JP2005218284A

JP2005218284A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2005218284A
Application number: JP2004025850A
Authority: JP
Inventors: Makoto Motono; 誠本野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】ハイブリッド車両やエコラン車両において、電流センサの検出精度を確保する。
【解決手段】ハイブリッド車両において、インバータ１８と高圧バッテリ２２との間の電源ラインに電流センサ２０を設け、高圧バッテリ２２の充放電電流を検出する。電流センサ２０のゼロ点を、測定可能範囲の中点から所定量だけオフセットさせて充電側あるいは放電側の一方における測定精度を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は電流センサ、特にハイブリッド車両等に搭載されるバッテリの充放電電流を検出する電流センサに関する。

従来より、ハイブリッド車両などにおいてバッテリの充放電電流を検出する電流センサが設けられている。ハイブリッド車両などでは、高圧バッテリからの大電流によりエンジンを始動し、通常走行時にはエンジン及び／又は高圧バッテリからの放電電流により駆動されるモータにより走行する。したがって、電流センサには、このように通常走行時の一定範囲の放電電流と、エンジン始動時の大電流をともに検出できる性能が要求される。

そこで、電流センサとしては通常走行時の一定範囲の電流を検出できる電流センサを設け、大電流の放電は電池のＧＮＤ線の電圧降下を検出することで推定する技術が提案されている。

また、下記の従来技術には、電流検出範囲の異なる複数の電流センサを設け、一方の電流センサで小電流を検出し、他方の電流センサで大電流を検出する構成が開示されている。

特開２００３−３２８０１号公報

しかしながら、電池のＧＮＤ線の電圧降下を検出する方式では、電池ＧＮＤ線の電圧降下測定回路及びこれに付随する回路が別途必要となる問題がある。また、電池ＧＮＤ線の抵抗ばらつきを補正する回路も必要となり、部品点数が増大する。

小電流用のセンサと大電流用のセンサを設ける構成においても、同様に部品点数が増大してしまう問題がある。

本発明の目的は、徒に部品点数を増大させることなく、バッテリの充放電電流を高精度に検出することができる電流センサを提供することにある。

本発明は、車両に搭載されるバッテリの充放電電流を検出する電流センサであって、前記充放電電流は、前記車両の走行時にはほぼ一定範囲内の電流値であり、かつ、前記車両のエンジン始動時を含む所定時点には前記一定範囲を超える充電電流値あるいは放電電流値となるものであり、測定可能電流範囲のゼロ点が前記測定可能電流範囲の中点から所定量だけオフセット設定されることを特徴とする。

また、本発明は、ハイブリッド車両に搭載されるバッテリの充放電電流を検出する電流センサであって、前記充放電電流は、前記車両の走行時にはほぼ一定範囲内の電流値であり、かつ、前記車両のエンジン始動時を含む所定時点には前記一定範囲を超える充電電流値あるいは放電電流値となるものであり、測定可能電流範囲のゼロ点が前記測定可能電流範囲の中点から所定量だけ充電側にオフセット設定されることを特徴とする。

また、本発明は、エコラン車両に搭載されるバッテリの充放電電流を検出する電流センサであって、前記充放電電流は、前記車両の走行時にはほぼ一定範囲内の電流値であり、かつ、前記車両のエンジン始動時を含む所定時点には前記一定範囲を超える充電電流値あるいは放電電流値となるものであり、測定可能電流範囲のゼロ点が前記測定可能範囲の中点から所定量だけ放電側にオフセット設定されることを特徴とする。

本発明においては、電流センサのゼロ点をオフセットすることで、新たなセンサ等の部品点数を増大させることなく、通常走行時以外に生じる大電流の充放電電流にも対応でき、測定範囲に亘って検出精度を確保できる。

以下、図面に基づき本発明の電流センサについて、ハイブリッド車両に搭載されるバッテリの充放電電流を検出する場合を例にとり説明する。

図１には、ハイブリッド車両の全体構成図が示されている。エンジン１０からの駆動力は動力分配機構１２により減速機１４とジェネレータ（Ｇ）１６とに分配される。動力分配機構１２は互いに噛合するリングギア、プラネタリキャリア及びサンギアから構成され、エンジン１０はプラネタリキャリアに接続され、ジェネレータ１６はサンギアに接続され、モータ２４はリングギアに接続される。ジェネレータ（Ｇ）１６は、モータ（Ｍ）２４を駆動するための電力及び高圧（ＨＶ）バッテリ２２を充電するための電力を発生する。すなわち、ジェネレータ（Ｇ）１６で生じた電力はインバータ１８で直流電流に変換されて高圧バッテリ２２に供給され高圧バッテリ２２を充電する。また、ジェネレータ（Ｇ）で生じた電力はインバータ１８を介してモータ２４に供給され、モータ２４を駆動して車輪を駆動する。インバータ１８と高圧バッテリ２２との間のラインに電流センサ２０が設けられ、検出された充放電電流は図示しないＥＣＵ（電子制御装置）に供給される。

基本的な動作は以下の通りである。

＜エンジン始動時＞
高圧バッテリ２２からの大電流の放電電流によりクランキングし、エンジン始動。

＜通常走行時＞
発進及び低速走行時には高圧バッテリ２２からの放電電流をインバータ１８で交流電力に変換し、モータ２４を駆動してモータ２４により走行する。それ以外の通常走行時にはエンジン１０の動力を動力分配機構１２で２経路に分配し、エンジン１０からの動力で直接車輪を駆動するとともに、ジェネレータ１６、インバータ１８を介してモータ２４を駆動して車輪を駆動し走行する。全開加速などの高負荷時には、高圧バッテリ２２からの充電電流によりモータ２４を駆動して走行する。減速時には、モータ２４をジェネレータとして機能させて運動エネルギを電力に変換し、インバータ１８を介して高圧バッテリ２２を充電する。

図２には、高圧バッテリ２２の充放電電流の時間変化の一例が示されている。通常走行時には、モータ２４駆動時の放電電流及びインバータ１８からの充電電流によりほぼ一定範囲（図では±Ｉｏ）の充放電電流が流れ、エンジン始動時にはピーク値Ｉｘが一定範囲を超える放電電流が流れる（図において、プラスを放電側、マイナスを充電側としている）。このように、充放電電流の範囲が制御条件に応じて変動するため、測定範囲がプラスマイナスの一定範囲、すなわちゼロ点が測定範囲の中点にある電流センサでは高精度の検出を行うことができない。

そこで、本実施形態では、電流センサ２０のゼロ点として所定量だけマイナス側（つまり充電側）にオフセットさせた電流センサ２０を用いている。

図３には、本実施形態における電流センサ２０の検出特性が示されている。なお、比較のため、図４に従来の電流センサの特性、すなわち測定可能範囲の中点にゼロ点がある電流センサの特性が示されている。いずれの図においても、電流センサ２０は５Ｖ電源で動作し、電流値に応じた電圧、すなわち電流値に比例した電圧を出力する。

図３及び図４から分かるように、本実施形態の電流センサ２０は、そのゼロ点がマイナス側にオフセットされ、具体的には、−３５０Ａで出力電圧０．５Ｖ、ゼロＡで出力電圧２．５Ｖ、＋３５０Ａで出力電圧４．５Ｖとなるところ、出力電圧１．０Ｖがゼロ点となるようにオフセットされる。放電電流側では、出力電圧／測定電流＝（４．５Ｖ−１．０Ｖ）／３５０Ａ＝３．５／３５０（Ｖ／Ａ）と従来よりも増大し、したがってその分だけ測定電流誤差が小さくなる。このようにゼロ点をオフセットすることで、通常走行時の一定範囲内の充放電電流を検出できるとともに、エンジン始動時の大電流の放電電流も、拡大された０〜３５０Ａの測定範囲により高精度に検出することができる。

図５には、図３に示された本実施形態の電流センサ２０の測定誤差が示されている。比較のため、図６には図４に示された従来の電流センサの測定誤差も示されている。図において、実線は−３０℃〜＋８０℃の環境温度における測定誤差であり、破線は室温２５℃における測定誤差である。一定範囲（±５０Ａ以下）においては測定誤差はほぼ等しいが、大電流の放電電流を検出する場合の測定誤差は図６に比べて図５の場合の方が誤差が小さい。したがって、通常走行時のみならず、エンジン始動時など一時的に大電流の放電電流が生じる場合においても、単一の電流センサ２０で高精度に高圧バッテリ２２の充放電電流を検出することができる。

なお、本実施形態における電流センサ２０のゼロ点をオフセットする方法は任意であり、公知のオフセット方法を用いることができる。例えば、特開２０００−９７９７３号公報には、略円環形状の磁性材料からなりギャップを有するコアの当該ギャップにホール素子を配置し、コアを貫通する電流によりコアに生じた磁束密度に応じた電圧をホール素子から出力することで電流を検出するセンサにおいて、コアにオフセットコイルを巻回し、オフセットコイルに所定の制御電流を供給することでオフセットする構成が開示されているが、このようなオフセット回路を用いてもよい。

また、本実施形態におけるゼロ点のオフセット量は、エンジン始動時の放電電流のピーク値に応じて設定することができる。

また、本実施形態では、基本的にエンジン始動時のみに大電流が流れ、それ以外の通常走行時には一定範囲の充放電電流が流れるものとしているが、回生制動時に一定範囲以上の充電電流を許容するシステムにおいては、この回生制動時の充電電流値も考慮してオフセット値を設定すればよい。

さらに、本実施形態では、ハイブリッド車両に搭載されたバッテリの充放電電流を検出する電流センサに適用したが、ハイブリッド車両以外、例えばエコラン車両の電流センサにも適用することができる。エコラン車両においては、上述した回生制動によりバッテリを充電するだけでなく、交差点での信号待ちや踏切での列車の通過待ちなど所定時間に亘って停車する頻度が高いことに鑑みて、これらの停車中にエンジンの運転を停止することによりエネルギの効率的な利用を図ろうとするものである。また、ハイブリッド車両やエコラン車両に限らず、エンジン始動時だけ放電電流大となるシステム、あるいは回生時だけ充電電流大となるシステムに適用することが可能である。参考までに、図７には、バッテリの充放電電流の他の時間変化が示されている。ピーク電流は回生時の充電電流である。この場合においては、電流センサのゼロ点を測定可能範囲の中点からプラス側（放電側）にオフセットさせ、大電流の充電電流の検出精度を確保することができる。

実施形態の全体構成図である。実施形態の充放電電流の時間変化説明図である。実施形態のゼロ点をオフセットさせた電流センサの特性図である。ゼロ点が測定範囲の中点にある従来の電流センサの特性図である。図３の電流センサの測定誤差説明図である。図４の電流センサの測定誤差説明図である。他の実施形態の充放電電流の時間変化説明図である。

符号の説明

１０エンジン、１２動力分配機構、１４減速機、１６ジェネレータ、１８インバータ、２０電流センサ、２２高圧バッテリ、２４モータ。

Claims

車両に搭載されるバッテリの充放電電流を検出する電流センサであって、
前記充放電電流は、前記車両の走行時にはほぼ一定範囲内の電流値であり、かつ、前記車両のエンジン始動時を含む所定時点には前記一定範囲を超える充電電流値あるいは放電電流値となるものであり、
測定可能電流範囲のゼロ点が前記測定可能電流範囲の中点から所定量だけオフセット設定される
ことを特徴とする電流センサ。
ハイブリッド車両に搭載されるバッテリの充放電電流を検出する電流センサであって、
前記充放電電流は、前記車両の走行時にはほぼ一定範囲内の電流値であり、かつ、前記車両のエンジン始動時を含む所定時点には前記一定範囲を超える充電電流値あるいは放電電流値となるものであり、
測定可能電流範囲のゼロ点が前記測定可能電流範囲の中点から所定量だけ充電側にオフセット設定される
ことを特徴とする電流センサ。
エコラン車両に搭載されるバッテリの充放電電流を検出する電流センサであって、
前記充放電電流は、前記車両の走行時にはほぼ一定範囲内の電流値であり、かつ、前記車両のエンジン始動時を含む所定時点には前記一定範囲を超える充電電流値あるいは放電電流値となるものであり、
測定可能電流範囲のゼロ点が前記測定可能範囲の中点から所定量だけ放電側にオフセット設定される
ことを特徴とする電流センサ。