JP2004127670A

JP2004127670A - バッテリー充放電電流計測装置を備えた車輌

Info

Publication number: JP2004127670A
Application number: JP2002288916A
Authority: JP
Inventors: Makoto Wakonsaki; 和根崎　誠
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP4378923B2

Abstract

【課題】車輌に搭載されたバッテリーの充放電電流を、簡便な処理で精度良くリアルタイムに計測できるようにする。
【解決手段】バッテリーの充放電電流を電流センサＣＳにて計測するバッテリー充放電電流計測装置を備えた車輌において、前記バッテリーに接続されている配線に取付けられるフルスケール電流値の異なる複数の電流センサＣＳと、前記車輌のエンジンの回転数の検出情報に基づいて、前記複数の電流センサＣＳの出力のいずれか１つを選択するセンサ切換え制御装置１５とが設けられている。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリーの充放電電流を電流センサにて計測するバッテリー充放電電流計測装置を備えた車輌に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるバッテリー充放電電流計測装置を備えた車輌は、バッテリーの充電電流及び放電電流を計測して、バッテリーの動作状態の監視等に供する装置を備えた車輌である。
車輌に搭載されるバッテリーの充放電電流は、大雑把に分類して、エンジンの始動前、エンジンの始動時、及び、走行時の３つの状態で計測対象の電流値が桁が異なる程に大きく異なっている。
従来、一般には、この充放電電流の計測に使用される電流センサは、バッテリーの充放電電流の最大値（エンジンの始動時の放電電流値）をカバーできるフルスケール電流値を有する電流センサが用いられる。
ところが、このようにフルスケール電流値の大きな電流センサを使用すると、分解能が低下して相対的に低い電流域での測定精度が低くなってしまう。
【０００３】
このため、特許文献１に記載のように、スタータの動作状態に基づいて識別される大電流の通電時には、電流センサの検出情報を使用せずに演算により推定する手法や、特許文献２に記載のように、スタータの動作状態に基づいて識別される大電流の通電時には、電流センサの出力信号を増幅する増幅器の増幅率を下げる手法や、更に、特許文献３に記載のように、実際の計測電流値に応じて、電流センサの出力信号を増幅する増幅器の増幅率を変化させる手法が考えられている。
しかしながら、より的確な充放電電流の計測のためには、上記特許文献１のような演算による推定や、上記特許文献２及び特許文献３のような後段の回路処理による手法よりも、フルスケール電流値の異なる複数の電流センサを備えて、それら複数の電流センサにて並行してバッテリーの充放電電流を計測することが望ましく、それによって、充放電電流の計測値を得る最初の時点から良好な分解能を確保できる。
【０００４】
但し、フルスケール電流値の異なる複数の電流センサで並行して計測する場合、いずれの電流センサの出力を取得するかの選択が容易ではなく、特に、エネルギー消費や排気ガスの低減のために信号待ち等の状態でエンジンを停止させるいわゆるアイドリングストップ機能を有する車輌のように比較的短時間の間にバッテリーの充放電電流が大きく変化する場合は尚更である。
いずれの電流センサの出力を選択するかについては、デジタルマルチメータのオートレンジ機能のように、フルスケール電流値が小さい電流センサの出力を選択しておき、その電流センサがオーバーフローしたときに、次にフルスケール電流値の小さい電流センサの出力を選択する状態に切換えるということも考えられるが、その切換え時のデータが失われてしまうので、大きく且つ急速に充放電電流が変化するようなときには実用的なデータが得られないものとなってしまう。
以上のような事情から、フルスケール電流値の異なる複数の電流センサを使用する場合は、従来、その複数の電流センサの検出値を並行して記憶保存しておき、その記憶データから、事後的に、各計測時点において最適な計測を行っている電流センサの出力を選択するという手法をとっていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−７４７８６号公報
【特許文献２】
特開２００１−９１６０２号公報
【特許文献３】
特開２００２−６２３４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、上記従来構成では、バッテリーの充放電電流をリアルタイムで計測しようとすれば、相対的に低い電流域での測定精度が低下し、測定精度を確保しようとすれば、リアルタイムでのデータの取得が困難となり、更に、事後的なデータ処理が必要となる。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、バッテリーの充放電電流を、簡便な処理で精度良くリアルタイムに計測できる計測装置を備えた車輌を提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記請求項１記載の構成を備えることにより、バッテリーの充放電電流を電流センサにて計測するバッテリー充放電電流計測装置を備えた車輌であって、フルスケール電流値の異なる複数の電流センサと、前記車輌のエンジンの回転数の検出情報に基づいて、前記複数の電流センサの出力のいずれか１つを選択指示するセンサ切換え制御装置とが設けられている。
【０００８】
すなわち、バッテリーの充放電電流が桁が異なる程に大きく変動する状況は、車輌のエンジンの回転数と密接に関連していることに着目して、エンジンの回転数の検出情報に基づいて、フルスケール電流値の異なる複数の電流センサの出力の何れか１つを選択してバッテリーの充放電電流値を取得することで、状況に応じて極力フルスケール電流値が小さい電流センサの信号を選択して、リアルタイムで精度の良い計測を行うことができる。
しかも、車輌のエンジンの回転数は、いわゆるタコメータ等への出力のために本来的に検出情報として出力されている場合が多く、既設の装置を利用して一層の低コスト化を図ることも可能となる。
【０００９】
又、上記請求項２記載の構成を備えることにより、前記複数の電流センサとして、少なくとも、前記エンジンの始動時における前記バッテリーの充放電電流を計測するための第１電流センサと、前記車輌の走行中における前記バッテリーの充放電電流を計測するための第２電流センサと、前記車輌のアイドリング停止中における前記バッテリーの充放電電流を計測するための第３電流センサとが備えられている。
すなわち、車輌のエンジンの回転数とバッテリーの充放電電流の関連として、大雑把に分類して、エンジンの始動前すなわちエンジン回転数が「０」のときのバッテリーの充放電電流（このときは放電電流のみ）が最も小さく、エンジンの始動時すなわちエンジン回転数が「０」から立ち上がったときのバッテリーの充放電電流（主に放電電流）が最大となり、通常走行時すなわちエンジン回転数がある程度の範囲内で変動しているときのバッテリーの充放電電流がその中間である。
このように、少なくとも第１〜第３電流センサを備えて、エンジン回転数の検出情報に基づいて、いずれのセンサの出力を選択するかを切換えることで、バッテリーの充放電電流の変化に的確に対応して、精度良くバッテリーの充放電電流を計測することができる。
【００１０】
又、上記請求項３記載の構成を備えることにより、前記センサ切換え装置は、前記エンジンの回転数が設定値と同値となっている状態又は設定範囲にある状態の持続時間情報に基づいて、前記複数の電流センサの出力のいずれか１つを選択指示するように構成されている。
すなわち、エンジンの回転数が設定値と同値となっている状態又は設定範囲にある状態の持続時間情報も併せて、複数の電流センサの出力の選択に利用することで、例えば、エンジン始動時に流れる大きな放電電流が落ち着くのを待ってから、よりフルスケール電流値の小さい電流センサの出力を選択する状態に切換える等のように、きめ細かい選択が可能となり、より一層的確にバッテリーの充放電電流の変化に対応できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバッテリー充放電電流計測装置を備えた車輌の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２概略的に示すように、本実施の形態では車輌として自動車１を例示し、その自動車１に、バッテリーＢＴの充放電電流を計測するバッテリー充放電電流計測装置が備えられている。
バッテリーＢＴは、自動車１のエンジン２の始動用電力や自動車１に装備されたカーステレオ等の各種の電装品の動作電力を供給すると共に、エンジン２の動力によって発電された電気によって充電される。
【００１２】
このバッテリーＢＴの充放電電流を計測するためのバッテリー充放電電流計測装置ＣＭは、図１に示すように、第１電流センサ１１，第２電流センサ１２及び第３電流センサ１３の３つの電流センサＣＳと、第１〜第３電流センサ１１，１２，１３のうちのいずれか１つの出力を選択して、バッテリーＢＴの充放電電流計測値として出力するコントローラＣＯとを備えて構成されている。
上記第１〜第３電流センサ１１，１２，１３は、本実施の形態では、バッテリーＢＴに接続される配線に取付けられ、その配線を流れる電流により生じる磁界をホール素子により検知する形式のものを使用している。
【００１３】
第１電流センサ１１は、フルスケール電流値が５００Ａで、エンジン２の始動時におけるバッテリーＢＴの充放電電流を検出するためのものであり、第２電流センサ１２は、フルスケール電流値が５０Ａで、自動車１の走行中におけるバッテリーＢＴの充放電電流を検出するためのものであり、第３電流センサ１３は、フルスケール電流値が５Ａで、自動車１のアイドリング停止中におけるバッテリーＢＴの充放電電流を検出するためのものである。第１〜第３電流センサ１１，１２，１３の出力の何れか１つを選択することで、電流計の測定レンジを切換えるのに相当する関係としており、後述のようにして測定レンジを切換えて、バッテリーＢＴの使用状況にリアルタイムに対応して良好な測定分解能を得られるようにしている。
【００１４】
コントローラＣＯには、自動車１に備えられたエンジン回転数検出器１４の検出情報に基づいて、上記第１〜第３電流センサ１１，１２，１３の出力のうちのいずれか１つを選択指示するセンサ切換え制御装置１５と、センサ切換え制御装置１５にて選択指示された電流センサＣＳの出力をバッテリー監視装置３及び自動車側制御装置４に出力するデータ計測制御装置１６とが備えられている。エンジン回転数検出器１４は、エンジン２のシャフトの回転数を検出するか、あるいは、イグナイターのスパークを検出する等してタコメータに出力しているものをそのまま利用している。
【００１５】
次に、センサ切換え制御装置１５の動作について、センサ切換え制御装置１５が実行する図３のフローチャートに基づいて説明する。
センサ切換え制御装置１５は、自動車１のイグニッションが「ＯＮ」されると同時に、初期値として第１電流センサ１１の出力を選択するようにデータ計測制御装置１６に指示した後に、図３の処理を高速に繰返し実行する。
又、本実施の形態で例示する自動車１は、いわゆるアイドリングストップ機能を有する形式のものであり、センサ切換え制御装置１５は、自動車１が信号待ち等でアイドリングストップの状態にあるときに、自動車側制御装置４からアイドリングストップを解除してエンジン２を再始動する旨の信号を受け取ったときに、割り込み処理として、第１電流センサ１１の出力を選択するようにデータ計測制御装置１６に指示する。更に、イグニッションキーを操作してセルスターターを起動させたときも、割り込み処理として、第１電流センサ１１の出力を選択するようにデータ計測制御装置１６に指示する。
【００１６】
センサ切換え制御装置１５には、上記のエンジン回転数検出器１４以外に、第１〜第２電流センサ１１，１２，１３の出力の何れか１つを選択指示するための情報源として、第１タイマー及び第２タイマーの２つのタイマーが備えられており、第１タイマーはエンジン回転数が「０」回転になってからの経過時間を計時して、第１電流センサ１１又は第２電流センサ１２の出力を選択指示する状態から第３電流センサ１３の出力を選択指示する状態へ移行するタイミングを検出するためのものとして使用し、第２タイマーはエンジン回転数が設定回転数（例えば「２００」回転）以上となってからの経過時間を計時して、第１電流センサ１１の出力を選択指示する状態から第２電流センサ１２の出力を選択指示する状態へ移行するタイミングを検出するためのものとして使用している。
センサ切換え制御装置１５は、この第１タイマー及び第２タイマーによって、エンジン２の回転数が設定値（例えば、「０」回転）と同値となっている状態又は設定範囲（例えば、「２００」回転以上）にある状態の持続時間情報を取得し、その持続時間情報に基づいて、３つの電流センサＣＳの出力のいずれか１つを選択指示する。
【００１７】
以下、図３の処理を順を追って説明する。
先ず、エンジン２の回転数を読み取って、回転数が「０」回転であると（ステップ＃１）、第２タイマーの停止を確認して、もし第２タイマーが作動中であれば停止させ（ステップ＃２）、「第１タイマーが計時を開始していないこと」及び「第３電流センサ１３の出力を選択指示する状態になっていないこと」を条件として第１タイマーをスタートさせる必要があるか否か判断する（ステップ＃３）。上記２条件に適合するとき、すなわち、エンジン回転数が「０」回転になっていることを初めて検知してステップ＃２以降の処理ルートに入ったとき、第１タイマーをスタートさせる（ステップ＃４）。それ以外のときは、第１タイマーの計時時間が設定時間（例えば、１０秒）経過するのを待って（ステップ＃５）、前記設定時間経過すると、データ計測制御装置１６への指示を、第１電流センサ１１又は第２電流センサ１２の出力を選択指示する状態から第３電流センサの出力を選択指示する状態へ切換える（ステップ＃６）。このとき、併せて第１タイマーをリセットして計時を停止させる。
このステップ＃３〜ステップ＃６の処理によって、自動車１が信号停止等によってアイドリングストップしたときに、第２電流センサ１２の出力を選択指示する状態から第３電流センサの出力を選択指示する状態へ切換えて、フルスケール電流値の小さい第１電流センサ１１で高分解能の電流計測が可能となる。
【００１８】
一方、既にエンジン２が始動して、エンジン回転数が設定回転数（例えば「２００」回転）以上となっているときは（ステップ＃７）、第１タイマーの停止を確認して、もし第１タイマーが作動中であれば停止させ（ステップ＃８）、「第２タイマーが計時を開始していないこと」及び「第２電流センサ１３の出力を選択指示する状態になっていないこと」を条件として第２タイマーをスタートさせる必要があるか否か判断する（ステップ＃９）。上記２条件に適合するとき、すなわち、エンジン回転数が前記設定回転数以上になっていることを初めて検知してステップ＃８以降の処理ルートに入ったとき、第２タイマーをスタートさせる（ステップ＃１０）。それ以外のときは、第２タイマーの計時時間が設定時間（例えば、３０秒）経過するのを待って（ステップ＃１１）、前記設定時間経過すると、データ計測制御装置１６への指示を、第１電流センサ１１の出力を選択指示する状態から第２電流センサの出力を選択指示する状態へ切換える（ステップ＃１２）。このとき、併せて第２タイマーをリセットして計時を停止させる。
このステップ＃９〜ステップ＃１２の処理によって、自動車１がエンジン２を始動して、バッテリーＢＴからの放電電流がある程度落ち着いたときに、第１電流センサ１２の出力を選択指示する状態から第２電流センサの出力を選択指示する状態へ切換えて、フルスケール電流値の小さい第２電流センサ１２で高分解能の電流計測が可能となる。
【００１９】
以上のようにして選択すべき電流センサＣＳが指示されたデータ計測制御装置１６は、指示された電流センサＣＳの出力をバッテリー監視装置３及び自動車側制御装置４へ出力すると共に、内蔵されているメモリに計測値を記憶保存して、バッテリーＢＴの充放電電流の積算値を求める。
尚、データ計測制御装置１６は、一定周期で指示された電流センサＣＳの出力をサンプリングするのであるが、このサンプリング周期は、エンジン２の始動時においては短いサンプリング周期であるのに対して、通常の走行時は長いサンプリング周期となるように設定してある。
【００２０】
〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
（１）上記実施の形態では、バッテリーＢＴの充放電電流を計測する電流センサＣＳとして、第１〜第３電流センサ１１，１２，１３の３つの電流センサＣＳを備える場合を例示しているが、２個あるいは４個以上の電流センサＣＳを備えるようにしても良い。
例えば、上記実施の形態では、エンジン２の回転数が「０」回転のときは、最もフルスケール電流値の小さい第３電流センサ１３の出力を選択指示するようにしているが、エンジン２の回転数が「０」回転の状態を、イグニッションを「ＯＮ」した直後のエンジン始動前の状態と、アイドリングストップにてエンジンが停止している状態とに分けて、夫々の状態の検出のために別個に電流センサＣＳを備えるようにしても良い。
アイドリングストップ時は、自動車１に装備されているカーステレオ等の電装品を使用している可能性が高く、イグニッションを「ＯＮ」した直後よりもその電装品の使用分だけバッテリーＢＴの充放電電流が大きくなる可能性が高いため、上記のように、イグニッションを「ＯＮ」した直後のエンジン始動前の状態とアイドリングストップにてエンジンが停止している状態とを区別することで、よりきめ細かい測定分解能の管理が可能となる。
【００２１】
（２）上記実施の形態では、エンジン２の回転数の検出情報を、自動車１に本来的に備えられているエンジン回転数検出器１４の検出情報を利用する場合を例示しているが、前記エンジン回転数検出器１４とは別個に、バッテリー充放電電流計測装置ＣＭの専用としてエンジン２の回転数を検出する装置を備えても良い。
（３）上記実施の形態では、電流センサＣＳとして、充放電電流により形成される磁界をホール素子にて検出する形式を例示しているが、その他種々の形式の電流センサによる計測に本発明を適用できる。
（４）上記実施の形態では、エンジン２の回転数が設定値と同値となっている状態又は設定範囲にある状態の持続時間情報を取得するために、第１タイマー及び第２タイマーの２つのタイマーを備えているが、これらを単一のタイマーにて構成しても良い。
【００２２】
【発明の効果】
上記請求項１記載の構成によれば、バッテリーの充放電電流が桁が異なる程に大きく変動する状況は、車輌のエンジンの回転数と密接に関連していることに着目して、エンジンの回転数の検出情報に基づいて、フルスケール電流値の異なる複数の電流センサの出力の何れか１つを選択してバッテリーの充放電電流値を取得することで、状況に応じて極力フルスケール電流値が小さい電流センサの信号を選択して、リアルタイムで精度の良い計測を行うことができる。
しかも、車輌のエンジンの回転数は、いわゆるタコメータ等への出力のために本来的に検出情報として出力されている場合が多く、既設の装置を利用して一層の低コスト化を図ることも可能となる。
【００２３】
又、上記請求項２記載の構成によれば、少なくとも第１〜第３電流センサを備えて、エンジン回転数の検出情報に基づいて、いずれのセンサの出力を選択するかを切換えることで、バッテリーの充放電電流の変化に的確に対応して、精度良くバッテリーの充放電電流を計測することができる。
又、上記請求項３記載の構成によれば、エンジンの回転数が設定値と同値となっている状態又は設定範囲にある状態の持続時間情報も併せて、複数の電流センサの出力の選択に利用することで、例えば、エンジン始動時に流れる大きな放電電流が落ち着くのを待ってから、よりフルスケール電流値の小さい電流センサの出力を選択する状態に切換える等のように、きめ細かい選択が可能となり、より一層的確にバッテリーの充放電電流の変化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるバッテリー充放電電流計測装置のブロック構成図
【図２】本発明の実施の形態にかかる自動車におけるバッテリー等の配置図
【図３】本発明の実施の形態にかかるフローチャート
【符号の説明】
ＢＴ　バッテリー
ＣＭ　バッテリー充放電電流計測装置
ＣＳ　電流センサ
１１　第１電流センサ
１２　第２電流センサ
１３　第３電流センサ
１５　センサ切換え制御装置

Claims

バッテリーの充放電電流を電流センサにて計測するバッテリー充放電電流計測装置を備えた車輌であって、
フルスケール電流値の異なる複数の電流センサと、
前記車輌のエンジンの回転数の検出情報に基づいて、前記複数の電流センサの出力のいずれか１つを選択指示するセンサ切換え制御装置とが設けられたバッテリー充放電電流計測装置を備えた車輌。
前記複数の電流センサとして、少なくとも、前記エンジンの始動時における前記バッテリーの充放電電流を計測するための第１電流センサと、前記車輌の走行中における前記バッテリーの充放電電流を計測するための第２電流センサと、前記車輌のアイドリング停止中における前記バッテリーの充放電電流を計測するための第３電流センサとが備えられている請求項１記載のバッテリー充放電電流計測装置を備えた車輌。
前記センサ切換え装置は、前記エンジンの回転数が設定値と同値となっている状態又は設定範囲にある状態の持続時間情報に基づいて、前記複数の電流センサの出力のいずれか１つを選択指示するように構成されている請求項１又は２記載のバッテリー充放電電流計測装置を備えた車輌。