(57)【要約】【課題】電流センサの残留磁界による誤差と時間的変動による誤差とにより生じる、電流センサのオフセットを補償する。【解決手段】負荷に流れる電流を検出する電流センサ６と、電流センサ６のオフセットを補償するオフセット補償部７と、電流センサ６の残留磁界を減少させる消磁電流を生成する回路部とを備え、オフセット補償部７は、電流センサ６により測定される消磁電流の測定値と、測定値に対応する消磁電流の電流値とを用いて電流センサ６のオフセット値を演算し、オフセット値に基づいてオフセットを補償する。【選択図】  図１
2012182920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に流れる電流を検出する電流センサと、
前記電流センサのオフセットを補償するオフセット補償部と、
前記電流センサの残留磁界を減少させる消磁電流を生成する回路部とを備え、
前記オフセット補償部は、
前記電流センサにより測定される前記消磁電流の測定値と、前記測定値に対応する前記消磁電流の電流値とを用いて前記電流センサのオフセット値を演算し、
前記オフセット値に基づいて前記オフセットを補償する
ことを特徴とする電流センサ制御装置。
【請求項２】
前記オフセット補償部は、
前記測定値と前記電流値とを用いた直線回帰演算により前記オフセット値を演算する
ことを特徴とする請求項１記載の電流センサ制御装置。
【請求項３】
前記オフセット補償部は、
前記消磁電流が前記電流センサに入力された時から所定期間経過後の前記消磁電流の前記測定値を用いて前記オフセット値を演算する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電流センサ制御装置。
【請求項４】
前記回路部は、抵抗、インダクタ及びコンデンサを有する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電流センサ制御装置。
【請求項５】
前記回路部はスイッチング手段を有し、
前記オフセット補償部は
前記スイッチング手段をオン及びオフを切り替えることで前記消磁電流を生成させる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサ制御装置。
【請求項６】
前記オフセット補償部は、
前記消磁電流を生成させる指令値を前記回路部に送信し、
前記指令値をサンプリングすることにより前記電流値を得る
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電流センサ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流センサ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力増幅手段から電動機に供給される電流を検出する電流検出器と、電流検出器の出力に含まれるオフセット値を補償する電流オフセット補償部とを備えた電動器の制御装置において、時間と共に減衰する交番信号を当該電流検出器に供給する消磁用信号司令部と、当該消磁用信号司令部の出力信号と電流指令信号値に基づいた信号とを切り換えて次段に供給するスイッチとを具備し、当該交番信号を当該電流検出器に流した後に、当該電力増幅手段を停止させて、オフセット値を算出する電動機の制御装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２２７７８２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、従来の電動機の制御装置において、時間的変動要素によって生じる電流検出器の検出誤差を補償することができない、という問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、電流センサの残留磁界による誤差と時間的変動による誤差とにより生じる、電流センサのオフセットを補償することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、回路部を制御することにより消磁電流を電流センサに入力し、当該電流センサにより測定される消磁電流の測定値と、当該測定値に対応する消磁電流の電流値とを用いて電流センサのオフセット値を演算し、オフセットを補償することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電流センサに消磁電流を流すことにより、電流センサの残留磁界による誤差を抑制しつつ、時間的変動要素による誤差を消磁電流の測定値から検出するため、電流センサのオフセットを精度よく補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る電流センサ制御装置の回路図である。
【図２】図１の電流センサに流れる消磁電流の時間に対する電流特性を示すグラフである。
【図３】図１の電流センサにおいて、消磁電流の電流値に対する測定値（出力電圧）の特性を示すグラフである。
【図４】図１の電流センサ制御装置の制御手順の一部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】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
《第１実施形態》
図１は、発明の実施形態に係る電流センサ制御装置を示す回路図である。詳細な図示は省略するが、本例の電流センサ制御装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等に搭載されるバッテリに接続され、当該バッテリからの直流電流を検出するセンサの制御装置として用いられる。なお本例のインバータ制御装置は、例えばハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の電気自動車以外の車両にも適用可能である。
【００１１】
図１に示すように、本例の電流センサ制御装置１は、バッテリ２と、スイッチＳ１〜Ｓ３と、抵抗Ｒと、インダクタＬと、コンデンサＣと、電流センサ６と、オフセット補償部７とを備える。バッテリ２は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池又は一次電池を複数接続することで構成される直流電源である。バッテリ２は、図示しないモータなどの負荷に対して電力を供給する電力源である。
【００１２】
スイッチＳ１〜Ｓ３は、バッテリ２と電流センサ６との間に接続され、オフセット補償部７の制御信号に基づきオン及びオフを切り替える。バッテリ２のプラス端子側には、スイッチＳ１及びスイッチＳ２の並列回路が接続され、バッテリ２のマイナス端子側にはスイッチＳ３が接続されている。またバッテリ２の端子間には、スイッチＳ１及びスイッチＳ３を介して、抵抗Ｒ、インダクタＬ及びコンデンサＣによるＲＬＣ直列回路が接続されている。
【００１３】
オフセット補償部７は、電流センサ制御装置１の制御部であって、バッテリ１、スイッチＳ１〜Ｓ３及び電流センサ６を制御する。オフセット補償部７は、バッテリ２の電圧及び電流を管理する。なおバッテリ２は、必ずしもオフセット補償部７で管理する必要はなく、別途バッテリコントローラ（図示しない）を設けて管理してもよい。その際、オフセット補償部７は、当該バッテリコントローラからバッテリ２の出力値を把握すればよい。また、オフセット補償部７は、後述するように、電流センサ６の測定値から電流センサ６のオフセットを補償する。
【００１４】
電流センサ６は、バッテリ２から出力されて負荷（図示しない）に流れる電流を検出するセンサであり、スイッチＳ１〜Ｓ３を介して、バッテリ２に接続されている。また、電流センサ６を構成するコアはヒステリシス特性を有している。そのため、本例のバッテリ２から図示しない負荷に対して電力を供給し、電流センサ６により電流を検出する場合には、電流センサ６に残留磁界が残る。本例では、後述するように、図１に示す回路を用いて、当該残留磁界を減少させるための消磁電流（交番電流）を電流センサ６に流し、残留磁界の消磁を行う。
【００１５】
次に、図１〜図３を用いて、電流センサ制御装置１の制御について説明する。図２は消磁電流の波形を示す特性図であって、時間に対する電流特性を示すグラフである。図３は消磁電流の電流値（Ｉ）に対する電流センサ６の出力電圧（Ｖ）の特性を示すグラフである。
【００１６】
オフセット補償部７は、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３に制御信号を送信し、消磁電流を流す際にはスイッチＳ１及びＳ３のオン及びオフを所定の周期で切り替え、バッテリ４の直流電力を負荷（図示しない）に出力する際にはスイッチＳ２及びＳ３をオンにする。スイッチＳ１及びスイッチＳ３を制御する場合には、図１に示すように、バッテリ２と電流センサ６との間に、ＲＬＣ直列回路が導通される。かかる状態で、スイッチＳ１及びＳ３のオン及びオフが周期的に切り替えられると、図２に示すように、時間の経過に伴い減衰しつつ収束する振動波形の電流が流れる。本例では、図２の電流を消磁電流として、電流センサ６に流すことにより、電流センサ６の残留磁界を減少させる。すなわち、本例では、ＤＣ電源のような消磁電流（交番電流）を発生させることが困難な電源であっても、ＲＬＣ回路を用い、オフセット補償部７により、スイッチＳ１及びＳ３を周期的にオン及びオフを切り替えることで、消磁電流を発生させる。
【００１７】
そして、オフセット補償部７は、消磁電流を電流センサ６に流している間に、所定の周期（Ｔａ）で電流センサ６の測定値をサンプリングする。またオフセット補償部７は、サンプリングされた測定値に対応する消磁電流の電流値を、スイッチＳ１及びＳ３に入力される、消磁電流を発生させるための制御信号に基づいて算出する。バッテリ２の状態は、オフセット補償部７により管理され、ＲＬＣ回路を形成する抵抗Ｒ、インダクタＬ及びコンデンサＣのそれぞれのパラメータは、回路設計の段階で予め決まっているため、当該ＲＬＣ回路に流れる電流波形も予め設定される。そのため、消磁電流を流した時からのサンプリングのタイミングが分かれば、消磁電流の電流値を導き出すことができる。すなわち、オフセット補償部７は、消磁電流を流し始めた時を基準として、電流センサ６の測定値のサンプリング時間と消磁電流の電流値のサンプリング時間とを対応させて、電流センサ６の測定値を電流センサ６の出力電圧から測定し、消磁電流の電流値を予め設定される電流波形の値から算出する。
【００１８】
また電流センサ６の測定値を計測する際に、サンプリングの開示時間は時間（ｔｃ）に設定されている（図２を参照）。消磁電流を流し始めてから時間（ｔｃ）が経過するまでの間は、残留磁界の影響が大きいため、オフセット補償部７は、消磁電流を流し始めてから時間（ｔｃ）の時点から、サンプリング周期（Ｔａ）で、電圧センサ７の出力電圧をサンプリングする。時間（ｔｃ）は、オフセット補償部７に予め設定されている時間であり、好ましくは消磁電流を流し始めてから、消磁電流の最初の１周期が経過した後の時間に設定するとよい。図２に示すように、消磁電流を流し始めてから、最初の１周期の電流の値は、２周期以降の電流の値と比較して大きい。そのため、時間（ｔｃ）を設定する際に、最初の１周期分の電流波形をサンプリングから除外することで、サンプリング値が残留磁界に大きく影響されることを防ぐことができる。
【００１９】
そして、サンプリング補償部７は、残留電流がゼロに収束するまで、電流センサ６により、消磁電流を計測する。なお、図２において、黒丸が消磁電流上でサンプリングされるタイミングを示している
次に、オフセット補償部７は、電流センサ６の測定値（出力電圧）と消磁電流の電流値とを、それぞれのサンプリングのタイミングを対応させつつ、電流−電圧特性図にプロットする。そして、プロットしたデータの近似関数をとるべく、直線回帰演算を行い、図３に示すようなＩ−Ｖ特性（直線Ｌ）を求める。図３に示すように、切片に相当する電圧値が、消磁電流の電流値に対する電流センサ６の検出値の誤差に相当し、オフセット値（Ｖｏｆｆ）となる。すなわち、電流センサ６に実際に流れる消磁電流の電流値と、電流センサ６の検出電圧との間に、誤差が生じていなければ、オフセット補償部７により求められたＩ−Ｖ特性において、電流値ゼロに対する出力電圧はゼロになる。しかし、当該ズレが生じている場合は、電流センサ６の各出力電圧はオフセットの分だけ、それぞれずれてしまうため、求められたＩ−Ｖ特性（直線Ｌ）は理想Ｉ−Ｖ特性（図３の点線のグラフを参照）に対して、オフセット値の分、ずらした特性となる。
【００２０】
そして、オフセット補償部７は、Ｉ−Ｖ特性の切片からオフセット値（Ｖｏｆｆ）を演算し、電流センサ６の測定値からオフセット値に相当する値を減ずることで、オフセット補償を行い、補償した後の電流センサ７の検出電流（Ｉｃ）をバッテリ１の出力電流値とする。これにより、オフセット補償部７は、オフセット値（Ｖｏｆｆ）に基づいて、電流センサ７のオフセットを補償する。
【００２１】
次に、図４を用いて、本例の電流センサ制御装置１の制御手順を説明する。図４は、本例の電流センサ制御装置１の制御手順を示すフローチャートである。
【００２２】
ステップＳ１にて、オフセット補償部７は、電流センサ６の残留磁界を減少するために、消磁電流を流すことを示す制御信号をスイッチＳ１及びＳ３に送信し、スイッチＳ１及びスイッチＳ３のオン及びオフを切り替えて、消磁電流を電流センサ６に流す。ステップＳ２にて、オフセット補償部７は、消磁電流を電流センサ６に流し始めてからの時間を把握し、当該時間が時間（ｔｃ）を経過したか否かを判断する。そして時間（ｔｃ）が経過すると、ステップＳ３に遷る。
【００２３】
ステップＳ３にて、電流センサ６は、時間（ｔｃ）の時点から、所定のサンプリング周期（Ｔａ）で、消磁電流を計測し、計測値を電圧によりオフセット補償部７に出力する。ステップＳ４にて、オフセット補償部７は、消磁電流がゼロに収束したか否かを判断する。消磁電流がゼロに収束していない場合には、ステップＳ３に戻り、消磁電流がゼロに収束した場合には、ステップＳ５に遷る。ステップＳ５にて、オフセット補償部７は、予め設定される消磁電流の電流波形から、ステップＳ３で測定された測定値に対応する電流値を算出し、算出された消磁電流の電流値と電流センサ６の測定値から、近似関数であるＩ−Ｖ特性を演算する。
【００２４】
ステップＳ６にて、オフセット補償部７は、ステップＳ５により演算されたＩ−Ｖ特性の切片に相当する、オフセット値（Ｖｏｆｆ）を演算する。そして、ステップＳ７にて、オフセット補償部７は、電流センサ６の測定値から当該オフセット値（Ｖｏｆｆ）を減算することで、電流センサ６のオフセットを補償する。
【００２５】
上記のように、本例は、オフセット補償部７により、電流センサ６に流れる消磁電流の電流値と電流センサ６の測定値とを用いて電流センサ６のオフセット値を演算し、オフセット値に基づいて電流センサ７のオフセットを補償する。これにより、本例は、消磁電流を電流センサ６に流し電流センサ６の残留磁界を減少させることで、電流センサ６のヒステリシスによる誤差を低減し、また消磁電流の電流値と電流センサ６の測定値とを用いてオフセット値を演算することで、時間的要素により生じる、電流センサ６の検出誤差を低減させることができる。
【００２６】
ところで、従来のように、インバータの稼働を停止し消磁電流がゼロに収束した後に、電流センサにより測定される、一点の測定値を用いてオフセットを補償する場合について詳述する。消磁電流がゼロである時の実際の電流センサの測定値は、温度特性又は劣化特性などの時間的に変動する要因によって、本来のオフセット以上の誤差を含む可能性がある。この時、従来は、当該誤差に基づいてオフセット補償するため、補償後の測定値は理想値とずれたままであり、オフセット補償が精度よく行われていない。
【００２７】
本例は、消磁電流がゼロである時の測定値に限られることはなく、消磁電流を流している時の電流センサ６の測定値を用いることにより、測定値のサンプル数を増やすことができる。そして、サンプルの近似関数とることで、時間的要因による誤差を平均化させてオフセット値に適切に反映させることができ、その結果として、オフセット補償の精度を高めることができる。また、電流センサ７の測定レンジに対して、広い範囲でオフセット補償を行うことができる。
【００２８】
また本例は、消磁電流の電流値と電流センサ６の計測値とを用いて直線回帰演算によりオフセット値を演算する。これにより、本例は、直線回帰演算により演算されたＩ−Ｖ特性の直線Ｌの傾きが理想直線と異なる場合を検出することができ、負荷に供給するための電流を電流センサ６により検出する前に、オフセットを補償することができる。
【００２９】
なお、本例において、Ｉ−Ｖ特性の直線Ｌの傾きが理想直線と異なる場合に、電流センサ６の測定レンジ毎にオフセットを補償してもよく、Ｉ−Ｖ特性の直線Ｌと理想直線との差に応じて、電流センサ６の測定値に対応するオフセット値を演算し、オフセット補償をしてもよい。すなわち、例えば、図３を参照し、直線Ｌの傾きが理想直線（図４の点線で示す）の傾きより大きい場合には、電流値が大きいほど、直線Ｌと理想直線との乖離が大きくなる。そのため、電流値が大きいほどオフセット値を大きくして、測定値から減ずることで、補償後の測定値を理想直線に近づけることができ、その結果として、オフセットの補償の精度を高めることができる。
【００３０】
また、本例の電流センサ制御装置１を車両に搭載し、車両駆動用のスイッチ（図示しない）に連動させて、図４に示すステップを行う場合に、当該スイッチをオンにする時に、前回の走行により発生した残留磁界による誤差が電流センサ６の測定値に含まれる場合がある。しかし、本例では残留磁界を減少させつつオフセット補償するため、前回の走行による残留磁界の影響を抑制しつつ、オフセットを補償することができる。
【００３１】
また本例において、オフセット補償部７は、消磁電流が電流センサ６に入力された時から時間（ｔｓ）を経過した後の測定値を用いてオフセット値を演算する。図２に示すように、消磁電流が電流センサ６に入力された時から時間（ｔｓ）の間は、残留磁界の影響が大きいため、時間（ｔｓ）までの消磁電流の測定値を用いず、時間（ｔｓ）以降の測定値を用いてオフセット値を演算する。これにより、残留磁界の影響を抑制しつつ、オフセット値を演算するためのサンプルを抽出し、オフセットを補償することができる。
【００３２】
また本例は、消磁電流を発生させるための回路として、ＲＬＣ回路を用いる。これにより、バッテリ４である直流電源のような消磁電流を発生させることの困難な電源を用いても、消磁電流を発生することができる。
【００３３】
また本例は、消磁電流を発生させるための回路に、スイッチＳ１及びＳ３を設け、スイッチＳ１及びＳ３のオン及びオフを周期的に切り替えることで、消磁電流を発生させる。これにより、バッテリ４である直流電源のような消磁電流を発生させることが困難な電源を用いても、消磁電流を発生することができる。
【００３４】
なお、本例は、負荷の一例としてモータを用いたが他の負荷であってもよく、また本例の電流センサ制御装置１は、インバータ以外の他の装置に用いてもよい。また本例は、オフセット値を演算する際に、直線回帰演算より直線Ｉ−Ｖ特性を用いたが、近似曲線等の他の近似関数を用いてもよい。他の近似関数を用いる場合には、近似関数上において、消磁電流がゼロの時の測定値をオフセット値とすればよい。
【００３５】
上記スイッチＳ１及びＳ３と、抵抗Ｒ、インダクタＬ及びコンデンサＣとにより構成される回路が本発明に係る「回路部」に相当する。
【符号の説明】
【００３６】
１…電流センサ制御装置
２…バッテリ
６…電流センサ
７…オフセット補償部
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…スイッチ
Ｒ…抵抗
Ｌ…インダクタ
Ｃ…コンデンサ
【図１】
2012182920.tif 000003
【図２】
2012182920.tif 000004
【図３】
2012182920.tif 000005
【図４】
2012182920.tif 000006