(57)【要約】バッテリー電流センサーは、バッテリー（５）の端子電極（３）周辺でクランプされるように構成された管状クランプ本体を含むバッテリー電極接続クランプ部分（２）と、磁気回路（１６）および磁界センサー（１８）を含む電流感知部分（１６）と、を含む。磁気回路は、管状クランプ本体（６）を取り囲む磁気コアを含む。
2013539038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー電流センサーにおいて、
バッテリー（５）の端子電極（３）周辺でクランプされるように構成された分割管状クランプ本体、および、前記分割管状クランプ本体の自由端から延び、バッテリー端子電極上で前記管状クランプ本体を締めるよう共に付勢されるように構成されたフランジ（８）を含む、バッテリー電極接続クランプ部分（２）と、
磁気回路、ならびに前記磁気回路、および前記管状クランプ部分の少なくとも一部を取り囲む絶縁保護ハウジングを含む電流感知部分と、
を含み、
前記フランジは、前記管状クランプ本体の高さ（Ｈ１）より低い高さ（Ｈ２）を有し、
前記磁気回路は、前記フランジに隣接して前記管状クランプ本体（６）の一部を取り囲む磁気コア（１６、１６’）を含む、バッテリー電流センサー。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記フランジは、前記管状クランプ本体の上端部に位置付けられ、
前記磁気回路は、前記クランプ本体の下端部に向かって前記フランジの下に位置付けられ、
前記管状クランプ本体の前記上端部は、前記管状クランプ本体の前記下端部の内径より小さい内径を有する、バッテリー電流センサー。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記磁気回路は、前記電流センサーがバッテリー電極上に据え付けられたときに前記磁気回路が前記バッテリーの上方外表面（１３）の近くに隣接するように構成された、前記電流センサー内に位置付けられる、バッテリー電流センサー。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記電流センサーハウジングと一体的に形成され、外付け回路のコネクタに接続されるように構成されたハウジング部分を有するコネクタ、
をさらに含む、バッテリー電流センサー。
【請求項５】
請求項３または４に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記ハウジング内に据え付けられた温度センサー、
をさらに含む、バッテリー電流センサー。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記電流センサーは、鉛蓄型の自動車用バッテリーの端子電極ウェル（１５）内部に嵌まるように構成された全体の高さおよびサイズを有する、バッテリー電流センサー。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記磁気回路は、空隙を有する磁気コア、および前記空隙内に位置付けられる磁界センサーを含む、バッテリー電流センサー。
【請求項８】
請求項７に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記磁気回路および磁界センサーは、開ループ電流センサーとして動作するように構成される、バッテリー電流センサー。
【請求項９】
請求項７または８に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記磁界センサーは、回路基板を含み、前記回路基板上に磁界検出器が据え付けられる、バッテリー電流センサー。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記電流感知部分は、閉ループ方式で機能するように構成されており、前記磁気回路に巻き付けられた二次コイルを含み、前記二次コイルは、前記バッテリー電極を通って流れる電流により生成された磁界をキャンセルしようとする電流で駆動される、バッテリー電流センサー。
【請求項１１】
請求項１〜６または１０のいずれか１項に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記磁気コアは、前記管状クランプ本体を、空隙なしで完全に取り囲む、バッテリー電流センサー。
【請求項１２】
請求項１１に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記電流感知部分は、フラックスゲートセンサーとして構成され、前記磁気コア（１６’）に巻き付けられたコイル（２９）を含み、
前記磁気コアは、柔軟で飽和可能な磁性材料で作られる、バッテリー電流センサー。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
本発明は、バッテリー用、特に正極および負極導線（positive and negative leads）それぞれに接続される電極（posts）を備えた鉛蓄型（lead-acid type）のバッテリー用の、電流センサーに関する。
【０００２】
鉛蓄型のバッテリーは現在、自動車において、また、予備電力適用ならびに他の適用において、使用されている。このようなバッテリーは、正および負の接続（positive and negative connections）双方のための標準化された接続電極を有し、これらの電極は、小さな円錐角を備えた円錐台形状を有し、相補的な接続部は、典型的には、フランジを備えた管状接続クランプを含み、これらのフランジは、ボルトによって共に圧迫されて、接続電極上で管状本体を締める。電力接続用の導電ケーブルが、通常、管状接続クランプに溶接されるか、はんだづけされるか、クランプされるか、またはクリンプされる。
【０００３】
バッテリーに出入りする電流を測定するために、導電ケーブル周辺、またはケーブルと接続クランプとの間の接続領域に、電流センサーを設けることが知られている。鉛蓄バッテリー（Lead-acid batteries）は、例えば燃焼機関を始動させる場合に、ミリアンペアから数百アンペア、さらには１０００アンペア以上のピークまでの非常に大きな動作範囲にわたって、電流を供給することができる。したがって、このようなバッテリーのための電流センサーは、強固であり、かつダメージなしに非常に高いピーク電流に耐える（support）ことができるよう十分に大きな寸法を有することを必要とする。さらに、このような大きな電流を測定できることが望ましいであろう。
【０００４】
バッテリー電極接続導線用の既存の電流センサーは、例えば据え付けまたは維持中にダメージを受けやすい接続導線周辺での据え付けを考慮すると、嵩高かつ高価である。このようなセンサーは、振動、衝撃、および、自動車のエンジン室で見ることができる−４０℃〜１２５℃の広範囲な動作温度といった、厳しい動作条件にもさらされる。
【０００５】
本発明の目的は、端子接続電極（terminal connection posts）を備えたバッテリー、例えば自動車または予備適用（stand-by applications）で使用される鉛蓄型のバッテリーのための、電流センサーを提供することであり、これは、強固で、信頼性があり、小型であり、かつ大きな温度範囲、高温、ならびに／または振動および衝撃など、厳しい動作条件に耐えることのできるものである。
【０００６】
ミリアンペアから数百または、１０００アンペア以上までの広範囲にわたって電流を測定することができ、なおかつ、小型で、製造するのに経済的である、電流センサーを提供することが有利である。
【０００７】
据え付け、使用、または維持の間にダメージに対する暴露が低い、バッテリー電極に接続される電流センサーを提供することが有利である。
【０００８】
本発明の目的は、請求項１に記載のバッテリー電極電流センサーを提供することにより達成されている。
【０００９】
バッテリー電流センサーが、本明細書に開示され、このバッテリー電流センサーは、バッテリーの端子電極（terminal post）周辺でクランプされるように構成された管状分割クランプ本体を含むバッテリー電極接続クランプ部分と、磁気回路および磁界センサーを含む電流感知部分と、を含む。磁気回路は、管状クランプ本体を取り囲む磁気コアを含む。バッテリー電極接続クランプ部分は、フランジを含み、フランジは、管状クランプ本体の自由端から延びており、バッテリー端子電極上で管状クランプ本体を締めるよう共に付勢されるように構成され、フランジは、管状クランプ本体の高さＨ１より低い高さＨ２を有する。磁気回路は、フランジに隣接して管状クランプ本体の一部を取り囲む磁気コアを含む。
【００１０】
有利なことに、接続クランプに統合された特に小型で薄型のセンサーが提供されるが、これは、接続電極を取り囲む、直径の大きな磁気回路を考慮すると、大きな電流を確実に測定することができる。バッテリー接続電極周辺で磁気回路と磁界センサーとを統合することで、特に小型の構成がもたらされ、センサーが、組立、使用、または維持の間に外部の物体に暴露されることが軽減され、センサーは、接続クランプ自体により部分的に保護される。さらに、磁気回路がバッテリー電極を取り囲むので、センサーは、あらゆる漏出、あるいは接続クランプもしくは導電導線に接続されるか、またはそれらから取り出されることのできる二次導体を含む、バッテリーに出入りする電流すべてを正確に測定する。従来のセンサーでは、ショート、またはバッテリー端子電極に接続された二次導体は、センサーが主要導電導線上またはその周りに配列されているので、検出されないことがある。
【００１１】
本発明の別の利点は、感知機能が一次導体と並列に構成され、バッテリー導線とバッテリー端子との間の接続の間に挿入されないことである。一次導体線の遮断により、故障のさらなるリスクが生じ、また、ケーブルとバッテリーとの接続が、より複雑になる。
【００１２】
温度センサーも、電流センサーに直接統合されてよい。温度センサーは、バッテリー電極端子に嵌まる接続クランプ上に据え付けられるので、小型で費用効率が高い構成で、バッテリーの正確な温度測定がもたらされる。
【００１３】
フランジは、有利にも、管状クランプ本体の上端部に位置付けられてよく、磁気回路は、フランジの下に、クランプ本体の下端部に向かって位置付けられてよい。
【００１４】
磁気回路は、有利にも、電流センサー内に位置付けられてよく、電流センサーがバッテリー電極に据え付けられると、磁気回路は、バッテリーの上方外表面の近くに隣接する。
【００１５】
センサーは、有利にも、磁気回路、磁界センサー、および管状クランプ部分の少なくとも一部を取り囲む、絶縁保護ハウジングを含む。センサーは、電流センサーハウジングと一体的に形成され、外付け回路のコネクタに接続されるように構成された、ハウジング部分を有するコネクタを更に含むことができる。
【００１６】
ある実施形態では、磁気回路は、空隙を有する磁気コアを含み、磁界センサーがその空隙内に位置付けられる。磁気回路および磁界検出器は、開ループ電流センサーとして動作するように構成され得る。磁界センサーは、回路基板を含んでよく、この回路基板上に、ホール効果検出器などの磁界検出器が据え付けられる。
【００１７】
本発明のさらなる目的および有利な態様は、請求項、本発明の実施形態に関する以下の詳細な説明、および、添付図面から明らかとなるであろう。
【００１８】
図面を参照すると、本発明のある実施形態によるバッテリー電流センサー１は、バッテリー電極接続クランプ部分２と、電流感知部分４と、を含む。バッテリー電極接続クランプ部分は、典型的には自動車への適用、予備適用および他の適用で広く使用される鉛蓄型であってよいバッテリー５のバッテリー電極３の周囲に据え付け可能である。バッテリー電極は、それ自体が周知のようにわずかに円錐形のクランプ表面を備えた標準化寸法を有し得る。しかしながら、本発明は、他のタイプのバッテリー用であるか、または、非標準化寸法の円筒形もしくはわずかに円錐形であるバッテリー端子電極用のものであってもよい。
【００１９】
バッテリー電極接続クランプ部分２は、分割管状クランプ本体６を含み、フランジ８が、クランプ本体の自由端から外側に、かつ概ね半径方向に延びており、フランジは、クランプボルト１０を内部に受容する経路を有し、クランプボルトは、フランジをまとめて圧迫することができるので、バッテリー端子電極３の周辺で管状本体がクランプされる。管状本体は、フランジの軸方向高さＨ２より高い軸方向高さＨ１を有する。フランジは、好適な実施形態では、バッテリー電極上におけるクランプ本体の据付位置に関連して見られるように、管状本体の上方表面９から延びる。したがって、フランジより下の特定の空間Ｈ３がもたらされ、以下でさらに詳細に説明するように、電流感知部分の磁気回路を管状クランプ本体の周辺に位置付けることができる。バッテリー電極接続クランプ部分は、主要導電導線７に接続される一次ケーブル接続部分１２、およびオプションとしてバッテリー電極に他の導線を接続する接続部分を、さらに含む。一次ケーブルおよび二次ケーブルのための接続部分は、当技術分野で知られるような、さまざまな形状および構成を有することができる。
【００２０】
電流感知部分４は、バッテリー電極を取り囲む環状に形成された磁気コアを備えた磁気回路１６と、磁界センサー１８と、を含む。磁界センサーは、バッテリー電極を通って流れる電流により生成される磁界を検出し、それにより、磁気回路の磁気コアは、磁束を集中させる。図示された実施形態では、磁気コアは、空隙を備え、磁界検出器は、空隙に挿入され、空隙において集中された磁界をとらえる。磁界センサーは、回路基板、例えば、プリント回路基板２６上に据え付けられたＡＳＩＣに例えば統合された、ホール効果センサーを含んでよい。しかしながら、他の磁界センサーを使用することもできる。プリント回路基板は、信号処理および供給のための、他の電気回路および電子回路を備えることもできる。図示し前述した構成では、電流センサーは、（開ループ電流センサーとして知られる）開ループ方式で機能することができ、これは、磁気回路において磁界をキャンセルするのに使用されるフィードバック信号がないことを意味している。
【００２１】
磁気コアは、当技術分野で既知のように、非積層コアの形または積み重ねられた積層シートの形の柔軟な磁性物質で作られて、渦電流を低減することができる。
【００２２】
発明の範囲内において、他の磁界検出器および磁気回路の構成を使用することができる。しかしながら、例えば、フラックスゲートまたは磁気抵抗検出器などの、他の磁界検出器を、ホール効果検出器の代わりに使用することができる。また、磁気コアは、閉じられてよい、すなわち空隙なしでよく、電流センサーは、閉ループ方式で機能し、また、磁気回路に巻き付けられる二次コイルを含むことができ、この二次コイルは、バッテリー電極を通って流れる電流により生成される磁界をキャンセルしようとする電流で駆動される。
【００２３】
（図１と共に）図３を参照すると、磁界検出器の別の実施形態の例が図示されている。図３の磁界検出器は、フラックスゲート型のものであり、バッテリー電極を取り囲む、環状に成形された飽和可能な磁気コア１６’を備えた磁気回路を含む。飽和可能な磁気コア１６’は、絶縁支持体２９に巻き付けられた、非晶質磁性物質リボンまたはストリップで作られることができる。コイル２８が、磁気コアおよび絶縁支持体に巻き付けられ、また、（図１に示すようにコネクタ部分２２を介して）信号処理回路に接続されるように構成されており、信号処理回路は、交流励磁電流（alternating excitation current）を生成し、バッテリー端子を通って流れる一次電流の画像である、結果として得られる信号バイアスを読み取る。このタイプのフラックスゲートセンサーの機能原理は、それ自体が既知である。例えば別個の励振コイルおよび補償コイルを備えた、他のフラックスゲート構成が、本発明で使用されてもよい。
【００２４】
低コストで、単純かつ信頼性のある動作、ならびに、高い電流を測定する能力を考慮すると、有利な実施形態は、図２ａ、図２ｂに示されるような、開ループ構成である。
【００２５】
電流感知部分４は、磁気回路および磁界センサーに対して絶縁および保護をもたらすハウジング２０と、電流センサーを外付け回路に接続するためにハウジング２０内に一体的に形成されたハウジング部分を備えるコネクタ２と、をさらに含む。ハウジング２０は、バッテリー電極接続クランプ部分２の周りに形成され、これに固定される。磁気回路１６は、有利なことに、フランジ８の下に位置付けられ、管状本体６の下方部分を取り囲むので、特に小型で十分に保護された電流感知部分を形成する。電流感知部分が、クランプボルトの下でバッテリー５の表面１３に接触して、または表面１３のすぐ隣に位置付けられるようにフランジ８およびクランプボルト１０の下に配列されているので、電流感知部分の保護も強化される。バッテリー電流センサーは、好ましくは、バッテリー端子ウェル１５の高さＨ４以下の全体的な高さを有し、センサーは、バッテリーの最上面より上に突出しない。
【００２６】
また、磁気回路はバッテリー電極を取り囲んでいるので、バッテリーに出入りするすべての電流は、それらが現在漏電またはショートであるか、あるいは、電流が一次ケーブルを通って流れない、バッテリー電極に接続された二次ラインであるかに関係なく、測定される。
【００２７】
電流感知部分は、温度センサーをさらに含んでよく、温度センサーは、ハウジング２０に収容され、磁界センサーの回路基板２６、または別の回路に接続され、外部コネクタ１１にプラグ着脱可能なコネクタ２２により外付け回路に対して電流センサーと接続可能である。温度センサーを電流感知部分内部に含むことにより、特に小型で十分保護された構成がもたらされるが、この構成は、それにもかかわらず、バッテリー電極への非常に近接した接続を通じてバッテリー温度の正確な測定を可能にする。温度センサーは、例えば、接続クランプ部分２の管状本体６の外表面に接して据え付けられるか、またはその上に固定された熱電対（不図示）を含むことができる。
【００２８】
絶縁樹脂が、ハウジング２０の内側に注入されて、ハウジング内の自由空間を満たし、磁気回路、磁界検出器および他の構成要素をハウジング内部で固定することができる。
【００２９】
磁気回路の磁気コアが、バッテリー電極の周辺でクランプされている管状クランプ本体を取り囲んでいるので、磁気回路は、比較的大きな直径を有し、この直径は、クランプに接続されたケーブルまたは導線周辺で通常もたらされるよりはるかに大きく、これにより、電流感知部分は、やはり十分に保護された特に小型の構成で大きな振幅電流を測定することができる。
【００３０】
〔実施の態様〕
（１）  バッテリー電流センサーにおいて、
バッテリー（５）の端子電極（３）周辺でクランプされるように構成された分割管状クランプ本体、および、前記分割管状クランプ本体の自由端から延び、バッテリー端子電極上で前記管状クランプ本体を締めるよう共に付勢されるように構成されたフランジ（８）を含む、バッテリー電極接続クランプ部分（２）と、
磁気回路、ならびに前記磁気回路、および前記管状クランプ部分の少なくとも一部を取り囲む絶縁保護ハウジングを含む電流感知部分と、
を含み、
前記フランジは、前記管状クランプ本体の高さ（Ｈ１）より低い高さ（Ｈ２）を有し、
前記磁気回路は、前記フランジに隣接して前記管状クランプ本体（６）の一部を取り囲む磁気コア（１６、１６’）を含む、バッテリー電流センサー。
（２）  実施態様１に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記フランジは、前記管状クランプ本体の上端部に位置付けられ、
前記磁気回路は、前記クランプ本体の下端部に向かって前記フランジの下に位置付けられ、
前記管状クランプ本体の前記上端部は、前記管状クランプ本体の前記下端部の内径より小さい内径を有する、バッテリー電流センサー。
（３）  実施態様１または２に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記磁気回路は、前記電流センサーがバッテリー電極上に据え付けられたときに前記磁気回路が前記バッテリーの上方外表面（１３）の近くに隣接するように構成された、前記電流センサー内に位置付けられる、バッテリー電流センサー。
（４）  実施態様１〜３のいずれかに記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記電流センサーハウジングと一体的に形成され、外付け回路のコネクタに接続されるように構成されたハウジング部分を有するコネクタ、
をさらに含む、バッテリー電流センサー。
（５）  実施態様３または４に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記ハウジング内に据え付けられた温度センサー、
をさらに含む、バッテリー電流センサー。
【００３１】
（６）  実施態様１〜５のいずれかに記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記電流センサーは、鉛蓄型の自動車用バッテリーの端子電極ウェル（１５）内部に嵌まるように構成された全体の高さおよびサイズを有する、バッテリー電流センサー。
（７）  実施態様１〜６のいずれかに記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記磁気回路は、空隙（air gap）を有する磁気コア、および前記空隙内に位置付けられる磁界センサーを含む、バッテリー電流センサー。
（８）  実施態様７に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記磁気回路および磁界センサーは、開ループ電流センサーとして動作するように構成される、バッテリー電流センサー。
（９）  実施態様７または８に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記磁界センサーは、回路基板を含み、前記回路基板上に磁界検出器が据え付けられる、バッテリー電流センサー。
（１０）  実施態様１〜６のいずれかに記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記電流感知部分は、閉ループ方式で機能するように構成されており、前記磁気回路に巻き付けられた二次コイルを含み、前記二次コイルは、前記バッテリー電極を通って流れる電流により生成された磁界をキャンセルしようとする電流で駆動される、バッテリー電流センサー。
【００３２】
（１１）  実施態様１〜６または１０のいずれかに記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記磁気コアは、前記管状クランプ本体を、空隙なしで完全に取り囲む、バッテリー電流センサー。
（１２）  実施態様１１に記載のバッテリー電流センサーにおいて、
前記電流感知部分は、フラックスゲートセンサーとして構成され、前記磁気コア（１６’）に巻き付けられたコイル（２９）を含み、
前記磁気コアは、柔軟で飽和可能な磁性材料で作られる、バッテリー電流センサー。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】バッテリー端子電極上に据え付けられた、本発明によるバッテリー電流センサーの図である。
【図２ａ】本発明のある実施形態によるバッテリー電流センサーの斜視図であり、見通しをよくするため、ハウジングの一部が切り取られている。
【図２ｂ】図２ａのセンサーの別の斜視図であり、磁気回路および磁界センサーが見えるように、さらなるハウジング部品および構成要素が取り外されている。
【図３】本発明の別の実施形態によるバッテリー電流センサーの斜視図であり、磁界センサーが見えるようにハウジングが取り外されている。
【図１】
2013539038.tif 000003
【図２ａ】
2013539038.tif 000004
【図２ｂ】
2013539038.tif 000005
【図３】
2013539038.tif 000006
【国際調査報告】
2013539038.tif 000007
2013539038.tif 000008
2013539038.tif 000009