JP2011069807A

JP2011069807A - 電流検出装置

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Publication number: JP2011069807A
Application number: JP2010110708A
Authority: JP
Inventors: Shigenobu Nakamura; 中村　　重信; Toshiyo Teramoto; 年世寺本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2030-05-13
Also published as: DE102010037235A1; US20110050260A1; JP4877404B2; US8680878B2

Abstract

【課題】搭載性、耐振動性を向上させ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、これらの固定部の間に挿入された抵抗体としてのバスバー１１０と、バスバー１１０の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とを収納するケース１３０とを備える。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、少なくとも一部がケース１３０を形成する樹脂材料によってインサート成形されている。
【選択図】図１

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。）。この電流センサでは、バスバーはアース端子を構成しており、バッテリのマイナス端子側にこの電流センサが取り付けられ、バッテリの充放電電流を検出するようになっている。

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、バッテリから突出する部分が多くなり、大きな搭載スペースが必要になって、搭載性が悪いという問題があった。特に、電流検出の精度を上げようとすると、バスバーにおける電圧降下量を大きくすることが望ましいが、通電経路の幅を狭く厚みを薄くするとこの部分における発熱量が増して抵抗値の変動に伴って精度悪化を招くため、結局精度向上のためにはバスバーの長さを長くすることになる。しかし、バスバーの長さが長くなればさらに搭載性が悪化したり、耐振動性の悪化にもつながる。

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、搭載性、耐振動性を向上させることができる電流検出装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、電流検出の精度を向上させ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の固定部との間に挿入された抵抗体と、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、抵抗体は、第１の固定部に接続された第１の抵抗部と、第２の固定部に接続された第２の抵抗部と、第１の抵抗部と第２の抵抗部とを折り返して接続するターン部とを有し、抵抗体の少なくとも一部がケースを形成する樹脂材料によってインサート成形されている。

折り返した抵抗体を用いることによって、第１の固定部と第２の固定部の間隔を接近させることで搭載性および耐振動性を向上させることができる。また、一般には空気よりも樹脂材料の方が熱伝導性が良好なため、抵抗体を樹脂材料によってインサート成形することにより、抵抗体に通電した際の熱を樹脂材料に効率的に伝達することができ、温度上昇低減に伴う電流検出精度の向上が可能となる。

また、上述した抵抗体は、第１の抵抗部と第２の抵抗部とが対向しており、通電方向の断面がＵ字形状であることが望ましい。これにより、抵抗体をインサート成形するケースの外寸法を小さくすることができるので、さらに搭載性を向上させることができる。

また、上述した第１の抵抗部と第２の抵抗部の少なくとも一方が、通電方向に沿った波形を形成していることが望ましい。これにより、インサート成形された抵抗体と樹脂との密着面積が増えるので、抵抗体に通電した際の熱を樹脂材料にさらに伝達することができるとともに、抵抗体の長さを長くすることによる電流検出精度のさらなる向上が可能となる。また、密着面積の増加により、全体の剛性を高め、よって耐振動性を向上させることもできる。

また、上述した第１の抵抗部と第２の抵抗部のうち、第２の抵抗部のみに波形を形成するようにしてもよい。ハーネスが固定されて電気的な接続が行われる第２の固定部側は、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の固定部よりも大きな振動にさらされるので、第２の固定部側に続く第２の抵抗部の剛性を向上させることによって、効率的に耐振動性を向上させることができる。なお、第１の抵抗部と第２の抵抗部の両方に、波形を形成すれば、上記効果をさらに高めることができるのは言うまでもない。

また、上述した樹脂材料は、絶縁性および熱伝導性が良好な材料であることが望ましい。具体的には、上述した樹脂材料は、ＰＰＳ樹脂であることが望ましい。これにより、安定的に抵抗体から樹脂材料に熱を伝達することができる。また、エンジンルーム内に搭載した場合の温度や被液に対する耐久性能を向上させることができる。

また、上述した電流検出回路は、Ｕ字形状の折り返し部分を挟んで互いに離間して配置される２箇所の部位の電位差を検出しており、抵抗体は、Ｕ字形状の折り返し部分と、電流検出回路によって電位差が検出される２箇所の部位とを含む範囲が少なくとも樹脂材料の内部に埋設していることが望ましい。電流検出に関係する部分全体を樹脂材料で覆うことにより、さらに安定的に電流検出精度を向上させることができる。

また、上述した第１および第２の抵抗体のそれぞれは、バッテリの上面に平行に配置されていることが望ましい。これにより、バッテリの側面方向に比べて開放空間の多い上方空間を利用し、しかも抵抗体の折り返しによって天方向の寸法を低減することができるので、さらに搭載性を向上させることができる。

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。バスバーの拡大図である。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部分拡大図である。変形例の電流検出装置の構成を示す部分的な断面図である。変形例の電流検出装置の構成を示す部分的な断面図である。

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。

図４は、バスバー１１０の拡大図である。図４（Ａ）には正面図が、図４（Ｂ）には側面図が示されている。図４に示すように、バスバー１１０は、第１の固定部１１２に接続された第１の抵抗部１１０Ｃと、第２の固定部１１４に接続された第２の抵抗部１１０Ｄと、第１の抵抗部１１０Ｃと第２の抵抗部１１０Ｄとを折り返して接続するターン部１１０Ｅとを有している。また、バスバー１１０は、第１の抵抗部１１０Ｃと第２の抵抗部１１０Ｄとが対向しており、通電方向の断面がＵ字形状となっている。

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。

Ｕ字形状を有するバスバー１１０からは、Ｕ字形状の折り返し部分を挟んで離間して配置される２箇所から電位差検出端子１１０Ａ、１１０Ｂが回路基板１２０側に延びている。これら２つの電位差検出端子１１０Ａ、１１０Ｂは、導電性材料（金属材料）の板材をプレス成形してバスバー１１０を形成する際に同時に形成され、その後、この板材をＵ字形状に折り曲げる際に、あるいは折り曲げた後に、回路基板１２０側に向けて折り曲げられる。バスバー１１０から延びる２本の電位差検出端子１１０Ａ、１１０Ｂは、回路基板１２０内の電流検出回路に接続されている。

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（ＣＡＮＩ／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（ＬＩＮＩ／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、折り返したバスバー１１０を用い、第１の固定部１１２と第２の固定部１１４の間隔を接近させることで搭載性および耐振動性を向上させることができる。また、一般には空気よりも樹脂材料の方が熱伝導性が良好なため、バスバー１１０を樹脂材料によってインサート成形することにより、バスバー１１０に通電した際の熱を樹脂材料に効率的に伝達することができ、温度上昇低減に伴う電流検出精度の向上が可能となる。

また、ケース１３０を形成する樹脂材料は、絶縁性および熱伝導性が良好な材料、例えばＰＰＳ樹脂が用いられているため安定的にバスバー１１０から樹脂材料に熱を伝達することができる。また、エンジンルーム内に搭載した場合の温度や被液に対する耐久性能を向上させることができる。

また、バスバー１１０は、Ｕ字形状の折り返し部分と、電流検出回路によって電位差が検出される２箇所の部位（電位差検出端子１１０Ａ、１１０Ｂが引き出される部位）とを含む範囲が樹脂材料の内部に埋設しており、電流検出に関係する部分全体を樹脂材料で覆うことにより、さらに安定的に電流検出精度を向上させることができる。

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の大部分がケース１３０内にインサート成形されていたが、バスバー１１０の一部をケース１３０内部あるいは外部に露出させてバスバー１１０の樹脂材料に埋設された範囲を狭くするようにしてもよい。

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。

また、上述した実施形態では、第１の固定部１１２は、横断面がコの字型形状を有しているが、くの字型形状を有していてもよい。あるいは、振動の少ない車両に搭載する場合には、第１の固定部１１２の横断面を平板形状としてもよい。

また、上述した実施形態では、図４に示したように、バスバー１１０に含まれる第１の抵抗部１１０Ｃと第２の抵抗部１１０Ｄとを対向させたが、対向する位置からずらすようにしてもよい。

図６は、バスバー１１０の変形例を示す拡大図であり、図４に対応するバスバーの形状が示されている。図６（Ａ）には正面図が、図６（Ｂ）には側面図が示されている。図６に示すバスバー１１０は、第１の抵抗部１１０Ｃ、第２の抵抗部１１０Ｄ、ターン部１１０Ｅを有する点は、図４に示したバスバーの形状と同じであるが、第１の抵抗部１１０Ｃと第２の抵抗部１１０Ｄが対向してはおらず、互いにずれた位置に配置されている。このようなバスバー１１０を用いた場合であっても、第１の固定部１１２と第２の固定部１１４の間隔を接近させることができる点に変わりはないため、搭載性および耐振動性を向上させることができる。

また、上述した実施形態では、バスバー１１０に含まれる第１の抵抗部１１０Ｃと第２の抵抗部１１０Ｄを平板形状としたが、第１の抵抗部１１０Ｃと第２の抵抗部１１０Ｄの少なくとも一方を、通電方向に沿った波形形成としてもよい。

図７は、変形例のバスバー１１０の波形形状部分を示す電流検出装置の部分拡大断面図である。図７に示す例では、バスバー１１０において、第２の固定部１１４に接続された第２の抵抗部１１０Ｄのみが波形形状に形成されている。第１の抵抗部１１０Ｃと第２と第２の抵抗部１１０Ｄの少なくとも一方を波形形状とすることにより、インサート成形されたバスバー１１０と樹脂（ケース１３０）との密着面積が増えるので、バスバー１１０に通電した際の熱を樹脂材料にさらに伝達することができるとともに、バスバー１１０の長さを長くすることによる電流検出精度のさらなる向上が可能となる。また、密着面積の増加により、全体の剛性を高め、よって耐振動性を向上させることもできる。

また、図７に示すように、第１の抵抗部１１０Ｃと第２の抵抗部１１０Ｄのうち、第２の抵抗部１１０Ｄのみに波形を形成するようにしてもよい。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側は、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よりも大きな振動にさらされるので、第２の抵抗部１１０Ｄのみに波形を形成し、第２の固定部１１４側に続く第２の抵抗部１１０Ｄの剛性を向上させることによって、効率的に耐振動性を向上させることができる。なお、第１の抵抗部１１０Ｃと第２の抵抗部１１０Ｄの両方に、波形を形成すれば、上記効果をさらに高めることができるのは言うまでもない。また、第１の抵抗部１１０Ｃのみに波形を形成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、電流検出装置１００のケース１３０がバッテリ２００の側面に配置される場合について説明したが、図８に示すように、ケース１３０をバッテリ２００の上面２００Ａに配置し、バスバー１１０に含まれる第１の抵抗部１１０Ｃと第２の抵抗部１１０Ｄが、ともにバッテリ２００の上面２００Ａと平行になるようにしてもよい。バッテリ２００の側面方向に比べて開放空間の多い上方空間を利用し、しかもバスバー１１０の折り返しによって天方向の寸法を低減することができるので、さらに搭載性を向上させることができる。

上述したように、本発明によれば、第１の固定部１１２と第２の固定部１１４の間隔を接近させることで搭載性および耐振動性を向上させることができる。また、バスバー１１０を樹脂材料によってインサート成形することにより、バスバー１１０に通電した際の熱を樹脂材料に効率的に伝達することができ、温度上昇低減に伴う電流検出精度の向上が可能となる。

１００電流検出装置
１１０バスバー
１１０Ａ、１１０Ｂ電位差検出端子
１１０Ｃ第１の抵抗部
１１０Ｄ第２の抵抗部
１１０Ｅターン部
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

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の固定部との間に挿入された抵抗体と、
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、前記抵抗体は、前記第１の固定部に接続された第１の抵抗部と、前記第２の固定部に接続された第２の抵抗部と、前記第１の抵抗部と前記第２の抵抗部とを折り返して接続するターン部とを有し、前記抵抗体の少なくとも一部が前記ケースを形成する樹脂材料によってインサート成形されていることを特徴とする電流検出装置。
請求項１において、
前記抵抗体は、前記第１の抵抗部と前記第２の抵抗部とが対向しており、前記通電方向の断面がＵ字形状であることを特徴とする電流検出装置。
請求項１または２において、
前記第１の抵抗部と前記第２の抵抗部の少なくとも一方が、前記通電方向に沿った波形を形成していることを特徴とする電流検出装置。
請求項３において、
前記第２の抵抗部のみに前記波形が形成されていることを特徴とする電流検出装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記樹脂材料は、絶縁性および熱伝導性が良好な材料であることを特徴とする電流検出装置。
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記樹脂材料は、ＰＰＳ樹脂であることを特徴とする電流検出装置。
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記電流検出回路は、Ｕ字形状の折り返し部分を挟んで互いに離間して配置される２箇所の部位の電位差を検出しており、
前記抵抗体は、Ｕ字形状の折り返し部分と、前記電流検出回路によって電位差が検出される２箇所の部位とを含む範囲が少なくとも前記樹脂材料の内部に埋設していることを特徴とする電流検出装置。
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記第１および第２の抵抗体のそれぞれは、前記バッテリの上面に平行に配置されていることを特徴とする電流検出装置。