(57)【要約】【課題】異種金属の熱起電力による誤差を解消して電池電流を極めて高い精度で検出する。【解決手段】電流検出器は、出力端子部２２と異なる導電率の異種金属の抵抗素体２１を出力端子部２２に接続してなるシャント抵抗器２と、シャント抵抗器２の電圧降下を検出する電圧検出回路３と、シャント抵抗器２の第１の端部２Ａの温度を検出する主温度検出器４と、シャント抵抗器２の第２の端部２Ｂの温度を検出するサブ温度検出器５と、主温度検出器４及びサブ温度検出器５の検出温度からシャント抵抗器２の熱起電力を特定する熱起電力検出回路６と、電圧検出回路３で検出する電圧降下と、熱起電力検出回路６で特定されるシャント抵抗器２の熱起電力と、シャント抵抗器２の抵抗値からシャント抵抗器２に流れる電流値を演算する電流演算回路８とを備えている。【選択図】図１
2019138706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池と直列に接続してなるシャント抵抗器の電圧降下を検出して、前記シャント抵抗器に流れる電流を検出する電池の電流検出器であって、
前記シャント抵抗器が、出力端子部と異なる導電率の異種金属の抵抗素体を出力端子部に接続してなるシャント抵抗器で、
前記シャント抵抗器の電圧降下を検出する電圧検出回路と、
前記シャント抵抗器の第１の端部の温度を検出する主温度検出器と、
前記シャント抵抗器の第２の端部の温度を検出するサブ温度検出器と、
前記主温度検出器及び前記サブ温度検出器の検出温度から前記シャント抵抗器の熱起電力を特定する熱起電力検出回路と、
前記電圧検出回路で検出する電圧降下と、前記熱起電力検出回路で特定される前記シャント抵抗器の熱起電力と、前記シャント抵抗器の抵抗値から該シャント抵抗器に流れる電流値を演算する電流演算回路とを備える電池の電流検出器。
【請求項２】
請求項１に記載される電池の電流検出器であって、
前記熱起電力検出回路が、前記シャント抵抗器の検出温度に対する熱起電力を記憶してなるメモリと、このメモリの記憶データと前記シャント抵抗器の検出温度から熱起電力を特定する処理回路とを備え、
前記電流演算回路が、前記電圧検出回路で検出される前記シャント抵抗器の電圧降下から、前記熱起電力検出回路で検出される熱起電力を減算して、前記シャント抵抗器に流れる電流を演算するようにしてなることを特徴とする電池の電流検出器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載される電池の電流検出器であって、
前記主温度検出器又はサブ温度検出器の何れかで検出される前記シャント抵抗器の検出温度で、前記シャント抵抗器の抵抗値を補正する抵抗値補正回路を備え、
前記抵抗値補正回路が前記シャント抵抗器の検出温度に対する抵抗値を記憶してなるメモリと、前記メモリの記憶値と検出温度から前記シャント抵抗器の抵抗値を特定する回路とを備え、
前記抵抗値補正回路が、前記シャント抵抗器の検出温度と、メモリの記憶データとで前記シャント抵抗器の検出温度における抵抗値を特定することを特徴とする電池の電流検出器。
【請求項４】
請求項３に記載される電池の電流検出器であって、
前記主温度検出器が前記シャント抵抗器の温度を検出するサンプリング周期が、前記サブ温度検出器が前記シャント抵抗器の温度を検出するサンプリング周期よりも短く、
前記主温度検出器が検出する検出温度で前記抵抗値補正回路が前記シャント抵抗器の抵抗値を補正することを特徴とする電池の電流検出器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載される電池の電流検出器であって、
前記主温度検出器と前記サブ温度検出器が、熱電対温度センサと、この熱電対温度センサの出力電圧から温度を検出する温度検出回路とを備えることを特徴とする電池の電流検出器。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載される電池の電流検出器であって、
前記電池の電流検出器が、車両の走行モータに電力を供給する電池ユニットの電池電流を検出する電池の電流検出器であることを特徴とする電池の電流検出器。
【請求項７】
請求項６に記載される電池の電流検出器であって、
前記電流演算回路が、前記シャント抵抗器に流れる電流を積算して、前記電池ユニットの残容量を演算する残容量演算回路を備えることを特徴とする電池の電流検出器。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載される電池の電流検出器を備える電動車両であって、
前記電池の電流検出器が車両を走行させるモータに電力を供給する電池ユニットの電流を検出する電流検出器であることを特徴とする電動車両。
【請求項９】
請求項１ないし５のいずれかに記載される電池の電流検出器を備える蓄電装置であって、
前記電池の電流検出器が蓄電装置の電池ユニットの電流を検出する電流検出器であることを特徴とする蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャント抵抗器の電圧降下を検出して電流値を検出する電池の電流検出器と、この電流検出器を備える電動車両に関し、特に電池と直列に接続しているシャント抵抗器の電圧降下で検出する電池の電流を積算して残容量を演算するのに最適な、電池の電流検出器とこの電流検出器を備える電動車両及び蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の電流検出は種々の用途で使用されるが、車両の走行モータに電力を供給する電池の電流を検出する方法や装置にあっては、極めて高い精度が要求される。それは、検出する電池の充電電流と放電電流を積算して、電池の残容量を演算して、電池の充放電電流をコントロールして電池の過充電や過放電を防止し、さらに、電池の劣化を少なくしているからである。電池は、過充電や過放電で劣化が進行するので、電池の残容量を正確に検出して、過充電や過放電を防止することで、劣化を有効に阻止して寿命を長くできる。ただ、このことを実現するには、電池の電流を高い精度で検出することが大切である。電流の検出誤差が電池の残容量の演算誤差となるからである。特に、電池の残容量は、電流の積算値を基に演算されるので、電流の検出誤差は次第に累積されて、残容量の演算誤差を次第に大きくする弊害がある。
【０００３】
電池の電流検出は、直列に接続するシャント抵抗器の電圧降下を検出して検出される。シャント抵抗器で電流を検出する電流検出器は、電池と直列に接続されたシャント抵抗器の両端の電圧、すなわち電圧降下を電圧検出回路で検出して、既知のシャント抵抗器の抵抗値から、電流値を演算する。シャント抵抗器は、放熱特性に優れることから金属板が使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２１７２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シャント抵抗器は、抵抗値を小さくして電圧降下による電力ロスを小さくできる。ただ、電気抵抗の小さいシャント抵抗器は、電圧降下が小さくなって検出精度が低下する。この弊害は、出力端子部と異なる抵抗金属を抵抗素体に使用する異種金属のシャント抵抗器を使用して解消できる。しかしながら、異種金属のシャント抵抗器は、ジュール熱で発熱して温度が上昇するにしたがって、異種金属によって熱起電力が発生し、この熱起電力が抵抗値による電圧降下に加算されて誤差の原因となって検出精度を低下させる原因となる。
【０００６】
本発明は、さらに、以上の欠点を解消することを目的として開発されたもので、本発明の目的の一つは、異種金属のシャント抵抗器を使用することで、電流の測定精度を向上させながら、異種金属の熱起電力による誤差を解消して電池電流を極めて高い精度で検出する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様の電池の電流検出器は、電池と直列に接続してなるシャント抵抗器の電圧降下を検出して、前記シャント抵抗器に流れる電流を検出する電池の電流検出器であって、前記シャント抵抗器が、出力端子部と異なる導電率の異種金属の抵抗素体を出力端子部に接続してなる異種金属のシャント抵抗器で、前記シャント抵抗器の電圧降下を検出する電圧検出回路と、前記シャント抵抗器の第１の端部の温度を検出する主温度検出器と、前記シャント抵抗器の第２の端部の温度を検出するサブ温度検出器と、前記主温度検出器及び前記サブ温度検出器の検出温度から前記シャント抵抗器の熱起電力を特定する熱起電力検出回路と、前記電圧検出回路で検出する電圧降下と、前記熱起電力検出回路で特定される前記シャント抵抗器の熱起電力と、前記シャント抵抗器の抵抗値から該シャント抵抗器に流れる電流値を演算する電流演算回路とを備えている。
【０００８】
さらに、以上の態様の構成要素を備えた電池の電流検出器を備える電動車両は、前記電池の電流検出器を、車両を走行させるモータに電力を供給する電池ユニットの電流を検出する電流検出器としている。
【０００９】
さらに、以上の態様の構成要素を備えた電池の電流検出器を備える蓄電装置は、前記電池の電流検出器を、蓄電装置の電池ユニットの電流を検出する電流検出器としている。
【発明の効果】
【００１０】
以上の電流検出器は、異種金属のシャント抵抗器を使用することで、電流の測定精度を向上させながら、異種金属の熱起電力による誤差を解消して電池電流を極めて高い精度で検出できる。それは、この電流検出器が、異種金属のシャント抵抗器の電圧降下を電圧検出回路で検出すると共に、主温度検出器で検出されたシャント抵抗器の第１の端部の温度とサブ温度検出器で検出されたシャント抵抗器の第２の端部の温度からシャント抵抗器の熱起電力を熱起電力検出回路で特定し、電圧検出回路で検出する電圧降下と、熱起電力検出回路で特定される熱起電力と、シャント抵抗器の抵抗値からシャント抵抗器に流れる電流値を演算するからである。以上の電流検出器は、異種金属のシャント抵抗器を使用することで、抵抗素体を高抵抗な異種金属として微少電流領域での電圧降下を大きくして高い精度で電流値を検出でき、さらに、大電流領域において、高抵抗な抵抗素体のジュール熱による過熱状態にあっても極めて高い精度で電流値を検出できる。したがって、微少電流から大電流まで、極めて広い検出範囲においてシャント抵抗器に流れる電流を極めて高い精度で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電池の電流検出器のブロック図である。
【図２】シャント抵抗器の一例を示す概略構成図である。
【図３】電流検出器を装備する電源装置をエンジンとモータで走行するハイブリッドカーに搭載する例を示すブロック図である。
【図４】電流検出器を装備する電源装置をモータのみで走行する電気自動車に搭載する例を示すブロック図である。
【図５】電流検出器を装備する電源装置を蓄電装置に使用する例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のある態様の電池の電流検出器は、以下の構成により特定されてもよい。電池の電流検出器は、電池１と直列に接続してなるシャント抵抗器２の電圧降下を検出して、シャント抵抗器２に流れる電流を検出する。シャント抵抗器２は、出力端子部２２と異なる導電率の異種金属の抵抗素体２１を出力端子部２２に接続してなるシャント抵抗器２としている。電流検出器は、シャント抵抗器２の電圧降下を検出する電圧検出回路３と、シャント抵抗器２の第１の端部２Ａの温度を検出する主温度検出器４と、シャント抵抗器２の第２の端部２Ｂの温度を検出するサブ温度検出器５と、主温度検出器４及びサブ温度検出器５の検出温度からシャント抵抗器２の熱起電力を特定する熱起電力検出回路６と、電圧検出回路３で検出する電圧降下と、熱起電力検出回路６で特定されるシャント抵抗器２の熱起電力と、シャント抵抗器２の抵抗値からシャント抵抗器２に流れる電流値を演算する電流演算回路８とを備えている。
【００１３】
熱起電力検出回路６は、シャント抵抗器２の検出温度に対する熱起電力を記憶してなるメモリ１５と、このメモリ１５の記憶データとシャント抵抗器２の検出温度から熱起電力を特定する処理回路１６とを備えて、電流演算回路８が、電圧検出回路３で検出されるシャント抵抗器２の電圧降下から、熱起電力検出回路６で検出される熱起電力を減算して、シャント抵抗器２に流れる電流を演算する構成としてもよい。
【００１４】
電流検出器は、さらに、主温度検出器４又はサブ温度検出器５の何れかで検出されるシャント抵抗器２の検出温度で、シャント抵抗器２の抵抗値を補正する抵抗値補正回路７を備える構成としてもよい。抵抗値補正回路７は、シャント抵抗器２の検出温度に対する抵抗値を記憶してなるメモリ１４と、メモリ１４の記憶値と検出温度からシャント抵抗器２の抵抗値を特定する回路とを備えて、シャント抵抗器２の検出温度と、メモリ１４の記憶データとでシャント抵抗器２の検出温度における抵抗値を特定してもよい。
【００１５】
また、電流検出器は、主温度検出器４がシャント抵抗器２の温度を検出するサンプリング周期を、サブ温度検出器５がシャント抵抗器２の温度を検出するサンプリング周期よりも短くし、主温度検出器４が検出する検出温度で抵抗値補正回路７がシャント抵抗器２の抵抗値を補正する構成としてもよい。
【００１６】
さらに、電流検出器は、主温度検出器４とサブ温度検出器５が、熱電対温度センサ１１と、この熱電対温度センサ１１の出力電圧から温度を検出する温度検出回路１２とを備える構成としてもよい。
【００１７】
さらに、電流検出器は、車両の走行モータ９３に電力を供給する電池ユニット１０の電池電流を検出する電流検出器としてもよい。
【００１８】
さらにまた、電流検出器は、電流演算回路８が、シャント抵抗器２に流れる電流を積算して、電池ユニット１０の残容量を演算する残容量演算回路を備える構成としてもよい。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
【００２０】
図１に、本発明に係る電池の電流検出器と電動車両の具体例として、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカーや電気自動車等に搭載される車両用の電源装置１００に装備される電池の電流検出器２０を示す。なお、本発明の電池の電流検出器は、ハイブリッドカー等の電動車両の電源装置のみでなく、大電流で充放電される全ての用途における電池の電流検出器に使用できる。
【００２１】
図１に示す電池の電流検出器２０は、車両を走行させるモータ９３に電力を供給する電源装置１００の電池１に流れる電流を検出するもので、電池１と直列に接続しているシャント抵抗器２と、シャント抵抗器２の電圧降下を検出する電圧検出回路３と、シャント抵抗器２の両端部の温度を検出する主温度検出器４及びサブ温度検出器５と、主温度検出器４とサブ温度検出器５で検出するシャント抵抗器２の両端部の温度からシャント抵抗器２の測定温度における熱起電力を特定する熱起電力検出回路６と、電圧検出回路３で検出するシャント抵抗器２の電圧降下から、熱起電力検出回路６で特定されるシャント抵抗器２の熱起電力による微少電圧［ΔＥ（ｔ）］を減算して補正電圧を演算し、補正電圧とシャント抵抗器２の抵抗値からシャント抵抗器２に流れる電流値を演算する電流演算回路８とを備えている。
【００２２】
シャント抵抗器２は、車両の走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する電池ユニット１０に直列に接続されて、電池１の電流を検出する。シャント抵抗器２は、出力端子部２２と異なる導電率の異種金属の抵抗素体２１を両端の出力端子部２２の間に接続してなるシャント抵抗器である。図２の概略図に示すシャント抵抗器２は、両端の出力端子部２２を銅製として、抵抗素体２１を銅とマンガンの合金であるマンガニンとしている。このシャント抵抗器２は、出力端子部２２の電気抵抗よりも抵抗素体２１の電気抵抗が大きい。シャント抵抗器２は、電流が流れて発生する電圧降下が、抵抗値と流れる電流値の積となるので、抵抗素体２１の電気抵抗を大きくして電流による電圧降下を大きくできる。このシャント抵抗器２は、電流値の小さい領域での電圧降下が大きく、小電流を正確に検出できる。
【００２３】
図２のシャント抵抗器２は、外枠２５を上面に配置している。外枠２５は電流検出回路２０を構成するパーツを回路基板に固定している電流検出器ユニット（図示せず）を入れるケースである。この外枠２５は、内部に電流検出器ユニットを配置してポッティング樹脂を注入し、あるいはポッティング樹脂を注入することなく、連結構造や止ネジで電流検出器ユニットを定位置に配置する。外枠に電流検出器ユニットを配置する構造は、シャント抵抗器を含む電流検出回路を一体構造として、電源装置の定位置に固定できる。
【００２４】
出力端子部２２と抵抗素体２１とを異なる金属として、出力端子部２２の間に異種金属の抵抗素体２１を接合しているシャント抵抗器２は、ゼーベック効果によって、温度上昇によって熱起電力が大きくなる。熱起電力が発生するシャント抵抗器２は、図１の鎖線で示す等価回路に示すように、シャント抵抗器２の抵抗素体２１に熱起電力による微少電圧［ΔＥ（ｔ）］が直列に接続された状態となる。
【００２５】
したがって、シャント抵抗器２の両端の電圧降下（Ｅ）は、以下の式で表されるように、
シャント抵抗器２の抵抗値［Ｒ（ｔ）］と電流値の積に、熱起電力による微少電圧［ΔＥ（ｔ）］が加算された値となる。
電圧降下（Ｅ）＝［Ｒ（ｔ）×Ｉ］＋ΔＥ（ｔ）
この式から、シャント抵抗器２に流れる電流値（Ｉ）は、以下の式で表される。
電流値（Ｉ）＝［Ｅ−ΔＥ（ｔ）］／Ｒ（ｔ）
以上の式から、シャント抵抗器２に流れる電流値（Ｉ）は、
シャント抵抗器２の両端の電圧降下（Ｅ）と、
シャント抵抗器２の熱起電力による微少電圧［ΔＥ（ｔ）］と、
シャント抵抗器２の抵抗値を温度で補正した抵抗値［Ｒ（ｔ）］から正確に検出できる。
シャント抵抗器２の両端の電圧降下（Ｅ）は、電圧検出回路３で検出される。
【００２６】
シャント抵抗器２は、抵抗値［Ｒ（ｔ）］が温度によって変化する。したがって、シャント抵抗器２の抵抗値［Ｒ（ｔ）］を温度で補正することでより正確に電流値を検出できる。図１の電流検出器２０は、温度に対するシャント抵抗器２の正確な抵抗値［Ｒ（ｔ）］を検出するために、抵抗値補正回路７を備えている。抵抗値補正回路７は、抵抗値を補正するためのシャント抵抗器２の温度検出に、シャント抵抗器２の熱起電力を検出する主温度検出器４を兼用している。電流検出器２０は、主温度検出器４がシャント抵抗器２の温度を検出するサンプリング周期を、サブ温度検出器５がシャント抵抗器２の温度を検出するサンプリング周期よりも短くすることができる。この場合、サンプリング周期の短い主温度検出器４の検出温度をシャント抵抗器２の抵抗値の補正に用いることで、シャント抵抗器２の抵抗値［Ｒ（ｔ）］を正確に補正できる。ただ、抵抗値補正回路７は、シャント抵抗器２の温度検出に、サブ温度検出器５を併用することもできる。この回路構成によると、主温度とサブ温度の中間温度で補正することで、更なる精度向上が可能である。
【００２７】
抵抗値補正回路７は、シャント抵抗器２の検出温度に対する抵抗値を記憶してなるメモリと、このメモリの記憶値と検出温度からシャント抵抗器２の抵抗値を特定する回路（図示せず）とを備えている。抵抗値補正回路７は、シャント抵抗器２の温度に対する抵抗値を、たとえばルックアップテーブルとして、あるいは関数としてメモリ１４に記憶している。抵抗値補正回路７は、ルックアップテーブルや関数に基づいて、シャント抵抗器２の検出温度における正確な抵抗値に補正する。図１の抵抗値補正回路７は、主温度検出器４又はサブ温度検出器５から入力される温度信号で温度を検出して、シャント抵抗器２の抵抗値を特定するが、専用の温度検出器を設けることもできる。
【００２８】
シャント抵抗器２の熱起電力検出回路６は、熱起電力として発生する微少電圧［ΔＥ（ｔ）］を、シャント抵抗器２の両端部の温度で特定する。シャント抵抗器２の両端部の温度を検出するために、主温度検出器４とサブ温度検出器５を備えている。主温度検出器４は、シャント抵抗器２の第１の端部２Ａである一方の出力端子部２２の温度であって抵抗素体２１近傍の温度を検出し、サブ温度検出器５は、シャント抵抗器２の第２の端部２Ｂである他方の出力端子部２２の温度であって抵抗素体２１近傍の温度を検出する。
【００２９】
主温度検出器４とサブ温度検出器５は、温度センサとして熱電対温度センサ１１と、この熱電対温度センサ１１から入力される電圧信号から検出温度を特定する温度検出回路１２とを備える。温度検出回路１２は、サーミスタなどの基準温度センサ１３を備え、基準温度センサ１３から入力される信号と、熱電対温度センサ１１から入力される信号から検出温度を演算する。熱電対温度センサ１１はシャント抵抗器２に溶接して電気的接合状態に連結している。熱電対温度センサ１１とシャント抵抗器２とを溶接して連結する構造は、熱電対温度センサ１１が正確にシャント抵抗器２の温度を検出できる。ただ、熱電対温度センサは、シャント抵抗器と絶縁して熱結合状態に配置することもできる。
【００３０】
熱起電力検出回路６は、主温度検出器４とサブ温度検出器５から入力されるシャント抵抗器２の両端部の温度で熱起電力で発生する微少電圧［ΔＥ（ｔ）］を特定する。熱起電力検出回路６は、シャント抵抗器２の両端部の温度から微少電圧［ΔＥ（ｔ）］を特定するために、シャント抵抗器２の検出温度に対する熱起電力を記憶してなるメモリ１５と、このメモリ１５の記憶データとシャント抵抗器２の検出温度から熱起電力を特定する処理回路１６とを備えている。メモリ１５は、シャント抵抗器２の両端部の検出温度に対する微少電圧［ΔＥ（ｔ）］を、ルックアップテーブルの状態で、あるいは関数として記憶している。処理回路１６は、主温度検出器４とサブ温度検出器５から入力される温度信号に基いて、メモリ１５に記憶するルックアップテーブルや関数からシャント抵抗器２の熱起電力による微少電圧［ΔＥ（ｔ）］を特定する。
【００３１】
電流演算回路８は、電圧検出回路３から入力されるシャント抵抗器２の電圧降下［Ｅ］と、抵抗値補正回路７から入力されるシャント抵抗器２の補正された抵抗値［Ｒ（ｔ）］と、熱起電力検出回路６から入力される熱起電力による微少電圧［ΔＥ（ｔ）］から、以下の式に基づいてシャント抵抗器２に流れる電流値（Ｉ）を演算する。
電流値（Ｉ）＝［Ｅ−ΔＥ（ｔ）］／Ｒ（ｔ）
【００３２】
以上の電流検出器２０は、シャント抵抗器２を使用することで、抵抗素体２１を高抵抗な異種金属として微少電流領域での電圧降下を大きくして高い精度に電流値を検出でき、さらに、大電流領域においては、高抵抗な抵抗素体２１のジュール熱による過熱状態にあっても、温度上昇による熱起電力を補正し、さらに温度上昇による抵抗値をも補正することで、この領域においても極めて高い精度で電流値を検出できる。したがって、微少電流から大電流まで、極めて広い検出範囲においてシャント抵抗器２に流れる電流を極めて高い精度で検出できる。
【００３３】
さらに、以上の電流演算回路８は、シャント抵抗器２に流れる電流を積算して、電池ユニット１０の残容量を演算する残容量演算回路を備えることができる。残容量演算回路は、電池１に流れる充電電流と放電電流の積算値と電池１の初期容量値から電池１の残容量を演算する。すなわち、充電電流の積算値を加算し、放電電流の積算値を減算して変動する電池ユニット１０の残容量が演算される。とくに、以上の電流検出器２０は、電池１の電流を高精度に検出することができるので、電池ユニット１０の残容量の検出を正確にでき、電池１の過充電や過放電を防止しながら、広い残容量範囲で充放電できる特徴が実現できる。
【００３４】
残容量演算回路で演算された電池ユニット１０の残容量は、電動車両においては、バッテリーコントロールユニット３０に入力され、このバッテリーコントロールユニット３０により電池ユニット１０の充放電が制御される。バッテリーコントロールユニット３０は、電池１の過充電や過放電によって電気性能が低下しないように、また電池１の寿命を長くするために、所定の残容量となるように充放電の電流を制御する。また、バッテリーコントロールユニット３０側から電池１の電圧と、電池１の温度情報を入手することもできる。その場合、高精度の電流積算値に加えて、電池１の電圧と電池１の温度によっても残容量の演算が補正されるので、更に高精度に残容量の検出ができる。
【００３５】
ＤＣ／ＡＣインバータ９５は、電池１から供給される直流を三相交流に変換してモータ９３に供給し、また発電機の交流電力を直流に変換して電池１を充電する。図１では、バッテリーコントロールユニット３０がＤＣ／ＡＣインバータ９５を制御して、電池１からモータ９３に供給する電力をコントロールし、また発電機から電池１を充電する電力をコントロールして、電池１を所定の残容量となるように制御することができる。
【００３６】
以上の電池の電流検出器２０は、電動車両を走行させるモータ９３に電力を供給する車両用の電源装置１００に装備される電流検出器に最適である。電源装置１００を搭載する電動車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの電動車両の電源として使用される。
【００３７】
（ハイブリッド車用電源装置）
図３に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＨＶは、車両本体９０と、車両本体９０を走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する電源装置１００と、電源装置１００の電池を充電する発電機９４と、モータ９３とエンジン９６で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。電源装置１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置１００の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置１００の電池を充電する。
【００３８】
（電気自動車用電源装置）
また図４に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＥＶは、車両本体９０と、車両本体９０を走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する電源装置１００と、この電源装置１００の電池を充電する発電機９４と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置１００の電池を充電する。電源装置１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。
【００３９】
（蓄電用電源装置）
さらに、本発明は電流検出器の用途を電動車両に搭載する電源装置には特定せず、たとえば、太陽光発電、風力発電などの自然エネルギーを蓄電する蓄電装置用の電源装置に使用でき、また深夜電力を蓄電する蓄電装置用の電源装置のように、大電力を蓄電する全ての電源装置に使用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図５に示す。なお、図５に示す蓄電装置としての使用例では、所望の電力を得るために、上述した電池ユニットを直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置２００を構築した例として説明する。
【００４０】
図５に示す蓄電装置用の電源装置２００は、複数の電池を備える電池ブロック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池ブロック８１は、複数の電池が直列及び／又は並列に接続されている。各電池ブロック８１は、電源コントローラ８４により制御される。電源装置２００は、出力ラインＯＬに電流検出器２０を接続している。電流検出器２０は、充放電の電流を検出し、検出した電流値を電源コントローラ８４に入力する。この電源装置２００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため電源装置２００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介して電源装置２００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置２００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電源装置２００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置２００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、電源装置２００への充電を同時に行うこともできる。
【００４１】
電源装置２００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置２００と接続されている。電源装置２００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置２００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置２００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図５の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。
【００４２】
各電池ブロック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、入出力端子ＤＩと、異常出力端子ＤＡと、接続端子ＤＯとを含む。入出力端子ＤＩは、他の電池ブロック８１や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、接続端子ＤＯは他の電池ブロック８１に対して信号を入出力するための端子である。また異常出力端子ＤＡは、電池ブロック８１の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池ブロック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は、並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る電池の電流検出器と電流検出器を備える電動車両及び蓄電装置は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置の電流検出器や電流検出器を備える電動車両として好適に利用できる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の電流検出器や電流検出器を備える蓄電装置としても適宜利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１００、２００…電源装置
１…電池
２…シャント抵抗器
２Ａ…第１の端部
２Ｂ…第２の端部
３…電圧検出回路
４…主温度検出器
５…サブ温度検出器
６…熱起電力検出回路
７…抵抗値補正回路
８…電流演算回路
１０…電池ユニット
１１…熱電対温度センサ
１２…温度検出回路
１３…基準温度センサ
１４…メモリ
１５…メモリ
１６…処理回路
２０…電流検出器
２１…抵抗素体
２２…出力端子部
２５…外枠
３０…バッテリーコントロールユニット
８１…電池ブロック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９０…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
ＨＶ…車両
ＥＶ…車両
ＬＤ…負荷
ＣＰ…充電用電源
ＤＳ…放電スイッチ
ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン
ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…入出力端子
ＤＡ…異常出力端子
ＤＯ…接続端子
【図１】
2019138706.tif 000003
【図２】
2019138706.tif 000004
【図３】
2019138706.tif 000005
【図４】
2019138706.tif 000006
【図５】
2019138706.tif 000007