WO2012132470A1 - シャント抵抗器の接続端子、及びバッテリー状態検知装置 - Google Patents

Abstract

　シャント抵抗の本体と端子部材とを別体とした構成において、センシング精度を向上させた構成を提供することを目的とする。シャント抵抗器は、抵抗本体と、抵抗本体に対して電気的に接続する端子部材（２１）と、を備える。端子部材（２１）は、抵抗本体に接触する抵抗接続部（２３）と、抵抗接続部（２３）から延伸して設けられる回路接続部（２４）と、を有する。回路接続部（２４）は、スリット（２７）が形成されることにより２分割されている。そして、前記スリット（２７）は、抵抗接続部（２３）の一部まで形成されている。

Description

シャント抵抗器の接続端子、及びバッテリー状態検知装置

　本発明は、主として、バッテリー状態検知装置が備えるシャント抵抗器の接続端子の構造に関する。

　自動車等において、バッテリーの状態（電気残量など）を検知するバッテリー状態検知装置が設けられている。この種のバッテリー状態検知装置は、バッテリーの電流を検出するための回路を備えている。自動車用バッテリーのような大容量の電流を精度良く検出する回路として、シャント抵抗を利用する構成が公知である。特許文献１は、シャント抵抗器を利用した電流監視装置を開示している。

　シャント抵抗器を利用して電流を検出する構成として、４端子法が知られている。この４端子法に用いられるシャント抵抗には、測定対象電流の入口及び出口となる１対の端子と、前記測定対象電流によってシャント抵抗の両端に生じる電位差を測定するための電圧測定回路を接続する１対の端子と、の計４本の端子が設けられる。特許文献１の図２には、電流の通電方向に切り込まれたスリットによって２分割され、２対の脚部を有する形状に一体形成された４端子シャント抵抗器が記載されている。

特開２００９－９８０７９号公報

　上記のように、４端子シャント抵抗器においては、二股に分かれた形状の端子を形成する必要がある。このため、特許文献１に記載のようにシャント抵抗本体にスリットを形成するなどの加工が必要となり、材料のロスも発生する。また、自動車用バッテリーのように大容量の電流を検出する場合、シャント抵抗本体が大型化するので、複雑な形状の端子を形成することが困難になる。

　そこで、シャント抵抗の本体と、端子部材と、を別体として形成する構成が提案されている。図６のように、この端子部材１００は、金属板をプレス加工及び折り曲げ加工することにより形成され、抵抗接続部１０１と、回路接続部１０２と、を有している。

　抵抗接続部１０１は、シャント抵抗の本体に接触する部分である。抵抗接続部１０１には、ネジ止め孔１０３が形成されている。このネジ止め孔１０３を介してシャント抵抗の本体にネジを螺入することで、端子部材１００とシャント抵抗の本体とを締結し、両者を電気的に接続する構成である。

　回路接続部１０２は、抵抗接続部１０１から延伸して設けられている。この回路接続部１０２にはスリット１０４が形成されており、当該回路接続部１０２が二分割されて２本の回路接続端子１０５が形成されている。２本の回路接続端子１０５のうち、一方はシャント抵抗本体への電流の出入口となり、他方は前記電流によってシャント抵抗に発生する電位差を測定するための電圧測定回路に接続される。

　このように２本の回路接続端子１０５を有する端子部材１００を、シャント抵抗の本体の適宜の２箇所にネジ止めする。これにより、計４本の回路接続端子１０５を有する４端子シャント抵抗器を構成する。

　以上の構成によれば、シャント抵抗の本体には端子を形成する必要がないので、加工も容易になり、シャント抵抗の材料ロスも最小限に抑えられる。また、端子部材１００をシャント抵抗の本体とは別体とすることにより、当該端子部材１００に複雑な形状を設定可能となるので、回路設計の自由度も向上する。

　ところが、上記のようにシャント抵抗の本体と端子部材１００とを別体とした場合、十分なセンシング精度が得られない場合があったのである。

　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、シャント抵抗の本体と端子部材とを別体とした構成において、センシング精度を向上させた構成を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

　本発明の観点によれば、以下の構成のシャント抵抗器が提供される。即ちこのシャント抵抗器は、抵抗本体と、前記抵抗本体に対して電気的に接続する端子部材と、を備える。前記端子部材は、前記抵抗本体に接触する抵抗接続部と、前記抵抗接続部から延伸して設けられる回路接続部と、を有する。前記回路接続部は、スリットが形成されることにより２分割されている。そして、前記スリットは、前記抵抗接続部の一部まで形成されている。

　このように、回路接続部を２分割するスリットを抵抗接続部まで形成することにより、２分割された回路接続部同士が根元部分で繋っていないので、当該２分割された回路接続部に流れる電流の経路がクロスしない。これにより、２分割された回路接続部のそれぞれに流れる電流が安定するので、このシャント抵抗器を用いた電流検出のセンシング精度が向上する。また、スリットは抵抗接続部の一部にのみ形成されているので、端子部材は完全に２分割されている訳ではなく、抵抗接続部で繋っている。従って、端子の部品点数が増えることも無く、抵抗本体への取り付け作業も１回で済むため、組み立てコストが増大することもない。

　上記のシャント抵抗器は、以下のように構成することが好ましい。即ち、前記抵抗接続部には、前記抵抗本体に対して物理的かつ電気的に結合する結合部が形成されている。そして前記スリットは、前記結合部の少なくとも一部まで形成されている。

　このように、抵抗本体に対して端子部材を結合させる部分までスリットが形成されることにより、２分割された回路接続部の独立性が向上し、電流経路がクロスしにくくなるので、このシャント抵抗器を用いた電流検出のセンシング精度が更に向上する。

　上記のシャント抵抗器は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記端子部材は、抵抗本体に対して締結体によって締め付けられることにより、当該抵抗本体に対して物理的かつ電気的に結合される。前記結合部は、前記締結体を挿通させるために前記抵抗接続部に形成された挿通孔である。そして、前記スリットは、前記挿通孔に連通して形成されている。

　このように、端子部材と抵抗本体を締結体によって結合することにより、両者を強固に連結することができる。そして、締結体を挿通させるための挿通孔までスリットを形成することにより、２分割された回路接続部の独立性が向上し、電流経路がクロスしにくくなるので、このシャント抵抗器を用いた電流検出のセンシング精度が更に向上する。

　上記のシャント抵抗器は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記抵抗接続部は、前記抵抗本体側に向けて突出する突出部を、当該抵抗接続部に形成された前記スリットを挟んで少なくとも１対設けている。

　このように突出部を設けることにより、抵抗本体と端子部材との接触を安定させ、両者の電気接続の確実性を向上させることができる。つまり、スリットを挟んで対で突出部を設けることにより、２分割された回路接続部のそれぞれに対応して突出部を設けることになるので、２分割された回路接続部に流れる電流の経路がクロスしにくくなり、センシング精度が更に向上する。

　また、上記のシャント抵抗器は、以下のように構成することもできる。即ち、前記結合部は、前記抵抗本体と前記抵抗接続部との間に形成された溶接部である。

　このように、端子部材と抵抗本体を溶接によって結合することにより、両者の電気的接続を確実なものにすることができる。そして、溶接部までスリットを形成することにより、２分割された回路接続部の独立性が向上し、電流経路がクロスしにくくなるので、このシャント抵抗器を用いた電流検出のセンシング精度が更に向上する。

　本発明の別の観点によれば、上記のシャント抵抗器と、当該シャント抵抗器の前記回路接続部が接続される回路基板と、を備えたバッテリー状態検知装置が提供される。

　このバッテリー状態検知装置によれば、回路基板に流れる電流を精度良く検出することができる。

第１実施形態に係るバッテリー状態検知装置の正面断面図である。 端子部材の斜視図である。 （ａ）従来の端子部材の平面図である。（ｂ）第１実施形態の端子部材の平面図である。 （ａ）第２実施形態に係る端子部材の斜視図である。（ｂ）当該端子部材の側面図である。（ｃ）当該端子部材の底面図である。 （ａ）第２実施形態の変形例に係る端子部材の斜視図である。（ｂ）当該端子部材の側面図である。（ｃ）当該端子部材の底面図である。 従来の端子部材の斜視図である。

　次に、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。

　図１に示すのは、本実施形態に係るバッテリー状態検知装置１０の側面断面図である。図１に示すように、バッテリー状態検知装置１０は、回路基板１１、シャント抵抗器１２、及びこれらを収容するケース１３から構成されている。

　このバッテリー状態検知装置１０は、車両などに設けられたバッテリーに接続され、当該バッテリーの電流収支、温度、インピーダンスなどを計測し、充電状態や劣化状態を判定して、計測結果や判定結果を出力するように構成されている。回路基板１１上には、上記判定を行うためのマイクロプロセッサ（図略）等が配置されている。

　回路基板１１上には電流検出対象回路が形成されており、当該電流検出対象回路に流れる電流を計測することにより、バッテリーの電流収支を計測するように構成されている。シャント抵抗器１２は、上記電流検出対象回路に接続されている。また、基板上には、シャント抵抗器１２に生じる電位差を検出するためのＡ／Ｄコンバータ（図略）が配置されている。前記マイクロプロセッサは、上記電位差に基づいて、電流検出対象回路に流れている電流値を取得することができる。

　シャント抵抗器１２は、抵抗本体２０と、端子部材２１と、を備えている。本実施形態のシャント抵抗器１２は、端子部材２１が抵抗本体２０とは別体として構成された構成である。当該端子部材２１は、抵抗本体２０に対してネジ止めにより固定されている。

　端子部材２１は、抵抗本体２０の適宜箇所に２つ設けられる。本実施形態のバッテリー状態検知装置１０において、電流を検出する手法としては公知の４端子法を採用している。そこで、各端子部材２１の先端は２股に分岐して形成されており、２本の回路接続端子２２が形成されている。従って、本実施形態のシャント抵抗器１２は、計４本の回路接続端子２２を有する構成となっている。

　次に、端子部材２１の構成について詳しく説明する。

　図２に示すように、端子部材２１は、抵抗接続部２３と、回路接続部２４と、を有している。

　抵抗接続部２３は、抵抗本体２０に接触する部分である。この抵抗接続部２３は、抵抗本体２０に対して締結体によって締め付けられることにより、当該抵抗本体２０に対して物理的かつ電気的に結合される。具体的には、図２に示すように、抵抗接続部２３にはネジ止め孔（挿通孔）２５が形成されている。当該ネジ止め孔２５を介して、抵抗本体２０にネジ（締結体）２６（図１）を螺入することにより、端子部材２１と抵抗本体２０とが物理的に固定され、両者が電気的に接続される構成である。このように、ネジ止め孔２５によって、端子部材２１と抵抗本体２０とが結合されるので、当該ネジ止め孔２５は結合部であると言うことができる。

　回路接続部２４は、抵抗接続部２３から延伸して設けられるとともに、抵抗接続部２３から略直角に折り曲げて設けられている。回路接続部２４にはスリット２７が形成されており、これにより回路接続部２４は２分割されている。２分割された回路接続部２４のそれぞれは、前記回路接続端子２２とされている。各回路接続端子２２は、図１に示すように回路基板１１に突出し、ハンダ付け等の適宜の手段により、回路基板１１上の電気回路に接続される。２本の回路接続端子２２のうち、一方は前記電流検出対象回路を通して前記Ａ／Ｄコンバータに接続される。

　なお、回路接続端子２２の中途部分には、断面略Ｕ字状に屈曲された緩衝部２８が形成されている。この緩衝部２８により、線膨張による応力を逃がすことができるようになっている。

　次に、本発明の特徴的な構成について説明する。

　前述のように、抵抗本体と端子部材とを別体として設けた場合、十分なセンシング精度を実現できない場合があった。本願発明者らは、端子部材の形状を改良することにより、センシング精度を向上させることができることを見出し、本願発明を完成させた。

　即ち、従来の端子部材１００においては、図６に示すように、スリット１０４は回路接続部１０２の一部にのみ形成されていた。言い換えれば、スリット１０４は、抵抗本体に接触する抵抗接続部１０１には形成されていなかった。このため、図３（ａ）に示すように、２本の回路接続端子１０５に流れる電流の経路（図中に太線の矢印で図示）が、抵抗接続部１０１においてクロスしていた。このように電流経路がクロスしていたので、それぞれの回路接続端子１０５に流れ込む電流が不安定になり、結果としてセンシング精度が低下していたと考えられる。

　また、端子部材と抵抗本体を別体として構成されたシャント抵抗器に生じる電位差を測定しようとした場合、シャント抵抗の抵抗値による電圧降下に加えて、端子部材と抵抗本体との接触抵抗による電圧降下が測定されることになる。従来の端子部材１００においては、回路接続端子１０５の根元部分において、端子部材１００と抵抗本体とが広い面積で接触するため、接触抵抗による電圧降下が大きくなり、この点でも測定精度が抵抗していた。

　そこで本実施形態の端子部材２１においては、スリット２７を、回路接続端子２２の長手方向で回路接続部２４の全長にわたって形成している。即ち、回路接続部２４は、完全に２分割されている。更に、このスリット２７の先端は、抵抗接続部２３にまで達している。より具体的には、スリット２７は、ネジ止め孔２５に連通している。従って、回路接続端子２２は、根元部分（抵抗本体２０との接触部分）において、互いに接触していない。このように形成することにより、２本の回路接続端子２２の独立性が高まる結果、図３（ｂ）に示すように、回路接続端子２２に流れる電流の経路（図中に太線の矢印で図示）が、抵抗接続部２３においてクロスしなくなる。このように電流経路がクロスしなくなるので、それぞれの回路接続端子２２に流れ込む電流が安定化し、センシング精度を向上させることができる。

　また本実施形態の端子部材２１においては、上記のようにスリット２７を形成しているので、回路接続端子２２は、その根元部分において抵抗本体２０と小さな面積で接触することになる。即ち、電流が流れる抵抗本体２０と、当該抵抗本体２０に発生する電位差を測定するＡ／Ｄコンバータと、を一点で接続することができる。これにより、端子部材２１と抵抗本体２０との接触抵抗による電圧降下が小さくなり、この点でもセンシング精度を向上させることができる。

　なお、図２等に示すように、本実施形態の端子部材２１において、スリット２７は抵抗接続部２３の途中まで（ネジ止め孔２５まで）形成されている。即ち、端子部材２１は完全に２分割されている訳ではない。このように、本実施形態の端子部材２１は、２本の回路接続端子２２の独立性を高めつつ、１部品として取り扱うことができる。また、本実施形態の端子部材２１は、一回のネジ止めで抵抗本体２０に固定することができる。従って、本実施形態のシャント抵抗器１２の組立にかかる手間は、従来の端子部材１００を用いたシャント抵抗器と同程度であり、組立コストが増大することはなく、部品点数が増えることもない。

　以上で説明したように、本実施形態のシャント抵抗器１２は、抵抗本体２０と、抵抗本体２０に対して電気的に接続する端子部材２１と、を備える。端子部材２１は、抵抗本体２０に接触する抵抗接続部２３と、抵抗接続部２３から延伸して設けられる回路接続部２４と、を有する。回路接続部２４は、スリット２７が形成されることにより２分割されている。そして、前記スリット２７は、抵抗接続部２３の一部まで形成されている。

　このように、回路接続部２４を２分割するスリット２７を抵抗接続部２３まで形成することにより、２本の回路接続端子２２同士が根元部分で繋っていないので、当該回路接続端子２２に流れる電流の経路がクロスしない。これにより、２本の回路接続端子２２それぞれに流れる電流が安定するので、このシャント抵抗器１２を用いた電流検出のセンシング精度が向上する。また、スリット２７は抵抗接続部２３の一部にのみ形成されているので、端子部材２１は完全に２分割されている訳ではなく、抵抗接続部２３で繋っている。従って、端子の部品点数が増えることも無く、抵抗本体２０への取り付け作業も１回で済むため、組み立てコストが増大することもない。

　また本実施形態のシャント抵抗器１２は、以下のように構成されている。即ち、端子部材２１は、抵抗本体２０に対してネジ２６によって締め付けられることにより、当該抵抗本体２０に対して物理的かつ電気的に結合される。抵抗接続部２３には、前記ネジ止めのためのネジ２６を挿通させるネジ止め孔２５が形成されている。そして、スリット２７は、ネジ止め孔２５に連通して形成されている。

　このように、端子部材２１と抵抗本体２０をネジ２６によって結合することにより、両者を強固に連結することができる。そして、ネジ止め孔２５までスリット２７を形成することにより、２本の回路接続端子２２の独立性が向上し、電流経路がクロスしにくくなるので、このシャント抵抗器１２を用いた電流検出のセンシング精度が更に向上する。

　また本実施形態のバッテリー状態検知装置１０は、上記のシャント抵抗器１２と、当該シャント抵抗器１２の回路接続端子２２が接続される回路基板１１と、を備えている。

　このバッテリー状態検知装置１０によれば、回路基板１１に流れる電流を精度良く検出することができる。

　次に、上記第１実施形態の変形例について説明する。

　上記第１実施形態では、抵抗接続部２３を、抵抗本体２０に対してネジ止めする構成とした。しかし、抵抗接続部２３と抵抗本体２０とを接続する方法は、ネジ止めに限らず、適宜の方法を採用することができる。例えば、以下に説明する変形例は、抵抗接続部２３と抵抗本体２０を、溶接によって物理的かつ電気的に結合する構成としたものである。そして、前記スリット２７を、抵抗接続部２３と抵抗本体２０とが溶接されている部分まで形成する。このようにスリット２７を形成することにより、２本の回路接続端子２２の独立性を高めることができるので、センシング精度を向上させるという上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、この場合はネジ止め孔２５は必要ないので、これを省略することができる。

　以上のように、この変形例においては、抵抗本体２０と抵抗接続部２３との間に形成された溶接部までスリット２７が形成されている。

　このように、端子部材２１と抵抗本体２０を溶接によって結合することにより、両者の電気的接続を確実なものにすることができる。そして、溶接部までスリット２７を形成することにより、２本の回路接続端子２２の独立性が向上し、電流経路がクロスしにくくなるので、このシャント抵抗器を用いた電流検出のセンシング精度が更に向上する。

　次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、上記第１実施形態と同一又は類似の構成については、図面及び要素名に同一の符号を付して、説明を省略する。

　図４に、第２実施形態に係る端子部材３１を示す。図４（ａ）に示すように、この端子部材３１の抵抗接続部２３において、抵抗本体２０に接触する面と反対側の面には、円形のディンプル３２が形成されている。これにより、ディンプル３２が形成された面とは反対側の面、即ち抵抗本体２０に接触する面（図４（ｂ）の下向きの面）には、抵抗本体２０に向けて突出する突出部３３が形成されている。

　このように抵抗接続部２３に突出部を設けることにより、当該抵抗接続部２３と、抵抗本体２０と、をネジ止めした際に、両者の間の接触を安定させることができる。これにより、抵抗本体２０と、端子部材３１と、の電気的接続をより確実なものにすることができる。

　また、図４（ｃ）に示すように、この突出部３３は、抵抗接続部２３に形成されたスリット２７を挟んで、対になって形成されている。これにより、回路接続端子２２の根元部分において、各回路接続端子２２に対応して突出部３３が設けられた構成となっている。この構成により、それぞれの回路接続端子２２が抵抗本体２０に対して確実に接続されるので、各回路接続端子２２に流れる電流が安定する。しかも、それぞれの回路接続端子２２に突出部３３が設けられているので、回路接続端子２２同士の独立性が更に向上し、電流経路がクロスしにくくなる。

　なお本実施形態の端子部材３１においては、ネジ止め孔２５を挟んで、２つの突出部３３の反対側に、オーバル形状の突出部３４を形成している。これにより、端子部材３１を抵抗本体２０にネジ止めする際には、２つの突出部３３と、突出部３４と、によって端子部材３１が３点支持されるので、アライメントを確保することができる。

　以上で説明したように、第２実施形態のシャント抵抗器が備える端子部材３１は、以下のように構成されている。即ち、抵抗接続部２３は、抵抗本体２０側に向けて突出する突出部３３を、当該抵抗接続部２３に形成されたスリット２７を挟んで１対設けている。

　このように突出部３３を設けることにより、抵抗本体２０と端子部材２１との接触を安定させ、両者の電気接続の確実性を向上させることができる。つまり、スリット２７を挟んで対で突出部３３を設けることにより、２本の回路接続端子２２のそれぞれに対応して突出部３３を設けることになるので、２本の回路接続端子２２に流れる電流の経路がクロスしにくくなり、センシング精度が更に向上する。

　次に、上記第２実施形態の変形例について、図５を参照して説明する。

　図５に示すように、この変形例に係る端子部材４１は、上記の突出部３３に代えて、抵抗接続部２３にウイング部４３が形成されている。このウイング部４３は、抵抗接続部２３に２本の平行な切り込みを入れ、当該切り込みの間の部分を、抵抗本体２０側に向けて若干折り曲げて形成したものである。このように折り曲げることにより、ウイング部４３の先端は、抵抗本体２０側に若干突出した状態となる（従って、このウイング部４３も突出部として把握することができる）。またこの変形例の端子部材４１において、ウイング部４３は、上記第２実施形態における突出部３３と同様に、抵抗接続部２３に形成されたスリット２７を挟んで対になって形成されている。

　この構成の端子部材４１を抵抗本体２０にネジ止めすると、ウイング部４３が弾性変形することにより、抵抗接続部２３は平坦な状態となる。しかし、ウイング部４３の部分においては、抵抗接続部２３と抵抗本体２０との間の接圧が高い状態となるので、両者の電気的接続を確実なものとし、信頼性を向上させることができる。

　以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

　端子部材の形状は必ずしも図に示したものに限らない。例えば、図面では、抵抗接続部２３から回路接続部２４が略直角に折り曲げられて形成されているが、必ずしもこのように抵抗接続部２３から回路接続部２４が折り曲げられていなくても良い。また、緩衝部２８は省略することもできる。

　また、抵抗本体２０と端子部材２１とを締め付ける締結体はネジに限らない。例えば、両者をカシメによって締め付ける構成であっても良い。

　本発明のシャント抵抗器は、バッテリーの電流を測定する用途に限らず、電流測定のために広く利用することができる。

　１０　バッテリー状態検知装置
　１１　回路基板
　１２　シャント抵抗器
　２０　抵抗本体
　２１　端子部材
　２５　ネジ止め孔（結合部）
　２７　スリット
　３３　突出部

Claims (6)

1. 　抵抗本体と、
   　前記抵抗本体に対して電気的に接続する端子部材と、
   を備えたシャント抵抗器であって、
   　前記端子部材は、
   　前記抵抗本体に接触する抵抗接続部と、
   　前記抵抗接続部から延伸して設けられる回路接続部と、
   を有し、
   　前記回路接続部は、スリットが形成されることにより２分割されており、
   　前記スリットは、前記抵抗接続部の一部まで形成されていることを特徴とするシャント抵抗器。
2. 　請求項１に記載のシャント抵抗器であって、
   　前記抵抗接続部には、前記抵抗本体に対して物理的かつ電気的に結合する結合部が形成されており、
   　前記スリットは、前記結合部の少なくとも一部まで形成されていることを特徴とするシャント抵抗器。
3. 　請求項２に記載のシャント抵抗器であって、
   　前記端子部材は、前記抵抗本体に対して締結体によって締め付けられることにより、当該抵抗本体に対して物理的かつ電気的に結合されるように構成されており、
   　前記結合部は、前記締結体を挿通させるために前記抵抗接続部に形成された挿通孔であり、
   　前記スリットは、前記挿通孔に連通して形成されていることを特徴とするシャント抵抗器。
4. 　請求項１に記載のシャント抵抗器であって、
   　前記抵抗接続部は、前記抵抗本体側に向けて突出する突出部を、当該抵抗接続部に形成された前記スリットを挟んで少なくとも１対設けていることを特徴とするシャント抵抗器。
5. 　請求項２に記載のシャント抵抗器であって、
   　前記結合部は、前記抵抗本体と前記抵抗接続部との間に形成された溶接部であることを特徴とするシャント抵抗器。
6. 　請求項１から５までの何れか一項に記載のシャント抵抗器と、
   　当該シャント抵抗器の前記回路接続部が接続される回路基板と、
   を備えることを特徴とするバッテリー状態検知装置。

Images