WO2025009209A1

WO2025009209A1 - 電源制御装置および過電流の検知方法

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Publication number: WO2025009209A1
Application number: PCT/JP2024/006090
Authority: WO
Inventors: 隆洋田岡; 聖宮地; 命福井
Original assignee: Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2023-07-05
Filing date: 2024-02-20
Publication date: 2025-01-09
Anticipated expiration: 2026-01-05

Abstract

バスバに被測定電流が流れる際に生じる磁気を磁気抵抗効果素子により検出する磁気センサ４を有する、被測定電流を測定可能な電流センサ２と、バスバに過電流が流れたか否かを判断する判断部７と、を備えた本発明に係る電源制御装置１では、判断部７が、電流センサ２の出力電圧が０から最大値になるまでの時間である電流増加時間と、電流センサ２の出力電圧が最大値から０になるまでの時間である電流減少時間とを測定し、電流増加時間と電流減少時間との差である電流増減時間差を求め、電流増減時間差に基づいてバスバに過電流が流れたか否かを判断するため、通常出力を測定する際における電流センサの精度を低下させることなく、電流センサが機能しているときに加え、機能していないときに生じた過電流も検知できる。

Description

電源制御装置および過電流の検知方法

　本発明は、各種機器に流れる被測定電流を測定して車両の電源システムなどを制御する電源制御装置および過電流の検知方法に関する。

　近年、各種機器を備えた車両の電源システムを制御するために、各種機器に流れる被測定電流を測定する電流センサを備えた電源制御装置が用いられている。例えば、特許文献１には、過電流の発生時における処置の適正化を図るために、過電流判断部の判断結果に基づいて、電気経路に設けられるスイッチを開放させるスイッチ制御部を備えた電源制御装置が記載されている。同文献に記載の電源制御装置は、インバーターに流れる電流値を電流センサで測定して過電流であるか否かを判断している。

特開２０１８－５７２４４号公報

　特許文献１に記載の電源制御装置は、過電流が測定可能な範囲にまで電流センサの電流測定範囲を広げなければならない。しかし、電流センサの測定可能範囲を広くすると、通常の電流に対する測定精度が低下するという問題がある。
　また、同文献の電源制御装置は、電流センサが機能しているときに発生した過電流を測定するものであるため、例えば、電源制御装置が作動していない車両の整備中に生じた短絡などに起因する過電流を検出することができない。したがって、電源制御装置が起動する前の作動していない状態である場合には、電源制御装置やインバーターなどの各種機器に過電流が加わったことを検知できない。さらに、電流センサが作動しているときでも、サンプリングのタイミングによっては、瞬間的に生じた過電流を検知できないおそれがある。
　本発明は、通常の電流を測定する際の電流センサの精度を低下させることなく、電流センサが作動しているときに加え、作動していないときに生じた過電流も検知できる電源制御装置を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決するための手段として、本発明は以下の構成を備えている。
　バスバに被測定電流が流れる際に生じる磁気を磁気抵抗効果素子により検出する磁気センサを有する、前記被測定電流を測定可能な電流センサと、前記バスバに過電流が流れたか否かを判断する判断部と、を備えた電源制御装置であって、前記判断部が、前記電流センサの出力電圧が０から最大値になるまでの時間である電流増加時間と、前記電流センサの出力電圧が最大値から０になるまでの時間である電流減少時間とを測定し、前記電流増加時間と前記電流減少時間との差である電流増減時間差を求め、前記電流増減時間差に基づいて前記バスバに前記過電流が流れたか否かを判断することを特徴とする電源制御装置。

　バスバの定格電流を超える過電流がバスバに流れた場合、バスバから強い磁気が発生して磁気抵抗効果素子に印加される。当該磁気が所定の強さ以上である場合、磁気抵抗効果素子の状態が変化し、磁気が取り除かれた後においても当該変化した状態が維持されるヒステリシス（履歴現象）が生じる。磁気センサのヒステリシスは、電流増加時間と電流減少時間との電流増減時間差として測定できる。このため、電流増減時間差を求めることにより、バスバに流れた過電流によって強い磁気が生じたか否かを検知できる。したがって、電流増減時間差に基づいてバスバに過電流が流れたか否かを判断することができる。

　前記判断部は、前記バスバに前記過電流が流れたと判断したときに、外部への警告を出力してもよい。
　バスバに過電流が流れたときに外部に警告を出力することにより、上位のシステム等に対して、電源制御装置や制御対象の装置に過電流によって問題が発生した可能性があることを知らせることができる。このため、過電流によって生じ得る問題に対して、検査や修理などの対策をとることが可能になる。

　前記バスバに流れた電流が前記過電流であるか否かを前記判断部が判断する基準となる前記電流増減時間差の閾値を記憶する記憶部を有し、前記判断部は、求めた前記電流増減時間差が前記閾値を越えた場合に、前記バスバに前記過電流が流れたと判断してもよい。
　バスバに過電流が流れたことによって生じるヒステリシスに対応する電流増減時間差を閾値として記憶することによって、求めた電流増減時間差が当該閾値を越えた場合に過電流が流れたと判断することができる。

　前記バスバに流れた電流が前記過電流であるか否かを前記判断部が判断する基準となる前記電流増減時間差の変化量閾値、および前記電流増減時間差の初期値を記憶する記憶部を有し、前記判断部は、求めた前記電流増減時間差と前記電流増減時間差の前記初期値との差である前記電流増減時間差の変化量を求め、求めた前記変化量が前記変化量閾値を越えた場合に、前記バスバに前記過電流が流れたと判断してもよい。

　磁気センサの個体差によって、バスバの過電流に起因して生じる電流増減時間差が異なる場合があるため、電流増減時間差の初期値に対する変化量を求めて過電流の判断に用いる。これにより、個体差による影響を排除することができるため、過電流の判断精度が向上する。

　バスバに被測定電流が流れる際に生じる磁気を磁気抵抗効果素子により検出する磁気センサを有する、前記被測定電流を測定可能な電流センサで、前記バスバに流れる前記被測定電流を測定し、前記被測定電流の測定結果に基づいて、前記電流センサの出力電圧が０から最大値になるまでの時間である電流増加時間と、前記電流センサの出力電圧が最大値から０になるまでの時間である電流減少時間とを測定し、前記電流増加時間と前記電流減少時間との差である電流増減時間差を求め、前記電流増減時間差に基づいて前記バスバに過電流が流れたか否かを判断する、ことを特徴とする過電流の検知方法。

　求めた前記電流増減時間差が閾値を越えた場合に、前記バスバに前記過電流が流れたと判断してもよい。
　求めた前記電流増減時間差と前記電流増減時間差の初期値との差である前記電流増減時間差の変化量を求め、求めた前記変化量が変化量閾値を越えた場合に、前記バスバに前記過電流が流れたと判断してもよい。

　被測定電流の測定結果に基づいて、電流増加時間と電流減少時間とを測定し、これらの差である電流増減時間差を求めることにより、バスバに被測定電流が流れたときに生じた磁気による磁気センサへの影響が分かる。このため、電流増減時間差を用いてバスバに過電流が流れたか否かを判断することができる。

　起動直後の前記電流センサの出力電圧における前記電流増減時間差もしくは前記変化量を求め、前記電流増減時間差が前記閾値を越えた場合もしくは前記変化量が前記変化量閾値を越えた場合、前記電流センサの停止中に前記バスバに前記過電流が流れた可能性が高いことを示す警告を出力してもよい。
　バスバに過電流が流れたと判断したのが電流センサの起動直後である場合、電流センサの停止中に過電流が流れた可能性が高いといえる。そこで、電流センサの停止中に過電流が流れた可能性が高いことを示す警告を外部に出力する。この警告により、電流センサの停止中に、例えば、電源制御装置の整備中の作業ミスで生じた短絡などにより過電流が流れた可能性があることを伝えて作業者に注意喚起することができる。したがって、作業者はより適切な対処を選択することが容易になる。

　本発明によれば、磁気抵抗効果素子を有する磁気センサのヒステリシスを反映する電流増減時間差を求めることにより、過電流を測定できる範囲まで電流センサの電流測定範囲を広げることなく、バスバに過電流が流れたことを検知できる。このため、電流センサの精度を低下させないで過電流を検知することができる。また、瞬間的に生じた過電流や、電流センサが機能していないときに流れた過電流によってもヒステリシスが生じる。このため、電流増減時間差を求めることにより、バスバに過電流が流れたことを確実に検知することができる。

本発明の実施形態の電源制御装置の構成を示す機能ブロック図である。磁気センサの構成を模式的に示す断面図である。電流センサにより検出される一次電流と電流センサの出力電圧との関係について、磁気センサのヒステリシスの有無による違いを示すグラフである。電流センサから出力される電圧の時間経過に伴う変化について、磁気センサのヒステリシスの有無による違いを示すグラフである。強い磁気によって生じる電流センサのヒステリシスを示すグラフである。電流センサにより検出される一次電流と電流センサの出力電圧との関係について、磁気センサのオフセットの有無による違いを示すグラフである。電流センサから出力される電圧の時間経過に伴う変化について、磁気センサのオフセットの有無による違いを示すグラフである。実施形態の過電流の検知方法のフローチャートである。変形例１の過電流の検知方法のフローチャートである。変形例２の過電流の検知方法のフローチャートである。

　以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
　図１は、本実施形態の電源制御装置１の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、電源制御装置１は、バスバに流れる被測定電流を測定可能な電流センサ２と、電源制御装置１を制御する制御部３と、を備えている。

　電流センサ２は磁気センサ４を有しており、バスバに被測定電流が流れる際に生じる磁気を磁気センサ４で測定する。磁気センサ４は、磁気を検出するための磁気抵抗効果素子を備えている。
　制御部３は、タイマー５、記憶部６および判断部７を備えている。判断部７はバスバに過電流が流れたか否かを判断する。

　タイマー５はバスバに被測定電流が流れている時間や電流センサ２に電源を入れた後の経過時間等の測定に用いられる。ただし、当該時間の測定において、電源制御装置１の制御部３以外の部分や電源制御装置１の外部の装置のタイマーから時間を取得して用いてもよい。

　記憶部６は、過電流の判断基準となる閾値や磁気センサ４の特性などを記憶する。ただし、電源制御装置１における制御部３以外の部分や外部の装置等から閾値や変化量閾値などを取得して用いてもよい。この場合、記憶部６は、制御部３以外の部分や電源制御装置１の外部の装置から閾値などを取得する。

　判断部７は、電流センサ２の出力電圧が０から最大値になるまでの時間である電流増加時間と、電流センサ２の出力電圧が最大値から０になるまでの時間である電流減少時間とを測定する。そして、電流増加時間と電流減少時間との差である電流増減時間差を求め、電流増減時間差に基づいてバスバに過電流が流れたか否かを判断する。

　判断部７は、電流センサ２の停止中にバスバに過電流が流れたか否かを、電源制御装置１の起動時に判断することができる。バスバに過電流が流れたと判断されたのが電源制御装置１に電源を入れてから電流センサ２が起動するまでの時間である起動時間が経過した直後すなわち起動直後である場合、電流センサ２の停止中から起動時までの間に過電流が流れたと判断する。

　「起動直後」とは、電源制御装置１が起動した後に最初に出力した交流電流の１周期のデータを取得したときをいう。例えば、電流センサ２が周波数１Ｈｚで動作している場合、１周期のデータを取得するのに１秒間を要するため、電源制御装置１が起動してから１秒経過したときが「起動直後」となる。電流センサ２の起動時間は、電流センサ２の性能によって異なるが、例えば１ミリ秒間程度と非常に短い。そのため、電源制御装置１の起動時にバスバに過電流が流れたか否かは判断できないが、起動直後にバスバに過電流が流れたと判断された場合、少なくとも電流センサ２の停止中から起動時までの間に過電流が流れた可能性が高いといえる。なお、電源制御装置１が車両に搭載されている場合、車両のイグニッションスイッチが押されてから電源制御装置１が起動するまでの時間は、通常３０秒から１分程度である。

　バスバに過電流が流れると、磁気センサ４にヒステリシスが発生する。ヒステリシス発生前後の電流センサ２の出力電圧の電流増減時間差を比較すると、ヒステリシス発生後の電流増減時間差の方が大きくなる。このため、判断部７は、求めた電流増減時間差に基づいて、バスバに過電流が流れたか否かを判断することができる。例えば、判断部７は、求めた電流増減時間差が閾値を越えている場合に、バスバに過電流が流れたと判断する。この際、判断部７は、バスバに流れた過電流の電流値を求めてもよい。

　判断部７は、バスバに過電流が流れたと判断したときに外部への警告を出力する。この警告に加えて、電流値を外部へ出力してもよい。警告により過電流が発生したことが分かるため、過電流により問題が生じるおそれがある装置を検査し、必要に応じて整備、修理、交換を実施するといった対応が可能になる。したがって、電源制御装置１および制御対象である電源システムの信頼性が向上する。

　図２は、電流センサ２が備える磁気センサ４の構成を模式的に示す断面図である。
　磁気センサ４は、磁気抵抗効果素子９、フィードバックコイル１０および磁気シールド１１を備えており、バスバ８に被測定電流が流れたときに発生する磁気を検出する。ただし、図２の磁気センサ４に代えて、磁気抵抗効果素子９のみを備えた磁気センサや、磁気抵抗効果素子９に加えてフィードバックコイル１０または磁気シールド１１の一方を備えた磁気センサを用いることもできる。

　バスバ８は、銅、真鍮、アルミ等で構成され、検出対象の被測定電流が流れる。バスバ８に被測定電流が流れると、バスバ８の周囲に磁気が発生する。図２では、被測定電流が流れる際にバスバ８の周囲に生じる磁気を破線で模式的に示している。磁気センサ４は、磁気抵抗効果素子９によりバスバ８の周囲の磁気を測定する。

　磁気抵抗効果素子９は磁気センサ４における磁気検出素子として機能する。磁気抵抗効果素子９としては、例えば、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）およびトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）などが用いられる。

　フィードバックコイル１０は、磁気平衡用であり、磁気抵抗効果素子９と磁気シールド１１との間に設けられている。フィードバックコイル１０には、バスバ８に流れる被測定電流と反対向きにキャンセル電流が流れる。図２では、バスバ８の被測定電流が紙面手前から奥側に向かって流れ、フィードバックコイル１０のキャンセル電流が紙面奥から手前側に向かって流れる場合を示している。被測定電流に起因する電流磁気を相殺する向きのキャンセル磁界がキャンセル電流によって生じ、磁気抵抗効果素子９に作用する。

　キャンセル磁界を増加させることで検出電圧がゼロに近づき、磁気抵抗効果素子９に作用するキャンセル磁界と電流磁気とが平衡状態となって、検出電圧が所定値以下となる。このときにフィードバックコイル１０に流れている電流がバスバ８に流れる被測定電流の測定値として検知される。

　磁気シールド１１は、例えば、同一形状の金属製の板状体を複数枚重ねたものが用いられる。磁気シールド１１を設けることにより、外部からの磁気的なノイズが低減するため、磁気センサ４の測定精度が向上する。

　図２に示すように、磁気センサ４は、バスバ８に近い側から、磁気シールド１１、フィードバックコイル１０、磁気抵抗効果素子９の順に配置されている。このような構成を備えた、磁気抵抗効果式（ＭＲ式、Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ式）の磁気センサ４には、過電流を検出するとヒステリシスが増加する特徴がある。バスバ８に流れる被測定電流がＡＣ電流である場合、過電流が流れたときには、位相差として過電流によるヒステリシスの影響が現れる。このため、測定における位相差が初期の状態から変化したことを用いて過電流を検出できる。

　バスバ８の過電流によって生じた強い磁気の影響により磁気センサ４にヒステリシスが生じる要因としては、磁気抵抗効果素子９における磁化状態の変化や、磁気シールド１１における残留磁気などが挙げられる。

　磁気センサ４のヒステリシスは、バスバ８に過電流が流れた後においても維持されるため、磁気センサ４のヒステリシスを用いて、バスバ８に過電流が流れたことを事後的に検知することもできる。例えば、電流センサ２（図１参照）の動作停止中にバスバ８に過電流が流れた場合でも、磁気センサ４のヒステリシスに基づいて過電流を検知することが可能である。

　例えば、電源制御装置１が車両の電源システムの制御に用いられる場合、車両の電源システムが停止しているとともに電流センサ２が動作していない状態で整備作業が行われることがある。この様な整備作業において、作業ミスによってバスバ８に過電流が流れることがあり得る。

　電流センサ２の動作停止中に過電流が流れた場合であっても、バスバ８に過電流が流れるとバスバ８の周囲に磁気が発生する。発生した磁気は、電流センサ２が動作中の場合と同様に、磁気センサ４の磁気抵抗効果素子９および磁気シールド１１に影響を与える。そのため、当該過電流に起因して磁気センサ４にヒステリシスが生じる。したがって、磁気センサ４のヒステリシスを用いればバスバ８に流れた過電流を事後的に検知することができる。

　電流センサ２の起動直後にバスバに過電流が流れたと判断された場合、バスバに過電流が流れたのは電流センサ２の停止中または起動時である。起動に要する時間を考慮すると、電流センサ２の停止中に過電流が流れる原因事象が生じた可能性の方が、起動の瞬間に原因事象が生じた可能性よりも高い。そこで、電流センサ２の起動直後において、バスバ８に過電流が流れたと判断された場合、電流センサ２は外部に対して、電流センサ２の停止中にバスバ８に過電流が流れた可能性があることを示す、停止中の警告を出力する。この停止中の警告を外部に出力することにより、電流センサ２が停止中の整備作業において、作業ミスによってバスバ８に過電流が流れた可能性があることを作業者に伝達できる。

　図３Ａは、バスバ８を流れる被測定電流として交流電流を測定する場合において、電流センサ２により検出される一次電流と電流センサ２から出力される電圧との関係を示すグラフである。なお、図２に示す電流センサ２により検出される一次電流の電流値は、磁気センサ４の備えるフィードバックコイル１０に流れる電流の値として得られる。
　図３Ｂは、図３Ａについて、電流センサ２から出力される電圧の時間経過に伴う変化を示すグラフである。

　図３Ａおよび図３Ｂでは、バスバ８に過電流が流れる前の初期の状態を破線で示し、過電流が流れた後の状態を実線で示している。なお、過電流が流れる前後における磁気センサ４の違いを分かりやすくするため、過電流が流れる前の状態として理想的な状態を示している。

　図３Ａに破線で示すように、バスバ８に過電流が流れる前においては、電流の大きさによって出力の大きさが決まる。すなわち、電流センサ２の出力が０から最大値に到達するまでと、電流センサ２の出力が最大値から０に戻るまでとにおいて、同じ電流値のときに電流センサ２が出力する電圧は同じである。このため、図３Ａの破線で示すグラフでは、点Ａ１から点Ａ２への軌跡と、点Ａ２から点Ａ３への軌跡とが同一である。したがって、出力が０から最大値に到達するまでの電流増加時間Ｔ１Ａと、出力が最大値から０に戻るまでの電流減少時間Ｔ２Ａとが等しくなる。

　対して、図３Ａに実線で示すように、バスバ８に過電流が流れた後における電流センサ２からの出力の大きさは、電流値の大きさのみによって決まらず、電流値が変化する方向によって異なる。すなわち、電流センサ２は、バスバ８に流れる電流が同じでも、出力が変化する方向が増加方向か減少方向かによって出力する電圧の大きさが異なる。このため、図３Ａの実線で示すグラフでは、電流増加時における点Ｂ１から点Ｂ２への軌跡と、電流減少時における点Ｂ２から点Ｂ３への軌跡とが異なっている。したがって、出力が０から最大値になるまでの時間である電流増加時間Ｔ１Ｂと、出力が最大値から０になるまでの電流減少時間Ｔ２Ｂとが異なり、電流増加時間Ｔ１Ａが電流減少時間Ｔ２Ａよりも大きい。

　以上のように、磁気センサ４にヒステリシスが生じた場合、電流センサ２の出力にゼロクロス誤差が生じる。この結果、電流増加時間Ｔ１Ｂと電流減少時間Ｔ２Ｂとの間に差異が生じる。ここで、ゼロクロス誤差とは、電流値が０Ａのときにおいて、電流値が変化する方向により電流センサ２の出力が異なることをいう。

　判断部７は、電流増加時間Ｔ１Ｂおよび電流減少時間Ｔ２Ｂを求め、電流増加時間Ｔ１と電流減少時間Ｔ２との差である電流増減時間差を用いて、磁気センサ４のヒステリシスの大きさを評価して過電流を検出する。すなわち、判断部７は、電流増減時間差が閾値を越えた場合に、バスバ８に過電流が流れたと判断する。

　磁気抵抗効果素子９を有する磁気センサ４には、バスバ８に過電流が発生するとヒステリシスが増加するという特徴がある。このため、被測定電流が交流である場合、ヒステリシス増加の影響が位相差として現われる。したがって、位相差の初期値からの変化を測定することにより、被測定電流としてバスバ８に過電流が流れたことを検出できる。

　電流センサ２の稼働中であるか否かに関わらず、バスバ８に過電流が流れると磁気センサ４にはヒステリシスが生じる。このことは、磁気センサ４がバスバ８に過電流が流れたことをヒステリシスとして記憶しているともいえる。このため、電源制御装置１は電流増減時間差を求めることにより、磁気センサ４に記憶されている過電流の影響の履歴を取り出すことができる。すなわち、磁気センサ４のヒステリシスにより変化する電流増減時間差を測定して、電流増減時間差と閾値とを比較することにより、過電流が流れた後においても過電流が発生したことを検知できる。過電流の検出に用いられる閾値は、バスバ８に過電流が流れることによって磁気センサ４に生じる電流増減時間差を考慮して決定される。

　図４は強い磁気が印加されたときに磁気センサ４に生じるヒステリシスを示すグラフであり、バスバ８に過電流が流れたときに生じる磁気による磁気センサ４への影響を示している。具体的には、磁気センサ４に印加する磁気の強さを徐々に上げていき、磁気印加後の磁気センサ４のヒステリシスを測定した結果を示している。

　同図に示すように、バスバ８の被測定電流として過電流が流れて１５０ｍＴ以上の強い磁気が印加されることによって磁気センサ４にヒステリシスが生じる。なお、１５０ｍＴの強い磁気によって生じた磁気センサ４のヒステリシスは、さらに強い磁気が印加されても変化しない。

　例えば、１０Ｈｚで動作している電流センサ２の出力の最大値が２０００ｍＶである場合にヒステリシスが４ｍＶであるとき、正弦波を４分割した四分正弦波（図３ＡのＢ２からＢ３）における時間変化（図３ＢのＴ２Ａ－Ｔ２Ｂ）は、以下の式により求められる。
　１ｓ／１０／３６０°×（９０°／２０００ｍＶ×４ｍＶ）＝５０μｓ

　なお、９０°分の出力となる四分正弦波のピークが２０００ｍＶであるのに対し、図３Ａに示すように、電流値０Ａにおいては、初期の状態から正弦波全体すなわちフルスケール分の変位が生じる。このため、ヒステリシスの値４ｍＶと四分正弦波のピークの値２０００ｍＶとを用いて、上記の式により時間変化を計算することができる。

　電流センサ２により交流電流を測定する場合、磁気センサ４のヒステリシスによる時間変化の大きさは周波数に依存する。電流センサ出力の最大値が２０００ｍＶ、ヒステリシスが４ｍＶである場合、周波数と四分正弦波における時間変化との関係を以下の表に示す。

　上記の例において電流センサ２が１０Ｈｚで動作している場合、電流増加時間Ｔ１Ｂの変化時間は＋５０μｓであり、電流減少時間Ｔ２Ｂの時間変化は－５０μｓである。したがって、バスバ８の被測定電流として過電流が流れたことを検出するために用いられる閾値は、以下の式により求められる。
　Ｔ１Ｂ－Ｔ２Ｂ＝（Ｔ１Ａ＋５０μｓ）－（Ｔ２Ａ－５０μｓ）＝（Ｔ１Ａ－Ｔ２Ａ）＋１００μｓ
　図３Ａおよび図３Ｂに破線で示したようにＴ１ＡとＴ２Ａとが等しい場合、閾値は１００μｓとなる。
　このようにバスバ８に過電流が流れることにより磁気センサ４に生じる電流増減時間差Ｔ１Ｂ－Ｔ２Ｂに基づいて決定した閾値を過電流の検出に用いることができる。

　図５Ａは、バスバ８を流れる被測定電流として交流電流を測定する場合における、電流センサ２により検出される一次電流と電流センサ２から出力される電圧との関係を示すグラフである。同図では、オフセットが生じる前を破線で示し、オフセットが生じた後を実線で示している。

　図５Ｂは、電流センサ２が備える磁気センサ４にオフセットが生じる前と後における、時間と電流センサ２から出力される電圧との関係を示すグラフである。同図は、磁気センサ４にオフセットが生じる前を破線で示し、オフセットが生じた後を実線で示している。図５Ａおよび図５Ｂにおけるオフセットが生じる前の状態は、図３Ａおよび図３Ｂにおける過電流が生じる前の状態と同じである。

　図５Ａに示すように、温度変化などによって磁気センサ４にオフセットが生じることがある。しかし、磁気センサ４にオフセットが生じた場合、図５Ｂに示すように、電流増加時間Ｔ１Ｃおよび電流減少時間Ｔ２Ｃはいずれも同じだけ増加する。したがって、電流増加時間Ｔ１Ｃと電流減少時間Ｔ２Ｃとの差である電流増減時間差（＝Ｔ１Ｃ－Ｔ２Ｃ）は、オフセットの影響を受けない。

（過電流の検知方法）
　図６は、本実施形態の過電流の検知方法のフローチャートである。フローチャートは、電源制御装置１に過電流が流れたか否かを判断する方法を示している。なお、電源制御装置１は被測定電流を測定可能な電流センサ２を備え、電流センサ２はバスバ８に被測定電流が流れる際に生じる磁気を検出する磁気センサ４を有する。同図に示すフローチャートは、閾値として電流増減時間差Ｈの所定の大きさを用い、電流増減時間差Ｈが閾値を越えた場合にバスバ８に過電流が流れたと判断する場合を示している。

　過電流の検知方法は、測定ステップＳ１、評価ステップＳ２および判断ステップＳ３を備えている。
　測定ステップＳ１において、電流センサ２によりバスバ８に流れる被測定電流を測定する。評価ステップＳ２において、制御部３が測定ステップＳ１の測定結果に基づいて磁気センサ４のヒステリシスを求める。そして、判断ステップＳ３において、判断部７はヒステリシスが閾値を超えている場合にバスバ８に過電流が流れたと判断する。

　ヒステリシスを評価する評価ステップＳ２は、電流増加時間Ｔ１および電流減少時間Ｔ２を求めるステップＳ２０と、電流増減時間差Ｈを求めるステップＳ２１とを有する。
　ステップＳ２０は、タイマー５を用いて、電流センサ２の出力電圧が０から最大値になるまでの時間である電流増加時間Ｔ１と、電流センサ２の出力電圧が最大値から０になるまでの時間である電流減少時間Ｔ２とを求める。
　ステップ２１は、判断部７により、電流増加時間Ｔ１と電流減少時間Ｔ２との差である電流増減時間差Ｈを求める。

　判断ステップＳ３は、Ｓ３０～Ｓ３３を有する。
　ステップＳ３０において、判断部７により、電流増減時間差Ｈと閾値Ｈｔとを比較する。電流増減時間差Ｈが閾値Ｈｔよりも大きい場合（Ｈ＞Ｈｔ、Ｓ３１のＹｅｓ）は、Ｓ３２においてバスバ８に過電流が流れたと判断する。この場合、出力ステップＳ４に移り、制御部３から電源制御装置１の外部に警告を出力して、過電流の測定を終了する。電流増減時間差Ｈが閾値Ｈｔ以下の場合（Ｈ≦Ｈｔ、Ｓ３１のＮｏ）は、Ｓ３３においてバスバ８に過電流が流れていないと判断して、過電流の判断を終了する。

［変形例１］
　図７は、変形例１にかかる過電流の検知方法のフローチャートであり、計測時の電流センサ２のヒステリシスと初期のヒステリシスを比較して、初期のヒステリシスに対する変化量が閾値以上であった場合に過電流であると判断する検知方法を示している。
　同図に示す過電流の検知方法は、電流増減時間差Ｈに代えて、初期値Ｈ０に対する変化量Ｄを用いる構成において、図６に示す過電流の検知方法と異なっている。すなわち、変形例の過電流の検知方法は、判断部７が、電流増減時間差Ｈの初期値Ｈ０に対する変化量Ｄを求め、変化量Ｄが変化量閾値Ｄｔを越えた場合に、バスバ８に過電流が流れたと判断する。

　図６に示したフローチャートと同じ部分については説明を省略し、以下では異なる部分について説明する。
　変形例における判断ステップＳ３はＳ３４～Ｓ３８を有している。Ｓ３４において、判断部７により、電流増減時間差Ｈと初期値Ｈ０との差である変化量Ｄを求める。そして、Ｓ３５において、判断部７により、変化量Ｄと変化量閾値Ｄｔとを比較する。なお、初期値Ｈ０は磁気センサ４の特性であり、記憶部６（図１参照）に記憶されている。

　変化量Ｄが変化量閾値Ｄｔよりも大きい場合（Ｄ＞Ｄｔ、Ｓ３６のＹｅｓ）は、Ｓ３７においてバスバ８に過電流が流れたと判断し、Ｓ４において外部に警告を出力して、過電流の判断を終了する。変化量Ｄが変化量閾値Ｄｔ以下の場合（Ｄ≦Ｄｔ、Ｓ３６のＮｏ）は、Ｓ３８においてバスバ８に過電流が流れていないと判断し、過電流の判断を終了する。

　初期の電流増減時間差Ｈの初期値Ｈ０には磁気センサ４により個体差がある。そこで、変形例では、判断ステップＳ３において、電流増減時間差Ｈを求めて閾値Ｈｔと比較する代わりに、電流増減時間差Ｈの初期値Ｈ０からの変化量Ｄを求めて変化量閾値Ｄｔと比較している。変化量Ｄを求めることで電流センサ２の個体差の影響が取り除かれるため、バスバ８に過電流が流れたことの検知精度が向上する。

［変形例２］
　図８は、変形例２にかかる過電流の検知方法のフローチャートである。車両の運転を終えてエンジンやモータなどの動力源を停止している時、電流センサ２も停止し、バスバ８には基本的に電流は流れない。しかし、前述したとおり、車両の整備点検等で停止している場合には、作業者の作業ミスによって過電流が流れる恐れがある。同図に示す例では、電流センサ２に過電流が流れたと判断したときが電流センサ２の起動直後である場合、電流センサ２の停止中にバスバ８に過電流が流れた可能性があることを示す停止中の警告を外部に出力する。また、電流センサ２に過電流が流れたと判断したときが電流センサ２の起動直後よりも後である場合、電流センサ２の稼働中にバスバ８に過電流が流れたことを示す警告を外部に出力する。

　図６に示したフローチャートと同じ部分については説明を省略し、以下では異なる部分について説明する。
　変形例２における判断ステップＳ３はＳ３１～Ｓ３４を有している。Ｓ３４において、判断部７は、バスバ８に過電流が流れたと判断されたのが電流センサ２の起動直後であるか否かを判断する。なお、所定時間は電流センサ２の特性であり記憶部６（図１参照）に記憶されている。

　バスバ８に過電流が流れたと判断されたのが電流センサ２の起動直後である場合（Ｓ３４のＹｅｓ）、電流センサ２の停止中にバスバ８に過電流が流れた可能性が高いと判断し、Ｓ４１において電源センサの停止中の警告を外部に出力して、過電流の判断を終了する。例えば、起動直後の電流センサ２の出力電圧における電流増減時間差を求め、電流増減時間差が閾値を越えた場合に、過電流が流れたのが電流センサ２の停止中または起動時であると判断することができる。あるいは、起動直後の電流センサ２の出力電圧の変化量を求め、変化量が変化量閾値を越えた場合に、過電流が流れたのが電流センサ２の停止中または起動時であると判断してもよい。バスバ８に過電流が流れたと判断されたのが電流センサ２の起動直後よりも後である場合（Ｓ３４のＮｏ）、電流センサ２の稼働中においてバスバ８に過電流が流れたと判断し、Ｓ４２において電源センサの稼働中の警告を外部に出力して、過電流の判断を終了する。

　図８に示す過電流の検知方法は、ステップＳ３２において、バスバ８に過電流が流れたと判断されたのが電流センサ２の起動直後であるか、起動直後よりも後であるかによって、外部に異なる警告を出力する。これにより、作業者は、バスバ８に過電流が流れたのが電流センサ２の停止中であるのか、電流センサ２の起動中であるのかが分かるため、想定される原因に応じてより適切な対応をとることが可能になる。

　なお、図８では、図６におけるステップＳ３２の後に、ステップＳ３４、ステップＳ４１およびステップＳ４２を行う態様を示したが、図７におけるステップＳ３７の後に、ステップＳ３４、ステップＳ４１およびステップＳ４２を行ってもよい。

　本明細書において開示された実施形態は、全ての点で例示であってこの実施形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上述した実施形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

　本発明は、例えば各種機器に流れる被測定電流を測定して車両の電源システムなどを制御する電源制御装置として有用である。

１　　　　　　　：電源制御装置
２　　　　　　　：電流センサ
３　　　　　　　：制御部
４　　　　　　　：磁気センサ
５　　　　　　　：タイマー
６　　　　　　　：記憶部
７　　　　　　　：判断部
８　　　　　　　：バスバ
９　　　　　　　：磁気抵抗効果素子
１０　　　　　　：フィードバックコイル
１１　　　　　　：磁気シールド
Ｈ　　　　　　　：電流増減時間差
Ｈ０　　　　　　：初期値
Ｈｔ　　　　　　：閾値
Ｄ　　　　　　　：変化量
Ｄｔ　　　　　　：変化量閾値
Ｔ１、Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂ、Ｔ１Ｃ：電流増加時間
Ｔ２、Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂ、Ｔ２Ｃ：電流減少時間

Claims

　バスバに被測定電流が流れる際に生じる磁気を磁気抵抗効果素子により検出する磁気センサを有する、前記被測定電流を測定可能な電流センサと、前記バスバに過電流が流れたか否かを判断する判断部と、を備えた電源制御装置であって、
　前記判断部が、前記電流センサの出力電圧が０から最大値になるまでの時間である電流増加時間と、前記電流センサの出力電圧が最大値から０になるまでの時間である電流減少時間とを測定し、前記電流増加時間と前記電流減少時間との差である電流増減時間差を求め、前記電流増減時間差に基づいて前記バスバに前記過電流が流れたか否かを判断することを特徴とする電源制御装置。
　前記判断部は、前記バスバに前記過電流が流れたと判断したときに、外部への警告を出力する、請求項１に記載の電源制御装置。
　前記バスバに流れた電流が前記過電流であるか否かを前記判断部が判断する基準となる前記電流増減時間差の閾値を記憶する記憶部を有し、
　前記判断部は、求めた前記電流増減時間差が前記閾値を越えた場合に、前記バスバに前記過電流が流れたと判断する、請求項１に記載の電源制御装置。
　前記バスバに流れた電流が前記過電流であるか否かを前記判断部が判断する基準となる前記電流増減時間差の変化量閾値、および前記電流増減時間差の初期値を記憶する記憶部を有し、
　前記判断部は、求めた前記電流増減時間差と前記電流増減時間差の前記初期値との差である前記電流増減時間差の変化量を求め、求めた前記変化量が前記変化量閾値を越えた場合に、前記バスバに前記過電流が流れたと判断する、請求項１に記載の電源制御装置。
　バスバに被測定電流が流れる際に生じる磁気を磁気抵抗効果素子により検出する磁気センサを有する、前記被測定電流を測定可能な電流センサで、前記バスバに流れる前記被測定電流を測定し、
　前記被測定電流の測定結果に基づいて、前記電流センサの出力電圧が０から最大値になるまでの時間である電流増加時間と、前記電流センサの出力電圧が最大値から０になるまでの時間である電流減少時間とを測定し、
　前記電流増加時間と前記電流減少時間との差である電流増減時間差を求め、前記電流増減時間差に基づいて前記バスバに過電流が流れたか否かを判断する、ことを特徴とする過電流の検知方法。
　求めた前記電流増減時間差が閾値を越えた場合に、前記バスバに前記過電流が流れたと判断する、請求項５に記載の過電流の検知方法。
　求めた前記電流増減時間差と前記電流増減時間差の初期値との差である前記電流増減時間差の変化量を求め、求めた前記変化量が変化量閾値を越えた場合に、前記バスバに前記過電流が流れたと判断する、請求項５に記載の過電流の検知方法。
　起動直後の前記電流センサの出力電圧における前記電流増減時間差もしくは前記変化量を求め、前記電流増減時間差が前記閾値を越えた場合もしくは前記変化量が前記変化量閾値を越えた場合、
　前記電流センサの停止中に前記バスバに前記過電流が流れた可能性が高いことを示す警告を出力する、請求項６または７に記載の過電流の検知方法。