JP6255691B2

JP6255691B2 - 電流センサ／コンタクタユニット

Info

Publication number: JP6255691B2
Application number: JP2013073233A
Authority: JP
Inventors: 鎌田　誠二; 誠二鎌田; 川口　洋一; 洋一川口; 賢一武林
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: CN104071021A; JP2014197964A; CN104071021B; US9978550B2; US20140292109A1

Description

本発明は、電流センサ/コンタクタユニットに関する。

下記特許文献１には、ベースプレートのバッテリと隣接する反対側の側面には、基面から直立する凸部が形成され、凸部を除く側面の基面には、バッテリ電流センサと、コンタクタのメインコンタクタ及びプリチャージコンタクタが配置され、これに対し、凸部の上面には、基面上に搭載されたバッテリ電流センサ、メインコンタクタ及びプリチャージコンタクタよりも高さ寸法の低いプリチャージ抵抗とＤＣ/ＤＣコンバータヒューズとが配置される車両用蓄電装置が開示されている。

特開２００５−１５３８２７号公報

ところで、上記従来技術では、電流センサとコンタクタとをベースプレート上に個別に配置しているため、電流センサ及びコンタクタを設置するために大きなスペースが必要となるという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電流センサ及びコンタクタを設置するために必要となるスペースを小さくすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、電流センサ素子からなり、外部から入力される電力の電流値を検出し、電流値を示す検出信号を前記電流センサ素子から出力する電流センサと、外部から入力される制御信号に基づいて前記電力が流れる電力線を開閉するコンタクタと、前記電流センサの前記電流センサ素子が実装されると共に、電流センサ素子及び前記コンタクタに接続される複数の信号線が形成される基板とを具備し、前記電流センサ、前記コンタクタ及び前記基板が一体化されている、という手段を採用する。

本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記コンタクタに並列に接続されるプリチャージ抵抗と、前記プリチャージ抵抗に直列に接続されると共に、前記コンタクタに並列に接続され、外部から入力される制御信号に基づいて前記電力が流れる電力線を開閉するプリチャージコンタクタとを具備し、前記基板には、前記プリチャージコンタクタに接続される信号線が形成され、前記電流センサ、前記コンタクタ及び前記基板に加えて前記プリチャージ抵抗及びプリチャージコンタクタが一体化されている、という手段を採用する。

本発明では、第３の解決手段として、上記第１あるいは第２の解決手段において、前記電流センサ、前記コンタクタ、前記基板及びプリチャージコンタクタは、筐体によってパッケージングされている、という手段を採用する。

本発明では、第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段において、外部のバッテリから供給された前記電力を外部のインバータに出力する、という手段を採用する。

本発明によれば、電流センサ、コンタクタ及び基板が一体化されていることによって、電流センサ及びコンタクタを設置するために必要となるスペースを小さくできる。

本発明の一実施形態に係る電圧検出装置Ａの概略構成図である。本発明の一実施形態に係る電流センサ/コンタクタユニットＡの内部を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る電流センサ/コンタクタユニットＡの内部を示す左側面図（ａ）及び背面図（ｂ）である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る電流センサ/コンタクタユニットＡは、図１に示す、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０、３相インバータ７０及び３相モータ８０と共に電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）あるいはハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）等の移動車両に搭載されている。この電流センサ/コンタクタユニットＡは、バッテリＢから３相インバータ７０に供給される電流の検出及び制御を行うものである。

バッテリ５０は、複数の電池セルから構成されるものであり、電流センサ/コンタクタユニットＡに接続され、該電流センサ/コンタクタユニットＡを介して３相インバータ７０に電力を供給する。

バッテリＥＣＵ６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成されるマイコンや、バッテリ５０の各電池セルの電圧を検出する電圧検出回路等から構成される。また、バッテリＥＣＵ６０は、バッテリ５０及び電流センサ/コンタクタユニットＡと接続線を介して電気的に接続される。このバッテリＥＣＵ６０は、バッテリ５０を構成する各電池セルの電圧状態を監視すると共に、電流センサ/コンタクタユニットＡの全体動作を制御する。

３相モータ８０は、例えば、中央に回転軸が挿通されると共に当該回転軸を中央として環状に配列される複数の永久磁石を内部に収容する円筒状のロータと、該ロータの周面に対向配置されると共にロータの回転を制御するための電機子巻線を内部に収容するステータとから構成された永久磁石同期モータである。この３相モータ８０は、３相インバータ７０から供給される３相の駆動電力（Ｕ、Ｖ、Ｗ相の駆動電力）に基づいてロータを回転する。

３相インバータ７０は、図示しない制御回路から供給されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に基づいて電流センサ/コンタクタユニットＡを介してバッテリ５０から供給された直流電力をスイッチングすることにより、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３相の駆動電力を生成し、３相モータ８０に供給するものである。

この３相インバータ７０は、各相の駆動電力を生成するために相毎に２つのスイッチング素子を備える、つまり合計６つのスイッチング素子を備えている。このような３相インバータ７０を構成するスイッチング素子は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、通常のバイポーラトランジスタあるいはＦＥＴトランジスタ（FieldEffect Transistor：電界効果トランジスタ）である。

一方、電流センサ/コンタクタユニットＡは、図１、図２及び図３に示すように、電流センサ１、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３、プリチャージ抵抗器４、コネクタ５、バスバー６、支持部材７、基板８及び筐体９から構成されている。

電流センサ１は、図２及び図３に示すように、電流センサコア１１及び電流センサ素子１２から構成されている。
電流センサコア１１は、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ及びフェライト等の磁性材からなり、所定の厚みを有するＣ字型形状をしている。

また、電流センサコア１１は、Ｃ字型形状における中心孔１１ａの中心部をバスバー６の電力入力端６ａ（バッテリ側）が挿通すると共に、メインコンタクタ２及びプリチャージコンタクタ３の近傍に位置するように、図示しない絶縁体からなる支持部材によって支持されている。

また、電流センサコア１１は、一方の端面１１ｂがメインコンタクタ２上に配置された後述するプリチャージコンタクタ３のプリチャージコンタクタ用筐体３３に対向すると共に、Ｃ字型形状の対向する先端の間に形成されたギャップ１１ｃが基板８の表面と対向するように配置されている。上記ギャップ１１ｃには、バスバー６に電流が流れることで発生する磁束が収束する。

電流センサ素子１２は、例えば、３つの端子（入力端子、グランド端子及び出力端子）を有するホールＩＣである。この電流センサ素子１２は、メインコンタクタ２及びプリチャージコンタクタ３の近傍に設けられた基板８上に直立した姿勢で実装されている。また、電流センサ素子１２は、ホールＩＣの構成要素であるホール素子が電流センサコア１１のギャップ１１ｃに挿入されている。この電流センサ素子１２は、電流センサコア１１のギャップ１１ｃに収束された磁束の強さを検出し、磁束の強さを示す検出信号を基板８上に形成された信号線及びコネクタ５を介してバッテリＥＣＵ６０に出力する。

メインコンタクタ２は、バッテリ５０から３相インバータ７０に供給される電力を制御するものであり、機械接点２１及びこの機械接点２１を開閉する駆動コイル２２を備えた電磁スイッチである。このメインコンタクタ２は、上記機械接点２１の一端がバスバー６を介してバッテリ５０の正極に接続され、他端がバスバー６を介して３相インバータ７０に接続されている。

また、メインコンタクタ２は、駆動コイル２２の両端が基板８に形成される信号線及びコネクタ５を介してバッテリＥＣＵ６０に接続されている。つまり、メインコンタクタ２は、バッテリＥＣＵ６０から入力された駆動信号（制御信号）に基づいて駆動コイル２２に発生する磁力を利用して機械接点２１を開閉し、バッテリ５０から３相インバータ７０に供給される電力を制御する。

また、メインコンタクタ２は、図２及び図３に示すように、上記機械接点２１及び駆動コイル２２を収容する箱型形状をしたメインコンタクタ用筐体２３を備える。このメインコンタクタ用筐体２３は、樹脂等の絶縁体からなるものである。また、メインコンタクタ用筐体２３の上面２３ａ上には、プリチャージコンタクタ３が配置されている。このようなメインコンタクタ用筐体２３は、背面２３ｂがコネクタ５と隣接し、左側面２３ｃがプリチャージ抵抗器４と対向するように配置される。

プリチャージコンタクタ３は、メインコンタクタ２に流れる電流を制限してメインコンタクタ２を保護するものであり、メインコンタクタ２と同様に、機械接点３１及びこの機械接点３１を開閉する駆動コイル３２を備えた電磁スイッチである。

このプリチャージコンタクタ３は、上記機械接点３１の一端がバスバー６を介してバッテリ５０の正極に接続され、他端がバスバー６を介してプリチャージ抵抗器４に接続されている。つまり、プリチャージコンタクタ３は、プリチャージ抵抗器４に直列に接続されると共に、メインコンタクタ２に並列に接続されている。

また、プリチャージコンタクタ３は、駆動コイル３２の両端が基板８に形成される信号線及びコネクタ５を介してバッテリＥＣＵ６０に接続されている。つまり、プリチャージコンタクタ３は、バッテリＥＣＵ６０から入力された駆動信号（制御信号）に基づいて駆動コイル３２に発生する磁力を利用して機械接点３１を開閉し、メインコンタクタ２に流れる電流を制御する。

また、プリチャージコンタクタ３は、図２及び図３に示すように、上記機械接点３１を収容する箱型形状をしたプリチャージコンタクタ用筐体３３を備える。このプリチャージコンタクタ用筐体３３は、樹脂等の絶縁体からなるものである。また、プリチャージコンタクタ用筐体３３は、メインコンタクタ用筐体２３の上面２３ａ上に配置されている。また、プリチャージコンタクタ用筐体３３は、背面３３ａが電流センサコア１１の一方の端面１１ｂ及び基板８に対向し、左側面３３ｂが駆動コイル３３に対向するように配置されている。なお、上記駆動コイル３２は、プリチャージ抵抗器４の上方に露出して配置される。

プリチャージ抵抗器４は、例えばセメント抵抗であり、一端がプリチャージコンタクタ３の機械接点３１の他端に接続され、他端が３相インバータ７０に接続されている。つまり、プリチャージ抵抗器４は、メインコンタクタ２に並列に接続されている。

また、プリチャージ抵抗器４は、バスバー６によって吊り下げられるようにして、メインコンタクタ用筐体２３の左側面２３ｃと対向するように配置されている。このようなプリチャージ抵抗器４は、プリチャージコンタクタ３が閉状態になると、バッテリ５０から電力が供給されて、該電力を熱エネルギーに変換する、つまり発熱する。

コネクタ５は、電流センサ１、メインコンタクタ２及びプリチャージコンタクタ３に接続される基板８に形成された信号線と、バッテリＥＣＵ６０とを接続するためのインターフェイスである。このコネクタ５は、図示しない支持部材によって支持され、基板８の下方で、メインコンタクタ用筐体２３の背面２３ｂに隣接するように配置されている。

バスバー６は、銅等の導電体からなる細長い板状部材を組み合わせてなる電力線である。このバスバー６は、電力入力端６ａがバッテリ５０に接続され、電力出力端６ｂが３相インバータ７０に接続されている。また、バスバー６は、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３及びプリチャージ抵抗器４を経由して電気的に接続する。このようなバスバー６は、絶縁体からなる支持部材７（支持部材７ａ及び７ｂ）によって支持されている。

支持部材７は、プリチャージコンタクタ用筐体３３上に設けられた支持部材７ａと、プリチャージコンタクタ用筐体３３の左側面３３ｂに対向するように設けられた支持部材７ｂとを備える。この支持部材７ａ及び支持部材７ｂは、樹脂等の絶縁体からなり、バスバー６を支持する。

基板８は、矩形状の基板であり、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁体を基材として表面に複数の信号線が形成されている。基板８の信号線は、電流センサ１の電流センサ素子１２、メインコンタクタ２の駆動コイル２２及びプリチャージコンタクタ３の駆動コイル３２に接続されている。この基板８は、メインコンタクタ２及びプリチャージコンタクタ３による熱影響を避けるべく、プリチャージコンタクタ用筐体３３の背面３３ａに対向するように配置されている。

筐体９は、樹脂等の絶縁体からなり、電流センサ１、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３、コネクタ５、バスバー６、支持部材７及び基板８を収容するものである。つまり、筐体９は、プリチャージ抵抗器４以外の部品を収容する。これは、プリチャージ抵抗器４に生じた熱を外部に放出するためである。このような筺体は、外部から加わる物理的な衝撃等から上述した電流センサ１、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３、コネクタ５、バスバー６、支持部材７及び基板８を保護する。

このような本実施形態によれば、電流センサ１、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３、プリチャージ抵抗器４が一体化されている。この結果、電流センサ１、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３、プリチャージ抵抗器４を設置するために必要となるスペースを小さくできる。また、本実施形態は、上述したように電流センサ１、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３、プリチャージ抵抗器４が一体化されることによって、これら部品の取り付けを同時に行うことができるので、取り付け作業の手間を省略することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、プリチャージコンタクタ３及びプリチャージ抵抗器４が設けられているが、本発明はこれに限定されない。プリチャージコンタクタ３及びプリチャージ抵抗器４については、機能上必要なければ設ける必要はない。また、メインコンタクタ２、プリチャージコンタクタ３及びプリチャージ抵抗器４の数については、１つでもよいし、複数であってもよい。

（２）上記実施形態では、バッテリ５０から供給される電力を３相インバータ７０に出力している、つまり、バッテリ５０と３相インバータ７０との間に設けられているが、バッテリ５０と３相インバータ７０との間以外に設置するようにしてもよい。

Ａ…電流センサ/コンタクタユニット、６０…バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）、７０…３相モータ、８０…３相インバータ、１…電流センサ、２…メインコンタクタ、３…プリチャージコンタクタ、４…プリチャージ抵抗器、５…コネクタ、６…バスバー、７…支持部材、８…基板、９…筐体、１１ａ…中心孔、１１ｂ…端面、１１ｃ…ギャップ、２１…機械接点、２２…駆動コイル、２３…インコンタクタ用筐体、２３ａ…上面、２３ｂ…背面、２３ｃ…左側面、３１…機械接点、３２…駆動コイル、３３…プリチャージコンタクタ用筐体、３３ａ…背面、３３ｂ…左側面、７ａ、７ｂ…支持部材、６ａ…電力入力端、６ｂ…電力出力端

Claims

電流センサ素子からなり、外部から入力される電力の電流値を検出し、電流値を示す検出信号を前記電流センサ素子から出力する電流センサと、
外部から入力される制御信号に基づいて前記電力が流れる電力線を開閉するコンタクタと、
前記電流センサの前記電流センサ素子が実装されると共に、電流センサ素子及び前記コンタクタに接続される複数の信号線が形成される基板と、
前記コンタクタに並列に接続されるプリチャージ抵抗と、
前記プリチャージ抵抗に直列に接続されると共に、前記コンタクタに並列に接続され、外部から入力される制御信号に基づいて前記電力が流れる電力線を開閉するプリチャージコンタクタとを具備し、
前記電流センサ、前記コンタクタ及び前記基板が一体化され、
前記基板には、前記プリチャージコンタクタに接続される信号線が形成され、
前記電流センサ、前記コンタクタ及び前記基板に加えて前記プリチャージ抵抗及びプリチャージコンタクタが一体化され、
前記電流センサ、前記コンタクタ、前記基板及びプリチャージコンタクタは、筐体によってパッケージングされ、
前記プリチャージ抵抗は、前記筐体の外部に配置されていることを特徴とする電流センサ/コンタクタユニット。
外部のバッテリから供給された前記電力を外部のインバータに出力することを特徴とする請求項１に記載の電流センサ/コンタクタユニット。