JP2011053003A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な強度を確保して変形や破損を防止することができる電流検出装置を提供すること。
【解決手段】電流検出装置１００は、バッテリ２００側の配線に固定されて電気的な接続が行われる第１の固定部１１２と、ハーネス３００が固定されて電気的な接続が行われる第２の固定部１１４と、これらの固定部と一体に形成されたバスバー１１０と、バスバー１１０と一体あるいは別体で形成された抵抗体の２箇所の電位差に基づいて抵抗体を流れる電流を検出する電流検出回路が搭載される回路基板１２０と、第１および第２の固定部１１２、１１４の間に配置されてバスバー１１０と回路基板１２０等とを収納するケース１３０とを備える。バスバー１１０の長手方向に垂直な横断面形状を、平板の少なくとも一方端を折り曲げた形状としている。
【選択図】図３

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載されてバッテリの充放電電流を検出する電流検出装置に関する。

従来から、平板形状のバスバーの長手方向の中間部分に、ケースに収納された電流検出回路を設けた電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。一方、車両の中には、バッテリのマイナス端子から延びるグランド線として、車体とエンジンの両方に対して配線を行うものがある。このような車両では、上述した電流センサをバッテリのマイナス端子近傍に設定して、バッテリのマイナス端子を通して流れる両方の配線を通した電流を検出する必要がある。

特開２００８−３９５７１号公報（第１３−２３頁、図１−１４）

ところで、特許文献１に開示された電流センサのバスバーは平板形状を有しているため、バッテリの端子あるいはこの端子に固定された金具等に直接取り付ける場合に、バッテリの端子等で支持された片持ち梁構造になり、バスバーやケースが変形したり破損するおそれがあるという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、十分な強度を確保して変形や破損を防止することができる電流検出装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の電流検出装置は、バッテリの端子を通してハーネスに流れる電流を検出する電流検出装置であって、バッテリ側の配線に固定されて電気的な接続が行われる第１の固定部と、ハーネスが固定されて電気的な接続が行われる第２の固定部と、第１および第２の固定部と一体に形成されたバスバーと、第１および第２の固定部との間に挿入され、バスバーと一体あるいは別体で形成された抵抗体と、抵抗体の通電方向に沿った２箇所の電位差に基づいて抵抗体を流れる電流を検出する電流検出回路が搭載される回路基板と、第１および第２の固定部の間に配置され、抵抗体と回路基板とが収納されるケースとを備え、バスバーの長手方向に垂直な横断面形状を、平板の少なくとも一方端を折り曲げた形状としている。具体的には、上述したバスバーの折り曲げ形状を有する部分は、第１および第２の固定部の少なくとも一方を含んでいることが望ましい。

バスバーやその端部に設けられた固定部の強度が増すため、バッテリ端子の近傍に取り付けた場合であっても、バスバーやケースなどの変形や破損を防止することができる。また、固定部の変形が少なくなるためねじ等を用いて固定した際の緩みを低減することができる。また、固定部の電気的な接触状態を良好に保つことが可能になり、大電流をスタータに供給する際の損失を低減してエンジン始動性を向上させることができる。また、同じ強度を確保するために板厚の薄い材料でバスバーを形成することができ、電流検出装置全体の軽量化を図ることができる。また、バスバーの折り曲げ形状を利用して、電流検出装置の誤組付防止や固定部を固定した際の回り止めが可能になる。また、固定部をバッテリ側の配線やハーネスに組み付ける際に、固定部の折り曲げ形状に沿って取付相手側の配線等を誘導することができ、組み付け時のガイドとしての機能を持たせることが可能となる。また、バスバーに折り曲げ形状を追加することにより放熱面積を広くすることができ、放熱フィンを追加することなく冷却性を向上させ、温度変化の低減による電流検出精度の向上や、一定の電流検出精度を確保した場合の安価な材料を用いた低コスト化が可能となる。

また、上述したバスバーの折り曲げ形状は、コの字型形状であることが望ましい。コの字型形状とすることにより、横断面の所定方向およびその垂直方向の両方に対して曲げや振動に強くなるため、バスバーやケースなどの変形や破損をさらに防止することができる。

また、上述したバスバーの折り曲げ形状は、Ｌ字型形状であることが望ましい。設置スペースの関係でコの字型形状のバスバーがバッテリ周りのケースなどと干渉する場合に、Ｌ字型形状とすることにより、干渉を防止しつつ強度を増すことができる。

また、上述したバスバーの折り曲げ形状を有する部位は、ケースから突出する部分と、この突出する部分と連続してケースに埋設する一部分であることが望ましい。ケースから突出する部分全体を折り曲げ形状とすることにより、この突出する部分の強度を確実に上げることができる。また、ケースに埋設する一部分についても折り曲げ形状を採用することにより、バスバーとケースの接触部分の強度を増すことができ、この接触部分に隙間が生じるなどの不具合を防止することができる。

また、上述したケースに埋設する一部分の長さは、バスバーの折り曲げ形状において平板の端部を折り曲げた部分の長さよりも長いことが望ましい。これにより、バスバーとケースの接触部分の強度をさらに増すことができる。

また、上述したケースに埋設する一部分は、バスバーの折り曲げ形状において平板の端部を折り曲げた部分をさらに折り曲げた形状を有することが望ましい。これにより、ケースとバスバーの接合度合いを上げることができ、バスバーの強度をさらに上げることができる。

また、上述したバスバーは、ケース内部の全ての部分において折り曲げ形状を有することが望ましい。バスバーの端部を折り曲げるだけであるためバスバー全体の加工が容易であり、バスバー全体の強度増加を容易に実現することができる。

一実施形態の電流検出装置の構成を示す断面図である。 電流検出装置の側面図である。 電流検出装置の斜視図である。 電流検出装置の正面図である。 電流検出装置の回路の具体例とバッテリ等との接続例を示す図である。 バスバーの変形例を示す図である。 バスバーの他の変形例を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の電流検出装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、一実施形態の電流検出装置の構成を示す断面図であり、バッテリに取り付けた状態が示されている。また、図２は電流検出装置の側面図、図３は電流検出装置の斜視図、図４は電流検出装置の正面図である。

これらの図に示すように、本実施形態の電流検出装置１００は、導電性材料を用いて形成される抵抗体（シャント抵抗）としてのバスバー１１０と、バスバー１１０の通電方向に沿った２箇所の電位差に基づいてバスバー１１０を流れる電流を検出する電流検出回路が搭載された回路基板１２０と、バスバー１１０と回路基板１２０を収納するケース１３０と、回路基板１２０との間で電気的な接続が行われる複数のコネクタターミナル１４２が内部に露出したコネクタ１４０と、回路基板１２０が収納されるケース１３０の凹部の開口をふさぐ蓋１５０とを備えている。

バスバー１１０は、ケース１３０内で折り返されたＵ字形状を有しており、一方の端部がバッテリ２００側の配線に固定されて電気的な接続が行われる第１の固定部１１２を形成し、他方の端部がハーネスが固定されて電気的な接続が行われる第２の固定部１１４を形成している。本実施形態では、バッテリ２００の側面（電流検出装置１００が取り付けられるバッテリ２００の端子２０２に最も近い側面）近傍に概略的には直方体形状を有するケース１３０が縦長になるように配置されており、この縦長のケース１３０を挟んで両側に水平方向に第１および第２の固定部１１２、１１４が突出している。

第１の固定部１１２は、横断面がコの字型形状を有しており、コの字型の底面の一部に貫通穴１１２Ａ（図３参照）が形成されている。一方、図１に示すように、バッテリ２００のマイナス側端子２０２には、電流検出装置１００を取り付けるとともにマイナス側端子２０２と第１の固定部１１２との間の配線を兼ねる取付金具２１０が取り付けられている。この取付金具２１０の端部には、上向きにボルト２１１が突出している。本実施形態では、コの字型形状を有する第１の固定部１１２の凹部開口側から貫通穴１１２Ａに、取付金具２１０のボルト２１１を挿入して固定部１１２をナット（図示せず）で締め付けることにより、取付金具２１０への第１の固定部１１２の固定が行われる。なお、この場合には第１の固定部１１２において取付金具２１０を取り付ける凹部底面（下面）が取付面（第１の取付面）１１２Ｂとなる（図２参照）。

また、第２の固定部１１４は、端部近傍に貫通穴が設けられており、この貫通穴にボルト１１５が挿入されている。一方、この第２の固定部１１４に電気的に接続されるハーネス３００の端部には貫通穴を有する端子３０２が設けられており、この端子３０２の貫通穴に第２の固定部１１４に設けられたボルト１１５を挿入して端子３０２をナット（図示せず）で締め付けることにより、第２の固定部１１４への端子３０２の固定が行われる。なお、この場合には第２の固定部１１４において端子３０２を取り付ける上面が取付面（第２の取付面）１１４Ｂとなる（図２参照）。

また、本実施形態では、ケース１３０は絶縁性および熱伝導性が良好な樹脂材料、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂によって形成されており、第１の固定部１１２あるいは第２の固定部１１４として外部に露出する部分を除くバスバー１１０の大部分がこの樹脂材料によってインサート成形されている。

次に、バスバー１１０の断面形状について説明する。バスバー１１０は、長手方向に垂直な横断面形状を、平板の少なくとも一方端を折り曲げた形状であるコの字型形状としている。具体的には、図３および図４に示すように、バスバー１１０の一部を用いて形成された第１の固定部１１２を含む所定範囲の横断面形状がコの字形状に形成されている。

すなわち、図２に示すように、バスバー１１０の折り曲げ形状を有する部位（コの字型形状の横断面を有する部位）は、ケース１３０から突出する部分である第１の固定部１１２と、この突出する部分と連続してケース１３０内に埋設する一部分を含むように設定されている。具体的には、ケース１３０に埋設する部分の長さＬ１は、バスバー１１０の折り曲げ形状において平板の端部を折り曲げた部分の長さＬ２よりも長く（Ｌ１＞Ｌ２）なるように設定されている。

図５は、電流検出装置１００の回路の具体例とバッテリ２００等との接続例を示す図である。図５に示すように、電流検出装置１００の回路基板１２０には、バスバー１１０の一部によって形成されるシャント抵抗１００’の両端に接続された差動増幅器１０、バッテリ２００のプラス端子とマイナス端子に接続された差動増幅器１２、温度検出部２０、電流検出処理部３０、電圧検出処理部３２、温度検出処理部３４、バッテリ状態検知部３６、充電制御部４０、通信入出力部（通信Ｉ／Ｏ）５０、５２、ＣＡＮプロトコルにしたがったデータの送受信を行うＣＡＮインタフェース（ＣＡＮ Ｉ／Ｆ）６０、ＬＩＮプロトコルにしたがったデータの送受信を行うＬＩＮインタフェース（ＬＩＮ Ｉ／Ｆ）６２とが備わっている。一方の差動増幅器１０は、シャント抵抗１００’の両端電圧を増幅し、電流検出処理部３０は、この差動増幅器１０の出力電圧に基いてシャント抵抗１００’に流れる電流を検出する。差動増幅器１０と電流検出処理部３０によって電流検出回路が構成されている。他方の差動増幅器１２は、バッテリ２００の両端電圧（バッテリ電圧）を適正レベルに変換し、電圧検出処理部３２は、この差動増幅器１２の出力電圧に基いてバッテリ電圧を検出する。温度検出部２０は、抵抗とサーミスタによる分圧回路によって構成されており、温度に応じてサーミスタの抵抗値が変化して分圧回路の分圧電圧が変化する。温度検出処理部３４は、温度検出部２０の出力電圧（分圧電圧）に基いて電流検出装置１００の温度（バッテリ２００の温度）を検出する。バッテリ状態検知部３６は、電流検出処理部３０、電圧検出処理部３２、温度検出処理部３４の各検出値を取り込んでバッテリ状態信号を生成する。電流検出処理部３０、電圧検出処理部３２、温度検出処理部３４、バッテリ状態検知部３６によって状態検知センサ３８が構成されている。充電制御部４０は、バッテリ状態検知部３６によって生成されたバッテリ状態信号に基いて車両用発電機（Ｇ）８０の発電状態を制御する。この発電制御は、通信入出力部５２、ＬＩＮインタフェース６２を介して、車両用発電機８０に搭載された発電制御装置８２に指示を送ることにより行われる。また、バッテリ状態検知部３６によって生成されたバッテリ状態信号は、通信入出力部５０、ＣＡＮインタフェース６０を介して車両システム７０に送られる。車両システム７０は、受信したバッテリ状態信号等に基づいてエンジンや各種電気負荷に対する統合的な制御を行う。

このように、本実施形態の電流検出装置１００では、例えば第１の固定部１１２を含む一部の範囲について、バスバー１１０の長手方向に垂直な横断面形状を、平板の少なくとも一方端を折り曲げた形状としている。これにより、バスバー１１０やその端部に設けられた第１の固定部１１２の強度が増すため、バッテリ２００の端子２０２の近傍に取り付けた場合であっても、バスバー１１０やケース１３０などの変形や破損を防止することができる。

また、第１の固定部１１２の変形が少なくなるため、ねじ等を用いて第１の固定部１１２を固定した際の緩みを低減することができる。また、第１の固定部１１２の電気的な接触状態を良好に保つことが可能になり、大電流をスタータ（図示せず）に供給する際の損失を低減してエンジン始動性を向上させることができる。

また、同じ強度を確保するために板厚の薄い材料でバスバー１１０を形成することができ、電流検出装置１００全体の軽量化を図ることができる。また、バスバー１１０のコの字型形状を利用して、電流検出装置１００の誤組付防止や第１の固定部１１２を固定した際の回り止めが可能になる。また、第１の固定部１１２をバッテリ２００側の取付金具２１０に組み付ける際に、第１の固定部１１２のコの字型形状に沿って取付金具２１０を誘導することができ、組み付け時のガイドとしての機能を持たせることが可能となる。

また、バスバー１１０に折り曲げ形状を追加することにより放熱面積を広くすることができ、放熱フィンを追加することなく冷却性を向上させ、温度変化の低減による電流検出精度の向上や、一定の電流検出精度を確保した場合の安価な材料を用いた低コスト化が可能となる。

また、バスバー１１０の折り曲げ形状をコの字型形状とすることにより、横断面の所定方向およびその垂直方向の両方に対して曲げや振動に強くなるため、バスバー１１０やケース１３０などの変形や破損をさらに防止することができる。

また、ケース１３０から突出する部分（第１の固定部１１２）全体を折り曲げ形状とすることにより、この突出する部分の強度を確実に上げることができる。また、ケース１３０に埋設する一部分についても折り曲げ形状を採用することにより、第１の固定部１１２とケース１３０の接触部分（境界部分）の強度を増すことができ、この境界部分に隙間が生じるなどの不具合を防止することができる。特に、ケース１３０に埋設する一部分の長さＬ１を、バスバー１１０の折り曲げ形状において平板の端部を折り曲げた部分の長さＬ２よりも長くすることにより、バスバー１１０とケース１３０の境界部分の強度をさらに増すことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、バッテリ２００のマイナス側の端子２０２に電流検出装置を接続したが、プラス側の端子に電流検出装置１００を接続するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、第１の固定部１１２を含むバスバー１１０の所定範囲の折り曲げ形状をコの字型形状としたが、図６に示すように、コの字型形状の代わりに折り曲げ形状をＬ字型形状としてもよい。設置スペースの関係でコの字型形状のバスバー１１０（第１の固定部１１２）がバッテリ周りに配置された他の実装品のケースなどと干渉する場合に、Ｌ字型形状とすることにより、干渉を防止しつつバスバー１１０の強度を増すことができる。

また、上述した実施形態では、ケース１３０から突出する第１の固定部１１２と、この第１の固定部１１２に連続してケース１３０に埋設した部分の折り曲げ形状を同じ形状、すなわち、平板の端部を折り曲げた形状としたが、この折り曲げた部分の一部をさらに折り曲げるようにしてもよい。

図７は、折り曲げた部分の一部をさらに折り曲げたバスバーの変形例を示す部分的な斜視図である。図７において、範囲Ａがケース１３０から突出する第１の固定部１１２を示しており、範囲Ｂが第１の固定部１１２に連続してケース１３９に埋設したバスバー１１０の一部を示している。図７に示すバスバー１１０では、平板の端部を折り曲げた部分１１０Ｃの一部１１０Ｄがさらに垂直な向きに折り曲げられている。ケース１３０とバスバー１１０の接合度合いを上げることができ、バスバー１１０の強度をさらに上げることができる。

また、上述した実施形態では、第１の固定部１１２を含む所定範囲について横断面をコの字型形状としたが、第２の固定部１１４について、あるいは第１および第２の固定部１１２、１１４の両方について所定範囲の断面をコの字型形状やＬ字型形状としてもよい。

また、ケース１３０内に含まれるバスバー１１０の全ての部位の断面をコの字型形状やＬ字型形状としてもよい。バスバー１１０は導電性材料の平板を折り曲げて形成することができるため、バスバー１１０全体の加工が容易であり、バスバー１１０全体の強度増加を容易に実現することができる。

また、上述した実施形態では、回路基板１２０が収納されるケース１３０の凹部の開口を蓋１５０によってふさぐようにしたが、回路基板１２０を含む凹部全体を、エポキシ樹脂等の充填剤を充填して覆うようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、バスバー１１０と一体に形成された抵抗体（シャント抵抗）を用いたが、少なくとも電位差を検出する２箇所が含まれる範囲をバスバー１１０とは別体の抵抗体に置き換えるようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、バスバー１１０やその端部に設けられた第１の固定部１１２の強度が増すため、バッテリ端子の近傍に取り付けた場合であっても、バスバー１１０やケース１３０などの変形や破損を防止することができる。

１００ 電流検出装置
１１０ バスバー
１１０Ａ、１１０Ｂ 電位差検出端子
１１２ 第１の固定部
１１２Ａ 貫通穴
１１２Ｂ 第１の取付面
１１４ 第２の固定部
１１４Ｂ 第２の取付面
１１５、２１１ ボルト
１２０ 回路基板
１３０ ケース
１４０ コネクタ
１４２ コネクタターミナル
１５０ 蓋
２００ バッテリ
２０２、３０２ 端子
２１０ 取付金具
３００ ハーネス

Claims (8)

1. バッテリの端子を通してハーネスに流れる電流を検出する電流検出装置であって、
   前記バッテリ側の配線に固定されて電気的な接続が行われる第１の固定部と、
   前記ハーネスが固定されて電気的な接続が行われる第２の固定部と、
   前記第１および第２の固定部と一体に形成されたバスバーと、
   前記第１および第２の固定部との間に挿入され、前記バスバーと一体あるいは別体で形成された抵抗体と、
   前記抵抗体の通電方向に沿った２箇所の電位差に基づいて前記抵抗体を流れる電流を検出する電流検出回路が搭載される回路基板と、
   前記第１および第２の固定部の間に配置され、前記抵抗体と前記回路基板とが収納されるケースと、
   を備え、前記バスバーの長手方向に垂直な横断面形状を、平板の少なくとも一方端を折り曲げた形状とすることを特徴とする電流検出装置。
2. 請求項１において、
   前記バスバーの折り曲げ形状を有する部分は、前記第１および第２の固定部の少なくとも一方を含んでいることを特徴とする電流検出装置。
3. 請求項１または２において、
   前記バスバーの折り曲げ形状は、コの字型形状であることを特徴とする電流検出装置。
4. 請求項１または２において、
   前記バスバーの折り曲げ形状は、Ｌ字型形状であることを特徴とする電流検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記バスバーの折り曲げ形状を有する部位は、前記ケースから突出する部分と、この突出する部分と連続して前記ケースに埋設する一部分であることを特徴とする電流検出装置。
6. 請求項５において、
   前記ケースに埋設する一部分の長さは、前記バスバーの折り曲げ形状において前記平板の端部を折り曲げた部分の長さよりも長いことを特徴とする電流検出装置。
7. 請求項５または６において、
   前記ケースに埋設する一部分は、前記バスバーの折り曲げ形状において前記平板の端部を折り曲げた部分をさらに折り曲げた形状を有することを特徴とする電流検出装置。
8. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記バスバーは、前記ケース内部の全ての部分において前記折り曲げ形状を有することを特徴とする電流検出装置。

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