(57)【要約】【課題】通電機会が異なり、且つダイナミックレンジが大きく異なる２系統の電流を１つの電流検出器１で精度良く検出でき、その電流検出器１のコスト低減を実現すること。【解決手段】電流検出器１は、エンジン始動時の始動電流が流れる第１の通電線５に接続される第１の導体６、始動後に充電電流が流れる第２の通電線７に接続される第２の導体８、第１の通電線５に対し第１の導体６と並列に接続される第３の導体９、第１の導体６と第２の導体８の周囲に磁気回路を形成する磁気コア１０、磁気回路に生じる磁束密度を検出する磁気センサ１１より構成され、この磁気センサ１１は、第２の導体８を流れる電流のダイナミックレンジに対応した検出レンジを有している。また、第１の導体６を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度が磁気センサ１１の検出レンジ内に入る様に、第１の導体６と第３の導体９との断面積比が設定されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の通電機会に第１の通電経路を流れる第１の電流と、この第１の電流より小さく、前記第１の通電機会とは異なる第２の通電機会に第２の通電経路を流れる第２の電流とを検出するための電流検出器であって、
前記第１の通電経路に接続される第１の導体と、
前記第２の通電経路に接続される第２の導体と、
前記第１の通電経路に対し前記第１の導体と並列に接続される第３の導体と、
前記第１の導体を流れる電流によって発生する磁界、及び前記第２の導体を流れる電流によって発生する磁界を集中させて磁気回路を形成する磁気コアと、
前記磁気回路中に挿入され、前記磁気回路に生じる磁束密度を検出すると共に、前記第２の導体を流れる電流のダイナミックレンジに対応した検出レンジを有する磁気センサとを備え、
前記第１の導体を流れる電流によって前記磁気回路に生じる磁束密度が前記磁気センサの検出レンジ内に入る様に、前記第１の導体と前記第３の導体との電気抵抗比が設定されていることを特徴とする電流検出器。
【請求項２】
第１の通電機会に第１の通電経路を流れる第１の電流と、この第１の電流より小さく、前記第１の通電機会とは異なる第２の通電機会に第２の通電経路を流れる第２の電流とを検出するための電流検出器であって、
前記第１の通電経路に接続される第１の導体と、
前記第２の通電経路に接続される第２の導体と、
前記第１の導体を流れる電流によって発生する磁界、及び前記第２の導体を流れる電流によって発生する磁界を集中させて磁気回路を形成する磁気コアと、
前記磁気回路中に挿入され、前記磁気回路に生じる磁束密度を検出すると共に、前記第１の導体を流れる電流のダイナミックレンジに対応した検出レンジを有する磁気センサとを備え、
前記第２の導体は、前記磁気回路の一部をコイル状に巻回する巻回部を有し、且つ前記第２の導体を流れる電流によって前記磁気回路に生じる磁束密度が前記磁気センサの検出レンジ内に入る様に、前記巻回部の巻き回数が設定されていることを特徴とする電流検出器。
【請求項３】
請求項１に記載した電流検出器において、
前記第１の導体と前記第３の導体及び前記第２の導体の各一端は、車両に搭載されるバッテリのプラス側端子もしくは車体に接続され、
前記第１の導体と前記第３の導体の各他端は、前記第１の通電経路を介して、車両に搭載される第１の電気負荷に電気的に接続され、
前記第２の導体の他端は、前記第２の通電経路を介して、車両に搭載される第２の電気負荷に電気的に接続されていることを特徴とする電流検出器。
【請求項４】
請求項２に記載した電流検出器において、
前記第１の導体と前記第２の導体の各一端は、車両に搭載されるバッテリのプラス側端子もしくは車体に接続され、
前記第１の導体の他端は、前記第１の通電経路を介して、車両に搭載される第１の電気負荷に電気的に接続され、
前記第２の導体の他端は、前記第２の通電経路を介して、車両に搭載される第２の電気負荷に電気的に接続されていることを特徴とする電流検出器。
【請求項５】
請求項３または４に記載した電流検出器において、
前記第１の電気負荷は、エンジンを始動するためのスタータモータであり、
前記第２の電気負荷は、車両に搭載される発電機及びその他の電気装置であることを特徴とする電流検出器。
【請求項６】
請求項５に記載した電流検出器において、
前記磁気センサは、前記第１の通電機会であるエンジン始動時に、前記第１の導体を流れる電流によって前記磁気回路に生じる磁束密度を検出し、その磁束密度に比例した信号を出力し、
前記第２の通電機会であるエンジン始動完了後に、前記第２の導体を流れる電流によって前記磁気回路に生じる磁束密度を検出し、その磁束密度に比例した信号を出力することを特徴とする電流検出器。
【請求項７】
請求項１〜６に記載した何れかの電流検出器と、
前記磁気センサ近傍の温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段で検出された温度により前記磁気センサの温度特性を補正する補正手段とを備えることを特徴とする電流検出システム。
【請求項８】
請求項１〜７に記載した何れかの電流検出器を車載バッテリに搭載したことを特徴とするバッテリモジュール。
【請求項９】
車両エンジンを始動する際にスタータモータに通電される始動電流を算出し、この始動電流とエンジン始動時のバッテリ電圧とからバッテリ内部の初期状態量を検出し、それ以降、前記バッテリの充放電電流を前記初期状態量に加算して前記バッテリの内部状態を検出するバッテリ状態監視方法であって、
請求項１〜８に記載した何れかの電流検出器により検出された電流を基に前記始動電流を算出することを特徴とするバッテリ状態監視方法。
【請求項１０】
電源から第１の負荷に給電する第１の通電経路と、
電源から前記第１の負荷より小さい第２の負荷に給電する第２の通電経路と、
前記第１の通電経路に流れる電流によって生じる磁界と、前記第２の通電経路に流れる電流によって生じる磁界との両方の影響下に置かれ、これら両磁界に応じた信号を出力する磁気センサと、
前記第１の通電経路から前記磁気センサに作用する磁界と、前記第２の通電経路から前記磁気センサに作用する磁界との変化範囲を略等しく調節する調節手段とを備えることを特徴とする電流検出器。
【請求項１１】
請求項１０に記載した電流検出器において、
前記第１の負荷への通電機会と前記第２の負荷への通電機会とが異なることを特徴とする電流検出器。
【請求項１２】
請求項１１に記載した電流検出器において、
前記第１の負荷への通電機会と前記第２の負荷への通電機会とに応じて、前記磁気センサからの出力信号を弁別する弁別手段を備えることを特徴とする電流検出器。
【請求項１３】
請求項１０に記載した電流検出器において、
前記第１の負荷への通電時期は、一時的なものであることを特徴とする電流検出器。
【請求項１４】
請求項１３に記載した電流検出器において、
前記第１の負荷への通電時期に応じて、前記磁気センサからの出力信号を弁別する弁別手段を備えることを特徴とする電流検出器。
【請求項１５】
請求項１０〜１４に記載した何れかの電流検出器において、
前記第１の負荷はスタータモータであり、前記第２の負荷は前記スタータモータ以外の車載負荷であることを特徴とする電流検出器。
【請求項１６】
請求項１０〜１５に記載した何れかの電流検出器において、
前記調節手段は、前記磁気センサに作用する磁界に対応するアンペアターンを調節することを特徴とする電流検出器。
【請求項１７】
請求項１６に記載した電流検出器において、
前記調節手段は、前記第１の通電経路に流れる電流を分流してアンペアターンを調節する分流手段を備えることを特徴とする電流検出器。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載した電流検出器において、
前記調節手段は、前記第２の通電経路に流れる電流によって生じる磁界を、複数回繰り返して前記磁気センサに作用させる巻線を備えることを特徴とする電流検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電機会が異なり、且つダイナミックレンジが大きく異なる２系統の電流を検出するための電流検出器と、その電流検出器を用いた電流検出システム、バッテリモジュール、及びバッテリ状態監視方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車に搭載される電気装置は、増加する一途であり、これら電気装置に電力を供給する蓄電装置（以下、バッテリと称す）の容量も大きくなる一方である。同時に電源の信頼性を確保する必要から、バッテリの内部状態、いわゆる充電率（ＳＯＣ）や、残存容量（ＳＯＨ）と呼ばれる状態量を監視する技術が開示されている。
【０００３】
一般的なバッテリ状態検出方法としては、例えば特許文献１に記載されている様に、バッテリの内部抵抗に応じた残存容量の相関マップを予め格納しておき、この相関マップからエンジン始動時のバッテリの内部抵抗に対応する初期残存容量を算出し、それ以降、バッテリの充放電電流値を前記初期残存容量に加算して現在の残存容量を逐次算出する技術が開示されている。なお、エンジン始動時のバッテリの内部抵抗は、バッテリからエンジン始動用のスタータモータに通電される始動電流と、その時のバッテリ端子電圧とから算出される。
【０００４】
ここで、停止しているエンジンをスタータモータによって起動する際には、図１０（ａ）に示す様に、スタータ信号がオン状態を維持する時間ｔ１〜ｔ２の間、モータのロックトルクを発生させるために極めて大きな始動電流（例えば５００〜１０００Ａ）を消費する。
エンジンの始動が完了すると、発電機がエンジンに駆動されて発電を開始することにより、発電機からバッテリに充電電流が流れ、時間ｔ２〜ｔ３の間でバッテリの急速充電が行われる。この時、発電機からバッテリに流れる充電電流は、始動電流と比較すると小さく、せいぜい２００Ａ以下である。
【０００５】
このダイナミックレンジが大きく異なる２系統の電流を１つの磁気センサで検出しようとすると、図１０（ｂ）に示す様に、検出レンジの広い磁気センサを使用する必要がある。しかし、検出レンジが広くなると、分解能の低下により、エンジン始動後のバッテリ充放電電流の検出精度が低下するという問題がある。
そこで、ダイナミックレンジが大きく異なる２系統の電流を精度良く検出するためには、検出レンジの異なる２つの電流検出器を採用するか、あるいは、特許文献２に開示される様な、磁気平衡型の電流検出器を利用したレンジ切り替え式の電流検出器を採用する必要がある。
【特許文献１】特許第２９１０１８４号公報
【特許文献２】特開平０６−２０１７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、検出レンジの異なる２つの電流検出器を採用する場合には、搭載場所の確保が困難であると共に、始動電流を検出するための電流検出器の稼働率が低く、費用対効果という観点で不利である。
一方、磁気平衡型の電流検出器は、オフセット界磁を変化させることで検出レンジを切り替えることができるが、磁気コアにフィードバック巻線とバイアス巻線とを巻回する必要があるため、構造が複雑になり、コストが高くなる。また、フィードバック巻線のインダクタンスにより、検出レンジの切り替え応答性が悪いという技術的な課題もあった。
【０００７】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、通電機会が異なり、且つダイナミックレンジが大きく異なる２系統の電流を１つの電流検出器で精度良く検出することができ、その電流検出器のコスト低減を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（請求項１の発明）
本発明は、第１の通電機会に第１の通電経路を流れる第１の電流と、この第１の電流より小さく、第１の通電機会とは異なる第２の通電機会に第２の通電経路を流れる第２の電流とを検出するための電流検出器であって、
第１の通電経路に接続される第１の導体と、第２の通電経路に接続される第２の導体と、第１の通電経路に対し第１の導体と並列に接続される第３の導体と、第１の導体を流れる電流によって発生する磁界、及び第２の導体を流れる電流によって発生する磁界を集中させて磁気回路を形成する磁気コアと、磁気回路中に挿入され、磁気回路に生じる磁束密度を検出すると共に、第２の導体を流れる電流のダイナミックレンジに対応した検出レンジを有する磁気センサとを備え、第１の導体を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度が磁気センサの検出レンジ内に入る様に、第１の導体と第３の導体との電気抵抗比が設定されていることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、第１の通電経路に対し第１の導体と並列に第３の導体を接続しているので、第１の通電経路を流れる第１の電流は、第１の導体と第３の導体との電気抵抗比に応じて第１の導体と第３の導体に分流する。本発明では、第１の導体を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度が磁気センサの検出レンジ内に入る様に、第１の導体と第３の導体との電気抵抗比が設定されている。
磁気センサは、第２の導体を流れる電流、即ち第２の電流のダイナミックレンジに対応した検出レンジを有しているので、第１の導体を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度と、第２の導体を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度とを１つの磁気センサで検出することができる。
【００１０】
（請求項２の発明）
本発明は、第１の通電機会に第１の通電経路を流れる第１の電流と、この第１の電流より小さく、第１の通電機会とは異なる第２の通電機会に第２の通電経路を流れる第２の電流とを検出するための電流検出器であって、
第１の通電経路に接続される第１の導体と、第２の通電経路に接続される第２の導体と、第１の導体を流れる電流によって発生する磁界、及び第２の導体を流れる電流によって発生する磁界を集中させて磁気回路を形成する磁気コアと、磁気回路中に挿入され、磁気回路に生じる磁束密度を検出すると共に、第１の導体を流れる電流のダイナミックレンジに対応した検出レンジを有する磁気センサとを備え、第２の導体は、磁気回路の一部をコイル状に巻回する巻回部を有し、且つ第２の導体を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度が磁気センサの検出レンジ内に入る様に、巻回部の巻き回数が設定されている。  
【００１１】
上記の構成によれば、第２の導体に巻回部を設けているので、第２の導体を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度は、巻回部の巻き回数に比例して増大する。本発明では、第２の導体を流れる電流、即ち第２の電流によって磁気回路に生じる磁束密度が磁気センサの検出レンジ内に入る様に、巻回部の巻き回数が設定されている。
磁気センサは、第１の導体を流れる電流のダイナミックレンジに対応した検出レンジを有しているので、第１の導体を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度と、第２の導体を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度とを１つの磁気センサで検出することができる。
【００１２】
（請求項３の発明）
請求項１に記載した電流検出器において、第１の導体と第３の導体及び第２の導体の各一端は、車両に搭載されるバッテリのプラス側端子もしくは車体に接続され、第１の導体と第３の導体の各他端は、第１の通電経路を介して、車両に搭載される第１の電気負荷に電気的に接続され、第２の導体の他端は、第２の通電経路を介して、車両に搭載される第２の電気負荷に電気的に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、バッテリから第１の通電経路を通って第１の電気負荷へ流れる第１の電流（もしくは第１の電気負荷からバッテリに帰還する電流）と、バッテリから第２の通電経路を通って第２の電気負荷へ流れる第２の電流（もしくは第２の電気負荷からバッテリに帰還する電流）とを本発明の電流検出器を使用して検出することが可能である。
【００１３】
（請求項４の発明）
請求項２に記載した電流検出器において、第１の導体と第２の導体の各一端は、車両に搭載されるバッテリのプラス側端子もしくは車体に接続され、第１の導体の他端は、第１の通電経路を介して、車両に搭載される第１の電気負荷に電気的に接続され、第２の導体の他端は、第２の通電経路を介して、車両に搭載される第２の電気負荷に電気的に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、バッテリから第１の通電経路を通って第１の電気負荷へ流れる第１の電流（もしくは第１の電気負荷からバッテリに帰還する電流）と、バッテリから第２の通電経路を通って第２の電気負荷へ流れる第２の電流（もしくは第２の電気負荷からバッテリに帰還する電流）とを本発明の電流検出器を使用して検出することが可能である。
【００１４】
（請求項５の発明）
請求項３または４に記載した電流検出器において、第１の電気負荷は、エンジンを始動するためのスタータモータであり、第２の電気負荷は、車両に搭載される発電機及びその他の電気装置であることを特徴とする。
この構成によれば、エンジンを始動する際にバッテリからスタータモータに通電される始動電流と、エンジン始動完了後に、バッテリからその他の電気装置に通電される通常電流、あるいは発電機からバッテリに充電される充電電流とを本発明の電流検出器を使用して検出することが可能である。
【００１５】
（請求項６の発明）
請求項５に記載した電流検出器において、磁気センサは、第１の通電機会であるエンジン始動時に、第１の導体を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度を検出し、その磁束密度に比例した信号を出力し、第２の通電機会であるエンジン始動完了後に、第２の導体を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度を検出し、その磁束密度に比例した信号を出力することを特徴とする。
【００１６】
エンジンを始動する際にバッテリからスタータモータに通電される始動電流は、必然的にエンジンを始動する時のみ流れる。これに対し、バッテリからその他の電気装置に通電される通常電流、あるいは発電機からバッテリに充電される充電電流は、エンジンの始動完了後に流れる。すなわち、第１の通電経路を流れる第１の電流である始動電流と、第２の通電経路を流れる第２の電流である通常電流または充電電流とは、両者の通電機会が異なるので、本発明の電流検出器を使用して検出することが可能である。
【００１７】
（請求項７の発明）
本発明の電流検出システムは、請求項１〜６に記載した何れかの電流検出器と、磁気センサ近傍の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段で検出された温度により磁気センサの温度特性を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
磁気センサが温度依存性を有する場合、磁気センサ近傍の温度を検出して、その検出温度により磁気センサの温度特性を補正することで、より正確な電流検出が可能になる。
【００１８】
（請求項８の発明）
本発明は、請求項１〜７に記載した何れかの電流検出器を車載バッテリに搭載したことを特徴とする。
この構成によれば、本発明の電流検出器を車載バッテリに搭載したバッテリモジュールを提供できる。
【００１９】
（請求項９の発明）
車両エンジンを始動する際にスタータモータに通電される始動電流を算出し、この始動電流とエンジン始動時のバッテリ電圧とからバッテリ内部の初期状態量を検出し、それ以降、バッテリの充放電電流を初期状態量に加算してバッテリの内部状態を検出するバッテリ状態監視方法であって、請求項１〜８に記載した何れかの電流検出器により検出された電流を基に始動電流を算出することを特徴とする。
上記の構成によれば、本発明の電流検出器を使用してエンジン始動時の始動電流を検出できるので、その始動電流とエンジン始動時のバッテリ電圧とからバッテリ内部の初期状態量を精度良く検出できる。
【００２０】
（請求項１０〜１８の発明）
本発明の電流検出器は、第１の通電経路によって発生する磁界と、第２の通電経路によって発生する磁界とが、共に、磁気センサによって検出される。磁気センサの出力信号は、第１の通電経路に流れる電流と、第２の通電経路に流れる電流とに対応する。第２の負荷は、第１の負荷より小さく、第２の通電経路に流れる電流は、相対的に第１の通電経路に流れる電流より小さい。
【００２１】
調節手段は、第１の通電経路から磁気センサに作用する磁界と、第２の通電経路から磁気センサに作用する磁界との変化範囲を略等しく調節する。これにより、磁気センサの出力信号には、第１の通電経路に流れる電流と、第２の通電経路に流れる電流とが、略同一のレベルを持った信号として表れる。このため、２つの経路の電流値が、それら経路に接続される負荷の違いに起因して相違する場合も、一つの磁気センサによってそれら経路の電流値を検出することが可能である。
【００２２】
第１の負荷と第２負荷とは、それらへの通電機会が異なる負荷とすることができる。通電機会には、通電時期が含まれる。一つの磁気センサから得られる出力を、通電時期に応じて弁別し、第１の通電経路に流れる電流値と、第２の通電経路に流れる電流値とを識別して検出することができる。
第１の負荷は、第２の負荷に比べて通電時期が限られている負荷とすることができる。一つの磁気センサから得られる出力を、通電時期に応じて弁別し、第１の通電経路に流れる電流値と、第２の通電経路に流れる電流値とを識別して検出することができる。例えば、第１の負荷は、エンジンの始動時にのみ起動されるスタータモータであり、第２の負荷は、スタータモータ以外の車載電気負荷の少なくとも一つとすることができる。
【００２３】
前記の調節手段は、磁気センサに作用する磁界に対応するアンペアターン（ＡＴ）を調節する手段とすることができる。例えば、第１の通電経路に流れる電流を分流してアンペアターンを調節する分流手段を用いることができる。あるいは、第１の通電経路に流れる電流のうちの一定割合の電流のみが磁気センサに作用する磁界を発生するように、通電経路の一部に分流手段を配置することができる。更には、第１の通電経路の一部分に、少なくとも２つに分岐し、電流を分流する分岐部分を設け、その一方の分岐部分に生じる磁界のみを磁気センサに導く磁性体製コアを用いることができる。かかる分流手段を用いることにより、第１の通電経路に流れる相対的に大きい電流と、第２の通電経路に流れる相対的に小さい電流とを、共に、一つの磁気センサによって検出することができる。
【００２４】
また、調節手段として、例えば、第２の通電経路に流れる電流によって生じる磁界を、複数回繰り返して磁気センサに作用させ、そのターン数を調節する巻線を用いることができる。あるいは、第２の通電経路の一部分に巻線部分を設け、この巻線部分に生じる磁界を磁気センサに導く磁性体製のコアを用いることができる。かかる巻線手段を用いることにより、第１の通電経路に流れる相対的に大きい電流と、第２の通電経路に流れる相対的に小さい電流とを、共に、一つの磁気センサによって検出することができる。
更に、分流手段と巻線とを併用しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は電流検出器１の構成を示す平面図である。
本実施例の電流検出器１は、例えば、図７に示すバッテリ状態監視システムに利用することができ、エンジン始動時にバッテリ２からスタータモータ３（図７参照）に通電される始動電流と、エンジンの始動が完了した後、車両に搭載される発電機４（図７参照）からバッテリ２に充電される充電電流、またはバッテリ２から車両に搭載されるその他の電気装置（例えば照明、エアコン、ナビゲーション等）に通電される放電電流とを検出する。なお、前記バッテリ状態監視システムについては、後述の実施例４にて説明する。
【００２７】
この電流検出器１は、図１に示す様に、本発明の第１の通電経路である第１の通電線５に接続される第１の導体６、本発明の第２の通電経路である第２の通電線７に接続される第２の導体８、第１の通電線５に対し第１の導体６と並列に接続される第３の導体９、第１の導体６と第２の導体８の周囲に磁気回路を形成する磁気コア１０、及び磁気回路に生じる磁束密度を検出する磁気センサ１１より構成される。
【００２８】
第１の通電線５は、エンジン始動時にバッテリ２からスタータモータ３へ電力を供給するための電力ケーブルであり、図３（ａ）の時間ｔ１〜ｔ２に示されるエンジン始動時のみ最大１０００Ａ程度の始動電流が流れる。
第２の通電線７は、エンジン始動が完了した後、発電機４からバッテリ２に充電するための電力ケーブル、あるいはバッテリ２からその他の電気装置に通電するための電力ケーブルであり、通常は２００Ａ以下の電流（以下、通常電流と呼ぶ）が流れる。
【００２９】
第１の導体６、第２の導体８、及び第３の導体９は、それぞれ伝導率の高い材料、例えば銅によって断面矩形のバー形状に形成されている。
第１の導体６と第２の導体８は、略同一断面積、及び略同一長さを有し、磁気コア１０の内側を貫通している。
第３の導体９は、第１の導体６及び第２の導体８より断面積が大きく、図１に示す様に、自身の両側がＬ字状に屈曲して設けられている。
【００３０】
第１の導体６と第３の導体９は、両者の一端が中継電極１２にボルト１３で共に固定され、両者の他端が第１の通電線５に接続されたターミナル５ａにボルト１４で共に固定されている。
第２の導体８は、一端が上記中継電極１２にボルト１５で固定され、他端が第２の通電線７に接続されたターミナル７ａにボルト１６で固定されている。
中継電極１２は、バッテリ２のプラス側端子２ａに接続されるバッテリターミナル１７にボルト１８で固定されている。
【００３１】
磁気コア１０は、第１の導体６を流れる電流によって発生する磁界、及び第２の導体８を流れる電流によって発生する磁界を磁気回路に集中させる集磁体であり、フェライトやアモルファス、パーマロイなどの透磁率の極めて高い強磁性体で形成されている。この磁気コア１０には、図２に示す様に、磁気センサ１１を挿入するためのギャップ１０ａが形成されている。
【００３２】
磁気センサ１１は、磁気コア１０のギャップ１０ａに生じた磁束密度を検出して、その磁束密度に応じたセンサ信号（例えば電圧）を出力するもので、例えばＧａＡｓ、ＩｎＳｂなどの化合物半導体ホール素子や、演算回路を集積したシリコンチップにホール素子を搭載した１チップホールＩＣ、あるいは磁気抵抗素子などを使用することができる。
【００３３】
この磁気センサ１１は、第２の導体８を流れる電流のダイナミックレンジに対応した検出レンジを有している。言い換えると、第２の導体８を流れる２００Ａ以下の電流を検出するのに適した検出レンジを有している。
また、上記第１の導体６と第３の導体９は、第１の導体６を流れる電流によって磁気回路に生じる磁束密度が磁気センサ１１の検出レンジ内に入る様に、第１の導体６と第３の導体９との電気抵抗比、つまり断面積比が設定されている。
【００３４】
次に、電流検出器１の作用を説明する。
先ず、エンジン始動時には、図３に示す様に、図示しないスタータスイッチが閉操作（オン操作）されることで、スタータに内蔵された始動リレーが繋がり、スタータ信号がオン状態を維持する時間ｔ１〜ｔ２の間に、第１の通電線５を通ってバッテリ２からスタータモータ３に始動電流が供給される。この始動電流は、図３（ａ）に示す様に、最初に突入電流と呼ばれる１０００Ａ程度の大電流が流れた後、クランキング状態に応じて上下に変動しながら流れる。
【００３５】
この始動電流は、中継電極１２で第１の導体６と第３の導体９とに分流するが、その分流割合は、各々の導体断面積の比率で決定される。つまり、第１の導体６の断面積をＳ１、第３の導体９の断面積をＳ３とし、始動電流をＩｓとすれば、第１の導体６に流れる電流Ｉ１は、以下の式（１）で求められる。
Ｉ１＝Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ３）・Ｉｓ…………………………（１）
従って、Ｉｓが１０００Ａの場合に、Ｓ１：Ｓ３＝１：４に設定すれば、Ｉ１＝２００Ａとなる。
【００３６】
エンジンの始動が完了すると、発電機４がエンジンに駆動されて発電を開始するので、エンジン始動時の放電電流を補償すべく、発電機４から第２の通電線７及び第２の導体８を通ってバッテリ２に充電電流が流れ、図３（ａ）に示す時間ｔ２〜ｔ３の間でバッテリ２の急速充電が行われる。この時、発電機４からバッテリ２に流れる充電電流（通常電流）は、通常２００Ａ以下であり、上記の様にＩ１を２００Ａ程度に設定すれば、第１の導体６を流れる電流Ｉ１によって磁気回路に生じる磁束密度と、第２の導体８を流れる電流Ｉ２によって磁気回路に生じる磁束密度とを同程度の範囲に収めることができる。
始動電流Ｉｓは、第１の導体６に流れる電流Ｉ１から以下の式（２）より二次的に求めることができる。
Ｉｓ＝（Ｓ１＋Ｓ３）／Ｓ１・Ｉ１…………………………（２）
【００３７】
（実施例１の効果）
本実施例では、最大１０００Ａ程度の始動電流が第１の通電線５を流れる通電機会と、２００Ａ以下の通常電流が第２の通電線７を流れる通電機会とが異なるので、その通電機会によって始動電流と通常電流とを判別できる。
また、第１の通電線５に対し第１の導体６と第３の導体９とを並列に接続しているので、始動電流が第１の導体６と第３の導体９とに分流し、その分流割合が両者の断面積比（電気抵抗比）に応じて決定される。
【００３８】
ここで、第１の導体６を流れる電流が、第２の導体８を流れる電流と略等しくなる様に、あるいは磁気センサ１１の検出レンジ内に入る様に、第１の導体６と第３の導体９との断面積比を設定すれば、図３（ｂ）に示す様に、第２の導体８を流れる電流のダイナミックレンジに対応した検出レンジを有する磁気センサ１１により、第２の導体８を流れる電流と同様に、第１の導体６を流れる電流も精度良く検出することができる。
【００３９】
これにより、通電機会が異なり、且つダイナミックレンジが大きく異なる２系統の電流、即ち始動電流と通常電流を１つの電流検出器１により検出できる。また、本実施例の電流検出器１は、磁気コア１０にバイパス調整用の高密度巻線を施す必要がないので、特許文献２に開示される様な、磁気平衡型の電流検出器と比較して低コスト化を実現できる。
【実施例２】
【００４０】
図４は電流検出器１の構成を示す平面図である。
上記の実施例１では、第１の通電線５に第１の導体６と第３の導体９とを並列に接続して、始動電流を第１の導体６と第３の導体９とに分流させる一例を記載したが、この実施例２では、第２の導体８を流れる通常電流によって磁気回路に生じる磁束密度を増大させる一例を記載する。
以下、実施例１に記載した電流検出器１との構成上の相違点を中心に説明する。
【００４１】
本実施例の電流検出器１は、実施例１に記載した第３の導体９を廃止して、第１の通電線５に第１の導体６のみが接続され、その第１の導体６の他に、第２の導体８、磁気コア１０、及び磁気センサ１１を備える。
第１の導体６は、実施例１と同様に、銅から成る断面矩形のバー形状を有し、一端がボルト１３によって中継電極１２に固定され、他端がボルト１４によって第１の通電線５に接続されたターミナル５ａに固定されている。従って、この第１の導体６には、実施例１の様に始動電流が分岐して流れることはなく、始動電流がそのまま流れる。
【００４２】
第２の導体８は、絶縁被膜されたマグネットワイヤを使用し、一端がボルト１５によって中継電極１２に固定され、他端がボルト１６によって第２の通電線７に接続されたターミナル７ａに固定されている。また、この第２の導体８には、図５に示す様に、磁気回路の一部をコイル状に巻回する巻回部８ａが設けられている。
磁気コア１０は、実施例１と同様、磁気センサ１１を挿入するためのギャップ１０ａ（図５参照）を有して磁気回路を形成している。
【００４３】
磁気センサ１１は、第１の導体６を流れる始動電流のダイナミックレンジに対応した検出レンジを有している。言い換えると、１０００Ａ程度の電流を検出するのに適した検出レンジを有している。
上記の第２の導体８に設けられる巻回部８ａは、第２の導体８を流れる通常電流によって磁気回路に生じる磁束密度が、磁気センサ１１の検出レンジ内に入る様に、巻き回数が設定されている。
【００４４】
次に、電流検出器１の作用を説明する。
第２の導体８に設けられる巻回部８ａの巻き回数と、第２の導体８を流れる電流によって磁気コア１０を流れる磁束量との関係は、第２の導体８を流れる電流をＩ２、巻き回数をｎ、磁界の強さをＨ２、磁気コア１０の透磁率をμ、断面積をＳ、磁路長をＬ、総磁束密度をＢ２とすると、以下の関係式（３）、（４）が成立する。
Ｈ２＝ｎ・Ｉ２／Ｌ  ［Ａ／ｍ］……………………………（３）
Ｂ２＝μ・Ｈ２      ［Ｗｂ］
＝μ・ｎ・Ｉ２／Ｌ………………………………………（４）
【００４５】
上記の関係式（３）、（４）より、第２の導体８を電流が流れることで磁気回路に生じるギャップ１０ａの総磁束密度Ｂ２は、巻回部８ａの巻き回数ｎに比例し、その巻き回数ｎに応じて任意に増強可能である。従って、始動電流を最大１０００Ａ、通電電流を最大２００Ａとすれば、巻き回数ｎを５程度にしておけば良い。これにより、第２の導体８を通常電流が流れることによって生じる磁束量と、第１の導体６を始動電流が流れることによって生じる磁束量とを略同程度の範囲内に収めることができる。
なお、第２の導体８を流れる通常電流の値は、磁気センサ１１によって検出された電流値Ｉ２を巻回部８ａの巻き回数ｎで除算することにより求めることができる。
【００４６】
（実施例２の効果）
本実施例においても、実施例１と同様、通電機会が異なり、且つダイナミックレンジが大きく異なる２系統の電流、即ち始動電流と通常電流を１つの電流検出器１により精度良く検出できる。また、磁気コア１０にバイパス調整用の高密度巻線を施す必要がないので、特許文献２に開示される様な、磁気平衡型の電流検出器と比較して低コスト化を実現できる。
【実施例３】
【００４７】
図６はバッテリモジュール１９の斜視図である。
本実施例は、実施例１または実施例２で説明した電流検出器１を樹脂ケースやアルミダイキャストのケース等に装着し、図６に示すように、車載バッテリ２に搭載することにより、バッテリモジュール１９として構成した場合の一例を示す。
この場合、電流検出器１をバッテリ２の上に直接搭載するので、配線の煩わしさが少なく、且つ省スペース化を実現できる。
【実施例４】
【００４８】
図７はバッテリ状態監視システムの構成を示すブロック図である。
この実施例４では、本発明の電流検出器１を使用して検出した電流値を基に、バッテリ２の内部状態を監視するバッテリ状態監視システムについて説明する。
このバッテリ状態監視システムは、図７に示す様に、本発明の電流検出器１と、バッテリ２の残存容量を算出するバッテリ状態監視ＥＣＵ２０とを備える。
【００４９】
電流検出器１は、実施例１または２に記載した通りで、通電機会が異なる始動電流と通常電流とを精度良く検出可能である。なお、ホール素子等を使用した磁気センサ１１は、温度依存性があるため、磁気センサ１１の温度特性を補正するために、磁気センサ１１の近傍に本発明の温度検出手段である温度センサ２１が取り付けられ、磁気センサ１１近傍の温度を検出してバッテリ状態監視ＥＣＵ２０に出力している。
【００５０】
バッテリ状態監視ＥＣＵ２０には、図８に示す様に、磁気センサ１１の出力信号、温度センサ２１の出力信号、スタータ信号（図７では始動スイッチ２２のオン／オフ信号）、及び電圧計２３で検出されたバッテリ２の端子間電圧（以下、バッテリ電圧と呼ぶ）が取り込まれる。
バッテリ状態監視ＥＣＵ２０の内部には、以下に説明する温度補正部２０ａ、始動判定部２０ｂ、第１ゲイン設定部２０ｃ、第２ゲイン設定部２０ｄ、初期値演算部２０ｅ、及び積算部２０ｆなどが設けられている。
【００５１】
温度補正部２０ａは、温度センサ２１で検出された磁気センサ１１近傍の温度に応じて、磁気センサ１１の温度特性を補正している。
始動判定部２０ｂは、スタータ信号によりスタータモータ３の始動判定を行っている。  第１ゲイン設定部２０ｃは、始動判定部２０ｂにてスタータ信号のオン状態が確認された時に、温度補正部２０ａにて補正された磁気センサ１１の出力に対するゲインＫを演算する。
【００５２】
第２ゲイン設定部２０ｄは、始動判定部２０ｂにてスタータ信号が確認された後、そのスタータ信号がオンからオフへ切り替わった後、温度補正部２０ａにて補正された磁気センサ１１の出力に対するゲインＧを演算する。
ここで、ゲインＫ、Ｇの設定方法について説明する。
なお、ゲインＫ、Ｇの設定方法は、実施例１の電流検出器１を使用した場合と実施例２の電流検出器１を使用した場合とで異なるため、それぞれに応じて説明する。
【００５３】
ａ）実施例１の電流検出器１を使用した場合。
実施例１の電流検出器１では、エンジン始動時に第１の導体６を流れる電流値が、第１の導体６と第３の導体９との断面積比に応じて決定されるので、第１の導体６の断面積をＳ１、第３の導体９の断面積をＳ３とすると、スタータ信号のオン状態が確認された時に、ゲインＫが以下の式（５）により設定される。この時、通常電流は検出されないので、ゲインＧ＝０と設定する。
Ｋ＝（Ｓ１＋Ｓ３）／Ｓ１……………………………………（５）
一方、そのスタータ信号がオンからオフへ切り替わった後に設定されるゲインＧは、磁気センサ１１の出力信号を取り込むサンプル間隔Δｔによって決定される。この時、始動電流は検出されないので、ゲインＫ＝０と設定する。
【００５４】
ｂ）実施例２の電流検出器１を使用した場合。
実施例２の電流検出器１では、エンジン始動時に第１の導体６を流れる始動電流が磁気センサ１１で検出されるので、スタータ信号のオン状態が確認された時に、ゲインＫ＝１となる。この時、通常電流は検出されないので、ゲインＧ＝０と設定する。
一方、通常電流が流れる時に磁気センサ１１にて検出される電流値をＩ２、第２の導体８の巻回部８ａの巻き回数をｎとすると、通常電流はＩ２／ｎとなるため、スタータ信号がオンからオフへ切り替わった後に設定されるゲインＧは、Δｔ／ｎとなる。この時、始動電流は検出されないので、ゲインＫ＝０と設定する。
【００５５】
初期値演算部２０ｅは、バッテリ２の内部抵抗値に応じた残存容量値の相関マップ（図９参照）を格納しており、エンジンの始動時毎にバッテリ２の内部抵抗Ｒを算出して、前記相関マップより始動時の残存容量を初期値ＳＯＨ０として算出する。なお、始動時のバッテリ２の内部抵抗Ｒ０は、始動前のバッテリ端子電圧Ｖ１と、始動時のバッテリ端子電圧Ｖ２、及び始動電流Ｉｓを求めた後、以下の式（６）より算出される。
Ｒ０＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｉｓ…………………………………（６）
この初期値演算部２０ｅは、ゼロが入力されたら（ゲインＫ＝０時）、前回の参照値を継続して出力するように設定してある。即ち、始動機会毎に初期値が更新される。
【００５６】
積算部２０ｆは、以下の式（７）、（８）に示される様に、エンジン始動後に検出される電流値（第２の導体８を流れる電流Ｉ２）にゲインＧを乗じた量を消費電気量として求め、その消費電気量を、初期値演算部２０ｅにて算出されたバッテリ２の初期値ＳＯＨ０に逐次加算して、バッテリ２の残存容量ＳＯＨを算出する。なお、式（７）は実施例１の電流検出器１を使用した場合に適用され、式（８）は実施例２の電流検出器１を使用した場合に適用される。
ＳＯＨ＝ＳＯＨ０＋Σ（Ｉ２・Δｔ）………………………（７）
ＳＯＨ＝ＳＯＨ０＋Σ（Ｉ２・Δｔ／ｎ）…………………（８）
【００５７】
上記の様に、バッテリ状態監視ＥＣＵ２０は、エンジンの始動時毎にバッテリ２の内部抵抗Ｒ０を算出して、前記相関マップより始動時のバッテリ残存容量を初期値ＳＯＨ０として算出した後、バッテリ２の消費電気量Ｉ２・Δｔを初期値ＳＯＨ０に順次加算して行くことにより、エンジン始動後のバッテリ２の内部状態をＳＯＨという状態量でリアルタイムに監視している。
【００５８】
なお、バッテリ状態監視ＥＣＵ２０にて算出されたＳＯＨは、例えば発電機４の制御に利用される。具体的には、ＳＯＨが所定値以上でバッテリ２の充電状態が良好な場合は、回生発電を優先させる。つまり、車両の減速時には発電機４の発電量を増強し、逆に車両の加速時には発電を停止させる。
通常、車両の減速時には、エンジンに燃料が噴射されることはなく、車両の運動エネルギ（慣性エネルギ）により、トランスミッションを介して車軸からエンジンが連れ回されている。従って、この減速時に発電量を増強しても、発電のために燃料が消費されることはない。
【００５９】
一方、加速時には、車速を目標値まで上げるために燃料を噴射する。この時、エンジンで駆動される発電機４が発電していると、発電機４で消費するトルク分の燃料を消費することになり、この加速時に発電を停止すれば、発電のための燃料消費が節約できる。なお、この加速時には、先の減速時に発電した電力をバッテリ２に蓄積しておき、このバッテリ２から電気装置に電力供給する。
【００６０】
この様な制御は、発電を停止することでバッテリ２の負担が増えるため、電源の安定供給という観点からは好ましくない。従って、バッテリ２の充電状態（ＳＯＨ）を常時監視する必要があり、ＳＯＨが所定値を下回った時は、発電機４の発電停止を禁止する。また、運転者にＳＯＨが低下していることを知らせることもできる。
【００６１】
（変形例）
上記の実施例１及び実施例２の電流検出器１は、第１の導体６及び第２の導体８を流れる電流によって生じる磁界を磁気コア１０に集中させて、その磁束密度を磁気センサ１１にて検出する方法であるが、「背景技術」に記載した特許文献２に示される様な、磁気平衡型の電流検出方法を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例１に係る電流検出器の構成を示す平面図である。
【図２】実施例１に係る図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】実施例１に係るバッテリの充放電電流に対する磁気センサの出力信号を示すタイムチャートである。
【図４】実施例２に係る電流検出器の構成を示す平面図である。
【図５】実施例２に係る図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】実施例３に係るバッテリモジュールの斜視図である。
【図７】実施例４に係るバッテリ状態監視システムの構成を示すブロック図である。
【図８】実施例４に係るバッテリ状態監視ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図９】実施例４に係るバッテリの内部抵抗と残存容量との相関を示す特性図である。
【図１０】背景技術に係わるバッテリの充放電電流に対する磁気センサの出力信号を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１    電流検出器
２    バッテリ
２ａ  バッテリのプラス側端子
３    スタータモータ（第１の電気負荷、第１の負荷）
４    発電機（第２の電気負荷、第２の負荷）
５    第１の通電線（第１の通電経路）
６    第１の導体（調節手段）
７    第２の通電線（第２の通電経路）
８    第２の導体
８ａ  第２の導体の巻回部（調節手段）
９    第３の導体（調節手段）
１０    磁気コア
１１    磁気センサ
１９    バッテリモジュール
２０    バッテリ状態監視ＥＣＵ
２０ａ  温度補正部（補正手段）
２１    温度センサ（温度検出手段）
【図１】
2005037323.tif 000003
【図２】
2005037323.tif 000004
【図３】
2005037323.tif 000005
【図４】
2005037323.tif 000006
【図５】
2005037323.tif 000007
【図６】
2005037323.tif 000008
【図７】
2005037323.tif 000009
【図８】
2005037323.tif 000010
【図９】
2005037323.tif 000011
【図１０】
2005037323.tif 000012