JP7097741B2 - Current detection system, power storage system - Google Patents

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Description

本発明は、電池などの対象物に流れる電流を検出する電流検出システム、蓄電システムに関する。 The present invention relates to a current detection system and a power storage system that detect a current flowing through an object such as a battery.

近年、ハイブリッド車(HV)、プラグインハイブリッド車(PHV)、電気自動車(EV)が普及してきている。さらにモータ走行による航続距離を伸ばすために、セルやモジュールを並列接続して電池容量が増加された車両が増えてきている。安全性を確保しつつモータ走行による航続距離を伸ばすには、セルのSOC(State Of Charge)を高精度に管理することが重要となる。セルに電流が流れている期間において、セルのSOCを推定するには、電流積算法を用いることが一般的である。電流積算法は、充放電開始時のセルのOCV(Open Circuit Voltage)に対応するSOCを初期値として、当該SOCの初期値に充放電電流の積算値を加算することにより、現在のSOCを推定する方法である。 In recent years, hybrid vehicles (HVs), plug-in hybrid vehicles (PHVs), and electric vehicles (EVs) have become widespread. Furthermore, in order to extend the cruising range by motor driving, the number of vehicles with increased battery capacity by connecting cells and modules in parallel is increasing. In order to extend the cruising range by motor running while ensuring safety, it is important to manage the SOC (State Of Charge) of the cell with high accuracy. In order to estimate the SOC of the cell during the period when the current is flowing through the cell, it is common to use the current integration method. The current integration method estimates the current SOC by adding the integrated value of charge / discharge current to the initial value of the SOC, with the SOC corresponding to the OCV (Open Circuit Voltage) of the cell at the start of charging / discharging as the initial value. How to do it.

電流積算法により高精度にSOCを推定するには、電流センサの検出精度を向上させることが重要である(例えば、特許文献1参照)。上述のように車載電池の容量増加に伴い、セルに流れる電流の値が大きくなってきており、広い電流検出範囲を持つ電流センサが必要になってきている。 In order to estimate SOC with high accuracy by the current integration method, it is important to improve the detection accuracy of the current sensor (see, for example, Patent Document 1). As described above, with the increase in the capacity of the in-vehicle battery, the value of the current flowing through the cell is increasing, and a current sensor having a wide current detection range is required.

特開2004-226154号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-226154

しかしながら、広い電流検出範囲を持つ電流センサは、オフセット誤差が大きくなる傾向にある。電流検出範囲が広く検出精度が高い電流センサを汎用品で見つけるのは難しく、仮に存在した場合でも単価が高くなる。 However, a current sensor having a wide current detection range tends to have a large offset error. It is difficult to find a current sensor with a wide current detection range and high detection accuracy as a general-purpose product, and even if it exists, the unit price will be high.

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、広範囲の電流を高精度に検出する技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of these circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for detecting a wide range of currents with high accuracy.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電流検出システムは、所定の検出対象に流れる電流を検出する第1電流検出部と、前記第1電流検出部より電流検出範囲が広く、かつ前記第1電流検出部より電流検出精度が低い電流検出部であり、前記検出対象に流れる電流を、前記第1電流検出部と並行して検出する第2電流検出部と、前記第1電流検出部により検出された電流値を積算した第1積算値と、前記第2電流検出部により検出された電流値を積算した第2積算値との差分をもとに、前記第1電流検出部の電流検出範囲を超えた期間における前記第1電流検出部の出力値を補正する補正部と、を備える。 In order to solve the above problems, the current detection system according to an embodiment of the present invention has a wider current detection range than the first current detection unit for detecting the current flowing through a predetermined detection target and the first current detection unit. A current detection unit having a lower current detection accuracy than the first current detection unit, a second current detection unit that detects the current flowing through the detection target in parallel with the first current detection unit, and the first current detection unit. Based on the difference between the first integrated value obtained by integrating the current values detected by the unit and the second integrated value obtained by integrating the current values detected by the second current detecting unit, the first current detecting unit A correction unit for correcting the output value of the first current detection unit in a period exceeding the current detection range is provided.

本発明によれば、広範囲の電流を高精度に検出することができる。 According to the present invention, a wide range of currents can be detected with high accuracy.

本発明の実施の形態に係る電流検出システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the current detection system which concerns on embodiment of this invention. 図2(a)、(b)は、第1電流検出部の構成例を示す図である。2 (a) and 2 (b) are diagrams showing a configuration example of the first current detection unit. 図3(a)-(c)は、第1電流検出部及び第2電流検出部により検出される電流波形の一例を示す図である。3 (a)-(c) are diagrams showing an example of a current waveform detected by the first current detection unit and the second current detection unit. 図1の電流検出システムを、車載用の蓄電システムに適用した例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example which applied the current detection system of FIG. 1 to the electric power storage system for vehicle.

図1は、本発明の実施の形態に係る電流検出システム50の構成を示す図である。電流検出システム50は、対象物5に流れる電流を検出するシステムであり、第1電流検出部11、第2電流検出部12及び補正部15を備える。対象物5は、電流経路Pc上に接続された電池や負荷である。第1電流検出部11及び第2電流検出部12は、対象物5が接続された電流経路Pcに流れる電流を同時並行で検出する。第1電流検出部11は、第2電流検出部12より検出精度が高いが、第2電流検出部12より電流検出範囲(以下、レンジという)が狭い。第1電流検出部11のレンジ外の電流が流れた場合、第1電流検出部11の保証外の値となるため、第2電流検出部12で検出された値を使用する必要がある。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a current detection system 50 according to an embodiment of the present invention. The current detection system 50 is a system that detects the current flowing through the object 5, and includes a first current detection unit 11, a second current detection unit 12, and a correction unit 15. The object 5 is a battery or a load connected on the current path Pc. The first current detection unit 11 and the second current detection unit 12 simultaneously detect the current flowing in the current path Pc to which the object 5 is connected. The first current detection unit 11 has higher detection accuracy than the second current detection unit 12, but has a narrower current detection range (hereinafter referred to as a range) than the second current detection unit 12. When a current outside the range of the first current detection unit 11 flows, the value is out of the guarantee of the first current detection unit 11, so it is necessary to use the value detected by the second current detection unit 12.

図2(a)、(b)は、第1電流検出部11の構成例を示す図である。図2(a)に示す構成例1は、第1電流検出部11を、ホール素子11a、差動アンプ11b及びA/D変換器11cで構成する例である。ホール素子11aはホール効果を利用して、電流経路Pcに流れる電流により発生する磁界を電圧に変換して出力する。ホール素子11aは例えば、電流経路Pcの近傍に設置された磁気コアのギャップ内に設置される。磁気コアは電流配線を囲むように設置されてもよい。ホール素子11aには定電流が供給されており、ホール素子11aは磁気コアに発生した磁界に応じた電圧を出力する。 2A and 2B are diagrams showing a configuration example of the first current detection unit 11. Configuration example 1 shown in FIG. 2A is an example in which the first current detection unit 11 is configured by the Hall element 11a, the differential amplifier 11b, and the A / D converter 11c. The Hall element 11a utilizes the Hall effect to convert the magnetic field generated by the current flowing in the current path Pc into a voltage and output it. The Hall element 11a is installed, for example, in the gap of the magnetic core installed in the vicinity of the current path Pc. The magnetic core may be installed so as to surround the current wiring. A constant current is supplied to the Hall element 11a, and the Hall element 11a outputs a voltage corresponding to the magnetic field generated in the magnetic core.

差動アンプ11bはホール素子11aから入力される電圧を増幅して出力する。A/D変換器11cは、差動アンプ11bから入力されるアナログ電圧をデジタル値に変換して出力する。 The differential amplifier 11b amplifies and outputs the voltage input from the Hall element 11a. The A / D converter 11c converts the analog voltage input from the differential amplifier 11b into a digital value and outputs it.

図2(b)に示す構成例2は、第1電流検出部11を、シャント抵抗Rs、差動アンプ11b及びA/D変換器11cで構成する例である。シャント抵抗Rsは電流経路Pcを構成する配線に挿入される。差動アンプ11bはシャント抵抗Rsの両端電圧を増幅して出力する。A/D変換器11cは、差動アンプ11bから入力されるアナログ電圧をデジタル値に変換して出力する。 Configuration example 2 shown in FIG. 2B is an example in which the first current detection unit 11 is configured by the shunt resistor Rs, the differential amplifier 11b, and the A / D converter 11c. The shunt resistance Rs is inserted into the wiring constituting the current path Pc. The differential amplifier 11b amplifies and outputs the voltage across the shunt resistor Rs. The A / D converter 11c converts the analog voltage input from the differential amplifier 11b into a digital value and outputs it.

図2(a)に示す構成例1及び図2(b)に示す構成例2のいずれにおいても、第1電流検出部11の出力値にオフセット誤差が発生し得る。差動アンプ11b及びA/D変換器11cでは、レンジが広いものほどオフセット誤差が発生しやすく、発生したオフセット誤差も大きなものとなる。特にA/D変換器はレンジが広く、高分解能・高精度なものを実現することが難しい。レンジが広いA/D変換器は、検出精度が低くなる傾向にある。またホール素子11a及びシャント抵抗Rsについても、プロセスや環境条件などにより、無視できないオフセット誤差が発生することがある。 In any of the configuration example 1 shown in FIG. 2A and the configuration example 2 shown in FIG. 2B, an offset error may occur in the output value of the first current detection unit 11. In the differential amplifier 11b and the A / D converter 11c, the wider the range, the more likely the offset error is to occur, and the larger the offset error is. In particular, A / D converters have a wide range, and it is difficult to realize high resolution and high accuracy. A / D converters with a wide range tend to have low detection accuracy. Further, with respect to the Hall element 11a and the shunt resistor Rs, an offset error that cannot be ignored may occur depending on the process, environmental conditions, and the like.

第1電流検出部11と第2電流検出部12は、同じ構成例のものが用いられてもよいし、異なる構成例のものが用いられてもよい。いずれにしても、第2電流検出部12の方が第1電流検出部11よりレンジが広く、検出精度が低いものが用いられる。 As the first current detection unit 11 and the second current detection unit 12, the same configuration example may be used, or different configuration examples may be used. In any case, the second current detection unit 12 has a wider range and lower detection accuracy than the first current detection unit 11.

図3(a)-(c)は、第1電流検出部11及び第2電流検出部12により検出される電流波形の一例を示す図である。図3(a)-(c)は、電流経路Pcに、振幅が±600Aの正弦波電流が流れている場合のシミュレーション結果である。縦軸は電流を示し、横軸は時間を示す。第1レンジは第1電流検出部11の電流検出範囲を示し、第2レンジは第2電流検出部12の電流検出範囲を示す。図3(a)-(c)に示す例では第1レンジが±400Aに設定されており、第2レンジが±800A以上に設定されている。第1電流検出部11のオフセット誤差は0A、第2電流検出部12のオフセット誤差は-40Aとしている。 3 (a)-(c) is a diagram showing an example of a current waveform detected by the first current detection unit 11 and the second current detection unit 12. 3 (a)-(c) are simulation results when a sinusoidal current having an amplitude of ± 600 A is flowing in the current path Pc. The vertical axis shows the current and the horizontal axis shows the time. The first range indicates the current detection range of the first current detection unit 11, and the second range indicates the current detection range of the second current detection unit 12. In the example shown in FIGS. 3A to 3C, the first range is set to ± 400A, and the second range is set to ± 800A or more. The offset error of the first current detection unit 11 is 0A, and the offset error of the second current detection unit 12 is −40A.

図3(b)は、第1電流検出部11で検出された電流波形を示している。図3(b)では±400Aを超えるレンジについても正しく電流波形が描かれているが、実測する場合には±400Aを超えるレンジについては、値が保証されない。図3(c)は、第2電流検出部12により検出された電流波形を示している。第2電流検出部12はオフセット誤差により、実際の電流値より40A低い電流値を出力している。図3(a)は、後述する選択部15bから出力される電流値の波形を示している。第1レンジ内の電流値にはオフセット誤差がなく、第1レンジ外で第2レンジ内の電流値にはオフセット誤差が含まれるが、値は保証される。 FIG. 3B shows the current waveform detected by the first current detection unit 11. In FIG. 3B, the current waveform is correctly drawn even in the range exceeding ± 400 A, but the value is not guaranteed in the range exceeding ± 400 A in the actual measurement. FIG. 3C shows the current waveform detected by the second current detection unit 12. The second current detection unit 12 outputs a current value 40 A lower than the actual current value due to an offset error. FIG. 3A shows a waveform of a current value output from the selection unit 15b, which will be described later. The current value in the first range has no offset error, and the current value outside the first range and in the second range includes an offset error, but the value is guaranteed.

図1に戻る。第1電流検出部11及び第2電流検出部12により検出された電流値は、それぞれ補正部15に出力される。補正部15は、第1電流検出部11により検出された電流値を積算した第1積算値と、第2電流検出部12により検出された電流値を積算した第2積算値との差分をもとに、第1レンジを超えた期間における第1電流検出部11の出力値を補正する。以下、補正部15の具体的な構成例を説明する。 Return to FIG. The current values detected by the first current detection unit 11 and the second current detection unit 12 are output to the correction unit 15, respectively. The correction unit 15 also has a difference between the first integrated value obtained by integrating the current values detected by the first current detecting unit 11 and the second integrated value obtained by integrating the current values detected by the second current detecting unit 12. In addition, the output value of the first current detection unit 11 in the period exceeding the first range is corrected. Hereinafter, a specific configuration example of the correction unit 15 will be described.

補正部15は、レンジ判定部15a、選択部15b、補償値加算部15c、第1積算部15d、第2積算部15e、差分算出部15f及び補償部15gを含む。補正部15は例えば、マイクロコンピュータなどを用いたデジタル信号処理で実現できる。なお補正部15の全体または一部の機能をハードウェア素子で実現してもよい。 The correction unit 15 includes a range determination unit 15a, a selection unit 15b, a compensation value addition unit 15c, a first integration unit 15d, a second integration unit 15e, a difference calculation unit 15f, and a compensation unit 15g. The correction unit 15 can be realized by, for example, digital signal processing using a microcomputer or the like. It should be noted that the functions of all or part of the correction unit 15 may be realized by a hardware element.

レンジ判定部15aは、第1電流検出部11及び/又は第2電流検出部12により検出された電流値をもとに、電流経路Pcに流れている電流が第1レンジに収まっているか否か判定する。レンジ判定部15aは、判定結果を選択部15bに出力する。 The range determination unit 15a determines whether or not the current flowing in the current path Pc is within the first range based on the current value detected by the first current detection unit 11 and / or the second current detection unit 12. judge. The range determination unit 15a outputs the determination result to the selection unit 15b.

選択部15bは、当該判定結果が第1レンジ内を示す場合は第1電流検出部11の出力値を第1積算部15dに出力し、当該判定結果がレンジ外を示す場合は、補償値加算部15cの出力値を第1積算部15dに出力する。 The selection unit 15b outputs the output value of the first current detection unit 11 to the first integration unit 15d when the determination result indicates that it is within the first range, and adds the compensation value when the determination result indicates that it is outside the range. The output value of the unit 15c is output to the first integration unit 15d.

第1積算部15dは原則として、第1電流検出部11により検出された電流値を積算する。第2積算部15eは原則として、第2電流検出部12により検出された電流値を積算する。差分算出部15fは、第1積算部15dに積算された第1積算値と、第2積算部15eにより積算された第2積算値との差分を算出する。図1に示す例では、差分算出部15fは、第1積算値から第2積算値を減算して生成した差分値を補償部15gに出力する。 In principle, the first integrating unit 15d integrates the current value detected by the first current detecting unit 11. In principle, the second integrating unit 15e integrates the current value detected by the second current detecting unit 12. The difference calculation unit 15f calculates the difference between the first integrated value integrated in the first integrated unit 15d and the second integrated value integrated by the second integrated unit 15e. In the example shown in FIG. 1, the difference calculation unit 15f outputs the difference value generated by subtracting the second integrated value from the first integrated value to the compensation unit 15g.

補償部15gは、差分算出部15fにより算出された差分値をもとに、PI補償により補償値を生成する。なお、PI補償の代わりにP補償やPID補償を用いてもよい。補償値加算部15cは、第2電流検出部12の出力値に、補償部15gにより生成された補償値を加算する。当該補償値は、第1電流検出部11の検出値と第2電流検出部12の検出値が理想的に同じ値であり続ければ0になる。補償値加算部15cの出力値は、選択部15b及び第2積算部15eに出力される。 The compensation unit 15g generates a compensation value by PI compensation based on the difference value calculated by the difference calculation unit 15f. In addition, P compensation or PID compensation may be used instead of PI compensation. The compensation value addition unit 15c adds the compensation value generated by the compensation unit 15g to the output value of the second current detection unit 12. The compensation value becomes 0 if the detection value of the first current detection unit 11 and the detection value of the second current detection unit 12 continue to be ideally the same value. The output value of the compensation value addition unit 15c is output to the selection unit 15b and the second integration unit 15e.

電流経路Pcに流れている電流が第1レンジ内である場合、第1積算部15dは、第1電流検出部11により検出された電流値を積算し続ける。第2積算部15eは、補償値加算部15cにより補正された、第2電流検出部12により検出された電流値を積算し続ける。第2電流検出部12の出力値の方が第1電流検出部11の出力値よりオフセット誤差が大きくなるが、当該オフセット誤差が補償値加算部15cにより補正され、第2積算部15eに入力される電流値の精度が向上する。 When the current flowing in the current path Pc is within the first range, the first integrating unit 15d continues to integrate the current value detected by the first current detecting unit 11. The second integration unit 15e continues to integrate the current value detected by the second current detection unit 12 corrected by the compensation value addition unit 15c. The offset error of the output value of the second current detection unit 12 is larger than the output value of the first current detection unit 11, but the offset error is corrected by the compensation value addition unit 15c and input to the second integration unit 15e. The accuracy of the current value is improved.

電流経路Pcに流れている電流が第1レンジ外である場合、第1積算部15dは、第1電流検出部11により検出された電流値ではなく、補償値加算部15cにより補正された第2電流検出部12により検出された電流値を、第1積算値に加算する。従って、電流経路Pcに流れている電流が第1レンジを超えた場合における、第1積算値の精度が向上する。 When the current flowing in the current path Pc is out of the first range, the first integrating unit 15d is not the current value detected by the first current detecting unit 11, but the second one corrected by the compensation value adding unit 15c. The current value detected by the current detection unit 12 is added to the first integrated value. Therefore, the accuracy of the first integrated value is improved when the current flowing in the current path Pc exceeds the first range.

補正部15は、第1電流検出部11の出力値(瞬時値1)、第1積算部15dの出力値(積算値1)、第2電流検出部12の出力値(瞬時値2)及び第2積算部15eの出力値(積算値2)を後段の処理部(不図示)に出力する。当該処理部は各種のアプリケーション処理において、電流経路Pcに流れている電流が第1レンジ内である場合は瞬時値1を使用し、第1レンジ外である場合は瞬時値2を使用する。積算値を使用する場合は当該処理部は、積算値1を使用してもよいし、積算値2を使用してもよいし、両者を平均化した値を使用してもよい。 The correction unit 15 has an output value (instantaneous value 1) of the first current detection unit 11, an output value of the first integration unit 15d (integrated value 1), an output value of the second current detection unit 12 (instantaneous value 2), and a second. 2 The output value (integrated value 2) of the integrating unit 15e is output to the processing unit (not shown) in the subsequent stage. In various application processing, the processing unit uses the instantaneous value 1 when the current flowing in the current path Pc is within the first range, and uses the instantaneous value 2 when the current is outside the first range. When the integrated value is used, the processing unit may use the integrated value 1, the integrated value 2, or the averaged value of the two.

図4は、図1の電流検出システムを、車載用の蓄電システム1に適用した例を説明するための図である。蓄電システム1は蓄電モジュール20及び管理装置10を備える。図4に示す例では、図1に示した電流検出の対象物5は、蓄電モジュール20となる。蓄電システム1は、コンタクタリレー4及びインバータ3を介してモータ2に接続される。インバータ3は力行時、蓄電システム1から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ2に供給する。回生時、モータ2から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電システム1に供給する。モータ2は三相交流モータであり、力行時、インバータ3から供給される交流電力に応じて回転する。回生時、減速による回転エネルギーを交流電力に変換してインバータ3に供給する。 FIG. 4 is a diagram for explaining an example in which the current detection system of FIG. 1 is applied to an in-vehicle power storage system 1. The power storage system 1 includes a power storage module 20 and a management device 10. In the example shown in FIG. 4, the object 5 for current detection shown in FIG. 1 is the power storage module 20. The power storage system 1 is connected to the motor 2 via the contactor relay 4 and the inverter 3. The inverter 3 converts the DC power supplied from the power storage system 1 into AC power and supplies it to the motor 2 during power running. At the time of regeneration, the AC power supplied from the motor 2 is converted into DC power and supplied to the power storage system 1. The motor 2 is a three-phase AC motor, and rotates according to the AC power supplied from the inverter 3 during power running. At the time of regeneration, the rotational energy due to deceleration is converted into AC power and supplied to the inverter 3.

コンタクタリレー4は蓄電システム1の蓄電モジュール20とインバータ3を繋ぐ配線間に挿入される。管理装置10は走行時、コンタクタリレー4をオン状態(閉状態)に制御し、蓄電モジュール20と車両の動力系を電気的に接続する。管理装置10は非走行時、原則としてコンタクタリレー4をオフ状態(開状態)に制御し、蓄電モジュール20と車両の動力系を電気的に遮断する。 The contactor relay 4 is inserted between the wiring connecting the power storage module 20 of the power storage system 1 and the inverter 3. The management device 10 controls the contactor relay 4 in an on state (closed state) during traveling, and electrically connects the power storage module 20 and the power system of the vehicle. In principle, the management device 10 controls the contactor relay 4 to an off state (open state) when the vehicle is not running, and electrically shuts off the power storage module 20 and the power system of the vehicle.

蓄電モジュール20は複数のセルE1-Emが直列接続されて形成される。セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル(公称電圧:3.6-3.7V)を使用する例を想定する。セルE1-Emの直列数は、モータ2の駆動電圧に応じて決定される。 The power storage module 20 is formed by connecting a plurality of cells E1-Em in series. As the cell, a lithium ion battery cell, a nickel hydrogen battery cell, a lead battery cell, an electric double layer capacitor cell, a lithium ion capacitor cell and the like can be used. Hereinafter, in the present specification, it is assumed that a lithium ion battery cell (nominal voltage: 3.6-3.7V) is used. The number of cells E1-Em in series is determined according to the drive voltage of the motor 2.

なおプラグインハイブリッド車(PHV)の場合、外部の充電器と蓄電システム1を充電ケーブルで接続することにより、蓄電モジュール20を外部から充電することができる。 In the case of a plug-in hybrid vehicle (PHV), the power storage module 20 can be charged from the outside by connecting an external charger and the power storage system 1 with a charging cable.

管理装置10は、第1電流検出部11、第2電流検出部12、電圧検出部13、制御部14及び駆動部17を備える。第1電流検出部11及び第2電流検出部12は、図1に示した第1電流検出部11及び第2電流検出部12と同様であり、蓄電モジュール20に流れる電流を同時並行で検出する。 The management device 10 includes a first current detection unit 11, a second current detection unit 12, a voltage detection unit 13, a control unit 14, and a drive unit 17. The first current detection unit 11 and the second current detection unit 12 are the same as the first current detection unit 11 and the second current detection unit 12 shown in FIG. 1, and detect the current flowing through the power storage module 20 in parallel. ..

電圧検出部13は、直列接続された複数のセルE1-Emの各ノードと複数の電圧線で接続され、隣接する2本の電圧線間の電圧をそれぞれ検出することにより、各セルE1-Emの電圧を検出する。電圧検出部13は、検出した各セルE1-Emの電圧を制御部14に送信する。 The voltage detection unit 13 is connected to each node of a plurality of cells E1-Em connected in series by a plurality of voltage lines, and by detecting the voltage between two adjacent voltage lines, each cell E1-Em. Detects the voltage of. The voltage detection unit 13 transmits the detected voltage of each cell E1-Em to the control unit 14.

電圧検出部13は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)または汎用のアナログフロントエンドICで構成することができる。電圧検出部13はマルチプレクサ及びA/D変換器を含む。マルチプレクサは、隣接する2本の電圧線間の電圧を上から順番にA/D変換器に出力する。A/D変換器は、マルチプレクサから入力されるアナログ電圧をデジタル値に変換する。 The voltage detection unit 13 can be configured by an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or a general-purpose analog front-end IC. The voltage detection unit 13 includes a multiplexer and an A / D converter. The multiplexer outputs the voltage between two adjacent voltage lines to the A / D converter in order from the top. The A / D converter converts the analog voltage input from the multiplexer into a digital value.

駆動部17は、制御部14からの制御信号をもとにコンタクタリレー4を開/閉するための駆動信号を生成し、コンタクタリレー4に供給する。 The drive unit 17 generates a drive signal for opening / closing the contactor relay 4 based on the control signal from the control unit 14, and supplies the drive signal to the contactor relay 4.

制御部14は、マイクロコンピュータ及び不揮発メモリ(例えば、EEPROM、フラッシュメモリ)により構成することができる。制御部14は、電圧検出部13、第1電流検出部11、第2電流検出部12及び図示しない温度検出部により検出された複数のセルE1-Emの各電圧、電流、及び温度をもとに蓄電モジュール20を管理する。例えば制御部14は、複数のセルE1-Emの少なくとも1つに過電圧、過小電圧、過電流、温度異常が発生すると、駆動部17を制御してコンタクタリレー4を遮断させ、複数のセルE1-Emを保護する。 The control unit 14 can be configured by a microcomputer and a non-volatile memory (for example, EEPROM, flash memory). The control unit 14 is based on the voltage, current, and temperature of each of the plurality of cells E1-Em detected by the voltage detection unit 13, the first current detection unit 11, the second current detection unit 12, and the temperature detection unit (not shown). Manages the power storage module 20. For example, when an overvoltage, undervoltage, overcurrent, or temperature abnormality occurs in at least one of the plurality of cells E1-Em, the control unit 14 controls the drive unit 17 to shut off the contactor relay 4, and the plurality of cells E1-Em. Protect Em.

制御部14は、補正部15及びSOC推定部16を含む。補正部15は、図1に示した補正部と同様である。SOC推定部16は、複数のセルE1-EmのそれぞれのSOCを推定する。SOCは、OCV法または電流積算法により推定できる。OCV法で推定する場合、SOC推定部16は、電圧検出部13により検出される各セルE1-EmのOCVと、不揮発メモリに保持されるSOC-OCVカーブの特性データをもとに各セルE1-EmのSOCを推定する。電流積算法で推定する場合、SOC推定部16は、電圧検出部13により検出される各セルE1-Emの充放電開始時のOCVと、補正部15から入力される複数のセルE1-Emに流れる電流の積算値をもとにSOCを推定する。 The control unit 14 includes a correction unit 15 and an SOC estimation unit 16. The correction unit 15 is the same as the correction unit shown in FIG. The SOC estimation unit 16 estimates the SOC of each of the plurality of cells E1-Em. SOC can be estimated by the OCV method or the current integration method. When estimating by the OCV method, the SOC estimation unit 16 determines each cell E1 based on the OCV of each cell E1-Em detected by the voltage detection unit 13 and the characteristic data of the SOC-OCV curve held in the non-volatile memory. -Estimate the SOC of Em. When estimating by the current integration method, the SOC estimation unit 16 applies to the OCV at the start of charging / discharging of each cell E1-Em detected by the voltage detection unit 13 and the plurality of cells E1-Em input from the correction unit 15. The SOC is estimated based on the integrated value of the flowing current.

以上説明したように本実施の形態によれば、レンジが狭く高精度の第1電流検出部11と、レンジが広く低精度の第2電流検出部12を併用し、第1積算値と第2積算値の差分をもとにフィードバック制御によりオフセット誤差を補正する。これにより、広範囲の電流を高精度に検出することができる。また、レンジが狭く高精度の第1電流検出部11と、レンジが広く低精度の第2電流検出部12を併用する方が、レンジが広く高精度の1つの電流検出部を採用する場合より、コストを抑えることができ、冗長性も高い。 As described above, according to the present embodiment, the first current detection unit 11 having a narrow range and high accuracy and the second current detection unit 12 having a wide range and low accuracy are used in combination, and the first integrated value and the second integrated value are used. The offset error is corrected by feedback control based on the difference of the integrated values. This makes it possible to detect a wide range of current with high accuracy. Further, it is better to use the first current detection unit 11 having a narrow range and high accuracy and the second current detection unit 12 having a wide range and low accuracy in combination than when one current detection unit having a wide range and high accuracy is adopted. , Cost can be suppressed, and redundancy is high.

このように本実施の形態によれば、広範囲の電流を低コストで高精度に検出することができる。車載用の蓄電システムに用いた場合、SOCの推定精度が向上するため、蓄電システム内の容量を効率的に使用することができ、モータ走行による航続距離を伸ばすことができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to detect a wide range of currents at low cost and with high accuracy. When used in an in-vehicle power storage system, the SOC estimation accuracy is improved, so that the capacity in the power storage system can be used efficiently, and the cruising range due to motor running can be extended.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on the embodiments. It is understood by those skilled in the art that the embodiments are exemplary and that various modifications are possible for each of these components and combinations of processing processes, and that such modifications are also within the scope of the present invention. ..

上述の実施の形態では電流検出システムを、車載用途の蓄電システム1に適用する例を説明した。この点、定置型蓄電用途の蓄電システムにも適用可能である。またノート型PCやスマートフォンなどの電子機器用途の蓄電システムにも適用可能である。 In the above-described embodiment, an example of applying the current detection system to the power storage system 1 for in-vehicle use has been described. In this respect, it can also be applied to a power storage system for stationary power storage applications. It can also be applied to power storage systems for electronic devices such as notebook PCs and smartphones.

また本実施の形態に係る電流検出システムは、電池に流れる電流を検出する用途に限らず、積算電流を検出する用途全般に適用可能である。例えば、太陽光発電システムの発電量を計測する用途、負荷の所定時間における消費電力を計測する用途などに適用可能である。例えば、スマートメータにも適用可能である。 Further, the current detection system according to the present embodiment is applicable not only to the application for detecting the current flowing through the battery but also to the general application for detecting the integrated current. For example, it can be applied to an application for measuring the amount of power generated by a photovoltaic power generation system, an application for measuring the power consumption of a load at a predetermined time, and the like. For example, it can also be applied to smart meters.

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。 The embodiment may be specified by the following items.

[項目1]
所定の検出対象(5)に流れる電流を検出する第1電流検出部(11)と、
前記第1電流検出部(11)より電流検出範囲が広く、かつ前記第1電流検出部(11)より電流検出精度が低い電流検出部であり、前記検出対象(5)に流れる電流を、前記第1電流検出部(11)と並行して検出する第2電流検出部(12)と、
前記第1電流検出部(11)により検出された電流値を積算した第1積算値と、前記第2電流検出部(12)により検出された電流値を積算した第2積算値との差分をもとに、前記第1電流検出部(11)の電流検出範囲を超えた期間における前記第1電流検出部(11)の出力値を補正する補正部(15)と、
を備えることを特徴とする電流検出システム(50)。
これによれば、広範囲の電流を高精度に検出することができる。
[項目2]
前記補正部(15)は、
前記第1電流検出部(11)により検出された電流値を積算するための第1積算部(15d)と、
前記第2電流検出部(12)により検出された電流値を積算するための第2積算部(15e)と、
前記第1積算部(15d)に積算された第1積算値と、前記第2積算部(15e)により積算された第2積算値との差分を算出する差分算出部(15f)と、
前記差分算出部(15f)により算出された差分に応じた補償値を生成する補償部(15g)と、
前記補償部(15g)により生成された補償値を、前記第2電流検出部(12)により検出された電流値に加算する補償値加算部(15c)と、
前記検出対象(5)の電流値が前記第1電流検出部(11)の電流検出範囲に収まっているか否か判定する判定部(15a)と、
前記判定部(15a)による判定の結果、前記電流値が前記第1電流検出部(11)の電流検出範囲内のとき前記第1電流検出部(11)の出力値を前記第1積算部に出力し、前記電流値が前記第1電流検出部(11)の電流検出範囲外のとき前記補償値加算部の出力値を前記第1積算部に出力する選択部(15b)と、
を含むことを特徴とする項目1に記載の電流検出システム(50)。
これによれば、電流値が第1電流検出部(11)の電流検出範囲を超えた場合における、第1積算値の精度を向上させることができる。
[項目3]
前記検出対象(5)は、蓄電可能なセル(E1-Em)であり、
前記第1積算値または前記第2積算値をもとに前記セル(E1-Em)のSOC(State Of Charge)が算出されることを特徴とする項目1または2に記載の電流検出システム(50)。
これによれば、高精度なSOCを推定することができる。
[項目4]
直列接続された複数のセル(E1-Em)と、
前記複数のセル(E1-Em)のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部(13)と、
前記複数のセル(E1-Em)に流れる電流を検出する項目1または2に記載の電流検出システム(50)と、
前記電圧検出部(13)により検出された各セル(E1-Em)の電圧と、前記電流検出システム(50)により検出された前記複数のセル(E1-Em)に流れる電流をもとに、各セルのSOC(State Of Charge)を推定するSOC推定部(16)と、
を備えることを特徴とする蓄電システム(1)。
これによれば、蓄電システム(1)に流れる電流を、高精度に検出することができる。
[Item 1]
The first current detection unit (11) that detects the current flowing through the predetermined detection target (5), and
The current detection unit has a wider current detection range than the first current detection unit (11) and has a lower current detection accuracy than the first current detection unit (11), and the current flowing through the detection target (5) is measured. A second current detection unit (12) that detects in parallel with the first current detection unit (11),
The difference between the first integrated value obtained by integrating the current values detected by the first current detecting unit (11) and the second integrated value obtained by integrating the current values detected by the second current detecting unit (12). Based on the correction unit (15) that corrects the output value of the first current detection unit (11) during the period exceeding the current detection range of the first current detection unit (11).
A current detection system (50).
According to this, a wide range of current can be detected with high accuracy.
[Item 2]
The correction unit (15)
The first integrating unit (15d) for integrating the current value detected by the first current detecting unit (11), and the first integrating unit (15d).
A second integrating unit (15e) for integrating the current value detected by the second current detecting unit (12), and a second integrating unit (15e).
A difference calculation unit (15f) that calculates the difference between the first integrated value integrated in the first integrated unit (15d) and the second integrated value integrated by the second integrated unit (15e).
A compensation unit (15 g) that generates a compensation value according to the difference calculated by the difference calculation unit (15f), and a compensation unit (15 g).
A compensation value addition unit (15c) that adds the compensation value generated by the compensation unit (15g) to the current value detected by the second current detection unit (12).
A determination unit (15a) for determining whether or not the current value of the detection target (5) is within the current detection range of the first current detection unit (11).
As a result of the determination by the determination unit (15a), when the current value is within the current detection range of the first current detection unit (11), the output value of the first current detection unit (11) is sent to the first integration unit. A selection unit (15b) that outputs and outputs the output value of the compensation value addition unit to the first integration unit when the current value is outside the current detection range of the first current detection unit (11).
The current detection system (50) according to item 1, wherein the current detection system (50) comprises.
According to this, it is possible to improve the accuracy of the first integrated value when the current value exceeds the current detection range of the first current detection unit (11).
[Item 3]
The detection target (5) is a cell (E1-Em) capable of storing electricity.
50. The current detection system (50) according to item 1 or 2, wherein the SOC (State Of Charge) of the cell (E1-Em) is calculated based on the first integrated value or the second integrated value. ).
According to this, it is possible to estimate the SOC with high accuracy.
[Item 4]
Multiple cells (E1-Em) connected in series and
A voltage detection unit (13) that detects the voltage of each of the plurality of cells (E1-Em), and
The current detection system (50) according to item 1 or 2 for detecting the current flowing through the plurality of cells (E1-Em), and the current detection system (50).
Based on the voltage of each cell (E1-Em) detected by the voltage detection unit (13) and the current flowing through the plurality of cells (E1-Em) detected by the current detection system (50). The SOC estimation unit (16) that estimates the SOC (State Of Charge) of each cell,
A power storage system (1).
According to this, the current flowing through the power storage system (1) can be detected with high accuracy.

1 蓄電システム、 11 第1電流検出部、 12 第2電流検出部、 13 電圧検出部、 15 補正部、 15b 選択部、 15c 補償値加算部、 15d 第1積算部、 15e 第2積算部、 15f 差分算出部、 15g 補償部、 16 SOC推定部、 E1,E2,E3,Em セル、 50 電流検出システム。 1 Power storage system, 11 1st current detection unit, 12 2nd current detection unit, 13 voltage detection unit, 15 correction unit, 15b selection unit, 15c compensation value addition unit, 15d 1st integration unit, 15e 2nd integration unit, 15f Difference calculation unit, 15g compensation unit, 16 SOC estimation unit, E1, E2, E3, Em cell, 50 current detection system.

Claims (3)

所定の検出対象に流れる電流を検出する第1電流検出部と、
前記第1電流検出部より電流検出範囲が広く、かつ前記第1電流検出部より電流検出精度が低い電流検出部であり、前記検出対象に流れる電流を、前記第1電流検出部と並行して検出する第2電流検出部と、
前記第1電流検出部により検出された電流値を積算するための第1積算部と、
前記第2電流検出部により検出された電流値を積算するための第2積算部と、
前記第1積算部に積算された第1積算値と、前記第2積算部により積算された第2積算値との差分を算出する差分算出部と、
前記差分算出部により算出された差分をPI補償、P補償またはPID補償して補償値を生成する補償部と、
前記補償部により生成された補償値を、前記第2電流検出部により検出された電流値に加算する補償値加算部と、
前記検出対象の電流値が前記第1電流検出部の電流検出範囲に収まっているか否か判定する判定部と、
前記判定部による判定の結果、前記電流値が前記第1電流検出部の電流検出範囲内のとき前記第1電流検出部の出力値を前記第1積算部に出力し、前記電流値が前記第1電流検出部の電流検出範囲外のとき前記補償値加算部の出力値を前記第1積算部に出力する選択部と、
を備えることを特徴とする電流検出システム。
A first current detector that detects the current flowing through a predetermined detection target, and
It is a current detection unit that has a wider current detection range than the first current detection unit and has a lower current detection accuracy than the first current detection unit, and causes the current flowing through the detection target to flow in parallel with the first current detection unit. The second current detector to detect and
A first integrating unit for integrating the current value detected by the first current detecting unit, and a first integrating unit.
A second integrating unit for integrating the current value detected by the second current detecting unit, and a second integrating unit.
A difference calculation unit that calculates the difference between the first integrated value integrated in the first integrated unit and the second integrated value integrated by the second integrated unit.
A compensation unit that generates a compensation value by performing PI compensation, P compensation, or PID compensation for the difference calculated by the difference calculation unit.
A compensation value addition unit that adds the compensation value generated by the compensation unit to the current value detected by the second current detection unit, and a compensation value addition unit.
A determination unit for determining whether or not the current value of the detection target is within the current detection range of the first current detection unit, and a determination unit.
As a result of the determination by the determination unit, when the current value is within the current detection range of the first current detection unit, the output value of the first current detection unit is output to the first integration unit, and the current value is the first. 1 When the current detection range of the current detection unit is out of range, the selection unit that outputs the output value of the compensation value addition unit to the first integration unit, and
A current detection system characterized by being equipped with.
前記検出対象は、蓄電可能なセルであり、
前記第1積算値または前記第2積算値をもとに前記セルのSOC(State Of Charge)が算出されることを特徴とする請求項1に記載の電流検出システム。
The detection target is a cell that can store electricity.
The current detection system according to claim 1 , wherein the SOC (State Of Charge) of the cell is calculated based on the first integrated value or the second integrated value.
直列接続された複数のセルと、
前記複数のセルのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、
前記複数のセルに流れる電流を検出する請求項1に記載の電流検出システムと、
前記電圧検出部により検出された各セルの電圧と、前記電流検出システムにより生成された前記第1積算値または前記第2積算値をもとに、各セルのSOC(State Of Charge)を推定するSOC推定部と、
を備えることを特徴とする蓄電システム。
With multiple cells connected in series,
A voltage detector that detects the voltage of each of the plurality of cells,
The current detection system according to claim 1, which detects currents flowing through the plurality of cells.
The SOC (State Of Charge) of each cell is estimated based on the voltage of each cell detected by the voltage detection unit and the first integrated value or the second integrated value generated by the current detection system. SOC estimation unit and
A power storage system characterized by being equipped with.
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