電流センサの校正装置
【課題】 電流センサのオフセット誤算を校正可能な電流センサの校正装置を提供する。
【解決手段】電流センサの校正装置は、バッテリ１の充放電電流値ｉを測定する電流センサ７と、バッテリ１と負荷６との間との間に直列配置された電気要素１０の両端電圧値Ｖを測定する電圧センサ１３と、電流センサ７で測定した充放電電流値ｉと電圧センサ１３で測定した両端電圧Ｖが入力されて、電気要素１０の内部抵抗の等価回路モデル１７Ａに基づき電気要素１０の内部抵抗値Ｒを推定する状態推定手段１７と、ここで推定した内部抵抗値Ｒと電圧センサで検出した電圧値Ｖとから電流推定値Ｉを算出して電流センサ７の校正電流値とする電流算出手段１７と、を備えた。
【解決手段】電流センサの校正装置は、バッテリ１の充放電電流値ｉを測定する電流センサ７と、バッテリ１と負荷６との間との間に直列配置された電気要素１０の両端電圧値Ｖを測定する電圧センサ１３と、電流センサ７で測定した充放電電流値ｉと電圧センサ１３で測定した両端電圧Ｖが入力されて、電気要素１０の内部抵抗の等価回路モデル１７Ａに基づき電気要素１０の内部抵抗値Ｒを推定する状態推定手段１７と、ここで推定した内部抵抗値Ｒと電圧センサで検出した電圧値Ｖとから電流推定値Ｉを算出して電流センサ７の校正電流値とする電流算出手段１７と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車のバッテリなどの充放電電流を検出する電流センサの校正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、電気自動車やハイブリッド電気自動車などでは、これらの車両を駆動するのに用いられる電気モータへ電力を供給（放電）したり、制動時のエネルギを発電機として機能させる電気モータから、あるいは地上に設置した電源から充電して電気エネルギを蓄積したりするため、リチャージャブル・バッテリ（二次電池）が用いられる。
【０００３】
この場合、長期にわたってバッテリを最適な状態に保ち、また電気モータを最適に制御するためには、バッテリの充放電電流を電流センサで常に精度よくモニタする必要がある。
この電流センサとしては、電気自動車等のように充放電される電流の変化が大きい場合には、ホール効果を利用した電流センサがよく用いられる。
このような電流センサでは、一般的に、バッテリの電流が流れていない（すなわち、電流＝０アンペア）にもかかわらず、電流の検出値が一定電流分オフセットしてしまい、その分誤差が生じることが多々ある。
【０００４】
そこで、従来から上記電流センサのオフセット誤差を低減して、電流検出値の精度を上げる試みがなされている。
そのうちの一つは、バッテリの充電が行われていない状態でイグニッション・キーがOFFにされた直後に、車載の電子制御ユニット相互間でLAN（Local Area Network）上における多重通信が行われていない状態のとき検出した電流検出値と、バッテリと電子制御ユニットを含む負荷間の電源供給ライン上を流れる電流がゼロであるときの電流センサの出力に関する、予め定めた標準特性における電流センサの出力と、の差分を、オフセット誤差の調整分として決定し記憶して次回のイグニッション・キーON時に利用するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、他の装置として、バッテリと直列接続した電流検出抵抗（いわゆるシャント抵抗）と、この抵抗の両端電圧を増幅するアンプと、このアンプの出力電圧でバッテリに流れる電流を検出する主電流センサの測定値を補正する演算回路と、を備えた補正回路を有し、アンプの出力電圧が設定電圧となるような状態において、補正回路がアンプの出力電圧から電流検出抵抗に流れる電流を演算し、この演算値と主電流センサの検出電流値とを比較して主電流センサの測定値を補正するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２５２３５号公報
【特許文献２】特許第３６９１３６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の電流センサの校正装置には以下に説明するような問題がある。
まず、前者の電流センサの校正装置にあっては、イグニッション・キーOFF時における特定条件のときのみしか電流センサの誤差を補正できないので、車両走行中や充電中にもその時々で変化する電流センサのオフセット誤差の補正には十分対応できず、検出精度の低下を避けることができないといった問題がある。
【０００８】
また、後者の電流センサの校正装置にあっては、電流検出抵抗を新たに別途追加する必要がある上、抵抗は使用時間の経過にともなって温度上昇が生じるので、これに起因した電流検出抵抗の内部抵抗の変化を考慮した補正を行わなければならず、その校正が複雑になるといった問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、シャント抵抗等を別途追加することなく、走行中や充電中にあってもその都度変化する電流センサのオフセット誤差がより少なくなるように、電流センサで測定した充放電電流を校正することができる電流センサの校正装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的のため本発明による電流センサの校正装置は、
バッテリの充放電電流値を測定する電流センサと、
バッテリと負荷との間との間に直列配置された電気要素の両端電圧値を測定する電圧センサと、
電流センサで測定した充放電電流値と電圧センサで測定した両端電圧が入力されて、電気要素の内部抵抗の等価回路モデルに基づき電気要素の内部抵抗値を推定する状態推定手段と、
状態推定手段で推定した内部抵抗値と電圧センサで検出した両端電圧値とから電流センサの電流校正値を算出する電流算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電流センサの校正装置にあっては、電気要素の内部抵抗の等価回路モデルを用いて電流センサで測定した充放電電流値と電圧センサで測定した両端電圧から内部抵抗値を推定し、この値で、電気要素の両端電圧の測定値を割って電流校正値を得るようにしたので、もともと必要であった電気要素を用いることでシャント抵抗等を別途追加することなく、また、走行中や充電中にあっても、その都度変化する電流センサのオフセット誤差がより少なくなるように電流センサで測定した充放電電流を校正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１の電流センサの校正装置を有するバッテリ・コントローラと、バッテリや電気モータ等の周辺装置と、からなる電気自動車等の車両用電気回路を示す図である。
【図２】実施例１の電流センサの校正装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２電流センサの校正装置で用いるヒューズの内部抵抗等価回路モデルを示す図である。
【図４】図２の電流センサの校正装置を校正する等価回路パラメータ推定部の構成を示すブロック図である。
【図５】バッテリの充放電電流、ヒューズの両端電圧、実施例１の電流センサの校正装置で電流校正を行って得たバッテリの充電率の関係について、シミュレーションを行った結果を、時系列的に示す図であり、（ａ）はバッテリの充放電電流の変動を示す図、（ｂ）はヒューズの両端電圧の変動を示す図、（ｃ）は充電率の変動を示す図である。
【図６】実施例１の電流センサの校正装置で実行される電流補正処理および電流センサ故障診断処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施例の電流センサの校正装置で用いる等価回路パラメータ推定部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３実施例の電流センサの校正装置で実行される電流補正および電流センサ故障診断処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】オフセット補正なしの従来技術の電流センサを用いた場合の電流値および充電率の特性を示す図であり、（ａ）はオフセット誤差を含んだ電流値の変化を示す図、（ｂ）はその電流を用いて得た充電率の変化を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明の実施例１を、添付図面に基づき詳細に説明する。
図１に、実施例１の電流センサの校正装置およびこの装置が接続される機器との構成関係を示す。
本実施例では、電流センサの校正装置は、電気自動車やハイブリッド電気自動車などの車両に用いられる。
【００１５】
同図に示すように、バッテリ１は、バッテリ・コントローラ２により常時モニタ、制御される。
バッテリ１には、これを充電するための充電器３、ブレーカ４、インバータ５および電気モータ６が接続されており、車両走行時には、インバータ５で電気モータ６へ供給する駆動電力を制御し、車両制動時には電気モータ６を発電機として機能させ制動エネルギの一部を電気エネルギとして回収しバッテリ２へ充電している。この制動時の回生は必ずしも必要ではない。
【００１６】
バッテリ１の正極端子と充電器３の正極端子との間には、バッテリ１の充放電電流ｉを測定する電流センサ７の他に、リレー９およびヒューズ１０が直列接続されるとともに、バッテリ１の両端子間には、バッテリ１の端子電圧ｖを測定する電圧センサ８が接続される。また、バッテリ１の陰極端子と充電器３の負極端子との間には、リレー１１が接続される。
さらに、充電器３と電気モータ６との間にはブレーカ４とインバータ５が接続される。
【００１７】
リレー９にはこの両端の電圧を測定する電圧センサ１２が、またヒューズ１０にはこの両端の電圧を測定する電圧センサ１３が、またリレー１１にはこの両端の電圧を測定する電圧センサ１６が必要に応じて設けられ、これらで測定した電圧値はバッテリ・コントローラ２へ入力される。
同様に、ブレーカ４には、この正極側の両端端子間における電圧を測定する電圧センサ１４が、また負極側の両端端子間における電圧を測定する電圧センサ１５が必要に応じて設けられ、これらでそれぞれ測定した電圧値はバッテリ・コントローラ２へ入力される。
【００１８】
上記電圧センサ１２〜１６の設定は以下のように行う。すなわち、電圧センサ１２〜１６のうち、必須のセンサとしてはバッテリ・コントローラ２の状態推定部１７（図２参照）で利用する等価回路モデル１７Ａ（図２参照）の内部抵抗の両端間の電圧を測定する電圧センサのみでよい。
したがって、本実施例では、ヒューズ１０のみを等価回路モデルの対象とするので、上記電圧センサ１２〜１６のうち電圧センサ１３のみあれば良く、他の電圧センサは必ずしも必要ではない。ここでは、他の要素を対象とする場合も可能なので、便宜上すべてについて電圧センサを設定した場合を描いてある。
なお、リレー９，１１、ヒューズ１０およびブレーカ４は、本発明の内部抵抗を有する電気要素に相当する。
【００１９】
本実施例に関係する電気回路は上記のように構成されるが、以下にこの主な構成要素につき、より詳細に説明する。
まず、バッテリ１は、リチャージャブル・バッテリ（二次電池）で構成し、本実施例にあっては、セルを多数組み合わせたリチウム・イオン・バッテリ・パックを用いるが、これに限られることはなく、ニッケル・水素バッテリ等、他の種類のバッテリを用いてもよいことは言うまでもない。
【００２０】
電流センサ７は、バッテリ１の充放電電流を測定するものであって、本実施例では一種の電流磁気効果であるホール効果を利用した電流センサを用いることにより、電気モータ６へ供給される電流が大きく変動してもこれを測定できるようにする。
一方、電圧センサ８は、バッテリ１バッテリ１の端子間の電圧を検出する。
【００２１】
リレー９，１１とヒューズ１０は、ジャンクション・ボックスを構成する。リレー９，１１は、小さな電気でバッテリ１からの大きな電力の供給、遮断の切り替えを行うために用いられる。
【００２２】
リレーをONにする際にインバータ５の図示しない平滑コンデンサへの突入電流を抑えるため、一時的に抵抗を介して電流を供給し平滑コンデンサの電圧が十分上昇してから、短絡するといったシーケンス制御を行う。この抵抗としては、本実施例では、異常時に回路を遮断するヒューズ１０が用いられ、このヒューズ１０は、本実施例では、その内部抵抗値がＲ（オーム）である図３の等価回路モデルとして表わされる。
【００２３】
充電器３は、車両外の充電設備（図示せず）に接続されて、たとえば定電流・定電圧充電方式などにより、電力を供給してバッテリ１を充電するものである。
ブレーカ４は、バッテリ１から許容量以上の電流が流れたりした場合に、回路を電気的に遮断し安全を確保するものである。
【００２４】
インバータ５は、電力変換器であり、バッテリ１からの直流電力を、パルス幅変調（PWM）制御などにより交流の電気モータ６を駆動する三相交流電力に変換して電気モータ６に供給するものである。インバータ５は、図示しないインバータ・コントローラにより、このコントローラに入力されるアクセル・ペダル踏み込み量や車両速度などの情報に応じて、その出力電力を決定する。
【００２５】
電気モータ６は、本実施例では、希土類永久磁石を用いた永久磁石同期モータが使用され、インバータ５からの交流電力で駆動される。なお、電気モータは、本発明の負荷に相当する。
【００２６】
バッテリ・コントローラ２は、車載のマイクロ・コンピュータで構成され、電流センサ７、電圧センサ８，１２〜１６などからの各種の情報信号が入力されて、バッテリ１のセルごと、あるいは複数のセルの温度、電圧、電流を常時モニタしてバッテリ・マネージメントを行っている。
【００２７】
バッテリ・コントローラ２は、本実施例の電流センサの校正装置を有しており、その構成とその信号の流れを図２のブロック線図に示す。
同図に示すように、電流センサの校正装置は、状態推定部１７と、電流算出部１９と、電流センサ・オフセット誤差算出部２０と、電流センサ異常判定部２１と、を有する。
【００２８】
状態推定部１７は、図３に示すような、ヒューズ１０の内部抵抗等価回路モデル１７Ａと、等価回路パラメータ推定部１７Ｂと、を備えている。なお、状態推定部１７は、本発明の状態推定手段に相当する。
【００２９】
等価回路パラメータ推定部１７Ｂは、内部抵抗平均化処理部１８や図４の適応機構２３を有する。等価回路パラメータ推定部１７Ｂ、内部抵抗平均化処理部１８は、それぞれ本発明の等価回路パラメータ推定手段、内部抵抗平均化処理手段に相当する。
【００３０】
等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、図４に示すように、実際のヒューズ１０とこのヒューズ１０の内部抵抗等価回路モデル１７Ａとに、電流センサ７から電流値i(k)が入力され、ヒューズ１０の電圧センサ１３で測定した電圧測定値Ｖ(k)と、等価回路モデル１７Ａで推定された、出力としての電圧推定値Ｖ(k)^とが減算器２４で比較され、これらの誤差ε(k)が算出される。なお、上記記号中、上方の添え字^は、推定を表わすが、図面上と異なり明細書中では便宜上、右にずらして記載する。また、ｋは、サンプリングの順番番号（時刻ステップ）を、したがって、i(k)はｋ番目の電流値を、Ｖ(k)はｋ番目の電圧測定値を、Ｖ(k)^はｋ番目の電圧推定値を、それぞれ表わす。
【００３１】
そして、適応機構２３では、上記誤差ε(k)があれば、これにフィードバック・ゲインL(k)をかけて等価回路モデル１７Ａへフィードバックし、誤差ε(k)が最小になるように等価回路モデル１７Ａを修正する。このようにして等価回路モデル１７Ａを用いることで、状態量としてのパラメータＲを求めることができる。
ここでは、カルマン・フィルタや逐次最小二乗法などを用いて逐次計算を行うが、ヒューズ１０の内部抵抗Ｒは小さいので、推定精度を上げるべく比較的大きな電流で内部抵抗Ｒの推定を行うようにする。
【００３２】
そこで、図５(a)に示すように、プラス側の第１閾値i1より大きいプラス側電流とマイナス側の第２閾値i2より小さいマイナス側電流が測定されたときだけに、これら閾値を超えたプラス側、マイナス側電流を検出したときに測定されたヒューズ１０の両端電圧におけるプラス側電圧とマイナス側電圧（これらを図５（ｂ）に示す）を用いて、電圧値を電流値で割ることにより、パラメータとしてプラス側抵抗値R(+)とマイナス側抵抗値R(-)の両方をそれぞれ推定する。
ここで、プラス側の第１閾値i1と第２閾値i2とは、絶対値が同じで符号が異なる値に設定してある。なお、図５(a)では電流真値を点線で、オフセット誤差がある電流を実線で示してある。同図では、オフセット誤差が真値より高めの状態が例示されているが、オフセット誤差が真値より低めになることはもちろんあり得る。
【００３３】
内部抵抗平均化処理部１８は、等価回路パラメータ推定部１７Ｂで推定したパラメータ、すなわちプラス側抵抗値R(+)とマイナス側抵抗値R(-)が入力され、これらの平均化処理を行うことで内部抵抗Ｒを得る。
ここで、平均化処理を行うのは、電流ｉがプラス側にオフセットしていた場合にはプラス側の電流値はその真値より大きめになるので、その場合の内部抵抗R(+)は電圧／電流であるから真値より小さくなる。また、この場合、逆に、マイナス側の電流は小さくなり、推定した内部抵抗R(-)は大きくなることになる。したがって、これらを平均化してオフセット量を打ち消す必要があるため、平均化処理を行うようにしている。電流ｉがマイナス側にオフセットしていた場合も同様である。
【００３４】
内部抵抗平均化処理部１８で得られた推定抵抗値Ｒは、電流算出部１９に入力され、ここで、同じく電圧センサ１３で測定したヒューズ電圧測定値ＶＦＵＳＥを推定抵抗値Ｒで除算することにより電流推定値Iを得る。この電流推定値Iは、電流センサ７のオフセット誤差を取り除いた電流センサ７の電流校正値（真値に近い推測値）として扱われ、電流センサ・オフセット誤差算出部２０へ入力される。なお、電流算出部１９は、本発明の電流算出手段に相当する。
【００３５】
電流センサ・オフセット誤差算出部２０には、電流センサ７からの電流測定値iと電流算出部１９で得た電流推定値Iとが入力され、ここでそれらの差が算出されて電流センサ７のオフセット量ＩOFFSETとされる。このオフセット量ＩOFFSETは電流センサ異常判定部２１に入力される。
【００３６】
電流センサ異常判定部２１では、入力されたオフセット量ＩOFFSETが通常、正常な電流センサ７で生じるオフセット量の範囲内に入っているか否かを判定する。算出された上記オフセット量ＩOFFSETがこの範囲に入っていれば、電流センサ７は正常に機能していると判定するが、入っていなければ電流センサ７に異常があると判定し、電流センサ異常フラグＦＡの信号を出力して、バッテリ・コントローラ２で対応可能とする。なお、電流センサ異常判定部２１は、本発明の電流センサ異常判定手段に相当する。
【００３７】
上記のように構成した電流センサ７の校正装置で実行される、電流の校正および電流センサ７の異常判定処理の流れを示すフローチャートを図６に示す。
同図において、図示しないイグニッション・キーがONにされると、ステップS1で電流センサ７と電圧センサ8、１３等から電流値ｉや電圧値Ｖ、ＶＦＵＳＥなどがバッテリ・コントローラ２に読み込まれる。次いで、ステップS2で示すように、車両の走行が開始されると、ステップS3へと進む。
【００３８】
ステップS3では、状態推定部１７で、電流センサ７から読み込んだ電流ｉが閾値を超えたか否か、すなわち、プラス側の電流が第１閾値ｉ１より大きいか否かおよびマイナス側の電流が第２閾値ｉ２より小さいか否かが判定される。この判定結果がYESであればステップS4へ進み、NOであればステップS3へ戻る。
【００３９】
ステップS4では上記閾値を超えた電流の符号がプラスであるか否かを判定する。判定結果がYESであればステップS5へ進み、判定結果がNOであればステップS6へ進む。
【００４０】
ステップS5では、等価パラメータ推定部１７Ｂにて、第１閾値ｉ１を超えたプラス側の電流測定値ｉ(+)と、電圧センサ１３で測定したヒューズ電圧測定値ＶＦＵＳＥと、を用いて等価回路モデル１７Ａのパラメータ推定を逐次行い、プラス側の抵抗値R(+)を推定する。次いで、ステップS7へ進む。
【００４１】
同様に、ステップS6においても、等価パラメータ推定部１７Ｂにて、第２閾値ｉ２を超えたマイナス側の電流測定値ｉ(-)と、電圧センサ１３で測定したヒューズ電圧測定値ＶＦＵＳＥと、を用いて等価回路モデル１７Ａのパラメータ推定を逐次行い、マイナス側の抵抗値R(-)を推定する。次いで、ステップS7へ進む。
【００４２】
ステップS7では、内部抵抗平均化処理部１８で、上記のようにして推定したプラス側の抵抗値R(+)とマイナス側の抵抗値R(-)とからこれらの平均化処理を行い、今回のヒューズ１０の内部抵抗Ｒを算出する。次いで、ステップS8に進む。
【００４３】
ステップS8では、前回の走行時に算出した内部抵抗値と今回の走行時に算出した内部抵抗値との平均化処理を行って、この値をヒューズ１０の内部抵抗値Ｒとする。そいて、ステップS9に進む。
【００４４】
ステップS9では、電流算出部１９で、ステップS8で算出した内部抵抗値Ｒと電圧センサ１３で測定したヒューズ電圧測定値ＶＦＵＳＥとを用いて、電流＝電圧／抵抗の関係から、電流推定値Ｉを算出する。この値は電流校正値とされ、電流センサ７のオフセット誤差が小さくなるようにした、バッテリ１の充放電電流の真値に近いものとなる。次いで、ステップS10へ進む。
【００４５】
ステップS10では、電流センサ・オフセット誤差算出部２０で、電流センサ７で測定された電流測定値ｉから電流算出部１９で得た電流推定値Ｉを減算することで、電流センサ７のオフセット量IOFFSETを算出する。そして、電流センサ異常判定部２１にて、電流センサ・オフセット誤差算出部２０で算出したオフセット量IOFFSETが所定範囲（あらかじめ実験で正常な電流センサが取りうるオフセット量の範囲）内にあるか否かを判定する。この範囲以内にあれば、電流センサ７は正常であると判定し、この範囲外であれば電流センサ７は異常であるとして、電流センサ異常フラッグＦＡを立て、このフラグ信号を出力する。次いで、ステップS11へ進む。
【００４６】
ステップS11では、バッテリ１の校正装置が、車速センサから得た車速信号から車両が停止しているか否かを検出する。判定結果がYESであればステップS12へ進み、判定結果がNOであれば、ステップS3へ戻る。
【００４７】
ステップS12では、バッテリ・コントローラ２のメモリに、推定した内部抵抗Ｒを記録して処理を終える。この記憶された内部抵抗Ｒは、次回の車両発進の際に用いられる。
【００４８】
上記のようにして、実施例１の電流センサ７の校正装置にあっては、電流センサ７のオフセット誤差を抑制した電流推定値Ｉを得ることができ、またこのオフセット量から電流センサ７の正常・異常を判定できる。
【００４９】
図５(c)に、電流センサ７の電流測定値が同図(a)で示すように時間的に変動した場合の充電率真値SOCTRUEと、電流センサ７のオフセット誤差補正なしの場合の充電率SOCNOOFと、本実施例の校正装置でオフセット量を低減した場合の充電率SOCCOMPとを比較したシミュレーション結果を示す。なお、同図中、時刻ｔ１以降オフセット補正を行っている。同図から分かるように、オフセット補正無しの従来技術で得た充電率SOCNOOFに比べ、本実施例でオフセット量を校正して得た充電率SOCCOMPの方が、充電率真値SOCTRUEにより近く、推定精度が高くなっていることが分かる。
【００５０】
以上のように、実施例１の電流センサの校正装置にあっては、以下の効果を得ることができる。
（１）実施例１では、バッテリ１と電気モータ６との間との間に直列配置されたヒューズ１０を用いて、このヒューズの内部抵抗等価回路モデル１７Ａを設け、状態量としての内部抵抗値Ｒを推定し、この値でヒューズ１０の両端電圧ＶＦＵＳＥを割ることにより電流推定値Ｉを求めるようにしたので、電流センサ７が有するオフセット誤差を低減することができ、電流センサ７で測定した充放電電流ｉを校正することができる。
【００５１】
（２）また、内部抵抗等価回路モデル１７Ａの対象は、電気モータ７を駆動するのにもともと必要で存在していたヒューズ１０を用いるので、別途追加する部材は不要となる。また、ヒューズ１０は内部抵抗のみでモデル化されるので、モデリングおよび計算が簡単で済む。
【００５２】
（３）等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、電流センサ７で測定した充放電電流ｉのうち、この絶対値が閾値（プラス側の第１閾値ｉ１とマイナス側の第２閾値ｉ２）を超える電流が検出された場合でのみ、内部抵抗等価回路モデル１７Ａで内部抵抗値Ｒを推定するようにしたので、ヒューズ１０のように内部抵抗が小さく比較的大きな電流が流れる場合でも、内部抵抗値Ｒをより正確に推定できる。
【００５３】
（４）また、上記内部抵抗値Ｒの推定にあっては、プラス側の第１閾値ｉ１より大きい充放電電流を用いて推定したプラス側の内部抵抗値R(+)と、マイナス側の第２閾値ｉ２を用いて推定したマイナス側の内部抵抗値R(-)と、を得、これらを内部抵抗平均化処理部１８で平均化処理して内部抵抗値Ｒを推定するようにしたので、電流センサ７にオフセット誤差がある場合でも、より正確に内部抵抗値Ｒを推定できる。
【００５４】
（５）また、電流センサ異常判定部２１で、電流算出部１９で算出された電流推定値Ｉと電流センサ７で測定された充放電電流値ｉとの差を算出し、この差が所定範囲外にあるとき電流センサ７が異常であると判定するようにしたので、電流センサ７の異常を安価かつ簡単に判定することが可能となる。
【実施例２】
【００５５】
次に、本発明の実施例２について説明する。この実施例２の説明等にあたっては、上記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けて、その説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００５６】
この実施例２は、実施例１の図２に示した状態推定部１７の等価回路パラメータ推定部１７Ｂを図４のものから図７のものに変更した点が実施例１と異なる。すなわち、実施例１の等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、ｋ番目の入力である電流値ｉ(k)、ｋ番目の出力である電圧値ｖ(k)を用いてパラメータを推定するようにしているのに対し、実施例２の等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、入力、出力をｋ−１番目の前回値をも併せて用いた逐次推定により、パラメータＲを推定するようにしたものである。
【００５７】
図７において、ヒューズ１０には入力として電流センサ７で測定した電流値ｉ(k)が入力され、このヒューズ１０の出力として電圧センサ８で測定した両端電圧値Ｖ(k)から、電圧センサ８で測定した前回（ｋ−１番目）の電圧値ｖ(k-1)を、減算器２７で引き算して参照信号（ｖ(k)−ｖ(k-1)）として減算器２８に入力する。
【００５８】
一方、減算器２５には、電流センサ７で、今回測定された電流値ｉ(k)と前回測定された電流値ｉ(k-1)とが入力され、前者から後者が減算されてヒューズの内部抵抗等価回路モデル１７Ａに入力される。
【００５９】
この内部抵抗等価回路モデル１７Ａの出力である、今回と前回の電圧差推定値差Ｖ(k)^−Ｖ(k-1)^が、減算器２８に入力され、この電圧差推定値を先ほどの参照信号から減算して得た誤差分を適応機構２６に入力し、ここで上記誤差分にフィードバック・ゲインを掛けて得た値に応じて等価回路モデル１７Ａを修正していくことで、このパラメータＲを求める。
他は、図６のフローチャートを含め、実施例１と同じである。
【００６０】
実施例２の電流の校正装置にあっては、実施例１の効果（１）、（２）、（３）、（５）に加え、以下の効果を有する。
（６）実施例２では、今回測定された電流値ｉ(k)と前回測定された電流値ｉ(k-1)をヒューズ１０の内部抵抗等価回路モデル１７Ａに対する入力として、また今回と前回の電圧差推定値差Ｖ(k)^−Ｖ(k-1)^を等価回路モデル１７Ａからの出力として用いるようにしたので、内部抵抗値Ｒの推定精度を高くすることが可能となる。
【実施例３】
【００６１】
次に本発明の実施例３について説明する。この実施例３の説明等にあたっては、上記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けて、その説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００６２】
実施例３の電流センサの校正装置にあっては、実施例１の図２においてヒューズ１０の等価回路パラメータ推定部１７Ｂでのパラメータ推定方法が異なる点、また内部抵抗平均化処理部１８がない点を除けば、実施例１および実施例２と同様に構成してある。
【００６３】
実施例３の等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、実施例１および実施例２のように電流ｉの符号によって内部抵抗値R(+)、R(-)の推定演算を分岐処理してこれらの平均化処理を行うといった演算方法を取らない。
すなわち、実施例３では、図８のフローチャートに示す処理を行う。同図において、ステップS31〜S33は図６のステップS1〜S3と同じであるが、続く図６のステップS4〜S7がなくなって、これらの代わりにステップS34が実行される。
【００６４】
ステップS34では、等価回路パラメータ推定部１７Ｂで、ステップS3において電流値ｉが閾値を超えたものを用いて、そのときの電圧センサ１３で測定したヒューズ電圧値とで逐次推定を行い、ヒューズ１０の内部抵抗値Ｒを推定する。次いで、ステップS35へ進む。ステップS35〜S39は、実施例１、２の図６のステップS8〜S12と同じである。
【００６５】
上記のように実施例３の電流の校正装置にあっては、実施例１の効果（１）、（２）、（３）、（５）に加え、以下の効果を有する。
（７）実施例３では、等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、電流センサ７で測定した充放電電流ｉを閾値で分けてプラス側、マイナス側の内部抵抗値R(+)とR(-)を計算し、続いてこれらの平均化処理を行わないので、内部抵抗値Ｒの推定精度は実施例１、２に比べ若干低下するもの、簡単な計算で電流センサ７のオフセット誤差を小さくすることができる。
【００６６】
以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。
【００６７】
たとえば、上記各実施例では、ヒューズ１０を対象としてこの内部抵抗等価回路モデル１７Ａを設けその両端電圧ＶＦＵＳＥを測定する電圧センサ１３を設けたが、たとえばヒューズ１０をリレー９のバッテリ１側に配置し、図１のヒューズ１０の位置にヒューズ１０に代えて、前述したリレー９のON時におけるインバータ５への突入電流を抑えるインバータ突入電流抑制用抵抗を設けたものもあり、この場合、このもともとあるインバータ突入電流抑制用抵抗の両端電圧を電圧センサで測定するようにしてもよい。また、等価回路モデルの対象は、ヒューズ１０に代えて、図１のリレー９、１６、ブレーカ４のいずれにしてもよく、この場合、その対象の両端電圧を測定する電圧センサ（１２、１４〜１６のうちのいずれか）を用い、かつその対象となる等価回路モデルを作成し利用する。なお、リレー９、１６、ブレーカ４を用いる場合、ヒューズ１０の場合と同様、内部抵抗Ｒの等価モデルを用いることができ、モデルおよび計算とも簡単になる。
【００６８】
また、本発明の電流センサの校正装置は、電気モータ６以外の負荷に用いる電気回路に用いるようにしてもよく、また電気自動車などの車両以外の電気回路に適用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１ バッテリ
２ バッテリ・コントローラ
３ 充電器
４ ブレーカ
５ インバータ
６ 電気モータ（負荷）
７ 電流センサ
８ バッテリの電圧センサ
９,1１ リレー
１０ ヒューズ
１２〜１６ 電圧センサ
１７ 状態推定部
１７Ａ ヒューズの内部抵抗等価回路モデル
１７Ｂ 等価回路パラメータ推定部
１８ 内部抵抗平均化処理部
１９ 電流算出部
２０ 電流センサ・オフセット誤差算出部
２１ 電流センサ異常判定部
２３、２５ 適応機構
２４、２６、２７、２８ 減算器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車のバッテリなどの充放電電流を検出する電流センサの校正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、電気自動車やハイブリッド電気自動車などでは、これらの車両を駆動するのに用いられる電気モータへ電力を供給（放電）したり、制動時のエネルギを発電機として機能させる電気モータから、あるいは地上に設置した電源から充電して電気エネルギを蓄積したりするため、リチャージャブル・バッテリ（二次電池）が用いられる。
【０００３】
この場合、長期にわたってバッテリを最適な状態に保ち、また電気モータを最適に制御するためには、バッテリの充放電電流を電流センサで常に精度よくモニタする必要がある。
この電流センサとしては、電気自動車等のように充放電される電流の変化が大きい場合には、ホール効果を利用した電流センサがよく用いられる。
このような電流センサでは、一般的に、バッテリの電流が流れていない（すなわち、電流＝０アンペア）にもかかわらず、電流の検出値が一定電流分オフセットしてしまい、その分誤差が生じることが多々ある。
【０００４】
そこで、従来から上記電流センサのオフセット誤差を低減して、電流検出値の精度を上げる試みがなされている。
そのうちの一つは、バッテリの充電が行われていない状態でイグニッション・キーがOFFにされた直後に、車載の電子制御ユニット相互間でLAN（Local Area Network）上における多重通信が行われていない状態のとき検出した電流検出値と、バッテリと電子制御ユニットを含む負荷間の電源供給ライン上を流れる電流がゼロであるときの電流センサの出力に関する、予め定めた標準特性における電流センサの出力と、の差分を、オフセット誤差の調整分として決定し記憶して次回のイグニッション・キーON時に利用するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、他の装置として、バッテリと直列接続した電流検出抵抗（いわゆるシャント抵抗）と、この抵抗の両端電圧を増幅するアンプと、このアンプの出力電圧でバッテリに流れる電流を検出する主電流センサの測定値を補正する演算回路と、を備えた補正回路を有し、アンプの出力電圧が設定電圧となるような状態において、補正回路がアンプの出力電圧から電流検出抵抗に流れる電流を演算し、この演算値と主電流センサの検出電流値とを比較して主電流センサの測定値を補正するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２５２３５号公報
【特許文献２】特許第３６９１３６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の電流センサの校正装置には以下に説明するような問題がある。
まず、前者の電流センサの校正装置にあっては、イグニッション・キーOFF時における特定条件のときのみしか電流センサの誤差を補正できないので、車両走行中や充電中にもその時々で変化する電流センサのオフセット誤差の補正には十分対応できず、検出精度の低下を避けることができないといった問題がある。
【０００８】
また、後者の電流センサの校正装置にあっては、電流検出抵抗を新たに別途追加する必要がある上、抵抗は使用時間の経過にともなって温度上昇が生じるので、これに起因した電流検出抵抗の内部抵抗の変化を考慮した補正を行わなければならず、その校正が複雑になるといった問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、シャント抵抗等を別途追加することなく、走行中や充電中にあってもその都度変化する電流センサのオフセット誤差がより少なくなるように、電流センサで測定した充放電電流を校正することができる電流センサの校正装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的のため本発明による電流センサの校正装置は、
バッテリの充放電電流値を測定する電流センサと、
バッテリと負荷との間との間に直列配置された電気要素の両端電圧値を測定する電圧センサと、
電流センサで測定した充放電電流値と電圧センサで測定した両端電圧が入力されて、電気要素の内部抵抗の等価回路モデルに基づき電気要素の内部抵抗値を推定する状態推定手段と、
状態推定手段で推定した内部抵抗値と電圧センサで検出した両端電圧値とから電流センサの電流校正値を算出する電流算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電流センサの校正装置にあっては、電気要素の内部抵抗の等価回路モデルを用いて電流センサで測定した充放電電流値と電圧センサで測定した両端電圧から内部抵抗値を推定し、この値で、電気要素の両端電圧の測定値を割って電流校正値を得るようにしたので、もともと必要であった電気要素を用いることでシャント抵抗等を別途追加することなく、また、走行中や充電中にあっても、その都度変化する電流センサのオフセット誤差がより少なくなるように電流センサで測定した充放電電流を校正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１の電流センサの校正装置を有するバッテリ・コントローラと、バッテリや電気モータ等の周辺装置と、からなる電気自動車等の車両用電気回路を示す図である。
【図２】実施例１の電流センサの校正装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２電流センサの校正装置で用いるヒューズの内部抵抗等価回路モデルを示す図である。
【図４】図２の電流センサの校正装置を校正する等価回路パラメータ推定部の構成を示すブロック図である。
【図５】バッテリの充放電電流、ヒューズの両端電圧、実施例１の電流センサの校正装置で電流校正を行って得たバッテリの充電率の関係について、シミュレーションを行った結果を、時系列的に示す図であり、（ａ）はバッテリの充放電電流の変動を示す図、（ｂ）はヒューズの両端電圧の変動を示す図、（ｃ）は充電率の変動を示す図である。
【図６】実施例１の電流センサの校正装置で実行される電流補正処理および電流センサ故障診断処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施例の電流センサの校正装置で用いる等価回路パラメータ推定部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３実施例の電流センサの校正装置で実行される電流補正および電流センサ故障診断処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】オフセット補正なしの従来技術の電流センサを用いた場合の電流値および充電率の特性を示す図であり、（ａ）はオフセット誤差を含んだ電流値の変化を示す図、（ｂ）はその電流を用いて得た充電率の変化を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明の実施例１を、添付図面に基づき詳細に説明する。
図１に、実施例１の電流センサの校正装置およびこの装置が接続される機器との構成関係を示す。
本実施例では、電流センサの校正装置は、電気自動車やハイブリッド電気自動車などの車両に用いられる。
【００１５】
同図に示すように、バッテリ１は、バッテリ・コントローラ２により常時モニタ、制御される。
バッテリ１には、これを充電するための充電器３、ブレーカ４、インバータ５および電気モータ６が接続されており、車両走行時には、インバータ５で電気モータ６へ供給する駆動電力を制御し、車両制動時には電気モータ６を発電機として機能させ制動エネルギの一部を電気エネルギとして回収しバッテリ２へ充電している。この制動時の回生は必ずしも必要ではない。
【００１６】
バッテリ１の正極端子と充電器３の正極端子との間には、バッテリ１の充放電電流ｉを測定する電流センサ７の他に、リレー９およびヒューズ１０が直列接続されるとともに、バッテリ１の両端子間には、バッテリ１の端子電圧ｖを測定する電圧センサ８が接続される。また、バッテリ１の陰極端子と充電器３の負極端子との間には、リレー１１が接続される。
さらに、充電器３と電気モータ６との間にはブレーカ４とインバータ５が接続される。
【００１７】
リレー９にはこの両端の電圧を測定する電圧センサ１２が、またヒューズ１０にはこの両端の電圧を測定する電圧センサ１３が、またリレー１１にはこの両端の電圧を測定する電圧センサ１６が必要に応じて設けられ、これらで測定した電圧値はバッテリ・コントローラ２へ入力される。
同様に、ブレーカ４には、この正極側の両端端子間における電圧を測定する電圧センサ１４が、また負極側の両端端子間における電圧を測定する電圧センサ１５が必要に応じて設けられ、これらでそれぞれ測定した電圧値はバッテリ・コントローラ２へ入力される。
【００１８】
上記電圧センサ１２〜１６の設定は以下のように行う。すなわち、電圧センサ１２〜１６のうち、必須のセンサとしてはバッテリ・コントローラ２の状態推定部１７（図２参照）で利用する等価回路モデル１７Ａ（図２参照）の内部抵抗の両端間の電圧を測定する電圧センサのみでよい。
したがって、本実施例では、ヒューズ１０のみを等価回路モデルの対象とするので、上記電圧センサ１２〜１６のうち電圧センサ１３のみあれば良く、他の電圧センサは必ずしも必要ではない。ここでは、他の要素を対象とする場合も可能なので、便宜上すべてについて電圧センサを設定した場合を描いてある。
なお、リレー９，１１、ヒューズ１０およびブレーカ４は、本発明の内部抵抗を有する電気要素に相当する。
【００１９】
本実施例に関係する電気回路は上記のように構成されるが、以下にこの主な構成要素につき、より詳細に説明する。
まず、バッテリ１は、リチャージャブル・バッテリ（二次電池）で構成し、本実施例にあっては、セルを多数組み合わせたリチウム・イオン・バッテリ・パックを用いるが、これに限られることはなく、ニッケル・水素バッテリ等、他の種類のバッテリを用いてもよいことは言うまでもない。
【００２０】
電流センサ７は、バッテリ１の充放電電流を測定するものであって、本実施例では一種の電流磁気効果であるホール効果を利用した電流センサを用いることにより、電気モータ６へ供給される電流が大きく変動してもこれを測定できるようにする。
一方、電圧センサ８は、バッテリ１バッテリ１の端子間の電圧を検出する。
【００２１】
リレー９，１１とヒューズ１０は、ジャンクション・ボックスを構成する。リレー９，１１は、小さな電気でバッテリ１からの大きな電力の供給、遮断の切り替えを行うために用いられる。
【００２２】
リレーをONにする際にインバータ５の図示しない平滑コンデンサへの突入電流を抑えるため、一時的に抵抗を介して電流を供給し平滑コンデンサの電圧が十分上昇してから、短絡するといったシーケンス制御を行う。この抵抗としては、本実施例では、異常時に回路を遮断するヒューズ１０が用いられ、このヒューズ１０は、本実施例では、その内部抵抗値がＲ（オーム）である図３の等価回路モデルとして表わされる。
【００２３】
充電器３は、車両外の充電設備（図示せず）に接続されて、たとえば定電流・定電圧充電方式などにより、電力を供給してバッテリ１を充電するものである。
ブレーカ４は、バッテリ１から許容量以上の電流が流れたりした場合に、回路を電気的に遮断し安全を確保するものである。
【００２４】
インバータ５は、電力変換器であり、バッテリ１からの直流電力を、パルス幅変調（PWM）制御などにより交流の電気モータ６を駆動する三相交流電力に変換して電気モータ６に供給するものである。インバータ５は、図示しないインバータ・コントローラにより、このコントローラに入力されるアクセル・ペダル踏み込み量や車両速度などの情報に応じて、その出力電力を決定する。
【００２５】
電気モータ６は、本実施例では、希土類永久磁石を用いた永久磁石同期モータが使用され、インバータ５からの交流電力で駆動される。なお、電気モータは、本発明の負荷に相当する。
【００２６】
バッテリ・コントローラ２は、車載のマイクロ・コンピュータで構成され、電流センサ７、電圧センサ８，１２〜１６などからの各種の情報信号が入力されて、バッテリ１のセルごと、あるいは複数のセルの温度、電圧、電流を常時モニタしてバッテリ・マネージメントを行っている。
【００２７】
バッテリ・コントローラ２は、本実施例の電流センサの校正装置を有しており、その構成とその信号の流れを図２のブロック線図に示す。
同図に示すように、電流センサの校正装置は、状態推定部１７と、電流算出部１９と、電流センサ・オフセット誤差算出部２０と、電流センサ異常判定部２１と、を有する。
【００２８】
状態推定部１７は、図３に示すような、ヒューズ１０の内部抵抗等価回路モデル１７Ａと、等価回路パラメータ推定部１７Ｂと、を備えている。なお、状態推定部１７は、本発明の状態推定手段に相当する。
【００２９】
等価回路パラメータ推定部１７Ｂは、内部抵抗平均化処理部１８や図４の適応機構２３を有する。等価回路パラメータ推定部１７Ｂ、内部抵抗平均化処理部１８は、それぞれ本発明の等価回路パラメータ推定手段、内部抵抗平均化処理手段に相当する。
【００３０】
等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、図４に示すように、実際のヒューズ１０とこのヒューズ１０の内部抵抗等価回路モデル１７Ａとに、電流センサ７から電流値i(k)が入力され、ヒューズ１０の電圧センサ１３で測定した電圧測定値Ｖ(k)と、等価回路モデル１７Ａで推定された、出力としての電圧推定値Ｖ(k)^とが減算器２４で比較され、これらの誤差ε(k)が算出される。なお、上記記号中、上方の添え字^は、推定を表わすが、図面上と異なり明細書中では便宜上、右にずらして記載する。また、ｋは、サンプリングの順番番号（時刻ステップ）を、したがって、i(k)はｋ番目の電流値を、Ｖ(k)はｋ番目の電圧測定値を、Ｖ(k)^はｋ番目の電圧推定値を、それぞれ表わす。
【００３１】
そして、適応機構２３では、上記誤差ε(k)があれば、これにフィードバック・ゲインL(k)をかけて等価回路モデル１７Ａへフィードバックし、誤差ε(k)が最小になるように等価回路モデル１７Ａを修正する。このようにして等価回路モデル１７Ａを用いることで、状態量としてのパラメータＲを求めることができる。
ここでは、カルマン・フィルタや逐次最小二乗法などを用いて逐次計算を行うが、ヒューズ１０の内部抵抗Ｒは小さいので、推定精度を上げるべく比較的大きな電流で内部抵抗Ｒの推定を行うようにする。
【００３２】
そこで、図５(a)に示すように、プラス側の第１閾値i1より大きいプラス側電流とマイナス側の第２閾値i2より小さいマイナス側電流が測定されたときだけに、これら閾値を超えたプラス側、マイナス側電流を検出したときに測定されたヒューズ１０の両端電圧におけるプラス側電圧とマイナス側電圧（これらを図５（ｂ）に示す）を用いて、電圧値を電流値で割ることにより、パラメータとしてプラス側抵抗値R(+)とマイナス側抵抗値R(-)の両方をそれぞれ推定する。
ここで、プラス側の第１閾値i1と第２閾値i2とは、絶対値が同じで符号が異なる値に設定してある。なお、図５(a)では電流真値を点線で、オフセット誤差がある電流を実線で示してある。同図では、オフセット誤差が真値より高めの状態が例示されているが、オフセット誤差が真値より低めになることはもちろんあり得る。
【００３３】
内部抵抗平均化処理部１８は、等価回路パラメータ推定部１７Ｂで推定したパラメータ、すなわちプラス側抵抗値R(+)とマイナス側抵抗値R(-)が入力され、これらの平均化処理を行うことで内部抵抗Ｒを得る。
ここで、平均化処理を行うのは、電流ｉがプラス側にオフセットしていた場合にはプラス側の電流値はその真値より大きめになるので、その場合の内部抵抗R(+)は電圧／電流であるから真値より小さくなる。また、この場合、逆に、マイナス側の電流は小さくなり、推定した内部抵抗R(-)は大きくなることになる。したがって、これらを平均化してオフセット量を打ち消す必要があるため、平均化処理を行うようにしている。電流ｉがマイナス側にオフセットしていた場合も同様である。
【００３４】
内部抵抗平均化処理部１８で得られた推定抵抗値Ｒは、電流算出部１９に入力され、ここで、同じく電圧センサ１３で測定したヒューズ電圧測定値ＶＦＵＳＥを推定抵抗値Ｒで除算することにより電流推定値Iを得る。この電流推定値Iは、電流センサ７のオフセット誤差を取り除いた電流センサ７の電流校正値（真値に近い推測値）として扱われ、電流センサ・オフセット誤差算出部２０へ入力される。なお、電流算出部１９は、本発明の電流算出手段に相当する。
【００３５】
電流センサ・オフセット誤差算出部２０には、電流センサ７からの電流測定値iと電流算出部１９で得た電流推定値Iとが入力され、ここでそれらの差が算出されて電流センサ７のオフセット量ＩOFFSETとされる。このオフセット量ＩOFFSETは電流センサ異常判定部２１に入力される。
【００３６】
電流センサ異常判定部２１では、入力されたオフセット量ＩOFFSETが通常、正常な電流センサ７で生じるオフセット量の範囲内に入っているか否かを判定する。算出された上記オフセット量ＩOFFSETがこの範囲に入っていれば、電流センサ７は正常に機能していると判定するが、入っていなければ電流センサ７に異常があると判定し、電流センサ異常フラグＦＡの信号を出力して、バッテリ・コントローラ２で対応可能とする。なお、電流センサ異常判定部２１は、本発明の電流センサ異常判定手段に相当する。
【００３７】
上記のように構成した電流センサ７の校正装置で実行される、電流の校正および電流センサ７の異常判定処理の流れを示すフローチャートを図６に示す。
同図において、図示しないイグニッション・キーがONにされると、ステップS1で電流センサ７と電圧センサ8、１３等から電流値ｉや電圧値Ｖ、ＶＦＵＳＥなどがバッテリ・コントローラ２に読み込まれる。次いで、ステップS2で示すように、車両の走行が開始されると、ステップS3へと進む。
【００３８】
ステップS3では、状態推定部１７で、電流センサ７から読み込んだ電流ｉが閾値を超えたか否か、すなわち、プラス側の電流が第１閾値ｉ１より大きいか否かおよびマイナス側の電流が第２閾値ｉ２より小さいか否かが判定される。この判定結果がYESであればステップS4へ進み、NOであればステップS3へ戻る。
【００３９】
ステップS4では上記閾値を超えた電流の符号がプラスであるか否かを判定する。判定結果がYESであればステップS5へ進み、判定結果がNOであればステップS6へ進む。
【００４０】
ステップS5では、等価パラメータ推定部１７Ｂにて、第１閾値ｉ１を超えたプラス側の電流測定値ｉ(+)と、電圧センサ１３で測定したヒューズ電圧測定値ＶＦＵＳＥと、を用いて等価回路モデル１７Ａのパラメータ推定を逐次行い、プラス側の抵抗値R(+)を推定する。次いで、ステップS7へ進む。
【００４１】
同様に、ステップS6においても、等価パラメータ推定部１７Ｂにて、第２閾値ｉ２を超えたマイナス側の電流測定値ｉ(-)と、電圧センサ１３で測定したヒューズ電圧測定値ＶＦＵＳＥと、を用いて等価回路モデル１７Ａのパラメータ推定を逐次行い、マイナス側の抵抗値R(-)を推定する。次いで、ステップS7へ進む。
【００４２】
ステップS7では、内部抵抗平均化処理部１８で、上記のようにして推定したプラス側の抵抗値R(+)とマイナス側の抵抗値R(-)とからこれらの平均化処理を行い、今回のヒューズ１０の内部抵抗Ｒを算出する。次いで、ステップS8に進む。
【００４３】
ステップS8では、前回の走行時に算出した内部抵抗値と今回の走行時に算出した内部抵抗値との平均化処理を行って、この値をヒューズ１０の内部抵抗値Ｒとする。そいて、ステップS9に進む。
【００４４】
ステップS9では、電流算出部１９で、ステップS8で算出した内部抵抗値Ｒと電圧センサ１３で測定したヒューズ電圧測定値ＶＦＵＳＥとを用いて、電流＝電圧／抵抗の関係から、電流推定値Ｉを算出する。この値は電流校正値とされ、電流センサ７のオフセット誤差が小さくなるようにした、バッテリ１の充放電電流の真値に近いものとなる。次いで、ステップS10へ進む。
【００４５】
ステップS10では、電流センサ・オフセット誤差算出部２０で、電流センサ７で測定された電流測定値ｉから電流算出部１９で得た電流推定値Ｉを減算することで、電流センサ７のオフセット量IOFFSETを算出する。そして、電流センサ異常判定部２１にて、電流センサ・オフセット誤差算出部２０で算出したオフセット量IOFFSETが所定範囲（あらかじめ実験で正常な電流センサが取りうるオフセット量の範囲）内にあるか否かを判定する。この範囲以内にあれば、電流センサ７は正常であると判定し、この範囲外であれば電流センサ７は異常であるとして、電流センサ異常フラッグＦＡを立て、このフラグ信号を出力する。次いで、ステップS11へ進む。
【００４６】
ステップS11では、バッテリ１の校正装置が、車速センサから得た車速信号から車両が停止しているか否かを検出する。判定結果がYESであればステップS12へ進み、判定結果がNOであれば、ステップS3へ戻る。
【００４７】
ステップS12では、バッテリ・コントローラ２のメモリに、推定した内部抵抗Ｒを記録して処理を終える。この記憶された内部抵抗Ｒは、次回の車両発進の際に用いられる。
【００４８】
上記のようにして、実施例１の電流センサ７の校正装置にあっては、電流センサ７のオフセット誤差を抑制した電流推定値Ｉを得ることができ、またこのオフセット量から電流センサ７の正常・異常を判定できる。
【００４９】
図５(c)に、電流センサ７の電流測定値が同図(a)で示すように時間的に変動した場合の充電率真値SOCTRUEと、電流センサ７のオフセット誤差補正なしの場合の充電率SOCNOOFと、本実施例の校正装置でオフセット量を低減した場合の充電率SOCCOMPとを比較したシミュレーション結果を示す。なお、同図中、時刻ｔ１以降オフセット補正を行っている。同図から分かるように、オフセット補正無しの従来技術で得た充電率SOCNOOFに比べ、本実施例でオフセット量を校正して得た充電率SOCCOMPの方が、充電率真値SOCTRUEにより近く、推定精度が高くなっていることが分かる。
【００５０】
以上のように、実施例１の電流センサの校正装置にあっては、以下の効果を得ることができる。
（１）実施例１では、バッテリ１と電気モータ６との間との間に直列配置されたヒューズ１０を用いて、このヒューズの内部抵抗等価回路モデル１７Ａを設け、状態量としての内部抵抗値Ｒを推定し、この値でヒューズ１０の両端電圧ＶＦＵＳＥを割ることにより電流推定値Ｉを求めるようにしたので、電流センサ７が有するオフセット誤差を低減することができ、電流センサ７で測定した充放電電流ｉを校正することができる。
【００５１】
（２）また、内部抵抗等価回路モデル１７Ａの対象は、電気モータ７を駆動するのにもともと必要で存在していたヒューズ１０を用いるので、別途追加する部材は不要となる。また、ヒューズ１０は内部抵抗のみでモデル化されるので、モデリングおよび計算が簡単で済む。
【００５２】
（３）等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、電流センサ７で測定した充放電電流ｉのうち、この絶対値が閾値（プラス側の第１閾値ｉ１とマイナス側の第２閾値ｉ２）を超える電流が検出された場合でのみ、内部抵抗等価回路モデル１７Ａで内部抵抗値Ｒを推定するようにしたので、ヒューズ１０のように内部抵抗が小さく比較的大きな電流が流れる場合でも、内部抵抗値Ｒをより正確に推定できる。
【００５３】
（４）また、上記内部抵抗値Ｒの推定にあっては、プラス側の第１閾値ｉ１より大きい充放電電流を用いて推定したプラス側の内部抵抗値R(+)と、マイナス側の第２閾値ｉ２を用いて推定したマイナス側の内部抵抗値R(-)と、を得、これらを内部抵抗平均化処理部１８で平均化処理して内部抵抗値Ｒを推定するようにしたので、電流センサ７にオフセット誤差がある場合でも、より正確に内部抵抗値Ｒを推定できる。
【００５４】
（５）また、電流センサ異常判定部２１で、電流算出部１９で算出された電流推定値Ｉと電流センサ７で測定された充放電電流値ｉとの差を算出し、この差が所定範囲外にあるとき電流センサ７が異常であると判定するようにしたので、電流センサ７の異常を安価かつ簡単に判定することが可能となる。
【実施例２】
【００５５】
次に、本発明の実施例２について説明する。この実施例２の説明等にあたっては、上記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けて、その説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００５６】
この実施例２は、実施例１の図２に示した状態推定部１７の等価回路パラメータ推定部１７Ｂを図４のものから図７のものに変更した点が実施例１と異なる。すなわち、実施例１の等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、ｋ番目の入力である電流値ｉ(k)、ｋ番目の出力である電圧値ｖ(k)を用いてパラメータを推定するようにしているのに対し、実施例２の等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、入力、出力をｋ−１番目の前回値をも併せて用いた逐次推定により、パラメータＲを推定するようにしたものである。
【００５７】
図７において、ヒューズ１０には入力として電流センサ７で測定した電流値ｉ(k)が入力され、このヒューズ１０の出力として電圧センサ８で測定した両端電圧値Ｖ(k)から、電圧センサ８で測定した前回（ｋ−１番目）の電圧値ｖ(k-1)を、減算器２７で引き算して参照信号（ｖ(k)−ｖ(k-1)）として減算器２８に入力する。
【００５８】
一方、減算器２５には、電流センサ７で、今回測定された電流値ｉ(k)と前回測定された電流値ｉ(k-1)とが入力され、前者から後者が減算されてヒューズの内部抵抗等価回路モデル１７Ａに入力される。
【００５９】
この内部抵抗等価回路モデル１７Ａの出力である、今回と前回の電圧差推定値差Ｖ(k)^−Ｖ(k-1)^が、減算器２８に入力され、この電圧差推定値を先ほどの参照信号から減算して得た誤差分を適応機構２６に入力し、ここで上記誤差分にフィードバック・ゲインを掛けて得た値に応じて等価回路モデル１７Ａを修正していくことで、このパラメータＲを求める。
他は、図６のフローチャートを含め、実施例１と同じである。
【００６０】
実施例２の電流の校正装置にあっては、実施例１の効果（１）、（２）、（３）、（５）に加え、以下の効果を有する。
（６）実施例２では、今回測定された電流値ｉ(k)と前回測定された電流値ｉ(k-1)をヒューズ１０の内部抵抗等価回路モデル１７Ａに対する入力として、また今回と前回の電圧差推定値差Ｖ(k)^−Ｖ(k-1)^を等価回路モデル１７Ａからの出力として用いるようにしたので、内部抵抗値Ｒの推定精度を高くすることが可能となる。
【実施例３】
【００６１】
次に本発明の実施例３について説明する。この実施例３の説明等にあたっては、上記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けて、その説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００６２】
実施例３の電流センサの校正装置にあっては、実施例１の図２においてヒューズ１０の等価回路パラメータ推定部１７Ｂでのパラメータ推定方法が異なる点、また内部抵抗平均化処理部１８がない点を除けば、実施例１および実施例２と同様に構成してある。
【００６３】
実施例３の等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、実施例１および実施例２のように電流ｉの符号によって内部抵抗値R(+)、R(-)の推定演算を分岐処理してこれらの平均化処理を行うといった演算方法を取らない。
すなわち、実施例３では、図８のフローチャートに示す処理を行う。同図において、ステップS31〜S33は図６のステップS1〜S3と同じであるが、続く図６のステップS4〜S7がなくなって、これらの代わりにステップS34が実行される。
【００６４】
ステップS34では、等価回路パラメータ推定部１７Ｂで、ステップS3において電流値ｉが閾値を超えたものを用いて、そのときの電圧センサ１３で測定したヒューズ電圧値とで逐次推定を行い、ヒューズ１０の内部抵抗値Ｒを推定する。次いで、ステップS35へ進む。ステップS35〜S39は、実施例１、２の図６のステップS8〜S12と同じである。
【００６５】
上記のように実施例３の電流の校正装置にあっては、実施例１の効果（１）、（２）、（３）、（５）に加え、以下の効果を有する。
（７）実施例３では、等価回路パラメータ推定部１７Ｂでは、電流センサ７で測定した充放電電流ｉを閾値で分けてプラス側、マイナス側の内部抵抗値R(+)とR(-)を計算し、続いてこれらの平均化処理を行わないので、内部抵抗値Ｒの推定精度は実施例１、２に比べ若干低下するもの、簡単な計算で電流センサ７のオフセット誤差を小さくすることができる。
【００６６】
以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。
【００６７】
たとえば、上記各実施例では、ヒューズ１０を対象としてこの内部抵抗等価回路モデル１７Ａを設けその両端電圧ＶＦＵＳＥを測定する電圧センサ１３を設けたが、たとえばヒューズ１０をリレー９のバッテリ１側に配置し、図１のヒューズ１０の位置にヒューズ１０に代えて、前述したリレー９のON時におけるインバータ５への突入電流を抑えるインバータ突入電流抑制用抵抗を設けたものもあり、この場合、このもともとあるインバータ突入電流抑制用抵抗の両端電圧を電圧センサで測定するようにしてもよい。また、等価回路モデルの対象は、ヒューズ１０に代えて、図１のリレー９、１６、ブレーカ４のいずれにしてもよく、この場合、その対象の両端電圧を測定する電圧センサ（１２、１４〜１６のうちのいずれか）を用い、かつその対象となる等価回路モデルを作成し利用する。なお、リレー９、１６、ブレーカ４を用いる場合、ヒューズ１０の場合と同様、内部抵抗Ｒの等価モデルを用いることができ、モデルおよび計算とも簡単になる。
【００６８】
また、本発明の電流センサの校正装置は、電気モータ６以外の負荷に用いる電気回路に用いるようにしてもよく、また電気自動車などの車両以外の電気回路に適用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１ バッテリ
２ バッテリ・コントローラ
３ 充電器
４ ブレーカ
５ インバータ
６ 電気モータ（負荷）
７ 電流センサ
８ バッテリの電圧センサ
９,1１ リレー
１０ ヒューズ
１２〜１６ 電圧センサ
１７ 状態推定部
１７Ａ ヒューズの内部抵抗等価回路モデル
１７Ｂ 等価回路パラメータ推定部
１８ 内部抵抗平均化処理部
１９ 電流算出部
２０ 電流センサ・オフセット誤差算出部
２１ 電流センサ異常判定部
２３、２５ 適応機構
２４、２６、２７、２８ 減算器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの充放電電流値を測定する電流センサと、
バッテリと負荷との間との間に直列配置された電気要素の両端電圧値を測定する電圧センサと、
前記電流センサで測定した充放電電流値と前記電圧センサで測定した両端電圧が入力されて、前記電気要素の内部抵抗の等価回路モデルに基づき前記電気要素の内部抵抗値を推定する状態推定手段と、
該状態推定手段で推定した内部抵抗値と前記電圧センサで検出した両端電圧値とから電流推定値を算出して前記電流センサの電流校正値とする電流算出手段と、
を備えたことを特徴とする電流センサの校正装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電流センサの校正装置において、
前記電気要素は、ヒューズ、リレー、ブレーカ、インバータ突入電流抑制用抵抗のうちの１つである、
ことを特徴とする電流センサの校正装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電流センサの校正装置において、
前記状態推定手段は、前記電流センサで検出した充放電電流値のうちこの絶対値が所定の閾値より大きい充放電電流値のみを用いて前記内部抵抗値を推定する等価回路パラメータ推定手段を有する、
ことを特徴とする電流センサの校正装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電流センサの校正装置において、
前記状態推定手段は、前記等価回路パラメータ推定手段にて、前記閾値としてプラス側の第１閾値とマイナス側の第２閾値を有し、前記第１閾値より大きいプラス側の充電電流値と前記第２閾値より小さいマイナス側の放電電流値とから、プラス側の内部抵抗値とマイナス側の内部抵抗値をそれぞれ推定するとともに、
該プラス側の内部抵抗値とマイナス側の内部抵抗値を平均化処理して前記内部抵抗値を推定する内部抵抗平均化処理手段をさらに備えている、
ことを特徴とする電流センサの校正装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか1項に記載の電流センサの校正装置において、
前記内部抵抗の等価回路モデルへの入力には前後時間にわたってそれぞれサンプリングされた前記充放電電流値が用いられ、前記電気要素の出力には前後時間にわたってそれぞれサンプリングされた前記両端電圧値が用いられる、
ことを特徴とする電流センサの校正装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか1項に記載の電流センサの校正装置において、
前記電流算出手段で算出された電流推定値と前記電流センサで測定された充放電電流値との差を算出し、この差が所定範囲外にあるとき前記電流センサが異常であると判定する電流センサ異常判定手段を設けた、
ことを特徴とする電流センサの校正装置。
【請求項１】
バッテリの充放電電流値を測定する電流センサと、
バッテリと負荷との間との間に直列配置された電気要素の両端電圧値を測定する電圧センサと、
前記電流センサで測定した充放電電流値と前記電圧センサで測定した両端電圧が入力されて、前記電気要素の内部抵抗の等価回路モデルに基づき前記電気要素の内部抵抗値を推定する状態推定手段と、
該状態推定手段で推定した内部抵抗値と前記電圧センサで検出した両端電圧値とから電流推定値を算出して前記電流センサの電流校正値とする電流算出手段と、
を備えたことを特徴とする電流センサの校正装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電流センサの校正装置において、
前記電気要素は、ヒューズ、リレー、ブレーカ、インバータ突入電流抑制用抵抗のうちの１つである、
ことを特徴とする電流センサの校正装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電流センサの校正装置において、
前記状態推定手段は、前記電流センサで検出した充放電電流値のうちこの絶対値が所定の閾値より大きい充放電電流値のみを用いて前記内部抵抗値を推定する等価回路パラメータ推定手段を有する、
ことを特徴とする電流センサの校正装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電流センサの校正装置において、
前記状態推定手段は、前記等価回路パラメータ推定手段にて、前記閾値としてプラス側の第１閾値とマイナス側の第２閾値を有し、前記第１閾値より大きいプラス側の充電電流値と前記第２閾値より小さいマイナス側の放電電流値とから、プラス側の内部抵抗値とマイナス側の内部抵抗値をそれぞれ推定するとともに、
該プラス側の内部抵抗値とマイナス側の内部抵抗値を平均化処理して前記内部抵抗値を推定する内部抵抗平均化処理手段をさらに備えている、
ことを特徴とする電流センサの校正装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか1項に記載の電流センサの校正装置において、
前記内部抵抗の等価回路モデルへの入力には前後時間にわたってそれぞれサンプリングされた前記充放電電流値が用いられ、前記電気要素の出力には前後時間にわたってそれぞれサンプリングされた前記両端電圧値が用いられる、
ことを特徴とする電流センサの校正装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか1項に記載の電流センサの校正装置において、
前記電流算出手段で算出された電流推定値と前記電流センサで測定された充放電電流値との差を算出し、この差が所定範囲外にあるとき前記電流センサが異常であると判定する電流センサ異常判定手段を設けた、
ことを特徴とする電流センサの校正装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−６３２４６（Ｐ２０１２−６３２４６Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０７６５０（Ｐ２０１０−２０７６５０）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
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