JP2012078327A - バスバーを検出体とした電流検出方法および電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーを切断することなく、しかも精度良く電流を検出することのできる電流検出装置を提供する。
【解決手段】バッテリ端子１１ＴとスタッドボルトＳｔとを備えて成るバスバー１１と、バスバー１１に平坦部１１Ｆに取り付けられたプリント基板１２Ｐと、から成り、バスバー１１における電圧降下と既知の抵抗値からバスバー１１に流れる電流をプリント回路基板１２Ｐで求める電流検出装置１０であって、プリント基板１２Ｐに増幅回路とバスバー温度検出回路とマイコンとを載置し、バスバー１１での電圧降下を増幅回路に入力して所定の増幅率で増幅し、一方、バスバー温度検出回路は電圧降下検出時のバスバー１１の温度を検出してマイコンに入力し、マイコンでは入力された検出温度に対する増幅率の補正値を算出して増幅回路に送信し、増幅回路では当該補正値を基に増幅率を補正するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の直流電源を構成するバッテリの端子に接続されるバスバーに流れる電流を検出する電流検出方法およびその検出装置に関するもので、特に、バスバーを切断することなく、しかも精度良く電流を検出することのできる電流検出方法および検出装置に関するものである。

〈シャント方式〉
導体に流れる電流量を検出する方式の一つとして、抵抗体に電流を流し、通電した際の電圧降下とその抵抗体の抵抗値からオームの法則（電流＝電圧降下／抵抗値）を用いて電流値を算出するいわゆる「シャント方式」が一般的に知られている。

〈バッテリ端子に採用されたシャント方式の電流検出装置〉
近年、自動車の省エネが注目され、バッテリマネジメントシステムを搭載した車両が増えている。バッテリマネジメントでは、バッテリの入・出力電流を検出することが必要となる。そこで、シャント方式を採用した自動車用電流検出装置として、バッテリポスト（バッテリポール）にクランプして固定されるバッテリ端子（導体部）にシャント抵抗を溶接またはろう付けで結合し、そのシャント抵抗に流れる電流を検出する装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００８−４６１２４号公報

〈特許文献１記載の電流検出装置の長所および問題点〉
《長所》
特許文献１記載の電流検出装置によれば、主導体に振動荷重や引張り荷重が加わっても導体とクランプとの間の結合領域に高い材料応力が加わらないようにできる、といった効果が得られる。
《問題点》
ところが、そのような構成にするには、バスバー（第１導体部）を切断したり、一部を削ったり、第２導体部の一部を削ったり、削った第１導体部の隙間にハウジングの一部で埋めたり、削った第２導体部の隙間にシャント抵抗を取り付けたりする種々の工程が必要となり、加工工程が複雑となって、コスト高となった。

〈本発明の目的〉
本発明はこれらの課題を解決するためになされたもので、バスバーを切断したり、一部を削ったり、削ったバスバーの隙間をハウジングの一部で埋めたり、シャント抵抗を取り付けたりするような種々の工程を一切不要として、コストの低減できる電流検出方法および検出装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本願の第１発明である電流検出方法は、バッテリポストに装着されるバッテリ端子とワイヤーハーネスを接続するスタッドボルトとを備えて成るバスバーの前記バッテリ端子と前記スタッドボルトとの間の所定間隔におけるバスバーの電圧降下と前記バスバーの現在温度を測定し、既知の温度における抵抗値を測定された前記測定温度を基に補正し、前記補正された抵抗値と前記測定された電圧降下から前記バスバーを流れる現在の電流を算出するようにした。

また、第２発明である電流検出装置は、バッテリポストに装着されるバッテリ端子とワイヤーハーネスを接続するスタッドボルトとを備えて成るバスバーと、前記バスバーの前記バッテリ端子と前記スタッドボルトとの間における平坦部に取り付けられたプリント回路基板と、から成り、前記バスバーにおける電圧降下と既知の抵抗値から前記バスバーに流れる電流を前記プリント回路基板で求める電流検出装置であって、前記プリント回路基板に増幅回路とバスバー温度検出回路とマイコンとを載置し、前記バスバーに流れる電流による電圧降下を前記増幅回路に入力して所定の増幅率で増幅し、一方、前記バスバー温度検出回路は電圧降下検出時の前記バスバーの温度を検出して前記マイコンに入力し、前記マイコンでは入力された検出温度に対する増幅率の補正値を算出して前記増幅回路に送信し、前記増幅回路では当該補正値を基に前記増幅率を補正するようにした。

また、第３発明は、第２発明の電流検出装置において、プリント回路基板にさらにオフセット回路を載置して、基準電圧をオフセットさせることでバッテリの充放電のどちらの方向の電流検出にも対応できるようにし、前記バスバー温度検出回路は電圧降下検出時の前記バスバーの温度を検出して前記マイコンに入力し、前記マイコンでは入力された検出温度に対するオフセットの補正値を算出して前記オフセット回路に送信し、前記オフセット回路は当該補正値を基に調整されたオフセットを前記増幅回路に出力するようにした。

以上、第１および第２発明によれば、バスバーそのものをシャント抵抗代わりにしているので、バスバーを切断したり、一部を削ったり、削ったバスバーの隙間をハウジングの一部で埋めたり、シャント抵抗を取り付けたりするような種々の工程を一切不要として、コストの低減できる電流検出方法および検出装置が得られる。また、シャント方式の検出誤差要因の１つにシャント抵抗部の温度変化があるが、この温度特性を回路で補正するようにしたので、温度特性の良い特殊な高価な金属を用いなくても、使用温度範囲で精度良く電流を検出することができる。

第２発明によれば、温度に依存するオフセット値をマイコンで計算されたオフセット補正値で調整するようにしているので、１個のバスバー温度検出回路でシャント抵抗部の温度変化の補正とオフセット値の調整を行うことができるようになる。

図１は本発明に係る電流検出装置の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。 図２は本発明に係る電流検出装置の斜視図である。 図３は本発明に係る電流検出装置の回路図である。 図４は本発明に係るプリント基板１２Ｐとバスバー１１の取付け状態を説明する模式図である。

以下、既存のバスバーを切断したり、一部を削る必要の無い、したがってシャント抵抗を溶接やろう付けしたりする工程を不要とし、しかも電流を精度良く検出できる本発明の電流検出装置について、図１〜図４に基づいて説明する。

〈本発明の２つの特徴〉
本発明はシャント抵抗の代わりに、既存のバスバーを検出体（すなわち、シャント抵抗）として使用することで、導体部を切断・加工することなくバスバー電流を検出するのが特徴の１である。
また、本発明では、温度特性の良い特殊な高価な金属を用いることなく、温度特性を回路で補正することで使用温度範囲で精度良く電流を検出するのが特徴の２である。
すなわち、シャント方式の検出誤差要因の１つに、シャント抵抗部の温度変化（通電による発熱、周囲温度変化による影響等による温度変化）が挙げられる。
シャント方式では、検出部の電圧降下と既知の抵抗値から印加電圧を算出するため、既知の抵抗値と実際の抵抗値との差が生じると検出誤差となってしまう。そのため、既存のシャント式電流検出装置ではシャント抵抗部には温度特性の良い（すなわち、温度が変化しても抵抗値は変化しない）特殊な金属を用いている。
本発明では、特殊な金属を用いることなく、温度特性を回路で補正することで、使用温度範囲で精度良く電流を検出できる装置を実現する。

〈本発明に係る電流検出装置１０〉
本発明に係る電流検出装置１０は、図１および図２に示すように、既存のバスバー１１の平坦部１１Ｆに本発明に係る回路基板１２を取り付け、この回路基板１２をカバーＫで覆って成るものである。以下、順に説明する。

〈既存のバスバー１１の形状〉
本発明が適用される既存のバスバー１１は導電性金属板で成り、回路基板１２が取り付けられる平面視で長方形をした中央部の平坦部１１Ｆと、この平坦部１１Ｆを挟んで上流部と下流部とから構成される。

《上流部》
上流部は、平坦部１１Ｆに電流が流れる方向の上流部に当たる一辺で直角に立ち上がる立上り部１１Ｖと、立上り部１１Ｖの幅方向両端からそれぞれ半円筒状に延びて全体で嵌合穴１１Ｈを形成するバッテリ端子１１Ｔと、バッテリ端子１１Ｔの両先端からそれぞれ対向して平行に延びるボルト挿通部１１Ｂ（ナットＮが当接するナット側１１Ｂ１、ボルトＢの頭が当接するボルト側１１Ｂ２）で構成される。ボルト挿通部１１ＢにはボルトＢが挿通される孔が空けられており、そこにボルトＢが通され、ナットＮで締め付けることでボルト挿通部１１Ｂ１と１１Ｂ２とが互いに引き寄せられ、バッテリ端子１１Ｔの嵌合孔１１Ｈの径が次第に小さくなる。そこで、バッテリ２０（図３）の円柱形をしたバッテリポストにバッテリ端子１１Ｔの嵌合孔１１Ｈが嵌められ、ナットＮで締め付けることによってバッテリ端子１１Ｔはバッテリポストに締結される。

《下流部》
一方、下流部は、平坦部１１Ｆの下流の一辺からの延設されたスタッド立設部１１ＳにスタッドボルトＳｔが立設されている。このスタッドボルトＳｔにワイヤーハーネスＷの端子が接続され、ナットで締結される。
バッテリからの電流は負荷を介し、バッテリのマイナス端子に帰ってくる。本発明の電流検出装置はバッテリのマイナス端子に装備されており、したがって負荷のマイナス側のワイヤーハーネスはスタッドボルトＳｔに接続されている。電流はこのスタッドボルトＳｔから平坦部１１Ｆを経てバッテリ端子１１Ｔ、バッテリマイナス端子へと流れる。

〈本発明に係る回路基板１２の構成〉
図３は本発明の電流検出装置１０のブロック図を示している。
電流検出装置１０は、測定対象のバスバー１１（中央部の平坦部１１Ｆ）と、バスバー１１の両端にそれぞれリード線Ｌ１、Ｌ２で接続され、本体はバスバー１１の上に載置される回路基板１２とから成る。
回路基板１２はプリント基板１２Ｐを備え、図４のように、バスバー１１の上に載置され、プリント基板１２Ｐの上に電源回路１２０と、検出した電圧降下値を増幅する増幅回路１２１と、補正回路１２２とが載置される。

《増幅回路１２１》
増幅回路１２１は、バスバー１１の上流にリード線Ｌ１と、バスバー１１の下流にリード線Ｌ２を介して接続され、リード線Ｌ１とリード線Ｌ２間のバスバー１１の抵抗値による電圧降下を電流検出装置１０で測定するが、バスバー１１の抵抗値が小さいので測定される電圧降下も小さく、したがって増幅回路１２１で増幅してから、電流検出装置１０から出力する。

《補正回路１２２》
補正回路１２２は、検出値をオフセットするオフセット回路１２２ａと、温度センサダイオード１２Ｓ１、１２Ｓ２（図４）を用いてバスバー１１の温度を検出するバスバー温度検出回路１２２ｂと、検出した温度より増幅率とオフセットの補正値を計算するマイコン（ＣＰＵ）１２２ｃとから成り、マイコン１２２ｃで計算された増幅率は増幅回路１２１へ送られ、マイコン１２２ｃで計算されたオフセット補正値はオフセット回路１２２ａへ送られ、オフセット回路１２２ａから増幅回路１２１へ調整されたオフセット値が出力される。
上記構成の見方を変えれば、電流検出部１２Ｍ（バスバー１１、リード線Ｌ１・Ｌ２、増幅回路１２１）と電源回路１２０と補正回路１２２（オフセット回路１２２ａ、バスバー温度検出回路１２２ｂ、マイコン１２２ｃ）で構成されている。

図４は本発明に係るプリント基板１２Ｐとバスバー１１の取付け状態を説明する模式図である。バスバー１１の平坦な部位にプリント基板１２Ｐが配置されている。バスバー１１に流れる電流のプリント基板１２Ｐの上流側でリード線Ｌ１によってバスバー１１とプリント基板１２Ｐが接続され、プリント基板１２Ｐの下流側でリード線Ｌ２によってバスバー１１とプリント基板１２Ｐが接続されている。プリント基板１２Ｐには温度センサダイオード１２Ｓ１、１２Ｓ２が搭載され、温度センサダイオード１２Ｓ１、１２Ｓ２はスルーホールを介してバスバー１１と熱結合されている。プリント基板１２Ｐの上には、増幅回路１２１とオフセット回路１２２ａとバスバー温度検出回路１２２ｂとマイコン１２２ｃ、および図示しないがマイコンに付随するインタフェース回路、メモリ回路等も搭載されている。プリント基板１２Ｐで検出された電流値は上位システムへ出力される。

《本発明に係る回路基板１２の電流検出動作》
嵌合穴１１Ｈ（図１（Ａ）、図２）とスタッドボルトＳｔ間に電流が流れた際に生じる電圧降下をリード線Ｌ１、Ｌ２を介して増幅回路１２１に入力する。このとき、オフセット回路１２２ａにより基準電圧をオフセットさせることでバッテリ２０の充放電のどちらの方向の電流検出にも対応できるような回路となっている。
一方、バスバー温度検出回路１２２ｂは電圧降下検出時のバスバー温度を検出し、マイコン１２２ｃに入力する。マイコン１２２ｃでは入力された検出温度に応じ、オフセットの補正値を算出する。
オフセット回路１２２ａは内部にオフセット調整回路を持っており、マイコン１２２ｃで算出したオフセットの補正値に応じてオフセット値を調整できるようになっている。
オフセット調整回路は、例えばマイコン１２２ｃのＰＷＭ出力をＲＣ直列回路にてアナログ変換した値をオフセットとして使用し、補正値に応じてＤｕｔｙを調整することでオフセット値を変動させる回路等が考えられる。
続いて、検出温度に対する増幅率の補正を行う。マイコン１２２ｃでは温度に応じ、増幅率の補正値を算出する。算出した値はマイコンの入出力ポートより増幅回路１２１内の可変抵抗器に送信され、増幅回路１２１の抵抗比を変更する。
このような処理を行うことで、使用温度範囲内で印加電流と電流検出値の関係は一定となり、その関係から被測定電流を求めることができる。
なお、電圧降下を増幅・オフセットして出力する電流検出部１２Ｍと、補正回路１２２は独立した構成となっているため、本発明の電流検出装置１０では、補正による検出温度の遅延は生じない。

〈本発明による初期バラツキの補正〉
前述した通り、シャント抵抗式の電流検出装置では、シャント抵抗へ流れる電流に応じて生じる電圧降下と既知のシャント抵抗値により印加電流を算出する。したがって、バスバー１１と回路基板１２の組み付け誤差により生じるシャント抵抗値の誤差は検出誤差となってしまう。
また、増幅回路１２１やオフセット回路１２２ａを構成する抵抗値のバラツキも検出誤差につながる。
そこで、本発明の電流検出装置では、組み付け工程後、補正回路１２２にて初期補正を行い、バラツキによる誤差を低減させる。

《本発明によるバラツキ補正方法》
本発明によるバラツキ補正方法は電流検出方法内の温度に対する補正とほぼ同様であるが、温度に対する補正が温度に応じてオフセットや増幅率を調整するのに対し、初期バラツキの補正では出力理想値に対して調整を行う。例えば、出力理想値が、印加電流±２００［Ａ］に対し、電流検出値が２．５±２［Ｖ］とすると、実際に電流検出装置に電流を流し、目的とする出力になるようオフセットと増幅率を調整する。
以上の検出方法および補正を行うことで、バスバーそのものを検出体（シャント抵抗）とした電流検出装置が実現可能となる。

〈本発明のバスバー１０の長所〉
以上のように、本発明の電流検出装置によれば、
（１）バスバーの切断・加工や、バスバーとシャント抵抗との結合がないため、製造工数の低減が望める。
（２）バスバーとシャント抵抗との結合がないため、信頼性の向上が望める。
（３）シャント抵抗部に特殊な金属を使用しないため、コストダウンが望める。

１０ 電流検出装置
１１ 既存のバスバー
１１Ｂ ボルト挿通部
１１Ｂ１ ナット側
１１Ｂ２ ボルト側
１１Ｆ 平坦部
１１Ｈ 嵌合穴
１１Ｓ スタッド立設部
１１Ｔ バッテリ端子
１１Ｖ 立上り部
１２ 回路基板
１２Ｍ 電流検出部
１２Ｐ プリント基板
１２０ 電源回路
１２１ 増幅回路
１２２ 補正回路
１２２ａ オフセット回路
１２２ｂ バスバー温度検出回路
１２２ｃ マイコン（ＣＰＵ）
２０ バッテリ
Ｋ カバー
Ｌ１、Ｌ２ リード線
Ｂ ボルト
Ｎ ナット
Ｓｔ スタッド

Claims (3)

1. バッテリポストに装着されるバッテリ端子とワイヤーハーネスを接続するスタッドボルトとを備えて成るバスバーの前記バッテリ端子と前記スタッドボルトとの間の所定間隔におけるバスバーの電圧降下と前記バスバーの現在温度を測定し、既知の温度における抵抗値を測定された前記測定温度を基に補正し、前記補正された抵抗値と前記測定された電圧降下から前記バスバーを流れる現在の電流を算出することを特徴とするバスバーを検出体とした電流検出方法。
2. バッテリポストに装着されるバッテリ端子とワイヤーハーネスを接続するスタッドボルトとを備えて成るバスバーと、前記バスバーの前記バッテリ端子と前記スタッドボルトとの間における平坦部に取り付けられたプリント回路基板と、から成り、前記バスバーにおける電圧降下と既知の抵抗値から前記バスバーに流れる電流を前記プリント回路基板で求める電流検出装置であって、前記プリント回路基板に増幅回路とバスバー温度検出回路とマイコンとを載置し、前記バスバーに流れる電流による電圧降下を前記増幅回路に入力して所定の増幅率で増幅し、一方、前記バスバー温度検出回路は電圧降下検出時の前記バスバーの温度を検出して前記マイコンに入力し、前記マイコンでは入力された検出温度に対する増幅率の補正値を算出して前記増幅回路に送信し、前記増幅回路では当該補正値を基に前記増幅率を補正することを特徴とする電流検出装置。
3. 前記プリント回路基板にさらにオフセット回路を載置して、基準電圧をオフセットさせることでバッテリの充放電のどちらの方向の電流検出にも対応できるようにし、
   前記バスバー温度検出回路は電圧降下検出時の前記バスバーの温度を検出して前記マイコンに入力し、前記マイコンでは入力された検出温度に対するオフセットの補正値を算出して前記オフセット回路に送信し、前記オフセット回路は当該補正値を基に調整されたオフセットを前記増幅回路に出力することを特徴とする請求項２記載の電流検出装置。

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