CN101242012A

CN101242012A - 电池状态检测装置

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Publication number: CN101242012A
Application number: CNA2008100062695A
Authority: CN
Inventors: 浅田忠利
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2028-02-04
Also published as: JP4434214B2; US7896543B2; US20080192800A1; JP2008192582A; DE102008006542A1; DE102008006542B4; CN101242012B

Abstract

一种电池状态检测装置，包括半导体元件、引线框架和注形树脂。该半导体元件包括：温度敏感元件，用于检测电池温度，由多个串联连接的二极管构成；和通信电路，用于将温度检测结果输出到外部设备，例如安装在车辆上的ECU。该半导体元件安装在具有高热导率的引线框架上，而不是注形树脂上。使用注形树脂来完全密封半导体元件和引线框架。该电池状态检测装置安装在容纳车辆电池的电池壳上，以使得高热导率的引线框架直接与该电池壳相接触。引线框架的热导率大于注形树脂的热导率的100倍。

Description

电池状态检测装置

技术领域

本发明涉及电池状态检测装置，其能够检测电池状态，例如安装在客车或货车上的电池的温度。

背景技术

使用热敏电阻检测安装在车辆上的电池温度的方法已公知。例如，日本待审专利申请No.JP2003-185504和No.JP2005-146939已经公开了这种使用热敏电阻的方法。

检测安装在车辆上的电池的温度可避免意外事件，如异常状态的出现和电池寿命的缩短，并且还估计当温度迅速下降时在大气环境下车辆的发动机起动状态。

温度敏感元件，如能够检测电池温度的热敏电阻，电连接到输出线或配线。在热敏电阻和输出配线之间的连接部分在电连接方面具有低可靠性。例如，使用焊锡将这种热敏电阻和输出配线电连接在连接部分处，连接部分的可靠性在高温环境下进一步降低，例如当设置在车辆的发动机室中时。此外，当基于由热敏电阻所检测的模拟数据的电压来检测电池的温度时，由于在输出配线上，特别是在发动机室中可能产生点火噪声等，因此检测精度降低。

在诸如热敏电阻的温度敏感元件暴露于外部的情形中，温度敏感元件的冷却能力根据气流喷吹状态而改变。例如，当车辆停止或车辆在高速行驶时，外部因素显著地改变温度传感元件的冷却能力。由于这种外部因素显著地改变检测精度，所以检测安装在车辆上的电池的温度的精度被降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池状态检测装置，其能够以改善的高可靠性检测电池的温度，同时防止检测精度降低。

为了实现上述目的，本发明提供一种电池状态检测装置，其能够检测例如安装在车辆上的电池的温度。该电池状态检测装置具有半导体元件、第一热导率(作为高热导率)的初级构件、和第二热导率(作为低热导率)的次级构件。半导体元件包含能够检测电池温度的温度敏感元件和用于通过串行通信线将温度检测结果输出到外部设备(如ECU)的串行通信电路。半导体元件安装在第一热导率的初级构件上。次级构件在热导率上低于初级构件。使用次级构件来密封半导体元件和初级构件。

根据本发明，因为用于温度敏感元件的配线在半导体元件中形成，所以可以增加温度敏感元件的连接部分的可靠性，温度检测信号作为检测结果通过该温度敏感元件输出到外部设备，例如安装在车辆上的ECU。此外，由于温度检测信号转换成串行数据项，然后通过串行通信线传送到外部设备，所以与输出模拟数据的温度检测信号(例如电压值)相比，可以容易地免受噪声的影响，并因此增加温度检测精度。而且，由于使用第二热导率(作为低热导率)的次级构件密封温度敏感元件，所以可以免受冷却能力根据在车辆行驶状态下的气流状态而改变的影响。此外，由于温度检测状态的变化较小，所以可以增加温度检测精度。

在作为本发明的另一方面的电池状态检测装置中，初级构件是引线框架，而次级构件由注形树脂(mold resin)制成，使用所述次级构件来将引线框架和半导体元件密封在一个组装体中。由于使用注形树脂将作为初级构件的引线框架和半导体元件密封在一个组装体中，所以可以增加在注形树脂和半导体元件之间的桥密度(bridge density)。尽管诸如环氧树脂的密封树脂作为硅胶可以用作次级构件，但是优选使用注形树脂。该结构也可增加电池状态检测装置的可靠性而防止电池液涌入。

在作为本发明的另一方面的电池状态检测装置中，初级构件的表面暴露于次级构件的外部。在电池状态检测装置中的第一热导率(作为高热导率)的初级构件的暴露表面直接与容纳安装在车辆上的电池的电池壳相接触。该结构使电池的热能容易地通过初级构件传导到半导体元件中的温度敏感元件。因此，可以通过增强电池和电池状态检测装置之间的热相关性而进一步增加温度检测精度。

在作为本发明的另一方面的电池状态检测装置中，在初级构件上的半导体元件侧的次级构件的厚度t2与在半导体元件下方的次级构件的厚度t1满足t2＞t1的关系。因为次级构件的厚度薄的部分t1与容纳电池的电池壳相接触，所以可以容易地将电池的热能传导到温度敏感元件。这可增加电池状态检测装置的可靠性而防止电池液涌入。

在作为本发明的另一方面的电池状态检测装置中，当检测电池的温度时，在半导体元件下方的初级构件的表面安装在容纳电池的电池壳上。该结构使电池的热能容易地通过初级构件传导到电池状态检测装置中的温度敏感元件。因此，可以通过增强电池和电池状态检测装置之间的热相关性而增加电池状态检测装置的温度检测精度。

在作为本发明的另一方面的电池状态检测装置中，电池状态检测装置安装在容纳电池的电池壳上，以使次级构件暴露于当检测电池温度和车辆行驶时喷吹空气的位置。该结构可免受冷却能力根据车辆运行状态所引起的空气流状态而改变的影响。此外，该结构由于减少温度检测的变化而可以增加温度检测的精度。

在作为本发明的另一方面的电池状态检测装置中，初级构件的第一热导率大于次级构件的第二热导率的100倍。该结构可增加电池和电池状态检测装置之间的热导率，并因此可以通过增强电池和电池状态检测装置之间的热相关性而增加电池状态检测装置的温度检测精度。

附图说明

通过参考附图来描述本发明优选的、非限制性的实施例，其中：

图1示出根据本发明实施例的电池状态检测装置的总体配置，该电池状态检测装置安装在电池上并且通过串行通信线连接到安装在车辆上的ECU；

图2示出基于LIN协议通过串行通信线从电池状态检测装置传送到ECU的信号数据格式；

图3是根据本发明实施例的电池状态检测装置的横截面图；

图4是根据本发明实施例的电池状态检测装置的另一配置的横截面图；

图5是根据本发明实施例的容纳在连接器壳中的电池状态检测装置的横截面图；

图6是安装在容纳电池的电池壳的顶部上、容纳电池状态检测装置的连接器壳的立体图；

图7是安装在容纳电池的电池壳的侧面上、容纳电池状态检测装置的连接器壳的立体图；以及

图8是安装在容纳电池的电池壳的其它部分上、容纳电池状态检测装置的连接器壳的透视图。

具体实施方式

此后将参考附图来描述本发明的各种实施例。在下面的各种实施例的描述中，同样的附图标记或数字在全部的示意图中表示同样的或等价的部件。

参考图1至图8，将给出根据本发明的实施例及其变型的电池状态检测装置的描述。

图1示出根据本发明实施例的电池状态检测装置1的总体配置、在检测中作为目标的电池2和安装在车辆(未示出)上的ECU 3(电控单元)。电池状态检测装置1检测诸如电池2的温度、端子电压和充电/放电电流的各种状态，然后产生作为检测结果的检测信号并通过串行通信线212输出到ECU 3。ECU 3安装在车辆上，并且对电池状态检测装置1而言，ECU 3是外部控制设备。电池状态检测装置1主要包括温度敏感电路10、电压检测电路20、电流检测电路22、运算处理电路30、通信处理电路32和通信驱动器34。

温度敏感电路10仅检测电池2的温度。温度敏感电路10包括：温度敏感元件，其由多个串联连接的二极管12(例如，4个二极管)构成；和模数转换器(A/D转换器)16，其能够将多个二极管12的正向电压转换成数字数据项。该实施例的电池状态检测装置1基于串联连接的二极管12的正向电压根据电池2的温度量值的改变而改变的特征来检测电池2的温度，产生并输出关于所检测到的电池2的温度的相关值的数字数据。

电压检测电路20检测电池2的端子电压。例如，电压检测装置20包括：分压电路，能够将电池2的端子电压进行分压；和模数转换器(A/D转换器)，能够将分压电压转换成数字数据项。电压检测电路20输出与电池2的端子电压相对应的数据。

电流检测电路22检测输入到电池2或从电池2输出的充电/放电电流。例如，电流检测电路22包括：电流检测电阻，所述电流检测电阻连接到充电配线，所述充电配线连接到电池端子；和模数转换器(A/D转换器)，能够将电阻两端之间的电压转换成数字数据项。电流检测电路22输出与电池2的充电/放电电流相对应的数据。

运算处理电路30基于从温度敏感电路10、电压检测电路20和电流检测电路22所传送的输出数据项来计算电池2的温度、端子电压和充电/放电电流。运算处理电路30基于计算结果来计算在检测时的电池2的SOC(state of charge，充电状态)。然后，运算处理电路30输出那些与电池2的温度、端子电压、充电/放电电流和SOC有关的数据项。

通信处理电路32接收从运算处理电路30所传送的数据项，并调制所接收到的数据项，将所调制的数据项写入到具有预定数据格式的信号中以便用于串行通信。也就是说，通信处理电路32进行调制处理，将所接收到的数据项转换成具有预定数据格式的信号。然后，通信处理电路32通过通信驱动器34经由通信线将具有预定数据格式的信号传送到ECU 3。

图2示出基于LIN协议通过串行通信线212(见图1)从电池状态检测装置1传送到ECU 3的具有这种预定数据格式的信号。如图2中所示，电池状态检测装置1传送具有预定数据格式的信号，包括同步字段、标识(ID)字段、电压(作为端子电压)字段、电流(作为充电/放电电流)字段、温度(作为电池2的温度)字段、SOC(电池2的充电状态)字段以及校验和字段。

图3是根据本发明实施例的电池状态检测装置1的结构的横截面图。如图3中所示，电池状态检测装置1包括半导体元件100、在其上安装半导体元件100的第一热导率的初级构件110、以及密封半导体元件100和初级构件110的第二热导率的次级构件120。初级构件110的第一热导率高于次级构件120的第二热导率。半导体元件100包括温度敏感电路10、电压检测电路20、电流检测电路22、运算处理电路30、通信处理电路32和通信驱动器34。初级构件110的热导率为高值，例如初级构件110的热导率大于次级构件120的热导率的10倍，优选地大于100倍。

由于电池状态检测装置1的结构使针对诸如二极管12的各种元件的配线能够在半导体元件100上实现，所以可以增强二极管12的输出连接部分的可靠性。此外，与输出使用二极管12所获得的模拟数据的电压检测结果的情况相比较，具有该半导体元件100的结构以将通过使用二极管12所获得的温度检测结果经由串行通信输出到ECU 3的电池状态检测装置1可以容易地免受噪声的影响，并可增加温度检测精度。此外，由于使用低热导率的次级构件120密封半导体元件100，所以可以抑制由根据车辆的行驶状态而改变的空气流状态所引起的冷却能力改变的影响。

在电池状态检测装置1的具体示例中，初级构件110是引线框架，而次级构件120是注形树脂。使用作为次级构件120的注形树脂来密封作为初级构件110的引线框架和半导体元件100。当与使用诸如环氧树脂的硅胶的情形相比时，使用注形树脂密封半导体元件100和作为初级构件110的引线框架可以增加注形树脂和半导体元件100之间的桥密度。这可提高电池状态检测装置1的可靠性而防止电池液涌入。

此外，在图3中示出的电池状态检测装置1的结构中，作为使用次级构件120密封的初级构件110的引线框架的一部分暴露于外部。由于作为初级构件110的引线框架的暴露部分直接安装在电池2上并且与电池2(即，容纳电池2的电池壳300(稍后在图7中说明))相接触，所以可以通过初级构件110提高半导体元件100中的二极管12和电池2之间的热导率，并因此可以增加电池状态检测装置1的温度检测精度。随后将说明在容纳电池2的电池壳300上安装电池状态检测装置1的优选实施例。

图4是根据本发明实施例的电池状态检测装置1-1的另一结构的横截面图。当与图3中示出的电池状态检测装置1的结构相比较时，图4中示出的电池状态检测装置1-1具有另一结构，其中半导体元件100和初级构件110的整体完全使用次级构件120-1密封。

如图4中所示，次级构件120-1具有另一结构，其中在初级构件110下方的次级构件120-1的厚度t1比安装在初级构件110上的半导体元件100侧的次级构件120-1的厚度t2薄。

如图4中所示，由于在初级构件110侧的下方、具有厚度t1的次级构件120-1的较薄部分直接安装在容纳电池2的电池壳300的表面上并与之直接接触(见图6和图7)，所以可以在容易地保持电池2和半导体元件100中的二极管12之间的热能传导性的同时，增加初级构件110的可靠性而防止电池液涌入。

图5是根据本发明实施例的使用连接器壳200覆盖的电池状态检测装置1-2的横截面图。如图5中所示，电池状态检测装置1-2无间隙地容纳在连接器壳200中并且电池状态检测装置1-2的一部分暴露于外部，即，直接与容纳电池2的电池壳300相接触(见图6和图7)。该结构使电池2的热能容易地传导到电池状态检测装置1-2。在使用连接器壳200毫无间隙地覆盖次级构件120-2的结构中，可以考虑次级构件120-2和连接器壳200作为次级构件的总厚度。在图5中所示的结构中，电池状态检测装置1-2直接与电池2相接触(即，与容纳电池2的电池壳300相接触)。本发明不限于这种结构，例如，可以将图3中示出的电池状态检测装置1与连接器壳200组合。

图6是安装在容纳电池2的电池壳300的顶部上、容纳电池状态检测装置1的连接器壳200的立体图。如图6中所示，容纳电池状态检测装置1的连接器壳200直接安装在容纳电池2的电池壳300的顶部上。图5中示出连接器壳200的横截面结构。

如图6中所示，连接器210接合到连接器壳200，并且串行通信线212连接到ECU 3(从图6中省略)。

图7是安装在容纳电池2的电池壳300的侧表面上、容纳电池状态检测装置1的连接器壳200的立体图。如图7中所示，容纳电池状态检测装置1的连接器壳200附着在电池壳300的侧表面上。

在图6和图7中所示出的两种结构中，当车辆行驶时，空气流喷吹连接器壳200。然而，由于只有次级构件(例如，在上面的描述中将次级构件和连接器壳的组合看作次级构件)暴露于气流，所以可以免受气流对在电池状态检测装置1的半导体元件100中形成的二极管12的影响，并因此即使车辆以高速行驶也可以防止电池状态检测装置1的检测温度的变化。这可增加电池2的温度检测精度。

图8是安装在容纳电池2的电池壳300的其它部分上、容纳电池状态检测装置1的连接器壳200的立体图。

如图8中所示，使用或通过端子引线312将容纳电池状态检测装置1的连接器壳200安装在电池壳300上。通常，电池端子310安装在电池壳300的一部分上，端子引线312连接到电池端子310。凯装线(wireharness)端子320通过螺钉340和螺母330紧固到端子引线312。凯装线322连接到凯装线端子320。凯装线322用作充电配线。在图8所示的结构中，容纳电池状态检测装置1的连接器壳200附着到盘状端子引线构件314，该盘状端子引线构件314是端子引线312的一部分。这使端子引线312能够连接到电池端子310，并同时能够在不使用任何粘合剂的情况下使连接器壳200与电池壳300相接触并固定到电池壳300。

本发明的构思不限于上述描述的结构。可以将本发明应用于各种应用。例如，尽管上面的描述说明次级构件120由注形树脂制成，但是可以使用硅胶或涂敷材料代替这种注形树脂。可以使用Cu、Al、Fe、陶瓷基底等中的一种作为初级构件100。此外，尽管串联连接的4个二极管被用作电池状态检测装置1中的温度敏感元件，但是可以改变二极管12的数目或使用所述二极管之外的温度敏感元件。

尽管详细描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员应该意识到根据本公开的全面教导能够开发出对于那些细节的各种变型和替代。因此，所公开的特定设置仅是示例性说明，而并非对根据下列权利要求及其所有等效物的整个范围所给出的本发明范围的限制。

Claims

1.一种电池状态检测装置，能够检测电池温度，其包括：

半导体元件，其包含用于检测电池温度的温度敏感元件和通过串行通信将温度检测结果输出到外部设备的串行通信电路；

第一热导率的初级构件，在其上安装所述半导体元件；以及

第二热导率的次级构件，所述第二热导率比所述初级构件的第一热导率低，使用所述次级构件来密封所述半导体元件和所述初级构件。

2.根据权利要求1所述的电池状态检测装置，其中所述初级构件是引线框架，且所述次级构件由注形树脂制成，使用所述次级构件将引线框架和半导体元件密封在一个组装体中。

3.根据权利要求2所述的电池状态检测装置，其中所述初级构件是引线框架，且所述次级构件由注形树脂制成，使用所述次级构件将引线框架和半导体元件密封在一个组装体中。

4.根据权利要求1所述的电池状态检测装置，其中所述初级构件的表面暴露到所述次级构件的外部。

5.根据权利要求2所述的电池状态检测装置，其中所述初级构件的表面暴露到所述次级构件的外部。

6.根据权利要求1所述的电池状态检测装置，其中在所述初级构件上的半导体元件侧的所述次级构件的厚度t2和在所述半导体元件下方的次级构件的厚度t1满足t2＞t1的关系。

7.根据权利要求2所述的电池状态检测装置，其中在所述初级构件上的半导体元件侧的所述次级构件的厚度t2和在所述半导体元件下方的次级构件的厚度t1满足t2＞t1的关系。

8.根据权利要求1所述的电池状态检测装置，其中当检测所述电池的温度时，在半导体元件下方的所述初级构件的表面安装在容纳所述电池的电池壳上。

9.根据权利要求1所述的电池状态检测装置，其中所述电池状态检测装置安装在容纳所述电池的电池壳上，以使所述次级构件暴露于检测电池温度和车辆行驶时空气喷吹的位置。

10.根据权利要求1所述的电池状态检测装置，其中所述初级构件的第一热导率大于所述次级构件的第二热导率的100倍。

11.根据权利要求1所述的电池状态检测装置，其中所述初级构件由Cu、Al、Fe、陶瓷基底中的一种制成。

12.根据权利要求1所述的电池状态检测装置，其中所述次级构件由注形树脂、硅胶和涂敷构件中的一种制成。