JP4442660B2 - 車両システム - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載されるバッテリの状態に基づいて車両用発電機の発電状態を制御する車両システムに関する。

従来から、温度センサ、温度検出回路、電流センサ、電流検出回路を有し、これらの検出回路から出力される信号をマイコンで処理してバッテリの劣化の程度を判定するようにした劣化度判定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、温度センサの取り付けについては、感熱素子をバスバーに取り付けたり（例えば、特許文献２参照。）、温度センサをバッテリの筐体に間接的に接触するように配置したり（例えば、特許文献３参照。）する方法が知られている。これらの場合には、センサ信号は、信号線を用いてＥＣＵなどの回路基板に入力される。
特開２００６−１０６０１号公報（第６−１０頁、図１−７） 特開２００１−２７２４２２号公報（第２−４頁、図１−５） 特開２００６−３２１８４号公報（第４−７頁、図１−７）

ところで、一般にマイコンを搭載した機器は、回路作動用の電源回路や外部との通信を実施するための通信回路などを、回路基板にパターンニングされた配線に半田付けなどで実装している。しかるに、上述した従来技術では、センサと回路基板との間を信号線で接続するため、以下に示すような問題があった。

車両においては、点火機器の作動に伴う誘導ノイズが発生するが、それら電気的ノイズがセンサ信号線に侵入することで、センサ信号が正しく読み取れなかったり、車両走行時にエンジンや路面から受ける振動により信号線にストレスがかかって断線する心配があった。また、温度センサは、回路基板と離れて配置されるので、車両への組み付け工数がかかり、コストが高いものになっていた。また、車両内には多くの信号線が配設されるため、信号線を誤配線するおそれがあり、誤配線が生じるとシステムの信頼性を低下させる恐れがあった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ノイズの侵入による誤動作や振動、誤配線による信頼性低下を防止するとともに、組み付け工数の低減によるコスト低減が可能な車両システムを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両システムは、車両に搭載されたバッテリと、このバッテリを充電する車両用発電機と、バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出装置と、バッテリ状態検出装置によって検出されたバッテリ状態に基づいて車両用発電機の発電状態を制御する車両用発電制御装置とを備えている。バッテリ状態検出装置は、バッテリの状態を演算処理する演算回路と、演算回路に電力を供給する電源回路と、温度検出素子を用いてバッテリの温度を検出する検出回路とを備え、演算回路、電源回路、検出回路が温度検出素子とともに同一の回路基板に実装され、バッテリの負極ターミナルに接続されるバスバーと温度検出素子とが熱的に連結され、バスバーは、バッテリの電流を検出するために用いられるシャント抵抗を兼ねており、シャント抵抗による電位差を検出する２本のポールの近傍に温度検出素子が配置されている。バッテリの負極ターミナルと接続するバスバーに温度検出素子を熱的に連結する構成としつつ、回路基板から外にセンサと接続する信号線をなくすことができるので、信号線を介したノイズの侵入による誤動作や、車両振動による信頼性低下を防止することができる。また、回路基板と温度検
出素子の接続を、演算回路や電源回路と同様の工程で行うことができるため、車両への組み立て工数を大幅に削減してコスト低減を図ることができる。さらに、信号線が外に出ないので、他の機器との誤配線を回避することができ、信頼性をさらに高めることができる。

また、上述したバスバーと回路基板のそれぞれは、少なくとも２層の各層に平面配置され、回路基板に実装された温度検出素子は、バスバーと対向する面に配置されていることが望ましい。温度検出素子がバスバーと近接する面に配置されるので、バスバーの温度との連結性を高めることができる。また、バスバーは、バッテリの負極ターミナルと接続されているので、バッテリ内部の電極とも極低抵抗で接続されるため、熱抵抗も低く設定することができ、バッテリ内部との温度関連性も良好となる。

また、シャント抵抗は良好な電気伝導特性を有しており、必然的に熱伝導性にも優れる。したがって、温度検出素子をポール近くに配置することで、バスバーの温度との連結性をさらに高めることができる。

また、上述した２本のポールのうち、一方のポールは回路基板のグランド端子に接続されており、他方のポールの近傍に温度検出素子が配置されていることが望ましい。回路基板内の回路作動に伴う消費電流が流れるポールとは別のポール近傍に温度検出素子が配置されるため、回路の消費電流による影響を受けにくく、熱的な連結性を高めることができる。

また、上述した回路基板は、面積が大の基準電位面となるグランドパターンを有し、
温度検出素子をグランドパターンと離れた位置に配置することが望ましい。内部回路の基準電位面となる面積が比較的大きなグランドパターンを形成することで、回路基板の消費電流による発熱を下げつつ、かつ温度検出素子は離れた部位に配置するため、さらに影響を受けにくくすることができ、熱的な連結性を高めることができる。

また、上述した回路基板は、電圧を検出するポールと同電位となる面積が大のセンシングパターンを有し、温度検出素子をセンシングパターンの面上に配置することが望ましい。電圧を検出するポール電位となる比較的大きなセンシングパターン面上に温度検出素子が配置されるため、バスバーとの熱的な連結性をさらに高めることができる。

また、上述したバッテリ状態検出装置は、バッテリの状態に基づくバッテリ状態パラメータ、あるいは、バッテリの状態に基づき演算された車両用発電機の制御パラメータを送信するシリアル通信回路を備え、シリアル通信回路をグランドパターンの面上に配置することが望ましい。これにより、通信回路作動時のドライブ電流による熱的な影響を低減することにより温度検出素子のバスバーとの熱的な連結性を高め、かつ、通信回路から誘導されるノイズの重畳を防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両システムについて、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両システムの全体構成を示す図である。図１に示す車両システムは、ＥＣＵ１、エンジン２、車両用発電機（ＡＬＴ）３、バッテリ（ＢＡＴＴ）５、バッテリ状態検出装置（Ｓ）６を含んで構成されている。

ＥＣＵ１は、車両に搭載されたエンジン２の出力を制御する外部制御装置としての電子制御装置である。車両用発電機３は、ベルトを介してエンジン２によって回転駆動されて発電を行い、バッテリ５に対する充電電力や各種の電気負荷（図示せず）に対する動作電力を供給する。この車両用発電機３には、励磁電流を調整することにより出力電圧を制御する車両用発電制御装置４が内蔵されている。バッテリ状態検出装置６は、バッテリ５の近傍に配置されており、バッテリ５の状態検出（例えば、充放電電流の検出や温度の検出等）を行う。

図２は、バッテリ状態検出装置６の詳細構成を示す図である。本図は本発明のポイントであるバッテリ状態検出装置６の主要回路を構成する部位を図示しており、バッテリ状態検出装置６に付帯するバッテリ５への搭載構成、主要回路を保護する筐体などの構成は省略されている。図２に示すように、バッテリ状態検出装置６は、シャント抵抗５０、増幅器５２、６０、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）５４、６２、８２、抵抗５６、５８、マイコン（マイクロコンピュータ）６４、ドライバ７０、通信コントローラ７２、発電状態信号格納部７４、発電制御信号格納部７６、温度検出部８０、電源回路８４、コンデンサ８６、８８を含んで構成されている。

シャント抵抗５０は、バッテリ５の充放電電流検出用の抵抗であり、一方端がバッテリ５の負極ターミナルに接続され、他方端が接地されている。増幅器５２は、例えば差動増幅器であって、シャント抵抗５０の両端電圧を増幅する。この増幅された電圧は、アナログ−デジタル変換器５４によってデジタルデータに変換されてマイコン６４に入力される。

抵抗５６、５８は、バッテリ５の端子電圧（バッテリ電圧）検出用の分圧回路を構成しており、この分圧回路の一方端がバッテリ５の正極ターミナルに接続され、他方端が接地されている。増幅器６０は、例えば演算増幅器であって、抵抗５６、５８からなる分圧回路の出力側に接続されたバッファとして機能する。増幅器６０の出力電圧（図２に示す構成では抵抗５６、５８の接続点に現れる分圧電圧に等しい）は、アナログ−デジタル変換器６２によってデジタルデータに変換されてマイコン６４に入力される。

温度検出部８０は、バッテリ５の温度を検出する。例えば、温度検出素子８０Ａを用いて温度検出が行われ、検出温度に対応する電圧が出力される。この出力電圧は、アナログ−デジタル変換器８２によってデジタルデータに変換されてマイコン６４に入力される。マイコン６４は、アナログ−デジタル変換器５４、６２、８２等から入力されるデータに基づいてバッテリ５の状態（例えば充電状態）を演算処理する。電源回路８４は、マイコン６４やその他の回路の動作に必要な電力を供給する
ドライバ７０、通信コントローラ７２は、通信線を介して車両用発電制御装置４との間で信号の送受信を行うためのものである。車両用発電制御装置４から通信線を介して送られてきたデジタル変調信号（発電状態送信信号）をドライバ７０によって受信すると、通信コントローラ７２によって復調処理が行われ、得られた発電状態信号が発電状態信号格納部７４に格納される。また、マイコン６４から出力される発電制御信号が発電制御信号格納部７６に格納されると、通信コントローラ７２は、この発電制御信号をデジタル通信用の所定のフォーマットに変換して変調処理を行う。変調された信号（デジタル変調信号）は、ドライバ７０から通信線を介して車両用発電制御装置４に向けて送信される。

上述したマイコン６４が演算回路に、温度検出部８０、アナログ−デジタル変換器８２が検出回路に、ドライバ７０、通信コントローラ７２がシリアル通信回路にそれぞれ対応する。

図３は、バッテリ状態検出装置６の内部構成を示す斜視図である。また、図４はバッテリ状態検出装置６の内部構成を示す側面図である。図３および図４に示すように、バッテリ状態検出装置６は回路基板１００を備えている。この回路基板１００の上面には、マイコン６４、通信ＩＣ７２Ａ、電源ＩＣ８４Ａが、下面には温度検出素子８０Ａがそれぞれ実装されている。通信ＩＣ７２Ａには通信コントローラ７２とドライバ７０が含まれる。電源ＩＣ８４Ａには電源回路８４が含まれる。なお、図２に示したバッテリ状態検出装置６の他の構成部品（温度検出部８０等）の回路基板１００に実装されているが、図３および図４では図示が省略されている。

また、回路基板１００は、バッテリ５の負極ターミナルに接続されるバスバー１１０と対向配置されている。すなわち、回路基板１００とバスバー１１０は２層の各層に平面配置され、温度検出素子８０Ａは、バスバー１１０と対向する面である回路基板１００の下面に実装されている。

また、バスバー１１０はシャント抵抗５０を兼ねており、このシャント抵抗５０の電位差を検出するための２本のポール１０６、１０８が所定間隔でバスバー１１０に備わっている。一方のポール１０６はグランド端子（ＧＮＤ）に接続されており、他方のポール１０８の近傍に温度検出素子８０Ａが配置されている。

また、回路基板１００は、面積が大であってバッテリ状態検出装置６の内部回路の基準電位面となるグランドパターン１０２と、他方のポール１０８と同電位となる面積が大のセンシングパターン１０４とを有する。温度検出素子８０Ａは、センシングパターン１０４の面上であって、グランドパターン１０２とは離れた位置に配置されている。また、このグランドパターン１０２の面上（反対側）には、少なくとも通信ＩＣ７２Ａが配置されている。

このように、本実施形態の車両システムに含まれるバッテリ状態検出装置６では、バッテリ５の負極ターミナルと接続するバスバー１１０に温度検出素子８０Ａを熱的に連結する構成としつつ、回路基板１００から外にセンサと接続する信号線をなくすことができるので、信号線を介したノイズの侵入による誤動作や、車両振動による信頼性低下を防止することができる。また、回路基板１００と温度検出素子８０Ａの接続を、マイコン６４や電源ＩＣ８４Ａと同様の工程で行うことができるため、車両への組み立て工数を大幅に削減してコスト低減を図ることができる。さらに、信号線が外に出ないので、他の機器との誤配線を回避することができ、信頼性をさらに高めることができる。

また、バスバー１１０と回路基板１００のそれぞれは、２層（３層以上であってもよい）の各層に平面配置され、回路基板１００に実装された温度検出素子８０Ａをバスバー１１０と対向する面に配置することにより、温度検出素子８０Ａの温度とバスバー１１０の温度との連結性を高めることができる。また、バスバー１１０は、バッテリ５の負極ターミナルと接続されているので、バッテリ５内部の電極とも極低抵抗で接続されるため、熱抵抗も低く設定することができ、バッテリ５内部との温度関連性も良好となる。

また、バスバー１１０は、バッテリ５の電流を検出するために用いられるシャント抵抗５０を兼ねており、シャント抵抗５０による電位差を検出するポール１０８の近傍に温度検出素子８０Ａが配置されている。シャント抵抗５０は良好な電気伝導特性を有しており、必然的に熱伝導性にも優れる。したがって、温度検出素子８０Ａをポール１０８近くに配置することで、バスバー１１０の温度との連結性をさらに高めることができる。

また、２本のポール１０６、１０８のうち、一方のポール１０６は回路基板のグランド端子に接続されており、他方のポール１０８の近傍に温度検出素子８０Ａを配置しており、回路基板１００内の回路作動に伴う消費電流が流れるポール１０６とは別のポール１０８近傍に温度検出素子８０Ａを配置することにより、温度検出素子８０Ａは、回路の消費電流による影響を受けにくく、熱的な連結性を高めることができる。

また、回路基板１００は、面積が大の基準電位面となるグランドパターン１０２を有しており、温度検出素子８０Ａをグランドパターン１０２と離れた位置に配置している。内部回路の基準電位面となる面積が比較的大きなグランドパターン１０２を形成することで、回路基板１００の消費電流による発熱を下げつつ、かつ温度検出素子８０Ａは離れた部位に配置するため、さらに影響を受けにくくすることができ、熱的な連結性を高めることができる。

また、回路基板１００は、電圧を検出するポール１０８と同電位となる面積が大のセンシングパターン１０４を有しており、温度検出素子８０Ａをセンシングパターン１０４の面上に配置している。電圧を検出するポール電位となる比較的大きなセンシングパターン１０４の面上に温度検出素子８０Ａが配置されるため、バスバー１１０との熱的な連結性をさらに高めることができる。

また、通信ＩＣ７２Ａをグランドパターン１０２の面上に配置することにより、通信回路作動時のドライブ電流による熱的な影響を低減して温度検出素子８０Ａのバスバー１１０との熱的な連結性を高め、かつ、通信ＩＣ７２Ａ内部のシリアル通信回路から誘導されるノイズの重畳を防止することができる。

一実施形態の車両システムの全体構成を示す図である。 バッテリ状態検出装置の詳細構成を示す図である。 バッテリ状態検出装置の内部構成を示す斜視図である。 バッテリ状態検出装置の内部構成を示す側面図である。

符号の説明

１ ＥＣＵ
２ エンジン
３ 車両用発電機（ＡＬＴ）
４ 車両用発電制御装置
５ バッテリ（ＢＡＴＴ）
６ バッテリ状態検出装置（Ｓ）
６４ マイコン（マイクロコンピュータ）
７０ ドライバ
７２ 通信コントローラ
７２Ａ 通信ＩＣ
８０ 温度検出部
８０Ａ 温度検出素子
８４ 電源回路
８４Ａ 電源ＩＣ
１００ 回路基板
１０２ グランドパターン
１０４ センシングパターン
１０６、１０８ ポール
１１０ バスバー

Claims (6)

1. 車両に搭載されたバッテリと、このバッテリを充電する車両用発電機と、前記バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出装置と、前記バッテリ状態検出装置によって検出されたバッテリ状態に基づいて前記車両用発電機の発電状態を制御する車両用発電制御装置とを備える車両システムにおいて、
   前記バッテリ状態検出装置は、
   前記バッテリの状態を演算処理する演算回路と、
   前記演算回路に電力を供給する電源回路と、
   温度検出素子を用いて前記バッテリの温度を検出する検出回路と、
   を備え、前記演算回路、前記電源回路、前記検出回路が前記温度検出素子とともに同一の回路基板に実装され、前記バッテリの負極ターミナルに接続されるバスバーと前記温度検出素子とが熱的に連結され、
   前記バスバーは、前記バッテリの電流を検出するために用いられるシャント抵抗を兼ねており、
   前記シャント抵抗による電位差を検出する２本のポールの近傍に前記温度検出素子が配置されていることを特徴とする車両システム。
2. 請求項１において、
   前記バスバーと前記回路基板のそれぞれは、少なくとも２層の各層に平面配置され、
   前記回路基板に実装された前記温度検出素子は、前記バスバーと対向する面に配置されていることを特徴とする車両システム。
3. 請求項１において、
   前記２本のポールのうち、一方のポールは前記回路基板のグランド端子に接続されており、他方のポールの近傍に前記温度検出素子が配置されていることを特徴とする車両システム。
4. 請求項３において、
   前記回路基板は、面積が大の基準電位面となるグランドパターンを有し、
   前記温度検出素子を前記グランドパターンと離れた位置に配置することを特徴とする車両システム。
5. 請求項４において、
   前記回路基板は、電圧を検出する前記ポールと同電位となる面積が大のセンシングパターンを有し、
   前記温度検出素子を前記センシングパターンの面上に配置することを特徴とする車両システム。
6. 請求項４において、
   前記バッテリ状態検出装置は、前記バッテリの状態に基づくバッテリ状態パラメータ、あるいは、前記バッテリの状態に基づき演算された前記車両用発電機の制御パラメータを送信するシリアル通信回路を備え、
   前記シリアル通信回路を前記グランドパターンの面上に配置することを特徴とする車両システム。

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