WO2015060102A1 - 電流検出装置 - Google Patents

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仲村　圭史
伊藤　雅一
健司 亀子
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コーア株式会社
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    • G01R15/146—Measuring arrangements for current not covered by other subgroups of G01R15/14, e.g. using current dividers, shunts, or measuring a voltage drop
    • G—PHYSICS
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only

Definitions

  • the present invention relates to a current detector capable of measuring current with high accuracy while being used as a current wiring.
  • shunt resistors to detect the charge / discharge current of batteries, the detection of motor currents that drive electric vehicles and hybrid vehicles, etc., and the detection of electric equipment such as air conditioners and solar cells, etc.
  • the current is detected by measuring the potential difference caused by the energization.
  • a bus bar is used as a path for flowing current from a power source such as a battery to various electrical devices, and current detection may be performed by connecting a shunt resistor to the bus bar.
  • the bus bar and the shunt resistor which are current wirings, are connected by fixing the electrodes of the shunt resistor and the bus bar by screwing or by soldering or the like (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-2011). 3694 and JP-A-6-2224014).
  • connection method between the bus bar and the shunt resistor, the number of connection portions increases, which causes heat generation, and there is a problem in securing connection reliability. Therefore, a current detection device that can be used with high reliability in applications for detecting a large current is desired.
  • the bus bar is generally made of a metal having low volume resistivity such as Cu but high resistance temperature coefficient. For this reason, it is difficult to detect the current with high accuracy even if the resistor portion is formed on a part of the bus bar without changing the material (Cu).
  • the present invention has been made based on the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a current detection device capable of measuring a current flowing through a bus bar with high accuracy and high reliability.
  • the current detection device of the present invention includes a first wiring member made of a highly conductive material, a second wiring member made of a highly conductive material, and a metal having a resistance temperature coefficient smaller than that of the highly conductive material used for these wiring members.
  • a first wiring member and a second wiring member are welded to the resistor, and the second wiring member is longer than the first wiring member. .
  • both ends of the resistor are firmly fixed to the wiring member, so that the function of the bus bar and the function of the shunt resistor can be integrated, and connection is unnecessary, so the number of parts can be reduced and Connection reliability can be improved.
  • the resistor which consists of a metal material with a small resistance temperature coefficient is integrated in a bus-bar, the large current can be detected with high precision like a shunt resistor, and the above-mentioned subject is solved.
  • the 2nd wiring member By making the 2nd wiring member long, it becomes possible to cope with a complicated bending shape, and it can be set as a structure according to a user's specification.
  • the first wiring member is short, the first wiring member and the resistor part are standardized as a semi-finished product, and the second wiring member has a structure mainly adapted to the user's specifications. Customization is possible. Furthermore, by forming a plurality of bent portions on the second wiring member, it is possible to alleviate stress concentration on the welded portion of the resistor and the wiring member.
  • FIG. 1st Example of this invention It is a perspective view of the electric current detection apparatus of 1st Example of this invention.
  • the upper part is a plan view of FIG. 1, the lower part is a front view of FIG. 1, and the lower part is a side view of FIG.
  • the upper part is a plan view of FIG. 3, and the lower part is a front view of FIG.
  • It is a perspective view of the electric current detection apparatus of 5th Example of this invention.
  • FIG. 1 and FIG. 2 show a current detection apparatus according to a first embodiment for measuring a current flowing through a bus bar.
  • the resistor 13 is welded between the first wiring member 11 and the second wiring member 12, and the second wiring member 12 is longer than the first wiring member 11. That is, this current detection device has a structure in which a shunt resistor 13 is incorporated between the wiring members 11 and 12 and the whole constitutes a bus bar.
  • the first wiring member 11 and the second wiring member 12 are band-shaped materials made of a highly conductive material that is a highly conductive metal material such as Cu, Cu-based alloy, and Al.
  • High conductivity means that the conductivity is high in general metals and that the conductivity is higher than that of the resistor 13.
  • the resistor 13 is made of a metal material made of a resistance alloy material such as Cu—Mn, Cu—Ni, Ni—Cr, etc. whose resistance temperature coefficient is much smaller than that of a metal material such as Cu.
  • the both end surfaces of the resistor 13 are welded to the end surface of the wiring member 11 and the end surface of the wiring member 12 so that the end surfaces are brought into contact with each other to form a strong bonding surface. For welding, electron beam welding, laser beam welding, brazing, or the like is used. Note that a structure in which the end of the resistor and the wiring member are overlapped and pressed together may be employed.
  • the resistor 13 and the surrounding structure of this current detection device are the same as those of the shunt resistor (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-224014), and the same high current detection accuracy can be obtained.
  • the wiring member functions as an electrode, and by integrating the function of the bus bar and the function of the shunt resistor, a connection portion through which a large current flows can be eliminated, the number of parts can be reduced, and the current flowing through the bus bar can be increased. It becomes possible to measure with high accuracy and high reliability.
  • the second wiring member 12 is longer than the first wiring member 11.
  • the second wiring member has a plurality of bent portions.
  • the bent portion 16 is a bent portion in the surface direction (horizontal direction)
  • the bent portion 17 is a bent portion in the vertical direction from the surface direction (horizontal direction)
  • the bent portion 18 is the surface from the vertical direction. It is a bending part to a direction (horizontal direction).
  • the long wiring member 12 By providing the long wiring member 12 with a plurality of bent portions 16, 17, and 18, a custom-designed bent shape corresponding to the user's specifications can be obtained, and the equipment to be mounted can be made compact and compact. Moreover, by providing a some bending part, the stress applied to a bus-bar can be disperse
  • the both ends of the wiring members 11 and 12 are provided with holes 19 and 20, and a bus bar having a shunt resistance function can be connected between target devices by bolting or the like. In addition, without providing the holes 19 and 20, it can also connect between object apparatuses by welding etc. FIG.
  • the first wiring member 11 By making the first wiring member 11 short, standardization including the portion of the resistor 13 can be performed, and mass production is easy. And by making the 2nd wiring member 12 long, it can respond to a complicated bending shape, can make this part a structure according to a user's specification, and has mass productivity and customity. It can be set as the electric current detection apparatus which combines.
  • FIGS. 3 to 4 show a current detection apparatus according to a second embodiment for measuring the current flowing through the bus bar.
  • This example is also common to the first embodiment in that the resistor 13 is welded between the first wiring member 11 and the long second wiring member 12.
  • a straight wiring member can be connected from the hole 19 to the hole 20, but according to the user's specifications, the bent portions 21, 22, 23, and 24 are provided to bypass the wiring member 12 downward. I am letting.
  • the device can be downsized and compact on the user side, and the number of parts can be reduced.
  • FIG. 5 shows a current detection apparatus according to a third embodiment for measuring the current flowing through the bus bar. Also in this example, the bent portions 25, 26, 27, and 28 are provided corresponding to the user's specifications, and the wiring member 12 is detoured laterally in the horizontal plane. As a result, the device can be downsized and compact on the user side, and the number of parts can be reduced.
  • FIG. 6 shows a current detection apparatus according to a fourth embodiment for measuring the current flowing through the bus bar.
  • bending portions 29, 30, 31, 32, and 33 are provided corresponding to the user's specifications, and the wiring member 12 is bent downward from the resistor 13 side in the vertical direction (bending portion 29). Detoured, bent in the horizontal direction (bent portion 30), bent in the vertical direction in the horizontal plane (bent portion 31), diverted to the lateral side, further bent in the vertical direction (bent portion 32), and further bent in the horizontal direction (Bending part 33).
  • the user can downsize the device and reduce the number of parts.
  • FIG. 7 shows a current detector of a fifth embodiment for measuring the current flowing through the bus bar.
  • the entire surfaces of the wiring members 11 and 12 and the resistor 13 except for the periphery of the holes 19 and 20 are covered with the protective film 35, and only the voltage detection terminals 14 and 15 protrude from the protective film 35.
  • the periphery of the holes 19 and 20 that are not covered with the protective film is surface-treated with plating films 36 and 37 of Sn, Ni, or the like. By covering the protective film 35 and the plating films 36 and 37, oxidation of the entire bus bar can be prevented.
  • the protective film 35 a coating made of an inorganic material such as glass or ceramic, a non-conductive oxide film formed by alumite treatment, or the like is used.
  • the voltage detection terminals 14 and 15 are erected in the vertical direction on the surface of the wiring member.
  • the voltage detection terminals 14 and 15 may be provided in the vicinity of the joint surface of the wiring member with the resistor, and the configuration shown in FIG. 8 is also possible. That is, in the left diagram of FIG. 8, the voltage detection terminals 14a and 15a are erected in the horizontal direction on the side surface of the wiring member. In the right diagram of FIG. 8, cuts 38 and 39 are provided in the vicinity of the joint surface of the wiring member with the resistor, and the space between the cut and the joint surface is used as the voltage detection terminals 14b and 15b.
  • the present invention can be suitably used for a current detection device that measures current in a large current wiring.

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Abstract

　大電流を高精度且つ高信頼性で測定することができる電流検出装置を提供する。高導電材料からなる第１の配線部材（１１）と、高導電材料からなる第２の配線部材（１２）と、これらの配線部材に用いられる高導電材料よりも抵抗温度係数の小さい金属材からなる抵抗体（１３）とを備え、該抵抗体に、第１の配線部材と第２の配線部材が溶接され、第２の配線部材は第１の配線部材よりも長尺である。第２の配線部材（１２）に複数の曲げ部（１６，１７，１８）を有する。複数の曲げ部は、水平方向および垂直方向への曲げ部を含む。第１および第２の配線部材（１１，１２）における抵抗体（１３）の近傍に、電圧検出端子（１４，１５）が形成されている。

Description

電流検出装置
　本発明は、電流配線として用いながら精度の高い電流測定が可能な電流検出装置に関する。
　バッテリの充放電電流の検出、電気自動車やハイブリッド自動車などを駆動するモータ電流の検出、エアコン等の電気機器、太陽電池等による発電設備などの電流検出において、シャント抵抗器を用いて、抵抗体への通電によって生じる電位差を計測することにより、電流が検出されている。
　特に、バッテリ等の電源から各種電装機器に電流を流すための経路としてバスバー（Ｂｕｓｂａｒ）が使用され、バスバーにシャント抵抗器を接続して電流検出を行うことがある。このような場合、電流配線であるバスバーとシャント抵抗器は、シャント抵抗器の電極とバスバーをネジ止めにより固定するか、半田実装等の方法により接続することが行われている（特開２０１１－３６９４号公報、特開平６－２２４０１４号公報、参照）。
　しかしながら、このようなバスバーとシャント抵抗器の接続方法では、接続部分が増えることになるため、発熱の要因となり、また、接続信頼性の確保において問題がある。そこで、大電流を検出する用途に高い信頼性で使用できる電流検出装置が望まれている。
　なお、バスバーの一部に長孔を形成することによって、バスバーの一部にシャント抵抗を構成することが提案されている（特開２００１－３４９９０７号公報参照）。しかしながら、バスバーは一般にＣｕなどの体積抵抗率は低いが抵抗温度係数が高い金属が用いられる。このため、バスバーの一部に、その材質（Ｃｕ）を変えることなく抵抗部を構成しても、高精度の電流検出は困難である。
　本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、バスバーに流れる電流を高精度且つ高信頼性で測定することができる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、高導電材料からなる第１の配線部材と、高導電材料からなる第２の配線部材と、これらの配線部材に用いられる高導電材料よりも抵抗温度係数の小さい金属材からなる抵抗体を備え、該抵抗体に、第１の配線部材と第２の配線部材が溶接され、第２の配線部材は第１の配線部材よりも長尺であることを特徴とする。
　これにより、抵抗体の両端は配線部材に強固に固定されるので、バスバーの機能とシャント抵抗の機能を一体にすることができ、接続が不要となることから、部品点数を減らすことができ且つ接続信頼性を高めることができる。そして、バスバーに抵抗温度係数の小さい金属材からなる抵抗体が組み込まれるので、シャント抵抗器と同様に高い精度での大電流の検出が可能となり、上記課題が解決される。
　そして、第２の配線部材を長尺とすることで、配線部材を複雑な曲げ形状に対応することが可能となり、ユーザーの仕様に合わせた構造とすることができる。第１の配線部材は短尺であり、第１の配線部材と抵抗体の部分を半製品として規格化し、第２の配線部材を主にユーザーの仕様に合わせた構造にすることで、量産性とカスタム性の両立が可能となる。さらに、第２の配線部材に複数箇所の曲げ部を形成することで、抵抗体と配線部材の溶接部分への応力集中を緩和することが可能となる。
本発明の第１実施例の電流検出装置の斜視図である。 上段は図１の平面図であり、下段左図は図１の正面図であり、下段右図は図１の側面図である。 本発明の第２実施例の電流検出装置の斜視図である。 上段は図３の平面図であり、下段は図３の正面図である。 本発明の第３実施例の電流検出装置の斜視図である。 本発明の第４実施例の電流検出装置の斜視図である。 本発明の第５実施例の電流検出装置の斜視図である。 電圧検出端子の他の実施例の斜視図である。
　以下、本発明の実施形態について、図１乃至図８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乃至図２はバスバーに流れる電流を測定する第１実施例の電流検出装置を示す。第１の配線部材１１と第２の配線部材１２の間に抵抗体１３を溶接した構造であり、第２の配線部材１２は第１の配線部材１１よりも長尺としている。すなわち、この電流検出装置は、配線部材１１と１２の間にシャント抵抗１３を組み込み、全体がバスバーを構成した構造である。
　第１の配線部材１１と第２の配線部材１２はＣｕ、Ｃｕ系合金、Ａｌ等の高導電性の金属材である高導電材料で構成された、帯状の材料である。高導電とは金属一般において導電性が高いこと、また、抵抗体１３よりも導電性が高いことを意味する。抵抗体１３はＣｕ－Ｍｎ系、Ｃｕ－Ｎｉ系、Ｎｉ－Ｃｒ系等の抵抗温度係数がＣｕ等の金属材よりも格段に小さい抵抗合金材からなる金属材で構成されている。そして、抵抗体１３の両端面は配線部材１１の端面と配線部材１２の端面に、端面同士を突き合わせて溶接され、強固な接合面が形成されている。溶接には、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接、ろう接、等が用いられる。なお、抵抗体の端部と配線部材を重ねて、圧接する等の構造でもよい。
　抵抗体１３の両側の配線部材１１，１２には、抵抗体１３の近傍に電圧検出端子１４，１５が設けられている。配線部材１１，１２に流れる電流は、抵抗体１３を通過し、その両端の電位差が電圧検出端子１４，１５で検出される。従って、この電流検出装置の抵抗体１３とその周辺の構造はシャント抵抗器と同様であり（例えば、特開平６－２２４０１４号公報参照）、同等の高い電流検出精度が得られる。そして、配線部材が電極の機能を果たし、バスバーの機能とシャント抵抗の機能を一体にすることで、大電流が流れる接続部分が不要となり、部品点数を減らすことができ、バスバーに流れる電流を高精度且つ高信頼性で測定することが可能となる。
　第２の配線部材１２は第１の配線部材１１よりも長尺である。そして、第２の配線部材に複数の曲げ部を有する。この実施例では、曲げ部１６は面方向（水平方向）への曲げ部であり、曲げ部１７は面方向（水平方向）から垂直方向への曲げ部であり、曲げ部１８は垂直方向から面方向（水平方向）への曲げ部である。
　長尺の配線部材１２に複数の曲げ部１６，１７，１８を備えることで、ユーザーの仕様に対応したカスタムデザインの曲げ形状とすることができ、装着する機器の小型コンパクト化が可能となる。また、複数の曲げ部を備えることで、バスバーに印加される応力を分散させることができ、抵抗体１３と配線部材１１，１２の接合面に印加される応力を低減することができる。
　配線部材１１，１２の両端部には、孔１９，２０を備え、ボルト締め等により、シャント抵抗機能を備えたバスバーを対象機器間に接続することができる。なお、孔１９，２０を設けず、溶接等により対象機器間に接続することもできる。
　第１の配線部材１１を短尺とすることで、抵抗体１３の部分を含めて規格化することができ、量産化が容易である。そして、第２の配線部材１２を長尺とすることで、複雑な曲げ形状に対応することが可能で、この部分をユーザーの仕様に合わせた構造とすることができ、量産性とカスタム性を兼ね備えた電流検出装置とすることができる。
　図３乃至図４はバスバーに流れる電流を測定する第２実施例の電流検出装置を示す。この例も、第１の配線部材１１と長尺の第２の配線部材１２の間に抵抗体１３を溶接した構造である点で、第１実施例と共通する。この例では、孔１９から孔２０まで、直線的な配線部材でも接続可能であるが、ユーザーの仕様に対応させ、曲げ部２１，２２，２３，２４を設けて配線部材１２を下側に迂回させている。これにより、ユーザー側で機器の小型コンパクト化が可能となり、且つ部品点数を削減できる。
　図５はバスバーに流れる電流を測定する第３実施例の電流検出装置を示す。この例も、ユーザーの仕様に対応させ、曲げ部２５，２６，２７，２８を設けて、配線部材１２を水平面内で横側に迂回させている。これにより、ユーザー側で機器の小型コンパクト化が可能となり、且つ部品点数を削減できる。
　図６はバスバーに流れる電流を測定する第４実施例の電流検出装置を示す。この例も、ユーザーの仕様に対応させ、曲げ部２９，３０，３１，３２，３３を設けて、配線部材１２を抵抗体１３側から垂直方向に下方に曲げ（曲げ部２９）、下側に迂回させ、水平方向に曲げ（曲げ部３０）、水平面内で垂直方向に曲げ（曲げ部３１）、横側に迂回させ、さらに垂直方向に曲げ（曲げ部３２）、さらに水平方向に曲げている（曲げ部３３）。これにより、ユーザー側で機器の小型コンパクト化が可能となり、部品点数を削減できる。
　図７はバスバーに流れる電流を測定する第５実施例の電流検出装置を示す。この構造例では、孔１９，２０の周辺を除き配線部材１１，１２および抵抗体１３の全面を保護膜３５で被覆し、電圧検出端子１４，１５のみが保護膜３５から突出している。また、保護膜に被覆されていない孔１９，２０の周辺はＳｎ、Ｎｉ等のメッキ膜３６，３７で表面処理されている。保護膜３５およびメッキ膜３６，３７を被覆することで、バスバー全体の酸化を防ぐことが出来る。保護膜３５としては、ガラス、セラミック等の無機材料によるコート、アルマイト処理により形成された不導体酸化膜等が用いられる。
　電圧検出端子１４，１５は上記実施例では、配線部材の表面に垂直方向に立設されている。しかしながら、電圧検出端子１４，１５は配線部材の抵抗体との接合面近傍に設ければ良いのであり、図８に示す構成も可能である。すなわち、図８左図は、電圧検出端子１４ａ，１５ａを配線部材の側面に水平方向に立設している。また、図８右図は、配線部材の抵抗体との接合面近傍に切込み３８，３９を設け、該切込みと接合面の間を電圧検出端子１４ｂ、１５ｂとして用いている。
　これまで本発明の実施例について説明してきたが、本発明は上述の実施例に限定されず、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、大電流配線において電流を測定する電流検出装置に好適に利用可能である。

Claims (4)

  1. 　高導電材料からなる第１の配線部材と、
    　高導電材料からなる第２の配線部材と、
    　これらの配線部材に用いられる高導電材料よりも抵抗温度係数の小さい金属材からなる抵抗体を備え、
    　該抵抗体に、第１の配線部材と第２の配線部材が溶接され、第２の配線部材は第１の配線部材よりも長尺であることを特徴とする電流検出装置。
  2. 　前記第２の配線部材に複数の曲げ部を有することを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
  3. 　前記複数の曲げ部は、水平方向および垂直方向への曲げ部を含むことを特徴とする請求項２に記載の電流検出装置。
  4. 　第１および第２の配線部材における前記抵抗体の近傍に、電圧検出端子が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流検出装置。
     
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