JP2018009808A - Current measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池の電流を測定する電流測定装置に関する。 The present invention relates to a current measuring device that measures the current of a secondary battery.
電気自動車等に搭載されるリチウムイオン電池等の二次電池の電流を測定するために、二次電池のバスバー端子間の電圧に基づき電流を算出する技術があった(例えば特許文献1)。 In order to measure the current of a secondary battery such as a lithium ion battery mounted on an electric vehicle or the like, there has been a technique for calculating the current based on the voltage between bus bar terminals of the secondary battery (for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の技術では、電流を測定する範囲(以下、測定電流範囲、又はダイナミックレンジという)が固定されていた。測定電流範囲を小さく設定した場合は高精度で電流が測定できるものの、測定電流範囲を超える電流を測定することはできない。一方、最大の放電電流値及び最大の充電電流値に合わせて測定電流範囲を設定した場合、電流値が小さい場合の測定精度が低下してしまっていた。 However, in the conventional technology, a current measurement range (hereinafter referred to as a measurement current range or a dynamic range) has been fixed. When the measurement current range is set small, the current can be measured with high accuracy, but the current exceeding the measurement current range cannot be measured. On the other hand, when the measurement current range is set in accordance with the maximum discharge current value and the maximum charge current value, the measurement accuracy when the current value is small is lowered.
従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、測定電流範囲を可変として、電流値の測定精度の低下を抑制することができる電流測定装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of the above problems is to provide a current measuring device capable of making a measurement current range variable and suppressing a decrease in measurement accuracy of a current value.
上記課題を解決するために本発明の第1の観点に係る電流測定装置は、
二次電池の電流を検出する電流検出アンプと、
前記電流検出アンプのゲイン及びリファレンス電圧を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更し、前記二次電池の放電側の測定電流範囲を変更することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a current measuring device according to the first aspect of the present invention provides:
A current detection amplifier for detecting the current of the secondary battery;
A control unit for controlling a gain and a reference voltage of the current detection amplifier;
With
The control unit may change the measurement current range on the discharge side of the secondary battery by changing the gain and the reference voltage.
また、本発明の第2の観点に係る電流測定装置は、
前記制御部が、スタータモータの始動を検出した場合、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更し、前記二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大することを特徴とする。
In addition, the current measuring device according to the second aspect of the present invention provides:
When the control unit detects the start of the starter motor, the gain and the reference voltage are changed, and the measurement current range on the discharge side of the secondary battery is expanded.
また、本発明の第3の観点に係る電流測定装置は、
前記制御部が、前記スタータモータに係るスイッチの信号を検出することによりスタータモータの始動を検出する。
Moreover, the current measuring device according to the third aspect of the present invention provides:
The control unit detects the start of the starter motor by detecting a switch signal related to the starter motor.
また、本発明の第4の観点に係る電流測定装置は、
前記制御部が、トルクアシスト信号を受信した場合、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更し、前記二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大する。
Moreover, the current measuring device according to the fourth aspect of the present invention provides:
When the control unit receives a torque assist signal, the control unit changes the gain and the reference voltage to expand a measurement current range on the discharge side of the secondary battery.
また、本発明の第5の観点に係る電流測定装置は、
前記制御部が、リファレンス電源に接続された複数の抵抗を切り替えることにより、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更することを特徴とする。
Moreover, the current measurement device according to the fifth aspect of the present invention provides:
The control unit changes the gain and the reference voltage by switching a plurality of resistors connected to a reference power supply.
また、本発明の第6の観点に係る電流測定装置は、
前記二次電池のバスバーの温度を検出する温度センサを備え、
前記制御部は、前記温度に基づき前記電流検出アンプにより検出した前記電流を補正することを特徴とする。
Moreover, the current measurement device according to the sixth aspect of the present invention provides:
A temperature sensor for detecting the temperature of the bus bar of the secondary battery;
The control unit corrects the current detected by the current detection amplifier based on the temperature.
本発明の第1の観点に係る電流測定装置によれば、電流検出アンプのゲイン及びリファレンス電圧を変更することにより測定電流範囲を可変として、電流値の測定精度の低下を抑制することができる。 According to the current measurement device according to the first aspect of the present invention, it is possible to change the measurement current range by changing the gain and the reference voltage of the current detection amplifier, thereby suppressing a decrease in measurement accuracy of the current value.
また、本発明の第2の観点に係る電流測定装置によれば、エンジン始動時及びエンジン再始動時において二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大するため、エンジン始動時及びエンジン再始動時における比較的高い電流値を測定することができ、電流値の測定精度の低下を抑制することができる。 In addition, according to the current measuring device according to the second aspect of the present invention, when the engine is started and the engine is restarted, the measured current range on the discharge side of the secondary battery is expanded. A relatively high current value can be measured, and a decrease in current value measurement accuracy can be suppressed.
また、本発明の第3の観点に係る電流測定装置によれば、スタータモータに係るスイッチの信号を受信することによりスタータモータの始動を検出するため、既存部品を用いることができ、低コストで電流値の測定精度の低下を抑制することができる。 In addition, according to the current measuring device according to the third aspect of the present invention, since the start of the starter motor is detected by receiving the switch signal related to the starter motor, the existing parts can be used at low cost. A decrease in measurement accuracy of the current value can be suppressed.
また、本発明の第4の観点に係る電流測定装置によれば、トルクアシスト時において二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大するため、トルクアシスト時における比較的高い電流値を測定することができ、電流値の測定精度の低下を抑制することができる。 Further, according to the current measuring device according to the fourth aspect of the present invention, in order to expand the measurement current range on the discharge side of the secondary battery at the time of torque assist, a relatively high current value at the time of torque assist is measured. It is possible to suppress a decrease in measurement accuracy of the current value.
また、本発明の第5の観点に係る電流測定装置によれば、電流検出アンプのゲイン及びリファレンス電圧を、リファレンス電源に接続された抵抗を切り替えることにより測定電流範囲を可変として、電流値の測定精度の低下を抑制することができる。 Further, according to the current measuring device according to the fifth aspect of the present invention, the current value is measured by changing the current range of the current detection amplifier gain and reference voltage by switching the resistance connected to the reference power source. A decrease in accuracy can be suppressed.
また、本発明の第6の観点に係る電流測定装置によれば、バスバーの温度により検出値を補正するため、より電流値の測定精度の低下を抑制することができる。 In addition, according to the current measurement device according to the sixth aspect of the present invention, since the detection value is corrected by the temperature of the bus bar, it is possible to further suppress a decrease in measurement accuracy of the current value.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
(実施の形態)
はじめに図1を参照して、本発明の実施の形態に係る電流測定装置を含む蓄電池システム10の概略構成について説明する。蓄電池システム10は、例えばハイブリッド車(HEV車)等の車両に搭載される。
(Embodiment)
First, a schematic configuration of a
蓄電池システム10は、オルタネータ12と、スタータモータ13と、第1の二次電池14と、電流測定装置15と、第2の二次電池16と、負荷17と、第1のスイッチ18と、第2のスイッチ19と、第3のスイッチ20と、ECM21(Engine Control Module21)と、を備える。オルタネータ12、スタータモータ13、第1の二次電池14、第2の二次電池16、及び負荷17は、並列に接続される。
The
オルタネータ12は、発電機であって、車両のエンジンに機械的に接続される。オルタネータ12は、エンジンの駆動によって発電可能である。オルタネータ12がエンジンの駆動によって発電した電力は、レギュレータで出力電圧を調整されて、第1の二次電池14、第2の二次電池16、負荷17、及び車両の補機に供給され得る。またオルタネータ12は、車両の減速時等に回生によって発電可能である。オルタネータ12が回生発電した電力は、第1の二次電池14及び第2の二次電池16の充電に使用され得る。
The
スタータモータ13は、例えばセルモータを含んで構成され、第1の二次電池14及び第2の二次電池16の少なくとも一方からの電力供給を受けて、車両のエンジンを始動させる。
The
第1の二次電池14は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等、鉛蓄電池以外の二次電池である。本実施形態において、第1の二次電池14の出力電圧は、第2の二次電池16の出力電圧と略同一であって、例えば12Vである。或いは、第1の二次電池14の出力電圧は、第2の二次電池16の出力電圧と異なってもよい。かかる場合、第1の二次電池14の出力電圧は、DC/DCコンバータによって、第2の二次電池16の出力電圧と略同一となるように調整される。また第1の二次電池14は、エンジン駆動の停止中(アイドリングの停止中)に、スタータモータ13を含む補機、負荷17、及びECM等に対して電力を供給可能である。
The first
電流測定装置15は、第1の二次電池14の電流を測定する。電流測定装置15の詳細については後述する。
The
第2の二次電池16は、例えば公称電圧12Vの出力電圧を有する鉛蓄電池であって、負荷17に対して電力を供給可能である。
The second
負荷17は、例えば車両に備えられたオーディオ、エアコン、及びナビゲーションシステム等を含む負荷であって、供給された電力を消費して動作する。負荷17は、エンジン駆動の停止中に第1の二次電池14、及び第2の二次電池16からの電力供給を受けて動作し、エンジン駆動中にオルタネータ12、第1の二次電池14、及び第2の二次電池16からの電力供給を受けて動作する。
The
第1のスイッチ18は、スタータモータ13と直列に接続されるスイッチである。第1のスイッチ18は、スタータモータ13を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。第1のスイッチ18は、例えばMOSFETにより構成するがこれに限られない。なお第1のスイッチ18は本発明のスタータモータに係るスイッチに対応する。
The
第2のスイッチ19は、第1の二次電池14と直列に接続されるスイッチである。第2のスイッチ19は、第1の二次電池14を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。第2のスイッチ19は、例えばMOSFETにより構成するがこれに限られない。
The second switch 19 is a switch connected in series with the first
第3のスイッチ20は、第2の二次電池16及び負荷17と直列に接続されるスイッチである。第3のスイッチ20は、第2の二次電池16及び負荷17を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。第3のスイッチ20は、例えばMOSFETにより構成するがこれに限られない。
The
ECM21は、蓄電池システム10の動作全体を制御する。例えばECM21は、第1のスイッチ18、第2のスイッチ19、及び第3のスイッチ20の動作をそれぞれ制御して、オルタネータ12、第1の二次電池14、及び第2の二次電池16による電力供給、並びに第1の二次電池14及び第2の二次電池16の充電を行なう。例えばECM21は、蓄電池システム10が搭載された車両の運転者エンジンを始動しようとする場合、ECM21は、第1のスイッチ18をON状態とする。またECM21は、第2のスイッチ19、及び第3のスイッチ20の少なくとも一方をON状態とする。これによりスタータモータ13は、第1の二次電池14及び第2の二次電池16の少なくとも一方からの電力供給を受けて、車両のエンジンを始動させる。
The
次に図2を参照して、電流測定装置15について詳細に説明する。図2は、電流を測定する対象の第1の二次電池14及び電流測定装置15を示している。
Next, the
第1の二次電池14は、複数の電池セル141、総プラス端子バスバー142a、セル間バスバー142b、総マイナス端子バスバー142cを備える。図2では、電池セル141の個数は5である例を示しているがこれに限定されない。総プラス端子バスバー142a及び総マイナス端子バスバー142cは、それぞれ両端の電池セル141の正極及び負極に接続される。セル間バスバー142bは、電池セル141同士を電気的に接続する。
The first
電流測定装置15は、電流検出アンプ151と、制御部152とを備える。電流検出アンプ151は、第1の二次電池14のセル間バスバー142bの正極及び負極の間の電位差(バスバー端子間電位)を検出し、当該バスバー端子間電位に基づき電流値を検出し、制御部152に出力する。なお図2では、総プラス端子バスバー142aが接続された電池セル141に接続されたセル間バスバー142bのバスバー端子間電位を検出しているが、電流の検出位置はこれに限られない。他の任意のセル間バスバー142bにおける正極及び負極の間の電位差を検出して、当該バスバー端子間電位に基づき電流を検出するようにしてもよい。
The
制御部152は、電流測定装置15に係る各種制御を行なう。例えば制御部152は、電流検出アンプ151から受けた電流値を、ECM21に出力する。また制御部152は、電流検出アンプ151のゲイン及びリファレンス電圧を制御する。そして制御部152は、所定条件下、ゲイン及びリファレンス電圧を変更し、第1の二次電池14の放電側の測定電流範囲を変更する。
The
具体的には、エンジンの始動時、エンジンの再始動時、及びトルクアシスト時において、第1の二次電池14の放電電流が増大する。これらの場合において電流を測定するためには、第1の二次電池14の放電側の測定電流範囲を拡大するように変更する必要がある。そこで制御部152は、スタータモータ13の始動を検出した場合、ゲイン及びリファレンス電圧を変更し、第1の二次電池14の放電側の測定電流範囲を変更する。一方で第1の二次電池14の充電側の測定電流範囲を変更しない。すなわち、制御部152は、第1の二次電池14の放電側の測定電流範囲のみを変更する。制御部152は、ECM21から第1のスイッチ18に係る信号を受信することにより、スタータモータ13の始動を検出する。例えば第1のスイッチ18をMOSFETにより構成する場合、MOSFETのゲートへの信号を制御部152がECM21から受信することにより、スタータモータ13の始動を検出する。
Specifically, the discharge current of the first
また制御部152は、ECM21からトルクアシスト信号を受信した場合、前記ゲイン及びリファレンス電圧を変更し、第1の二次電池14の放電側の測定電流範囲を拡大する。一方、第1の二次電池14の充電側の測定電流範囲を変更しない。すなわち、制御部152は、第1の二次電池14の放電側の測定電流範囲のみを変更する。以下、スタータモータ13の始動を検出した場合、及びトルクアシスト信号を受信した場合を、ダイナミックレンジ拡大状態ともいい、ダイナミックレンジ拡大状態以外を、通常状態ともいう。
When the
ここで制御部152は、リファレンス電源に接続された複数の抵抗を切り替えることにより、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更する。具体的には制御部152は、スイッチSW1及びスイッチSW2のON/OFFを切り替えることにより、リファレンス電源と電流検出アンプ151との間の抵抗(R1〜R6)の接続を切り替える。このようにして制御部152は、ゲイン及びリファレンス電圧を変更する。図2に示すように、リファレンス電源(ここでは5V)には抵抗R4及び抵抗R5が直列に接続される。また抵抗R6は、スイッチSW2を介して抵抗R5と並列に接続される。抵抗R2は抵抗R4の後段において抵抗R5と並列になるように接続される。抵抗R3は抵抗R4の後段において抵抗R5と並列になるように、スイッチSW1を介して接続される。スイッチSW1及びスイッチSW2は、例えばMOSFETにより構成するがこれに限られない。
Here, the
通常状態では、制御部152は、スイッチSW1及びスイッチSW2をそれぞれON状態にする。このとき電流検出アンプ151のゲインは、以下の値となる。
(R2×R3/(R2+R3))/R1
なお、R1、R2、及びR3は、それぞれ図2における各抵抗素子の抵抗値である。
In the normal state, the
(R2 × R3 / (R2 + R3)) / R1
Note that R1, R2, and R3 are resistance values of the respective resistance elements in FIG.
また、通常状態において電流検出アンプ151のリファレンス電圧は、以下の値となる。
5[V]×(R5×R6/(R5+R6))/(R4+R5×R6/(R5+R6))
なお、R4、R5、及びR6は、それぞれ図2における各抵抗素子の抵抗値である。
In the normal state, the reference voltage of the
5 [V] × (R5 × R6 / (R5 + R6)) / (R4 + R5 × R6 / (R5 + R6))
R4, R5, and R6 are resistance values of the respective resistance elements in FIG.
一方、ダイナミックレンジ拡大状態では、制御部152は、スイッチSW1及びスイッチSW2をそれぞれOFF状態にする。このとき、電流検出アンプ151のゲインは、以下の値となる。
R2/R1
On the other hand, in the dynamic range expansion state, the
R2 / R1
また、ダイナミックレンジ拡大状態において電流検出アンプ151のリファレンス電圧は、以下の値となる。
5[V]×R5/(R4+R5)
In the dynamic range expansion state, the reference voltage of the
5 [V] × R5 / (R4 + R5)
このようにして、制御部152は、スイッチSW1及びスイッチSW2により電流検出アンプ151のゲイン及びリファレンス電圧を変更し、第1の二次電池14の放電側の測定電流範囲を変更する。図3は、本発明の一実施形態に係る電流測定装置の通常状態の測定電流範囲を示す図である。縦軸はバスバー端子間電位(V)である。横軸は、電流検出アンプ151が検出して制御部152に出力する電流値(I)である。バスバー端子間電位はVa〜Vbの間で変動する。当該バスバー端子間電位に一対一に線形に対応付けて電流値が測定され、測定電流範囲はIa〜Ibである。バスバー端子間電位がVaである場合、電流測定装置15は、電流値がIaであると検出する。図3に示すようにIaは負の値であるため、第1の二次電池14は放電している。また、バスバー端子間電位がVbである場合、電流測定装置15は、電流値がIbであると検出する。図3に示すようにIbは正の値であるため、第1の二次電池14は充電されている。バスバー端子間電位がV0である場合、電流測定装置15は、電流値が0であると検出する。
In this way, the
一方で図4は、本発明の一実施形態に係る電流測定装置のダイナミックレンジ拡大状態の測定電流範囲を示す図である。ゲインが通常状態から変更されるため、グラフの傾きが通常状態よりも減少する。またリファレンス電圧が通常状態から変更されるため、グラフが横軸の負の方向に平行移動する。そのため図4に示す例では第1の二次電池14の放電側の測定電流範囲は、Ic〜Ibとなる。ここでIc<Iaである。すなわち、電流測定装置のエンジン始動時又はトルクアシスト時においては、二次電池の放電側の測定電流範囲を拡大させている。具体的にはIcはIaの数倍程度(例えば4倍程度)である。バスバー端子間電位がVaである場合、電流測定装置15は、電流値がIcであると検出する。また、バスバー端子間電位がVbである場合、電流測定装置15は、電流値がIbであると検出する。バスバー端子間電位がV0’である場合、電流測定装置15は、電流値が0であると検出する。グラフの傾きが図3及び図4で異なるため、V0とV0’とは相違する。
On the other hand, FIG. 4 is a figure which shows the measurement current range of the dynamic range expansion state of the current measurement apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. Since the gain is changed from the normal state, the slope of the graph is reduced from that in the normal state. Since the reference voltage is changed from the normal state, the graph is translated in the negative direction of the horizontal axis. Therefore, in the example shown in FIG. 4, the measured current range on the discharge side of the first
好適には、図2に示すように、バスバー端子間電位を検出する対象のセル間バスバー142bに、温度センサ143を設けることが好ましい。セル間バスバー142bは温度変化によって抵抗値が変化する。そのため制御部152は、温度センサ143が検出した温度に基づき、電流検出アンプ151が検出した電流値を補正する。具体的には各温度におけるセル間バスバー142bの抵抗値を予め取得し、当該抵抗値に基づき電流値を補正することが好ましい。
Preferably, as shown in FIG. 2, it is preferable to provide a
次に、本発明の一実施形態に係る電流測定装置15について、図5に示すフローチャートによりその動作を説明する。
Next, the operation of the
はじめに制御部152は、スタータモータの始動、又はトルクアシストの始動を検出することにより、通常状態か否かを判定する(ステップS10)。通常状態である場合、ステップS20に進む。
First, the
次に制御部152は、スイッチSW1及びスイッチSW2をそれぞれON状態にする(ステップS20)。
Next, the
続いて制御部152は、第1の二次電池14に流れる電流を測定する(ステップS30)。すなわち、制御部152は、通常状態の測定電流範囲で電流検出アンプ151が検出した電流値を受け取り、当該電流値をECM21に出力する。
Subsequently, the
一方、ステップS10において通常状態で無い場合(すなわち、ダイナミックレンジ拡大状態である場合)、制御部152は、スイッチSW1及びスイッチSW2をそれぞれOFF状態にする(ステップS40)。そしてステップS30に進み、第1の二次電池14に流れる電流を測定する。すなわち、制御部152は、ダイナミックレンジ拡大状態の測定電流範囲で電流検出アンプ151が検出した電流値を受け取り、当該電流値をECM21に出力する。
On the other hand, when it is not the normal state in Step S10 (that is, when the dynamic range is expanded), the
このように本発明の一実施形態に係る電流測定装置15によれば、電流検出アンプ151のゲイン及びリファレンス電圧を変更することにより測定電流範囲を可変として、電流値の測定精度の低下を抑制することができる。特に、エンジンの始動時、エンジンの再始動時、及びトルクアシスト時において、第1の二次電池14の放電電流が増大する。この場合において電流測定装置15は、放電側の測定電流範囲のみを拡大しているため、必要なだけ測定電流範囲を拡大し、電流値の測定精度の低下を抑制することが可能となる。このようにして得られた電流値は高精度であるため、第1の二次電池14の充放電制御や、過充電、過放電の防止を適切に行なうことができる。
As described above, according to the
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, the functions included in each means, each step, etc. can be rearranged so that there is no logical contradiction, and a plurality of means, steps, etc. can be combined or divided into one. .
10 蓄電池システム
12 オルタネータ
13 スタータモータ
14 第1の二次電池
15 電流測定装置
16 第2の二次電池
17 負荷
18 第1のスイッチ
19 第2のスイッチ
20 第3のスイッチ
21 ECM
141 電池セル
142a 総プラス端子バスバー
142b セル間バスバー
142c 総マイナス端子バスバー
143 温度センサ
151 電流検出アンプ
152 制御部
DESCRIPTION OF
141
Claims (6)
前記電流検出アンプのゲイン及びリファレンス電圧を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ゲイン及び前記リファレンス電圧を変更し、前記二次電池の放電側の測定電流範囲を変更する、電流測定装置。 A current detection amplifier for detecting the current of the secondary battery;
A control unit for controlling a gain and a reference voltage of the current detection amplifier;
With
The control unit is a current measuring device that changes the measurement current range on the discharge side of the secondary battery by changing the gain and the reference voltage.
前記制御部は、前記温度に基づき前記電流検出アンプにより検出した前記電流を補正することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電流測定装置。 A temperature sensor for detecting the temperature of the bus bar of the secondary battery;
The current measuring device according to claim 1, wherein the control unit corrects the current detected by the current detection amplifier based on the temperature.
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