, it can be understood that the state of charge is obtained when the output of the current sensor shows a constant output on the (−) side at the predetermined time t1. At that time, the voltage value output from a
所定時間t2においては、電流センサの出力が(+)側で一定の出力を示した時放電状態とわかる。同様にフラグの状態を調べると、所定時間t2では、放電状態においてt2内でフラグのLow→High(電圧値上昇)変化はありえないので、その場合は電流センサの故障と判定する。 At a predetermined time t2, it can be understood that the discharge state is obtained when the output of the current sensor shows a constant output on the (+) side. Similarly, when the state of the flag is examined, at a predetermined time t2, there is no change in the flag from Low to High (voltage value increase) within t2 in the discharge state, and in this case, it is determined that the current sensor has failed.
所定時間t3では、電流センサの出力が0A一定の出力なので充放電停止状態とわかる。図2では、t2状態つまりしきい値よりセル電圧が低いLowフラグ状態からt3状態(充放電停止状態)になった場合、セル電圧は変化しないのでフラグ変化High→Low、Low→Highはありえないので、その場合は故障と判定する。また、Lowフラグ状態から始まっているのでHighフラグの表示もありえないので、その場合も故障と判定する。すなわち、初期値からのフラグ変動は故障と判定する。 At a predetermined time t3, the output of the current sensor is a constant output of 0A, so that it can be understood that charging / discharging is stopped. In FIG. 2, when the t2 state, that is, the low flag state in which the cell voltage is lower than the threshold value, changes to the t3 state (charge / discharge stop state), the cell voltage does not change, so there is no possibility that the flag changes from High → Low and Low → High. In that case, it is determined as a failure. Also, since it starts from the Low flag state, the High flag cannot be displayed. That is, flag fluctuation from the initial value is determined as a failure.
なお、上述した例において、しきい値電圧Vrefは一旦決定されれば一定の値となるが、上述したようにCPU15で演算した組電池11の残存容量、組電池11の総電圧、温度センサ18により検知した組電池11の温度によって、しきい値電圧Vrefを変更可能である。例えば、セル電圧が低い時もしくはSOCが低い時には、しきい値電圧Vrefを下げるよう制御することができる。
In the above-described example, the threshold voltage Vref is a constant value once determined. However, as described above, the remaining capacity of the assembled battery 11 calculated by the
以下の表1に、本発明の一例の構成を示す図2における、フラグに基づく電流センサ故障検知対応表を示す。 Table 1 below shows a current sensor failure detection correspondence table based on the flag in FIG. 2 showing the configuration of an example of the present invention.
図3は本発明の電流センサの故障検出装置を備えた組電池の全体構成の他の例を示すブロック図である。図3に示す例において、図1に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図3に示す例において、図1に示す例と異なる点は、電圧検出回路16の構成にある。すなわち、図3に示す電圧検出回路16では、各セル10に対応して2つのセル電圧比較部19を設け、各セル10の電圧値と比較するしきい値電圧をVref1とVref2の2つ設定している。
FIG. 3 is a block diagram showing another example of the overall configuration of an assembled battery provided with the current sensor failure detection device of the present invention. In the example shown in FIG. 3, the same members as those in the example shown in FIG. 3 is different from the example shown in FIG. 1 in the configuration of the
図4は、図3に示す本発明の構成において、電流センサの故障検知方法の一例を説明するための図である。図4に示す例において、所定時間t1においては、電流センサの出力が(−)側一定の出力を示した時、充電状態とわかる。その時、あるセル10のから出力された電圧値を、電圧検出回路16において、2つのしきい値電圧Vref1及びVref2と比較する。しきい値との判定後、判定結果がVref1より高い場合はフラグをHighとし、判定結果がVref1とVref2との間の場合はフラグをMidとし、判定結果がVref2より低い場合はフラグをLowとする。ここで、充電状態であればセル10の電圧は上昇するので、t1内でフラグのHigh→Mid、Mid→Low(電圧値下降)変化はありえず、その場合は電流センサの故障と判定する。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a current sensor failure detection method in the configuration of the present invention shown in FIG. 3. In the example shown in FIG. 4, at the predetermined time t <b> 1, when the output of the current sensor shows a constant output on the (−) side, it can be understood that the state of charge is present. At that time, the voltage value output from a
所定時間t2においては、電流センサの出力が(+)側で一定の出力を示した時放電状態とわかる。同様にフラグの状態を調べると、所定時間t2では、放電状態においてt2内でフラグのLow→Mid、Mid→High(電圧値上昇)変化はありえないので、その場合は電流センサの故障と判定する。 At a predetermined time t2, it can be understood that the discharge state is obtained when the output of the current sensor shows a constant output on the (+) side. Similarly, when the state of the flag is examined, at a predetermined time t2, there is no possibility that the flag changes from Low → Mid or Mid → High (voltage value increase) within t2 in the discharging state.
所定時間t3では、電流センサの出力が0A一定の出力なので充放電停止状態とわかる。図4では、t2状態つまりしきい値Vref1よりセル電圧が低いLowフラグ状態からt3状態(充放電停止状態)になった場合、セル電圧は変化しないのでフラグ変化High→Mid、Low→Midなどの電圧変動はありえないので、その場合は故障と判定する。また、Lowフラグ状態から始まっているのでHighフラグの表示もありえないので、その場合も故障と判定する。 At a predetermined time t3, the output of the current sensor is a constant output of 0A, so that it can be understood that charging / discharging is stopped. In FIG. 4, when the t2 state, that is, the low flag state where the cell voltage is lower than the threshold value Vref1, is changed to the t3 state (charge / discharge stop state), the cell voltage does not change, and therefore the flag changes from High → Mid, Low → Mid, etc. Since there is no possibility of voltage fluctuation, it is determined that there is a failure. Also, since it starts from the Low flag state, the High flag cannot be displayed.
なお、本例においても、しきい値電圧Vref1、Vref2は一旦決定されれば一定の値となるが、上述したようにCPU15で演算した組電池11の残存容量、組電池11の総電圧、温度センサ18により検知した組電池11の温度によって、しきい値電圧Vref1、Vref2を変更可能である。例えば、セル電圧が低い時もしくはSOCが低い時には、しきい値電圧Vref1、Vref2を下げるよう制御することができる。
Also in this example, the threshold voltages Vref1 and Vref2 are constant values once determined. However, as described above, the remaining capacity of the assembled battery 11, the total voltage of the assembled battery 11, and the temperature calculated by the
以下の表2に、本発明の他の例の構成を示す図4における、フラグに基づく電流センサ故障検知対応表を示す。 Table 2 below shows a current sensor failure detection correspondence table based on flags in FIG. 4 showing the configuration of another example of the present invention.
上述した例では、複数のセルからなる組電池における電流センサの故障検知について説明したが、単セルからなる電池における電流センサの故障検知に本発明を適用できることはいうまでもない。 In the example described above, the fault detection of the current sensor in the assembled battery including a plurality of cells has been described, but it goes without saying that the present invention can be applied to the fault detection of the current sensor in a battery including a single cell.
本発明は、種々の負荷例えば回転電機に電力を供給する組電池などにおける電流センサの故障を検知する用途であって、簡単な構成で安価かつ短時間に電流センサの故障を検知する用途に好適に用いることができる。 The present invention is an application for detecting a failure of a current sensor in various loads such as an assembled battery that supplies electric power to a rotating electric machine, and is suitable for an application for detecting a failure of the current sensor in a short time with a simple configuration. Can be used.
10 セル
11 組電池
12 導線
13 負荷
14 リレー
15 CPU
16 電圧検出回路
17 電流センサ
18 温度センサ
19 セル電圧比較部
20 可変抵抗
10 cells 11
16
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JP2005273939A JP2007085843A (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | Failure detector for electric current sensor and its method |
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