JP5474454B2

JP5474454B2 - 電流検出回路を備えるバッテリシステム及びこのバッテリシステムを搭載する車両

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Publication number: JP5474454B2
Application number: JP2009206281A
Authority: JP
Inventors: 政樹湯郷; 公彦古川; 豊山内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: JP2011058851A; US8508232B2; US20110057658A1

Description

本発明は、極めて高い信頼性で電流を検出できる電流検出回路を備えるバッテリシステムに関し、とくにハイブリッドカーや電気自動車などの車両用の電源装置に使用されて、電池の充電電流と放電電流を安定して検出するのに最適な電流検出回路を備えるバッテリシステムと、このバッテリシステムを搭載してなる車両に関する。

ハイブリッドカー等に使用される車両用の電源装置は、電池の充電電流と放電電流を極めて高い信頼性でもって、しかも高精度に検出することが要求される。電池の電流が検出できなくなると、電池による走行ができなくなるからである。従来の電流検出回路は、電池と直列に接続している電流検出抵抗の電圧を差動アンプで増幅し、この差動アンプの出力電圧から電流を検出している。電流検出抵抗の電圧が電流に比例するので、この電圧から電流を検出できる。電流検出抵抗は、電圧降下による損失を少なくするために、電気抵抗を極めて小さい値としている。電流検出抵抗の電圧は、電気抵抗と電流の積に比例するので、電気抵抗が小さいと電圧も小さくなる。小さい電圧を差動アンプで増幅して電流を検出している。

この電流検出回路は、電流検出抵抗と差動アンプの入力側とを接続する電流検出ラインの断線を判別できない。それは、この電流検出ラインが断線すると差動アンプの入力電圧は０Ｖになるが、この状態は電流が流れない状態と同じであるから、電流が流れていない状態と、電流検出ラインの断線とを識別できないからである。

本発明者は、以上の欠点を解消することを目的として、電流検出ラインの断線を検出できるバッテリシステムを開発した。（特許文献１参照）

特開２００９−１３９２２３号公報

特許文献に記載するバッテリシステムは、電流検出ラインの断線を検出できるが、２組の高精度な差動アンプを必要とすることから、回路構成が複雑で部品コストが高くなる欠点がある。

本発明は、さらに以上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電流検出ラインの断線を検出して、確実に安定して電池の電流を検出できる電流検出回路を備えるバッテリシステムとこのバッテリシステムを搭載する車両を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の電流検出回路を備えるバッテリシステムは、電池１と直列に接続してなる電流検出抵抗５と、この電流検出抵抗５の両端に誘導される電圧を増幅するアンプ６、２６と、このアンプ６、２６の出力から電池１に流れる電流を検出する検出回路７とからなる電流検出回路２、２２を備えている。電流検出回路２、２２は、アンプ６、２６の入力側に検出電圧を入力する電圧供給回路８、２８を備えている。検出回路７は、電流検出抵抗５とアンプ６、２６の入力側とを接続してなる電流検出ライン１０の接続状態における基準電圧を記憶している。バッテリシステムは、電圧供給回路８、２８からアンプ６、２６の入力側に検出電圧が入力される状態において、検出回路７がアンプ６、２６からの入力電圧と記憶する基準電圧とを比較して、基準電圧からのずれでもって、電流検出ライン１０の断線を検出する。

以上のバッテリシステムは、簡単な回路構成としながら電流検出ラインの断線を検出して、確実に安定して電池の電流を検出できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、電流検出抵抗に誘導される電圧を増幅する電圧の入力側に検出電圧を入力し、電圧の出力電圧を検出する検出回路でもって、電圧の出力電圧を基準電圧とを比較して、基準電圧からのずれで電流検出ラインの断線を検出するからである。以上のバッテリシステムは、電池に電流を流さない状態で、電流検出ラインの断線を検出する。このバッテリシステムは、電流検出ラインが断線しない状態では、アンプの入力側に電気抵抗の小さい電流検出抵抗が接続されて、検出回路の入力電圧を基準電圧の範囲とする。電流検出ラインが断線する状態にあっては、電気抵抗の小さい電流検出抵抗をアンプの入力側に接続しない状態となるので、検出回路の入力電圧は基準電圧とならない。したがって、検出回路は、電池に電流を流さない状態で、入力電圧を基準電圧に比較して電流検出ラインの断線を確実に検出できる。

本発明の電流検出回路を備えるバッテリシステムは、電圧供給回路８が、アンプ６の入力側に検出電圧の入力を切り換えする入力スイッチ１４を備えて、この入力スイッチ１４のオン状態において、検出回路７が入力電圧を基準電圧に比較して電流検出ライン１０の断線を検出することができる。
以上のバッテリシステムは、電流検出ラインの断線を検出するときに入力スイッチをオンに切り換えて、アンプの入力側に検出電圧を入力し、電流検出ラインの断線を検出しない状態では、アンプの入力側に検出電圧を入力しないので、検出電圧を大きくして、電池の電流を正確に検出できる。このため、検出電圧を大きくして、電流検出ラインの断線を確実に検出できる。また、電池の電流を検出する状態では、入力スイッチをオフとするので、電池の電流を高い精度で検出できる。

本発明の電流検出回路を備えるバッテリシステムは、アンプ６を差動アンプ６Ａとして、電流検出回路２が、差動アンプ６Ａの両方の入力端子６ａ、６ｂに検出電圧を入力する入力スイッチ１４を備えることができる。
以上のバッテリシステムは、電圧供給回路でもって差動アンプの両方の入力端子に検出電圧を入力できるので、電流検出抵抗の両端に接続している両方の電流検出ラインの断線を検出できる。

本発明の電流検出回路を備えるバッテリシステムは、電流検出ライン１０と直列に第１の分圧抵抗１１を接続すると共に、電圧供給回路８の出力側とアンプ６の入力側との間には第２の分圧抵抗１２を接続して、電圧供給回路８から出力される検出電圧を分圧抵抗で分圧してアンプ６に入力することができる。
このバッテリシステムは、電流検出ラインが断線しない状態で、アンプに所定の電圧を入力するので、電流検出ラインの断線に加えてアンプの故障も検出できる。それは、電流検出ラインが断線しない状態で、アンプが故障する状態と、故障しない状態とで検出回路の入力電圧が変化するからである。

本発明の電流検出回路を備えるバッテリシステムは、アンプ６を差動アンプ６Ａとして、電圧供給回路８が差動アンプ６Ａの両方の入力端子６ａ、６ｂに同じ電圧である検出電圧を異なる分圧比で分圧して、差動アンプ６Ａの両方の入力端子６ａ、６ｂに入力することができる。
このバッテリシステムは、電流検出ラインが断線しない状態で、差動アンプの両方の入力側に差電圧を入力するので、電流検出ラインの断線に加えてアンプの故障も検出できる。それは、電流検出ラインが断線しない状態で、アンプが故障する状態と、故障しない状態とで検出回路の入力電圧が変化するからである。

本発明の電流検出回路を備えるバッテリシステムは、電流検出回路２を、検出できる最大電流の異なる充電電流と放電電流を検出する回路として、電圧供給回路８が差動アンプ６Ａの入力信号の０レベルをシフトするバイアス電圧を入力することができる。
以上のバッテリシステムは、差動アンプの入力側にバイアス電圧を入力することで、電池の電流をより高い精度で検出できる。とくに、電池の最大放電電流と最大充電電流が異なる状態で、電池の電流を高い精度で検出できる。それは、差動アンプに入力される最大電圧範囲を狭くできるからである。さらに、このバッテリシステムは、電流検出ラインを検出するために設けている電圧供給回路でもって、アンプにバイアス電圧を入力するので、電流の検出精度を高くするためにバイアス電圧を発生する専用の回路を設ける必要がない。

本発明の車両は、請求項１ないし６のいずれかに記載の電流検出回路を備えるバッテリシステムを搭載している。
この車両は、バッテリシステムを簡単な回路構成としながら、電流検出ラインの断線を検出して、長期間にわたって、安心して使用できる特徴がある。

本発明の一実施例にかかる電流検出回路を備えるバッテリシステムの概略構成図である。図１に示すバッテリシステムの電流検出回路の回路図である。電流検出ラインが断線しない状態におけるアンプの出力電圧を示すグラフである。一方の電流検出ラインが断線する状態におけるアンプの出力電圧を示すグラフである。他方の電流検出ラインが断線する状態におけるアンプの出力電圧を示すグラフである。電流検出回路の他の一例を示す回路図である。検出電圧をバイアス電圧として高精度に電流を検出する状態を示すグラフである。本発明の一実施例にかかるバッテリシステムを搭載する車両の一例を示す概略図である。本発明の一実施例にかかるバッテリシステムを搭載する車両の他の一例を示す概略図である。

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電流検出回路を備えるバッテリシステムを例示するものであって、本発明はバッテリシステム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。

図１は、車両用の電源装置、とくにハイブリッドカーに搭載される電源装置に使用されるバッテリシステムを示す。このバッテリシステムは、車両を走行させるモータ５２に電力を供給して放電され、また回生制動やエンジンで駆動される発電機５３で充電される電池１の充電電流と放電電流を検出する。ただし、本発明は、バッテリシステムを車両用の電源装置に使用されるものには特定しない。電流を高い信頼性で検出するすべてのバッテリシステムに使用できるからである。

図１のバッテリシステムは、電池１に流れる電流を検出する電流検出回路２と、電池１を車両側の負荷であるＤＣ／ＡＣインバータ５１に接続するメインリレー４と、車両側の負荷に接続している大容量のコンデンサー５４をプリチャージするプリチャージ回路３とを備えている。ＤＣ／ＡＣインバータ５１は、車両を走行させるモータ５２と、電池１を充電する発電機５３とに接続している。電池１は、ＤＣ／ＡＣインバータ５１を介してモータ５２に電力を供給して放電され、また、ＤＣ／ＡＣインバータ５１を介して発電機５３の電力で充電される。このバッテリシステムは、車両を走行させるモータ５２の最大出力で最大放電電流を特定し、また、電池１を充電する最大電流で、最大充電電流を特定している。このバッテリシステムは、最大放電電流を最大充電電流よりも大きくして、モータ５２の出力を大きくしながら、電池１の劣化を少なくしながら充電できる。したがって、車両用の電源装置に使用されるバッテリシステムは、たとえば、電池１の最大放電電流の最大値を２００Ａ〜３００Ａとし、電池１の最大充電電流をこれよりも小さい、１５０Ａ〜２００Ａとして、モータ５２の出力を大きくしながら、電池１を保護しながら充電して劣化を防止している。

さらに、図１のバッテリシステムは、電池１の残容量を所定の範囲に制御し、またモータ５２への出力をコントロールするために、電池１に流れる放電電流と充電電流を検出している。電池１は、過充電や過放電によって劣化が促進される。したがって、電池１の残容量を５０％を中心として、たとえば±１０％〜３０％の範囲に制御することで、電池１の寿命を著しく長くできる。電池１の残容量は、電池１の充電電流の積算値を加算し、放電電流を積算値を減算して演算される。電池１の残容量を正確に検出するために、電池１の充電電流と放電電流を正確に検出することが大切である。電流の検出に誤差があると、残容量を正確に検出できず、電池１を過充電し、あるいは過放電させるからである。

図１のバッテリシステムは、電池１の電流を検出するために電流検出回路２を備えている。図２に示す電流検出回路２は、電池１と直列に接続している電流検出抵抗５と、この電流検出抵抗５の両端に誘導される電圧を増幅するアンプ６と、このアンプ６の出力から電池１に流れる電流を検出する検出回路７とを備えている。

さらに、図２の電流検出回路２は、電流検出抵抗５と差動アンプ６の入力側とを接続している電流検出ライン１０の断線を検出するための検出電圧をアンプ６の入力側に入力する電圧供給回路８を備えている。この検出回路７は、電流検出ライン１０の接続状態における基準電圧を記憶している。この電流検出回路２は、電池１に電流が流れない状態、たとえば、車両のイグニッションスイッチをオンに切り換えた直後に、電圧供給回路８からアンプ６の入力側に検出電圧を入力する状態で、検出回路７がアンプ６からの入力電圧を記憶している基準電圧に比較して、入力電圧の基準電圧からのずれで、電流検出ライン１０の断線を検出する。電流検出回路２が電流検出ライン１０の断線を検出すると、電池１の電流を検出できない信号を車両側に出力する。車両側は、電池１の電流が検出できない状態では、電池１の充放電を停止する。ハイブリッドカーに搭載されるバッテリシステムがこの状態になると、車両はモータ５２による走行を停止し、また、電池１の充電も停止してエンジンのみで走行し、あるいは走行できない状態とする。

電流検出抵抗５は、電池１に流れる電流と電気抵抗の積に相当する電圧を両端に誘導する。すなわち、電流検出抵抗５は、誘導される電圧と流れる電流の積に相当する電力ロスを発生する。電流検出抵抗５は、電力ロスを小さくするために、電気抵抗をできる限り小さくしている。とくに、大電流を検出する電流検出抵抗５は、電気抵抗を小さくして電力ロスを少なくすることが大切である。このことから、電流検出抵抗５の電気抵抗は１ｍΩ以下と極めて小さく設定している。電気抵抗の小さい電流検出回路２は、誘導電圧が低くなる。電流検出抵抗５に誘導される微少な電圧は、アンプ６で増幅される。

アンプ６は、電流検出抵抗５に誘導される微少な電圧を増幅して検出回路７に入力する。アンプ６は、電流検出抵抗５に誘導される微少な電圧を、検出回路７が演算するのに最適な電圧まで増幅する。たとえば、電流検出抵抗５の電気抵抗を１ｍΩ、アンプ６の増幅率を１０倍とする電流検出回路２は、電池１に１００Ａの電流が流れる状態で、電流検出抵抗５の誘導電圧が１００ｍＶ、電圧の出力電圧が１Ｖとなる。

図２の電流検出回路２は、アンプ６に差動アンプ６Ａを使用して、電流検出抵抗５の両端を差動アンプ６Ａの両方の入力端子６ａ、６ｂに電流検出ライン１０を介して接続している。この差動アンプ６Ａは、電流検出抵抗５の両端の電圧を増幅して検出回路７に出力する。図２の差動アンプ６Ａは、プラス側の入力端子６ａを電池１のアースライン１６側に、マイナス側の入力端子６ｂを電池１のマイナス側に接続している。この差動アンプ６Ａは、電池１の放電電流を検出する状態でプラスの電圧を出力し、電池１の充電電流を検出する状態でマイナスの電圧を出力する。差動アンプは、プラス側とマイナス側の入力端子を、図に示す状態と逆に接続することもできる。この差動アンプは、電池の放電電流を検出する状態でマイナスの電圧を出力し、電池の充電電流を検出する状態でプラスの電圧を出力する。

検出回路７は、差動アンプ６Ａの出力電圧を演算して電流検出抵抗５に流れる電流を演算する。検出回路７は、差動アンプ６Ａから入力されるアナログの入力電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１７と、このＡ／Ｄコンバータ１７から出力されるデジタル信号からなる電圧信号を演算して、電流検出回路２の電流、すなわち電池１の電流を演算する演算回路１８とを備えている。演算回路１８の入力電圧は、電池１の電流と、電流検出抵抗５の電気抵抗と、差動アンプ６Ａの増幅率の積となる。したがって、演算回路１８は、以下の式を演算して、電池１の電流を検出する。
Ｉ＝Ｅ／（Ｒ×μ）
ただし、この式において、Ｅは検出回路７の入力電圧、Ｒは電流検出抵抗５の電気抵抗、μは差動アンプ６Ａの増幅率である。

さらに、演算回路１８は、入力される電圧の正負で、電池１の充電電流と放電電流を判定する。図２の電流検出回路２は、放電電流で検出回路７の入力電圧はプラス、充電電流で検出回路７の入力電圧はマイナスとなる。したがって、この演算回路１８は、プラスの入力電圧で電池１の放電電流とし、マイナスの入力電圧で電池１の充電と判定する。

電流検出回路２は、差動アンプ６Ａの入力側に、電流検出ライン１０の断線を判定する検出電圧を入力する電圧供給回路８を備えている。図２は、電圧供給回路８の出力側を差動アンプ６Ａの両方の入力端子６ａ、６ｂに接続して、プラス側とマイナス側の入力端子６ａ、６ｂに検出電圧を入力している。この図に示す電圧供給回路８は、差動アンプ６Ａの両方の入力端子６ａ、６ｂに電圧差のある検出電圧を入力するために、電流検出ライン１０と直列に第１の分圧抵抗１１を接続して、電圧供給回路８の出力側と差動アンプ６Ａの入力側との間には第２の分圧抵抗１２を接続して、第１の分圧抵抗１１と第２の分圧抵抗１２の接続点を差動アンプ６Ａの正負の入力端子６ａ、６ｂに接続している。

電圧供給回路８は、たとえば５Ｖや１２Ｖの電源ライン１３と差動アンプ６Ａの入力側との間に接続しているスイッチング素子である入力スイッチ１４と、この入力スイッチ１４をオンオフに制御する制御回路１５とを備えている。図のスイッチング素子は、トランジスタでコレクタを電源ライン１３に、エミッタを第２の分圧抵抗１２を介して差動アンプ６Ａの入力側に接続している。制御回路１５は、トランジスタのベースにオン電圧を入力してトランジスタをオン、オフ電圧を入力してトランジスタをオフに制御する。制御回路１５は、電流検出ライン１０の断線を検出するタイミングで、両方のトランジスタをオンに切り換え、電流検出ライン１０の断線を検出した後は、オフに切り換えられる。制御回路１５は、たとえば、車両のメインスイッチであるイグニッションスイッチがオンに切り換えられた直後に、入力スイッチ１４であるスイッチング素子をオンに切り換えて、電流検出ライン１０の断線を検出し、電流検出ライン１０の断線を検出した後、入力スイッチ１４であるスイッチング素子をオフに切り換えて電流を検出する状態とする。

図２の電流検出回路２は、差動アンプ６Ａのプラス側の入力端子６ａに接続している第１の分圧抵抗１１ａの電気抵抗を、マイナス側の入力端子６ｂに接続している第１の分圧抵抗１１ｂの電気抵抗よりも小さくして、差動アンプ６Ａの両方の入力端子６ａ、６ｂに接続しているふたつの第２の分圧抵抗１２の電気抵抗を同じ電気抵抗としている。この電流検出回路２は、電圧供給回路８の電源ライン１３の電圧（５Ｖ）を同じ電圧として、電流検出ライン１０が断線しない状態で、差動アンプ６Ａのプラス側の入力電圧をマイナス側の入力電圧よりも低くする電圧差の検出電圧を入力する。この検出電圧は、差動アンプ６Ａに増幅されて、オーバーシュートしない基準電圧となる電圧に設定している。したがって、電流検出ライン１０が断線しない状態で、差動アンプ６Ａは基準電圧の電圧を出力する。

電流検出ライン１０が断線しない状態と、断線する状態における差動アンプ６Ａの出力電圧を図３ないし図５に示している。図３は電流検出ライン１０が断線しない状態、図４と図５は一方の電流検出ライン１０が断線した状態を示している。

両方の電流検出ライン１０が断線しない状態で、電圧供給回路８が差動アンプ６Ａの入力側に検出電圧を入力すると、電流検出抵抗５の両端に接続しているふたつの第１の分圧抵抗１１ａ、１１ｂとの接続点の電圧は実質的にアースライン１６の電圧、すなわち０Ｖとなる。電流検出抵抗５の電気抵抗が、差動アンプ６Ａの入力インピーダンスや分圧抵抗の電気抵抗に比較して無視できる程度に小さいからある。したがって、この状態で差動アンプ６Ａのプラス側とマイナス側の間には、第１の分圧抵抗１１と第２の分圧抵抗１２の接続点の電圧差の検出電圧が入力される。この電圧差は差動アンプ６Ａに増幅されて、差動アンプ６Ａは基準電圧を出力する。したがって、差動アンプ６Ａの出力電圧が基準電圧となる状態で、電流検出抵抗５は断線しないと判定できる。

電流検出ライン１０の一方が断線すると、断線した電流検出ライン１０に接続している差動アンプ６Ａの入力側の電圧が、入力スイッチ１４の電源ライン１３の電圧、たとえば５Ｖや１２Ｖと極めて高くなる。電流検出抵抗５を介してアースライン１６に接続されなくなるからである。図４は、差動アンプ６Ａのプラス側の入力端子６ａに接続している電流検出ライン１０ａが断線した状態を示している。この電流検出ライン１０ａが断線すると、差動アンプ６Ａのプラス側の入力端子６ａの電圧がほぼ電源ライン１３の電圧まで高くなるので、差動アンプ６Ａはプラス側にオーバーシュートした電圧を出力する。したがって、差動アンプ６Ａの出力がプラス側にオーバーシュートすると、差動アンプ６Ａのプラス側に接続している電流検出ライン１０ａの断線と判定できる。図５は、差動アンプ６Ａのマイナス側の入力端子６ｂに接続している電流検出ライン１０ｂが断線した状態を示している。この電流検出ライン１０ｂが断線すると、差動アンプ６Ａのマイナス側の入力端子６ｂの電圧がほぼ電源ライン１３の電圧まで高くなるので、差動アンプ６Ａはマイナス側にオーバーシュートした電圧を出力する。したがって、差動アンプ６Ａの出力がマイナス側にオーバーシュートすると、差動アンプ６Ａのマイナス側に接続している電流検出ライン１０ｂの断線と判定できる。

差動アンプ６Ａの出力は、検出回路７に入力されて、電流検出ライン１０の断線が判定される。検出回路７は、電流検出ライン１０の断線を検出するための基準電圧を記憶回路１９に記憶している。演算回路１８は、差動アンプ６Ａから入力される入力電圧を、記憶回路１９に供給している基準電圧に比較し、入力電圧が基準電圧であると電流検出ライン１０が断線していないと判定する。演算回路１８は、入力電圧と基準電圧とを比較し、入力電圧が基準電圧に対して設定している範囲、たとえば、±１０％ないし２０％以内にあると、電流検出ライン１０が断線していなと判定する。また、演算回路１８は、入力電圧が基準電圧よりも低いと、差動アンプ６ＡやＡ／Ｄコンバータ１７の故障と判定する。さらに、演算回路１８は、入力電圧が基準電圧よりも大きいと、電流検出ライン１０の断線と判定する。演算回路１８は、図４に示すように、入力電圧が基準電圧よりもプラス側に大きい（図４にあってはプラス側にオーバーシュート）と差動アンプ６Ａのプラス側に接続している電流検出ライン１０ａの断線と判定し、また、図５に示すように、入力電圧が基準電圧よりもマイナス側に大きい（図５にあってはマイナス側にオーバーシュート）と差動アンプ６Ａのマイナス側の電流検出ライン１０ｂの断線と判定する。

以上の電流検出回路２は、電流検出ライン１０の断線を検出するときにのみ、入力スイッチ１４であるスイッチング素子をオンに切り換えて、電圧に検出電圧を入力する。図６の電流検出回路２２は、入力スイッチを設けることなく、電圧供給回路２８でもって、アンプ２６の入力側に連続して検出電圧を入力して電流検出ライン１０の断線を検出する。この電流検出回路２２は、電流検出抵抗５に電流が流れない状態で常に電流検出ライン１０の断線を検出できる。電圧供給回路２８は、検出電圧をアンプ２６の入力側に入力する直列抵抗２３を備え、この直列抵抗２３の一端をアンプ２６の入力側に、他端を電源ライン１３に接続している。直列抵抗２３は、電流検出抵抗５の電気抵抗に比べて十分に大きく、たとえば、１０ｋΩの抵抗器が使用される。さらに、図の電流検出回路２２は、電流検出抵抗５と並列に並列抵抗２４を接続している。並列抵抗２４の電気抵抗も、電流検出抵抗５の電気抵抗に対して十分に大きく、たとえば２．７ｋΩの抵抗器が使用される。ただし、並列抵抗と直列抵抗は、以上の電気抵抗よりも大きくすることができ、とくに並列抵抗は、接続しない状態、すなわち電気抵抗を無限大とすることもできる。

直列抵抗２３及び並列抵抗２４の電気抵抗と、直列抵抗２３に供給する電源ライン１３の電圧は、直列抵抗２３を介してアンプ２６の入力側に入力する検出電圧を特定する。直列抵抗２３を介してアンプ２６の入力側に入力される検出電圧は、検出電圧を入力する状態としながら、電流の検出誤差を発生しない電圧に設定される。電流検出回路２２は、アンプ２６の出力をＡ／Ｄコンバータ１７でデジタル信号に変換して演算回路１８で電流を演算する。Ａ／Ｄコンバータ１７でデジタル信号に変換するとき、１ビットの分解能よりも高い精度では検出できずに量子化誤差が発生する。検出電圧をこの量子化誤差よりも小さい電圧とすることで、検出電圧を常にアンプ２６に供給しながら、電流を誤差なく検出できる。

たとえば、図６の電圧供給回路２８は、電流検出抵抗５の電気抵抗を０．５ｍΩ、直列抵抗に供給される電源ライン１３の電圧を５Ｖとして、電圧の入力側に供給される検出電圧は０．２５μＶとなる。一方、１６ビットのＡ／Ｄコンバータ１７の１ビットの分解能は、最大電圧の１／３２７６８となるので、最大検出電流を２５７Ａとするとき、１ビットの分解能は２５７／３２７６８となって、７．８ｍＡ／ＬＳＢとなる。アンプ２６の入力側に入力する検出電圧は０．２５μＶであるが、電流検出抵抗５に誘導される電圧がこの電圧となる電流値は、電流検出抵抗５の電気抵抗を０．５ｍΩとして、電流に換算して０．５ｍＡとなるので、０．２５μＶの検出電圧を入力することは、電流に変換して０．５ｍＡの検出誤差となるが、これは１ビットの分解能である７．８ｍＡ／ＬＳＢよりも十分に小さく、電流の検出誤差に実質的に影響を与えない。

図６の電流検出回路２２で、図において×印で示すように電流検出ライン１０が断線すると、アンプ２６の入力電圧は直列抵抗２３と並列抵抗２４で分圧されて、１．０６３Ｖが入力される。この電圧は、電流に変換すると２１２６Ａとなって、Ａ／Ｄコンバータ１７のレンジ外となる。したがって、電流検出ライン１０が断線しない状態では正常に電流を検出しながら、電流検出ライン１０が断線するとオーバーレンジとなる。したがって、検出回路７はアンプ２６から、オーバーレンジの電圧が入力されることを検出して、電流検出ライン１０の断線を判定する。

さらに、図２に示す電流検出回路２は、充電電流と放電電流を、最大検出範囲が異なる状態にあっては、電圧供給回路８でもって、差動アンプ６Ａの入力信号の０レベルをシフトするバイアス電圧を入力することで、より高精度に電流を検出できる。たとえば、検出される放電電流の最大値が２５０Ａであって、検出される充電電流の最大電流を１５０Ａとするとき、バイアス電圧を供給しない回路にあっては、±２５０Ａの電流を検出する必要があり、５００Ａの電流範囲の電流を検出する必要がある。５００Ａの電流範囲の電流を、１４ビットのＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換すると、１ビットの分解能は５００Ａ／８１９２となって、６１ｍＡ／ＬＳＢとなる。これに対して、アンプ６の入力電圧の０レベルをシフトして、＋２５０Ａから−１５０Ａの範囲をフルスケールとする電圧として、アンプ６に入力するとき、検出できる最大電流範囲は、４００Ａとなる。４００Ａの電流を１４ビットのＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換するとき、１ビットの電流範囲は、４９ｍＡ／ＬＳＢとなって、１ビットの分解能を高くしてより高精度に電流を検出できる。とくに、この電流検出回路２は、Ａ／Ｄコンバータに高価な高分解能のものを使用することなく、最大検出電流が異なる放電電流と充電電流をより正確に検出できる特徴がある。

図７は、検出電圧をバイアス電圧として入力して、電流検出ライン１０の断線を検出しながら、高精度に電流を検出する状態を示すグラフを示している。この図に示すように、アンプ６の入力側に検出電圧をバイアス電圧として入力することで、検出する電流の０レベルを５０Ａに相当してマイナス側にシフトする。すなわち、電流の０レベルをマイナス側に５０Ａシフトするように検出電圧をバイアス電圧として入力する。０レベルをシフトする検出電圧は、電流検出抵抗５に電流が流れない状態で、アンプ６の入力側にマイナスの電圧を入力する。すなわち、差動アンプ６Ａのプラス側の入力電圧をマイナス側の入力電圧よりも低くするように、検出電圧をバイアス電圧として入力して、アンプ６にマイナスのバイアス電圧を入力する。図２の電流検出回路２は、差動アンプ６Ａのマイナス側に接続している第１の分圧抵抗１１ｂの電気抵抗を、プラス側に接続している第１の分圧抵抗１１ａよりも大きくして、差動アンプ６Ａのマイナス側の電圧をプラス側の電圧よりも高くし、これによって、電流検出抵抗５に誘導される電圧が０Ｖの状態で、差動アンプ６Ａの入力側にマイナスのバイアス電圧を入力している。

図７は、差動アンプ６Ａの入力側に検出電圧として入力するバイアス電圧を、電流検出抵抗５に５０Ａの電流が流れる状態で誘導される電圧として、検出する電流の０レベルを５０Ａシフトしている。０レベルを５０Ａシフトするバイアス電圧は、電流検出抵抗５の電気抵抗を０．５ｍΩとするときには２５ｍＶに相当する。したがって、電圧供給回路８が、差動アンプ６Ａのマイナス側の電圧をプラス側の電圧よりも２５ｍＶ高くするように、すなわち、差動アンプ６Ａの入力側のプラス側をマイナス側よりも２５ｍＶ低くするように、検出電圧としてバイアス電圧を供給して、検出する電流の０レベルを５０Ａシフトできる。この電流検出回路２は、電流を最大検出する最大電流範囲を４００Ａとしながら、２５０Ａの放電電流と、１５０Ａの充電電流を正確に検出できる。この電流検出回路２は、Ａ／Ｄコンバータ１７から出力される電圧から電流を演算する演算回路１８でもって、０レベルのシフトを補正して、電池１の電流を正確に演算する。

差動アンプ６Ａの入力側にバイアス電圧を入力している図２の電流検出回路２は、一方の電流検出ライン１０が断線するとき、アンプ６の出力電圧がプラス側とマイナス側のいずれかにオーバーレンジとなって、電流検出ライン１０の断線を検出できる。また、電圧供給回路８が差動アンプ６Ａにバイアス電圧を供給して、０レベルをシフトする電流検出回路２は、電圧供給回路８から常にバイアス電圧をアンプ６の入力側に供給して、電池１の電流を検出する。すなわち、図２の電流検出回路２にあっては、電池１の電流を検出する状態にあっても、入力スイッチ１４であるスイッチング素子をオンに保持する。したがって、バイアス電圧でアンプ６の０レベルをシフトする電流検出回路２は、必ずしも入力スイッチを設ける必要がなく、差動アンプ６Ａの入力側に常に検出電圧を入力しながら、電池１の電流を検出する。

以上のバッテリシステムは、車載用のバッテリシステムとして利用できる。このバッテリシステムを搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。

図８に、エンジン５５とモータ５２の両方で走行するハイブリッドカーにバッテリシステム１００を搭載する例を示す。この図に示す車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン５５及び走行用のモータ５２と、モータ５２に電力を供給するバッテリシステム１００と、バッテリシステム１００の電池を充電する発電機５３とを備えている。バッテリシステム１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ５１を介してモータ５２と発電機５３に接続している。車両ＨＶは、バッテリシステム１００の電池を充放電しながらモータ５２とエンジン５５の両方で走行する。モータ５２は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ５２は、バッテリシステム１００から電力が供給されて駆動する。発電機５３は、エンジン５５で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム１００の電池を充電する。

また、図９に、モータ５２のみで走行する電気自動車にバッテリシステム１００を搭載する例を示す。この図に示す車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ５２と、このモータ５２に電力を供給するバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００の電池を充電する発電機５３とを備えている。モータ５２は、バッテリシステム１００から電力が供給されて駆動する。発電機５３は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム１００の電池を充電する。

本発明にかかる電流検出回路を備えるバッテリシステム及びこのバッテリシステムを搭載する車両は、電気自動車やハイブリッド自動車の車載用バッテリシステムとして好適に利用できる。また、車載用以外のバッテリシステムとしても、好適に利用できる。

１…電池
２…電流検出回路
３…プリチャージ回路
４…メインリレー
５…電流検出抵抗
６…アンプ６Ａ…差動アンプ
６ａ…入力端子
６ｂ…入力端子
７…検出回路
８…電圧供給回路
１０…電流検出ライン１０ａ…電流検出ライン
１０ｂ…電流検出ライン
１１…第１の分圧抵抗１１ａ…第１の分圧抵抗
１１ｂ…第１の分圧抵抗
１２…第２の分圧抵抗
１３…電源ライン
１４…入力スイッチ
１５…制御回路
１６…アースライン
１７…Ａ／Ｄコンバータ
１８…演算回路
１９…記憶回路
２２…電流検出回路
２３…直列抵抗
２４…並列抵抗
２６…アンプ
２８…電圧供給回路
５１…ＤＣ／ＡＣインバータ
５２…モータ
５３…発電機
５４…コンデンサー
５５…エンジン
１００…バッテリシステム
ＨＶ…車両
ＥＶ…車両

Claims

電池(1)と直列に接続してなる電流検出抵抗(5)と、この電流検出抵抗(5)の両端に誘導される電圧を増幅するアンプ(6)、(26)と、このアンプ(6)、(26)の出力から電池(1)に流れる電流を検出する検出回路(7)とからなる電流検出回路(2)、(22)を備えるバッテリシステムであって、
前記アンプ(6)、(26)の入力側に検出電圧を入力する電圧供給回路(8)、(28)を備え、
前記検出回路(7)は、前記電流検出抵抗(5)とアンプ(6)、(26)の入力側とを接続してなる電流検出ライン(10)の接続状態における基準電圧を記憶しており、
前記電圧供給回路(8)、(28)から前記アンプ(6)、(26)の入力側に検出電圧が入力される状態において、前記検出回路(7)が前記アンプ(6)、(26)からの入力電圧と記憶する基準電圧とを比較して、基準電圧からのずれでもって、電流検出ライン(10)の断線を検出するようにしてなることを特徴とする電流検出回路を備えるバッテリシステム。
前記電圧供給回路(8)が、アンプ(6)の入力側に検出電圧の入力を切り換えする入力スイッチ(14)を備え、この入力スイッチ(14)のオン状態において、前記検出回路(7)が入力電圧を基準電圧に比較して電流検出ライン(10)の断線を検出する請求項１に記載される電流検出回路を備えるバッテリシステム。
前記アンプ(6)が差動アンプ(6A)であって、
前記電流検出回路(2)が、差動アンプ(6A)の両方の入力端子(6a)、(6b)に検出電圧を入力する入力スイッチ(14)を備える請求項２に記載される電流検出回路を備えるバッテリシステム。
前記電流検出ライン(10)と直列に第１の分圧抵抗(11)が接続されると共に、前記電圧供給回路(8)の出力側と前記アンプ(6)の入力側との間には第２の分圧抵抗(12)が接続され、前記電圧供給回路(8)から出力される検出電圧が、分圧抵抗で分圧して前記アンプ(6)に入力される請求項１ないし３のいずれかに記載される電流検出回路を備えるバッテリシステム。
前記アンプ(6)が差動アンプ(6A)で、前記電圧供給回路(8)が前記差動アンプ(6A)の両方
の入力端子(6a)、(6b)に同じ電圧である検出電圧を異なる分圧比で分圧して、前記差動アンプ(6A)の両方の入力端子(6a)、(6b)に入力する請求項４に記載される電流検出回路を備えるバッテリシステム。
前記電流検出回路(2)が、検出できる最大電流の異なる充電電流と放電電流を検出する回路であって、前記電圧供給回路(8)が、差動アンプ(6A)の入力信号の０レベルをシフトするバイアス電圧を入力する請求項１ないし３のいずれかに記載される電流検出回路を備えるバッテリシステム。
請求項１ないし６のいずれかに記載の電流検出回路を備えるバッテリシステムを搭載してなる車両。