JP4738095B2 - 電流検出回路の故障検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、主として、ハイブリッドカー等に搭載される電池の充放電電流を検出する電流検出回路の故障を検出する方法に関する。

ハイブリッドカーは、電池を充放電して、残容量を所定の範囲に保持する。電池の過充電と過放電が電池の性能を著しく低下させるからである。電池の残容量は、電池の充放電電流を積算して演算される。このことから、ハイブリッドカーにおいては、電池の充放電電流を確実に安定して検出することが大切である。電流が検出できなくなると、電流積算して電池容量を得るときは、電池の残量推定が正しく出来なくなったり、電池に悪い影響を与えたりするからである。電池の充放電電流は電流検出回路で検出される。電流検出回路が正常に動作しているかどうかを検出して、電池を正常な状態で充放電できる。

ところで、電流検出回路の故障を検出する回路は開発されている。（特許文献１参照）
特開平９−２３５０１号公報

特許文献１は、３相モータへ電流を供給するインバータ回路と、モータに流れる電流を検出する３個の電流センサと、モータ回転数を検出する回転数検出回路と、電流指令発生回路と電流制御回路とＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ発生回路とから成ってモータ駆動制御を実行するモータ制御回路と、検出電流の演算値が所定値を満足するかを判定し、異常信号を出力するセンサ異常判定手段と、異常信号に基づいて３相モータへ診断電流を供給し、該診断電流による検出診断電流に基づいて電流センサの正常または異常を特定するセンサ特定手段とを備え、センサ正常時ならびに異常時に対応したモータ駆動制御を実行する構造が記載される。

以上の装置は、モータに電流を供給する状態で、電流センサの正常と異常を検出する。たとえばハイブリッドカーにおいては、診断用電流を流すための回路及び検出用回路は通常実装しない。回路が複雑になりコストアップとなるためである。
ところで、電流検出回路のオフセットを検出し除去するため、明らかに電流が流れていない時間を利用してオフセットを検出する方法は一般的である。例えば開閉器を有するシステムでは、開閉器が開状態であれば電流は流れないため、この時間を利用してオフセットを検出することはよく用いられている。ただ、電流を流さない状態では、故障検出を併用することは出来ない。電流検出回路が検出電圧を０として出力するので、電流検出回路の故障を検出できない。それは、電流検出回路が故障して電圧を出力しない状態と、電流検出回路が正常に動作して電流が０のときと同じ信号となるからである。たとえば、出力側にワイヤーハーネスを接続している電流検出回路は、ワイヤーハーネスの接触不良や断線等の故障するときに出力電圧が０Ｖとなり、また、検出電流が０Ａのときにも同じように出力電圧が０Ｖとなる。このため、電流を流さない状態で、ワイヤーハーネス等の故障を検出できない。

本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、正常かどうかを簡単な回路構成で確実に検出できる電流検出回路の故障検出方法を提供することにある。

本発明の電流検出回路の故障検出方法は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
本発明の請求項１の電流検出回路の故障検出方法は、プラスマイナスの電源２、２２、３２に接続されて、検出する電流に対応する電圧を出力端子３、２３、３３に出力する電流検出回路１、２１、３１の故障を検出する方法である。この故障検出方法は、電流検出回路１、２１、３１のプラスマイナスの電源２、２２、３２のいずれか一方の接続を遮断し、出力端子３、２３、３３から出力される出力電圧の変化で、電流検出回路１、２１、３１の正常と故障を検出する。

本発明の電流検出回路の故障検出方法は、電流検出回路１、２１、３１が検出する電流を０Ａとする状態で、電流検出回路１、２１、３１のプラスマイナスの電源２、２２、３２のいずれか一方を遮断し、出力端子３、２３、３３から出力される出力電圧の変化で、電流検出回路１、２１、３１の正常と故障を検出することができる。

本発明の電流検出回路の故障検出方法は、電流検出回路１、３１に、マイナス側の電源２、３２のみを供給して、プラス側の電源２、３２の接続を遮断し、この状態で出力電圧が基準電圧からマイナス側にずれる状態で電流検出回路１、３１を正常と判定し、出力端子３、３３が基準電圧となる状態で電流検出回路１、３１を故障と判定することができる。

本発明の電流検出回路の故障判別方法は、電流検出回路２１、３１に、プラス側の電源２２、３２のみを供給して、マイナス側の電源２２、３２の接続を遮断し、この状態で出力電圧が基準電圧からプラス側にずれる状態で電流検出回路２１、３１を正常と判定し、出力端子２３、３３が基準電圧となる状態で電流検出回路２１、３１を故障と判定することができる。

本発明の請求項５の電流検出回路の故障検出方法は、プラスマイナスの電源２、２２、３２に接続されて、検出する電流に対応する電圧を出力端子３、２３、３３に出力する電流検出回路１、２１、３１の故障を検出する方法である。この故障検出方法は、電流検出回路１、２１、３１のプラスマイナスの電源２、２２、３２のいずれか一方の接続を遮断した状態で、出力端子３、２３、３３から出力される出力電圧にて、電流検出回路１、２１、３１の正常と故障を検出する。

本発明の電流検出回路の故障検出方法は、電流検出回路１、３１に、マイナス側の電源２、３２のみを供給して、プラス側の電源２、３２の接続を遮断し、この状態で出力電圧が基準電圧からマイナス側にずれた状態で電流検出回路１、３１を正常と判定し、出力端子３、３３が基準電圧又は設定電圧以内となった状態で電流検出回路１、３１を故障と判定することができる。

本発明の電流検出回路の故障判別方法は、電流検出回路２１、３１に、プラス側の電源２２、３２のみを供給して、マイナス側の電源２２、３２の接続を遮断し、この状態で出力電圧が基準電圧からプラス側にずれた状態で電流検出回路２１、３１を正常と判定し、出力端子２３、３３が基準電圧又は設定電圧以内となった状態で電流検出回路２１、３１を故障と判定する。

さらに、本発明の電流検出回路の故障判別方法は、基準電圧を０Ｖとすることができる。

本発明は、電流検出回路の正常と故障を簡単な回路構成で確実に検出できる。それは、本発明の請求項１の故障検出方法は、電流検出回路のプラスマイナスの電源のいずれか一方の接続を遮断し、出力端子から出力される出力電圧の変化で、電流検出回路の正常と故障とを検出し、また、本発明の請求項５の故障検出方法は、電流検出回路のプラスマイナスの電源のいずれか一方を遮断した状態で、出力端子から出力される出力電圧にて、電流検出回路の正常と故障を検出するからである。とくに、本発明の故障検出方法は、電流検出回路のプラスマイナスの電源のいずれか一方の接続を遮断して、出力電圧の変化やその電圧値から故障と正常を検出するので、たとえ検出電流を０Ａとする状態においても、ワイヤーハーネスの接触不良や断線等の故障をも確実に検出できる特徴がある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電流検出回路の故障検出方法を例示するものであって、本発明は電流検出回路の故障検出方法を以下に特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１は、本発明の一実施例を示し、電流検出回路１は、プラス側の電源２を遮断するスイッチ９を、電源２のプラス側と電流検出回路１との間に接続している。図２は、本発明の他の実施例を示し、電流検出回路２１は、マイナス側の電源２２を遮断するスイッチ２９を、電源２２のマイナス側と電流検出回路２１との間に接続している。

図１と図２に示す電流検出回路１、２１は、電源２、２２のプラス側とマイナス側に接続されて、検出する電流に対応する電圧を出力端子３、２３に出力する。この電流検出回路１、２１は、電流を測定する電流検出ライン１０、２１０を挿通する貫通孔４、２４を有する。この貫通孔４、２４の周囲には、電流検出ライン１０、２１０に流れる電流で発生する磁束を検出するホール素子型の磁束センサ５、２５を設けている。さらに、図の電流検出回路１、２１は、磁束センサ５、２５で検出される磁束の大きさと方向を電圧の大きさと極性に変換する変換回路６、２６を内蔵している。変換回路６、２６は、電流検出ライン１０、２１０に流れる電流に比例した電圧を出力端子３、２３から出力する。また、変換回路６、２６は、電流検出ライン１０、２１０に流れる電流の方向によって、出力端子３、２３の出力電圧の正負を切り換える。たとえば、図の矢印で示す方向に電流が流れるときに、出力電圧をプラスの電圧とし、矢印と逆向きに電流が流れるときに、出力電圧をマイナス電圧とする。

図の電流検出回路１、２１は、電流検出ライン１０、２１０を貫通孔４、２４に挿通して、磁束を介して電流を検出する。ただし、本発明の電流検出回路の故障検出方法は、必ずしも磁束を介して電流を検出するものに特定しない。電流検出回路は、図示しないが、たとえば電流検出ラインに直列に電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗の両端に誘導される電圧を検出して、電流を検出することもできる。この電流検出回路は、電流を電圧に変換し、さらに電圧を増幅して出力する変換回路を内蔵する。この電流検出回路は、流れる電流の方向で出力電圧のプラスとマイナスが切り換えられる。

電流検出回路１、２１は、図１と図２に示すように、出力端子３、２３とプラスマイナスの電源２、２２との間にダイオード７、２７が接続され、また、プラス側とマイナス側の電源２、２２の間にセンサ回路負荷８、２８が接続された等価回路となる。ダイオード７、２７は、出力端子３、２３とプラス側とマイナス側の電源２、２２に逆バイアスされる方向に接続される。すなわち、プラス側の電源２、２２と出力端子３、２３に接続されるダイオード７Ａ、２７Ａは、出力端子３、２３からプラス側の電源２、２２に電流を流す方向に接続される。また、マイナス側の電源２、２２と出力端子３、２３に接続されるダイオード７Ｂ、２７Ｂは、マイナス側の電源２、２２から出力端子３、２３に電流を流す方向に接続される。このダイオード７、２７は、出力端子３、２３の電圧が電源電圧よりも高くなるのを保護する保護ダイオードの作用をすると共に、静電気対策の作用もする。

センサ回路負荷８、２８は、電流検出回路１、２１の電力消費に起因する等価抵抗である。電流検出回路１、２１が電力を消費することは、電源２、２２のプラス側とマイナス側に抵抗が接続された等価回路となる。この抵抗が電流検出回路１、２１のセンサ回路負荷８、２８となる。

車両に搭載される電流検出回路１、２１は、ワイヤーハーネス等を介して出力端子３、２３をＡ／Ｄコンバータ１１、２１１に接続する。Ａ／Ｄコンバータ１１、２１１でデジタル信号に変換された電流信号は、制御回路（図示せず）に入力される。制御回路は、電流検出回路１、２１で電流を検出しながら、モーター等の供給電流をコントロールし、また電池の充電電流もコントロールする。電流検出回路１、２１は、モーターへの供給電流をコントロールし、また充放電の電流をコントロールするに先だって、後述するように電流検出回路１、２１が正常に動作しているかどうかが判定される。

電流検出回路１、２１は、プラスマイナスの電源２、２２のいずれか一方の接続を遮断し、出力端子３、２３から出力される出力電圧の変化で、電流検出回路１、２１の正常と故障を検出する。図１と図２の電流検出回路１、２１は、プラスマイナスの電源２、２２のいずれか一方の接続を遮断するために、電源２、２２との間にスイッチ９、２９を接続している。図１の電流検出回路１は、プラス側の電源２を遮断するスイッチ９を、電源２のプラス側と電流検出回路１との間に接続している。図２の電流検出回路２１は、マイナス側の電源２２を遮断するスイッチ２９を、電源２２のマイナス側と電流検出回路２１との間に接続している。

以上の電流検出回路１、２１は、以下のようにして故障を検出する。ただし、以下の実施例は、電流を測定する電流検出ライン１０、２１０の電流を０Ａとする状態で、電流検出回路１、２１が正常か故障かを判別する状態を示している。ただ、本発明は、電流検出ラインに電流を流す状態で、電流検出回路が正常か故障かを判別することもできる。

電流検出回路１、２１は、電流検出ライン１０、２１０の電流を０Ａとする状態で、以下のようにして正常か故障かを判別する。電流検出回路１、２１は、スイッチ９、２９を一時的にオフに切り換え、出力端子３、２３の電圧を検出して、電流検出回路１、２１の故障を検出する。スイッチ９、２９をオフに切り換える状態で、電流検出回路１、２１が正常と故障とで出力電圧の電圧が変化するからである。

スイッチ９、２９がオン状態で、電流を０Ａとする状態で、電流検出回路１、２１が正常であれば、出力電圧は０Ｖである。たとえば、電流検出回路１、２１の出力側に接続しているワイヤーハーネスが接触不良又は断線不良故障する等で、出力端子３、２３から信号が出力されなくなると、電流検出回路１、２１において、Ａ／Ｄコンバータ１１、２１１を経由して測定される出力電圧は０Ｖ（＝基準電圧）となる。このように、電流が０Ａであるなら、正常でも、故障でも、出力電圧は０Ｖであるから、ワイヤーハーネスの接触不良等の故障を判定できない。

これに対して、スイッチ９、２９がオフに切り換えられる状態で、電流検出回路１、２１が正常であれば、電流検出回路１、２１が正常に動作すると、図１の電流検出回路１は、図の鎖線で示すように電流が流れて出力端子３に負の電圧が出力され、図２の電流検出回路２１は、図の鎖線で示すように電流が流れて出力端子２３に正の電圧が出力される。一方、このとき、接触不良又は断線等の故障する等があれば、出力電圧が０Ｖとなる。

このような出力電圧において、本実施例においては、正常であれば、スイッチ９、２９がオン状態からオフ状態に移行するとき、出力電圧は、０Ｖから負の電圧、正の電圧に移行する。また、異常であれば、スイッチ９、２９がオン状態からオフ状態に移行しても、出力電圧（０Ｖ）に変化はない。そして、スイッチ９、２９がオン状態からオフ状態に移行するとき、制御回路が、出力電圧の変化が所定値以内であれば、電流検出回路１、２１は接続又は断線不良等の故障と判定でき、また、出力電圧の変化が所定値を超えれば、電流検出回路１、２１は正常と判定する。

また、このような電流検出回路１、２１の動作判定に代わって、スイッチ９、２９がオフに切り換えられる状態で、制御回路が、出力電圧が、設定値を超えた負の電圧、正の電圧が検出されれば、電流検出回路１、２１は正常に動作していると判定でき、設定値以内の出力であれば、電流検出回路１、２１は接続又は断線不良等の故障と判定できる。
上述のように、このような電流検出回路１、２１の正常、故障の動作判定は、Ａ／Ｄコンバータ１１、２１１の出力を入力する制御回路（図示せず）内にて、マイクロプロセッサーを利用するソフトプログラムを実行して、検出、判定される。

正常に動作する図１に示す電流検出回路１は、スイッチ９をオフにする状態で、電源２→出力端子３に接続される出力抵抗１２→出力端子３とプラス側の電源２との間に接続しているダイオード７Ａ→センサ回路負荷８→電源２のマイナス側をループとして電流が流れる。この電流は、出力抵抗１２を電源グランド側から出力端子３側に流れるので、出力端子３は負の電圧が出力される。

また、正常に動作する図２に示す電流検出回路２１は、スイッチ２９をオフにする状態で、電源２２のプラス側→センサ回路負荷２８→出力端子２３とマイナス側の電源２２との間に接続しているダイオード２７Ｂ→出力端子２３に接続される出力抵抗２１２→電源２２をループとして電流が流れる。この電流は、出力抵抗２１２を出力端子２３側から電源グランド側に流れるので、出力端子２３は正の電圧が出力される。

上述のように、図１と図２の電流検出回路１、２１は、故障のときに出力電圧が０Ｖとなる。次に、更に、本発明の他の実施例を、図３を用いて説明する。なお、図３に示す実施例において、前述の図１に示す実施例と同じ構成要素については、上１桁を除く下桁に同符号を付して、その詳細な説明を省略する。

ただ、図３に示すように、出力側にバイアス電圧を供給するバイアス回路３１３が接続される電流検出回路３１は、接触不良又は断線不良故障のときに、スイッチ３９がオン状態、オフ状態で、バイアス回路３１３で特定される基準電圧となり、正常なときは、スイッチ３９がオン状態で、バイアス回路３１３で特定される基準電圧となり、スイッチ３９がオフ状態で、基準電圧から正または負にずれた電圧となる。これらを以下に説明する。この電流検出回路３１は、接続不良又は断線不良故障時として、図の×で示す、バイアス回路３１３と出力側との間で断線すると、スイッチ３９がオン状態、オフ状態でもバイアス回路３１３で特定される基準電圧となる。

一方、正常に動作する電流検出回路３１においては、電流を０Ａとする状態で、バイアス回路３１３で特定される基準電圧となる。そして、スイッチ３９をオフに切り換えると、正常に動作する電流検出回路３１は、負の電圧を出力するので、この電圧がバイアス回路３１３と合成された電圧、すなわち基準電圧からずれた電圧が出力される。スイッチ３９に代わって、破線で示すスイッチ３９’を設けて、これをオフに切り換えると、正常に動作する電流検出回路３１は、正の電圧を出力するので、この電圧がバイアス回路３１３と合成された電圧、すなわち基準電圧からずれた電圧が出力される。

図１と図２の電流検出回路１、２１は、バイアス回路を設けないので、スイッチ９、２９がオフ状態で、故障のときに出力される基準電圧は０Ｖとなる。また、電流検出回路１、２１が正常に動作する状態では、スイッチ９、２９がオフ状態で、出力端子３、２３から負または正の電圧が出力される。

以上の電流検出回路１、２１、３１は、スイッチ９、２９、３９をオフに切り換えるときに、出力端子３、２３、３３の電圧を検出して、正常と故障を検出できる。また、電流検出回路１、２１、３１は、電流を検出するとき、スイッチ９、２９、３９はオンに切り換えられる。図１に示す電流検出回路１は、スイッチ９をオンとして、測定する電流が流れる電流検出ライン１０の電流を遮断する状態では、正常なときも故障のときも出力端子３の電圧は基準電圧の０Ｖとなる。

以上の電流検出回路１、２１、３１がハイブリッドカー等の車両に搭載されると、以下の状態で使用される。すなわち、車両のイグニッションスイッチがオンに切り換えられた直後に、電池に直列に接続しているコンタクタ（図示せず）をオフ状態とする状態で電池の電流を流さない状態として、スイッチ９、２９、３９を一時的にオフに切り換える。出力電圧の変化が所定値以内であれば、電流検出回路は、接触不良又は断線不良等の故障と判定でき、また、出力電圧の変化が所定値を超えれば、電流検出回路は正常と判定する。

また、スイッチ９、２９、３９がオフ状態のとき、この状態で、電流検出回路１、２１、３１の出力端子３、２３、３３の電圧を基準電圧に比較する。出力電圧が基準電圧であるか設定電圧以内であると、故障と判定し、基準電圧からずれた、又は、設定電圧を超える電圧であると、電流検出回路１、２１、３１は正常に動作していると判定する。その後、スイッチ９、２９、３９をオンとして、電流検出回路１、２１、３１を正常な検出動作が行えるようにする。

この時、コンタクタがオンされる前に電流検出回路１、２１、３１のオフセットとして出力端子３、２３、３３を取得しても良い。取得した値が通常想定されるオフセットよりも大きかった場合、電流検出回路１、２１、３１等の故障と判定可能である。

電流検出回路１、２１、３１が正常に動作していることを確認した後、コンタクタをオンに切り換えて、電池を充放電できる状態とする。この状態で、電池に流れる電流を電流検出回路１、２１、３１で検出しながら、電池を充放電させる電流をコントロールしながら、車両を走行させる。

本発明の一実施例にかかる電流検出回路の故障検出方法に使用する回路を示す回路図である。 本発明の他の実施例にかかる電流検出回路の故障検出方法に使用する回路を示す回路図である。 本発明の他の実施例にかかる電流検出回路の故障検出方法に使用する回路を示す回路図である。

符号の説明

１、２１、３１…電流検出回路
２、２２、３２…電源
３、２３、３３…出力端子
４、２４、３４…貫通孔
５、２５、３５…磁束センサ
６、２６、３６…変換回路
７、２７、３７…ダイオード
７Ａ、２７Ａ、３７Ａ…ダイオード
７Ｂ、２７Ｂ、３７Ｂ…ダイオード
８、２８、３８…センサ回路負荷
９、２９、３９…スイッチ
１０、２１０、３１０…電流検出ライン
１１、２１１、３１１…Ａ／Ｄコンバータ
１２、２１２、３１２…出力抵抗
３１３…バイアス回路

Claims (8)

1. プラスマイナスの電源(2)、(22)、(32)に接続されて、検出する電流に対応する電圧を出力端子(3)、(23)、(33)に出力する電流検出回路(1)、(21)、(31)の故障を検出する方法であって、
   電流検出回路(1)、(21)、(31)のプラスマイナスの電源(2)、(22)、(32)のいずれか一方の接続を遮断し、出力端子(3)、(23)、(33)から出力される出力電圧の変化で、電流検出回路(1)、(21)、(31)の正常と故障を検出することを特徴とする電流検出回路の故障検出方法。
2. 電流検出回路(1)、(21)、(31)が検出する電流を０Ａとする状態で、電流検出回路(1)、(21)、(31)のプラスマイナスの電源(2)、(22)、(32)のいずれか一方の接続を遮断し、出力端子(3)、(23)、(33)から出力される出力電圧の変化で、電流検出回路(1)、(21)、(31)の正常と故障を検出する請求項１に記載される電流検出回路の故障検出方法。
3. 電流検出回路(1)、(31)に、マイナス側の電源(2)、(32)のみを供給して、プラス側の電源(2)、(32)の接続を遮断し、この状態で出力電圧が基準電圧からマイナス側にずれる状態で電流検出回路(1)、(31)を正常と判定し、出力端子(3)、(33)が基準電圧となる状態で電流検出回路(1)、(31)を故障と判定する請求項１に記載される電流検出回路の故障判別方法。
4. 電流検出回路(21)、(31)に、プラス側の電源(22)、(32)のみを供給して、マイナス側の電源(22)、(32)の接続を遮断し、この状態で出力電圧が基準電圧からプラス側にずれる状態で電流検出回路(21)、(31)を正常と判定し、出力端子(23)、(33)が基準電圧となる状態で電流検出回路(21)、(31)を故障と判定する請求項１に記載される電流検出回路の故障判別方法。
5. プラスマイナスの電源(2)、(22)、(32)に接続されて、検出する電流に対応する電圧を出力端子(3)、(23)、(33)に出力する電流検出回路(1)、(21)、(31)の故障を検出する方法であって、
   電流検出回路(1)、(21)、(31)のプラスマイナスの電源(2)、(22)、(32)のいずれか一方の接続を遮断した状態で、出力端子(3)、(23)、(33)から出力される出力電圧にて、電流検出回路(1)、(21)、(31)の正常と故障を検出することを特徴とする電流検出回路の故障検出方法。
6. 電流検出回路(1)、(31)に、マイナス側の電源(2)、(32)のみを供給して、プラス側の電源(2)、(32)の接続を遮断し、この状態で出力電圧が基準電圧からマイナス側にずれた状態で電流検出回路(1)、(31)を正常と判定し、出力端子(3)、(33)が基準電圧又は設定電圧以内となった状態で電流検出回路(1)、(31)を故障と判定する請求項５に記載される電流検出回路の故障判別方法。
7. 電流検出回路(21)、(31)に、プラス側の電源(22)、(32)のみを供給して、マイナス側の電源(22)、(32)の接続を遮断し、この状態で出力電圧が基準電圧からプラス側にずれた状態で電流検出回路(21)、(31)を正常と判定し、出力端子(23)、(33)が基準電圧又は設定電圧以内となった状態で電流検出回路(21)、(31)を故障と判定する請求項５に記載される電流検出回路の故障判別方法。
8. 基準電圧を０Ｖとする請求項３、４、６、７のいずれかに記載される電流検出回路の故障検出方法。
   

Images