JP5854282B2 - 電流センサ及び電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電流センサ及び電池モジュールに関する。

従来、電流センサとしては、自動車等に搭載される複数の単電池を備えた電池モジュールに取り付けられるものがある。
特許文献１は、組電池の電極間を接続する異形バスバーと、磁性体のコアと、ホールＩＣとを備えた電流センサが記載されており、異形バスバーを流れる電流をホールＩＣで検知できるようになっている。

この特許文献１の異形バスバーは、隣り合う電極間を接続するに際して隣り合う電極間を連ねる最短経路よりも大きく迂回する部分を有するとともに、この迂回する経路に組電池から離れる方向に屈曲された部分を有する。そして、この組電池から離れる方向に屈曲された部分にコア及びホールＩＣが組み付けられている。

特開２０１２−４９００６号公報

特許文献１の構成では、異形バスバーが複雑に曲げられているため、この異形バスバーを有する電流センサの構成が複雑になるという問題がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、電流センサの構成を簡素化することを目的とする。

本発明は、正極及び負極の電極端子を有する単電池を複数個並べて構成された単電池群における隣り合う単電池の電極端子間を導電性の極間接続部材で接続することで前記複数の単電池が直列接続又は並列接続される電池モジュールに取付けられる電流センサであって、前記直列接続又は前記並列接続の端部の電極端子と外部の端子とを電気的に接続する導電性の外部接続部材と、前記外部接続部材に取付けられて前記外部接続部材の電流を検出する検出部と、を備え、前記外部接続部材は、前記電極端子に接続される電極接続部と、前記電極接続部に連結されて前記電極接続部の板面とは異なる方向に延びる板面を有し、前記検出部が取付けられる連結部とを備え、前記連結部の板面は、前記単電池群における前記単電池の並び方向の端面に沿うように配置されている。

本構成によれば、外部接続部材の電流を検出する検出部が外部接続部材に取付けられる。この外部接続部材は、直列接続又は並列接続の端部の電極端子と外部の端子とを接続するものであるため、一般に、隣り合う単電池の電極端子間を接続する極間接続部材と比較して、特殊な形状に加工しなくても検出部を外部接続部材に取り付けることが可能になる。よって、電流センサの構成を簡素化することが可能になる。

上記構成の実施態様として以下の構成を有すれば好ましい。
・前記検出部は、前記外部接続部材を囲むように配される磁性体のコアと、前記コアのギャップに配される磁気電気変換素子とを備え、前記外部接続部材と前記コアとの相対的位置を位置決めするスペーサを備えている。
このようにすれば、スペーサにより外部接続部材に対するコアの位置を位置決めすることができる。

・前記スペーサは、前記コアに挿通される一対の挿通部を備え、前記一対の挿通部の間に前記外部接続部材が配される。
このようにすれば、簡素な構成で、外部接続部材とコアとの相対的位置を位置決めすることが可能になる。

・前記スペーサは、前記挿通部の挿通方向とは反対方向に係止する第１係止部と、前記スペーサの挿通方向に前止まりする第２係止部とを備える。
このようにすれば、簡素な構成でコアに対してスペーサの挿通方向における位置決めをすることが可能になる。

・前記外部接続部材の側縁部に前記スペーサに係止する突部が設けられている。
このようにすれば、外部接続部材に対するスペーサの位置を所定の範囲に保持することが可能になる。

・前記磁気電気変換素子からの信号が入力される回路基板を備え、前記スペーサには、前記回路基板の両側縁部が挿通される一対の溝部が形成されている。
このようにすれば、スペーサを利用して回路基板を所定の位置に装着することが可能になる。

・前記外部接続部材が収容されるケースを備えており、前記ケースには、前記コアが嵌め入れられる嵌入凹部が設けられている。
このようにすれば、ケースにより電流センサを保護するだけでなく、嵌入凹部にコアを嵌め入れることでコアの位置決めをすることが可能になる。

・相手側コネクタと嵌合することで前記検出部からの信号を外部に出力するコネクタ部を備える。
このようにすれば、電流センサと外部の端子との接続を容易に行うことが可能になる。

・前記単電池群と、前記極間接続部材と、前記電流センサと、を備えた電池モジュールとする。

本発明によれば、電流センサの構成を簡素化することが可能になる。

実施形態１の電池モジュールを示す斜視図 電流センサを示す斜視図 電流センサを示す平面図 図３のＡ−Ａ断面図 電流センサを示す右側面図 電流センサを示す背面図 図６のＢ−Ｂ断面図 図６のＣ−Ｃ断面図 電流センサの組み付けを説明する図 外部接続部材にスペーサ及び検出部が装着された状態を示す斜視図 外部接続部材にスペーサ及び検出部が装着された状態を示す正面図 外部接続部材にスペーサ及び検出部が装着された状態を示す右側面図 外部接続部材にスペーサ及び検出部が装着された状態を示す左側面図 外部接続部材にスペーサ及び検出部が装着された状態を示す底面図 電流センサの分解斜視図 外部接続部材にコアが装着された状態を示す背面図

＜実施形態１＞
実施形態１について、図１〜図１６を参照して説明する。
本実施形態の電流センサ１０は、例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車等の車両の駆動源として使用される電池モジュール１１に取付けられるものである。以下では、前後方向については、図１の左斜め上方を前方、右斜め下方を後方（図５の右方を前方、左方を後方）とし、上下方向及び左右方向については、図６を基準として説明する。

電池モジュール１１は、図１に示すように、単電池１２を複数個（本実施形態では、１４個）並べて構成された単電池群と、複数の単電池１２の隣り合う単電池１２の電極端子１４Ａ，１４Ｂ間を接続して複数の単電池１２を直列接続する導電性の複数の極間接続部材１６と、直列接続の一方の端部の電極端子１４Ａから外部に送出（送電）される電流を検出する電流センサ１０とを備える。

単電池１２は、内部に図示しない発電要素が収容された扁平な直方体状の本体部１３の上端面から垂直に突出するボルト状の電極端子１４Ａ，１４Ｂ（正極を１４Ａ，負極を１４Ｂとして図示）を有する。

電極端子１４Ａ，１４Ｂは、各本体部１３における上面の左右に一対設けられており、この左右一対の電極端子１４Ａ，１４Ｂの極性は逆になっている。
なお、本体部１３の上面の電極端子１４Ａ，１４Ｂが突き出る部分は、本体部１３の上面から所定の厚みで円形状の載置部１５が突出している。載置部１５は、合成樹脂の隔壁の内側において電極端子１４Ａ，１４Ｂの基端部に連なる金属からなり、隔壁よりも高い位置に突き出た載置面に極間接続部材１６や後述する外部接続部材１７が載置される。

各単電池１２の極性（正負）の向きは、互いに隣り合う単電池１２が逆向きになるように配置されており、これにより、互いに異極の電極端子１４Ａ，１４Ｂが隣り合うように構成されている。これら複数の単電池１２は図示しない保持板によって固定されている。

極間接続部材１６は、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム等の金属からなり、概ね長方形の板状をなし、棒状の電極端子１４Ａ，１４Ｂが挿通される一対の挿通孔（図示しない）を有する。
極間接続部材１６の一対の挿通孔に隣り合う一対の電極端子１４Ａ，１４Ｂが挿通された状態で、電極端子１４Ａ，１４Ｂのネジ山にナット６２のネジ溝を螺合させて極間接続部材１６が載置部１５側に締結される。

電流センサ１０は、図７に示すように、直列接続の一方の端部の電極端子１４Ａと外部の端子（図示しない）とを接続する導電性の外部接続部材１７と、外部接続部材１７に取付けられて外部接続部材１７の電流を検出する検出部３２と、検出部３２に組み付けられて検出部３２を所定の位置に保持するスペーサ３７と、外部接続部材１７、検出部３２及びスペーサ３７が収容されるケース５１とを備える。

外部接続部材１７は、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム等の金属からなり、金属板材を展開形状に打ち抜く打ち抜き加工を行うとともに曲げ加工を行うことで形成され、図１５に示すように、直列接続の端部に位置する電極端子１４Ａと接続される電極接続部１８と、電線２０の端末部に接続される電線接続部２３と、電極接続部１８と電線接続部２３を連結する連結部２７とを備えている。

電極接続部１８は、電極端子１４Ａの載置部１５に載置される部分の幅寸法がわずかに拡径されるとともに、その拡径された部分の中心部に棒状の電極端子１４Ａが挿通される挿通孔１９が貫通している。

電線２０は、図９に示すように、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等からなる金属素線を螺旋状に撚り合わせてなる芯線２１を樹脂製の絶縁被覆２２（絶縁層）で被覆したものであり、その端末部においては、絶縁被覆２２が剥き取られて芯線２１が露出されている。

この電線２０は、一方の端部側（図９で示された部分）が外部接続部材１７を介して直列接続の端部の電極端子１４Ａに電気的に接続されるとともに、他方の端部側（図示しない）に端子金具が圧着等の公知の接続手段で接続されており、当該他方の端部側の端子金具が、他のバッテリやインバータ等の外部の機器の端子に接続される。これにより、直列接続の一方の端部の電極端子１４Ａと他方の端部の電極端子１４Ｂは、外部の機器等における正負一対の端子である外部の端子に電気的に接続される。

電線接続部２３は、電線２０の芯線２１の部分を圧着するワイヤバレル部２４と、電線２０の絶縁被覆２２の上からかしめて保持するインシュレーションバレル部２６とを備える。
ワイヤバレル部２４は、いわゆるオープンバレル形であって、一対のかしめ片を有し、電線２０の絶縁被覆２２が剥がされて露出した芯線２１の端末を包み込むようにかしめて圧着する。

ワイヤバレル部２４の内面には、芯線２１の外面の酸化膜を破るためのセレーション２５が凹設されている。
インシュレーションバレル部２６は、いわゆるオープンバレル形であって、一対のかしめ片を有し、ワイヤバレル部２４の前方に配される。

連結部２７は、図１５に示すように、電極接続部１８及び電線接続部２３の板面方向に対して板面が直交する方向（電極接続部１８及び電線接続部２３と異なる方向）に延びており、電極接続部１８及び電線接続部２３から下方に延出された第１延出部２８及び第２延出部２９と、第１延出部２８及び第２延出部２９の各下端部を連結する連結本体３０とを有する。

第１延出部２８及び第２延出部２９と連結本体３０とは、同一平面内において曲がった方向に延びている。具体的には、第１延出部２８と連結本体３０とが連なる部分の外周縁は、円弧状に湾曲しており、第２延出部２９と連結本体３０とが連なる部分は、直角に屈曲されている。
連結本体３０は、左右方向に延びており、連結本体３０における第１延出部２８側の外周縁には、矩形状の突部３１が形成されている。
このような形状の連結部２７は、その板面の全体が単電池群の正面（端部の単電池１２の正面）に沿うように配置される。

検出部３２は、図８に示すように、外部接続部材１７の周囲に配される磁性体のコア３３と、コア３３のギャップ３４に配されるホールＩＣ３５と、ホールＩＣ３５が取付けられる回路基板３６とを備える。
コア３３は、両端がギャップ３４（隙間）を有して対向するＣ字状であって、外部接続部材１７の周囲を囲むように配される。

ホールＩＣ３５は、磁束を電気信号に変換する磁気電気変換素子としてのホール素子とホール素子からの出力信号を電流センサの出力電圧に変換するＩＣ（Integrated Circuit）とがパッケージ化されたものであり、回路基板３６の導電路に実装されている。

回路基板３６は、長方形状であって、プリント配線された導電路を有し、ホールＩＣ３５からの信号を伝送する回路を有する。
ホールＩＣ３５からの信号は、回路基板３６の回路を介して増幅されてケース５１のコネクタ部５３に出力される。

スペーサ３７は、図１５に示すように、コア３３に挿通される板状の前後一対の挿通部３８，３９と、一対の挿通部３８，３９の上下の端部に設けられ、コア３３に対して挿通方向とは反対方向に係止する第１係止部４０と、一対の挿通部３８，３９の挿通の際にコア３３に当接して前止まりする第２係止部４３と、回路基板３６が装着される基板装着部４６とを備える。
一対の挿通部３８，３９間は、外部接続部材１７の連結部２７をほぼ隙間なく（又はわずかな隙間を有して）挿通可能な間隔を有するとともに、一対の挿通部３８，３９がコア３３に挿通された際にコア３３の内周にほぼ隙間（又はわずかな隙間を有して）なく嵌め入れられるように形成されている。

第１係止部４０は、一対の挿通部３８，３９の側端部間に上下一対設けられており、撓み変形可能な撓み片４１と、撓み片４１の先端部に設けられた係止爪部４２とを備える。
撓み片４１の基端部は、左右方向において挿通部３８，３９の基端部側に固定されている。
係止爪部４２は、撓み片４１の先端部に設けられており、外方側に段差状に突出し、先端側に向けて傾斜状に突出寸法が小さくなる形状をなす。
下方側の第１係止部４０の後端部は、外部接続部材１７の突部３１に係止することで、挿通部３８，３９の挿通方向とは反対方向について外部接続部材１７とスペーサ３７との間の移動を規制する。

第２係止部４３は、各挿通部３８，３９の外面に設けられており、共に、図１１に示すように、挿通部３８，３９の高さの全体に亘って上下方向に延びており、一対の挿通部３８，３９をコア３３の内側に挿通すると、第２係止部４３がコア３３の挿入方向の後方側の内周縁に当接する。
これにより、スペーサ３７は、コア３３に対して左右方向の一方が第１係止部４０に係止され、左右方向の他方が第２係止部４３に係止されるため、スペーサ３７の挿通方向（左右方向）においてコア３３に対してスペーサ３７が位置決めがされる。

一対の挿通部３８，３９の挿通方向の後方（図１１の左方）は、外部接続部材１７の前方側の面を所定の範囲で覆う壁部４４とされるとともに、壁部４４と基板装着部４６との間は、図１５に示すように、連結壁４５で連結されている。

基板装着部４６は、回路基板３６と対向する対向壁４７と、対向壁４７の上下の端縁に設けられた一対の側壁４８，４８とを有する。
対向壁４７は、右方側が矩形状に切欠かれた切欠部４７Ａとされている。
一対の側壁４８，４８の内面側には、回路基板３６の側縁部が挿通される溝部４９が形成されている。

溝部４９の内側には、回路基板３６の側縁部に設けられた凹部３６Ａに係止する凸部５０が設けられており、回路基板３６が溝部４９の所定の位置まで挿通されると凹部３６Ａと凸部５０が嵌合することで、回路基板３６が基板装着部４６に位置決めされる。

ケース５１は、一対の分割部材５４，５５を嵌め合わせて構成され、共に底壁５６と、底壁５６の縁部から立ち上がる側壁５７とを有するとともに、各分割部材５４，５５には、検出部３２及びスペーサ３７の形状に対応した箱部５２を備える。
一方の分割部材５４の側壁５７は、他方の分割部材５５の側壁５７の内側に配される。
分割部材５５の箱部５２の右側面には、図５に示すように、外部のコネクタと接続可能なコネクタ部５３が形成されている。

コネクタ部５３は、雌型であって、内部にコネクタ端子５３Ａを有する。
相手側コネクタ（図示しない）は、電線（図示しない）の端末部に接続されており、この電線は、図示しない外部の電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に接続される。
これにより、電流センサ１０が検出した電流に応じた信号は、コネクタ部５３及び外部の電線を介して電池ＥＣＵに与えられる。

各分割部材５４，５５の箱部５２には、図１５に示すように、コア３３が嵌め入れられる嵌入凹部５８が設けられており、分割部材５４の外面は、嵌入凹部５８の外面側が突出する嵌入凸部５８Ａとされている。
また、一方の分割部材５４の側壁５７の外面には、被係合部５９が間隔を開けて複数設けられ、他方の分割部材５５の側壁５７の内面には、被係合部５９に係合して分割部材５４，５５が嵌め合わされた状態に保持する係合部６０が間隔を開けて複数設けられている。

被係合部５９は、側壁５７の外面から段差状に突出し、側壁５７の先端側に向けて傾斜状に突出寸法が小さくなる形状を有する。
係合部６０は、他方の分割部材５５の側壁５７を矩形状に切欠いて形成され、一対の分割部材５４，５５を嵌め合わせた状態で被係合部５９の段差部分に係合する。

一方の分割部材５４の電線接続部２３が配される部分の側壁５７の前端部には、その外面側に嵌合凸部６３が設けられるとともに、他方の分割部材５５の対応する部分には、嵌合凸部６３が嵌め入れられる嵌合凹部６１が設けられている。

本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
本実施形態によれば、外部接続部材１７の電流を検出する検出部３２が外部接続部材１７に取付けられる。この外部接続部材１７は、直列接続（又は並列接続）の端部の電極端子１４Ａと外部の端子とを接続するものであるため、一般に、隣り合う単電池１２の電極端子１４Ａ，１４Ｂ間を接続する極間接続部材１６と比較して、特殊な形状に加工しなくても検出部３２を外部接続部材１７に取り付けることが可能になる。よって、電流センサ１０の構成を簡素化することが可能になる。

また、検出部３２は、外部接続部材１７を囲むように配される磁性体のコア３３と、コア３３のギャップ３４に配されるホール素子（磁気電気変換素子）とを備え、外部接続部材１７とコア３３との相対的位置を位置決めするスペーサ３７を備えている。
このようにすれば、スペーサ３７により、外部接続部材１７に対するコア３３の位置を位置決めすることができる。

さらに、スペーサ３７は、コア３３に挿通される一対の挿通部３８，３９を備え、一対の挿通部３８，３９の間に外部接続部材１７が配される。
このようにすれば、簡素な構成で、外部接続部材１７とコア３３との相対的位置を位置決めすることが可能になる。

また、スペーサ３７は、挿通部３８，３９の挿通方向とは反対方向に係止する第１係止部４０と、スペーサ３７の挿通方向に前止まりする第２係止部４３とを備える。
このようにすれば、簡素な構成でコア３３に対してスペーサ３７の挿通方向における位置決めをすることが可能になる。

さらに、外部接続部材１７の側縁部にスペーサ３７に係止する突部３１が設けられている。
このようにすれば、外部接続部材１７に対するスペーサ３７の位置を所定の範囲に保持することが可能になる。

また、ホール素子（磁気電気変換素子）からの信号が入力される回路基板３６を備え、スペーサ３７には、回路基板３６の両側縁部が挿通される一対の溝部４９が形成されている。
このようにすれば、スペーサ３７を利用して回路基板３６を所定の位置に装着することが可能になる。

さらに、外部接続部材１７が収容されるケース５１を備えており、ケース５１には、コア３３が嵌め入れられる嵌入凹部５８が設けられている。
このようにすれば、ケース５１により電流センサ１０を保護するだけでなく、嵌入凹部５８にコア３３を嵌め入れることでコア３３の位置決めをすることが可能になる。

相手側コネクタと嵌合することで検出部３２からの信号を外部に出力するコネクタ部５３を備える。
このようにすれば、電流センサ１０と外部の端子との接続を容易に行うことが可能になる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、複数の単電池１２を直列に接続する電池モジュール１１に取付けられる電流センサ１０であったが、これに限らず、複数の単電池１２を並列に接続する電池モジュール１１に取付けられる電流センサとしてもよい。

（２）上記実施形態では、検出部３２は、回路基板３６を備える構成としたが、回路基板３６を備えない検出部としてもよい。例えば、ホール素子又はホールＩＣ３５からの信号が回路基板３６を介さずに外部に出力されるようにしてもよい。

１０…電流センサ
１１…電池モジュール
１２…単電池
１４Ａ，１４Ｂ…電極端子
１６…極間接続部材
１７…外部接続部材
１８…電極接続部
２０…電線
２３…電線接続部
２７…連結部
３０…連結本体
３１…突部
３２…検出部
３３…コア
３５…ホールＩＣ
３６…回路基板
３７…スペーサ
３８，３９…挿通部
４０…第１係止部
４３…第２係止部
４６…基板装着部
４９…溝部
５０…凸部
５１…ケース
５３…コネクタ部
５４，５５…分割部材
５８…嵌入凹部
６１…凹部

Claims (9)

1. 正極及び負極の電極端子を有する単電池を複数個並べて構成された単電池群における隣り合う単電池の電極端子間を導電性の極間接続部材で接続することで前記複数の単電池が直列接続又は並列接続される電池モジュールに取付けられる電流センサであって、
   前記直列接続又は前記並列接続の端部の電極端子と外部の端子とを電気的に接続する導電性の外部接続部材と、
   前記外部接続部材に取付けられて前記外部接続部材の電流を検出する検出部と、を備え、
   前記外部接続部材は、前記電極端子に接続される電極接続部と、前記電極接続部に連結されて前記電極接続部の板面とは異なる方向に延びる板面を有し、前記検出部が取付けられる連結部とを備え、
   前記連結部の板面は、前記単電池群における前記単電池の並び方向の端面に沿うように配置されている、電流センサ。
2. 前記検出部は、前記外部接続部材を囲むように配される磁性体のコアと、
   前記コアのギャップに配される磁気電気変換素子とを備え、
   前記外部接続部材と前記コアとの相対的位置を位置決めするスペーサを備えている請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記スペーサは、前記コアに挿通される一対の挿通部を備え、前記一対の挿通部の間に前記外部接続部材が配される請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記スペーサは、前記挿通部の挿通方向とは反対方向に係止する第１係止部と、前記スペーサの挿通方向に前止まりする第２係止部とを備える請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記外部接続部材の側縁部に前記スペーサに係止する突部が設けられている請求項２又は請求項３に記載の電流センサ。
6. 前記磁気電気変換素子からの信号が入力される回路基板を備え、
   前記スペーサには、前記回路基板の両側縁部が挿通される一対の溝部が形成されている請求項２ないし請求項５のいずれか一項に記載の電流センサ。
7. 前記外部接続部材が収容されるケースを備えており、
   前記ケースには、前記コアが嵌め入れられる嵌入凹部が設けられている請求項２ないし請求項６のいずれか一項に記載の電流センサ。
8. 相手側コネクタと嵌合することで前記検出部からの信号を外部に出力するコネクタ部を備える請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の電流センサ。
9. 前記単電池群と、前記極間接続部材と、請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の電流センサと、を備えた電池モジュール。

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