JP2011174909A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両組付時のバッテリ端子の品質向上および耐震性向上を図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、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、第１および第２の固定部１１２、１１４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る回路基板１２０と、バスバー１１０と回路基板１２０とが収納されるケース１３０とを備え、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は、バッテリ上面領域内に配置されている。
【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２０頁、図１０）

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、電流検出精度を確保するために平板長尺形状を有しており、それぞれの被着部材に接続される第１の接続部と第２の接続部がバスバーの長手方向の先端部に形成されているため、第１および第２の接続部間の距離が長いと、第２の接続部を作用点として第１の接続部が接続されている被着部材に対するモーメント力が発生する。特に、第１の接続部が接続されている被着部材としてバッテリ端子を考えた場合には、バッテリ端子に過大なモーメント力が印加され、バッテリ端子の締め付け強度の低下や破損につなり、車両組付時のバッテリ端子の品質低下、耐震性低下のおそれがあるという問題点があった。

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、車両組付時のバッテリ端子の品質向上および耐震性向上を図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、ハーネスが固定されて電気的な接続が行われる固定部と、バッテリ端子および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、抵抗体と回路基板とが収納されるケースとを備え、ハーネスが固定されて電気的な接続が行われる固定部は、バッテリ上面領域内に配置されている。

バッテリ上面領域内に固定部を配置することにより、固定部にハーネスを固定する際に荷重が加わった場合であっても、この荷重方向に固定部が撓む量を抑制することが可能になるため、バッテリ端子に過大なモーメントが印加されることを防止することができる。このため、バッテリ端子の締め付け強度の低下や破損を防止し、車両組付時のバッテリ端子の品質および耐震性の向上を図ることが可能となる。また、固定部を含む電流検出装置の全体あるいは主要部分がバッテリ上面領域内に収まるため、バッテリ上面のスペースを有効利用することができ、搭載性が向上する。

また、上述した抵抗体は、非直線形状を有することが望ましい。具体的には、非直線形状は、途中で折り返されて少なくとも一部が重ねられた形状、あるいは、コの字形状あるいはＬ字形状であることが望ましい。これにより、バッテリ端子と固定部との間の距離を短くすることができ、固定部にハーネスを固定する際にバッテリ端子に印加されるモーメント力をさらに小さくすることができる。

また、上述した固定部は、バッテリ上面領域内であって、バッテリ端子の中心からバッテリ端子の半径の所定値倍の半径を持つ円領域内に配置されることが望ましい。具体的には、上述した所定値倍は、３．５であることが望ましい。固定部に対して所定の締結力を印加時にバッテリ端子に負荷されるモーメント力は、バッテリ端子と固定部間の距離に比例する。一方、同じモーメント力が負荷された場合に、バッテリ端子径に比例して、モーメント力を分散して受け持つことができるので、バッテリ端子の締め付け強度の低下や破損を抑止できる。したがって、バッテリ端子と固定部との距離に対するバッテリ端子径の比率を限定することにより、固定部締結時にバッテリ端子に印加されるモーメント力を分散してバッテリ端子の品質および耐震性の向上を確実に図ることが可能となる。

また、上述した固定部は、取付固定されたボルト、貫通形成された取付孔、圧着端子のいずれかであることが望ましい。ボルト、取付孔、圧着端子のいずれかによって固定部を形成することにより、車両側のハーネスのバリエーションを増やすことができ、取付性を向上させることができる。

また、上述した固定部の下面がバッテリ上面に接触した状態で取り付けられることが望ましい。これにより、固定部にハーネスを固定する際に固定部が撓む量を最小限に抑えることができ、バッテリ端子に印加されるモーメント力を最小にして車両搭載時のバッテリ端子のさらなる品質および耐震性の向上を図ることができる。

また、上述したケースには、バッテリ上面領域内に切り欠き部が形成され、バッテリ端子と固定部のそれぞれは、切り欠き部に対向するように設けられており、バッテリ上面領域内においてバッテリに設けられた端子が切り欠き部に配置されることが望ましい。具体的には、上述したバッテリ端子と固定部のそれぞれは、切り欠き部に隣接する位置に設けられていることが望ましい。このように、電流検出装置のケースに切り欠き部を設けるとともに、この切り欠き部内あるいは周辺に、バッテリの端子と電流検出装置のバッテリ端子および固定部を集めて配置することにより、これらの各締結部間の距離が短くなるため、締結時あるいは使用時において加わるモーメント力を小さくすることができる。

一実施形態の電流検出装置の構成を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 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。 変形例の電流検出装置の構成を示す断面図である。 他の変形例の電流検出装置を示す平面図である。 その他の変形例の電流検出装置の概略構成を示す図である。 その他の変形例の電流検出装置を示す図である。

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。本実施形態の電流検出装置は、例えば、車両用鉛バッテリのマイナス側端子に搭載固定され、バッテリの充放電電流を検出するために用いることができる。

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。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。これらの図に示す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の凹部の開口を塞ぐ蓋１５０とを備えている。

バスバー１１０は、ケース１３０内で折り返されて重ねられた形状をしており、一方の端部がバッテリ２００側の接続端子としての取付金具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に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。このバスバー１１０は、１枚の板状部材をプレス成形することにより形成されている。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の主要部（回路基板１２０が収納された部分）が縦長になるように配置されており、残りの部分（第１および第２の固定部１１２、１１４が形成された部分）がバッテリ２００の上面２００Ａに配置されている。

第１の固定部１１２は、平板形状を有しており、この平板形状の一部に貫通穴が形成され、この貫通穴の上側にナット１１２Ａが固定されている。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が取り付けられる。この取付金具２１０の端部には、上向きにボルト２１１を通すための貫通穴を有している。本実施形態では、取付金具２１０の貫通穴に上向きにボルト２１１を通し、取付金具２１０と第１の固定部１１２の平板形状部分を挟み込んだ状態で、ボルト２１１をナット１１２Ａに挿通して第１の固定部１１２を取付金具２１０に締め付け固定する。その後、取付金具２１０がバッテリ２００のマイナス側端子２０２に取り付けられる。

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。

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、バスバー１１０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、第２の固定部１１４の位置について説明する。上述したように、ハーネス３００が固定されて電気的接続が行われるバッテリ２００の上面２００Ａの領域（バッテリ上面領域）内に配置されている。また、第２の固定部１１４は、第１の固定部１１２に対して重なる位置に配置されている。

このように、バッテリ上面領域内に第２の固定部１１４を配置することにより、第２の固定部１１４にハーネス３００を固定する際に荷重が加わった場合であっても、この荷重方向に第２の固定部１１４が撓む量を抑制することが可能になるため、バッテリ端子としての第１の固定部１１２に過大なモーメントが印加されることを防止することができる。このため、第１の固定部１１２の締め付け強度の低下や破損を防止し、車両組付時のバッテリ端子の品質および耐震性の向上を図ることが可能となる。

また、第２の固定部１１４を含む電流検出装置１００の全体あるいは主要部分がバッテリ上面領域内に収まるため、バッテリ上面２００Ａのスペースを有効利用することができ、搭載性が向上する。なお、バッテリ上面２００Ａのスペースに他の補機類を搭載するとバッテリ交換等の作業性が悪化するが、電流検出装置１００を搭載する場合には、バッテリ交換等を行う際には取付金具２１０を外すことになるため、同時に電流検出装置１００を取り外すことができ、特に作業性の悪化は招かない。

図３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３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抵抗体としてのシャント抵抗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の出力電圧に基づいてシャント抵抗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の出力電圧に基づ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）に基づいて電流検出装置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づいて車両用発電機（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。上述した差動増幅器１０、電流検出処理部３０によって電流検出回路が形成されている。

ところで、上述した実施形態では、第２の固定部１１４と第１の固定部１１２が互いに上下方向に重なる位置に配置されていたが、これらの位置が所定の範囲でずれていてもよい。また、取付金具２１０を介さずに、第１の固定部１１２をバッテリ２００のマイナス側端子２０２に直接取り付けるようにしてもよい。

図４は、変形例の電流検出装置の構成を示す断面図である。図４に示す電流検出装置１００Ａは、図１に示した電流検出装置１００に対して、図１に示した取付金具２１０と第１の固定部１１２とを一体に形成してこれらの全体を第１の固定部２１２とした点が異なっている。

この電流検出装置１００Ａでは、ハーネス３００を取り付ける際に第２の固定部１１４のボルト１１５に締結力が印加されて鉛直方向に荷重が加わった場合に、第２の固定部１１４が作用点となり、バッテリ２００のマイナス側端子２０２に取り付けられた第１の固定部２１２が支点となる。また、第２の固定部１１４の中心は、第１の固定部２１２の中心から第１の固定部２１２の半径（マイナス側端子２０２の半径）の所定値倍の半径を持つ円領域内に配置されるように、第１および第２の固定部２１２、１１４のそれぞれの位置が設定されている。具体的には、上記の所定倍は、３．５であることが望ましい。

第２の固定部１１４に対して所定の締結力を印加時に、第１の固定部２１２に負荷されるモーメント力は、第１の固定部２１２と第２の固定部１１４の距離に比例する。一方、同じモーメント力が負荷された場合に、第１の固定部２１２の径（マイナス側端子２０２の径）に比例して、モーメント力を分散して受け持つことができるので、第１の固定部の締め付け強度の低下や破損を抑止できる。したがって、第１の固定部２１２と第２の固定部１１４の距離に対する第１の固定部２１２の径の比率を限定することにより、第２の固定部１１４を締結時に第１の固定部２１２に印加されるモーメント力を分散することによって、第１の固定部２１２の品質および耐震性の向上を確実に図ることが可能となる。

また、実際に、第１の固定部２１２と第２の固定部１１４の距離をＬとして、（距離Ｌ／バッテリ端子半径）に対するバッテリ端子に負荷されるモーメントを求めたところ、このモーメントは（距離Ｌ／バッテリ端子半径）に比例して大きくなり、（距離Ｌ／バッテリ端子半径）が３．５よりも大きくなるとバッテリ端子の破損に対する許容モーメントを超えることが確かめられた。

図５は、他の変形例の電流検出装置を示す平面図である。図５に示す電流検出装置１００Ｂは、コネクタ１４０を除くケース１３０の大部分およびこれに収納される回路基板１２０Ａのそれぞれがバッテリ２００の上面２００Ａと平行な向きになるように配置されている。また、抵抗体としてのバスバー１１０Ａは、図１等に示したバスバー１１０とは異なって折り返された形状ではなく、コの字形状を有している。回路基板１２０Ａの電流検出回路は、コの字形状のバスバー１１０Ａの両端近傍の２箇所の電位差に基づいてバスバー１１０Ａに流れる電流を検出している。

この電流検出装置１００Ｂでは、第２の固定部１１４の中心は、第１の固定部２１２の中心からこの第２の固定部２１２の半径（マイナス側端子２０２の半径）の所定値（上述したように３．５が望ましい）倍の円領域内に配置されるように、第１および第２の固定部２１２、１１４のそれぞれの位置が設定されている。これにより、第２の固定部１１４にハーネス３００を取り付ける際に第１の固定部２１２に印加されるモーメント力を低減して第１の固定部２１２の品質および耐震性の向上を確実に図ることが可能となる。特に、バスバー１１０Ａをコの字形状とすることにより、第１および第２の固定部２１２、１１４間の距離を短くすることができる。

図６は、その他の変形例の電流検出装置の概略構成を示す図である。図６においては、第１および第２の固定部の位置関係と抵抗体としてのバスバーの概略形状が示されている。

図６（Ａ）に示す例では、マイナス側端子２０２に取り付けられた取付金具２１０に、Ｌ字形状のバスバー１１０Ｃを有する電流検出装置１００Ｃが取り付けられている。また、第１および第２の固定部１１２、１１４の両方がバッテリ上面領域内に配置されている。

図６（Ｂ）に示す例では、マイナス側端子２０２に、Ｌ字形状のバスバー１１０Ｄを有する電流検出装置１００Ｄが直接取り付けられている。また、第１および第２の固定部２１２、１１４の両方がバッテリ上面領域内に配置されている。

図６（Ｃ）に示す例では、マイナス側端子２０２に取り付けられた取付金具２１０に、２箇所において折り返された直線状のバスバー１１０Ｅを有する電流検出装置１００Ｅが取り付けられている。また、第１および第２の固定部１１２、１１４の両方がバッテリ上面領域内に配置されている。

図７は、その他の変形例の電流検出装置を示す図である。図７（Ａ）には変形例の電流検出装置の斜視図が、図７（Ｂ）には変形例の電流検出装置をバッテリ２００の上面２００Ａから見た図が示されている。

図７に示すように、変形例の電流検出装置１００Ｆのケース１３０には、バッテリ上面領域内に対応する位置に切り欠き部１３２が設けられている。また、この切り欠き部１３２に対向する領域（隣接する領域）には、第１の固定部１１２と第２の固定部１１４が配置されているとともに、切り欠き部１３２内にバッテリ２００のマイナス側端子２０２が配置されている。図７では、図示は省略されているが、第２の固定部１１４とマイナス側端子２０２は、取付金具２１０を介して接続されている。

このように、電流検出装置１００Ｆのケース１３０に切り欠き部１３２を設けるとともに、この切り欠き部１３２内あるいは周辺に、マイナス側端子２０２、第１の固定部１１２、第２の固定部１１４を集めて配置することにより、これらの各締結部間の距離が短くなるため、締結時あるいは使用時において電流検出装置１００Ｆの各部に加わるモーメント力を小さくすることができる。

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。上述した実施形態では、バスバー１００等と抵抗体が一体になっている場合について説明したが、バスバー１００等と別体の抵抗体を用いるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、ボルト１１５が取付固定された第２の固定部１１４について説明したが、取付孔を貫通形成して第２の固定部を形成する場合や、圧着端子によって第２の固定部を形成する場合についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、電流検出装置１００等の一部がバッテリ２００の上面２００Ａから外れる領域に配置される場合について説明したが、電流検出装置１００等の全体をバッテリ上面領域内に配置するようにしてもよい。

さらに、第２の固定部１１４の下面（図１に示す例では、第２の固定部１１４の真下の第１の固定部１１２が取りけられる取付金具２１０のボルト２１１の頭部の下面）がバッテリ上面２００Ａに接触した状態で取り付けられてもよい。これにより、第２の固定部１１４にハーネス３００を固定する際に第２の固定部１１４が下側に撓む量を最小限に抑えることができ、第１の固定部１１２に印加されるモーメント力を最小にして車両搭載時の第１の固定部１１２のさらなる品質および耐震性の向上を図ることができる。

上述したように、本発明によれば、バッテリ上面領域内に第２の固定部１１４を配置することにより、第２の固定部１１４にハーネス３００を固定する際に荷重が加わった場合であっても、この荷重方向に第２の固定部１１４が撓む量を抑制することが可能になるため、第１の固定部１１２に過大なモーメントが印加されることを防止することができる。このため、第１の固定部１１２の締め付け強度の低下や破損を防止し、車両組付時の第２の固定部１１２の品質および耐震性の向上を図ることが可能となる。また、第２の固定部１１４を含む電流検出装置１００の全体あるいは主要部分がバッテリ上面領域内に収まるため、バッテリ上面２００Ａのスペースを有効利用することができ、搭載性が向上する。

１００ 電流検出装置
１１０ バスバー
１１２ 第１の固定部
１１４ 第２の固定部
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 (10)

1. バッテリ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、
   前記ハーネスが固定されて電気的な接続が行われる固定部と、
   前記バッテリ端子および前記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、前記ハーネスが固定されて電気的な接続が行われる前記固定部は、バッテリ上面領域内に配置されることを特徴とする電流検出装置。
2. 請求項１において、
   前記抵抗体は、非直線形状を有することを特徴とする電流検出装置。
3. 請求項２において、
   前記非直線形状は、途中で折り返されて少なくとも一部が重ねられた形状であることを特徴とする電流検出装置。
4. 請求項２において、
   前記非直線形状は、コの字形状あるいはＬ字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、
   前記固定部は、前記バッテリ上面領域内であって、前記バッテリ端子の中心から前記バッテリ端子の半径の所定値倍の半径を持つ円領域内に配置されることを特徴とする電流検出装置。
6. 請求項５において、
   前記所定値倍は、３．５であることを特徴とする電流検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記固定部は、取付固定されたボルト、貫通形成された取付孔、圧着端子のいずれかであることを特徴とする電流検出端子。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   前記固定部の下面がバッテリ上面に接触した状態で取り付けられることを特徴とする電流検出装置。
9. 請求項１〜８のいずれかにおいて、
   前記ケースには、前記バッテリ上面領域内に切り欠き部が形成され、
   前記バッテリ端子と前記固定部のそれぞれは、前記切り欠き部に対向するように設けられており、
   前記バッテリ上面領域内において前記バッテリに設けられた端子が前記切り欠き部に配置されることを特徴とする電流検出装置。
10. 請求項９において、
    前記バッテリ端子と前記固定部のそれぞれは、前記切り欠き部に隣接する位置に設けられていることを特徴とする電流検出装置。

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