JP6156235B2

JP6156235B2 - 電池監視装置

Info

Publication number: JP6156235B2
Application number: JP2014077676A
Authority: JP
Inventors: 溝口　朝道; 朝道溝口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: JP2015201912A

Description

本発明は、複数の単位電池が直列接続された組電池に接続される電池監視装置に関する。

組電池を監視する電池監視装置は、収容ケースに収容された状態で車両の床下の収納空間などに設置されている。しかしこの場合、車両が泥水や塩水等に水没してしまった際には、収容ケース内に液体が浸入してしまうおそれがあり、液体の電気分解によって組電池と電池監視装置との間に定格値を超える過剰な電流が流れ、それに伴う不具合が生じるおそれがある。

そこで収容ケース内への液体の浸入を防ぐべく、収容ケースに防水構造を持たせたり、特許文献１に示されるように、電池監視装置自体を防水性の材料で覆ったりすることにより、電池監視装置に液体が付着すること自体が回避されるようにしている。

特開２００２−１６３６９号公報

しかし収容ケースに防水構造を施す場合、防水パッキンなどの封止材が必要とされる等、防水機能を高めるために収容ケースの構造が複雑となる傾向があり、製造コストの増加を免れることは困難である。

また、特許文献1に示されるように、電池監視装置自体を防水性の材料で覆う場合には、電池監視装置全体を覆うことのできる量の充填剤が必要となるため、同様に製造コストの増加を免れることは困難となる。

本発明は、上記実情を鑑み、製造コストを抑えつつ、水没等による過電流発生に対する適切な対処を行うことができる電池監視装置を提供することを主たる目的とするものである。

本発明は、複数の単位電池の直列接続体として構成される組電池に接続部を介して接続され、複数の単位電池の監視を実施する電池監視装置であって、複数の単位電池の正極側及び負極側にそれぞれ接続される電池監視用の電気経路と、各電気経路の途中部分において所定の実装部位に実装して設けられた過電流防止用の保護素子と、短絡に伴い保護素子を非通過として過電流短絡経路が形成される部位に設けられ、当該短絡が生じる部位に対して部分的に防水処理が施された防水部と、を備えることを特徴とする。

上記発明において、短絡に伴い保護素子を非通過の過電流短絡経路が形成される部位に防水部を設けたため、保護素子を避けるようにして過電流が流れることを抑制できる。ゆえに、保護素子による過電流防止を確実に機能させることができるようになる。

また、防水処理が施される対象部位を限定し、部分的に防水処理を施す構成としたため、防水処理に関する構成としての簡素化を実現できる。以上により、本発明の電池監視装置では、構成の簡素化を図りつつ、水没等による過電流発生に対する適正な対処を行うことができる。

電池監視装置の回路図。電池監視装置の平面図及び縦断面図。電池監視装置の回路図。

以下、本実施形態に係る電池監視装置を図面に基づいて説明する。組電池は、例えば電動車両（ＥＶやＨＥＶ）の走行用モータの電源として搭載されるものであり、リチウムイオン二次電池からなる複数個の電池セル（単位電池）の直列接続体として構成されている。電池監視装置は各電池セルの状態を監視する。なお、本実施形態では組電池において電池セルを個々に単位電池とするが、複数個の電池セルの直列接続体を単位電池とし、その単位電池を複数備える構成であってもよい。

まず電池監視装置の回路構成を説明する。図１に電池監視装置２０の回路図を示す。図１では、組電池１０と電池監視装置２０とが電気的に接続された状態が示されている。組電池１０において複数の電池セル１１は所定数ずつでグループ分けされており、組電池１０は複数のセル群を有している。各セル群は、ｎ個の電池セル１１（Ｃ１，Ｃ２，…Ｃｎ）を有している。

電池監視装置２０は、セル群ごとに設けられた複数の監視ＩＣ２１と、監視ＩＣ２１の入力の側に設けられたＲＣフィルタ回路２２とを備えている。監視ＩＣ２１は、種々の監視情報を入力し、各電池セル１１の状態（電圧、温度等）を監視するものである。なお、監視ＩＣ２１やＲＣフィルタ回路２２の構成は各セル群でいずれも同様であるため、以下には１つのセル群に関する構成について詳細に説明する。

電池監視装置２０においてｎ個の電池セル１１の正極側及び負極側にはそれぞれ電池監視用の電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１が接続されており、その電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１に監視ＩＣ２１が接続されている。監視ＩＣ２１は、各電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１を介して入力された信号に基づき各電池セル１１の端子電圧を検出する。

電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１にはＲＣフィルタ回路２２が設けられている。ＲＣフィルタ回路２２は、電池セル１１からの出力に含まれるノイズ（高周波成分）を除去するノイズ除去回路であり、抵抗体２３とコンデンサ２４（フィルタ用コンデンサ）とを備えている。ＲＣフィルタ回路２２では、各電気経路Ｌ１〜Ｌｎに抵抗体２３がそれぞれ設けられるとともに、隣り合う各電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１の間にコンデンサ２４が接続されている。また、電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１のうち最も負側となる電気経路Ｌｎ＋１にはヒューズ２５が設けられている。

各電気経路Ｌ１〜Ｌｎに設けられた抵抗体２３、及び電気経路Ｌｎ＋１に設けられたヒューズ２５は、いずれも各電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１に過電流が流れた場合に溶断される過電流防止用の保護素子である。つまり、仮に各電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１に過電流が流れた場合には抵抗体２３及びヒューズ２５の溶断により各電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１が遮断される。これにより、過電流が継続的に流れることによる配線部等の過熱が抑制されるようになっている。本実施形態では、ＲＣフィルタ回路２２に設けられた抵抗体２３がヒューズ機能を兼用するものとなっている。

また、隣り合う各電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１の間にはツェナーダイオード２６が接続されている。ツェナーダイオード２６は、各電池セル１１に並列に接続されており、その接続の向きはカソードを電池セル１１の高電位側（正極側）、アノードを電池セル１１の低電位側（負極側）としている。この場合、電池セル１１の端子電圧が所定値まで高くなると、ツェナーダイオード２６に電流が流れて、電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１の間の電圧が所定電圧以下に維持される。よって、電池セル１１の端子電圧が過上昇しても、監視ＩＣ２１に過電圧がかかることがなく、監視ＩＣ２１が保護される。

電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１のうち最も正側となる電気経路Ｌ１には、組電池１０で生じるコモンノイズを除去するためのコモンコンデンサ２７が接続されている。コモンコンデンサ２７は、一端が電気経路Ｌ１に接続され、他端が車両のボディアース等の低圧ＧＮＤに接続されている。コモンコンデンサは、組電池１０の正側端子及び負側端子のそれぞれに接続されるように設けられており、組電池１０の正側端子には上記のとおりコモンコンデンサ２７が接続され、負側端子にはコモンコンデンサ２８が接続されている。これにより、組電池１０から監視ＩＣ２１に入力されるコモンモードノイズ（高周波ノイズ）が除去される。

次に、上記の回路構成を有する電池監視装置２０について実装構造を説明する。

図２の（ａ）、（ｂ）に示されるように、電池監視装置２０は回路基板３１を有しており、その回路基板３１に電池接続部であるコネクタ３２が組み付けられているとともに、電池監視装置２０を構成する各種の電気部品が実装されている。具体的には、回路基板３１は矩形状をなしており、その一側辺にコネクタ３２が固定されている。コネクタ３２は、各電池セル１１の正極側及び負極側にそれぞれ接続された複数の電極端子３２ａを有しており、それらの電極端子３２ａが回路基板３１に電気接続されている。

また、回路基板３１においてコネクタ３２に横並びとなる位置には複数の抵抗体２３とヒューズ２５とが実装されている。抵抗体２３及びヒューズ２５は略一列に並べられた状態で回路基板３１に実装されている。これら抵抗体２３及びヒューズ２５は、例えばチップ抵抗やチップヒューズよりなり、回路基板３１の実装面において各素子の端子部が、はんだ等により電気接続されている。

また、回路基板３１においてコネクタ３２の両側方の位置にはコモンコンデンサ２７，２８がそれぞれ実装されている。コモンコンデンサ２７，２８は例えばチップコンデンサよりなり、回路基板３１の実装面において各素子の端子部が、はんだ等により電気接続されている。ちなみに図２のコモンコンデンサ２７，２８は４個ずつ配置されているが、図1の回路図では1個ずつを代表として表記している。

回路基板３１には、所定の配線パターン（図示略）が形成されており、この配線パターンによりコネクタ３２、抵抗体２３、ヒューズ２５、コモンコンデンサ２７，２８が相互に電気接続されている。配線パターンは、回路基板用の内装配線として形成されており、基板表面に形成されたランド部に、抵抗体２３、ヒューズ２５、コモンコンデンサ２７，２８等の各端子が電気接続されている。本実施形態では、回路基板３１の配線パターンにより図１の各電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１が形成されている。なお、図２及び図３において監視ＩＣ２１やコンデンサ２４、ツェナーダイオード２６等の構成は図示を省略している。

以上のような電池監視装置２０（回路基板３１）は、収容ケース４０に収容される。収容ケース４０はベース４１とカバー４２とを備えており、ベース４１とカバー４２とを組み合わせた状態で電池監視装置２０を収容する筐体を形成している。なおベース４１及びカバー４２は、例えば鉄板のプレス成型加工や、アルミダイカストによる成型で形成されている。電池監視装置２０が収容された収容ケース４０は、例えば車両の床下等のキャビン外に設置される（図示略）。

ところで、電池監視装置２０が水没すると、各電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１で相互の短絡が生じ、その短絡した電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１に過電流が流れることに伴う不具合（過熱等）の発生が懸念される。また、過電流対策としては各電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１に保護素子（抵抗体２３、ヒューズ２５）が設けられているが、その保護素子を避けるようにして短絡が生じると、保護素子による過電流防止が機能せず、各電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１において保護素子があるにもかかわらず過電流の状態が継続されることが懸念される。

具体的には、各コモンコンデンサ２７，２８において正側及び負側の端子同士が水没や被水により導通されると（端子間の短絡が生じると）、図３に示すように、組電池１０の正側端子と負側端子との間が、２つのコモンコンデンサ２７，２８と低圧ＧＮＤ（ボディアース）を介して導通される。これにより、短絡経路ＬＡに過電流が流れ、その状況下では過電流が保護素子（抵抗体２３、ヒューズ２５）を流れないため、過電流の状態が継続されてしまう。

また、各電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１に設けられた抵抗体２３及びヒューズ２５において、電池側（コネクタ３２側）の端子同士が水没や被水により導通されると、図３に示すように、抵抗体２３及びヒューズ２５よりも電池側（コネクタ３２側）で電気経路Ｌ１〜Ｌｎ＋１の相互短絡が生じる。これにより、短絡経路ＬＢに過電流が流れ、その状況下ではやはり過電流が保護素子（抵抗体２３、ヒューズ２５）を流れないため、過電流の状態が継続されてしまう。なお、図３に示す短絡経路ＬＡ，ＬＢが「保護素子を非通過の過電流短絡経路」に相当する。

ちなみに、装置構成の簡易化を図るべく収容ケース４０の防水機能が簡易になっている場合や、電池監視装置２０が車両のキャビン外に設置されている場合には、上記のような水没による経路短絡の対策が重要となると考えられる。

そこで本実施形態では、保護素子（抵抗体２３、ヒューズ２５）よりも電池側（コネクタ３２側）において、短絡に伴い保護素子を非通過として過電流短絡経路が形成される部位を防水対象とし、当該部位に対して部分的に防水処理を施して防水部を設けることとしている。

具体的には、化学反応で液体から固体へと硬化するとともに、硬化した状態で防水性、絶縁性及び耐熱性を有する材料を使用して、ポッティング等により短絡が生じる部位を覆う。そしてその材料を化学反応で硬化させることにより、各部位を覆う防水部を形成する。例えば熱硬化性の樹脂を使用する場合には、加熱で樹脂を硬化させて防水部を形成する。紫外線硬化性の樹脂を使用する場合には、紫外線を照射して樹脂を硬化させて防水部を形成する。なお防水部は、ポッティング以外にも周知のモールド成型により形成することができる。

以上により、コモンコンデンサ２７，２８の各々を覆うように部分的に形成された防水部６１によって、各コモンコンデンサ２７，２８において正極及び負極の端子同士が導通されて短絡経路ＬＡが形成されることを抑制できる。また、略一列に並べられた複数の抵抗体２３及びヒューズ２５の集合部に対して形成された防水部６２によって、短絡経路ＬＢが形成されることを抑制できる。更に、本実施形態ではコネクタ３２に防水部６３を形成することで、コネクタ３２を介して過電流が流れる短絡経路が形成されることが抑制されるようにしている。

以上のように、防水処理が施される対象部位を限定して、部分的に防水処理を施すことによって、防水処理に関する構成の簡略化を図りつつ、水没等による過電流発生に対する適正な対処を行うことができる。

また電気監視装置に水没時には、各抵抗体２３及びヒューズ２５の両端子間が導通されることで、これら各抵抗体２３及びヒューズ２５を非通過として過電流短絡経路が形成されることも考えられる。この点を考慮しても、やはり過電流短絡経路の形成を抑制できる。
具体的には図3の監視ＩＣ２１の端子間が塩水により短絡した際、過電流は経路ＬＣのように流れようとするが、防水部６２により抵抗体２３やヒューズ２５に電流が通過するのでその電流制限機能が働いて短絡経路を遮断できる。

本発明によれば以下の優れた効果を奏することができる。

上記構成では、保護素子よりも電池側（接続部の側）において短絡に伴い保護素子を非通過の過電流短絡経路が形成される部位に防水部６１、６３を設けたため、保護素子を避けるようにして過電流が流れることを抑制できる。また保護素子自体に防水部６２を設けたため、保護素子による過電流防止を確実に機能させることができるようになる。

１０…組電池、１１…電池セル、２０…電池監視装置、３１…回路基板、６０…防水部、６１…防水部、６２…防水部、６３…防水部。

Claims

複数の単位電池（１１）の直列接続体として構成される組電池（１０）に接続部（３２）を介して接続され、前記複数の単位電池の監視を実施する電池監視装置（２０）であって、
前記複数の単位電池の正極側及び負極側にそれぞれ接続される電池監視用の電気経路（Ｌ１〜Ｌｎ＋１）と、
前記各電気経路の途中部分において所定の実装部位（３１）に実装して設けられた過電流防止用の保護素子（２３，２５）と、
前記実装部位において、短絡に伴い前記保護素子を非通過として過電流短絡経路が形成される部位とそれ以外の部位とのうち、前記過電流短絡経路が形成される部位に部分的に行う防水処理によって形成され、前記過電流短絡経路が形成される前記部位を防水するとともに、前記短絡に伴う前記過電流短絡経路の形成を抑制する防水部（６１〜６３）と、
を備えることを特徴とする電池監視装置。
前記防水部は、前記保護素子よりも前記接続部の側に形成される請求項１に記載の電池監視装置。
前記各電気経路のいずれかに一方の端子が接続されるとともに他方の端子がグランドに接続され、前記組電池に生じるコモンノイズを除去するコモンコンデンサ（２７，２８）を備えており、
前記コモンコンデンサを、前記保護素子を非通過として過電流短絡経路が形成される部位とし、そのコモンコンデンサが実装されたコンデンサ実装領域に対して部分的に前記防水処理を施すことで、前記防水部が設けられている請求項１又は２に記載の電池監視装置。
前記各電気経路に設けられた複数の前記保護素子が実装された実装領域に対して部分的に前記防水処理を施すことで、前記防水部が設けられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池監視装置。