(57)【要約】【課題】二次電池に流れる電流を高精度に検出する。【解決手段】第１電圧増幅部１１は、二次電池２００に直列接続された第１電流検出素子の両端電圧を増幅する。切替部１３は、第１電流検出素子の両端と第１電圧増幅部１１の入力両端の間に挿入され、第１電圧増幅部１１の入力両端に、第１電流検出素子の両端電圧を供給するか、第１電圧増幅部１１のオフセット電圧を検出するための電圧を供給するか切り替える。第２電圧増幅部１２は、二次電池２００および第１電流検出素子に直列接続された第２電流検出素子の両端電圧を増幅する。第１電圧増幅部１１のゲインは可変であり、第２電圧増幅部１２のゲインは固定である。第１電圧増幅部１１の出力電圧は、二次電池２００のＳＯＣ（State Of Charge）算出に使用され、第２電圧増幅部１２の出力電圧は、二次電池２００の過電流検出に使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に直列接続された第１電流検出素子の両端電圧を増幅する第１電圧増幅部と、
前記第１電流検出素子の両端と前記第１電圧増幅部の入力両端の間に挿入され、前記第１電圧増幅部の入力両端に、前記第１電流検出素子の両端電圧を供給するか、前記第１電圧増幅部のオフセット電圧を検出するための電圧を供給するか切り替える切替部と、
前記二次電池および前記第１電流検出素子に直列接続された第２電流検出素子の両端電圧を増幅する第２電圧増幅部と、
前記第１電圧増幅部のゲインは可変であり、前記第２電圧増幅部のゲインは固定であり、
前記第１電圧増幅部の出力電圧は、前記二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）算出に使用され、前記第２電圧増幅部の出力電圧は、前記二次電池の過電流検出に使用されることを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
前記第１電圧増幅部の出力電圧をもとに前記二次電池の電流値を算出するとともに、前記第２電圧増幅部の出力電圧をもとに前記二次電池の電流値を算出する演算部と、をさらに備え、
前記演算部は、前記第１電圧増幅部の入力両端に前記オフセット電圧を検出するための電圧が供給されている状態で、前記第１電圧増幅部の出力電圧からオフセット電圧値を算出して保持し、前記オフセット電圧値を用いて前記第１電圧増幅部の出力電圧および前記第２電圧増幅部の出力電圧の両方を補正することを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
【請求項３】
前記第１電圧増幅部は、
第１ゲインが設定された第１増幅器と、
前記第１増幅器と並列接続され、前記第１ゲインより高い第２ゲインが設定された第２増幅器と、を有し、
前記演算部は、前記第１増幅器の出力電圧が設定値以上のとき前記第１増幅器の出力電圧をもとに前記二次電池のＳＯＣを算出し、前記第１増幅器の出力電圧が前記設定値未満のとき前記第２増幅器の出力電圧、または前記第１増幅器および前記第２増幅器の出力電圧の平均をもとに前記二次電池のＳＯＣを算出することを特徴とする請求項２に記載の電流検出装置。
【請求項４】
前記第２電圧増幅部は、
第３ゲインが設定された第３増幅器を有し、
前記第１ゲインと前記第３ゲインが同じ値に設定されることを特徴とする請求項３に記載の電流検出装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記第１増幅器の出力電圧と前記第３増幅器の出力電圧を比較して、本電流検出装置の異常を検出することを特徴とする請求項４に記載の電流検出装置。
【請求項６】
前記第２電圧増幅部は、
第３ゲインが設定された第３増幅器を有し、
前記第３ゲインは、前記第１ゲインより小さな値に設定されることを特徴とする請求項３に記載の電流検出装置。
【請求項７】
前記二次電池と、
請求項１から６のいずれかに記載の電流検出装置と、
を備えることを特徴とする電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に流れる電流を検出する電流検出装置、及びそれを備えた電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリットカー（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）が普及してきている。それらの車両には走行用モータが搭載されるとともに、走行用モータに電力を供給し、走行用モータから回生される電力を蓄える二次電池が搭載される。車載用二次電池にはリチウムイオン電池、ニッケル水素電池が用いられることが一般的である。特に、リチウムイオン電池は常用領域と使用禁止領域が近接しているため、他の種類の電池より厳格に電圧および電流を管理する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−６２３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）推定には、電流の時間積分から求める電流積算法が用いられることが多い。従ってＳＯＣを高精度に推定するには、電流値を正確に検出する必要がある。また二次電池を保護するには過電流を的確に検出する必要がある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、二次電池に流れる電流を高精度に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】
【０００６】
本発明のある態様の電流検出装置は、二次電池に直列接続された第１電流検出素子の両端電圧を増幅する第１電圧増幅部と、前記第１電流検出素子の両端と前記第１電圧増幅部の入力両端の間に挿入され、前記第１電圧増幅部の入力両端に、前記第１電流検出素子の両端電圧を供給するか、前記第１電圧増幅部のオフセット電圧を検出するための電圧を供給するか切り替える切替部と、前記二次電池および前記第１電流検出素子に直列接続された第２電流検出素子の両端電圧を増幅する第２電圧増幅部と、前記第１電圧増幅部のゲインは可変であり、前記第２電圧増幅部のゲインは固定であり、前記第１電圧増幅部の出力電圧は、前記二次電池のＳＯＣ算出に使用され、前記第２電圧増幅部の出力電圧は、前記二次電池の過電流検出に使用される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、二次電池に流れる電流を高精度に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２】図１の第１増幅器を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る電源システムの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る電源システムの構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る電源システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態１に係る電源システム３００の構成を示す図である。電源システム３００はハイブリッドカー、又は電気自動車に搭載され、車両内の負荷４００に電力を供給する。本実施の形態では車両内の負荷４００として走行用モータを想定する。電源システム３００と走行用モータは、図示しないインバータを介して接続される。インバータは、電源システム３００から供給される直流電圧を交流電圧に変換して走行用モータに供給し、走行用モータから供給される交流電圧を直流電圧に変換して電源システム３００に供給する。
【００１０】
電源システム３００は二次電池２００、第１シャント抵抗Ｒ１、第２シャント抵抗Ｒ２及び電流検出装置１００を備える。電流検出装置１００は電流計測部１０及びマイクロコントローラ２０を含む。なお本明細書では二次電池２００の電流検出に注目しているため、図１では電圧検出に関する構成は省略して描いている。
【００１１】
二次電池２００は、直列接続された複数のリチウムイオン電池セルを含む。本実施の形態では代表電圧３．６〜３．７Ｖのリチウムイオン電池セルが１２個または１３個直列接続されて４８Ｖの組電池を構成している。なお電池の種類または電圧は一例であり、上記に限定されるものではない。
【００１２】
第１シャント抵抗Ｒ１及び第２シャント抵抗Ｒ２は、二次電池２００に直列接続される。本実施の形態では第１シャント抵抗Ｒ１及び第２シャント抵抗Ｒ２に、同じ抵抗値（例えば、１ｍΩ）のものが使用される。なお第１シャント抵抗Ｒ１及び第２シャント抵抗Ｒ２は電流検出素子の一例であり、第１シャント抵抗Ｒ１及び第２シャント抵抗Ｒ２の代わりに、それぞれホール素子が使用されてもよい。
【００１３】
電流計測部１０は第１電圧増幅部１１、第２電圧増幅部１２及び切替部１３を含む。マイクロコントローラ２０は演算部２１、切替部２６、第１ＡＤ変換器２７及び第２ＡＤ変換器２８を含む。
【００１４】
第１電圧増幅部１１は第１シャント抵抗Ｒ１の両端電圧を増幅する。第２電圧増幅部１２は第２シャント抵抗Ｒ２の両端電圧を増幅する。第１シャント抵抗Ｒ１及び第１電圧増幅部１１は、主に二次電池２００のＳＯＣ算出用に使用される。一方、第２シャント抵抗Ｒ２及び第２電圧増幅部１２は、主に二次電池２００の過電流検出用に使用される。基本的に前者が現用系、後者が予備系という位置づけになるが、本実施の形態では両方とも動作している状態を基本とする。
【００１５】
第１電圧増幅部１１は第２電圧増幅部１２より高仕様に設計する。例えば第１電圧増幅部１１のゲインは可変に、第２電圧増幅部１２のゲインは固定に設計する。また第１電圧増幅部１１はオフセット検出回路が付加され、第２電圧増幅部１２はオフセット検出回路が付加されない。
【００１６】
切替部１３は、第１シャント抵抗Ｒ１の両端と第１電圧増幅部１１の入力両端の間に挿入される。切替部１３は、第１電圧増幅部１１の入力両端に、第１シャント抵抗Ｒ１の両端電圧を供給するか、第１電圧増幅部１１のオフセット電圧を検出するための電圧を供給するか切り替える。オフセット電圧を検出するための電圧には、例えばグラウンド電位が用いられる。なお第１電圧増幅部１１の入力両端に、同じ電位が供給されればよく、グラウンド電位以外の固定電位が供給されてもよい。切替部１３は、演算部２１からの選択信号に応じて切り替え制御される。図１では切替部１３は２つのＣ接点スイッチで構成される例を描いている。各Ｃ接点スイッチはＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子で構成される。
【００１７】
第１電圧増幅部１１は、並列接続された第１増幅器１１ａ及び第２増幅器１１ｂを有する。第１増幅器１１ａは第１シャント抵抗Ｒ１の両端電圧を増幅して切替部２６に出力する。第２増幅器１１ｂも第１シャント抵抗Ｒ１の両端電圧を増幅して切替部２６に出力する。第２電圧増幅部１２の第２ゲインは、第１電圧増幅部１１の第１ゲインより高く設定される。
【００１８】
切替部２６は、第１増幅器１１ａの出力電圧と第２増幅器１１ｂの出力電圧を時分割で選択して第１ＡＤ変換器２７に出力する。第１ＡＤ変換器２７は、入力されたアナログ電圧をデジタル値に変換して演算部２１に出力する。切替部２６は例えば、マルチプレクサで構成される。このように第１増幅器１１ａと第２増幅器１１ｂの出力電圧が切り替えられて第１ＡＤ変換器２７に入力されることにより、第１電圧増幅部１１全体のゲインが可変する構成である。
【００１９】
第２電圧増幅部１２は第３増幅器１２ａを有する。第３増幅器１２ａは第２シャント抵抗Ｒ２の両端電圧を増幅して第２ＡＤ変換器２８に出力する。第２ＡＤ変換器２８は、入力されたアナログ電圧をデジタル値に変換して演算部２１に出力する。第３増幅器１２ａの第３ゲインは、第１増幅器１１ａの第１ゲインと同じ値に設定される。本実施の形態では第１増幅器１１ａの第１ゲインが１０倍、第２増幅器１１ｂの第２ゲインが２０倍、第３増幅器１２ａの第３ゲインが１０倍の例を示している。
【００２０】
図２は、図１の第１増幅器１１ａを説明するための図である。図２（ａ）は、第１増幅器１１ａの構成例を示す図である。第１増幅器１１ａは、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６及び抵抗Ｒ７を有し、差動増幅回路を構成している。オペアンプＯＰ１の反転入力端子には、抵抗Ｒ４を介して第１シャント抵抗Ｒ１の一端の電位が入力される。オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子は、抵抗Ｒ５を介して接続される。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、抵抗Ｒ６を介して第１シャント抵抗Ｒ１の他端の電位が入力される。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、抵抗Ｒ７を介して基準電位Ｖｒが入力される。
【００２１】
図２（ａ）に示す差動増幅回路は、基準電位Ｖｒが０Ｖであれば、入力差動電圧Ｖｄｉｆｆを設定ゲイン（Ｒ５／Ｒ４）で増幅する回路である。本実施の形態では第１ＡＤ変換器２７及び第２ＡＤ変換器２８がマイクロコントローラ２０に内蔵されている。マイクロコントローラ２０に内蔵されているＡＤ変換器は、正の値しか扱えない。一方、二次電池２００は充電と放電があるため、第１増幅器１１ａの出力電圧が負の値になる場合もある。
【００２２】
そこで第１増幅器１１ａの出力電圧が、常に正の値になるようにレベルシフトする。上記の基準電位Ｖｒを、マイクロコントローラ２０の電源電圧の半分の電位に設定すれば、第１増幅器１１ａの出力電圧を常に正の値にできる。本実施の形態ではマイクロコントローラ２０の電源電圧を５Ｖに設定しているため、上記の基準電位Ｖｒを２．５Ｖに設定する。
【００２３】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の第１増幅器１１ａの入出力特性を示す図である。ここで、図２（ａ）の第１増幅器１１ａは反転増幅回路となるためゲインＧは負の値として説明を行っている。図２（ｂ）に示すように第１増幅器１１ａの出力電圧が２．５Ｖ、正側にレベルシフトされる。即ち、入力差動電圧Ｖｄｉｆｆが０Ｖのとき出力電圧Ｖｏが２．５Ｖになる。第２増幅器１１ｂと第３増幅器１２ａも、第１増幅器１１ａと同様に構成できる。なお第１ＡＤ変換器２７及び第２ＡＤ変換器２８がマイクロコントローラ２０の外に設けられ、負の値も扱うことができるＡＤ変換器であれば上記の基準電位Ｖｒを０Ｖに設定できる。
【００２４】
図１に戻る。演算部２１は電流算出部２２、オフセット算出部２３、オフセット保持部２４及びＳＯＣ算出部２５を含む。演算部２１はハードウェア資源のみ、またはハードウェア資源とソフトウェア資源の協働により実現される。
【００２５】
オフセット算出部２３は、切替部１３に選択信号を供給して第１電圧増幅部１１の入力両端にグラウンド電位を供給する。この状態でオフセット算出部２３は、第１電圧増幅部１１の出力電圧からオフセット電圧値を算出する。オフセット電圧Ｖｉｏは下記（式１）により算出できる。
【００２６】
Ｖｉｏ＝（Ｖｍｉｏ−２．５）／Ｇ  ・・・（式１）
Ｖｉｏは第１増幅器１１ａのオフセット電圧、Ｇは第１増幅器１１ａのゲイン、２．５Ｖは上記の基準電位Ｖｒ、Ｖｍｉｏはオフセット電圧値算出時の第１増幅器１１ａの出力電圧をそれぞれ示す。第２増幅器１１ｂのオフセット電圧も同様に算出できる。
【００２７】
オフセット算出部２３は、算出した第１増幅器１１ａのオフセット電圧値および第２増幅器１１ｂのオフセット電圧値をオフセット保持部２４に保持する。オフセット算出部２３は上記のオフセット算出を、本電源システム３００が起動する度に実行する。起動後は、図示しない温度センサからの温度値が設定値を超えて変化する度に実行する。オペアンプ及び抵抗には温度特性があるため、温度が変化するとオフセット電圧も変化するためである。
【００２８】
電流算出部２２は、第１電圧増幅部１１の出力電圧をもとに二次電池２００の電流値を算出する。また電流算出部２２は、第２電圧増幅部１２の出力電圧をもとに二次電池２００の電流値を算出する。第１増幅器１１ａの出力電圧をもとに二次電池２００の電流値を算出する際、電流算出部２２は、オフセット保持部２４に保持される第１増幅器１１ａのオフセット電圧値を用いて第１増幅器１１ａの出力電圧を補正する。同様に第２増幅器１１ｂの出力電圧をもとに二次電池２００の電流値を算出する際、電流算出部２２は、オフセット保持部２４に保持される第２増幅器１１ｂのオフセット電圧値を用いて第２増幅器１１ｂの出力電圧を補正する。
【００２９】
また第３増幅器１２ａの出力電圧をもとに二次電池２００の電流値を算出する際、電流算出部２２は、オフセット保持部２４に保持される第１増幅器１１ａのオフセット電圧値を用いて第３増幅器１２ａの出力電圧を補正する。前提として第１増幅器１１ａと第３増幅器１２ａが同じ仕様で構成されている必要がある。なお両者の仕様が異なる場合、その違いを補正するための補正係数を、第１増幅器１１ａのオフセット電圧値に掛けた値で、第３増幅器１２ａの出力電圧を補正する。
【００３０】
電流算出部２２は下記（式２）又は（式３）により入力差動電圧Ｖｄｉｆｆを算出し、下記（式４）により電流値Ｉを算出する。
【００３１】
Ｖｄｉｆｆ＝｛（Ｖｏ−２．５）／Ｇ）−Ｖｉｏ  ・・・（式２）
Ｖｄｉｆｆ＝｛（Ｖｏ−２．５）−（Ｖｍｉｏ−２．５）｝／Ｇ  ・・・（式３）
Ｉ＝Ｖｄｉｆｆ／Ｒｓ  ・・・（式４）
Ｒｓはシャント抵抗の抵抗値、Ｖｏは第１増幅器１１ａの出力電圧を示す。
【００３２】
ＳＯＣ算出部２５は、電流算出部２２により算出された電流値を積算して二次電池２００のＳＯＣを算出する。ＳＯＣ算出部２５はデフォルト状態では、第１増幅器１１ａの出力電圧をもとに算出された電流値を使用する。第１増幅器１１ａの出力電圧が設定値以上のとき第１増幅器１１ａの出力電圧をもとに二次電池２００のＳＯＣを算出する。第１増幅器１１ａの出力電圧が当該設定値未満のとき第２増幅器１１ｂの出力電圧、または第１増幅器１１ａ及び第２増幅器の出力電圧の平均値を使用する。
【００３３】
第１増幅器１１ａと第２増幅器１１ｂを比較すると、後者のほうがゲインが高いので、第１シャント抵抗Ｒ１の両端電圧を高分解能に検出できる。ただし第１シャント抵抗Ｒ１に流れている電流が大きい場合、第２増幅器１１ｂの出力電圧が飽和する可能性がある。従ってデフォルト状態では、入力電圧範囲の広い第１増幅器１１ａの出力電圧を使用する。
【００３４】
第１増幅器１１ａの出力電圧が設定値未満の場合、二次電池２００に流れる電流が大きくなく、第２増幅器１１ｂで検出しても出力電圧が飽和しないと判断できる。この場合、より高精度に検出できる第２増幅器１１ｂの出力電圧をもとに電流値を算出する。なお第１増幅器１１ａと第２増幅器１１ｂの出力のバラツキの影響を軽減するため、両者の平均値を用いてもよい。また重み付け平均値を用いてもよい。重み付けする場合、第２増幅器１１ｂの比率を高く設定するとよい。上記の設定値は設計者による実験またはシミュレーションから導くことができる。
【００３５】
一方、過電流の検出では、高分解能である必要はなく広い電圧範囲で検出できることが重要である。従ってマイクロコントローラ２０内部の図示しない過電流判定部は、第１増幅器１１ａの出力電圧をもとに算出された電流値、又は第３増幅器１２ａの出力電圧をもとに算出された電流値を使用する。
【００３６】
マイクロコントローラ２０内部の図示しない異常検出部は、第１増幅器１１ａの出力電圧と第３増幅器１２ａの出力電圧を比較して電源システム３００の異常を検出する。両者の出力電圧は、電源システム３００が正常であれば、ほぼ一致することになる。従って両者の出力電圧に、設定値を超える乖離が発生した場合、いずれかの素子に異常が発生していると判断できる。当該異常検出部は、図示しないＣＡＮ（Controller Area Network）を介して、図示しない車両側のＥＣＵ（Electronic Control Unit）にアラートを通知する。当該ＥＣＵはインストルメントパネルに、電源システム３００の異常を示すランプを点灯させたり、アラームを鳴らして運転者に当該異常を知らせる。
【００３７】
第１増幅器１１ａの出力電圧がゼロの場合、第１シャント抵抗Ｒ１から演算部２１の間の経路で短絡が発生した可能性がある。第１増幅器１１ａの出力電圧がゼロの場合も含めて、第１増幅器１１ａの出力電圧が異常値のとき、第１増幅器１１ａの出力電圧ではなく第３増幅器１２ａの出力電圧を、ＳＯＣ算出および過電流検出の両方に使用する。
【００３８】
以上説明したように実施の形態１では、第１シャント抵抗Ｒ１と第１電圧増幅部１１、第２シャント抵抗Ｒ２と第２電圧増幅部１２を設け、それぞれの組で電流を検出する。これにより、冗長性があり故障に強い電流検出装置１００を実現できる。またメインで使用される第１電圧増幅部１１のゲインを可変構成にすることにより、二次電池２００に流れる電流の大きさに応じて分解能を調整することができ、二次電池に流れる電流を高精度に検出できる。
【００３９】
またサブで使用される第２電圧増幅部１２は、固定ゲインでオフセット検出回路を設けていないためコスト増大を抑制できる。第１電圧増幅部１１のオフセット検出回路で検出したオフセット電圧を用いて、第２電圧増幅部１２の出力電圧も補正することにより第２電圧増幅部１２を低コストで高精度に構成できる。
【００４０】
図３は、本発明の実施の形態２に係る電源システム３００の構成を示す図である。実施の形態２では第２増幅器１１ｂを設けずに、第１増幅器１１ａ及び第３増幅器１２ａを設けている。また切替部１３及び切替部２６を設けずに第１増幅器１１ａの出力電圧が直接、第１ＡＤ変換器２７に入力される。負荷４００はモータ・ジェネレータが想定され、二次電池２００から負荷４００（モータモード）へ放電する時の放電電流および負荷４００（発電機モード）から二次電池２００へ充電する時の充電電流を電流検出装置１００で検出する。
【００４１】
第１増幅器１１ａの反転入力端子は、第１シャント抵抗Ｒ１の一端（低電位側）に接続される。第１増幅器１１ａの非反転入力端子は、第１スイッチＳＷ１を介して第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）または第２シャント抵抗Ｒ２の一端（低電位側）に接続可能な構成である。ここでの高電位側、低電位側の定義は、二次電池２００から負荷４００への放電時のシャント抵抗両端に発生する電圧の向きを指し、この後の説明においても同様の定義とする。
【００４２】
第３増幅器１２ａの反転入力端子は、第２シャント抵抗Ｒ２の一端（低電位側）に接続される。第３増幅器１２ａの非反転入力端子は、第２スイッチＳＷ２を介して第２シャント抵抗Ｒ２の他端（高電位側）または第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続可能な構成である。
【００４３】
実施の形態２でも第１増幅器１１ａと第３増幅器１２ａの２つの検出回路が設けられるため冗長化が可能である。即ち、いずれかが故障した場合、どちらかのみで電流検出が可能である。
【００４４】
以下、二次電池２００から負荷４００に２００Ａの電流が放電されている状態を例に説明する。上記のように第１シャント抵抗Ｒ１及び第２シャント抵抗Ｒ２の抵抗値は１ｍΩであるため、第１シャント抵抗Ｒ１及び第２シャント抵抗Ｒ２の両端電圧は、それぞれ２００ｍＶである。また上記のように第１増幅器１１ａ及び第３増幅器１２ａのゲインは、１０倍とし、２．５Ｖレベルシフトさせているとする。
【００４５】
まずオフセット電圧Ｖｉｏがゼロの場合を考える。第１増幅器１１ａの非反転入力端子が第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続されている状態では、第１増幅器１１ａの出力電圧Ｖｏ１は４．５Ｖとなる。第１増幅器１１ａの非反転入力端子が第２シャント抵抗Ｒ２の一端（低電位側）に接続されている状態では、第１増幅器１１ａの出力電圧Ｖｏ２は０．５Ｖとなる。
【００４６】
次にオフセット電圧Ｖｉｏが１００ｍＶの場合を考える。第１増幅器１１ａの非反転入力端子が第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続されている状態では、第１増幅器１１ａの出力電圧Ｖｏ１は４．６Ｖとなる。第１増幅器１１ａの非反転入力端子が第２シャント抵抗Ｒ２の一端（低電位側）に接続されている状態では、第１増幅器１１ａの出力電圧Ｖｏ２は０．６Ｖとなる。
【００４７】
第１増幅器１１ａの出力電圧Ｖｏ１及び出力電圧Ｖｏ２は下記（式５）、下記（式６）により算出され、第１増幅器１１ａのオフセット電圧Ｖｉｏは下記（式７）により算出され、第１増幅器１１ａのレベルシフト前の出力電圧（真値）Ｖｔは下記（式８）により算出される。
【００４８】
Ｖｏ１＝２．５＋Ｖｔ＋Ｖｉｏ  ・・・（式５）
Ｖｏ２＝２．５−Ｖｔ＋Ｖｉｏ  ・・・（式６）
Ｖｉｏ＝（Ｖｏ１＋Ｖｏ２−２．５×２）／２  ・・・（式７）
Ｖｔ＝（Ｖｏ１−Ｖｏ２）／２  ・・・（式８）
２．５Ｖは電圧シフト分、Ｖｔはシフト前の真値、Ｖｉｏはオフセット電圧をそれぞれ示す。
【００４９】
（式５）〜（式８）から分かるように、第１増幅器１１ａの出力電圧Ｖｏ１及び出力電圧Ｖｏ２から真値Ｖｔを算出でき、真値Ｖｔが算出できるとオフセット電圧Ｖｉｏを算出できる。上記の例のように、第１増幅器１１ａの出力電圧Ｖｏ１が４．６Ｖ、出力電圧Ｖｏ２が０．６Ｖの場合、真値Ｖｔが２．０Ｖとなり、オフセット電圧Ｖｉｏが１００ｍＶとなる。このように第１増幅器１１ａの両端電位にグラウンド電位を供給しなくても、第１増幅器１１ａのオフセット電圧を検出できる。なお（式８）を使用すれば、オフセット電圧Ｖｉｏを計算しなくても、第１増幅器１１ａの出力電圧Ｖｏ１及び出力電圧Ｖｏ２から直接、真値Ｖｔを計算することができる。
【００５０】
次に分解能の切替について説明する。以下の説明では、オフセット電圧Ｖｉｏはゼロとする。まず二次電池２００から負荷４００に１００Ａの電流が放電されている状態を考える。第２シャント抵抗Ｒ２の両端電圧は１００ｍＶ、第１シャント抵抗Ｒ１及び第２シャント抵抗Ｒ２を直列接続した抵抗の両端電圧は２００ｍＶになる。
【００５１】
第３増幅器１２ａの非反転入力端子が第２シャント抵抗Ｒ２の他端（高電位側）に接続されている状態では、第３増幅器１２ａの出力電圧Ｖｏ１は３．５Ｖとなる。第３増幅器１２ａの非反転入力端子が第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続されている状態では、第３増幅器１２ａの出力電圧Ｖｏ２は４．５Ｖとなる。いずれの値も０〜５Ｖの範囲に収まるため、より分解能の高い出力電圧Ｖｏ２を使用する。出力電圧Ｖｏ２を選択する場合は抵抗値が倍になるため、ゲインが２倍の状態（×２０）と実質的に同じ状態になる。
【００５２】
次に二次電池２００から負荷４００に２００Ａの電流が放電されている状態を考える。第２シャント抵抗Ｒ２の両端電圧は２００ｍＶ、第１シャント抵抗Ｒ１及び第２シャント抵抗Ｒ２を直列接続した抵抗の両端電圧は４００ｍＶになる。
【００５３】
第３増幅器１２ａの非反転入力端子が第２シャント抵抗Ｒ２の他端（高電位側）に接続されている状態では、第３増幅器１２ａの出力電圧Ｖｏ１は４．５Ｖとなる。第３増幅器１２ａの非反転入力端子が第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続されている状態では、第３増幅器１２ａの出力電圧Ｖｏ２は６．５Ｖとなる。出力電圧Ｖｏ２の値が０〜５Ｖの範囲を超えるため、出力電圧Ｖｏ１を使用する。
【００５４】
以上説明したように実施の形態２によれば、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を設けて、第１増幅器１１ａ及び第３増幅器１２ａに入力される電位を切り替えることにより、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００５５】
図４は、本発明の実施の形態３に係る電源システム３００の構成を示す図である。実施３の形態では第２増幅器１１ｂ及び第３増幅器１２ａを設けずに、第１増幅器１１ａのみ設けている。また切替部１３及び切替部２６を設けずに第１増幅器１１ａの出力電圧が直接、第１ＡＤ変換器２７に入力される。第２ＡＤ変換器２８は設けていない。また第１シャント抵抗Ｒ１、第２シャント抵抗Ｒ２と直列に第３シャント抵抗Ｒ３を接続している。第３シャント抵抗Ｒ３の抵抗値も１ｍΩである。
【００５６】
第１増幅器１１ａの反転入力端子は、第２シャント抵抗Ｒ２の一端（低電位側）に接続される。第１増幅器１１ａの非反転入力端子は、第３スイッチＳＷ３を介して第２シャント抵抗Ｒ２の他端（高電位側）、第３シャント抵抗Ｒ３の一端（低電位側）、または第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続可能な構成である。
【００５７】
第１増幅器１１ａの非反転入力端子が第２シャント抵抗Ｒ２の他端（高電位側）に接続される状態と、第３シャント抵抗Ｒ３の一端（低電位側）に接続される状態の組み合わせは、実施の形態２において第１増幅器１１ａの非反転入力端子が第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続される状態と、第２シャント抵抗Ｒ２の一端（低電位側）に接続される状態の組み合わせと、同じ状況である。従ってオフセット電圧の検出が可能である。
【００５８】
また第１増幅器１１ａの非反転入力端子が第２シャント抵抗Ｒ２の他端（高電位側）に接続される状態と、第１シャント抵抗Ｒ１の一端（高電位側）に接続される状態の組み合わせは、実施の形態２において第３増幅器１２ａの非反転入力端子が第２シャント抵抗Ｒ２の他端（高電位側）に接続される状態と、第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続される状態の組み合わせと、同じ状況である。従って分解能の切替も可能である。
【００５９】
図５は、本発明の実施の形態４に係る電源システム３００の構成を示す図である。実施４の形態でも第２増幅器１１ｂ及び第３増幅器１２ａを設けずに、第１増幅器１１ａのみ設けている。また切替部１３及び切替部２６を設けずに第１増幅器１１ａの出力電圧が直接、第１ＡＤ変換器２７に入力される。第２ＡＤ変換器２８は設けていない。
【００６０】
第１増幅器１１ａの反転入力端子は、第２スイッチＳＷ２を介して第２シャント抵抗Ｒ２の一端（低電位側）、または第２シャント抵抗Ｒ２の他端（高電位側）に接続可能な構成である。第１増幅器１１ａの非反転入力端子は、第１スイッチＳＷ１を介して第２シャント抵抗Ｒ２の一端（低電位側）、または第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続可能な構成である。
【００６１】
第１増幅器１１ａの反転入力端子が第２シャント抵抗Ｒ２の他端（高電位側）に接続され（固定）、かつ第１増幅器１１ａの非反転入力端子が第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続される状態と、第２シャント抵抗Ｒ２の一端（低電位側）に接続される状態の組み合わせは、実施の形態２において第１増幅器１１ａの非反転入力端子が第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続される状態と、第２シャント抵抗Ｒ２の一端（低電位側）に接続される状態の組み合わせと、同じ状況である。従ってオフセット電圧の検出が可能である。
【００６２】
また第１増幅器１１ａの非反転入力端子が第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続され（固定）、かつ第１増幅器１１ａの反転入力端子が第２シャント抵抗Ｒ２の他端（高電位側）に接続される状態と、第２シャント抵抗Ｒ２の一端（低電位側）に接続される状態の組み合わせは、実施の形態２において第３増幅器１２ａの非反転入力端子が第２シャント抵抗Ｒ２の他端（高電位側）に接続される状態と、第１シャント抵抗Ｒ１の他端（高電位側）に接続される状態の組み合わせと、同じ状況である。従って分解能の切替も可能である。
【００６３】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６４】
例えば実施の形態１では第１増幅器１１ａの第１ゲインと第３増幅器１２ａの第３ゲインを同じ値に設定した。この点、第３ゲインを第１ゲインより小さい値（例えば、８倍）に設定してもよい。これにより第３増幅器１２ａでは、第１増幅器１１ａより広範囲の電流を検出できるようになる。その代わり、第１電圧増幅部１１がダウンして第３増幅器１２ａの出力電圧からＳＯＣを算出する場合、分解能が低い電圧をもとにＳＯＣを算出することになる。設計者は、このトレードオフ関係を考慮して、第１増幅器１１ａの第１ゲインと第３増幅器１２ａの第３ゲインを設定する。
【００６５】
また上記の実施の形態１−４では、電流検出装置１００又はそれを備える電源システム３００を車載用途に適用する例を説明したが、電流検出装置１００又はそれを備える電源システム３００を、家庭用や産業用等の蓄電システムに適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１００  電流検出装置、  ２００  二次電池、  ３００  電源システム、  ４００  負荷、  Ｒ１  第１シャント抵抗、  Ｒ２  第２シャント抵抗、  Ｒ３  第３シャント抵抗、  １０  電流計測部、  １１  第１電圧増幅部、  １１ａ  第１増幅器、  １１ｂ  第２増幅器、  １２  第２電圧増幅部、  １２ａ  第３増幅器、  １３  切替部、  ２０  マイクロコントローラ、  ２１  演算部、  ２２  電流算出部、  ２３  オフセット算出部、  ２４  オフセット保持部、  ２５  ＳＯＣ算出部、  ２６  切替部、  ２７  第１ＡＤ変換器、  ２８  第２ＡＤ変換器、  ＯＰ  オペアンプ、  Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７  抵抗、  Ｖｒ  基準電圧、  ＳＷ１  第１スイッチ、  ＳＷ２  第２スイッチ、  ＳＷ３  第３スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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