(57)【要約】【課題】パターン配線の抵抗値の変化を吸収するためのハードウェア構成を必要とすることなく、抵抗値の温度変化を考慮してパターン配線に流れる電流を算出できる電流値算出装置を提供する。【解決手段】演算処理部は、パターン配線の電圧とパターン配線の抵抗値とに基づいて電流値を算出する第１工程（ＳＴ３）と、抵抗値と電流値とに基づいてパターン配線における消費電力を算出する第２工程（ＳＴ４）と、パターン配線から温度検出部までの熱抵抗と、当該消費電力との積を、パターン配線の周辺の第１温度に加算して、パターン配線の温度たる第２温度を算出し、第２温度に基づいて抵抗値を更新する第３工程（ＳＴ５）と、電圧と第３工程で更新された抵抗値とに基づいて電流値を算出する第４工程（ＳＴ３）とをこの順に実行する。【選択図】図５
2017096694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられるパターン配線に流れる電流の電流値を求める装置であって、
前記パターン配線の周辺の温度たる第１温度を検出する温度検出部と、
前記パターン配線に印加される電圧を検出する電圧検出部と、
前記電流値を求める演算処理部と
を備え、
前記演算処理部は、
前記電圧と前記パターン配線の抵抗値とに基づいて前記電流値を算出する第１工程と、
前記抵抗値と前記電流値とに基づいて前記パターン配線における消費電力を算出する第２工程と、
前記パターン配線から前記温度検出部までの熱抵抗と、前記消費電力との積を、前記第１温度に加算して、前記パターン配線の温度たる第２温度を算出し、前記第２温度に基づいて前記抵抗値を更新する第３工程と、
前記電圧と前記第３工程で更新された前記抵抗値とに基づいて前記電流値を算出する第４工程と、
をこの順に実行する、電流値算出装置。
【請求項２】
前記車両に設けられる負荷と、
請求項１に記載の電流値算出装置と
前記電流値が閾値を超えるときに、前記負荷に流れる負荷電流を制限する電流制限部と
を備え、
前記パターン配線は前記負荷電流が流れる経路の上に設けられる、車載システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電流値算出装置および車載システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電流検出回路が記載されている。この電流検出回路では四辺を有する抵抗ブリッジのうち、一辺において抵抗と直列接続されたダイオードが採用される。特許文献１に示された技術は、このダイオードの温度特性を用いることにより、当該一辺と対向する辺において設けられた電流測定用の抵抗の温度特性を吸収する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１２８２６７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、特許文献１の電流検出回路に大電流が流れる場合には、ダイオードとして電流定格の大きいものを採用する必要がある。そのようなダイオードのサイズは大きく、好ましくない。
【０００５】
そこで本発明は、パターン配線の抵抗値の温度変化を吸収するためのハードウェア構成を必要とすることなく、抵抗値の温度変化を考慮してパターン配線に流れる電流を算出できる電流値算出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電流値算出装置は、車両に設けられるパターン配線に流れる電流の電流値を求める装置である。電流値算出装置は、前記パターン配線の周辺の温度たる第１温度を検出する温度検出部と、前記パターン配線に印加される電圧を検出する電圧検出部と、前記電流値を求める演算処理部とを備える。前記演算処理部は、前記電圧と前記パターン配線の抵抗値とに基づいて前記電流値を算出する第１工程と、前記抵抗値と前記電流値とに基づいて前記パターン配線における消費電力を算出する第２工程と、前記パターン配線から前記温度検出部までの熱抵抗と、前記消費電力との積を、前記第１温度に加算して、前記パターン配線の温度たる第２温度を算出し、前記第２温度に基づいて前記抵抗値を更新する第３工程と、前記電圧と前記第３工程で更新された前記抵抗値とに基づいて前記電流値を算出する第４工程とをこの順に実行する。
【発明の効果】
【０００７】
本電流値算出装置によれば、パターン配線の抵抗値の変化を吸収するためのハードウェア構成を必要とすることなく、抵抗値の温度変化を考慮してパターン配線に流れる電流を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電流検出装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】電圧検出部の内部構成の一例を概略的に示す図である。
【図３】演算処理部の内部構成の一例を概略的に示す図である。
【図４】熱モデルの一例を概略的に示す図である。
【図５】電流値算出装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】電流値算出装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】車載システムの構成の一例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
第１の実施の形態．
図１は、電流値算出装置１００の構成の一例を概略的に示す図である。この電流値算出装置１００は車両に搭載される。車両には、例えば発電機およびバッテリなどの電源が搭載されており、この電源は負荷へと給電する。例えば電流値算出装置１００は電源から負荷へと流れる負荷電流の電流値を算出する。
【００１０】
電流値算出装置１００はパターン配線２と演算処理部３と温度検出部４と電圧検出部５とを備えている。図１の例示では、これらの各構成は基板１に設けられている。基板１は例えばプリント基板であり、絶縁性を有している。パターン配線２は電流を検出するために用いられ、いわゆるシャント抵抗として機能する。つまりパターン配線２は負荷電流が流れる経路の上に設けられる。パターン配線２は例えば銅または銀などの金属によって形成されている。上述の例では、パターン配線２は、電源と負荷とを繋ぐ配線の一部として形成されてもよい。
【００１１】
温度検出部４はパターン配線２の周辺の温度Ｔａｔｍを検出し、これを演算処理部３へと出力する。図１の例示では、温度検出部４は、パターン配線２が形成される基板１の上に設けられている。温度検出部４による温度検出の手法としては、適宜の手法が採用されればよい。例えば温度検出部４はサーミスタを有していてもよい。このサーミスタの抵抗値は温度に依存して変化する。そして、このサーミスタの電圧および電流を検出し、これらに基づいてサーミスタの抵抗値を算出し、その抵抗値に基づいてサーミスタの温度を検出してもよい。
【００１２】
電圧検出部５はパターン配線２に印加される電圧、具体的にはパターン配線２の両端間の電圧Ｖを検出し、これを演算処理部３へと出力する。図１の例示では、電圧検出部５も基板１に設けられている。電圧検出部５は、シャント抵抗に流れる電流の電流値を得るために、通常設けられる構成である。
【００１３】
図２は、電圧検出部５の内部構成の一例を示している。電圧検出部５は例えば抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、差動増幅器５２と、トランジスタ５１とを備えている。抵抗Ｒ１の一端はパターン配線２の一端２ａに接続され、他端は、トランジスタ５１の一端と、差動増幅器５２の第１入力端とに接続される。抵抗Ｒ２の一端はパターン配線２の他端２ｂに接続され、他端は、トランジスタ５１の他端と差動増幅器５２の第２入力端と抵抗Ｒ３の一端とに接続される。抵抗Ｒ３の他端は接地されている。かかる電圧検出部５において、パターン配線２の電圧Ｖは増幅されて、抵抗Ｒ３の電圧として検出される。
【００１４】
演算処理部３は、温度検出部４が検出した温度Ｔａｔｍと、電圧検出部５が検出した電圧Ｖとに基づいて、パターン配線２を流れる電流の電流値を算出する。図１の例示では、演算処理部３も基板１に設けられている。図３は演算処理部３と温度検出部４と電圧検出部５との接続関係の一例を示す図である。温度検出部４および電圧検出部５はそれぞれ温度Ｔａｔｍおよび電圧Ｖを演算処理部３へと出力する。演算処理部３は例えばＡＤ変換部３１，３２と電流値算出部３３とを備えている。図３の例示では、ＡＤ変換部３１，３２は「ＡＤＣ」と表記されている。ＡＤ変換部３１には、温度Ｔａｔｍを示すアナログ信号が入力される。ＡＤ変換部３１はこれをデジタル信号に変換して、電流値算出部３３へと出力する。ＡＤ変換部３２には、電圧Ｖを示すアナログ信号が入力される。ＡＤ変換部３２はこれをデジタル信号に変換して、電流値算出部３３へと出力する。
【００１５】
なおここでは、演算処理部３は例えばマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等）、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、演算処理部３はこれに限らず、演算処理部３によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。
【００１６】
演算処理部３（より具体的には電流値算出部３３）は、電圧Ｖおよび温度Ｔａｔｍに基づいて、パターン配線２の抵抗値Ｒｓを更新し、パターン配線２を流れる電流の電流値Ｉを電圧Ｖおよび抵抗値Ｒｓに基づいて算出する。以下に具体的に説明する。
【００１７】
パターン配線２の抵抗値Ｒｓは以下の式で示されるように、パターン配線２の温度Ｔｓに依存して変化することが公知である。
【００１８】
Ｒｓ＝Ｒｓ０・｛１＋α（Ｔｓ−Ｔ０）｝      ・・・（１）
【００１９】
ここで、Ｔ０は基準温度であって、例えば摂氏２５度を採用することができる。Ｒｓ０は温度が基準温度Ｔ０であるときのパターン配線２の抵抗値であって、予め実験またはシミュレーションによって求められる。αは、単位温度当たりのパターン配線２の抵抗値の変化率であり、予め実験またはシミュレーションによって求められる。抵抗値Ｒｓ０、基準温度Ｔ０および変化率αは例えば演算処理部３の記憶部などに記憶されている。
【００２０】
ところで、パターン配線２に電流が流れると、パターン配線２は、いわゆるジュールの法則によって、その消費電力に等しいジュール熱Ｗで発熱する。これによってパターン配線２の温度Ｔｓは上昇する。図４は熱モデルの一例を概略的に示す図である。この熱モデルにおいてはパターン配線２が発熱体Ｈｔｈとして機能し、またパターン配線２に蓄えることができる熱量を示す容量Ｃｔｈが、発熱体Ｈｔｈに並列に接続されている。図４では、パターン配線２から温度検出部４までの熱抵抗Ｒｔｈが示され、また温度検出部４から外部への熱抵抗Ｒも示されている。パターン配線２の温度Ｔｓは以下の式で表される。熱抵抗Ｒｔｈは、例えばシミュレーションまたは実験により、予め設定することができる。熱抵抗Ｒｔｈは例えば演算処理部３の記憶部などに記憶されている。また熱抵抗Ｒｔｈと容量Ｃｔｈによる時定数を考慮するために、熱抵抗Ｒｔｈを時間変化させることも可能である。例えば、重み付けしたフィルタ処理演算を行うことにより、実現可能である。これを行えば、時間変化による誤差を補正することができる。
【００２１】
Ｔｓ＝Ｔａｔｍ＋Ｗ・Ｒｔｈ      ・・・（２）
【００２２】
式（１）および式（２）によれば、ジュール熱Ｗを算出し、温度Ｔａｔｍを検出すれば、熱抵抗Ｒｔｈとジュール熱Ｗとの積を温度Ｔａｔｍに加算して温度Ｔｓを算出することができ、温度Ｔｓに基づいて抵抗値Ｒｓを算出できることが分かる。図５は電流値算出装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、例えばパターン配線２に電流が流れ始めるときに、開始される。例えば電源と負荷との間にパターン配線２が設けられる場合、電源から負荷へと電流を流して負荷が動作を開始するときに、電流値算出装置１００は図５の動作を開始する。
【００２３】
図５の例示では、ステップＳＴ１〜ＳＴ５の一組を繰り返し実行する。この繰り返しの回数として整数ｎを採用する。整数ｎは１以上の整数であり、繰り返しの回数が一つ増えるたびに一つ増える。以下では、必要に応じて各値を時間的な離散値で考えるべく、各値に［ｎ］を付記する。例えばｎ＋１回目の処理で用いられる抵抗値Ｒｓは抵抗値Ｒｓ［ｎ］とも表記する。
【００２４】
まずステップＳＴ１にて、温度検出部４は温度Ｔａｔｍを検出し、これを演算処理部３へと出力する。なお温度検出部４が検出する温度Ｔａｔｍは、負荷の運転中においてほぼ一定であってもよい。つまり、温度検出部４はパターン配線２の発熱の影響を受けにくい位置に設けられてもよい。このような位置としては、基板１のうちパターン配線２から離れた位置を採用できる。
【００２５】
次に、ステップＳＴ２にて、電圧検出部５は電圧Ｖ［ｎ］を検出し、これを演算処理部３へと出力する。次に、ステップＳＴ３にて、演算処理部３は電圧Ｖ［ｎ］と抵抗値Ｒｓ［ｎ］に基づいて、電流値Ｉ［ｎ］を算出する。具体的には、以下の式に基づいて電流値Ｉ［ｎ］を算出する。
【００２６】
Ｉ［ｎ］＝Ｖ［ｎ］／Ｒｓ［ｎ］      ・・・（３）
【００２７】
抵抗値Ｒｓ［ｎ］は、ｎ＝１のとき、即ち第１回目の動作においては、次のように算出できる。つまり、第１回目の動作では、負荷電流が流れた直後であるので、パターン配線２の温度Ｔｓは温度Ｔａｔｍと同程度であると考えることができる。よってＴｓ＝Ｔａｔｍとして抵抗値Ｒｓ［１］が算出される。具体的には、以下の式に基づいて、抵抗値Ｒｓ［１］を算出する。
【００２８】
Ｒｓ［１］＝Ｒｓ０・｛１＋α（Ｔａｔｍ−Ｔ０）｝      ・・・（４）
【００２９】
一方で、ｎが２以上の場合には、即ち第２回目以上の動作においては、抵抗値Ｒｓ［ｎ］としては、前回のステップＳＴ５で算出（更新）される抵抗値Ｒｓ［ｎ＋１］を採用する。ステップＳＴ５については後に詳述する。
【００３０】
次にステップＳＴ４にて、演算処理部３はジュール熱Ｗ［ｎ］を算出する。例えば以下の式を用いてジュール熱Ｗ［ｎ］を算出する。
【００３１】
Ｗ［ｎ］＝Ｒｓ［ｎ］・Ｉ［ｎ］２      ・・・（５）
【００３２】
次にステップＳＴ５にて、演算処理部３は、検出した温度Ｔａｔｍと、算出したジュール熱Ｗ［ｎ］とに基づいて、抵抗値Ｒｓ［ｎ＋１］を算出する。例えば、まず温度Ｔａｔｍとジュール熱Ｗ［ｎ］とに基づいて、パターン配線２の温度Ｔｓ［ｎ］を算出する。具体的には、式（２）においてＴｓ＝Ｔｓ［ｎ］、Ｗ＝Ｗ［ｎ］として温度Ｔｓ［ｎ］を下式で算出する。
【００３３】
Ｔｓ［ｎ］＝Ｔａｔｍ＋Ｗ［ｎ］・Ｒｔｈ      ・・・（６）
【００３４】
そして、式（１）においてＴｓ＝Ｔｓ［ｎ］として抵抗値Ｒｓ［ｎ＋１］を下式で算出する。つまり、抵抗値Ｒｓを更新する。
【００３５】
Ｒｓ［ｎ＋１］＝Ｒｓ０・｛１＋α（Ｔｓ［ｎ］−Ｔ０）｝      ・・・（７）
【００３６】
これにより、より実際の抵抗値Ｒｓに近い値が、抵抗値Ｒｓ［ｎ＋１］として算出されることになる。そして、この抵抗値Ｒｓ［ｎ＋１］は次回のステップＳＴ１における抵抗値Ｒに採用される。したがって、ステップＳＴ３において、実際の値に近い電流値Ｉが算出されるのである。
【００３７】
以上のように、本実施の形態によれば、演算処理部３の演算処理によって電流値Ｉを算出している。よって特許文献１に記載された温度補償のためのダイオードは不要である。なお本実施の形態では、温度検出部４が設けられるものの、この温度検出部４には、パターン配線２の電流に依存した電流が流れる訳ではない。特許文献１に記載のダイオードが不要であり、しかも温度検出部４にパターン配線２の電流は流れない。したがって、本電流値検出部１００は、大きな電流が流れるパターン配線２に流れる構成にも適用しやすいのである。
【００３８】
しかも、温度検出部４によって検出された温度Ｔａｔｍを常にパターン配線２の温度Ｔｓとみなして電流値Ｉを算出する場合に比べて、電流値Ｉの算出精度を向上することができる。つまり、パターン配線２の抵抗値Ｒｓの温度変化を吸収するためのハードウェア構成（上記ダイオード）を必要とすることなく、抵抗値Ｒｓの温度変化を考慮してパターン配線２に流れる電流の値を算出できる。
【００３９】
なお、ステップＳＴ１，ＳＴ２の実行タイミングは上述の例に限らない。ステップＳＴ１はステップＳＴ５よりも前に行えばよく、ステップＳＴ２はステップＳＴ３よりも前に実行すればよい。また温度Ｔａｔｍがほぼ一定となる場合には、ステップＳＴ１は１回目の動作のみ実行してもよい。即ち、２回目以降は、ステップＳＴ２〜ＳＴ５の一組を繰り返し実行してもよい。
【００４０】
また温度検出部４は必ずしも基板１に設けられる必要はない。例えば、基板１を収容するパッケージが設けられる場合には、当該パッケージの内部に設けられれば良く、あるいは、当該パッケージの表面に設けられてもよい。
【００４１】
変形例．
上述の例では、ステップＳＴ１〜ＳＴ５の一組を繰り返し実行している。しかしながら、電流値の算出精度は低下するものの、繰り返しの動作を行わなくてもよい。図６は電流値算出装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。図６の例示では、ステップＳＴ１〜ＳＴ６をこの順で実行する。ステップＳＴ６においては、ステップＳＴ５にて算出した抵抗値Ｒｓ［ｎ＋１］を用いて電流値Ｉ［ｎ］を算出する。つまり、ステップＳＴ２において検出した電圧Ｖ［ｎ］と、ステップＳＴ５にて算出した抵抗値Ｒｓ［ｎ＋１］とを用いて、電流値Ｉ［ｎ］を算出するのである。これによっても、ステップＳＴ３で算出した電流値Ｉ［ｎ］に比べて、より実際の値に近い電流値Ｉ［ｎ］を算出することができる。ただし、図５に示すように、繰り返し実行することで、電流値Ｉ［ｎ］の算出精度を更に向上することができる。
【００４２】
第２の実施の形態．
図７は車載システム１１０の構成の一例を概略的に示す図である。この車載システム１１０は車両に搭載される。車載システム１１０は、電源１０と電流制限部２０と負荷３０と電流値算出装置１００とを備えている。図７の例示では、電源１０は電流制限部２０およびパターン配線２を介して負荷３０に接続されている。電源１０はバッテリまたは発電機（例えばオルタネータ）である。電源１０は電流制限部２０を介して負荷３０へと給電を開始する。負荷３０は車両に搭載される任意の負荷であってよく、例えばステアリング用のモータである。
【００４３】
電流制限部２０は、電流値算出部３３によって算出された電流値が閾値を超えるときに、負荷３０へと流れる負荷電流を制限する。図７の例示では、電流制限部２０はスイッチ２１とドライバ回路２２と判定部３４と論理積部３５とを備えている。スイッチ２１は例えばトランジスタであって、電源１０と負荷３０との間（図７の例示では、電源１０とパターン配線２との間）に設けられている。スイッチ２１の制御電極はドライバ回路２２を介して論理積部３５の出力に接続されている。
【００４４】
図７の例示では、判定部３４および論理積部３５は演算処理部３にも含まれている。判定部３４には、電流値算出部３３によって算出された電流値Ｉを示す電圧が入力される。判定部３４はこの電流値Ｉが閾値よりも大きいか否かを判定する。そして電流値Ｉが閾値よりも大きいときには、スイッチ２１をオフさせる。例えば判定部３４は電流値Ｉが閾値よりも大きいときに、論理レベル“Ｌ”に相当する電圧を出力し、電流値Ｉが閾値よりも小さいときには、論理レベル“Ｈ”に相当する電圧を出力する。
【００４５】
判定部３４の出力は論理積部３５に入力される。論理積部３５には、外部からの負荷駆動信号Ｇも入力される。この負荷駆動信号Ｇは、負荷３０を駆動するときに論理レベル“Ｈ”を採り、負荷３０を駆動しないときに論理レベル“Ｌ”を採る。論理積部３５は、判定部３４からの出力と、負荷駆動信号との論理積をドライバ回路２２へと出力する。よって、ドライバ回路２２に入力される信号は、電流値Ｉが閾値よりも小さいときに、負荷駆動信号Ｇの出力と論理レベルが一致する。他方、電流値Ｉが閾値よりも小さいときには、負荷駆動信号Ｇの出力によらず、ドライバ回路２２に入力される信号は論理レベル“Ｌ”を採る。
【００４６】
ドライバ回路２２は入力された信号をスイッチ信号としてスイッチ２１へと出力する。電流値Ｉが閾値よりも小さいときには、負荷駆動信号が採る論理レベル“Ｌ”／“Ｈ”に応じて、それぞれスイッチ２１はオフ／オンする。しかし電流値Ｉが閾値よりも大きいと、負荷駆動信号Ｇが採る論理レベルに拘わらず、スイッチ２１はオフする。したがって、負荷３０に閾値を超える負荷電流が流れることを抑制することができる。
【００４７】
しかも電流値Ｉは第１の実施の形態と同様にして算出されるので、温度を考慮した電流値Ｉが算出される。よって温度が変動しても、適切な電流値Ｉに基づいてスイッチ２１をオフすることができる。したがって、負荷３０に閾値を超える負荷電流が流れることを、より適切に抑制することができるのである。
【００４８】
上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。
【００４９】
以上のようにこの発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００５０】
２  パターン配線
３  演算処理部
４  温度検出部
５  電圧検出部
２０  電流制限部
１００  電流値算出装置
１１０  車載システム
【図１】
2017096694.tif 000003
【図２】
2017096694.tif 000004
【図３】
2017096694.tif 000005
【図４】
2017096694.tif 000006
【図５】
2017096694.tif 000007
【図６】
2017096694.tif 000008
【図７】
2017096694.tif 000009