JP2006032184A

JP2006032184A - バッテリ状態検知ユニット

Info

Publication number: JP2006032184A
Application number: JP2004211014A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Watanabe; 勇一渡辺; Hisashi Otsuki; 久志大槻
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: JP4494895B2

Abstract

【課題】
バッテリの端子間電圧、放電電流、温度を正確に検出して、バッテリのより正確な状態を検知できるバッテリ状態検知ユニットを提供する。
【解決手段】
バッテリ10の端子間に放電電流を流す放電回路と、バッテリの端子間電圧を検出する電圧検出部と、前記放電電流を検出する電流検出部と、バッテリの温度を検出する温度センサ50と、バッテリの温度に応じて補正されたバッテリの内部インピーダンスを算出する演算部と、これらを収容する筐体16とを備えている。筐体16はバッテリ10に組み付けられるように構成されている。温度センサ50は、筐体16をバッテリ10に組み付けたときに、バッテリの端子22Bに接触するように筐体16に取り付けられている。具体的には、筐体16に、先端がバッテリの端子22Bに接触する凸部52が設けられており、温度センサ50がこの凸部52の中に設置され、樹脂54で封止されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリ（蓄電池）の劣化状態や残留容量などを検知するバッテリ状態検知ユニットに関するものである。

バッテリの劣化状態を検知する手段としては、バッテリの端子間に放電電流を流して、そのときの端子間電圧及び放電電流を検出し、検出した電圧及び電流の値からバッテリの内部インピーダンスを算出し、得られた内部インピーダンスの値からバッテリの状態を判定する方法が一般的である。この場合、バッテリの内部インピーダンスはバッテリの温度の影響を受けるため、バッテリの温度を検出して内部インピーダンスを補正するようにしている（特許文献１、２参照）。

従来のこの種のバッテリ状態検知ユニットは、バッテリから離れた場所に設置されていた。またバッテリの温度検出は温度センサをバッテリのケース側面に貼り付けること等により行われていた。

特開２００１−７６７６２号公報特開２００１−２２８２２６号公報

バッテリの内部インピーダンスは非常に小さく、新品で数ｍΩ程度、ある程度劣化しても数十〜数百ｍΩ程度しかなく、高い測定精度が要求される。しかしバッテリ状態検知ユニットがバッテリから離れた場所に設置されていると、検知ユニットとバッテリ間をつなぐ導体が長くなって、導体抵抗や外部の影響を受けやすくなるため、測定精度を高めることが困難である。また温度センサをバッテリのケース側面に貼り付けて温度を検出する方式では、バッテリの周囲の温度変化の影響を受けやすく、バッテリの温度を正確に測定することが困難である。

本発明の目的は、バッテリの端子間電圧、放電電流、温度をより正確に検出できるバッテリ状態検知ユニットを提供することにある。

本発明は、バッテリの端子間に内部インピーダンス測定用の放電電流を流す放電回路と、前記放電電流を流したときのバッテリの端子間電圧を検出する電圧検出部と、前記放電電流を検出する電流検出部と、バッテリの温度を検出する温度センサと、検出された電圧、電流及び温度の値からバッテリの温度に応じて補正されたバッテリの内部インピーダンスを算出する演算部と、これらを収容する筐体とを備えたバッテリ状態検知ユニットにおいて、
前記筐体はバッテリに組み付けられるように構成されており、
前記温度センサは、前記筐体をバッテリに組み付けたときに、バッテリの端子又はケースに直接又は他の部材を介して間接的に接触するように前記筐体に取り付けられていることを特徴とするものである。

本発明に係るバッテリ状態検知ユニットは、筐体に、先端がバッテリの端子に接触する凸部が設けられ、温度センサがこの凸部の中に設置されている構成とすることが好ましい。

また、前記凸部の中に設置された温度センサは、凸部内に充填された樹脂で封止されていることが好ましい。

また、前記凸部はゴムで形成され、凸部の先端がゴムの弾性反発力でバッテリの端子に押し付けられるようになっていることが好ましい。

また、前記凸部は断熱性の壁で囲まれていることが好ましい。

また、本発明に係るバッテリ状態検知ユニットは、筐体の、バッテリのケースと対向する面に凹部が設けられており、温度センサはこの凹部内にバッテリのケースに直接又は他の部材を介して間接的に接触するように設置されている構成とすることもできる。

また、前記凹部内に設置された温度センサは、凹部に充填された樹脂で封止されていることが好ましい。

また、筐体の内部には、前記凹部を囲むように断熱性の壁が設けられていることが好ましい。

また、本発明に係るバッテリ状態検知ユニットは、放電回路のプラス側接続端子部がバスバーによりバッテリのプラス端子に、放電回路のマイナス側接続端子部がバスバーによりバッテリのマイナス端子に接続されるようになっていることが好ましい。

本発明に係るバッテリ状態検知ユニットは、その筐体がバッテリに組み付けられるように構成されているので、検知ユニットとバッテリ間をつなぐ導体の長さを十分短くでき、放電電流を流したときの電圧降下の影響を少なくして、バッテリの端子間電圧及び放電電流をより正確に検出することができる。また前記筐体をバッテリに組み付けたときに、温度センサがバッテリの端子又はケースに直接又は他の部材を介して間接的に接触するようになっているので、バッテリの温度をより正確に検出することができる。したがってバッテリの内部インピーダンス測定とその温度補正をより正確に行うことができ、バッテリの状態をより正確に検知することができる。

〔実施形態１〕図１〜図３は本発明の一実施形態を示す。図において、１０は自動車等に搭載されたバッテリ、１２は本発明に係るバッテリ状態検知ユニットである。この検知ユニット１２は、プリント回路基板１４を収納した筐体１６を備えている。筐体１６の両側面にはブラケット１８が突設されており、検知ユニット１２は、このブラケット１８をバッテリ１０側のブラケット２０にボルトナット等により固定することにより、バッテリ１０に組み付けられるようになっている。なお、バッテリ側ブラケット２０がバッテリ１０に直接設けることができない場合には、バッテリ１０をケース等に収納し、そのケースにブラケットを設け、図１に示すような取付状態となるようにしてもよい。

また筐体１６の上部からはバッテリ１０のプラス端子２２Ａとマイナス端子２２Ｂに向けて一対のバスバー２４Ａ、２４Ｂが突出している。バスバー２４Ａ、２４Ｂの内端は筐体１６内で、図３に示すように回路基板１４の接続端子部２６Ａ、２６Ｂに接続されている。接続端子部２６Ａ、２６Ｂは厚肉の金属板などからなり、回路基板１４に予め半田付け等により固定されている。バスバー２４Ａ、２４Ｂの外端は、図１に示すように筐体１６をバッテリ１０に組み付けた状態で、ボルトナット２８により端子２２Ａ、２２Ｂの頂部に締め付け接続されている。なお端子２２Ａ、２２Ｂは、この実施形態の場合、図２に示すようにΠ形に折り曲げられた厚肉の金属板で構成されている。また端子２２Ａ、２２Ｂには、発電機や負荷につながる導体も接続されているが図示を省略してある。

回路基板１４には各種電子部品３０が実装され、図３に示すような内部インピーダンス測定回路が構成されている。図３において、３２はトランジスタ等のスイッチング素子３４とシャント抵抗Ｒ₁、Ｒ₂で構成される放電回路、３６はスイッチング素子３４を所定の周波数でオンオフする放電制御部、３８はバッテリのプラス端子２２Ａの電圧（端子間電圧）を検出する電圧検出部、４０は放電回路３２の電流を検出する電流検出部である。４２は、電圧検出部３８で検出した電圧と電流検出部４０で検出した電流とをそれぞれオペアンプ４４、４６を介して入力して、バッテリ１０の内部インピーダンスを計算する演算部である。放電制御部３６及び演算部４２はＣＰＵ４８の機能の一部として構成されている。

このバッテリ状態検知ユニット１２はバッテリ１０に組み付けられるように構成されているため、バスバー２４Ａ、２４Ｂの長さを十分短く（100mm以下に）できる。バッテリの内部インピーダンスを正確に測定するためには、バッテリの端子２２Ａ、２２Ｂから回路基板の接続端子部２６Ａ、２６Ｂまでの抵抗値（接触抵抗を含む）を２ｍΩ以下にすることが好ましい。厚さ２mm、幅25mm程度の銅製のバスバーを使用すれば、上記の抵抗値を２ｍΩ以下にすることが可能である。

放電回路３２は回路基板１４の接続端子部２６Ａ、２６Ｂ間に最短に配置される。これにより回路基板１４上の配線抵抗を極力減少させる。好ましくは接続端子部２６Ａ、２６Ｂ間の間隔を200mm以下とする。

放電回路３２、電圧測定回路（電圧検出部３８及びオペアンプ４４を含む）、電流測定回路（電流検出部４０及びオペアンプ４６を含む）、ＣＰＵ４８、その他の周辺回路の電源とグランドは、前記接続端子部２６Ａ、２６Ｂの一点で接続する。これは次の理由による。内部インピーダンス測定時には放電回路３２に大きな電流を流す。例えば10Ａ流したとすると、導体抵抗が２ｍΩの場合、20ｍＶの電圧降下が発生してしまう。もし、放電回路３２の電流が流れる経路に電圧検出部３８が接続されていたとすると、電圧測定回路はこの電圧降下の影響を受けてしまい、バッテリ１０の応答電圧を正確に測定することができなくなる。マイナス側も同じで、もし、放電回路３２の電流が流れる経路にＣＰＵ４８や電圧測定回路のグランド側が接続されていたとすると、上記の電圧降下の影響を受けてしまい、バッテリ１０の応答電圧を正確に測定することができなくなる。上記のように一点で接続することで、内部インピーダンス測定時の放電電流による電圧降下の影響を排除できる。

ところで、バッテリの内部インピーダンスはバッテリの温度によっても大きく影響されるので、上記のようにして測定した内部インピーダンスは温度による補正が必要である。バッテリの温度を精度よく測定するには、バッテリの内部に温度センサを入れることが望ましい。しかしこの方法は、コストや製造方法を考えると現実的ではない。そこで、この実施形態では、バッテリ１０の端子２２Ｂに温度センサ５０を接触させて端子２２Ｂの温度を測定するようにした。バッテリの端子はバッテリ内部の極板と熱伝導性の良好な導体でつながっているため、端子の温度はバッテリの内部の温度と正確に対応している。したがってバッテリの端子の温度を測定すれば、バッテリ内部の温度を精度よく測定することができる。図４に一例を示す。この例で示すとおり、バッテリ内部の温度とバッテリの端子（マイナス端子）の温度は精度よく一致している。なお、状態検知ユニット内部の温度は、内部の半導体素子などの発熱の影響があるため、環境温度より高い値を示している。

バッテリの端子２２Ｂの温度を測定するため、筐体１６の端子２２Ｂと対向する位置には凸部５２が形成され、この中に温度センサ５０が設置されている。凸部５２は筒状で、筐体１６をバッテリ１０に組み付けたときに、先端が端子２２Ｂに接触するように形成されている。温度センサ５０は、端子２２Ｂに直接接触させてもよいが、図２に示すように、凸部５２内に熱伝導性のよい樹脂５４を充填して、温度センサ５０を樹脂５４で封止し、樹脂５４を介して端子２２Ｂに間接的に接触させてもよい。樹脂５４で封止した方が温度センサ５０の保護が確実であり、伝熱面積も大きくとれる。熱伝導性のよい樹脂５４としては例えばエポキシ樹脂を使用することができる。また温度センサ５０としては、チップ内に温度センサやオペアンプが集積されたＣＭＯＳ温度センサＩＣ（セイコーインスツルメンツ株式会社のS-8110C/8120Cシリーズ等）を使用することができる。また凸部５２の周壁は肉厚を厚くして断熱性をもたせ、温度センサ５０が外界の温度変化の影響を受けないようにすることが好ましい。

温度センサ５０で検出されたバッテリの温度は演算部４２に入力され、算出された内部インピーダンスの温度補正の処理が行われる。この実施形態では、バッテリの温度を高精度で検出できるので、バッテリの内部インピーダンスの正確な温度補正を行うことができる。温度補正後のバッテリの内部インピーダンス（バッテリの状態）は図示しない表示部に表示される。

〔実施形態２〕図５は本発明の他の実施形態を示す。このバッテリ状態検知ユニット１２は、筐体１６の端子２２Ｂと対向する位置に凸部５２を設けて、凸部５２内に温度センサ５０を設置する点では実施形態１と同様であるが、凸部５２が、バッテリの端子２２Ｂに押し付ける方向に伸縮性のあるゴムで形成されている点が実施形態１と異なる。筐体１６をバッテリ１０に組み付ける前の凸部５２の筐体１６表面からの突出寸法Ｐ（図５（Ａ）参照）は、筐体１６をバッテリ１０に組み付けた後の筐体１６と端子２２Ｂの間隔Ｑ（同（Ｂ）参照）よりも大きく設定されている。

このようにすると、筐体１６をバッテリ１０に組み付けたときに、凸部５２が軸線方向に圧縮され、ゴムの弾性反発力で凸部５２の先端面が端子２２Ｂの表面に押し付けられるようになる。このため、凸部５２の先端面と端子２２Ｂの表面との間に空気層ができなくなり、端子２２Ｂから温度センサ５０へ伝熱性がよくなって、端子２２Ｂの温度をより正確に検出することができる。

上記以外の構成は実施形態１と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

〔実施形態３〕図６は本発明のさらに他の実施形態を示す。このバッテリ状態検知ユニット１２は、筐体１６の、バッテリ１０のケース５６と対向する面の面央部に、凹部５８を設け、この凹部５８内に温度センサ５０を設置したものである。温度センサ５０は、バッテリのケース５６に直接接触させてもよいが、図示のように、凹部５８内に熱伝導性のよい樹脂５４を充填して、温度センサ５０を樹脂５４で封止し、樹脂５４を介してバッテリのケース５６に間接的に接触させてもよい。樹脂５４で封止した方が温度センサ５０の保護が確実であり、伝熱面積も大きくとれる。また、筐体１０の内部には前記凹部５８を囲むように肉厚の断熱壁６０が設けられている。これは温度センサ５０が検知ユニット１２内の温度変化の影響を受けないようにするためである。

バッテリ１０に筐体１６を組み付けると、バッテリケース５６の筐体１６と対向する面は、放熱性が低下し、外界の温度変化の影響を受けにくくなるので、この面の温度（特に面央部の温度）はバッテリ１０の内部の温度と比較的よく対応している。したがってバッテリケース５６の筐体１６と対向する面の温度を測定すれば、バッテリ内部の温度を比較的精度よく測定することができる。上記以外の構成は実施形態１と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

〔その他の実施形態〕図７は本発明のさらに他の実施形態を示す。このバッテリ状態検知ユニット１２は、温度センサ５０をバスバー２４Ｂ（又は２４Ａ）に接触させて、バスバー２４Ｂの温度を検出するようにしたものである。バスバー２４Ｂはバッテリの端子２２Ｂに接続されているため、バッテリの端子２２Ｂに近い温度になる。したがってバスバー２４Ｂの温度を測定することによってもバッテリ内部の温度を比較的精度よく測定することができる。上記以外の構成は実施形態１と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

なお温度センサ５０をバスバー２４Ｂに接触させる位置は、図示のように筐体１６の中でもよいし、筐体１６の外でもよい。また温度センサ５０を回路基板１４の接続端子部２６Ｂ（又は２６Ａ）に接触又は近傍に配置して、接続端子部２６Ｂの温度を検出してもよい。

以上の実施形態は、バッテリの端子が金属板製で、温度センサを接触させる平面部を有する場合であるが、バッテリの端子が円柱状である場合には、バッテリ状態検知ユニットをバッテリの上に組み付ける構成として、温度センサをバッテリの端子の上端面に接触させるようにするとよい。

本発明に係るバッテリ状態検知ユニットの一実施形態を、バッテリに組み付けた状態で示す斜視図。図１のバッテリ状態検知ユニットの要部の断面図。図１のバッテリ状態検知ユニットの回路図。図１のバッテリ状態検知ユニットを取り付けた状態での各部の温度測定結果の一例を示すグラフ。本発明に係るバッテリ状態検知ユニットの他の実施形態を示すもので、（Ａ）はバッテリに組み付ける前の状態の断面図、（Ｂ）はバッテリに組み付けた後の状態の断面図。本発明に係るバッテリ状態検知ユニットのさらに他の実施形態を、バッテリに組み付けた状態で示す断面図。本発明に係るバッテリ状態検知ユニットのさらに他の実施形態を、バッテリに組み付けた状態で示す断面図。

符号の説明

１０：バッテリ
１２：バッテリ状態検知ユニット
１４：プリント回路基板
１６：筐体
１８、２０：ブラケット
２２Ａ、２２Ｂ：端子
２４Ａ、２４Ｂ：バスバー
２６Ａ、２６Ｂ：接続端子部
３２：放電回路
３４：スイッチング素子
３６：放電制御部
３８：電圧検出部
４０：電流検出部
４２：演算部
４８：ＣＰＵ
５０：温度センサ
５２：凸部
５４：樹脂
５８：凹部
６０：断熱壁

Claims

バッテリの端子間に内部インピーダンス測定用の放電電流を流す放電回路と、前記放電電流を流したときのバッテリの端子間電圧を検出する電圧検出部と、前記放電電流を検出する電流検出部と、バッテリの温度を検出する温度センサと、検出された電圧、電流及び温度から、バッテリの温度に応じて補正されたバッテリの内部インピーダンスを算出する演算部と、これらを収容する筐体とを備えたバッテリ状態検知ユニットにおいて、
前記筐体はバッテリに組み付けられるように構成されており、
前記温度センサは、前記筐体をバッテリに組み付けたときに、バッテリの端子又はケースに直接又は他の部材を介して間接的に接触するように前記筐体に取り付けられていることを特徴とするバッテリ状態検知ユニット。
筐体には、先端がバッテリの端子に接触する凸部が設けられており、温度センサがこの凸部の中に設置されていることを特徴とする請求項１記載のバッテリ状態検知ユニット。
凸部の中に設置された温度センサが、凸部内に充填された樹脂で封止されていることを特徴とする請求項２記載のバッテリ状態検知ユニット。
凸部がゴムで形成され、凸部の先端がゴムの弾性反発力でバッテリの端子に押し付けられるようになっていることを特徴とする請求項２又は３記載のバッテリ状態検知ユニット。
凸部が断熱性の壁で囲まれていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のバッテリ状態検知ユニット。
筐体には、バッテリのケースと対向する面に凹部が設けられており、温度センサはこの凹部内にバッテリのケースに直接又は他の部材を介して間接的に接触するように設置されていることを特徴とする請求項１記載のバッテリ状態検知ユニット。
凹部内に設置された温度センサが、凹部に充填された樹脂で封止されていることを特徴とする請求項６記載のバッテリ状態検知ユニット。
筐体の内部に前記凹部を囲むように断熱性の壁が設けられていることを特徴とする請求項６又は７記載のバッテリ状態検知ユニット。
放電回路のプラス側接続端子部がバスバーによりバッテリのプラス端子に、放電回路のマイナス側接続端子部がバスバーによりバッテリのマイナス端子に接続されるようになっていることを特徴とする請求項１記載のバッテリ状態検知ユニット。