JP2009128286A - 電気量検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】電気量検出センサにおいて、検出対象の直流電源の電力が余分に消耗されることを防止する。
【解決手段】電気自動車に搭載された電気量検出センサ１は、タイヤホイール６を駆動するモータ５のバッテリ２の残存電気量を算出する。電気量検出センサ１は、バッテリ２に対して電路７を介して並列に接続され、機械式リレー８と、検出抵抗１０と、検出抵抗１０の両端に一次巻線１２ａが接続されたトランス１２と、一次巻線１２ａの検出抵抗１０への接続を入切するスイッチ素子１３と、スイッチ素子１３へ入切周波数を供給する発振回路１４と、トランス１２の二次巻線１２ｂに発生する交流電気信号ｂを同期検波する同期検波回路１５を備え、電路７に電流が流れたときに検出抵抗１０の両端に発生する電圧を検出する。エンジンがオフされることによって機械式リレー８がオフされ、電気量検出センサ１がバッテリ２から切り離されて電気量の余分な消耗が防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気量検出センサに関し、詳しくは、検出対象の直流電源に並列に接続される検出抵抗の両端に発生する電圧を検出することによって電気量を検出する電気量検出センサに関する。

従来からホール素子を用いた電流検出センサが知られているが、ホール素子を用いた電流検出センサでは、被測定対象の電路に大電流が流れたときに、該電路を貫通するコアに発生する磁束が飽和してしまい電流を正確に検出できないという問題や、測定精度がホール素子の性能のばらつきによって影響を受けるといった問題があった。

また、上記問題を有さない電気量検出センサとして、被測定対象の電路に直列に接続した検出抵抗を有し、該検出抵抗の両端に発生する電圧を、検出抵抗に接続したトランスを介して電気的に絶縁した状態で測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１９６０２０号公報

上記特許文献１に記載された電気量検出センサは、被測定対象の電路側と検出回路側とが電気的に絶縁されているので、電路に流れる被検出電流を精密に検出することができるといった長所を有するが、電路に直列に接続された検出抵抗には常時電流が流れるので、その分だけ検出対象の直流電源の電力が余分に消耗される。特に、直流電源が例えばバッテリ等の電力を一定容量しか有さない種類のものである場合には、電力の無駄な消耗は極力抑えなければならない。

そこで、本発明は、検出対象の直流電源に並列に接続される検出抵抗を有し、該検出抵抗の両端に発生する電圧を検出することによって直流電源の電気量を検出する電気量検出センサにおいて、直流電源の電力が余分に消耗されることを防止することができる電気量検出センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、検出対象の直流電源に並列に接続される検出抵抗を有し、該検出抵抗の両端に発生する電圧を検出することによって前記直流電源の電気量を検出する電気量検出センサにおいて、前記検出抵抗の両端に一次巻線が接続されたトランスと、前記トランスの一次巻線の前記検出抵抗への接続を入切するスイッチ素子と、前記スイッチ素子へ入切周波数を供給する発振回路と、前記発振回路が供給する入切周波数に基づいて前記トランスの二次巻線に発生する交流電気信号を同期検波する同期検波回路と、前記検出抵抗の前記直流電源への接続を入切する入切スイッチと、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電気量検出センサにおいて、前記入切スイッチが機械式リレーであることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の電気量検出センサにおいて、前記入切スイッチが半導体リレーであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、検出対象の直流電源の電圧値を正確に読み取ることができる。

請求項２の発明によれば、入切スイッチが機械式リレーによって構成されるので、接続をオフにしたときに検出抵抗が直流電源の電源供給回路から完全に切り離され、直流電源の電力が余分に消耗されることを確実に防止できる。

請求項３の発明によれば、入切スイッチが半導体リレーによって構成されるので、機械的な消耗を伴うことなく入切動作を行うことができ、入切動作を繰り返し行う場合には電力が余分に消耗されることを防止することができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る電気量検出センサについて、図１を参照して説明する。本実施形態の電気量検出センサ１は、電気自動車に搭載されたバッテリ２（直流電源）の残存電気量を算出するための電圧検出用センサであり、バッテリ２の正負の端子２ｐ、２ｍから延びる電路３に並列にインバータ４が接続され、バッテリ２からの直流出力がインバータ４によって所定の周波数の交流出力に変換されてモータ５を駆動し、モータ５に連結されたタイヤホイール６が回転されるようになっている。

電気量検出センサ１は、正負の検出端子１ｐ、１ｍが電路３に対して並列に接続され、センサ内部において検出端子１ｐと検出端子１ｍとを結ぶ検出用電路７が形成されており、該検出用電路７に直列に機械式リレー８（入切スイッチ）と、高抵抗９と、検出抵抗１０とを備える。機械式リレー８は、リレー動作回路１１からのオンオフ信号によって検出用電路７の導通を入切動作し、本電気量検出センサ１が電路３に接続された状態と、電路３から切り離された状態とに選択的に切替える。

リレー動作回路１１は、当該電気自動車のエンジンオンオフ回路１８に接続されており、ユーザがエンジンキーを挿入して回転させてエンジンをオンにしたタイミングでリレー動作回路１１からオン信号が出力されて機械式リレー８がオンし、ユーザがエンジンキーを反対方向へ回転させてエンジンをオフにしたタイミングでリレー動作回路１１からオフ信号が出力されて機械式リレー８がオフするように構成されている。換言すると、本電気量検出センサ１は、エンジンがオンされている間のみ電路３に接続され、エンジンがオフされている間は電路３から切り離される。なお、高抵抗９は、検出用電路７に流れる電流を小にすることによって本電気量検出センサ１を電圧検出用とするためのものである。

さらに、電気量検出センサ１は、検出抵抗１０の両端に一次巻線１２ａが接続されたトランス１２と、一次巻線１２ａの検出抵抗１０への接続を入切するスイッチ素子１３と、スイッチ素子１３へ入切周波数信号ａを供給する発振回路１４と、発振回路１４が供給する入切周波数信号ａに基づいてトランス１２の二次巻線１２ｂに発生する交流電気信号を同期検波する同期検波回路１５とを備えている。同期検波回路１５の入力側と出力側には、それぞれ増幅器１６、１７が設けられている。

スイッチ素子１３は、アノードに所定電圧が印加され、カソードが発振回路１４に接続された発光ダイオード１３ａと、該発光ダイオード１３ａからの光を検知してスイッチを入切するフォトトランジスタ１３ｂとから構成されている。発光ダイオード１３ａとフォトトランジスタ１３ｂとは、光学的に結合され、電気的に絶縁されている。従って、スイッチ素子１３は、発振回路１４が供給する入切周波数信号ａの周波数に応じてトランス１２の一次巻線１２ａの検出抵抗１０への接続を入切する。

次に、本実施形態の電気量検出センサ１の動作について説明する。まず、ユーザがエンジンキーを操作して電気自動車のエンジンをオンにすると、リレー動作回路１１からオン信号が出力されて機械式リレー８がオンし、検出用電路７に電流が流れ、検出抵抗１０の両端に電圧が発生する。この電圧によって、トランス１２の一次巻線１２ａに、スイッチ素子１３の入切周波数に応じた交流電流が流れ、トランス１２の二次巻線１２ｂには、ピーク値が検出抵抗１０の両端電圧に比例した交流の電気信号ｂが発生する。

トランス１２の二次巻線１２ｂに発生した交流電気信号ｂは、増幅器１６を介して同期検波回路１５に入力される。同期検波回路１５は、発振回路１４から供給される入切周波数信号ａに基づいて交流電気信号ｂを同期検波して復調することによって、検出抵抗１０の両端電圧に比例した直流電気信号ｃを出力する。出力された直流電気信号ｃは、増幅器１７によって増幅されて出力され、図示しないマイコンに入力される。マイコンは、直流電気信号ｃに基づいて検出抵抗１０の両端電圧を算出し、バッテリ２の残存電気量を算出する。算出されたバッテリ２の残存電気量は、液晶パネル等の表示画面（不図示）に表示される。

上記の電気量検出センサ１の動作は、ユーザがエンジンキーを操作してエンジンをオフし、機械式リレー８が検出用電路７の導通をオフすることによって停止される。従って、本実施形態の電気量検出センサ１の検出抵抗１０に電流が流れる期間は、ユーザが電気自動車を使用する時間（エンジンがオンにされている時間）に限定され、検出抵抗１０が常時バッテリ２からの電路３に接続された従来の電気量検出センサに比べて、バッテリ２の電気量を余分に消耗することがない。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る電気量検出センサについて、図２を参照して説明する。本実施形態の電気量検出センサ２１は、第１の実施形態と同様に、電気自動車に搭載されたバッテリ２の残存電気量を算出するための電圧検出用センサであって、検出用電路７の導通を入切する入切スイッチの部分を除いて大部分の構成が第１の実施形態と同一であり、同一構成部分には同一番号を付して説明を省略する。

本実施形態の電気量検出センサ２１の検出用電路７の導通を入切する入切スイッチは、半導体リレー２２から構成され、半導体リレー２２は、リレー動作回路１１からのオンオフ信号によって入切動作し、本電気量検出センサ２１が電路３に接続された状態と、電路３から切り離された状態とに選択的に切替える。

なお、半導体リレー２２は、スイッチの切動作を行ったときに、機械式リレー８に比べて僅かに導通が残るので、電気量検出センサ２１を完全に電路３から切り離すことはできず、その点ではバッテリ２の電力消耗を抑える上で不利であるが、機械的な消耗を伴うことなく入切動作を多数回繰り返すことができるので、入切動作を比較的短い時間間隔で繰り返すことによって検出抵抗１０に電流が流れる時間を実質的に減少させることができ、バッテリ２の電力が余分に消耗されることを防止することができる。

本実施形態では、リレー動作回路１１は、制御回路２３を介してエンジンオンオフ回路１８に接続されており、ユーザがエンジンをオンにしている期間中を通じて、制御回路２３が制御する所定の間隔でリレー動作回路１１から半導体リレー２２へオン信号とオフ信号が交互に出力されて半導体リレー２２がそのスイッチをオンオフする。

具体的には、図３に示されるように、ユーザがエンジンキーを操作することによってエンジンがオンされ（時刻ｔ１）、エンジンのオンと同時に制御回路２３のタイマーが計時を開始し、制御回路２３は、予め設定されている時間間隔（例えば、ｍ時間）で、リレー動作回路１１を所定時間（例えば、ｎ時間）だけオン動作させる制御信号Ｓｃを出力する。リレー動作回路１１は、制御回路２３からの制御信号Ｓｃに応じて半導体リレー２２へオン信号Ｓｒを出力し、半導体リレー２２は、リレー動作回路１１からのオン信号Ｓｒを受信している間だけスイッチをオンする。ユーザがエンジンキーを操作することによってエンジンがオフされると（ｔ２）、制御回路２３は、リレー動作回路１１への制御信号Ｓｃの出力を停止し、半導体リレー２２は、オフ状態になる。換言すると、制御回路２３は、エンジンがオンになっている期間Ｄにおいて、リレー動作回路１１へ間欠的に制御信号Ｓｃを出力し、半導体リレー２２が間欠的にオン動作する。

従って、検出用電路７に電流が流れる時間は、ユーザがエンジンをオンにしている時間に対して（ｎ／ｍ＋ｎ）となり、第１の実施形態における電気量検出センサ１よりも短縮され、バッテリ２の電力の余分な消耗をさらに減少させることができる。

なお、本実施形態では、半導体リレー２２のオンオフ動作を実質的に制御している制御回路２３がエンジンオンオフ回路１８に接続され、エンジンがオンされている期間Ｄにのみ半導体リレー２２が間欠的にオン動作するように構成されていたが、制御回路２３は、エンジンオンオフ回路１８に接続されず、エンジンがオンされている期間Ｄとは無関係にリレー動作回路１１へ制御信号Ｓｃを出力するようにしてもよい。

例えば、具体的には、制御回路２３はエンジンのオン期間Ｄとは無関係に、リレー動作回路１１へｍ時間間隔でｎ時間だけ継続する半導体リレー２２のオン信号を常時繰り返し出力するようにしてもよい。この場合には、ユーザがエンジンをオンしない期間（電気自動車の運転をしない期間）についてもバッテリ２の残存電気量を検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電気量検出センサが電気自動車に搭載された場合のブロック図。 本発明の第２の実施形態に係る電気量検出センサが電気自動車に搭載された場合のブロック図。 同電気量検出センサが搭載された電気自動車におけるエンジン、制御回路、リレー動作回路、及び半導体リレーの動作タイミングを示す図。

符号の説明

１ 電気量検出回路
２ バッテリ（直流電源）
８ 機械式リレー（入切スイッチ）
１０ 検出抵抗
１２ トランス
１２ａ 一次巻線
１２ｂ 二次巻線
１３ スイッチ素子
１４ 発振回路
１５ 同期検波回路
２１ 電気量検出回路
２２ 半導体リレー（入切スイッチ）
ａ 入切周波数信号
ｂ 交流電気信号

Claims (3)

1. 検出対象の直流電源に並列に接続される検出抵抗を有し、該検出抵抗の両端に発生する電圧を検出することによって前記直流電源の電気量を検出する電気量検出センサにおいて、
   前記検出抵抗の両端に一次巻線が接続されたトランスと、
   前記トランスの一次巻線の前記検出抵抗への接続を入切するスイッチ素子と、
   前記スイッチ素子へ入切周波数を供給する発振回路と、
   前記発振回路が供給する入切周波数に基づいて前記トランスの二次巻線に発生する交流電気信号を同期検波する同期検波回路と、
   前記検出抵抗の前記直流電源への接続を入切する入切スイッチと、を備えることを特徴とする電気量検出センサ。
2. 前記入切スイッチが機械式リレーであることを特徴とする請求項１に記載の電気量検出センサ。
3. 前記入切スイッチが半導体リレーであることを特徴とする請求項１に記載の電気量検出センサ。

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