JP2012078328A - バスバー温度を正確に測定できる電流検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バッテリポストに装着されるバスバー11に平坦部11Fを設けて、そこに回路基板12を取り付け、バスバー11における電圧降下と既知の抵抗値からバスバー11に流れる電流を求める電流検出装置10であって、回路基板12に増幅回路とバスバー温度検出回路とマイコンとを載置し、バスバー11での電圧降下を増幅回路に入力して所定の増幅率で増幅し、一方、バスバー温度検出回路は電圧降下検出時のバスバー11の温度を検出してマイコンに入力し、マイコンでは入力された検出温度に対する増幅率の補正値を算出して増幅回路に送信し、増幅回路では当該補正値を基に増幅率を補正し、かつバスバー11と回路基板12との間に高熱伝導材13を注入した。
【選択図】図1
Description
導体に流れる電流量を検出する方式の一つとして、抵抗体に電流を流し、通電した際の電圧降下とその抵抗体の抵抗値からオームの法則(電流=電圧降下/抵抗値)を用いて電流値を算出するいわゆる「シャント方式」が一般的に知られている。
近年、自動車の省エネが注目され、バッテリマネジメントシステムを搭載した車両が増えている。バッテリマネジメントでは、バッテリの入・出力電流を検出することが必要となる。そこで、シャント方式を採用した自動車用電流検出装置として、バッテリポスト(バッテリポール)にクランプして固定されるバッテリ端子(導体部)にシャント抵抗を溶接またはろう付けで結合し、そのシャント抵抗に流れる電流を検出する装置が知られている(特許文献1参照)。
《長所》
特許文献1記載の電流検出装置によれば、主導体に振動荷重や引張り荷重が加わっても導体とクランプとの間の結合領域に高い材料応力が加わらないようにできる、といった効果が得られる。
《問題点》
ところが、そのような構成にするには、バスバー(第1導体部)を切断したり、一部を削ったり、第2導体部の一部を削ったり、削った第1導体部の隙間にハウジングの一部で埋めたり、削った第2導体部の隙間にシャント抵抗を取り付けたりする種々の工程が必要となり、加工工程が複雑となって、コスト高となった。
そこで、これらの課題を解決するために本発明の先行発明として、バスバーを切断したり、一部を削ったり、削ったバスバーの隙間をハウジングの一部で埋めたり、シャント抵抗を取り付けたりするような種々の工程を一切不要として、コストの低減できる電流検出装置を先に開発している。
以下、先行発明に係る電流検出装置について、図5〜図8に基づいて説明する。
電流検出装置10は、図5および図6に示すように、バッテリポストに取り付ける既存のバスバー11に平坦部11Fを設け、ここに本発明に係る回路基板12を取り付け、この回路基板12をカバーKで覆って成るものである。
バスバー11は導電性金属板で、これに回路基板12が取り付けられる平面視で長方形をした中央部の平坦部11Fと、この平坦部11Fを挟んで上流部と下流部とから構成される。
上流部は、平坦部11Fに電流が流れる方向の上流部に当たる一辺で直角に立ち上がる立上り部11Vと、立上り部11Vの幅方向両端からそれぞれ半円筒状に延びて全体で嵌合穴11Hを形成するバッテリ端子11Tと、バッテリ端子11Tの両先端からそれぞれ対向して平行に延びるボルト挿通部11B(ナットNが当接するナット側11B1、ボルトBの頭が当接するボルト側11B2)で構成される。ボルト挿通部11BにはボルトBが挿通される孔があけられており、そこにボルトBが通され、ナットNで締め付けることでボルト挿通部11B1と11B2とが互いに引き寄せられ、バッテリ端子11Tの嵌合孔11Hの径が次第に小さくなる。そこで、バッテリ20(図7)の円柱形をしたバッテリポストにバッテリ端子11Tの嵌合穴11Hが嵌められ、ナットNで締め付けることによってバッテリ端子11Tはバッテリポストに締結される。
一方、下流部は、平坦部11Fの下流の一辺から延設されたスタッド立設部11SにスタッドボルトStが立設されている。このスタッドボルトStにワイヤーハーネスWの端子が接続され、ナットで締結される。
バッテリからの電流は負荷を介し、バッテリのマイナス端子に帰ってくる。本発明の電流検出装置はバッテリのマイナス端子に装備されており、したがって負荷のマイナス側のワイヤーハーネスはスタッドボルトStに接続されている。電流はこのスタッドボルトStから平坦部11Fを経てバッテリ端子11T、バッテリマイナス端子へと流れる。
図7は先行発明の電流検出装置10のブロック図を示している。
電流検出装置10は、測定対象のバスバー11(中央部の平坦部11F)と、バスバー11の両端にそれぞれリード線L1、L2で接続され、本体はバスバー11の上に載置される回路基板12とから成る。
回路基板12はプリント基板12Pを備え、図8のように、バスバー11の上に載置され、プリント基板12Pの上に電源回路120と、検出した電圧降下値を増幅する増幅回路121と、補正回路122とが載置される。
増幅回路121は、バスバー11の上流にリード線L1と、バスバー11の下流にリード線L2を介して接続され、リード線L1とリード線L2間のバスバー11の抵抗値による電圧降下を電流検出装置10で測定するが、バスバー11の抵抗値が小さいので測定される電圧降下も小さく、したがって増幅回路121で増幅してから、電流検出装置10から出力する。
補正回路122は、検出値をオフセットするオフセット回路122aと、温度センサダイオード12S1、12S2(図8)を用いてバスバー11の温度を検出するバスバー温度検出回路122bと、検出した温度より増幅率とオフセットの補正値を計算するマイコン(CPU)122cとから成り、マイコン122cで計算された増幅率は増幅回路121へ送られ、マイコン122cで計算されたオフセット補正値はオフセット回路122aへ送られ、オフセット回路122aから増幅回路121へ調整されたオフセット値が出力される。
上記構成の見方を変えれば、電流検出部12M(バスバー11、リード線L1・L2、増幅回路121)と電源回路120と補正回路122(オフセット回路122a、バスバー温度検出回路122b、マイコン122c)で構成されている。
嵌合穴11H(図5(A)、図6)とスタッドボルトSt間に電流が流れた際に生じる電圧降下をリード線L1、L2を介して増幅回路121に入力する。このとき、オフセット回路122aにより基準電圧をオフセットさせることでバッテリ20の充放電のどちらの方向の電流検出にも対応できるような回路となっている。
一方、バスバー温度検出回路122bは電圧降下検出時のバスバー温度を検出し、マイコン122cに入力する。マイコン122cでは入力された検出温度に応じ、オフセットの補正値を算出する。
オフセット回路122aは内部にオフセット調整回路を持っており、マイコン122cで算出したオフセットの補正値に応じてオフセット値を調整できるようになっている。
オフセット調整回路は、例えばマイコン122cのPWM出力をRC直列回路にてアナログ変換した値をオフセットとして使用し、補正値に応じてDutyを調整することでオフセット値を変動させる回路等が考えられる。
続いて、検出温度に対する増幅率の補正を行う。マイコン122cでは温度に応じ、増幅率の補正値を算出する。算出した値はマイコンの入出力ポートより増幅回路121内の可変抵抗器に送信され、増幅回路121の抵抗比を変更する。
このような処理を行うことで、使用温度範囲内で印加電流と電流検出値の関係は一定となり、その関係から被測定電流を求めることができる。
なお、電圧降下を増幅・オフセットして出力する電流検出部12Mと、補正回路122は独立した構成となっているため、本発明の電流検出装置10では、補正による検出温度の遅延は生じない。
前述した通り、シャント抵抗式の電流検出装置では、シャント抵抗へ流れる電流に応じて生じる電圧降下と既知のシャント抵抗値により印加電流を算出する。したがって、バスバー11と回路基板12の組み付け誤差により生じるシャント抵抗値の誤差は検出誤差となってしまう。
また、増幅回路121やオフセット回路122aを構成する抵抗値のバラツキも検出誤差につながる。
そこで、先行発明の電流検出装置では、組み付け工程後、補正回路122にて初期補正を行い、バラツキによる誤差を低減させる。
本発明によるバラツキ補正方法は電流検出方法内の温度に対する補正とほぼ同様であるが、温度に対する補正が温度に応じてオフセットや増幅率を調整するのに対し、初期バラツキの補正では出力理想値に対して調整を行う。例えば、出力理想値が、印加電流±200[A]に対し、電流検出値が2.5±2[V]とすると、実際に電流検出装置に電流を流し、目的とする出力になるようオフセットと増幅率を調整する。
以上の検出方法および補正を行うことで、バスバーそのものを検出体(シャント抵抗)とした電流検出装置が実現可能となる。
《長所》
以上のように、先行発明の電流検出装置によれば、
(1)バスバーの切断・加工や、バスバーとシャント抵抗との結合がないため、製造工数の低減が望める。
(2)バスバーとシャント抵抗との結合がないため、信頼性の向上が望める。
(3)シャント抵抗部に特殊な金属を使用しないため、コストダウンが望める。
《短所》
前述したとおり、シャント抵抗値の誤差は検出誤差となる。そのためバスバー温度を検出し、温度補正を行っている。しかしながら、温度検出素子は基板上に配置するため、バスバーの熱が温度検出素子まで伝導するには、熱抵抗が大きく、バスバーと温度検出素子間に温度差が生じてしまう。先行発明で述べたとおり、シャント抵抗部に従来のような温度係数が小さい特殊金属を用いないため、バスバーと温度検出素子間の温度差により充分な温度補正効果が得られず、電流検出精度が悪くなった。
前記回路基板に増幅回路とバスバー温度検出回路とマイコンとを載置し、前記バスバーに流れる電流による電圧降下を前記増幅回路に入力して所定の増幅率で増幅し、一方、前記バスバー温度検出回路は電圧降下検出時の前記バスバーの温度を検出して前記マイコンに入力し、前記マイコンでは入力された検出温度に対する増幅率の補正値を算出して前記増幅回路に送信し、前記増幅回路では当該補正値を基に前記増幅率を補正し、
かつ、前記バスバーと前記回路基板との間に高熱伝導材を注入したことを特徴としている。
なお、図1は本発明に係る実施例1、図2は実施例2、図3および図4は実施例3である。
図1において、先行発明によって電流検出装置10は、温度検出素子12Sや電子部品12Dを搭載した回路基板12をバスバー11の平坦部11Fに取り付けている。このとき、特に温度検出素子12Sは回路基板12のバスバー側に設けている。
本発明の実施例1に係る電流検出装置10は、このバスバー11と回路基板12の全面との間に熱伝導率の大きいいわゆる「高熱伝導材13」を注入することで、温度検出素子12Sと検出温度とバスバー温度との差を少なくするようにしている。高熱伝導材13としては、例えば、樹脂に高熱伝導性のフィラーを添加した市販の高熱伝導樹脂を用いることができる。このようにすることで、バスバー11の温度が高熱伝導材13を介して温度検出素子12Sにただちに熱伝導するので、温度検出素子12Sがバスバー11の温度を正確に検出することができる。
図2において、本発明の実施例2に係る電流検出装置10は、バスバー11の温度検出素子12Sに対向する部位に貫通孔11Cをあけて、樹脂注入口としている。この樹脂注入口11Cを介して温度検出素子12Sの周辺に高熱伝導材13を注入することで、バスバー11の温度は高熱伝導材13を介して温度検出素子12Sにただちに熱伝導するので、温度検出素子12Sがバスバー11の温度を正確に検出することができる。
実施例2によれば、実施例1の効果(バスバー11の温度が高熱伝導材13を介して温度検出素子12Sに即、熱伝導するので、温度検出素子12Sがバスバー11の温度を正確に検出することができる。)を、少量の高熱伝導材13で実現することができる。
図3および図4において、本発明の実施例3に係る電流検出装置10は、バスバー11の温度検出素子12Sに対向する部位に貫通孔11Cをあけて、樹脂注入口としている。そして、樹脂注入口11Cに温度検出素子12Sを挿入した状態で、樹脂注入口11Cから温度検出素子12Sの周辺に高熱伝導材13を注入するようにしている。
実施例3によれば、バスバー11の温度は高熱伝導材13を介して温度検出素子12Sにただちに熱伝導するので、温度検出素子12Sがバスバー11の温度を正確に検出することができる実施例1の効果と、少ない高熱伝導材13で実現できる実施例2の効果に加えて、片面実装等でバスバー11と回路基板12との間隔が狭い場合にも本発明の適用が可能となる。
以上、本発明によれば、バスバーと回路基板(特に温度検出素子)との間に熱伝導率の大きいいわゆる高熱伝導材を注入したので、バスバーの温度が高熱伝導材を介して温度検出素子に即、熱伝導するので、検出温度とバスバー温度との差が少なくなり、温度検出素子がバスバーの温度を正確に検出することができる。したがってまた、バスバーに流れる電流を正確に検出することのできる電流検出装置が得られる。
11 既存のバスバー
11B ボルト挿通部
11B1 ナット側
11B2 ボルト側
11C 樹脂注入口(貫通孔)
11F 平坦部
11H 嵌合穴
11S スタッド立設部
11T バッテリ端子
11V 立上り部
12 回路基板
12M 電流検出部
12P プリント基板
120 電源回路
121 増幅回路
122 補正回路
122a オフセット回路
122b バスバー温度検出回路
122c マイコン(CPU)
12S 温度検出素子
13 高熱伝導材
20 バッテリ
K カバー
L1、L2 リード線
B ボルト
N ナット
St スタッドボルト
Claims (3)
- バッテリポストに装着されるバッテリ端子とワイヤーハーネスを接続するスタッドボルトとを備えて成るバスバーと、前記バスバーの前記バッテリ端子と前記スタッドボルトとの間における平坦部に取り付けられた回路基板と、から成り、前記バスバーにおける電圧降下と既知の抵抗値から前記バスバーに流れる電流を前記回路基板で求める電流検出装置であって、
前記回路基板に増幅回路とバスバー温度検出回路とマイコンとを載置し、前記バスバーに流れる電流による電圧降下を前記増幅回路に入力して所定の増幅率で増幅し、一方、前記バスバー温度検出回路は電圧降下検出時の前記バスバーの温度を検出して前記マイコンに入力し、前記マイコンでは入力された検出温度に対する増幅率の補正値を算出して前記増幅回路に送信し、前記増幅回路では当該補正値を基に前記増幅率を補正し、
かつ、前記バスバーと前記回路基板との間に高熱伝導材を注入したことを特徴とする電流検出装置。 - 前記回路基板のバスバー側に温度検出素子を設け、前記温度検出素子と前記バスバーとの間に高熱伝導材を注入したことを特徴とする請求項1記載の電流検出装置。
- 前記バスバーに貫通穴をあけ、前記貫通穴に前記温度検出素子を挿入して、前記貫通穴から高熱伝導材を注入して前記温度検出素子の周辺を前記高熱伝導材で覆ったことを特徴とする請求項2記載の電流検出装置。
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