(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリから消費される消費電流値を検出するバッテリ電流検出手段と、
該バッテリ電流検出手段により検出された該消費電流値を増幅する電流値増幅手段とをそなえ、
該電流値増幅手段は、クランキングスイッチオンで且つエンジン回転速度が所定回転速度よりも小さい場合には、第１の増幅率で該消費電流値を増幅し、クランキングスイッチオンであってもエンジン回転速度が所定回転速度以上の場合及び始動完了後は、該第１の増幅率よりも大きな第２の増幅率で該消費電流値を増幅する
ことを特徴とする、消費電流検出装置。
【請求項２】
該電流値増幅手段は、イグニッションスイッチオンで且つクランキングスイッチオフの場合には、該第２の増幅率で該消費電流値を増幅すること
を特徴とする、請求項１記載の消費電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に搭載されたバッテリの消費電流を検出するのに用いて好適の、消費電流検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、自動車のようにエンジン（内燃機関）をそなえた車両では、車両に装備された電気機器に電力を供給するためにバッテリがそなえられ、さらに、このバッテリに充電を行なうオルタネータがそなえられている。オルタネータは、エンジンにより駆動され発電を行なって、この発電した電力をバッテリに充電することにより、バッテリを十分な残存容量状態にする。
【０００３】
しかし、バッテリが満充電になっていればそれ以上充電することはできず、この状態でオルタネータで発電しても、この分の電力は無駄になってしまう。また、バッテリの残存容量が不足すれば、電気機器の作動に支障をきたす。そこで、このような過剰発電や残存容量不足を防止すべく、バッテリの消費電流を検出する消費電流センサ（消費電流検出装置）を設け、この消費電流センサの検出値に基づきオルタネータの作動を制御する技術が従来より開発されている。この技術では、消費電流センサの検出値から消費電力を算出し、この消費電力分を補うようにオルタネータの発電制御が行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジンを始動させるスタータの消費電流は、車両に装備された他の電気機器に比べて大きく、特に、スタータが起動した瞬間に突発的に大きくなる（この時の電流を突入電流という）。このため、スタータの作動中であるクランキング中と、スタータの停止したクランキング完了後とでは、消費電流値のレベルが大きく異なってしまう。
【０００５】
そこで、クランキング中の大きな突入電流についても検出できるようにするためには、ダイナミックレンジの大きな電流センサを用いることが必要になる。
また、このような電流センサにより得られる検出信号は、通常、増幅回路等によって一定の増幅率で増幅した上で、さらにＡ／Ｄ変換を行なって、種々の演算に用いるようにしている。また、Ａ／Ｄ変換によるディジタル分解能は一般に制限があるので、検出信号をディジタル分解能に応じて十分に増幅しないと、ディジタル変換された検出信号が精度の低いものになってしまう。逆に、検出信号を過剰に増幅してしまうとＡ／Ｄ変換器への入力可能範囲を越えてしまう等の不具合を招く。
【０００６】
このため、一つの電流センサ系（一定の増幅率で検出信号を増幅する増幅回路等を含むもの）により検出を行なおうとする場合、クランキング中の大きな突入電流値に着目すれば信号の増幅率を大きくすることはできず、クランキング後の通常の大きさの電流値に着目すると信号の増幅率を大きくすることが必要になり、一定の増幅率で増幅を行なう一つの電流センサ系では、クランキング中とクランキング後との両方について電流値を適切に検出することは不可能になる。
【０００７】
また、クランキング中の消費電流を検出する消費電流センサと、クランキング完了後の消費電流を検出する消費電流センサとを、別々に設けることも考えられるが、この場合、コストが増加してしまうという課題が生じる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、低コストで且つバッテリ消費電流を精度良く検出できるようにした、消費電流検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の消費電流検出装置では、バッテリ電流検出手段により、バッテリから消費される消費電流値を検出し、このバッテリ消費電流値を、電流値増幅手段により増幅する。この際、バッテリ消費電流値は、クランキングスイッチオンで且つエンジン回転速度が所定回転速度よりも小さい場合には、第１の増幅率で増幅され、クランキングスイッチオンであってもエンジン回転速度が所定回転速度以上の場合及び始動完了後は、第１の増幅率よりも大きい第２の増幅率で増幅される。
また、バッテリ消費電流値は、イグニッションスイッチオンで且つクランキングスイッチオフの場合においても、上記第２の増幅率で増幅されるのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１〜図３は本発明の一実施形態としての電流センサ（消費電流検出装置）について示す図である。
本実施形態の電流センサ１５は、自動車（以下、車両という）に設けられ、かかる車両には、図１（ａ），（ｂ）に示すように、エンジン（内燃機関）１と、エンジン１を始動するスタータ３と、スタータ３等に電力を供給するバッテリ２とがそなえられている。スタータ３は、バッテリ２から電力を供給されクランクシャフト１ａを回転駆動してエンジン１を始動させるようになっている。なお、バッテリ２は、スタータ３だけでなく、点火プラグやその他の車両に装備された種々の電気機器に電力を供給するようになっている。
【００１０】
また、車両には、バッテリ２を充電するために、エンジン１により駆動されるオルターネータ４がそなえられている。オルターネータ４は、エンジン１の作動中、クランクシャフト１ａにより回転駆動されて発電を行ない、発電した電力はケーブル４ａを介してバッテリ２に充電されるようになっている。
また、このエンジン１の吸気系は、上流からエアクリーナ（Ａ／Ｃ）５ａ，吸気管５ｂ，サージタンク５ｃ，吸気マニホールド（インマニ）５ｄの順に配設され、この吸気系からの燃焼用空気は、吸気ポート１ｄからエンジン１の燃焼室内に供給される。また、吸気管５ｂとサージタンク５ｃとの間に、運転者のアクセル踏込量に応じて開度調整されるスロットルバルブ６が介装されている。また、吸気管５ｂには、エアフローセンサ（ここではカルマン渦式）７が介装され、スロットルバルブ６には、スロットルバルブ６の開度情報を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）６ａが付設されており、これらのセンサ類６ａ，７による検出信号はＥＣＵ（制御装置）２０に送られるようになっている。
【００１１】
また、燃焼室内からの排ガスは、排気ポート１ｅを介して、排気マニホールドやマフラ等からなる図示しない排気系に排出される。
さて、上述したオルターネータ４による発電は、ＥＣＵ２０により制御されるようになっている。図１（ａ）に示すように、オルタネータ４には、端子Ｐ１，Ｐ２が設けられ、ＥＣＵ２０には、端子Ｐ１からオルタネータ４の出力電流値（発電電流値）を示す信号が入力される。また、端子Ｐ２にはオルタネータ４の出力電圧値（発電電圧値）が印加され、ＥＣＵ２０により、端子Ｐ２と図示しないアースとの間の接続（接地）がデューティ制御されるようになっている。つまり、端子Ｐ２が接地すると、オルタネータ４の調整電圧（出力電圧）が下がって、オルタネータ４からバッテリ２に電流が流れなくなり、ＥＣＵ２０は、端子Ｐ１から入力される電流信号を監視しながら端子Ｐ２とアースとのデューティ比率（端子Ｐ２の接地状態と解放状態との比率）を制御することにより、オルタネータ４の発電電流値が所定値になるようフィードバック制御して、これにより、所定量の電力を発生させるようになっているのである。
【００１２】
また、従来技術と同様に、バッテリ２が満充電された状態では、オルタネータ４で発電しても、この分の電力はバッテリ２に充電されず無駄になってしまう。そこで、このような過剰発電を防止するとともにバッテリ２を十分な充電量（残存容量）状態に保持するために、常に、消費された電力量と略等しい量の電力を発生させるようにオルタネータ４の作動がＥＣＵ２０により制御されるようになっている。
【００１３】
このため、バッテリ消費電力を正確に検出すべく、電流センサ（消費電流検出装置）１５が装備されている。この電流センサは、バッテリ２から消費されるバッテリ消費電流（放電電流）を検出するセンサ部（バッテリ電流検出手段）１６と、センサ部１６の検出値（消費電流値）を増幅する増幅部（電流値増幅手段）１７とをそなえて構成されている。なお、バッテリ２からのケーブル２ａは、図示しないが、スタータ３以外の電気機器（例えば点火プラグ等）にも接続されており、電流センサ１５はスタータ３だけでなく車両に搭載された全ての電気機器に消費される消費電流を検出する。
【００１４】
従来技術の課題として説明したが、スタータ３の消費電流は、車両に装備された他の電気機器の消費電流に比べて大きいので、図２に示すように、スタータ３の作動するクランキング中（クランキングスイッチオン）と、クランキング完了後のようにスタータ３が作動していない時（クランキングスイッチオフ）とでは、バッテリ消費電流が大きく異なる。特にスタータ３の起動直後に発生する突入電流は、スタータ３が作動していない時のバッテリ消費電流に比べて極端に大きいため、このように大きく異なるレンジの消費電流を、１つの電流センサ（信号増幅回路を含む消費電流検出装置）により正確に検出するのは困難である。
【００１５】
そこで、本電流センサ１５では、センサ部１６をクランキング中の突入電流をも測定しうるようなダイナミックレンジの大きなものを用いるとともに、増幅部１７に、図１（ｂ）に示すように増幅回路１７ａ，１７ｂの２つの増幅回路をそなえており、第一の増幅回路１７ａには、突入電流のような大きな消費電流に対しても正常に機能するような増幅率の比較的小さい第１の増幅率が選定され、第二の増幅回路１７ｂには、スタータ３が作動していない時の小さな消費電流を対象として増幅率の比較的大きい第２の増幅率が選定されている。
【００１６】
そして、ＥＣＵ２０からの制御指令に応じて、クランキング中、且つ、エンジン回転速度Ｎが所定回転速度Ｎ０よりも小さくスタータ３の負荷が大きいとき、即ち、バッテリ消費電流が多いときについては、増幅率の比較的小さい第一の増幅回路１７ａが選択され、クランキング完了後又はクランキング中であってもエンジン回転速度Ｎが所定回転速度Ｎ０以上でスタータ３の負荷が小さいとき（ただし、クランキング開始前でイグニションオンの場合も含む）、即ち、バッテリ消費電流が少ないときについては、増幅率の比較的大きい第二の増幅回路１７ｂが選択されるようになっている。
【００１７】
このようにすることにより、図２に示すように、バッテリ消費電流が多いときについては、第一の増幅回路１７ａによりセンサ部１６の検出値が比較的小さい増幅率で増幅され、一方、バッテリ消費電流が少ないときについては、第二の増幅回路１７ｂによりセンサ部１６の検出値が比較的大きい増幅率で増幅され、この増幅後の検出値がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００１８】
なお、このようにＥＣＵ２０に入力された増幅後の検出値は、アナログ値からデジタル値に変換（Ａ／Ｄ変換）された後、その増幅率に応じた所定の係数Ｋａ，Ｋｂを乗じられて補正されるようになっている。これにより、ＥＣＵ２０では、かかる増幅率の差に影響を受けること無く、実際のバッテリ消費電流（実バッテリ消費電流）に応じてオルタネータ４の作動を制御することができるようになっている。
【００１９】
なお、図１（ｂ）に示すように、増幅部１７における増幅回路１７ａ，１７ｂの切り換えは、ＥＣＵ２０の制御指令（増幅率切換指示）に応じて、スイッチＳ1 ，Ｓ2 を切り換えることにより行なわれるようになっている。つまり、第一の増幅回路１７ａを選択するときには、センサ部１６の出力端子Ｐs と増幅回路１７ａの入力端子ＰiaとがスイッチＳ1 により接続されるとともに増幅回路１７ａの出力端子ＰeaとＥＣＵ２０への出力端子ＰE とがスイッチＳ2 により接続され、一方、増幅回路１７ｂを選択するときには、センサ部１６の出力端子Ｐs と増幅回路１７ｂの入力端子ＰibとがスイッチＳ1 により接続されるとともに増幅回路１７ｂの出力端子ＰebとＥＣＵ２０への出力端子ＰE とがスイッチＳ2 により接続されるようになっている。
【００２０】
なお、エンジン回転速度Ｎは、クランクシャフト１ａに付設されたクランク角センサ１ｂからの検出値に基づいて、ＥＣＵ２０において算出されるようになっている。
また、ＥＣＵ２０は、エンジン１にそなえられたキースイッチ（クランキングスイッチも含む）１１のキーポジションがスタータオン（即ち、クランキングスイッチオン）とされている場合に、クランキング中であると判定し、スタータオンの後、スタータオフされた場合に、クランキング完了後であると判定するようになっている。
【００２１】
本発明の一実施形態としての電流センサ１５は上述のように構成されており、消費電流を求める際には、キースイッチ１１がイグニションオンになると同時に制御がスタートし、例えば図３に示すように消費電流の検出が行なわれる。つまり、まず、ステップＡ１０で、クランキングスイッチがオンであるか否か、即ち、キースイッチ１１のキーポジションがイグニションポジションからスタータポジション（つまり、スタータオン）とされているか否かが判定される。クランキングスイッチがオフ（スタータオフ）の場合には、クランキング中ではなくスタータ３は停止しており、バッテリ消費電流は比較的小さいとしてステップＡ５０に進み、一方、クランキングスイッチオン（スタータオン）の場合には、クランキング中（スタータ３は作動中）であるとしてステップＡ２０に進む。
【００２２】
ステップＡ２０では、クランク角センサ１ｂの検出信号θに基づいて演算されたエンジン回転速度Ｎと所定回転速度（所定値）Ｎ０との比較が行なわれる。エンジン回転速度Ｎが所定回転速度Ｎ０以上の場合には、始動が完了してスタータ３の負荷は小さくバッテリ消費電流は小さいとしてステップＡ５０に進む。一方、エンジン回転速度Ｎが所定回転速度Ｎ０よりも小さい場合には、スタータ３による始動は完了しておらずバッテリ消費電流は大きいとしてステップＡ３０に進み、センサ部１６により検出されたバッテリ消費電流値が、増幅部１７において第一の増幅回路１７ａにより比較的小さい増幅率で増幅される（電流センサ１５において増幅率小が選択される）。そして、この増幅後の検出値は、ＥＣＵ２０に出力され、ＥＣＵ２０において、Ａ／Ｄ変換された後、増幅率に応じた所定の係数Ｋａが乗じられて、実バッテリ消費電流として補正され（ステップＡ４０）、リターンする。
【００２３】
さて、ステップＡ５０では、センサ部１６により検出されるバッテリ消費電流値は、小さいとして、増幅部１７において第二の増幅回路１７ｂにより、比較的大きい増幅率で増幅され（電流センサ１５において増幅率大が選択され）、この増幅後の検出値は、ＥＣＵ２０において、Ａ／Ｄ変換された後、増幅率に応じた所定の係数Ｋｂが乗じられて実バッテリ消費電流として補正され（ステップＡ６０）、リターンする。
【００２４】
なお、係数Ｋａ，Ｋｂは、上述したように増幅率の違いを補正するためのもので、第一の増幅回路１７ａの増幅率と係数Ｋａとを乗じた値と、第二の増幅回路１７ｂの増幅率と係数Ｋｂとを乗じた値とが略等しくなるように設定される。つまり、異なる比率（増幅率）で増幅されて入力されてくる検出値を、このような係数Ｋａ，Ｋｂを乗じることにより同一条件での検出値とすべく補正しているのである。
【００２５】
このようにしてバッテリ消費電流が求められるが、バッテリ２に所定量以上の電力が充電された状態では、オルタネータ４で発電しても、この分の電力は無駄になってしまうため、このような過剰な発電を防止するとともにバッテリ２に十分な容量の電力が常に蓄えられるように、ＥＣＵ２０は、かかるバッテリ消費電流に基づいて消費電力量を演算し、この消費電力量と略等しい量の電力を発生させるようにオルタネータ４の作動を制御する。
【００２６】
このように、本電流センサ１５では、スタータ３の負荷が大きくバッテリ２の消費電流が大きいときには、第一の増幅回路１７ａによりセンサ部１６の検出値が比較的小さい増幅率で増幅され、クランキング完了直前のようにスタータ３の負荷が小さい時又はクランキングが完了してスタータ３が停止している時のようにバッテリ２の消費電流が小さいときには、第二の増幅回路１７ｂにより、センサ部１６の検出値が比較的大きい増幅率で増幅される。
【００２７】
つまり、バッテリ消費電流の大きさに応じて、そのバッテリ消費電流に対して最適な増幅率で信号を増幅する増幅回路が選択されるので、例えば、Ａ／Ｄ変換器に常に適切な大きさのアナログ信号が入力されて、１つの電流センサ１５により大きく異なるレンジの消費電流を精度良く検出できるのである。
これにより、１つの電流センサ１５を用いるだけの低コストの構成としながらも、消費電流を精度良く検出してオルタネータ４による発電を効率的に行なうことができるという利点がある。また、オルタネータ４による発電は、エンジントルクを電気に変換することであり、したがって、発電制御の精度を向上させることにより、過剰発電によるエンジントルクの損失を抑制することができるという利点や、バッテリ２の充電率（バッテリ２の残存容量／満充電容量）を所定状態に保持できるという利点もある。
【００２８】
なお、本発明の消費電流検出装置は、上述の実施形態のものに限定されず、例えば、上述の実施形態では、スタータ作動中であっても、エンジン回転速度Ｎが所定回転速度Ｎ０以上の場合には、突入電流は終了しているものと考えられるため、比較的大きい増幅率が設定される（第二の増幅回路１７ｂが使用される）ようになっているが、検出制御の簡素化を考えて、スタータ作動中については、エンジン回転速度Ｎにかかわらず、比較的小さい増幅率が設定される（第一の増幅回路１７ａが使用される）ようにしても良い。
【００２９】
また、スタータ作動中であるか否かに関わらず、単にエンジン回転速度Ｎが所定回転速度Ｎ０よりも大きくなったら、増幅部１７の増幅率を大きい設定に切り換えるようにしてもよいし、或いは、スタータ３によるクランキングが開始してから所定エンジン行程数経過後に、増幅率を大きい設定に切り換えるようにしてもよい。
【００３０】
また、各実施形態では、イグニションオンを前提としてバッテリ消費電流を検出しているが、キースイッチ１１がアクセサリモードの場合にも、バッテリ２の電力を消費するので、このような場合に始動後と同様な手法でバッテリ消費電流を検出するようにして、オルタネータ４の作動制御等に利用するようにしてもよい。
【００３１】
なお、本発明は、上述の実施形態のように自動車に適用できるだけでなく、自動車のような車両は勿論、内燃機関及びバッテリを搭載した乗物に広く適用しうるものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の消費電流検出装置では、バッテリ電流検出手段により検出されたバッテリ消費電流値は、クランキングスイッチオンで且つエンジン回転速度が所定回転速度よりも小さい場合には、第１の増幅率で増幅され、クランキングスイッチオンであってもエンジン回転速度が所定回転速度以上の場合及び始動完了後は、第１の増幅率よりも大きい第２の増幅率で増幅され、スタータによる内燃機関の始動が完了するまでよりも、始動完了後のほうが大きな増幅率で増幅されることになり、一つの消費電流検出装置により、バッテリ消費電流値の大きな始動完了前及びバッテリ消費電流値の小さな始動完了後の何れにおいても、バッテリ消費電流値を適切な増幅率により増幅して検出することができる。したがって、低コストで且つバッテリ消費電流を精度良く検出できるようになるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる模式図であり、（ａ）は内燃機関の構成を示す  図、（ｂ）は（ａ）のＡ部（消費電流検出装置）の回路図である。
【図２】本発明の一実施形態としての消費電流検出装置の作用を説明するための模式図である。
【図３】本発明の一実施形態としての消費電流検出装置の制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン（内燃機関）
２  バッテリ
３  スタータ
１５  電流センサ（消費電流検出装置）
１６  センサ部（バッテリ電流検出手段）
１７  増幅部（電流値増幅手段）
【図１】
0003690207.tif 000002
【図２】
0003690207.tif 000003
【図３】
0003690207.tif 000004