JP5617278B2

JP5617278B2 - 電流検出装置

Info

Publication number: JP5617278B2
Application number: JP2010041590A
Authority: JP
Inventors: 準小澤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: US8466698B2; JP2011179837A; US20110241649A1; DE102011000943B4; DE102011000943A1

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字形状部を有し、
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（ＣＡＮＩ／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（ＬＩＮＩ／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

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字形状部を有し、
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。
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。
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。
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。