(57)【要約】【課題】測定電流範囲を可変として、電流値の測定精度の低下を抑制することができる電流測定装置を提供する。【解決手段】二次電池（１４）のバスバー端子間電位に基づき電流を検出する電流検出アンプ（１５１）と、電流検出アンプ（１５１）のゲイン及びリファレンス電圧を制御する制御部（１５２）と、を備え、制御部（１５２）は、ゲイン及びリファレンス電圧を変更し、二次電池（１４）の放電側の測定電流範囲を変更する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の電流を検出する電流検出アンプと、
前記電流検出アンプのゲイン及びリファレンス電圧を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更し、前記二次電池の放電側の測定電流範囲を変更する、電流測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、スタータモータの始動を検出した場合、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更し、前記二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大する、請求項１に記載の電流測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記スタータモータに係るスイッチの信号を受信することによりスタータモータの始動を検出する、請求項２に記載の電流測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、トルクアシスト信号を受信した場合、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更し、前記二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電流測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、リファレンス電源に接続された複数の抵抗を切り替えることにより、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電流測定装置。
【請求項６】
前記二次電池のバスバーの温度を検出する温度センサを備え、
前記制御部は、前記温度に基づき前記電流検出アンプにより検出した前記電流を補正することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の電流を測定する電流測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等に搭載されるリチウムイオン電池等の二次電池の電流を測定するために、二次電池のバスバー端子間の電圧に基づき電流を算出する技術があった（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５７７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、電流を測定する範囲（以下、測定電流範囲、又はダイナミックレンジという）が固定されていた。測定電流範囲を小さく設定した場合は高精度で電流が測定できるものの、測定電流範囲を超える電流を測定することはできない。一方、最大の放電電流値及び最大の充電電流値に合わせて測定電流範囲を設定した場合、電流値が小さい場合の測定精度が低下してしまっていた。
【０００５】
従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、測定電流範囲を可変として、電流値の測定精度の低下を抑制することができる電流測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明の第１の観点に係る電流測定装置は、
二次電池の電流を検出する電流検出アンプと、
前記電流検出アンプのゲイン及びリファレンス電圧を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更し、前記二次電池の放電側の測定電流範囲を変更することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第２の観点に係る電流測定装置は、
前記制御部が、スタータモータの始動を検出した場合、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更し、前記二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第３の観点に係る電流測定装置は、
前記制御部が、前記スタータモータに係るスイッチの信号を検出することによりスタータモータの始動を検出する。
【０００９】
また、本発明の第４の観点に係る電流測定装置は、
前記制御部が、トルクアシスト信号を受信した場合、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更し、前記二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大する。
【００１０】
また、本発明の第５の観点に係る電流測定装置は、
前記制御部が、リファレンス電源に接続された複数の抵抗を切り替えることにより、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第６の観点に係る電流測定装置は、
前記二次電池のバスバーの温度を検出する温度センサを備え、
前記制御部は、前記温度に基づき前記電流検出アンプにより検出した前記電流を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１の観点に係る電流測定装置によれば、電流検出アンプのゲイン及びリファレンス電圧を変更することにより測定電流範囲を可変として、電流値の測定精度の低下を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の第２の観点に係る電流測定装置によれば、エンジン始動時及びエンジン再始動時において二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大するため、エンジン始動時及びエンジン再始動時における比較的高い電流値を測定することができ、電流値の測定精度の低下を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の第３の観点に係る電流測定装置によれば、スタータモータに係るスイッチの信号を受信することによりスタータモータの始動を検出するため、既存部品を用いることができ、低コストで電流値の測定精度の低下を抑制することができる。
【００１５】
また、本発明の第４の観点に係る電流測定装置によれば、トルクアシスト時において二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大するため、トルクアシスト時における比較的高い電流値を測定することができ、電流値の測定精度の低下を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の第５の観点に係る電流測定装置によれば、電流検出アンプのゲイン及びリファレンス電圧を、リファレンス電源に接続された抵抗を切り替えることにより測定電流範囲を可変として、電流値の測定精度の低下を抑制することができる。
【００１７】
また、本発明の第６の観点に係る電流測定装置によれば、バスバーの温度により検出値を補正するため、より電流値の測定精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電流測定装置を含む蓄電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電流測定装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電流測定装置の通常時の測定電流範囲を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る電流測定装置のエンジン始動時又はトルクアシスト時の測定電流範囲を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電流測定装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
（実施の形態）
はじめに図１を参照して、本発明の実施の形態に係る電流測定装置を含む蓄電池システム１０の概略構成について説明する。蓄電池システム１０は、例えばハイブリッド車（ＨＥＶ車）等の車両に搭載される。
【００２１】
蓄電池システム１０は、オルタネータ１２と、スタータモータ１３と、第１の二次電池１４と、電流測定装置１５と、第２の二次電池１６と、負荷１７と、第１のスイッチ１８と、第２のスイッチ１９と、第３のスイッチ２０と、ＥＣＭ２１（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ２１）と、を備える。オルタネータ１２、スタータモータ１３、第１の二次電池１４、第２の二次電池１６、及び負荷１７は、並列に接続される。
【００２２】
オルタネータ１２は、発電機であって、車両のエンジンに機械的に接続される。オルタネータ１２は、エンジンの駆動によって発電可能である。オルタネータ１２がエンジンの駆動によって発電した電力は、レギュレータで出力電圧を調整されて、第１の二次電池１４、第２の二次電池１６、負荷１７、及び車両の補機に供給され得る。またオルタネータ１２は、車両の減速時等に回生によって発電可能である。オルタネータ１２が回生発電した電力は、第１の二次電池１４及び第２の二次電池１６の充電に使用され得る。
【００２３】
スタータモータ１３は、例えばセルモータを含んで構成され、第１の二次電池１４及び第２の二次電池１６の少なくとも一方からの電力供給を受けて、車両のエンジンを始動させる。
【００２４】
第１の二次電池１４は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等、鉛蓄電池以外の二次電池である。本実施形態において、第１の二次電池１４の出力電圧は、第２の二次電池１６の出力電圧と略同一であって、例えば１２Ｖである。或いは、第１の二次電池１４の出力電圧は、第２の二次電池１６の出力電圧と異なってもよい。かかる場合、第１の二次電池１４の出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータによって、第２の二次電池１６の出力電圧と略同一となるように調整される。また第１の二次電池１４は、エンジン駆動の停止中（アイドリングの停止中）に、スタータモータ１３を含む補機、負荷１７、及びＥＣＭ等に対して電力を供給可能である。
【００２５】
電流測定装置１５は、第１の二次電池１４の電流を測定する。電流測定装置１５の詳細については後述する。
【００２６】
第２の二次電池１６は、例えば公称電圧１２Ｖの出力電圧を有する鉛蓄電池であって、負荷１７に対して電力を供給可能である。
【００２７】
負荷１７は、例えば車両に備えられたオーディオ、エアコン、及びナビゲーションシステム等を含む負荷であって、供給された電力を消費して動作する。負荷１７は、エンジン駆動の停止中に第１の二次電池１４、及び第２の二次電池１６からの電力供給を受けて動作し、エンジン駆動中にオルタネータ１２、第１の二次電池１４、及び第２の二次電池１６からの電力供給を受けて動作する。
【００２８】
第１のスイッチ１８は、スタータモータ１３と直列に接続されるスイッチである。第１のスイッチ１８は、スタータモータ１３を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。第１のスイッチ１８は、例えばＭＯＳＦＥＴにより構成するがこれに限られない。なお第１のスイッチ１８は本発明のスタータモータに係るスイッチに対応する。
【００２９】
第２のスイッチ１９は、第１の二次電池１４と直列に接続されるスイッチである。第２のスイッチ１９は、第１の二次電池１４を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。第２のスイッチ１９は、例えばＭＯＳＦＥＴにより構成するがこれに限られない。
【００３０】
第３のスイッチ２０は、第２の二次電池１６及び負荷１７と直列に接続されるスイッチである。第３のスイッチ２０は、第２の二次電池１６及び負荷１７を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。第３のスイッチ２０は、例えばＭＯＳＦＥＴにより構成するがこれに限られない。
【００３１】
ＥＣＭ２１は、蓄電池システム１０の動作全体を制御する。例えばＥＣＭ２１は、第１のスイッチ１８、第２のスイッチ１９、及び第３のスイッチ２０の動作をそれぞれ制御して、オルタネータ１２、第１の二次電池１４、及び第２の二次電池１６による電力供給、並びに第１の二次電池１４及び第２の二次電池１６の充電を行なう。例えばＥＣＭ２１は、蓄電池システム１０が搭載された車両の運転者エンジンを始動しようとする場合、ＥＣＭ２１は、第１のスイッチ１８をＯＮ状態とする。またＥＣＭ２１は、第２のスイッチ１９、及び第３のスイッチ２０の少なくとも一方をＯＮ状態とする。これによりスタータモータ１３は、第１の二次電池１４及び第２の二次電池１６の少なくとも一方からの電力供給を受けて、車両のエンジンを始動させる。
【００３２】
次に図２を参照して、電流測定装置１５について詳細に説明する。図２は、電流を測定する対象の第１の二次電池１４及び電流測定装置１５を示している。
【００３３】
第１の二次電池１４は、複数の電池セル１４１、総プラス端子バスバー１４２ａ、セル間バスバー１４２ｂ、総マイナス端子バスバー１４２ｃを備える。図２では、電池セル１４１の個数は５である例を示しているがこれに限定されない。総プラス端子バスバー１４２ａ及び総マイナス端子バスバー１４２ｃは、それぞれ両端の電池セル１４１の正極及び負極に接続される。セル間バスバー１４２ｂは、電池セル１４１同士を電気的に接続する。
【００３４】
電流測定装置１５は、電流検出アンプ１５１と、制御部１５２とを備える。電流検出アンプ１５１は、第１の二次電池１４のセル間バスバー１４２ｂの正極及び負極の間の電位差（バスバー端子間電位）を検出し、当該バスバー端子間電位に基づき電流値を検出し、制御部１５２に出力する。なお図２では、総プラス端子バスバー１４２ａが接続された電池セル１４１に接続されたセル間バスバー１４２ｂのバスバー端子間電位を検出しているが、電流の検出位置はこれに限られない。他の任意のセル間バスバー１４２ｂにおける正極及び負極の間の電位差を検出して、当該バスバー端子間電位に基づき電流を検出するようにしてもよい。
【００３５】
制御部１５２は、電流測定装置１５に係る各種制御を行なう。例えば制御部１５２は、電流検出アンプ１５１から受けた電流値を、ＥＣＭ２１に出力する。また制御部１５２は、電流検出アンプ１５１のゲイン及びリファレンス電圧を制御する。そして制御部１５２は、所定条件下、ゲイン及びリファレンス電圧を変更し、第１の二次電池１４の放電側の測定電流範囲を変更する。
【００３６】
具体的には、エンジンの始動時、エンジンの再始動時、及びトルクアシスト時において、第１の二次電池１４の放電電流が増大する。これらの場合において電流を測定するためには、第１の二次電池１４の放電側の測定電流範囲を拡大するように変更する必要がある。そこで制御部１５２は、スタータモータ１３の始動を検出した場合、ゲイン及びリファレンス電圧を変更し、第１の二次電池１４の放電側の測定電流範囲を変更する。一方で第１の二次電池１４の充電側の測定電流範囲を変更しない。すなわち、制御部１５２は、第１の二次電池１４の放電側の測定電流範囲のみを変更する。制御部１５２は、ＥＣＭ２１から第１のスイッチ１８に係る信号を受信することにより、スタータモータ１３の始動を検出する。例えば第１のスイッチ１８をＭＯＳＦＥＴにより構成する場合、ＭＯＳＦＥＴのゲートへの信号を制御部１５２がＥＣＭ２１から受信することにより、スタータモータ１３の始動を検出する。
【００３７】
また制御部１５２は、ＥＣＭ２１からトルクアシスト信号を受信した場合、前記ゲイン及びリファレンス電圧を変更し、第１の二次電池１４の放電側の測定電流範囲を拡大する。一方、第１の二次電池１４の充電側の測定電流範囲を変更しない。すなわち、制御部１５２は、第１の二次電池１４の放電側の測定電流範囲のみを変更する。以下、スタータモータ１３の始動を検出した場合、及びトルクアシスト信号を受信した場合を、ダイナミックレンジ拡大状態ともいい、ダイナミックレンジ拡大状態以外を、通常状態ともいう。
【００３８】
ここで制御部１５２は、リファレンス電源に接続された複数の抵抗を切り替えることにより、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更する。具体的には制御部１５２は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、リファレンス電源と電流検出アンプ１５１との間の抵抗（Ｒ１〜Ｒ６）の接続を切り替える。このようにして制御部１５２は、ゲイン及びリファレンス電圧を変更する。図２に示すように、リファレンス電源（ここでは５Ｖ）には抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５が直列に接続される。また抵抗Ｒ６は、スイッチＳＷ２を介して抵抗Ｒ５と並列に接続される。抵抗Ｒ２は抵抗Ｒ４の後段において抵抗Ｒ５と並列になるように接続される。抵抗Ｒ３は抵抗Ｒ４の後段において抵抗Ｒ５と並列になるように、スイッチＳＷ１を介して接続される。スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２は、例えばＭＯＳＦＥＴにより構成するがこれに限られない。
【００３９】
通常状態では、制御部１５２は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２をそれぞれＯＮ状態にする。このとき電流検出アンプ１５１のゲインは、以下の値となる。
（Ｒ２×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３））／Ｒ１
なお、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ図２における各抵抗素子の抵抗値である。
【００４０】
また、通常状態において電流検出アンプ１５１のリファレンス電圧は、以下の値となる。
５[Ｖ]×（Ｒ５×Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６））／（Ｒ４＋Ｒ５×Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６））
なお、Ｒ４、Ｒ５、及びＲ６は、それぞれ図２における各抵抗素子の抵抗値である。
【００４１】
一方、ダイナミックレンジ拡大状態では、制御部１５２は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２をそれぞれＯＦＦ状態にする。このとき、電流検出アンプ１５１のゲインは、以下の値となる。
Ｒ２／Ｒ１
【００４２】
また、ダイナミックレンジ拡大状態において電流検出アンプ１５１のリファレンス電圧は、以下の値となる。
５[Ｖ]×Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５）
【００４３】
このようにして、制御部１５２は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２により電流検出アンプ１５１のゲイン及びリファレンス電圧を変更し、第１の二次電池１４の放電側の測定電流範囲を変更する。図３は、本発明の一実施形態に係る電流測定装置の通常状態の測定電流範囲を示す図である。縦軸はバスバー端子間電位（Ｖ）である。横軸は、電流検出アンプ１５１が検出して制御部１５２に出力する電流値（Ｉ）である。バスバー端子間電位はＶａ〜Ｖｂの間で変動する。当該バスバー端子間電位に一対一に線形に対応付けて電流値が測定され、測定電流範囲はＩａ〜Ｉｂである。バスバー端子間電位がＶａである場合、電流測定装置１５は、電流値がＩａであると検出する。図３に示すようにＩａは負の値であるため、第１の二次電池１４は放電している。また、バスバー端子間電位がＶｂである場合、電流測定装置１５は、電流値がＩｂであると検出する。図３に示すようにＩｂは正の値であるため、第１の二次電池１４は充電されている。バスバー端子間電位がＶ０である場合、電流測定装置１５は、電流値が０であると検出する。
【００４４】
一方で図４は、本発明の一実施形態に係る電流測定装置のダイナミックレンジ拡大状態の測定電流範囲を示す図である。ゲインが通常状態から変更されるため、グラフの傾きが通常状態よりも減少する。またリファレンス電圧が通常状態から変更されるため、グラフが横軸の負の方向に平行移動する。そのため図４に示す例では第１の二次電池１４の放電側の測定電流範囲は、Ｉｃ〜Ｉｂとなる。ここでＩｃ＜Ｉａである。すなわち、電流測定装置のエンジン始動時又はトルクアシスト時においては、二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大させている。具体的にはＩｃはＩａの数倍程度（例えば４倍程度）である。バスバー端子間電位がＶａである場合、電流測定装置１５は、電流値がＩｃであると検出する。また、バスバー端子間電位がＶｂである場合、電流測定装置１５は、電流値がＩｂであると検出する。バスバー端子間電位がＶ０’である場合、電流測定装置１５は、電流値が０であると検出する。グラフの傾きが図３及び図４で異なるため、Ｖ０とＶ０’とは相違する。
【００４５】
好適には、図２に示すように、バスバー端子間電位を検出する対象のセル間バスバー１４２ｂに、温度センサ１４３を設けることが好ましい。セル間バスバー１４２ｂは温度変化によって抵抗値が変化する。そのため制御部１５２は、温度センサ１４３が検出した温度に基づき、電流検出アンプ１５１が検出した電流値を補正する。具体的には各温度におけるセル間バスバー１４２ｂの抵抗値を予め取得し、当該抵抗値に基づき電流値を補正することが好ましい。
【００４６】
次に、本発明の一実施形態に係る電流測定装置１５について、図５に示すフローチャートによりその動作を説明する。
【００４７】
はじめに制御部１５２は、スタータモータの始動、又はトルクアシストの始動を検出することにより、通常状態か否かを判定する（ステップＳ１０）。通常状態である場合、ステップＳ２０に進む。
【００４８】
次に制御部１５２は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２をそれぞれＯＮ状態にする（ステップＳ２０）。
【００４９】
続いて制御部１５２は、第１の二次電池１４に流れる電流を測定する（ステップＳ３０）。すなわち、制御部１５２は、通常状態の測定電流範囲で電流検出アンプ１５１が検出した電流値を受け取り、当該電流値をＥＣＭ２１に出力する。
【００５０】
一方、ステップＳ１０において通常状態で無い場合（すなわち、ダイナミックレンジ拡大状態である場合）、制御部１５２は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２をそれぞれＯＦＦ状態にする（ステップＳ４０）。そしてステップＳ３０に進み、第１の二次電池１４に流れる電流を測定する。すなわち、制御部１５２は、ダイナミックレンジ拡大状態の測定電流範囲で電流検出アンプ１５１が検出した電流値を受け取り、当該電流値をＥＣＭ２１に出力する。
【００５１】
このように本発明の一実施形態に係る電流測定装置１５によれば、電流検出アンプ１５１のゲイン及びリファレンス電圧を変更することにより測定電流範囲を可変として、電流値の測定精度の低下を抑制することができる。特に、エンジンの始動時、エンジンの再始動時、及びトルクアシスト時において、第１の二次電池１４の放電電流が増大する。この場合において電流測定装置１５は、放電側の測定電流範囲のみを拡大しているため、必要なだけ測定電流範囲を拡大し、電流値の測定精度の低下を抑制することが可能となる。このようにして得られた電流値は高精度であるため、第１の二次電池１４の充放電制御や、過充電、過放電の防止を適切に行なうことができる。
【００５２】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  蓄電池システム
１２  オルタネータ
１３  スタータモータ
１４  第１の二次電池
１５  電流測定装置
１６  第２の二次電池
１７  負荷
１８  第１のスイッチ
１９  第２のスイッチ
２０  第３のスイッチ
２１  ＥＣＭ
１４１  電池セル
１４２ａ  総プラス端子バスバー
１４２ｂ  セル間バスバー
１４２ｃ  総マイナス端子バスバー
１４３  温度センサ
１５１  電流検出アンプ
１５２  制御部
【図１】
2018009808.tif 000003
【図２】
2018009808.tif 000004
【図３】
2018009808.tif 000005
【図４】
2018009808.tif 000006
【図５】
2018009808.tif 000007