JP2020122688A - 電流検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な回路構成としながら素子や回路構成の故障を診断する。【解決手段】電流検出システムは、電流センサ１と、電流センサ１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３と、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップ４とを備えている。演算チップ４は、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１を備えており、さらに、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１のデジタル信号と、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３のデジタル信号を比較して、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定する判定部１５を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、主として変動する電流を検出する電流検出システムに関し、とくに車両に搭載されて走行用バッテリの電流を検出するのに最適な電流検出システムに関する。

正確な電流検出は、バッテリを充放電する電流から残容量を演算するシステムにおいて極めて大切である。演算された残容量を設定範囲にコントロールすることで、高い安全性を確保しながらバッテリの劣化を少なくできるからである。充放電されるバッテリの残容量を確実に安定して検出することは、電動車両の走行用バッテリにおいて特に有効である。バッテリの電流検出は種々の用途で使用されるが、車両の走行モータに電力を供給するバッテリの電流を検出するシステムにあっては、極めて信頼性が要求される。それは、検出するバッテリの充電電流と放電電流を積算して、バッテリの残容量を演算して、バッテリの充放電電流をコントロールしてバッテリの過充電や過放電を防止し、さらに、バッテリの劣化を少なくしているからである。バッテリは、過充電や過放電で劣化が進行し、安全性も低下するので、バッテリの残容量検出のエラーは安全性を低下させる原因となる。ただ、このことを実現するには、電流を検出する全ての素子の信頼性を向上することが大切である。ただ、複雑な種々の素子を使用しながら、全ての素子の故障を皆無にすることは極めて難しい。

特開２００８−０７２８８７

電流検出システムは、検出する電流値をアナログ信号からデジタル信号に変換して、マイクロコンピュータ等の演算回路でデジタル処理して種々の制御に利用している。電流を正確に検出してデジタル信号として出力する電流検出システムとして、シャント抵抗器の両端に発生するアナログ信号の電圧値をＡ／Ｄコンバータでアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する電流検出システムは開発されている。（特許文献１参照）
以上の電流検出システムは、電流を正確に検出して、電流検出システムとして検出電流を出力できるが、Ａ／Ｄコンバータ等の素子や回路が正常に動作しないと正確な電流を検出できなくなる欠点がある。

本発明は、従来の電流検出システムの欠点を解消することを目的として開発されたもので、本発明の重要な目的は、簡単な回路構成としながら素子や回路構成の故障を診断できる電流検出システムを提供することにある。

本発明のある態様にかかる電流検出システムは、電流センサ１と、電流センサ１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３と、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップ４とを備えている。演算チップ４は、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１を備えており、さらに、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１のデジタル信号と、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３のデジタル信号を比較して、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定する判定部１５を備えている。

本発明の他の態様にかかる電流検出システムは、電流センサ１と、電流センサ１の温度を検出する温度センサ２と、温度センサ２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３と、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップ４とを備えている。演算チップ４は、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１を備えており、さらに、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１のデジタル信号と、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３のデジタル信号を比較して、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定する判定部１５を備えている。

本発明の他の態様にかかる電流検出システムは、電流センサ１と、電流センサ１の温度を検出する温度センサ２と、電流センサ１と温度センサ２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３と、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップ４とを備えている。演算チップ４は、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１を備えており、さらに、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１のデジタル信号と、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３のデジタル信号を比較して、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定する判定部１５を備えている。

本発明の電流検出システムは、簡単な回路構成としながら素子や回路構成の故障を診断できる特徴がある。それは、以上の電流検出システムが、電流センサまたは温度センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータと、センサ側のＡ／Ｄコンバータから入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップとを備えており、演算チップの内蔵Ａ／Ｄコンバータのデジタル信号と、センサ側のＡ／Ｄコンバータのデジタル信号を比較して、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定するからである。

本発明の一実施形態に係る電流検出システムのブロック図である。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

本発明の第１の発明の電流検出システムは、電流センサと、電流センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータと、センサ側のＡ／Ｄコンバータから入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップとを備えており、演算チップが内蔵Ａ／Ｄコンバータを備え、さらに、演算チップが、内蔵Ａ／Ｄコンバータのデジタル信号と、センサ側のＡ／Ｄコンバータのデジタル信号を比較して、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定する判定部を備えている。

以上の電流検出システムは、演算チップの内蔵Ａ／Ｄコンバータを故障診断に併用するので、部品コストを安くして、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定できる特徴がある。電流センサの出力側に接続されるセンサ側のＡ／Ｄコンバータは、出力信号を、たとえば、耐ノイズ性の優れたＣＡＮ等のビークルバス規格とするために、信号処理用の演算チップが接続される。この演算チップは、ワンチップマイコンやＡＳＩＣ等の半導体素子であるが、これ等の半導体素子は、アナログ信号を入力して種々の処理をするために、入力側にＡ／Ｄコンバータを内蔵している。この内蔵Ａ／Ｄコンバータで、電流センサが出力するアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号と、センサ側のＡ／Ｄコンバータから出力されるデジタル信号を比較して、Ａ／Ｄコンバータの故障が診断される。センサ側のＡ／Ｄコンバータと、演算チップの内蔵Ａ／Ｄコンバータが正常に動作する状態において、センサ側のＡ／Ｄコンバータと内蔵Ａ／Ｄコンバータから出力されるデジタル信号は実質的に同一値となる。何れかのＡ／Ｄコンバータが故障すると、センサ側のＡ／Ｄコンバータと内蔵Ａ／Ｄコンバータから出力されるデジタル信号が異なる値となるので、センサ側のＡ／Ｄコンバータと内蔵Ａ／Ｄコンバータの差電圧を閾値と比較して、Ａ／Ｄコンバータの故障は判定できる。両方のＡ／Ｄコンバータが正常に動作する状態で、両方のＡ／Ｄコンバータのデジタル信号の電位が実質的に同一値となって予め設定している閾値よりも小さくなるからである。以上の電流検出システムは、センサ側のＡ／Ｄコンバータと内蔵Ａ／Ｄコンバータの何れかが故障すると、両方のＡ／Ｄコンバータの電位差が閾値を越えるので、いずれのＡ／Ｄコンバータが故障したかを判定できないが、いずれのＡ／Ｄコンバータが故障したかは、両方のＡ／Ｄコンバータから出力される電流値を、種々の外的条件、たとえば、電流の変化特性、電池の充放電を検出するシステムにあっては、電池の電圧や残容量から推定できる推定電流値に比較して、推定電流値との差電圧が大きいＡ／Ｄコンバータを故障と判定して、故障Ａ／Ｄコンバータを判定することができる。

さらに、センサ側のＡ／Ｄコンバータと内蔵Ａ／Ｄコンバータの出力電圧は、Ａ／Ｄコンバータの故障のみでなく、これ等のＡ／Ｄコンバータに接続している回路の故障によっても、電位差は閾値を越えるので、Ａ／Ｄコンバータの故障診断のみでなく、さらにＡ／Ｄコンバータを接続している回路の故障、接触不良、接続しているリード線、回路基板の導電部の断線などの故障も判定できる。

本発明の第２の発明の電流検出システムは、電流センサと、電流センサの温度を検出する温度センサと、温度センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータと、センサ側のＡ／Ｄコンバータから入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップとを備えており、演算チップが内蔵Ａ／Ｄコンバータを備え、さらに、演算チップが、内蔵Ａ／Ｄコンバータのデジタル信号と、センサ側のＡ／Ｄコンバータのデジタル信号を比較して、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定する判定部を備えている。

以上の電流検出システムは、演算チップの内蔵Ａ／Ｄコンバータを、温度センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータの故障診断に併用するので、部品コストを安くして、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定できる特徴がある。以上の電流検出システムは、電流センサに接続しているセンサ側のＡ／Ｄコンバータと、演算チップの内蔵Ａ／Ｄコンバータの両方で、温度センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して、両方のデジタル信号を比較して故障診断する。温度センサ側であるセンサ側のＡ／Ｄコンバータと、演算チップの内蔵Ａ／Ｄコンバータが正常に動作する状態において、両方のＡ／Ｄコンバータから出力されるデジタル信号は同じ値となり、あるいは予め設定している設定範囲となる。何れかのＡ／Ｄコンバータが故障すると、各々のＡ／Ｄコンバータから出力されるデジタル信号が異なる値となるので、故障を判定できる。

本発明の第３の発明の電流検出システムは、電流センサと、電流センサの温度を検出する温度センサと、電流センサと温度センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータと、センサ側のＡ／Ｄコンバータから入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップとを備えており、演算チップが内蔵Ａ／Ｄコンバータを備え、さらに、演算チップが、内蔵Ａ／Ｄコンバータのデジタル信号と、センサ側のＡ／Ｄコンバータのデジタル信号を比較して、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定する判定部を備えている。

以上の電流検出システムは、演算チップの内蔵Ａ／Ｄコンバータを、電流センサ及び温度センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータの故障診断に併用するので、部品コストを安くして、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定できる特徴がある。以上の電流検出システムは、電流センサと温度センサに接続しているセンサ側のＡ／Ｄコンバータと、演算チップの内蔵Ａ／Ｄコンバータの両方で、電流センサ及び温度センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して、両方のデジタル信号を比較して故障診断する。電流センサ及び温度センサ側であるセンサ側のＡ／Ｄコンバータと、演算チップの内蔵Ａ／Ｄコンバータが正常に動作する状態において、両方のＡ／Ｄコンバータから出力されるデジタル信号は同じ値となり、あるいは予め設定している設定範囲となる。何れかのＡ／Ｄコンバータが故障すると、各々のＡ／Ｄコンバータから出力されるデジタル信号が異なる値となるので、故障を判定できる。

本発明の第４の発明の電流検出システムは、第２の発明または第３の発明において、さらに、演算チップに接続されて、演算チップから出力される、電流と温度と温度補正された補正電流が入力される第２のマイコンを備え、第２のマイコンが、演算チップから入力される電流信号と温度信号から補正電流を演算する電流補正部を備え、電流補正部で演算された補正電流と、演算チップから入力される補正電流とを比較して、演算チップと第２のマイコンの故障を判定する判定部を備えている。

以上の電流検出システムは、第２のマイコンを演算チップの故障診断に併用して、部品コストを安くしながら、演算チップと第２のマイコンの故障を診断できる特徴がある。それは、演算チップの出力側には、演算チップから伝送される信号を処理するために、第２のマイコンを接続しているが、この第２のマイコンでもって、演算チップから入力される電流信号と温度信号から補正電流を演算して、演算された補正電流と、演算チップから入力される補正電流とを比較して、演算チップと第２のマイコンの故障を判定するからである。

本発明の第５の発明の電流検出システムは、第４の発明において、演算チップと第２のマイコンとをワイヤーハーネスを介して接続している。

本発明の第６の発明の電流検出システムは、第４の発明または第５の発明において、演算チップがデジタル信号をＣＡＮに変換して第２のマイコンに出力している。

本発明の第７の発明の電流検出システムは、第４の発明ないし第６の発明のいずれかにおいて、電流センサを、バッテリの負荷電流を検出する電流センサとして、第２のマイコンが、検出する電流値から残容量を演算する演算部を備えている。

本発明の第８の発明の電流検出システムは、第１の発明ないし第７の発明のいずれかにおいて、電流センサが、シャント抵抗器を備え、シャント抵抗器の両端の電圧から電流を検出する電流センサとしている。

本発明の第９の発明の電流検出システムは、第１の発明ないし第７の発明のいずれかにおいて、電流センサを、フラックスゲート方式の電流センサとしている。

（実施の形態１）
図１のブロック図に示す電流検出システム１００は、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、電気自動車などの電動車両に搭載されて、走行用のバッテリ３０の電流を検出する。この電流検出システム１００は、バッテリ３０の電流を電流センサ１で検出し、さらに電流センサ１の検出値を温度で補正するために電流センサ１の温度を検出する温度センサ２と、電流センサ１と温度センサ２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３と、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップ４と、演算チップ４に接続されて、演算チップ４から出力される、電流と温度と温度補正された補正電流がデジタル信号が入力される第２のマイコン５を備える。

図の電流検出システム１００は、電流センサ１とセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３と演算チップ４とを実装する電流検出モジュール１０と、第２のマイコン５を搭載する基板２０とを別基板として、コネクタ６とワイヤーハーネス７を介して接続している。ワイヤーハーネス７は、両端に接続しているコネクタ６を介して、電流検出モジュール１０と基板２０とを接続して、演算チップ４から出力されるバス規格のデジタル信号を第２のマイコン５に伝送する。

図の電流検出システム１００は、電流センサ１で検出する電流を、温度センサ２の検出温度で温度補正するので、極めて高い精度で電流を検出できる。ただ、温度補正することなく正確に電流を検出できる電流センサを使用し、あるいは温度補正することなく要求される精度で電流を検出できる電流検出システムにあっては、必ずしも温度センサを設けることなく、電流センサで電流を検出することができる。

電流センサ１は、図に示すように、小形で正確に電流を検出できるシャント抵抗器８が適している。ただ、電流センサ１をシャント抵抗器８に特定するものでなく、電流センサ１は、高い精度で電流を検出できるフラックスゲート方式の電流センサ等、他の電流センサも使用できる。

シャント抵抗器８は、電流に比例して両端に電圧降下が発生する。シャント抵抗器８の電圧降下は、電流と電気抵抗の積となる。シャント抵抗器８は、電気抵抗を小さくして電圧降下と電力損失を小さくできる。シャント抵抗器８は、電圧降下と電力損失を小さくするために、電気抵抗を小さく、例えば電動車両のバッテリ電流を検出する電流検出システムにあっては、数ｍΩ以下の低抵抗に設定される。

電気抵抗の小さいシャント抵抗器８は、出力電圧をアンプ（図示せず）で増幅してセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３に出力することができる。アンプは、シャント抵抗器８の両端の電圧降下を、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３が、デジタル信号に変換する設定範囲まで増幅する。センサ側のＡ／Ｄコンバータ３は、設定範囲の電圧をデジタル信号に変換するので、デジタル信号に変換できる電圧の設定範囲が低い、たとえばｍＶオーダーの入力電圧をデジタル信号に変換できるＡ／Ｄコンバータは、シャント抵抗器８の出力電圧をアンプで増幅することなく、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３でデジタル信号に変換できる。

センサ側のＡ／Ｄコンバータ３は、電流センサ１と温度センサ２から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。センサ側のＡ／Ｄコンバータ３は、好ましくは１２ビット〜３２ビットのデジタル信号に変換して出力するが、好ましくは１６ビットのデジタル信号に変換して出力する。センサ側のＡ／Ｄコンバータ３は、出力するデジタル信号を１２ビットから３２ビットと多くするに従って、量子化誤差を小さくして、高い分解能のデジタル信号として出力できる。ただ、１２ビットから３２ビットと多くすると、演算チップ４の演算時間が長くなり、あるいは高速処理する演算チップ４を使用する必要があって部品コストが高くなる。したがって、好ましくは、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３は、最大で２^１６（６５，５３６）の数値を表現できる１６ビットのＡ／Ｄコンバータを使用する。センサ側のＡ／Ｄコンバータ３は、電流センサ１と温度センサ２の出力側に独立して別々に接続されて、電流センサ１と温度センサ２のアナログ信号をデジタル信号に変換できるが、入力側にマルチプレクサを設けて、マルチプレクサで電流センサ１と温度センサ２とを切り換えてデジタル信号に変換することもできる。

センサ側のＡ／Ｄコンバータ３は、所定のサンプリング周期で入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。センサ側のＡ／Ｄコンバータ３のサンプリング周期は、電流が変化するタイミングを考慮して最適値に設定されるが、たとえば１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃ、好ましくは１００μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃの範囲に設定される。センサ側のＡ／Ｄコンバータ３は、外部から入力されるトリガー信号でアナログ信号をデジタル信号に変換し、あるいは外部からトリガー信号を入力することなく、内部のタイマからのトリガー信号で、アナログ信号をデジタル信号に変換する。

演算チップ４はワンチップマイコンやＡＳＩＣが使用できるが、好ましくはワンチップマイコンを使用する。ワンチップマイコンは、電流センサ１と温度センサ２から入力されるデジタル信号の電流信号と温度信号を演算して、温度補正した電流値を演算し、さらに演算したデジタル信号をＣＡＮ等の耐ノイズ特性の優れたバス規格に変換して外部に出力する。ワンチップマイコンは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の演算処理部１２と、デジタル信号とアナログ信号の入力回路１３を内蔵し、種々の用途に使用される回路構成としている。ワンチップマイコンは、アナログ信号とデジタル信号を入力して演算処理できるように、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１を備えている。

演算チップ４は、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１を、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３の故障診断に併用する。演算チップ４は、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１で、電流センサ１と温度センサ２から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。演算チップ４は、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１で変換したデジタル信号を、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力されるデジタル信号に比較して、Ａ／Ｄコンバータの故障を診断する。

電流検出システム１００は、Ａ／Ｄコンバータが故障しない正常な動作状態では、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３で変換されたデジタル信号から電流を検出し、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１を電流の検出には使用しない。したがって、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１は、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３に比較して、出力するデジタル信号のビット数の少ないものが使用できる。たとえば、電流センサ１と温度センサ２に接続するセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３には、１６ビット（６５，５３６階調）のＡ／Ｄコンバータを使用して、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１には１２ビット（４０９６階調）のＡ／Ｄコンバータを使用して、演算チップ４の部品コストを安くできる。

１６ビットのセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３は、±１００Ａの電流をデジタル信号に変換して、１ビットの分解能が３ｍＡとなり、１２ビットのセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３は、±１００Ａの電流をデジタル信号に変換して１ビットの分解能が４０ｍＡと大きくなる。以上の電流検出システム１００は、Ａ／Ｄコンバータの正常な動作状態では、高分解能のセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３から出力されるデジタル信号を演算して電流を検出するので、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１の分解能を低くしながら、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３が故障しない正常な状態では、高い精度で電流を検出できる。

演算チップ４は、電流センサ１と温度センサ２に接続しているセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力されるデジタル信号を演算して、温度センサ２の検出温度で電流センサ１の値を温度補正して補正電流を演算する。電流センサ１のシャント抵抗器８は、電気抵抗が温度で変化するので、演算チップ４は、検出温度でシャント抵抗器８の抵抗値を補正して、補正されたシャント抵抗器８の抵抗値と電圧降下から補正電流を演算する。

演算チップ４は、温度に対するシャント抵抗器８の電気抵抗を、ルックアップテーブルや関数としてメモリ１４に記憶している。メモリ１４に記憶するデータに基づいて、温度で電気抵抗を補正する。補正された電気抵抗（Ｒ）とシャント抵抗器８の電圧降下（Ｅ）から、演算チップ４は、以下の式で補正電流（Ｉ）を演算する。
Ｉ＝Ｅ／Ｒ

シャント抵抗器８の電圧降下は、電流センサ１からセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３に入力され、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３でデジタル信号に変換されて演算チップ４の入力端子に入力される。シャント抵抗器８の温度は、温度センサ２からセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３に入力されて、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３でデジタル信号に変換されて演算チップ４の入力端子に入力される。

演算チップ４は、演算処理部１２で補正電流を演算すると共に、Ａ／Ｄコンバータの故障を判定する判定部１５を備えている。判定部１５は、例えばＣＰＵである。判定部１５は、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力されるデジタル信号と、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１で変換したデジタル信号を比較して故障診断する。判定部１５は、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力されるデジタル信号と、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１で変換されたデジタル信号の差が閾値を越えるとＡ／Ｄコンバータが故障していると判定し、デジタル信号の差が閾値よりも小さいとＡ／Ｄコンバータが正常に動作していると判定する。演算チップ４は、閾値をメモリ１４に記憶している。演算チップ４は、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３と内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１の両方が正常に動作する状態で、その差が閾値を越えないように閾値を設定している。

判定部１５は、電流センサ１に接続しているセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力されるデジタル信号と、電流センサ１から入力されるアナログ信号を内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１で変換したデジタル信号を比較してＡ／Ｄコンバータの故障診断し、さらに、温度センサ２に接続しているセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力されるデジタル信号と、温度センサ２から入力されるアナログ信号を内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１で変換したデジタル信号を比較してＡ／Ｄコンバータの故障を診断する。

演算チップ４は、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３と内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１で、電流センサ１と温度センサ２の両方の信号をデジタル信号に変換して故障診断することで高い精度でセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３の故障を診断できる。ただ、演算チップ４は、必ずしも電流センサ１と温度センサ２の両方から出力されるアナログ信号をセンサ側のＡ／Ｄコンバータ３と内蔵Ａ／Ｄコンバータ１１でデジタル信号に変換して故障診断することなく、電流センサ１又は温度センサ２のいずれかから出力されるアナログ信号のみをデジタル信号に変換して故障を診断することもできる。

さらに、図１の電流検出システム１００は、演算チップ４と第２のマイコン５で補正電流を演算して、演算チップ４と第２のマイコン５の故障を診断する。演算チップ４と第２のマイコン５は、コネクタ６とワイヤーハーネス７を介して接続している。演算チップ４は、コネクタ６とワイヤーハーネス７を介して第２のマイコン５に、電流と温度と補正電流をデジタル信号で伝送する。演算チップ４から出力されるデジタル信号は、バス規格に変換されてコネクタ６とワイヤーハーネス７を介して第２のマイコン５に伝送される。演算チップ４は、内部で演算処理した補正電流に加えて、補正電流の演算に使用した、センサ側のＡ／Ｄコンバータ３から入力される電流及び温度を、バス規格のデジタル信号に変換して第２のマイコン５に伝送する。

第２のマイコン５は、演算チップ４から入力される電流信号と温度信号から補正電流を演算する電流補正部２１を備えている。電流補正部２１は、演算チップ４から入力されるデジタル電流信号とデジタル温度信号から補正電流を演算する。

さらに、第２のマイコン５は、電流補正部２１で演算された補正電流と、演算チップ４から入力される補正電流とを比較して、演算チップ４と第２のマイコン５の故障を判定する判定部２５を備えている。判定部２５は、演算チップ４から入力される補正電流と、内部の電流補正部２１で演算した補正電流を比較して、補正電流の差が閾値を越えると、演算チップ４と第２のマイコン５の何れかが故障したと判定して、エラー信号を出力する。第２のマイコン５は、故障診断の閾値を記憶している。閾値は、演算チップ４と第２のマイコン５が正常に動作する状態で演算される補正電流の差よりも僅かに大きな値に設定して、演算チップ４と第２のマイコン５の正常な動作状態では、両者で演算する補正電流の差が閾値を越えないようにしている。

第２のマイコン５は、補正電流の演算のみでなく、他の信号処理や演算をすることができる。たとえば、電動車両に使用される電流検出システムにあっては、第２のマイコン５で電池の残容量を演算し、また、残容量から電池を充放電する電流の制御などもすることができる。図に示す電流検出システム１００は、電流センサ１がバッテリ３０の負荷電流を検出する構成としており、第２のマイコン５が、電流センサ１が検出する電流値から電池の残容量を演算する演算部２２を備えている。

本発明は、変動する電流を検出する電流検出システムとして、例えば、電動車両等に搭載されて、走行用バッテリの電流を検出する用途に好適に使用できる。

１００…電流検出システム
１…電流センサ
２…温度センサ
３…センサ側のＡ／Ｄコンバータ
４…演算チップ
５…第２のマイコン
６…コネクタ
７…ワイヤーハーネス
８…シャント抵抗器
１０…電流検出モジュール
１１…内蔵Ａ／Ｄコンバータ
１２…演算処理部
１３…入力回路
１４…メモリ
１５…判定部
２０…基板
２１…電流補正部
２２…演算部
２５…判定部
３０…バッテリ

Claims (9)

1. 電流センサと、
   前記電流センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータと、
   前記センサ側のＡ／Ｄコンバータから入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップと、
   を備える電流検出システムであって、
   前記演算チップが
   内蔵Ａ／Ｄコンバータを備え、さらに、
   前記演算チップが、
   内蔵Ａ／Ｄコンバータのデジタル信号と、
   前記センサ側のＡ／Ｄコンバータのデジタル信号を比較して、
   前記Ａ／Ｄコンバータの故障を判定する判定部を備えることを特徴とする電流検出システム。
2. 電流センサと、
   前記電流センサの温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータと、
   前記センサ側のＡ／Ｄコンバータから入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップと、
   を備える電流検出システムであって、
   前記演算チップが
   内蔵Ａ／Ｄコンバータを備え、さらに、
   前記演算チップが、
   内蔵Ａ／Ｄコンバータのデジタル信号と、
   前記センサ側のＡ／Ｄコンバータのデジタル信号を比較して、
   前記Ａ／Ｄコンバータの故障を判定する判定部を備えることを特徴とする電流検出システム。
3. 電流センサと、
   前記電流センサの温度を検出する温度センサと、
   前記電流センサと前記温度センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するセンサ側のＡ／Ｄコンバータと、
   前記センサ側のＡ／Ｄコンバータから入力されるデジタル信号を信号処理する演算チップと、
   を備える電流検出システムであって、
   前記演算チップが
   内蔵Ａ／Ｄコンバータを備え、さらに、
   前記演算チップが、
   内蔵Ａ／Ｄコンバータのデジタル信号と、
   前記センサ側のＡ／Ｄコンバータのデジタル信号を比較して、
   前記Ａ／Ｄコンバータの故障を判定する判定部を備えることを特徴とする電流検出システム。
4. 請求項２または３に記載する電流検出システムであって、さらに、
   前記演算チップに接続されて、前記演算チップから出力される、電流と温度と温度補正された補正電流が入力される第２のマイコンを備え、
   前記第２のマイコンが、
   前記演算チップから入力される電流信号と温度信号から補正電流を演算する電流補正部を備え、
   前記電流補正部で演算された補正電流と、前記演算チップから入力される補正電流とを比較して、前記演算チップと第２のマイコンの故障を判定する判定部を備えることを特徴とする電流検出システム。
5. 請求項４に記載する電流検出システムであって、
   前記演算チップと前記第２のマイコンとがワイヤーハーネスを介して接続されてなることを特徴とする電流検出システム。
6. 請求項４または５に記載する電流検出システムであって、
   前記演算チップがデジタル信号をＣＡＮに変換して前記第２のマイコンに出力することを特徴とする電流検出システム。
7. 請求項４ないし６のいずれかに記載する電流検出システムであって、
   前記電流センサが、バッテリの負荷電流を検出する電流センサで、
   前記第２のマイコンが、検出する電流値から残容量を演算する演算部を備えることを特徴とする電流検出システム。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載する電流検出システムであって、
   前記電流センサが、
   シャント抵抗器を備え、シャント抵抗器の両端の電圧から電流を検出する電流センサであることを特徴とする電流検出システム。
9. 請求項１ないし７のいずれかに記載する電流検出システムであって、
   前記電流センサが、
   フラックスゲート方式の電流センサであることを特徴とする電流検出システム。

Images