JP4245368B2

JP4245368B2 - 電流測定装置および電流測定方法

Info

Publication number: JP4245368B2
Application number: JP2003034178A
Authority: JP
Inventors: 克英菊地; 泰松広; 伸次庖丁; 隆梶原; 誠治佐野
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: JP2004245653A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体に流れる電流の電流値を測定する電流測定装置および電流測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池から出力される電流を測定することは、高性能な電池を製造する際に、あるいは、電池が搭載された装置における電池の出力状況を確認する際に重要である。そして、電流値は正確に計測されることが望ましい。
【０００３】
自動車などに搭載される電池の出力電流を正確に検出するために、電流センサの計測値を補正する補正回路を備える装置が知られている。比較的簡易な構成の装置として、電池と直列に接続された検出抵抗の両端の電圧を検出して、この検出値に基づいて電流センサの計測値を補正するものが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５０４０６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、電池と直列に接続された検出抵抗を利用して電流センサの計測値を補正する場合、検出抵抗を電池に直列に接続していることから、検出抵抗が電池の出力そのものに影響を及ぼしてしまう。また、検出抵抗の温度変化などの誤差要因も考えられ、正確な電流値を計測することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、電流をより正確に測定することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及びその作用・効果】
（１）上記目的を達成するために、本発明に係る電流測定装置は、被測定導体に流れる電流を測定する電流測定装置であって、所定の基準電流値による基準電流を基準用導体に供給する基準電流供給手段と、センサ領域を貫通する電流を検知する電流センサであって、前記被測定導体および前記基準用導体に流れる電流を一括計測することで両電流値の和である複合電流値を出力する電流センサと、前記複合電流値および前記基準電流値に基づいて、前記被測定導体に実際に流れる実電流値を算出する実電流値算出手段とを有するものとする。
【０００８】
上記構成によれば、基準電流を基準用導体に供給するという簡易な構成でありながら、被測定導体に測定対象となる電流を流した状態で電流センサの計測電流値が補正される。つまり、実際の使用環境と同じ状態で計測電流値の補正ができ、被測定導体に流れる電流を極めて正確に測定することができる。
【０００９】
望ましくは、前記基準電流供給手段は、前記基準電流を複数段階に分割して各段階においてそれぞれ異なる基準電流値で供給し、前記実電流値算出手段は、前記各段階に対応する前記複合電流値および前記基準電流値に基づいて前記実電流値を算出するものとする。
【００１０】
望ましくは、前記基準電流供給手段は、前記被測定導体に流れる電流の電流値が実質的に変化しない時間内で、前記基準電流を複数段階に分割して各段階においてそれぞれ異なる基準電流値で供給し、前記実電流値算出手段は、前記複数段階の各段階に対応する前記複合電流値および前記基準電流値に基づいて、前記電流センサのゲイン変動成分およびゼロ点変動成分を補正することで前記実電流値を算出するものとする。
【００１１】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明に係る電流測定装置は、複数の被測定導体に流れる電流をそれぞれ測定する電流測定装置であって、所定の基準電流値による基準電流を基準用導体に供給する基準電流供給手段と、センサ領域を貫通する電流を検知する電流センサであって、前記各被測定導体に対応して設けられ、対応する被測定導体および前記基準用導体に流れる電流を一括計測することで両電流値の和である複合電流値を出力する複数の電流センサと、前記各被測定導体ごとに、前記複合電流値および前記基準電流値に基づいて、前記各被測定導体に実際に流れる実電流値を算出する実電流値算出手段とを有するものとする。
【００１２】
上記構成によれば、基準電流を基準用導体に供給するという簡易な構成でありながら、実際の使用環境と同じ状態で、複数の電流センサの計測電流値をそれぞれ補正することができ、各被測定導体に流れる電流を極めて正確に測定することができる。
【００１３】
望ましくは、前記基準用導体は、前記複数の被測定導体に共用される一続きの導体であり、前記各被測定導体の近傍を通るように配設されるものとする。さらに望ましくは、前記電流センサは、電流により発生する導体周囲の磁束から、その導体に流れる電流を検知する磁電変換型センサとする。
【００１４】
（３）また、上記目的を達成するために、本発明に係る電流測定方法は、被測定導体に流れる電流を測定する電流測定方法であって、所定の基準電流値による電流を基準用導体に供給するステップと、前記被測定導体および前記基準用導体に流れる電流を一括計測することで両電流値の和である複合電流値を計測するステップと、前記複合電流値および前記基準電流値に基づいて、前記被測定導体に実際に流れる実電流値を算出するステップとを有するものとする。
【００１５】
（４）また、上記目的を達成するために、本発明に係る電流測定方法は、複数の起電力部を有する電池の各起電力部から出力される電流を計測することで前記電池の出力電流分布を測定する電流測定方法であって、前記複数の起電力部に共用される基準用導体に、所定の基準電流値による基準電流を供給するステップと、前記各起電力部ごとに、前記各起電力部から出力される電流および前記基準用導体に流れる電流を一括計測することで両電流値の和である複合電流値を計測するステップと、前記各起電力部ごとに、前記複合電流値および前記基準電流値に基づいて、前記各起電力部から実際に出力される実電流値を算出するステップとを有するものとする。
【００１６】
（５）また、上記目的を達成するために、本発明に係る電流測定装置は、複数の導体に対して電磁誘導作用により導体内の電流を測定する複数の電流センサを備えた電流測定装置であって、前記各電流センサを直列に貫通する基準用導体と、前記基準用導体に電流を流す前と後との前記各電流センサの出力の変化に基づいて前記各電流センサの補正を行う補正手段とを有するものとする。
【００１７】
（６）また、上記目的を達成するために、本発明に係る電流測定方法は、複数の導体に対して電磁誘導作用により導体内の電流を測定する複数の電流センサを利用する電流測定方法であって、前記各電流センサを直列に貫通する基準用電流を流すステップと、前記基準用電流を流す前と後との前記各電流センサの出力の変化に基づいて前記各電流センサの補正を行うステップとを有するものとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１には、本発明に係る電流測定装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。並列接続された５つの電池１０は、負荷１２に対して電流を出力している。電流測定装置は各電池１０から出力される電流を測定するものであり、基準電流発生回路２０、基準用導体２２、電流センサ２４および測定制御部３０で構成されている。
【００２０】
電流センサ２４は、電流により発生する導体周囲の磁束から、その導体に流れる電流を検知している。つまり、電流センサ２４は電池１０から負荷１２設けられた電力供給線を通過する電流を電力供給線に対して非接触状態で計測している。各電池１０の出力端子近傍にそれぞれ設置された５つの電流センサ２４は、対応する電池１０が出力する電流をそれぞれ計測しており、各電流センサ２４の計測値は測定制御部３０に出力される。各電流センサ２４には基準用導体２２も貫通している。従って、各電流センサ２４は、対応する電池１０が出力する電流と基準用導体２２を流れる電流との和電流値を出力する。
【００２１】
基準電流発生回路２０は、基準用導体２２を介して各電流センサ２４に基準電流を供給している。基準用導体２２は各電流センサ２４の近傍を通るように配設された一続きの導体であり、基準用導体２２に流れる電流は共通の基準電流となって５つの電流センサ２４を通過する。基準電流発生回路２０は、測定制御部３０の指示に基づいて基準電流値を所定の電流値に制御している。
【００２２】
測定制御部３０は、基準電流発生回路２０から電流センサ２４に供給される基準電流値および電流センサ２４が出力する計測値に基づいて、電池１０から負荷１２に実際に出力されている電流値を算出する。測定制御部３０による電流値の算出手法は次のとおりである。
【００２３】
始めに測定制御部３０は、基準電流発生回路２０から出力される基準電流値を０に制御して、この時の各電流センサ２４の計測電流値を取得する。基準電流値が０なので、各電流センサ２４の計測電流値は、対応する電池１０が出力する電流値に相当する。但し、各電流センサ２４が出力する計測電流値には、電流センサ２４ごとの温度特性や経年劣化などの誤差要因が含まれている。そこで、この誤差要因を各電流センサ２４ごとのゲイン変動成分とゼロ点変動成分としてモデル化すると次式が成立する。
【数１】

ここで、各電流センサ２４の計測電流値をＩ₁〜Ｉ₅（一般値としてＩ_n）、対応する電池１０から負荷１２に実際に出力される実電流値をＩｃ₁〜Ｉｃ₅（一般値としてＩｃ_n）、各電流センサ２４のゲイン変動をＧ₁〜Ｇ₅（一般値としてＧ_n）、各電流センサ２４のゼロ点変動をＺ₁〜Ｚ₅（一般値としてＺ_n）とする。
【００２４】
次に測定制御部３０は、実電流値Ｉｃ_nが変動する前に、つまり、実電流値Ｉｃ_nが一定の値とみなせる時間内に、基準電流発生回路２０を制御して基準電流値をＩａに設定し、この時の各電流センサ２４の計測電流値を取得する。各電流センサ２４の計測電流値をＩｍａ₁〜Ｉｍａ₅（一般値としてＩｍａ_n）とすると次式が成立する。
【数２】

つまり、実電流値Ｉｃ_nに基準電流値Ｉａが加算された値として計測される。
【００２５】
さらに測定制御部３０は、実電流値Ｉｃ_nが一定の値とみなせる時間内に、基準電流発生回路２０を制御して基準電流値をＩｂに設定し、この時の各電流センサ２４の計測電流値を取得する。各電流センサ２４の計測電流値をＩｍｂ₁〜Ｉｍｂ₅（一般値としてＩｍｂ_n）とすると次式が成立する。
【数３】

つまり、実電流値Ｉｃ_nに基準電流値Ｉｂが加算された値として計測される。
【００２６】
第１式から第３式において、Ｉ_n、Ｉｍａ_n、Ｉｍｂ_nは各電流センサ２４から出力される計測電流値つまり既知の値であり、また、Ｉａ，Ｉｂは基準電流発生回路２０を制御して出力する基準電流値なので既知の値である。したがって、第１式から第３式を連立方程式として実電流値Ｉｃ_n、ゲイン変動Ｇ_n、ゼロ点変動Ｚ_nの３値を算出することができる。測定制御部３０は、各電流センサ２４ごとに実電流値Ｉｃ_nを算出する。
【００２７】
このように、ゲイン変動成分とゼロ点変動成分を算出し、これらをキャンセルして実電流値Ｉｃ_nが算出されるため、電流センサ２４ごとの温度特性や経年劣化などの誤差要因を補正した電流値測定が可能になる。しかも、計測対象となる電流が電池１０から出力されている状態で補正が行われているため、実際の使用環境と同じ状態での補正が可能になる。また、負荷１２を制御して電池１０から出力される電流を所望の電流値に制御しながら、各電流値ごとに電流値測定を行うことも可能である。つまり、電池１０の出力状態を変化させながら、各出力状態ごとの測定を行うことも可能である。
【００２８】
図１の構成において、電流値測定は各電流センサ２４ごとに行われている。従って、並列接続された５つの電池１０の出力電流分布を知ることができる。測定対象は並列接続された電池１０に限定されるものではなく、例えば、燃料電池内の所望の位置に電流センサ２４を設置して、燃料電池内の所望の位置における電流出力状態を計測して、燃料電池の出力電流分布を測定してもよい。
【００２９】
図２には、本発明に係る電流測定装置の別の実施形態が示されている。図２は電流測定装置をハイブリッド車に搭載した例を示している。電池１０はインバータ４２に対して電流を供給し、インバータ４２は駆動電流を出力してモータ４４を駆動する。また、発電機４０が発生する電力はインバータ４２を経由して電池１０に供給されて電池１０が充電される。
【００３０】
図２の電流測定装置は、ハイブリッド車内の各部が出力する電流を測定するものであり、基準電流発生回路２０、基準用導体２２、電流センサ２４ａ〜ｃおよび測定制御部３０で構成されている。電流センサ２４ａは電池１０とインバータ４２の間に、電流センサ２４ｂはインバータ４２とモータ４４の間に、電流センサ２４ｃは発電機４０とインバータ４２の間にそれぞれ設けられている。なお、図２の電流測定装置の各部の動作は図１における電流測定装置のものと同じであり、図１において説明した手法により電流センサ２４ａ〜２４ｃごとの温度特性や経年劣化などの誤差要因を補正した電流値測定を行う。
【００３１】
ただし、各電流センサ２４ａ〜２４ｃには、基準用導体２２がそれぞれ異なる回数で巻き回されており、それぞれ異なる倍数の基準電流が供給される。つまり、電流センサ２４ａには基準用導体２２が一度だけ貫通しているのに対して、電流センサ２４ｂには基準用導体２２が巻き回されているため三度貫通し、また、電流センサ２４ｃには二度貫通している。このため、電流センサ２４ａに供給される基準電流に対して、電流センサ２４ｂには三倍、電流センサ２４ｃには二倍の基準電流が供給される。したがって、電流センサ２４ａ〜２４ｃごとに計測対象の電流範囲が異なる場合でも、各電流センサ２４ａ〜２４ｃが計測しようとする電流範囲に対応して基準用導体２２の巻き回し回数を設定することで、各電流センサ２４ａ〜２４ｃごとに基準電流の値を変更した測定が可能となる。
【００３２】
本発明に係る電流測定装置は、ハイブリッド車への搭載に限られるものではない。電流測定を必要とする装置に搭載することで、電流センサの温度特性や経年劣化を考慮した電流測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電流測定装置の好適な実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る電流測定装置の別の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
２０基準電流発生回路、２２基準用導体、２４電流センサ、３０測定制御部。

Claims

被測定導体に流れる電流を測定する電流測定装置であって、
所定の基準電流値による基準電流を基準用導体に供給する基準電流供給手段と、
センサ領域を貫通する電流を検知する電流センサであって、前記被測定導体および前記基準用導体に流れる電流を一括計測することで両電流値の和である複合電流値を出力する電流センサと、
前記複合電流値および前記基準電流値に基づいて、前記被測定導体に実際に流れる実電流値を算出する実電流値算出手段と、
を有し、
前記実電流値算出手段は、複合電流値Ｉ_ｎと実電流値Ｉｃ_ｎと基準電流値Ｉと電流センサのゲイン変動Ｇ_ｎとゼロ点変動Ｚ_ｎとを含む数式Ｉ_ｎ＝Ｇ_ｎ×（Ｉｃ_ｎ＋Ｉ）＋Ｚ_ｎを用いて、前記電流センサから出力される複合電流値と前記基準用導体に供給される基準電流値とを前記数式に適用することにより実電流値を算出する、
ことを特徴とする電流測定装置。
請求項１に記載の電流測定装置であって、
前記基準電流供給手段は、前記基準電流を複数段階に分割して各段階においてそれぞれ異なる基準電流値で供給し、
前記実電流値算出手段は、前記各段階ごとに前記数式を適用することにより得られるそれぞれ異なる基準電流値に対応した複数の数式を用いて実電流値を算出する、
ことを特徴とする電流測定装置。
請求項２に記載の電流測定装置であって、
前記基準電流供給手段は、前記被測定導体に流れる電流の電流値が実質的に変化しない時間内で、前記基準電流を複数段階に分割して各段階においてそれぞれ異なる基準電流値で供給し、
前記実電流値算出手段は、前記複数の数式からなる連立方程式により、実電流値Ｉｃ_ｎとゲイン変動Ｇ_ｎとゼロ点変動Ｚ_ｎとを算出する、
ことを特徴とする電流測定装置。
複数の被測定導体に流れる電流をそれぞれ測定する電流測定装置であって、
所定の基準電流値による基準電流を基準用導体に供給する基準電流供給手段と、
センサ領域を貫通する電流を検知する電流センサであって、前記各被測定導体に対応して設けられ、対応する被測定導体および前記基準用導体に流れる電流を一括計測することで両電流値の和である複合電流値を出力する複数の電流センサと、
前記各被測定導体ごとに、前記複合電流値および前記基準電流値に基づいて、前記各被測定導体に実際に流れる実電流値を算出する実電流値算出手段と、
を有し、
前記実電流値算出手段は、複合電流値Ｉ_ｎと実電流値Ｉｃ_ｎと基準電流値Ｉと電流センサのゲイン変動Ｇ_ｎとゼロ点変動Ｚ_ｎとを含む数式Ｉ_ｎ＝Ｇ_ｎ×（Ｉｃ_ｎ＋Ｉ）＋Ｚ_ｎを用いて、前記各被測定導体ごとに、前記電流センサから出力される複合電流値と前記基準用導体に供給される基準電流値とを前記数式に適用することにより実電流値を算出する、
ことを特徴とする電流測定装置。
請求項４に記載の電流測定装置であって、
前記基準用導体は、前記複数の被測定導体に共用される一続きの導体であり、前記各被測定導体の近傍を通るように配設されることを特徴とする電流測定装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の電流測定装置であって、
前記電流センサは、電流により発生する導体周囲の磁束から、その導体に流れる電流を検知する磁電変換型センサであることを特徴とする電流測定装置。
被測定導体に流れる電流を測定する電流測定方法であって、
所定の基準電流値による電流を基準用導体に供給するステップと、
前記被測定導体および前記基準用導体に流れる電流を一括計測することで両電流値の和である複合電流値を計測するステップと、
前記複合電流値および前記基準電流値に基づいて、前記被測定導体に実際に流れる実電流値を算出するステップと、
を有し、
複合電流値Ｉ_ｎと実電流値Ｉｃ_ｎと基準電流値Ｉと電流センサのゲイン変動Ｇ_ｎとゼロ点変動Ｚ_ｎとを含む数式Ｉ_ｎ＝Ｇ_ｎ×（Ｉｃ_ｎ＋Ｉ）＋Ｚ_ｎを用いて、前記計測された複合電流値と前記基準用導体に供給された基準電流値とを前記数式に適用することにより実電流値を算出する、
ことを特徴とする電流測定方法。
複数の起電力部を有する電池の各起電力部から出力される電流を計測することで前記電池の出力電流分布を測定する電流測定方法であって、
前記複数の起電力部に共用される基準用導体に、所定の基準電流値による基準電流を供給するステップと、
前記各起電力部ごとに、前記各起電力部から出力される電流および前記基準用導体に流れる電流を一括計測することで両電流値の和である複合電流値を計測するステップと、
前記各起電力部ごとに、前記複合電流値および前記基準電流値に基づいて、前記各起電力部から実際に出力される実電流値を算出するステップと、
を有し、
複合電流値Ｉ_ｎと実電流値Ｉｃ_ｎと基準電流値Ｉと電流センサのゲイン変動Ｇ_ｎとゼロ点変動Ｚ_ｎとを含む数式Ｉ_ｎ＝Ｇ_ｎ×（Ｉｃ_ｎ＋Ｉ）＋Ｚ_ｎを用いて、前記各起電力部ごとに、前記計測された複合電流値と前記基準用導体に供給された基準電流値とを前記数式に適用することにより実電流値を算出する、
ことを特徴とする電流測定方法。
電磁誘導作用により導体内の電流を測定する複数の電流センサを備えた電流測定装置であって、
前記複数の電流センサを貫通する一続きの基準用導体と、
所定の基準電流値による基準電流を基準用導体に供給する基準電流供給手段と、
前記各電流センサにより測定される被測定導体に実際に流れる実電流値を算出するにあたって前記各電流センサの補正を行う補正手段と、
を有し、
前記補正手段は、計測電流値Ｉ_ｎと実電流値Ｉｃ_ｎと基準電流値Ｉと電流センサのゲイン変動Ｇ_ｎとゼロ点変動Ｚ_ｎとを含む数式Ｉ_ｎ＝Ｇ_ｎ×（Ｉｃ_ｎ＋Ｉ）＋Ｚ_ｎを用いて、前記各電流センサにより計測された計測電流値と前記各電流センサを貫通する基準電流値とを前記数式に適用することにより、前記各電流センサのゲイン変動成分とゼロ点変動成分を補正する、
ことを特徴とする電流測定装置。
電磁誘導作用により導体内の電流を測定する複数の電流センサを利用する電流測定方法であって、
前記各電流センサを貫通する所定の基準電流値の基準用電流を流すステップと、
前記各電流センサにより測定される被測定導体に実際に流れる実電流値を算出するにあたって前記各電流センサの補正を行うステップと、
を有し、
計測電流値Ｉ_ｎと実電流値Ｉｃ_ｎと基準電流値Ｉと電流センサのゲイン変動Ｇ_ｎとゼロ点変動Ｚ_ｎとを含む数式Ｉ_ｎ＝Ｇ_ｎ×（Ｉｃ_ｎ＋Ｉ）＋Ｚ_ｎを用いて、前記各電流センサにより計測された計測電流値と前記各電流センサを貫通する基準電流値とを前記数式に適用することにより、前記各電流センサのゲイン変動成分とゼロ点変動成分を補正する、
ことを特徴とする電流測定方法。
電磁誘導作用により導体内の電流を測定する複数の電流センサを備えた電流測定装置であって、
前記複数の電流センサを貫通する一続きの基準用導体と、
段階的に電流値を変化させて基準電流を基準用導体に供給する基準電流供給手段と、
前記基準電流の電流値の段階的な変化に応じて前記各電流センサから段階的に出力される複数の計測電流値に基づいて、前記各電流センサのゲイン変動成分とゼロ点変動成分を補正する補正手段と、
を有し、
前記各電流センサに対する前記基準用導体の巻き回し回数に応じて、前記各電流センサを貫通する基準電流値が設定され、
前記補正手段は、前記各電流センサにより測定される被測定導体に実際に流れる実電流値Ｉｃ _ｎと計測電流値Ｉ _ｎと基準電流値Ｉと電流センサのゲイン変動Ｇ _ｎとゼロ点変動Ｚ _ｎとを含む数式Ｉ _ｎ＝Ｇ _ｎ ×（Ｉｃ _ｎ＋Ｉ）＋Ｚ _ｎを用いて、前記各電流センサにより計測された計測電流値と前記各電流センサを貫通する基準電流値とを前記数式に適用することにより、前記各電流センサのゲイン変動成分とゼロ点変動成分を補正する、
ことを特徴とする電流測定装置。
電磁誘導作用により導体内の電流を測定する複数の電流センサを利用する電流測定方法であって、
前記複数の電流センサを貫通する一続きの基準用導体に対して、段階的に電流値を変化させて基準電流を供給するステップと、
前記基準電流の電流値の段階的な変化に応じて前記各電流センサから段階的に出力される複数の計測電流値に基づいて、前記各電流センサのゲイン変動成分とゼロ点変動成分を補正するステップと、
を有し、
前記各電流センサに対する前記基準用導体の巻き回し回数に応じて、前記各電流センサを貫通する基準電流値を設定し、
前記各電流センサにより測定される被測定導体に実際に流れる実電流値Ｉｃ _ｎと計測電流値Ｉ _ｎと基準電流値Ｉと電流センサのゲイン変動Ｇ _ｎとゼロ点変動Ｚ _ｎとを含む数式Ｉ _ｎ＝Ｇ _ｎ ×（Ｉｃ _ｎ＋Ｉ）＋Ｚ _ｎを用いて、前記各電流センサにより計測された計測電流値と前記各電流センサを貫通する基準電流値とを前記数式に適用することにより、前記各電流センサのゲイン変動成分とゼロ点変動成分を補正する、
ことを特徴とする電流測定方法。