(57)【要約】【課題】アナログデータとデジタルデータとを変換する毎にビット誤差が生じることを極力抑制することができる電流センサを提供する。【解決手段】電流センサ７の樹脂ケース１０に電池ＥＣＵ８を内蔵し、電池ＥＣＵ８においてホール素子１６からの電圧（アナログデータ）をＡ／Ｄ変換によりデジタルデータに変換して処理するようにした。これにより、アナログデータとデジタルデータとの変換が１回で済み、従来のように複数回の変換に伴うビット誤差を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂ケースに、電池から負荷に導電部材を通じて電流が流れることに伴って発生する磁界が集中するコアと、前記コアを通過する磁界の大きさに応じた電圧を出力する磁界検出素子とを備えた電流センサにおいて、
前記電池の充電状態を監視する電池監視装置と、
前記電池監視装置の処理結果を外部に出力する出力回路とを備え、
前記電池監視装置は、前記磁界検出素子からの電圧をＡ／Ｄ変換して処理するように構成されていることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記電池監視装置は、前記樹脂ケース内において前記コアの外周方向となる部位に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
【請求項３】
前記電池監視装置は、前記導電部材からの磁界を遮蔽するシールド部材を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の電流センサ。
【請求項４】
温度センサを備え、
前記電池監視装置は、前記温度センサによる検出温度に基づいて処理を補正することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の電流センサ。
【請求項５】
前記磁界検出素子、前記電池監視装置、前記出力回路は、ベアチップからなり、ボンディグワイヤで接続されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の電流センサ。
【請求項６】
前記ボンディグワイヤは、非磁性体金属であることを特徴とする請求項５記載の電流センサ。
【請求項７】
前記磁界検出素子、前記電池監視装置、前記出力回路は、プリント配線基板に実装されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の電流センサ。
【請求項８】
前記樹脂ケースの表面に設けられた放熱手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の電流センサ。
【請求項９】
前記放熱手段は、前記樹脂ケースにフィン部を一体形成して構成されていることを特徴とする請求項８記載の電流センサ。
【請求項１０】
前記磁界検出素子は、ホール素子であることを特徴とする請求項１ないし９の何れかに記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池から負荷に導電部材を通じて電流が流れることに伴って発生する磁界を検出する電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばハイブリッド車の車輪駆動用モータに電流を供給する電池の充電状態を監視・制御する装置としては、引用文献１のように、電池モジュールに電池ＥＣＵ（電池監視装置）及び電流センサが搭載されている。電流センサは、特許文献２に示されるように電池ＥＣＵとは離れた電気接続箱に搭載されているのが一般的である。
【特許文献１】特開２００２−１９０２８８号公報
【特許文献２】特開２００６−１６６５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電池モジュール内であっても、電池ＥＣＵと電流センサとが離れて設けられていることから、次のような不具合を生じる。つまり、電流センサからの信号を電池ＥＣＵが処理するには、図１９に示すように、電流センサ１０１において、ホール素子１０２からの電圧（アナログデータ）をＡ／Ｄ変換１０３によりデジタルデータに変換し、そのデジタルデータをＤＳＰ（Digital SignalProcessor）１０４で処理してからＤ／Ａ変換１０５により電圧（アナログデータ）に変換して電池ＥＣＵ１０６に与え、さらに電池ＥＣＵ１０６において入力した電圧（アナログデータ）をデジタルデータに変換する必要がある。このため、電圧（アナログデータ）とデジタルデータとを変換する毎にビット誤差が生じ、電池ＥＣＵ１０６が処理を終了するまでにビット誤差が累積して演算結果の誤差が大きくなり、電池の充電状態を正しく監視・制御できないという問題がある。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電池監視装置が電流センサからの信号を処理することにより電池の充電状態を監視・制御する構成において、アナログデータとデジタルデータとを変換する毎にビット誤差が生じることを極力抑制することができる電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明によれば、電池監視装置は、磁界検出素子からの電圧をＡ／Ｄ変換によりデジタルデータに変換してから処理するので、アナログデータとデジタルデータとの変換が１回で済み、従来のように複数回の変換に伴うビット誤差を極力低減することができ、演算結果の信頼性を高めることができる。
【０００６】
請求項２の発明によれば、導電部材からの磁界はコアに集中することから、コアの外周方向となる部位の磁界強度は大きく低下している。従って、このように磁界強度が低下している部位に電池監視装置を配置することにより導電部材からの磁界の影響を極力回避することができる。
【０００７】
請求項３の発明によれば、導電部材から電池監視装置に鎖交する磁界はシールド部材により遮蔽されているので、導電部材からの磁界の影響を確実に回避することができる。
請求項４の発明によれば、磁界検出素子或いは電池監視装置、さらには出力電圧が温度特性を有するにしても、それらの温度特性による影響を防止することができる。
【０００８】
請求項５の発明によれば、ワイヤボンディグは極めて細いので、導電部材からの磁界の影響を受けにくくなる。
請求項６の発明によれば、ボンディングワイヤは非磁性体であることから、磁界の影響を確実に防止することができる。
【０００９】
請求項７の発明によれば、プリント配線基板実装装置により容易に製造することができるので、製造コストの低減を図ることができる。
請求項８の発明によれば、導電部材に流れる電流が大きい場合には、導電部材が発熱し、その熱により電流センサの樹脂ケースの温度が上昇するにしても、放熱手段により熱が放熱されるので、電池監視装置の温度が過度に上昇することを防止できる。
請求項９の発明によれば、樹脂ケースにフィン部を一体形成することにより放熱手段を設けたので、コストが上昇することなく実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１ないし図４を参照して説明する。図４は、ハイブリッド車に搭載された電池制御装置を示すブロック図である。組電池１は、複数の電池セルを直列接続して電池ブロック（図１９では１つの電池ブロックを１つの電池記号で示している）２を構成し、電池ブロック２毎の電圧を電圧センサ３が検出している。
組電池１は、システムメインリレー（以下、ＳＭＲと称する）４を介して負荷５と接続されている。ＳＭＲ４及び負荷５はハイブリッドＥＣＵ（以下、ＨＶＥＣＵと称する）６で制御される。組電池１から負荷５に至る通電経路には電流センサ７が設けられている。
【００１１】
電圧センサ３による検出結果は電池ＥＣＵ（電池監視装置に相当）８に出力される。電池ＥＣＵ８は、電流センサ７により計測される組電池１の充放電電流を積算することにより組電池１のＳＯＣ（State of Charge：充電状態）を推定すると共に、その推定したＳＯＣをサーミスタ（温度センサに相当）９による検出温度に基づいて補正する。このような補正は、電流センサ７或いは電池ＥＣＵ８が温度特性を有していたり、電流センサ７及び電池ＥＣＵ８からの出力電圧が温度特性を有していたりする場合に有効である。
【００１２】
電池ＥＣＵ８は、各電池ブロック２の電圧と推定ＳＯＣをＨＶＥＣＵ６に提供する。ＨＶＥＣＵ６は、電池ＥＣＵ８から供給された推定ＳＯＣに基づいて負荷５の動作を制御する。この負荷５は、車両の駆動手段を構成する駆動用モータ、エンジン、発電機、インバータ等から構成されており、組電池１の電力消費が負荷５の動作によって制御される。
【００１３】
ところで、電流センサ７からの信号を電池ＥＣＵ８が処理する際に、電圧（アナログデータ）とデジタルデータとを変換する毎にビット誤差が生じ、電池ＥＣＵ８が処理を終了するまでにビット誤差が累積して演算結果の誤差が大きくなり、組電池１の充電状態を正しく監視・制御できないという問題があることから、本実施形態では、電流センサ７に電池ＥＣＵ８を組込むようにした。
【００１４】
図１は蓋ケースを外して示す電流センサ７の斜視図、図２は蓋ケース及びコアを取外して示す電流センサ７の斜視図、図３は検出状態で示す電流センサ７の斜視図である。電流センサ７の樹脂ケース１０は、ＰＢＴ（polybutylene terephthalate）、ＰＰＳ（poly phenylene sulfide）等の樹脂よりなり、リードフレーム１１がインサート成型されてコネクタ１２を構成している。樹脂ケース１０には溝部１３が形成されている共に、その溝部１３を囲繞するコア保持部１４が形成されており、そのコア保持部１４にコア１５が接合（接着、圧入、ポッティング等）されている。コア１５の材質は、鉄−ニッケル合金のパーマロイや磁性鋼板の積層または巻きコア、圧粉コアからなる。コア１５はコ字形状をなしており、その先端間に磁気ギャップが形成されている。コア１５の磁気ギャップは狭いほど高感度となるが、コア１５の形状は、検出対象となる電流が流れる導電部材の形状に対応して設定しており、任意の形状としてもよい。樹脂ケース１０においてコア１５の磁気ギャップとなる部位にホール素子（磁界検出素子に相当）１６が固着されている。このホール素子１６は横型であることから、ホール素子１６には、コア１５に集中した磁界が面方向に対して直交する方向に鎖交するようになっている。
【００１５】
樹脂ケース１０の上面には凹状の素子実装部１７が形成されており、その素子実装部１７に電池ＥＣＵ８、通信用ＩＣ（出力回路に相当）１８、サーミスタ９が固着されている。ホール素子１６、電池ＥＣＵ８、通信用ＩＣ１８、サーミスタ９は、モールドされていないベアチップが使用されており、それらのベアチップ間及びリードフレームとはボンディングワイヤ１９により接続されている。ボンディングワイヤ１９は金線、アルミ線の非磁性体が用いられており、導電部材２０（図３のみに図示）に電流が流れることにより発生する磁界の影響を受けないようになっている。
【００１６】
通信用ＩＣ１８は、ＨＶＥＣＵ６、電圧センサ３、サーミスタ９、ＳＭＲ制御信号を入出力するために、電圧を送受信したり、或いはＰＷＭ（Pulse WidthModulation）、ＬＩＮ（LocalInterconnect Network）、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信等を行う。ベアチップには、水分などから保護するためにシリコーンゲルを塗布するのが望ましい。
【００１７】
一方、樹脂ケース１０の表面において素子実装部１７と反対面となる部位にはフィン部（放熱手段に相当）２１が形成されている。このフィン部２１は、導電部材２０に流れる大電流により導電部材２０が発熱して樹脂ケースの温度が上昇することから、電池冷却のファンにより素子実装部１７の温度が過度に上昇しないように防止するために設けられている。
【００１８】
図３に示すように樹脂ケース１０には蓋ケース２２が被せられて一体化しており、樹脂ケース１０の溝部１３と共に挿通孔２３を形成している。
電流センサ７の挿通孔２３に導電部材２０を挿通した状態で当該導電部材２０に電流が流れると、その電流によってコア１５内に磁界が生じ、その磁界によって磁気ギャップに形成された磁路中に位置するホール素子１６には、磁界の大きさに応じたホール効果による電圧（ホール電圧）が発生する。この電圧の大きさは、導電部材２０に流れる電流の大きさに対応することから、ホール素子１６が発生したホール電圧を検出信号として通信用ＩＣ１８から電池ＥＣＵ８へ出力することにより、電池ＥＣＵ８において導電部材２０に流れる電流値を測定することができる。
【００１９】
電池ＥＣＵ８は、電圧センサ３、サーミスタ９からの電圧を通信用ＩＣ１８より受取り、ホール素子１６で感知した磁界を電流量に換算し、組電池１の充電状態を計算し、通信用ＩＣ１８を介してＨＶＥＣＵ６へ伝達すると共に、走行状態に応じてＨＶＥＣＵ６からの指示を受け、ＳＭＲ４の制御、或いは図示しないファン制御を実行する。
【００２０】
このような実施形態によれば、電流センサ７の樹脂ケース１０に電池ＥＣＵ８を内蔵し、電池ＥＣＵ８においてホール素子１６からの電圧（アナログデータ）をＡ／Ｄ変換によりデジタルデータに変換して処理するようにしたので、アナログデータとデジタルデータとの変換が１回で済み、従来のように複数回の変換に伴うビット誤差を大幅に低減することができる。
【００２１】
しかも、電池ＥＣＵ８及び通信用ＩＣ１８が実装される素子実装部１７は、導電部材２０からの磁界が集中するコア１５の外方となる部位に設けられているので、素子実装部１７における磁界強度は大きく低下しており、電池ＥＣＵ８及び通信用ＩＣ１８が磁界の影響を受けてしまうことを極力回避することができる。
また、ホール素子１６、電池ＥＣＵ８、通信用ＩＣ１８、リードフレーム１１間を磁界の影響を受けにくい極めて細いボンディングワイヤ１９で接続するようにしたので、磁界の影響を一層低減することができる。
【００２２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５及び図６を参照して説明するに、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この第２実施形態は、プリント配線基板を用いたことを特徴とする。
【００２３】
図５は電流センサ７の構成を模式的に示す平面図、図６は電流センサ７の構成を模式的に示す縦断側面図である。プリント配線基板２４上には、ホール素子１６、電池ＥＣＵ８、通信用ＩＣ１８が例えばフリップチップにより実装されていると共にコネクタ１２が実装され、それらが配線パターンにより接続されている。プリント配線基板２４が樹脂ケース１０に配置された状態では、ホール素子１６がコア１５の磁気ギャップに位置するようになっている。
【００２４】
このような実施形態によれば、プリント配線基板２４を樹脂ケース１０に配置することにより、ホール素子１６をコア１５の磁気ギャップに位置させることができるので、第１実施形態に比較して、組立工数の削減を図ることができる。
【００２５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について図７及び図８を参照して説明する。この第３実施形態は、ホール素子として縦型を用いたことを特徴とする。
図７は電流センサ７の斜視図、図８は検出状態で示す電流センサ７の斜視図である。樹脂ケース３１においてコア１５の磁気ギャップとなる部位には保護壁３２が形成されており、それらの保護壁３２間となる部位にホール素子１６が固着されている。このホール素子１６は縦型であり、面方向に鎖交する磁界を検出するようになっている。また、樹脂ケース３１には挿通孔３３、コネクタ３４及びフィン部３５が形成されている。
このような実施形態によれば、ホール素子１６が縦型であっても実施可能であり、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
(第４実施形態)
本発明の第４実施形態について図９を参照して説明する。図９は電流センサ７を模式的に示す分解斜視図である。プリント配線基板３６上には、ホール素子１６、電池ＥＣＵ８、通信用ＩＣ１８、サーミスタ９、コネクタ１２を実装されており、プリント配線基板３６を樹脂ケース３１に配置した状態でホール素子１６がコア１５の磁気ギャップに位置するようになっている。
このような実施形態によれば、プリント配線基板２４を樹脂ケース１０に配置することにより、ホール素子１６をコア１５の磁気ギャップに位置させることができるので、第３実施形態に比較して、組立工数の削減を図ることができる。
【００２６】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について図１０及び図１１を参照して説明するに、第３実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この第５実施形態は、挿通孔を囲繞するような形状のプリント配線基板を配置したことを特徴とする。
【００２７】
図１０は電流センサ７の構成を模式的に示す平面図、図１１は電流センサ７の構成を模式的に示す縦断側面図である。プリント配線基板４１は挿通孔３３を囲繞する形状をなしており、その表面に、コア１５が実装されていると共に当該コア１５の外周における空きスペースにホール素子１６、電池ＥＣＵ８、通信用ＩＣ１８、サーミスタ９が実装されている。この場合、電池ＥＣＵ８はコア１５の外周に配置されており、導電部材２０から発生する磁界の影響を受けにくいものの、コア１５に近接して配置されていることから、その影響を低減するためにシールド部材４２により被覆されている。
【００２８】
このような実施形態によれば、電池ＥＣＵ８を、導電部材２０からの磁界の影響を回避しながらコア１５の外周における空きスペースに配置することができるので、第１実施形態と同様の作用効果を得ながら、電流センサ７の小型化を図ることができる。
【００２９】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について図１２及び図１３を参照して説明する。この第６実施形態は、磁界検出素子としてアンプ内蔵タイプのホールＩＣを用いたことを特徴とする。
図１５は電流センサ７を模式的に示す平面図、図１６は電流センサ７の模式的に示す縦断側面図である。ホールＩＣ（磁界検出素子に相当）５１はＳＩＰ（Single InlinePackage ）型であり、プリント配線基板５２のスルーホールにはんだ付けされている。ホールＩＣ５１は、感度調整用のブリッジ回路を内蔵しており、そのブリッジ回路から出力される電圧の差動増幅電圧Ｖoutを出力するように構成されている。従って、ホールＩＣ５１と電池ＥＣＵ８との接続は、Ｖcc、ＧＮＤ、Ｖoutとなる。ホールＩＣ５１としては、アンプ内蔵でなくてもよく、電池ＥＣＵ８で感度を調整するようにしてもよい。
このような実施形態によれば、磁界検出素子としてアンプ内蔵タイプのホールＩＣを用いることができるので、電気的ノイズの影響を防止することができる。
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について図１４を参照して説明する。この第７実施形態は、磁界検出素子として化合物半導体ホール素子を用いたことを特徴とする。
図１４は電流センサ７の電気的構成を示す概略図である。化合物半導体では、感度調整用のブリッジ回路は製作可能であるものの、差動増幅回路を製作することは困難であることから、化合物半導体ホール素子６１は、ブリッジ回路からの電圧Ｖout1、Ｖout2を電池ＥＣＵ８へ出力するようになっている。
このような実施形態によれば、磁界検出素子として磁界検出特性が良好な化合物半導体ホール素子６１を用いるようにしたので、磁界の検出精度を高めることができる。
【００３０】
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態について図１５ないし図１７を参照して説明するに、第２実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この第８実施形態は、磁界検出素子としてＳＯＰ（Small OutlinePackage）型のホールＩＣを用いたことを特徴とする。
【００３１】
図１５は電流センサ７の構成を模式的に示す平面図、図１６は電流センサ７の構成を模式的に示す縦断側面図である。図１７は電流センサ７の電気的構成を示す概略図である。プリント配線基板２４に実装された電池ＥＣＵ８にはホール回路（磁界検出素子に相当）８ａが組込まれており、プリント配線基板２４が樹脂ケース３１に配置された状態では、電池ＥＣＵ８に組込まれたホール回路８ａがコア１５の磁気ギャップに位置するようになっている。また、ホール回路８ａ以外の他の回路は、コア１５の磁気ギャップから外れた位置となるように形成されている。
【００３２】
このような実施形態によれば、ホール回路８ａを電池ＥＣＵ８に組込むようにしたので、ホール回路８ａと電池ＥＣＵ８との接続配線が不要となり、電気的ノイズの影響を防止できると共に全体形状の小型化を図ることができる。
【００３３】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
樹脂ケースへのコアの組付け方法としては、図１８に示すように、コア１５を樹脂ケース８１の側面から挿入したり、前面から挿入したりするように構成してもよい。
ホール素子或いはホールＩＣに代えて、磁気抵抗素子を用いるようにしてもよい
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態における電流センサを蓋ケースを外して示す斜視図
【図２】コアを外して示す図１相当図
【図３】検出状態で示す電流センサの斜視図
【図４】電池制御装置を示すブロック図
【図５】本発明の第２実施形態を示す電流センサの平面図
【図６】電流センサの縦断側面図
【図７】本発明の第３実施形態を示す電流センサの斜視図
【図８】検出状態で示す電流センサの斜視図
【図９】本発明の第４実施形態を示す電流センサの分解斜視図
【図１０】本発明の第５実施形態を示す電流センサの平面図
【図１１】電流センサを示す断面側面図
【図１２】本発明の第６実施形態を示す電流センサの平面図
【図１３】電流センサの縦断側面図
【図１４】本発明の第７実施形態における電流センサの電気的構成を示す概略図
【図１５】本発明の第８実施形態における電流センサの平面図
【図１６】電流センサの縦断側面図
【図１７】電流センサの電気的構成を示す概略図
【図１８】本発明のその他の実施形態におけるコアの挿入方法を示す図
【図１９】従来例における電流センサの構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００３５】
図面中、１は組電池、５は負荷、７は電流センサ、８は電池ＥＣＵ（電池監視装置）、８ａはホール回路（磁界検出素子）、９はサーミスタ（温度センサ）、１０は樹脂ケース、１５はコア、１６はホール素子（磁界検出素子）、１８は通信用ＩＣ（出力回路）、２０は導電部材、２１はフィン部（放熱手段）、２４はプリント配線基板、３１は樹脂ケース、３５はフィン部、３６はプリント配線基板、４１はプリント配線基板、４２はシールド部材、５１はホールＩＣ（磁界検出素子）、５２はプリント配線基板、６１は化合物半導体ホール素子である。
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2009210405.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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