JP2007192615A - 電圧センサの異常検出方法、異常検出装置および電圧センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明においては、負荷にかかる電圧を検出し、この電圧センサ出力を差動電圧で出力する構成とし、この電圧センサにおいて回路部品その他配線不良等により生じる差動出力電圧の非対称性を検出することにより、上記電流監視装置の動作異常を検出するようにした。
【選択図】図1
Description
図1にこの基本構成を示す。組電池1(電池)はイグニッションスイッチを含む電気系の主スイッチを構成するメインリレー2を介して負荷3に接続されている。一方、組電池1の出力電圧はスイッチ4を経由して分圧器5によりデータ処理部であるCPU10に入力可能な低電圧に分圧された電圧(入力電圧)が差動出力部6に入力される。ここで、スイッチ4はCPU10起動時にオフとしておき、CPU10が動作状態に入る直前に増幅器9の差動電圧出力V1およびV2の初期オフセットをチェックするためのもので、CPU10の立ち上げが完了し、動作状態に入るときにスイッチ4をオンにする。なお、初期オフセットはチョッパ7が開放状態のときにおいてもチェックすることが出来る。
図2は図1に示した組電池1等電源の出力電圧を検出する電圧センサ12における異常検出の処理過程を説明するものである。図1の装置が正常に動作している場合は増幅器9の差動出力V1およびV2の中間値は、増幅器9における後述の初期オフセット値Vmoと同じ値を有し、差動出力V1およびV2はこの値に対して上下対称の値をとる。しかし、例えば、差動トランス8の巻線部における半田付け部の腐食による半断線状態になった場合、あるいは増幅器9の回路構成部品の定数変化あるいは集積回路の内部配線が接触不良を生じた場合等は、増幅器9の差動出力の一方または両方が変化して非対称となる。以下、図3のフロー図により図1の回路例における処理手順を説明する。
Vmo=(V1o+V2o)/2 (数1)
で与えられる(ステップS1)。チョッパ7がオン状態における差動出力部6の差動出力V1とV2の中間値Vmは
Vm=(V1+V2)/2 (数2)
で得られる(ステップS2)。ここで、初期オフセット値Vmoと差動出力V1とV2の中間値Vmとの差電圧の絶対値|ΔVm|は、
|ΔVm|=|Vmo−Vm(正常)| (数3)
で得られる(ステップS3)。差動トランス8および増幅器9が正常に動作しておれば、絶対値|ΔVm|は0となる筈である。ここで、差動出力部6に異常が生じ、正常時の差動出力の一方V1がV1’になった場合、上記の中間値Vmは中間値Vm’にシフトして絶対値ΔVmは0ではない値をとるようになる。
この値が予め定められた第1の異常判定値αよりも大きくなった場合(ステップS4)、異常が発生したものと判断する(ステップS5)。
図4に実施の形態2についての異常検出の手順を示す。上記実施の形態1における初期オフセット値を与える中間出力Vmoに対する各差動出力V1’(異常時)、V2(正常時)の差の絶対値|ΔV1m’|および|ΔV2m|を求める。
|ΔV2m|=|Vmo−V2| (数6)
次に第一の電圧を与える(数5)式と第二の差電圧を与える(数6)式との差を求め、V1とV2の非対称性の量である絶対値ΔVuを下記(数7)式から求める。
この絶対値ΔVuを予め設定されている第2の異常判定値βと比較し、下記(数8)式の条件を満たすようになった場合
|ΔVu|>異常判定値β (数8)
は差動出力部6に異常が発生したと判定する。
図5は本発明における実施の形態3における異常検出の手順を示すものである。本実施の形態3においては、組電池1の電池側電圧における入力電圧を所定の電圧だけ変化させた範囲(変化量ΔVb)に対する差動出力部6の差動出力電圧V1およびV2の変動量ΔV1及びΔV2は正常時においては等しくなる。すなわち、正常時においては
|ΔV1|=|ΔV2| (数9)
であるが、例えば、V1側に異常が発生し、図5に示すV1’のようになったとするとこの等号が成立せず、この場合の変動量ΔV1’は
|ΔV1’|≠|ΔV2| (数10)
となり、これら両変動量の差である絶対値|ΔVd|
|ΔVd|=||ΔV1’|−|ΔV2|| (数11)
が予め設定されている第3の異常判定値γを超えれば差動出力部6に異常が発生したと判断する。以上述べた処理に対する演算は全てCPU10において実行される。
図7に本発明における実施の形態4を説明する図である。本実施の形態4においては差動出力電圧V1、V2の出力範囲内で、差動出力電圧V1側にVa(第1の電圧閾値)を、V2側にVb(第2の電圧閾値)の閾値電圧を予め設定しておき、差動出力電圧V1、V2の値がこれら閾値レベルを超えた時に、CPU10によるデータ処理系における当該データにフラグを立てる。尚、図7に示すようにVaとVbは初期オフセット値に対して対称であり、すなわち、|Va−Vmo|=|Vb−Vmo|に設定されている。入力電圧となる組電池1側電圧(V)がこの閾値を超えた場合、差動出力部6が正常に動作しておれば、差動出力電圧V1、V2に対応するデータに立てられるフラグは同時に変化する筈である。したがって、フラグが同時に変化するか否かを検出することにより装置動作の異常を検知することができる。表1は図7の各状態における論理処理の状態を表にまとめたものである。
ΔV=V1−V2 (数12)
Vlow=Va−Vb (数13)
として、(数12)におけるΔVが(数13)におけるVlowよりも大または小であっても、差動出力電圧V1、V2それぞれに対応する処理データにフラグがある場合、装置は正常に動作していることを示している。これは図7における時刻領域(1)〜(3)の領域の動作に対応している。また、例えば時刻領域(4)に示すように、差動出力電圧V1側が動作は正常で閾値Vaを超えておらず、電圧V2側に動作異常が生じて電圧V2が閾値Vbを超えている場合、(数12)式のΔVがVlowよりも小さい場合であっても、V2側は図7に示す閾値比較信号がHigh領域にあり、したがってフラグはV2領域のみに存在することになり、これにより装置の異常動作を検知することができる。
なお、上記閾値を複数設定することも可能であり、これにより動作異常の検出を段階的に進めることが可能となり、例えば複数の閾値を超えた所で異常検出とし、1つの閾値を超えたのみでは異常とは検出しないことにすれば、より確実に異常検出を行うことが出来、誤検出の可能性を低減し得るように動作異常検出論理を組むことも可能となる。
図8は本発明による実施の形態5の処理過程を説明するものである。前記の方法により差動出力部6の異常が検知された場合でも、通常は完全故障状態となって測定不能になっているものではない。したがって、この場合は前記の閾値比較においてフラグの有無を検出し、例えば図7に示すようにフラグが発生し、かつ閾値を超えている方に異常が発生しているとし、フラグの有無に変化を生じていない方を正常と判定した場合、異常を生じている側の出力電圧(図8のB)を正常な側の出力電圧(図8のA=Vmo−V2)で置き換えて差動出力部6の出力と電圧することも可能である。この方法によれば、差動出力電圧の片方のデータを他方の異常を生じた出力電圧に置き換えて処理するため精度の低下は避けられないが、正常な側の出力電圧のみを用いて組電池1の総電圧を求めることができるため、検出装置の動作異常に対するフェールセーフ処理を可能とすることができる。
3:負荷 4:スイッチ
5:分圧器 6:差動出力部
7:チョッパ 8:差動トランス
9:増幅器 10:CPU
11:A/Dポート 12:電圧センサ
Claims (9)
- 入力する入力電圧に応じた電圧差で互いに逆相の第一の電圧および第二の電圧を出力する差動出力部と、前記差動出力部から出力された第一の電圧と第二の電圧との差電圧に基づいて前記入力電圧を検出する電圧検出部とを備えた電圧センサの異常検出方法において、
前記入力電圧が0である場合の前記第一の電圧と第二の電圧との中間値である初期オフセット電圧に対して、前記入力電圧が0より大きい場合の第一の電圧と第二の電圧とが非対称であることを検出することによって、前記差動出力部の異常を検出することを特徴とする電圧センサの異常検出方法。 - 請求項1に記載の電圧センサの異常検出方法であって、
前記入力電圧が0より大きい場合に前記差動出力部から出力された第一の電圧と第二の電圧との中間値と、前記初期オフセット電圧との差電圧の絶対値が、予め設定された第1の異常判定値以上となった場合に前記差動出力部の異常と判定することを特徴とする電圧センサの異常検出方法。 - 請求項1に記載の電圧センサの異常検出方法であって、
前記初期オフセット電圧と、前記差動出力部から出力された第一の電圧と第二の電圧のうちの一方の電圧との差である第一の差電圧の絶対値を求めると共に、前記初期オフセット電圧と、前記差動出力部から出力された第一の電圧と第二の電圧とのうちの他方の電圧との差である第二の差電圧の絶対値を求め、
前記求めた第一の差電圧の絶対値と第二の差電圧の絶対値との差の絶対値である第三の差電圧が、予め設定された第2の異常判定値以上となった場合に前記差動出力部の異常と判定することを特徴とする電圧センサの異常検出方法。 - 請求項1に記載の電圧センサの異常検出方法であって、
前記入力電圧を所定の電圧だけ変化させた際の、前記差動出力部から出力される第一の電圧および第二の電圧それぞれの電圧の変化量の絶対値である第一の電圧変化量と第二の電圧変化量とを検出し、該第一の電圧変化量と第二の電圧変化量との差が予め設定された第3の異常判定値以上となった場合に前記差動出力部の異常と判定することを特徴とする電圧センサの異常検出方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れかに記載の電圧センサの異常検出方法であって、
前記入力電圧の大きさに応じて前記異常判定値を変更することを特徴とする電圧センサの異常検出方法。 - 請求項1に記載の電圧センサの異常検出方法であって、
前記差動出力部から出力される第一の電圧および第二の電圧のそれぞれに対応する、前記初期オフセット電圧に対して対称な第一の電圧閾値および第二の電圧電圧閾値の二つの閾値を設定し、
前記第一の電圧が第一の電圧閾値となった時に第二の電圧が第二の電圧閾値となっていない場合に前記差動出力部の異常と判定することを特徴とする電圧センサの異常検出方法。 - 請求項6に記載の電圧センサ異常検出方法であって
前記入力電圧は電池から出力される電圧であって、該電池の温度を検出する温度検出手段を備え、該温度検出手段によって検出される温度に基づいて前記第一の電圧閾値および第二の電圧閾値を変更することを特徴とする電圧センサの異常検出方法。 - 電源と、この電源に接続されて該電源から入力する入力電圧に応じた電圧差で互いに逆相の第一の電圧と第二の電圧を出力する差動出力部と、前記差動出力部から出力された第一の電圧と第二の電圧との電圧差に基づいて前記入力電圧を検出する電圧検出部とを備えた電圧センサにおいて、
前記電源と差動出力部との間に設けられ、前記電源と差動出力部との接続を切断状態もしくは接続状態に切替可能なスイッチを備え、
前記スイッチが切断状態である場合の前記第一の電圧と第二の電圧との中間値である初期オフセット電圧に対して、前記スイッチが接続状態である場合の第一電圧と第二の電圧とが非対称であることを検出することによって、前記差動出力部の異常を検出する異常検出手段を備えることを特徴とする電圧センサの異常検出装置。 - 請求項8の電圧センサの異常検出装置を備えた電圧センサであって、
前記異常検出手段によって異常が検出された場合に、第一の電圧および第二の電圧のうちの異常が発生した電圧を特定する特定手段をさらに備え、
前記異常検出手段によって異常が検出された場合には、前記特定手段によって特定された電圧とは異なる他方の電圧と前記初期オフセット電圧との電圧差に基づいて、前記入力電圧を検出することを特徴とする電圧センサ。
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