(57)【要約】【課題】消費電流値が既知であるような電気負荷が存在しない場合であっても、電流センサにより検出された電流値を適切に補正し、充放電電流の電流値を精度良く検出できるバッテリ充放電電流検出装置を提供する。【解決手段】電流センサ（１１）により検出された電流値を所定期間に亘って積算した値に基づき第１の電荷変化量を求める第１の電荷変化量算出部（１２１）と、所定期間のバッテリ（２）の充電率変化量とバッテリ（２）の総容量に基づき第２の電荷変化量を算出する第２の電荷変化量算出部（１２２）と、第１の電荷変化量と第２の電荷変化量とに基づいてゲイン誤差補正係数を算出する補正係数算出部（１２３）と、ゲイン誤差補正係数に基づき、電流センサ（１１）により検出された電流値を補正する電流値補正部（１２４）と、を備える【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気負荷に電力を供給するバッテリの充放電電流を検出する電流センサが備えられたバッテリ充放電電流検出装置であって、
前記電流センサにより検出された電流値を所定期間に亘って積算した値に基づき第１の電荷変化量を求める第１の電荷変化量算出部と、
前記所定期間の前記バッテリの充電率変化量とバッテリの総容量に基づき第２の電荷変化量を算出する第２の電荷変化量算出部と、
前記第１の電荷変化量と前記第２の電荷変化量とに基づいてゲイン誤差補正係数を算出する補正係数算出部と、
前記ゲイン誤差補正係数に基づき、前記電流センサにより検出された電流値を補正する電流値補正部と、
を備えることを特徴とするバッテリ充放電電流検出装置。
【請求項２】
前記第２の電荷変化量算出部は、前記バッテリの電流がゼロになってから所定時間経過後の端子電圧に基づき前記バッテリの充電率を算出することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ充放電電流検出装置。
【請求項３】
前記第２の電荷変化量算出部は、逐次推定法によるバッテリ状態推定より前記バッテリの充電率を求めることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ充放電電流検出装置。
【請求項４】
前記バッテリ充放電電流検出装置は、前記充電率変化量が所定値以上になった場合の前記第２の電荷変化量により算出されたゲイン誤差補正係数により、前記電流値を補正することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバッテリ充放電電流検出装置。
【請求項５】
前記バッテリ充放電電流検出装置は、車両出荷後速やかに前記ゲイン誤差補正係数を算出し、該ゲイン誤差補正係数を記憶する記憶部を備え、前記電流値補正部は、前記記憶部に記憶されたゲイン誤差補正係数に基づき、前記電流センサにより検出された電流値を補正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バッテリ充放電電流検出装置。
【請求項６】
前記バッテリの総容量をバッテリの健全度に基づき補正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バッテリ充放電電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載されるバッテリのバッテリ充放電電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されたバッテリの電流値は、バッテリに接続された電流センサにより検出されている。一般に電流センサの検出値にはオフセット誤差（ｂ）及びゲイン誤差（ａ）が含まれている。ここで充放電電流をｘ、電流センサ出力をｙとした場合、ｙ＝ａｘ＋ｂの関係が成立する（図４）。オフセット誤差とは、充放電電流が０の場合の電流センサ出力の値である。またゲイン誤差とは、充放電電流の変化量と電流センサ出力の変化量との比である。従来オフセット誤差に関しては、車両に搭載されたバッテリの場合、イグニッションキースイッチがオンからオフに切り換わった直後に電流センサが検出した電流値をオフセット誤差として算出している。一方ゲイン誤差に関しては、消費電流値が既知である所定の電気負荷がオン状態からオフ状態へ、あるいはオフ状態からオン状態へ変化したときの電流変化に基づいてゲイン誤差を検出している（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２００５−３７２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記の従来の方法は、ガソリン自動車のバッテリが駆動する１２Ｖの電気負荷として、消費電流値が既知である所定の電気負荷を用いることを前提としている。ここで例えば電気自動車の駆動用バッテリの場合、消費電流値が既知であるような適当な電気負荷が存在しない。そのため、従来の技術ではゲイン誤差が算出できず、電流センサにより検出された電流値を適切に補正できない。したがって従来の技術では、電気自動車に搭載されたバッテリの充放電電流を精度良く検出することができなかった。
【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、消費電流値が既知であるような電気負荷が存在しない場合であっても、電流センサにより検出された電流値を適切に補正し、充放電電流の電流値を精度良く検出できるバッテリ充放電電流検出装置を提供することである。
【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第１の発明に係るバッテリ充放電電流検出装置は、
電気負荷に電力を供給するバッテリの充放電電流を検出する電流センサが備えられたバッテリ充放電電流検出装置であって、
前記電流センサにより検出された電流値を所定期間に亘って積算した値に基づき第１の電荷変化量を求める第１の電荷変化量算出部と、
前記所定期間の前記バッテリの充電率変化量とバッテリの総容量に基づき第２の電荷変化量を算出する第２の電荷変化量算出部と、
前記第１の電荷変化量と前記第２の電荷変化量とに基づいてゲイン誤差補正係数を算出する補正係数算出部と、
前記ゲイン誤差補正係数に基づき、前記電流センサにより検出された電流値を補正する電流値補正部と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また第２の発明に係るバッテリ充放電電流検出装置は、
前記第２の電荷変化量算出部は、前記バッテリの電流がゼロになってから所定時間経過後の端子電圧に基づき前記バッテリの充電率を算出することを特徴とする。
【０００８】
また第３の発明に係るバッテリ充放電電流検出装置は、
前記第２の電荷変化量算出部は、逐次推定法によるバッテリ状態推定より前記バッテリの充電率を求めることを特徴とする。
【０００９】
また第４の発明に係るバッテリ充放電電流検出装置は、
前記バッテリ充放電電流検出装置は、前記充電率変化量が所定値以上になった場合の前記第２の電荷変化量により算出されたゲイン誤差補正係数により、前記電流値を補正することを特徴とする。
【００１０】
また第５の発明に係るバッテリ充放電電流検出装置は、
前記バッテリ充放電電流検出装置は、車両出荷後速やかに前記ゲイン誤差補正係数を算出し、該ゲイン誤差補正係数を記憶する記憶部を備え、前記電流値補正部は、前記記憶部に記憶されたゲイン誤差補正係数に基づき、前記電流センサにより検出された電流値を補正することを特徴とする。
【００１１】
また第６の発明に係るバッテリ充放電電流検出装置は、
前記バッテリの総容量をバッテリの健全度に基づき補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明におけるバッテリ充放電電流検出装置によれば、消費電流値が既知であるような電気負荷が存在しない場合であっても、電流センサにより検出された電流値を適切に補正し、充放電電流の電流値を精度良く検出できる。
【００１３】
また、第２の発明におけるバッテリ充放電電流検出装置によれば、長時間電流が流れなかったときの端子電圧を開放電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）とみなせるため、当該端子電圧を用いることで精度よくＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出することができる。
【００１４】
また、第３の発明におけるバッテリ充放電電流検出装置によれば、電流がゼロになってから所定時間経過した後でなくても、逐次推定法によりバッテリの充電率を算出することができる。
【００１５】
また、第４の発明におけるバッテリ充放電電流検出装置によれば、電流値を積算する所定期間を所定値以上とすることにより、電流値の積分値を大きくして精度よくゲイン誤差補正係数を算出できる。そして当該ゲイン誤差補正係数により電流センサにより検出された電流値を適切に補正することで、充放電電流の電流値をより精度よく検知することができる。
【００１６】
また、第５の発明におけるバッテリ充放電電流検出装置によれば、バッテリ２が新品の時にゲイン誤差補正係数を算出するため、バッテリ総容量がバッテリ２の劣化で変化しておらず、より正確にゲイン誤差補正係数を算出することができる。またバッテリ２を交換しても電流センサ１１は交換されないため、記憶部１３に記憶されたゲイン誤差補正係数を用いて電流センサ１１により検出された電流値を補正することができる。
【００１７】
また、第６の発明におけるバッテリ充放電電流検出装置によれば、健全度によりバッテリ２の総容量を補正することにより、バッテリ２の劣化を考慮して第２の電荷変化量をより精度よく算出することができる。したがってゲイン誤差補正係数の精度が上がり、当該ゲイン誤差補正係数により、電流センサにより検出された電流値を適切に補正することで、充放電電流の電流値をより精度よく検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るバッテリ充放電電流検出装置のブロック図である。
【図２】第１の電荷変化量と、第２の電荷変化量との関係を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るバッテリ充放電電流検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】充放電電流と電流センサ出力との関係を示す図である。
【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）
図１は本発明の一実施形態に係るバッテリ充放電電流検出装置１のブロック図である。本実施の形態では、バッテリ充放電電流検出装置１が車両に搭載されている例を示す。本発明の一実施形態に係るバッテリ充放電電流検出装置１は、電流センサ１１と、制御部１２と、記憶部１３とを備える。概略としてバッテリ充放電電流検出装置１は、バッテリ２の充放電電流の電流値を検知し、当該電流値を補正する。
【００２１】
電流センサ１１は、バッテリ２の充放電電流の電流値（Ｉ0）を検知する。当該電流値には、オフセット誤差と、ゲイン誤差とが含まれる。制御部１２は、バッテリ充放電電流検出装置１に係る各種制御を行う。記憶部１３は、バッテリ充放電電流検出装置１に係る各種情報を記憶する。
【００２２】
以下、制御部１２について詳説する。制御部１２は、オフセット誤差算出部１２０と、第１の電荷変化量算出部１２１と、第２の電荷変化量算出部１２２と、補正係数算出部１２３と、電流値補正部１２４とを備える。
【００２３】
オフセット誤差算出部１２０は、オフセット誤差を算出する。具体的にはオフセット誤差算出部１２０は、イグニッションスイッチ３がオン状態からオフ状態（又はオフ状態からオン状態）に切り替わったか否かを検知する。イグニッションスイッチ３がオン状態からオフ状態（又はオフ状態からオン状態）に切り替わった場合、オフセット誤差算出部１２０は、当該切り替わり前後の電流変化をオフセット誤差として算出する。
【００２４】
第１の電荷変化量算出部１２１は、クーロンカウント法により、時刻t1からt2におけるバッテリ２の容量変化量（以下、Ｑ1ともいう。）を以下の数式（１）に基づき算出する。
【数１】
2015224975.tif 000003
【００２５】
ここで数式（１）におけるＩは、電流センサ１１により検出された電流値（Ｉ0）から、オフセット誤差（ｂ）を差し引いた電流値であり、Ｉ＝Ｉ0-ｂである。このように第１の電荷変化量算出部１２１は、電流センサ１１により検出された電流値からオフセット誤差を差し引いた電流値Ｉを、所定期間（Ｔ＝ｔ2−ｔ1）に亘って積算して第１の電荷変化量（Ｑ1）を算出する。なお第１の電荷変化量算出部１２１は、電流センサ１１により検出された電流値Ｉ0を、所定期間Ｔに亘って積算し、当該積算した値からオフセット誤差の積算分を減算して第１の電荷変化量（Ｑ1）を算出してもよい。すなわち第１の電荷変化量算出部１２１は、電流センサ１１により検出された電流値を、所定期間Ｔに亘って積算した値に基づき、第１の電荷変化量（Ｑ1）を算出する。
【００２６】
一方、第２の電荷変化量算出部１２２は、時刻t1からt2におけるバッテリ２の充電率の変化量（ΔＳＯＣ）を以下の数式（２）に基づいて求める。そして第２の電荷変化量算出部１２２は、以下の数式（３）に基づき、バッテリ２の総容量（ＦＣＣ：Ｆｕｌｌ Ｃｈａｒｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ）とΔＳＯＣとを乗算することにより、時刻t1からt2におけるバッテリ２の容量変化量（以下、Ｑ2ともいう。）を算出する。
【数２】
2015224975.tif 000004
【数３】
2015224975.tif 000005
【００２７】
なお数式（２）におけるＳＯＣt1及びＳＯＣt2は、それぞれ時刻t1及びt2におけるＳＯＣの値である。ＳＯＣt1及びＳＯＣt2の算出に関して、第２の電荷変化量算出部１２２は、各時刻においてバッテリ２の充放電電流がゼロになってから所定時間経過後のバッテリ２の端子電圧を開放電圧（ＯＣＶ）とみなし、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性からＳＯＣを算出する。
【００２８】
このように第２の電荷変化量算出部１２２は、第１の電荷変化量算出部１２１が電流値を積算した所定期間（Ｔ）のΔＳＯＣとバッテリ２の総容量（ＦＣＣ）とに基づき、第２の電荷変化量（Ｑ2）を算出する。
【００２９】
ここで第１の電荷変化量Ｑ1と第２の電荷変化量Ｑ2との関係について、図２を用いて説明する。図２は、放電状態のバッテリ２の電池容量の変化曲線の概念図を示す。線Ｌ１は、オフセット誤差及びゲイン誤差を含む電流値（つまりＩ0）を積算した場合の電池容量の変化曲線である。線Ｌ２は、ゲイン誤差を含む電流値（つまりＩ）を積算した場合の電池容量の変化曲線である。線Ｌ３は、各時刻におけるＳＯＣの値により求めた電池容量の変化曲線である。線Ｌ３に関しては、電流値を積算せずに電池の容量を算出しているため、オフセット誤差及びゲイン誤差の影響を受けない。したがって当該電池容量は真値とみなすことができる。すなわち本発明の一実施の形態では、第２の電荷変化量（Ｑ2）をオフセット誤差及びゲイン誤差を含まない真値であるとみなし、Ｑ2を基準として、ゲイン誤差を含むＱ1との比から電流値を補正することを特徴とする。以下、電流値の補正について説明する。
【００３０】
補正係数算出部１２３は、第１の電荷変化量Ｑ1と前記第２の電荷変化量Ｑ2とに基づいて、以下の数式（４）に示すゲイン誤差補正係数（α）を算出する。
【数４】
2015224975.tif 000006
【００３１】
電流値補正部１２４は、上記ゲイン誤差補正係数に基づき、電流センサ１１により検出された電流値を補正する。具体的には電流値補正部１２４は、以下の数式（５）に基づき、補正した電流値（Ｉc）を算出する。
【数５】
2015224975.tif 000007
【００３２】
上記電流値（Ｉc）は、オフセット誤差及びゲイン誤差を取り除いた電流値となる。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態に係るバッテリ充放電電流検出装置１について、図３に示すフローチャートによりその動作を説明する。なおオフセット誤差に関しては、予めオフセット誤差算出部１２０により算出されているものとする。
【００３４】
はじめに第１の電荷変化量算出部１２１は、クーロンカウント法により、時刻t1からt2におけるバッテリ２の容量変化量（Ｑ1）を数式（１）に基づき算出する。また第２の電荷変化量算出部１２２は、時刻t1からt2におけるバッテリ２の充電率変化量（ΔＳＯＣ）を数式（２）により求める。そして第２の電荷変化量算出部１２２は、数式（３）に基づき、バッテリ２の総容量（ＦＣＣ）とΔＳＯＣとを乗算することにより、時刻t1からt2におけるバッテリ２の容量変化量（Ｑ2）を算出する（ステップＳ１）。
【００３５】
次に補正係数算出部１２３は、第１の電荷変化量Ｑ1と第２の電荷変化量Ｑ2とに基づいて、ゲイン誤差補正係数（α）を数式（４）により算出する（ステップＳ２）。
【００３６】
続いて電流値補正部１２４は、ゲイン誤差補正係数（α）に基づき、電流センサ１１により検出された電流値を補正する。具体的には電流値補正部１２４は、数式（５）に基づき、補正した電流値（Ｉc）を算出する（ステップＳ３）。そして処理が終了する。
【００３７】
このように本発明の一実施形態に係るバッテリ充放電電流検出装置１によれば、第２の電荷変化量（Ｑ2）をオフセット誤差及びゲイン誤差を含まない真値であるとみなし、Ｑ2を基準として、ゲイン誤差を含むＱ1との比から電流値を補正する。そのため、消費電流値が既知であるような電気負荷が存在しない場合であっても、電流センサ１１により検出された電流値を適切に補正し、オフセット誤差及びゲイン誤差を含まない電流値を精度良く検出できる。また本発明の一実施形態に係るバッテリ充放電電流検出装置１により補正されたバッテリ２の電流値を用いてＳＯＣ及びバッテリ２のパラメータを推定することで、より精度の高いＳＯＣ及びパラメータを推定することができる。本発明者による実験の結果、本発明の一実施形態に係るバッテリ充放電電流検出装置１により補正された電流値を用いることで、ＳＯＣの精度が約１％程度改善した。
【００３８】
なお本実施の形態では、ＳＯＣt1及びＳＯＣt2の算出に関して、バッテリ２の充放電電流がゼロになってから所定時間経過後のバッテリ２の端子電圧を開放電圧（ＯＣＶ）とみなし、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性からＳＯＣを算出したが、算出方法はこれに限られない。例えば第２の電荷変化量算出部１２２は、逐次推定法による状態推定より、各時刻におけるバッテリ２のＳＯＣを求めてもよい。このようにすることで、電流がゼロになってから所定時間経過した後でなくても、逐次推定法によりバッテリ２の充電率を算出することができる。
【００３９】
なお所定の時間Ｔは、第１の電荷変化量Ｑ1及び前記第２の電荷変化量Ｑ2がそれぞれ所定値以上となるように適宜設定する。例えばＱ2を算出する場合、ΔＳＯＣが所定値（例えば２０）以上であるようにする。積分の値が小さいと、精度よい検出ができないため、このように積算する所定期間を所定値以上とすることにより、積分の値を大きくし、充放電電流の電流値をより精度よく検知することができる。
【００４０】
なお好適には補正係数算出部１２３は、算出したゲイン誤差補正係数を記憶部１３に記憶する。そして電流値補正部１２４は、記憶部１３に記憶されたゲイン誤差補正係数に基づき、電流センサ１１により検出された電流値を補正するようにする。さらに好適には、バッテリ充放電電流検出装置１は、車両出荷後速やかにゲイン誤差補正係数を算出し、当該ゲイン誤差補正係数を記憶部１３に記憶する。つまり第１の電荷変化量算出部１２１及び第２の電荷変化量算出部１２２は、車両出荷後速やかにそれぞれＱ1及びＱ2を算出し、補正係数算出部１２３は、当該Ｑ1及びＱ2に基づきゲイン誤差補正係数を算出し、該ゲイン誤差補正係数を記憶部１３に記憶する。そして電流値補正部１２４は、記憶部１３に記憶されたゲイン誤差補正係数に基づき、電流センサ１１により検出された電流値を補正する。このようにすることで、バッテリ２が新品の時にゲイン誤差補正係数を算出するため、バッテリ総容量がバッテリ２の劣化で変化しておらず、より正確にゲイン誤差補正係数を算出することができる。なおバッテリ２を交換しても電流センサ１１は交換されないため、記憶部１３に記憶されたゲイン誤差補正係数を用いて電流センサ１１により検出された電流値を補正することができる。
【００４１】
なお好適には、第２の電荷変化量算出部１２２は、バッテリ２の総容量をそのときのバッテリ２の健全度（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）により補正し、Ｑ2を算出する。すなわち第２の電荷変化量算出部１２２は、数式（３）の代わりに、以下の数式（３）’を用いてＱ2を算出する。
【数６】
2015224975.tif 000008
【００４２】
このように健全度によりバッテリ２の総容量を補正することにより、バッテリ２の劣化を考慮してＱ2をより精度よく算出することができる。したがってゲイン誤差補正係数の精度が上がり、当該ゲイン誤差補正係数により、電流センサ１１により検出された電流値を適切に補正することで、充放電電流の電流値をより精度よく検知することができる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、バッテリ充放電電流検出装置１が車両に搭載されているものとして説明したがこれに限られない。例えばバッテリ充放電電流検出装置１は、パーソナルコンピュータ、携帯端末等の電子機器に搭載されていてもよい。
【００４４】
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】
【００４５】
１  バッテリ充放電電流検出装置
２  バッテリ
１１  電流センサ
１２  制御部
１３  記憶部
１２０  オフセット誤差算出部
１２１  第１の電荷変化量算出部
１２２  第２の電荷変化量算出部
１２３  補正係数算出部
１２４  電流値補正部
【図１】
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【図２】
2015224975.tif 000010
【図３】
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【図４】
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