JP2006078184A

JP2006078184A - 電流積算方法およびその装置

Info

Publication number: JP2006078184A
Application number: JP2004259167A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hirota; 和彦広田
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】低コストでありながら、正側の電流積算値および負側の電流積算値を含めて信頼性の高い電流積算値が得られるようにする。
【解決手段】正側（例えば二次電池の放電電流）と負側（例えば二次電池の充電電流）とに変化する直流電流Ｉを積算するにあたって、直流電流Ｉを電流−電圧変換器１０にて電圧に変換したのち、半波整流分離回路１１にて正側の半波信号と負側の半波信号とに分離し、その各々を平滑回路１２ａ，１２ｂを通して直流に変換してＡ／Ｄ変換器１４に入力し、そのデジタルデータを演算処理手段１５により処理して少なくとも正側積算値および負側積算値を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は電流積算方法およびその装置に関し、さらに詳しく言えば、正側（例えば二次電池の放電電流）と負側（例えば二次電池の充電電流）とに変化する直流電流を積算するのに好適な電流積算方法とその装置に関するものである。

例えば、電気自動車に搭載される二次電池では放電と充電とが繰り返して行われる。このような用途においては、消費電流と回生電流などの関係を解析・評価するうえで正側の電流積算値と負側の電流積算値とを別々に測定する必要がある。そのための電流積算装置には大別して、図３に示す平滑回路方式と、図４に示すデジタルサンプリング方式とがある。

図３の平滑回路方式では、被測定電流を電流−電圧変換器１にて電圧信号に変換したのち、その電圧信号を高周波成分を除去する平滑回路２に通して直流に変換し、Ａ／Ｄ変換器３ａでデジタルデータに変換して演算処理手段であるＣＰＵ４ａに入力する。ＣＰＵ４ａは入力されたデジタルデータを所定時間にわたって加算して積算値を算出する。その際に電流値の正，負を判別し、正側の電流積算値，負側の電流積算値および全体の積算値の３つの積算値を算出し、その各々を表示器５に表示させる。

図４に示すデジタルサンプリング方式では、被測定電流を電流−電圧変換器１にて電圧に変換し、その電圧信号をそのまま高速のＡ／Ｄ変換器３ｂでデジタルデータに変換して演算処理手段であるＣＰＵ４ｂに入力する。ＣＰＵ４ｂは入力されたデジタルデータを所定時間にわたって加算して積算値を算出する。その際に電流値の正，負を判別し、正側の電流積算値，負側の電流積算値および全体の積算値の３つの積算値を算出し、その各々を表示器５に表示させる。

図３の平滑回路方式によれば、平滑回路２にて電圧信号を直流化しているため、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周波数が遅くてもさほど問題とならない。したがって、Ａ／Ｄ変換器３ａおよびＣＰＵ４ａに高速性が求められないため部品コストが安価で済み、また、回路も比較的簡単に組むことができる。

しかしながら、図３の平滑回路方式によると、被測定電流が例えば図５（ａ）に示すような矩形波状でその負側の信号の時間が短い場合には、平滑回路２の応答時間との関係で負側の信号が検出されず、負の入力があっても平滑回路２を通すことにより、図５（ｂ）に示すように、すべてが正の信号となり、その結果、負側の電流積算値が０もしくは低めの値となり、これに対して正側の電流積算値も低めの値となることがある。

これに対して、図４のデジタルサンプリング方式によれば、電圧信号が高速でサンプリングされるためデータの抜け落ちがほとんどなく信頼性の高い積算値が得られるが、Ａ／Ｄ変換器３ｂには高速で高分解能が要求され、また、ＣＰＵ４ｂについても高速処理が可能であることが要求されるため、全体として高コストになるという問題がある。

したがって、本発明の課題は、低コストでありながら、正側の電流積算値および負側の電流積算値を含めて信頼性の高い電流積算値が得られるようにすることにある。

上記した課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、直流電流を積算する電流積算方法において、上記直流電流を電圧に変換したのち、正側の半波信号と負側の半波信号とに分離し、その各々を平滑回路を通して直流に変換してＡ／Ｄ変換器に入力し、そのデジタルデータを演算処理手段により処理して少なくとも正側積算値および負側積算値を得ることを特徴としている。

また、上記した課題を解決するため、請求項２に記載の発明は、直流電流を積算する電流積算装置において、上記直流電流を電圧に変換する電流−電圧変換器と、上記電流−電圧変換器により変換された電圧を正側の半波信号と負側の半波信号とに分離する半波整流分離回路と、上記半波整流分離回路により分離された正側の半波信号と負側の半波信号とをそれぞれ直流信号に変換する第１および第２の平滑回路と、上記各平滑回路にて変換された直流信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換器にて変換されたデジタルデータに基づいて少なくとも正側積算値および負側積算値を算出して所定の表示手段に表示させる演算処理手段とを備えていることを特徴している。

請求項３に記載の発明は、上記請求項２において、上記第１平滑回路と上記第２の平滑回路とが、上記演算処理手段により制御される切換スイッチを介して上記Ａ／Ｄ変換器に交代的に接続されることを特徴としている。

本発明によれば、被測定直流電流を電圧に変換した後の電圧信号を正側の半波信号と負側の半波信号とに分離してから、その各々の半波信号を平滑回路に通すようにしているため、例えば負側の半波信号の時間幅が短いような場合でも漏れなく検出することができる。また、平滑回路により直流に変換された信号をＡ／Ｄ変換するようにしているため、Ａ／Ｄ変換器および演算処理手段には上記デジタルサンプリング方式のような高速性，高分解能性が要求されない。したがって、低コストとすることができる。

次に、図１および図２により本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明による電流積算装置の回路構成を示す模式図で、図２（ａ）〜（ｃ）はその動作説明用の波形図である。

特に、本発明が対象とする被積算電流は、図２（ａ）に示すように、正側と負側とに変化する直流電流Ｉである。このように変化する直流電流Ｉが発生される電源としては、放電と充電とが繰り返して行われる電気自動車用の二次電池もしくは電気二重層コンデンサなどを挙げることができる。

この電流積算装置は信号入力部として電流−電圧変換器１０を有し、まず、上記直流電流Ｉは電流−電圧変換器１０にて電圧信号に変換される。電流−電圧変換器１０は先の従来例で説明した電流−電圧変換器１と同じ構成のものであってよい。ここでは、電流が電圧に変換されるだけであるから、変換された電圧信号の波形は図２（ａ）の電流波形と同じである。

電流−電圧変換器１０により変換された電圧信号は、電流−電圧変換器１０の後段に接続されている半波整流分離回路１１により、図２（ｂ）に示すように、正側の半波信号ＩＵと負側の半波信号ＩＬとに分離される。

この電流積算装置は、正側の半波信号ＩＵを直流に変換する第１の平滑回路１２ａと、負側の半波信号ＩＬを直流に変換する第２の平滑回路１２ｂの２つの平滑回路を備えている。

図２（ｃ）の上段側に第１の平滑回路１２ａにより変換された正側の半波信号ＩＵの直流信号ＩＵｄを示し、図２（ｃ）の下段側に第２の平滑回路１２ｂにより変換された負側の半波信号ＩＬの直流信号ＩＬｄを示す。なお、図２（ｂ），（ｃ）における波形は電圧信号であるが、被積算信号（電流）との関係から単位はアンペア〔Ａ〕としている。

各直流信号ＩＵｄ，ＩＬｄは、切換スイッチ１３を介して交代的にＡ／Ｄ変換器１４に入力されデジタルデータに変換されて演算処理手段であるＣＰＵ１５に与えられる。切換スイッチ１３はＣＰＵ１５によって制御され、例えばＡ／Ｄ変換器１４のサンプリングが１０回／秒であるとすると、正負交互に各５回／秒で切り換えられる。なお、コスト高となるが、直流信号ＩＵｄ，ＩＬｄをそれぞれ別のＡ／Ｄ変換器にてデジタルデータに変換するようにしてもよい。

ＣＰＵ１５は、入力されたデジタルデータを正，負別々に加算して正側の電流積算値および負側の電流積算値を得、また、正側の電流積算値と負側の電流積算値とから全体の積算値を算出して、その各々を表示器１６に表示する。なお、全体の積算値は正側の電流積算値と負側の電流積算値の単純加算値である。

本発明においては、上記したように入力直流電流Ｉを正側の半波信号ＩＵと負側の半波信号ＩＬとに分離してから、平滑回路１２ａ，１２ｂに通して正・負それぞれの信号を個別的に処理しているため、正・負の各信号を漏れなく検出することができる。したがって、正側の電流積算値，負側の電流積算値およびトータル積算値をより正確に求めることができる。

また、平滑回路により直流に変換された信号をＡ／Ｄ変換するようにしているため、Ａ／Ｄ変換器および演算処理手段には上記デジタルサンプリング方式のような高速性，高分解能性が要求されない。したがって、低コストとすることができる。

本発明による電流積算装置の回路構成を示す模式図。本発明の動作説明用の波形図。第１従来例としての平滑回路方式による電流積算装置の回路構成を示す模式図。第２従来例としてのデジタルサンプリング方式による電流積算装置の回路構成を示す模式図。上記第１従来例の問題点を説明するための波形図。

符号の説明

１０電流−電圧変換器
１１半波整流分離回路
１２ａ，１２ｂ平滑回路
１３切換スイッチ
１４Ａ／Ｄ変換器
１５ＣＰＵ
１６表示器

Claims

直流電流を積算する電流積算方法において、
上記直流電流を電圧に変換したのち、正側の半波信号と負側の半波信号とに分離し、その各々を平滑回路を通して直流に変換してＡ／Ｄ変換器に入力し、そのデジタルデータを演算処理手段により処理して少なくとも正側積算値および負側積算値を得ることを特徴とする電流積算方法。
直流電流を積算する電流積算装置において、
上記直流電流を電圧に変換する電流−電圧変換器と、上記電流−電圧変換器により変換された電圧を正側の半波信号と負側の半波信号とに分離する半波整流分離回路と、上記半波整流分離回路により分離された正側の半波信号と負側の半波信号とをそれぞれ直流信号に変換する第１および第２の平滑回路と、上記各平滑回路にて変換された直流信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換器にて変換されたデジタルデータに基づいて少なくとも正側積算値および負側積算値を算出して所定の表示手段に表示させる演算処理手段とを備えていることを特徴とする電流積算装置。
上記第１平滑回路と上記第２の平滑回路とが、上記演算処理手段により制御される切換スイッチを介して上記Ａ／Ｄ変換器に交代的に接続されることを特徴とする請求項２に記載の電流積算装置。