(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池に流れる電流を検出する主電流センサー(1)と、この主電流センサー(1)の測定値を補正する補正回路(2)とを備え、
補正回路(2)が、電池と直列に接続している電流検出抵抗(3)と、この電流検出抵抗(3)の両端の電圧を増幅するアンプ(4)と、アンプ(4)の出力電圧で主電流センサー(1)の測定値を補正する演算回路(5)とを備え、
アンプ(4)の出力電圧が設定電圧となる状態において、補正回路(2)がアンプ(4)の出力電圧から電流検出抵抗(3)に流れる電流を演算し、演算した電流値を主電流センサー(1)の検出電流値に比較して、主電流センサー(1)の測定値を補正する電流検出装置。
【請求項２】
主電流センサー(1)がクランプ型の電流センサーである請求項１に記載の電流検出装置。
【請求項３】
電流検出抵抗(3)が、電池を直列に接続しているパスバー(3A)、電池と直列に接続しているヒューズ(3B)、電池間接続部の抵抗のいずれかである請求項１に記載の電流検出装置。
【請求項４】
補正回路(2)が測定値を補正する設定電圧が特定のピンポイントの電圧値である請求項１に記載の電流検出装置。
【請求項５】
電池に流れる電流を検出する主電流センサー(1)と、この主電流センサー(1)の測定値を補正する補正回路(2)と、主電流センサー(1)で検出される電流から電池の残存容量を演算する積算回路(7)とを備え、
補正回路(2)が、電池と直列に接続している電流検出抵抗(3)と、この電流検出抵抗(3)の両端の電圧を増幅するアンプ(4)と、アンプ(4)の出力電圧で主電流センサー(1)の測定値を補正する演算回路(5)とを備え、
アンプ(4)の出力電圧が設定電圧となる状態において、補正回路(2)がアンプ(4)の出力電圧から電流検出抵抗(3)に流れる電流を演算し、演算した電流値を主電流センサー(1)の検出電流値に比較して、主電流センサー(1)の測定値を補正する電流検出装置を備えるバッテリー装置。
【請求項６】
主電流センサー(1)がクランプ型の電流センサーである請求項５に記載の電流検出装置を備えるバッテリー装置。
【請求項７】
電流検出抵抗(3)が、電池を直列に接続しているパスバー(3A)、電池と直列に接続しているヒューズ(3B)、電池間接続部の抵抗のいずれかである請求項５に記載の電流検出装置を備えるバッテリー装置。
【請求項８】
補正回路(2)が測定値を補正する設定電圧が特定のピンポイントの電圧値である請求項５に記載の電流検出装置を備えるバッテリー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、モーターで自動車を走行させる電気自動車に使用される電流検出装置と、この電流検出装置を備えるバッテリー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に搭載されるバッテリーは、残存容量を監視しながら充放電を制御している。バッテリーは、残存容量が約５０％の近傍となるように充放電させると、劣化を最も少なくできる性質がある。したがって、この方式は、バッテリーの劣化をできる限り少なくして、長い年月にわたって使用できる特長が実現される。バッテリーの残存容量は、充放電電流を積算して演算できる。充電電流の積算値は充電容量となり、放電電流の積算値は放電容量となるので、充電容量から放電容量を減算して残存容量を演算できる。
【０００３】
バッテリーの残存容量を正確に演算するためには、充放電電流を正確に検出する必要がある。充放電電流を測定する誤差が残存容量に影響を与えるからである。とくに、充放電電流を積算して残存容量を演算するので、充放電電流の検出誤差は、累積して残存容量の誤差を大きくする。電流検出測定は、全ての測定範囲において、正確に電流値を検出するのが極めて難しい。このため、従来の電流検出装置は、各々の装置に個別のオフセット値をあらかじめ測定し、検出した測定値をオフセット値で補正して正確に電流を検出している。しかしながら、電流検出装置のオフセット値は一定の値をいつまでも保持できるとは限らず、経時的にずれることがある。オフセット値がずれると正確に電流を測定できなくなる。オフセット値のずれは、経年変化や温度特性の変化が原因で発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
とくに、電池の充放電の電流を検出する装置は、＋−フルスケールの領域で正確に電流を検出する必要があって、広い範囲において高い精度で電流を正確に検出するのは極めて難しい。さらに、自動車用のバッテリーは、充電電流と放電電流値が極めて大きいために、測定範囲が極めて大きく、全ての範囲で正確に電流を検出するのがとくに難しい。さらにまた、自動車のバッテリーの充放電電流を検出する装置においては、大電流の領域のみでなく小電流領域においても正確に電流を測定することが大切である。たとえば、−１５０Ａ〜＋１５０Ａの電流を測定する装置において、オフセットが２００ｍＡずれたと仮定しても、この電流で数時間も充放電をさせると、残存容量に相当な誤差が発生する。
【０００５】
以上のように、バッテリーの電流を検出する装置は、０点付近の検出誤差が残存容量の演算を大きく狂わせてしまう弊害がある。０点付近の測定が正確でないと、充電と放電が逆に検出されることがあり、さらに、間違って検出された充電または放電電流が累積して残存容量を狂わせて誤差を大きくしてしまう。自動車を走行させるバッテリーに限らず、電池の電流を検出する装置は、充電電流と放電電流の両方を特に正確に検出する必要がある。
【０００６】
バッテリーの電流を検出する電流センサーは、より精度を高くするために、高精度の部品を使用して、複雑な回路構成とする必要があり、さらに精密に調整する必要があって、部品コストと製造コストが極めて高くなってしまう。さらにまた、製造した直後においては、正確に充電電流と放電電流の両方を正確に検出できるようにオフセット値を調整しても、経年変化や温度特性の変化によってオフセット値がずれて電流の測定精度が低下してしまう欠点がある。
【０００７】
本発明は、このような弊害を解消することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、主電流センサーの測定値を正確に補正して、微小電流領域は言うにおよばず、全ての測定範囲において電流を正確に検出でき、しかも、長期間にわたって極めて正確に電流を測定できる電流検出装置とこの装置を備えるバッテリー装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電流検出装置は、電池に流れる電流を検出する主電流センサー１と、この主電流センサー１の測定値を補正する補正回路２とを備える。補正回路２は、電池と直列に接続している電流検出抵抗３と、この電流検出抵抗３の両端の電圧を増幅するアンプ４と、アンプ４の出力電圧で主電流センサー１の測定値を補正する演算回路５とを備える。補正回路２は、アンプ４の出力電圧が設定電圧となる状態において、アンプ４の出力電圧から電流検出抵抗３に流れる電流を演算し、演算した電流値を主電流センサー１の検出電流値に比較して、主電流センサー１の測定値を補正している。
【０００９】
主電流センサー１は、クランプ型の電流センサーとすることができる。さらに、電流検出抵抗３は、電池を直列に接続しているパスバー３Ａ、電池と直列に接続しているヒューズ３Ｂ、あるいは、電池間接続部の抵抗のいずれかとすることができる。さらに、補正回路２は、好ましくは、測定値を補正する設定電圧を特定のピンポイントの電圧値とする。
【００１０】
本発明の電流検出装置を備えるバッテリー装置は、請求項１に記載する構成の電流検出装置に加えて、主電流センサー１で検出される電流から電池の残存容量を演算する積算回路７を備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための装置を例示するものであって、本発明は電流検出装置とバッテリー装置を以下のものに特定しない。
【００１２】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１３】
図１は自動車を走行させるバッテリー装置の回路図を示している。この図のバッテリー装置は、電池の充放電電流を検出する電流検出装置と、電流検出装置の出力信号で電池の残存容量を演算する積算回路７と、積算回路７で演算された残存容量でもってモーターや発電機（図示せず）を制御する制御回路８を備えている。
【００１４】
電流検出装置は、電池に流れる電流を検出する主電流センサー１と、この主電流センサー１の測定値を補正する補正回路２とを備える。主電流センサー１は、電池に流れる充放電電流を全ての範囲で検出できるもので、たとえば、最大測定電流を１００Ａ〜３００Ａとするものである。主電流センサー１は、電線に流れる電流によって発生する磁束から電流を検出するクランプ型の電流センサーである。クランプ型の電流センサーは、電流で発生する磁束をセンサー部で電圧に変換し、変換した電圧をアンプで増幅して出力し、あるいはアンプの出力信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換して出力する。主電流センサーには、クランプ型以外のタイプの電流センサーも使用できる。
【００１５】
主電流センサー１のオフセット値を補正して、検出した電流の測定をするのが補正回路２である。図の補正回路２は、電池と直列に接続している電流検出抵抗３と、この電流検出抵抗３の両端の電圧を増幅するアンプ４と、アンプ４の出力電圧で主電流センサー１のオフセット値を演算する演算回路５とを備える。
【００１６】
電流検出抵抗３は、電池を直列に接続するためのパスバー３Ａ、あるいは、図２に示すように、電池と直列に接続しているヒューズ３Ｂ、あるいはまた、図示しないが、電池間接続部の抵抗のいずれかである。自動車のバッテリーは、複数本のモジュール電池６をパスバー３Ａで直列に接続している。モジュール電池６は、複数の二次電池を、皿状接続体等の電池間接続部で直列に接続したものである。以上のように電流検出抵抗３を、パスバー３Ａやヒューズ３Ｂあるいは電池接続部の抵抗のいずれかを併用する回路は、電池と直列に電流を検出するために余分な抵抗を接続する必要がなく、電流検出抵抗３によるロスを少なくできる特長がある。
【００１７】
アンプ４は電流検出抵抗３の両端に発生する電圧を増幅する。電流検出抵抗３の電気抵抗は極めて小さいので、両端に発生する電圧は小さい。電流検出抵抗３の両端に発生する電圧が、電気抵抗と電流の積に比例するからである。アンプ４は、電流検出抵抗３に発生する微小電圧を増幅して演算回路５に入力する。たとえば、電流検出抵抗３の電気抵抗を５ｍΩ、主電流センサー１の測定値を補正するためのオフセット値を検出する電流を１Ａとするとき、たとえば、アンプ４の増幅率を１０００倍とする。このアンプ４は、１Ａの電流が流れる状態で、電流検出抵抗３の両端に発生する電圧を５Ｖに増幅して演算回路５に入力する。主電流センサー１の測定値を、特定のピンポイントで補正する補正回路２は、アンプ４の直線性を問わず正確にオフセット値を測定できる。この補正回路２は、図３に示すように、増幅特性の直線性が悪いアンプを使用して正確にオフセット値を演算できる。このアンプ４は、オフセット値を測定する特定のピンポイントでのみ、電流検出抵抗３の電圧を正確な増幅率で増幅すればよい。たとえば、ピンポイントでのみ増幅率を正確に特定された１０００倍とすればよく、入力電圧が５ｍＶのときに、正確に１０００倍に増幅すればよい。この種のアンプ４は極めて安価に製作できる。入力範囲を広い範囲で増幅する必要がなく、また、測定できる領域においても、直線性が要求されないからである。
【００１８】
ただ、本発明の装置は、ピンポイントのみでなく、所定の電流領域で電流検出抵抗３の電圧を検出して、主電流センサー１のオフセット値を測定し、あるいは、電流値が異なる複数点で電流検出抵抗３の電圧を検出してオフセット値を測定することもできるのは言うまでもない。ただ、補正回路２は、主電流センサー１の０点付近における測定値をより正確に補正することが大切であるから、補正回路２がオフセット値を測定する電流は、好ましくは、主電流センサー１のフルスケールの１／１０以下、より好ましくは１／５０、さらに好ましくは１／１００とするのがよい。
【００１９】
電流検出抵抗３の電気抵抗を５ｍΩとし、アンプ４の増幅率を１０００倍とする補正回路２は、アンプ４の出力電圧が５Ｖのときに電流検出抵抗３に流れる電流が正確に１Ａとなる。いいかえると、この補正回路２は、アンプ４の出力電圧である５Ｖを検出して電流検出抵抗３に流れる電流を１Ａとする。
【００２０】
この補正回路２が主電流センサー１の測定値を補正する状態を図４に示す。この図の主電流センサー１は、０点がずれて小電流における測定値がずれている。たとえば、補正回路２が電流検出抵抗３の電流を正確に１Ａと検出するときに、正確な主電流センサー１は測定値が１Ａとなる。しかしながら、図の実線で示す主電流センサー１は、補正回路２が１Ａを検出するときに、測定値がＡ点にずれている。このため、Ａ点の測定値を１Ａに補正する値がオフセット値であるから、オフセット値は（Ａ−１）となる。すなわち、図の矢印で示すように、主電流センサー１の測定値をオフセット値に相当する（Ａ−１）だけ平行にずらせると、主電流センサー１の測定値を電流値に補正できる。
【００２１】
すなわち、補正回路２は、アンプ４の出力電圧が設定電圧である５Ｖになる状態において、アンプ４の出力電圧から電流検出抵抗３に流れる正しい電流を測定し、正確な電流値を主電流センサー１の測定値に比較して、主電流センサー１の測定値を補正するオフセット値を測定し、このオフセット値でもって、主電流センサー１の測定値を常に補正して正確な電流を測定する。オフセット値は特定の電流で測定するが、測定されたオフセット値は、主電流センサー１が検出する全ての測定値を補正する。したがって、補正回路２を特定の電流で検出して、主電流センサー１が検出する全ての電流値を正確に補正できる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の電流検出装置は、主電流センサーの測定値を正確に補正して、微小電流領域は言うにおよばず、全ての測定範囲において電流を正確に検出できる特長がある。それは、本発明の電流検出装置が、電池と直列に接続している電流検出抵抗と、この電流検出抵抗の両端の電圧を増幅するアンプと、アンプの出力電圧で主電流センサーの測定値を補正する演算回路とを備える補正回路備え、この補正回路で主電流センサーの測定値を補正しているからである。この補正回路は、設定電圧におけるアンプの出力電圧から電流検出抵抗に流れる正しい電流を演算し、演算した電流値を主電流センサーの電流値に比較して、主電流センサーの測定値を補正するので、極めて簡単な構造として、主電流センサーが検出する測定値を常に正確に補正できる。さらに、演算された電流値で主電流センサーが検出する全ての測定値を正確に補正できるので、微小電流領域だけでなく、全ての測定範囲における電流を正確に検出できる。
【００２３】
さらに、本発明の電流検出装置は、設定電圧におけるアンプの出力電圧から電流検出抵抗に流れる正しい電流値を演算し、この電流値に基づいて常に主電流センサーの電流値を補正するので、経年変化や温度特性の変化によってオフセット値がずれることなく、長期間にわたって極めて正確な測定精度で電流を測定できる特長もある。
【００２４】
さらに、本発明の電流検出装置を備えるバッテリー装置は、電流検出装置で常に正確な電流値が測定できるので、積算回路で積算される残存容量の誤差を低減して、残存容量をより正確に演算できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の電流検出装置を備えるバッテリー装置を示す回路図
【図２】本発明の他の実施例の電流検出装置を備えるバッテリー装置を示す回路図
【図３】アンプの増幅特性の一例を示すグラフ
【図４】補正回路が主電流センサーの測定値を補正する状態を示す図
【符号の説明】
１…主電流センサー
２…補正回路
３…電流検出抵抗        ３Ａ…パスバー          ３Ｂ…ヒューズ
４…アンプ
５…演算回路
６…モジュール電池
７…積算回路
８…制御回路
【図１】
0003691364.tif 000002
【図２】
0003691364.tif 000003
【図３】
0003691364.tif 000004
【図４】
0003691364.tif 000005