CN105051552A - 电压传感器的故障检测装置 - Google Patents

电压传感器的故障检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明无误地可靠地检测对电池电压进行检测的电压传感器的故障。本发明包括：检测电池(3)的充放电电流的电流传感器(4)；基于由电流传感器(4)检测到的电流计算充放电电流变化量dIs的充放电电流变化量计算单元(S101)；检测电池(3)的电压的电压传感器(5)；基于由电压传感器(5)检测到的电压计算电压变化量dVs的电压变化量计算单元(S102)；以及在充放电电流变化量dIs为规定值以上，电压变化量dVs小于故障判定值k的情况下，判定为电压传感器(5)处于故障状态的故障检测单元(S103、S104)。

Description

电压传感器的故障检测装置
技术领域
本发明涉及对电压传感器、尤其是检测充电电池的电池电压的电压传感器的故障进行检测的故障检测装置。
背景技术
车辆中搭载有充电电池，该充电电池用于例如暂时性地储存利用传送带等与内燃机相连接的发电机所发出的电能，即使在内燃机不旋转、发电机无法发电的状态下也向电气设备提供所需的功率等。
若充电电池发生过充电或过放电，则会促进电池的劣化，因此在使用充电电池的情况下，需要以充电电池的充电状态SOC不会成为过充电或过放电的方式进行充电或放电。
作为检测充电电池的SOC的单元，已知有基于电压传感器检测到的充电电池电压来进行计算的单元。
然而，在上述检测单元中，在电压传感器发生故障的情况下，会基于错误的SOC来进行充电或放电，因此充电电池的SOC可能成为过充电或过放电。
因此，在具备电压传感器的SOC检测装置中包括对电压传感器的故障进行检测的装置。
专利文献1中公开了如下故障检测装置，该故障检测装置基于电流传感器检测到的电池的充放电电流和电压传感器检测到的电池的电压来对充电电池的电动势和内部电阻进行计算，并且基于电动势和内部电阻计算充电电池的推定电池电压，将推定电池电压与电压传感器检测到的电池电压进行比较，若该差分在规定值以上，则判定为电压传感器的故障。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008－135310号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1中，作为充电电池的电动势的计算手段公开了如下方法：即、取得多组电池电压V与充放电电流I的组合数据，并利用回归分析求出电压V和电流I的一次近似直线、V-I近似直线，从V-I近似直线的V截距减去极化电压来求出电池的电动势。
此外，作为充电电池的内部电阻的计算手段公开了如下方法：即、根据上述方法所求出的V-I近似直线的斜率计算出内部电阻。
然而，上述方法中，在发生电压传感器的检测值为固定值那样的故障的情况下，V-I近似直线的斜率大致为0，V-I近似直线的V截距与电压传感器的检测值大致一致。
此时，例如在极化电压约为0的情况下，电动势与V截距、即电压传感器的检测值相一致。
另一方面，通过从电动势减去内部电阻和充放电电流之积来求出推定电池电压，在上述那样的电压传感器的检测值为固定值、极化电压约为0的情况下，电动势成为电压传感器的检测值，内部电阻与充放电电流之积约为0，因此推定电池电压与电压传感器的检测值大致一致。
因此，在上述情况下，推定电池电压与检测到的电池电压之差约为0，该差不超过规定值，因此不能检测出故障。
由此，在专利文献1所示的技术中，并没有考虑上述那样的电压传感器的故障检测。
本发明为了解决上述问题而完成，其目的在于，在无误判定的情况下可靠地检测对电池电压进行检测的电压传感器的故障。
用于解决技术问题的技术手段
本发明所涉及的电压传感器的故障判定装置包括：电流传感器，该电流传感器检测电池的充放电电流；充放电电流变化量计算单元，该充放电电流变化量计算单元基于由所述电流传感器检测到的电流计算充放电电流变化量dIs；电压传感器，该电压传感器检测所述电池的电压；电压变化量计算单元，该电压变化量计算单元基于由所述电压传感器检测到的电压计算电压变化量dVs；以及故障检测单元，在所述充放电电流变化量dIs为规定值以上，所述电压变化量dVs小于故障判定值k的情况下，该故障检测单元判定为所述电压传感器处于故障状态。
发明效果
根据本发明，能得到一种电压传感器的故障检测装置，可在无误判定的情况下可靠地检测对电池电压进行检测的电压传感器的故障。
附图说明
图1是表示设置有本发明所涉及的故障判定装置的内燃机的电源***的一个示例的简要结构图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的电压传感器的故障判定装置的处理的流程图。
图3是表示本发明的实施方式2所涉及的电压传感器的故障判定装置的处理的流程图。
图4是表示本发明的实施方式3所涉及的电压传感器的故障判定装置的处理的流程图。
图5是表示本发明的实施方式4所涉及的电压传感器的故障判定装置的处理的流程图。
图6是表示充电时的电压变化量约为0时的充电电流的变化的一个示例的图。
图7是表示放电时的电压变化量约为0时的放电电流的变化的一个示例的图。
图8是表示设置有本发明的实施方式5所涉及的电压传感器的故障判定装置的内燃机的电源***的一个示例的简要结构图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是设置有本发明所涉及的故障检测装置的内燃机的电源***的简要结构图的一个示例。
内燃机1和发电机2通过传送带等相连接，若内燃机1进行旋转则发电机2也进行旋转。
若发电机2进行旋转，则由发电机2进行发电，发出的电能被充电到电池3、在电压转换装置10中进行电压转换并被电气设备12所消耗、或充电到副电池11。
用于起动内燃机1的起动装置13进行驱动时的电力由副电池11来提供。此外，电池是锂离子电池等。
这里，假设电池3和副电池11的电压不同的情况，从而设置了电压转换装置10，但在电压为相同电位的情况下，也可以利用开关等来替代。
锂离子电池是指利用间隔物来绝缘正极和负极，在电解液中，锂离子在正极和负极间来回移动从而进行充电和放电的充电电池。若锂离子电池发生过充电、过放电，则锂离子电池可能会劣化、产生内部短路。
电流传感器4将电池3的充电电流设为正、放电电流设为负来进行检测，并将检测出的充放电电流发送到BMU(BatteryManagementUnit：电池管理电源)8。
CMU(CellMonitorUnit：电池监控单元)7对电池3进行监控。将电压传感器5检测出的电池电压、温度传感器6检测出的电池温度的信息发送给BMU8。
BMU8对电池3进行管理。由电流传感器4输入电池3的充放电电流，由CMU7输入电池电压和电池温度。
并且，基于所输入的充放电电流和电池电压并利用电流积分等来计算电池3的充电状态SOC，对充放电电流进行控制，使得电池3不会发生过充电或过放电。
电压传感器故障检测部9基于输入至BMU8的充放电电流来计算充放电电流变化量dIs，基于输入至BMU8的电池电压来计算电压变化量dVs。
例如，作为本次值和前次值的差分量来计算各个变化量。
并且，基于充放电电流变化量dIs、电压变化量dVs来对电压传感器进行故障检测。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的电压传感器的故障检测装置的处理的流程图，被定期地(例如每隔10ms)实施。
下面，基于图2的流程图，对本发明的实施方式1所涉及的故障检测装置进行说明。
充放电时的电池电压V利用电池3的充放电电流I、电池3的电动势E、电池3的内部电阻r，并通过下式(1)来表示。另外，充放电电流以充电为正，放电为负。
V＝E+r·I···(1)
因而，在电池电流变化的情况下，电池电压也应该发生变化，实施方式1中，基于电池电流的变化量和电池电压的变化量来进行故障检测。
步骤S101中，基于输入到BMU8的充放电电流来计算充放电电流变化量dIs(步骤S101相当于充放电电流变化量计算单元)。
步骤S102中，基于输入到BMU8的电压来计算充放电电压变化量dVs(步骤S102相当于电压变化量计算单元)。
步骤S103中，电压传感器故障检测部9判定充放电电流变化量dIs的绝对值|dIs|是否大于规定值。
在|dIs|大于规定值的情况下，前进至步骤S104，在|dIs|为规定值以下的情况下，结束处理。
步骤S104中，电压传感器故障检测部9判定电压变化量dVs的绝对值|dVs|是否小于故障判定值k，在|dVs|小于故障判定值k的情况下，判定是电压传感器5的故障(步骤S103、S104相当于故障检测单元)。
如上所述的实施方式1的电压传感器的故障检测装置包括：电流传感器4，该电流传感器4检测电池3的充放电电流；充放电电流变化量计算单元S101，该充放电电流变化量计算单元S101基于由电流传感器4检测到的电流计算充放电电流变化量dIs；电压传感器5，该电压传感器5检测电池3的电压；电压变化量计算单元S102，该电压变化量计算单元S102基于由电压传感器5检测到的电压计算电压变化量dVs；以及故障检测单元S103、S104，在充放电电流变化量dIs为规定值以上，电压变化量dVs小于故障判定值k的情况下，该故障检测单元S103、S104判定为电压传感器5处于故障状态，通过上述结构，能基于充放电电流变化量dIs和电压变化量dVs可靠地检测电压传感器5的故障。
实施方式2
图3是表示本发明的实施方式2所涉及的电压传感器5的故障检测装置的处理的流程图，被定期地(例如每隔10ms)实施。
实施方式2相对于实施方式1，以下部分不同。
即、相对于图2，图3中追加了步骤S203。
下面，对图3中与图2的不同点进行说明。
充放电时的电池电压V如上所述由下式(1)来表示。
V＝E+r·I···(1)
在充放电电流I发生变化的情况下，电池电压V会对应地变化内部电阻r和充放电电流变化量dIs之积、即r·dIs的量。
电池3的内部电阻r例如因电池3的种类不同而不同。
因此，即使充放电电流变化量dIs相同，在内部电阻r不同的情况下，有时r·dIs不同，电压变化量dVs不同。
步骤S203中，考虑上述那样电压变化量dVs根据内部电阻r而不同的情况，进行基于电池3的内部电阻r和充放电电流变化量dIs来设定故障判定值k的处理。
通过采用实施方式2所示的结构，能根据电池的内部电阻来变更故障判定值，因此无论电池的内部电阻是否变化，均能可靠地进行故障检测。
实施方式3
图4是表示本发明的实施方式3所涉及的电压传感器5的故障检测装置的处理的流程图，被定期地(例如每隔10ms)实施。
实施方式3相对于实施方式2，以下部分不同。
即、相对于图3，图4中追加了步骤S303。
下面，对图4中与图3的不同点进行说明。
电池3的内部电阻r根据电池3的温度T、电池3的充电状态SOC、电池3的劣化度而呈现为不同的值。
步骤S303中，考虑了内部电阻根据电池3的温度、充电状态、劣化度而变化的情况，例如通过由温度传感器6检测出的电池温度T、电池3的充电状态SOC、电池3的劣化度和内部电阻r之间的映射来计算电池3的内部电阻r。
另外，电池3的充电状态SOC、劣化度通过BMU8所包含的充电状态计算单元、劣化度计算单元来计算得到。
通过采用实施方式3所示的结构，能根据电池3的状态变更内部电阻r，并能变更故障判定值k，因此无论电池3的状态如何，均能可靠地进行故障检测。
实施方式4.
图5是表示本发明的实施方式4所涉及的电压传感器的故障检测装置的处理的流程图，被定期地(例如每隔10ms)实施。
实施方式4相对于实施方式1，以下部分不同。即、相对于图2，图5中追加了步骤S404。
下面，对图5中与图2的不同点进行说明。
进行充放电时电池3的电压变化量dV利用电池3的充放电电流变化量dI和电池3的电动势的变化量dE并通过下式(2)来表示。
dV＝dE+r·dI···(2)
在充电中的情况下，电动势始终增加，因此dE始终为正，若充电电流变化量dI增加，则r·dI变为正，若充电电流变化量dI减少，则r·dI变为负。
因而，在充电过程中充电电流减少的情况下，dE为正，r·dI为负，因此有时观察到的电压变化量dV约为0。
图6是表示充电时观察到的电压变化量约为0时的充电电流的变化的图，常见于例如在通过恒压充电等进行充电的场合，恒压充电是指以充电电压为恒定电压来进行充电的情况。
在放电过程中，电动势始终减少，因此dE始终为负，若充电电流变化量dI增加，则r·dI变为负，若充电电流变化量dI减少，则r·dI变为正。
因而，在放电过程中放电电流减少的情况下，dE为负，r·dI为正，因此有时观察到的电压变化量dV约为0。
图7是表示放电时观察到的电压变化量约为0时的放电电流的变化的图。
步骤S404中，在如上所述观察到的电压变化量约为0的情况下，即充电电流减少、或放电电流减少的情况下，不进行故障判定而结束处理。
通过采用实施方式4所示的结构，在无法判定是否发生故障的情况下，不进行故障诊断，因此能防止错误判定。
实施方式5
图8是设置有本发明的实施方式5所涉及的电压传感器的故障检测装置的内燃机的电源***的简要结构图的一个示例。
与图1的不同点在于，追加了故障检测通知单元51，该故障检测通知单元51将利用电压传感器故障检测部9检测到电压传感器的故障的情况通知给外部。
在电压传感器故障检测部9检测到电压传感器5的故障时，故障检测通知单元51向用户进行通知。
通过采用实施方式5所示的结构，能促使用户中止使用已发生故障的电压传感器、更换已发生故障的电压传感器等。
此外，本发明可以在该发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。
标号说明
1内燃机
2发电机
3电池
4电流传感器
5电压传感器
6温度传感器
7CMU
8BMU
9电压传感器故障检测部
10电压转换装置
11副电池
12电气设备
13起动装置
51故障检测通知单元

Claims (5)

1.一种电压传感器的故障检测装置，其特征在于，包括：
电流传感器，该电流传感器检测电池的充放电电流；
充放电电流变化量计算单元，该充放电电流变化量计算单元基于由所述电流传感器检测到的电流计算充放电电流变化量dIs；
电压传感器，该电压传感器检测所述电池的电压；
电压变化量计算单元，该电压变化量计算单元基于由所述电压传感器检测到的电压计算电压变化量dVs；以及
故障检测单元，在所述充放电电流变化量dIs为规定值以上，所述电压变化量dVs小于故障判定值k的情况下，该故障检测单元判定为所述电压传感器处于故障状态。
2.如权利要求1所述的电压传感器的故障检测装置，其特征在于，
根据所述充放电电流变化量dIs和所述电池的内部电阻r之积r·dIs来设定所述故障判定值k。
3.如权利要求2所述的电压传感器的故障检测装置，其特征在于，包括：
温度传感器，该温度传感器检测所述电池的温度；
充电状态计算单元，该充电状态计算单元基于由所述温度传感器检测得到电池温度T、由所述电流传感器检测得到的充放电电流和所述电压传感器检测得到的电压来计算所述电池的充电状态SOC；
劣化度计算单元，该劣化度计算单元对所述电池的劣化度进行计算；以及
内部电阻计算单元，该内部电阻计算单元基于所述充电状态SOC、所述电池温度T、所述劣化度来计算所述内部电阻r。
4.如权利要求1至3的任一项所述的电压传感器的故障检测装置，其特征在于，
在所述电池的充电电流减少或所述电池的放电电流减少的情况下，不进行故障诊断。
5.如权利要求1至4的任一项所述的电压传感器的故障检测装置，其特征在于，
包括故障检测通知单元，该故障检测通知单元将由所述故障检测单元检测到电压传感器的故障的情况通知给外部。
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