JP2015230208A - バッテリ状態測定装置及びそれを備えたバッテリ - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの電流、温度及び電圧の少なくとも１つを正確に測定することを可能としたバッテリ状態測定装置及びそれを備えたバッテリを提供する。
【解決手段】バッテリ状態測定装置１０は、バッテリ本体４の電流、温度及び電圧の少なくとも１つを検出するバッテリセンサ１２と、バッテリセンサ１２を搭載する搭載部材１１と、搭載部材１１を保持するとともに、バッテリポスト２に組み付けることでバッテリ本体４の内部空間６を形成するカバー部材５とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、バッテリ状態測定装置及びそれを備えたバッテリに関する。

従来において、車載用バッテリの端子に取り付けることでバッテリ状態を検知する内部抵抗測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載された従来の内部抵抗測定装置は、バッテリの端子に締付固定される接続部材と、接続部材の上面に取り付けられるバスバーと、バスバーの上面に取り付けられる回路基板とを備えている。

回路基板には、マイクロコンピュータが実装されている。回路基板は、保護ケースの内部に収容されており、バッテリの電圧、電流、温度、及びインピーダンスを測定し、充電や劣化等のバッテリ状態を判定するとともに、判定結果をコントロールユニットへ送信する構成となっている。

特開２０１４−６２８２６号公報

上記特許文献１記載の従来の内部抵抗測定装置は、接続部材及びバスバーからなる導体を介して回路基板がバッテリから離れた位置に組み付けられる。そのため、バッテリの外界の温度変化の影響を受けやすくなり、バッテリの温度を正確に測定することは困難となる。温度ズレによる誤差が発生したとき、その誤差は、バッテリ状態の推定値に影響を及ぼすことになり、推定精度が低下してしまうこととなる。

接続部材及びバスバーからなる導体を介して回路基板がバッテリから離れた位置に組み付けられることから、回路基板及びバッテリの間を電気的に接続する導体の長さ寸法が長くなり、導体抵抗の影響をも受けやすくなる。

従って、本発明の目的は、バッテリの電流、温度及び電圧の少なくとも１つを正確に測定することを可能としたバッテリ状態測定装置及びそれを備えたバッテリを提供することにある。

［１］本発明は、バッテリ本体の電流、温度及び電圧の少なくとも１つを検出するバッテリセンサと、前記バッテリセンサを搭載する搭載部材と、前記搭載部材を保持するとともに、前記バッテリポストに組み付けることで前記バッテリ本体の内部空間を形成するカバー部材と、を備えたことを特徴とするバッテリ状態測定装置にある。

［２］上記［１］記載の前記バッテリセンサは、前記バッテリポストの外周に設けられたコアと、前記コア中に発生する磁界の大きさを検出する磁気センサとを備えたことを特徴とする。

［３］上記［１］記載の前記バッテリセンサは、前記バッテリポストにシャント抵抗部を備えたことを特徴とする。

［４］上記［１］記載の前記搭載部材は、回路基板又はリードフレームであることを特徴とする。

［５］本発明は更に、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のバッテリ状態測定装置を備えたことを特徴とするバッテリを提供する。

本発明によると、バッテリ状態の測定精度を向上させることができる。

本発明に好適な第１の実施の形態に係るバッテリ状態測定装置を備えたバッテリを模式的に示す斜視図である。 第１の実施の形態に係るバッテリ状態測定装置を模式的に示す斜視図である。 第１の実施の形態に係るバッテリ状態測定装置を模式的に示す要部断面図である。 本発明に好適な第２の実施の形態に係るバッテリ状態測定装置を模式的に示す要部断面図である。 第２の実施の形態に係るバッテリ状態測定装置の一構成例を示す回路構成図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

［第１の実施の形態］
（バッテリの全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、車両に搭載されたバッテリの外観構成を模式的に例示している。バッテリ１は、上面に負極側及び正極側の両側一対のバッテリポスト２，３を有するポリプロピレン製のバッテリ本体４と、バッテリポスト２，３に組み付けるための一対の貫通孔５ａ，５ａを介してバッテリ本体４の上面を密閉するポリプロピレン製のカバー部材５とを備えている。バッテリ１は、例えば鉛電池、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素等の二次電池である。

バッテリ本体４の上面とカバー部材５との間には、図１〜図３に示すように、バッテリ状態測定装置１０を収容する内部空間６が形成されている。このバッテリ状態測定装置１０は、バッテリ本体４の電流、温度及び電圧の少なくとも１つを測定（算出）する装置である。

（バッテリ状態測定装置の構成）
バッテリ状態測定装置１０は、図１〜図３に示すように、図示しない複数の回路パターンが形成された搭載部材である回路基板１１を備えている。回路基板１１は、例えばポッティング又は溶着などの固着手段によりカバー部材５の裏面に保持されている。

回路基板１１の回路パターンには、図１〜図３に示すように、バッテリ本体４の電流及び温度を検出するバッテリセンサ１２と、バッテリ本体４の電流及び温度の状態を監視するバッテリ状態監視部である監視ＩＣ１３と、４本のコネクタ端子１４，…，１４とが電気的に接続されている。

カバー部材５の表面には、図１及び図２に示すように、防水コネクタ７が設けられている。防水コネクタ７の内部には、４本のリード線８，…，８を介してコネクタ端子１４，…，１４のそれぞれに電気的に接続される図示しない同一本数の接続端子が備えられている。

防水コネクタ７は、図示しない車両ＥＣＵに電気的に接続される。車両ＥＣＵは、監視ＩＣ１３からのバッテリ状態信号に基づいて、例えば車載電装品やエンジン等を制御する。バッテリセンサ１２及び監視ＩＣ１３は、車両ＥＣＵあるいはバッテリ１の正極側のバッテリポスト３によって電力供給を受ける。

バッテリセンサ１２は、図２及び図３に示すように、バッテリ本体４の内部空間６の温度を検出する温度センサ１５と、バッテリ本体４に流れる電流により発生する磁界を検出する磁気センサ１６と、バッテリ本体４の電圧を検出する電圧センサ１８とを備えている。

バッテリ容量は、例えばバッテリ１の温度の低下に伴い、電解液の電気抵抗が増大することで減少することから、バッテリ容量の状態等は、バッテリ１の温度の変化により影響を与える。そのため、温度センサ１５によりバッテリ本体４の内部空間６の温度を検出することが肝要である。温度センサ１５は、例えばサーミスタ等からなる。サーミスタは、温度に応じて抵抗値が変化する素子であり、抵抗値の変化によって発生する電圧が温度に換算される。

電圧センサ１８は、例えばバッテリ本体４に供給される電圧やバッテリ本体４に充電される電圧を検出する。

一方、磁気センサ１６は、例えばホールＩＣあるいはホール素子等の磁気検出素子からなる。磁気センサ１６は、図１〜図３に示すように、環状部の一部にギャップ部１７ａが設けられたコア１７を備えている。このコア１７の環状部の開口には、負極側のバッテリポスト２が挿入貫通されており、回路基板１１に実装した磁気センサ１６がコア１７のギャップ部１７ａ内に配置されている。

磁気センサ１６は、図２及び図３に示すように、バッテリ本体４の内部空間６内に回路基板１１を収容する際に、コア１７のギャップ部１７ａ内に導入される。負極側のバッテリポスト２を流れる電流によってコア１７に発生する磁界の強さが、磁気センサ１６により検出される。

温度センサ１５、電圧センサ１８及び磁気センサ１６により検出された信号は、図２及び図３に示すように、監視ＩＣ１３へ送られる。監視ＩＣ１３は、温度センサ１５、電圧センサ１８及び磁気センサ１６の出力信号に基づいてバッテリ本体４の残容量等のバッテリ状態を監視する。バッテリ本体４の残容量等のバッテリ状態信号は、車両ＥＣＵに送信される。

（第１の実施の形態の効果）
以上のように構成された第１の実施の形態に係るバッテリ状態測定装置１０は、バッテリ１の内部に取り付けられることから、上記効果に加えて、以下の効果が得られる。

（１）外気温度の変化の影響を受けることなく、バッテリ１の内部空間６の温度を精度よく測定することができるため、バッテリ状態の推定精度を向上させることが可能となる。
（２）バッテリ１にバッテリセンサ１２を内蔵しているため、バッテリ１の組付作業性やサービス性等を向上させることができる。

［第２の実施の形態］
図４及び図５を参照すると、これらの図には、第２の実施の形態に係るバッテリ状態測定装置１０の一例が模式的に例示されている。この第２の実施の形態にあっては、磁気センサ１６及びコア１７を用いた電流センサを除いて、他の構成は上記第１の実施の形態と同様の構成を備えている。

従って、図４及び図５において、上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付すことで、それらの部材に関する詳細な説明は省略する。

この第２の実施の形態に係るバッテリ状態測定装置１０は、図４及び図５に示すように、磁気センサ１６及びコア１７の代わりに、負極側のバッテリポスト２に流れる電流を測定するための抵抗値Ｒ_Ｓで構成された電流検出用のシャント抵抗２０を用いている。

シャント抵抗２０は、図４及び図５に示すように、負極側のバッテリポスト２の一部に設けられており、負極側のバッテリポスト２の一部がシャント抵抗部として構成されている。正極側のバッテリポスト３は、車載電装品やエンジン等の負荷９に電気的に接続されている。

シャント抵抗２０には、図５に示すように、シャント抵抗２０の両端に発生する電圧の差分を増幅するアンプ２１が電気的に接続されている。アンプ２１は、シャント抵抗２０の両端に発生する電位差ΔＶを監視ＩＣ１３に出力する。負極側のバッテリポスト２に流れる電流は、監視ＩＣ１３において電流Ｉ（＝ΔＶ／Ｒ_Ｓ）として算出される。

（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態に係るバッテリ状態測定装置１０は、上記第１の実施の形態と同様の効果に加えて、以下の効果を有する。

（１）バッテリ１にバッテリセンサ１２等の電子部品を取り付ける機構が不要となるため、回路基板１１に搭載する電子部品の構成を簡略化することができるとともに、電子部品の搭載位置の設定の自由度を高めることができる。
（２）電子部品の搭載位置の設定の自由度を高めることができるため、検出精度及び検出効率等を向上させることができるとともに、設計の自由度を向上させることが可能となる。

［変形例］
本発明におけるバッテリ状態測定装置１０の代表的な構成例を上記各実施の形態及び図示例を挙げて説明したが、本発明の技術思想の範囲内において種々の構成が可能であり、次に示すような変形例も可能である。

上記各実施の形態及び図示例では、回路基板１１にバッテリセンサ１２などの電子部品を搭載した構成を例示したが、これに限定されるものではなく、例えばリードフレームを電子部品の搭載部材として用いることで、ボンディング接続又はフリップチップ接続によってバッテリセンサ１２などの電子部品を電気接続する構成であっても構わない。リードフレームは、カバー部材５と一体成型することが可能である。

上記第２の実施の形態では、負極側のバッテリポスト２の一部がシャント抵抗部として構成されていたが、これに限定されるものではなく、例えば負極側のバッテリポスト２の全部をシャント抵抗部として用いることができる。

バッテリセンサ１２などの電子部品は、使用目的などに応じて配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択すればよく、本発明の初期の目的を達成することができることは勿論である。

上記バッテリ状態測定装置１０としては、バッテリを搭載する車両以外の各種機器にも適用することができることは勿論である。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な各実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記各実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。

従って、上記各実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…バッテリ、２，３…バッテリポスト、４…バッテリ本体、５…カバー部材、５ａ…貫通孔、６…内部空間、７…防水コネクタ、８…リード線、９…負荷、１０…バッテリ状態測定装置、１１…回路基板、１２…バッテリセンサ、１３…監視ＩＣ、１４…コネクタ端子、１５…温度センサ、１６…磁気センサ、１７…コア、１７ａ…ギャップ部、１８…電圧センサ、２０…シャント抵抗、２１…アンプ、Ｉ…電流値、Ｒ_Ｓ…抵抗値、ΔＶ…電位差

Claims (5)

1. バッテリ本体の電流、温度及び電圧の少なくとも１つを検出するバッテリセンサと、
   前記バッテリセンサを搭載する搭載部材と、
   前記搭載部材を保持するとともに、前記バッテリポストに組み付けることで前記バッテリ本体の内部空間を形成するカバー部材と、
   を備えたことを特徴とするバッテリ状態測定装置。
2. 前記バッテリセンサは、前記バッテリポストの外周に設けられたコアと、前記コア中に発生する磁界の大きさを検出する磁気センサとを備えたことを特徴とする請求項１記載のバッテリ状態測定装置。
3. 前記バッテリセンサは、前記バッテリポストにシャント抵抗部を備えたことを特徴とする請求項１記載のバッテリ状態測定装置。
4. 前記搭載部材は、回路基板又はリードフレームであることを特徴とする請求項１記載のバッテリ状態測定装置。
5. 上記請求項１〜４のいずれかに記載のバッテリ状態測定装置を備えたことを特徴とするバッテリ。

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