JP2008192582A - バッテリ状態検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上させることができ、検出精度の低下を防止することができるバッテリ状態検知装置を提供すること。
【解決手段】バッテリ状態検知装置１は、バッテリの温度を検出する感温素子としてのダイオードと、感温素子を用いた温度検出結果をシリアル通信で外部に出力する通信回路とを備え、これらの感温素子と通信回路とを同一の半導体素子１００に収容するとともに、半導体素子１００を熱伝導性が高い第１の部材１１０に搭載し、第１の部材１１０よりも熱伝導性が低い第２の部材１２０にて半導体素子１００を被覆する。
【選択図】図３

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載されるバッテリの温度を検出するバッテリ状態検知装置に関する。

従来から、車両に搭載されたバッテリの温度を、サーミスタ等を用いて検出する手法が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。バッテリの温度を検出することで、寿命低下や異常等の不都合を回避することや、周囲温度が急激に変化した場合の変化後の周囲温度に応じたエンジン始動性予測を行うことが可能となる。
特開２００３−１８５５０４号公報（第５−８頁、図１−９） 特開２００５−１４６９３９号公報（第５−１０頁、図１−２）

ところで、サーミスタ等の感温素子を用いてバッテリ温度を検出する場合には、感温素子とその出力を取り出す出力線との接続部の信頼性が低く、その接続部に半田などを用いて実装した場合にはエンジンルーム内のように高温環境下ではさらに信頼性が低下するという問題があった。また、サーミスタ等を用いて電圧等のアナログ量で温度を検出する場合には、特にエンジンルーム内では点火ノイズ等が出力線に混入するため、検出精度が低下するという問題があった。さらに、サーミスタ等の感温素子が外部に露出している場合には、停車中や高速走行中などの走行パターンによる通風状態の違いによって感温素子の冷却性が大きく異なり、温度を検出する上で外乱（通風状態の相違）による変動が大きく、検出精度が低下するという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、信頼性を向上させることができ、検出精度の低下を防止することができるバッテリ状態検知装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のバッテリ状態検知装置は、バッテリの温度を検出する感温素子と、感温素子を用いた温度検出結果をシリアル通信で外部に出力する通信回路とを備え、感温素子と通信回路とを同一の半導体素子に収容するとともに、半導体素子を熱伝導性が高い第１の部材に搭載し、第１の部材よりも熱伝導性が低い第２の部材にて半導体素子を被覆している。半導体素子上で感温素子の配線を行うことができるため、感温素子の出力を取り出す接続部の信頼性を高めることが可能になる。また、感温素子を用いた温度検出結果をシリアル通信で外部に出力することにより、電圧等のアナログ量を出力する場合に比べてノイズの影響を排除することが容易となり、温度検出精度を上げることができる。さらに、感温素子が形成された半導体素子を熱伝導性が低い部材で被覆しているため、通風状態の違いによる感温素子の冷却性への影響を少なくすることができ、検出温度の変動を減らして温度検出精度を向上させることができる。

また、上述した第１の部材は、リードフレームであり、第２の部材は、モールド樹脂であって、リードフレームと半導体素子とを一括封止することが望ましい。モールド樹脂によって封止することにより、エポキシ樹脂などシリコン系のゲル状の封止樹脂を用いる場合に比べて封止樹脂と半導体素子との間の架橋密度を高めることができ、バッテリ液の被液に対する信頼性を向上させることができる。

また、上述した第１の部材の一部の面が、第２の部材の外部に露出していることが望ましい。露出した面をバッテリに接触させることにより、感温素子に熱が伝わりやすくなるため、バッテリに対する熱的な相関性を高めることで温度検出精度をさらに向上させることができる。

また、上述した第１の部材において半導体素子が搭載された側の第２の部材の厚みよりも、反搭載側の第２の部材の厚みの方が薄く設定されていることが望ましい。これにより、第２の部材の厚みが薄い側をバッテリに接触させることにより、バッテリから感温素子に対する熱の伝わりやすさを維持しつつ、第１の部材に対するバッテリ液の被液に対する信頼性向上を図ることができる。

また、上述した第１の部材の搭載面を、バッテリの容器に対向する面に配置することが望ましい。これにより、第１の部材を通して感温素子に熱が伝わりやすくなるため、バッテリに対する熱的な相関性を高めることで温度検出精度をさらに向上させることができる。

また、上述した第２の部材を、バッテリが搭載された車両の走行時に通風される位置に配置することが望ましい。これにより、通風状態の違いによる感温素子の冷却性への影響を少なくすることができ、検出温度の変動を減らして温度検出精度を向上させることができる。

また、上述した第１の部材の熱伝導率を、第２の部材の熱伝導率の１００倍以上に設定することが望ましい。これにより、バッテリに対する熱的な指向性を向上させ、バッテリに対する熱的な相関性をさらに高めることで温度検出精度をより向上させることができる。

以下、本発明を適用した一実施形態のバッテリ状態検知装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両バッテリ状態検知装置の全体構成を示す図である。図１に示すバッテリ状態検知装置１は、バッテリ２の温度や端子電圧、充放電電流を検出してそれらの検出結果等を外部制御装置としてのＥＣＵ（電子制御装置）３に向けて出力するためのものであり、感温回路１０、電圧検出回路２０、電流検出回路２２、演算処理回路３０、通信処理回路３２、通信ドライバ３４を含んで構成されている。

感温回路１０は、バッテリ２の温度を検出するためのものであり、感温素子としての直列接続された複数（例えば４個）のダイオード１２と、これらのダイオード１２に順方向電流を流す電流源１４と、複数のダイオード１２の順方向電圧をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１６とを備えている。この感温回路１０では、ダイオード１２の順方向電圧が温度によって変化することを利用して、バッテリ２の温度に相関のある値を有するデータを出力する。

電圧検出回路２０は、バッテリ２の端子電圧を検出する。例えば、バッテリ２の端子電圧を分圧する分圧回路と、この分圧出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器とによって構成されており、バッテリ２の端子電圧に対応するデータが電圧検出回路２０から出力される。

電流検出回路２２は、バッテリ２の端子に入出力される充放電電流を検出する。例えば、バッテリ端子に接続される充電線に挿入された電流検出用抵抗と、この電流検出用抵抗の両端電圧をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器とによって構成されており、バッテリ２の充放電電流に対応するデータが電流検出回路２２から出力される。

演算処理回路３０は、感温回路１０、電圧検出回路２０、電流検出回路２２のそれぞれの出力データに基づいてバッテリ２の温度、端子電圧、充放電電流を演算するとともに（各出力データ自体がバッテリ２の温度、端子電圧、充放電電流を示している場合にはこの演算を省略してもよい）、これらの演算結果に基づいてその時点におけるバッテリ２の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を演算する。

通信処理回路３２は、演算処理回路３０によって演算されたバッテリ２の温度、端子電圧、充放電電流、充電状態ＳＯＣをシリアル通信用の所定のフォーマットに変換して変調処理を行う。変調された信号は、通信ドライバ３４から通信線を介してＥＣＵ３に向けて送信される。上述した通信処理回路３２および通信ドライバ３４が通信回路に対応する。

図２は、バッテリ状態検知装置１からＥＣＵ３にＬＩＮプロトコルにしたがったシリアル通信で送信される信号のフォーマットを示す図である。図２に示すように、バッテリ状態検知装置１から送信される信号には、同期フィールドとＩＤの次に、電圧（端子電圧）、電流（充放電電流）、温度（バッテリ温度）、ＳＯＣ（バッテリ充電状態）、チェックサムの各領域が含まれている。

図３は、バッテリ状態検知装置１の構造断面図である。図３に示すように、バッテリ状態検知装置１は、図１に示した感温回路１０、電圧検出回路２０、電流検出回路２２、演算処理回路３０、通信処理回路３２、通信ドライバ３４が形成されて収容された半導体素子１００と、この半導体素子１００が搭載された熱伝導性が高い第１の部材１１０と、第１の部材１１０よりも熱伝導性が低く、半導体素子１００を被覆する第２の部材１２０とを備えている。第１の部材１１０の熱伝導率は第２の部材１２０の熱伝導率の１０倍以上、望ましくは１００倍以上に設定されている。

半導体素子１００上でダイオード１２等の配線を行うことができるため、ダイオード１２の出力を取り出す接続部の信頼性を高めることが可能になる。また、ダイオード１２を用いた温度検出結果をシリアル通信でＥＣＵ３に向けて送信することにより、電圧等のアナログ量を出力する場合に比べてノイズの影響を排除することが容易となり、温度検出精度を上げることができる。さらに、ダイオード１２等が形成された半導体素子１００を熱伝導性が低い第２の部材１２０で被覆しているため、通風状態の違いによるダイオード１２等の冷却性への影響を少なくすることができ、検出温度の変動を減らして温度検出精度を向上させることができる。

具体的には、第１の部材１１０としてはリードフレームが用いられ、第２の部材１２０としてはモールド樹脂が用いられている。このモールド樹脂によって、リードフレームと半導体素子１００とを一括封止している。モールド樹脂によって半導体素子１００と第１の部材１１０としてのリードフレームとを封止することにより、エポキシ樹脂などシリコン系のゲル状の封止樹脂を用いる場合に比べてモールド樹脂と半導体素子１００との間の架橋密度を高めることができ、バッテリ液の被液に対する信頼性を向上させることができる。

また、図３に示す構造では、第１の部材１１０としてのリードフレームの一部の面（下面）が、第２の部材１２０の外部に露出している。露出した面をバッテリ２に接触させることにより、ダイオード１２に熱が伝わりやすくなるため、バッテリ２に対する熱的な相関性を高めることで温度検出精度をさらに向上させることができる。なお、バッテリ状態検知装置１をバッテリ２に搭載する具体例については後述する。

図４は、バッテリ状態検知装置１の変形例の構造断面図である。図４に示す断面構造は、図３に示す断面構造に対して、半導体素子１００とこれを搭載する第１の部材１１０の全体が第２の部材で覆われている点が異なっている。また、第２の部材１２０は、半導体素子１００が搭載された側の厚みｔ２よりも反搭載側の厚みｔ１の方が薄く設定されている。望ましくは、反搭載側の厚みｔ１は搭載側の厚みｔ２の１０分の１以下に設定されている。第２の部材１２０の厚みが薄い側をバッテリ２に接触させることにより、バッテリ２からダイオード１２に対する熱の伝わりやすさを維持しつつ、第１の部材１１０に対するバッテリ液の被液に対する信頼性向上を図ることができる。

図５は、バッテリ状態検知装置１の実装例を示す断面図である。図５に示す実装例では、バッテリ状態検知装置１が樹脂製のコネクタケース２００内に隙間を介さずに密着状態で収容されている。但し、バッテリ２に接触する側は、バッテリ状態検知装置１が露出しており、バッテリ２からバッテリ状態検知装置１へ熱が伝わりやすくなっている。このように、第２の部材１２０を樹脂製のコネクタケース２００によって隙間なく覆った場合には、第２の部材１２０とコネクタケース２００の全体を厚みｔ２の第２の部材と考えることができる。なお、図５に示す構造では、コネクタケース２００に図４に示した構造のバッテリ状態検知装置１を組み合わせたが、図３に示した構造のバッテリ状態検知装置１を組み合わせるようにしてもよい。

図６は、バッテリ状態検知装置１のバッテリ２への実装例を示す斜視図である。図６に示す例では、バッテリ状態検知装置１が収容されたコネクタケース２００（断面構造は図５を参照）がバッテリ容器３００の上面に取り付けられている。コネクタケース２００にはコネクタ２１０が取り付けられ、このコネクタ２１０からは通信線２１２が引き出されている。

図７は、バッテリ状態検知装置１のバッテリ２への他の実装例を示す斜視図である。図７に示す例では、バッテリ状態検知装置１が収容されたコネクタケース２００がバッテリ容器３００の側面に取り付けられている。

図６および図７に示す例では、コネクタケース２００が車両の走行時に通風される位置に配置されている。このような場合であっても、第２の部材（上述したように第２の部材１２０とコネクタケース２００の全体を第２の部材と考えるものとする）だけが通風側に露出しているため、通風状態の違いによる感温素子としてのダイオードの冷却性への影響を少なくすることができ、検出温度の変動を減らして温度検出精度を向上させることができる。

図８は、バッテリ状態検知装置１のバッテリ２への他の実装例を示す部分図である。図８に示す例では、端子リードを利用してバッテリ状態検知装置１を実装する場合が示されている。バッテリ容器３００の一部にはバッテリ端子３１０が設けられており、このバッテリ端子３１０には端子リード３１２が取り付けられる。この端子リード３１２には、ボルト３４０およびナット３３０によってハーネス端子３２０が取り付けられ、充電線としてのハーネス３２２が引き出されている。この例では、バッテリ状態検知装置１が収容されたコネクタケース２００は、端子リード３１２の一部である板状の端子リード材３１４に取り付けられている。このような実装方法を用いることにより、端子リード３１２をバッテリ端子３１０に取り付けると同時にコネクタケース２００をバッテリ容器３００に接触状態で取り付けることが可能になり、接着剤等を用いる必要がなくなる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、第２の部材１２０の一例としてモールド樹脂を用いる場合を説明したが、シリコンゲルやコーティング材を用いるようにしてもよい。また、第１の部材１００の材質としてはＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ、セラミックス基板等を用いることができる。また、上述した実施形態では、感温素子として４個のダイオード１２を用いたが、個数を変更したり、ダイオード１２以外の他の感温素子を用いるようにしてもよい。

一実施形態の車両バッテリ状態検知装置の全体構成を示す図である。 バッテリ状態検知装置からＥＣＵにＬＩＮプロトコルにしたがったシリアル通信で送信される信号のフォーマットを示す図である。 バッテリ状態検知装置の構造断面図である。 バッテリ状態検知装置の変形例の構造断面図である。 バッテリ状態検知装置の実装例を示す断面図である。 バッテリ状態検知装置のバッテリへの実装例を示す斜視図である。 バッテリ状態検知装置のバッテリへの他の実装例を示す斜視図である。 バッテリ状態検知装置のバッテリへの他の実装例を示す部分図である。

符号の説明

１ バッテリ状態検知装置
２ バッテリ
３ ＥＣＵ（電子制御装置）
１０ 感温回路
１２ ダイオード
１４ 電流源
１６ アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
２０ 電圧検出回路
２２ 電流検出回路
３０ 演算処理回路
３２ 通信処理回路
３４ 通信ドライバ
１００ 半導体素子
１１０ 第１の部材
１２０ 第２の部材
２００ コネクタケース
２１０ コネクタ
３００ バッテリ容器

Claims (7)

1. バッテリの温度を検出する感温素子と、前記感温素子を用いた温度検出結果をシリアル通信で外部に出力する通信回路とを備え、
   前記感温素子と前記通信回路とを同一の半導体素子に収容するとともに、前記半導体素子を熱伝導性が高い第１の部材に搭載し、前記第１の部材よりも熱伝導性が低い第２の部材にて前記半導体素子を被覆することを特徴とするバッテリ状態検知装置。
2. 請求項１において、
   前記第１の部材は、リードフレームであり、
   前記第２の部材は、モールド樹脂であって、前記リードフレームと前記半導体素子とを一括封止することを特徴とするバッテリ状態検知装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第１の部材の一部の面が、前記第２の部材の外部に露出していることを特徴とするバッテリ状態検知装置。
4. 請求項１または２において、
   前記第１の部材において前記半導体素子が搭載された側の前記第２の部材の厚みよりも、反搭載側の前記第２の部材の厚みの方が薄く設定されていることを特徴とするバッテリ状態検知装置。
5. 請求項１において、
   前記第１の部材の搭載面を、前記バッテリの容器に対向する面に配置することを特徴とするバッテリ状態検知装置。
6. 請求項１において、
   前記第２の部材を、前記バッテリが搭載された車両の走行時に通風される位置に配置することを特徴とするバッテリ状態検知装置。
7. 請求項１において、
   前記第１の部材の熱伝導率を、前記第２の部材の熱伝導率の１００倍以上に設定することを特徴とするバッテリ状態検知装置。

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