(57)【要約】【課題】温度検出のための専用部品を備えることなく、電流検出素子を利用して温度検出が可能な電流検出装置を提供する。【解決手段】電流検出装置１０は、電流検出を行なうための磁気検出素子を内部に収容する。磁気検出素子である第１ホールＩＣ２０の出力ＶＯＵＴ１、第２ホールＩＣ２１の出力ＶＯＵＴ２は、演算処理部３０に入力される。演算処理部３０は、後述する第１ホールＩＣ２０、第２ホールＩＣ２１の温度ドリフト係数、第１ホールＩＣ２０と第２ホールＩＣ２１の出力電圧ＶＯＵＴ１、ＶＯＵＴ２等に基づいて、導体の周囲（バッテリケーブル３）の温度を算出する。【選択図】図２
2015203575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体の周囲に配置され、前記導体に流れる電流により発生する磁界に基づいて検出信号を出力する少なくとも２つの磁気検出素子と、
前記磁気検出素子のそれぞれの検出信号、及び、前記磁気検出素子の温度ドリフト係数とから、前記周囲の温度を算出する演算処理部と、
を有することを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
前記磁気検出素子はホール素子であることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
【請求項３】
前記磁気検出素子のそれぞれの温度ドリフト係数は、所定値に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流検出装置。
【請求項４】
前記磁気検出素子の一方の温度ドリフト係数は、ゼロに設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電流検出装置。
【請求項５】
前記磁気検出素子は、温度ドリフト係数を任意に設定可能なプログラマブルホール素子であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【請求項６】
前記２つの磁気検出素子は、前記導体の周囲に配置された磁路形成のコアのギャップ領域に、近接して配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流検出装置に関し、特に、車両のバッテリケーブルなどの導体に流れる電流を検出する電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されたバッテリから車両電装品に流れる電流を検出する電流検出装置がある。この電流検出装置は、温度変化による充電特性の変化によってバッテリーパックの回路素子が損傷する不具合を防ぎ、安全性が確保されたバッテリーパック及びその充電方法を提供するものである。このため、バッテリーの大電流経路と電気的に連結される充電スイッチング素子及び放電スイッチング素子を有する充放電スイッチング素子部と、充電スイッチング素子に電気的に連結され、充電スイッチング素子が流すことができる充電電流限界値を設定し、充電電流限界値以内の範囲で充電スイッチング素子の充電電流値を調節するバッテリー管理ユニットと、を備える（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記の充電電流限界値はバッテリーの温度変化に対応して設定されるので、この電流検出装置は温度変化を検出するサーミスタを備え、サーミスタの抵抗変化率を測定してバッテリーの温度を検出する構成とされている。
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載された電流検出装置は、温度検出のための専用のサーミスタを必要とするので、部品点数が増加するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９６８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、温度検出のための専用部品を備えることなく、電流検出素子を利用して温度検出が可能な電流検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明は、上記目的を達成するために、導体の周囲に配置され、前記導体に流れる電流により発生する磁界に基づいて検出信号を出力する少なくとも２つの磁気検出素子と、前記磁気検出素子のそれぞれの検出信号、及び、前記磁気検出素子の温度ドリフト係数とから、前記周囲の温度を算出する演算処理部と、を有することを特徴とする電流検出装置を提供する。
【０００８】
［２］前記磁気検出素子はホール素子であることを特徴とする上記［１］に記載の電流検出装置であってもよい。
【０００９】
［３］また、前記磁気検出素子のそれぞれの温度ドリフト係数は、所定値に設定されていることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の電流検出装置であってもよい。
【００１０】
［４］また、前記磁気検出素子の一方の温度ドリフト係数は、ゼロに設定されていることを特徴とする上記［３］に記載の電流検出装置であってもよい。
【００１１】
［５］また、前記磁気検出素子は、温度ドリフト係数を任意に設定可能なプログラマブルホール素子であることを特徴とする上記［１］から［４］のいずれか１に記載の電流検出装置であってもよい。
【００１２】
［６］また、前記２つの磁気検出素子は、前記導体の周囲に配置された磁路形成のコアのギャップ領域に、近接して配置されていることを特徴とする上記［１］から［５］のいずれか１に記載の電流検出装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、温度検出のための専用部品を備えることなく、電流検出素子を利用して温度検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本願発明の実施の形態に係る電流検出装置の取付態様を説明するための斜視図である。
【図２】図２は、図１のＡ方向から見た電流検出装置の平面図である。
【図３】図３は、図２のＣ方向から見た電流検出装置の構成、結線図である。
【図４】図４は、本願発明の第１の実施の形態に係る電流Ｉと出力電圧Ｖとの関係、すなわち、バッテリケーブルに流れる電流Ｉと第１ホールＩＣ２０の出力電圧ＶＯＵＴ１、第２ホールＩＣ２１の出力電圧ＶＯＵＴ２との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、本願発明の第１の実施の形態に係る電流検出装置の温度Ｔと出力電圧変動ΔＶとの関係を示す温度ドリフト特性のグラフである。
【図６】図６は、本願発明の第２の実施の形態に係る電流検出装置の温度Ｔと出力電圧変動ΔＶとの関係を示す温度ドリフト特性のグラフである。
【図７】図７は、２つのホール素子を１つのパッケージに収容して形成した電流検出装置の構成、結線図である。
【図８】図８は、図７で示したホールＩＣを基板に実装した状態で、バスバーに装着した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
（電流検出装置の構成）
図１は、本願発明の実施の形態に係る電流検出装置の取付態様を説明するための斜視図である。図１において、全体を示す符号１０は、車両に搭載されたバッテリ１の負極側又は正極側のバッテリ端子２と図示しない車両電装品との間に流れる電流を検出する電流検出装置である。このバッテリ端子２には、導体であるバッテリケーブル３の一端に固定されたクランプ形状のケーブル端子４がボルト５及びナット６により締付固定されている。そのバッテリケーブル３の他端には、車両電装品が電気接続されている。
【００１７】
この電流検出装置１０は、図１に示すように、バッテリケーブル３の外周に取り付けられており、そのバッテリケーブル３に流れる電流量を検出するように構成されている。この電流検出装置１０には、検出信号を外部へ伝達するための外部コネクタ７が電気接続されている。この外部コネクタ７は、電流検出装置１０に電気接続された４本のコネクタケーブル８，…，８を介して図示しない制御装置等の接続対象物に電気接続されている。
【００１８】
図２は、図１のＡ方向から見た電流検出装置の平面図である。この電流検出装置１０は、図１及び図２に示すように、電流検出を行なうための磁気検出素子を内部に収容するように形成された収容ハウジング１１を有している。磁気検出素子としては、ホール素子や磁気抵抗素子などを用いることができるが、本実施の形態では、ホール素子を備えたホールＩＣを使用している。
【００１９】
収容ハウジング１１は、例えば絶縁性及び耐湿性に優れるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等からなり、円盤形のハウジング本体１２と、このハウジング本体１２の外周縁部の一部に径方向外側に向けて一体に延びる四角形のコネクタハウジング１３とにより構成されている。
【００２０】
このハウジング本体１２には、図１及び図２に示すように、バッテリケーブル３を挿通固定させる円形の固定孔１４が貫通して形成されている。このハウジング本体１２の内部には、バッテリケーブル３の周りに配置されて磁路を形成するコア２２が収容されている。コア２２は高い透磁率を有する電磁鋼や軟鉄等の磁性材料で形成され、一部に間隙が形成されたギャップ部２３を有している。このギャップ部２３には、少なくとも２つの磁気検出素子としての第１ホールＩＣ２０、第２ホールＩＣ２１が互いに近接して配置されている。
【００２１】
図２において、バッテリケーブル３に電流が流れると、アンペアの右ねじの法則に従いバッテリケーブル３の周りに配置されたコア２２に磁界が発生する。例えば、図２に示すＢ方向の磁界であり、この磁界は、透磁率の高いコア２２の中を主に通り磁路を形成する。第１ホールＩＣ２０、第２ホールＩＣ２１は、ギャップ部２３に配置されているので、前記磁路を通る磁界の強さを検出することができる。この検出された磁界の強さに基づいてバッテリケーブル３に流れる電流値を算出することができる。
【００２２】
図３は、図２のＣ方向から見た電流検出装置の構成、結線図である。第１ホールＩＣ２０、第２ホールＩＣ２１は、ギャップ部２３に並列に並べて配置されている。第１ホールＩＣ２０からは、リード端子Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４が出ており、Ｐ１１は電源ＶＤＤ、Ｐ１２、Ｐ１３はグランドＧＮＤに接続され、Ｐ１４から検出したＶＯＵＴ１が出力される。また、第２ホールＩＣ２１からは、リード端子Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４が出ており、Ｐ２１は電源ＶＤＤ、Ｐ２２、Ｐ２３はグランドＧＮＤに接続され、Ｐ２４から検出したＶＯＵＴ２が出力される。
【００２３】
第１ホールＩＣ２０の出力ＶＯＵＴ１、第２ホールＩＣ２１の出力ＶＯＵＴ２は、演算処理部３０に入力される。演算処理部３０は、後述する第１ホールＩＣ２０、第２ホールＩＣ２１の温度ドリフト係数、第１ホールＩＣ２０と第２ホールＩＣ２１の出力電圧ＶＯＵＴ１、ＶＯＵＴ２等に基づいて、導体の周囲（バッテリケーブル３）の温度を算出する。演算処理部３０は、第１ホールＩＣ２０と第２ホールＩＣ２１の出力電圧ＶＯＵＴ１、ＶＯＵＴ２をＡＤ変換して内部でデジタル処理により演算処理を行なうことができ、具体的にはマイクロプロセッサ等により実行することができる。また、演算処理部３０は、第１ホールＩＣ２０と第２ホールＩＣ２１の出力電圧ＶＯＵＴ１、ＶＯＵＴ２をアナログ処理により演算処理を行なうことができ、具体的には割算回路等のアナログ回路構成により実行することもできる。
【００２４】
図４は、本願発明の第１の実施の形態に係る電流Ｉと出力電圧Ｖとの関係、すなわち、バッテリケーブル３に流れる電流Ｉと第１ホールＩＣ２０の出力電圧ＶＯＵＴ１、第２ホールＩＣ２１の出力電圧ＶＯＵＴ２との関係を示すグラフである。また、図５は、電流検出装置の温度Ｔと出力電圧変動ΔＶとの関係を示す温度ドリフト特性のグラフである。
【００２５】
第１の実施の形態では、第１ホールＩＣ２０の温度ドリフト係数Ｄ１（％/℃）が０（ゼロ）に設定され、第２ホールＩＣ２１の温度ドリフト係数Ｄ２（％/℃）がゼロでない所定の値に設定されている。温度ドリフト係数Ｄ１、Ｄ２を所定の値に設定するために、プログラマブルタイプのホールＩＣを使用することができる。このプログラマブルホールＩＣは、測定感度、その傾き、温度特性等をそれぞれのパラーメータを設定することにより任意の値に設定することができる。本実施の形態では、第１ホールＩＣ２０の温度ドリフト係数Ｄ１を０（ゼロ）、第２ホールＩＣ２１の温度ドリフト係数Ｄ２を＋０．０５（％/℃）に設定する。
【００２６】
バッテリケーブル３に流れる電流をＩとする。この電流Ｉは、第１ホールＩＣ２０、第２ホールＩＣ２１に共通する。ここで、この電流Ｉにより第１ホールＩＣ２０の出力電圧をＶＯＵＴ１（Ｉ）、第２ホールＩＣ２１の出力電圧をＶＯＵＴ２（Ｉ）とする。温度Ｔ１＝２５℃、電流Ｉ＝０での第１ホールＩＣ２０及び第２ホールＩＣ２１の出力電圧を共に、Ｖ０＝２．５（Ｖ）に設定する。
【００２７】
バッテリケーブル３に電流が流れることによりバッテリの温度が上昇し、温度Ｔ＝Ｔ２となった。図４に示すように、温度がＴ＝Ｔ２となった時の電流をＩ２とする。図４の電流Ｉと出力電圧Ｖとの関係からわかるように、電流Ｉが変化すると、第１ホールＩＣ２０と第２ホールＩＣ２１の出力電圧に差、すなわち出力変動が生じる。これは、第１ホールＩＣ２０と第２ホールＩＣ２１の温度ドリフト特性が異なることにより、電流が流れることによる温度変化によってそれぞれの出力電圧に差が生じることによる。
【００２８】
第１ホールＩＣ２０と第２ホールＩＣ２１のそれぞれの出力電圧の温度ドリフト特性は任意に設定可能であるので、図５に示すように、第１ホールＩＣ２０の出力電圧の温度ドリフト係数をＤ１＝＋０．０５％、第２ホールＩＣ２１の出力電圧の温度ドリフト係数をＤ２＝０％に設定する。
【００２９】
図４を参照すると、第１ホールＩＣ２０の出力電圧ＶＯＵＴ１と第２ホールＩＣ２１の出力電圧ＶＯＵＴ２との差は、出力電圧変動ΔＶであって、次のように表すことができる。
ΔＶ（Ｔ）＝
（ＶＯＵＴ２（Ｉ）―ＶＯＵＴ１（Ｉ））/（ＶＯＵＴ１（Ｉ）―Ｖ０）×１００
よって、
ΔＶ（Ｔ２）＝
（ＶＯＵＴ２（Ｉ２）―ＶＯＵＴ１（Ｉ２））/（ＶＯＵＴ１（Ｉ２）―Ｖ０）×１００
・・・・・（１）
【００３０】
また、図５を参照すると、第１ホールＩＣ２０の出力電圧ＶＯＵＴ１と第２ホールＩＣ２１の出力電圧ＶＯＵＴ２との差である出力電圧変動ΔＶは、次のように表すことができる。
ΔＶ（Ｔ２）/（Ｔ２―Ｔ１）＝Ｄ２―Ｄ１
よって、
ΔＶ（Ｔ２）/ΔＴ＝Ｄ２
・・・・・（２）
【００３１】
上記の（１）、（２）式から、
ΔＴ＝ΔＶ（Ｔ２）/Ｄ２
＝（ＶＯＵＴ２（Ｉ２）―ＶＯＵＴ１（Ｉ２））/（ＶＯＵＴ１（Ｉ２）―Ｖ０）×１００/Ｄ２
【００３２】
ここで、測定値として、ＶＯＵＴ１（Ｉ２）＝３．５０、ＶＯＵＴ２（Ｉ２）＝３．５２とする。また、Ｖ０＝２．５、Ｄ２＝０．０５に設定してあるので、計算の結果、ΔＴ＝４０（℃）となる。よって、検出温度は、Ｔ１＋ΔＴ＝６５（℃）と算出される。
【００３３】
すなわち、第１ホールＩＣ２０と第２ホールＩＣ２１の温度ドリフト係数を所定の値に設定し、基準温度Ｔ１、電流Ｉ＝０での第１ホールＩＣ２０及び第２ホールＩＣ２１の出力電圧Ｖ０を所定の値に設定し、第１ホールＩＣ２０と第２ホールＩＣ２１の出力電圧ＶＯＵＴ１、ＶＯＵＴ２を検出する。これらの値を基に、前述の演算処理部３０において、上式からΔＴを算出することができ、バッテリ、及び、バッテリ周辺の現在の温度を検出することができる。
【００３４】
（第１の実施の形態の効果）
以上のように構成された電流検出装置１０は、以下のような効果を有する。
（１）本実施の形態に係る電流検出装置１０は、少なくとも２つの磁気検出素子（ホールＩＣ）を有し、この２つの磁気検出素子により電流検出と温度検出が可能である。これにより、温度検出のための専用部品を備えることなく、電流検出素子を利用して温度検出が可能となる。
（２）また、温度検出のための専用部品を備える必要がないので、部品点数削減による小型化が可能となる。
（３）一方の温度ドリフト係数を０（ゼロ）に設定することにより、簡単な計算処理により導体（バッテリケーブル）の周囲の温度、バッテリ、又は、バッテリ周辺の現在の温度を検出することができる。
（４）２つの磁気検出素子（ホールＩＣ）を有するので、２重系の電流検出装置として機能し、また、冗長性を利用して故障検出として機能させることも可能である。
【００３５】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、第１ホールＩＣ２０の出力電圧の温度ドリフト係数Ｄ１、第２ホールＩＣ２１の出力電圧の温度ドリフト係数Ｄ２を互いに異なる値に設定し、いずれかをゼロに限定しない構成とするものである。温度ドリフト係数Ｄ１、Ｄ２は互いに異なる値であればよい。したがって、温度ドリフト係数が互いに異なるものを選別してホールＩＣを選定することにより温度検出をすることができる。以下において、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。
【００３６】
図６は、本願発明の第２の実施の形態に係る電流検出装置の温度Ｔと出力電圧変動ΔＶとの関係を示す温度ドリフト特性のグラフである。図６を参照すると、第１ホールＩＣ２０の出力電圧ＶＯＵＴ１と第２ホールＩＣ２１の出力電圧ＶＯＵＴ２との差である出力電圧変動ΔＶは、次のように表すことができる。
（ΔＶ２（Ｔ２）―ΔＶ１（Ｔ２））/（Ｔ２―Ｔ１）＝Ｄ２―Ｄ１
よって、
ΔＶ（Ｔ２）/ΔＴ＝Ｄ２―Ｄ１
・・・・・（３）
【００３７】
上記の（１）、（３）式から、
ΔＴ＝ΔＶ（Ｔ２）/（Ｄ２―Ｄ１）
＝（ＶＯＵＴ２（Ｉ２）―ＶＯＵＴ１（Ｉ２））/（ＶＯＵＴ１（Ｉ２）―Ｖ０）
×１００/（Ｄ２―Ｄ１）
【００３８】
すなわち、第１ホールＩＣ２０と第２ホールＩＣ２１の温度ドリフト係数を異なる値に設定し、基準温度Ｔ１、電流Ｉ＝０での第１ホールＩＣ２０及び第２ホールＩＣ２１の出力電圧Ｖ０を所定の値に設定し、第１ホールＩＣ２０と第２ホールＩＣ２１の出力電圧ＶＯＵＴ１、ＶＯＵＴ２を検出する。これらの値を基に、前述の演算処理部３０において、上式からΔＴを算出することができ、バッテリ、及び、バッテリ周辺の現在の温度を検出することができる。
【００３９】
（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加えて以下のような効果を有する。
（１）第２の実施の形態は、第１ホールＩＣ２０の出力電圧の温度ドリフト係数Ｄ１、第２ホールＩＣ２１の出力電圧の温度ドリフト係数Ｄ２を互いに異なる値に設定し、いずれかをゼロに限定しない構成とするものである。すなわち、温度ドリフト係数Ｄ１、Ｄ２は互いに異なる値であればよい。したがって、温度ドリフト係数が互いに異なるものを選別してホールＩＣを選定することにより温度検出をすることができる。
（２）温度ドリフト係数のいずれかをゼロに設定しなくてもよいので、プログラマブルタイプのホールＩＣを使用せずに構成することができる。これにより、より低コストで、温度検出のための専用部品を備えることなく電流検出素子を利用して温度検出が可能な電流検出装置が可能となる。
【００４０】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、温度ドリフト係数の異なる２つのホール素子（チップ）を１パッケージ化して電流検出装置としてのホールＩＣ２００を構成するものである。
【００４１】
図７は、２つのホール素子を１つのパッケージに収容して形成した電流検出装置の構成、結線図である。温度ドリフト係数の互いに異なる第１ホール素子２０１及び第２ホール素子２０２を１つのパッケージ２１０に収容してホールＩＣ２００を構成している。
【００４２】
図８は、図７で示したホールＩＣ２００を基板２２０に実装した状態で、バスバー３００に装着した図である。第１の実施の形態、第２の実施の形態ではバッテリケーブル３に巻回したコア２２のギャップ部２３に装着したが、これに限らず、コアを用いずに電流検出装置を装着することができる。図８において矢印で示すように、バスバー３００に流れる電流Ｉにより磁界Ｂが発生し、第１の実施の形態、第２の実施の形態と同様に、この磁界を検知することにより、電流検出及び温度検出ができる。
【００４３】
また、パッケージ２１０の内部に電磁鋼等の集磁機能材料を備えた構成では、外部にコアを用いずに高効率で電流検出及び温度検出が可能である。
【００４４】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、及び図示例を例示したが、上記実施の形態、及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００４５】
１…バッテリ、２…バッテリ端子、３…バッテリケーブル、４…ケーブル端子、５…ボルト、６…ナット、７…外部コネクタ、８…コネクタケーブル、１０…電流検出装置、１１…収容ハウジング、１２…ハウジング本体、１３…コネクタハウジング、１４…固定孔、２０…第１ホールＩＣ、２１…第２ホールＩＣ、２２…コア、２３…ギャップ部、３０…演算処理部、２００…ホールＩＣ、２０１…第１ホール素子、２０２…第２ホール素子、２１０…パッケージ、２２０…基板
【図１】
2015203575.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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