JP2007099033A - 電流センサの異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用電気負荷に電力を供給可能に並列接続された第１及び第２のバッテリと、エンジンにより駆動されて前記電気負荷及び両バッテリに電力を供給する発電機と、該第１及び第２のバッテリの充放電電流を検出する第１及び第２の電流センサとが備えられているものにおいて、電流センサの異常を正確かつ容易に検出可能な異常検出装置を提供する。
【解決手段】イグニッションスイッチがオフされたときに、電気負荷への電力供給を遮断するリレーを有し、コントロールユニットは、リレーにより電気負荷への電力供給が遮断されているときの第１、第２電流センサの検出値Ｉｂ１，Ｉｂ２に基づいて該電流センサの異常を判定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、バッテリの充放電電流を検出する電流センサの異常検出装置に関し、車両用電源の技術分野に属する。

自動車等の車両には、一般に、エアコンやヘッドランプ等の電気負荷に電力を供給するバッテリや、エンジンにより駆動されて前記電気負荷及び両バッテリに電力を供給する発電機が備えられると共に、該バッテリの充放電電流を検出する電流センサが備えられるが、この電流センサは経年劣化等により異常を生じる場合がある。そこで、電流センサの異常を検出可能に構成する場合があり、例えば、特許文献１には、バッテリの電圧変動に対する電流センサの検出値の変動に基づいて、電流センサの異常を検出するものが開示されている。

ところで、例えば、特許文献２に開示されているように、車両用電源の信頼性向上等を目的として、同一のバッテリを２つ並列接続する場合があるが、この場合、各バッテリの充電状態を検出するにはバッテリ毎に電流センサを設ける必要がある。そして、このとき、各電流センサの異常検出技術として前記特許文献１に記載の技術を適用することが考えられる。

特開２０００−１６６１０５号公報 特開２００３−１５５９６８号公報

しかしながら、特許文献２のように２つのバッテリが並列接続されたものに対して、特許文献１に記載の異常検出技術を適用しようとしても、以下のような問題がある。すなわち、バッテリは、設置環境や使用態様が異なると、劣化の仕方やバッテリの充電状態（残存容量や起電力等）が異なってくるが、特許文献２のように２つのバッテリが並列接続されているものにおいては、例えば、高熱を発するエンジンとの位置関係等の設置環境が同一となることはまずなく、また、２つのバッテリのうちの一方のバッテリのみをエンジン始動用として利用する等使用態様が異なる場合があり、この結果、２つのバッテリの劣化状態や充電状態が異なってくるのである。したがって、２つのバッテリに対して発電機により同一電圧で充電を行ったとしても、両バッテリの充放電電流が異なるものとなる、つまり、電圧変動に対する電流変動が一定せず、電流センサの異常を正確に検出することができないのである。

そこで、本発明は、車両用電気負荷に電力を供給可能に並列接続された第１及び第２のバッテリと、エンジンにより駆動されて前記電気負荷及び両バッテリに電力を供給する発電機と、該第１及び第２のバッテリの充放電電流を検出する第１及び第２の電流センサとが備えられているものにおいて、電流センサの異常を正確かつ容易に検出可能な異常検出装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、車両用電気負荷に電力を供給可能に並列接続された第１及び第２のバッテリと、エンジンにより駆動されて前記電気負荷及び両バッテリに電力を供給する発電機と、該第１及び第２のバッテリの充放電電流を検出する第１及び第２の電流センサとが備えられた電流センサの異常検出装置であって、イグニッションスイッチがオフされたときに、前記電気負荷への電力供給を遮断する遮断手段と、該遮断手段により電気負荷への電力供給が遮断されているときの第１及び第２の電流センサの検出値に基づいて該電流センサの異常を判定する異常判定手段とが備えられていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記異常判定手段は、遮断手段により電気負荷への電力供給が遮断されてから所定時間内に電流センサの異常を判定することを特徴とする。

そして、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、前記異常判定手段は、第１及び第２の電流センサの検出値の合計が略ゼロであるときは正常と判定し、それ以外のときは異常と判定することを特徴とする。

さらに、請求項４に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、前記電気負荷とは別に、イグニッションスイッチのオフが検出されたときにおいても遮断手段により電力供給が遮断されない暗電流負荷が備えられていると共に、該暗電流負荷の消費電流値を記憶した記憶手段が備えられており、前記異常判定手段は、第１及び第２の電流センサの検出値の合計が、前記記憶手段で記憶されている消費電流値と一致するときは正常と判定し、それ以外のときは異常と判定することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記異常判定手段で異常と判定されたときに、乗員に報知する報知手段が備えられていることを特徴とする。

次に、本発明の効果について説明する。

まず、請求項１に記載の発明によれば、イグニッションスイッチのオフが検出されたときに、電気負荷への電力供給が遮断され、この遮断されているときの第１及び第２の電流センサの検出値に基づいて該電流センサの異常が判定されることとなる。

詳しくは、イグニッションスイッチがオフされて発電機による発電が停止されると、電気負荷への電力供給は遮断されるが、２つのバッテリには、前述のように設置環境の差、使用方法の差、これらによる劣化度の差等により、起電力等の充電状態に差が生じており、この結果、発電停止後しばらくの間、起電力の高いバッテリから起電力の低いバッテリに電流が流れることとなる。

その場合に、起電力の高いバッテリからの放電電流と、起電力の低いバッテリへの充電電流とは等しいから、電気負荷が何も作動していない状態においては、第１電流センサの検出値と第２電流センサの検出値との合計はゼロとなるはずである。しかし、少なくとも一方の電流センサに異常（検出値が実際とは異なる値となること、電流が流れているにもかかわらず検出値がゼロとなること等）していると、合計がゼロでなくなる（なお、両電流センサとも検出値がゼロとなる異常の場合、合計がゼロとなるが、このようなことは稀であり、無視する）。したがって、エンジンが停止して電気負荷への電力供給が遮断されているときの第１及び第２の電流センサの検出値の合計がゼロか否かを確認することにより、つまり電気負荷への電力供給が遮断されているときの第１及び第２の電流センサの検出値に基づいて一方の電流センサが故障していることを正確かつ容易に判定することができるのである。なお、後述するが、イグニッションスイッチがオフの期間中も作動する暗電流負荷があるような場合は、両電流センサの検出値の合計が暗電流負荷の消費電流値か否かを判定すればよい。

また、請求項２に記載の発明によれば、電気負荷への電力供給が遮断されてから所定時間内に電流センサの異常が判定されることとなる。ここで、この所定時間とは、発電停止後、第１、第２のバッテリ間に流れる電流の絶対値が例えば電流センサの計測誤差や、後述する暗電流負荷の消費電流値等と比較して十分大きいことが担保される時間であり、実測等により設定すればよい。これによれば、第１及び第２の電流センサの検出値に基づいて確実に電流センサの故障を検出することができる。

そして、請求項３に記載の発明によれば、請求項１の作用の説明においても述べたように、第１及び第２の電流センサの検出値の合計が略ゼロであるときは正常と判定され、それ以外のときは異常と判定されることとなる。

さらに、請求項４に記載の発明によれば、イグニッションスイッチがオフされて車両用電気負荷への電流供給が遮断されているたときの第１及び第２の電流センサの検出値の合計が、記憶手段で記憶されている消費電流値と略一致するときは正常と判定され、それ以外のときは異常と判定されることとなる。

詳しくは、イグニッションスイッチがオフされると、エンジンの停止により発電機による発電も停止し、前記暗電流負荷には第１及び第２のバッテリからのみ電力が供給されることとなる。したがって、このとき、第１及び第２の電流センサの検出値の合計は、記憶手段で記憶されている暗電流負荷の消費電流値と一致するはずである。しかし、いずれか一方だけでも電流センサに異常が生じていると一致しなくなる。したがって、エンジンが停止して電気負荷への電力供給が遮断されているときの第１及び第２の電流センサの検出値の合計が、暗電流負荷の消費電流値と一致するか否かを確認することにより、少なくとも一方の電流センサが故障していることを判定することができるのである。

また、請求項５に記載の発明によれば、電流センサに異常がある場合、乗員に対してセンサ交換を促すことができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係る電流センサの異常検出装置１の制御システム図である。この車両には、エンジン１０に駆動されるオルタネータでなる発電機１１と、充放電可能な第１、第２バッテリ１２，１３と、車両用電気負荷１４と、暗電流負荷１５と、これらを総合的に制御するコントロールユニット３０とが備えられている。これらの装置１１，１２，１３，１４，１５，３０は、プラス端子が導線２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，４０ａを介してそれぞれ共通母線２０に接続されると共に、マイナス端子が導線２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂ，４０ｂを介してアースされている。これにより、第１、第２バッテリ１２，１３は並列接続されていることとなる。また、共通母線２０における電気負荷１４の接続点と暗電流負荷１５の接続点との間には、これらの間を断接する常開タイプのリレー３４が備えられている。共通母線２０とコントロールユニット３０との間には、エンジン１０のオンオフ操作用のイグニッションスイッチ３３が設けられている。

ここで、前記電気負荷１４としては、例えば、エアコン、ヘッドライト、オーディオ等が挙げられる。また、暗電流負荷１５とは、イグニッションスイッチ３３がＯＦＦの状態においても作動して電力を消費する電気負荷であり、例えば、盗難防止装置があげられる。また、本実施の形態においては、コントロールユニット３０の一部分も、イグニッションスイッチ３３のＯＦＦの状態において各種データの記憶、後述する制御等のために作動しており、前記暗電流負荷１５と共に暗電流負荷を構成している。以下、適宜、暗電流負荷１５とコントロールユニット３０における暗電流負荷を構成する部分とをまとめて、暗電流負荷Ｌ（請求項４における暗電流負荷に対応）という。なお、暗電流負荷Ｌの消費電流Ｉｓ（暗電流負荷１５の消費電流とコントロールユニット３０における暗電流負荷を構成する部分の消費電流の合計）は、ほぼ一定で、例えば数十ｍＡ程度の微少なものである。

また、本実施の形態においては、前記導線２２ｂ，２３ｂ上に、第１、第２バッテリ１２，１３の充放電電流を検出する電流センサ３１，３２が備えられており、該電流センサ３１，３２からの信号がコントロールユニット３０に入力されるようになっている。なお、第１、第２電流センサ３１，３２としては、ｍＡ単位で計測可能なものを用いる。また、電流センサ３１，３２は導線２２ａ，２３ａ上に設けてもよい。

次に、このコントロールユニット３０による制御の概要について説明する。

まず、コントロールユニット３０は、イグニッションスイッチ３３がＯＮされると、エンジン１０を始動させて運転状態等に応じたエンジン制御を開始すると共に、発電機１１の発電電圧等の制御を開始し、かつ発電電圧が例えば第１、第２バッテリ１２，１３を充電可能な所定電圧Ｖａに達した時点で、リレー３４の励磁コイル３４ａに励磁電流を通電し、接点３４ｂを閉じさせる。これにより、発電機１１から、第１、第２バッテリ１２，１３、電気負荷１４，暗電流負荷１５，コントロールユニット３０に電力が供給される。なお、このとき、第１、第２バッテリ１２，１３も、発電機１１とともに、電気負荷１４，暗電流負荷１５，コントロールユニット３０へ電力を供給しているが、発電機１１からバッテリ１２，１３に供給される電力の方が大きい場合は、第１、第２バッテリ１２，１３が充電されることとなる。また、コントロールユニット３０は、この間、例えば、電流センサ３１，３２の検出値Ｉｂ１，Ｉｂ２等に基づいて各バッテリ１１，１２の残存容量を演算する（各バッテリ１２，１３の充電状態を検出する）。

一方、コントロールユニット３０は、イグニッションスイッチ３３がＯＦＦされると、エンジン１０を停止制御すると共に、発電機１１の発電制御を終了し、かつリレー３４の励磁コイル３４ａへの励磁電流の通電を停止し、接点３４ｂを開かせる。これにより、発電機１１からだけでなく、第１、第２バッテリ１２，１３から電気負荷１４への電力供給も遮断される。一方、暗電流負荷１５、及びコントロールユニット３０（暗電流負荷としての部分）へはバッテリ１２，１３のそれぞれから分担して電力が供給される。なお、このときの電気回路の状態を簡易的に表示したものが図２であり、この図２に示すように、暗電流負荷Ｌへは、第１バッテリ１２から電流ｉ１が流れ，第２バッテリ１３から電流ｉ２が流れる。

その場合に、イグニッションスイッチ３３がＯＦＦされた時点においては、前述したように、第１、第２バッテリ１２，１３には例えば設置環境の差、使用方法の差、これによる劣化度の差等により、残存容量や起電力Ｖｂ１，Ｖｂ２等の充電状態に差が生じている。したがって、発電停止後、しばらくの間、起電力の高いバッテリから起電力の低いバッテリに充電電流が流れることとなる。

例えば、図２は、バッテリ１２の方が第２バッテリ１３よりも残存容量が多く、あるいは劣化度が少なく、第１バッテリ１２の起電力Ｖｂ１の方が第２バッテリ１３の起電力Ｖｂ２よりも高い場合について例示したものであるが、この場合、第１バッテリ１２から第２バッテリ１３に充電電流ｉ３が流れることとなる。したがって、以下の数式に示すように、第１バッテリ１２の充放電電流（ｉ１＋ｉ３）の検出値はｉ１＋ｉ３、第２バッテリ１３の充放電電流（ｉ２−ｉ３）の検出値はｉ２−ｉ３、暗電流負荷Ｉｓに流れる電流値はｉ１＋ｉ２となる。なお、第１バッテリ１２の起電力Ｖｂ１の方が第２バッテリ１３の起電力Ｖｂ２よりも低い場合は、Ｉｂ１，Ｉｂ２におけるｉ３の極性は逆となる。

Ｉｂ１＝ｉ１＋ｉ３
Ｉｂ２＝ｉ２−ｉ３
Ｉｓ＝ｉ１＋ｉ２

図３は、このときの第１、第２バッテリ１２，１３の起電力Ｖｂ１，Ｖｂ２等の変化を示したものである。この図３に示すように、イグニッションスイッチ３３がＯＦＦされて発電機１１による発電が停止した直後においては、両バッテリ１２，１３はそれまで充電されて化学反応が活性化しているため、起電力Ｖｂ１，Ｖｂ２は発電電圧Ｖａとほぼ同じであるが、その後、残存容量及び劣化度等に応じた起電力まで異なる傾きで急激に低下する。本例においては、第２バッテリ１３の方が第１バッテリ１２よりも残存容量及び劣化度等の条件が悪いため、第２バッテリ１３の方が急激に起電力が低下している。そして、起電力Ｖｂ１，Ｖｂ２が残存容量及び劣化度等に応じたところまで低下すると、その後、第１バッテリ１２の起電力Ｖｂ１は放電により徐々に低くなる一方、第２バッテリ１３の起電力Ｖｂ２は充電により徐々に高くなり、両バッテリ１２，１３の起電力Ｖｂ１，Ｖｂ２の差が徐々に少なくなる。その場合に、このとき、第１バッテリ１２から第２バッテリ１３への充電電流ｉ３も徐々に小さくなるので、電流センサ３１，３２で検出される各バッテリ１２，１３の充放電電流の検出値Ｉｂ１，Ｉｂ２も徐々にゼロに近づく。そして、符号アで示すように、両バッテリ１２，１３の起電力Ｖｂ１，Ｖｂ２がバランスすると、これらの間で流れる電流ｉ３がなくなり、暗電流負荷Ｌへの電流ｉ１，ｉ２のみが流れることとなる。

ここで、第１、第２電流センサ３１，３２の検出値Ｉｂ１，Ｉｂ２を合計すると、第１バッテリ１２から第２バッテリ１３への充電電流ｉ３が相殺されるから、合計（Ｉｂ１＋Ｉｂ２）は、ｉ１＋ｉ２、すなわち暗電流負荷Ｌの消費電流Ｉｓとなる。

しかし、第１電流センサ３１の検出値Ｉｂ１が例えばゼロで固定される異常が生じると、検出値Ｉｂ１，Ｉｂ２の合計として、図３に一点鎖線で示すように、第２電流センサ３２の検出値Ｉｂ２がそのまま現れることとなる。一方、これとは逆に、第２電流センサ３２の検出値Ｉｂ２が例えばゼロで固定される異常が生じると、検出値Ｉｂ１，Ｉｂ２の合計値Ｉｂ１＋Ｉｂ２として、図３に二点鎖線で示すように、第１電流センサ３１の検出値Ｉｂ１がそのまま現れることとなる。

そこで、本実施の形態においては、イグニッションスイッチ３３がＯＦＦされた後、このように、第１、第２バッテリ１２，１３間に電流ｉ３が流れることを利用して、前記電流センサ３１，３２の異常を判定するように構成しており、以下、この異常判定について図４に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１で、イグニッションスイッチ３３がＯＦＦされたか否かを判定する。ＯＦＦされていないときは、このステップＳ１の判定を繰り返す。一方、ＯＦＦされたときは、ステップＳ２で、イグニッションスイッチ３３がＯＦＦされて発電が停止し、電気負荷１４への電力供給がリレー３４により遮断されてから、所定時間Ｔ経過したか否かを判定する。ここで、この所定時間Ｔとは、発電停止後、第１、第２バッテリ１２，１３間に流れる電流ｉ３の絶対値が例えば電流センサの計測誤差や暗電流負荷Ｌの消費電流値Ｉｓ等と比較して十分大きい（図３参照）ことが担保される時間であり、実測等により設定すればよい。これは、電流センサ３１，３２に公差程度の計測誤差が生じたような場合でも確実に異常検出できるようにするためである。

そして、所定時間Ｔ経過したときは（ＹＥＳ）、ステップＳ３で、第１、第２電流センサ３１，３２により各バッテリ１２，１３の現在の充放電電流（ｉ１＋ｉ３，ｉ２−ｉ３。電流方向が逆のときは、ｉ１−ｉ３，ｉ２＋ｉ３）を検出する。次いで、ステップＳ４で、第１、第２電流センサ１２，１３の検出値Ｉｂ１，Ｉｂ２の合計が、暗電流負荷Ｌの消費電流値Ｉｓに一致するか否かを判定する。なお、暗電流負荷Ｌの消費電流値Ｉｓは、予めコントロールユニット３０に記憶されている（請求項４の記憶手段）。そして、一致する場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ５で、電流センサ３１，３２が正常であると判定し、一致しない場合は（ＮＯ）、ステップＳ６で、電流センサ３１，３２の少なくとも一方が異常であると判定し、ステップＳ７で、ワーニングランプ５０（図１参照）を点灯し、制御を終了する。なお、ステップＳ３の一致には、電流センサ１２，１３の公差を考慮した範囲内にあるときを含む。ここで、ステップＳ４〜Ｓ６は請求項１の異常判定手段に対応し、ステップＳ７及びワーニングランプ５０は請求項５の報知手段に対応する。

以上のように、本実施の形態によれば、イグニッションスイッチ３３のオフが検出されて、発電機１１による発電が停止され、かつ電気負荷１４への電力供給がリレー３４により遮断されているときの第１、第２電流センサ３１，３２の検出値Ｉｂ１，Ｉｂ２に基づいて、少なくとも一方の電流センサが故障していることを正確かつ容易に判定することができる。

なお、ステップＳ６で電流センサが異常と判定した場合、ステップＳ７のワーニングランプ５０の点灯は、イグニッションスイッチ３３が次にＯＮされたときに行ってもよい。これによれば、乗員がいないにもかかわらず無駄に電力が消費されるのが防止される。

また、本実施の形態においては、第１、第２電流センサ３１，３２としてｍＡ単位で計測可能なものを用いたが、例えばコスト面等からこれが困難で、ｍＡ単位の計測が困難なもの（検出精度が低いもの）を利用する場合がある。その場合は、ステップＳ３において、第１、第２電流センサの検出値の合計が略ゼロであるか否かを判定すればよい。つまり、前述のように、バッテリ１２，１３間の電流ｉ３は例えば通常Ａ単位の大きなものであるから、一方の電流センサ３１，３２が故障した場合における両電流センサ３１，３２の検出値Ｉｂ１，Ｉｂ２の合計は数Ａとなるが、これと比べて暗電流負荷Ｌの消費電流値Ｉｓは前述のように数十ｍＡであり、略ゼロといえるからである。

本発明は、バッテリの充放電電流を検出する電流センサが、並列接続されたバッテリ毎に設けられたものに広く適用することができる。

本発明の実施の形態に係る電流センサの異常検出装置の構成図である。 異常検出原理の説明図である。 異常検出を説明するためのタイムチャートである。 電流センサの異常検出のフローチャートの一例である。

符号の説明

１ 電流センサの異常検出装置
１０ エンジン
１１ 発電機
１２，１３ 第１、第２バッテリ
１４ 車両用電気負荷
３０ コントロールユニット（異常判定手段、記憶手段）
３１，３２ 第１、第２電流センサ
３３ イグニッションスイッチ
３４ リレー（遮断手段）
５０ ワーニングランプ（報知手段）
Ｌ 暗電流負荷
Ｉｓ 暗電流負荷の消費電流

Claims (5)

1. 車両用電気負荷に電力を供給可能に並列接続された第１及び第２のバッテリと、エンジンにより駆動されて前記電気負荷及び両バッテリに電力を供給する発電機と、該第１及び第２のバッテリの充放電電流を検出する第１及び第２の電流センサとが備えられた電流センサの異常検出装置であって、
   イグニッションスイッチがオフされたときに、前記電気負荷への電力供給を遮断する遮断手段と、
   該遮断手段により電気負荷への電力供給が遮断されているときの第１及び第２の電流センサの検出値に基づいて該電流センサの異常を判定する異常判定手段とが備えられていることを特徴とする電流センサの異常検出装置。
2. 前記請求項１に記載の電流センサの異常検出装置において、
   前記異常判定手段は、遮断手段により電気負荷への電力供給が遮断されてから所定時間内に電流センサの異常を判定することを特徴とする電流センサの異常検出装置。
3. 前記請求項１または請求項２に記載の電流センサの異常検出装置において、
   前記異常判定手段は、第１及び第２の電流センサの検出値の合計が略ゼロであるときは正常と判定し、それ以外のときは異常と判定することを特徴とする電流センサの異常検出装置。
4. 前記請求項１または請求項２に記載の電流センサの異常検出装置において、
   前記電気負荷とは別に、イグニッションスイッチのオフが検出されたときにおいても遮断手段により電力供給が遮断されない暗電流負荷が備えられていると共に、該暗電流負荷の消費電流値を記憶した記憶手段が備えられており、
   前記異常判定手段は、第１及び第２の電流センサの検出値の合計が、前記記憶手段で記憶されている消費電流値と一致するときは正常と判定し、それ以外のときは異常と判定することを特徴とする電流センサの異常検出装置。
5. 前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の電流センサの異常検出装置において、
   前記異常判定手段で異常と判定されたときに、乗員に報知する報知手段が備えられていることを特徴とする電流センサの異常検出装置。
   

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