JP2021043144A - 電池充放電制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の正極及び負極それぞれにシステムメインリレーが接続された構成において、電流センサのセンサ出力の補正の精度を向上させることができる電池充放電制御システムを提供する。【解決手段】制御装置１４０は、電流センサ１３０のセンサ出力を補正するための補正値を更新する更新モードを有する。電流センサ１３０は、第２システムメインリレー１２０よりも第１システムメインリレー１１０に近い位置に配置される。制御装置１４０は、更新モードでは、各リレー１１０、１２０のうちの電流センサ１３０に近い側の第１リレー１１０をＯＮすると共に他方の第２リレー１２０をＯＦＦした状態で電流センサ１３０のセンサ出力に基づいて補正値を更新する。電流センサ１３０が外乱磁界の影響を受けた状態で補正値が更新されるので、補正値に外乱磁界の影響を含めることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、電池充放電制御システムに関する。

従来より、磁気式の電流センサのセンサ出力を補正する装置が、例えば特許文献１で提案されている。磁気式とは、電流が流れることによって発生する磁界あるいは磁束を検出する方式である。

特開２００４−１９１３０１号公報

ここで、充放電可能な二次電池と電気装置との間に流れる電流を磁気式の電流センサによって検出する構成が知られている。この構成では、電池充放電制御システムによって二次電池と電気装置との電気的接続が制御される。

具体的に、電池充放電制御システムは、二次電池の正極に接続された第１システムメインリレー、二次電池の負極に接続された第２システムメインリレー、及び各リレーのうちのいずれか一方に接続された電流センサを含む。各リレーは、二次電池と電気装置との接続または遮断を行うための電磁式の開閉器である。また、電池充放電制御システムは、各リレーのＯＮ／ＯＦＦの制御や、電流センサの検出信号を処理する制御装置を含む。電池充放電制御システムは、ジャンクションボックスとしてパッケージ化される。

そして、制御装置は、２つのリレーがＯＦＦの状態で電流センサのセンサ出力をするための補正値を取得する。つまり、電流センサのセンサ出力の補正は、各リレーで発生する外乱磁界の影響を受けない状態で行われる。したがって、補正値には外乱磁界の影響は含まれない。

しかしながら、電流センサは磁気式であるので、２つのリレーがＯＮの状態では、電流センサは電磁式の各リレーから外乱磁界の影響を受ける可能性がある。もちろん、電流センサと各リレーとの間に十分な距離がある場合や、リレーの発生磁界が小さい場合等は必ずしも外乱磁界の影響を受けるとは限らないが、電流センサが外乱磁界の影響を受ける場合、電流センサは外乱磁界の影響を含んだセンサ出力を行う。したがって、外乱磁界による精度誤差が補正後のセンサ出力に残されたままになってしまう。

本発明は上記点に鑑み、二次電池の正極及び負極それぞれにシステムメインリレーが接続された構成において、電流センサのセンサ出力の補正の精度を向上させることができる電池充放電制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電池充放電制御システムは、電磁式の第１システムメインリレー（１１０）、電磁式の第２システムメインリレー（１２０）、磁気式の電流センサ（１３０）、及び制御装置（１４０）を含む。第１システムメインリレーは、充放電可能な二次電池（２００）の正極に接続される。第２システムメインリレーは、二次電池の負極に接続される。電流センサは、各リレーのうちのいずれか一方に接続されると共に被測定電流を検出する。制御装置は、各リレーの制御及び電流センサのセンサ出力を処理する。各リレー、電流センサ、及び制御装置はパッケージ化される。

制御装置は、電流センサのセンサ出力を補正するための補正値を更新する更新モードを有する。制御装置は、電流センサから各リレーまでの最短距離が異なる場合には更新モードでは各リレーのうちの電流センサに近い側のリレーをＯＮすると共に他方のリレーをＯＦＦした状態で電流センサのセンサ出力に基づいて補正値を更新する。制御装置は、電流センサから各リレーまでの最短距離が同じ場合には更新モードでは各リレーのうちの一方のリレーをＯＮすると共に他方のリレーをＯＦＦした状態で電流センサのセンサ出力に基づいて補正値を更新する。

これによると、更新モードでは各リレーのうちの少なくとも一方のリレーがＯＮの状態とされる。このため、電流センサが外乱磁界の影響を受けた状態で補正値が更新されるので、補正値に外乱磁界の影響を含めることができる。つまり、電流センサの実使用時に近い状態で補正値を更新することができる。したがって、電流センサのセンサ出力の補正の精度を向上させることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

一実施形態に係る電池充放電制御システムを示した図である。 電池充放電制御システムのシステム停止時の各リレーのＯＮ／ＯＦＦ状態を示した図である。 更新モードにおける各リレーのＯＮ／ＯＦＦ状態を示した図である。 センサ出力の従来実使用特性と理想特性を示した図である。 電池充放電制御システムの変形例を示した図である。

以下、一実施形態について図を参照して説明する。図１に示されるように、電池充放電制御システム１００は、第１システムメインリレー１１０、第２システムメインリレー１２０、電流センサ１３０、及び制御装置１４０を含む。二次電池２００、電池充放電制御システム１００、及び電気装置３００は、例えば車両に搭載される。なお、以下では、第１システムメインリレー１１０を第１リレー１１０とし、第２システムメインリレー１２０を第２リレー１２０とする。

電池充放電制御システム１００において、第１リレー１１０、第２リレー１２０、電流センサ１３０、及び制御装置１４０は、ジャンクションボックスとしてパッケージ化される。すなわち、１つの回路基板に各リレー１１０、１２０、電流センサ１３０、及び制御装置等が実装され、筐体に収容される。

各リレー１１０、１２０は、充放電可能な二次電池２００と電気装置３００との電気的な接続または遮断を行うための電磁式の開閉器である。第１リレー１１０は、二次電池２００の正極に接続される。第２リレー１２０は、二次電池２００の負極に接続される。

二次電池２００は、充放電可能な複数の電池セルを有する電池パックとして構成される。各電池セルは、例えばリチウムイオン電池である。電気装置３００は、二次電池２００を電源として動作するＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ、駆動用モータ等の電気機器である。

電流センサ１３０は、二次電池２００と電気装置３００との間に流れる被測定電流を検出する磁気式のセンサである。電流センサ１３０は、バスバー等の配線に電流が流れることで配線から発生する誘導磁界を検知して電気信号に変換する。

電流センサ１３０は、例えば、センサチップ、バイアス磁石、及び回路チップが基板に実装されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として構成される。センサチップは、例えば、ＧＭＲ素子（Giant Magneto Resistance）、ＴＭＲ素子（Tunneling Magneto Resistance）、ＡＭＲ素子（Anisotropic Magneto Resistance）、ホール素子である。なお、電流センサ１３０はＡＳＩＣではなく、センサチップ等が筐体に収容された構成でも構わない。

電流センサ１３０は、第１リレー１１０と電気装置３００とを繋ぐ配線に流れる電流を検出する。また、電流センサ１３０から各リレー１１０、１２０までの最短距離は異なる。ここで、最短距離とは、電流センサ１３０及び各リレー１１０、１２０のレイアウト上の最短の長さである。具体的には、最短距離は、電流センサ１３０を構成する筐体の外表面から各リレー１１０、１２０を構成する筐体の外表面までの最短の長さ、あるいは電流センサ１３０のセンサチップから各リレー１１０、１２０を構成する筐体の外表面までの最短の長さである。図１に示された構成では、電流センサ１３０は、第２リレー１２０よりも第１リレー１１０に近い位置に配置される。

制御装置１４０は、各リレー１１０、１２０の制御、及び、電流センサ１３０のセンサ出力を信号処理する電子制御装置である。制御装置１４０は、マイクロコンピュータやメモリ等の電子部品を含む。

制御装置１４０は、外部装置の指令に従って各リレー１１０、１２０のＯＮ／ＯＦＦを制御する。外部装置は例えば電気装置３００であるが、他の装置でも構わない。車両の走行時は、図１に示されるように、制御装置１４０は、各リレー１１０、１２０の両方をＯＮに切り替える。車両停車時等の電池充放電制御システム１００のシステム停止時は、図２に示されるように、制御装置１４０は、各リレー１１０、１２０の両方をＯＦＦに切り替える。

制御装置１４０は、電流センサ１３０のセンサ出力を補正するための補正値を有する。補正値は、メモリに記憶されている。制御装置１４０は、補正値を用いた電流センサ１３０のセンサ出力の補正や信号増幅等の信号処理を行い、信号処理後のセンサ出力を必要とする装置に出力する。補正値は、例えばオフセット値である。センサ出力は、例えば電流値に対して一定の増加率で増加する成分であり、電圧成分あるいは電流成分である。

また、制御装置１４０は、特定のタイミングで電流センサ１３０のセンサ出力の補正値を更新する更新モードを有する。すなわち、更新モードは、補正値を学習するモードである。特定のタイミングとは、例えば、電池充放電制御システム１００の起動時やシステム停止時である。更新モードは、例えば電池充放電制御システム１００の起動時毎やシステム停止時毎に実行される。更新モードの頻度は適宜決めることができる。

図３に示されるように、更新モードでは、制御装置１４０は、第２リレー１２０よりも電流センサ１３０に近い第１リレー１１０をＯＮすると共に、第２リレー１２０をＯＦＦした状態で、電流センサ１３０のセンサ出力を取得する。すなわち、電流センサ１３０は、電流が流れていない状態で、かつ、第１リレー１１０で発生する外乱磁界の影響を受けた状態で、センサ出力を行う。

なお、第２リレー１２０は、電流センサ１３０に対して第１リレー１１０よりも遠い位置に配置されている。よって、第２リレー１２０で発生する外乱磁界が電流センサ１３０に与える影響は弱いか、あるいは届かない。

そして、制御装置１４０は、電流センサ１３０から取得したセンサ出力を新たな補正値として更新する。センサ出力は、電流が流れていない状態での電流値であるので、オフセット値に対応する。制御装置１４０は、メモリに記憶された補正値を最新の値に書き換える。このように、更新モードでは、電流センサ１３０の実使用時に近い状態でセンサ出力の補正値を更新することができる。

制御装置１４０は、更新モードの終了後、各リレー１１０、１２０を適切な状態に制御する。更新モードが電池充放電制御システム１００の起動時に実行される場合、図１に示されるように、制御装置１４０は、更新モードの終了後に第２リレー１２０をＯＮする。更新モードが電池充放電制御システム１００のシステム停止時に実行される場合、図２に示されるように、制御装置１４０は、更新モードの終了後に第１リレー１１０をＯＦＦする。

以上説明したように、更新モードでは第２リレー１２０よりも電流センサ１３０に近い第１リレー１１０がＯＮの状態とされる。このため、電流センサ１３０が第１リレー１１０で発生する外乱磁界の影響を受けた状態で制御装置１４０の補正値が更新されるので、補正値に外乱磁界の影響を含めることができる。例えば、各リレー１１０、１２０の外乱磁界の強度が変化したとしても、更新モードが実行されることで最新の補正値に更新されるので、電流センサ１３０の耐久変動をキャンセルすることができる。

図４に示されるように、外乱磁界の影響が含まれない補正値によってセンサ出力が補正された場合、センサ出力の従来実使用特性はオフセット成分が残された特性になってしまう。これに対し、上記のように外乱磁界の影響が含まれた補正値が取得されると共に、外乱磁界の影響が含まれた補正値によってセンサ出力が補正されることで、外乱磁界によるオフセット成分が除去されたセンサ出力の理想特性を得ることができる。以上のようにして、電流センサ１３０のセンサ出力の補正の精度を向上させることができる。

変形例として、図５に示されるように、電流センサ１３０は、第１リレー１１０よりも第２リレー１２０に近い位置に配置されても良い。すなわち、電流センサ１３０は、第２リレー１２０と電気装置３００とを繋ぐ配線に流れる電流を検出する。この場合、更新モードでは第２リレー１２０がＯＮの状態とされ、第１リレー１１０がＯＦＦの状態とされる。

変形例として、電流センサ１３０は、第１リレー１１０と電気装置３００とを繋ぐ配線に流れる電流を検出するが、第１リレー１１０よりも第２リレー１２０に近い位置に配置されても良い。同様に、電流センサ１３０は、第２リレー１２０と電気装置３００とを繋ぐ配線に流れる電流を検出するが、第２リレー１２０よりも第１リレー１１０に近い位置に配置されても良い。

変形例として、電流センサ１３０から各リレー１１０、１２０までの最短距離が同じに設定されても良い。この場合、更新モードでは、制御装置１４０は、各リレー１１０、１２０のうちのいずれか一方をＯＮすると共に他方をＯＦＦした状態でセンサ出力の補正値を更新する。どちらのリレー１１０、１２０をＯＮするかは適宜決めておけば良い。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電池充放電制御システム１００の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、電池充放電制御システム１００は車両用に限られない。電池充放電制御システム１００は車両以外にも適用可能である。

また、二次電池２００は、リチウムイオン電池に限られず、充放電可能に構成されていれば良い。さらに、電気装置３００は、上述のインバータ等に限られず、他の電気設備でも構わない。

１００ 電池充放電制御システム
１１０ 第１システムメインリレー
１２０ 第２システムメインリレー
１３０ 電流センサ
１４０ 制御装置
２００ 二次電池
３００ 電気装置

Claims (3)

1. 充放電可能な二次電池（２００）の正極に接続される電磁式の第１システムメインリレー（１１０）と、前記二次電池の負極に接続される電磁式の第２システムメインリレー（１２０）と、前記各リレーのうちのいずれか一方に接続されると共に被測定電流を検出する磁気式の電流センサ（１３０）と、前記各リレーの制御及び前記電流センサのセンサ出力を処理する制御装置（１４０）と、を含み、前記各リレー、前記電流センサ、及び前記制御装置がパッケージ化された電池充放電制御システムであって、
   前記制御装置は、前記電流センサのセンサ出力を補正するための補正値を更新する更新モードを有し、前記電流センサから前記各リレーまでの最短距離が異なる場合には前記更新モードでは前記各リレーのうちの前記電流センサに近い側のリレーをＯＮすると共に他方のリレーをＯＦＦした状態で前記電流センサのセンサ出力に基づいて前記補正値を更新し、前記電流センサから前記各リレーまでの最短距離が同じ場合には前記更新モードでは前記各リレーのうちの一方のリレーをＯＮすると共に他方のリレーをＯＦＦした状態で前記電流センサのセンサ出力に基づいて前記補正値を更新する電池充放電制御システム。
2. 前記電流センサは、前記第２システムメインリレーよりも前記第１システムメインリレーに近い位置に配置される請求項１に記載の電池充放電制御システム。
3. 前記電流センサは、前記第１システムメインリレーよりも前記第２システムメインリレーに近い位置に配置される請求項１に記載の電池充放電制御システム。

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