JP4820714B2 - シャント抵抗を用いた電流測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、シャント抵抗を用いた電流測定装置、特に車載用のバッテリの電源端子に接続する場合に有用なシャント抵抗を用いた電流測定装置に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車などでは、その走行用電源であるバッテリの残量や充電状態等を正確に掌握するために、電源電流を監視制御する必要がある。

従来、このような電源電流を測定する方法として、シャント抵抗方式が知られている。

このシャント抵抗方式は、測定対象となる回路に予めシャント抵抗を接続しておき、このシャント抵抗の両端の電圧降下を測定することで、電流の測定を電圧の測定に置き換えるようにしたものである。

従来、この種のシャント抵抗に関する技術として、特許文献１記載の「バッテリターミナル」などが知られている。

特許文献１記載の「バッテリターミナル」は、バッテリのプラス端子に、バッテリターミナル本体のバッテリ接続部を接続し、スリットにより電流経路同士を分離したシャント抵抗をバッテリ接続部に延設している。これにより、専用のシャント抵抗を設けるよりも部品点数を削減できる。
特開２００５−１２９３７９号公報

しかしながら、特許文献１記載の「バッテリターミナル」では、シャント抵抗とバッテリの端子とを電気的に接続するための部品として、バッテリターミナル本体にＬ字状に延出したバッテリ接続部を形成する必要があり、かつバッテリ接続部を覆うためのカバーを必要としている。

特に、車両の走行用電源であるバッテリの電流測定に用いられるシャント抵抗としては、走行用電源の最大電流が１００Ａ以上と大きいため、シャント抵抗自体のサイズが大きく、また、接続ケーブルでの電力損失低減のために接続ケーブル長を極力短くすることが求められ、短絡に対する保護のために車体との絶縁をとるなどの問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、大電流を測定するために取り付けのための新たな部品や接続ケーブルを用意する必要が無く、かつ組み付けが容易で安価な構成のシャント抵抗を用いた電流測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、シャント抵抗の端子間の電位差を測定することで電流値を測定する電流測定装置であって、周囲に絶縁体を設けた導電性のボルトと、ワッシャ状のシャント抵抗と、このシャント抵抗の電位差を測定するためのワッシャ状の第１及び第２の接続端子とを備え、前記シャント抵抗を前記第１及び第２の接続端子で挟み前記ボルトに挿入し取り付けたものである。

本発明によれば、大電流を測定するために新たな部品や接続ケーブルを用意する必要が無く、かつ組み付けが容易で安価な構成のシャント抵抗を用いた電流測定装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るシャント抵抗及びシャント抵抗を用いた電流測定装置ついて、図面を参照して詳細に説明する。なお、本例のシャント抵抗は、被測定電流の流路であれば、どのような回路に配置してもよいが、ここでは、車載用のバッテリの電源端子に接続する場合を例にとって説明することとする。また、各図において同一の構成または機能を有する構成要素及び相当部分には、同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るシャント抵抗が配置される回路の構成を示す回路図である。

図１に示すように、本例のシャント抵抗３００は、４端子抵抗からなり、負荷１００の駆動用電源であるバッテリ２００の被測定電流の流路に、直列に接続される。また、本例のシャント抵抗３００には、第２のシャント抵抗４００が並列に接続される。

シャント抵抗３００の両端の電圧降下は、アンプ５００を介して図示しない計測装置により、電流の測定を電圧の測定に置き換えて測定される。この計測装置の測定値に基づいて、回路に流れる電流値を知ることができ、この電流値の積算からバッテリ２００の残量や充電状態を知ることができる。

図２は、本発明の実施の形態１に係るシャント抵抗が配置されるバッテリ２００の構成を示す概略斜視図である。

図２に示すように、バッテリ２００の上面には、電源端子である陽極用及び陰極用の２つのボルト２２０が設けられている。

次に、本例のシャント抵抗３００及びその取り付け部の構成について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係るシャント抵抗及びその取り付け部の構成を示す分解斜視図である。

図３に示すように、本例のシャント抵抗の取り付け部の一例を示す。
シャント抵抗の取り付け部は、ボルト２２０、絶縁体２４０、シャント抵抗３００、ケーブル端子２１０、第２のシャント抵抗４００、ナット２３０を備えている。

本例のシャント抵抗３００は、図３に示すように、第１の接続端子３１０と、第２の接続端子３２０と、抵抗体３３０とで構成されている。

さらに、シャント抵抗３００の第１の接続端子３１０及び第２の接続端子３２０には、アンプ５００に接続するケーブル３４０を取り付けるためのターミナル３１０ａ，３２０ａがそれぞれ設けられている。

シャント抵抗３００の第１の接続端子３１０、第２の接続端子３２０、及び抵抗体３３０は、それぞれの内径が絶縁体２４０の外径よりも大きくワッシャ形状に形成されている、なお、ワッシャの形状は、図に記載されている形に限定されずに四角形など多角形でもよい。

第２のシャント抵抗４００は、図３に示すように、抵抗体３３０と、抵抗体３３０を挟むように配置される第１の接続端子４１０と第２の接続端子４２０で構成されている。

第２のシャント抵抗４００の抵抗体３３０、第１の接続端子４１０、第２の接続端子４２０は、それぞれ内径が絶縁体２４０の外径よりも大きくワッシャ形状に形成されている。

バッテリ２００にボルト２２０を立設しており、そのボルト２２０にはボルトの座部２２０ａがあり、バッテリ２００のケースに固定されている。

絶縁体２４０はボルト２２０を囲むように配設し、絶縁体２４０は内径がボルト２２０の外径よりも大きな貫通孔を有するスリーブ状の絶縁体で構成されている。

なお、ナット２３０はボルト２２０に螺合される大きさである。

負荷１００に接続され被測定電流の流路を形成する接続ケーブルの端子がケーブル端子２１０であり、ケーブル端子２１０には端子孔２１０ａが形成されている。

次に、本例のシャント抵抗３００の取り付け部の各構成部品の組み立て構成について説明する。図４、図５は、本発明の実施の形態１に係るシャント抵抗及びその構成を示す構成図である。

本発明の実施の形態１に係る電流測定装置は、シャント抵抗３００と第２のシャント抵抗４００との間に、ケーブル端子２１０を配置した構成を有している。

詳細には、座部２２０aの上のボルト２２０を取り囲むように絶縁体２４０を配設し、
ボルト２２０に対しシャント抵抗３００、ケーブル端子２１０、第２のシャント抵抗４００、ナット２３０の順で取り付けられ、ナット２３０と座部２２０aに挟まれる構成にな
っている。

これにより、シャント抵抗３００の第１の接続端子３１０は、ボルト２２０の座部２２０ａに接し、第２の接続端子３２０はケーブル端子２１０と接し、ケーブル端子２１０は第２のシャント抵抗４００の第２の接続端子４２０と接し、さらに、第１の接続端子４１０はナット２３０と接している。

なお、絶縁体２４０がボルト２２０を取り囲むように配設されているが、絶縁体２４０の長さは、ボルト２２０にナット２３０が取り付けられ、また、第２のシャント抵抗４００の抵抗体３３０とボルト２２０との絶縁ができる長さを持っていることが必要である。

図５に示すように、シャント抵抗３００及び第２のシャント抵抗４００とケーブル端子２１０とを、ボルト２２０に対してナット２３０により共締めした状態で、ボルト２２０の座部２２０ａの上面からナット２３０の下面までの距離よりも短くなるように形成されている。

この絶縁体２４０がボルト２２０に装着され、ケーブル端子２１０が設置されるためケーブル端子２１０とボルト２２０との短絡を防止することができる。

また、絶縁体２４０は、シャント抵抗３００及び第２のシャント抵抗４００とケーブル端子２１０とをボルト２２０に対してナット２３０により共締めした際に、締結による圧力が作用することが少なくなり、安価な絶縁材料で構成することができるようになる。

このような構成とすることにより、本例のシャント抵抗３００を用いた電流測定装置においては、図５に示すように、ボルト２２０の頭部に螺合されたナット２３０とボルト２２０との短絡が回避され、かつボルト２２０の座部２２０ａからシャント抵抗３００を経てケーブル端子２１０に流れる電流Ａ１と、ボルト２２０の頭部からナット２３０及び第２のシャント抵抗４００を経てケーブル端子２１０に流れる電流Ａ２とがほぼ等しくなり、シャント抵抗３００又は第２のシャント抵抗４００のいずれかを流れる電流を測定することで全電流を測定できる。

これにより、本例のシャント抵抗３００及び第２のシャント抵抗４００を配置した電流測定装置においては、シャント抵抗３００を経由せずにボルト２２０からナット２３０を経てケーブル端子２１０という経路で電流が流れることによる測定誤差を低減させることができる。

なお、本例のシャント抵抗３００は、第１の接続端子３１０と第２の接続端子３２０と抵抗体３３０とが、それぞれ独立した構成となっているが、第１の接続端子３１０と第２の接続端子３２０と抵抗体３３０とを一体的に構成したものであってもよい。これにより、シャント抵抗３００のボルト２２０への組み付け性を向上させることができる。

また、第２のシャント抵抗４００も第１の接続端子４１０と第２の接続端子４２０と抵抗体３３０とを一体的に構成したものであってもよく、さらに組立性が向上できる。

また、図３では、ターミナルを有するシャント抵抗３００と有しないシャント抵抗４００が図示されているが、シャント抵抗４００のかわりにターミナルを有するシャント抵抗３００であってもよい。この場合、ターミナルを有するシャント抵抗３００が２つになるが、そのうち１つがアンプ５００に接続されてもよく、両方のシャント抵抗３００にアンプ５００をそれぞれ接続して、それぞれのシャント抵抗３００での電流値を測定することができるので正確に電流を測定することがでる。また、さらに同じ形状のシャント抵抗を製造するのでコストが抑えられる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係るシャント抵抗を用いた電流測定装置について説明する。図６は、本発明の実施の形態２及び実施の形態３に係るシャント抵抗が配置される回路の構成を示す回路図である。図７は、本発明の実施の形態２に係るシャント抵抗を用いた電流測定装置の構成を示す部分破断構成図である。

図６に示すように、本例のシャント抵抗を用いた電流測定装置の回路は、負荷１００の駆動用電源であるバッテリ２００の被測定電流の流路に、１つのシャント抵抗３００が直列に接続される。

図７に示すように、本例のシャント抵抗を用いた電流測定装置は、図３、図４及び図５に示した第２のシャント抵抗４００を、ワッシャ状絶縁体６００に置き換えた構成を採っている。ワッシャ状絶縁体６００はワッシャ形状に形成された絶縁体で構成されている。

図７では、ワッシャ状絶縁体６００の厚さは、シャント抵抗３００や第２のシャント抵抗４００の厚さと同じ厚さに図示されているがこれに限らず、ケーブル端子２１０とナット２３０とを絶縁するだけの厚さが必要である。また、絶縁体２４０の長さはケーブル端子２１０とボルト２２０との絶縁ができる長さを持っていることが必要である。

図７において、シャント抵抗３００は、図３、図４及び図５に示した実施の形態１に係るシャント抵抗３００の構成と同じ構成であるので、その説明は省略する。

本例のシャント抵抗を用いた電流測定装置においては、ボルト２２０に装着された絶縁体２４０に、シャント抵抗３００、ケーブル端子２１０、ワッシャ状絶縁体６００が順次装着された後、ナット２３０により、ボルト２２０に共締めされる。

本例のシャント抵抗を用いた電流測定装置においては、図７に示すように、ボルト２２０、シャント抵抗３００及びケーブル端子２１０を経てバッテリ２００の電流Ａ１が流れる経路のみが形成される。

このように、本例のシャント抵抗を用いた電流測定装置においては、図５に示した電流Ａ２の流路を、ワッシャ状絶縁体６００により断つことができるので、１つのシャント抵抗３００のみで電流測定装置を構成することができ、そのコスト削減を図ることができる。

なお、本例のシャント抵抗を用いた電流測定装置においては、ワッシャ状絶縁体６００と絶縁体２４０とを一体化した構成として、その部品点数及び組み付けコストを削減するようにしてもよい。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係るシャント抵抗を用いた電流測定装置について説明する。図８は、本発明の実施の形態３に係るシャント抵抗を用いた電流測定装置の構成を示す部分破断構成図である。

図８に示すように、本例のシャント抵抗を用いた電流測定装置は、図７に示したシャント抵抗３００とワッシャ状絶縁体６００との配置を入れ替えた構成を採っている。

図８において、シャント抵抗３００は、図３、図４及び図５に示した実施の形態１に係るシャント抵抗３００の構成と同じ構成であるので、その説明は省略する。

本例のシャント抵抗を用いた電流測定装置におけるワッシャ状絶縁体６００は、ケーブル端子２１０及びシャント抵抗３００の取り付けに先立って、ボルト２２０に装着された絶縁体２４０に装着される。

そして、ワッシャ状絶縁体６００は、その上にケーブル端子２１０及びシャント抵抗３００が順次重ね合わされるように装着された後、ナット２３０により、ボルト２２０の座部２２０ａとケーブル端子２１０とで挟まれるように、ボルト２２０に共締めされる。図８では、ワッシャ状絶縁体６００の厚さは、シャント抵抗３００や第２のシャント抵抗厚さと同じ厚さに図示されているがこれに限らず、座部２２０ａとケーブル端子２１０とを絶縁するだけの厚さが必要である。また絶縁体２４０の長さはシャント抵抗３００の抵抗体３３０とボルト２２０との絶縁ができる長さを持っていることが必要である。

本例のシャント抵抗を用いた電流測定装置においては、図８に示すように、ボルト２２０、ナット２３０、シャント抵抗３００及びケーブル端子２１０を経てバッテリ２００の電流Ａ２が流れる経路のみが形成される。

このように、本例のシャント抵抗を用いた電流測定装置においては、図５に示した電流Ａ１の流路を、ワッシャ状絶縁体６００により断つことができるので、１つのシャント抵抗３００のみで電流測定装置を構成することができ、そのコスト削減を図ることができる。

なお、本例のシャント抵抗を用いた電流測定装置においては、ボルト２２０の座部２２０ａには電流が流れないので、座部２２０ａが無い構成であってもよい。また、座部２２０ａが無い構成とした場合には、ワッシャ状絶縁体６００をバッテリ２００のケースと一体的に形成してもよい。このような構成とすることにより、シャント抵抗３００の組立性が向上する。

（実施の形態４）
実施の形態１乃至３では電源であるバッテリ２００の上面には座部２２０aを有するボ
ルト２２０が設けられており、そのボルト２２０に、シャント抵抗３００、ケーブル端子２１０、第２のシャント抵抗４００またはワッシャ状絶縁体６００、絶縁体２４０が配設され、その上からナット２３０でボルト２２０と螺合されている。

実施の形態４では、バッテリ２００の上面の座部２２０ａの位置（図４、５、７と図８において座部２２０ａが図示される位置）に接続部材７００を配設する。接続部材７００は導電体であり、ボルト２２０と螺合されるネジが切られており、ボルト２２０と螺合できるものである。この接続部材７００と座部２２０ａを有するボルト２２０は螺合される。

ボルト２２０の周囲に絶縁体２４０を配設され、さらに、ボルト２２０の周囲にはシャント抵抗３００、ケーブル端子２１０、第２のシャント抵抗４００またはワッシャ状絶縁体６００が接続部材７００とボルト２２０の座部２２０ａの間に配設されて電流測定装置を構成している。

具体的には、図４のようにシャント抵抗３００、ケーブル端子２１０、第２のシャント抵抗４００の順で電流測定装置を構成する。また、図７のようにシャント抵抗３００、ケーブル端子２１０、ワッシャ状絶縁体６００の順で電流測定装置構成する。さらに図８のようにワッシャ状絶縁体６００、ケーブル端子２１０、シャント抵抗３００の順に電流測定装置を構成する。

実施の形態４の電流測定装置は、接続部材７００とボルト２２０で螺合することで、バッテリ２００の上面から座部２２０ａまでの高さが実施の形態１乃至実施の形態３よりもさらに低くなり、さらに小型化ができる。

本発明に係るシャント抵抗を用いた電流測定装置は、大電流を測定するために新たな部品や接続ケーブルを用意する必要が無く、かつ組み付けが容易で安価な構成であるので、特に車載用のバッテリの電源端子に接続する場合のシャント抵抗を用いた電流測定装置として有用である。

本発明の実施の形態１に係るシャント抵抗が配置される回路の構成を示す回路図 本発明の実施の形態１に係るシャント抵抗が配置されるバッテリの構成を示す概略斜視図 本発明の実施の形態１に係るシャント抵抗及びその構成を示す分解斜視図 本発明の実施の形態１に係るシャント抵抗及びその構成を示す構成図 本発明の実施の形態１に係るシャント抵抗及びその構成を示す断面図 本発明の実施の形態２及び実施の形態３に係るシャント抵抗が配置される回路の構成を示す回路図 本発明の実施の形態２に係るシャント抵抗を用いた電流測定装置の構成を示す部分破断構成図 本発明の実施の形態３に係るシャント抵抗を用いた電流測定装置の構成を示す部分破断構成図

１００ 負荷
２００ バッテリ
２１０ ケーブル端子
２１０ａ 端子孔
２２０ ボルト
２２０ａ 座部
２３０ ナット
２４０ 絶縁体
３００ シャント抵抗
３１０ 第１の接続端子
３２０ 第２の接続端子
３１０a ターミナル
３２０a ターミナル
３３０ 抵抗体
３４０ ケーブル
４００ 第２のシャント抵抗
４１０ 第１の接続端子
４２０ 第２の接続端子
５００ アンプ
６００ ワッシャ状絶縁体
７００ 接続部材

Claims (5)

1. シャント抵抗の端子間の電位差を測定することで電流値を測定する電流測定装置であって、
   周囲に絶縁体を設けた導電性のボルトと、
   ワッシャ状のシャント抵抗と、
   このシャント抵抗の電位差を測定するためのワッシャ状の第１及び第２の接続端子とを備え、
   前記シャント抵抗を前記第１及び第２の接続端子で挟み前記ボルトに挿入し取り付けたことを特徴とする電流測定装置。
2. バッテリから負荷へ流れる電流を測定する電流測定装置であって、
   前記ボルトに挿入し取り付けるとともに前記負荷と電気的に接続するケーブル端子と、
   前記ボルトに螺合しこのボルトと電気的に接続したナットと、
   前記ボルトに挿入し取り付けた第２のシャント抵抗とを更に備え、
   前記ボルトの一端に前記バッテリと電気的に接続する座部を設け、
   前記第１の接続端子、前記シャント抵抗、前記第２の接続端子、前記ケーブル端子、第２のシャント抵抗、および、前記ナットを前記ボルトの座部からこの順に各々が電気的に接続するように取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
3. バッテリから負荷へ流れる電流を測定する電流測定装置であって、
   前記ボルトに挿入し取り付けるとともに前記負荷と電気的に接続するケーブル端子と、
   前記ボルトに挿入し取り付けた絶縁体と、
   前記ボルトに螺合しこのボルトと電気的に接続したナットと、
   前記ボルトの一端に前記バッテリと接続する座部を設け、
   前記第１の接続端子、前記シャント抵抗、前記第２の接続端子、前記ケーブル端子、前記絶縁体、および、前記ナットを前記ボルトの座部からこの順に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
4. バッテリから負荷へ流れる電流を測定する電流測定装置であって、
   前記ボルトに挿入し取り付けた前記負荷と電気的に接続するケーブル端子と、
   前記ボルトに挿入し取り付けた絶縁体と、
   前記ボルトに螺合しこのボルトと電気的に接続したナットと、
   前記ボルトの一端に前記バッテリと接続する座部を設け、
   前記絶縁体、前記ケーブル端子、前記第１の接続端子、前記シャント抵抗、前記第２の接続端子、および、前記ナットを前記ボルトの座部からこの順に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
5. 前記バッテリは、車載用の電源であることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の電流測定装置。

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