JP2019109161A - 電流センサおよび電流測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】精度の高い電流センサと電流測定方法を提供する。【解決手段】電流センサ1は、シャント抵抗部100と、演算部300とを備える。シャント抵抗部100は、抵抗と、温度測定部と、記録部とを備え、抵抗に印加される電圧値を測定する。温度測定部は抵抗の温度を測定する。記録部は、測定した温度と、温度を測定した時間と、通電中か否かを示す状態フラグとを組み合わせた温度履歴データを格納する。演算部300は、温度履歴データから通電中の平均温度を求め、通電時間と平均温度により定まる抵抗の補正データを求め、補正データで抵抗の実初期値を補正して、実抵抗値を推定し、推定した抵抗値と電圧値とに基づき、電流値を算出する。【選択図】図2
Description
本発明は、電流センサおよび電流測定方法に関する。
既知の抵抗値を持つシャント抵抗に測定対象の電流を流し、このシャント抵抗での電圧降下を測定することにより、電流値を測定する方法が知られている(例えば、特許文献1)。
シャント抵抗の抵抗値は温度に依存して変化する。このため、シャント抵抗での電圧降下から計算される電流値には、温度変化により誤差が生じる。特許文献1には、シャント抵抗の温度を測定し、測定時点の温度に応じてシャント抵抗の抵抗値を補正し、補正後の抵抗値を用いて電流値を計算する方法と、複数箇所の温度を測定し、各箇所において測定した温度の差異に基づき、温度センサの異常を検出する方法とが開示されている。
シャント抵抗の抵抗値が変化する要因には、測定時点の温度以外にも様々な要因がある。例えば、初期段階での公称抵抗値と実抵抗値との誤差、時間経過による抵抗値の変化等によっても、抵抗値は変動する。特許文献1は、これらの要因によるシャント抵抗の抵抗値の変動を考慮していない。このため、特許文献1に記載の方法では、依然として、電流値を正確に測定できないという問題がある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、より精度の高い電流センサと電流測定方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の電流センサは、抵抗と、記録部と、電圧測定部と、実抵抗値推定部と、電流値演算部と、を備える。抵抗には、測定対象電流が流れる。記録部は、通電中の抵抗の温度の履歴を記憶する。電圧測定部は、抵抗での電圧降下の電圧値を測定する。実抵抗値推定部は、記録部に記録されている温度履歴に基づいて、抵抗の初期抵抗値を補正して、現在の抵抗値を推定する。電流値演算部は、推定した実抵抗値と電圧測定部で測定された電圧値とに基づき、抵抗を流れる電流の電流値を算出する。
この発明によれば、抵抗の通電時の温度履歴を記録し、この温度履歴に基づいて抵抗の実際の抵抗値を推定する。このため、抵抗のより正確な抵抗値を推定することができ、精度の高い電流値の測定を可能とする。
以下、本発明の実施の形態に係る電流センサおよび電流測定方法を図面を参照しつつ説明する。これらの電流センサおよび電流測定方法は、シャント抵抗への通電時の温度履歴を記憶しておき、温度履歴に基づいて、シャント抵抗の初期実測抵抗値を補正し、補正後の抵抗値を用いて電流値を正確に求めるものである。
(実施の形態1)
図1に示すように、実施の形態1に係る電流センサ1は、接続端子T1,T2を備える。接続端子T1,T2は、測定対象の電流Iが流れる線路4Aと4Bの間に接続される。なお、線路4Aと4Bを総称して線路4と呼ぶ。
図1に示すように、実施の形態1に係る電流センサ1は、接続端子T1,T2を備える。接続端子T1,T2は、測定対象の電流Iが流れる線路4Aと4Bの間に接続される。なお、線路4Aと4Bを総称して線路4と呼ぶ。
電流センサ1は、内部に保持する微小抵抗、即ち、シャント抵抗を線路4に直列に接続し、シャント抵抗の両端間電圧を測定し、測定した電圧をシャント抵抗の抵抗値で除算することにより、電流値を算出する。電流センサ1は、算出した電流値を示す測定信号を検査装置5に出力する。検査装置5は、例えば、ディスプレイを備え、供給された測定信号に基づき、測定された電流値を表示する。
電流センサ1は、図2に示すように、第1基板6と、第1基板6上に配置された第2基板10と、を備える。
第1基板6には、計時部20が配置されている。
計時部20は、現在時刻を計時するRTC(リアルタイムクロック)IC(集積回路)から構成され、現在時刻を計時し、計時した現在時刻を表す時刻信号を出力する。
計時部20は、現在時刻を計時するRTC(リアルタイムクロック)IC(集積回路)から構成され、現在時刻を計時し、計時した現在時刻を表す時刻信号を出力する。
第2基板10上には、シャント抵抗を内蔵する第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2と、稼働系のシャント抵抗部を切り替える切替部200と、電流値を演算する演算部300と、測定対象電流を入力する入力インタフェース400と、計時部20からの時刻情報を入力する時刻インタフェース500と、演算部300により求められた電流値を出力するデータインタフェース600とが配置されている。
第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2は、互いに同一の構成を有し、デフォルトで、第1シャント抵抗部100−1が稼働系、第2シャント抵抗部100−2が待機系に設定されている。なお、第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2とを総称してシャント抵抗部100と呼ぶ。
シャント抵抗部100は、それぞれ、内部に抵抗を備え、測定対象電流が抵抗を流れる際に、抵抗で生ずる電圧降下を測定し、演算部300に送信する。また、シャント抵抗部100−1と100−2は、計時部20から時刻I/F(インタフェース)500を介して時刻信号を受信し、取得した時刻信号が示す現在時刻とシャント抵抗の温度とを対応付けた温度履歴データを保持する。シャント抵抗部100の詳細については、後述する。
入力I/F400は、接続端子T1、T2を備え、接続端子T1は線路4Aの一端に接続され、接続端子T2は線路4Bの一端に接続される。入力I/F400は、測定対象電流Iを電流センサ1内に流入させ、また、流出させる。
切替部200は、第1内部線路15−1と15−2とを介して入力I/F400に接続されている。第1内部線路15−1は電気的には接続端子T1に直結され、第1内部線路15−2は電気的には接続端子T2に直結されている。
切替部200は、また、第2内部線路16−1と16−2とを介して、第1シャント抵抗部100−1に接続され、第2内部線路16−3と16−4とを介して、第2シャント抵抗部100−2に接続されている。切替部200は、半導体スイッチ等から構成された切替スイッチを内蔵し、入力I/F400に第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2とを切り替えて接続する。本実施の形態では、切替部200は、デフォルトでは、入力I/F400に稼働系の第1シャント抵抗部100−1を接続する。
演算部300は、稼働系のシャント抵抗部100から、電圧信号と温度履歴データを取得する。演算部300は、取得した温度履歴データを用いて、シャント抵抗部100の定格抵抗値を補正して真の抵抗値を推定する。演算部300は、推定した抵抗値と、取得した電圧値とに基づき、シャント抵抗を流れる電流、即ち、線路4を流れる電流の値を求める。演算部300は、検査装置5とデータI/F600を介して、測定した電流値を示す測定信号を出力する。また、演算部300は、稼働中のシャント抵抗部100が故障しているか否かを判別し、故障していると判別した場合には、切替信号を生成し、切替部200に送信する。切替部200は、切替信号に応答し、稼働中のシャント抵抗部100を入力I/F400から切り離し、待機状態のシャント抵抗部100を入力I/F400に接続する。
なお、演算部300は、特許請求の範囲における、記録部に記録されている温度履歴に基づいて、抵抗の初期抵抗値を補正して、現在の抵抗値を推定する実抵抗値推定部と、推定した実抵抗値と電圧測定部で測定された電圧値とに基づき、抵抗を流れる電流の電流値を算出する電流値演算部と、自センサが異常であるか否かを判定する診断部と、の一例である。
時刻I/F500は、計時部20から出力される時刻信号を受信し、第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2と演算部300に供給する。
データI/F600は、演算部300から供給された測定信号を検査装置5に出力する。
検査装置5は、表示装置等の出力装置を備え、測定された電流値、電流センサ1の異常等を報知する。
次に、第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2の詳細を、図3を参照して説明する。
図3に示すように、第1シャント抵抗部100−1は、被測定電流が流れる抵抗110−1と、抵抗110−1の両端間電圧を測定する電圧測定部120−1と、抵抗110−1の温度を測定する温度測定部130−1と、電圧測定部120−1が測定した電圧と温度測定部130−1が測定した温度を記録する記録部140−1とを備える。
抵抗110−1は、小さい抵抗値を有する所謂シャント抵抗から構成される。抵抗110−1の両端は、第2内部線路16−1と16−2を介して切替部200に接続されている。このため、例えば、入力I/F400の接続端子T1に、線路4Aから流入した被測定電流は、切替部200、第2内部線路16−1、抵抗110−1、第2内部線路16−2、切替部200を経由し、入力I/F400の接続端子T2から線路4Bに流出する。
電圧測定部120−1は、抵抗110−1の両端に接続され、抵抗110−1の両端間電圧を測定する。電圧測定部120−1は、測定した電圧値を示す電圧信号を演算部300に送信する。
温度測定部130−1は、抵抗110−1の温度を測定し、測定した温度を示す温度信号を生成し、記録部140−1に送信する。温度測定部130−1は、例えば、熱電対、温度依存の抵抗素子等から構成される。
記録部140−1は、温度測定部130−1から温度信号を受信し、時刻I/F500を介して計時部20から時刻信号を受信し、電圧測定部120−1から電圧信号を受信し、図4に例示する温度履歴データを記憶する。より具体的には、記録部140−1は、電圧信号が示す電圧が予め設定されている閾値以上未満かを判別することにより、電流Iが流れているか否かを判別し、流れている場合には「1」、流れていない場合には「0」の状態フラグを生成する。記録部140−1は、図4に例示するように、各アドレス141に、時刻信号が示す時刻データ142と温度信号が示す温度データ143と状態フラグ144とを対応付けて追記する。
記録部140−1は、状態フラグに変化があったとき、即ち抵抗110−1への通電が開始したとき及び終了した時、及び、例えば、一定時間間隔で、時刻データ142と温度データ143と状態フラグ144を対応付けて記憶する。例えば、図4では、2017/01/03 12:00に抵抗110−1への通電が開始し、2017/01/24 12:00に通電が終了したことを示す。つまり、504時間、抵抗110−1に電流を流したことを示している。また、通電中の温度は100.00℃で、通電停止中の温度は25.00℃あることを示す。通電開始時と通電停止時の以外の記録周期は、例えば、1分から10分である。なお、抵抗110−1の温度は通電開始後に徐々に上昇して、平衡状態となり、通電停止後に徐々に降下して平衡状態となるが、ここでは、理解を容易にするため、通電中は100℃、通電停止中は25℃とする。
また、記録部140−1は、図5に示すように、抵抗110−1の初期抵抗値データ145を格納する。初期抵抗値データ145は、抵抗110−1の基準温度での実測値である。
記録部140−1は、さらに、図6に例示する補正データ146を格納する。補正データ146は、通電時間の累積値に対する抵抗110−1の抵抗値の変化率を示す。例えば、図6では、抵抗110−1の温度が100℃の状態で、504時間、電流を流すと抵抗値が0.04%増加することを示す。この補正データ146は温度に対応して変化するため、記録部140−1には、複数の温度に対応した補正データ146が予め格納されている。補正データ146は、抵抗110−1と同一の特性の抵抗に、様々な温度で様々な値の電流を通電する実験により予め求められたものである。
第2シャント抵抗部100−2は、第1シャント抵抗部100−1と実質的に同一の構成を有する。なお、抵抗110−2の両端は、第2内部線路16−3と16−4を介して切替部200に接続されている。
以下の説明において、抵抗110−1と110−2、電圧測定部120−1と120−2、温度測定部130−1と130−2、記録部140−1と140−2を区別しない場合に、抵抗110、電圧測定部120、温度測定部130、記録部140−1と総称する場合がある。
図7に示すように、第2基板10は第1基板6の上に配置され、第2基板10の上に第1シャント抵抗部100−1と、第2シャント抵抗部100−2と、切替部200と、演算部300とが配置されている。第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2とは、通電により一方が発生する熱の影響を他方が受けないように、一定距離隔離された位置に配置されている。一定距離は、第1のシャント抵抗部100−1と第2のシャント抵抗部100−2の発熱量及び放熱能力等に応じて設定される。また、第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2との間、例えば、中央部に切替部200が配置されている。また、演算部300も、第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2との間に配置されている。計時部20は、第1基板6の上に配置されている。第1シャント抵抗部100−1と第2基板10との接合部と、第2シャント抵抗部100−2と第2基板10との接合部とは同じ形状を有し、配置を交換することができる。つまり、第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2とは、互換性を有している。
(電流の測定方法)
次に上記構成を有する電流センサ1を用いて、電流を測定する方法を説明する。
なお、前提として、第1シャント抵抗部100−1が稼働系で、第2シャント抵抗部100−2が待機系に設定された状態にあり、その設定情報が演算部300の内部メモリに記憶されていると仮定する。
ユーザは、図1に示すように、電流を測定する対象の線路4Aの一端に接続端子T1を接続し、線路4Bの一端に接続端子T2を接続する。これにより、電流センサ1と線路4とを直列に接続する。
次に上記構成を有する電流センサ1を用いて、電流を測定する方法を説明する。
なお、前提として、第1シャント抵抗部100−1が稼働系で、第2シャント抵抗部100−2が待機系に設定された状態にあり、その設定情報が演算部300の内部メモリに記憶されていると仮定する。
ユーザは、図1に示すように、電流を測定する対象の線路4Aの一端に接続端子T1を接続し、線路4Bの一端に接続端子T2を接続する。これにより、電流センサ1と線路4とを直列に接続する。
電流センサ1の電源が投入されると、切替部200は、入力I/F400と第1シャント抵抗部100−1とを接続する。稼働用の第1シャント抵抗部100−1の電圧測定部120−1は、抵抗110−1の両端間電圧を測定して、電圧信号を記録部140−1に送信し、温度測定部130−1は、抵抗110−1の温度を測定して、温度信号を記録部140−1に送信する。
また、電流センサ1の電源が投入中、電流センサ1は、図8A、8Bに示す処理を継続して実行する。
記録部140−1は、現在の状態フラグを、電圧測定部120−1から供給された電圧信号が示す電圧値と閾値とを比較することにより求める。記録部140−1は、求めた状態フラグと直近の状態フラグとを比較することにより、状態フラグが変化したか否か、即ち、通電状態と非通電状態が切り替わったか否かを判別する(ステップS10)。また、記録部140−1は、前回温度データを記録してから一定時間、例えば、1分が経過して、予め決められた記録タイミングになったか否かを判別する(ステップS10)。
記録部140−1は、状態フラグが変化しておらず、且つ、前回温度データを記録してから一定時間が経過していないと判別した場合(ステップS10:No)、処理をステップS10に戻す。
一方、記録部140−1は、状態フラグが変化している、又は、前回温度データを記録してから一定時間が経過したと判別した場合(ステップS10:Yes)、処理をステップS20に進める。
次に、記録部140−1は、現在の状態フラグが「1」か「0」か、即ち、通電中であるか非通電中であるかを判別する(ステップS20)。現在の状態フラグが「1」、即ち、通電中の場合(ステップS20:Yes)、演算部300は、内部に記憶している経路選択データに従って、切替部200を制御し、入力I/F400と第1シャント抵抗部100−1とを接続する状態を維持する(ステップS30)。この状態では、線路4Aから流入した電流が、入力I/F400の接続端子T1→切替部200→抵抗110−1→切替部200→入力I/F400の接続端子T2と流れる。
記録部140−1は、温度測定部130−1が出力する温度信号を取り込む(ステップS40)。
記録部140−1は、計時部20から時刻I/F500を介して受信した時刻信号が示す現在時刻と、温度測定部130−1から受信した温度信号が示す温度と、電圧測定部120−1から受信した電圧信号に基づき生成した状態フラグとを図4に示すように、対応付けて記録する(ステップS50)。
演算部300は、抵抗110−1の実抵抗値を推定するために、第1シャント抵抗部100−1の記録部140−1から初期抵抗値データ145と温度履歴データとを読み出す(ステップS60)。
演算部300は、温度データを集計処理し、通電状態にあった期間中の、抵抗110−1の平均温度を求める。即ち、演算部300は、温度履歴データを解析し、状態フラグが「1」である期間の、抵抗110−1の温度とその継続時間を集計し、通電中の温度の平均値を求める。例えば、図4の温度データの例では、通電中は、抵抗110の温度は100℃で一定であるので、平均温度を100℃と判定する。次に、演算部300は、記録部140−1から図6に示す補正データ146を読み出す。補正データ146は、温度別に用意されているので、求めた平均温度に対応する補正データ146を取得する。この例では、100℃用の補正データ146を取得する(ステップS70)。
演算部300は、第1シャント抵抗部100−1の通電時間の累計値を、取得した補正データ146に適用し、対応する抵抗値変化率α(%)を求める。ここで、図4の温度履歴データで、2017/1/24の12:00〜2017/1/26の23:00の間に抵抗変化率を求めるならば、通電時間は504時間とする。一方、2017/1/29の23:00以降に抵抗値変化率αを求めるならば、504+72=576時間とすればよい。
演算部300は、求めた抵抗値変化率αを用いて、抵抗値の初期値を補正し、実抵抗値を推定する(ステップS80)。例えば、温度履歴データが図4の場合に、2017/01/26 23:00における抵抗110−1の実抵抗値を推定すると仮定する。この場合、温度履歴データには、2017/01/26 23:00までに、抵抗110−1の温度が100℃の状態で、504時間、電流が流れていることが示されている。そこで、図6に示すように、100℃用の補正データ146を読み出し、ここに、504時間を適用する。補正データ146は、抵抗110−1の温度が100℃の状態で、504時間、電流を流すと、初期状態から抵抗値が0.04%増加することを示している。このため、演算部300は、2017/01/26 23:00において、初期抵抗値から0.04%高い値が抵抗110−1の実抵抗値であると決定する。
ここで、記録部140−1から取得した初期抵抗値データ145には、図5に示すように、抵抗110−1の初期抵抗値は0.1667996Ωである。このため、演算部300は、抵抗110−1の実抵抗値を0.1667996(Ω)×1.04=0.1734716(Ω)であると推定する。
演算部300は、推定した実抵抗値と測定した電圧値とオ−ムの法則に基づき、電流Iの値=測定した電圧値/推定した実抵抗 として算出する(ステップS90)。演算部300は、算出した電流値を示す測定信号を検査装置5に出力する。処理はその後、ステップS10に戻る。
検査装置5は、測定信号を受信し、測定信号が示す電流値を、ディスプレイなどの出力装置を用いて、報知する。
一方、ステップS20で、状態フラグが「0」、即ち、抵抗110−1に電流が流れていないと判別した場合(ステップS20:No)、図8BのステップS110に進み、記録部140−1は、温度測定部130−1が出力する温度信号を取り込む(ステップS110)。
記録部140−1は、計時部20から時刻I/F500を介して受信した時刻信号が示す現在時刻と、温度測定部130−1から受信した温度信号が示す温度と、電圧測定部120−1から受信した電圧信号に基づいて生成した状態フラグとを図4に示すように、対応付けて記録する(ステップS120)。その後、処理は図8AのステップS10に戻る。
以上説明したように、本実施の形態の電流センサ1は、温度履歴データに基づいて、抵抗値の変化率αを求め、この変化率αを補正率として、抵抗の実初期値を補正して、電流値を求める。従って、電流値を正確に測定することができる。
(診断機能)
電流センサ1は、上述の電流測定機能に加えて、稼働系のシャント抵抗部100に異常があるか否かを判別し、異常があると判別した場合に、待機系のシャント抵抗部100を稼働系に切り替える診断機能を備える。
以下、診断機能について説明する。
電流センサ1は、上述の電流測定機能に加えて、稼働系のシャント抵抗部100に異常があるか否かを判別し、異常があると判別した場合に、待機系のシャント抵抗部100を稼働系に切り替える診断機能を備える。
以下、診断機能について説明する。
診断を行う場合には、線路4に診断用の微弱な定電流Iを流す。また、電流センサ1を診断モードに設定する。
次に、検査装置5から診断処理を行うことを示す診断信号を演算部300に送信する。
診断信号に応答し、演算部300は、図9A〜9Cに示す診断処理を開始する。
まず、演算部300は、切替部200を制御し、稼働系に設定されている第1シャント抵抗部100−1を選択させる(ステップS210)。これにより、線路4から入力される電流は第1シャント抵抗部100−1に流れる。
まず、演算部300は、切替部200を制御し、稼働系に設定されている第1シャント抵抗部100−1を選択させる(ステップS210)。これにより、線路4から入力される電流は第1シャント抵抗部100−1に流れる。
第1シャント抵抗部100−1の電圧測定部120−1は、抵抗110−1に生じている電圧降下の値を測定し、温度測定部130−1は、抵抗110−1の温度を測定する(ステップS220)。
記録部140−1は、電圧測定部120−1が測定した電圧値に基づき、抵抗110−1に電流が流れているか否かを判別し、状態フラグを生成する。記録部140−1は、計時部20から送信される時刻信号が示す時刻データ142と、測定された温度を示す温度データ143と、生成した状態フラグ144を温度履歴データとして追記する(ステップS230)。
次に、演算部300は、第1シャント抵抗部100−1の記録部140−1から、初期抵抗値データ145と温度履歴データとを読み出す(ステップS240)。
次に、演算部300は、第1シャント抵抗部100−1の記録部140−1から、補正データ146を読み出す(ステップS250)。
演算部300は、読み出した補正データ146に基づき、抵抗110−1の実抵抗値を推定する(ステップS260)。
演算部300は、推定した抵抗値と測定した電圧値とに基づき、抵抗110−1を流れる電流の電流値を算出する(ステップS270)。
続いて、演算部300は、図9Bに示す処理を開始し、第2シャント抵抗部100−2を選択するように切替部200を制御する(ステップS310)。
以後、ステップS310〜S370において、ステップS210〜S270と同様の処理を行って、第2シャント抵抗部100−2の抵抗110−2を流れる電流の電流値を算出する。
次に、演算部300は、図9Cに示すステップS410に処理を移し、第1シャント抵抗部100−1を用いて算出した電流値と、第2シャント抵抗部100−2で用いた電流値とを比較する(ステップS410)。2つの電流値の差が予め決められた閾値以下の場合(ステップS410:Yes)、電流センサ1は正常であり、ステップS420に移行する。一方、2つの電流値の差が予め決められた閾値より大きい場合(ステップS410:No)、電流センサ1は異常であると判断し、S430に移行する。
ステップS420において、演算部300は、診断結果として「正常」を示す診断信号を生成し、検査装置5に送信する。検査装置5は、診断信号から診断結果である「正常」を抽出し、ディスプレイなどの出力部に電流センサ1が正常であることを表示する。
一方、ステップS430において、演算部300は、診断結果として「異常」を示す診断信号を生成し、検査装置5に送信する。検査装置5は、診断信号から診断結果である「異常」を抽出し、ディスプレイなどの出力部に電流センサ1が異常であることを表示する。
続いて、演算部300は、切替部200を制御し、測定で使用する稼働系のシャント抵抗部100を、シャント抵抗部100−2に設定する(ステップS440)。なお、正確には、第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2のいずれが正常であるかは不明である。そこで、測定用の電流Iを既知の値とし、ステップS270とS370で測定された電流値のいずれが正しいかを判別し、正しい方を稼働系に設定するようにしてもよい。
以上説明したように、診断処理を行うことで、電流センサ1の異常を検知することができる。また、異常を検出したときには、正常なシャント抵抗部100を稼働系に切り替えることで、継続して電流値を測定することができる。さらに、異常と診断されたシャント抵抗部100が切替部200により回路から切り離されるため、電流値の測定を中断することなく、異常と診断されたシャント抵抗部100の修理、交換などの復旧作業を行うことができる。
(変形例)
本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、図2及び図7に示す部材の配置は任意である。例えば、図2及び図7では、第1基板6に計時部20を備える例を示したが、これに限定されない。シャント抵抗部100が時刻を取得できればよく、任意の方式を選択することができる。例えば、計時部20は、基板上に設けられたマイクロコンピュ−タなどのRTC機能を有する電子回路であってもよい。また、図10に示すように、検査装置5が、時刻I/F500に接続され、時刻信号を送信してもよい。
本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、図2及び図7に示す部材の配置は任意である。例えば、図2及び図7では、第1基板6に計時部20を備える例を示したが、これに限定されない。シャント抵抗部100が時刻を取得できればよく、任意の方式を選択することができる。例えば、計時部20は、基板上に設けられたマイクロコンピュ−タなどのRTC機能を有する電子回路であってもよい。また、図10に示すように、検査装置5が、時刻I/F500に接続され、時刻信号を送信してもよい。
演算部300が切替信号を生成し、切替部200を制御する例を示したが、これに限定されない。外部装置、例えば検査装置5が切替信号を生成し、データI/F600を介して、切替部200に送信してもよい。
なお、通電状態か非通電状態を判別するための閾値の設定は任意である。例えば、測定された電圧値が0の場合に非通電と判別してもよい。また、測定対象に応じて閾値を決定し、外部装置、例えば検査装置5から記録部140−1,140−2に設定してもよい。この場合、例えば、検査装置5は決定した閾値を含む設定信号を生成し、演算部300に送信する。演算部300は、設定信号に基づき、記録部140−1と140−2に電圧値の閾値を設定する。また、検査装置5が直接記録部140−1,140−2に閾値を設定してもよい。
記録部140が、電圧測定部120が測定した電圧値に基づき、抵抗110に電流が流れていないと判断する例を示したが、これに限定されない。演算部300がこの判別を行ってもよい。また、例えば、検査装置5などの外部装置から線路4に電流を供給しているかを示す状態信号を生成し、演算部300介して記録部140−1、140−2に通知するようにしてもよい。この場合、記録部140−1,140−2は、受信した状態信号に基づいて、状態フラグを生成する。
第1シャント抵抗部100−1と第2シャント抵抗部100−2とに、それぞれ、電圧測定部120−1、120−2と、温度測定部130−1、130−2と、記録部140−1、140−2とを配置する例を示したが、電圧測定部120と温度測定部130と記録部140とを、抵抗110−1と110−2で共用するようにしてもよい。
図4、図8A、8Bに示す例では、通電状態が変化したタイミングと、一定時間が経過したタイミングの両方で時刻データ142と温度データ143と状態フラグ144とを温度履歴データとして記録したが、通電状態が変化したタイミングと一定時間が経過したタイミングの一方でのみこれらのデータを記録するようにしてもよい。また、一定時間として1分を例示したが、一定時間は任意であり、例えば、10ms〜数時間等、測定対象の電流と抵抗の劣化の進度に応じて選択すればよい。また、一定時間も、ある程度一定であればよく、時間の経過と共に変化させてもよい。
図4及び図8Bに示すように、抵抗110に電流が流れていないときにも、定期的に温度履歴データを格納する例を示したが、これに限定されない。抵抗110に電流が流れているときにのみ、稼働系の記録部140−1又は140−2が定期的に温度履歴データを格納してもよい。
補正データ146が、図6に示すように、グラフの形態で得られる例を示したが、これに限定されない。例えば、図11に示すように、テ−ブル形式とし、複数の経過時間データ147に対応した抵抗値の変化率データ148が示される数値データとしてもよい。この場合、抵抗値の変化率は、電流が入力された時間に最も近い経過時間データ147に対応した抵抗値の変化率データ148に決定される。補正データ146は、抵抗値の変化率データ148の連続する値の間隔が一定になる数値データであってもよい。例えば、抵抗値の変化率が0.01間隔で増加する0.01、0.02、0.03、・・・と、これに対応した経過時間とで構成された補正データ146であってもよい。また、抵抗値の変化率を経過時間の関数の形式としてもよい。
補正データ146が、記録部140−1、140−2に格納されている例を示したが、これに限定されない。演算部300が抵抗110−1、110−2の抵抗値を推定するときに、補正データ146を取得できればよく、取得方法は任意に選択することができる。例えば、演算部300が補正データ146を保持していてもよい。また、外部装置、例えば検査装置5に補正データ146が格納されていてもよい。この場合、演算部300は、補正データ146を要求する要求信号を生成し、検査装置5に送信する。検査装置5は、要求信号に基づき、補正データ146を含むデータ信号を演算部300に送信する。
計時部20が送信する時間信号が現在時刻を示す例を説明したが、温度測定のタイミングを特定できるならば、これに限定されない。例えば、計時部20は、一定の周期のクロック信号を出力してもよい。この場合、記録部140−1、140−2は、クロック信号をカウントし、シャント抵抗部100−1、100−2の通電を開始してから経過した時間を、タイミングを示す時刻データ142として格納する。また、カウント数をタイミングを示す時刻データ142として格納してもよい。演算部300は、計時部20が時間信号を送信する間隔とカウント数とから抵抗110−1、110−2に電流が入力された時間を算出する。
診断処理において、演算部300が送信する診断信号に、異常と判断されたシャント抵抗部100の識別情報を含めてもよい。この場合、検査装置5は、電流センサ1の異常を通知するとともに、異常と判断されたシャント抵抗部100も通知することができる。
上記実施の形態では、2つのシャント抵抗部100を備える例を示したが、これに限定されない。3以上のシャント抵抗部100を備えていてもよい。この場合、診断処理において、多数決で故障しているシャント抵抗部を特定するようにしてもよい。
上記実施の形態においては、通電時の抵抗の温度と累積通電時間とを用いて補正データを特定した。抵抗は、非通電時にも温度に依存して劣化する。そこで、通電時の平均温度と総時間、非通電時の平均温度との組み合わせ毎に補正データを用意しておき、温度履歴データから通電時の平均温度と総時間、非通電時の平均温度との組み合わせを求め、対応する抵抗値変化率α(%)を求めてもよい。
以上において説明した処理は一例であり、各ステップの順番、処理内容は、機能を阻害しない範囲で変更してもよい。また、説明した構成は、機能を阻害しない範囲で、任意に変更してもよい。
1 電流センサ、4、4A、4B 線路、5 検査装置、6 第1基板、10 第2基板、15、15−1、15−2 第1内部線路、16、16−1、16−2、16−3、16−4 第2内部線路、20 計時部、100 シャント抵抗部、100−1 第1シャント抵抗部、100−2 第2シャント抵抗部、110−1、110−2 抵抗、120−1、120−2 電圧測定部、130−1、130−2 温度測定部、140−1、140−2 記録部、141 アドレス、142 時刻データ、143 温度データ、144 状態フラグ、145 初期抵抗値データ、146 補正データ、147 経過時間データ、148 抵抗値の変化率データ、200 切替部、300 演算部、400 入力I/F(インタフェース)、500 時刻I/F(インタフェース)、600 データI/F(インタフェース)
Claims (11)
- 測定対象電流が流れる抵抗と、
通電中の前記抵抗の温度の履歴を記憶する記録部と、
前記抵抗での電圧降下の電圧値を測定する電圧測定部と、
前記記録部に記録されている温度履歴に基づいて、前記抵抗の初期抵抗値を補正して、現在の抵抗値を推定する実抵抗値推定部と、
推定した実抵抗値と前記電圧測定部で測定された前記電圧値とに基づき、前記抵抗を流れる電流の電流値を算出する電流値演算部と、
を備える、電流センサ。 - 前記実抵抗値推定部は、
前記記録部に記録された通電中の前記抵抗の温度の履歴に基づいて、通電時間と平均温度とを求め、
求めた通電時間と平均温度とに基づいて、補正データを求め、
前記抵抗の初期抵抗値を補正データに基づいて補正して、現在の実際の抵抗値を推定する、
請求項1に記載の電流センサ。 - 前記補正データは、抵抗の通電時間と平均温度とに基づいて予め設定されている、
請求項2に記載の電流センサ。 - 前記抵抗の温度を測定する温度測定部を備え、
前記記録部は、前記抵抗に通電中に、前記温度測定部により通電中に測定された前記抵抗の温度を記録する、又は、通電中か非通電中かを示す情報を付して、前記温度測定部により測定された温度を記録する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の電流センサ。 - 前記記録部は、タイミングを特定する情報と、前記抵抗の温度と、前記抵抗が通電状態であるか否かを示す状態フラグとを対応付けて記憶する、
請求項1から4の何れか1項に記載の電流センサ。 - 前記記録部は、通電状態と非通電状態が切り替わったタイミングと定期的なタイミングとの、少なくとも一方のタイミングで、前記抵抗の温度と前記抵抗が通電状態か否かを示す情報を対応付けて記憶する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の電流センサ。 - 前記抵抗を複数備え、
外部回路から被測定電流を入力する入力インタフェースと、
前記入力インタフェースに接続される前記抵抗を切り替える切替部と、
をさらに備える、請求項1から6の何れか1項に記載の電流センサ。 - 複数の前記抵抗は、
基板上に互いに離間して配置されている、
請求項7に記載の電流センサ。 - 複数の抵抗のうちの第1抵抗の前記温度の履歴と測定された電圧降下とに基づき算出された電流値と、第2抵抗の前記温度の履歴と測定された電圧降下とに基づき算出された電流値とが一致するか否かに基づき、自センサが異常であるか否かを判定する診断部を備える、
請求項7又は8に記載の電流センサ。 - 前記切替部は、自センサが異常と判定された場合に、前記入力インタフェースに接続される前記抵抗を切り替える、
請求項9に記載の電流センサ。 - 測定対象電流が流れる抵抗の温度の履歴を記録し、
前記抵抗での電圧降下の電圧値を測定し、
記録されている温度履歴に基づいて、前記抵抗の初期抵抗値を補正して、現在の実抵抗値を推定し、
推定した実抵抗値と測定された電圧値とから、前記抵抗を流れる電流の電流値を求める、
電流測定方法。
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JP2017243027A JP2019109161A (ja) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | 電流センサおよび電流測定方法 |
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CN113815421A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-12-21 | 浙江吉利控股集团有限公司 | 一种电流测量方法、装置、电子设备及存储介质 |
-
2017
- 2017-12-19 JP JP2017243027A patent/JP2019109161A/ja active Pending
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