JP2010236981A - バッテリ状態検知センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャント抵抗器と電子制御基板を接続導体で接続して保護ケースに配置する組み立て時に、接続導体を電気的に接続しているシャント抵抗器の接続部と電子制御基板の接続部における応力負荷の発生と、接続導体の破断のリスクを解消して、長期的な電気的接続信頼性を確保できるバッテリ状態検知センサ装置を提供する。
【解決手段】シャント抵抗器４の電気接続部１１Ｓ、１２Ｔと電子制御基板５の電気接続部５Ｓ、５Ｔを電気的に接続してシャント抵抗器の電気接続部と電子制御基板の電気接続部の間で弛ませて配置されている超弾性合金のリード線２１、２２と、シャント抵抗器を保持し電子制御基板と接続導体を収容した状態で樹脂モールド材が充填されて加熱硬化された樹脂モールド材により電子制御基板と接続導体が封止されている保護ケース９０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリ状態検知センサ装置に関し、特に自動車のバッテリの充電状態を検知するためのバッテリ状態検知センサ装置に関する。

バッテリ状態検知センサ装置は、例えば自動車のバッテリの充電状態（ＳＯＣ）を求めるために、電流の収支（充放電履歴）を計測しており、電流の充電量／放電量を検出するために、構成部品の中に電流センサを内蔵している。
電流を検出するには、ホール式センサかシャント抵抗器を用いることが一般的であるが、精度良く電流の収支を計測するためにシャント抵抗器が用いられる。このようなシャント抵抗器は、特許文献１に記載されている。

シャント抵抗器に流れた電流は、シャント抵抗器のシャント抵抗体の両側面における電圧差として出力され、その電圧をＥＣＵ（エンジン電子制御装置）基板上のアナログーデジタル変換回路（ＡＤ回路）を用いて変換して測定している。このため、シャント抵抗器とＥＣＵ基板とを導体部で接続する必要があるので、シャント抵抗器とＥＣＵ基板はリード線やハーネスにより電気的に接続されている。

また、バッテリ状態検知センサ装置は、自動車のエンジンルーム内のバッテリに接続されてエンジンルームの天面や側面に配置されるので、高温にさらされるとともに高い湿度状態にもさらされる。このため、この種のバッテリ状態検知センサ装置では、樹脂等を充填してモールドすることでＥＣＵ基板を外気と遮断するようにしている。

特開平１１―３０７３０１号公報

ところが、従来の構造のバッテリ状態検知センサ装置を組み立てる方法は、次の通りである。
構成部品であるシャント抵抗器とＥＣＵ基板を組み立てる仕方としては、図５（Ａ）に示すように、（１）予めシャント抵抗器１００とＥＣＵ基板１０１をリード線２００によりはんだ付け（ロウ付け）したものを、保護ケースのケース本体１０３内に収める方法と、図５（Ｂ）に示すように、（２）ケース本体１０３内にシャント抵抗器１００かＥＣＵ基板１０１の一方を先に収納した後、もう一方を後からケース本体１０３内に配置して収納し、シャント抵抗器１００とＥＣＵ基板１０１をリード線２００によりはんだ付けする方法がある。

（１）の組み立て方法では、予めシャント抵抗器１００とＥＣＵ基板１０１を一体とするので、シャント抵抗器１００とＥＣＵ基板１０１をリード線２００ではんだ付けする作業時に、はんだ小手の先をシャント抵抗器１００とＥＣＵ基板１０１挿入すればよいので、半田付け作業のスペースが確保し易い。このため、バッテリ状態検知センサ装置の小型化や部品の配置、ケース本体の形状等に制約が生じずに作業性が良い。しかし、シャント抵抗器１００とＥＣＵ基板１０１をリード線２００ではんだ付けして接続後、ケース本体１０３内に収納する必要があるので、収納時の取り扱いによってリード線１０３に張力が加わって、接続部に余計な負担がかかる恐れがある。

また、ケース本体の成型公差、およびシャント抵抗器１００とＥＣＵ基板１０１を一体に接続した部分の作成時の寸法ばらつきにより、ケース本体１０３内に収納後にリード線２００自体、ＥＣＵ基板１０１におけるリード線１０３の接続部、シャント抵抗器１００におけるリード線１０３の接続部に応力が生じる。このため、シャント抵抗器１００とリード線２００の接続部と、ＥＣＵ基板１０１とリード線２００の接続部の長期的な電気的接続信頼性が保証できない恐れがある。リード線２００を細く長めにすることで、ＥＣＵ基板１０１におけるリード線１０３の接続部、シャント抵抗器１００におけるリード線１０３の接続部への応力を低減できるが、リード線２００をケース本体内に収納する際に、細いリード線に負荷がかかりリード線の破断や伸びが生じてリード線が細径化して強度が低下してしまう。

また、（２）の組み立て方法では、ケース本体１０３内にシャント抵抗器１００かＥＣＵ基板１０１の一方を先に収納後、もう一方を後からケース本体１０３に配置して収納し、シャント抵抗器１００とＥＣＵ基板１０１をリード線２００によりはんだ付けするので、ケース本体１０３にははんだ小手を挿入するために開放スペース部分を設けて、はんだ小手による作業スペースを確保する必要がある。このため、ケース本体１０３の小型化が図れず、ケース本体１０３内の部品配置やケース本体１０３の形状に制約が生じてしまう。リード線２００を細く長めにすると、膨張収縮時にひずみがリード線に集中して断線する恐れがある。

さらに、（１）の組み立て方法と（２）の組み立て方法において、図６に示すように、ＥＣＵ基板１０１の湿度対策のために、樹脂モールド材２３０をケース本体１０３内に充填してモールドする場合には、樹脂モールド材２３０の注入時に樹脂の粘性により細いリード線２００に圧力がかかる。

そして、樹脂モールド材２３０を加熱硬化させるために、図７に示すように、ヒータ２５０によりバッテリ状態検知センサ装置３００を加熱する。この加熱の際に、シャント抵抗器１００とＥＣＵ基板１０１の膨張収縮による応力により、リード線２００が伸ばされて破断したり屈曲したりして、長期的な電気的な接続信頼性が保証できないという問題があった。
そこで、本発明は上記課題を解消するために、シャント抵抗器と電子制御（ＥＣＵ）基板を接続導体（リード線）で接続して保護ケースに配置する組み立て時に、接続導体を電気的に接続しているシャント抵抗器との接続部および電子制御基板との接続部における応力負荷の発生と、接続導体の破断のリスクを解消して、長期的な電気的接続信頼性を確保できるバッテリ状態検知センサ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明のバッテリ状態検知センサ装置は、シャント抵抗器と、電子制御基板と、前記シャント抵抗器と前記電子制御基板を電気的に接続する超弾性合金からなる接続導体と、前記シャント抵抗器、前記電子制御基板、および前記接続導体を収容した状態で、樹脂モールド材によって封止されている保護ケースと、を備えることを特徴とする。これにより、シャント抵抗器と電子制御基板を接続導体で接続して保護ケースに配置する組み立て時に、接続導体を電気的に接続しているシャント抵抗器の接続部と電子制御基板の接続部における応力負荷の発生と、接続導体の破断のリスクを解消して、長期的な電気的接続信頼性を確保できる。

本発明のバッテリ状態検知センサ装置では、前記接続導体は線状部材であることを特徴とする。これにより、接続導体は保護ケース内において加熱硬化させた樹脂モールド材により簡単に封止することができる。
本発明のバッテリ状態検知センサ装置では、前記保護ケースは、箱状のケース本体と、前記ケース本体の開口部を塞ぐ蓋部材とを有することを特徴とする。これにより、電子制御基板は、保護ケースにより熱や湿気から保護することができる。

本発明のバッテリ状態検知センサ装置では、前記シャント抵抗器は板状部材であり、前記電子制御基板は前記ケース本体の内底部に配置され、前記シャント抵抗器は前記ケース本体の側面部に形成された切り欠き部に配置されていることを特徴とする。これにより、電子制御基板はケース本体の内底部において樹脂モールド材を用いて確実に封止でき、シャント抵抗器はケース本体に対して確実に配置することができる。本発明のバッテリ状態検知センサ装置では、前記超弾性合金からなる接続導体のＡＦ点が−４０℃以上、７５℃以下である。

本発明によれば、シャント抵抗器と電子制御基板を接続導体で接続して保護ケースに配置する組み立て時に、接続導体を電気的に接続しているシャント抵抗器の接続部と電子制御基板の接続部における応力負荷の発生と、接続導体の破断のリスクを解消して、長期的な電気的接続信頼性を確保できるバッテリ状態検知センサ装置を提供することができる。

本発明のバッテリ状態検知センサ装置の好ましい実施形態を示す分解斜視図である。 バッテリ状態検知センサ装置を示す側面図である。 図２のバッテリ状態検知センサ装置を矢印Ｖ方向から見た平面図である。 バッテリ状態検知センサ装置を加熱する様子と、加熱後のバッテリ状態検知センサ装置を示す図である。 従来例を示す図である。 従来例を示す図である。 従来例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明のバッテリ状態検知センサ装置の好ましい実施形態を示す分解斜視図である。図２は、バッテリ状態検知センサ装置を示す側面図である。図３は、図２のバッテリ状態検知センサ装置を矢印Ｖ方向から見た平面図である。
図１と図２に示すバッテリ状態検知センサ装置１は、ケース本体２と、蓋部材３と、シャント抵抗器４と、ＥＣＵ（エンジン電子制御装置）基板５を有している。ケース本体２と蓋部材３は、ＥＣＵ基板５の保護ケース９０を構成している。

図１と図２に示すケース本体２と蓋部材３は、例えば耐熱性のプラスチックや金属により作られており、ケース本体２は底面部２Ａ、４つの側面部２Ｂ〜２Ｅにより構成され、底面部２Aと対向する面に開口部２Fを有する箱部材である。従って、ケース本体２の上部は開口部２Ｆである。対向している側面部２Ｂと側面部２Ｄには、それぞれ切り欠き部６が形成されている。

蓋部材３は、上面部７と下面部８を有している。図２に示すように、蓋部材３が開口部２Ｆを覆う際には、蓋部材３の下面部８が４つの側面部２Ｂ〜２Ｅの内面にはまり込むことにより、蓋部材３はケース本体２の内部を封止できる。
図１に示すＥＣＵ基板５は、バッテリの電圧や電流収支（充放電履歴）、温度、インピーダンスを計測し、充電状態（ＳＯＣ）や劣化状態を判定し、通信回線を通して、計測結果や判定結果を車体コントロールユニットへ送信するコンピューターユニットであり、自己診断機能などの機能を有する。ＥＣＵ基板５には、複数の部品が搭載されており、図１と図２に示す例では電子部品５Ａ〜５Ｄを示している。

図１〜図３に示すシャント抵抗器４は、第１導体部としてのバスバー１１と、第１導体部としてのバスバー１２と、シャント抵抗体１３を有している例えば平板状の部材であり、シャント抵抗体１３は、バスバー１１、１２の間に配置されている。シャント抵抗器４の長手方向の長さＬは、ケース本体２の長さＭよりも大きい。ＥＣＵ基板５の長さＮは、ケース本体２の内寸法Ｃよりも小さい。

バスバー１１の電気的接続部１１Ｓは、ＥＣＵ基板５の電気的接続部５Ｓに対してリード線２１により電気的に接続され、バスバー１２の電気的接続部１２Ｔは、ＥＣＵ基板５の電気的接続部５Ｔに対してリード線２２により電気的に接続されている。すなわち、リード線２１の一端部はシャント抵抗器４の電気的接続部１１Ｓに接続され、リード線２１の他端部はＥＣＵ基板５の電気的接続部５Ｓに接続されている。また、リード線２２の一端部はシャント抵抗器４の電気的接続部１２Ｔに接続され、リード線２２の他端部はＥＣＵ基板５の電気的接続部５Ｔに接続されている。

図１〜図３に示すバッテリ状態検知センサ装置１は、例えば自動車のバッテリの充電状態（ＳＯＣ）を求めるために、電流の収支（充放電履歴）を計測しており、電流の充電量／放電量を検出するために、構成部品の中に電流センサとしてのシャント抵抗器４を内蔵している。シャント抵抗器４に流れた電流は、シャント抵抗器４のシャント抵抗体１３の両側面における電圧差として出力され、その電圧をＥＣＵ基板５に対してアナログ−デジタル変換回路（ＡＤ回路）を用いて測定している。このため、シャント抵抗体１３とＥＣＵ基板５とは、リード線２１、２２を用いて電気的に接続されている。

リード線２１、２２は、接続導体の一例であり、例えばＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ−Ｃｒ系合金製の超弾性合金により形成された線状部材である。このリード線２１、２２は、例えば断面円形状の線状部材である。この超弾性合金は、変態温度以上で弾性域を超えて変形ひずみを加え（例えば通常の金属の弾性域の１０倍もの変形をしたもの）ても、外部応力を除くと変形ひずみが消えて元の形状に戻る特性を有する。超弾性合金は、室温よりずっと低温で変形してから室温よりも高い温度にすると形状記憶効果を示す。
ところで、本発明の実施形態では、この超弾性合金のマイナス面の特性であるＡＦ点（記憶回復温度：加熱時に形状が戻りきる温度）以上の温度で変形させたり、大きな変形ひずみで拘束すると変形が残留してしまう特性を利用する。このリード線２１、２２としては、例えばＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ−Ｃｒ系合金製の超弾性合金のＡＦ点（記憶回復温度）を、マイナス１０℃付近に設定した線状部材を用いている。

次に、図２と図３を参照すると、ケース本体２の底面部２Ａ内には、ＥＣＵ基板５が収容されるようになっている。図２と図３に示すように、シャント抵抗器４は、切り欠き部６に配置される。このシャント抵抗器４の配置状態では、図３に示すように、バスバー１１の一部分１１Ｄとバスバー１２の一部分１２Ｄが、ケース本体２の外側に突出している。ＥＣＵ基板５の電子部品５Ａ〜５Ｄは、ケース本体２内においてシャント抵抗器４の下部に位置される。そして、２本のリード線２１、２２の長さは、ＥＣＵ基板５の上面５Ｐとシャント抵抗器４の下面４Ｐの間隔Ｓよりも少し大きくなっており、図２に示すようにこの状態では、２本のリード線２１、２２は弛ませる。

次に、上述したバッテリ状態検知センサ装置１の組み立て製造方法を、図１〜図４を参照して説明する。図４（Ａ）は、バッテリ状態検知センサ装置を加熱する様子を示す図であり、図４（Ｂ）は、加熱後のバッテリ状態検知センサ装置を示す図である。
まず、組み立て工程では、図１と図２に示すケース本体２の底面部２Ａ内には、ＥＣＵ基板５が収容され、シャント抵抗器４は切り欠き部６、６に配置される。この状態では、図３に示すように、シャント抵抗器４のバスバー１１の一部分１１Ｄとバスバー１１２の一部分１２Ｄが、ケース本体２の側面部２Ｂ、２Ｄからそれぞれ側方に向けて突出している。図２に示すように、ＥＣＵ基板５の電子部品５Ａ〜５Ｄは、シャント抵抗器４の下部に位置される。これにより、ＥＣＵ基板５はケース本体２の内底部において樹脂モールド材６１を用いて確実に封止でき、シャント抵抗器４はケース本体２に対して確実に配置することができる。

そして、図２に示すように、２本のリード線２１、２２の長さは、ＥＣＵ基板５の上面５Ｐとシャント抵抗器４の下面４Ｐの間隔Ｓよりも少し大きくなっており、この状態では、２本のリード線２１、２２は弛ませてある。このように、予め２本のリード線２１、２２の長さを、ＥＣＵ基板５の上面５Ｐとシャント抵抗器４の下面４Ｐの間隔Ｓよりも少し大きくしているのは、後で説明する樹脂モールド材の加熱硬化工程で、樹脂モールド材の加熱時の膨張収縮によるリード線２１、２２の破断を避けるためである。

次に、樹脂充填工程では、図２に示す樹脂供給部６０を用意する。この樹脂供給部６０は、容器６２と攪拌機６３と供給管６６とバルブ６５を備えている。攪拌機６３の羽根６４が回転することで、容器６２内の樹脂モールド材６１を攪拌できる。
図２に示す蓋部材３によりケース本体２の開口部２Ｆを閉鎖する前に、樹脂供給部６０の供給管６６の先端部６７がケース本体２内に挿入され、樹脂供給部６０から樹脂モールド材６１をケース本体２内に注入して、樹脂モールド材６１によりケース本体２内を充填する。これにより、ＥＣＵ基板５の湿度対策のために、樹脂モールド材６１がケース本体２内においてＥＣＵ基板５を封止でき、ＥＣＵ基板５は外気に触れないようにすることができる。
リード線２１、２２は線状部材なので、注入された樹脂モールド材６１が簡単にリード線２１、２２の周囲に入り込むことができ、リード線２１、２２は保護ケース９０内において加熱硬化させた樹脂モールド材６１により簡単に封止することができる。

次に、図２と図４（Ａ）に示すように、蓋部材３をケース本体２に載せてシャント抵抗器４を切り欠き部６側に押し付けて、リード線２１、２２をシャント抵抗器４の下面４ＰとＥＣＵ基板５の上面５Ｐとの間で弛ませた状態にすると共に、蓋部材３によりケース本体２の開口部２Ｆを閉鎖する。
この際、シャント抵抗器４を押し付けることによる応力負荷や破損リスクは、超弾性合金の線材であるリード線２１、２２に吸収させることにより、超弾性力によりリード線２１、２２は屈曲することなく、リード線２１、２２の弛みで吸収することができる。すなわち、本発明の実施形態では、シャント抵抗器４とＥＣＵ基板５を電気的に接続する接続導体としてのリード線２１、２２が超弾性合金により形成されているので、シャント抵抗器４とＥＣＵ基板５をケース本体２内に組み上げる時の応力負荷や破損リスクを超弾性合金製のリード線２１、２２に吸収させることができる。従って、シャント抵抗器４とＥＣＵ基板５の膨張収縮による応力負荷やリード線２１、２２が伸ばされたり破断することを防ぐことができる。

また、リード線２１、２２は線状部材であり、樹脂モールド材６１を注入するとリード線２１、２２の周りに容易に充填できる。従って、リード線２１、２２は保護ケース内において加熱硬化させた樹脂モールド材６１により簡単にかつ確実に封止することができる。これにより、ＥＣＵ基板５は、保護ケースのケース本体２と蓋部材３により封止され、熱や湿気から保護することができる。

次に、加熱硬化工程では、図４（Ｂ）に示すように、蓋部材３により閉鎖されたケース本体２を、加熱装置７０内に配置する。充填した樹脂モールド材６１を加熱硬化させるために、加熱制御部１５０が加熱装置７０を作動させ、超弾性合金製のリード線２１、２２を含むバッテリ状態検知センサ装置１を加熱する加熱硬化温度を、ＡＦ点（記憶回復温度）プラス５０℃以上の加熱温度、例えば１００℃の加熱温度に設定して、例えば加熱時間を４時間に設定する。
この加熱作業により樹脂モールド材６１を硬化させる際に、超弾性合金であるリード線２１、２２の形状は現状の弛んだ形状に固定させ（超弾性特性を解消または低減させ）、超弾性合金の微細なバネ応力に起因する応力ひずみを低減もしくは解消することができる。

すなわち、本発明の実施形態では、超弾性合金製のリード線２１、２２を用いることのマイナス面の特性であるＡＦ点以上の温度で変形させたり、大きなひずみで拘束すると変形が残留してしまう特性を利用して、図４に示すようにリード線２１、２２を弛ませた状態でバッテリ状態検知センサ装置１を組み立てて、シャント抵抗器４とＥＣＵ基板５の寸法位置がケース本体２において固定された後に、樹脂モールド材６１の加熱硬化工程では、加熱温度をＡＦ点プラス５０℃以上にして加熱処理をする。

この加熱処理により、超弾性合金の形状を現状の状態に固定させ（超弾性特性を解消または低減させ）、超弾性合金の微細なばね応力に起因する応力ひずみを低減もしくは解消して、リード線２１、２２に接続されるシャント抵抗器４の電気的接続部１１Ｓ、１２ＴとＥＣＵ基板５の電気的接続部５Ｓ、５Ｔは応力の生じない理想的な状態にすることができる。このため、リード線２１、２２とシャント抵抗器４の電気的接続部１１Ｓ、１２Ｔとの間と、リード線２１、２２とＥＣＵ基板５の電気的接続部５Ｓ、５Ｔとの間においては、長期的な電気接続信頼性を確保できる。

ここで、本発明に用いることができる超弾性合金は、ＡＦ点が−４０℃以上７５℃以下であることが好ましい。このようなＡＦ点を有する超弾性合金を使用することで、樹脂モールド材の熱硬化工程でリード線２１、２２の応力ひずみが低減もしくは解消される（例えば、組み立て工程の環境温度２５℃では弾性力を維持し、ウレタン樹脂の硬化温度８５℃で弾性力が開放される）ため、リード線２１、２２とシャント抵抗器４、あるいは、リード線２１、２２とＥＣＵ基板５との接続部における長期的な電気接続信頼性を得ることができる。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。
超弾性合金としては、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、例えば５１Ｎｉ−４９Ｔｉを用いることができる。
Ｎｉ−Ｔｉ系合金以外に銅系及び鉄系の合金であっても良い。リード線２１、２２は、例えば断面円形状の線状部材であるが、これに限らず例えば断面矩形状の線状体等の任意の形状を採用できる。シャント抵抗器４は平板状でなくても良い。

１ バッテリ状態検知センサ装置
２ ケース本体
３ 蓋部材
４ シャント抵抗器
５ ＥＣＵ（エンジン電子制御装置）基板
５Ｓ、５Ｔ 電気的接続部
６ 切り欠き部
１１、１２ 導体部としてのバスバー
１１Ｓ、１２Ｔ電気的接続部
１３ シャント抵抗体
２１、２２ リード線（接続導体の一例）
９０ 保護ケース

Claims (5)

1. シャント抵抗器と、
   電子制御基板と、
   前記シャント抵抗器と前記電子制御基板を電気的に接続する超弾性合金からなる接続導体と、
   前記シャント抵抗器、前記電子制御基板、および前記接続導体を収容した状態で、樹脂モールド材によって封止されている保護ケースと、
   を備えることを特徴とするバッテリ状態検知センサ装置。
2. 前記接続導体は線状部材であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ状態検知センサ装置。
3. 前記保護ケースは、箱状のケース本体と、前記ケース本体の開口部を塞ぐ蓋部材とを有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ状態検知センサ装置。
4. 前記シャント抵抗器は板状部材であり、前記電子制御基板は前記ケース本体の内底部に配置され、前記シャント抵抗器は前記ケース本体の側面部に形成された切り欠き部に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のバッテリ状態検知センサ装置。
5. 前記超弾性合金からなる接続導体のＡＦ点が−４０℃以上、７５℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ状態検知センサ装置。
   
   

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