WO2013089114A1 - シャント抵抗式電流センサ - Google Patents

Abstract

　温度センサ（６０）は、シャント抵抗部（ＳＲ）の中央部と位置的に対応して配置されている。これにより、シャント抵抗部（ＳＲ）における温度分布内の偏重した温度を避けて、シャント抵抗部（ＳＲ）の略平均温度を検出することができる。これにより、抵抗値のベースとなるシャント抵抗部の温度を信頼性よく検出することにより、電流の検出精度の向上を図ることができる。

Description

シャント抵抗式電流センサ

　本発明は、シャント抵抗式電流センサに関する。

　従来、パルス電流や交流大電流等を検出するため、抵抗値が既知なシャント抵抗部に被測定電流を流し、このシャント抵抗部に生じる電圧降下を検出することで被測定電流の大きさを検出するシャント抵抗式電流センサが提案されている。この類のシャント抵抗式電流センサでは、シャント抵抗部の抵抗値が温度に依存して変化することがあるため、シャント抵抗部の温度を検出し、この温度に応じて抵抗値の補正を行っている。このため、電圧降下を検出するための電圧検出ＩＣ等が搭載される回路基板には、温度センサも搭載されている。

　特許文献１において、バッテリの負極ターミナルに接続されるバスバは、バッテリの電流を検出するために用いられるシャント抵抗部を兼ねている。そして、シャント抵抗部による電位差を検出する２本のポールの近傍に温度センサが配置されており、温度センサをポール近くに配置することで、バスバの温度との連結性を高めることとしている。

日本国特開２００９－４０３１４号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された手法では、温度センサがポールの近く、すなわち、シャント抵抗部の一方の端部に片寄った位置に配置されているため、バスバに温度分布が存在するような場合に、その分布内の偏重した温度を検出してしまう可能性がある。そのため、抵抗値のベースとなるシャント抵抗部の温度を信頼性よく検出することができず、電流の検出精度が低下してしまうという不都合がある。

　本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、抵抗値のベースとなるシャント抵抗部の温度を信頼性よく検出することにより、電流の検出精度の向上を図ることである。

　かかる課題を解決するために、本発明は、シャント抵抗部を含んで構成される略平板形状のバスバと、バスバ上に設置された回路基板と、シャント抵抗部の両端部分に対応して設けられ、回路基板と電気的に接続される一対の接続端子部と、回路基板に設けられ、バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために一対の接続端子部を介して回路基板に印加される電圧値を検出する電圧検出手段と、回路基板に設けられ、電圧検出手段が補正を行うためにバスバ近傍の温度を検出する温度検出手段と、を有するシャント抵抗式電流センサを提供する。ここで、温度検出手段は、バスバにおけるシャント抵抗部の中央部と位置的に対応して配置されている。

　ここで、本発明は、バスバと回路基板との間に介在する熱伝導部材をさらに有することが好ましい。

　また、本発明において、バスバは、バスバの一部を回路基板側へと変形させることで回路基板と接続する接続部をさらに有することが好ましい。

　さらに、本発明において、回路基板は、接続部と温度検出手段との間に位置するパターンを備えることが好ましい。

　本発明によれば、温度検出手段をシャント抵抗部の中央部と位置的に対応して配置することで、シャント抵抗部における温度分布内の偏重した温度を避けて、シャント抵抗部の略平均温度を検出することができる。これにより、抵抗値のベースとなるシャント抵抗部の温度を信頼性よく検出することにより、電流の検出精度の向上を図ることができる。

図１は、第１の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサを模式的に示す上面図である。 図２は、図１に示すシャント抵抗式電流センサを模式的に示す側面図である。 図３は、シャント抵抗式電流センサのバスバを模式的に示す上面図である。 図４は、図３に示すバスバのＩＶ－ＩＶ線の断面図である。 図５は、シャント抵抗式電流センサの使用状態を模式的に示す説明図である。 図６は、第２の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサを模式的に示す側面図である。 図７は、第３の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサを模式的に示す側面図である。 図８は、シャント抵抗式電流センサのバスバを模式的に示す上面図である。 図９は、図８に示すバスバのＩＸ－ＩＸ線の断面図

（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す上面図であり、図２は、図１に示すシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す側面図である。本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１は、バッテリターミナルとして用いられるものであって、バスバ１０と、回路基板２０と、電圧検出ＩＣ３０とを備えている。

　図３は、シャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０を模式的に示す上面図である。バスバ１０は、略平板形状の導電部材であって、例えば銅マンガン合金や銅ニッケル合金などにより構成されている。このバスバ１０は、その一部にシャント抵抗部ＳＲを含んで構成されており、被測定電流が流れるようになっている。

　バスバ１０は、平板形状の鋼材からプレス成形により所望の形状に形成される。バスバ１０は、例えば略Ｌ字状に形成され、それぞれの先端部に貫通孔１１，１２が形成されている。一方の貫通孔１１は、バッテリポスト用の孔として機能すると共に、他方の貫通孔１２はワイヤーハーネス固定ネジ用の孔として機能する。

　図４は、図３に示すバスバ１０のＩＶ－ＩＶ線の断面図である。シャント抵抗式電流センサ１は、一対の接続端子部４０を備えている。接続端子部４０は、シャント抵抗部ＳＲの両端部分に対応してそれぞれ設けられている。個々の接続端子部４０は、バスバ１０と同一部材にて、バスバ１０から延在されて形成されている。例えば、バスバ１０及び接続端子部４０は、平板形状の鋼材からプレス成形により同時的に形成される。

　個々の接続端子部４０は、バスバ１０のうち回路基板２０の搭載箇所の内方に向かって、他方の接続端子部４０と突き合うように形成されるとともに、バスバ１０の平板部よりも立ち上げられた片持ち状となっている。個々の接続端子部４０は、その自由端側が回路基板２０と半田付けにより電気的に接続される。また、接続端子部４０のそれぞれは、幅方向の大きさが長さ方向の大きさよりも小さくされている。

　回路基板２０は、バスバ１０上に載置されており、バスバ１０と電気的に接続されている。回路基板２０には、回路パターン２１が形成されており、回路パターン２１の端部は、上記した接続端子部４０の自由端側に接続されている。

　スペーサ５０は、バスバ１０と回路基板２０との間に介在される部材である。接続端子部４０は片持ち状に構成されてバスバ１０の平板部よりも高い位置に存在しているため、回路基板２０もバスバ１０の平板部よりも高い位置に配置されている。このため、回路基板２０の搭載箇所のうち接続端子部４０の反対側領域にスペーサ５０を介在させることで、回路基板２０が支持されている。

　電圧検出ＩＣ３０は、回路基板２０に形成された回路パターン２１上に搭載されている。電圧検出ＩＣ３０は、バスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出するために、回路基板２０に印加される電圧値を検出する（電圧検出ＩＣ３０は、電圧検出手段に相当する。）。すなわち、電圧検出ＩＣ３０は、バスバ１０のシャント抵抗部ＳＲに生じる電圧降下を検出し、そして、電圧降下からバスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出する。

　また、電圧検出ＩＣ３０は、後述する温度センサ６０による検出結果に応じて補正を行う。すなわち、電圧検出ＩＣ３０は、温度変化による抵抗変化の影響を受けて誤った電流値を検出しないように、温度結果に応じてシャント抵抗部ＳＲにおける抵抗値の補正を行う。

　図２に示すように、シャント抵抗式電流センサ１は、温度センサ６０をさらに備えている。温度センサ６０は、回路基板２０のうち電圧検出ＩＣ３０の搭載面と反対側の面に設けられ、バスバ１０と近接するように配置されている。このため、温度センサ６０は、バスバ１０近傍の温度を検出することとなる（温度センサ６０は、温度検出手段に相当する。）。

　また、本実施形態の特徴の一つとして、温度センサ６０は、バスバ１０におけるシャント抵抗部ＳＲの中央部、具体的には、電流が流れる方向ＣＤを基準とするシャント抵抗部ＳＲの中央部と位置的に対応して配置されている。

　図５は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の使用状態を模式的に示す説明図である。本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０はバッテリターミナルとして用いられる。例えば、バスバ１０の貫通孔１１は、バッテリ７０の負極側のバッテリポスト７１に接続され、他方の貫通孔１２にはワイヤーハーネス固定ネジ７２を介してワイヤーハーネスＷに接続される。

　次に、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の作用を説明する。シャント抵抗式電流センサ１の使用状態に示すように、シャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０は、バッテリポスト７１とワイヤーハーネスＷとに接続される。この場合、車両の走行状況により、バスバ１０のバッテリポスト７１側とそのワイヤーハーネスＷ側とに温度差が生じる。そのため、温度センサ６０がバッテリポスト７１及びワイヤーハーネスＷのどちらか一方に片寄って配置された場合には、バスバ１０の温度分布内の偏重した温度が検出されることとなる。この場合、検出値と、抵抗値のベースとなるシャント抵抗部ＳＲの温度との間に差が生じ易くなる。

　そこで、このような温度差が生じるような状況であっても、温度センサ６０をシャント抵抗部ＳＲの中央部と位置的に対応して配置することで、温度分布内の偏重した温度を避けて、シャント抵抗部ＳＲの略平均温度を検出することができる。これにより、抵抗値のベースとなるシャント抵抗部の温度を信頼性よく検出することにより、電流の検出精度の向上を図ることができる。

　なお、温度センサ６０をシャント抵抗部ＳＲの中央部と位置的に対応させる場合には、厳密な意味での一致を要することなく、シャント抵抗部ＳＲの略平均温度を検出し得る範囲において、概ね中央部と位置的に対応していれば足りる。

（第２の実施形態）
　図６は、第２の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す側面図である。本実施形態にかかるシャント抵抗式電流センサ１が第１の実施形態のそれと相違する点は、シャント抵抗部ＳＲにおける温度の検出精度の向上を図っている点である。なお、第１の実施形態と重複する点については説明を省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。

　図６に示すように、第１の実施形態と同様に回路基板２０のうち電圧検出ＩＣ３０の搭載面と反対側の面には温度センサ６０が設けられている。すなわち、温度センサ６０とバスバ１０（シャント抵抗部ＳＲ）とは、互いに対向して配置されている。このような構成において、シャント抵抗式電流センサ１は、バスバ１０と回路基板２０との間に介在してバスバ１０と回路基板２０とを熱的に接続する熱伝導部材８０を有している。

　熱伝導部材８０としては、熱伝導部材８０をバスバ１０と回路基板２０との間に介在させることで、これを介在させない場合よりも熱の伝導が優れるものであれば、種々の部材より選択することができる。すなわち、熱伝導部材８０は、空気よりも熱伝導率が高い部材を利用することが好ましい。例えば、熱伝導部材８０としては樹脂を用いることができ、回路基板２０とバスバ１０との間に樹脂を充填することにより、熱伝導部材８０を形成することができる。

　このように本実施形態によれば、熱伝導部材８０を備えることにより、回路基板２０（温度センサ６０）とバスバ１０との熱的な接続を効率的に達成することができるので、温度の検出精度の向上を図ることができる。これにより、抵抗値のベースとなるシャント抵抗部の温度を信頼性よく検出することにより、電流の検出精度の向上を図ることができる。

（第３の実施形態）
　図７は、第３の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す側面図である。本実施形態にかかるシャント抵抗式電流センサ１が第１の実施形態のそれと相違する点は、シャント抵抗部ＳＲにおける温度の検出精度の向上を図っている点である。なお、第１の実施形態と重複する点については説明を省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。

　図８は、シャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０を模式的に示す上面図であり、図９は、図８に示すバスバ１０のＩＸ－ＩＸ線の断面図である。図８、９に示すように、バスバ１０は、バスバ１０と温度センサ６０との間を熱的に結合するために、回路基板２０と接続する接続部４５を備えており、当該接続部４５は温度センサ６０と同様に、バスバ１０におけるシャント抵抗部ＳＲの中央部と位置的に対応して配置されている。この接続部４５は、バスバ１０の一部を回路基板２０側へと変形させることにより形成されており、回路基板２０のうち電圧検出ＩＣ３０の搭載面と反対側の面にその頂部が接合するような凸形状を備えている。接続部４５は、例えばバスバ１０の製造時におけるプレス成形により形成することができる。

　このように本実施形態によれば、バスバ１０が接続部４５を備えることにより、回路基板２０（温度センサ６０）とバスバ１０との熱的な接続を効率的に達成することができるので、温度の検出精度の向上を図ることができる。これにより、抵抗値のベースとなるシャント抵抗部の温度を信頼性よく検出することにより、電流の検出精度の向上を図ることができる。

　また、バスバ１０と温度センサ６０との間を熱的に結合するために、接続部４５と温度センサ６０との間に位置するようパターン（図示せず）を回路基板２０に設け、接続部４５と温度センサ６０との間を熱的に接続するようにしてもよい。これにより、バスバ１０と温度センサ６０との間の熱的な結合を向上させることができる。これにより、抵抗値のベースとなるシャント抵抗部の温度を信頼性よく検出することにより、電流の検出精度の向上を図ることができる。

　以上、本実施形態にかかるシャント抵抗式電流センサについて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能である。例えば、バスバは、その一部にシャント抵抗部を含む形態のみならず、その全部をシャント抵抗部して機能させてもよい。

　ここで、上述した本発明に係るシャント抵抗式電流センサの実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［４］に簡潔に纏めて列記する。

［１］　シャント抵抗部（ＳＲ）を含んで構成される略平板形状のバスバ（１０）と、
　前記バスバ（１０）上に設置された回路基板（２０）と、
　前記シャント抵抗部（ＳＲ）の両端部分に対応して設けられ、前記回路基板（２０）と電気的に接続される一対の接続端子部（４０）と、
　前記回路基板（２０）に設けられ、前記バスバ（１０）に流れる被測定電流の大きさを検出するために前記一対の接続端子部（４０）を介して回路基板（２０）に印加される電圧値を検出する電圧検出手段（３０）と、
　前記回路基板（２０）に設けられ、前記電圧検出手段（３０）が補正を行うために前記バスバ（１０）近傍の温度を検出する温度検出手段（６０）と、を有し、
　前記温度検出手段（６０）は、前記バスバ（１０）における前記シャント抵抗部（ＳＲ）の中央部と位置的に対応して配置されているシャント抵抗式電流センサ。
［２］　前記バスバ（１０）と前記回路基板（２０）との間に介在する熱伝導部材（８０）をさらに有する上記［１］に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
［３］　前記バスバ（１０）は、当該バスバ（１０）の一部を前記回路基板（２０）側へと変形させることで前記回路基板（２０）と接続する接続部（４５）をさらに有する上記［１］に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
［４］　前記回路基板（２０）は、前記接続部（４５）と前記温度検出手段（６０）との間に位置するパターンを備える上記［３］に記載されたシャント抵抗式電流センサ。

　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

　本出願は、2011年12月13日出願の日本特許出願（特願2011－271821）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　本発明によれば、抵抗値のベースとなるシャント抵抗部（ＳＲ）の温度を信頼性よく検出することにより、電流の検出精度の向上を図ることができる、という効果を奏し、シャント抵抗式電流センサに関する分野において有用である。

　１　シャント抵抗式電流センサ
　１０　バスバ
　１１　貫通孔
　１２　貫通孔
　２０　回路基板
　２１　回路パターン
　３０　電圧検出ＩＣ
　４０　接続端子部
　４５　接続部
　５０　スペーサ
　６０　温度センサ
　７０　バッテリ
　７１　バッテリポスト
　７２　固定ネジ
　８０　熱伝導部材
　ＳＲ　シャント抵抗部
　Ｗ　ワイヤーハーネス

Claims (4)

1. 　シャント抵抗部を含んで構成される略平板形状のバスバと、
   　前記バスバ上に設置された回路基板と、
   　前記シャント抵抗部の両端部分に対応して設けられ、前記回路基板と電気的に接続される一対の接続端子部と、
   　前記回路基板に設けられ、前記バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために前記一対の接続端子部を介して回路基板に印加される電圧値を検出する電圧検出手段と、
   　前記回路基板に設けられ、前記電圧検出手段が補正を行うために前記バスバ近傍の温度を検出する温度検出手段と、を有し、
   　前記温度検出手段は、前記バスバにおける前記シャント抵抗部の中央部と位置的に対応して配置されているシャント抵抗式電流センサ。
2. 　前記バスバと前記回路基板との間に介在する熱伝導部材をさらに有する請求項１に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
3. 　前記バスバは、当該バスバの一部を前記回路基板側へと変形させることで前記回路基板と接続する接続部をさらに有する請求項１に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
4. 　前記回路基板は、前記接続部と前記温度検出手段との間に位置するパターンを備える請求項３に記載されたシャント抵抗式電流センサ。

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