JP6802645B2 - シャント式電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流経路に流れる電流を検出するシャント式電流検出装置に関する。

電気自動車や家庭用エネルギー設備等の機器においては、二次電池に電力を蓄え、二次電池の充放電電流を検出し制御することで、その運転が行われている。係る機器における電流の検出は、電流経路に直列にシャント式電流検出装置を接続して、抵抗体に流れる電流によって生じる電位差を計測することにより行われる。

特許文献１には、係るシャント式電流検出装置の一例が開示されている。この装置はバッテリー等の電源に接続されたバスバー（Busbar）の一部に抵抗体を備え、電源からバスバーに流れる電流によって抵抗体に生じる電位差から電流を検出している。係る電流検出装置の構造によって、電流経路における部品点数を少なくし、発熱の要因となる抵抗器の接続部を減らすことができ、電流検出装置の信頼性が向上する。

特開２０１５−８３９４４号公報

抵抗体を接続したバスバーには大電流を流すことから、抵抗体に接続したバスバー周辺においても十分な熱容量の確保が必要な場合がある。一方で、バスバーは、実装される筐体等に応じて、折り曲げ等の形状加工がなされるため、このような形状加工の容易性も必要である。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、抵抗体に電流端子を接続したシャント式電流検出装置において、十分な熱容量を確保することができると共に、また電流端子の形状加工も容易であるシャント式電流検出装置を提供することを目的とする。

本発明の電流検出装置は、抵抗体と、抵抗体の両端部に接続した電流端子と、前記電流端子に固定された電圧端子と、前記電流端子とは別に加工され、かつ前記電流端子に重ねた金属板からなる補助部材と、を備え、前記電流端子は、前記抵抗体との接続部と、該接続部とは他方の端部となる他端部を備え、前記補助部材は、前記抵抗体との前記接続部と前記他端部との間に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、電流端子については、加工性を損なわない程度の厚みの材料を使用しつつ、該電流端子に重ねた金属板からなる補助部材を備えたことで、熱容量を確保することができる。そして、電流端子については、加工性を損なわない程度の厚みの材料を使用することで、折り曲げ加工を容易とすることができる。

本発明の実施例１の電流検出装置の斜視図である。 実施例１の装置の分解斜視図である。 抵抗体およびその周辺の拡大断面図である。 実施例１の装置の実装状態を示す図である。 本発明の実施例２の電流検出装置の斜視図である。 実施例２の装置の分解斜視図である。 実施例２の装置の実装状態を示す図である。 本発明の実施例３の電流検出装置の斜視図である。 実施例３の装置の分解斜視図である。 実施例３の抵抗体およびその周辺の拡大断面図である。 実施例３の抵抗体およびその周辺の他の構成例の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図１１を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

図１から図２は本発明の実施例１の電流検出装置１０を示す。電流検出装置１０は、抵抗体１１の両端部に金属板からなる電流端子１２Ａ，１２Ｂが接続されている。抵抗体１１は例えばＣｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系等の抵抗温度係数が小さく、且つ抵抗率の小さい金属抵抗素材が用いられる。これにより、低い抵抗値が得られ、大電流を高い精度で計測することが可能となる。そして、抵抗体１１は電流端子１２Ａ，１２Ｂに溶接等により強固に接続固定されている。

電流端子１２Ａ，１２Ｂは、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｃｕ系合金、Ａｌ系合金等の高導電性の金属板が用いられ、図示するように、その一部に曲げ加工等を施すことによる折り曲げ部３を備えた形状をなしている。電流端子１２Ａ，１２Ｂは、抵抗体１１との抵抗体接続部と、該接続部とは他方の端部となる他端部を備える。そして、抵抗体接続部と他端部の間で、電流端子に重ねた金属板からなる補助部材１３Ａ，１３Ｂを備える。

補助部材１３Ａ，１３Ｂも、電流端子１２Ａ，１２Ｂと同様に、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｃｕ系合金、Ａｌ系合金等の金属板が用いられる。補助部材１３Ａ，１３Ｂは、電流端子１２Ａ，１２Ｂと異なる金属にしてもよい。例えば、電流端子１２Ａ，１２ＢをＡｌとし、補助部材１３Ａ，１３ＢはＣｕにしてもよい。電流端子１２Ａ，１２Ｂに、それぞれ補助部材１３Ａ，１３Ｂを重ねることで、電流検出装置の電流端子部分が２重構造になり、実質的に厚みのある電流端子が構成される。これにより、抵抗体周辺部において、十分な熱容量を確保することができる。

電流端子１２Ａ，１２Ｂと補助部材１３Ａ，１３Ｂは、略同一の形状になっている。本実施例では、電流端子１２Ａ，１２Ｂの上面側に重なり接するように、補助部材１３Ａ，１３Ｂの形状を形成している。電流端子１２Ａ，１２Ｂは、装着時などの所要の形態に合わせて折り曲げ加工が施された折り曲げ部３を備える。

補助部材１３Ａ，１３Ｂは、この折り曲げ部３に沿った形状に加工形成されている。電流端子１２Ａ，１２Ｂを加工性が損なわれない程度の厚みの金属板で構成し、設置場所に適合するための折り曲げ加工等の形状加工を容易としている。このような電流端子の厚みの一例としては２ｍｍである。これより薄いものも使用可能である。

電流端子１２Ａ，１２Ｂには固定孔ａ、ｂ、ｃ、ｄが形成されている。補助部材１３Ａ、１３Ｂには、固定孔ａ、ｂ、ｃ、ｄにそれぞれ対応する場所に、固定孔ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’が形成されている。補助部材１３Ａ，１３Ｂには、電流端子１３Ａ，１３Ｂに固定される電圧端子１４Ａ，１４Ｂが挿通する端子孔１４ａ，１４ｂが形成されている。

図３は抵抗体およびその周辺部分の拡大断面を示す。電流端子１２Ａ，１２Ｂの抵抗体１１との接続部Ｘ，Ｘの近傍には、電圧端子１４Ａ，１４Ｂが立設されている。電圧端子１４Ａ，１４Ｂは溶接などにより電流端子１２Ａ，１２Ｂに固定されている。電圧端子１４Ａ，１４Ｂは補助部材１３Ａ，１３Ｂに設けた端子孔１４ａ，１４ｂを貫通して立設されている。

補助部材１３Ａ，１３Ｂは、接続部Ｘ，Ｘの近傍を含むように、電流端子１２Ａ，１２Ｂに重ねられている。図３において、補助部材１３Ａ，１３Ｂの端面が、接続部Ｘ，Ｘの延長線に略一致するようにしている。補助部材１３Ａ，１３Ｂの端面が、接続部Ｘ，Ｘの延長線と隣接するようにしてもよい。抵抗体１１は発熱し、また、接続部Ｘ，Ｘにおいても発熱しやすいが、本構成により好適に放熱することができる。

電圧端子１４Ａ，１４Ｂは細径となっており、電流端子１２Ａ，１２Ｂとの接合強度を確保する必要がある。図示する構造にすると、補助部材１３Ａ，１３Ｂによって電圧端子１４Ａ，１４Ｂのつけ根部分を保持することができる。このため、電圧端子１４Ａ，１４Ｂの強度を確保することができる。なお、本実施例では端子孔１４ａ，１４ｂとして補助部材の表裏面を貫通する貫通孔の例を示したが、補助部材の側部より切欠きを形成することでスリット状とした構造であってもよい。

また、抵抗体１１と電流端子１２Ａ，１２Ｂとには段部Ｓが設けられている。このため、補助部材１３Ａ，１３Ｂを重ねたときに、補助部材１３Ａ，１３Ｂが抵抗体１１に接触することが防止される。よって、抵抗値の変動による電流検出精度の低下を防止することができる。

図４はこの電流検出装置１０を筐体１５に装着した状態を示す。筐体１５は、例えば、リチウムイオンバッテリー等の２次電池を収納するケースである。ケース内に設置する他に、自動車のボディなど、電流を検出する機器に応じて電流検出装置１０が実装される部位（筐体）は異なる。筐体１５内には検出対象の電流の経路を構成するバスバー１６Ａ，１６Ｂが予め設置されている。

バスバー１６Ａ，１６Ｂ間に電流検出装置１０を接続し、当該経路に流れる電流を検出する。ボルトＡは、固定手段であり、電流検出装置１０の固定孔ａ’，ａに挿通され、電流端子１２Ａ、補助部材１３Ａおよびバスバー１６Ａを、図示しないナットや、筐体に形成したボルト孔にネジ止めにより固定する。これにより、端子１２Ａとバスバー１６Ａは電気的に導通する。なお、補助部材１３Ａも電気的に導通する。

同様に、ボルトＢは、固定手段であり、電流検出装置１０の固定孔ｂ’，ｂに挿通され、電流端子１２Ｂと補助部材１３Ｂおよびバスバー１６Ｂを固定する。これにより、電流端子１２Ｂとバスバー１６Ｂは電気的に導通する。なお、補助部材１３Ａも電気的に導通する。

ボルトＣは、固定手段であり、固定孔ｃ’，ｃに挿通され、電流端子１２Ａと補助部材１３Ａを筐体１５に固定する。筐体には、ボルトＣの受け側であるボルト孔（不図示）が形成されている。同様に、ボルトＤは、固定手段であり、固定孔ｄ’，ｄに挿通され、電流端子１２Ｂと補助部材１３Ｂを筐体１５に固定する。

本実施例では、電流端子１２Ａ，１２Ｂと補助部材１３Ａ，１３Ｂとは予め別体として形成され、図示のように実装時に一体として固定される。なお、電流端子１２Ａ，１２Ｂと補助部材１３Ａ，１３Ｂとを、溶接等により固定することで、予め一体にしておいてもよい。

電流端子１２Ａ，１２Ｂに補助部材１３Ａ，１３Ｂを重ねることで、実質的に電流端子を厚くすることができる。このため、十分な熱容量を確保することができる。また、強度も確保することができる。一般に金属板材は厚みが増すほど、折り曲げ加工などの加工性を損なう。本発明では、電流端子１２Ａ，１２Ｂに補助部材１３Ａ，１３Ｂを重ねる構成にしたため、それぞれの板材は、加工性を損なわない程度の厚みのものを使用することができる。よって、十分な熱容量を確保しつつ様々な形状への対応が可能となる。

図５から図６は本発明の実施例２の電流検出装置２０を示す。電流検出装置２０は、抵抗体１１の両端部に電流端子１２Ａ，１２Ｂを接続した構成は実施例１と同じである。本実施例では、電流端子１２Ａ，１２Ｂの抵抗体１１の近傍の底面側にのみ重ねて固定した実施例１よりも厚い板材である補助部材２１Ａ，２１Ｂを備えている。

電流端子１２Ａ，１２Ｂは、抵抗体１１との抵抗体接続部と、該接続部とは他方の端部となる他端部を備える。補助部材２１Ａ，２１Ｂは、抵抗体接続部と他端部との間に配置されている。実施例２では、補助部材２１Ａ，２１Ｂを曲げ加工していないが、厚みのある板材とすることにより、より大きな熱容量を抵抗体１１の周辺部分に確保できる。

補助部材２１Ａ，２１Ｂには、それぞれ２カ所に固定孔ｃ’，ｄ’，ｅ’，ｆ’が形成されていて、電流端子１２Ａ，１２Ｂにもこれと対応する固定孔ｃ，ｄ，ｅ，ｆが形成されている。図７に示すように、各補助部材に対して各端子を複数の個所において、固定手段であるボルトＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆで固定する。これにより、確実な固定と位置決めが可能である。

そして、筐体１５内においてバスバー１６Ａの固定孔ａ”および電流端子の固定孔ａをボルトＡで固定する。同様に、バスバー１６Ｂを電流端子１２ＢにボルトＢで固定する。これにより、電流検出装置２０のバスバー１６Ａ，１６Ｂへの装着が完了する。

図８から図９は本発明の実施例３の電流検出装置３０を示す。電流検出装置３０は、抵抗体１１の両端部に金属板からなる電流端子１２Ａ，１２Ｂが固定されている。電流端子１２Ａ，１２Ｂは、折り曲げ部３を備えた形状をなしている。電流端子１２Ａ，１２Ｂは、抵抗体１１との抵抗体接続部と、該接続部とは他方の端部となる他端部を備える。補助部材１３Ａ，１３Ｂは、図８において、電流端子１２Ａ，１２Ｂの下面に接し、重ねて配置されている。

電流端子１２Ａ，１２Ｂに、それぞれ補助部材１３Ａ，１３Ｂを重ねることで、電流検出装置の端子部分が２重構造になっている。これにより、抵抗体周辺部において、十分な熱容量を確保することができる。

図９に示すとおり、電流端子１２Ａ，１２Ｂと補助部材１３Ａ，１３Ｂは、略同一の形状になっている。本実施例では、電流端子１２Ａ，１２Ｂの下面側に重なり接するように、補助部材１３Ａ，１３Ｂの形状を加工している。

電流端子１２Ａ，１２Ｂには固定孔ａ、ｂ、ｃ、ｄが形成されている。補助部材１３Ａ、１３Ｂには、固定孔ａ、ｂ、ｃ、ｄにそれぞれ対応する場所に、固定孔ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’が形成されている。

図１０は、実施例３における、抵抗体およびその周辺部分の拡大断面を示す。電流端子１２Ａ，１２Ｂの抵抗体１１との接続部Ｘ，Ｘの近傍には、電圧端子１４Ａ，１４Ｂが配置されている。電圧端子１４Ａ，１４Ｂは、電流端子１２Ａ，１２Ｂに設けた貫通孔に挿入され、電流端子１２Ａ，１２Ｂに固定されている。電圧端子１４Ａ，１４Ｂの一端は、電流端子１２Ａ，１２Ｂから突出している。

電圧端子１４Ａ，１４Ｂの他端には、鍔状に張り出したフランジ部２５が形成されている。電流端子１２Ａ，１２Ｂの下面側には、フランジ部２５が収まる凹部が形成されており、電流端子１２Ａ，１２Ｂの下面とフランジ部２５とが略平坦面を構成している。フランジ部２５は、凹部内において電流端子１２Ａ，１２Ｂの下面側に当接している。

電流端子１２Ａ，１２Ｂの下面には、補助部材１３Ａ，１３Ｂが配置され、端子部分が２重構造となっている。補助部材１３Ａ，１３Ｂはフランジ部２５を覆うように配置されている。フランジ部２５は、電流端子１２Ａ，１２Ｂと補助部材１３Ａ，１３Ｂとにより挟持されている。よって、電圧端子１４Ａ，１４Ｂの固定がより強固となり、抜け若しくは押し込みによる破損を抑制することができる。

図１１は、電圧端子１４Ａ，１４Ｂの固定に関する他の構成例である。フランジ部２５が、電流端子１２Ａ，１２Ｂの下面側において突出しており、このフランジ部２５を納める凹部が補助部材１３Ａ，１３Ｂに構成された例である。

通常、金属の板材は厚みが増すほど、折り曲げ加工などの形状加工が困難となる。本実施例では、電流端子については、加工性を損なわない程度の厚みの材料を使用し、補助部材は厚みのある板材を使用する。そして、電流端子１２Ａ，１２Ｂに重ねて、補助部材１３Ａ，１３Ｂを設置する構成にした。このため、端子部分に厚みを確保することができ、抵抗体周辺に十分な熱容量を確保することができる。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明は、バスバー等に接続して、抵抗体に流れる電流を検出するシャント式電流検出装置に好適に利用可能である。

Claims (4)

1. 抵抗体と、
   該抵抗体の両端部に接続した電流端子と、
   前記電流端子に固定された電圧端子と、
   前記電流端子とは別に加工され、かつ前記電流端子に重ねた金属板からなる補助部材と、
   を備え、
   前記電流端子は、前記抵抗体との接続部と、該接続部とは他方の端部となる他端部を備え、
   前記補助部材は、前記抵抗体との前記接続部と前記他端部との間に配置されている、シャント式電流検出装置。
2. 補助部材は、電流端子と抵抗体との接続部の近傍を含むように重ねた、請求項１に記載の電流検出装置。
3. 電流端子は折り曲げ部を備え、補助部材は、前記折り曲げ部に沿った形状である、請求項１に記載の電流検出装置。
4. 抵抗体と、該抵抗体の両端部に接続した電流端子と、前記電流端子に固定された電圧端子と、を備えたシャント式電流検出装置と、
   該シャント式電流検出装置が装着される筐体と、
   前記シャント式電流検出装置を、前記筐体に固定する固定手段と、を備え、
   該固定手段は、前記電流端子と、前記電流端子とは別に加工された金属板からなる補助部材とを筐体に固定し、
   前記電流端子は、前記抵抗体との接続部と、該接続部とは他方の端部となる他端部を備え、
   前記補助部材は、前記抵抗体との前記接続部と前記他端部との間に配置されている、
   シャント式電流検出装置の実装構造。

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