電流監視装置
【課題】自動車に搭載される電源系のハイサイド電流を検出して発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流の測定値を出力する電流監視装置を提供する。
【解決手段】発電機２による発電電流を測定するためにシャント抵抗１１０を設け、電装負荷３に供給される負荷電流を測定するためにシャント抵抗１２０を設けており、それぞれに流れる電流による電圧降下を増幅するために、それぞれにハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１を接続している。ハイサイド電流センスアンプ１１１からの出力は、収支電流測定部１３０に入力され、ハイサイド電流センスアンプ１２１からの出力は、分岐されて収支電流測定部１３０と負荷電流測定部１４０に入力される。収支電流測定部１３０でバッテリ収支電流の測定値が求められ、負荷電流測定部１４０で負荷電流の測定値が求められる。
【解決手段】発電機２による発電電流を測定するためにシャント抵抗１１０を設け、電装負荷３に供給される負荷電流を測定するためにシャント抵抗１２０を設けており、それぞれに流れる電流による電圧降下を増幅するために、それぞれにハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１を接続している。ハイサイド電流センスアンプ１１１からの出力は、収支電流測定部１３０に入力され、ハイサイド電流センスアンプ１２１からの出力は、分岐されて収支電流測定部１３０と負荷電流測定部１４０に入力される。収支電流測定部１３０でバッテリ収支電流の測定値が求められ、負荷電流測定部１４０で負荷電流の測定値が求められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ及び発電機から電装負荷に電力を供給する自動車用電源系のハイサイド電流を測定する電流監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に搭載されている電装負荷に電力を供給する電源として、バッテリと発電機（オルタネータ）が備えられている。近年は、電装負荷の増大とともに、バッテリの充電率や劣化度などを適切に管理することが重要となっており、バッテリ状態の監視のために、ＢＭＳ（Battery Monitoring System）やＩＢＳ（Intelligent Battery Sensor）という名称で、バッテリ状態検知センサが車両に搭載され始めている。これらのバッテリ状態検知センサの多くは、バッテリのマイナスポストに取り付けられるものであり（例えば、特許文献１）、発電機による発電電流から負荷電流を差し引いた電流値、すなわちバッテリに出入りする電流（バッテリの充放電電流であり、以下では収支電流と称する）のみを計測するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３９５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、自動車メーカーによっては、バッテリの収支電流だけでなく、発電機による発電電流や電装負荷に供給される負荷電流も個別に計測したいという要求がある。このように、発電電流や負荷電流を測定するためには、発電機や負荷側に新たに電流センサを追加する必要があるが、高コストとなるだけでなく、電流センサを複数設置するためのスペースを確保するのが困難といった問題があった。
【０００５】
また、従来のバッテリ状態検知センサは、バッテリのマイナスポストに取り付けられたシャント抵抗に流れる電流を測定するために、差動増幅回路を内蔵したマイコンを備えている。このマイコンは、バッテリのマイナスポストの電位を０Ｖ基準として、シャント抵抗の両端に生じる電位差を測定するものである。すなわち、グランド側のローサイド電流を測定するものであって、バッテリのプラス側に流れるいわゆるハイサイド電流を測定するものではなかった。従来のバッテリ状態検知センサでは、バッテリのハイサイド電流を測定することができないといった問題があった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、自動車に搭載される電源系のハイサイド電流を検出して発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流の測定値を出力する電流監視装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電流監視装置の第１の態様は、バッテリ及び発電機から電装負荷に電力を供給する自動車用電源系のハイサイド電流を測定する電流監視装置であって、前記発電機の出力側に接続されて前記発電機のハイサイド電流を通電させる第１のシャント抵抗と、前記電装負荷の前記発電機側に接続されて前記電装負荷のハイサイド電流を通電させる第２のシャント抵抗と、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第１のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第１のハイサイド電流センスアンプと、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第２のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第２のハイサイド電流センスアンプと、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記バッテリに入出力されるバッテリ収支電流の測定値を出力する収支電流測定部と、前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記電装負荷に供給される負荷電流の測定値を出力する負荷電流測定部と、前記収支電流測定部および前記負荷電流測定部からそれぞれ前記バッテリ収支電流測定値及び前記負荷電流測定値を入力して前記発電機の発電電流測定値を出力する発電電流測定部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電流監視装置の他の態様は、バッテリ及び発電機から電装負荷に電力を供給する自動車用電源系のハイサイド電流を測定する電流監視装置であって、前記発電機の出力側に接続されて前記発電機のハイサイド電流を通電させる第１のシャント抵抗と、前記電装負荷の前記発電機側に接続されて前記電装負荷のハイサイド電流を通電させる第２のシャント抵抗と、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第１のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第１のハイサイド電流センスアンプと、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第２のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第２のハイサイド電流センスアンプと、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記バッテリに入出力されるバッテリ収支電流の測定値を出力する収支電流測定部と、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記発電機の発電電流測定値を出力する発電電流測定部と、前記収支電流測定部および前記発電電流測定部からそれぞれ前記バッテリ収支電流測定値及び前記発電電流測定値を入力して前記電装負荷に供給される負荷電流測定値を出力する負荷電流測定部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の電流監視装置の他の態様は、前記収支電流測定部は、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力をそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に入力してバッテリ収支電流相当信号を出力する第１の差動増幅回路と、前記第１の差動増幅回路から前記バッテリ収支電流相当信号を入力してデジタル値の前記バッテリ収支電流測定値を出力する第１のアナログーデジタル変換器と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電流監視装置の他の態様は、前記負荷電流測定部は、前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力する第２の差動増幅回路と、ベースが前記第２の差動増幅回路の出力側に接続され、コレクタが第１の抵抗を介して所定電圧の電源に接続され、エミッタが第２の抵抗を介して接地されているトランジスタと、一端が前記トランジスタのコレクタ側に接続され、他端が前記トランジスタのエミッタ側に接続されている第３の抵抗と、を備え、前記トランジスタのコレクタ側電圧から前記負荷電流測定値を求めて出力することを特徴とする。
【００１１】
本発明の電流監視装置の他の態様は、前記負荷電流測定部は、前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力して負荷電流相当信号を出力する第２の差動増幅回路と、前記第２の差動増幅回路から前記負荷電流相当信号を入力してデジタル値の前記負荷電流測定値を出力する第２のアナログーデジタル変換器と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電流監視装置の他の態様は、前記発電電流測定部は、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力する第３の差動増幅回路と、ベースが前記第３の差動増幅回路の出力側に接続され、コレクタが第１の抵抗を介して所定電圧の電源に接続され、エミッタが第２の抵抗を介して接地されているトランジスタと、一端が前記トランジスタのコレクタ側に接続され、他端が前記トランジスタのエミッタ側に接続されている第３の抵抗と、を備え、前記トランジスタのコレクタ側電圧から前記発電電流測定値を求めて出力することを特徴とする。
【００１３】
本発明の電流監視装置の他の態様は、前記発電電流測定部は、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力して発電電流相当信号を出力する第２の差動増幅回路と、前記第２の差動増幅回路から前記発電電流相当信号を入力してデジタル値の前記発電電流測定値を出力する第２のアナログーデジタル変換器と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、自動車に搭載される電源系のハイサイド電流を検出して発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流の測定値を出力する電流監視装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態の電流監視装置を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態の電流監視装置を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。
【図３】第３の実施形態の電流監視装置を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。
【図４】第４の実施形態の電流監視装置を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。
【図５】シャント抵抗の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態における電流監視装置の構成について、図面を参照して以下に詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施の形態に係る電流監視装置を、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態の電流監視装置１００を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。自動車には、電源としてバッテリ１と発電機（オルタネータ）２が搭載されており、これらの電源から電装負荷３に電源が供給されている。本実施形態の電流監視装置１００では、発電機２による発電電流を測定するためにシャント抵抗１１０を設け、電装負荷３に供給される負荷電流を測定するためにシャント抵抗１２０を設けている。そして、それぞれのシャント抵抗１１０、１２０に流れる電流によって生じる電圧降下を検出して増幅するために、それぞれの両端の電圧を入力するハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１を設けている。
【００１８】
ハイサイド電流センスアンプ１１１からの出力は、収支電流測定部１３０に入力される。また、ハイサイド電流センスアンプ１２１からの出力は、分岐されて収支電流測定部１３０と負荷電流測定部１４０に入力される。
【００１９】
収支電流測定部１３０は、差動増幅回路（オペアンプ）１３１とアナログーデジタル変換器１３２を内蔵したマイクロコントローラで構成されている。ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１からの出力は、差動増幅回路１３１のそれぞれ非反転入力端子（＋側）、反転入力端子（−側）に入力され、ここで発電電流と負荷電流との差分が演算されて出力される。差動増幅回路１３１から出力される発電電流と負荷電流との差分は、バッテリに流れる電流となることから、差動増幅回路１３１からバッテリ収支電流の測定値が出力されることになる。
【００２０】
差動増幅回路１３１から出力されるバッテリ収支電流測定値は、アナログーデジタル変換器１３２に入力され、ここでアナログ値からデジタル値に変換される。これにより、本実施形態の電流監視装置１００は、バッテリ収支電流の測定値をデジタル値として出力することができる。
【００２１】
負荷電流測定部１４０は、オペアンプ１４１、トランジスタ１４２、電源１４３、出力部１４４、及び抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を備えている。負荷電流測定部１４０に入力されたハイサイド電流センスアンプ１２１の出力は、オペアンプ１４１の非反転入力端子に入力される。また、オペアンプ１４１の出力側は、トランジスタ１４２のベース１４２Ｂに接続されている。
【００２２】
オペアンプ１４１は、入力インピーダンスが非常に大きいため、ハイサイド電流センスアンプ１２１の出力を分岐して入力してもほとんど電流が流れないため、収支電流測定部１３０側への入力に影響を与えることはない。すなわち、オペアンプ１４１は、収支電流測定部１３０側への影響を低減するためのバッファとなっている。これにより、収支電流測定部１３０から出力されるバッテリ収支電流測定値の精度が低下しないようにしている。
【００２３】
トランジスタ１４２のコレクタ１４２Ｃ側には、抵抗Ｒ１を介して電源１４３が接続されている。また、トランジスタ１４２のエミッタ１４２Ｅ側は、抵抗Ｒ３を介して接地されるとともに、オペアンプ１４１の反転入力端子にも接続されている。さらに、トランジスタ１４２および抵抗Ｒ３と並列に、一端がトランジスタ１４２のコレクタ１４２Ｃ側に接続され他端が接地された抵抗Ｒ２が接続されている。
【００２４】
オペアンプ１４１の非反転入力側電圧、すなわちハイサイド電流センスアンプ１２１の出力をＶ１としたとき、負荷電流の大きさに対応して電圧Ｖ１が変化し、これによりトランジスタ１４２のベース−エミッタ間電圧が変化してコレクタ−エミッタ間に流れる電流Ｉ１が変化する。オペアンプ１４１の反転入力端子にトランジスタ１４２のエミッタ１４２Ｅ側電圧を入力していることから、トランジスタ１４２は、ハイサイド電流センスアンプ１２１の出力電圧Ｖ１に比例した電流Ｉ１をコレクタ−エミッタ間に流す。エミッタ１４２Ｅが抵抗Ｒ３を介して接地されていることから、Ｉ１＝Ｖ１／Ｒ３が成立する。これより、電流Ｉ１は負荷電流の大きさに対応して変化する。
【００２５】
抵抗Ｒ１に流れる電流をＩ３とし、抵抗Ｒ２に流れる電流をＩ２としたとき、Ｉ３＝Ｉ１＋Ｉ２が成り立つ。また、電装負荷３に電流が供給されていない無負荷時には、電圧Ｖ１及び電流Ｉ１がゼロとなり、Ｉ３＝Ｉ２＝Ｖｃｃ／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。本実施形態の負荷電流測定部１４０は、負荷電流の変化に対応して電流Ｉ３が変化するのを抵抗Ｒ１における電圧変化として測定しており、電源１４３から抵抗Ｒ１に電流Ｉ３が流れることによる電圧降下で電源１４３の電圧Ｖｃｃから低下した電圧を出力部（ＯＵＴ）１４４に出力している。
【００２６】
出力部１４４に出力される電圧をＶｏｕｔとすると、
Ｖｏｕｔ＝Ｖｃｃ−Ｉ３・Ｒ１ （１）
が成り立つともに、
Ｖｏｕｔ＝Ｉ２・Ｒ２ （２）
が成り立つ。
【００２７】
Ｉ３＝Ｉ１＋Ｉ２、および式（２）から求まるＩ２＝Ｖｏｕｔ／Ｒ２を式（１）に代入することにより、電流Ｉ１の算出式が次のように求まる。
Ｉ１＝（Ｖｃｃ−Ｖｏｕｔ）／Ｒ１−Ｖｏｕｔ／Ｒ２ （３）
これより、電圧Ｖ１は
Ｖ１＝Ｉ１・Ｒ３
＝（Ｖｃｃ−Ｖｏｕｔ）・（Ｒ３／Ｒ１）−Ｖｏｕｔ・（Ｒ３／Ｒ２） （４）
で与えられる。
【００２８】
電圧Ｖ１は負荷電流の大きさに対応していることから、上式の関係式より、電圧Ｖｏｕｔを測定することで電圧Ｖ１、すなわち負荷電流測定値を求めることができる。出力部１４４に出力される電圧Ｖｏｕｔは、電源１４３の電圧Ｖｃｃおよび抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のそれぞれの抵抗値を変更することで調整可能である。
【００２９】
上記のように構成された本実施形態の電流監視装置１００では、発電機２のハイサイド電流の測定を可能とするために、シャント抵抗１１０、１２０の両端の電圧を入力するハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１が、発電機２の出力電圧以上の電圧に対応可能であることが要求される。すなわち、発電機２の出力電圧を例えば１２Ｖとすると、ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１として、入力電圧範囲が１２Ｖ以上のものを用いる必要がある。このように、ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１として、発電機２の出力電圧以上の入力電圧範囲を有するものを用いることにより、収支電流測定部１３０および負荷電流測定部１４０は、ハイサイド電流によらず適宜選択して用いることができる。但し、ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１の出力が、それぞれ収支電流測定部１３０および負荷電流測定部１４０の入力電圧範囲を超えないように、それぞれの増倍率を設定する必要がある。
【００３０】
上記説明のように、本実施形態の電流監視装置１００によれば、収支電流測定部１３０からバッテリ収支電流の測定値を出力し、負荷電流測定部１４０から負荷電流の測定値を出力することができる。さらに、発電電流測定部１５０は、バッテリ収支電流測定値と負荷電流測定値を加算することで、発電電流の測定値を出力することができる。これにより、一つの装置で発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流を測定可能な電流監視装置を提供することが可能となる。本実施形態では、バッテリ収支電流の測定値をデジタル出力し、負荷電流の測定値をアナログ出力している。
【００３１】
（第２実施形態）
本発明の第２の実施の形態に係る電流監視装置を、図２を用いて説明する。図２は、第２の実施形態の電流監視装置２００を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。本実施形態では、第１の実施形態のトランジスタ１４２に代えて、アナログーデジタル変換器２４２を用いて負荷電流測定部２４０を構成している。すなわち、オペアンプ１４１の出力がアナログーデジタル変換器２４２に入力され、アナログーデジタル変換器２４２においてオペアンプ１４１の出力を用いて電圧Ｖ１に対応する負荷電流測定値を求めて出力するように構成している。
【００３２】
本実施形態の負荷電流測定部２４０では、オペアンプ１４１の出力を反転入力端子に入力させるようにしたボルテージフォロア接続の構成としており、これにより収支電流測定部１３０におけるバッテリ収支電流の測定精度を低下させることなく、オペアンプ１４１の出力が入力電圧Ｖ１に等しくなるようにしている。これにより、アナログーデジタル変換器２４２は電圧Ｖ１を直接入力して負荷電流測定値を求めることができる。
【００３３】
本実施形態の電流監視装置２００によれば、収支電流測定部１３０からバッテリ収支電流の測定値を出力し、負荷電流測定部２４０から負荷電流の測定値を出力することができる。さらに、発電電流測定部１５０は、バッテリ収支電流の測定値と負荷電流の測定値を加算することで、発電電流の測定値を出力することができる。これにより、一つの装置で発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流を測定可能な電流監視装置を提供することが可能となる。本実施形態では、バッテリ収支電流の測定値および負荷電流の測定値を、ともにデジタル出力している。
【００３４】
（第３実施形態）
本発明の第３の実施の形態に係る電流監視装置を、図３を用いて説明する。図３は、第３の実施形態の電流監視装置３００を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。上記実施形態の電流監視装置１００または２００では、バッテリ収支電流を測定する収支電流測定部１３０と、負荷電流を測定する負荷電流測定部１４０または２４０が、ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１からの出力を入力してそれぞれの測定値を出力する構成としていた。これに対し本実施形態の電流監視装置３００では、バッテリ収支電流を測定する収支電流測定部１３０と、発電電流を測定する発電電流測定部３５０とが、ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１からの出力を入力してそれぞれの測定値を出力する構成としている。
【００３５】
本実施形態の発電電流測定部３５０は、第１の実施形態の負荷電流測定部１４０と同様の構成を有しており、オペアンプ３５１、トランジスタ３５２、電源３５３、出力部３５４、及び抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３を備えている。本実施形態の発電電流測定部３５０でも、発電電流の変化に対応して抵抗Ｒ３１に流れる電流の変化を電圧変化として測定し、これを出力部３５４に出力している。出力部３５４からの出力を用いて、発電電流の測定値を求めることができる。
【００３６】
本実施形態の電流監視装置３００によれば、収支電流測定部１３０からバッテリ収支電流の測定値を出力し、発電電流測定部３５０から発電電流の測定値を出力することができる。さらに、負荷電流測定部３４０は、バッテリ収支電流の測定値と発電電流の測定値から負荷電流の測定値を算出することができる。これにより、一つの装置で発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流を測定可能な電流監視装置を提供することが可能となる。本実施形態では、バッテリ収支電流の測定値をデジタル出力し、発電電流の測定値をアナログ出力している。
【００３７】
（第４実施形態）
本発明の第４の実施の形態に係る電流監視装置を、図４を用いて説明する。図４は、第４の実施形態の電流監視装置４００を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。本実施形態では、第２の実施形態と同様に、第３の実施形態のトランジスタ３５２に代えて、アナログーデジタル変換器４５２を用いて発電電流測定部４５０を構成している。すなわち、オペアンプ３５１の出力がアナログーデジタル変換器４５２に入力され、アナログーデジタル変換器４５２においてオペアンプ３５１の出力を用いて電圧Ｖ１に対応する発電電流測定値を求めて出力するように構成している。本実施形態でも、オペアンプ３５１をボルテージフォロア接続の構成としている。
【００３８】
本実施形態の電流監視装置４００によれば、収支電流測定部１３０からバッテリ収支電流の測定値を出力し、発電電流測定部４５０から発電電流の測定値を出力することができる。さらに、負荷電流測定部３４０は、バッテリ収支電流の測定値と発電電流の測定値から負荷電流の測定値を出力することができる。これにより、一つの装置で発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流を測定可能な電流監視装置を提供することが可能となる。本実施形態では、バッテリ収支電流の測定値および負荷電流の測定値を、ともにデジタル出力している。
【００３９】
上記の第１〜第４実施形態では、シャント抵抗１１０、１２０としてそれぞれ別個体のものを用いる必要はなく、例えば図５に示すような二又形状のものを用いることができる。図５に示すシャント抵抗４は、所定の抵抗値を有する抵抗体５、６と、抵抗体の両端にバスバー７、８、９を溶接したもので構成されている。バスバー７、８、９には、それぞれバッテリ接続端子７ａ、発電機接続端子８ａ、電装負荷接続端子９ａが設けられている。図１〜４に示すように、それぞれの端子にバッテリ１、発電機２、電装負荷３を接続することで、１つのシャント抵抗４を用いて電流監視装置を構成することが可能となる。
【００４０】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る電流監視装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における電流監視装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ バッテリ
２ 発電機
３ 電装負荷
４、１１０、１２０ シャント抵抗
５、６ 抵抗体
７、８、９ バスバー
１００、２００、３００、４００ 電流監視装置
１１１、１２１ ハイサイド電流センスアンプ
１３０ 収支電流測定部
１３１、１４１、３５１ 差動増幅回路（オペアンプ）
１３２、２４２、４５２ アナログーデジタル変換器
１４０、２４０、３４０ 負荷電流測定部
１４２、３５２ トランジスタ
１４３、３５３ 電源
１４４、３５４ 出力部
１５０、３５０、４５０ 発電電流測定部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３ 抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ及び発電機から電装負荷に電力を供給する自動車用電源系のハイサイド電流を測定する電流監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に搭載されている電装負荷に電力を供給する電源として、バッテリと発電機（オルタネータ）が備えられている。近年は、電装負荷の増大とともに、バッテリの充電率や劣化度などを適切に管理することが重要となっており、バッテリ状態の監視のために、ＢＭＳ（Battery Monitoring System）やＩＢＳ（Intelligent Battery Sensor）という名称で、バッテリ状態検知センサが車両に搭載され始めている。これらのバッテリ状態検知センサの多くは、バッテリのマイナスポストに取り付けられるものであり（例えば、特許文献１）、発電機による発電電流から負荷電流を差し引いた電流値、すなわちバッテリに出入りする電流（バッテリの充放電電流であり、以下では収支電流と称する）のみを計測するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３９５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、自動車メーカーによっては、バッテリの収支電流だけでなく、発電機による発電電流や電装負荷に供給される負荷電流も個別に計測したいという要求がある。このように、発電電流や負荷電流を測定するためには、発電機や負荷側に新たに電流センサを追加する必要があるが、高コストとなるだけでなく、電流センサを複数設置するためのスペースを確保するのが困難といった問題があった。
【０００５】
また、従来のバッテリ状態検知センサは、バッテリのマイナスポストに取り付けられたシャント抵抗に流れる電流を測定するために、差動増幅回路を内蔵したマイコンを備えている。このマイコンは、バッテリのマイナスポストの電位を０Ｖ基準として、シャント抵抗の両端に生じる電位差を測定するものである。すなわち、グランド側のローサイド電流を測定するものであって、バッテリのプラス側に流れるいわゆるハイサイド電流を測定するものではなかった。従来のバッテリ状態検知センサでは、バッテリのハイサイド電流を測定することができないといった問題があった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、自動車に搭載される電源系のハイサイド電流を検出して発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流の測定値を出力する電流監視装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電流監視装置の第１の態様は、バッテリ及び発電機から電装負荷に電力を供給する自動車用電源系のハイサイド電流を測定する電流監視装置であって、前記発電機の出力側に接続されて前記発電機のハイサイド電流を通電させる第１のシャント抵抗と、前記電装負荷の前記発電機側に接続されて前記電装負荷のハイサイド電流を通電させる第２のシャント抵抗と、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第１のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第１のハイサイド電流センスアンプと、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第２のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第２のハイサイド電流センスアンプと、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記バッテリに入出力されるバッテリ収支電流の測定値を出力する収支電流測定部と、前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記電装負荷に供給される負荷電流の測定値を出力する負荷電流測定部と、前記収支電流測定部および前記負荷電流測定部からそれぞれ前記バッテリ収支電流測定値及び前記負荷電流測定値を入力して前記発電機の発電電流測定値を出力する発電電流測定部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電流監視装置の他の態様は、バッテリ及び発電機から電装負荷に電力を供給する自動車用電源系のハイサイド電流を測定する電流監視装置であって、前記発電機の出力側に接続されて前記発電機のハイサイド電流を通電させる第１のシャント抵抗と、前記電装負荷の前記発電機側に接続されて前記電装負荷のハイサイド電流を通電させる第２のシャント抵抗と、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第１のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第１のハイサイド電流センスアンプと、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第２のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第２のハイサイド電流センスアンプと、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記バッテリに入出力されるバッテリ収支電流の測定値を出力する収支電流測定部と、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記発電機の発電電流測定値を出力する発電電流測定部と、前記収支電流測定部および前記発電電流測定部からそれぞれ前記バッテリ収支電流測定値及び前記発電電流測定値を入力して前記電装負荷に供給される負荷電流測定値を出力する負荷電流測定部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の電流監視装置の他の態様は、前記収支電流測定部は、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力をそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に入力してバッテリ収支電流相当信号を出力する第１の差動増幅回路と、前記第１の差動増幅回路から前記バッテリ収支電流相当信号を入力してデジタル値の前記バッテリ収支電流測定値を出力する第１のアナログーデジタル変換器と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電流監視装置の他の態様は、前記負荷電流測定部は、前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力する第２の差動増幅回路と、ベースが前記第２の差動増幅回路の出力側に接続され、コレクタが第１の抵抗を介して所定電圧の電源に接続され、エミッタが第２の抵抗を介して接地されているトランジスタと、一端が前記トランジスタのコレクタ側に接続され、他端が前記トランジスタのエミッタ側に接続されている第３の抵抗と、を備え、前記トランジスタのコレクタ側電圧から前記負荷電流測定値を求めて出力することを特徴とする。
【００１１】
本発明の電流監視装置の他の態様は、前記負荷電流測定部は、前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力して負荷電流相当信号を出力する第２の差動増幅回路と、前記第２の差動増幅回路から前記負荷電流相当信号を入力してデジタル値の前記負荷電流測定値を出力する第２のアナログーデジタル変換器と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電流監視装置の他の態様は、前記発電電流測定部は、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力する第３の差動増幅回路と、ベースが前記第３の差動増幅回路の出力側に接続され、コレクタが第１の抵抗を介して所定電圧の電源に接続され、エミッタが第２の抵抗を介して接地されているトランジスタと、一端が前記トランジスタのコレクタ側に接続され、他端が前記トランジスタのエミッタ側に接続されている第３の抵抗と、を備え、前記トランジスタのコレクタ側電圧から前記発電電流測定値を求めて出力することを特徴とする。
【００１３】
本発明の電流監視装置の他の態様は、前記発電電流測定部は、前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力して発電電流相当信号を出力する第２の差動増幅回路と、前記第２の差動増幅回路から前記発電電流相当信号を入力してデジタル値の前記発電電流測定値を出力する第２のアナログーデジタル変換器と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、自動車に搭載される電源系のハイサイド電流を検出して発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流の測定値を出力する電流監視装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態の電流監視装置を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態の電流監視装置を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。
【図３】第３の実施形態の電流監視装置を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。
【図４】第４の実施形態の電流監視装置を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。
【図５】シャント抵抗の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態における電流監視装置の構成について、図面を参照して以下に詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施の形態に係る電流監視装置を、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態の電流監視装置１００を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。自動車には、電源としてバッテリ１と発電機（オルタネータ）２が搭載されており、これらの電源から電装負荷３に電源が供給されている。本実施形態の電流監視装置１００では、発電機２による発電電流を測定するためにシャント抵抗１１０を設け、電装負荷３に供給される負荷電流を測定するためにシャント抵抗１２０を設けている。そして、それぞれのシャント抵抗１１０、１２０に流れる電流によって生じる電圧降下を検出して増幅するために、それぞれの両端の電圧を入力するハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１を設けている。
【００１８】
ハイサイド電流センスアンプ１１１からの出力は、収支電流測定部１３０に入力される。また、ハイサイド電流センスアンプ１２１からの出力は、分岐されて収支電流測定部１３０と負荷電流測定部１４０に入力される。
【００１９】
収支電流測定部１３０は、差動増幅回路（オペアンプ）１３１とアナログーデジタル変換器１３２を内蔵したマイクロコントローラで構成されている。ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１からの出力は、差動増幅回路１３１のそれぞれ非反転入力端子（＋側）、反転入力端子（−側）に入力され、ここで発電電流と負荷電流との差分が演算されて出力される。差動増幅回路１３１から出力される発電電流と負荷電流との差分は、バッテリに流れる電流となることから、差動増幅回路１３１からバッテリ収支電流の測定値が出力されることになる。
【００２０】
差動増幅回路１３１から出力されるバッテリ収支電流測定値は、アナログーデジタル変換器１３２に入力され、ここでアナログ値からデジタル値に変換される。これにより、本実施形態の電流監視装置１００は、バッテリ収支電流の測定値をデジタル値として出力することができる。
【００２１】
負荷電流測定部１４０は、オペアンプ１４１、トランジスタ１４２、電源１４３、出力部１４４、及び抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を備えている。負荷電流測定部１４０に入力されたハイサイド電流センスアンプ１２１の出力は、オペアンプ１４１の非反転入力端子に入力される。また、オペアンプ１４１の出力側は、トランジスタ１４２のベース１４２Ｂに接続されている。
【００２２】
オペアンプ１４１は、入力インピーダンスが非常に大きいため、ハイサイド電流センスアンプ１２１の出力を分岐して入力してもほとんど電流が流れないため、収支電流測定部１３０側への入力に影響を与えることはない。すなわち、オペアンプ１４１は、収支電流測定部１３０側への影響を低減するためのバッファとなっている。これにより、収支電流測定部１３０から出力されるバッテリ収支電流測定値の精度が低下しないようにしている。
【００２３】
トランジスタ１４２のコレクタ１４２Ｃ側には、抵抗Ｒ１を介して電源１４３が接続されている。また、トランジスタ１４２のエミッタ１４２Ｅ側は、抵抗Ｒ３を介して接地されるとともに、オペアンプ１４１の反転入力端子にも接続されている。さらに、トランジスタ１４２および抵抗Ｒ３と並列に、一端がトランジスタ１４２のコレクタ１４２Ｃ側に接続され他端が接地された抵抗Ｒ２が接続されている。
【００２４】
オペアンプ１４１の非反転入力側電圧、すなわちハイサイド電流センスアンプ１２１の出力をＶ１としたとき、負荷電流の大きさに対応して電圧Ｖ１が変化し、これによりトランジスタ１４２のベース−エミッタ間電圧が変化してコレクタ−エミッタ間に流れる電流Ｉ１が変化する。オペアンプ１４１の反転入力端子にトランジスタ１４２のエミッタ１４２Ｅ側電圧を入力していることから、トランジスタ１４２は、ハイサイド電流センスアンプ１２１の出力電圧Ｖ１に比例した電流Ｉ１をコレクタ−エミッタ間に流す。エミッタ１４２Ｅが抵抗Ｒ３を介して接地されていることから、Ｉ１＝Ｖ１／Ｒ３が成立する。これより、電流Ｉ１は負荷電流の大きさに対応して変化する。
【００２５】
抵抗Ｒ１に流れる電流をＩ３とし、抵抗Ｒ２に流れる電流をＩ２としたとき、Ｉ３＝Ｉ１＋Ｉ２が成り立つ。また、電装負荷３に電流が供給されていない無負荷時には、電圧Ｖ１及び電流Ｉ１がゼロとなり、Ｉ３＝Ｉ２＝Ｖｃｃ／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。本実施形態の負荷電流測定部１４０は、負荷電流の変化に対応して電流Ｉ３が変化するのを抵抗Ｒ１における電圧変化として測定しており、電源１４３から抵抗Ｒ１に電流Ｉ３が流れることによる電圧降下で電源１４３の電圧Ｖｃｃから低下した電圧を出力部（ＯＵＴ）１４４に出力している。
【００２６】
出力部１４４に出力される電圧をＶｏｕｔとすると、
Ｖｏｕｔ＝Ｖｃｃ−Ｉ３・Ｒ１ （１）
が成り立つともに、
Ｖｏｕｔ＝Ｉ２・Ｒ２ （２）
が成り立つ。
【００２７】
Ｉ３＝Ｉ１＋Ｉ２、および式（２）から求まるＩ２＝Ｖｏｕｔ／Ｒ２を式（１）に代入することにより、電流Ｉ１の算出式が次のように求まる。
Ｉ１＝（Ｖｃｃ−Ｖｏｕｔ）／Ｒ１−Ｖｏｕｔ／Ｒ２ （３）
これより、電圧Ｖ１は
Ｖ１＝Ｉ１・Ｒ３
＝（Ｖｃｃ−Ｖｏｕｔ）・（Ｒ３／Ｒ１）−Ｖｏｕｔ・（Ｒ３／Ｒ２） （４）
で与えられる。
【００２８】
電圧Ｖ１は負荷電流の大きさに対応していることから、上式の関係式より、電圧Ｖｏｕｔを測定することで電圧Ｖ１、すなわち負荷電流測定値を求めることができる。出力部１４４に出力される電圧Ｖｏｕｔは、電源１４３の電圧Ｖｃｃおよび抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のそれぞれの抵抗値を変更することで調整可能である。
【００２９】
上記のように構成された本実施形態の電流監視装置１００では、発電機２のハイサイド電流の測定を可能とするために、シャント抵抗１１０、１２０の両端の電圧を入力するハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１が、発電機２の出力電圧以上の電圧に対応可能であることが要求される。すなわち、発電機２の出力電圧を例えば１２Ｖとすると、ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１として、入力電圧範囲が１２Ｖ以上のものを用いる必要がある。このように、ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１として、発電機２の出力電圧以上の入力電圧範囲を有するものを用いることにより、収支電流測定部１３０および負荷電流測定部１４０は、ハイサイド電流によらず適宜選択して用いることができる。但し、ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１の出力が、それぞれ収支電流測定部１３０および負荷電流測定部１４０の入力電圧範囲を超えないように、それぞれの増倍率を設定する必要がある。
【００３０】
上記説明のように、本実施形態の電流監視装置１００によれば、収支電流測定部１３０からバッテリ収支電流の測定値を出力し、負荷電流測定部１４０から負荷電流の測定値を出力することができる。さらに、発電電流測定部１５０は、バッテリ収支電流測定値と負荷電流測定値を加算することで、発電電流の測定値を出力することができる。これにより、一つの装置で発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流を測定可能な電流監視装置を提供することが可能となる。本実施形態では、バッテリ収支電流の測定値をデジタル出力し、負荷電流の測定値をアナログ出力している。
【００３１】
（第２実施形態）
本発明の第２の実施の形態に係る電流監視装置を、図２を用いて説明する。図２は、第２の実施形態の電流監視装置２００を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。本実施形態では、第１の実施形態のトランジスタ１４２に代えて、アナログーデジタル変換器２４２を用いて負荷電流測定部２４０を構成している。すなわち、オペアンプ１４１の出力がアナログーデジタル変換器２４２に入力され、アナログーデジタル変換器２４２においてオペアンプ１４１の出力を用いて電圧Ｖ１に対応する負荷電流測定値を求めて出力するように構成している。
【００３２】
本実施形態の負荷電流測定部２４０では、オペアンプ１４１の出力を反転入力端子に入力させるようにしたボルテージフォロア接続の構成としており、これにより収支電流測定部１３０におけるバッテリ収支電流の測定精度を低下させることなく、オペアンプ１４１の出力が入力電圧Ｖ１に等しくなるようにしている。これにより、アナログーデジタル変換器２４２は電圧Ｖ１を直接入力して負荷電流測定値を求めることができる。
【００３３】
本実施形態の電流監視装置２００によれば、収支電流測定部１３０からバッテリ収支電流の測定値を出力し、負荷電流測定部２４０から負荷電流の測定値を出力することができる。さらに、発電電流測定部１５０は、バッテリ収支電流の測定値と負荷電流の測定値を加算することで、発電電流の測定値を出力することができる。これにより、一つの装置で発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流を測定可能な電流監視装置を提供することが可能となる。本実施形態では、バッテリ収支電流の測定値および負荷電流の測定値を、ともにデジタル出力している。
【００３４】
（第３実施形態）
本発明の第３の実施の形態に係る電流監視装置を、図３を用いて説明する。図３は、第３の実施形態の電流監視装置３００を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。上記実施形態の電流監視装置１００または２００では、バッテリ収支電流を測定する収支電流測定部１３０と、負荷電流を測定する負荷電流測定部１４０または２４０が、ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１からの出力を入力してそれぞれの測定値を出力する構成としていた。これに対し本実施形態の電流監視装置３００では、バッテリ収支電流を測定する収支電流測定部１３０と、発電電流を測定する発電電流測定部３５０とが、ハイサイド電流センスアンプ１１１、１２１からの出力を入力してそれぞれの測定値を出力する構成としている。
【００３５】
本実施形態の発電電流測定部３５０は、第１の実施形態の負荷電流測定部１４０と同様の構成を有しており、オペアンプ３５１、トランジスタ３５２、電源３５３、出力部３５４、及び抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３を備えている。本実施形態の発電電流測定部３５０でも、発電電流の変化に対応して抵抗Ｒ３１に流れる電流の変化を電圧変化として測定し、これを出力部３５４に出力している。出力部３５４からの出力を用いて、発電電流の測定値を求めることができる。
【００３６】
本実施形態の電流監視装置３００によれば、収支電流測定部１３０からバッテリ収支電流の測定値を出力し、発電電流測定部３５０から発電電流の測定値を出力することができる。さらに、負荷電流測定部３４０は、バッテリ収支電流の測定値と発電電流の測定値から負荷電流の測定値を算出することができる。これにより、一つの装置で発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流を測定可能な電流監視装置を提供することが可能となる。本実施形態では、バッテリ収支電流の測定値をデジタル出力し、発電電流の測定値をアナログ出力している。
【００３７】
（第４実施形態）
本発明の第４の実施の形態に係る電流監視装置を、図４を用いて説明する。図４は、第４の実施形態の電流監視装置４００を備える自動車の電源系の一構成例を示すブロック図である。本実施形態では、第２の実施形態と同様に、第３の実施形態のトランジスタ３５２に代えて、アナログーデジタル変換器４５２を用いて発電電流測定部４５０を構成している。すなわち、オペアンプ３５１の出力がアナログーデジタル変換器４５２に入力され、アナログーデジタル変換器４５２においてオペアンプ３５１の出力を用いて電圧Ｖ１に対応する発電電流測定値を求めて出力するように構成している。本実施形態でも、オペアンプ３５１をボルテージフォロア接続の構成としている。
【００３８】
本実施形態の電流監視装置４００によれば、収支電流測定部１３０からバッテリ収支電流の測定値を出力し、発電電流測定部４５０から発電電流の測定値を出力することができる。さらに、負荷電流測定部３４０は、バッテリ収支電流の測定値と発電電流の測定値から負荷電流の測定値を出力することができる。これにより、一つの装置で発電電流、負荷電流、及びバッテリ収支電流を測定可能な電流監視装置を提供することが可能となる。本実施形態では、バッテリ収支電流の測定値および負荷電流の測定値を、ともにデジタル出力している。
【００３９】
上記の第１〜第４実施形態では、シャント抵抗１１０、１２０としてそれぞれ別個体のものを用いる必要はなく、例えば図５に示すような二又形状のものを用いることができる。図５に示すシャント抵抗４は、所定の抵抗値を有する抵抗体５、６と、抵抗体の両端にバスバー７、８、９を溶接したもので構成されている。バスバー７、８、９には、それぞれバッテリ接続端子７ａ、発電機接続端子８ａ、電装負荷接続端子９ａが設けられている。図１〜４に示すように、それぞれの端子にバッテリ１、発電機２、電装負荷３を接続することで、１つのシャント抵抗４を用いて電流監視装置を構成することが可能となる。
【００４０】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る電流監視装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における電流監視装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ バッテリ
２ 発電機
３ 電装負荷
４、１１０、１２０ シャント抵抗
５、６ 抵抗体
７、８、９ バスバー
１００、２００、３００、４００ 電流監視装置
１１１、１２１ ハイサイド電流センスアンプ
１３０ 収支電流測定部
１３１、１４１、３５１ 差動増幅回路（オペアンプ）
１３２、２４２、４５２ アナログーデジタル変換器
１４０、２４０、３４０ 負荷電流測定部
１４２、３５２ トランジスタ
１４３、３５３ 電源
１４４、３５４ 出力部
１５０、３５０、４５０ 発電電流測定部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３ 抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ及び発電機から電装負荷に電力を供給する自動車用電源系のハイサイド電流を測定する電流監視装置であって、
前記発電機の出力側に接続されて前記発電機のハイサイド電流を通電させる第１のシャント抵抗と、
前記電装負荷の前記発電機側に接続されて前記電装負荷のハイサイド電流を通電させる第２のシャント抵抗と、
前記第１のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第１のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第１のハイサイド電流センスアンプと、
前記第２のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第２のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第２のハイサイド電流センスアンプと、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記バッテリに入出力されるバッテリ収支電流の測定値を出力する収支電流測定部と、
前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記電装負荷に供給される負荷電流の測定値を出力する負荷電流測定部と、
前記収支電流測定部および前記負荷電流測定部からそれぞれ前記バッテリ収支電流測定値及び前記負荷電流測定値を入力して前記発電機の発電電流測定値を出力する発電電流測定部と、を備える
ことを特徴とする電流監視装置。
【請求項２】
バッテリ及び発電機から電装負荷に電力を供給する自動車用電源系のハイサイド電流を測定する電流監視装置であって、
前記発電機の出力側に接続されて前記発電機のハイサイド電流を通電させる第１のシャント抵抗と、
前記電装負荷の前記発電機側に接続されて前記電装負荷のハイサイド電流を通電させる第２のシャント抵抗と、
前記第１のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第１のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第１のハイサイド電流センスアンプと、
前記第２のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第２のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第２のハイサイド電流センスアンプと、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記バッテリに入出力されるバッテリ収支電流の測定値を出力する収支電流測定部と、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記発電機の発電電流測定値を出力する発電電流測定部と、
前記収支電流測定部および前記発電電流測定部からそれぞれ前記バッテリ収支電流測定値及び前記発電電流測定値を入力して前記電装負荷に供給される負荷電流測定値を出力する負荷電流測定部と、を備える
ことを特徴とする電流監視装置。
【請求項３】
前記収支電流測定部は、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力をそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に入力してバッテリ収支電流相当信号を出力する第１の差動増幅回路と、
前記第１の差動増幅回路から前記バッテリ収支電流相当信号を入力してデジタル値の前記バッテリ収支電流測定値を出力する第１のアナログーデジタル変換器と、を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電流監視装置。
【請求項４】
前記負荷電流測定部は、
前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力する第２の差動増幅回路と、
ベースが前記第２の差動増幅回路の出力側に接続され、コレクタが第１の抵抗を介して所定電圧の電源に接続され、エミッタが第２の抵抗を介して接地されているトランジスタと、
一端が前記トランジスタのコレクタ側に接続され、他端が前記トランジスタのエミッタ側に接続されている第３の抵抗と、を備え、
前記トランジスタのコレクタ側電圧から前記負荷電流測定値を求めて出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の電流監視装置。
【請求項５】
前記負荷電流測定部は、
前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力して負荷電流相当信号を出力する第２の差動増幅回路と、
前記第２の差動増幅回路から前記負荷電流相当信号を入力してデジタル値の前記負荷電流測定値を出力する第２のアナログーデジタル変換器と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電流監視装置。
【請求項６】
前記発電電流測定部は、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力する第３の差動増幅回路と、
ベースが前記第３の差動増幅回路の出力側に接続され、コレクタが第１の抵抗を介して所定電圧の電源に接続され、エミッタが第２の抵抗を介して接地されているトランジスタと、
一端が前記トランジスタのコレクタ側に接続され、他端が前記トランジスタのエミッタ側に接続されている第３の抵抗と、を備え、
前記トランジスタのコレクタ側電圧から前記発電電流測定値を求めて出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の電流監視装置。
【請求項７】
前記発電電流測定部は、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力して発電電流相当信号を出力する第２の差動増幅回路と、
前記第２の差動増幅回路から前記発電電流相当信号を入力してデジタル値の前記発電電流測定値を出力する第２のアナログーデジタル変換器と、を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の電流監視装置。
【請求項１】
バッテリ及び発電機から電装負荷に電力を供給する自動車用電源系のハイサイド電流を測定する電流監視装置であって、
前記発電機の出力側に接続されて前記発電機のハイサイド電流を通電させる第１のシャント抵抗と、
前記電装負荷の前記発電機側に接続されて前記電装負荷のハイサイド電流を通電させる第２のシャント抵抗と、
前記第１のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第１のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第１のハイサイド電流センスアンプと、
前記第２のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第２のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第２のハイサイド電流センスアンプと、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記バッテリに入出力されるバッテリ収支電流の測定値を出力する収支電流測定部と、
前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記電装負荷に供給される負荷電流の測定値を出力する負荷電流測定部と、
前記収支電流測定部および前記負荷電流測定部からそれぞれ前記バッテリ収支電流測定値及び前記負荷電流測定値を入力して前記発電機の発電電流測定値を出力する発電電流測定部と、を備える
ことを特徴とする電流監視装置。
【請求項２】
バッテリ及び発電機から電装負荷に電力を供給する自動車用電源系のハイサイド電流を測定する電流監視装置であって、
前記発電機の出力側に接続されて前記発電機のハイサイド電流を通電させる第１のシャント抵抗と、
前記電装負荷の前記発電機側に接続されて前記電装負荷のハイサイド電流を通電させる第２のシャント抵抗と、
前記第１のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第１のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第１のハイサイド電流センスアンプと、
前記第２のシャント抵抗の両端の電圧を入力して前記第２のシャント抵抗による電圧降下を測定して増幅する第２のハイサイド電流センスアンプと、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記バッテリに入出力されるバッテリ収支電流の測定値を出力する収支電流測定部と、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を入力して前記発電機の発電電流測定値を出力する発電電流測定部と、
前記収支電流測定部および前記発電電流測定部からそれぞれ前記バッテリ収支電流測定値及び前記発電電流測定値を入力して前記電装負荷に供給される負荷電流測定値を出力する負荷電流測定部と、を備える
ことを特徴とする電流監視装置。
【請求項３】
前記収支電流測定部は、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力および前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力をそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に入力してバッテリ収支電流相当信号を出力する第１の差動増幅回路と、
前記第１の差動増幅回路から前記バッテリ収支電流相当信号を入力してデジタル値の前記バッテリ収支電流測定値を出力する第１のアナログーデジタル変換器と、を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電流監視装置。
【請求項４】
前記負荷電流測定部は、
前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力する第２の差動増幅回路と、
ベースが前記第２の差動増幅回路の出力側に接続され、コレクタが第１の抵抗を介して所定電圧の電源に接続され、エミッタが第２の抵抗を介して接地されているトランジスタと、
一端が前記トランジスタのコレクタ側に接続され、他端が前記トランジスタのエミッタ側に接続されている第３の抵抗と、を備え、
前記トランジスタのコレクタ側電圧から前記負荷電流測定値を求めて出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の電流監視装置。
【請求項５】
前記負荷電流測定部は、
前記第２のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力して負荷電流相当信号を出力する第２の差動増幅回路と、
前記第２の差動増幅回路から前記負荷電流相当信号を入力してデジタル値の前記負荷電流測定値を出力する第２のアナログーデジタル変換器と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電流監視装置。
【請求項６】
前記発電電流測定部は、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力する第３の差動増幅回路と、
ベースが前記第３の差動増幅回路の出力側に接続され、コレクタが第１の抵抗を介して所定電圧の電源に接続され、エミッタが第２の抵抗を介して接地されているトランジスタと、
一端が前記トランジスタのコレクタ側に接続され、他端が前記トランジスタのエミッタ側に接続されている第３の抵抗と、を備え、
前記トランジスタのコレクタ側電圧から前記発電電流測定値を求めて出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の電流監視装置。
【請求項７】
前記発電電流測定部は、
前記第１のハイサイド電流センスアンプの出力を非反転入力端子に入力して発電電流相当信号を出力する第２の差動増幅回路と、
前記第２の差動増幅回路から前記発電電流相当信号を入力してデジタル値の前記発電電流測定値を出力する第２のアナログーデジタル変換器と、を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の電流監視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−５３０９５（Ｐ２０１１−５３０９５Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０２５５３（Ｐ２００９−２０２５５３）
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
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