JP2003227852A - 電流検出方法と電流検出装置 - Google Patents
電流検出方法と電流検出装置Info
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Abstract
出する。 【解決手段】 電流検出方法は、第1電流センサ1でも
って所定のサンプリング周期で電流をデジタル値として
検出すると共に、この第1電流センサ1よりも遅い周期
で高精度に第2電流センサ2でもって電流をデジタル値
として検出する。さらに、電流検出方法は、第2電流セ
ンサ2が所定の周期で電流を検出する検出タイミングの
間にできる電流を検出できない検出不能時間帯の電流
を、第1電流センサ1で検出した電流値で補完する。
Description
する方法と装置に関し、とくにハイブリッドカーに搭載
される二次電池の電流を正確に検出するのに最適な電流
検出方法と装置に関する。
電の電流を積算して、走行用のモーターを駆動する二次
電池の残容量を演算している。このとき、電流を正確に
検出して、二次電池の残容量を正しく演算することが極
めて大切である。電流を演算して残容量を計算するとき
に生じる誤差が、二次電池の寿命に影響を与えると共
に、さらには車両の走行状態にも影響を与えるからであ
る。電流から演算された残容量が間違っていると、残容
量に基づいて充放電を制御するので二次電池を過充電し
たり、あるいは過放電してその特性を著しく悪化させる
ことになる。また、残容量に基づいて走行状態を制御す
るので、正常に加速できなくなるなど、走行状態にも悪
い影響を与える。とくに、車両用の二次電池は、できる
かぎり長寿命になるように、残容量を約50%の近傍と
しながら充放電を制御する。この状態で使用されると、
電池性能の低下を最も少なくできるからである。この領
域で充放電される二次電池は、満充電と完全放電をしな
いので、残容量を補正するのが難しい。電池は、満充電
と完全放電させて残容量を補正するからである。残容量
を補正しないで、長い時間にわたって、充放電の電流を
積算しながら残容量を演算すると、わずかな検出電流の
誤差であってもそれが累積されて、次第に不正確にな
る。このため、充放電の電流をできるかぎり高精度に検
出することが大切となる。
は、電流磁気変換素子で磁気の変化から電流を検出する
タイプと、電流検出抵抗の両端の電圧を検出し、所定時
間帯の電流積算値を検出するタイプとがある。電流磁気
変換素子を使用するタイプは、一定のサンプリング周期
で高速に電流を検出できる特長がある。ただ、この大き
な電流範囲において正確に電流を検出するのが難しい。
とくに、大電流を検出するときに誤差が発生しやすくな
る。さらに、このタイプは、素子自体の残留磁気成分の
影響によっても検出誤差が発生する。したがって、この
タイプは大きな電流範囲で、高い精度で電流を正確に検
出するのが難しい。これに対して、電流検出抵抗の電圧
を積算するタイプは、電流を高い精度で検出できる特長
はあるが、演算した電流を通信するタイミング等におい
て、電流を検出できない検出不能時間帯が発生し、全て
の時間帯において高精度に電流を検出できない。とく
に、検出不能時間帯に電流が変化すると誤差が大きくな
り、変化の激しい電流を正確に検出できない欠点があ
る。
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、大きく変動する電流をも正確に高い精度で検出
できる電流検出方法と装置を提供することにある。
は、第1電流センサ1でもって所定のサンプリング周期
で電流をデジタル値として検出すると共に、この第1電
流センサ1よりも遅い周期で高精度に第2電流センサ2
でもって電流をデジタル値として検出する。さらに、電
流検出方法は、第2電流センサ2が所定の周期で電流を
検出する検出タイミングの間にできる電流を検出できな
い検出不能時間帯の電流を、第1電流センサ1で検出し
た電流値で補完する。
1と第2電流センサ2で非同期に電流を検出することが
できる。この電流検出方法は、第2電流センサ2の検出
電流を第1電流センサ1の検出電流に比較して、第2電
流センサ2が電流を検出する検出時間帯を演算し、演算
された検出時間帯から検出不能時間帯を特定して、検出
不能時間帯の電流を第1電流センサ1の検出電流で補完
することができる。
ング周期で電流を検出する第1電流センサ1と、第1電
流センサ1よりも遅い周期で高精度に電流を検出する第
2電流センサ2とを備える。電流検出装置は、第2電流
センサ2でもって所定の周期で電流を検出すると共に、
この第2電流センサ2で検出できない検出不能時間の電
流を、第1電流センサ1で検出した電流値で補完してい
る。
流センサ1と第2電流センサ2の検出電流から電流値を
演算する演算回路3を備えると共に、第1電流センサ1
と第2電流センサ2で非同期に電流を検出することがで
きる。演算回路3は、第2電流センサ2の検出電流を第
1電流センサ1の検出電流に比較して、第2電流センサ
2が電流を検出する検出時間帯を演算し、演算された検
出時間帯から検出不能時間帯を特定して、検出不能時間
帯の電流を第1電流センサ1の検出電流で補完する。
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方法と装置を例
示するものであって、本発明は電流の検出方法と装置を
以下に特定しない。
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、「特許請求の範囲の欄」、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。
グ周期で電流を検出する第1電流センサ1と、第1電流
センサ1よりも遅い周期で高精度に電流を検出する第2
電流センサ2と、第1電流センサ1と第2電流センサ2
から入力される検出電流から正確な電流を演算する演算
回路3とを備える。
互いに直列に接続されて負荷4と直列に接続される。第
1電流センサ1は、第2電流センサ2よりも速いサンプ
リング周期で電流を検出してデジタル値の検出信号を演
算回路3に出力する。第1電流センサ1は、電流磁気変
換素子で磁気の変化から電流を検出する。ただし、第1
電流センサは、低抵抗な電流検出抵抗を負荷と直列に接
続して、流れる電流によって電流検出抵抗の両端に発生
する電圧をアンプで増幅するタイプの検出回路とするこ
ともできる。検出した電流信号は、A/Dコンバータ
(図示せず)でもって、図2に示すように、一定のサン
プリング周期でデジタル値の電流信号に変換される。A
/Dコンバータは、所定の周期でサンプリングした電流
値をデジタル値に変換する。図に示す第1電流センサ1
のA/Dコンバータは、50msecのサンプリング周
期で検出電流をデジタル値に変換して演算回路3に出力
する。ただし、第1電流センサ1のA/Dコンバータ
は、たとえば50μsec〜200msec、好ましく
は1〜100msec、さらに好ましくは10〜100
msecのサンプリング周期でデジタル値に変換するこ
ともできる。第1電流センサ1は、サンプリング周期を
特定するタイマー(図示せず)を内蔵している。タイマ
ーは、一定の周期のクロック信号をA/Dコンバータに
出力する。A/Dコンバータは、タイマーからのクロッ
ク信号により、電流をサンプリングしてデジタル値に変
換して出力する。
りも遅い周期であるが、高精度に電流を検出し、検出し
た電流をデジタル値に変換して出力する。第2電流セン
サ2は、図3に示すように、所定の時間帯の電流を積算
し、積算値から正確な平均値を測定して、デジタル値と
して出力する。第2電流センサ2は、図に示すように、
所定の周期で電流を正確に検出するが、全ての時間帯の
電流を検出することはできない。検出時間帯と検出時間
帯の間に、電流を検出できない検出不能時間帯がある。
第2電流センサ2は、検出不能時間帯において、検出時
間帯に積算した電流値から正確な電流値を演算してデジ
タル値に変換し、さらにデジタル値の電流値を演算回路
3との間で通信する。図の第2電流センサ2は、検出時
間帯を350msec、検出不能時間帯を150mse
cとして、検出時間帯と検出不能時間帯からなる1サイ
クルの周期を500msecとしている。ただし、第2
電流センサ2の検出時間帯と検出不能時間帯はこの時間
に特定されない。検出時間帯は、たとえば第1電流セン
サ1のサンプリング周期の1.5〜1000倍、好まし
くは3〜100倍、さらに好ましくは5〜10倍とする
こともできる。また、検出不能時間帯は、検出時間帯に
対して、10〜100%とすることができる。
cの周期で電流を検出してデジタル値として演算回路3
に出力するが、この周期は第1電流センサ1のサンプリ
ング周期とは同期しない。すなわち、第1電流センサ1
と第2電流センサ2は、一定の周期で電流を検出する
が、互いに非同期に電流を検出して演算回路3に出力す
る。すなわち、第1電流センサ1と第2電流センサ2は
互いに独立して電流を検出して演算回路3に出力する。
第2電流センサ2は、電流を検出するタイミングを特定
するタイマー(図示せず)を内蔵しているが、このタイ
マーは第1電流センサ1のタイマーに同期することな
く、非同期にクロック信号を出力する。
4と直列に接続している低抵抗な電流検出抵抗と、この
電流検出抵抗に発生する電圧を増幅するアンプと、アン
プの出力電圧を積算して一定の時間帯の電流を正確に演
算する電流検出回路と、電流検出回路の出力をA/D変
換するA/Dコンバータとを備える。電流検出抵抗に
は、電池5に流れる電流に比例した電圧が発生する。電
池5の充電電流と放電電流は方向が逆であるから、充電
電流と放電電流では電流検出抵抗に発生する電圧の正負
が逆になる。したがって、電流検出抵抗の電圧を検出し
て電池5に流れる電流を測定できる。アンプは、電流検
出抵抗の抵抗値を小さくして、発生電圧を小さくするた
めに設けている。検出時間帯の正確な電流値が、検出不
能時間帯において演算回路3に出力される。
流センサ2から入力されるデジタル値の電流信号を演算
して、正確な電流を演算する。第1電流センサ1と第2
電流センサ2から入力される電流信号は、一定の周期で
あるが互いに同期していない。第1電流センサ1は、図
2に示すように50msecの周期で電流信号を演算回
路3に出力し、第2電流センサ2は、図3に示すように
500msecの周期で電流信号を出力する。第2電流
センサ2は、500msecの周期で電流信号を出力す
るが、500msecの間の電流値ではない。検出時間
帯である350msecの時間帯の平均電流を検出不能
時間帯に演算回路3に出力する。第2電流センサ2の電
流値は第1電流センサ1の電流値よりも正確であるが、
全時間帯の電流値でない。第2電流センサ2が電流を検
出できない検出不能時間帯の電流値を、第1電流センサ
1が検出した電流値で補完する。
力は互いに同期していないので、演算回路3は、第2電
流センサ2の検出電流を第1電流センサ1の検出電流に
比較して、第2電流センサ2が電流を検出する検出時間
帯を演算する。第1電流センサ1と第2電流センサ2は
電流を検出する時間帯が異なるので、時間帯を合わせて
電流値を比較する。図2の第1電流センサ1は、50m
secのサンプリング周期で電流を検出し、図3の第2
電流センサ2は、350msecの間の電流を検出す
る。この場合、第1電流センサ1が連続して7回検出す
る時間が、第2電流センサ2の検出時間に相当する。し
たがって、第1電流センサ1の検出値の7回の平均値を
第2電流センサ2の検出値に比較する。第1電流センサ
1と第2電流センサ2が電流を検出する時間が一致する
と、検出する電流値が一致し、あるいは最も近い検出値
となる。第2電流センサ2は、第1電流センサ1よりも
高精度に電流を検出する。したがって、第1電流センサ
1と第2電流センサ2が、電流を検出する時間帯が一致
しても、両センサが電流を検出する検出値は必ずしも一
致しない。ただ、両センサが電流を検出する時間帯が一
致すると、検出値は一致しなくても最も近い値となる。
したがって、演算回路3は、誤差を考慮して第1電流セ
ンサ1と第2電流センサ2の電流値を比較し、あるいは
第1電流センサ1と第2電流センサ2の検出値が最も近
いときに、第1電流センサ1と第2電流センサ2が電流
を検出する時間が一致したと判定する。
出電流を比較して、図2に示すように、第1電流センサ
1の検出時間帯が特定されると、検出不能時間帯も特定
される。図2において、検出不能時間帯は150mse
cであるから、この時間帯に第1電流センサ1は連続し
て3回電流を検出する。したがって、この3回の検出電
流で、第2電流センサ2の検出不能時間帯の電流値を補
完する。
される所定時間の電流値を記憶するバッファメモリ(図
示せず)を備えている。バッファメモリは、少なくとも
第2電流センサ2の1サイクル以上の時間帯に、第1電
流センサ1から出力される電流値を記憶する。バッファ
メモリは、好ましくは第2電流センサ2の1.5サイク
ル以上、たとえば2サイクルに相当する時間帯に、第1
電流センサ1が出力する電流値を記憶する。第2電流セ
ンサ2の1サイクルが500msecの場合、バッファ
メモリは、第1電流センサ1から出力される1sec間
の検出値を記憶する。バッファメモリが記憶する時間
は、第2電流センサ2の検出時間帯が含まれる時間に設
定される。
いる第1電流センサ1の電流値を、第2電流センサ2か
ら入力される電流値に比較して、第1電流センサ1にお
ける第2電流センサ2の検出時間帯を特定する。バッフ
ァメモリに記憶される第1電流センサ1の電流値は、7
回の平均値が第2電流センサ2の検出値に比較される。
第1電流センサ1が電流を検出する時間幅を、第2電流
センサ2が電流を検出する時間幅に一致させるためであ
る。以上のようにして、演算回路3は、バッファメモリ
に記憶される第1電流センサ1の電流値から、第2電流
センサ2が電流を検出する時間幅に合わせて電流値を演
算し、演算した電流値を第2電流センサ2の検出値に比
較する。
流センサ2の電流値を比較し、第1電流センサ1と第2
電流センサ2から出力される非同期の電流信号を同期さ
せる。第1電流センサ1が電流をサンプリングする時間
と、第2電流センサ2が電流を検出する時間とが特定さ
れるからである。
第2電流センサ2の検出不能時間帯の電流値を第1電流
センサ1の電流値で補完する。演算回路3は、第1電流
センサ1から入力される電流値をバッファメモリに記憶
する。バッファメモリは、第1電流センサ1から入力さ
れる1秒間の電流値を繰り返し記憶する。第1電流セン
サ1は、50msecのサンプリング周期で電流値を検
出するので、1秒間に20回電流値を検出する。したが
って、バッファメモリには、第1電流センサ1が連続し
て検出した20回の検出電流値をn=0〜19の値とし
てデジタル値で記憶する。バッファメモリに記憶される
第1電流センサ1の電流値は、第2電流センサ2から入
力される検出時間帯の電流値が含まれる。いいかえる
と、第2電流センサ2の検出時間帯の電流値が含まれる
ように、バッファメモリに第1電流センサ1の電流値が
記憶される。
で、第2電流センサ2と第1電流センサ1の検出値で全
時間の電流値、すなわち第2電流センサ2の検出不能時
間帯の電流値をも含む電流を正確に演算する。 [s=1のステップ]このステップで、演算回路3は、
第2電流センサ2が検出した高精度な電流値を取り込
む。演算回路3は、500msec毎に第2電流センサ
2が検出した電流値を取り込む。 [s=2のステップ]演算回路3が、内蔵しているカウ
ンタの値をn=0とする。 [s=3のステップ]演算回路3が、バッファメモリに
記憶されるn=0〜6の電流値I0〜I6を加算して平均
値Σを計算する。第1電流センサ1が検出した電流I0
〜I6の平均値Σは、第2電流センサ2が電流を検出す
る時間幅である350msecの平均電流と同じ時間幅
となる。ただ、第1電流センサ1が検出した平均値Σ
は、第2電流センサ2が電流を検出する時間とは同期し
ていないので、以下のステップで同期される。 [s=4のステップ]演算回路3のカウンタの値に1を
プラスする。すなわち、カウンタは、n=1とする。 [s=5のステップ]このステップで、演算回路3は、
第1電流センサ1が検出したn=1〜7の電流値I1〜
I7の平均値Σを計算する。 [s=6のステップ]前回の平均値Σと今回の平均値Σ
を第2電流センサ2が検出した電流値に比較し、より近
い平均値Σをなるnを保持する。 [s=7のステップ]s=4〜7のステップを、n=1
3になるまでループする。s=4〜7のステップで、演
算回路3は平均値Σが第2電流センサ2が検出した電流
値に最も近いnを保持している。nの値から第1電流セ
ンサ1が検出した時間帯が、第2電流センサ2が検出し
た時間帯に同期される。たとえば、第2電流センサ2が
電流を検出する時間帯が、図2に示すように、第1電流
センサ1が電流を検出するタイミングのn=5〜11を
含む時間帯にあると、バッファメモリに記憶されるn=
5〜11の平均値Σが、第2電流センサ2が検出した電
流値に最も近くなる。第1電流センサ1が、n=5〜1
1のタイミングで電流を検出する時間が、第2電流セン
サ2が電流を検出する時間、すなわち第2電流センサ2
の検出時間帯に一致するからである。
検出した連続7回の電流の平均値Σが、第2電流センサ
2の検出時間帯であることが演算されると、その平均値
Σに続く3回の平均値が第2電流センサ2の検出不能時
間帯の電流となる。図2に示すように、第2電流センサ
2の検出時間帯の時間帯が350msecで、検出不能
時間帯が検出時間帯の後の150msecの時間帯とな
るからである。したがって、バッファメモリに記憶され
る第1電流センサ1のn=12〜14の電流値I12〜I
14の平均値から、第2電流センサ2の検出不能時間帯の
電流値を補完できる。すなわち、演算回路3は、第1電
流センサ1が検出したn=5〜11の時間帯の電流値
は、より高精度な第2電流センサ2の検出値を採用し、
第2電流センサ2が電流を検出できない検出不能時間帯
においては、バッファメモリに記憶されるn=12〜1
4の電流値を採用して、第2電流センサ2の検出不能時
間帯の電流値を第1電流センサ1の検出値で補完して、
連続する電流値を正確に検出する。
は第1電流センサ1と第2電流センサ2から、より正確
に電流値を演算する。さらに、図4のフローチャート
は、第2電流センサ2が正確に電流を検出できないとき
に、第1電流センサ1の検出値を採用するステップを経
過した後、s=11のステップで、第2電流センサ2の
検出不能時間帯の電流を第1電流センサ1の検出値で補
完している。 [s=8のステップ]このステップで、演算回路3は、
第2電流センサ2から入力される電流値が連続的に変化
しているかどうかを判定する。第2電流センサ2が電流
を異常検出するとき、電流値は急激に変動する。したが
って、第2電流センサ2の検出値が連続して変化してい
ないかどうか、すなわち第2電流センサ2が正常に電流
を検出しているかどうかを確認する。 [s=9のステップ]さらに演算回路3は、このステッ
プにおいて第2電流センサ2の検出値と第1電流センサ
1の平均値Σとを比較して、その差が大きく異なるかど
うかも判定する。第2電流センサ2が検出異常のとき、
第2電流センサ2の検出値と、第1電流センサ1の平均
値Σとが大きく異なる。したがって、このステップにお
いても第2電流センサ2が正常に電流を検出しているか
どうかが判定される。 [s=10のステップ]第2電流センサ2の検出値が連
続して変化しておらず、あるいは第2電流センサ2の検
出値が第1電流センサ1の平均値Σと大きく異なると
き、第2電流センサ2の検出値を採用することなく、第
1電流センサ1の平均値Σに置き換えて電流を検出す
る。すなわち、第2電流センサ2の検出を無視して、第
1電流センサ1の検出値を採用する。 [s=11のステップ]第2電流センサ2の電流値が連
続的に変化し、かつ第2電流センサ2の検出値と第1電
流センサ1の平均値Σの差が大きく異ならないとき、す
なわち、第2電流センサ2が正常に電流を検出すると
き、前述の方法で、第1電流センサ1の電流値でもって
第2電流センサ2の検出不能時間帯の電流を補完する。
は、大きく変動する電流をも、正確に高い精度で検出で
きる特長がある。それは、本発明が、所定のサンプリン
グ周期で電流を検出する第1電流センサと、第1電流セ
ンサよりも遅い周期で高精度に電流を検出する第2電流
センサとを組み合わせることによって、第2電流センサ
で検出できない検出不能時間の電流を、第1電流センサ
で検出した電流値で補完しているからである。本発明
は、高精度に電流を検出できるが全ての時間帯において
電流を検出できない第2電流センサの検出不能時間帯の
電流値を、第1電流センサで検出した電流値で補完する
ことによって、両センサの長所を有効に生かして各セン
サ単体では得られない、より精度の高い電流値を得るこ
とができる。
的に動作不能となったり、あるいはノイズ等によりデー
タの読み取りができくなった場合においても、第1電流
センサで電流値を検出して補完できるので、常に正確な
電流値を検出でき、高い信頼性を実現できる特長もあ
る。
ック図
ラフ
グラフ
電流値を第1電流センサの電流値で補完する工程を示す
フローチャート
Claims (4)
- 【請求項1】 第1電流センサ(1)でもって所定のサン
プリング周期で電流をデジタル値として検出すると共
に、この第1電流センサ(1)よりも遅い周期で高精度に
第2電流センサ(2)でもって電流をデジタル値として検
出し、 第2電流センサ(2)が所定の周期で電流を検出する検出
タイミングの間にできる電流を検出できない検出不能時
間帯の電流を、第1電流センサ(1)で検出した電流値で
補完する電流検出方法。 - 【請求項2】 第1電流センサ(1)と第2電流センサ(2)
で非同期に電流を検出し、第2電流センサ(2)の検出電
流を第1電流センサ(1)の検出電流に比較して、第2電
流センサ(2)が電流を検出する検出時間帯を演算し、演
算された検出時間帯から検出不能時間帯を特定し、検出
不能時間帯の電流を第1電流センサ(1)の検出電流で補
完する請求項1に記載の電流検出方法。 - 【請求項3】 所定のサンプリング周期で電流を検出す
る第1電流センサ(1)と、第1電流センサ(1)よりも遅い
周期で高精度に電流を検出する第2電流センサ(2)とを
備え、 第2電流センサ(2)でもって所定の周期で電流を検出す
ると共に、この第2電流センサ(2)で検出できない検出
不能時間の電流を、第1電流センサ(1)で検出した電流
値で補完するようにしてなる電流検出装置。 - 【請求項4】 第1電流センサ(1)と第2電流センサ(2)
の検出電流から電流値を演算する演算回路(3)を備え、
第1電流センサ(1)と第2電流センサ(2)が非同期で電流
を検出し、演算回路(3)でもって、第2電流センサ(2)の
検出電流を第1電流センサ(1)の検出電流に比較して、
第2電流センサ(2)が電流を検出する検出時間帯を演算
し、演算された検出時間帯から検出不能時間帯を特定
し、検出不能時間帯の電流を第1電流センサ(1)の検出
電流で補完する請求項3に記載の電流検出装置。
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