JP2018173360A - 電流検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】並列接続のシャント抵抗器で、高い精度で大電流を正確に検出し、電流値を演算するマイコンのＣＰＵ負荷を軽減して過大なピーク電流を速やかに検出する。【解決手段】並列に接続している各シャント抵抗器２に複数の電流検出回路５が接続され、各電流検出回路５から所定の周期で出力される電流値を演算してマイコン６が全シャント抵抗器のトータル電流を演算する電流検出器で、電流検出回路５は、短周期で電流信号をマイコンに出力する第１の電流検出回路５Ａと、長周期で電流信号をマイコン６に出力する第２の電流検出回路５Ｂとを備え、マイコンは第１の電流検出回路５Ａと第２の電流検出回路５Ｂから入力される電流信号からトータル電流を演算する。【選択図】図３

Description

本発明は、主として大電流を検出する電流検出器に関し、とくに車両用の走行モータに電力を供給する走行用の電池を充放電する電流の検出に最適な電流検出器に関する。

変動する大電流を検出する電流検出器は種々の用途に使用される。たとえば、ハイブリッドカーや電気自動車の走行モータに電力を供給する電池及び周辺システムは、変動する電流を検出して残容量を演算して、残容量を設定範囲とするように、充放電の電流をコントロールし、また、瞬間的な過大電流を検出して保護回路やヒューズで電池を保護している。大電流の電流検出器として、シャント抵抗器を使用する電流検出器が使用される。（特許文献１参照）
この電流検出器は、シャント抵抗器の電圧降下（Ｅ）から電流（Ｉ）を検出できる。電流（Ｉ）が電圧降下（Ｅ）／抵抗値（Ｒ）で演算できるからである。

この電流検出器は、検出できる最大電流が１００Ａを越えると誤差が増加する傾向がある。それは、シャント抵抗器に大電流が流れるとシャント抵抗器の温度が上昇し、また温度が上昇すると抵抗値に変化が生じるためである。シャント抵抗器は、流れる電流の二乗に比例して電力損失が増加するので、抵抗値を一定として検出する最大電流を大きくすると、シャント抵抗器の電力ロスが急激に増加する弊害が発生する。またその電力ロスは発熱に繋がり、発熱がシャント抵抗器の温度を上昇させることによって、抵抗温度係数分の抵抗値変化が発生するために誤差が増加する。なお、シャント抵抗の設計抵抗値（Ｒ１）を下げることによって、発熱を抑えることができるが、シャント抵抗器の製造プロセスから、発生する誤差値（Ｒ２）はゼロにすることが出来ず、製造プロセスで発生する抵抗誤差係数（α＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１）は設計抵抗値を下げれば下げるほど、大きくなる。そのため、設計抵抗値を下げることにも限度がある。
このことから、シャント抵抗器を使用する電流検出器は、最大電流を１００Ａ程度として、高い精度で電流を検出できる。

特開２０１３−１７４５５５号公報

複数のシャント抵抗器を並列に接続し、各シャント抵抗器の電流を検出し、検出する電流を加算して検出できる最大電流を大きくできる。この電流検出器は、複数のシャント抵抗器を並列に接続し、各シャント抵抗器には、シャント抵抗器の電圧降下から電流を検出する電流検出回路を接続し、さらに、各電流検出回路で検出される電流信号をマイコンに出力し、マイコンで各電流検出回路から出力される電流信号を加算して、トータル電流を検出する。電流検出器は、複数のシャント抵抗器を並列に接続し、並列接続するシャント抵抗器の個数を増加して、検出できる最大電流を大きくできる。

この電流検出器は、１組の電流検出回路でもって、複数のシャント抵抗器に流れるトータル電流を検出することもできる。この電流検出回路は、並列接続されるシャント抵抗器の抵抗値と電圧降下からトータル電流を検出する。
並列接続されるシャント抵抗器の抵抗値は、
［ひとつのシャント抵抗器の抵抗値／並列接続個数］で演算できる。
たとえば、０．１ｍΩのシャント抵抗器を４個並列接続すると、並列接続されたシャント抵抗器の抵抗値は０．１／４ｍΩで０．０２５ｍΩとなる。したがって、シャント抵抗器の電圧降下（Ｅ）／０．０２５ｍΩを演算してトータル電流を検出できる。

しかしながら、複数のシャント抵抗器を並列に接続して、ひとつの電流検出回路でトータル電流を検出する電流検出器は、高い精度でトータル電流を検出できない。温度上昇を抑えるために、可能な限り抵抗値を小さくしたシャント抵抗器は、シャント抵抗器同士を接続させる経路の抵抗値の影響を少なからず受けるためである。経路の抵抗値の影響を極力抑えるためには、各々のシャント抵抗器両端の電圧降下を測定することが必要になる。

複数のシャント抵抗器を並列接続し、各々のシャント抵抗器に電流検出回路を接続し、各電流検出回路で各シャント抵抗器の電流を検出し、各電流検出回路で検出した電流をマイコンで加算してトータル電流を検出する電流検出器は、高い精度でトータル電流を検出できる特徴がある。しかしながら、この電流検出器は、所定の周期でシャント抵抗器の電圧降下から電流値を演算することから、シャント抵抗器と電流検出回路の数を多くするに従って、マイコンは複数の電流値を演算する必要があって高い処理能力が要求されることになり、マイコンに高速処理できるマイコンを使用する必要があって、部品コストが高くなる。複数の電流値からトータル電流を演算して出力する周期を長くして、マイコンの処理能力を低くできる。しかしながら、トータル電流を検出する周期が長くなると、電流が短い時間で一時的に大きくなるピーク電流を速やかに検出できなくなる弊害が発生する。ピーク電流を速やかに検出できない電流検出器は、保護回路などにおいて充分な安全性を確保できない。たとえば、過大なショート電流を速やかに検出できない電流検出器は、ショートを検出して速やかに電流を遮断できないなど、種々の弊害が発生する。

本発明は、さらに以上の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、複数のシャント抵抗器を並列に接続して検出できる最大電流を大きくしながら、高い精度で大電流を正確に検出でき、さらにマイコンのＣＰＵ負荷を軽減して過大なピーク電流を速やかに検出できる電流検出器を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のある態様の電流検出器は、互いに並列に接続している複数のシャント抵抗器と、各々のシャント抵抗器に接続されて電圧降下から電流値を演算して電流信号を所定の周期で出力する複数の電流検出回路と、各々の電流検出回路から入力される電流信号を演算して全シャント抵抗器のトータル電流を演算するマイコンとを備える。電流検出回路が、異なる周期で電流信号を出力する第１の電流検出回路と第２の電流検出回路とを備え、第１の電流検出回路は第２の電流検出回路よりも短い短周期で電流信号をマイコンに出力し、第２の電流検出回路は第１の電流検出回路よりも長い長周期で電流信号をマイコンに出力し、マイコンが、第１の電流検出回路から入力される電流信号と、第２の電流検出回路から入力される電流信号からトータル電流を演算する。

以上の電流検出器は、複数のシャント抵抗器でもって検出できる最大電流を大きくしながら、高い精度で大電流を正確に検出でき、さらにＣＰＵ負荷を軽減して、過大なピーク電流を速やかに検出できる特徴がある。検出できる最大電流を大きくして高い精度で大電流を正確に検出できるのは、複数のシャント抵抗器を並列に接続して各々のシャント抵抗器の電流を検出してトータル電流を検出するからである。

マイコンのＣＰＵ負荷を軽減して変動する電流を速やかに検出できるのは、電流検出回路を異なる周期で電流信号を出力する第１の電流検出回路と第２の電流検出回路とで構成して、第１の電流検出回路は第２の電流検出回路よりも短周期で電流信号をマイコンに出力し、第２の電流検出回路は第１の電流検出回路よりも長周期で電流信号をマイコンに出力して、マイコンで第１の電流検出回路から入力される電流信号と、第２の電流検出回路から入力される電流信号からトータル電流を演算するからである。さらに、マイコンのＣＰＵ負荷を軽減しながら、瞬時的な電流も正確に検出できることは、電流検出の精度を低下することなく、部品コストを低減できる特徴も実現する。

本発明のある態様の電流検出器は、第２の電流検出回路を第１の電流検出回路よりも多くすることができ、また、３組以上の第２の電流検出回路を備えることができる。

本発明のある態様の電流検出器は、シャント抵抗器を車両の走行モータに電力を供給する走行用の電池と直列に接続して、マイコンでもって検出するトータル電流から電池の残容量を演算する残容量演算回路を備える回路構成とすることができる。

本発明のある態様の電流検出器は、残容量演算回路でもって長周期に電池の残容量を演算することができる。

さらに、本発明のある態様の電流検出器は、各シャント抵抗器の抵抗値を０．０１ｍΩ以上であって１．０ｍΩ以下とすることができる。

さらにまた、本発明のある態様の電流検出器は、電流検出回路に、接続しているシャント抵抗器の温度で抵抗値を補正する補正回路を設けて、電流検出回路が、補正回路で補正された抵抗値でシャント抵抗器に流れる電流を検出することができる。

また、本発明のある態様の電流検出器は、第１の電流検出回路が電流信号を出力する短周期を、第２の電流検出回路が電流信号を出力する長周期の１／１０以下とすることができる。

本発明の電流検出器の一例を示すブロック図である。 本発明の他の電流検出器の一例を示すブロック図である。 図１と図２に示す電流検出回路から出力される電流値のタイミングを示すグラフである。

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器を例示するものであって、本発明は電流検出器を以下のものに特定しない。

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及び発明の効果」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はハイブリッドカーや電気自動車等の電動車両に搭載されて走行用の電池１を充電し、また放電する電流を検出する電流検出器を示すが、本発明の電流検出器の用途を車両の電池電流を検出する検出器には特定しない。１００Ａを越える大電流であって大幅に変動する電流を検出する他の全ての用途に使用できるからである。

図１の電流検出器は、電池１の電流を検出する複数のシャント抵抗器２と、各々のシャント抵抗器２に流れる電流値を検出して電流信号を所定の周期で出力する複数の電流検出回路５と、全ての電流検出回路５から入力される電流信号を演算して全てのシャント抵抗器２のトータル電流を演算するマイコン６とを備える。

図の電流検出器は、複数のシャント抵抗器２をリード線８で並列に接続している。並列に接続されるシャント抵抗器２の数は、電流検出器の検出できる最大電流と、ひとつのシャント抵抗器２が高精度に検出できる最大電流を考慮して特定する。図の電流検出器は４組のシャント抵抗器２を並列に接続しているが、電流検出器は、並列に接続するシャント抵抗器２の数を多くして、検出できる最大電流を大きくできる。４組のシャント抵抗器２を並列に接続する電流検出器は、検出できる最大電流を数百Ａとするのに適している。

シャント抵抗器２は、電圧降下を電流検出回路５で検出して電流を検出する。シャント抵抗器２の電圧降下（Ｅ）は、抵抗値（Ｒ）と電流（Ｉ）の積となるので、シャント抵抗器２は、抵抗値を大きく、電圧降下を大きくして検出精度を高くできる。しかしながら、シャント抵抗器２は、抵抗値に比例して電力ロスが大きくなるので、電力ロスを少なくするために、出来る限り抵抗値を小さくすることが要求される。とくに、電流の二乗と抵抗値の積に比例して電力ロスが大きくなるので、大電流を検出するシャント抵抗器２は、精度の低下を考慮しながら可能な限り抵抗値を小さく設定している。このことから、検出電流が数１００Ａ以上と相当に大きいシャント抵抗器２は、抵抗値を低く、たとえば０．０１ｍΩ以上であって１．０ｍΩ以下、さらに好ましくは０．０７ｍΩ以上であって０．３ｍΩ以下、最適には約０．１ｍΩに設定する。

シャント抵抗器２は、両端部にリード線８を接続する端子部２Ｂを設けて、端子部２Ｂの間を抵抗部２Ａとしている。このシャント抵抗器２は、抵抗部２Ａを端子部２Ｂよりも導電率の低い金属板として、抵抗部２Ａの抵抗値を一定の抵抗値としてシャント抵抗器２の抵抗値を特定し、抵抗部２Ａの両端に低抵抗な端子部２Ｂを接続している。このシャント抵抗器２は、抵抗部２Ａとなる金属板の両端に、端子部２Ｂとなる金属板を溶接や圧接等の方法で接続して抵抗部２Ａと端子部２Ｂとを一体構造とする１枚の金属板としている。

端子部２Ｂは、両面に接続用の貫通穴７を設けて、この貫通穴７に挿通する止ネジを介してリード線８が接続される。図１のシャント抵抗器２は、端子部２Ｂにリード線８と温度検出線１２及び電圧検出線１４を接続しているが、図２のシャント抵抗器２は、端子部２Ｂに、リード線８を接続する第１の端子部２ａと、温度検出線１２及び電圧検出線１４を接続する第２の端子部２ｂとを設けている。

リード線８は、複数のシャント抵抗器２を並列に接続して、電池１に接続する。並列接続された複数のシャント抵抗器２は、電池１と、モータ９及び発電機１０に接続されて、モータ９と発電機１０の電流を検出する。ハイブリッドカーは、並列接続のシャント抵抗器２を電池１とモータ９と発電機１０に接続し、電気自動車は、並列接続のシャント抵抗器２を電池１とモータ９と充電器（図示せず）に接続する。モータ９と発電機１０は、制御回路１１を介して電池１に接続される。制御回路１１は、車両の走行状態において、マイコン６から入力される電池１の残容量が設定範囲となるように、モータ９の放電電流と、発電機１０の充電電流をコントロールする。

図１と図２において、シャント抵抗は、モータと発電機との並列回路と直列にシャント抵抗器を接続して、モータ及び発電機に流れる電流を検出しているが、シャント抵抗器は電流測定経路に接続されて回路に流れる電流を検出するので、電気自動車にあっては、図示しないがモータと直列に接続されてモータの電流を検出し、充電器と直列に接続されて充電器の電流を検出し、さらに、電池のマイナス側又はプラス側に接続されて電池に流れる電流を検出することができる。

電流検出回路５は、各シャント抵抗器２に接続されて、各シャント抵抗器２の電圧降下から電流を演算して、所定の周期で電流信号をマイコン６に出力する。各々のシャント抵抗器２の電圧降下を別々に独立して検出するために、各シャント抵抗器２に電流検出回路５を接続している。図の電流検出器は、４組のシャント抵抗器２を備えるので、各シャント抵抗器２に流れる電流を検出するために、４組の電流検出回路５を備えている。

全ての電流検出回路５は、同じ周期で電流信号をマイコン６に出力しない。全ての電流検出回路５が短い周期で電流信号をマイコン６に出力すると、マイコン６のＣＰＵ負荷が大きくなって部品コストが高くなるからである。複数の電流検出回路５は、異なる周期で電流信号をマイコン６に出力する第１の電流検出回路５Ａと第２の電流検出回路５Ｂとを備える。第１の電流検出回路５Ａは第２の電流検出回路５Ｂよりも短周期で電流信号をマイコン６に出力し、第２の電流検出回路５Ｂは第１の電流検出回路５Ａよりも長周期で電流信号をマイコン６に出力する。

図３のタイミングチャートは、１組の第１の電流検出回路５Ａが短周期で電流値を出力するタイミングと、３組の第２の電流検出回路５Ｂが長周期で電流値を出力するタイミングを示している。ただし、この図は電流信号を出力するタイミングをパルス信号で示すものであって、短周期で出力する電流信号と、長周期で出力する電流信号はデジタル信号である。この電流検出回路は、８ビット又は１６ビットのデジタル信号で電流値を特定し、デジタル信号で電流値を特定する電流信号を、短周期又は長周期でマイコンに出力する。ただし、本発明の電流検出回路は、短周期または長周期で出力する電流信号をアナログ信号としてマイコンに出力することもできる。電流信号がアナログ信号で入力されるマイコンは、入力側に設けているＡ／Ｄコンバータでアナログ信号をデジタル信号に変換して演算する。図３は、短周期と長周期とを判りやすくするために、短周期と長周期の比率である、短周期／長周期を１／１０としているが、短周期と長周期の比率は、たとえば１／１０以下、好ましくは１／３０以下、さらに好ましくは１／５０以下、最適には約１／１００として、マイコン６のＣＰＵ負荷を軽減しながら、瞬時的な電流変化を速やかに検出できる。

第１の電流検出回路５Ａと第２の電流検出回路５Ｂが電流信号を出力する周期は、用途を考慮して最適周期に設定される。車両に搭載されるモータや発電機に接続している電池の電流を検出する電流検出器は、短周期に電流を検出して、瞬時的な電流値からショートや出力パワーを検出し、また、長周期で検出する電流値を積算して電池１の残容量を演算する。ショートや出力パワーは、残容量の演算に比較して高い精度は要求されないが、可能な限り短周期で検出する必要がある。ショート電流を検出して速やかに保護回路を動作させ、また、出力パワーが瞬間的に許容値を超えて電池１が過負荷となるのを防止するためである。これに対して、電池１の残容量の演算は、それほど短周期で検出する必要はないが、可能な限り高い精度が要求される。残容量の誤差が充放電できる電池１の容量を制限するからである。

図１と図２の電流検出器は、第１の電流検出回路５Ａが短周期で電流信号をマイコン６に出力して、瞬時的に変動する電流を時間遅れなくマイコン６に出力する。瞬時的に変動する電流を速やかに検出するために、第１の電流検出回路５Ａが電流信号を出力する短周期は、たとえば１００ｍｓｅｃ以下、好ましくは５０ｍｓｅｃ以下、さらに好ましくは３０ｍｓｅｃ以下、最適には約１０ｍｓｅｃとする。第１の電流検出回路５Ａの短周期が小さすぎてもマイコン６のＣＰＵ負荷が大きくなるので、第１の電流検出回路５Ａが電流信号を出力する短周期は、たとえば、０．１ｍｓｅｃ以上、好ましくは１ｍｓｅｃ以上、さらに好ましくは５ｍｓｅｃ以上とする。

第２の電流検出回路５Ｂは、高い精度で電流値を検出するために、第１の電流検出回路５Ａの個数よりも多く、好ましくは、図に示すように３組の、あるいは３組以上が設けられる。第１の電流検出回路５Ａと第２の電流検出回路５Ｂは、それぞれ独立したシャント抵抗器２に接続されるので、第１の電流検出回路５Ａと第２の電流検出回路５Ｂに接続するシャント抵抗器２が設けられる。電流検出器は、第２の電流検出回路５Ｂの個数を多くして、高い精度で電流値を検出するが、マイコンの負荷を軽減するために、第２の電流検出回路５Ｂは、第１の電流検出回路５Ａが電流値を出力する短周期よりも長周期で電流信号を検出してマイコン６に出力する。第２の電流検出回路５Ｂが電流値を出力する長周期は、たとえば１００ｍｓｅｃ以上、好ましくは２００ｍｓｅｃ以上、さらに好ましくは５００ｍｓｅｃ以上とする。長周期が大きすぎると、残容量の変化を速やかに演算できないので、たとえば、５０ｓｅｃ以下、好ましくは２０ｓｅｃ以下、さらに好ましくは１０ｓｅｃ以下、最適には約１ｓｅｃとする。
第１の電流検出回路と第２の電流検出回路は、シャント抵抗の電圧を検出するサンプリング周期を、電流信号を出力する周期よりも短く、たとえば、電流信号を出力する周期の１／１００〜１／３として、電流の検出精度を高くできる。それは、複数回の検出電圧から電流値を演算することで、雑音などの影響を少なくして電流を検出できるからである。電圧検出のサンプリング周期を、電流信号を出力する周期の１／１０とする電流検出回路は、１０回の検出電圧を平均化し、あるいは積分化することで極めて正確に電流値を演算し、演算した電流値を電流信号としてマイコンに出力できる。とくに、第２の電流検出回路は長周期で電流信号を出力するので、電流信号を出力する時間間隔、すなわち、電流信号を出力しない休止タイミング（Ｔｓ）が長く、休止タイミングにおいて多数回にシャント抵抗の電圧を検出して、平均化や積分化して電流の検出精度を高くできる。例えば、短周期の１０倍の長周期で電流信号を出力する第２の電流検出回路は、第１の電流検出回路と同じサンプリング周期でシャント抵抗の電圧を検出しながら、第１の電流検出回路の１周期内で行う１０倍の回数の検出電圧を第２の電流検出回路の１周期内で平均化し、あるいは積分化して、極めて高い精度で電流値を演算して電流信号として出力できる特徴がある。この電流検出回路は、電流信号を出力する周期よりも短いサンプリング周期でシャント抵抗器の電圧降下を複数回検出して電流値を演算する演算回路（図示せず）を有し、演算回路で演算された電流値を電流信号として短周期又は長周期でマイコンに出力する。

図１と図２の電流検出回路５は、シャント抵抗器２の温度を検出して抵抗値を補正する補正回路４を備えている。補正回路４は、シャント抵抗器２の温度による抵抗値の変化を補正する補正温度を検出する温度センサ３に接続されて、温度センサ３からの入力信号で温度を検出し、検出する温度でシャント抵抗器２の抵抗値を補正する。

温度センサ３は、シャント抵抗器２の温度を検出できる全てのセンサ、たとえばサーミスタや熱電対が使用できるが、好ましくは熱電対が適している。熱電対は、異種金属線からなる一対の細い温度検出線１２を先端の測定点１３で接続している。熱電対は、ゼーベック効果を利用して温度を検出する温度センサ３で、異種金属線からなる一対の温度検出線１２を先端の測定点１３で電気的に接続し、後端を開放して熱起電力による電位差を検出して温度を検出できる。熱電対は、一対の温度検出線の後端を開放して開放電圧を検出し、また温度検出線を接続して閉ループに流れる電流を検出して測定点の温度を検出できる。温度センサである熱電対の種類は、異種金属線の種類によって、ＪＩＳ規格で定められている。ＪＩＳ規格の種類の記号（Ｔ）の熱電対は、＋脚を銅、−脚を銅およびニッケルを主とした合金（コンスタンタン）である。この熱電対は、＋脚を銅とするので、これを電圧検出線に併用するのに最適である。ただ、本発明は熱電対をＪＩＳ規格（Ｔ）に特定するものでなく、たとえばＪＩＳ規格のＪ，Ｋ等も使用できる。

温度センサ３の熱電対は、シャント抵抗器２の端子部２Ｂに測定点１３を電気接続して、一方の温度検出線１２を電圧検出線１４に併用している。この熱電対は、銅線である＋脚の温度検出線１２を電圧検出線１４に併用して、シャント抵抗器２の電圧を正確に検出する。両方の電圧検出線１４がシャント抵抗器２の両端に接続されるからである。熱電対は、測定点を抵抗部２Ａの中央に接続して温度の検出精度を高くできる。シャント抵抗器２の中央の温度が最も高くなるからである。測定点をシャント抵抗器２の中央部に接近させるために、図の熱電対は、端子部２Ｂの抵抗部２Ａとの境界に近い部分に測定点１３を接続している。測定点１３をこの位置に接続する熱電対は、シャント抵抗器２全体の温度を正確に検出しながら、温度検出線１２を電圧検出線１４に併用して、電圧も正確に検出できる特徴がある。

シャント抵抗器２は、中央部の温度が最も高くなるが、それは、両端の端子部２Ｂにリード線８を接続して発熱がリード線８に放熱されるからである。このことから、熱電対は、測定点の接続位置をシャント抵抗器２の中央部に接近することでより高い精度でシャント抵抗器２の温度を検出できるが、熱電対の測定点を抵抗部２Ａに接続すると、温度検出線を電圧検出線に併用してシャント抵抗器２両端の電圧を正確に検出できなくなるので、好ましくは熱電対の測定点は、端子部２Ｂであって、抵抗部２Ａに近い領域に接続される。端子部２Ｂの抵抗値は抵抗部２Ａに比較して小さいので、測定点が端子部２Ｂのいずれの位置にあっても、シャント抵抗器２の両端に発生する電圧検出の精度は大きく低下しない。ただし、熱電対は、測定点を抵抗部２Ａの端部であって端子部２Ｂに近い領域として、温度検出線を電圧検出線に併用することもできる。抵抗部２Ａは、端部に接近するにしたがって、端子部２Ｂとの電圧差が小さくなるからである。

熱電対の測定点１３は、溶接してシャント抵抗器２に理想的な状態で電気接続される。ただし、測定点をシャント抵抗器に電気接続する方法を溶接には特定しない。溶接以外の方法、たとえば、圧接、カシメ構造、導電性の接着剤よる接着、ネジ止め等の方法で電気的に接続できるからである。熱電対は一対の温度検出線１２の先端を接続して測定点１３として、この測定点１３をシャント抵抗器２に接続して、あるいは温度検出線１２の先端を互いに接近してシャント抵抗器２に接続して、シャント抵抗器２を介して接続して測定点１３とすることもできる。

補正回路４は、温度センサである熱電対の開放端の熱起電力から測定点１３の温度を演算する。熱電対の種類と温度によって開放端の熱起電力が特定されるからである。熱電対は温度検出線１２の両端の温度から熱起電力が特定されるので、補正回路４は、熱電対の開放端の温度を基準温度として検出する回路も実装する。基準温度は、シャント抵抗器のように電流で温度が変化しないので、補正回路内に内蔵するサーミスタや熱電対（図示せず）で検出される。なお、基準温度は、補正回路内に内蔵するサーミスタや熱電対ではなく、トランジスタのベース/エミッタ間電圧やダイオードの順方向電圧が温度によって値を変えることを利用して検出することもできる。この構成の場合は、補正回路にサーミスタや熱電対を内蔵する必要はない。補正回路４は、熱電対の開放端の熱起電力と基準温度から測定点１３の温度を演算する。温度センサ３にサーミスタを使用する場合の補正回路は、図示しないが、サーミスタと直列に基準抵抗を接続し、サーミスタ又は基準抵抗の電圧を検出して、検出する電圧値からサーミスタの電気抵抗を検出して基準温度を検出する。サーミスタの電気抵抗が温度で変化するからである。サーミスタは温度に対する抵抗値の変化が大きく、簡単な回路構成で基準温度を検出できる特徴がある。

電流検出回路５は、シャント抵抗器２の両端に発生する電圧からシャント抵抗器２に流れる電流を演算する。この電流検出回路５は、補正回路４で検出するシャント抵抗器２の補正温度で抵抗部２Ａの電気抵抗を補正して、補正した電気抵抗と、シャント抵抗器２の両端の電圧降下から電流を検出する。電流検出回路５の補正回路４は、シャント抵抗器２の温度に対する電気抵抗を温度の関数として、あるいはルックアップテーブルとして記憶するメモリを備え、メモリに記憶する関数やルックアップテーブルに基づいて、シャント抵抗器の温度から電気抵抗を補正する。電流検出回路５は、補正された電気抵抗とシャント抵抗器の両端に発生する電圧降下から電流を演算する。電流検出回路５は、シャント抵抗器２の温度で補正された電気抵抗（Ｒ）とシャント抵抗器２に発生する電圧降下（Ｅ）から以下の式でシャント抵抗器２の電流（Ｉ）を演算する。
Ｉ＝Ｅ／Ｒ

電流検出回路５で検出された電流値は、マイコン６に出力される。マイコン６は、第１の電流検出回路５Ａから短周期に入力される電流信号で、電池１に流れる電流の瞬時的な変化を検出して、車両側の制御回路に出力する。制御回路は、マイコン６から入力される瞬時的な電池電流が、予め設定している最大電流を越えると、短絡と判定してブレーカ又はリレーをオフ状態に切り換えて電流を遮断し、また瞬時的な電池電流が予め設定している最大出力パワーの設定値をこえないようにモータや発電機の電流を制御する。瞬時的な電流検出は、短絡や出力パワーの制御に使用されるので、精度よりも時間遅れなく速やかに検出することが要求される。図の電流検出器は、短周期で電流信号を出力する１組の第１の電流検出回路５Ａを備える。

マイコン６は、３組の第２の電流検出回路５Ｂと１組の第１の電流検出回路５Ａから入力される電流信号を積算して電池１の残容量を演算する。マイコン６は、全ての電流検出回路５から入力される電流値を加算してトータル電流を演算し、トータル電流を積算して電池１の残容量を演算する。マイコン６は、全ての電流検出回路５から入力される電流信号を加算してトータル電流を演算するので、第２の電流検出回路５Ｂから入力される長周期でトータル電流を演算して残容量を演算する。マイコン６は、電池１の充電電流の積算値を残容量に加算し、電池１の放電電流の積算値を減算して変動する電池１の残容量を演算する。

マイコン６は、過電流を検出して電池の電流を遮断する保護回路１６に出力し、さらにモータ９や発電機１０を制御する制御回路１１に演算した電流値や残容量を出力する。マイコン６は、車両が一定時間止まり電池の電圧が安定した場合には、電池の電圧を以って残容量を演算することもあるが、車両走行中は電池の内部抵抗と電流によって電圧降下が発生するために、電圧で残容量を演算することが難しい。そのためマイコン６は、車両走行中は、電流検出回路から入力される充放電電流を積算して電池の残容量を演算する。マイコン６は、充電電流の積算値を加算し、また放電電流の積算値を減算して電池の残容量を演算する。保護回路１６は、マイコン６から入力される電流値が、最大設定電流を越えると、ブレーカやリレー、ヒューズ等の保護素子（図示せず）で電流を遮断して、電池を保護する。制御回路１１は、電流検出回路から入力される電流値をモニタしながら、モータ９や発電機１０の電流をコントロールする。

本発明の電流検出器は、車両に搭載される走行用の電池の充放電電流のように大電流を並列に接続している複数のシャント抵抗器で正確に検出する用途に最適に使用される。

１…電池
２…シャント抵抗器
２Ａ…抵抗部
２Ｂ…端子部
２ａ…第１の端子部
２ｂ…第２の端子部
３…温度センサ（熱電対）
４…補正回路
５…電流検出回路
５Ａ…第１の電流検出回路
５Ｂ…第２の電流検出回路
６…マイコン
７…貫通穴
８…リード線
９…モータ
１０…発電機
１１…制御回路
１２…温度検出線
１３…測定点
１４…電圧検出線
１６…保護回路

Claims (9)

1. 互いに並列に接続してなる複数のシャント抵抗器と、
   各々のシャント抵抗器に接続されて電圧降下から電流値を演算して電流信号を所定の周期で出力する複数の電流検出回路と、
   各々の前記電流検出回路から入力される電流信号を演算して全シャント抵抗器のトータル電流を演算するマイコンとを備える電流検出器であって、
   前記電流検出回路が、異なる周期で電流信号を出力する第１の電流検出回路と第２の電流検出回路とを備え、
   前記第１の電流検出回路は前記第２の電流検出回路よりも短い短周期で電流信号を前記マイコンに出力し、
   前記第２の電流検出回路は前記第１の電流検出回路よりも長い長周期で電流信号を前記マイコンに出力し、
   前記マイコンが、前記第１の電流検出回路から入力される電流信号と、前記第２の電流検出回路から入力される電流信号からトータル電流を演算することを特徴とする電流検出器。
2. 請求項１に記載される電流検出器であって、
   前記第２の電流検出回路が前記第１の電流検出回路よりも多いことを特徴とする電流検出器。
3. 請求項２に記載される電流検出器であって、
   ３組以上の第２の電流検出回路を備えることを特徴とする電流検出器。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載される電流検出器であって、
   前記電流検出回路が、電流信号を出力する周期よりも短いサンプリング周期で前記シャント抵抗器の電圧降下を複数回検出して電流値を演算する演算回路を有し、
   前記演算回路で演算された電流値を電流信号として出力することを特徴とする電流検出器。
5. 請求項１ないし４に記載される電流検出器であって、
   前記シャント抵抗器が車両の走行モータに電力を供給する走行用の電池と直列に接続され、前記マイコンが検出するトータル電流から電池の残容量を演算する残容量演算回路を備えることを特徴とする電流検出器。
6. 請求項５に記載される電流検出器であって、
   前記残容量演算回路が長周期で電池の残容量を演算することを特徴とする電流検出器。
7. 請求項１ないし６に記載される電流検出器であって、
   前記シャント抵抗器の抵抗値が０．０１ｍΩ以上であって１．０ｍΩ以下としてなることを特徴とする電流検出器。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載される電流検出器であって、
   前記電流検出回路が、接続している前記シャント抵抗器の温度で抵抗値を補正する補正回路を備え、
   前記電流検出回路が、前記補正回路で補正された抵抗値で前記シャント抵抗器に流れる電流を検出することを特徴とする電流検出器。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載される電流検出器であって、
   前記第１の電流検出回路が電流信号を出力する短周期が、前記第２の電流検出回路が電流信号を出力する長周期の１／１０以下としてなることを特徴とする電流検出器。

Images