CN110785667B - 电流检测装置、管理装置、发动机起动用的蓄电池 - Google Patents

电流检测装置、管理装置、发动机起动用的蓄电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电流检测装置、管理装置、发动机起动用的蓄电池。电化学元件(31)的电流检测装置具备电路基板(90)、和对所述电化学元件(31)的电流进行检测的电阻器(80)，在所述电路基板(90)上设置具有第1端子(130)的连接器(100)，所述电阻器(80)具有与所述第1端子(130)接触的第2端子(87)。

Description

电流检测装置、管理装置、发动机起动用的蓄电池
技术领域
本发明涉及抑制与电阻器的温度循环相伴的电阻值的增大的技术。
背景技术
作为一次电池、二次电池等电化学元件的电流测量方法，有通过设置于电路基板的数据处理部对电阻器的两端的电压进行检测的方法。以往，通过将从电路基板引出的信号线螺丝固定于电阻器的两端，由此相对于电路基板而连接了电阻器。该方法为了固定信号线而需要螺丝固定作业，因此安装作业性差，部件个数变多。
除了上述以外，还有将电阻器的端子插通到电路基板的通孔而通过焊料直接安装的方法。作为公开该方法的文献，例如有下述专利文献1。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-117045号公报
发明内容
发明要解决的课题
在将电阻器的端子插通到通孔而与电路基板焊料接合的情况下，具有如下优点，即，不需要螺丝固定作业，部件个数少。但是，由于反复进行与通电相伴的电阻器的发热所引起的温度循环，在电路基板与电阻器的接合部有可能产生焊料裂纹而导致电阻值增大。
近年来，市场上要求提高电池的SOC估计精度，要求抑制温度循环的反复所引起的电阻值的增加。
本发明是鉴于如上述那样的情况而完成的，其目的在于，抑制电阻器的温度循环所引起的电阻值的增大。
用于解决课题的手段
电化学元件的电流检测装置具备电路基板、和对所述电化学元件的电流进行检测的电阻器，在所述电路基板上设置具有第1端子的连接器，所述电阻器具有与所述第1端子接触的第2端子。
发明效果
在本结构中，电阻器的第2端子与连接器的第1端子接触，从而作为发热体的电阻器与电路基板电连接。即，在未利用基于通孔的焊料接合的情况下电阻器的端子与电路基板电连接，因此能够抑制温度循环所引起的电阻值的增大。而且，连接器设置在电路基板上，因此不需要将连接器和电路基板连接的电线，能够减少部件个数。
附图说明
图1是应用于实施方式1的汽车的侧视图。
图2是蓄电池的立体图。
图3是蓄电池的分解立体图。
图4是表示蓄电池的电气结构的框图。
图5是中盖的立体图。
图6是中盖的俯视图。
图7是中盖的俯视图。
图8是电阻器的立体图。
图9是图7的A-A线剖视图。
图10是图7的A-A线剖视图。
图11是表示基于通孔的端子的接合构造的剖视图。
图12是表示温度循环与电阻值的关系的曲线图。
图13是表示外壳体与内壳体的位置关系的连接器的剖视图。
具体实施方式
电化学元件的电流检测装置具备电路基板、和对所述电化学元件的电流进行检测的电阻器，在所述电路基板上设置具有第1端子的连接器，所述电阻器具有与所述第1端子接触的第2端子。在该结构中，电阻器的第2端子与连接器的第1端子接触，从而作为发热体的电阻器与电路基板电连接。即，在未利用基于通孔的焊料接合的情况下电阻器与电路基板电连接，因此能够抑制温度循环所引起的电阻值的增大。而且，连接器设置在电路基板上，因此不需要将连接器和电路基板连接的电线，能够减少部件个数。
也可以是，所述电阻器具有电阻主体、和位于所述电阻主体的两侧且与所述电路基板大致平行的板部，所述第2端子与所述板部大致平行地从所述板部突出设置，所述第2端子与所述连接器的所述第1端子的内部嵌合。在该结构中，第2端子与板部大致平行地从板部突出，容易嵌合到连接器的第1端子内。因而，能够提高电阻器的组装性。
所述第2端子也可以是与所述板部相同的构件。如果板部是与第2端子相同的构件，则与不同构件(不同种类金属)的情况相比，板部与第2端子之间的连接电阻小，因此基于电阻器的电流测量精度变高。
也可以是，所述连接器具备固定于所述电路基板的外壳体、和在所述外壳体内可动的内壳体，所述第1端子保持于内壳体。在该结构中，在发生了电阻器相对于电路基板的位置偏离的情况下，由于内壳体在外壳体内可动，因此能够吸收电阻器的位置偏离。由此，能够确保连接器的第1端子与电阻器的第2端子的接触状态，因此能够抑制电阻值的增加。此外，该结构耐受组装后的振动的能力也强。
蓄电元件的管理装置具备所述电流检测装置、和搭载于所述电路基板的数据处理部，所述数据处理部基于由所述电阻器检测到的电流的累计值来估计所述蓄电元件的充电状态。关于电流累计法，由于蓄积电流测量误差，因此存在若测量变为长期间则充电状态的估计精度会下降的课题。在该结构中，能够高精度地测量电流，因此误差的蓄积小，能够提高充电状态的估计精度。
搭载于车辆的发动机起动用的蓄电池具备蓄电元件、和所述电流检测装置或者所述管理装置中的任意一个装置。发动机起动用的蓄电池在起动时短时间流动大电流。因而，热冲击大，电阻器容易发生温度上升。在利用了基于通孔的焊料接合的情况下，焊料裂纹的产生概率高，尤其担心电阻值的增大。在该结构中，由于在电阻器与电路基板的电连接中未利用基于通孔的焊料接合，因此不产生焊料裂纹，能够有效地抑制电阻值的增大。
<实施方式1>
1.蓄电池的说明
图1是汽车的侧视图，图2是蓄电池的立体图，图3是蓄电池的分解立体图，图4是表示蓄电池的电气结构的框图。在图1中，仅图示汽车1和蓄电池20，省略了构成汽车的其他部件。
如图1所示，汽车(车辆的一例)1具备蓄电池20。如图2所示，蓄电池20具有块状的电池壳21，在电池壳21内容纳有由多个二次电池31构成的电池组30、电阻器80、电路基板90。在以下的说明中，在参照图2以及图3的情况下，将电池壳21相对于设置面不倾斜地水平放置时的电池壳21的上下方向设为Y方向，将沿着电池壳21的长边方向的方向设为X方向，将电池壳21的进深方向设为Z方向来进行说明。
如图3所示，电池壳21构成为具备：在上方开口的箱型的壳主体23、对多个二次电池31进行定位的定位构件24、装配在壳主体23的上部的中盖25、和装配在中盖25的上部的上盖29。在壳主体23内，单独容纳各二次电池31的多个单电池室23A也可以在X方向上排列设置。
如图3所示，定位构件24在上表面配置有多个汇流条24A，定位构件24配置在壳主体23内所配置的多个二次电池31的上部，从而多个二次电池31被定位，并且通过多个汇流条24A被串联连接。
如图3所示，中盖25在俯视时是大致矩形状，在X方向两端部，设置有连接未图示的线束端子的一对端子部22P、22N。一对端子部22P、22N例如由铅合金等金属构成，端子部22P为正极端子部，端子部22N为负极端子部。
如图3所示，在中盖25的上表面配置有电阻器80以及电路基板90，其上方由上盖29来封闭。
参照图4来说明蓄电池20的电气结构。蓄电池20具有：电池组30、电阻器80、电流切断装置45、电池管理部(以下记为BM)51、电压检测部55、存储器53、和对二次电池31的温度进行检测的温度传感器57。BM51、电压检测部55、存储器53搭载在电路基板90上。BM51为本发明的“数据处理部”的一例。
电池组30由被串联连接的多个二次电池31构成。电池组30、电阻器80、电流切断装置45经由通电路径35被串联连接。将电阻器80配置在负极侧，将电流切断装置45配置在正极侧，电阻器80与负极端子部22N连接，电流切断装置45与正极端子部22P连接。
蓄电池20用于发动机的起动。如图4所示，在蓄电池20连接有用于起动搭载于汽车1的发动机的电池电动机15，电池电动机15从蓄电池20接受电力供给而进行驱动。在蓄电池20，除了电池电动机15之外，还连接有电气部件等的车辆负载(省略图示)、交流发电机17。在交流发电机17的发电量大于车辆负载的电力消耗的情况下，蓄电池20被交流发电机充电。在交流发电机的发电量小于车辆负载的电力消耗的情况下，蓄电池20进行放电以补充其不足量。
电流切断装置45是继电器、FET等半导体开关，配置在电路基板90上。电流切断装置45配置在电池组30的通电路径35上，将二次电池31的通电路径35进行开闭。
电压检测部55配置在电路基板90上。电压检测部55检测各二次电池31的电压、电池组30的总电压。
BM51配置在电路基板90上。BM51基于电压检测部55的输出来监视各二次电池31的电压、电池组30的总电压。此外，根据电阻器80的两端电压Vr来检测二次电池31的电流I，对电流I进行监视。
BM51在二次电池31的电压、电流、温度有异常的情况下，向电流切断装置45发送指令来切断电流，由此保护蓄电池20。
此外，BM51如下述的(2)式所示，基于根据电阻器80的两端电压Vr获得的电流I相对于时间的积分值来估计蓄电池20的SOC(充电状态)。在充电时将电流的符号设为正，在放电时将电流的符号设为负。
SOC＝Cr/Co×100 (1)
Co为二次电池的充满电容量，Cr为二次电池的剩余容量。
SOC＝SOCo+100×∫Idt/Co (2)
SOCo为SOC的初始值，I为电流。
电路基板90、BM51、存储器53、电压检测部55、连接器100、电阻器80构成了对蓄电池20进行管理的管理装置40。
2.电阻器80的连接构造
如图3所示，在中盖25的上表面设置有第1容纳部25A和第2容纳部25B。这两个容纳部25A、25B被外壁26包围。如图5所示，在第1容纳部25A，电路基板90以通过螺丝固定来固定的状态被容纳。在第2容纳部25B，在X方向的两侧设置呈圆筒状的凸起27A、27B，电阻器80以将位于X方向的两侧的板部84A、84B通过螺丝固定在各凸起27A、27B上的状态被容纳。设置凸起27A、27B的理由是用于使电路基板90的连接器100的第1端子130和电阻器80的第2端子87的高度匹配。
电路基板90为大致长方形状，在基板上表面配置了连接器100。连接器100配置在电路基板90之中与电阻部80相面对的对置部。电路基板90、连接器100、电阻器80相当于本发明的“电流检测装置”。
在图5～图7中，省略了电流切断装置45、存储器53、电压检测部55。
如图9、图10所示，连接器100具有外壳体110、内壳体120、和第1端子130。
外壳体110是合成树脂制的，是通过爪等固定部115固定于电路基板90的上表面的固定壳体。外壳体110与电阻器80相面对的前面侧开口，在内部容纳内壳体120。
内壳体120是合成树脂制的，容纳在外壳体110的内部。内壳体120通过设置于外壳体110的支承部(省略图示)而在外壳体110内限制向Z方向(第2端子相对于第1端子的插入方向)的移动，并且以在X方向上能够移动的状态支承。内壳体120是相对于外壳体110而在X方向上可动的可动壳体。
第1端子130配置在内壳体120内。第1端子130例如由金属性的弹簧材料构成，具备前侧端子部131和后侧端子部135。前侧端子部131具有上下的一对接触片131A、131B。
上下的接触片131A、131B在内壳体120内，与设置于内壳体120的前面壁121的插通孔123对应地配置，与从插通孔123插入的第2端子87A、87B弹性地接触。
后侧端子部135具有相对于电路基板90的连接部136。连接部136通过设置于外壳体110的里壁113的贯通孔114而向外部突出，例如通过焊接而与设置于电路基板90的上表面的导体图案(省略图示)接合。在图9、10中，虽然仅示出一个第1端子130，但实际上在X方向上排列设置有两个。
如图8所示，电阻器80作为整体是在X方向上长的长方形状。电阻器80的板面沿着X-Z方向延伸，与电路基板90大致平行。电阻器80具备电阻主体83、一对板部84A、84B、和一对第2端子87A、87B。电阻主体83是锰铜(manganin)制的。电阻主体83产生与电流成比例的电压降(电压差)。
一对板部84A、84B是铜制的。一对板部84A、84B配置在电阻主体83的X方向两侧。一对板部84A、84B具有螺丝孔85A、85B。
电阻器80将一对板部84A、84B与构成导电路径35(参照图4)的未图示的金属板一起相对于凸起27A、27B通过螺丝89进行螺丝固定，由此安装于中盖25的第2容纳部25B。
第2端子87A、87B在电阻主体83的两侧设置有一对。具体地，从一对板部84A、84B的端面86与板部84A、84B大致平行地向Z方向突出设置。第2端子87A、87B是铜制的，与一对板部84A、84B一体。
如图9、图10所示，第2端子87A、87B在Z方向上贯通内壳体120的前面壁121的插通孔123，与在内壳体120的内部配置的前侧端子部131的内部嵌合。
即，第2端子87A、87B位于上下的接触片131A、131B之间，在嵌合状态下，上下的接触片131A、131B的前端部与第2端子87A、87B的外周面弹性地接触。
这样，上下的接触片131A、131B与第2端子87A、87B弹性地接触，从而电阻器80经由第2端子87、第1端子130而与电路基板90的导体图案(省略图示)电连接。电路基板上的BM51与电阻器80电连接，因此能够检测电阻器80的两端电压Vr。而且，能够基于检测到的两端电压Vr来检测二次电池31的电流I。
3.效果说明
图11是将电阻器的端子200插通到通孔H并与电路基板300的导体图案310焊料接合的情况下的剖视图。图12是针对将电阻器的端子200插通到通孔H并与电路基板300的导体图案310焊料接合的情况，示出与温度循环相伴的电阻值的变化的曲线图。在利用了焊料接合的情况下，若温度循环的循环数超过给定次数，则电阻器的电阻值急剧上升。这是因为，由于电路基板(树脂)与端子(金属)的热膨胀系数的差异，在接合部产生焊料裂纹。
在本实施方式的结构中，通过使电阻器80的第2端子87A、87B与连接器100的第1端子131接触，从而作为发热体的电阻器80与电路基板90电连接。由于在作为发热体的电阻器80与电路基板90的电连接中未利用基于通孔的焊料接合，因此不产生焊料裂纹，能够抑制温度循环所引起的电阻值的增大。
蓄电池20用于发动机的起动，在起动时短时间流动大电流。因而，热冲击大，电阻器80尤其容易发生温度上升。在利用了基于通孔的焊料接合的情况下，焊料裂纹的产生概率高，尤其担心电阻值的增大。在本实施方式的结构中，能够有效地抑制电阻值的增大。因此，即便反复温度循环，二次电池31的电流测量精度也高。
关于电流累计法，由于电流测量误差会累积，因此存在若测量变为长期间则SOC的估计精度会下降的课题。在该结构中，能够高精度地测量电流，因此误差的蓄积小，能够提高SOC的估计精度。
而且，连接器100设置在电路基板90上，因此不需要将连接器100和电路基板90连接的信号线，能够减少部件个数。
在本结构中，第2端子87A、87B与板部84A、84B大致平行地从板部84A、84B突出，容易嵌合到连接器100的第1端子130内。因而，能够提高电阻器80的组装性。
在本结构中，第2端子87A、87B是与板部84A、84B相同的构件。如果第2端子87A、87B是与板部84A、84B相同的构件，则与不同构件(不同种类金属)的情况相比，第2端子87A、87B与板部84A、84B之间的连接电阻小，因此基于电阻器80的电流测量精度变高。
在本结构中，在组装时，在X方向上发生了电阻器80相对于电路基板90的位置偏离的情况下，如图13所示，内壳体120在外壳体110内沿着X方向移动，能够吸收电阻器80的位置偏离。由此，能够确保连接器100的第1端子130与电阻器80的第2端子87的接触状态，因此能够抑制电阻值的增加。此外，该结构耐受组装后的振动的能力也强。
图13的(A)关于没有位置偏离的情况而示出外壳体110与内壳体120的位置关系，图13的(B)关于发生了位置偏离的情况而示出外壳体110与内壳体120的位置关系。
电阻器80的第2端子87A、87B只要是能够与连接器100嵌合的长度(几厘米程度)即可，与利用了信号线的连接结构相比，全长较短，因此抗电磁噪声的能力高(不易成为接收噪声的天线)，电流测量精度高。
连接器100的后侧端子部135的连接部136(参照图10)相对于电路基板90的导体图案而通过焊接来接合。但是，后侧端子部135与电阻器80相比而发热小，在与导电图案的接合部位产生焊料裂纹的可能性低。
<其他实施方式>
本发明并不限定于通过述记述以及附图而说明的实施方式，例如，如下那样的实施方式也包含于本发明的技术范围。
(1)在实施方式1中，作为电化学元件的一例而例示了二次电池31。电化学元件也可以是二次电池、双电层电容器等蓄电元件、仅进行放电的一次电池。车辆并不限定于汽车1，也可以是自动两轮车。蓄电池20的使用用途并不限定于车辆，能够将蓄电池20使用于UPS、太阳能发电系统的蓄电部等其他用途。
(2)在实施方式1中，将连接器100设为由外壳体110和内壳体120构成的双重壳体构造，内壳体120设为可动。连接器100并不限定于双重壳体构造，也可以是将外壳体120废除，将内壳体110固定于电路基板90的结构。在实施方式1中，将内壳体120设为相对于外壳体110而在X方向上可动的结构，但也可以设为在Y方向、或X方向和Y方向两个方向上可动的结构。
(3)在实施方式1中，由电路基板90、BM51、存储器53、电压检测部55、连接器100、电阻器80构成了管理装置40。管理装置40至少具有电路基板90、BM51、连接器100、电阻器80即可，其他为附带的部件。作为数据处理部的BM51至少具有基于电阻器80的两端电压Vr来监视电流I的功能即可，是否进行SOC估计是任意的。电路基板90至少具有作为电阻器80的连接对方的连接器100即可，是否搭载BM51等其他部件是任意的。例如，电路基板90也可以是如在被电连接的其他基板上搭载了BM51等其他部件那样的结构。搭载于其他基板的BM51也可以设置在蓄电池20的外部。即，蓄电池20至少具备二次电池31、电阻器80、电路基板90和连接器100即可。
符号说明
20...蓄电池；
31...二次电池；
40...管理装置；
51...BM(相当于本发明的“数据处理部”)；
80...电阻器；
83...电阻主体；
84A、84B...板部；
87A、87B...第2端子；
90...电路基板；
100...连接器；
110...外壳体；
120...内壳体；
130...第1端子。

Claims (6)

1.一种电流检测装置，是电化学元件的电流检测装置，具备：
电路基板；和
电阻器，检测所述电化学元件的电流，
在所述电路基板上设置具有第1端子的连接器，
所述电阻器具有与所述第1端子接触的第2端子，
所述连接器具备：
外壳体，固定于所述电路基板；和
内壳体，在所述外壳体内可动，
所述第1端子保持于内壳体。
2.根据权利要求1所述的电流检测装置，其中，
所述第1端子与所述连接器的前面壁的插通孔对应地配置在所述连接器内，
所述电阻豁与所述电路基板大致平行地突出，
所述第2端子以在与所述电路基板大致平行的方向上经由所述插通孔插入到所述第1端子的内部的状态，在所述电路基板上与所述第1端子接触。
3.根据权利要求1或2所述的电流检测装置，其中，
所述电阻器具有：
电阻主体；和
板部，位于所述电阻主体的两侧，与所述电路基板大致平行，
所述第2端子与所述板部大致平行地从所述板部突出设置，
所述第2端子嵌合于所述连接器的所述第1端子的内部。
4.根据权利要求3所述的电流检测装置，其中，
所述第2端子是与所述板部相同的构件。
5.一种蓄电元件的管理装置，具备：
权利要求1～4中任一项所述的电流检测装置；和
数据处理部，搭载于所述电路基板，
所述数据处理部基于由所述电阻器检测到的电流来估计所述蓄电元件的充电状态。
6.一种发动机起动用的蓄电池，是搭载于车辆的发动机起动用的蓄电池，具备：
蓄电元件；和
权利要求1～4中任一项所述的电流检测装置或者权利要求5所述的管理装置。
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