JP2020071093A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、センサ素子の温度依存性を考慮した電流センサを提供する。【解決手段】電流センサは、センサ素子５とセンサコントローラ１９を備えている。センサ素子は、負荷に供給される電流に応じて特定の物理量を出力する。センサコントローラは、負荷の非通電時のセンサ素子の温度と出力値を取得し、取得した温度と出力値の複数の組から、温度に対する出力値（オフセット）の相関関係を特定する。センサコントローラ１９は、相関関係に基づいて、負荷の通電時のセンサ素子の温度における出力値のオフセットを算出する。センサコントローラ１９は、負荷の通電時のセンサ素子の出力値からオフセットを減じた値から電流値を算出して出力する。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、電流センサに関する。特に、センサ素子の出力値に温度依存のオフセットが含まれる電流センサに関する。

センサ素子の出力値に温度依存のオフセットが含まれる場合がある。オフセットを学習し、正しい電流値を得る技術が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の技術は、電気自動車に適用されている。電流センサは、電源ラインに接続されている平滑コンデンサと、電源ラインから電力供給を受けて動作するセンサ素子を備えている。センサ素子は、負荷に流れる電流を計測する。電流センサのコントローラは、負荷の非通電時におけるセンサ素子の出力値を得るとともに、平滑コンデンサの温度を取得する。コントローラは、温度が前回のオフセット学習時の温度よりも高い場合にそのときのセンサ素子の出力値を新たなオフセットとして記憶する。以降、負荷への通電時は、センサ素子の出力値から新たなオフセットを減じた補正電流値を出力する。

特開２００９−９８０９１号公報

特許文献１の技術では、過去のオフセット学習時の温度よりも高いときに限りオフセットの学習が実行される。それゆえ、温度が低いときには学習が実行されず、学習の頻度が低くなる。また、負荷への通電時にも平滑コンデンサの温度が変化する。特許文献１の技術では、学習後にオフセットは一定に保たれるため、学習後の平滑コンデンサの温度変化には対応できていない。さらには、平滑コンデンサの温度はセンサ素子自身の温度とは異なるため、平滑コンデンサの温度に基づくオフセットの学習では精度に限界がある。特に、電気自動車などでは、走行用のモータに流れる電流を計測する必要があり、センサ素子は、モータを駆動する大電流が流れるバスバの近傍に配置される。バスバを通じて電力変換用のスイッチング素子の熱がセンサ素子に影響を与え得る。センサ素子の温度依存性を相殺する技術には改善の余地がある。

本明細書が開示する電流センサは、負荷に供給される電流に応じて特定の物理量を出力するセンサ素子と、センサ素子の出力値に基づいて電流値を出力するセンサコントローラとを備えている。センサ素子が出力する特定の物理量の典型は電圧である。センサコントローラは、負荷の非通電時のセンサ素子の温度と出力値を取得する。センサコントローラは、取得した温度と出力値の複数の組から、温度に対する出力値の相関関係を特定する。センサコントローラは、特定した相関関係に基づいて、負荷の通電時のセンサ素子の温度における出力値のオフセットを算出する。センサコントローラは、負荷の通電時のセンサ素子の出力値からオフセットを減じた値から電流値を算出して出力する。

本明細書が開示する電流センサは、第一に、通電時の学習を、温度が前回学習時より高い場合に限らない。それゆえ、学習の頻度が増し、オフセットの正確性が高くなる。第二に、センサコントローラは、非通電時のセンサ素子の温度と出力値（すなわちオフセット）の相関関係を特定し、その相関関係に基づいて、通電時のセンサ素子の温度に適したオフセットを算出する。負荷通電中のセンサ素子の温度変化に応じてオフセットが適切に変更される。その結果、従来よりも正確な電流値を出力することができる。

本明細書が開示する電流センサの一例では、電流センサは自動車に搭載されており、負荷は走行用のモータである。センサコントローラは、自動車のシフトポジションがＰレンジとＮレンジの一方であり、かつ、モータの回転数がゼロのときのセンサ素子の温度と出力値を取得し、上記した相関関係を特定する。そのような構成により、走行用モータに流れる電流を正確に計測することができる。な、「Ｐレンジ」はパーキングブレーキが作動している状態を意味しており、「Ｎレンジ」は、ニュートラル状態、すなわち、モータ（及びエンジン）が駆動輪から切り離されている状態を意味する。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電流センサを含む電気自動車の電力系のブロック図である。 電圧コンバータとインバータの回路図である。 電力変換器の底面図である。 電力変換器の正面図である。 端子台の内部構造を示した図である。 ホール素子の出力電圧の温度依存性の一例を示すグラフである。 オフセット学習処理のフローチャートである。 相関関係を特定する処理のフローチャートである。 電流計測処理のフローチャートである。

図面を参照して実施例の電流センサ１０を説明する。電流センサ１０は、電気自動車１００に搭載されている。より詳しくは、電流センサ１０は、直流電源の出力電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器に備えられている。図１に、電流センサ１０を備えた電力変換器２を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。電気自動車１００は、車輪を駆動するための２個のモータ９１ａ、９１ｂを有している。

電気自動車１００は、２個のモータ９１ａ、９１ｂのほか、直流電源１３と、電力変換器２と、上位コントローラ２５を備えている。直流電源１３は、バッテリである。電力変換器２は、直流電源１３の出力電力を、モータ９１ａ、９１ｂの駆動電力に変換する。モータ９１ａ、９１ｂは三相交流モータである。電力変換器２は、直流電源１３の出力電圧を昇圧し、昇圧された電力を三相交流に変換する。電流センサ１０は、電力変換器２が出力する三相交流電流を計測する。

電力変換器２は、電圧コンバータ１１、インバータ１２、冷却器２０、モータコントローラ６、電流センサ１０を備えている。電圧コンバータ１１は、チョッパ型の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、直流電源１３の電圧を昇圧してインバータ１２へ供給する。電圧コンバータ１１は、モータ９１ａ、９１ｂが発電した回生電力を、（インバータ１２で直流電力に変換した後に）、直流電源１３の電圧まで降圧することもできる。

チョッパ型の電圧コンバータ１１は、複数のスイッチング素子９ａ、９ｂのほか、リアクトルとコンデンサを備えている。電圧コンバータ１１の回路構成は後に図２を参照して説明する。図１では、電圧コンバータ１１がスイッチング素子９ａ、９ｂとホール素子５ｇを備えることを模式的に示してある。ホール素子５ｇは、センサコントローラ１９とともに電流センサ１０を構成する。ホール素子５ｇがセンサ素子に相当する。電流センサ１０は、リアクトル（後述）を流れる電流を計測する。また、先に述べたように、電流センサ１０は、電力変換器２が出力する三相交流電流も計測する。

図中の矢印破線は信号の流れを示している。ホール素子５ｇの出力はモータコントローラ６の中のセンサコントローラ１９に送られる。モータコントローラ６は、電流センサ１０の計測データに基づいてスイッチング素子９ａ、９ｂを制御する。スイッチング素子９ａ、９ｂは、モータコントローラ６からの指令により動作する。電圧コンバータ１１の出力側には平滑コンデンサ１７と電圧センサ１８が備えられている。電圧センサ１８は、電圧コンバータ１１の出力電圧（インバータ１２への入力電圧）を計測する。電圧センサ１８の計測値は、モータコントローラ６に送られる。

インバータ１２は、２セットのインバータ回路を含んでいる。それぞれのインバータ回路は、電圧コンバータ１１によって昇圧された直流電力を、モータ９１ａ、９１ｂを駆動する交流電力に変換する。インバータ回路の構成は後に図２を参照して説明する。図１では、インバータ１２がスイッチング素子９ｃ、９ｄを備えることを模式的に示してある。インバータ１２のスイッチング素子９ｃ、９ｄも、モータコントローラ６からの指令により動作する。

インバータ１２がモータ９１ａ（９１ｂ）に供給する交流は、ホール素子５ａ−５ｃ（５ｄ−５ｆ）とセンサコントローラ１９によって計測される。ホール素子５ａ−５ｆの出力もモータコントローラ６のセンサコントローラ１９へ送られる。ホール素子５ａ−５ｇとセンサコントローラ１９が電流センサ１０を構成する。電流センサ１０については後に詳しく説明する。

モータコントローラ６は、上位コントローラ２５から、モータ９１ａ、９１ｂの目標出力指令を受信する。モータコントローラ６は、受信した目標出力指令が実現されるように、各種センサの計測値に基づいて、電圧コンバータ１１とインバータ１２のスイッチング素子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄをフィードバック制御する。上位コントローラ２５は、アクセル開度、車速、直流電源１３の残量などから、モータ９１ａ、９１ｂの目標出力を決定し、その指令（目標出力指令）をモータコントローラ６へ送信する。

上位コントローラ２５には、モータ９１ａの回転数を計測する回転数センサ８１が接続されている。回転数センサ８１が計測するモータ９１ａの回転数は、上位コントローラ２５へ送られる。上位コントローラ２５には、シフトレバー８２も接続されている。シフトレバー８２には、シフトレバー８２のシフトポジションを検知するポジションセンサ８３が備えられている。ポジションセンサ８３によって検知されるシフトポジションも上位コントローラ２５へ送られる。モータ９１ａの回転数のデータと、シフトポジションのデータは、モータコントローラ６を介してセンサコントローラ１９にも送られる。

電力変換器２は、冷却器２０も備えている、冷却器２０は、電圧コンバータ１１のスイッチング素子９ａ、９ｂと、インバータ１２のスイッチング素子９ｃ、９ｄ、電圧コンバータ１１のリアクトル、その他のデバイスを冷却する。冷却器２０は、冷媒が流れる循環路２１と、ラジエータ２３と、ポンプ２２と、温度センサ２４を備えている。循環路２１は、電圧コンバータ１１、インバータ１２、ラジエータ２３を通っている。後述するが、電圧コンバータ１１のスイッチング素子９ａ、９ｂとインバータ１２のスイッチング素子９ｃ、９ｄは、ひとつのユニットにまとめられており、そのユニットに冷媒が送られる。ユニットには複数の冷却チューブ（後述）が含まれており、それら冷却チューブが循環路２１の一部に相当する。ポンプ２２が、ラジエータ２３を通過した冷媒を上記した冷却チューブへ送り込む。温度センサ２４は、冷却チューブへ送り込まれる前の冷媒の温度を計測する。冷媒は水あるいは不凍液である。ポンプ２２は、モータコントローラ６によって制御される。モータコントローラ６は、ポンプ２２を適切に制御し（即ち、冷媒の流量を制御し）、スイッチング素子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの過熱を防止する。

図２に、電圧コンバータ１１とインバータ１２の回路図を示す。電圧コンバータ１１は、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂと、２個のダイオードと、リアクトル１５と、フィルタコンデンサ１４を備えている。２個のスイッチング素子９ａ、９ｂは、電圧コンバータ１１の高電圧端正極１１ｃと高電圧端負極１１ｄの間に直列に接続されている。それぞれのスイッチング素子に対してダイオードが逆並列に接続されている。２個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続の中点と低電圧端正極１１ａの間にリアクトル１５が接続されている。直列接続の中点とリアクトル１５の間に、電流センサ１０のホール素子５ｇが備えられている。ホール素子５ｇは、リアクトル１５に流れる電流に起因して発生する磁界を計測する。ホール素子５ｇの出力はセンサコントローラ１９に送られる（図１参照）。センサコントローラ１９が、ホール素子５ｇの出力に基づいてリアクトル１５を流れる電流を算出し、モータコントローラ６へ送る。すなわち、電流センサ１０は、リアクトル１５を流れる電流（電圧コンバータ１１に流れる電流）を計測する。低電圧端正極１１ａと低電圧端負極１１ｂの間にフィルタコンデンサ１４が接続されている。低電圧端負極１１ｂと高電圧端負極１１ｄは直接に接続されている。２個のスイッチング素子９ａ、９ｂとダイオードを囲っている破線は、半導体モジュール３ｇを表している。半導体モジュール３ｇについては後述する。

先に述べたように、図２の電圧コンバータ１１は双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。図２の電圧コンバータ１１は良く知られているので動作については説明を省略する。

インバータ１２は、２セットのインバータ回路１２ａ、１２ｂを備えている。インバータ回路１２ａについて説明する。インバータ回路１２ａは、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続が３セット並列に接続された回路構造を有している。各スイッチング素子９ｃ、９ｄにダイオードが逆並列に接続されている。破線３ａ−３ｃは、それぞれ半導体モジュールを表している。半導体モジュール３ａ−３ｃのそれぞれは、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続と、各スイッチング素子９ｃ、９ｄに逆並列に接続されたダイオードを収容している。

３個の半導体モジュール３ａ−３ｃ、すなわち、スイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続の３セットは、正極線（正極バスバ３５）と負極線（負極バスバ３６）の間で並列に接続されている。３セットの直列接続のそれぞれの中点から交流が出力される。３セットの直列接続の出力、すなわち、インバータ回路１２ａの出力電流は、出力バスバ４ａ−４ｃとパワーケーブル（不図示）を介してモータ９１ａに送られる。バスバとは、大電流を伝送するのに好適な導体である。バスバは、例えば銅板で作られる。

インバータ回路１２ｂは、インバータ回路１２ａと同じ構造を有している。図示は省略しているが、３個の半導体モジュール３ｄ−３ｆのそれぞれに、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続が収容されている。それぞれのスイッチング素子９ｃ、９ｄにはダイオードが逆並列に接続されている。３セットの直列接続のそれぞれの中点からモータ９１ｂを駆動するための交流が出力される。３セットの直列接続のそれぞれの出力電流は、出力バスバ４ｄ−４ｆと不図示のパワーケーブルを介してモータ９１ｂへ送られる。

出力バスバ４ａに隣接してホール素子５ａが配置されている。同様に、出力バスバ４ｂ（４ｃ）に隣接するようにホール素子５ｂ（５ｃ）が配置されている。ホール素子５ａ（５ｂ、５ｃ）は、出力バスバ４ａ（４ｂ、４ｃ）を流れる電流に起因して生じる磁束を計測する。より具体的には、ホール素子５ａは、通過した磁束に応じた電圧を出力する。ホール素子５ａの出力（電圧）は、モータコントローラ６の中のセンサコントローラ１９に送られる（図１参照）。センサコントローラ１９が、ホール素子５ａ−５ｃのそれぞれの出力値に基づいて、出力バスバ４ａ−４ｃを流れる電流（すなわち三相交流）を算出する。同様に、出力バスバ４ｄ−４ｆに隣接してホール素子５ｄ−５ｆが配置されている。ホール素子５ｄ−５ｆは、出力バスバ４ｄ−４ｆを流れる電流に起因して生じる磁束に応じた電圧を出力する。ホール素子５ｄ−５ｆの出力値に基づいて、センサコントローラ１９が、出力バスバ４ｄ−４ｆを流れる電流（三相交流）を算出する。すなわち、電流センサ１０は、スイッチング素子９ｃ、９ｄの出力電流を計測する。

スイッチング素子９ａ−９ｄは、電力変換用のトランジスタ（パワートランジスタ）である。スイッチング素子９ａ−９ｄは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。

図２の３ａ−３ｇは、半導体モジュールを表している。以下では、半導体モジュール３ａ−３ｇのいずれかひとつを区別なく表すときには、半導体モジュール３と表記する。ひとつの半導体モジュール３には、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（あるいは９ｃ、９ｄ）と、それぞれのスイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードが収容されている。半導体モジュール３の本体は樹脂パッケージであり、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（あるいは９ｃ、９ｄ）は、樹脂パッケージの内部で直列に接続されている。

次に、図３−図５を参照して電力変換器２のハードウエア構成を説明する。図３は、電力変換器２の底面図であり、図４は電力変換器２の正面図である。図３ではケース３０の底を省略しており、図４では、ケース３０の前板を省略している。図３、図４では、ケース３０の一部を省略することで、ケース内部のデバイスレイアウトが見えるようにしてある。

スイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）を収容した複数の半導体モジュール３ａ−３ｇは、複数の冷却チューブ２８とともに、積層ユニット２９を構成している。図３では、積層ユニット２９の両端の冷却チューブに符号２８を付し、残りの冷却チューブには符号を省略した。冷却チューブ２８が、先に説明した冷却器２０の循環路２１に相当する。半導体モジュール３ａ−３ｇと冷却チューブ２８は、１個ずつ交互に積層されており、半導体モジュール３ａ−３ｇのそれぞれの両側に冷却チューブ２８が接している。冷却チューブ２８の内部に冷媒が流れ、接している半導体モジュール３を冷却する。

それぞれの半導体モジュール３の本体から、正極端子３０１、負極端子３０２、出力端子３０３、および制御端子３０４が延びている。先に述べたように、半導体モジュール３の本体内部には、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）の直列接続が収容されている。正極端子３０１、負極端子３０２、出力端子３０３は、それぞれ、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）の直列接続の正極、負極、中点と接続されている。図３では、右端の半導体モジュール３ｇの端子にのみ、符号３０１、３０２、３０３を付した、他の半導体モジュール３ａ−３ｆに対しては、端子を示す符号を省略した。

制御端子３０４は、半導体モジュール３の内部のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）のゲートや、センスエミッタなどに接続されている。制御端子３０４の先端は、回路基板４４に接続されている。回路基板４４には、図１で示したモータコントローラ６が実装されている。モータコントローラ６は、制御端子３０４を介して半導体モジュール３の内部のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）を制御する。

図中の＋Ｙ方向で、平滑コンデンサ１７が積層ユニット２９に隣接している。図中の＋Ｘ方向でリアクトル１５が積層ユニット２９に隣接している。

半導体モジュール３ａ−３ｇの正極端子３０１は正極バスバ３５で平滑コンデンサ１７の一方の電極に接続されており、負極端子３０２は負極バスバ３６で平滑コンデンサ１７の他方の電極に接続されている。リアクトル１５の一端１５ａが、中継バスバ３７で半導体モジュール３ｇの出力端子３０３に接続されている。半導体モジュール３ｇの出力端子３０３は、電圧コンバータ１１において２個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続の中点に相当する（図２参照）。

図中の座標系の−Ｙ方向で端子台４０が積層ユニット２９に隣接している。半導体モジュール３ａ−３ｆの出力端子３０３のそれぞれには出力バスバ４ａ−４ｆのそれぞれが接続されている。端子台４０の本体４２は樹脂で作られている。本体４２を、出力バスバ４ａ−４ｆが通過している。出力バスバ４ａ−４ｃ（４ｄ−４ｆ）の先端は、端子台４０の本体４２の側面にて、パワー端子４０１ａ（４０１ｂ）となっている。半導体モジュール３ａ−３ｃはインバータ回路１２ａを構成し、半導体モジュール３ａ−３ｃの出力端子３０３から三相交流が出力される。出力バスバ４ａ−４ｃの先端に相当するパワー端子４０１ａが、不図示のパワーケーブルに接続される。そのパワーケーブルがモータ９１ａに接続される。半導体モジュール３ｄ−３ｆはインバータ回路１２ｂを構成し、半導体モジュール３ｄ−３ｆの出力端子３０３から三相交流が出力される。出力バスバ４ｄ−４ｆの先端に相当するパワー端子４０１ｂが、不図示の別のパワーケーブルに接続される。別のパワーケーブルがモータ９１ｂに接続される。

端子台４０の本体４２の内部には、先に述べたホール素子５ａ−５ｇが埋設されている。図５に、端子台４０の内部構造を示す。図５は、端子台４０の本体４２を仮想線で描き、本体４２の内部の部品を実線で描いてある。

電流センサ１０について説明する。先に述べたように、電流センサ１０は、ホール素子５ａ−５ｇと、センサコントローラ１９で構成される。

端子台４０の本体を出力バスバ４ａ−４ｆと、中継バスバ３７が通っている。図５に示すように、端子台４０の本体４２には、ホール素子５ａ―５ｇと、リングコア７ａ−７ｇが埋設されている。ホール素子５ａ−５ｆのそれぞれは、出力バスバ４ａ−４ｆのそれぞれに隣接するように配置されている。ホール素子５ｇは、中継バスバ３７に隣接するように配置されている。リングコア７ａは出力バスバ４ａを囲んでいる。リングコア７ａには切欠が設けられており、その切欠にホール素子５ａが配置されているリングコア７ａは磁性体で作られている。リングコア７ａは、出力バスバ４ａを流れる電流が発生する磁束を集める。リングコア７ａが集めた磁束がホール素子５ａを貫く。ホール素子５ａは、磁束の強さに応じた電圧を出力する。ホール素子５ａはセンサ基板４１に接続されている。センサ基板４１には、ホール素子５ａが出力する電圧を、出力バスバ４ａを流れる電流の大きさに変換する回路（センサコントローラ１９）が実装されている。

ホール素子５ｂ−５ｆ、リングコア７ｂ−７ｆ、出力バスバ４ｂ−４ｆについても同様である。要約すると、ホール素子５ａ−５ｆのそれぞれは、出力バスバ４ａ−４ｆのそれぞれに流れる電流に応じた電圧を出力する。同様に、ホール素子５ｇは、中継バスバ３７を流れる電流に応じた電圧を出力する。センサコントローラ１９が、ホール素子５ａ−５ｇの出力値に基づいて、出力バスバ４ａ−４ｆ、中継バスバ３７のそれぞれに流れる電流を算出し、モータコントローラ６へ出力する。

以下、説明の便宜上、出力バスバ４ａ−４ｆのいずれか１個を示すときには出力バスバ４と表記する。出力バスバ４に対応するホール素子をホール素子５と表記する。出力バスバ４が接続されている半導体モジュールを半導体モジュール３と表記し、半導体モジュール３に収容されているスイッチング素子をスイッチング素子９と表記する。中継バスバ３７とホール素子５ｇについての説明は省略する。また、以下では、出力バスバ４に接続されているモータ（モータ９１ａまたはモータ９１ｂ）をモータ９１と表記する。

スイッチング素子９は、直流電源１３の出力電力をモータ９１の駆動電力に変換する。スイッチング素子９の出力電流は出力バスバ４に流れる。端子台４０の本体４２の内部にて、出力バスバ４に隣接するようにホール素子５が配置されている。スイッチング素子９の熱は、出力バスバ４を通じてホール素子５に伝わる。従って、スイッチング素子９の負荷が大きいと、発熱も多くなり、ホール素子５の温度が上昇する。ホール素子５の入力端には予めバイアス電圧が加えられており、ホール素子５を通過する磁束の強さに応じて出力端の電圧が変化する。ただし、磁束ゼロのとき（すなわち、出力バスバ４に電流が流れていないとき）にも一定の電圧が出力される。出力バスバ４が非通電時のときのホール素子５の出力電圧がオフセットに相当する。出力バスバ４が通電時のホール素子５の出力電圧からオフセットを減じることで、出力バスバ４に流れる電流に対応した出力電圧が得られる。

図６に、ホール素子５の出力電圧の温度依存性の一例を示す。図６は、出力バスバ４に電流が流れていないときのホール素子５の出力電圧を示している。例えば、ホール素子５の温度が温度Ｔ１のとき、ホール素子５の出力電圧は電圧Ｖ１であるが、ホール素子５の温度が温度Ｔ２に上昇すると、出力電圧は電圧Ｖ２に変化する。このように、バスバ非通電時のホール素子５の出力電圧には温度依存性がある。そこで、電流センサ１０は、バスバ非通電時のホール素子５の温度と出力電圧（すなわちオフセット）との相関関係を特定する。特定された相関関係を使って、出力バスバ４に通電時の素子温度におけるオフセットを決定し、そのときのホール素子５の出力電圧からオフセットを減じた値に基づいて出力バスバ４の電流を算出する。なお、「出力バスバ４の非通電時」とは、負荷であるモータ９１の非通電時と等価である。「出力バスバ４の通電時」とは、負荷であるモータ９１の通電時と等価である。

ホール素子５の温度は、ホール素子５に温度センサを設けて計測してもよい。しかし、実施例の電流センサ１０では、モータ９１に流れる電流と、冷却器２０の冷媒の温度を計測する温度センサ２４の計測値と、電力変換器２の内部の電圧を計測する電圧センサ１８の計測値から、ホール素子５の温度を推定する。温度センサ２４の計測温度は、スイッチング素子９の温度と正の相関関係がある。また、モータに流れる電流と電力変換器２の内部の電圧もスイッチング素子９の温度と正の相関関係がある。そして、スイッチング素子９の温度とホール素子５の温度の間にも正の相関関係がある。それらの相関関係は、予め実験や評価試験で得られる。センサコントローラ１９には、モータに流れる電流、温度センサ２４と電圧センサ１８の計測値と、ホール素子５の温度の相関関係が記憶されている。センサコントローラ１９は、それら祖間関係を用いて、各種のセンサデータからホール素子５の温度を推定する。説明の便宜上、以下では、ホール素子５の温度を素子温度と称する。

オフセットが素子温度に依存することから、センサコントローラ１９は、停車中にオフセットの温度依存性を学習する。そして、走行中の電流計測処理において、そのときの素子温度に基づいてオフセットを算出し、ホール素子５の出力電圧からオフセットを減じる。センサコントローラ１９は、温度依存性を考慮したオフセットを減じた後のホール素子５の出力電圧に基づいて電流値を算出する。電流を計測するときの素子温度に基づいてオフセットを決定することから、走行中に素子温度が変化しても、正確な電流値を得ることができる。

図７に、オフセット学習処理のフローチャートを示す。図７の処理は、センサコントローラ１９により定期的に実行される。センサコントローラ１９は、まず、走行用のモータ９１（出力バスバ４）が非通電状態か否かをチェックする（ステップＳ２）。センサコントローラ１９は、モータ９１の回転数（回転速度）がゼロであり、かつ、シフトポジションがＰレンジ（パーキングレンジ）とＮレンジ（ニュートラルレンジ）の一方である場合に、モータ９１が非通電状態であると判断する。モータ９１の回転数は、回転数センサ８１（図１参照）が計測し、上位コントローラ２５を介してセンサコントローラ１９に送られる。シフトポジションは、ポジションセンサ８３（図１参照）が検知し、上位コントローラ２５を介してセンサコントローラ１９に送られる。なお、アクセルが踏まれているにも関わらずに駆動輪が車輪止めに乗り掛かっているときなど、回転数がゼロであってもモータ９１に通電されている状況は起こり得る。そこで、センサコントローラ１９は、シフトポジションがＰレンジとＮレンジの一方であることを、非通電判定の条件としている。

モータ９１が通電状態のときにはオフセット学習は行われない（ステップＳ２：ＮＯ）。モータ９１が非通電状態のとき、ステップＳ３からステップＳ６で学習処理が行われる。センサコントローラ１９は、ホール素子５の温度を推定する（ステップＳ３）。温度推定の方法は前述したとおりである。次に、センサコントローラ１９は、ホール素子５の出力電圧を取得する（ステップＳ４）。そして、センサコントローラ１９は、ステップＳ３で推定した素子温度と、ステップＳ４で取得した出力電圧の組を記憶する（ステップＳ５）。次にセンサコントローラ１９は、素子温度とオフセットの相関関係を特定する（ステップＳ６）。相関関係特定処理は、図８に示してある。なお、以下では、素子温度と出力電圧の組をデータセットと称する。

センサコントローラ１９は、記憶したデータセットから、素子温度とオフセットの関係を特定する処理（ステップＳ６）を実施する。図８に、素子温度とオフセットの関係特性処理のフローチャートを示す。

センサコントローラ１９は、記憶しているデータセットの数に応じて異なるアルゴリズムで素子温度とオフセットの相関関係を特定する。データセットが１組しか記憶されていない場合は、その組の出力電圧をオフセットとする（ステップＳ１３）。データセットが１組しかないので、オフセットは温度に関わらずに一定である。

データセットが２組記憶されている場合、センサコントローラ１９は、それら２組のデータセットから、素子温度とオフセットの相関関係を直線近似する（ステップＳ１４）。データセットが３組以上記憶されている場合には、センサコントローラ１９は、素子温度とオフセットの相関関係を、データセットの組数に応じて多項式近似する。こうして、素子温度に対するオフセットの相関関係が特定される。データセットの数が多くなるほど素子温度に対するオフセットの値が正確になっていく。なお、ここでは、データセットが３組以上記憶されている場合に多項式近似を用いた。しかし、データセットの数が２組以上のときには常に直線近似で素子温度とオフセットの相関関係を特定してもよい。

図７と図８の処理は定期的に実行される。図７と図８の処理は、例えば、信号で車両が停止される毎に実行される。図７と図８の処理が実行される毎に、データセットの数が増え、学習が進み、オフセットが正確になっていく。

図９に、オフセットの使い方、すなわち、走行中の電流計測処理のフローチャートを示す。走行中、センサコントローラ１９は定期的に図９の処理を実行する。センサコントローラ１９は、ホール素子５の温度（素子温度）を推定する（ステップＳ２２）。推定方法は前述したとおりである。次に、センサコントローラ１９は、素子温度と相関関係からそのときのオフセットを算出する（ステップＳ２３）。次にセンサコントローラ１９は、ホール素子の出力電圧を取得する（ステップＳ２４）。次にセンサコントローラ１９は、出力電圧からオフセットを減じた値から電流値を算出する。オフセットを減じた後の出力電圧と出力バスバを流れる電流の間には比例関係がある。それゆえ、センサコントローラ１９は、オフセットを減じた出力電圧に比例定数を乗じて電流値を得る。最後にセンサコントローラ１９は、算出した電流値をモータコントローラ６に出力する（ステップＳ２６）。

実施例で説明した電流センサ１０は、モータ非通電時の素子温度と出力電圧から、素子温度に対するオフセットの相関関係を特定する。モータに電流が流れている間、センサコントローラ１９は、最新の素子温度に基づいてオフセットを算出し、ホール素子の出力電圧からオフセットを減じる。最新の素子温度に応じたオフセットを用いるので、電流センサ１０は、電流の計測精度が高い。電力変換器２は、電流センサ１０の出力に基づいてモータ９１ａ、９１ｂを制御する。モータ９１ａ、９１ｂは三相交流モータである。電流センサ１０のオフセットが不正確だと、モータの制御が不正確になり、モータ９１ａ、９１ｂの回転が脈動することがある。走行用モータ９１ａ、９１ｂの回転の脈動は、モータ９１ａ、９１ｂに連結されているギアセットの脈動を引き起こす。ギアセットの脈動は、騒音や車両振動の原因になり得る。実施例の電流センサ１０を用いた電気自動車１００は、オフセットの不正確さに起因する騒音や車両振動を抑制することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。走行用のモータ９１ａ（またはモータ９１ｂ）が負荷の一例である。電流センサ１０は、負荷（すなわちモータ９１ａまたはモータ９１ｂ）に供給される電流を計測する。ホール素子５ａ−５ｇがセンサ素子の一例である。実施例では、センサコントローラ１９は、モータに流れる電流と冷媒温度と電力変換器内の電圧に基づいてホール素子の温度を推定する。本明細書が開示する電流センサにおいては、センサ素子の温度を計測する温度センサを備えてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電力変換器
３、３ａ−３ｇ：半導体モジュール
４、４ａ−４ｆ：出力バスバ
５、５ａ−５ｇ：ホール素子
６：モータコントローラ
７ａ−７ｇ：リングコア
９、９ａ−９ｄ：スイッチング素子
１０：電流センサ
１１：電圧コンバータ
１２：インバータ
１３：直流電源
１９：センサコントローラ
２０：冷却器
２４：温度センサ
２５：上位コントローラ
９１、９１ａ、９１ｂ：モータ
１００：電気自動車

Claims (3)

1. 負荷に供給される電流に応じて特定の物理量を出力するセンサ素子と、
   前記センサ素子の出力値に基づいて電流値を出力するセンサコントローラと、
   を備えており、
   前記センサコントローラは、
   前記負荷の非通電時の前記センサ素子の温度と前記出力値を取得し、
   取得した前記温度と前記出力値の複数の組から、前記温度に対する前記出力値の相関関係を特定し、
   前記相関関係に基づいて、前記負荷の通電時の前記センサ素子の前記温度における前記出力値のオフセットを算出し、
   前記負荷の通電時の前記センサ素子の前記出力値から前記オフセットを減じた値から電流値を算出して出力する、
   電流センサ。
2. 前記電流センサは自動車に搭載されており、
   前記負荷は走行用のモータであり、
   前記センサコントローラは、自動車のシフトポジションがＰレンジとＮレンジの一方であり、かつ、前記モータの回転数がゼロのときの前記センサ素子の前記温度と前記出力値を取得し、前記相関関係を特定する、請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記電流センサは、電源電力を前記モータの駆動電力に変換する電力変換器に備えられており、
   前記自動車は、前記電力変換器を冷却する冷媒の温度を計測する温度センサを備えており、
   前記センサコントローラは、前記モータに流れる電流と前記温度センサの計測値と前記電力変換器内の電圧に基づいて前記センサ素子の前記温度を推定する、請求項２に記載の電流センサ。

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