特許 7022167 電流測定モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-08

(45)【発行日】2022-02-17

(54)【発明の名称】電流測定モジュール

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/00 20060101AFI20220209BHJP

【ＦＩ】

G01R15/00 500

【請求項の数】 6

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020063164

(22)【出願日】2020-03-31

(65)【公開番号】P2020169991

(43)【公開日】2020-10-15

【審査請求日】2020-03-31

(31)【優先権主張番号】10 2019 108 541.1

(32)【優先日】2019-04-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】520113767

【氏名又は名称】エーバーシュペッヒャー コントロールズ ランダウ ゲー・エム・ベー・ハー ウント コー． カー・ゲー

【氏名又は名称原語表記】Ｅｂｅｒｓｐａｅｃｈｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｌａｎｄａｕ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ

【住所又は居所原語表記】Ｍａｘ－Ｐｌａｎｃｋ－Ｓｔｒａｓｓｅ ３， ７６８２９ Ｌａｎｄａｕ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】シュテフェン ヴァンドレス

(72)【発明者】

【氏名】マルク－アルノ ヴァイマン

【審査官】青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０２８０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１３１３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１９３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１６４６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１１１７５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１１３１５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両におけるバッテリ電流を測定する電流測定モジュールであって、前記電流測定モジュールは、
プリント基板（１２）と、
前記プリント基板（１２）に固定されかつ少なくとも１つの第１シャント・コンタクト面（３０）を規定する第１バスバー（１６）と、
前記プリント基板（１２）に固定されかつ少なくとも１つの第２シャント・コンタクト面（４２）を規定する第２バスバー（１８）と、
前記第１バスバー（１６）に対応付けられている、前記プリント基板（１２）における第１測定導体路（４４）と、
前記第２バスバー（１８）に対応付けられている、前記プリント基板（１２）における第２測定導体路（４６）と、
はんだ付けによって前記第１バスバー（１６）および前記第１測定導体路（４４）に接続されている第１コンタクト領域（５０）、およびはんだ付けによって前記第２バスバー（１８）および前記第２測定導体路（４６）に接続されている第２コンタクト領域（５２）を備えたシャント抵抗（４８）と、を有し、
前記プリント基板（１２）は、前記第１バスバー（１６）に対して、第１測定貫通開口部（２４）を有し、前記第１バスバー（１６）は、前記第１測定貫通開口部（２４）に係合する第１貫通コンタクト領域（２６）を有し、
前記第１バスバー（１６）の前記第１貫通コンタクト領域（２６）は、前記プリント基板（１２）の第１面（３２）の領域に位置決めされ、前記プリント基板（１２）の前記第１面（３２）における表面と面一である前記第１シャント・コンタクト面（３０）を規定し、前記第１バスバー（１６）は、前記第１面（３２）とは反対側を向いた、前記プリント基板（１２）の第２面（３４）において延在しており、前記プリント基板（１２）に対して離間されて配置されており、
前記プリント基板（１２）は、前記第２バスバー（１８）に対して、第２測定貫通開口部（３６）を有し、前記第２バスバー（１８）は、前記第２測定貫通開口部（３６）に係合する第２貫通コンタクト領域（３８）を有し、
前記第２バスバー（１８）の前記第２貫通コンタクト領域（３８）は、前記プリント基板（１２）の前記第１面（３２）の領域に位置決めされ、前記プリント基板（１２）の前記第１面（３２）における表面と面一である前記第２シャント・コンタクト面（４２）を規定し、前記第２バスバー（１８）は、前記第１面（３２）とは反対側を向いた、前記プリント基板（１２）の前記第２面（３４）において延在しており、前記プリント基板（１２）に対して離間されて配置されている、電流測定モジュール。

【請求項2】

前記第１貫通コンタクト領域（２６）は、前記第１バスバー（１６）において成形部（２８）を有し、かつ／または前記第２貫通コンタクト領域（３８）は、前記第２バスバー（１８）において成形部（４０）を有する、ことを特徴とする、請求項１記載の電流測定モジュール。

【請求項3】

前記第１貫通コンタクト領域（２６）が、プレスばめによって前記第１測定貫通開口部（２４）に収容されており、かつ／または前記第２貫通コンタクト領域（３８）が、プレスばめによって前記第２測定貫通開口部（３６）に収容されている、ことを特徴とする、請求項１または２記載の電流測定モジュール。

【請求項4】

前記第１コンタクト領域（５０）および前記第２コンタクト領域（５２）のうちの少なくとも１つのコンタクト領域において、前記はんだ付けは、前記第１シャント・コンタクト面および前記第２シャント・コンタクト面のうちの対応しているシャント・コンタクト面を完全に覆いかつ前記第１測定導体路および前記第２測定導体路のうちの対応している測定導体路との結合を形成するはんだ付け領域を有する、ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の電流測定モジュール。

【請求項5】

前記第１コンタクト領域（５０）および前記第２コンタクト領域（５２）のうちの少なくとも１つのコンタクト領域において、前記はんだ付けが、前記第１シャント・コンタクト面および前記第２シャント・コンタクト面のうちの対応しているシャント・コンタクト面を完全に覆う第１はんだ付け領域と、前記第１測定導体路および前記第２測定導体路のうちの対応している測定導体路との結合を形成する、前記第１はんだ付け領域とはさらに別の第２はんだ付け領域とを有する、ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の電流測定モジュール。

【請求項6】

前記第１測定導体路（４４）および前記第２測定導体路（４６）に接触接続していて、前記プリント基板（１２）に設けられている測定電子装置（１４）を有する、ことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の電流測定モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に、例えば電動駆動式車両のような車両において、バッテリ電流を測定するために使用可能な電流測定モジュールに関する。

【0002】

例えば電動駆動式車両においてエネルギ源として利用されるリチウムイオンバッテリにおける適切なバッテリマネージメントには、特にバッテリ電流を検出して評価するバッテリマネージメントシステムが使用される。車両用のこのような電気駆動システムにおける電流は極めて大きくなり得るため、このような大電流の検出用にこのようなバッテリマネージメントシステムを設計しなければならない。

【0003】

本発明の課題は、簡単かつコスト的に有利に実現可能な構造でありながら大電流を確実に検出可能にする、特に、車両におけるバッテリ電流を測定する電流測定モジュールを提供することである。

【0004】

上記の課題は、本発明により、特に、車両におけるバッテリ電流を測定する電流測定モジュールによって解決され、この電流測定モジュールは、
・プリント基板と、
・プリント基板に通されておりかつプリント基板に固定されかつ少なくとも１つの第１シャント・コンタクト面を規定する第１バスバーと、
・プリント基板に通されておりかつプリント基板に固定されかつ少なくとも１つの第２シャント・コンタクト面を規定する第２バスバーと、
・第１バスバーに対応付けられている、プリント基板における第１測定導体路と、
・第２バスバーに対応付けられている、プリント基板における第２測定導体路と、
・はんだ付けによって第１バスバーおよび第１測定導体路に接続されている第１コンタクト領域、およびはんだ付けによって第２バスバーおよび第２測定導体路に接続されている第２コンタクト領域を備えたシャント抵抗と、を有する。

【0005】

電流測定の際に使用されるこのようなシャント抵抗を、プリント基板に通されている２つのバスバーに直接に接続することにより、監視対象の回路との電気的な接触接続が形成されるだけではなく、このようなシャント抵抗において一般に熱の形態で発生する損失出力を、バスバーを介して確実に排出することも可能である。これにより、例えば、比較的損失出力が小さいいわゆるＳＭＤ（Surface-Mounted-Device）シャント抵抗が使用可能であり、この場合に損失出力は、熱の形態で効率的に排出することが可能であり、これにより、過負荷が回避され、より大きな損失出力用に設計される抵抗を使用する必要がない。同時に、電流測定モジュールのこの構造により、４端子測定法を用いて、バスバーを介して導かれる電流の検出が可能になる。

【0006】

バスバーとシャント抵抗との間の電気接続を形成するために提案されるのは、プリント基板が、第１バスバーに対して、第１測定貫通開口部を有することであり、第１バスバーは、第１測定貫通開口部に嵌め込まれる第１貫通／コンタクト領域を有し、第１バスバーの第１貫通／コンタクト領域は、プリント基板の第１面の領域に位置決めされる第１シャント・コンタクト面を規定し、第１バスバーは、第１面とは反対側を向いた、プリント基板の第２面において延在しており、プリント基板は、第２バスバーに対して、第２測定貫通開口部を有し、第２バスバーは、第２測定貫通開口部に嵌め込まれる第２貫通／コンタクト領域を有し、第２バスバーの第２貫通／コンタクト領域は、プリント基板の第１面の領域に位置決めされる第２シャント・コンタクト面を規定し、第２バスバーは、第１面とは反対側を向いた、プリント基板の第２面において延在している。

【0007】

ここでは、プリント基板に設けられている他のシステム領域との相互の干渉は、第１シャント・コンタクト面および／または第２シャント・コンタクト面が、プリント基板の第１面における表面と実質的に面一である、ことによって回避可能である。

【0008】

簡単に作製可能であるにもかかわらず安定した構成において、第１貫通／コンタクト領域は、第１バスバーにカップ型の成形部を有していてよく、かつ／または第２貫通／コンタクト領域は、第２バスバーにカップ型の成形部を有してよい。

【0009】

プリント基板の領域から熱を効率的に排出するために、さらに提案されるのは、第１バスバーが、プリント基板の第２面において、プリント基板に対して離間して配置されており、かつ／または第２バスバーが、プリント基板の第２面において、プリント基板に対して離間して配置されていることである。

【0010】

プリント基板におけるバスバーの安定した保持は、第１貫通／コンタクト領域が、プレスばめによって第１測定貫通開口部に収容されており、かつ／または第２貫通／コンタクト領域が、プレスばめによって第２測定貫通開口部に収容されている、ことによって容易に形成可能である。

【0011】

それぞれのバスバーの、また対応する測定導体路の電気的な接触接続のために、第１コンタクト領域および第２コンタクト領域のうちの少なくとも１つのコンタクト領域において、はんだ付けは、対応しているシャント・コンタクト面を実質的に完全に覆いかつ対応している測定導体路との結合を形成するはんだ付け領域を有していてよい。択一的には、第１コンタクト領域および第２コンタクト領域のうちの少なくとも１つのコンタクト領域において、はんだ付けが、対応しているシャント・コンタクト面を実質的に完全に覆う第１はんだ付け領域と、対応している測定導体路との結合を形成する、第１はんだ付け領域とは別の第２はんだ付け領域とを有する、ように規定可能である。

【0012】

さらに、第１測定導体路および第２測定導体路に接触接続して、プリント基板に測定電子装置を設けることが可能である。

【0013】

以下では、断面図で電流測定モジュールを示す添付の図１を参照して本発明を詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】電流測定モジュールの断面図である。

【0015】

図１に示した電流測定モジュール１０には、プリント基板１２が含まれている。プリント基板１２には、２つのバスバー１６、１８を介して流れる電流を検出もしくは評価可能な、概略的に示した測定電子装置１４が設けられている。測定電子装置１４は、例えばマイクロプロセッサを含んでいてよい。

【0016】

例えば電動駆動式車両におけるリチウムイオンバッテリのバッテリ電流を測定するために電流測定モジュール１０を使用する際には、例えば、車両に設けられている接続端子２０に第１バスバー１６を接続し、これに対し、バッテリの概略的に示した負極または正極２２に第２バスバー１８を接続可能である。当然のことながら、バッテリと、例えば電気駆動式車両における駆動モータのような電気エネルギ消費装置との間の電流通流の別の領域に電流測定モジュール１０を組み込むことが可能である。

【0017】

第１バスバー１６との対応付けにおいて、プリント基板１２は、第１測定貫通開口部２４を有する。第１バスバー１６には、第１貫通／コンタクト領域２６が設けられており、これは、第１測定貫通開口部２４に嵌合するように位置決めされておりかつ例えばプレスばめによってこの第１測定貫通開口部２４に固定されている。例えば、第１貫通／コンタクト領域２６は、例えば銅材料から構成される第１バスバーのカップ型の成形部２８によって構成することが可能である。第１貫通／コンタクト領域２６により、実質的に第１測定開口部２４の横断面に対応する第１シャント・コンタクト面３０が規定される。第１貫通／コンタクト領域２６は、第１シャント・コンタクト面３０が、実質的に、プリント基板１２の第１面３２における表面と面一になるように、これを収容する第１測定開口部２４に嵌め込まれている。バスバー１６は、第１貫通／コンタクト領域２６に続くその部分が、第１面３２とは反対側の、プリント基板１２の第２面３４から離間するように案内されている。

【0018】

第２バスバー１８との対応付けにおいても、プリント基板１２には第２測定貫通開口部３６が設けられている。この第２測定貫通開口部３６には、第２バスバー１８に設けられている第２貫通／コンタクト領域３８が嵌め込まれておりかつそこには例えばプレスばめによって保持されている。例えば、ここでもカップ型の成形部４０として構成される第２貫通／コンタクト領域３８には、第２シャント・コンタクト面４２が設けられており、この第２シャント・コンタクト面４２は、プリント基板１２の第１面３２の表面と実質的に面一に終端している。第２バスバー１８の場合も、第２貫通／コンタクト領域３８を支持するレール状の、バスバー１８の部分は、プリント基板１２の第２面３４において、このプリント基板１２に対して離間して延在している。この状態を保証もしく維持するために、バスバー１６、１８は、電流測定モジュール１０を組み込む際に発生する力に対して実質的に剛性もしくは硬質とみなすことができる構成部分として構成されている。

【0019】

ここで注意を促したいのは、択一的な一実施形態では、例えば実質的に円筒形の貫通／コンタクト部分と、プリント基板１２の第２面３４に配置されるべき、バスバー１６、１８のレール部分とを接続することによっても、貫通／コンタクト領域２６、３８を構成できることである。この場合には、貫通／コンタクト部分も、レール部分も共に、例えば銅のような金属材料から構成されているため、溶接による接合が考えられ得る。

【0020】

プリント基板１２の第１面３２には、２つの測定貫通開口部２４、３６の間に、例えば、図１の図平面に対して直交する方向に延在する第１測定導体路４４および第２測定導体路４６が設けられている。これらは、測定貫通開口部２４、３６の領域から、測定電子装置１４の領域に通じている。導体路４４、４６も、例えば、銅材料によって構成可能である。

【0021】

プリント基板１２には、シャント抵抗４８、好適にはＳＭＤ（Surface-Mounted-Device）シャント抵抗が設けられている。このシャント抵抗４８は、その第１コンタクト領域５０が、実質的に、第１貫通／コンタクト領域２６における第１シャント・コンタクト面３０をほぼ完全に覆うように位置決めされている。同様にシャント抵抗４８の第２コンタクト領域５２は、これが、第２バスバー１８の第２貫通／コンタクト領域３８における第２シャント・コンタクト面４２を実質的に完全に覆うように位置決めされている。それゆえに２つのコンタクト領域５０、５２により、２つの測定貫通開口部２４、３６の間に延在する測定導体路４４、４６も覆われる。

【0022】

シャント抵抗４８の第１コンタクト領域５０は、はんだ付けにより、プリント基板１２もしくは第１バスバー１６および第１測定導体路４４に電気的かつ機械的に結合されている。このために、第１シャント・コンタクト面３０を実質的に完全に覆うはんだ付け領域５４が設けられている。このはんだ付け領域５４は、第２測定貫通開口部３６の方向に、第１シャント・コンタクト面３０を越えて延在しており、これにより、はんだ付け領域５４は、第１測定導体路４４と第１コンタクト領域５０との間のはんだ付けも形成する。したがって、シャント抵抗４８の第１コンタクト領域５０に対して、第１シャント・コンタクト面３０の上にかつ第１測定導体路４４を越えて中断なしに延在する、シャント抵抗４８の電気的かつ機械的な結合部の領域が構成される。

【0023】

第２コンタクト領域５２に対しては、シャント抵抗４８と、プリント基板１２もしくはそこに設けられる第２バスバー１８および第２測定導体路４６とのはんだ付けの択一的な一構成形態が設けられている。第２コンタクト領域５２の電気的かつ機械的な結合は、第２シャント・コンタクト面４２を実質的に完全に覆う第１はんだ付け領域５６によって行われる。第２測定導体路４６との電気的もしくは機械的な結合は、第１はんだ付け領域５６とは別に構成されている第２はんだ付け領域５８によって行われる。ここで注意を促したいのは、好適には、２つのバスバー１６、１８に対して、もしくはこれらにそれぞれ関係付けられる測定導体路４４、４６に対して、対称的なもしくは同じ耐荷重性を有する結合を得るために、同じ種類のはんだ付けを、すなわちただ１つのはんだ付け領域５４を有するか、または２つの別個のはんだ付け領域５６、５８を有する同じ種類のはんだ付けを行うことができることである。しかしながら基本的には、２つのコンタクト領域５０、５２において、異なる種類のはんだ付けを実現することも可能である。

【0024】

上で説明した電流測定モジュール１０の構造によって可能になるのは、２つのバスバー１６、１８を介して導かれる電流を検出するために、２つの測定導体路４４、４６を介してシャント抵抗４８に測定電子装置が接続される４端子測定法を行うことである。バスバー１６、１８の貫通／コンタクト領域と、シャント抵抗４８のコンタクト領域５０、５２との大きな面積の電気的な接触接続により、シャント抵抗４８の極めて良好な電気的かつ機械的な結合が得られるだけでなく、重要なことに、コンタクト領域５０、５２と、２つのバスバー１６、１８との効率的な伝熱結合も得られる。したがってバスバー１６、１８は、電流、すなわち例えばバッテリ電流を導通するという機能を有するだけではなく、同時に、シャント抵抗の領域に発生する熱をシャント抵抗４８の領域から、ひいてはプリント基板１２の領域から排出するためにも使用される。これには、２つのバスバー１６、１８が、第２面３４において、すなわち一般にプリント基板１２の背面において、プリント基板１２から離間して延在していることも役立ち、これにより、バスバー１６、１８からプリント基板１２に再び熱を伝達し得る熱接触が回避される。電流測定モジュール１０は、簡単に作製可能であり、特に、構造的に簡単ながらも安定的な仕方でプリント基板１２にバスバー１６、１８を接続することによっても作製可能である。シャント抵抗４８の領域において、発生する損失出力によって発生する熱を効率的に排出可能であるため、その過剰な熱負荷が排除され、これにより、パワーシャント抵抗を使用しなくてもよく、したがってコスト的に有利にかつ簡単なはんだ付けによって接続可能なＳＭＤシャント抵抗を使用可能である。

【0025】

最後に注意を促したいのは、当然のことながら、プリント基板１２には、別の電子モジュールも設けることができることである。２つのバスバー１６、１８を相互に接続するように、例えば互いに並列に上記のような複数のシャント抵抗４８を設けることも可能である。

【図1】