JP2010200601A

JP2010200601A - 電圧検出部品及び基板

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Publication number: JP2010200601A
Application number: JP2010000953A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sekizaki; 将士関▲崎▼; Satoshi Ishikawa; 聡石川; Koyo Matsuura; 公洋松浦
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2010-01-06
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2030-01-06
Also published as: JP5513138B2; US20100188092A1

Abstract

【課題】短い配線で互いに直列接続できるようにすることにより、通信信頼性の向上及び基板の小型化を図った電圧検出部品及び基板を提供する。
【解決手段】上位のブロックに対応した電圧検出部品１１〜１Ｎと接続するための上位側接続端子２９１が、部品本体２８の互いに対向する一対の面の一方から突出して設けられる。下位のブロックに対応した電圧検出部品１１〜１Ｎと接続するための下位側接続端子２９２が、部品本体２８の互いに対向する一対の面の他方から突出して設けられる。上位側接続端子２９１と下位側接続端子２９２とが対向する対向方向に沿って複数の電圧検出部品１１〜１Ｎが基板３０上に並べて配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、電圧検出部品及び基板に係り、特に、二次電池から成る単位セルが複数接続された組電池を複数に分割したブロック毎に対応して設けられると共に前記対応するブロックを構成する前記単位セルの両端電圧を検出する電圧検出部品及び当該電圧検出部品を搭載した基板に関するものである。

近年、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車（以下ＨＥＶ）が普及してきている。このＨＥＶは、上記エンジン始動用の１２Ｖ程度の低圧バッテリと、上記電動モータ駆動用の高圧バッテリとの２種類のバッテリを備えている。上述した高圧バッテリは、ニッケル−水素電池やリチウム電池といった二次電池を単位セルとして、この単位セルを複数直列接続して高電圧を得ている。

上述した組電池から構成された高圧バッテリは複数のブロックに分割されていて、ブロック毎に電圧検出部品が設けられている（例えば特許文献１）。各電圧検出部品は、単位セルの両端電圧を検出して、その検出結果を高圧バッテリ全体の管理を行うメインマイコンに送信している。これら複数の電圧検出部品は、省線化、省端子化を図るために、最下位から順に互いに直列接続されると共に最下位の電圧検出部品のみがフォトカプラなどを介してメインマイコンに接続される。

以上の構成によれば、メインマイコンから送信された情報はまず最下位の電圧検出部品に送信される。その後、最下位の電圧検出部品から上位側に向かって順々に情報が伝送され、メインマイコンから送信された情報を複数の電圧検出部品全てに送信することができる。一方、電圧検出部品から送信された情報は下位側に向かって順々に伝送される。そして、最下位の電圧検出部品まで情報が伝送されると、最下位の電圧検出部品がその情報をメインマイコンに送信する。これにより、各電圧検出部品からの情報をメインマイコンに送信することができる。

上述したように複数の電圧検出部品を基板に搭載する場合、電圧検出部品の端子配列は各電圧検出部品の配置を考慮する必要がある。端子配列によっては、配線引廻しによる配線長大からくる通信不成立や、配線面積増大による基板面積増といった問題が発生する。

特開２００８−２８９２３４号公報

そこで、本発明は、短い配線で互いに直列接続できるようにすることにより、通信信頼性の向上及び基板の小型化を図った電圧検出部品及び基板を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、二次電池から成る単位セルが複数接続された組電池を複数に分割したブロック毎に対応して設けられると共に前記対応するブロックを構成する前記単位セルの両端電圧を検出する電圧検出部品において、部品本体と、前記部品本体の互いに対向する一対の第１の面の一方から突出して設けられた上位のブロックに対応した電圧検出部品と接続するための上位側接続端子と、前記部品本体の互いに対向する一対の第１の面の他方から突出して設けられた下位のブロックに対応した電圧検出部品と接続するための下位側接続端子と、を備えたことを特徴とする電圧検出部品に存する。

請求項２記載の発明は、前記部品本体の前記一対の第１の面に挟まれた互いに対向する一対の第２の面の一方から突出して設けられた前記単位セルの両端電圧が入力される電圧入力部と接続するためのセル側接続端子と、前記部品本体の前記一対の第２の面の他方から突出して設けられた周辺部品と接続するための周辺部品接続端子と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電圧検出部品に存する。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電圧検出部品を複数搭載した基板において、前記上位側接続端子と前記下位側接続端子とが対向する対向方向に沿って前記複数の電圧検出部品が並べて配置されることを特徴とする基板に存する。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の電子検出部品を複数搭載した基板において、前記上位側接続端子と前記下位側接続端子とが対向する対向方向に沿って前記複数の電圧検出部品が並べて配置され、前記単位セルの両端電圧が入力される電圧入力部が前記電圧検出部品の前記セル側接続端子側に配置され、前記周辺部品が前記電圧検出部品の前記周辺部品接続端子側に配置されていることを特徴とする基板に存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、部品本体の互いに対向する一対の第１の面にそれぞれ上位側接続端子及び下位側接続端子を設けることにより、上位側接続端子と下位側接続端子とが対向する対向方向に沿って複数の電圧検出部品を基板上に並べて配置したときに短い配線で互いに直列接続でき、通信信頼性の向上及び基板の小型化を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、部品本体の互いに対向する一対の第２の面にそれぞれセル側接続端子及び周辺部品接続端子を設けることにより、セル側接続端子と周辺部品接続端子との距離を離すことができ、周辺部品の組電池による悪影響（ノイズ干渉など）を防止できる。

請求項３記載の発明によれば、上位側接続端子と前記下位側接続端子とが対向する対向方向に沿って複数の電圧検出部品を並べて配置することにより、短い配線で複数の電圧検出部品を互いに直列接続でき、通信信頼性の向上及び基板の小型化を図ることができる。

請求項４記載の発明によれば、上位側接続端子と下位側接続端子とが対向する対向方向に沿って複数の電圧検出部品を並べて配置することにより、短い配線で複数の電圧検出部品を互いに直列接続できる。また、単位セルの両端電圧が入力される電圧入力部を電圧検出部品の電圧接続端子側に配置し、周辺部品を電圧検出部品の周辺部品接続端子側に配置することにより、短い配線で電圧接続端子と電圧入力部との接続、周辺部品と周辺部品接続端子との接続を行うことができる。しかも、電圧入力部と、電圧検出部品同士を互いに接続するための配線と、周辺部品と、を互いに区分けして基板上に配置することができるため、機能劣化の抑制、通信信頼性の向上及び基板の小型化を図ることができる。

本発明の電圧検出部品を組み込んだ電圧検出装置の一実施形態を示す回路図である。図１に示す電圧検出部品の一例を示す回路図である。図１に示す電圧検出部品の上面図である。図３に示す電圧検出部品を搭載した基板の上面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態において、電圧検出装置は車両に搭載されている。図１中引用符号Ｂ_Lは、低圧バッテリである。低圧バッテリＢ_Lは、図１に示すように、複数の二次電池から構成されている。低圧バッテリＢ_Lは、エンジンを始動するスタータの駆動電源として用いられ、その両端にはオルタネータ等（図示せず）が必要に応じて充電器として接続される。

また、図１中引用符号Ｂ_Hは組電池としての高圧バッテリである。上記高圧バッテリＢ_Hは、エンジンと電動モータとを走行駆動源として併用するＨＥＶにおいて前記電動モータの電源として用いられ、その両端には電動モータが必要に応じて負荷として接続されると共にオルタネータ等（図示せず）が必要に応じて充電器として接続される。

高圧バッテリＢ_Hは、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のブロックＢ１〜ＢＮに分けられている。各ブロックＢ１〜ＢＮはそれぞれ例えば２個の単位セルＢＴ₁₁、ＢＴ₁₂…ＢＴ_N1、ＢＴ_N2から構成されている。単位セルＢＴ₁₁〜ＢＴ_N2は例えばそれぞれ一つの二次電池から構成されている。

電圧検出装置は、低圧系制御回路１０と、電圧検出部品１１〜１Ｎと、を備えている。低圧系制御回路１０は、マイコンなどから構成されている。低圧系制御回路１０は、低圧バッテリＢ_Lから電源供給を受けて動作し、電圧検出部品１１〜１Ｎを制御する。

上記電圧検出部品１１〜１Ｎは、各ブロックＢ１〜ＢＮに対応して設けられている。電圧検出部品１１〜１Ｎは、例えば図２に示すように、複数のブロックＢ１〜ＢＮのうち対応するブロックＢ１〜ＢＮを構成する単位セルＢＴ₁₁〜ＢＴ_N2のみから電源供給を受けて動作する。即ち、上述した電圧検出部品１１〜１Ｎは、対応するブロックＢ１〜ＢＮのマイナス側がグランドレベルになり、互いに異なるグランドレベルとなっている。これにより、電圧検出部品１１〜１Ｎを構成するデバイスの耐圧を下げることができる。

電圧検出部品１１〜１Ｎはそれぞれ、例えば、選択スイッチ群２１と、差動増幅器ＯＰと、Ａ／Ｄ変換器２２と、サブマイコン２３と、高圧系電源回路２４と、遮断スイッチＳと、を備えている。上記選択スイッチ群２１は、単位セルＢＴ₁₁〜ＢＴ_N2の両端に各々設けられた常閉のスイッチから構成されていて、複数の単位セルＢＴ₁₁〜ＢＴ_N2の一つの両端を差動増幅器ＯＰに接続する。差動増幅器ＯＰは、選択スイッチ群２１によって接続された単位セルＢＴ₁₁〜ＢＴ_N2の両端電圧をＡ／Ｄ変換器２２に対して出力する。Ａ／Ｄ変換器２２は、差動増幅器ＯＰからの単位セルＢＴ₁₁〜ＢＴ_N2の両端電圧をデジタル変換してサブマイコン２３に出力する。

サブマイコン８は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されており、電圧検出部品１１〜１Ｎ全体の制御を司る。高圧系電源回路２４は、対応するブロックＢ１〜ＢＮの供給電圧から上記差動増幅器ＯＰ、Ａ／Ｄ変換器２２及びサブマイコン２３の動作電圧を生成する。遮断スイッチＳは、各ブロックＢ１〜ＢＮのプラス側と高圧系電源回路２４との間に設けられている。遮断スイッチＳは、高圧系電源回路２４に対するブロックＢ１〜ＢＮの両端電圧の供給をオンオフして、電圧検出部品１１〜１Ｎに対する電源供給をオンオフするスイッチである。遮断スイッチＳは、例えば、ＰＮＰ型のトランジスタから構成されている。

また、上述した電圧検出装置は、図１などに示すように送信ラインＬＴ１と、絶縁デバイス２５と、覚醒信号伝達回路２６と、を備えていて、これらにより低圧系制御回路１０からの覚醒信号の出力に応じて遮断スイッチＳをオンできるようになっている。即ち、上記送信ラインＬＴ１は、各遮断スイッチＳを構成するＰＮＰ型トランジスタのベースと低圧系制御回路１０との間に設けられている。送信ラインＬＴ１は、一端が低圧系制御回路１０に接続され、他端が複数に分岐されて各電圧検出部品１１〜１Ｎの遮断スイッチＳのベースに接続されている。

上記絶縁デバイス２５は、上記送信ラインＬＴ１上に設けられていて、遮断スイッチＳと低圧系制御回路１０とを電気的に絶縁した状態で結合するものである。これにより、高圧バッテリＢ_Hと低圧バッテリＢ_Lとの絶縁を保つことができる。絶縁デバイス２５としては、例えば発光素子及び受光素子から成るフォトカプラといった光を媒体にしたものや、磁気カプラといった磁気を媒体にしたものが公知である。上記覚醒信号伝達回路２６は、上記送信ラインＬＴ１上に設けられていて、低圧系制御回路１０から送信された覚醒信号を、遮断スイッチＳをオンオフするために適切な信号レベルに変換する。

また、上述した電圧検出装置は、図１などに示すように、送信ラインＬＴ２及び受信ラインＬＲ２と、絶縁デバイス２７と、を備えていて、これらにより低圧系制御回路１０と各電圧検出部品１１〜１Ｎとの通信ができるようになっている。即ち、送信ラインＬＴ２及び受信ラインＬＲ２は、電圧検出部品１１〜１Ｎを互いに直列に接続するように設けられている。電圧検出部品１１は互いにグランドレベルが異なるので、電圧検出部品１１間に設けられた送信ラインＬＴ２及び受信ラインＬＲ２はレベルシフト回路（図示せず）を設ける必要がある。

また、送信ラインＬＴ２及び受信ラインＬＲ２は、電圧検出部品１１〜１Ｎのうち最下位の電圧検出部品１１及び低圧系制御回路１０間を接続するように設けられている。即ち、送信ラインＬＴ２及び受信ラインＬＲ２は、低圧系制御回路１０、電圧検出部品１１、電圧検出部品１２、…電圧検出部品１Ｎがこの順で互いに直列接続されるように設けられている。

絶縁デバイス２７は、最下位の電圧検出部品１１及び低圧系制御回路１０間に設けられた送信ラインＬＴ２及び受信ラインＬＲ２上に設けられていて、電圧検出部品１１〜１Ｎと低圧系制御回路１０とを電気的に絶縁した状態で結合するものである。最下位の電圧検出部品１１及び低圧系制御回路１０は、絶縁デバイス２７によって互いに絶縁した状態で情報の送受信を行うことができる。絶縁デバイス２７としては、例えば発光素子及び受光素子からなるフォトカプラといった光を媒体にしたものや、磁気カプラといった磁気を媒体にしたものが公知である。

以上の構成によれば、低圧系制御回路１０から送信された電圧検出命令などの情報はまず最下位の電圧検出部品１１に送信される。その後、最下位の電圧検出部品１１から上位側に向かって順々に情報が伝送され、低圧系制御回路１０から送信された情報を複数の電圧検出部品１１〜１Ｎ全てに送信することができる。一方、任意の電圧検出部品１ｍから送信された情報は下位側に向かって順々に伝送される。そして、最下位の電圧検出部品１１まで情報が伝送されると、最下位の電圧検出部品１１がその情報を低圧系制御回路１０に送信する。これにより、各電圧検出部品１１〜１Ｎの情報を低圧系制御回路１０に送信することができる。

次に、上述した電圧検出部品１１〜１Ｎの構造について図３及び図４を参照して説明する。同図に示すように、電圧検出部品１１〜１Ｎは、部品本体２８と、端子２９と、から構成されている。部品本体２８は、図２で説明した選択スイッチ群２１、差動増幅器ＯＰ、サブマイコン２３、高圧系電源回路２４及び遮断スイッチＳなどの電圧検出部品１１〜１Ｎを構成する電子部品が封止された樹脂封止体である。端子２９は、上位側接続端子２９１、下位側接続端子２９２、セル側接続端子２９３及び周辺部品接続端子２９４などから構成されている。

上記上位側接続端子２９１は、一つ上位のブロックＢ１〜ＢＮに対応した電圧検出部品１１〜１Ｎと接続するための端子である。上位側接続端子２９１は、部品本体２８の互いに対向する一対の第１の面Ｍ１の一方から突出して設けられている。下位側接続端子２９２は、一つ下位のブロックＢ１〜ＢＮに対応した電圧検出部品１１〜１Ｎと接続するための端子である。下位側接続端子２９２は、部品本体２８の互いに対向する一対の第１の面Ｍ１の他方から突出して設けられている。上述した上位側接続端子２９１及び下位側接続端子２９２を後述する基板３０にプリントされた送信ラインＬＴ２及び受信ラインＬＲ２に電気的に接続することにより、電圧検出部品１１〜１Ｎが互いに直列接続される。

上記セル側接続端子２９３は、電圧検出部品１１〜１Ｎと高圧バッテリＢ_Hとを接続するための端子である。セル側接続端子２９３は、上位側接続端子２９１及び下位側接続端子２９２が設けられた一対の第１の面Ｍ１に挟まれた互いに対向する一対の第２の面Ｍ２の一方から突出して設けられている。このセル側接続端子２９３を後述する基板３０にプリントされた配線パターンＬ３に電気的に接続することにより、セル側接続端子２９３が基板３０に搭載された電圧入力部３１に接続される。そして、この電圧入力部３１に高圧バッテリＢ_Hを接続することにより、高圧バッテリＢ_Hと電圧検出部品１１〜１Ｎとが接続される。

上記周辺部品接続端子２９４は、電圧検出部品１１〜１Ｎと周辺部品５１〜５Ｎとを接続するための端子である。上記周辺部品５１〜５Ｎとしては、例えばレギュレータ（ＲＥＧ）Ｐ１や発振子Ｐ２などが考えられる。上記周辺部品接続端子２９４は、上位側接続端子２９１及び下位側接続端子２９２が設けられた一対の第１の面Ｍ１に挟まれた互いに対向する一対の第２の面Ｍ２の他方から突出して設けられている。この周辺部品接続端子２９４を後述する基板３０にプリントされた配線パターンＬ５に電気的に接続することにより、周辺部品接続端子２９４が基板３０に搭載された周辺部品５１〜５Ｎに接続される。

上述した電圧検出部品１１〜１Ｎは、図４に示すように、上位側接続端子２９１と下位側接続端子２９２との対向方向に沿って基板３０上に複数並べて配置されている。このとき、任意ｍのブロックＢｍに対応する電圧検出部品１ｍの下位側接続端子２９２と、一つ下位側のブロックＢ（ｍ−１）に対応する電圧検出部品１（ｍ−１）の上位側接続端子２９１と、が互いに対向するように配置する。

上述した電圧入力部３１は、基板３０において電圧検出部品１１〜１Ｎのセル側接続端子２９３側に配置されている。周辺回路５１〜５Ｎがそれぞれ、基板３０において対応する電圧検出部品１１〜１Ｎの周辺部品接続端子２９４側に配置されている。

上述した電圧検出部品１１〜１Ｎによれば、部品本体２８の互いに対向する一対の面にそれぞれ上位側接続端子２９１及び下位側接続端子２９２を設けることにより、上位側接続端子２９１と下位側接続端子２９２とが対向する対向方向に沿って複数の電圧検出部品１１〜１Ｎを基板３０上に並べて配置することができる。これにより、送信ラインＬＴ２及び受信ラインＬＲ２が直線になり短い送信ラインＬＴ２及び受信ラインＬＲ２で互いに直列接続でき、通信信頼性の向上及び基板３０の小型化を図ることができる。

また、上述した電圧検出部品１１〜１Ｎによれば、部品本体２８の互いに対向する一対の第２の面Ｍ２にそれぞれセル側接続端子２９３及び周辺部品接続端子２９４を設けることにより、セル側接続端子２９３と周辺部品接続端子２９４との距離を離すことができ、周辺部品５１〜５Ｎの高圧バッテリＢ_Hによる悪影響（ノイズ干渉など）を防止できる。

また、上述した電圧検出部品１１〜１Ｎを搭載した基板３０によれば、上位側接続端子２９１と下位側接続端子２９２とが対向する対向方向に沿って複数の電圧検出部品１１〜１Ｎを並べて配置することにより、短い送信ラインＬＴ２及び受信ラインＬＲ２で複数の電圧検出部品１１〜１Ｎを互いに直列接続でき、通信信頼性の向上及び基板の小型化を図ることができる。

また、上述した電圧検出部品１１〜１Ｎを搭載した基板３０によれば、単位セルＢＴ₁₁〜ＢＴ_N2の両端電圧が入力される電圧入力部３１を部品本体２８の電圧接続端子２９１側に配置し、周辺部品５１〜５Ｎを部品本体２８の周辺部品接続端子２９４側に配置することにより、短い配線Ｌ３、Ｌ４で電圧接続端子２９１と電圧入力部３１との接続、周辺部品５１〜５Ｎと周辺部品接続端子２９４との接続を行うことができる。しかも、電圧入力部３１と、電圧検出部品１１〜１Ｎ同士を互いに接続するための送信ラインＬＴ２及び受信ラインＬＲ２と、周辺部品５１〜５Ｎと、を互いに区分けして基板３０上に配置することができるため、機能劣化の抑制、通信信頼性の向上及び基板の小型化を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、電圧検出部品１１〜１Ｎ全て同じ端子配列のものを用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、基板３０上の低圧系制御回路１０の配置位置によっては最下位の電圧検出部品１１だけ端子配列が異なるものを用いても良い。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１１〜１Ｎ電圧検出部品
２８部品本体
３０基板
２９１上位側接続端子
２９２下位側接続端子
Ｂ１〜ＢＮブロック
ＢＴ₁₁〜ＢＴ_N1 単位セル

Claims

二次電池から成る単位セルが複数接続された組電池を複数に分割したブロック毎に対応して設けられると共に前記対応するブロックを構成する前記単位セルの両端電圧を検出する電圧検出部品において、
部品本体と、
前記部品本体の互いに対向する一対の第１の面の一方から突出して設けられた上位のブロックに対応した電圧検出部品と接続するための上位側接続端子と、
前記部品本体の互いに対向する一対の第１の面の他方から突出して設けられた下位のブロックに対応した電圧検出部品と接続するための下位側接続端子と、
を備えたことを特徴とする電圧検出部品。
前記部品本体の前記一対の第１の面に挟まれた互いに対向する一対の第２の面の一方から突出して設けられた前記単位セルの両端電圧が入力される電圧入力部と接続するためのセル側接続端子と、
前記部品本体の前記一対の第２の面の他方から突出して設けられた周辺部品と接続するための周辺部品接続端子と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電圧検出部品。
請求項１又は２記載の電圧検出部品を複数搭載した基板において、
前記上位側接続端子と前記下位側接続端子とが対向する対向方向に沿って前記複数の電圧検出部品が並べて配置される
ことを特徴とする基板。
請求項２記載の電子検出部品を複数搭載した基板において、
前記上位側接続端子と前記下位側接続端子とが対向する対向方向に沿って前記複数の電圧検出部品が並べて配置され、
前記単位セルの両端電圧が入力される電圧入力部が前記電圧検出部品の前記セル側接続端子側に配置され、
前記周辺部品が前記電圧検出部品の前記周辺部品接続端子側に配置されている
ことを特徴とする基板。