JP2003032801A - 電動車両の電流計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充放電電流が広範囲に変化する電動車両のバ
ッテリに対し、電流値の大きさに拘わらず計測精度を向
上させる。 【解決手段】 小電流用電流センサの指示値Ｖ(L)を読
込み、この指示値Ｖ(L)と判定閾値Ｖ(1)とを比較する
（Ｓ１）。その結果、Ｖ(L)≧Ｖ(1)の場合には、大電流
用電流センサを選択して大電流用電流センサからのセン
サ出力値に基づく電流計測を行い（Ｓ２）、Ｖ(L)＜Ｖ
(1)の場合、小電流用電流センサを選択して小電流用電
流センサからのセンサ出力値に基づく電流計測を行う
（Ｓ３）。これにより、広範囲に変化するバッテリの充
放電電流に対し、電流計測のダイナミックレンジを確保
して電流値の大きさに拘わらず精度の高い電流計測を行
うことができ、正確なバッテリ残存容量の把握を可能と
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動車両に搭載さ
れるバッテリの充電・放電電流を計測する電動車両の電
流計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電気自動車やハイブリッド自動
車等の電動車両に搭載されるバッテリは、性能を劣化さ
せずに使用するためには全容量の所定範囲内で使用する
ことが重要であり、そのため、バッテリの残存容量を常
に把握し、充放電を管理する必要がある。

【０００３】このバッテリ残存容量は、例えば、特開平
６−１６７５５１号公報に開示されているように、バッ
テリの充放電電流とバッテリ端子電圧とから算出される
電力量に基づいて算出されるため、バッテリの充放電電
流の計測が正確に行えないと、システムが認識している
バッテリ残存容量が実際の残存容量からずれてくること
になり、バッテリの過放電や過充電等を招くことにな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、バッテリの充放電電流を１つの電流センサで計測し
ているため、車両の運転状態に応じて広範囲に変化する
充放電電流を必ずしも正確に計測できているとは言えな
い。

【０００５】すなわち、車両のアイドルストップ時に
は、大電流を要する駆動用モータが停止して電装品等に
小電力を要するのみであるため、バッテリの放電電流は
僅かであるのに対し、加速時等の高負荷での運転時に
は、駆動用モータに大電流が流れ、バッテリの消費電力
が増大する。従って、このように広範囲に渡る充放電電
流を１つの電流センサで計測しようとすると、フルレン
ジで大電流を計測可能な電流センサを使わざるを得ず、
このような電流センサでは、当然ながら、小電流の計測
時に得られる測定値の有効桁数が少なくなり、誤差が大
きくなる。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、充放電電流が広範囲に変化する電動車両のバッテリ
に対し、電流値の大きさに拘わらず計測精度を向上させ
ることのできる電動車両の電流計測装置を提供すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、電動車両に搭載されるバッ
テリの充電・放電電流を計測する電動車両の電流計測装
置であって、上記バッテリからの電源ラインに、電流検
出の定格範囲が異なる複数の電流センサを配設し、上記
電流センサの指示値に基づいて、上記複数の電流センサ
の中から上記バッテリの充電・放電電流の計測に用いる
センサを選択する電流センサ選択手段を備えたことを特
徴とする。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記複数の電流センサを、上記バッテリの
充電・放電電流の計測対象範囲の上限側を電流検出の定
格範囲に含む第１の電流センサと、上記バッテリの充電
・放電電流の計測対象範囲の下限側を電流検出の定格範
囲に含む第２の電流センサとの２つの電流センサとし、
上記電流センサ選択手段は、電流センサ選択の判断基準
となる判定閾値を上記第２の電流センサの最大指示値よ
り設定値だけ低い値に設定し、上記第２の電流センサの
指示値と上記判定閾値とを比較し、上記第２の電流セン
サの指示値が上記判定閾値以下のとき、上記第２の電流
センサを上記バッテリの充電・放電電流の計測に用いる
センサとして選択し、上記第２の電流センサの指示値が
上記判定閾値を越えているときには、上記第１の電流セ
ンサを上記バッテリの充電・放電電流の計測に用いるセ
ンサとして選択することを特徴とする。

【０００９】すなわち、請求項１記載の発明は、電動車
両に搭載されるバッテリからの電源ラインに、電流検出
の定格範囲が異なる複数の電流センサを配設し、電流セ
ンサの指示値に基づいて複数の電流センサの中からバッ
テリの充電・放電電流の計測に用いるセンサを選択する
ことで、広範囲に変化するバッテリの充電・放電電流に
対して適切な電流センサを用い、電流計測精度を向上す
る。

【００１０】その際、請求項２記載の発明のように、バ
ッテリの充電・放電電流の計測対象範囲の上限側を電流
検出の定格範囲に含む第１の電流センサと、バッテリの
充電・放電電流の計測対象範囲の下限側を電流検出の定
格範囲に含む第２の電流センサとの２つの電流センサを
用いるときには、電流センサ選択の判断基準となる判定
閾値を第２の電流センサの最大指示値より設定値だけ低
い値に設定し、第２の電流センサの指示値と判定閾値と
を比較する。そして、第２の電流センサの指示値が判定
閾値以下のときには、第２の電流センサをバッテリの充
電・放電電流の計測に用いるセンサとして選択し、第２
の電流センサの指示値が判定閾値を越えているときに
は、第１の電流センサをバッテリの充電・放電電流の計
測に用いるセンサとして選択する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の一形
態に係わり、図１は電動車両の電源系を示す構成図、図
２は電流計測ルーチンのフローチャート、図３は高電圧
ラインの実際の電流波形と電流センサの出力波形とを示
す説明図である。

【００１２】図１において、符号１は、電気自動車やハ
イブリッド自動車等の電動車両に搭載される走行駆動用
のモータであり、本形態においては、三相交流誘導電動
機である。また、符号２は、モータ１へ電力を供給する
主バッテリとなる高電圧バッテリであり、この高電圧バ
ッテリ２に、高電圧バッテリ２からの直流電圧を所定の
高周波電圧に変換してモータ１を駆動するためのインバ
ータ３と、高電圧バッテリ２の高電圧を低電圧に変換す
るためのＤＣ−ＤＣコンバータ４とが並列に接続されて
いる。

【００１３】ＤＣ−ＤＣコンバータ４には、各種補機類
や車両制御用の各種機器等の低電圧負荷６に電源を供給
するための低電圧バッテリ（例えば、１２Ｖのバッテ
リ）５が接続され、高電圧バッテリ２からの高電圧がＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ４で低電圧に降圧されて低電圧バッ
テリ５が充電される。尚、高電圧バッテリ２は、例え
ば、車両の走行中にモータ１からの回生電力によって充
電され、バッテリ容量が規定値より低下した場合、図示
しない充電器を介して充電される。

【００１４】インバータ３及びＤＣ−ＤＣコンバータ４
は、電子制御装置（ＥＣＵ）１０によって制御される。
ＥＣＵ１０は、マイクロコンピュータを中心として、入
出力インタフェース回路、Ａ／Ｄ変換回路、インバータ
３を制御するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号発生回
路等のその他の周辺回路を備えて構成されるものであ
り、インバータ３を介したモータ１の周波数、電圧、電
流（すべり）制御、ＤＣ−ＤＣコンバータ４を介した低
電圧バッテリ５の充電制御、高電圧バッテリ２の電源管
理を行う。

【００１５】ＥＣＵ１０による高電圧バッテリ２の電源
管理においては、高電圧バッテリ２の残存容量を把握す
ることが重要であり、高電圧バッテリ２の充放電電流を
計測する必要がある。このため、高電圧バッテリ２の正
極側端子からインバータ３及びＤＣ−ＤＣコンバータ４
へ至る電源ライン（高電圧ライン）７に、車両の運転状
態に応じて広範囲に変化する高電圧バッテリ２の充放電
電流に対処するため、電流検出の定格範囲が異なる複数
の電流センサが配設されている。

【００１６】すなわち、車両のアイドルストップ時に
は、モータ１及びインバータ３を含む高電圧系に流れる
電流は殆ど０であり、低電圧系の電装品へ電力を供給す
るためのＤＣ−ＤＣコンバータ４への入力電流のみとな
るので、高電圧バッテリ２の放電電流は数Ａ程度とな
る。一方、加速時等の高負荷での運転時には、モータ１
及びインバータ３に大電流（例えば、略１００Ａに近い
大電流）が流れるときもある。従って、このような広範
囲の電流を１つの電流センサで精度良く計測するために
は、特殊なセンサが必要となり、そのような電流センサ
は現実的には入手困難で、また極めて高価なものとな
る。

【００１７】このため、一般に入手可能な通常の１つの
電流センサで高電圧バッテリ２の広範囲に渡る充放電電
流を計測しようとすると、フルレンジで略１００Ａ近い
大電流を計測可能な電流センサを使わざるを得ず、この
ような電流センサでは、当然ながら、小電流の計測時に
得られる測定値の有効桁数が少なくなり、誤差が大きく
なる。例えば、長時間或いは頻繁にアイドルストップ状
態を繰返すような状況で電流計測を行うと、計測誤差が
重なることになり、バッテリ残存容量の計算値の誤差が
大きくなる。

【００１８】本形態においては、大電流計測用の第１の
電流センサ（以下、大電流用電流センサと記載する）８
と、小電流計測用の第２の電流センサ（以下、小電流用
電流センサと記載する）９との２つの電流センサを用い
ており、これらの電流センサ８，９を高電圧ライン７に
配設している。大電流用電流センサ８は、高電圧バッテ
リ２の電流計測対象範囲の上限側を電流検出の定格範囲
に含むセンサであり、高負荷運転時等に高電圧バッテリ
２から流れる大電流（例えば１００Ａ程度まで）を良好
な精度で計測可能とする。また、小電流用電流センサ９
は、高電圧バッテリ２の電流計測対象範囲の下限側を電
流検出の定格範囲に含むセンサであり、アイドルストッ
プ時等に高電圧バッテリ２から流れる小電流（例えば、
数Ａ程度）を良好な精度で計測可能とする。

【００１９】この場合、高電圧ライン７に大電流が流れ
ると、小電流用電流センサ９は、その計測可能レンジを
越えるため、電流を直接的に検出する形式の電流セン
サ、例えばシャント抵抗等を用いた電流センサでは、過
電流に対する保護回路が必要となる。しかしながら、こ
のような電流センサで、長時間、過電流保護回路を働か
せたまま使用することは、必ずしも好ましいことではな
い。従って、本形態では、電流センサとしてホール素子
等を利用した非接触式の電流センサを採用しており、高
電圧ライン７に大電流が流れる際にも、小電流用電流セ
ンサ９の出力値が飽和するのみで、損傷を受けることが
無い。

【００２０】これらの２つの電流センサ８，９は、ＥＣ
Ｕ１０において、計測電流の大きさに応じて選択され
る。本形態においては、ＥＣＵ１０は、電流センサ選択
の判断基準となる判定閾値を小電流用センサ９の最大指
示値より設定値だけ低い値に設定し、小電流用電流セン
サ９の指示値と判定閾値とを比較する。そして、小電流
用電流センサ９の指示値が判定閾値以下のときには、小
電流用センサ９を選択し、小電流用電流センサ９の指示
値が判定閾値を越えているときには、大電流用電流セン
サ８を選択する。

【００２１】すなわち、ＥＣＵ１０は、本発明に係わる
電流センサ選択手段としての機能を備え、具体的には、
図２のフローチャートに示す電流計測ルーチンにより、
その機能を実現する。以下、ＥＣＵ１０による電流計測
処理について、図２のフローチャートを用いて説明す
る。

【００２２】図２は、所定時間或いは所定周期毎に実行
される電流計測ルーチンであり、先ず、ステップＳ１
で、小電流用電流センサ９の指示値Ｖ(L)を読込み、こ
の指示値Ｖ(L)と判定閾値Ｖ(1)とを比較し、電流センサ
の選択判定を行う。判定閾値Ｖ(1)は、高電圧ライン７
の電流すなわち高電圧バッテリ２の充放電電流を計測す
る際に使用する電流センサを選択するための判断基準と
なる電圧値であり、システム構成や電流センサ８，９の
特性を考慮して予めシミュレーション或いは実験等によ
り適切な値を求め、ＥＣＵ１０内に固定データとしてス
トアしておく。

【００２３】例えば、電流センサ８，９のフルレンジの
電圧出力が共に５Ｖである場合、図３に示すように、高
負荷運転時等の高電圧ライン７に流れる電流値が数十Ａ
以上では、大電流用電流センサ８の指示値は、良好な精
度を期待できる電圧値を示す一方、小電流用電流センサ
９の指示値は、最大出力値で飽和して５Ｖの状態に張り
付いてしまい、計測不能となる。逆に、高電圧ライン７
に流れる電流値が数Ａ程度であるときには、大電流用電
流センサ８の指示値は微小電圧となって精度を期待でき
ず、小電流用電流センサ９の指示値は、良好な精度を期
待できる電圧値を示す。

【００２４】このため、小電流用電流センサ９の最大指
示値（最大出力電圧）よりも設定値だけ低い電圧値（例
えば、４〜４．５Ｖ程度）を、電流センサ選択の判定閾
値Ｖ(1)として設定し、小電流用電流センサ９の指示値
が判定閾値Ｖ(1)を越える場合には大電流用電流センサ
８を選択し、判定閾値Ｖ(1)以下であれば小電流用電流
センサ９を選択することとする。

【００２５】その結果、ステップＳ１において、Ｖ(L)
≧Ｖ(1)の場合には、ステップＳ２へ進んで、大電流用
電流センサ８からのセンサ出力値に基づく電流計測を行
い、ルーチンを抜ける。また、ステップＳ１において、
Ｖ(L)＜Ｖ(1)の場合、ステップＳ３へ進んで、小電流用
電流センサ９からのセンサ出力値に基づく電流計測を行
い、ルーチンを抜ける。

【００２６】以上の処理が繰返され、高電圧バッテリ２
の充放電電流が、その電流値の大きさに応じた適切な電
流センサを用いて計測され、計測した電流値から高電圧
バッテリ２の残存容量が算出される。

【００２７】これにより、車両のアイドルストップ等の
小電流での放電状態が長時間継続する場合や加速時等の
大電流の放電時等のように、広範囲に変化する高電圧バ
ッテリ２の充放電電流に対し、電流計測のダイナミック
レンジを確保して電流値の大きさに拘わらず精度の高い
電流計測を行うことができる。その結果、正確なバッテ
リ残存容量の把握が可能となり、バッテリの過放電や過
充電等を未然に回避し、システムの信頼性を向上するこ
とができる。

【００２８】尚、本発明は、上述の実施の形態に限定さ
れず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であ
る。例えば、実施の形態においては、電流センサを選択
するための判定閾値Ｖ(1)を、小電流用電流センサ９の
最大指示値よりも設定値だけ低い電圧値としているが、
判定閾値を大電流用電流センサ８の有効最小指示値より
も設定値だけ高い電圧値に設定し、この判定閾値と大電
流用電流センサ８の指示値とを比較して、大電流用電流
センサ８の指示値が判定閾値以下のときには、小電流用
電流センサ９を選択し、大電流用電流センサ８の指示値
が判定閾値を越えるとき、大電流用電流センサ８を選択
することも可能である。

【００２９】また、実施の形態においては、２つの電流
センサ８，９を使用する例について説明したが、電源シ
ステムで必要とされるダイナミックレンジに応じ、３つ
以上の電流センサを選択的に切換えて使用しても良く、
この場合には、順次、電流センサの指示値を判定閾値と
比較し、適切な電流センサを選択するようにすれば良
い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、充
放電電流が広範囲に変化する電動車両のバッテリに対
し、そのときの電流に大きさに応じて適切な電流検出の
定格範囲を有する電流センサを選択するので、電流値の
大きさに拘わらずバッテリの充電・放電電流の計測精度
を向上させることができ、バッテリ残存容量等を正確に
把握することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電動車両の電源系を示す構成図

【図２】電流計測ルーチンのフローチャート

【図３】高電圧ラインの実際の電流波形と電流センサの
出力波形とを示す説明図

【符号の説明】

２ 高電圧バッテリ（バッテリ） ７ 高電圧ライン（電源ライン） ８，９ 電流センサ １０ 電子制御装置（電流センサ選択手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G016 CA03 CB21 CB31 CC01 CC04 CC16 CC23 CC27 5G003 AA07 BA01 CA01 EA05 FA06 GB03 GB06 5H030 AA06 AS08 FF42 5H115 PA00 PC06 PG04 PI16 PO02 PO06 PO10 PU09 PV02 PV09 SE06 TI02 TI06 TU16 TU17

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動車両に搭載されるバッテリの充電・
   放電電流を計測する電動車両の電流計測装置であって、 上記バッテリからの電源ラインに、電流検出の定格範囲
   が異なる複数の電流センサを配設し、 上記電流センサの指示値に基づいて、上記複数の電流セ
   ンサの中から上記バッテリの充電・放電電流の計測に用
   いるセンサを選択する電流センサ選択手段を備えたこと
   を特徴とする電動車両の電流計測装置。
2. 【請求項２】 上記複数の電流センサを、上記バッテリ
   の充電・放電電流の計測対象範囲の上限側を電流検出の
   定格範囲に含む第１の電流センサと、上記バッテリの充
   電・放電電流の計測対象範囲の下限側を電流検出の定格
   範囲に含む第２の電流センサとの２つの電流センサと
   し、 上記電流センサ選択手段は、 電流センサ選択の判断基準となる判定閾値を上記第２の
   電流センサの最大指示値より設定値だけ低い値に設定
   し、 上記第２の電流センサの指示値と上記判定閾値とを比較
   し、上記第２の電流センサの指示値が上記判定閾値以下
   のとき、上記第２の電流センサを上記バッテリの充電・
   放電電流の計測に用いるセンサとして選択し、上記第２
   の電流センサの指示値が上記判定閾値を越えているとき
   には、上記第１の電流センサを上記バッテリの充電・放
   電電流の計測に用いるセンサとして選択することを特徴
   とする請求項１記載の電動車両の電流計測装置。