电流计测装置、蓄电装置、电流计测方法与流程

本发明涉及计测蓄电元件的电流的技术。

背景技术：

蓄电池为了监视蓄电元件的状态，通过电流传感器等计测电流。在下述的专利文献1中，将搭载于电动汽车的电动机驱动用的蓄电池经由主继电器而与包含驱动电动机的负载电路连接。在主继电器并联设置有预充电电路，由第1电流检测电路检测流过负载电路的负载电流。具备对预充电电阻的两端电压进行检测来检测负载电流的第2电流检测电路，根据负载电流的大小来切换主继电器，从而区分使用两个电流检测电路。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-267698号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

若主继电器等电流切断装置发生故障，则在过放电、过充电时不能切断电流。要求使用电流传感器来诊断电流切断装置的故障，使得在蓄电元件为过放电、过充电的情况下能够切断电流。

本发明正是鉴于如上述那样的情况而完成的，其目的在于，通过选择性地使用分辨率不同的两个电流传感器从而维持电流计测精度并且诊断电流切断装置的故障。

用于解决课题的手段

本发明的一个方面涉及的蓄电元件的电流计测装置具备：电流切断装置，设置在所述蓄电元件的电流路径上；第1电流传感器，位于所述电流路径上，计测所述蓄电元件的电流；第2电流传感器，与所述电流切断装置并联连接；和处理部，所述第2电流传感器是分辨率比所述第1电流传感器小的传感器，所述处理部执行：计测处理，根据给定的选择条件，选择性地使用所述第1电流传感器和所述第2电流传感器，计测所述蓄电元件的电流；和故障诊断处理，基于将所述电流切断装置切换为打开或者闭合时的所述第2电流传感器的计测值，诊断所述电流切断装置有无故障。分辨率是能够通过传感器识别的电流的最小单位。

本技术能够应用于包含蓄电元件和电流计测装置的蓄电装置、电流计测方法。

发明效果

通过选择性地使用分辨率不同的两个电流传感器从而能够维持电流计测精度并且诊断电流切断装置的故障。

附图说明

图1是车辆的侧视图。

图2是蓄电池的分解立体图。

图3的(a)是图2所示的二次电池的俯视图，图3的(b)是其a-a线剖视图。

图4是示出在图2的主体内容纳了二次电池的状态的立体图。

图5是示出在图4的二次电池安装了汇流条的状态的立体图。

图6是示出蓄电池的电气结构的框图。

图7是示出蓄电池的电气结构的框图。

图8是示出电流计测处理的流程的流程图。

具体实施方式

一个实施方式涉及的蓄电元件的电流计测装置具备：电流切断装置，设置在所述蓄电元件的电流路径上；第1电流传感器，位于所述电流路径上，计测所述蓄电元件的电流；第2电流传感器，与所述电流切断装置并联连接；和处理部，所述第2电流传感器是分辨率比所述第1电流传感器高的传感器，所述处理部执行：计测处理，根据给定的选择条件，选择性地使用所述第1电流传感器和所述第2电流传感器，计测所述蓄电元件的电流；和故障诊断处理，基于将所述电流切断装置切换为打开或者闭合时的所述第2电流传感器的计测值，诊断所述电流切断装置有无故障。

根据选择条件区分使用分辨率不同的两个电流传感器，从而能够精度良好地计测宽范围的电流。使用电流传感器的电流计测功能，能够诊断电流切断装置有无故障。因而，能够抑制发生故障的电流切断装置被继续使用。

优选的是，所述蓄电元件用于驱动车辆的发动机的起动。用于发动机的起动的蓄电元件由于在发动机起动时流过大电流，因此电流切断装置容易发生故障。通过在用于发动机的起动的蓄电元件中应用本技术，从而能够解决由于电流切断装置的故障使得蓄电元件容易陷入过放电、过充电等的用于发动机的起动的蓄电元件所特有的课题。

优选的是，在所述车辆的停车中，所述处理部将所述电流切断装置打开，使用所述第2电流传感器来计测所述蓄电元件的电流。在停车中，通过使用分辨率比第1电流传感器高的第2电流传感器，从而能够精度良好地检测车辆的暗电流。

优选的是，在发动机起动时，所述处理部将所述电流切断装置闭合，使用所述第1电流传感器来计测所述蓄电元件的电流。在发动机起动时，通过使用第1电流传感器，从而能够精度良好地检测在发动机起动时蓄电池放电的大电流。

优选的是，在所述故障诊断处理中，所述处理部基于所述第1电流传感器的计测值和所述第2电流传感器的计测值的一致、不一致来诊断所述电流切断装置有无故障。能够根据两个电流传感器的计测值的一致、不一致来诊断电流切断装置有无故障。

一种电流的计测方法，使用第1电流传感器和第2电流传感器来计测蓄电元件的电流，所述第1电流传感器配置在蓄电元件的电流路径上，所述第2电流传感器与配置在所述蓄电元件的电流路径上的电流切断装置并联连接且分辨率比所述第1电流传感器小，其中，基于将所述电流切断装置切换为打开或者闭合时的所述第2电流传感器的计测值，执行诊断所述电流切断装置有无故障的故障诊断处理，在通过所述故障诊断处理判断为无故障的情况下，根据给定的选择条件选择性地使用所述第1电流传感器和第2电流传感器，进行计测所述蓄电元件的电流的计测处理。在该方法中，能够抑制由于电流切断装置的故障而在不能切换两个电流传感器的状态下进行电流的计测。

<实施方式1>

1.蓄电池bt的构造说明

图1是车辆v的侧视图，图2是蓄电池bt的分解立体图。车辆v是发动机驱动车。车辆v具备作为蓄电装置的蓄电池bt。如图2所示，蓄电池bt具备：容纳体1、容纳在其内部的电池组40、和电路基板单元31。蓄电池bt用于搭载于车辆v的发动机100的起动。

容纳体1包括包含合成树脂材料的主体3和盖体4。主体3为有底筒状，包含俯视为矩形状的底面部5、和从其4边立起成为筒状的4个侧面部6。通过4个侧面部6，在上端部分形成有上方开口部7。

盖体4在俯视下为矩形状，从其4边朝向下方延伸框体8。盖体4将主体3的上方开口部7封闭。在盖体4的上表面形成有俯视为大致t字形的突出部9。在盖体4的上表面，在未形成突出部9的两处的一个角部固定有正极外部端子10，在另一个角部固定有负极外部端子11。

如图3的(a)以及图3的(b)所示，二次电池2是在长方体形状的壳12内连同非水电解质一起容纳了电极体13的电池。壳12包含壳主体14、和将其上方的开口部封闭的覆盖件15。

电极体13虽然未图示详情，但在包含铜箔的基材涂敷了活性物质的负极要素、与在包含铝箔的基材涂敷了活性物质的正极要素之间配置有包含多孔性的树脂薄膜的分隔件。它们均为带状，以相对于分隔件使负极要素和正极要素在宽度方向的相反侧分别错开了位置的状态卷绕为扁平状，使得能够容纳于壳主体14。

分别在正极要素经由正极集电体16连接有正极端子17，在负极要素经由负极集电体18连接有负极端子19。正极集电体16以及负极集电体18包含平板状的底座部20、和从该底座部20延伸的腿部21。在底座部20形成有贯通孔。腿部21与正极要素或者负极要素连接。正极端子17以及负极端子19包含端子主体部22、和从其下表面中心部分向下方突出的轴部23。其中，正极端子17的端子主体部22和轴部23通过铝(单一材料)而一体成型。在负极端子19，端子主体部22是铝制的，轴部23是铜制的，将它们组装在一起。正极端子17以及负极端子19的端子主体部22经由包含绝缘材料的垫片24而配置在覆盖件15的两端部，从该垫片24向外方露出。

如图4所示，包含上述结构的二次电池2以在宽度方向上并设有多个(例如12个)的状态容纳在主体3内。从主体3的一端侧朝向另一端侧(箭头y1至y2方向)将3个二次电池2设为1组，配置为在同一组中相邻的二次电池2、2的端子极性相同，在相邻的组彼此中相邻的二次电池2的端子极性相反。在位于最靠箭头y1侧的3个二次电池2(第1组)中，箭头x1侧成为负极，箭头x2侧成为正极。在与第1组邻接的3个二次电池2(第2组)中，箭头x1侧成为正极，箭头x2侧成为负极。在与第2组邻接的第3组中，成为与第1组相同的配置，在与第3组邻接的第4组中，成为与第2组相同的配置。

如图5所示，在正极端子17以及负极端子19，通过焊接而连接有作为导电构件的端子用汇流条26～30。在第1组的箭头x2侧，正极端子17群通过第1汇流条26连接。在第1组与第2组之间，在箭头x1侧，第1组的负极端子19群和第2组的正极端子17群通过第2汇流条27连接。在第2组与第3组之间，在箭头x2侧，第2组的负极端子19群和第3组的正极端子17群通过第3汇流条28连接。在第3组与第4组之间，在箭头x1侧，第3组的负极端子19群和第4组的正极端子17群通过第4汇流条29连接。在第4组的箭头x2侧，负极端子19群通过第5汇流条30连接。

二次电池2在同组中是并联的，在不同的组中是串联的。因此，12个二次电池2是3并联、4串联的。二次电池2例如为锂离子二次电池。

将第1组的正极端子群连接的第1汇流条26与正极外部端子10连接，将第4组的负极端子群连接的第5汇流条30与负极外部端子11连接。

2.蓄电池bt的电气结构的说明

参照图6对蓄电池bt的电气结构进行说明。蓄电池bt包含：电池组40、电流切断装置45、第1电流传感器47、第2电流传感器48、开关49、管理装置50、和警告灯61。在图6中用单点划线框示出的k是本发明的“电流计测装置”的一例。

电池组40包含被串联连接的4组的二次电池2。电流切断装置45、电池组40以及第1电流传感器47经由通电路径43p、43n串联连接。将电流切断装置45配置在正极侧，将第1电流传感器47配置在负极侧，电流切断装置45经由通电路径43p而与正极外部端子10连接，第1电流传感器47经由通电路径43n而与负极外部端子11连接。通电路径43p、43n是本发明的“电流路径”的一例。

电流切断装置45配置在电路单元31上。电流切断装置45是继电器或者fet(场效应晶体管)等的半导体开关，通过打开电池组40的通电路径43p从而切断电流。

第2电流传感器48和开关49被串联连接。包含第2电流传感器48和开关49的串联电路相对于电流切断装置45而并联连接。第2电流传感器48的分辨率b2比第1电流传感器47的分辨率b1小(b2＜b1)。第2电流传感器48适合微小电流的计测，第1电流传感器47适合大电流的计测。分辨率b1、b2是能够通过电流传感器47、48识别的电流i的最小单位。

第1电流传感器47以及第2电流传感器48经由信号线而分别与管理装置50连接，两个电流传感器47、48的计测值ia、ib向管理装置50输入。开关49为了在电池组40有异常的情况下与电流切断装置45一起打开来切断电流而设置。第1电流传感器47、第2电流传感器48、开关49配置在电路单元31上。

管理装置50配置在电路单元31上。管理装置50包含处理部51、电压计测部55、和通信部59。

电压计测部55计测各二次电池2的电压v1～v4、以及电池组40的总电压vs。电压计测部55将计测的电压v1～v4、vs的数据输出到处理部51。

vs＝v1+v2+v3+v4(1)式

处理部51包含cpu(中央处理装置)52和非易失性的存储器53。处理部51监视电池组40的状态。具体地，监视电池组40的总电压vs、各二次电池31的电池电压v1～v4是否在使用范围内。基于由第1电流传感器47或者第2电流传感器48计测的计测值ia、ib，监视电池组40的电流i是否在限制值内。

处理部51还进行估计蓄电池bt的soc的处理。soc如下述的(2)、(3)式所示，能够通过电流i相对于时间的积分值来计算。另外，在充电时将电流的符号设为正，放电设为负。

soc＝cr/co×100(2)

co为二次电池的充满电容量，cr为二次电池的剩余容量。

soc＝soco+100×∫idt/co(3)

soco为soc的初始值，i为电流。

在存储器53中存储有处理部51用于执行电池组40的状态监视、soc的计算、以及后述的电流计测处理等的各数据。

如图6所示，在蓄电池bt的外部端子10、11经由ig开关(点火开关)115而连接有起动电动机110。起动电动机110是搭载于车辆v的发动机100的起动装置。若ig开关115接通，则从蓄电池bt向起动电动机110流过电流，起动电动机110旋转。由此，曲轴旋转，发动机100起动。

车辆ecu(electroniccontrolunit：电子控制单元)120搭载于车辆v，监视发动机100的动作状态、ig开关115的状态等。

管理装置50连接为经由通信线l能够在与车辆ecu120之间进行通信。管理装置50通过基于通信线l的通信，能够从车辆ecu120接收发动机100的动作状态、ig开关115的动作状态的信息。

在蓄电池bt的外部端子10、11，不仅连接有起动电动机110，还连接有其他车辆负载130。车辆负载130是搭载于车辆1的负载，包含头灯等电气部件。此外，车辆负载130还包含车辆ecu120的备份用存储器、装配于车辆v的安全设备等。图1仅示出车辆1和蓄电池bt，省略了发动机100、车辆ecu120、车辆负载130。

3.电流切断装置的故障诊断和电流计测处理

图8是示出电池组40的电流计测处理的流程的流程图。在初始状态下，设电流切断装置45以及开关49均为闭合。

管理装置50的处理部51首先检测车辆v的停车(s10)。所谓停车，是指至少发动机100停止，在给定时间内车辆不移动的状态。

停车能够通过与车辆ecu120的通信来判断。在停车中，车辆ecu120停止与管理装置50的通信，因此在与车辆ecu120的通信停止了给定时间以上的情况下，能够判断为停车。

若检测到车辆v的停车，则处理部51进行诊断电流切断装置45有无故障的处理(s20)。故障有闭合故障和打开故障。闭合故障是即便赋予打开指令电流切断装置45也不打开而固定为闭合的状态的故障。闭合故障能够根据对电流切断装置45赋予打开指令时的第1电流传感器47和第2电流传感器48的计测值ia、ib来判断。在电流切断装置45正常地动作的情况(响应于打开指令而打开的情况)下，如图7所示，第1电流传感器47和第2电流传感器48流过相同大小的电流，第1电流传感器47的计测值ia和第2电流传感器48的计测值ib变得相等(ia＝ib)。

另一方面，在电流切断装置45发生闭合故障的情况(即便赋予打开指令也不打开的情况)下，电流i仅流过电流切断装置45，不流过第2电流传感器48。因而，第1电流传感器47的计测值ia和第2电流传感器48的计测值ib不一致(ia≠ib)。

处理部51对电流切断装置45赋予打开指令之后，第1电流传感器47的计测值ia和第2电流传感器48的计测值ib一致的情况下，判断出电流切断装置45为“正常”。处理部51对电流切断装置45赋予打开指令之后，第1电流传感器47的计测值ia和第2电流传感器48的计测值ib不一致的情况下，判断出电流切断装置45为“闭合故障”。

打开故障是即便赋予闭合指令电流切断装置45也不闭合而固定为打开状态的故障。打开故障能够根据对电流切断装置45赋予闭合指令时的第1电流传感器47和第2电流传感器48的计测值ia、ib来判断。在电流切断装置45正常地动作的情况(响应于闭合指令而闭合的情况)下，如图6所示，电流i流过电流切断装置45，不流过第2电流传感器48。因而，第1电流传感器47的计测值ia和第2电流传感器48的计测值ib不一致(ia≠ib)。

另一方面，在电流切断装置45发生打开故障的情况(即便赋予闭合指令也不闭合的情况)下，第1电流传感器47和第2电流传感器48双方流过相同大小的电流，第1电流传感器47的计测值ia和第2电流传感器48的计测值ib变得相等(ia＝ib)。

因而，处理部51对电流切断装置45赋予闭合指令之后，第1电流传感器47的计测值ia和第2电流传感器48的计测值ib不一致的情况下，判断出电流切断装置45为“正常”。处理部51对电流切断装置45赋予闭合指令之后，第1电流传感器47的计测值ia和第2电流传感器48的计测值ib一致的情况下，判断出电流切断装置45为“打开故障”。

处理部51依次进行闭合故障和打开故障的诊断，在电流切断装置45发生闭合故障或者打开故障的情况下，向外部报知异常。例如，显示警告灯61，或者向车辆ecu120通知表示电流切断装置45发生故障的意思(s30)。

管理装置50在电流切断装置45为正常的情况(不是闭合故障、打开故障的任何故障的情况)下，对电流切断装置45赋予打开指令，将电流切断装置45打开(s40)。通过将电流切断装置45打开，从而如图7所示，第2电流传感器48和开关49成为电流的通电路径，因此能够用第2电流传感器48计测车辆v的暗电流。

车辆v的暗电流是在停车中车辆v消耗的电流(蓄电池bt放电的电流)，是100ma以下的微小电流。

暗电流是车辆ecu120的备份用存储器、装配于车辆v的安全设备等的消耗电流。第2电流传感器48与第1电流传感器47相比，分辨率小，且是高精度，因此能够精度良好地计测车辆v的暗电流。第2电流传感器48对暗电流的计测持续至检测到ig开关115的接通为止。所谓精度良好，意味着误差小。第2电流传感器48的分辨率b2作为一例，优选为0.1ma以下。

处理部51在执行s40后，进行判定是否检测到ig开关115的接通的处理(s50)。通过用户操作，若ig开关115从断开切换为接通，则车辆ecu120重新开始通信，对管理装置50发送ig开关115已切换为接通的信息。

处理部51通过从车辆ecu120接收ig开关115变为接通的信息，从而能够检测ig开关115从断开已切换为接通。

若检测到ig开关115的接通，则处理部51对电流切断装置45赋予闭合指令，将电流切断装置45闭合，使用第1电流传感器47进行电流的计测(s60)。

若ig开关115切换为接通，则如图6所示，从蓄电池bt通过电流切断装置45向起动电动机110流过起动电流。由此，起动电动机110驱动，曲轴旋转，发动机100起动。

起动电流为1000a程度的大电流，因此即便是分辨率低的第1电流传感器47，相对地也能够精度良好地计测。

第1电流传感器47对电流的计测持续至检测到车辆v的停车为止。因而，在发动机起动后，车辆v处于行驶中的期间、停车中的期间，使用第1电流传感器47进行电流的计测。在行驶中、停车中，在车辆v与蓄电池bt之间，流过大致几a以上的比较大的电流，因此即便是分辨率低的第1电流传感器47，也能够精度良好地计测。第1电流传感器47的分辨率b1作为一例，优选为10ma程度。

处理部51与基于第1电流传感器47的电流计测并行地判断车辆v是否为停车中(s70)。若判断出车辆v为停车中，则转移到第2个周期，执行s20～s70的处理。

4.效果

根据车辆v的状态区分使用分辨率不同的两个电流传感器47、48，从而能够精度良好地计测宽范围的电流。此外，使用电流传感器47、48的电流计测功能，能够诊断电流切断装置45有无故障。因而，能够抑制发生故障的电流切断装置45被继续使用。

蓄电池bt用于发动机100的起动，在发动机起动时流过大的起动电流，因此电流切断装置45容易发生故障。通过在用于发动机的起动的蓄电池bt中应用本技术，从而能够解决由于电流切断装置45的故障使得电池组40容易陷入过放电、过充电等的用于发动机的起动的蓄电池bt所特有的课题。

在流过微小暗电流的停车中，使用分辨率小的第2电流传感器48来计测蓄电池bt的电流i，在流过大电流的发动机起动时，使用第1电流传感器47来计测蓄电池bt的电流i。因而，能够精度良好地检测从停车中的暗电流至发动机起动时的起动电流的宽范围的电流i，能够提高蓄电池bt的soc的估计精度。

<其他实施方式>

本发明并不限定于通过上述记述以及附图所说明的实施方式，例如，如下那样的实施方式也包含于本发明的技术的范围。

(1)在上述实施方式中，作为蓄电元件的一例，例示了二次电池2。蓄电元件并不限定于二次电池2，也可以为电容器等。蓄电池bt的使用用途并不限定于车辆用，也可以使用于无停电电源系统、太阳能发电系统的蓄电装置等其他用途。

(2)在上述实施方式中，示出根据车辆v的状态选择性地使用第1电流传感器47和第2电流传感器48的例子。选择第1电流传感器47和第2电流传感器48的使用的条件不限于与车辆v的状态有关的条件。例如，在电流值为阈值以下的情况下，使用分辨率高的第2电流传感器48。在电流值大于阈值的情况下，使用分辨率低的第1电流传感器47等，可以根据电流值来选择第1电流传感器47和第2电流传感器48的使用。总之，只要根据给定的选择条件(与车辆的状态有关的条件、电流值的条件)选择性地使用第1电流传感器47和第2电流传感器48，计测电池组40的电流i即可。

(3)在上述实施方式中，使得在车辆v的停车中进行电流切断装置45的故障诊断。只要在蓄电池bt充电或者放电时即可，可以在任何时候进行故障诊断。此外，也可以使得在打开故障、闭合故障中的任意一者进行故障诊断。

(4)在上述实施方式中，基于将电流切断装置45切换为打开或者闭合时的第1电流传感器47的计测值ia和第2电流传感器48的计测值ib，进行了电流切断装置45的故障诊断。具体地，在对电流切断装置45赋予打开的指令时计测值ia和计测值ib一致的情况下，判断为闭合故障。在对电流切断装置45赋予闭合的指令时计测值ia和计测值ib不一致的情况下，判断为打开故障。除此以外，还可以仅基于第2电流传感器48的计测值ib来进行电流切断装置45的故障诊断。具体地，也可以在对电流切断装置45赋予打开的指令时计测值ib为零的情况下(第2电流传感器48无电流)，判断为闭合故障。也可以在对电流切断装置45赋予闭合的指令时计测值ib不为零的情况下(第2电流传感器48不是无电流)，判断为打开故障。

(5)在上述实施方式中，与第2电流传感器48串联设置了开关49，但也可以不具有开关49。

(6)在上述实施方式中，示出基于与车辆ecu120的通信进行了车辆v是否为停车中的例子。停车的判断也可以通过与车辆ecu120的通信以外的方法来判断。例如，使用红外线传感器和加速度传感器等，检测对于车辆1有无乘客和车辆是否有移动，在无人且不移动的状态持续了给定时间的情况下，可以判断出车辆1为停车。

符号说明

2二次电池(蓄电元件)；

40电池组；

45电流切断装置；

47第1电流传感器；

48第2电流传感器；

50管理装置；

51处理部；

bt蓄电池(蓄电装置)；

v车辆。