JP2009276130A - 電流計測装置及び電流計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電部位を流れる電流の計測精度を高める。
【解決手段】バッテリポスト３が、バッテリ１の電解液を収容している内部から上部の蓋部材５を貫通して上方に突出してターミナル接続部３ａを形成し、ターミナル接続部３ａにバッテリターミナル７を接続する。バッテリターミナル７のハーネス接続部７ｂにはワイヤハーネス９を接続し、ハーネス接続部７ｂとバッテリ１の蓋部材５との間の隙間１３に電流センサ１５を配置する。バッテリポスト３からバッテリターミナル７を経てワイヤハーネス９に向けて電流Ｉが流れ、ターミナル接続部３ａの周囲に発生した磁束と、ハーネス接続部７ｂの周囲に発生した磁束とが、電流センサ１５のセンサ部１７に作用することで、センサ部１７はこれらの作用を受けた磁束を電流に変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電部位を流れる電流を、その電流によって生じる磁束を検出することで計測する電流計測装置及び電流計測方法に関する。

導電部位を流れる電流により生じる磁束を検出して電流を計測する従来の磁電変換素子型の電流センサとして、バッテリポストとハーネスとを電気的に接続する連結部材に、電流密度が他の領域よりも高い狭領域を設けることで、電流センサのセンサチップに作用する磁束密度を高め、電流センサの感度を向上させようとするものが知られている（下記特許文献１参照）。
特開２００６−２４４８３１号公報

しかしながら、上記した従来の技術では、電流センサの感度を向上させるため、断面積を小さくするなどして電流密度が他の領域よりも高い領域を設けるという構成になっているため、電流密度が他の領域よりも高い領域では、抵抗と電流値の二乗の積であるジュール熱が増大し、連結部材での電力損失が大きくなって電流計測精度が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、導電部位を流れる電流の計測精度を高めることを目的としている。

本発明は、導電部位に設けた屈曲部の屈曲内側に、導電部位を流れる電流によって生じる磁束を検出する磁束検出部を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、屈曲部の屈曲内側に配置した磁束検出部が、屈曲部の一方の端部付近を流れる電流によって生じる磁束及び、屈曲部の他方の端部付近を流れる電流によって生じる磁束を、それぞれ検出することで、検出する磁束密度が高くなり、導電部位を流れる電流の計測精度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係わる電流計測装置を備えた自動車のバッテリ１の一部を示す正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。また図２は、上記したバッテリ１の一部を示す斜視図である。なお、図１は、図２に対して簡略化した図としてある。

バッテリ１には、図１（ａ）に示すように、バッテリポスト３が、バッテリ１の電解液を収容している内部から上部の蓋部材５を貫通して上方に突出して設けられ、この突出部位をターミナル接続部３ａとして、該ターミナル接続部３ａにバッテリターミナル７を接続している。

なお、上記したバッテリポスト３は、図２に示すように正極側と負極側との２本設けているが、図２では、一方のバッテリポスト３にのみバッテリターミナル７を接続し、他方のバッテリポスト３にはバッテリターミナル７を接続していない図としている。

ここで、バッテリターミナル７は、ターミナル接続部３ａが挿入された状態でボルトなどによって固定保持する環状の保持部７ａと、保持部７ａからバッテリポスト３に対してほぼ直交する水平方向に延び、ワイヤハーネス９が接続されるハーネス接続部７ｂとを備えている。

上記したバッテリポスト３，バッテリターミナル７及びワイヤハーネス９により導電部位を構成しており、バッテリポスト３とバッテリターミナル７との接続部１１が導電部位に設けた屈曲部を構成している。

ここで、バッテリポスト３は、直方体形状のバッテリ１の角部近傍に位置しており、バッテリターミナル７は図２に示すようにその近傍の角部に向けて延出し、このバッテリターミナル７と蓋部材５との間に隙間１３を形成している。そして、この隙間１３に電流検出手段としての電流センサ１５を配置して、電流センサ１５を蓋部材５もしくはバッテリターミナル７に固定している。

上記した電流センサ１５は、磁電変換素子を有する磁束検出部としてのホール素子や異方性磁気抵抗効果素子などからなるセンサ部１７を有し、このセンサ部１７には、図１（ｂ）に示すように外部接続用のコネクタ１９を接続している。

すなわち、本実施形態では、屈曲部である接続部１１の屈曲内側に電流センサ１５のセンサ部１７を配置していることになる。

このような構成の電流計測装置によれば、図３に示すように、例えばバッテリポスト３をバッテリ１内から外部に突出するターミナル接続部３ａに向けて電流Ｉが流れると、ターミナル接続部３ａの周囲に磁束φｐが発生し、さらに電流Ｉがバッテリターミナル７を経てワイヤハーネス９に向けて流れると、ハーネス接続部７ｂやワイヤハーネス９の周囲にも磁束φｈが発生する。

そして、これら各磁束φｐ及びφｈがセンサ部１７に作用することで、センサ部１７はこれらの作用を受けた磁束φｐ及びφｈを電流に変換し、その変換した出力信号を図示しない処理回路で処理して電流値を計測する。

このように本実施形態では、電流センサ１５を、バッテリポスト３とバッテリターミナル７との接続部１１の屈曲内側に配置することで、センサ部１７は、ターミナル接続部３ａの周囲に発生する磁束φｐと、ハーネス接続部７ｂやワイヤハーネス９の周囲に発生する磁束φｈの双方の作用を受けるので、作用を受ける磁束密度が高くなり、したがって電流センサとしての感度が向上して電流の計測精度を高めることができる。

また、本実施形態では、センサ部１７を有する電流センサ１５を、単に接続部１１の屈曲内側に配置しただけなので、電流密度が他の領域よりも高い領域を設ける場合のようにジュール熱が大きくなることを抑制でき、このため、ジュール熱増大に起因する温度変化による計測誤差を小さく抑えることができる。

また、電流センサ１５に、センサ部１７の温度特性変化を用いることで、バッテリ１の温度を検出する温度センサとしての機能を持たせる場合には、上記したようにジュール熱の影響が小さいので、温度の検出誤差を小さく抑えることができるとともに、電流センサ１５をバッテリ１の蓋部材５の上部に配置しているので、バッテリ１の温度測定精度が向上する。

さらに、本実施形態では、導電部位として、電流検出専用の部位を設ける必要がなく、バッテリポスト３とバッテリターミナル７との互いの接続部１１の屈曲内側に配置するだけなので、コスト低下を達成できる。

また、本実施形態では、センサ部１７を有する電流センサ１５を、単に接続部１１の屈曲内側に配置しただけなので、電流密度が他の領域よりも高い領域の連結部材に取り付ける従来構成の電流センサに比較して小型化を達成でき、搭載性も向上する。

また、バッテリポスト３やバッテリターミナル７などからなる導電部位が、電流センサ１５のセンサ部１７に対して磁気的な遮蔽物となるので、センサ部１７から見て導電部位よりも外側の磁束変化による電流センサ１５の計測誤差を小さく抑えることができる。

また、本実施形態では、バッテリターミナル７と蓋部材５との間に形成した隙間１３に電流センサ１５を配置して、蓋部材５もしくはバッテリターミナル７に固定するようにしているので、本来無駄になる空間（隙間１３）を有効利用することになって部品のレイアウト性が向上する。

ところで、近年、地球の平均気温上昇の対策として、自動車の二酸化炭素排出量削減を目的とした燃費向上要求が年々高まっている。その対策の一つとして、電流センサによる計測電流の情報を基に、バッテリの充電、放電を制御することで燃料の消費量を低減させることができるが、上記した本実施形態のように電流センサ１５の感度を向上させることで、燃費向上効果をより拡大することができる。

図４（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係わる電流計測装置の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。この実施形態は、自動車用のワイヤハーネス２１を導電部位とした例である。ワイヤハーネス２１は円弧形状の屈曲部２１ａを備えており、屈曲部２１ａの一方の端部２１ａ１には第１の部位２１ｂが連続し、屈曲部２１ａの他方の端部２１ａ２には第２の部位２１ｃが連続している。

第１の部位２１ｂと第２の部位２１ｃは、互いにほぼ直交する方向に直線状に延び、屈曲部２１ａと反対側の図示しない各端部が図示しない電気部品などにコネクタなどを介して接続される。このようなワイヤハーネス２１の屈曲部２１ａは、第１，第２の部位２１ｂ，２１ｃの屈曲部２１ａと反対側の各端部を上記した各電気部品に接続するためや、あるいは他の部品とのクリアランス確保などのために形成したものであり、その際屈曲部２１ａの両端部２１ａ１，２１ａ２近傍の第１，第２の部位２１ｂ，２１ｃに、取付具２３，２５を介して、屈曲部２１ａの屈曲内側に配置した状態の電流センサ１５を取り付けている。

取付具２３，２５は、取付具２５の断面形状を示す図４（ｂ）のように、ワイヤハーネス２１の周囲を囲むようにして保持する環状のワイヤ保持部２３ａ，２５ａと、ワイヤ保持部２３ａ，２５ａの屈曲部２１ａの屈曲内側に一方の端部がそれぞれ一体化し、他方の端部が電流センサ１５に接続固定される接続部２３ｂ，２５ｂとを備えている。

このような構成の電流計測装置によれば、ワイヤハーネス２１の第１の部位２１ｂに、屈曲部２１ａに向けて電流Ｉが流れると、屈曲部２１ａと第１の部位２１ｂとの境界部付近の周囲に発生した磁束が電流センサ１５のセンサ部１７に作用するとともに、屈曲部２１ａと第２の部位２１ｃとの境界部付近の周囲に発生した磁束が電流センサ１５のセンサ部１７に作用する。

これにより電流センサ１５は、前記した第１の実施形態と同様に、作用を受ける磁束密度が高くなり、したがって電流センサとしての感度が向上して電流の計測精度を高めることができる。

また、本実施形態においては、第１，第２の部位２１ｂ，２１ｃの屈曲部２１ａと反対側の各端部をそれぞれ電気部品に接続するためや、あるいは他の部品とのクリアランス確保などのために、屈曲部２１ａを形成してあり、この屈曲部２１ａを利用しているので、導電部位として、電流検出専用の部位を設ける必要がなく、さらに該専用の導電部位とワイヤハーネス２１とを接続するための接続部品も不要となるので、コスト低下を達成できる。

さらに、本実施形態では、導電部位を構成しているワイヤハーネス２１は、外部の被覆部位によって内部の電線を被覆していることから、防水性確保のための専用の部材が不要であり、コスト低下を達成できる。

また、屈曲部２１ａを円弧形状とし、この円弧形状の内側に磁束検出部であるセンサ部１７を配置していることから、円弧形状部分を円弧状に流れる電流によって生じる磁束もセンサ部１７に作用することになって磁束密度がさらに高まり、電流センサとしての感度をさらに向上させることができる。

さらに、屈曲部２１ａの屈曲内側に配置したセンサ部１７を有する電流センサ１５を、取付具２３，２５を介してワイヤハーネス２１に取り付けたので、屈曲部２１ａに対するセンサ部１７の位置関係を適正に確保した状態で、電流センサ１５を取り付けることができる。

なお、取付具２３，２５は、ワイヤハーネス２１を、該ワイヤハーネス２１の配索位置に固定する固定手段としての固定具２６を備える構成としてもよい。この場合には、取付具２３，２５が、ワイヤハーネス２１を配索位置に固定する機能と、電流センサ１５をワイヤハーネス２１に取り付ける機能との双方を兼ね備えることになり、それぞれの機能を個別に備えた取付具を別々に設ける場合に比較して、部品点数を削減できるとともに、取付作業性も向上する。

図５（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係わる電流計測装置の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。この実施形態は、導電部位としてのバスバー２７に、図４のワイヤハーネス２１と同様に屈曲部２７ａを設けてあり、屈曲部２７ａの一方の端部２７ａ１には第１の部位２７ｂが、屈曲部２７ａの他方の端部２７ａ２には第２の部位２７ｃがそれぞれ連続し、これら第１の部位２７ｂと第２の部位２７ｃは互いにほぼ直交する方向に直線状に延びている。

そして、屈曲部２７ａの一方の端部２７ａ１近傍の第１の部位２７ｂに、取付具２９を介して電流センサ１５を取り付けている。この際電流センサ１５のセンサ部１７は、前記した各実施形態と同様にして屈曲部２９ａの屈曲内側に位置し、かつ第２の実施形態と同様にセンサ部１７は、屈曲部２７ａの円弧形状の内側に配置している。

したがって、この第３の実施形態においても、バスバー２７の第１の部位２７ｂから、屈曲部２７ａを経て第２の部位２７ｃに向けて電流Ｉが流れることにより、屈曲部２７ａと第１の部位２７ｂとの境界部付近の周囲に発生した磁束と、屈曲部２７ａと第２の部位２７ｃとの境界部付近の周囲に発生した磁束が、電流センサ１５のセンサ部１７にそれぞれ作用し、さらに屈曲部２７ａの周囲に発生した磁束もセンサ部１７に作用するので、電流センサ１５は、前記した各実施形態と同様に、作用を受ける磁束密度が高くなり、したがって電流センサとしての感度が向上して電流の計測精度を高めることができる。

また、第３の実施形態においては、第２の実施形態と同様に、屈曲部２７ａの円弧形状部分を円弧状に流れる電流によって生じる磁束もセンサ部１７に作用するので磁束密度がさらに高まり、電流センサとしての感度がさらに向上するとともに、電流センサ１５を、取付具２９を介してバスバー２７に取り付けているので、屈曲部２７ａに対するセンサ部１７の位置関係を適正に確保した状態で、電流センサ１５を取り付けることができる。

なお、上記した第２，第３の各実施形態において、屈曲部２１ａ，２７ａをコイル状に形成することで、このコイル状部分を流れる電流によって、屈曲部２１ａ，２７ａにて発生する磁束が多くなり、屈曲部２１ａ，２７ａの屈曲内側に配置したセンサ部１７に作用する磁束密度をより一層高めることができる。

また、電流センサ１５のセンサ部１７となる磁束検出部は、磁束を収束させるためのコア部分を有するコア式電流センサでもよいが、前記した各実施形態では、センサ部１７が作用を受ける磁束密度が高いので、コアレス電流センサであってもよい。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係わる電流計測装置を備えた自動車のバッテリの一部を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１のバッテリの一部を示す斜視図である。 図１の電流計測装置における磁束の発生状態を示す説明図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係わる電流計測装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は、本発明の第３の実施形態に係わる電流計測装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

符号の説明

１ バッテリ
３ バッテリポスト（導電部位）
７ バッテリターミナル（導電部位）
９ ワイヤハーネス（導電部位）
１１ バッテリポストとバッテリターミナルとの接続部（導電部位の屈曲部）
１３ バッテリターミナルとバッテリの本体との間の隙間
１５ 電流センサ（電流検出手段）
１７ 電流センサのセンサ部（磁束検出部）
２１ ワイヤハーネス（導電部位）
２１ａ ワイヤハーネスの屈曲部
２１ａ１ 屈曲部の一方の端部
２１ａ２ 屈曲部の他方の端部
２１ｂ ワイヤハーネスの第１の部位
２１ｃ ワイヤハーネスの第２の部位
２３，２５，２９ 取付具
２６ 固定具（固定手段）
２７ バスバー（導電部位）
２７ａ バスバーの屈曲部
２７ａ１ 屈曲部の一方の端部
２７ａ２ 屈曲部の他方の端部
２７ｂ バスバーの第１の部位
２７ｃ バスバーの第２の部位

Claims (9)

1. 導電部位を流れる電流を、その電流によって生じる磁束を検出することで計測する電流計測装置であって、前記導電部位に屈曲部を設け、この屈曲部の屈曲内側に前記磁束を検出する磁束検出部を配置したことを特徴とする電流計測装置。
2. 前記屈曲部を円弧形状とし、この円弧形状の内側に前記磁束検出部を配置したことを特徴とする請求項１に記載の電流計測装置。
3. 前記屈曲部の屈曲内側に配置した前記磁束検出部を備えた電流検出手段を、取付具を介して前記導電部位に取り付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の電流計測装置。
4. 前記導電部位は、前記屈曲部を備えたワイヤハーネスであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電流計測装置。
5. 前記取付具は、前記ワイヤハーネスを、該ワイヤハーネスの配索位置に固定する固定手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の電流計測装置。
6. 前記導電部位は、バッテリのバッテリポストと、このバッテリポストに接続されるバッテリターミナルとを含み、前記屈曲部は、前記バッテリポストと前記バッテリターミナルとの互いの接続部を含むことを特徴とする請求項１に記載の電流計測装置。
7. 前記バッテリターミナルと前記バッテリの本体との間に隙間を設け、この隙間に、前記磁束検出部を備えた電流検出手段を配置して固定したことを特徴とする請求項６に記載の電流計測装置。
8. 導電部位を流れる電流を、その電流によって生じる磁束を検出することで計測する電流計測方法であって、前記導電部位に設けた屈曲部の屈曲内側に磁束検出部を設け、この磁束検出部により、前記屈曲部の一方の端部付近を流れる電流によって生じる磁束及び、前記屈曲部の他方の端部付近を流れる電流によって生じる磁束を、それぞれ検出することで、前記導電部位を流れる電流を計測することを特徴とする電流計測方法。
9. 前記屈曲部を円弧形状とし、この円弧形状の内側に配置した前記磁束検出部により、前記屈曲部を流れる電流によって発生する磁束を検出することを特徴とする請求項８に記載の電流計測方法。

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