JP2012055055A - 充電回路 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載された比較的大電流が流れる配線の電流値と、比較的小電流が流れる配線の電流値とを、比較的簡便な方法により精度良く測定する。
【解決手段】充電回路（１００）は、バッテリ（１１）を備える車両（１）に搭載され、バッテリに電力を供給可能な回路である第１回路と、第１回路に比べて大電流が流れ、バッテリに電力を供給可能な回路である第２回路と、第１回路及び第２回路を相互に切り替え可能な切替手段（１４、１５、１６）と、第１回路及び第２回路の各々の電流値を測定可能な測定部を有する電流センサ（１３）とを備える。第１回路は、測定部により測定される電流値を増幅させる増幅手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の車両における充電回路の技術分野に関する。

この種の回路では、該回路を流れる電流の測定精度の向上が図られる。例えば、特許文献１には、バッテリからＰＣ本体へ供給する電流の検出用の二つの電流検出抵抗および減衰器を、ＰＣ本体からの動作モード切替信号を基に生成されたレンジ切替信号で制御される電流検出抵抗切替スイッチと感度切替スイッチを有するレンジ切替手段によって切り替える技術が記載されている。

或いは、特許文献２には、フィルタ処理を施された電流値及び電圧値に基づいて閾電圧値を算出し、フィルタ処理を施された電圧値が算出された閾電圧値を超えた場合には、電流検出器により検出された電流値の積算値であるバッテリの残容量を所定の値に設定する技術が記載されている。

或いは、特許文献３には、負荷に接続されている電源から入出力する電流値を計測し、該電流値の積算により電源の残量を演算すると共に、計測された電流値に所定のヒステリシスが生じている間は、負荷を動作させる電力の演算処理結果を利用して推定電流値を求め、該推定電流値を利用して電流消費時または充電時に電源の残量を補正する技術が記載されている。

特開２０００−１９４４５６号公報 特開２０００−２１７２６１号公報 特開２００６−１７０９４３号公報

ところで、この種の回路は、例えば車両の駆動用のモータ、発電機等に電気的に接続された比較的大電流が流れる配線と、例えば太陽電池等に電気的に接続された比較的小電流が流れる配線と、を備えて構成されていることがある。この場合、比較的大電流が流れる配線の電流値の検出と、比較的小電流が流れる配線の電流値の検出とを一つの電流計で行うと、検出された電流値の誤差が比較的大きくなる可能性があるという技術的問題点がある。他方で、複数の電流計を設けると、例えば製造コスト等が増加するという技術的問題点がある。

また、車両では、充電回路における電流検出部の電位が比較的高いため、特許文献１に記載の技術を適用する場合には、別途特殊な回路を設けなければならないという技術的問題点がある。特許文献２及び３に記載の技術では、比較的大電流が流れる配線の電流値と、比較的小電流が流れる配線の電流値との一方の電流値を精度良く測定することが極めて困難になるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、比較的簡便な方法により、比較的大電流が流れる配線の電流値と、比較的小電流が流れる配線の電流値とを精度良く測定することができる充電回路を提案することを課題とする。

本発明の第１の充電回路は、上記課題を解決するために、バッテリを備える車両に搭載され、前記バッテリに電力を供給可能な回路である第１回路と、前記第１回路に比べて大電流が流れ、前記バッテリに電力を供給可能な回路である第２回路と、前記第１回路及び前記第２回路を相互に切り替え可能な切替手段と、前記第１回路及び前記第２回路の各々の電流値を測定可能な測定部を有する電流センサとを備え、前記第１回路は、前記測定部により測定される電流値を増幅させる増幅手段を有する。

本発明の第１の充電回路によれば、当該充電回路は、バッテリを備える車両に搭載されている。第１回路は、バッテリに電力を供給可能な回路である。他方、第２回路は、該第１回路に比べて大電流が流れ、バッテリに電力を供給可能な回路である。具体的には例えば、第１回路は、例えば太陽電池パネル等に電気的に接続されており、該太陽電池パネルにより発電された電力をバッテリに供給可能に構成されている。他方、第２回路は、例えばモータ・ジェネレータ（電動発電機）に電気的に接続されており、該モータ・ジェネレータにより発電された電力をバッテリに供給可能に構成されている。

例えばリレー回路、スイッチング素子等である切替手段は、第１回路及び第２回路を相互に切り替え可能である。具体的には、切替手段は、第１回路及び第２回路のいずれにより電力をバッテリに供給するかに応じて、第１回路及び第２回路を相互に切り替える。電流センサは、第１回路及び第２回路の各々の電流値を測定可能な測定部を有する。

本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、比較的小電流が流れる回路（即ち、第１回路）の電流値と、比較的大電流が流れる回路（即ち、第２回路）の電流値との各々を一つの電流センサで測定する場合、比較的大電流が流れる回路の電流値を適切に測定できるように電流センサのレンジが設定される。すると、該電流センサにより比較的小電流が流れる回路の電流値が測定された場合、測定された電流値は、電流センサの誤差の影響を顕著に受けることとなる。尚、電流値を測定する回路に応じて電流センサのレンジを変更する場合には、上述の如く、別途特殊な回路を設けなければならないため実用的ではない。

そこで、本発明では、第１回路が電流センサの測定部により測定される電流値を増幅させる増幅手段を有するように構成されている。このように構成することによって、第１回路を流れる電流の電流値が見掛け上大きくなる。すると、測定された電流値に対する電流センサの誤差は、相対的に小さくなる。具体的には例えば、増幅手段として、第１回路を構成する配線が、電流センサの測定部をＮ回（Ｎは、２以上の整数）通過するように構成すれば、測定される電流値は実際の電流値のＮ倍となり、電流センサの誤差の影響は単純にはＮ分の１になる。

尚、第１回路に係る電流値が、例えば車両の制御に使用される際には、電流センサによって測定された電流値を、増幅手段に起因する増幅係数（具体的には例えば、第１回路を構成する配線が電流センサの測定部を複数回通過する場合には、その通過する回数）で割った値が、第１回路に係る電流値とされる。他方で、第２回路に係る電流値には、電流センサによって測定された電流値がそのまま使用される。

以上の結果、本発明の第１の充電回路によれば、比較的簡便な方法により、比較的小電流が流れる回路の電流値と、比較的大電流が流れる回路の電流値とを精度良く測定することができる。

本発明の第１の充電回路の一態様では、前記増幅手段は、前記測定部を複数回通過する回路である。

この態様によれば、電流センサの測定部により測定される第１回路の電流値を、比較的容易に増幅させることができ、実用上非常に有利である。

本発明の第２の充電回路は、上記課題を解決するために、バッテリを備える車両に搭載され、前記バッテリに電力を供給可能な回路である第１回路と、前記第１回路に比べて大電流が流れ、前記バッテリに電力を供給可能な回路である第２回路と、前記第１回路及び前記第２回路を相互に切り替え可能な切替手段と、前記第１回路及び前記第２回路の各々の電流値を測定可能な測定部を有する電流センサとを備え、前記第２回路は、前記測定部により測定される電流値を減少させる減少手段を有する。

本発明の第２の充電回路によれば、第１回路の電流値と第２回路の電流値とを一つの電流センサで精度良く測定するために、第２回路が電流センサの測定部により測定される電流値を減少させる減少手段を有するように構成されている。このように構成することによって、第２回路を流れる電流の電流値が見掛け上小さくなる。すると、電流センサのレンジを、比較的小電流が流れる回路（即ち、第１回路）の電流値を適切に測定できるように設定することができる。

具体的には例えば、減少手段として、第２回路のうち電流センサの測定部を通過する回路上に配置され比較的大きな抵抗値を有する第１抵抗と、第２回路のうち電流センサの測定部を通過しない回路上に配置され比較的小さな抵抗値を有する第２抵抗と、を設ければ、電流センサにより測定される電流値は、（第２抵抗の抵抗値／第１抵抗の抵抗値）となる。

尚、第２回路に係る電流値が、例えば車両の制御に使用される際には、電流センサによって測定された電流値を、減少手段に起因する減少係数（上記例では、（第２抵抗の抵抗値／第１抵抗の抵抗値））で割った値が、第２回路に係る電流値とされる。他方で、第１回路に係る電流値には、電流センサによって測定された電流値がそのまま使用される。

以上の結果、本発明の第２の充電回路によれば、比較的簡便な方法により、比較的小電流が流れる回路の電流値と、比較的大電流が流れる回路の電流値とを精度良く測定することができる。

本発明の第２の充電回路の一態様では、前記第２回路は、前記電流センサを通過する主回路と、前記電流センサを通過しないバイパス回路とを有し、前記減少手段は、前記主回路に設けられた抵抗である主回路用抵抗と、前記バイパス回路に設けられ前記主回路用抵抗よりも小さい抵抗値を有する抵抗であるバイパス用抵抗と、を有する。

この態様によれば、電流センサの測定部により測定される第２回路の電流値を、比較的容易に減少させることができ、実用上非常に有利である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

第１実施形態に係る充電回路の構成を示すブロック図である。 メインリレー回路がＯＮ状態であり、且つ切り替えリレー回路が単巻側に接続されている状態である場合の充電回路を示す図である。 メインリレー回路がＯＦＦ状態であり、且つ切り替えリレー回路が多巻側に接続されている状態である場合の充電回路を示す図である。 第１実施形態に係るＥＣＵが実行する充電状態推定処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の第１変形例に係る充電回路の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の第２変形例に係る充電回路の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る充電回路の構成を示すブロック図である。 第２実施形態の第１変形例に係る充電回路の構成を示すブロック図である。 第２実施形態の第２変形例に係る充電回路の構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る充電回路の実施形態を、図面に基づいて説明する。尚、以下の図では、本発明に直接関係のある部材のみを示し、他の部材については図示を省略している。

＜第１実施形態＞
本発明に係る充電回路の第１実施形態を、図１乃至図４を参照して説明する。

先ず、本実施形態に係る充電回路について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る充電回路の構成を示すブロック図である。

図１において、本発明に係る「第１の充電回路」の一例としての、充電回路１００は、バッテリ１１を備える、例えば電気自動車等の車両１に搭載されている。ここで、バッテリ１１は、複数のバッテリセルが多義に直列接続されることによって構成されている。

充電回路１００は、例えばモータ・ジェネレータ等の車両走行系及び大容量充電系に電気的に接続された配線３１及び３２を含んでなる大容量回路と、例えば太陽電池等の小容量充放電系１２、及び例えばウィンカー、ライト等の小容量負荷に電気的に接続された配線４１、４２、４３及び４４を含んでなる小容量回路と、を備えて構成されている。

大容量回路において、配線３１は、メインリレー回路１４を介して、車両走行系及び大容量充電系に電気的に接続され、配線３２は、メインリレー回路１５を介して、車両走行系及び大容量充電系に電気的に接続されている。他方、小容量回路において、配線４３は、切り替えリレー回路１６を介して、配線４１及び４２の一方に電気的に接続される。ここで、メインリレー回路１４及び１５、並びに切り替えリレー回路１６は、制御手段としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０により制御される。

本実施形態では特に、小容量回路の配線４１が、例えば架線電流計（所謂、クランプメータ）等である電流センサ１３の測定部をＮ回（Ｎは、２以上の整数）通るように構成されている。ここで、本実施形態に係る「配線４１のうち、電流センサ１３の測定部をＮ回通るように構成された部分」は、本発明に係る「増幅手段」の一例である。

上述の如く構成された充電回路１００を備える車両１では、バッテリ１１の各バッテリセルのバラツキを補正するために、主に車両１の駐車中に、太陽電池により発電された電力により各バッテリセルが充電される。

尚、本実施形態に係る「小容量回路」及び「大容量回路」は、夫々、本発明に係る「第１回路」及び「第２回路」の一例である。また、本実施形態に係る「メインリレー回路１４及び１５」、並びに「切り替えリレー回路１６」は、本発明に係る「切替手段」の一例である。

車両１が走行中であり、例えば車両１が搭載するモータ・ジェネレータ（図示せず）等に、バッテリ１１から電力を供給する場合、又は該モータ・ジェネレータにより発電された電力によりバッテリ１１が充電される場合、或いは、車両１の駐車中に、例えば急速充電器等の高圧大電流電源からの電力によりバッテリ１１が充電される場合、充電回路１００は、図２のような状態となる。

具体的には、メインリレー回路１４及び１５がＯＮ状態となり、切り替えリレー回路１６が単巻側に接続されている状態（即ち、配線４２及び４３が相互に電気的に接続されている状態）となる。

尚、電流センサ１３は、配線３１に流れる、比較的大きな電流（例えば、約１００Ａ（アンペア））に対して十分大きなダイナミックレンジとなるように設計されている。このため、配線３１を電流が流れることによって電流センサ１３が飽和することはない。

配線３１には、配線４２を介して、例えば太陽電池から出力された比較的微弱な電流（例えば、１Ａ程度）等も流れることになるが、比較的大電流で充電又は放電を行っている状態では、電流センサ１３の測定誤差（例えば、ゼロ点誤差等）が、測定された電流値に与える影響は小さい。

他方、車両１が駐車中であり、且つ該車両１が、例えば急速充電器等の高圧大電流電源等にも接続されていない場合、充電回路１００は、図３のような状態となる。具体的には、メインリレー回路１４及び１５がＯＦＦ状態となり、切り替えリレー回路１６が多巻側に接続されている状態（即ち、配線４１及び４３が相互に電気的に接続されている状態）となる。

この場合、比較的微弱な電流が長時間にわたり流れるため、例えば切り替えリレー回路１６が単巻側に接続されていると、電流センサ１３の測定誤差が蓄積して、バッテリ１１１の充電状態の推定精度が悪化する可能性がある。

しかるに本実施形態では、上述の如く、切り替えリレー回路１６が多巻側に接続されている。このため、電流センサ１３により測定される、配線４１を流れる電流の電流値は、見掛け上大きくなる。この結果、測定された電流値に対する電流センサの誤差を、相対的に小さくすることができる。

ここで、ＥＣＵ２０は、電流センサ１３により測定された電流値を積分することによって、バッテリ１１の充電状態を推定している。このため、充電回路１００が図３に示す状態の場合、ＥＣＵ２０は、電流センサ１３により測定された値を、配線４１の巻数（ここでは、Ｎ）で割った値を、配線４１に係る電流値としている。

尚、“Ｎ”は、例えば１０〜１００であり、大容量回路を流れる電流の最大値と小容量回路を流れる電流の値とに応じて、設定すればよい。

次に、ＥＣＵが実行する充電状態推定処理を、図４のフローチャートを参照して説明する。

図４において、先ず、ＥＣＵ２０は、電流センサ１３から出力された信号により示される値Ｉを取得する（ステップＳ１０１）。次に、ＥＣＵ２０は、キーがＯＮであるか（即ち、車両１が走行中、又は車両１が高圧大電流電源に電気的に接続されているか）否かを判定する（ステップＳ１０２）。

キーがＯＮであると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、メインリレー回路１４及び１５がＯＮ状態であり（ステップＳ１０３）、且つ、切り替えリレー回路１６が単巻側に接続されている状態であると認識する（ステップＳ１０４）。つまり、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１の処理で取得された値Ｉが、真の電流値であると認識する。

続いて、ＥＣＵ２０は、バッテリ１１の充電状態を推定する（ステップＳ１０８）。尚、バッテリ１１の充電状態の推定には、公知の技術を適用可能であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

他方、ステップＳ１０２の処理において、キーがＯＦＦであると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は、メインリレー回路１４及び１５がＯＦＦ状態であり（ステップＳ１０５）、且つ、切り替えリレー回路１６が多巻側に接続されている状態であると認識する（ステップＳ１０６）。つまり、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１の処理で取得された値Ｉが、真の電流値のＮ倍の値であると認識する。

次に、ＥＣＵ２０は、取得された値Ｉを巻数Ｎで割って真の電流値を演算し（ステップＳ１０７）、その後、ステップＳ１０８の処理を実行する。

（第１変形例）
次に、本実施形態に係る第１変形例について、図５を参照して説明する。図５は、図１と同趣旨の、第１実施形態の第１変形例に係る充電回路の構成を示すブロック図である。

本変形例では、メインリレー回路１４及び１５がＯＮ状態であり、且つ切り替えリレー回路１６が単巻側に接続されている状態である場合、配線３１を流れる電流の電流値と、配線４２を流れる電流の電流値との合計値が電流センサ１３により測定される。

（第２変形例）
次に、本実施形態に係る第２変形例について、図６を参照して説明する。図６は、図１と同趣旨の、第１実施形態の第２変形例に係る充電回路の構成を示すブロック図である。

本変形例では、切り替えリレー回路１６が、電流センサ１３とバッテリ１１との間に配置されている。

＜第２実施形態＞
本発明の充電回路に係る第２実施形態を、図７を参照して説明する。第２実施形態では、回路の構成が一部ことなっている以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図７を参照して説明する。図７は、図１と同趣旨の、第２実施形態に係る充電回路の構成を示すブロック図である。

本実施形態に係る充電回路２００では、特に、電流センサ１３のダイナミックレンジが、小容量回路に流れる電流を精度良く測定可能なように設定されている。このため、車両走行系及び大容量充電系に電気的に接続された大容量回路を流れる電流を、直接、電流センサ１３で測定することはできない。

そこで、本実施形態では、大容量回路が、抵抗値Ｒ１（例えば、０．０１〜０．５Ω（オーム））を有するバイパス回路５１と、抵抗値Ｒ２（例えば１〜５０Ω）を有し、電流センサ１３の測定部を通過する回路５２とを含んでなるように構成されている。

従って、例えば抵抗値Ｒ２が、抵抗値Ｒ１の１００倍であるとすると、回路５２を流れる電流の電流値は、バイパス回路５１を流れる電流値の１００分の１となる。この結果、電流センサ１３で測定された値を、抵抗値Ｒ１及びＲ２に基づいて補正することにより、大容量回路を流れる電流の電流値を求めることが可能となる。

尚、ＥＣＵ２０は、車両１が走行中、又は車両１が高圧大電流電源に電気的に接続されている場合に、リレー回路１７をＯＦＦ状態とする。他方、ＥＣＵ２０は、車両１が駐車中であり、且つ車両１が高圧大電流電源に接続されていない場合に、リレー回路１７をＯＮ状態とする。

このため、ＥＣＵ２０は、リレー回路１７がＯＮ状態の場合、電流センサ１３から出力された信号により示される値Ｉを真の電流値とし、リレー回路１７がＯＦＦ状態の場合、電流センサ１３から出力された信号により示される値Ｉに、“１＋Ｒ２／Ｒ１”をかけた値を真の電流値とする。

尚、本実施形態に係る「充電回路２００」、「回路５１」、「抵抗値Ｒ１を有する抵抗」及び「抵抗値Ｒ２を有する抵抗」は、夫々、本発明に係る「第２の充電回路」、「主回路」、「バイパス用抵抗」及び「主回路用抵抗」の一例である。また、本実施形態に係る「抵抗値Ｒ１を有する抵抗」及び「抵抗値Ｒ２を有する抵抗」は、本発明に係る「減少手段」の一例である。

（第１変形例）
次に、本実施形態に係る第１変形例を、図８を参照して説明する。図８は、図７と同趣旨の、第２実施形態の第１変形例に係る充電回路の構成を示すブロック図である。

本変形例に係るＥＣＵ２０は、車両１が走行中、又は車両１が高圧大電流電源に電気的に接続されている場合に、メインリレー回路１４及び１５をＯＮ状態とすると共に、リレー回路１７をＯＦＦ状態とする。他方、ＥＣＵ２０は、車両１が駐車中であり、且つ車両１が高圧大電流電源に接続されていない場合に、メインリレー回路１４及び１５をＯＦＦ状態とすると共に、リレー回路１７をＯＮ状態とする。

（第２変形例）
次に、本実施形態に係る第２変形例を、図９を参照して説明する。図９は、図７と同趣旨の、第２実施形態の第２変形例に係る充電回路の構成を示すブロック図である。

本変形例に係るＥＣＵ２０は、車両１が走行中、又は車両１が高圧大電流電源に電気的に接続されている場合に、メインリレー回路１４及び１５並びにリレー回路１８をＯＮ状態とすると共に、リレー回路１７をＯＦＦ状態とする。

他方、ＥＣＵ２０は、車両１が駐車中であり、且つ車両１が高圧大電流電源に接続されていない場合に、メインリレー回路１４及び１５並びにリレー回路１８をＯＦＦ状態とすると共に、リレー回路１７をＯＮ状態とする。

このように構成すれば、車両１が駐車中であり、且つ車両１が高圧大電流電源に接続されていない場合に、充電又は放電電流の全てが確実に電流センサ１３の測定部を通過することとなる。加えて、リレー回路１７が故障した場合であっても、リレー回路１８がＯＦＦ状態とされることで、充電又は放電電流の全てを電流センサ１３の測定部を通過させることができる（即ち、小容量回路を流れる電流を測定することができる）。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う充電回路もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…車両、１１…バッテリ、１３…電流センサ、１４、１５…メインリレー回路、１６…切り替えリレー回路、１７、１８…リレー回路、２０…ＥＣＵ、１００、２００…充電回路

Claims (4)

1. バッテリを備える車両に搭載され、
   前記バッテリに電力を供給可能な回路である第１回路と、
   前記第１回路に比べて大電流が流れ、前記バッテリに電力を供給可能な回路である第２回路と、
   前記第１回路及び前記第２回路を相互に切り替え可能な切替手段と、
   前記第１回路及び前記第２回路の各々の電流値を測定可能な測定部を有する電流センサと
   を備え、
   前記第１回路は、前記測定部により測定される電流値を増幅させる増幅手段を有する
   ことを特徴とする充電回路。
2. 前記増幅手段は、前記測定部を複数回通過する回路であることを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
3. バッテリを備える車両に搭載され、
   前記バッテリに電力を供給可能な回路である第１回路と、
   前記第１回路に比べて大電流が流れ、前記バッテリに電力を供給可能な回路である第２回路と、
   前記第１回路及び前記第２回路を相互に切り替え可能な切替手段と、
   前記第１回路及び前記第２回路の各々の電流値を測定可能な測定部を有する電流センサと
   を備え、
   前記第２回路は、前記測定部により測定される電流値を減少させる減少手段を有する
   ことを特徴とする充電回路。
4. 前記第２回路は、前記電流センサを通過する主回路と、前記電流センサを通過しないバイパス回路とを有し、
   前記減少手段は、前記主回路に設けられた抵抗である主回路用抵抗と、前記バイパス回路に設けられ前記主回路用抵抗よりも小さい抵抗値を有する抵抗であるバイパス用抵抗と、を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の充電回路。

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