JP2014016297A - シャント抵抗式電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】シャント抵抗式電流センサにおいて、温度センサの異常を判断することにより、所定の電流検出精度を確保する。
【解決手段】シャント抵抗式電流センサ１は、被測定電流の経路となるバスバ１０と、バスバ１０上に設置された回路基板２０と、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一対の接続部材１５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ＩＣ３０と、回路基板２０においてバスバ１０と対向する面に設けられ、電圧検出ＩＣ３０が補正を行うためにバスバ１０の温度を検出する温度センサ４０と、を有する。この場合、電圧検出ＩＣ３０は、温度センサ４０とは別個に設けられて温度を検出する温度検出部３３を内部に搭載しており、この温度検出部３３により検出される温度ｂと温度センサ４０により検出される温度ａとに基づいて、温度センサ４０の異常を判断する。
【選択図】図２

Description

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、回路基板には、被測定電流の大きさを検出するために電圧降下を検出する電圧検出ＩＣとともに、温度センサも搭載されている。

例えば特許文献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、バッテリの電流の大きさを検出するためのシャント抵抗部を兼ねている。ここで、バスバと回路基板との間は、シャント抵抗部による電位差を検出する２本のポールによって電気的に接続されており、回路基板における一方のポール近傍には、温度センサが配置されている。

特開２００９−４０３１４号公報

ところで、バスバ温度の検出精度は、電流検出精度に大きな影響を与える。そのため、温度センサに異常が生じ、シャント抵抗部の温度と、温度センサにより検出される温度との間に大きな隔たりが生じた場合には、所定の電流検出精度を維持することができなくなるという不都合が生じる。

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、シャント抵抗式電流センサにおいて、温度センサの異常を判断することにより、所定の電流検出精度を確保することである。

かかる課題を解決するために、本発明は、被測定電流の経路となるバスバと、バスバ上に設置された回路基板と、回路基板とバスバとを電気的に接続する一対の接続部材と、回路基板上に設けられ、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部材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、回路基板においてバスバと対向する面に設けられ、電圧検出手段が補正を行うためにバスバの温度を検出する温度センサとを有するシャント抵抗式電流センサを提供する。この場合、電圧検出手段は、温度センサとは別個に温度を検出する温度検出手段を内部に搭載しており、当該温度検出手段により検出される温度と温度センサにより検出される温度とに基づいて、温度センサの異常を判断する。

電圧検出手段は、温度検出手段により検出される温度と温度センサにより検出される温度との差が、予め設定された判定値よりも大きい場合に、温度センサの異常を判断することが好ましい。

電圧検出手段は、温度センサの異常を判断した場合、検出した被測定電流の大きさを上位装置に出力するとともに、温度センサの異常を上位装置に併せて出力することが好ましい。

本発明によれば、温度センサとは別個に温度を検出する手段として温度検出手段を備えている。これにより、温度検出手段により検出される温度と、温度センサにより検出される温度とを比較することにより、温度センサの異常を判断することができる。また、電圧検出手段が内部に温度検出手段を搭載していることで、新たな部品を追加することなく、単に、上記の判断ロジックを電圧検出手段が実行することで、温度センサの異常を判断することができる。

シャント抵抗式電流センサを模式的に示す側面図 回路基板上の電圧検出ＩＣ及び温度センサの構成を示すブロック図 シャント抵抗式電流センサの電流検出処理の手順を示すフローチャート

図１は、本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り、同図（Ｂ）は、（Ａ）に示すシャント抵抗式電流センサ１の要部を拡大して示す説明図である。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、温度センサ４０とを備えている。

バスバ１０は導電性金属板で、平坦部１１と、この平坦部１１を中央に挟んで両端部に一体形成される上流部１２及び下流部１３とから構成されている。

平坦部１１は、略平板形状を有しており、シャント抵抗部として機能する。バスバ１０の平坦部１１上には、回路基板２０が設置される。

上流部１２は、平坦部１１の上流側の一辺から延設されたバッテリ端子１２ａを有する。このバッテリ端子１２ａは、図中の左右方向に貫通する嵌合穴を形成しており、その先端側には、それぞれが対向して平行に延びる一対のボルト挿通部１２ｂが形成されている。ボルト挿通部１２ｂには、ボルトＢが挿通される孔が形成されており、当該孔にボルトＢが通して、ナット（図示せず）で締め付けることができる。バッテリ端子１２ａの嵌合穴には、バッテリの負極側のバッテリポストが挿入され、ボルトＢをナットで締め付けることによってバッテリ端子１２ａが当該バッテリポストに締結される。

一方、下流部１３は、平坦部１１の下流側の一辺から延設されたスタッド立設部１３ａを有し、このスタッド立設部１３ａには、スタッドボルトＳｔが立設されている。スタッドボルトＳｔには、ワイヤーハーネスの端子が接続され、ナットで締結される。

バッテリからの電流は負荷を介し、バッテリの負極端子に帰ってくる。バッテリターミナルとしてのシャント抵抗式電流センサ１は、当該電流経路に装備されており、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、バッテリの負極側のバッテリポストはバッテリ端子１２ａに接続される。これにより、電流は、ワイヤーハーネス、スタッドボルトＳｔ、平坦部１１を経てバッテリ端子１２ａ、負極側のバッテリポストへと流れる。

回路基板２０は、バスバ１０の平坦部１１上に配置されている。この回路基板２０は、例えばリード線などの接続部材１５を介して、シャント抵抗部としての平坦部１１の両端とそれぞれ接続されている。回路基板２０には、回路パターンが形成されており、回路パターンの一方の端部には、接続部材１５が電気的に接続されている。

電圧検出ＩＣ３０は、回路基板２０に搭載されており、回路パターンの他方の端部と電気的に接続されている。電圧検出ＩＣ３０は、図２に模式的に示すように、電圧検出部３１、補正部３２及び温度検出部３３を備えている。

電圧検出部３１は、バスバ１０の平坦部１１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。すなわち、電圧検出部３１は、接続部材１５を介してバスバ１０の平坦部１１に生じる電圧降下を検出し、そして、電圧降下及び平坦部１１の抵抗値からバスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出する。

補正部３２は、後述する温度センサ４０による検出結果に応じて補正を行う。すなわち、補正部３２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、検出結果に応じて平坦部１１における抵抗値の補正を行う。

温度検出部３３は、温度を検出する機能を担っている。温度検出手段は、後述する温度センサ４０とは別個に設けられているものであり、電圧検出ＩＣ３０の内部に搭載された検出素子によって実現されている。

温度センサ４０は、バスバ１０近傍の温度を検出し、この検出結果は、電圧検出ＩＣ３０へと出力される。温度センサ４０としては、ダイオード温度センサ等を用いることができる。温度センサ４０は、回路基板２０のうち電圧検出ＩＣ３０の搭載面と反対側の面（バスバ１０と対向する面）に設けられ、バスバ１０と近接するように配置されている。

また、バスバ１０と回路基板２０の全面との間に、熱伝導率の大きい部材、いわゆる高熱伝導材５０が注入されている。この高熱伝導材５０は、バスバ１０と回路基板２０との間を熱的に連結することにより、温度センサ４０の検出温度とバスバ１０の温度との乖離を抑制する。高熱伝導材５０としては、例えば、樹脂に高熱伝導性のフィラーを添加した市販の高熱伝導樹脂を用いることができる。これにより、バスバ１０の温度が高熱伝導材５０を介して温度センサ４０に速やかに熱伝導するので、温度センサ４０がバスバ１０の温度を正確に検出することができる。

図３は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の電流検出処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、電圧検出ＩＣ３０によって実行される。

まず、ステップ１（Ｓ１）において、電圧検出ＩＣ３０は、回路基板２０、すなわち、バスバ１０の平坦部１１に印加される電圧値を検出する。

ステップ２（Ｓ２）において、電圧検出ＩＣ３０は、回路基板２０の裏面に配置された温度センサ４０により、温度検出を行う。この温度検出により、第１の温度ａが得られる。

ステップ３（Ｓ３）において、電圧検出ＩＣ３０は、電圧検出ＩＣ３０の内部に搭載された検出素子からなる温度検出部３３により、温度検出を行う。この温度検出により、第２の温度ｂが得られる。

ステップ４（Ｓ４）において、電圧検出ＩＣ３０は、第１の温度ａと第２の温度ｂとの差（絶対値）を温度差ｄとして演算する。

ステップ５（Ｓ５）において、電圧検出部ＩＣ３０は、温度差ｄが、予め設定された異常判定値Ｗ以下であるか否かを判断する。このステップ５において肯定判定された場合、すなわち、温度差ｄが異常判定値Ｗ以下である場合には、ステップ６（Ｓ６）に進む。一方、ステップ５において否定判定された場合、すなわち、温度差ｄが異常判定値Ｗよりも大きい場合には、ステップ７（Ｓ７）に進む。

ステップ６において、電圧検出ＩＣ３０は、異常信号の出力を示すフラグを、異常がないことを示す「０」にセットする。一方、ステップ７において、電圧検出ＩＣ３０は、異常信号の出力を示すフラグを、異常があることを示す「１」にセットする。

ステップ８（Ｓ８）において、電圧検出ＩＣ３０は、シャント抵抗部に相当する平坦部１１の抵抗値を温度補正する。具体的には、第１の温度ａに基づいて、電流算出の前提となる、平坦部１１の抵抗値を補正する。例えば、電圧検出ＩＣ３０は、第１の温度ａと、補正値を考慮した平坦部１１の抵抗値との対応関係を示すマップ又は演算式を保持し、第１の温度ａに応じて、温度補正を加味したシャント抵抗部の抵抗値を一義的に算出する、といった如くである。

ステップ９（Ｓ９）において、電圧検出ＩＣ３０は、温度補正されたシャント抵抗部の抵抗値と、ステップ１において検出された電圧値とに基づいて、被測定電流の大きさ（電流）を算出する。この算出された電流は、シャント抵抗式電流センサ１に接続する上位装置へと出力される。また、異常信号の出力を示すフラグが「１」である場合、電圧検出ＩＣ３０は、電流の出力に併せて、温度センサの異常を示す異常信号も上位装置に出力する。

このように本実施形態において、シャント抵抗式電流センサ１は、被測定電流の経路となるバスバ１０と、バスバ１０上に設置された回路基板２０と、回路基板２０とバスバ１０とを電気的に接続する一対の接続部材としての接続部材１５と、回路基板２０上に設けられ、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一対の接続部材１５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ＩＣ３０（電圧検出手段）と、回路基板２０においてバスバ１０と対向する面に設けられ、電圧検出ＩＣ３０が補正を行うためにバスバ１０の温度を検出する温度センサ４０と、を有する。この場合、電圧検出ＩＣ３０は、温度センサ４０とは別個に設けられて温度を検出する温度検出部３３を内部に搭載しており、この温度検出部３３により検出される温度（第２の温度ｂ）と温度センサ４０により検出される温度（第１の温度ａ）とに基づいて、温度センサ４０の異常を判断する。

かかる構成によれば、温度センサ４０とは別個に温度を検出する手段として温度検出部３３を備えている。これにより、温度検出部３３により検出される第２の温度ｂと、温度センサ４０により検出される第１の温度ａとを比較することにより、温度センサ４０の異常を判断することができる。また、電圧検出ＩＣ３０が内部に温度検出部３３を搭載していることで、新たな部品を追加することなく、単に、上記の判断ロジックを電圧検出ＩＣ３０が実行することで、温度センサ４０の異常を判断することができる。

また、本実施形態において、電圧検出ＩＣ３０は、温度検出部３３により検出される第２の温度ｂと温度センサ４０により検出される第１の温度ａとの差が、予め設定された判定値Ｗよりも大きいである場合に、温度センサ４０の異常を判断している。

温度検出部３３による温度検出精度は、バスバ１０の温度に対して±３℃程度となる。また、温度センサ４０による温度検出精度は、バスバ１０の温度に対して±２℃程度となる。そこで、第１の温度ａと第２の温度ｂとの間には通常でも最大で５℃程度の誤差が生じる可能性がある。そこで、上記の異常判定値Ｗを、当該５℃よりも大きい値、例えば１０℃に設定することで、通常の誤差を超える大きな相違が、第１の温度ａと第２の温度ｂとの間に生じたことを条件に、温度センサ４０の異常を判断することができる。

また、本実施形態において、電圧検出ＩＣ３０は、温度センサ６０の異常を判断した場合、検出した被測定電流の大きさを上位装置に出力するとともに、温度センサ６０の異常を上位装置に併せて出力している。

これにより、上位装置に温度センサ６０の異常を適切に通知することができる。

なお、温度センサ４０と、電圧検出ＩＣ３０の温度検出部３３との相対比較である異常を判定するものであるため、電圧検出ＩＣ３０が温度センサ４０の異常を判断した場合、これが実際に異常でないとしても、電圧検出ＩＣ３０の温度検出部３３の異常を相対的に判断することができる。

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。

１ シャント抵抗式電流センサ
１０ バスバ
１１ 平坦部
１２ 上流部
１２ａ バッテリ端子
１２ｂ ボルト挿通部
１３ 下流部
１３ａ スタッド立設部
１５ 接続部材
２０ 回路基板
３０ 電圧検出ＩＣ
３１ 電圧検出部
３２ 補正部
３３ 温度検出部
４０ 温度センサ
Ｂ ボルト
Ｓｔ スタッドボルト

Claims (3)

1. 被測定電流の経路となるバスバと、
   前記バスバ上に設置された回路基板と、
   前記回路基板と前記バスバとを電気的に接続する一対の接続部材と、
   前記回路基板上に設けられ、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部材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、
   前記回路基板において前記バスバと対向する面に設けられ、前記電圧検出手段が補正を行うために前記バスバの温度を検出する温度センサとを有し、
   前記電圧検出手段は、前記温度センサとは別個に温度を検出する温度検出手段を内部に搭載しており、当該温度検出手段により検出される温度と前記温度センサにより検出される温度とに基づいて、前記温度センサの異常を判断することを特徴とするシャント抵抗式電流センサ。
2. 前記電圧検出手段は、前記温度検出手段により検出される温度と前記温度センサにより検出される温度との差が、予め設定された判定値よりも大きい場合に、前記温度センサの異常を判断することを特徴とする請求項１に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
3. 前記電圧検出手段は、前記温度センサの異常を判断した場合、前記検出した被測定電流の大きさを上位装置に出力するとともに、前記温度センサの異常を前記上位装置に併せて出力することを特徴とする請求項１又は２に記載されたシャント抵抗式電流センサ。

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