JP2008058084A - 車両の充放電電流の検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な回路構成としながら、２点補正して正確に充放電電流を検出する。
【解決手段】車両の充放電電流の検出方法は、電池１の充放電電流に対応する電圧を出力する電流センサ３と、電流センサ３の出力側に接続している電子回路４と、電子回路４の出力側に接続しているＡ／Ｄコンバータ５とを備える。電子回路４は、充放電電流を０Ａとする状態で中間設定電圧を出力し、プラス側の充放電電流を検出する状態で中間設定電圧よりも高い検出電圧を出力し、マイナス側の充放電電流を検出する状態で中間設定電圧よりも低い検出電圧を出力する。さらに、検出方法は、電子回路４の電源電圧を遮断する状態でＡ／Ｄコンバータ５に入力する電圧を０Ｖとする第１の補正状態と、電子回路４に電源電圧を入力して、充放電電流を０Ａとする状態で、Ａ／Ｄコンバータ５に中間設定電圧を入力する第２の補正状態とでＡ／Ｄコンバータ５の検出電流を補正する。
【選択図】図５

Description

本発明は、主としてハイブリッドカーの充放電電流を検出する方法に関する。

ハイブリッドカーは、電池の充放電電流を正確に検出して、電池の残容量を正確に演算することが大切である。それは、電池の残容量の誤差が、電池を有効に充放電できる容量を制限し、また、電池を劣化させて寿命を短くする原因となるからである。ハイブリッドカーは、電池を有効に充放電できるように、また電池の劣化を少なくして長寿命とするために、残容量を特定の範囲に制限して充放電している。残容量は、電池の充放電を積算して演算される。充放電電流の検出誤差は、放電を繰り返すにしたがって、残容量の検出誤差を大きくする。充放電を繰り返すにしたがって、誤差が累積されるからである。

ハイブリッドカーは、電池の充放電電流を電流センサで検出する。電流センサは、検出する充放電電流に対応した電圧をリニアに出力する。電流センサの出力は、電子回路に入力して増幅される。さらに、電子回路で増幅された出力はＡ／Ｄコンバータに入力されてデジタル信号に変換される。デジタル信号は演算回路に入力される。演算回路は入力されるデジタル信号の充放電電流を演算して電池の残容量を演算する。

以上の回路で電池の充放電電流を検出する方法は、電子回路のオフセット誤差が原因で、検出する電流に誤差が発生する。困ったことに、オフセット誤差は温度が原因で変動し、さらに経時的にも変化する。このため、製造工程ではオフセット誤差を完全に補正できない。この弊害を解消するために、オフセット誤差を補正する回路が開発されている。（特許文献１参照）
特開平３−１６５２４５号公報

特許文献１に記載されるオフセット誤差の補正方法は、検出する電流を０Ａとする状態で出力電圧を検出して、オフセット電圧とする。このオフセット電圧で検出される電流を補正する。ただ、この方法は、電流を０Ａとする一点でオフセット電圧を検出して、検出電流と出力電圧の直線性は変化しないと仮定して補正するので、出力特性の直線性のずれを補正できない。出力特性の直線性は必ずしも常に一定ではなく、温度等で変化する。このため、特許文献１の方法では、正確に理想的な補正は実現されない。直性性のずれは、０Ａのみでなく、特定の基準電流を流す状態でも補正し、０Ａと、基準電流の２点で補正して少なくできる。ただ、この方法は、基準電流を流す回路を必要とする。さらに、この基準電流を流す回路も、温度によって基準電流が変動する温度特性があるので、常に極めて高い精度で基準電流を流す回路は、高精度の部品を使用し、さらに回路構成が複雑になる欠点がある。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単な回路構成としながら、２点補正して正確に充放電電流を検出できる車両の充放電電流の検出方法を提供することにある。

本発明の車両の充放電電流の検出方法は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両の充放電電流の検出方法は、検出する電池１の充放電電流に対応する電圧を出力する電流センサ３と、この電流センサ３の出力側に接続している電子回路４と、この電子回路４の出力側に接続しているＡ／Ｄコンバータ５とを備える。電子回路４は、充放電電流を０Ａとする状態で中間設定電圧を出力し、プラス側の充放電電流を検出する状態において中間設定電圧よりも高い検出電圧を出力し、マイナス側の充放電電流を検出する状態において中間の設定電圧よりも低い検出電圧を出力する。さらに、充放電電流の検出方法は、電子回路４の電源電圧を遮断する状態で電子回路４からＡ／Ｄコンバータ５に入力する電圧を０Ｖとする第１の補正状態と、電子回路４に電源電圧を入力する状態であって、充放電電流を０Ａとする状態で、電子回路４からＡ／Ｄコンバータ５に中間の設定電圧を入力する第２の補正状態とで、Ａ／Ｄコンバータ５の検出電流を補正する。

本発明の車両の充放電電流の検出方法は、極めて簡単な回路構成としながら、充放電電流を２点で補正して正確に検出できる特徴がある。それは、本発明の検出方法が、電子回路の電源電圧を遮断する状態で電子回路からＡ／Ｄコンバータに入力する電圧を０Ｖとする第１の補正状態と、電子回路に電源電圧を入力する状態であって、充放電電流を０Ａとする状態で、電子回路からＡ／Ｄコンバータに中間の設定電圧を入力する第２の補正状態とで、Ａ／Ｄコンバータの検出電流を補正するからである。とくに、この方法によると、特定の基準電流を流すために高精度な基準電流回路などを装備することなく、高い精度で電流を検出できる。それは、本発明の方法が、電源電圧の供給を遮断する状態と、電源電圧を供給しながら充放電電流を０Ａとする状態の２点で補正するからである。電源電圧を供給しない状態と、電流を０Ａとする状態は、誤差が発生する原因がなく、極めて高い精度で補正できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両の充放電電流の検出方法を例示するものであって、本発明は車両の充放電電流の検出方法を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

本発明にかかる車両の充放電電流の検出方法を利用する電流検出回路は、ハイブリッドカーに搭載されて、電池の充放電電流を検出する。図１は、電流検出回路２を備えるハイブリッドカーのブロック図を示す。この図のハイブリッドカーは、電池１の充放電電流を電流検出回路２で検出し、残容量を演算して電池１の充放電をコントロールする。電池１は、車両を走行させるモータ９に電力を供給して放電され、また、車両に搭載される発電機（図示せず）で充電される。電流検出回路２は、検出する充放電電流を、バッテリＥＣＵ８の演算回路（図示せず）に入力する。バッテリＥＣＵ８の演算回路は、電流検出回路２で検出される充放電電流を演算して、電池１の残容量を検出する。さらに、バッテリＥＣＵ８は、電池１の残容量が所定の範囲となるように、電池１の充放電をコントロールして、車両を走行させる。

電流検出回路２を図２に示す。この図の電流検出回路２は、電池１の充放電電流を検出して充放電電流に対応する電圧を出力する電流センサ３と、この電流センサ３の出力側に接続している電子回路４と、この電子回路４の出力側に接続しているＡ／Ｄコンバータ５とを備える。

電流センサ３は、マイナス側からプラス側の電流を検出して、充放電電流がマイナス側からプラス側に大きくなるにしたがって出力電圧をプラス側に高くする。図３は、電流センサ３の入力−出力特性を示すグラフである。この電流センサ３は、検出する充放電電流に対してリニアに出力電圧を高くする。図の電流センサ３は、−２５０Ａから＋２５０Ａの電流を検出して、この電流範囲でリニアに出力電圧を高くする。

電子回路４は、差動アンプ６を備える。この電子回路４の出力特性を図４に示す。電子回路４は、マイナス側の最大電流で出力電圧を０Ｖとし、プラス側の最大電流で最大電圧を出力し、充放電電流を０Ａとする状態で、中間設定電圧を出力する。図の電子回路４は、プラス側の最大電流で出力電圧を４Ｖとし、充放電電流を０Ａとする状態での中間設定電圧を４Ｖの１／２の２Ｖとしている。差動アンプ６からなる電子回路４は、マイナス側の入力端子に基準電圧を入力して、図４に示す出力特性としている。差動アンプ６のプラス側の入力端子は、電流センサ３の出力を接続している。図４の出力特性の電子回路４は、充放電電流を−２５０Ａ、すなわち電池１を２５０Ａで放電する状態で、出力電圧を０Ｖとする。また、充放電電流を＋２５０Ａ、いいかえると電池１を２５０Ａで充電する状態で出力電圧を４Ｖとする。充放電電流を０Ａとする状態では出力電圧を２Ｖとする。電子回路４は、図４の出力特性となるように、差動アンプ６の増幅率を調整し、またマイナス側の入力電圧を調整している。差動アンプ６は、増幅率で電流に対する出力特性ラインの傾斜、すなわち勾配を調整できる。また、マイナス側の入力電圧を変更して、出力特性ライン全体を上下にシフトできる。図４は、理想的な電子回路４の出力特性を示している。現実の電子回路４は、差動アンプ６のオフセット等が原因で、出力特性ラインは図の矢印Ａで示すように上下にシフトされ、また矢印Ｂで示すように勾配も設計値からずれている。出力特性ラインのずれは、後で記述する方法で補正される。この電子回路４は、差動アンプ６に電源電圧を入力する状態で動作状態となり、電源電圧の供給が遮断される状態で、非動作状態となって出力電圧を０Ｖとする。

電子回路４の出力電圧は、Ａ／Ｄコンバータ５に入力される。電子回路４はアナログ信号の出力電圧を出力する。アナログ信号の出力電圧は、Ａ／Ｄコンバータ５に入力されて、デジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された電圧信号は、バッテリＥＣＵ８の演算回路に入力される。Ａ／Ｄコンバータ５から演算回路に入力されるデジタルの電圧信号は、充放電電流に対応している。したがって、演算回路は入力されるデジタルの電圧信号から、充放電電流を特定して、電池１の残容量を演算し、また電池１の充放電をコントロールする。

電子回路４とＡ／Ｄコンバータ５は、常に理想的な状態では動作せず、オフセットなどの誤差がある。したがって、Ａ／Ｄコンバータ５で電圧信号に変換される電圧信号は誤差を含んでいる。この誤差は、以下に示す第１の補正状態と第２の補正状態で補正する。第１の補正状態は、電子回路４の電源電圧を遮断して、電子回路４からＡ／Ｄコンバータ５に入力する電圧を０Ｖとする。第２の補正状態は、電子回路４に電源電圧を入力する状態であって、充放電電流を０Ａとする状態で、電子回路４からＡ／Ｄコンバータ５に中間の設定電圧を入力する。Ａ／Ｄコンバータ５から出力される電圧信号を補正する状態を図５に示す。この図に示すように、出力特性ラインは、第１の補正状態である電源電圧の供給を遮断する状態と、第２の補正状態である電源電圧を供給しながら充放電電流を０Ａとする状態の２点で補正する。なお、図５において、直線Ａは補正された出力特性ラインを、直線Ｂは理想的な出力特性ラインをそれぞれ示している。

第１の補正状態は、電子回路４の出力電圧を０Ｖ、すなわちＡ／Ｄコンバータ５の入力電圧が０Ｖとなる状態である。したがって、理想的な動作状態にあるＡ／Ｄコンバータ５は出力電圧を０Ｖとする。現実にＡ／Ｄコンバータ５から出力される電圧が０Ｖでなく、微少電圧（Ｖr）を出力するとき、微少電圧（Ｖr）が０Ｖとなるように出力特性ラインをシフトして補正する。

第２の補正状態は、充放電電流を０Ａとする状態であるから、理想的な動作状態にあると、Ａ／Ｄコンバータ５の出力電圧は中間設定電圧（図５においては２Ｖ）となる。現実にＡ／Ｄコンバータ５から出力される電圧が中間設定電圧と同じでなく、中間設定電圧から誤差電圧（Ｖo）ずれているとき、誤差電圧（Ｖo）を含む電圧が中間設定電圧に対応するように出力特性ラインの勾配を補正する。

図５の直線Ａで示すように、２点で補正される出力特性ラインは、第１の補正状態において検出された、０Ｖから微少電圧（Ｖr）だけシフトされた測定点ａと、第２の補正状態において検出された、中間設定電圧から誤差電圧（Ｖo）だけずれた測定点ｂとを直線補間して求められる。Ａ／Ｄコンバータ５から出力される電圧信号は、この補正された出力特性ラインに基づいて充放電電流が検出される。たとえば、図５において、Ａ／Ｄコンバータ５からの出力電圧がＶxである場合、補正された出力特性ラインにより換算した電流値Ｉxを充放電流として採用する。

図６は、電流センサ１３からの信号ラインのグランド側断線を検出する電流検出回路１２を示す。電流検出回路１２は、グランド側が断線すると、出力電圧が不安定となって、正確に電流を検出できなくなる。この弊害を解消するために、この図の電流検出回路１２は、電子回路１４の差動アンプ１６のマイナス側入力端子１６ａにバイアス電圧を供給している。差動アンプ１６は、図７に示すように、プラス側バイアス電圧を供給する状態で、正常な出力電圧となるように設計されている。このため、信号ラインのマイナス側が断線されずに、マイナス側入力端子１６ａにプラスのバイアス電圧が供給される状態で、差動アンプ１６は正常な出力、すなわち、検出電流を−２５０Ａとする状態で出力電圧を０Ｖとし、電流がプラス側に増加するに従って、出力電圧を高くするようにリニアな出力特性となる。ところが、信号ラインのマイナス側が断線して、差動アンプ１６のマイナス側入力端子１６ａにプラスのバイアス電圧が供給されなくなると、図８に示すように、差動アンプ１６の出力電圧がマイナス側にシフトされる。このことから、出力電圧がマイナス側にシフトされることを検出して、信号ラインのグランド側断線を判定する。なお、この図において、１５はＡ／Ｄコンバータを示している。

本発明の一実施例にかかる充放電電流の検出方法を利用する電流検出回路を備えるハイブリッドカーのブロック図である。 図１に示す電流検出回路のブロック回路図である。 電流センサの入力−出力特性を示すグラフである。 電子回路の出力特性を示すグラフである。 Ａ／Ｄコンバータから出力される電圧信号を補正する状態を示すグラフである。 電流検出回路の他の一例を示すブロック回路図である。 図６に示す電流検出回路の正常時における出力特性を示すグラフである。 図６に示す電流検出回路の信号ラインのマイナス側断線時における出力特性を示すグラフである。

符号の説明

１…電池
２…電流検出回路
３…電流センサ
４…電子回路
５…Ａ／Ｄコンバータ
６…差動アンプ
８…バッテリＥＣＵ
９…モータ
１２…電流検出回路
１３…電流センサ
１４…電子回路
１５…Ａ／Ｄコンバータ
１６…差動アンプ １６ａ…マイナス側入力端子

Claims (1)

1. 検出する電池(1)の充放電電流に対応する電圧を出力する電流センサ(3)と、この電流センサ(3)の出力側に接続している電子回路(4)と、この電子回路(4)の出力側に接続しているＡ／Ｄコンバータ(5)とを備え、
   電子回路(4)は、充放電電流を０Ａとする状態で中間設定電圧を出力し、プラス側の充放電電流を検出する状態において中間設定電圧よりも高い検出電圧を出力し、マイナス側の充放電電流を検出する状態において中間の設定電圧よりも低い検出電圧を出力するようにしてなる車両の充放電電流の検出方法であって、
   電子回路(4)の電源電圧を遮断する状態で電子回路(4)からＡ／Ｄコンバータ(5)に入力する電圧を０Ｖとする第１の補正状態と、電子回路(4)に電源電圧を入力する状態であって、充放電電流を０Ａとする状態で、電子回路(4)からＡ／Ｄコンバータ(5)に中間の設定電圧を入力する第２の補正状態とで、Ａ／Ｄコンバータ(5)の検出電流を補正する車両の充放電電流の検出方法。
   

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