KR101374381B1 - 차량용 전류센서 및 그 제조방법 - Google Patents

차량용 전류센서 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101374381B1
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Abstract

저항체의 온도를 정확히 측정하여 저항체의 저항값 변화를 반영함으로써 정밀한 전류값을 얻을 수 있는 고정밀의 차량용 전류센서 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 차량용 전류센서는 일측에 외부의 장치와 연결을 위한 커넥터부가 형성되고, 내부에는 상면이 개구된 수용공간이 형성되어 있는 하우징, 일단은 커넥터부 내에 위치하고, 타단은 수용공간 내에 노출되어 있는 커넥터 터미널, 중앙의 션트저항과 양단의 단자로 이루어져, 션트저항이 하우징의 하부에 삽입되어 있는 저항체, 수용공간에 수용되며, 저항체 및 커넥터 터미널과 전기적으로 연결되어, 저항체의 저항값과 저항체에서의 전압 강하를 이용하여 전류값을 측정하고 측정된 값에 따른 전기 신호를 커넥터 터미널을 통하여 외부의 장치로 출력하는 회로기판, 수용공간을 덮는 커버, 회로기판의 하면에 실장되되, 션트저항의 바로 위쪽에 밀착되도록 위치하는 온도센서를 포함한다.

Description

차량용 전류센서 및 그 제조방법{Current Sensor for vehicle and manufacturing method thereof}
본 발명은 차량용 전류센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 차량의 배터리에서 각종 전기장치로 공급되는 전류의 양을 정밀하게 측정할 수 있는 차량용 전류센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차에는 엔진의 시동장치나 점화장치의 전장품을 비롯하여 램프류, 에어컨 장치 등 운전자 편의 및 안전을 위한 많은 전기장치 즉, 전기부하가 구비되어 있으며, 이러한 전기부하에 전력을 공급하는 전원으로 배터리와 발전기가 있다. 이러한 배터리와 발전기에서 공급되는 전원에 의해 자동차 내에 구비된 부하에 전원을 공급함에 있어서, 자동차의 전기 배선은 배터리와 메인 릴레이(main relay)에서 정션박스(junction box)로 집결되어 그 곳에서 다시 예컨대, 모터 및 램프와, 시계, 오디오, 부저 등의 기타 부하 등의 자동차 전체의 전기부하로 분산되도록 연결되어 있다. 또한, 이러한 전기장치들의 경우 공급되는 전류를 감지하여 동작하기에 충분한 전류가 공급되는지 판단하여 작동상태를 표시하거나 경고한다.
최근에는 환경 친화적 차량으로서 전기 자동차, 하이브리드 차량 및 연료 전지 차량이 크게 주목받고 있다. 전기 자동차는 배터리를 주 동력원으로 사용하는데, 이 주 동력원의 에너지 입출력 관리는 메인 배터리의 출력단에 설치되어 있는 전류센서에 의해 검출되어 배터리 관리 시스템(Battery Management System:BMS)에서 판독 연산 처리된 전류량에 의해 제어된다.
이와 같이 자동차에서 메인 배터리의 전류값은 자동차의 안정적인 제어를 위하여 상당한 중요 요소 중의 하나로 전류값의 검출에 있어 정확성의 확보는 매우 중요하다.
전류값의 검출을 위한 전류센서로 션트저항을 이용한 전류센서가 U.S. Pat. No. 4,675,255에 개시되어 있다. 그러나 이 전류센서는 션트저항의 저항값이 온도에 따라 변해 대전류가 흐르는 경우 정확한 전류값을 측정하지 못하는 문제가 있다. 또한, 다수의 부품들로 회로가 구성되어 제조 시 공수 증가로 제조비용이 많이 드는 문제가 있다.
US4675255(J.M.J. Technologies Inc.) 1987.6.23.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저항체의 온도를 정확히 측정하여 저항체의 저항값 변화를 반영함으로써 정밀한 전류값을 얻을 수 있는 고정밀의 차량용 전류센서를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 부품을 간소화하여 제조비용을 절감할 수 있는 차량용 전류센서를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 전류센서는 일측에 외부의 장치와 연결을 위한 커넥터부가 형성되고, 내부에는 상면이 개구된 수용공간이 형성되어 있는 하우징, 일단은 상기 커넥터부 내에 위치하고, 타단은 상기 수용공간 내에 노출되어 있는 커넥터 터미널, 중앙의 션트저항과 양단의 단자로 이루어져, 상기 션트저항이 상기 하우징의 하부에 삽입되어 있는 저항체, 상기 수용공간에 수용되며, 상기 저항체 및 상기 커넥터 터미널과 전기적으로 연결되어, 상기 저항체의 저항값과 상기 저항체에서의 전압 강하를 이용하여 전류값을 측정하고 측정된 값에 따른 전기 신호를 상기 커넥터 터미널을 통하여 외부의 장치로 출력하는 회로기판, 상기 수용공간을 덮는 커버, 상기 회로기판의 하면에 실장되되, 상기 션트저항의 바로 위쪽에 밀착되도록 위치하는 온도센서를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 정밀한 전류값을 구할 수 있어 자동차의 전기장치 제어에 신뢰성을 제공한다. 또한, 온도 센서가 마이크로프로세서에 내장됨으로써 부품 수가 줄어 작업 공수가 절감되며, 결과적으로 제조비용을 절감할 수 있는 장점이 있다. 더불어, 회로기판을 하우징에 안착 시, 핀홀과 전극홀이 정렬되어 조립성이 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전류센서의 사시도
도 2는 도 1의 차량용 전류센서에서 커버를 제거한 사시도
도 3은 도 1의 차량용 전류센서에서 커버와 회로기판을 제거한 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항체의 사시도
도 5는 도 1의 차량용 전류센서의 A-A선에 따른 단면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판의 회로도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전류센서의 제조방법의 흐름도
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전류센서의 사시도이고, 도 2는 도 1의 차량용 전류센서에서 커버를 제거한 사시도이고, 도 3은 도 1의 차량용 전류센서에서 커버와 회로기판을 제거한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항체의 사시도이고, 도 5는 도 1의 차량용 전류센서의 A-A선에 따른 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판의 회로도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전류센서의 제조방법의 흐름도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 전류센서(100)는 하우징(10), 커넥터 터미널(20), 저항체(30), 회로기판(40), 온도센서(50), 실링부재(60), 커버(70)를 포함한다.
하우징(10)의 일측에는 외부기기와의 연결을 위한 커넥터부(11)가 형성되어 있다. 내부에는 상면부위가 개구된 수용공간(12)이 형성되어 있다. 또한, 내부의 수용공간(12)은 아래에서 설명할 회로기판(40)을 지지하기 위하여 양단 모서리부가 회로기판(40)에 실장된 칩 높이 이상으로 돌출되어 있다. 하우징(10)은 내화학성, 내열성, 내전도성, 내구성 등이 좋은 고무나 합성수지로 사출 성형하여 제작될 수 있다. 예로, PPS(Polyphenylene Sulfide)나 PBT(Polybutylene terephthalate)등이 이용될 수 있다. 또한, 아래에서 설명할 커넥터 터미널(20)과 저항체(30)를 안정적으로 고정하기 위해 이들을 인서트한 후 사출 성형하여 제작될 수 있다.
커넥터 터미널(20)의 일단은 커넥터부(11) 내에 위치하고, 타단은 수용공간(12) 내에 노출되어 있다. 커넥터부(11) 내에 위치하는 일단은 외부의 하니스와 연결되고, 수용공간(12)내에 노출되어 있는 타단은 회로기판(40)과 연결되어, 회로기판(40)으로부터 출력되는 전류값을 외부의 하니스(harness, 미도시)를 통해 차량의 제어부(ECU)로 송출하는 기능을 한다. 커넥터 터미널(20)은 금이나 구리 같은 전기 전도성이 좋은 금속 소재로 만들어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 저항체(30)는 중앙의 션트저항(31)과 양단의 단자(32)로 이루어진다. 션트저항(31)은 저항온도계수가 낮은 금속재료인 구리-망간-니켈계 합금, 구리-니켈계 합금, 니켈-크롬계 합금, 철-크롬계 합금 등으로 제작될 수 있다. 단자(32)는 구리나 구리 합금 등과 같은 낮은 저항을 갖는 금속으로 제작된다. 션트저항(31)과 단자(32)는 용접에 의해 접합될 수 있다. 또한, 단자(32)에는 돌출된 전극핀(33)이 형성된다. 전극핀(33)은 레이저용접을 통해 단자(32)에 접합될 수 있다. 이렇게 제작된 저항체(30)는 하우징(10)의 하부에 가로질러 삽입된다. 위에서 기술한 바와 같이 저항체(30)와 하우징(10)은 인서트 사출에 의해 일체로 제작될 수 있다. 저항체(30)의 양단의 단자(32)에는 체결 홀(34)이 형성되는데 체결 홀(34)을 통해 저항체(30)의 일단은 차량의 샤시(미도시)에 접지되고 타단은 배터리(44)의 마이너스 단자에 연결된다.
회로기판(40)은 하우징(10)의 수용공간(12)에 수용되며 커넥터 터미널(20) 및 저항체(30)와 전기적으로 연결된다. 그리하여 저항체(30)의 저항값과 저항체(30)에서의 전압 강하를 이용하여 전류값을 측정하고 측정된 값에 따른 전기 신호를 커넥터 터미널(20)을 통하여 외부의 장치로 출력한다. 이러한 기능을 수행하기 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 회로기판(40)에는 저항체(30)의 출력 전압과 배터리(44)로부터 입력되는 전압을 측정하기 위해 전압을 16비트의 디지털 신호로 변환하는 아날로그디지털 변환기(41), 데이터를 송수신하기 위한 계측 제어기 통신망(Controller Area Network; 이하 CAN) 드라이버, 저항체(30)의 온도를 측정하는 온도센서(50), 복수 개의 입력신호로부터 하나를 선택하여 단일의 출력을 내보내는 멀티플렉서(42), 이상의 것들을 제어하기 위한 마이크로프로세서(43)가 실장될 수 있다. 따라서, 만약 전원이 공급되면 마이크로프로세서(43)가 멀티플렉서(42)를 제어하여 저항체(30)의 출력전압과 저항체(30)의 온도를 순차적으로 입력 받고, 온도에 따른 저항체(30)의 보정된 저항값을 구하여 전류값을 산출하게 된다. 이렇게 구해진 전류 값은 CAN통신을 통해 차량의 제어부(ECU)로 송출된다. 그리고 상기의 부품들은 마이크로프로세서(43)에 내장되어 원 칩(one chip)으로 형성될 수 있는데, 마이크로프로세서(43)에 온도센서(50)를 포함한 칩들이 내장됨으로써 부품가격이 내려가고, 작업 공수가 줄어 제조원가를 낮출 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 저항체(30)의 단자(32)에는 돌출된 전극핀(33)이 형성되어 있다. 그리고 회로 기판에는 핀홀(40a)이 형성되어, 회로기판(40)이 수용공간(12)에 수용될 때 전극핀(33)과 핀홀(40a)이 서로 정렬된다. 또한, 회로기판(40)에는 커넥터 터미널(20)에 대응하는 커넥터 터미널 홀(42)이 형성되어 있다. 따라서, 회로기판(40)을 하우징(10)에 안착하는 것이 용이해지므로 공수가 절감되어 제조원가를 낮출 수 있다. 그리고, 회로기판(40)과 커넥터 터미널(20), 회로기판(40)과 저항체(30)와의 연결을 위해 납땜이 실시될 수 있다.
온도센서(50)는 회로기판(40)의 하면에 실장되되, 션트저항(31)의 바로 위쪽에 밀착되도록 위치한다. 온도센서(50)를 션트저항(31)의 바로 위쪽에 밀착되도록 위치시키는 것은 션트저항(31)의 온도를 정확히 측정하기 위해서이다. 션트저항(31)은 저항온도계수가 낮은 금속재료가 사용되므로 온도변화에 따른 저항값의 변화가 크지는 않지만, 정밀한 전류 측정을 위해서는 션트저항(31)의 온도를 측정하여 저항 값을 보정해주어야 한다.
하우징(10) 내에 배치된 회로기판(40)이 유동하는 것을 방지하기 위해 그 내부에 에폭시 등 젤타입의 경화성 밀봉재가 회로기판(40)의 상부에 충전된다.
커버(70)는 하우징(10)의 개구된 상면 부위를 폐쇄할 수 있는 크기로 제조된다. 이러한 커버(70)를 하우징(10)의 개구된 상면 부위에 결합시킴으로써, 몸체부의 수용공간(12)에 수용된 회로기판(40)을 보호할 수 있게 된다. 커버(70)는 플라스틱 등의 절연 소재로 제조될 수 있다. 커버(70)는 하우징(10)에 레이저 용접 또는 초음파 융착기 등에 의해 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 전류센서(100) 제조방법을 도7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 저항체(30)를 준비한다(S10). 저항체(30)는 중앙의 션트저항(31)과 양단의 단자(32)로 구성된다. 션트저항(31)으로는 저항온도계수가 낮은 금속재료인 구리-망간-니켈계 합금, 구리-니켈계 합금, 니켈-크롬계 합금, 철-크롬계 합금 등이 이용될 수 있다. 단자(32)는 구리나 구리 합금 등과 같은 낮은 저항을 갖는 금속으로 제작될 수 있다. 션트저항(31)과 단자(32)는 용접을 해서 접합한다. 저항체(30)의 양단의 단자(32)에는 체결 홀(34)이 형성될 수 있다. 저항체(30)의 일단은 배터리의 마이너스 단자(32)에 연결되고, 타단은 차제에 연결되어 접지된다.
저항체(30)의 단자(32)에 전극핀을 접합한다(S20). 접합은 레이져 용접을 통해 이루어질 수 있다.
하우징(10)을 다음과 같이 마련한다(S30). 전극핀(33)이 결합된 저항체(30)와 커넥터 터미널(20)을 인서트하여 사출 성형한다. 하우징(10)의 일측에는 커넥터부(11)가, 내부에는 수용공간(12)이 형성되도록 하며, 전극핀(33)과 커넥터 터미널(20)의 일단이 사출물 위로 돌출되도록 한다. 하우징(10)은 내화학성, 내열성, 내전도성, 내구성 등이 좋은 고무나 합성수지를 사출하여 성형할 수 있다. 예로, PPS(Polyphenylene Sulfide)나 PBT(Polybutylene terephthalate)등이 이용될 수 있다.
회로기판(40)을 다음과 같이 마련한다(S40). 전극핀(33)과 커넥터 터미널(20)에 대응되는 핀홀(40a)이 형성되도록 회로기판(40)을 형성한다. 회로기판(40)에는 저항체(30)의 출력 전압과 배터리(44)로부터 입력되는 전압을 측정하기 위해 전압을 16비트의 디지털 신호로 변환하는 아날로그디지털 변환기(41), 데이터를 송수신하기 위한 계측 제어기 통신망(Controller Area Network; 이하 CAN) 드라이버, 저항체(30)의 온도를 측정하는 온도센서(50), 복수 개의 입력신호로부터 하나를 선택하여 단일의 출력을 내보내는 멀티플렉서(42), 이상의 것들을 제어하기 위한 마이크로프로세서(43)가 실장될 수 있다. 따라서, 만약 전원이 공급되면 마이크로프로세서(43)가 멀티플렉서(42)를 제어하여 저항체(30)의 출력전압과 저항체(30)의 온도를 순차적으로 입력 받고, 온도에 따른 저항체(30)의 보정된 저항값을 구하여 전류값을 산출하게 된다. 이렇게 구해진 전류 값은 CAN통신을 통해 차량의 제어부(ECU)로 송출된다. 그리고 상기의 부품들은 마이크로프로세서(43)에 내장되어 원 칩(one chip)으로 형성될 수 있는데, 마이크로프로세서(43)에 온도센서(50)를 포함한 칩들이 내장됨으로써 부품가격이 내려가고, 작업 공수가 줄어 제조원가를 낮출 수 있다.
하우징(10)의 전극핀(33)과 회로기판(40)의 핀홀(40a)을 맞추어 하우징(10)에 회로기판(40)을 안착시킨다(S50). 회로 기판에는 핀홀(40a)이 형성되어, 회로기판(40)이 수용공간(12)에 수용될 때 전극핀(33)과 핀홀(40a)이 서로 정렬이 되므로 회로기판(40)을 하우징(10)에 안착하는 것이 용이해져 공수가 절감된다. 따라서, 제조원가를 낮출 수 있다. 그리고, 회로기판(40)과 커넥터 터미널(20), 회로기판(40)과 저항체(30)와의 연결을 위해 핀홀(40a)을 통하여 회로기판(40)위로 돌출된 전극핀(33)을 회로기판(40)에 솔더링한다.
회로기판(40)의 상부에 경화성 실링부재(60)를 충전한다(S60). 회로기판(40)의 상부를 경화성 실링부재(60)로 충전함으로써, 하우징(10) 내에 배치된 회로기판(40)이 유동하는 것이 방지된다.
실링부재(60)의 상부에 커버(70)를 씌운다(S70). 커버(70)는 하우징(10)의 개구된 상면 부위를 폐쇄할 수 있는 크기로 제조된다. 커버(70)를 하우징(10)의 개구된 상면 부위에 결합시킴으로써, 하우징(10)의 수용 공간에 수납된 회로기판(40)을 보호할 수 있게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 하우징 11: 커넥터부
12: 수용공간 20: 커넥터 터미널
21: 션트저항 22: 단자
30: 저항체 40: 회로기판
50: 온도센서 60: 실링부재
70: 커버

Claims (5)

  1. 일측에 외부의 장치와 연결을 위한 커넥터부가 형성되고, 내부에는 상면이 개구된 수용공간이 형성되어 있는 하우징;
    일단은 상기 커넥터부 내에 위치하고, 타단은 상기 수용공간 내에 노출되어 있는 커넥터 터미널;
    중앙의 션트저항과 양단의 단자로 이루어져, 상기 션트저항이 상기 하우징의 하부에 삽입되어 있는 저항체;
    상기 수용공간에 수용되며, 상기 저항체 및 상기 커넥터 터미널과 전기적으로 연결되어, 상기 저항체의 저항값과 상기 저항체에서의 전압 강하를 이용하여 전류값을 측정하고 측정된 값에 따른 전기 신호를 상기 커넥터 터미널을 통하여 외부의 장치로 출력하는 회로기판;
    상기 수용공간을 덮는 커버; 및
    상기 회로기판의 하면에 실장되되, 상기 션트저항의 바로 위쪽에 밀착되도록 위치하는 온도센서;를 포함하되,
    상기 저항체의 단자에는 돌출된 전극핀이 형성되고, 상기 회로기판에는 핀홀이 형성되어, 상기 회로기판이 상기 수용공간에 수용될 때 상기 전극핀과 상기 핀홀이 서로 정렬되는 차량용 전류센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판의 상부에 충전되는 경화성 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전류센서.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판에는 마이크로프로세서가 실장되어 있으며, 상기 마이크로프로세서에 상기 온도센서가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 전류센서.
  5. 중앙의 션트저항과 양단의 단자로 이루어진 저항체를 준비하는 단계;
    상기 저항체의 단자에 전극핀을 접합하는 단계;
    상기 전극핀이 결합된 저항체와 커넥터 터미널을 인서트하여 하우징을 사출 성형하되, 일측에는 커넥터부가, 내부에는 수용공간이 형성되도록 하며, 전극핀과 커넥터 터미널의 일단이 사출물 위로 돌출되도록 하우징을 성형하는 단계;
    상기 전극핀과 커넥터 터미널에 대응되는 핀홀이 형성되어 있고, 칩들이 실장된 회로기판을 준비하는 단계;
    상기 전극핀과 상기 핀홀을 맞추어 상기 하우징에 상기 회로기판을 안착하는 단계;
    상기 회로기판의 핀홀을 통하여 회로기판위로 돌출된 전극핀을 상기 회로기판에 솔더링 하는 단계;
    상기 회로기판의 상부를 경화성 실링부재로 충전하는 단계;
    상기 실링부재의 상부에 커버를 씌우는 단계;
    를 포함하는 차량용 전류센서 제조방법.
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