JPS59147280A - バツテリ残存容量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、車載バッテリの残存容量測定等に好適なバ
ッテリ残存容量測定装置に係わり、特に充放電電流検出
手段として磁電変換素子を用いたバッテリ残存容量測定
装置に関する。

従来、バッテリの残存容量を測定する技術としては、例
えば特開昭５７−１４．１５７０号公報に開示された蓄
電池の充放電電気量表示装置が知られている。

この装置は、蓄電池の充放電電流を、蓄電池に直列に挿
入した微小抵抗で電圧として検出し、その検出電圧を電
圧に比例した周波数のパルス列信号に変換するとともに
、微小抵抗に流れる電流の方向によって充電か放電かを
判別し、充電時には変換されたパルス信号を加算旧教し
、放電時には減算計数するようにして、この削数結果を
バッテリ残存容量として出力するようにしたものである
。

しかしながら、このような従来のバッテリ残存容量測定
装置にあっては、微小抵抗の値によって８１測システム
全体の精度が決定されるため、高精度の微小抵抗が必要
となってコストアップに繋がるぽか、微小抵抗両端の電
位はフローティング状態にあるため、電流の流れる方向
を判別するためには必ず両端の電位の双方を検出し、そ
の人小関係を判別せねばならず、この点からもコストア
ップに繋がり、更に微小抵抗に対しては負荷電流が流れ
るため大官■のものを必要とし、このため検出部が大型
化する等の問題点があった。

この発明はこのような従来の問題点に着目してなされた
もので、その目的とするところは構成部品点数が少なく
コストダウンが可能であるとともに、検出部を小型に構
成することができ、しかも測定精度の高いバッテリ残存
容量測定装置を提供することにある。

この発明は上記の目的を達成するために、電流を検出す
るための手段としてホール素子等に代表される磁電変換
素子を用いたことを特徴とするものである。

以下に、この発明の幾つかの実施例を誰何図面に従って
詳細に説明する。

第１図は、本発明装置の検出部の構成の一例を模式的に
示す斜視図、第２図は検出部が収容されるハウジングの
構造を示す図、第３図は第２図における■−■線断面図
である。

第１図において１は、車載バッテリに流入する充電電流
、および車載バッテリから流出する放電電流の双方の流
路となる共通電流路の部分に相当するバッテリケーブル
であり、このバッテリケーブル１の周囲にはこれを取り
巻くほぼＣ字状の磁芯２が設けられており、この磁芯２
の素材としては例えばフェライトが使用されている。

磁芯２の空隙部３には、この空隙部３に形成される磁束
と直交する方向へ向けて駆動電流が流れるように磁電変
換素子４（例えばホール素子）が配置されており、これ
ら磁芯２および磁電変換素子４は樹脂ハウジング５（第
２図参照）によって一体にモールドされている。

第２図はハウジング５の２分割された一方の詳細を示ず
もので、ハウジング５の中央部にはバッテリケーブル１
を挿入するｖｊ通孔６が設ケられている。この貫通孔６
の周辺部には、磁芯２が配設される四部７が設けられて
おり、この凹部７の一部には切欠部を設けることにより
磁芯２の空隙部３が形成されている。この空隙部３の中
央部には磁電変換素子４が配設されるように凹部８が設
けられており、この凹部８には磁電変換素子４の入出力
端子取出用の貫通孔９が設けられている。

なお、ハウジング５の磁芯２の配設用の凹部７は、図示
されないが磁芯２が配設されたときにその周囲に空隙部
ができるよう磁芯２の外径より若干大きめに作られてい
る。これは、磁芯２とハウジング５との温度膨張係数の
差により、磁芯２がハウジング５内に密接されたとき、
環境温度の変化から磁芯２ないしハウジング５のどちら
かに亀裂が生ずるのを防止するためである。

そして、ハウジング５は第３図に示されるものを２個１
相として対向配置された後、組付は用の貫通孔１０によ
りビス等で組付けられ１以上で電流検出部が構成される
。

次に、以上説明した電流検出部の組立順序を簡単に説明
すると、ハウジング５の中心孔６にバッテリケーブル１
を通す。次に、磁芯２を四部７に配置し、磁電変換素子
４を凹部８に配置する。

次いで、凹部７と磁芯２との隙間に弾力性のあるシリコ
ン樹脂を流し込み、もう一方のハウジング５を向かい合
わせに組付け、ビス等により固定してハウジンク５を組
立完了する。

次に、この電流検出部の出力波形について説明すると、
バッテリケーブル１に電流が流れると、ケーブルの周辺
部にはアンペアの法則により電流の大きさに比例し、か
つクープルからの距離に反比例した磁界が作られる。

ト１ｃｃｌ／　　「 この磁界１−１の強さを磁電変操素子４により検出する
。バッテリケーブル１に流れる電流に比例して磁界Ｈが
作られるが、実際には磁界１−１の強さが小さいため、
検出精度を向上させるために磁芯２を設け、励磁する形
で使用づる。なＪ５、バッテリケーブル１に１０ＯＡ流
れたときに、ケーブルより３１０ｍの距離で作られる磁
束密度は４５ガウス程麿である。

次に、磁芯２で励磁され７ｊときの動作について説明す
る。第４図に磁芯２で励磁したときの電流と空隙部の磁
束密度との関係を示した。

磁芯の長さ℃１．に２．空隙部の長さδ、磁芯の透磁率
をμとし、磁芯２の断面積と空隙部の断面積とが等しく
、かつ磁束のもれがなく、磁芯内部の磁束と空隙部の磁
束が等しいと考えると、空隙部に作られる電流による磁
束密度は次式で与えられる。

（μ０は真空の透磁率） ここで、δを２１１１１１１．μを２５００としたとき
の電流と磁束密度との関係を第４図に示した。

電流と磁束密度とは比例関係にあり、この磁束密度を空
隙部の中央部に配置した電電変換素子、例えばホール素
子により検出する。

第５図に、ボール素子の磁束密度とホール電圧との関係
を示す。ホール電圧は磁束密度と比例関係である。ここ
では、温度特性の安定したガリウム・砒素からなるホー
ル素子を用いている。

従って、ホール電圧とバッテリ電流とは比例関係にあり
、ホール素子のホール電圧を計測することにより、バッ
テリケーブルに流れる電流が求められる。ここで、ホー
ル素子は、バッテリケーブルに逆向きの電流が流れたと
きく放電電流と充電電流とは逆向きである）ホール電圧
は逆向きの電圧が生じる。

次に、第６図は本発明装置の検出信号処理部の電気的な
構成を示すブロック図である。同図において、磁電変換
素子に相当するホール索子４ａに駆動電流）Ｃを流した
状態において、第１図に示すバッテリケーブル１に充電
または放電電流が流れると、ホール素子４の誘起電圧は
ｌ−Ｆ　３４７等のｏＰアンプからなる増幅器１１で増
幅出力され、更にＬＦ３４７等のＯＰアンプからなる非
反転増幅器１２で増幅された後、同様にＬＦ３４７等の
ＯＰアンプで構成された積分回路１３に供給される。

ここで、ボール素子４ａの一端はイマジナルショートで
接地状態にあり、このため誘起電圧の極性は、充電電流
の場合は＋、放電電流の場合には−となるようになされ
ており、従って積分回路１３は充放電電流の大きさおよ
び極性に応じて正または負へと充電されることとなる。

一方、積分回路１３の出力はしＭ３１１等のＯＰアンプ
からなるコンパレータ１４．１５へと並列に供給される
。コンパレータ１４には正側閾値電圧どして＋Ｖ　ｒｅ
ｆが供給され、またコンパレータ１５には負側聞値電圧
として−ｖｒｅｒが供給されており、このため、積分回
路１３の出力電圧の値が＋Ｖｒｅｆ以上または−ｖｒｅ
ｒ以下になると、該当するコンパレータ１４の出力は、
゛Ｌ″からＩＩ　ＨＩＩへと立上り、この信号はＯＲゲ
ート１Ｇを介してワンショット回路１７へ供給され、ワ
ンショットパルスによって積分回路１３の入出力間に介
挿されたアナログスイッチ１８が微小時間オンし、これ
により積分回路１３はリセットされる。

以上の動作が繰り返されることによって、アップダウン
カウンタ１９のアップ人力Ｕまたはダウン人力りには、
それぞれボール素子４ａの誘起電圧の大きさおよび極性
に比例した周波数のパルス列が供給され、アップダウン
カウンタ１９ではこのパルス列を計数する。

そして、アップ、ダウンそれぞれに設定された設定値が
カウントアツプすると、各キャリアウド出力Ｃｏ　（Ｕ
）、Ｃｏ　（Ｄ）から“１′′パルスが供給され、これ
をＢＣＤアップダウンカウンタ２０で計数し、その出力
をデコーダ２１でデコードすることによって７セグメン
ト表示器２２を駆動する。

以上の構成によれば、バッテリケーブル１に充電電流が
流れた場合、アップダウンカウンタ１つは加算８１数動
作を行ない、その四１数値は徐々に増加していき、他方
バッテリケーブル１に放電電流が流れた場合には、アッ
プダウンカウンタ１９は減算計数動作をし、その計数値
は減少していく。

これに応じて、アップダウンカウンタ２０も同様な動作
を行なうため、その計数値をデコーダ２１を介して７セ
グメント表示器２２に表示すれば、表示器２２には常に
バッテリの残存容量が表示されることになる。

次に、第７図は本発明の他の実施例を示すもので、この
実施例の特徴はホール素子４ａに至′る通電路に例えば
ＭＣＩ　４０３等の定電流源素子２３を接続し、更にこ
れに可変抵抗器２４を接続して、駆動電流ｒｃの値を常
に一定値に維持するとともに、その設定電流１ｃの値を
可変抵抗器２４の操作によって任意に設定できるように
したものである。

この実施例によれば、ボール素子４ａ取付用の空隙の磁
束密度が製品によりバラついたような場合にも、可変抵
抗器２４の操作によって零調整が容易に可能となり、例
えば所定の電流をバッテリケーブル１に流した状態にお
いて、可変抵抗器２４の操作により表示器２２に規定の
数置が表示されるように調整すれば、製品ごとのバラつ
きを可及的に低減することができる。

次に第８図〜第１０図は、検出部の＠造の他の一例を示
すもので、この実施例の特徴は、第１図〜第３図に示す
磁芯２を、互いに対称な２個のコの字形磁芯２ａ、２ｂ
に２分割し、これをバッテリケーブル１を挾んで向い合
わせに対向配置することによって空隙部３を形成すると
ともに、この空隙内に予め４本の端子２３ａ〜２３ｄ　
’＜駆動電流用２本、出力電圧用２本）を接続させたホ
ール素子４を配置して、仮留めを行ない、その状態にお
いて空隙３内に樹脂を流し込んで素子４の位置決め固定
を行なった後、最後にハウジングに相当する樹脂を周囲
に流し込んでモールド一体化するものである。

このような構造によれば、検出部を一層コンパクトに、
かつバッテリケーブルと一体化して製作することができ
、また端子部２３ａ〜２３６′ａ）周囲には筒状ガイド
部２４が設けられているため、これにソケットを差込む
ことによりボール素子との接続をワンタッチで行なうこ
とが可能となり、組立調整等の容易化を図ることがで・
きる。

次に、第１１図は検出部の構造の更に他の一例を示すも
ので、この実施例の特徴は前記実施例同様コアをコの字
形の２つのコア２ａ、２ｂで２分割構成するとともに、
これらの間に形成される空隙３の幅りを２個のスペーサ
２５ａ、、２５ｂによってＳ９定するようにしたもので
ある。

これによれば、予めスペーサ２５ａ、２５ｂの幅しを精
密に樹脂成形等によって設定しておきさえすれば、空隙
の幅は正確に自動設定されることになり、空隙の差によ
る磁気抵抗の違いによって磁束密度が変化し、製品ごと
に測定バラつきを生じる虞れを未然に防止することがで
きる。

以上の各実施例の説明でも明らかなように、この発明に
よれば部品点数が少なく、かつコンパクトに構成でき、
しかも測定精度の良好なバッテリ残存容量計測装置を提
供することができ、これを利用すれば実施例の如くバッ
テリ残量表示装置を安価に製作することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の検出部の構成を模式的に示す斜視
図、第２図はハウジングの構成を示す図、第３図は第２
図における■−■線断面図、第４図は空隙の磁束密度と
電流との関係を示すグラフ、第５図は磁束密度とホール
電圧との関係を示すグラフ、第６図は本発明装置の検田
信号処理部の電気的な構成を示すブロック図、第７図は
本発明装置の他の実施例における電気回路の構成を示す
ブロック図、第８図は検出部の構造の他の一例を示す平
面図、第９図は第８図にお（プるＩＸ−ＩＸ線断面図、
第１０図は第８図におけるＸ−Ｘ線断面図、第１１図は
検出部の構造の更に他の一例を示す模式図である。 １・・・バッテリケーブル ２・・・磁芯 ３・・・空隙 ４・・・磁電変換素子 ５・・・ハウジング ６・・・貫通孔 ７・・・四部 ８・・・四部 ９・・・貫通孔 １０・・・貫通孔 １１・・・増幅器 １２・・・非反転増幅器 １３・・・積分回路 １４・・・コンパレータ １５・・・コンパレータ １６・・・ＯＲゲート １７・・・ワンショット回路 １８・・・アナログスイッチ １９・・・アツブタ′ウンカウンタ ２０・・・ＢＣＤアップダウンカウンタ２１・・・デコ
ーダ ２２・・・表示器 ２ａ、２ｂ・・・磁芯 特許出願人 日産自動車株式会社 ｌＯ 第１１図 ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）バッテリに流入する充電電流およびバッテリから
   流出する放電電流の流路となる電流路を流れる電流によ
   り形成される磁界中に配置された磁電変換素子と： 前記磁電変換素子の出力電圧の所定基準値に対する偏差
   の絶対値を、これに対応する周波数のパルス列に変換出
   力するとともに、前記偏差の極性を検出する手段と： 前記検出された偏差の極性に応じて、前記パルス列を加
   算計数または減算計数し、その計数結果を残量データど
   して出力する計数手段とを具備することを特徴とするバ
   ッテリ残存容量測定装置。