JP2020064818A - 電池監視用回路基板及び電池監視装置 - Google Patents

電池監視用回路基板及び電池監視装置 Download PDF

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Abstract

【課題】電池監視用回路基板の製造コストを抑制する。【解決手段】複数の電池セルと電気的に接続され、前記各電池セルの状態を監視する電池監視用ICが複数実装される回路基板であって、前記電池監視用ICに対して電気的に接続され得る電流消費素子が実装される実装領域を有し、前記実装領域は、前記電池監視用IC毎に設けられている。【選択図】図1

Description

本発明は、電池監視用回路基板及び電池監視装置に関する。
下記特許文献1には、複数の電池セルと電気的に接続され、各電池セルの状態を監視する電池監視用ICを複数備えた電池電圧監視装置が開示されている。
上記電池電圧監視装置では、電池監視用IC間で消費電流のばらつきを抑制するために、電池監視用ICにプルダウン抵抗を接続して、各電池監視用ICでの消費電流の均一化を図っている。
特開2014−82152号公報
ところで、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)に搭載される電池セルの数(以下、「電池セル数」という。)は、車体サイズ等に左右されるため、車両によって電池セル数が異なる。そのため、電池監視用ICが実装される回路基板(電池監視用回路基板)においても、その実装される電池監視用ICの数が車両によって異なる。そして、電池監視用ICの数やその電池監視用ICに接続されるセル数が車両によって異なれば、当然に、各電池監視用ICでの消費電流も車両ごとに異なることになる。したがって、電池監視用回路基板に実装するプルダウン抵抗の数も車両ごとに異なることになり、その都度その車両専用の電池制御基板を設計、製造する必要がある。そのため、製造コストが高くなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電池監視用回路基板の製造コストを抑制可能な電池監視用回路基板及び電池監視装置を提供することである。
本発明の一態様は、複数の電池セルと電気的に接続され、前記各電池セルの状態を監視する電池監視用ICが複数実装される回路基板であって、前記電池監視用ICに対して電気的に接続され得る電流消費素子が実装される第1の実装領域を有し、前記第1の実装領域は、前記電池監視用IC毎に設けられている特徴とする電池監視用回路基板である。
本発明の一態様は、上述の電池監視用回路基板であって、グランドパターンを有し、前記第1の実装領域は、前記各電池監視用ICが実装される第2の実装領域と、前記グランドパターンとの間にそれぞれ設けられる。
本発明の一態様は、上述の電池監視用回路基板であって、前記第1の実装領域は、前記各電池監視用ICの入出力ポートのランドパターンと、前記グランドパターンとの間にそれぞれ設けられている。
本発明の一態様は、上述の電池監視用回路基板と、前記電池監視用回路基板に実装されている複数の監視用ICと、を備え、前記複数の監視用ICは、少なくとも第1の電池監視用IC及び第2の電池監視用ICを有し、前記第1の電池監視用ICと前記第2の電池監視用ICとは、電気的に接続される前記電池セルの数が互いに異なり、前記第1の電池監視用ICの消費電流と、前記第2の電池監視用ICの消費電流とが略同一となるように前記電流消費素子が前記第1の電池監視用IC及び前記第2の電池監視用ICの少なくともいずれかに接続されて実装されている電池監視装置である。
本発明の一態様は、上述の電池監視装置であって、前記第1の電池監視用ICは、前記第2の電池監視用ICよりも電気的に接続される前記電池セルの数が多く、前記電流消費素子は、前記第2の電池監視用ICにのみ接続されて実装されている。
以上説明したように、本発明によれば、電池監視用回路基板の製造コストを抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る電池監視用回路基板を用いて構成された電池監視装置Aの概略構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電流消費素子2について説明する図である。 本発明の一実施形態に係る電池監視用回路基板3の平面の模式図である。
以下、本発明の一実施形態に係る電池監視用回路基板を、図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電池監視用回路基板を用いて構成された電池監視装置Aの概略構成の一例を示す図である。
本発明の一実施形態に係る電池監視装置Aは、図1に示すように組電池X(直流電池)の電圧を検出して当該電圧を監視する装置である。
組電池Xは、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるバッテリであり、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池である。
この組電池Xは、直列接続された複数の電池セル群G〜G(nは、2以上の整数であって、)を備える。そして、各電池セル群G〜Gには、複数の電池セルCが直列接続されている。ここで、各電池セル群G〜Gの電池セルCの数(以下、「電池セル数」ともいう。)は、組電池Xが搭載される車両の車体サイズ等に左右されるため、当該車両によって電池セル数が異なる場合がある。なお、本実施形態では、電池セル群G〜Gの数は4(n=4)の場合について説明するが、本発明は電池セル群G〜Gの数には限定されず、電池セル群G〜Gの数(n)は、組電池Xが搭載される車両の車体サイズ等に左右され、当該車両によって異なる場合がある。
各電池セル群G〜Gにおいて、最上位に位置する電池セル(最上位セル)の正極端子が電池セル群10の正極端子(一方の出力端子)であり、また最下位に位置する電池セル(最下位セル)の負極端子が電池セル群10の負極端子(他方の出力端子)である。そして、各電池セル群G〜Gの正極端子及び負極端子は、それぞれ電池監視装置Aに接続される。
電池監視装置Aは、組電池Xの出力電圧に基づいて組電池Xを監視する回路を備える。以下に、本発明の一実施形態に係る電池監視装置Aの概略構成を説明する。
図1に示すように、電池監視装置Aは、複数の電池監視用IC1(1−1〜1−4)、電流消費素子2、及び電池監視用回路基板3を備える。
複数の電池監視用IC1(1−1〜1−4)は、複数の電池セルCと電気的に接続され、各電池セルCの状態を監視するIC(integrated circuit)である。この電池監視用IC1は、各電池セル群G〜Gに対応して設けられている。
例えば、電池監視用IC1−1は、電池セル群Gに対応して設けられており、電池セル群Gにおける各電池セルC(以下、「電池セルC」という。)の出力端子(プラス端子及びマイナス端子)に各々対応する複数対の入力端子を備えている。そして、各電池セルCの出力端子(プラス端子及びマイナス端子)と電池監視用IC1−1の複数対の入力端子とは、例えば、各々に接続線によって接続される。これにより、各電池セルCの両端と電池監視用IC1−1とは電気的に接続されている。そして、電池監視用IC1−1は、各電池セルCの両端間の電位差(以下、「両端電圧」という。)を検出することで各電池セルCの状態を監視する。
なお、電池監視用IC1−1は、各電池セルCから電源供給を受けて動作してもよい。
例えば、電池監視用IC1−2は、電池セル群Gに対応して設けられており、電池セル群Gにおける各電池セルC(以下、「電池セルC」という。)の出力端子(プラス端子及びマイナス端子)に各々対応する複数対の入力端子を備えている。そして、各電池セルCの出力端子(プラス端子及びマイナス端子)と電池監視用IC1−2の複数対の入力端子とは、例えば、各々に接続線によって接続されている。これにより、各電池セルCの両端と電池監視用IC1−2とは電気的に接続される。そして、電池監視用IC1−2は、各電池セルCの両端電圧を検出することで各電池セルCの状態を監視する。
なお、電池監視用IC1−2は、各電池セルCから電源供給を受けて動作してもよい。
例えば、電池監視用IC1−3は、電池セル群Gに対応して設けられており、電池セル群Gにおける各電池セルC(以下、「電池セルC」という。)の出力端子(プラス端子及びマイナス端子)に各々対応する複数対の入力端子を備えている。そして、各電池セルCの出力端子(プラス端子及びマイナス端子)と電池監視用IC1−3の複数対の入力端子とは、例えば、各々に接続線によって接続されている。これにより、各電池セルCの両端と電池監視用IC1−3とは電気的に接続される。そして、電池監視用IC1−3は、各電池セルCの両端電圧を検出することで各電池セルCの状態を監視する。
なお、電池監視用IC1−3は、各電池セルCから電源供給を受けて動作してもよい。
例えば、電池監視用IC1−4は、電池セル群Gに対応して設けられており、電池セル群Gにおける各電池セルC(以下、「電池セルC」という。)の出力端子(プラス端子及びマイナス端子)に各々対応する複数対の入力端子を備えている。そして、各電池セルCの出力端子(プラス端子及びマイナス端子)と電池監視用IC1−4の複数対の入力端子とは、例えば、各々に接続線によって接続されている。これにより、各電池セルCの両端と電池監視用IC1−4とは電気的に接続される。そして、電池監視用IC1−4は、各電池セルCの両端電圧を検出することで各電池セルCの状態を監視する。
なお、電池監視用IC1−4は、各電池セルCから電源供給を受けて動作してもよい。
電流消費素子2は、各電池監視用IC1(1−1〜1−4)に電気的に接続され得るものであって、各電池監視用IC1間で消費電流のばらつきを抑制して各電池監視用IC1での消費電流の均一化を図るものである。したがって、電流消費素子2は、すべての電池監視用IC1−1〜1−4に接続されてもよいし、電池監視用IC1−1〜1−4の少なくともいずれかに接続されてもよい。また、電流消費素子2が各電池監視用IC1−1〜1−4に接続されていなくても、各電池監視用IC1−1〜1−4の消費電流が均一であれば、電流消費素子2は、電池監視用IC1−1〜1−4のいずれにも接続されなくてもよい。ただし、電池監視用回路基板3には、各電池監視用ICに対して電気的に接続され得る電流消費素子2が実装される第1の実装領域4が設けられている。すなわち、電池監視用回路基板3には、すべての電池監視用IC1−1〜1−4に対して電流消費素子2が接続できるように、各電池監視用IC1−1〜1−4ごとに電流消費素子2を実装するための第1の実装領域4が設けられている。
電流消費素子2は、例えば、抵抗器であって、電池監視用IC1の一つの入出力ポートとグランド(例えば、電池監視用回路基板3に形成されているグランドパターンGP)との間において電気的に接続される。
なお、本実施形態は、各電池監視用IC1−1〜1−4のグランドは、共通ではなく、それぞれ異なる。したがって、本実施形態では、電池監視用IC1−1の電流消費素子2は、電池監視用IC1−1の一つの入出力ポートとグランドGND1(グランドパターンGP1)との間において電気的に接続される。電池監視用IC1−2の電流消費素子2は、電池監視用IC1−2の一つの入出力ポートとグランドGND2(グランドパターンGP2)との間において電気的に接続される。電池監視用IC1−3の電流消費素子2は、電池監視用IC1−3の一つの入出力ポートとグランドGND3(グランドパターンGP3)との間において電気的に接続される。電池監視用IC1−1の電流消費素子2は、電池監視用IC1−4の一つの入出力ポートとグランドGND4(グランドパターンGP4)との間において電気的に接続される。
以下に、本実施形態に係る電流消費素子2について、図2を用いて説明する。例えば、電池セル群G〜Gのうち、電池セル群G及び電池セル群Gの電池セル数が18であり、電池セル群G及び電池セル群Gの電池セル数が12であると仮定する。この場合には、電池監視用IC1−1及び電池監視用IC1−4は、それぞれ18個の電池セルCと電気的に接続される。一方、電池監視用IC1−2及び電池監視用IC1−3は、それぞれ12個の電池セルCと電気的に接続される。
このように、図2に示す例では、電池監視用IC1−1及び電池監視用IC1−4は、電池監視用IC1−2及び電池監視用IC1−3と比較して、電気的に接続される電池セル数が多い。なお、以下の説明において、電池監視用IC1−1及び電池監視用IC1−4のそれぞれを「第1の電池監視用IC」と称し、電池監視用IC1−2及び電池監視用IC1−3のそれぞれを「第2の電池監視用IC」と称する場合がある。
図2に示すように、電池監視用IC1−1〜1−4のうち、接続される電池セル数が異なる電池監視用IC1を有する場合、すなわち第1の電池監視用IC及び第2の電池監視用ICを有する場合には、第1の電池監視用ICの消費電流と、第2の電池監視用ICの消費電流とが略同一となるように、電流消費素子2は、電池セル数が少ない第2の電池監視用ICにのみ接続される。
より具体的には、18個の電池セルCが接続されている第1の電池監視用ICは、消費電流Iccが20mAであるとする。一方、第2の電池監視用ICは、12個の電池セルCが接続されており、第1の電池監視用ICよりも電気的に接続されている電池セル数が少ない。そのために、第2の電池監視用ICの消費電流Iccは、14mAとなり、第1の電池監視用ICの消費電流よりも少ない。
このような場合には、第2の電池監視用ICである電池監視用IC1−2の一つの入出力ポートと、グランド(GND2)との間に、6mAの電流を流す電流消費素子2を設ける。同様に、第2の電池監視用ICである電池監視用IC1−3の一つの入出力ポートと、グランド(GND3)との間に、6mAの電流を流す電流消費素子2を設ける。
これにより、第2の電子監視用ICに接続された各電流消費素子2に流れる消費電流によって、各電池監視用IC1−1〜1−4の消費電流のばらつきに対して、最大の消費電流となる第1の電子監視用ICの消費電流に合わせるように、その他の電池監視IC(第2の電子監視用IC)の消費電流を増加させることが可能となり、消費電流のばらつきがなく略同一となる。このように、電池監視用回路基板3に搭載される電池監視用IC1のそれぞれに接続される電池セル数に応じて、電流消費素子2を接続する電池監視用IC1を選択して、その選択した電池監視用IC1に電流消費素子2を電気的に接続するように当該電流消費素子2を実装することで、電池監視用IC1−1〜1−4間の消費電流のばらつきを抑えることができる。
電池監視用回路基板3は、電池監視用IC1−1〜1−4及び電流消費素子2が実装される基板であって、例えば、プリント基板である。なお、本発明の「電池監視用回路基板」は、電池監視用IC1−1〜1−4及び電流消費素子2が実装される前の基板(いわゆる、PWB)であってもよいし、電池監視用IC1−1〜1−4及び電流消費素子2が実装(基板実装)された後の基板(いわゆる、PCB)であってもよい。
以下に、本発明の一実施形態に係る電池監視用回路基板3について、具体的に説明する。図3は、本発明の一実施形態に係る電池監視用回路基板3の平面の模式図である。
電池監視用回路基板3は、第1の実装領域4及び第2の実装領域5を備えている。
第1の実装領域4は、電流消費素子2を電池監視用回路基板3に実装するための領域であって、電池監視用IC1−1〜1−4毎に設けられている。これにより、電池監視用IC1−1〜1−4のうち、電流消費素子2の接続先の電池監視用IC1に変更があった場合であっても、電池監視用回路基板3を変更することなく、変更後の接続先である電池監視用IC1に電気的に接続することができる。すなわち、一つの電池監視用回路基板3において、どの電池監視用IC1に電流消費素子2を電気的に接続するかを任意に選択してその選択した電池監視用IC1に電流消費素子2を実装することができる。なお、本実施形態では、電池監視用IC1−1〜1−4毎に一つの第1の実装領域4が設けられているが、本発明はこれに限定されず、電池監視用IC1−1〜1−4毎に複数の第1の実装領域4が設けられていてもよい。
第2の実装領域5は、電池監視用IC1を電池監視用回路基板3に実装するための領域であって、電池監視用IC1毎に設けられている。
例えば、第2の実装領域5は、電池監視用IC1の複数の端子をそれぞれ電池監視用回路基板3に半田づけするための複数のランドパターン11を備える。なお、図3に示す例では、電池監視用IC1が16個の端子を有する場合について説明するが、本発明は電池監視用IC1の端子数には特に限定されない。
次に、本発明の一実施形態に係る第1の実装領域4の一例について、具体的に説明する。
第1の実装領域4は、ランドパターン21及び配線パターン22,23を備える。
ランドパターン21は、電流消費素子2を電池監視用回路基板3に実装するためのランドパターンである。電流消費素子2が抵抗器である場合には、第1の実装領域4は、ランドパターン21として、電流消費素子2の一端を電池監視用回路基板3に実装するためのランドパターン21−1と、電流消費素子2の他端を電池監視用回路基板3に実装するためのランドパターン21−2と、を備える。
配線パターン22は、電流消費素子2の一端を電池監視用IC1の入出力ポートに対して電気的に接続するためのパターンである。本実施形態では、配線パターン22は、一端が端子番号TN=15の端子のランドパターン11に電気的に接続され、他端がランドパターン21−1に電気的に接続される。
配線パターン23は、電流消費素子2の他端を、電池監視用回路基板3に形成されているグランドパターンGPに電気的に接続するためのパターンである。具体的には、配線パターン23は、一端がランドパターン21−2に電気的に接続され、他端がグランドパターンGPに電気的に接続される。なお、本実施形態では、各電池監視用IC1−1〜1−4のグランドがそれぞれ異なるため、図3に示すように、電池監視用IC1−1の配線パターン23の他端がグランドパターンGP1に電気的に接続され、電池監視用IC1−2の配線パターン23の他端がグランドパターンGP1とは異なるグランドパターンGP2に電気的に接続される。
以上、説明したように、本実施形態に係る電池監視用回路基板3は、複数の電池セルCと電気的に接続され、各電池セルCの状態を監視する電池監視用IC1が複数実装される回路基板である。この電池監視用回路基板3は、電池監視用IC1に対して電気的に接続され得る電流消費素子2が実装される第1の実装領域4を有する。そして、第1の実装領域4は、電池監視用IC1毎に設けられている。
このような構成によれば、各電池監視用IC1での消費電流のばらつきを抑制する電流消費素子2が実装可能であって、電池監視用ICの数や電池監視用ICに接続される電池セル数が変更された場合や電池監視用ICの種類が変更された場合(上記消費電流のばらつきが変わる場合)であっても、 同一の電池監視用回路基板3を用いることができる。すなわち、車両のサイズ等によって電池監視用回路基板3に実装される電池監視用ICの数や種類、電池監視用ICに接続される電池セル数が異なる場合があっても、電池監視用回路基板3の設計変更を行うことなく、実装される電池監視用IC1に接続される電池セル数に応じて電流消費素子2を実装することができ、電池監視用回路基板3の共通化を図ることができる。したがって、電池監視用回路基板の製造コストを抑制することができる。
また、上記実施形態では、電池監視用回路基板3は、グランドパターンGPを有してもよい。そして、第1の実装領域4は、各電池監視用IC1が実装される第2の実装領域5と、グランドパターンGPとの間にそれぞれ設けられてもよい。例えば、第1の実装領域4は、各電池監視用IC1の入出力ポートのランドパターン11と、グランドパターンGPとの間にそれぞれ設けられてもよい。
このような構成によれば、電流消費素子2として抵抗器を採用し、この抵抗器によって各電池監視用IC1間で消費電流のばらつきを抑制することが可能な電池監視用回路基板3の共通化を図ることができる。
また、上記実施形態の電池監視装置Aは、電池監視用回路基板3と、電池監視用回路基板3に実装されている複数の監視用IC1と、を備える。そして、複数の監視用IC1は、少なくとも第1の電池監視用IC及び第2の電池監視用ICを有している。この第1の電池監視用ICと第2の電池監視用ICとは、上述した通り、電気的に接続される電池セルの数が互いに異なっている。このような場合において、第1の電池監視用ICの消費電流と、第2の電池監視用ICの消費電流とが略同一となるように電流消費素子2が第1の電池監視用IC及び第2の電池監視用ICの少なくともいずれかに接続されて実装されている。
このような構成によれば、接続される電池セル数が異なることで、第1の電池監視用ICと第2の電池監視用ICとの間で消費電流のばらつきが発生する場合であっても、電流消費素子2によって、上記消費電流のばらつきを抑制することができる。
また、上記実施形態の電池監視装置Aでは、第1の電池監視用ICは、第2の電池監視用ICよりも電気的に接続される電池セルの数が多い場合には、電流消費素子2は、第2の電池監視用ICにのみ接続されて実装されていてもよい。
このような構成によれば、第2の電子監視用ICに接続された各電流消費素子2に流れる消費電流によって、各電池監視用IC1の消費電流のばらつきに対して、最大の消費電流となる第1の電子監視用ICの消費電流に合わせるように、第2の電子監視用ICの消費電流を増加させることが可能となり、上記消費電流のばらつきを抑止することができる。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
A 電池監視装置
C 電池セル
1 電池監視用IC
2 電流消費素子
3 電池監視用回路基板
4 第1の実装領域
5 第2の実装領域
11 ランドパターン
GP グランドパターン

Claims (5)

  1. 複数の電池セルと電気的に接続され、前記各電池セルの状態を監視する電池監視用ICが複数実装される回路基板であって、
    前記電池監視用ICに対して電気的に接続され得る電流消費素子が実装される第1の実装領域を有し、
    前記第1の実装領域は、前記電池監視用IC毎に設けられている特徴とする電池監視用回路基板。
  2. グランドパターンを有し、
    前記第1の実装領域は、前記各電池監視用ICが実装される第2の実装領域と、前記グランドパターンとの間にそれぞれ設けられることを特徴とする、請求項1に記載の電池監視用回路基板。
  3. 前記第1の実装領域は、前記各電池監視用ICの入出力ポートのランドパターンと、前記グランドパターンとの間にそれぞれ設けられていることを特徴とする、請求項2に記載の電池監視用回路基板。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載された電池監視用回路基板と、
    前記電池監視用回路基板に実装されている複数の監視用ICと、
    を備え、
    前記複数の監視用ICは、少なくとも第1の電池監視用IC及び第2の電池監視用ICを有し、
    前記第1の電池監視用ICと前記第2の電池監視用ICとは、電気的に接続される前記電池セルの数が互いに異なり、
    前記第1の電池監視用ICの消費電流と、前記第2の電池監視用ICの消費電流とが略同一となるように前記電流消費素子が前記第1の電池監視用IC及び前記第2の電池監視用ICの少なくともいずれかに接続されて実装されていることを特徴とする電池監視装置。
  5. 前記第1の電池監視用ICは、前記第2の電池監視用ICよりも電気的に接続される前記電池セルの数が多く、
    前記電流消費素子は、前記第2の電池監視用ICにのみ接続されて実装されていることを特徴とする、請求項4に記載の電池監視装置。
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