JP5845057B2

JP5845057B2 - 電流検出装置

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Publication number: JP5845057B2
Application number: JP2011238471A
Authority: JP
Inventors: 司菊地
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: JP2013096782A; CN103091538A; US20130106449A1; CN103091538B; US9360532B2; DE102012110280A1

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、電子回路が形成された回路基板（プリント基板）をケース内部に収納し、その後、カバーを組み付けることにより密閉構造を形成するようにした電流検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この電流検出装置では、ケース内において突出する接続ピンが回路基板の挿入孔（スルーホール）に挿入された後に接続ピンと回路基板の配線とがはんだ付けされてこれらの間が電気的に接続されるようになっている。

特許第２７０４４８３号公報（第３−５頁、図１−１２）

ところで、回路基板と接続ピンとを良好に電気的接続するためのはんだ付けでは、はんだがスルーホール内をはんだ付け面から裏面まで移動する「はんだ上がり」現象により、スルーホール内をはんだで満たし、かつ裏面に形成されるランド部にはんだが盛り上がるのが理想である。

しかし、はんだ作業条件やフラックス材料の選定などが適切でないと、スルーホールの途中までしかはんだが進入しないはんだ上がり不足が発生することになる。はんだ上がりが不十分な場合には、はんだ付け接合面積不足により、接合部の耐熱疲労特性が低下したり、高振動下での機械的疲労強度が低下する懸念がある。このように、はんだ付け状態は品質面で非常に重要であり、はんだ付け後に外観を検査して良否判定を行うのが一般的である。

しかしながら、特許文献１に開示された構造では、回路基板はカバー取り付け面より低い位置に設置されており、また、回路基板とケース内壁との隙間が少ないため、はんだ付け後に、回路基板のカバーとは反対側の面のはんだ上がりの状態を確認することができなかった。また、ケース内面に設けられた基板受け部（図２１１ｂ）を高くするなどして、回路基板面をカバー取り付け面より高い位置に設置することで、はんだ外観を確認する方法もあるが、この場合は製品が大型化してしまう。一方、自動車分野においては、近年、車内空間の確保のためにエンジンルームの縮小が進み、また、乗員の安全確保のための電子装置が増加しており、エンジンルームの過密化が進んでいる。そのため、エンジンルームへの搭載が困難になったり車両の整備性低下を招く製品の大型化は望ましくない。

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、製品を大型化せずに回路基板のはんだ付け状態を確認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、バッテリの端子とハーネスを介して流れる電流の経路上に挿入された抵抗体と、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が搭載される回路基板と、回路基板を収納する凹部を有するケースと、凹部の開口を塞ぐ蓋とを備え、凹部の底面から突出した端子が、回路基板に設けられたスルーホールに通した状態ではんだ付けされ、凹部の開口と蓋との係合部と回路基板の面とが非平行であって、スルーホールを通した端子のはんだ付け部分が回路基板の側面方向から目視可能に露出している。

回路基板の面に対してケースの凹部の開口と蓋との係合部を傾斜させることにより、回路基板の一部を側面方向から目視可能に露出させることができるため、スルーホールを通した端子のはんだ付け状態を容易に確認することができる。また、回路基板の一部のみをケースの凹部から突出させることができ、回路基板の搭載位置を全体的にずらす必要がないため、製品（電流検出装置）が大型化することもない。

また、上述した凹部の開口と蓋との係合部は同一平面上に形成されている。これにより、ケースに蓋を組み付ける際に、これらの係合部全体を水平にすることが可能となり、この組み付け作業が容易となる。

また、上述した凹部の開口と蓋の係合部は、この係合部を形成する平面と垂直な向きに形成された溝部とこの溝部に係合する凸部とを有することが望ましい。水平に配置可能な係合部に溝部が形成されているため、接着剤の塗布を均一に行うことが可能になり、接着の信頼性を高めることができる。

また、上述した端子は、抵抗体から引き出される引き出し線部によって形成されている。バッテリの大電流を流す抵抗体は熱容量が大きいため、この抵抗体から引き出される引き出し線部を端子として用いてはんだ付けを行う場合にはんだ付け不良が発生しやすい。しかし、本発明でははんだ付け状態の確認が容易に行えるため、はんだ付け不良の発生を確実に防止することができる。
また、はんだ付けの対象となる端子は複数であり、複数の端子のそれぞれの回路基板の裏表におけるはんだ付け部分が、回路基板の側面方向であって、これら複数の端子が配置された側から目視可能である。

また、上述した端子は、はんだ付け部分が露出する側の回路基板の端部に形成されていることが望ましい。これにより、はんだ付け状態を目視で確認する場合の見落としをなくすることができる。

一実施形態の電流検出装置の平面図である。電流検出装置の側面図である。電流検出装置の側面図である。バスバーの拡大図である。電流通電部の平面図である。引き出し線部の平面図である。電流通電部の斜視図である。電流検出装置とバッテリとの位置関係を示す平面図である。電流検出装置とバッテリとの位置関係を示す側面図である。電流検出装置の平面図である。電流検出装置の側面図である。電流検出装置の側面図である。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。

図１は、一実施形態の電流検出装置の平面図である。また、図２は電流検出装置の側面図であって、図１において下方向から見た形状が示されている。図３は、電流検出装置の側面図であって、図１において右方向から見た形状が示されている。

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の凹部の開口をふさぐ蓋１５０とを備えている。

バスバー１１０は、ケース１３０内で２回折り返された形状を有しており、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が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。これらの第１の固定部１１２と第２の固定部１１４は、同一平面上に、すなわち、それぞれの上面の高さが同じ位置となるように設けられている。

図４は、バスバー１１０の拡大図であり、図１等に示した電流検出装置１００からバスバー１１０のみが抜き出されている。バスバー１１０は、第１の固定部１１２と第２の固定部１１４を通して流れる電流の経路となる電流通電部１１０Ａと、電流通電部１１０Ａの２箇所から電位差を取り出す引き出し線部１１０Ｂとを有する。図５は、電流通電部１１０Ａの平面図である。図６は、引き出し線部１１０Ｂの平面図である。また、図７は電流通電部１１０Ａの部分的な斜視図である。本実施形態では、第１の固定部１１２、第２の固定部１１４および電流通電部１１０Ａはバッテリ２００の上面に配置され、回路基板１２０はバッテリ２００の側面に配置されている。そして、電流通電部１１０Ａと回路基板１２０との間が引き出し線部１１０Ｂを介して接続されている。

電流通電部１１０Ａは、直線状の板状部材をバッテリ２００の上面と垂直な向きに折り返すことにより形成されている。具体的には、電流通電部１１０Ａは、第１の固定部１１２に接続された第１の導体１１０Ａ１と、この第１の導体１１０Ａ１の端部を折り返すことにより形成された第２の導体１１０Ａ２と、この第２の導体１１０Ａ２の端部を折り返すことにより形成されてこの折り返し部分と反対側の端部が第２の固定部１１４に接続された第３の導体１１０Ａ３とを備えている。望ましくは、電流通電部１１０Ａは、第１の導体１１０Ａ１と第２の導体１１０Ａ２を互いに延在方向がずれる向き（図４に示す例では、それぞれの長手方向が垂直となる向き）に折り曲げる第１の折り返し１１０Ｃ１と、第２の導体１１０Ａ２と第３の導体１１０Ａ３を互いに延在方向が重なる向き（それぞれの長手方向が平行となる向き）に折り曲げる第２の折り返し１１０Ｃ２とを含んでいる。

また、引き出し線部１１０Ｂは、電流通電部１１０Ａを回路基板１２０に接続するために用いられる。上述した電流通電部１１０Ａと引き出し線部１１０Ｂとは別部材で構成されており（図５、図６）、引き出し線部１１０Ｂが電流通電部１１０Ａに溶接されて機械的な固定と電気的な接続が行われる。また、図６に示すように、引き出し線部１１０Ｂは、連結部１１０Ｂ３を介して互いに連結されて一体化された２本の引き出し導体１１０Ｂ１、１１０Ｂ２を含んでいる。引き出し線部１１０Ｂは、電流通電部１１０Ａに溶接するまで、２本の引き出し導体１１０Ｂ１、１１０Ｂ２が連結部１１０Ｂ３を介して連結して一体化した状態に維持される。そして、溶接後は、連結部１１０Ｂ３が切断される。

一方の引き出し導体１１０Ｂ１の端部の溶接は、第１の導体１１０Ａ１の一の角部ａにおいてこの第１の導体１１０Ａ１の内側の面（図４において第１の導体１１０Ａ１の裏側（下側）の面）に対して行われる。また、他方の引き出し導体１１０Ｂ２の端部の溶接は、第３の導体１１０Ａ３の一の角部ｂにおいてこの第３の導体１１０Ａ３の内側の面（図４において第３の導体１１０Ａ３の表側（上側）の面）に対して行われる。

また、２本の引き出し導体１１０Ｂ１、１１０Ｂ２のそれぞれは、角部ａ、ｂから回路基板１２０が配置されるバッテリ２００の側面に向かって引き出された後、この側面に平行な向きに引き回され、さらに角部ａ、ｂから引き出された部分と同方向に引き回されている。この中で、バッテリ２００の側面に平行な向きに引き回された部分の長さを変更することにより、ケース１３０において回路基板１２０を収納した部分の位置をバッテリ２００の側面方向に沿ってずらすことが可能となる。しかも、このような変更を行った場合であっても、２本の引き出し導体１１０Ｂ１、１１０Ｂ２を溶接する角部ａ、ｂの位置は変更する必要がないため、角部ａ、ｂ間における電位差と電流値との関係に影響を与えず、電流検出回路の変更も不要となる。

図８は、電流検出装置１００とバッテリ２００との位置関係を示す平面図であり、バッテリ２００に電流検出装置１００が搭載され、さらにハーネス３００の端子３０２が取り付けられた状態が示されている。また、図９は電流検出装置１００とバッテリ２００との位置関係を示す側面図である。これらの図に示すように、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、第１の固定部１１２に設けられた貫通穴１１２Ａ（図１）に、取付金具２１０のボルト２１１を挿入して固定部１１２をナット２１２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には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３０３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の全体（あるいは大部分）がこの樹脂材料によってインサート成型されている。

ところで、上述したように、２箇所で折り返された複雑な形状を有するバスバー１１０においては、離間して配置される２箇所の角部ａ、ｂからこれらの角部ａ、ｂ間の電位差を検出するための２本の引き出し導体１１０Ｂ１、１１０Ｂ２が回路基板１２０側に延びている。一方の引き出し導体１１０Ｂ１は、その先端が電流検出端子ｃ１として用いられる。また、他方の引き出し導体１１０Ｂ２は、その先端が２つに分岐しており、その一方端がセンシング用グランド端子ｃ２として、他方端が回路用グランド端子ｃ３として用いられる。センシング用グランド端子ｃ２とは別に回路用グランド端子ｃ３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ｃ２の電位の変動を極力抑制するためであるが、電位の変動が少ない場合などにおいては回路用グランド端子ｃ３を省略するようにしてもよい。バスバー１１０から延びる３本の端子（電流検出端子ｃ１、センシング用グランド端子ｃ２、回路用グランド端子ｃ３）は、回路基板１２０に設けられたスルーホールに通した状態ではんだ付けされており、これにより回路基板１２０内の電流検出回路に電気的に接続されている。

一般に、バッテリ２００の大電流を流すバスバー１１０は熱容量が大きいため、このバスバー１１０の電流通電部１１０Ａから引き出される引き出し線部１１０Ｂの先端を端子として用いてはんだ付けを行うと、加熱が不十分な場合にははんだ上がりが不十分になってはんだ付け不良が発生するおそれがある。本実施形態では、このようなはんだ付け不良の発生の有無を容易に検査できるように、はんだ付け状態を目視で確認できる工夫がなされている。

図１０は、電流検出装置１００の平面図であって、蓋１５０が取り除かれた状態が示されている。また、図１１は電流検出装置の側面図であって、図１０において下方向から見た形状が示されている。図１２は、電流検出装置の側面図であって、図１０において右方向から見た形状が示されている。

図１０に示すように、回路基板１２０を収納するために設けられたケース１３０の凹部１３２の底面には、バスバー１１０から延びる３本の端子（電流検出端子ｃ１、センシング用グランド端子ｃ２、回路用グランド端子ｃ３）が突出している。これらの端子は、回路基板１２０に設けられたスルーホールに通された後、反挿入側（端子の先端側）からはんだ付けされる。また、これらの端子ｃ１、ｃ２、ｃ３の位置は、回路基板１２０の端部（図１２において回路基板１２０の上端近傍）に設定されている。

また、凹部１３２の開口と蓋１５０との係合部（凹部１３２の開口端部）１３４は、同一平面上であって、回路基板１２０の面と非平行となるように形状が設定されている。すなわち、図１１に示すように、この係合部１３４を傾斜させることにより、蓋１５０をとった状態では、凹部１３２の側面が低くなった部分から回路基板１２０の一部が外部に露出するようになっている。そして、この露出した部分において、回路基板１２０の側面方向であって、端子ｃ１、ｃ２、ｃ３がはんだ付け部分が配置された側から目視することにより、回路基板１２０の表裏におけるこれらのはんだ付け部分の状態を容易に確認することができるようになっている。

また、図１２に示すように、係合部１３４には、この係合部１３４の面と垂直な向きに全周にわたって溝部１３４Ａが形成されている。蓋１５０の対応する位置には凸部（図示せず）が形成されており、これらの溝部１３４Ａと凸部とが対応するように凹部１３２に蓋１５０が取り付けられる。この蓋１５０の取り付けは、凹部１３２側の係合部１３４の面が水平になるように電流検出装置１００を傾斜させて行われる。その際、溝部１３４Ａ内部には接着剤が塗布され、蓋１５０がケース１３０に接着により固定される。なお、ケース１３０側の係合部１３４に凸部を設け、蓋１５０側に溝部を設けるようにしたり、溝部や凸部を用いずに接着するなどの変形例が考えられる。

図１３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１３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のプラス端子とマイナ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。差動増幅器１０と電流検出処理部３０によって電流検出回路が構成されている。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７０に送られる。車両システム７０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。

このように、本実施形態の電流検出装置１００では、回路基板１２０の面に対してケース１３０の凹部１３２の開口と蓋１５０との係合部１３４を傾斜させることにより、回路基板１２０の一部を側面方向から目視可能に露出させることができるため、スルーホールを通した電流検出端子ｃ１等のはんだ付け状態を容易に確認することができる。また、回路基板１２０の一部のみをケース１３０の凹部１３２から突出させることができ、回路基板１２０の搭載位置を全体的にずらす必要がないため、製品（電流検出装置）が大型化することもない。

また、凹部１３２の開口と蓋１５０との係合部１３４は同一平面上に形成されているため、ケース１３０に蓋１５０を組み付ける際に、これらの係合部１３４全体を水平にすることが可能となり、この組み付け作業が容易となる。

また、凹部１３２の開口と蓋１５０の係合部１３４には、この係合部１３４を形成する平面と垂直な向きに形成された溝部１３４Ａと凸部とが形成されており、水平に配置可能な係合部１３４に溝部等を形成することにより、接着剤の塗布を均一に行うことが可能になり、接着の信頼性を高めることができる。

また、バッテリ２００の大電流を流すバスバー１１０は熱容量が大きいため、このバスバー１１０の電流通電部１１０Ａから引き出される引き出し線部１１０Ｂを端子として用いてはんだ付けを行う場合にはんだ付け不良が発生しやすいが、本発明でははんだ付け状態の確認が容易に行えるため、はんだ付け不良の発生を確実に防止することができる。

また、電流検出端子ｃ１、センシング用グランド端子ｃ２、回路用グランド端子ｃ３のそれぞれを、はんだ付け部分が露出する側の回路基板１２０の端部に形成することにより、はんだ付け状態を目視で確認する場合の見落としをなくすることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、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、バスバー１１０の電流通電部１１０Ａを、直線状の板状部材を２回折り返すことにより形成したが、非直線状の板状部材を用いたり、折り返し回数を１回または３回以上、あるいは１回も折り返さずに形成するようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、回路基板１２０の面に対してケース１３０の凹部１３２の開口と蓋１５０との係合部１３４を傾斜させることにより、回路基板１２０の一部を側面方向から目視可能に露出させることができるため、スルーホールを通した電流検出端子ｃ１等のはんだ付け状態を容易に確認することができる。

１００電流検出装置
１１０バスバー
１１０Ａ電流通電部
１１０Ａ１第１の導体
１１０Ａ２第２の導体
１１０Ａ３第３の導体
１１０Ｂ引き出し線部
１１０Ｂ１、１１０Ｂ２引き出し導体
１１０Ｂ３連結部
１１２第１の固定部
１１２Ａ貫通穴
１１４第２の固定部
１２０回路基板
１３０ケース
１３２凹部
１３４係合部
１４０コネクタ
１５０蓋
２００バッテリ
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、
前記バッテリの端子と前記ハーネスを介して流れる電流の経路上に挿入された抵抗体と、
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が搭載される回路基板と、
前記回路基板を収納する凹部を有するケースと、
前記凹部の開口を塞ぐ蓋と、
を備え、前記凹部の底面から突出した端子が、前記回路基板に設けられたスルーホールに通した状態ではんだ付けされ、
前記凹部の開口と前記蓋との係合部と前記回路基板の面とが非平行であって、前記スルーホールを通した前記端子のはんだ付け部分が前記回路基板の側面方向から目視可能に露出し、
前記凹部の開口と前記蓋との係合部は同一平面上に形成され、
前記端子は、前記抵抗体から引き出される引き出し線部によって形成され、
はんだ付けの対象となる前記端子は複数であり、
複数の前記端子のそれぞれの前記回路基板の裏表におけるはんだ付け部分が、前記回路基板の側面方向であって、これら複数の前記端子が配置された側から目視可能であることを特徴とする電流検出装置。
請求項１において、
前記凹部の開口と前記蓋の係合部は、この係合部を形成する平面と垂直な向きに形成された溝部とこの溝部に係合する凸部とを有す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、
前記端子は、前記はんだ付け部分が露出する側の前記回路基板の端部に形成されていることを特徴とする電流検出装置。