JP6950661B2

JP6950661B2 - 電池監視装置

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Publication number: JP6950661B2
Application number: JP2018203298A
Authority: JP
Inventors: 俊貴小嶋; 真和幸田; 隼溝口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2038-10-29
Also published as: US11762026B2; DE112019005381T5; CN112956065A; CN112956065B; JP2020071929A; WO2020090667A1; US20210247455A1

Description

本発明は、電池監視装置に関する。

従来、例えば特許文献１に記載されているように、直列に接続された複数の単位電池を備える組電池に適用される電池監視装置が知られている。電池監視装置の中には、多層基板を備えるものがある。その多層基板を構成する複数の層のうちの所定層には、複数の単位電池の各端子電位を検出する複数の検出線が設けられている。複数の層のうち、その所定層とは異なる層における当該複数の検出線の積層方向側に、ベタパターンが設けられている。

このようにベタパターンを設置すれば、各検出線とそれに対応するベタパターンとが、それらの間に形成される寄生容量により容量結合することにより、検出線を伝わるノイズがベタパターンに伝わるようになる。そのため、検出線のノイズが低減される。

国際公開第２０１４／１８４９２０号

多層基板の積層方向において、検出線とベタパターンとの間には、それらの相互間距離である絶縁距離の制約がある。すなわち、各検出線とその積層方向側のベタパターンとの電位差が大きいほど、絶縁距離を大きくしなければならない。そのため、直列に接続する単位電池の数が多くなる場合等には、高電位側の検出線の積層方向側に絶縁距離を確保することが難しくなってしまう。

そのため、このような場合、絶縁距離を確保できる低電位側の検出線の積層方向側には、ベタパターンを設置する一方、絶縁距離を確保できない高電位側の検出線の積層方向側には、ベタパターンを設置しない。その結果、積層方向側にベタパターンのある低電位側の検出線ではノイズが低減されるが、積層方向側にベタパターンのない高電位側の検出線ではノイズが低減されない。そのため、高電位側の単位電池については電圧の検出精度が低くなってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高電位の検出線についてもノイズを低減できるようにすることを目的とする。

本発明の電池監視装置は、直列に接続された複数の単位電池を備える組電池に適用される。前記電池監視装置は、多層基板と複数の検出線と複数のベタパターンとを備える。前記多層基板は、所定の積層方向に積層されている。前記複数の検出線は、前記多層基板を構成する複数の層のうちの所定層に設けられており、前記複数の単位電池の各端子電位を検出する。前記複数のベタパターンは、前記複数の検出線を低電位側からグループに分けたそれぞれを検出線群とする場合、前記多層基板を構成する複数の層のうち前記所定層とは異なる層において、各前記検出線群に対応して個別に設けられており、前記積層方向から見た平面視で各前記検出線群と重なる位置に形成されている。各前記ベタパターンは、互いに離間して設けられている。各前記ベタパターンのうち、対応する前記検出線群の電位が高いベタパターンほど、その電位が高くされている。

本発明によれば、対応する検出線群の電位が高いベタパターンほど、その電位が高くなるため、各検出線群とそれに対応するベタパターンとの電位差が小さくなる。そのため、多層基板の積層方向において、各検出線群とそれに対応するベタパターンとの間に必要となる絶縁距離が小さくなる。これにより、高電位側においても、各検出線群に対応するベタパターンを設置できるようになり、各検出線群とそれに対応するベタパターンとを、それらの間に形成される寄生容量により容量結合させることができる。その結果、高電位側でも、各検出線群を伝わるノイズが、対応するベタパターンに伝わるようになり、各検出線群のノイズを低減することができる。

さらに、各検出線群とそれに対応するベタパターンとの電位差が小さくなることにより、各検出線群とそれに対応するベタパターンとの間のＡＣインピーダンスが小さくなり、各検出線群のノイズがベタパターンに伝わり易くなる。それにより、各ベタパターンによる検出線群のノイズ低減効果をより向上させることができる。

第１実施形態の電池監視装置の所定層を示す平面図である電池監視装置を側方からみた断面図上記所定層とは別の層を示す平面図第２実施形態の電池監視装置の所定層を示す平面図第３実施形態の電池監視装置の所定層を示す平面図第４実施形態の電池監視装置の所定層を示す平面図第５実施形態の電池監視装置の所定層を示す平面図

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。但し、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できる。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態の電池監視装置Ｓを示す平面図である。電池監視装置Ｓは、組電池７０を監視する装置であり、電池監視装置Ｓ及び組電池７０は、いずれも車両に搭載されている。組電池７０は、直列に接続された複数の単位電池７１〜７８からなる。各単位電池７１〜７８は、各電池セルであってもよいし、複数の電池セルの直列接続体であってもよい。

電池監視装置Ｓは、複数の検出線ｄ１〜ｄ１０と、第１検出回路１２と、第１Ａ／Ｄ変換器１６と、第２検出回路２２と、第２Ａ／Ｄ変換器２６ととを備える。

複数の検出線ｄ１〜ｄ１０は、直列に接続された複数の単位電池７１〜７８の各端子電位を検出する。よって、各検出線ｄ１〜ｄ１０は、順に電位が高くなる。各検出線ｄ１〜ｄ１０は、単位電池７１〜７８の各端子に接続された導線に、各コネクタｃ１〜ｃ１０を介して接続されている。

以下では、複数の検出線ｄ１〜ｄ１０を低電位側からグループに分けたそれぞれを、検出線群１１，２１とする。より具体的には、本実施形態では、複数の検出線ｄ１〜ｄ１０のうち、低電位側の半分ｄ１〜ｄ５を「第１検出線群１１」とし、高電位側の半分ｄ６〜ｄ１０を「第２検出線群２１」とする。ただし、複数の検出線ｄ１〜ｄ１０を、３以上のグループに分けて、第３検出線群、第４検出線群等を設けてもよい。また、図１では、第１検出線群１１を構成する検出線ｄ１〜ｄ５及び第２検出線群２１を構成する検出線ｄ６〜ｄ１０は、それぞれ５本ずつであるが、任意の数に設定できる。また、各検出線群１１，２１を構成する検出線の数は、同数である必要はなく、異なる数であってもよい。

第１検出回路１２には、第１検出線群１１を構成する検出線ｄ１〜ｄ５が接続されており、第２検出回路２２には、第２検出線群２１を構成する検出線ｄ６〜ｄ１０が接続されている。第１検出回路１２は、第１マルチプレクサ１２ａを備えており、第１検出線群１１を構成する検出線ｄ１〜ｄ５のうちのいずれか２本の電位差を順に検出可能になっている。第２検出回路２２は、第２マルチプレクサ２２ａを備えており、第２検出線群２１を構成する検出線ｄ６〜ｄ１０のうちのいずれか２本の電位差を順に検出可能になっている。

第１検出線群１１における最も低電位の検出線ｄ１及び第１検出回路１２の基準電位部分は、グランドに接続されることにより、グランド電位になっている。以下では、そのグランド電位を第１電位Ｅ１とする。他方、第２検出回路２２の基準電位を第２電位Ｅ２とする。第２電位Ｅ２は、第２検出線群２１における最も低電位の検出線ｄ６の電位である。

第１Ａ／Ｄ変換器１６は、第１検出回路１２から入力したアナログの電圧検出信号をデジタル変換してマイコン（図示略）に出力する。第２Ａ／Ｄ変換器２６は、第２検出回路２２から入力したアナログの電圧検出信号をデジタル変換してマイコンに出力する。マイコンは、第１Ａ／Ｄ変換器１６や第２Ａ／Ｄ変換器２６から入力したデジタル信号に基づいて、各単位電池７１〜７８の充電状況（ＳＯＣ）等を演算する。

これら第１Ａ／Ｄ変換器１６及び第２Ａ／Ｄ変換器２６は、いずれも第１電位Ｅ１を基準電位として動作する。
他方、マイコンは、組電池７０よりも端子間電圧が小さい補機電池により駆動される低圧側回路に設けられており、その低圧側回路のグランド電位を基準電位として動作する。

電池監視装置Ｓは、図２に示す多層基板５０を備えている。図２は、その多層基板５０の断面図である。多層基板５０は、複数の層５１〜５９が所定の積層方向に積層されてなる。以下では、その積層方向を上下方向という。多層基板５０を構成する複数の層５１〜５９は、上から順に第１層５１〜第９層５９とする。第１層５１は、絶縁体のグリーンマスクである。第２層５２は、導電体を有する層である。第３層５３は、絶縁体のプリクレグである。第４層５４は、導電体を有する層である。第５層５５は、絶縁体のコア材である。第６層５６は、導電体を有する層である。第７層５７は、絶縁体のプリクレグである。第８層５８は、導電体を有する層である。第９層５９は、絶縁体のグリーンマスクである。

第２層５２に、図１に示すとおり、複数の検出線ｄ１〜ｄ１０と、第１検出回路１２と、第１Ａ／Ｄ変換器１６と、第２検出回路２２と、第２Ａ／Ｄ変換器２６とが設けられている。

図３は、第４層５４を示す平面図である。第４層５４における、第１検出線群１１及び第１検出回路１２の直下に位置する部分には、第１ベタパターン１９が設置されている。よって、第１検出線群１１及び第１検出回路１２と平面視で重なる位置に、第１ベタパターン１９が形成されている。第１ベタパターン１９は、グランドに接続されることにより、第１電位Ｅ１になっている。

また、第４層５４における、第２検出線群２１及び第２検出回路２２の直下に位置する部分には、第２ベタパターン２９が設置されている。よって、第２検出線群２１及び第２検出回路２２と平面視で重なる位置に、第２ベタパターン２９が形成されている。各ベタパターン１９，２９は、互いに離間して設けられている。第２ベタパターン２９は、第２検出線群２１において最も低電位側の検出線ｄ６に接続されることにより、第２電位Ｅ２になっている。

本実施形態によれば、次の効果が得られる。低電位側の第１検出線群１１に対応する第１ベタパターン１９よりも、高電位側の第２検出線群２１に対応する第２ベタパターン２９の電位の方が高電位になる。それにより、第１検出線群１１と第１ベタパターン１９との間の電位差、及び第２検出線群２１と第２ベタパターン２９との間の電位差がそれぞれ小さくなる。そのため、第１検出線群１１と第１ベタパターン１９との間に必要となる絶縁距離、及び第２検出線群２１と第２ベタパターン２９との間に必要となる絶縁距離が、それぞれ小さくなる。そのため、第１検出線群１１の直下に第１ベタパターン１９を設置し、第２検出線群２１の直下に第２ベタパターン２９を設置することができる。

それにより、第１検出線群１１と第１ベタパターン１９とを、それらの間に形成される寄生容量により容量結合させ、第２検出線群２１と第２ベタパターン２９とを、それらの間に形成される寄生容量により容量結合させることができる。それにより、第１検出線群１１のノイズが第１ベタパターン１９に伝わるようになり、第２検出線群２１のノイズが第２ベタパターン２９に伝わるようになる。そのため、第１検出線群１１及び第２検出線群２１を構成する各検出線ｄ１〜ｄ１０のノイズが低減される。

さらに、第１検出線群１１と第１ベタパターン１９との電位差、及び第２検出線群２１と第２ベタパターン２９との電位差が、それぞれ小さくなることにより、第１検出線群１１と第１ベタパターン１９との間のＡＣインピーダンス、及び第２検出線群２１と第２ベタパターン２９との間のＡＣインピーダンスが、それぞれ小さくなる。そのため、第１検出線群１１のノイズが第１ベタパターン１９に伝わり易くなり、第２検出線群２１のノイズが第２ベタパターン２９に伝わり易くなる。それにより、第１ベタパターン１９による第１検出線群１１のノイズ低減効果、及び第２ベタパターン２９による第２検出線群２１のノイズ低減効果がそれぞれ向上する。

さらに、第１ベタパターン１９の電位は、第１電位Ｅ１になっており、第２ベタパターン２９の電位は、第２電位Ｅ２になっている。そのため、第１ベタパターン１９は、第１検出線群１１及び第１検出回路１２のうち、第１電位Ｅ１である部分との間で、ＡＣインピーダンスが最も小さくなり、第２ベタパターン２９は、第２検出線群２１及び第２検出回路２２のうち、第２電位Ｅ２である部分との間で、ＡＣインピーダンスが最も小さくなる。そのため、第１検出線群１１及び第１検出回路１２の中では第１電位Ｅ１である部分のノイズが、最も第１ベタパターン１９に伝わり易くなり、第２検出線群２１及び第２検出回路２２の中では第２電位Ｅ２である部分のノイズが、最も第２ベタパターン２９に伝わり易くなる。そのため、第１電位Ｅ１及び第２電位Ｅ２に対するノイズを、効率的に低減することができる。そのため、第１電位Ｅ１及び第２電位Ｅ２を安定させることができる。

そして、第１電位Ｅ１は第１検出回路１２等の基準電位であるため、第１電位Ｅ１を安定させることにより、第１検出回路１２等の動作を安定させることができる。また、第２電位Ｅ２は、第２検出回路２２の基準電位であるため、第２電位Ｅ２を安定させることにより、第２検出回路２２の動作を安定させることができる。

特に、本実施形態の構成では、第２電位Ｅ２を基準電位とする第２検出回路２２が出力した電圧検出信号を、第１電位Ｅ１を基準電位とする第２Ａ／Ｄ変換器２６が入力することになる。そのため、第１電位Ｅ１及び第２電位Ｅ２のうちのいずれか一方にのみノイズが発生すれば、それら第１電位Ｅ１と第２電位Ｅ２との電位差（Ｅ２−Ｅ１）が変動して、第２Ａ／Ｄ変換器２６の動作が不安定になるおそれがある。その点、ここでは、上記のとおり、第１電位Ｅ１及び第２電位Ｅ２を安定させることができるので、このような弊害を抑制することができる。

また、第１検出線群１１と第１ベタパターン１９との間及び第２検出線群２１と第２ベタパターン２９との間には、最も厚い絶縁層である第５層５５を挟まず、それよりも薄い第３層５３を挟んでいる。そのため、第１検出線群１１と第１ベタパターン１９との間に形成される寄生容量、及び第２検出線群２１と第２ベタパターン２９との間に形成される寄生容量を確保し易くなり、ノイズ低減効果を確保し易くなる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態のものと同一の又は対応する部材等は同一の符号を付して、第１実施形態と異なる点のみを説明する。

図４は、本実施形態の電池監視装置Ｓの第２層５２を示す平面図である。第２検出線群２１のうち、最も低電位の検出線ｄ６が第２ベタパターン２９に接続される代わりに、それ以外のいずれかの検出線ｄ７〜ｄ１０が第２ベタパターン２９に接続されている。よって、第２ベタパターン２９は、第２電位Ｅ２ではなく、それ以外の検出線ｄ７〜ｄ１０の電位になっている。具体的には、図４では、最も高電位の検出線ｄ１０が第２ベタパターン２９に接続されることにより、第２ベタパターン２９が、最も高電位の検出線ｄ１０の電位になっている。

このように、第２検出線群２１のうちの任意の検出線ｄ７〜ｄ１０に、第２ベタパターン２９を接続することにより、第２ベタパターン２９の電位を、任意の検出線ｄ７〜ｄ１０の電位にすることができる。

［第３実施形態］
図５は、本実施形態の電池監視装置Ｓの第２層５２を示す平面図である。第１検出線群１１のうち最も低電位の検出線ｄ１と、第２検出線群２１のうち最も低電位の検出線ｄ６とが、コンデンサＣを介して接続されている。すなわち、第１電位Ｅ１である検出線ｄ１と、第２電位Ｅ２である検出線ｄ６とが、コンデンサＣを介して接続されている。

本実施形態によれば、次の効果が得られる。コンデンサＣを介して、第１電位Ｅ１及び第２電位Ｅ２の一方に対するノイズが、他方にも伝わることになる。そのため、第１電位Ｅ１における電位の振れと、第２電位Ｅ２における電位の振れとが揃い易くなる。そのため、たとえ第１電位Ｅ１及び第２電位Ｅ２の一方にノイズが発生しても、第１電位Ｅ１と第２電位Ｅ２との電位差（Ｅ２−Ｅ１）が一定に保たれやすくなる。そのため、電位差の変動により生じる弊害を抑えることができる。

［第４実施形態］
図６は、本実施形態の電池監視装置Ｓの第２層５２を示す平面図である。本実施形態では、各検出線群１１，２１の検出線が、例えば、電池監視装置Ｓの筐体等、低圧側回路８０のグランド電位Ｅ０に容量成分により結合している。低圧側回路８０は、前述のとおり、組電池７０よりも端子間電圧が小さい補機電池８７により駆動される回路であり、その低圧側回路８０にマイコン等が設けられている。低圧側回路８０は、組電池７０に接続されている回路からは絶縁されている。

その容量成分による結合は、例えば、図６に示すように、各検出線群１１，２１の検出線ｄ１，ｄ６と低圧側回路８０のグランド電位Ｅ０とが、コンデンサＣにより接続されることにより実施することができる。

また例えば、ベタパターン１９，２９と筐体等とを、それらの間に形成される寄生容量により容量結合させることによっても実施できる。この場合、各検出線群１１，２１が、ベタパターン１９，２９を介して、低圧側回路８０のグランド電位Ｅ０に容量結合することになる。

また例えば、ベタパターン１９，２９と所定の導電体とを、それらの間に形成される寄生容量により容量結合させ、その導電体と筐体等とを、それらの間に形成される寄生容量により容量結合されることによっても実施できる。この場合、各検出線群１１，２１は、ベタパターン１９，２９及び導電体を介して、低圧側回路８０のグランド電位Ｅ０に容量結合することになる。

本実施形態によれば、各検出線群１１，２１のノイズは、直下のベタパターン１９，２９に伝わるのみでなく、低圧側回路８０のグランド電位Ｅ０にも伝わることになる。そのため、各検出線群１１，２１のノイズ低減効果が向上する。

［第５実施形態］
図７は、本実施形態の電池監視装置Ｓの所定層５２を示す平面図である。本実施形態では、第２検出回路２２及び第２Ａ／Ｄ変換器２６がなく、第１検出回路１２に全ての検出線ｄ１〜ｄ１０が接続されている。本実施形態によれば、電池監視装置Ｓの構成をよりシンプルにすることができる。

［他の実施形態］
各実施形態は、次のように変更して実施することもできる。例えば、第２検出線群２１よりも高電位側に第３検出線群や第４検出線群等を設けて、それらの直下に第３ベタパターンや第４ベタパターンを設置してもよい。その場合、第３ベタパターンは、第３線群のいずれかの検出線に接続し、第４ベタパターンは、第４線群のいずれかの検出線に接続するとよい。

また例えば、検出線ｄ１〜ｄ１０の直下にベタパターン１９，２９を設置するのに代えて、検出線ｄ１〜ｄ１０の直上にベタパターン１９，２９を設置してもよい。また例えば、第１ベタパターン１９を、グランドに接続するのに代えて、第１検出線群１１のうちのいずれかの検出線ｄ１〜ｄ５に接続してもよい。

また例えば、第１検出線群１１と第１ベタパターン１９との間又は第２検出線群２１と第２ベタパターン２９との間に、１のみの絶縁層を挟むのに代えて、２つ以上の絶縁層を挟むようにしてもよい。また例えば、第１検出線群１１と第１ベタパターン１９との間又は第２検出線群２１と第２ベタパターン２９との間に、最も厚い絶縁層である第５層５５を挟むようにして実施してもよい。

また例えば、第１検出線群１１及び第１検出回路１２の直下に、第１ベタパターン１９を設置するのに代えて、第１検出線群１１の直下にのみ、第１ベタパターン１９を設置してもよい。また例えば、第２検出線群２１及び第２検出回路２２の直下に、第２ベタパターン２９を設置するのに代えて、第２検出線群２１の直下にのみ、第２ベタパターン２９を設置してもよい。また例えば、第１電位Ｅ１を基準電位とする全ての部分の直下に、すなわち、第１検出線群１１、第１検出回路１２、第１Ａ／Ｄ変換器１６、第２Ａ／Ｄ変換器２６の直下に、第１ベタパターン１９を設置してもよい。

また例えば、第１ベタパターン１９及び第２ベタパターン２９を同一の層に配置するのに代えて異なる層に配置してもよい。さらにその場合において、次のようにしてよい。すなわち、第１ベタパターン１９の一部の直下又は直上に第２ベタパターン２９の一部を配置する。それにより、第１ベタパターン１９と第２ベタパターン２９とを、それらの間に形成される寄生容量により容量結合させる。これによっても、第１電位Ｅ１と第２電位Ｅ２との電圧の振れが揃い易くなり、電位差（Ｅ２−Ｅ１）が一定に保たれやすくなる。

また例えば、第１検出回路１２と第１Ａ／Ｄ変換器１６との間に、第１検出回路１２から入力した電圧検出信号を増幅して第１Ａ／Ｄ変換器１６に出力するオペアンプを設置してもよい。また例えば、第２検出回路２２と第２Ａ／Ｄ変換器２６との間に、第２検出回路２２から入力した電圧検出信号を増幅して第２Ａ／Ｄ変換器２６に出力するオペアンプを設置してもよい。

ｄ１〜ｄ１０…検出線、Ｓ…電池監視装置、１１…第１検出線群、１９…第１ベタパターン、２１…第２検出線群、２９…第２ベタパターン、５０…多層基板、５１〜５９…複数の層、５２…第２層、５４…第４層、７０…組電池、７１〜７８…単位電池。

Claims

直列に接続された複数の単位電池（７１〜７８）を備える組電池（７０）に適用される電池監視装置（Ｓ）であって、
所定の積層方向に積層されている多層基板（５０）と、
前記多層基板を構成する複数の層（５１〜５９）のうちの所定層（５２）に設けられており、前記複数の単位電池の各端子電位を検出する複数の検出線（ｄ１〜ｄ１０）と、
前記複数の検出線を低電位側からグループに分けたそれぞれを検出線群（１１，２１）とする場合、前記多層基板を構成する複数の層のうち前記所定層とは異なる層（５４）において、各前記検出線群に対応して個別に設けられており、前記積層方向から見た平面視で各前記検出線群と重なる位置に形成されている複数のベタパターン（１９，２９）と、を備え、
各前記ベタパターンは、互いに離間して設けられており、
各前記ベタパターンのうち、対応する前記検出線群の電位が高いベタパターンほど、その電位が高くされている電池監視装置。
最も低電位の前記検出線群（１１）以外の前記検出線群（２１）に対応する前記ベタパターン（２９）は、自身に対応する前記検出線群のいずれかの前記検出線に接続されることにより、接続された前記検出線の電位になっている、請求項１記載の電池監視装置。
各前記検出線群に対応して個別に設けられており、自身に対応する前記検出線群が接続されている検出回路（１２，２２）を備え、
各前記検出回路は、自身に接続された前記検出線群のうち最も低電位の前記検出線の電位を基準電位（Ｅ１，Ｅ２）として動作し、
各前記ベタパターンの電位は、自身に対応する前記検出線群が接続されている前記検出回路の基準電位になっている、請求項２に記載の電池監視装置。
前記複数の検出線のうち各前記検出回路の基準電位である検出線（ｄ１，ｄ６）同士が、コンデンサ（Ｃ）を介して接続されている、請求項３に記載の電池監視装置。
各前記検出回路に対応して設けられており、対応する前記検出回路から入力した電圧検出信号を変換して出力する変換回路（１６，２６）を備え、
各前記変換回路は、最も低電位の前記検出線群が接続されている前記検出回路の基準電位を自身の基準電位として動作する、請求項３又は４に記載の電池監視装置。
前記多層基板を構成する複数の層には、電気的絶縁性を有する層であって、厚さが異なる複数の絶縁層（５１，５３，５５，５７，５９）が含まれており、
各前記検出線群とそれに対応する前記ベタパターンとの間には、前記各絶縁層のうち厚さが最も大きい前記絶縁層（５５）以外の絶縁層が１つ介在している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池監視装置。
各前記検出線群が、補機電池（８７）により駆動される回路（８０）のグランド電位（Ｅ０）にコンデンサ（Ｃ）を介して接続されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池監視装置。