JP5617278B2 - 電流検出装置 - Google Patents

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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。)。この電流検出回路は、シャント抵抗と対向する位置に配置されており、シャント抵抗の両端電圧を検出してバッテリの充放電電流の検出を行っている。
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では、シャント抵抗と対向する位置に電流検出回路が設けられているため、この電流検出回路やその周辺回路に電解コンデンサを含む場合には、シャント抵抗に大電流が流れたときに発生する磁界によって電解コンデンサの広い面積を有する電極に渦電流が発生し、ノイズの影響を受けやすく、誤動作による信頼性低下の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、コンデンサに対するノイズの影響を軽減して誤動作による信頼性低下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、
電流が流れる抵抗体と、
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と、
電流検出回路に動作電力を供給する電源回路と、
電源回路の入力端子および出力端子の少なくとも一方に接続されて入出力電圧を平滑するコンデンサと、
樹脂材料にて形成されるケースと、
を備え、抵抗体は平板状の通電経路を折り返したU字形状を有し、
2箇所は前記U字形状の折り返し部分をはさんで離間して配置されるとともに、
2箇所を含めて前記抵抗体のU字形状部が前記樹脂材料によってインサート成形され、
コンデンサは、電流検出回路と電源回路が搭載される基板上であって通電経路の投影面以外の領域に配置されることを特徴とする。
通電経路の投影面以外の領域にコンデンサを配置することにより、抵抗体に大電流が流れたときに発生する磁界のコンデンサへの影響を少なくすることができ、電源回路に接続された電流検出回路等の誤動作による信頼性低下を防止することができる。また、大電流が流れて抵抗体の温度が上昇した場合にその影響を軽減することができるため、コンデンサの劣化を防止することが可能となる。さらに、抵抗体と基板が並ぶ方向の厚みを薄くすることができ、小型化および搭載性向上が可能となる。
また、上述したコンデンサは、抵抗体と電流検出回路の間を除いた領域に配置されることが望ましい。これにより、抵抗体と電流検出回路との間の距離を短くしてそれらの間の電圧降下を低減することができ、電流検出精度を上げることができる。
また、上述したコンデンサは、基板の一方の面側であって、抵抗体が配置された側に配置されることが望ましい。これにより、コンデンサを搭載することによる、抵抗体と基板が並ぶ方向の厚みの増大を極力抑えることができる。
また、上述したコンデンサは、基板上であって、抵抗体から最も離れた位置に配置されることが望ましい。これにより、抵抗体に大電流が流れたときに発生する磁界のコンデンサへの影響と、抵抗体の温度が上昇した場合の影響を最も少なくすることができる。
また、上述した抵抗体は、平板状の通電経路を折り返した形状を有している。平板状の通電経路を折り返した形状を有する抵抗体を用いることにより、基板上の投影面積を小さくすることができ、コンデンサの配置の自由度を増すことができる。
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。 電流検出装置におけるコンデンサの配置を示す図である。 電流検出装置におけるコンデンサの配置を示す図である。 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。
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。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の内部空間を形成する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内で折り返されたU字形状をしており、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が縦長になるように、具体的には、ケース130の内部空間とこれに収納される回路基板120のそれぞれが地面に対して垂直な向きになるように配置されている。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を挿入して第1の固定部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。
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、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箇所からこれら2箇所間の電位差を検出するための複数の電極としての電流検出端子110Aおよびセンシング用グランド端子110Bが回路基板120側に延びている。これら2つの電流検出端子110Aおよびセンシング用グランド端子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。なお、本実施形態では、センシング用グランド端子110Bとは別にバスバー110のほぼ同じ位置から回路用グランド端子110Cが引き出されている。センシング用グランド端子110Bとは別に回路用グランド端子110Cを設けるのは、回路基板120に搭載された各種回路の動作時にセンシング用グランド端子110Bの電位の変動を極力抑制するためである。バスバー110から延びる3本の端子(電流検出端子110A、センシング用グランド端子110B、回路用グランド端子110C)は、回路基板120内の電流検出回路に、例えば半田付けにて接続されている。
本実施形態では、回路基板120には、電流検出回路の他に、この電流検出回路に動作電力を供給する電源回路と、この電源回路の入力端子および出力端子の少なくとも一方に接続されて入出力電圧を平滑するコンデンサとが搭載されている。
図4および図5は、電流検出装置100におけるコンデンサの配置を示す図である。図4および図5に示すように、抵抗体としてのバスバー110は、平板状の通電経路を有しており、コンデンサ72、74は、電流検出回路と電源回路が搭載される回路基板120上であって、上述した通電経路の投影面(図4、図5では投影面に対応する領域がAで示されている)以外の領域に配置されている。また、電流検出回路は、電流検出端子110A、センシング用グランド端子110Bの近傍であって、図5に示す領域Aに含まれるように配置されている。このため、コンデンサ72、74は、バスバー110と電流検出回路の間を除いた領域に配置されているともいえる。
また、コンデンサ72、74は、回路基板120の一方の面側であって、バスバー110が配置された側に配置されている。バスバー110と重複しない範囲にコンデンサー72、74が配置されているため、バスバー110と回路基板120が並ぶ方向のケース130の厚みの増大を極力抑えることができる。
図6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6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のプラス側端子とマイナ側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、電源回路70、コンデンサ72、74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。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90に送られる。車両システム90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。電源回路70は、バッテリ200のプラス側端子とマイナ側ス端子に接続されており、この電流検出回路や回路基板120に搭載された他の回路に動作電力を供給する。この電源回路70には、バッテリ200が接続された側の入力端子間にコンデンサ72が接続されており、電流検出回路等が接続された側の出力端子間にコンデンサ74が接続されている。一方のコンデンサ72は、電源回路70の入力電圧を平滑するためのものであり、他 方のコンデンサ74は、電源回路70の出力電圧を平滑するためのものである。これらのコンデンサ72、74としては、例えば電解コンデンサが用いられる。
このように、本実施形態の電流検出装置100では、抵抗体としてのバスバー110の通電経路の投影面以外の領域にコンデンサ72、74を配置することにより、バスバー110に大電流が流れたときに発生する磁界のコンデンサ72、74への影響を少なくすることができ、電源回路70に接続された電流検出回路等の誤動作による信頼性低下を防止することができる。また、大電流が流れてバスバー110の温度が上昇した場合にその影響を軽減することができるため、コンデンサ72、74の温度上昇に伴う劣化を防止することが可能となる。さらに、バスバー110と回路基板120が並ぶ方向の厚みを薄くすることができ、小型化および搭載性向上が可能となる。
また、コンデンサ72、74をバスバー110と電流検出回路の間を除いた領域に配置することにより、バスバー110と電流検出回路との間の距離を短くしてそれらの間の電圧降下を低減することができ、電流検出精度を上げることができる。また、コンデンサ72、74を回路基板120の一方の面側であって、バスバー110が配置された側に配置することにより、コンデンサ72、74を搭載することによるケース130の厚みの増大を極力抑えることができる。
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110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110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、電流検出装置100をバッテリ200のマイナス側端子202に取り付ける際に取付金具210を介したが、電流検出装置100の第1の固定部112を長くする等の変形を行って電流検出装置100を直接マイナス側端子202に取り付け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を地面に対して垂直な向きに設置する場合を説明したが、地面と非平行あるいは平行に設置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をこれを収納するケース130の内部空間の形状を四角形形状としたが、四角形形状以外の多角形形状やその他の形状としてもよい。
また、上述した実施形態では、コンデンサ72、74をバスバー110の通電経路の投影面以外の領域に配置したが、さらに、回路基板120上であってこの通電経路から最も離れた位置(例えば、図4のBで示された領域)に配置することが望ましい。これにより、バスバー110に大電流が流れたときに発生する磁界のコンデンサ72、74への影響と、バスバー110の温度が上昇した場合の影響とも最も少なくすることができる。
上述したように、本発明によれば、バスバー110の通電経路の投影面以外の領域にコンデン72、74サを配置することにより、バスバー110に大電流が流れたときに発生する磁界のコンデンサ72、74への影響を少なくすることができ、電源回路70に接続された電流検出回路等の誤動作による信頼性低下を防止することができる。また、大電流が流れてバスバー110の温度が上昇した場合にその影響を軽減することができるため、コンデンサ72、74の劣化を防止することが可能となる。
70 電源回路
72、74 コンデンサ
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 (4)

  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、
    電流が流れる抵抗体と、
    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と、
    前記電流検出回路に動作電力を供給する電源回路と、
    前記電源回路の入力端子および出力端子の少なくとも一方に接続されて入出力電圧を平滑するコンデンサと、
    樹脂材料にて形成されるケースと、
    を備え、前記抵抗体は平板状の通電経路を折り返したU字形状を有し、
    前記2箇所は前記U字形状部の折り返し部分をはさんで離間して配置されるとともに、
    前記2箇所を含めて前記抵抗体のU字形状部が前記樹脂材料によってインサート成形され、
    前記コンデンサは、前記電流検出回路と前記電源回路が搭載される基板上であって前記通電経路の投影面以外の領域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、
    前記コンデンサは、前記抵抗体と前記電流検出回路の間を除いた領域に配置され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、
    前記コンデンサは、前記基板の一方の面側であって、前記抵抗体が配置された側に配置されることを特徴とする電流検出装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかにおいて、
    前記コンデンサは、前記基板上であって、前記抵抗体から最も離れた位置に配置されることを特徴とする電流検出装置。
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