JP2009204531A - シャント抵抗とこのシャント抵抗を備える車両用の電源装置 - Google Patents

シャント抵抗とこのシャント抵抗を備える車両用の電源装置 Download PDF

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Abstract

【課題】簡単な構造で部品コストを低減しながら電流検出回路の故障を有効に防止する。
【解決手段】シャント抵抗は、一対の電流端子１１と、この電流端子１１間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する一対の電圧端子１２とを有する金属板からなる。さらに、シャント抵抗は、一対の電圧端子１２の間に中間端子１３を有している。
【効果】金属板に中間端子１３を設ける極めて簡単な構造として、部品コストを低減しながら、電流検出回路の故障を有効に防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電流検出抵抗に使用されるシャント抵抗と、このシャント抵抗を備える車両用の電源装置に関する。
所定の電気抵抗を有する金属板からなるシャント抵抗は、流れる電流に比例する電圧が発生する。したがって、シャント抵抗の両端に発生する電圧を検出して、シャント抵抗に流れる電流を検出できる。とくに、金属板からなるシャント抵抗は、放熱特性に優れることから、大電流の検出に適しており、車両用の電源装置の電池に流れる電流検出に使用される。車両用の電源装置に使用される、金属板からなるシャント抵抗は、特許文献１に記載される。
特開２００４−１１７０４５号公報
特許文献１に記載されるシャント抵抗は、図１に示すように、一方の側縁の両端部に一対の電流端子９１を、他方の側縁に一対の電圧端子９２を設けている。このシャント抵抗９０は、図示しないが、電流端子９１を電池と車両側とに接続して、電池と直列に接続される。電池に流れる電流は、シャント抵抗を流れてシャント抵抗に電圧降下を発生する。シャント抵抗９０の電圧降下は、電圧端子９２に発生するので、電圧端子９２の電圧を検出して電池に流れる電流を検出できる。車両用の電源装置は、このシャント抵抗の電圧を検出して電池の電流を検出するが、電流を検出する回路が故障すると、電池の電流を検出できなくなる。車両用の電源装置は、電池に流れる電流を検出して、電池の充放電をコントロールしながら車両を走行させるので、電池の電流が検出できなくなると車両を走行できなくなる。このため、電流検出回路の故障をいかに阻止できるかが大切である。シャント抵抗を有する電流検出回路の故障は、たとえばシャント抵抗の電圧端子の接続部の接触不良などが原因で発生する。この弊害を防止するには、２組のシャント抵抗を直列に接続し、各々のシャント抵抗の電圧を検出して防止できる。しかしながら、２組のシャント抵抗を直列に接続する構造は、２個のシャント抵抗を使用することから部品コストが高くなるばかりでなく、さらにシャント抵抗を接続する部分に接触不良を起こすと電流を検出できないばかりか電池の電流が遮断される欠点がある。
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単な構造で部品コストを低減しながら電流検出回路の故障を有効に防止できるシャント抵抗とこのシャント抵抗を備える車両用の電源装置を提供することにある。
本発明の請求項１のシャント抵抗は、一対の電流端子１１、２１と、この電流端子１１、２１間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する一対の電圧端子１２、２２とを有する金属板からなる。さらに、シャント抵抗は、一対の電圧端子１２、２２の間に中間端子１３、２３を有している。
本発明の請求項２のシャント抵抗は、一対の電圧端子１２、２２の中央に中間端子１３、２３を設けて、中間端子１３、２３と両側の電圧端子１２、２２との間の電気抵抗を等しくしている。
本発明の請求項３のシャント抵抗は、一対の電流端子３１と、この電流端子３１間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する電圧端子３２とを有する金属板からなる。さらに、シャント抵抗は、所定の幅の金属板の一方の側縁に一対の電圧端子３２Ａを有すると共に、他方の側縁にも一対の電圧端子３２Ｂを有している。
さらに、本発明の請求項４のシャント抵抗は、所定の幅の金属板の両側の対向する位置に一対の電圧端子３２Ａ、３２Ｂを設けて、両側に設けている一対の電圧端子３２Ａ、３２Ｂ間の電気抵抗を同じとしている。
本発明の請求項５の車両用の電源装置は、車両を走行させるモータ３に電力を供給する電池１と、この電池１と直列に接続してなるシャント抵抗１０、２０と、このシャント抵抗１０、２０の両端に発生する電圧を検出して電池１の電流を検出する電流検出回路１５、２５とを備える。シャント抵抗１０、２０は、電池１と車両側に接続される一対の電流端子１１、２１と、この電流端子１１、２１間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する一対の電圧端子１２、２２とを有する金属板からなる。この金属板は、一対の電圧端子１２、２２の間に中間端子１３、２３を設けている。電流検出回路１５、２５は、中間端子１３、２３と電圧端子１２、２２との間に発生する電圧を検出して電池１の電流を検出している。
本発明の請求項６の車両用の電源装置は、車両を走行させるモータ３に電力を供給する電池１と、この電池１と直列に接続してなるシャント抵抗３０と、このシャント抵抗３０の両端に発生する電圧を検出して電池１の電流を検出する電流検出回路３５とを備える。シャント抵抗３０は、電池１と車両側に接続される一対の電流端子３１と、この電流端子３１間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する電圧端子３２とを有する所定の幅の金属板からなる。金属板からなるシャント抵抗３０は、金属板の一方の側縁に一対の電圧端子３２Ａを有すると共に、他方の側縁にも一対の電圧端子３２Ｂを設けている。電流検出回路３５は、金属板の両側に設けている一対の電圧端子３２Ａ、３２Ｂの電圧を検出して電池１の電流を検出している。
本発明の請求項１のシャント抵抗は、金属板に中間端子を設ける極めて簡単な構造として、部品コストを低減しながら、電流検出回路の故障を有効に防止できる特徴がある。それは、中間端子と電圧端子に接続して電流を検出している回路が故障しても、別の端子から電圧を検出して電流を検出できるからである。
本発明の請求項２のシャント抵抗は、中間端子と両側の電圧端子との間の電気抵抗を等しくするので、同じ回路で電流を検出でき、また１組の回路故障で動作させる回路を切り換えても正確に電流を検出できる特徴がある。
本発明の請求項３のシャント抵抗は、金属板の両側の側縁にそれぞれ一対の電圧端子を設ける簡単な構造として、部品コストを低減しながら、電流検出回路の故障を有効に防止できる特徴がある。それは、一方の側縁に設けた電圧端子に接続して電流を検出している回路が故障しても、他方の側縁に設けた電圧端子から電圧を検出して電流を検出できるからである。
本発明の請求項４のシャント抵抗は、両側に設けている一対の電圧端子間の電気抵抗を等しくするので、同じ回路で電流を検出でき、また１組の回路故障で動作させる回路を切り換えても正確に電流を検出できる特徴がある。
本発明の請求項５の車両用の電源装置は、シャント抵抗を、一対の電圧端子の間に中間端子を設けている金属板として、電流検出回路で中間端子と電圧端子との間に発生する電圧を検出して電池の電流を検出するので、シャント抵抗を簡単な構造として部品コストを低減しながら、電流検出回路の故障を有効に防止できる。それは、シャント抵抗の中間端子と電圧端子に接続して電流を検出している回路が故障しても、別の端子から電圧を検出して電流を検出できるからである。
本発明の請求項６の車両用の電源装置は、シャント抵抗を所定の幅の金属板として、金属板の両側の側縁にそれぞれ一対の電圧端子を設けて、電流検出回路で、金属板の両側に設けている一対の電圧端子の電圧を検出して電池の電流を検出するので、シャント抵抗を簡単な構造として部品コストを低減しながら、電流検出回路の故障を有効に防止できる。それは、シャント抵抗の一方の側縁に設けた電圧端子に接続している回路が故障しても、他方の側縁に設けた電圧端子に接続している回路から電圧を検出して電流を検出できるからである。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのシャント抵抗とこれを備える車両用の電源装置を例示するものであって、本発明はシャント抵抗と車両用の電源装置を以下のものに特定しない。
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
図２ないし図４は、ハイブリッドカーに搭載される車両用の電源装置を示す。ただ、本発明の電源装置は、ハイブリッドカーのみでなく電気自動車に搭載することもできる。図に示す車両用の電源装置は、車両を走行させるモータ３にＤＣ／ＡＣインバータ２を介して電力を供給する電池１と、この電池１と直列に接続しているシャント抵抗１０、２０、３０と、このシャント抵抗１０、２０、３０の両端に発生する電圧を検出して電池１の電流を検出する電流検出回路１５、２５、３５とを備える。
電池１は、充電できる電池、たとえばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などを直列に接続して出力電圧を高く、たとえば２００Ｖないし３００Ｖとしている。電池１は、過充電や過放電によって電気性能が低下しないように、また電池の寿命を長くするために、所定の残容量となるように充放電の電流が制御される。電池１の残容量は、電池１に流れる充電電流と放電電流の積算値から演算される。すなわち、充電電流の積算値を加算し、放電電流の積算値を減算して変動する電池１の残容量が演算される。
ＤＣ／ＡＣインバータ２は、電池１から供給される直流を三相交流に変換してモータ３に供給し、また発電機４の交流電力を直流に変換して電池１を充電する。このＤＣ／ＡＣインバータ２は、制御回路５に制御されて、電池１からモータ３に電力を供給してモータ３で車両を走行または加速し、エンジンで発電機４を駆動し、あるいは回生制動で発電機４を駆動して、発電機４の電力を直流に変換して電池１を充電する。制御回路５は、ＤＣ／ＡＣインバータ２を制御して、電池１からモータ３に供給する電力をコントロールし、また、発電機４から電池１を充電する電力をコントロールして、電池１を所定の残容量となるように制御する。
電池１に流れる充放電の電流を検出するために、電池１と直列にシャント抵抗１０、２０、３０を接続している。シャント抵抗１０、２０、３０は所定の電気抵抗を有する金属板で、電池１の電流に比例して電圧降下を発生する。すなわち、シャント抵抗１０、２０、３０に発生する電圧降下（Ｅ）は、シャント抵抗１０、２０、３０の電気抵抗（Ｒ）と流れる電流（Ｉ）から以下の式で特定される。
Ｅ＝Ｒ×Ｉ
この式から、シャント抵抗１０、２０、３０の電圧降下を検出して電池１の電流が検出される。シャント抵抗１０、２０、３０の電気抵抗（Ｒ）は、できるかぎり小さく設定される。それは、シャント抵抗が消費する電力が、電気抵抗（Ｒ）と電流（Ｉ）の二乗の積に比例して大きくなるからである。また、消費電力が大きくなるシャント抵抗は発熱量も大きくなることから、電気抵抗（Ｒ）を小さく設定している。電気抵抗（Ｒ）の小さいシャント抵抗１０、２０、３０は、電力損失は小さいが、電流に対する発生電圧も小さくなる。
シャント抵抗１０、２０、３０の小さい発生電圧を増幅するために、電流検出回路１５、２５、３５は、シャント抵抗１０、２０、３０の電圧を増幅するアンプ１６、２６、３６を入力側に設けている。アンプ１６、２６、３６で増幅された信号は、演算部１７、２７、３７に入力される。演算部１７、２７、３７は、アンプ１６、２６、３６から入力される信号をＡ／Ｄコンバータ１８、２８、３８でデジタル信号に変換して、シャント抵抗１０、２０、３０の電気抵抗とアンプ１６、２６、３６の増幅率から電池１の電流を演算する。たとえば、Ａ／Ｄコンバータ１８、２８、３８から出力される電圧をＥ、アンプ１６、２６、３６の増幅率をＡ、シャント抵抗１０、２０、３０の電気抵抗をＲ、とするとき、演算部１７、２７、３７は以下の式で電流Ｉを演算する。
Ｉ＝Ｅ／ＡＲ
さらに、演算部１７、２７、３７は、Ａ／Ｄコンバータ１８、２８、３８から出力される電圧のプラスマイナスで放電電流と充電電流を識別する。
電池１の電流を検出するシャント抵抗１０、２０、３０は、電池１と車両側に接続される一対の電流端子１１、２１、３１と、この電流端子１１、２１、３１間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する一対の電圧端子１２、２２、３２とを備える。一方の電流端子１１、２１、３１は電池１に、他方の電流端子１１、２１、３１は車両側に接続される。また一対の電圧端子１２、２２、３２は電流検出回路１５、２５、３５に接続される。電流端子１１、２１、３１と電圧端子１２、２２、３２は、リード線やリード板を接続する止ネジ（図示せず）を挿通する貫通孔１４、２４、３４を設けている。電流端子１１、２１、３１と電圧端子１２、２２、３２は、貫通孔１４、２４、３４に挿入される止ネジでもって、リード板やリード線を電気接続するように固定する。
図２と図３の電源装置のシャント抵抗１０、２０は、所定の電気抵抗の金属板からなり、両端部に一対の電流端子１１、２１を設けている。さらに、電流端子１１、２１間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する一対の電圧端子１２、２２を両端部に設けている。さらに、一対の電圧端子１２、２２の間には、中間端子１３、２３を突出して設けている。このシャント抵抗１０、２０は、一対の電圧端子１２、２２の中央に中間端子１３、２３を設けて、中間端子１３、２３と両側の電圧端子１２、２２との間の電気抵抗を等しくしている。
図２のシャント抵抗１０は、所定の幅と長さを有する金属板の片側に、一対の電圧端子１２と中間端子１３を設けている。図３のシャント抵抗２０は、金属板の一方の側縁に一対の電圧端子２２を設けて、他方の側縁に中間端子２３を設けている。これらのシャント抵抗１０、２０は、図５と図６に示すように、中間端子１３、２３を折曲する形状とすることができる。このシャント抵抗１０、２０は、中間端子１３、２３が突出しないので、突出する中間端子を配設するスペースのない部分にセットできる。
さらに、図４のシャント抵抗３０は、所定の幅と長さを有する金属板の両端に、一対の電流端子３１を設けている。さらに、電流端子３１の間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する電圧端子３２を、金属板の両側に設けている。すなわち、金属板の一方の側縁に一対の電圧端子３２Ａを設けると共に、他方の側縁にも一対の電圧端子３２Ｂを設けている。このシャント抵抗３０は、所定の幅の金属板の両側の対向する位置に一対の電圧端子３２Ａ、３２Ｂを設けて、両側に設けている一対の電圧端子３２Ａ、３２Ｂ間の電気抵抗を同じとしている。
シャント抵抗１０、２０、３０は、１組の回路故障において、電池１の電流が検出できるように複数組の電圧を検出する端子を備えている。複数組の端子に発生する電圧降下を検出するために、図２と図３の電流検出回路１５、２５は、複数のアンプ１６、２６を備えている。第１のアンプ１６Ａ、２６Ａは、マイナス側とプラス側の入力端子を電圧端子１２、２２と中間端子１３、２３に接続している。第２のアンプ１６Ｂ、２６Ｂは、マイナス側とプラス側の入力端子を中間端子１３、２３と電圧端子１２、２２に接続している。この電流検出回路１５、２５は、第１のアンプ１６Ａ、２６Ａから出力される信号で電池１の電流を検出し、第１のアンプ１６Ａ、２６Ａを接続している回路が故障すると、第２のアンプ１６Ｂ、２６Ｂから出力される信号で電池１の電流を検出する。第１のアンプ１６Ａ、２６Ａを接続している回路の故障は、たとえば、制御回路５がＤＣ／ＡＣインバータ２を制御して電池１からモータ３に電力を供給する状態としているにも関わらず、電流検出回路１５、２５が電流を検出しない状態、すなわち検出電流を０Ａとする状態で判定できる。
図４の電流検出回路３５は、演算部３７の入力側に切換スイッチ３９を設けて、切換スイッチ３９でシャント抵抗３０の電圧端子３２Ａ、３２Ｂを切り換えて演算部３７に入力している。シャント抵抗３０の両側にある、電池１に接続される電流端子３１側の電圧端子３２をアースラインに接続して、車両に接続される電流端子３１側の電圧端子３２を、切換スイッチ３９を介して演算部３７の入力側に接続している。この電流検出回路３５は、演算部３７の入力側にアンプ３６を備え、アンプ３６で増幅した信号をＡ／Ｄコンバータ３８でデジタル信号に変換して、電流を演算する。
この電流検出回路３５は、第１の切換スイッチ３９Ａをオン、第２の切換スイッチ３９Ｂをオフとして、第１の切換スイッチ３９Ａから演算部３７に入力される信号で電池１の電流を検出し、第１の切換スイッチ３９Ａを接続している回路が故障すると、第１の切換スイッチ３９Ａをオフ、第２の切換スイッチ３９Ｂをオンとし、第２の切換スイッチ３９Ｂから演算部３７に入力される信号で電池１の電流を検出する。
従来のシャント抵抗の平面図である。 本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 図２に示すシャント抵抗の一例を示す斜視図である。 図３に示すシャント抵抗の一例を示す斜視図である。
符号の説明
１…電池
２…ＤＣ／ＡＣインバータ
３…モータ
４…発電機
５…制御回路
１０…シャント抵抗
１１…電流端子
１２…電圧端子
１３…中間端子
１４…貫通孔
１５…電流検出回路
１６…アンプ １６Ａ…第１のアンプ
１６Ｂ…第２のアンプ
１７…演算部
１８…Ａ／Ｄコンバータ
２０…シャント抵抗
２１…電流端子
２２…電圧端子
２３…中間端子
２４…貫通孔
２５…電流検出回路
２６…アンプ ２６Ａ…第１のアンプ
２６Ｂ…第２のアンプ
２７…演算部
２８…Ａ／Ｄコンバータ
３０…シャント抵抗
３１…電流端子
３２…電圧端子 ３２Ａ…電圧端子
３２Ｂ…電圧端子
３４…貫通孔
３５…電流検出回路
３６…アンプ
３７…演算部
３８…Ａ／Ｄコンバータ
３９…切換スイッチ ３９Ａ…第１の切換スイッチ
３９Ｂ…第１の切換スイッチ
９０…シャント抵抗
９１…電流端子
９２…電圧端子

Claims (6)

  1. 一対の電流端子(11)、(21)と、この電流端子(11)、(21)間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する一対の電圧端子(12)、(22)とを有する金属板からなるシャント抵抗であって、
    一対の電圧端子(12)、(22)の間に中間端子(13)、(23)を有することを特徴とするシャント抵抗。
  2. 一対の電圧端子(12)、(22)の中央に中間端子(13)、(23)が設けられて、中間端子(13)、(23)と両側の電圧端子(12)、(22)との間の電気抵抗を等しくしてなる請求項１に記載されるシャント抵抗。
  3. 一対の電流端子(31)と、この電流端子(31)間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する電圧端子(32)とを有する金属板からなるシャント抵抗であって、
    所定の幅の金属板の一方の側縁に一対の電圧端子(32A)を有すると共に、他方の側縁にも一対の電圧端子(32B)を有することを特徴とするシャント抵抗。
  4. 所定の幅の金属板の両側の対向する位置に一対の電圧端子(32A)、(32B)を設けて、両側に設けている一対の電圧端子(32A)、(32B)間の電気抵抗を同じとしている請求項３に記載されるシャント抵抗。
  5. 車両を走行させるモータ(3)に電力を供給する電池(1)と、この電池(1)と直列に接続してなるシャント抵抗(10)、(20)と、このシャント抵抗(10)、(20)の両端に発生する電圧を検出して電池(1)の電流を検出する電流検出回路(15)、(25)とを備える車両用の電源装置であって、
    前記シャント抵抗(10)、(20)が、電池(1)と車両側に接続される一対の電流端子(11)、(21)と、この電流端子(11)、(21)間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する一対の電圧端子(12)、(22)とを有する金属板からなり、さらに、一対の電圧端子(12)、(22)の間に中間端子(13)、(23)を設けており、
    前記電流検出回路(15)、(25)が、中間端子(13)、(23)と電圧端子(12)、(22)との間に発生する電圧を検出して電池(1)の電流を検出するようにしてなることを特徴とする車両用の電源装置。
  6. 車両を走行させるモータ(3)に電力を供給する電池(1)と、この電池(1)と直列に接続してなるシャント抵抗(30)と、このシャント抵抗(30)の両端に発生する電圧を検出して電池(1)の電流を検出する電流検出回路(35)とを備える車両用の電源装置であって、
    シャント抵抗(30)が、電池(1)と車両側に接続される一対の電流端子(31)と、この電流端子(31)間に通電される電流によって発生する電圧降下を検出する電圧端子(32)とを有する所定の幅の金属板からなり、さらに金属板からなるシャント抵抗(30)が、金属板の一方の側縁に一対の電圧端子(32A)を有すると共に、他方の側縁にも一対の電圧端子(32B)を設けており、
    前記電流検出回路(35)が、金属板の両側に設けている一対の電圧端子(32A)、(32B)の電圧を検出して電池(1)の電流を検出するようにしてなることを特徴とする車両用の電源装置。
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