(57)【要約】      （修正有）【課題】バッテリーの供給電流を検出する電流検出装置をコンパクトに、且つ電解液の影響を受けないように取り付けたバッテリーを提供する。【解決手段】環状に形成した磁性材料製コアの一部に間隙を設けてコア内磁束の大きさを検出する磁束検出素子Ｈ１を配置し、磁束検出素子の出力信号により環内側を貫く電流経路を流れる被検出電流の大きさを検出する電流検出装置３５を熱可塑性の多層基板を用いて形成する。形成した電流検出装置を、バッテリー５０から電流を取り出す極柱３１がコアの環内側を貫くようにしてバッテリーの上蓋内３６に埋め込んで形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状に形成した磁性材料製のコア（２）の一部に間隙を設けてコア内磁束の大きさを検出する磁束検出素子（Ｈ１）を配置し、該磁束検出素子の検出信号により前記環内側を貫く電流経路を流れる被検出電流の大きさを検出する電流検出回路（１）を多層基板（２１〜２６）を用いて形成した電流検出装置（３５）を、バッテリーから電流を取り出す極柱（３１）が前記コアの環内側を貫くようにしてバッテリーの上蓋内に埋め込み形成したことを特徴とする電流検出装置付きバッテリー。
【請求項２】
前記電流検出装置（３５）の前記多層基板（２１〜２６）は、前記電流検出回路（１）を構成する回路部品（２８、２９）及びそれらを接続する配線部分が多層基板の表面及び裏面に現われないように最上層基板（２６）と最下層基板（２１）との間に内包して形成し、且つ側面部も各層基板を熱融着させることによって前記回路部品と配線部分とを密封した状態に形成し、電源供給と出力信号取り出し用のリード線（２７）のみを基板間から外部に引き出す構成としたことを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置付きバッテリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給電流を計測するための電流検出装置を備えたバッテリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両等に搭載されるバッテリーでは、バッテリーから車両電装品に供給される電流値を計測するための電流検出装置が取り付けられている。バッテリーから供給される電流は直流電流で、その電流値は車両搭載用バッテリーではかなり大きな値となる。このため、電流測定には磁束検出素子を用いた電流検出装置が用いられることが多い。
【０００３】
磁束検出素子を使用した電流検出の代表的方式には、磁気平衡方式と磁気比例方式とがある。バッテリーからの電流供給配線に電流が流れると配線周りに磁界が発生する。配線の周りに透磁率の大きいコアを設置すると、コア内部には被検出電流の大きさに比例した磁束が発生する。コアの一部に間隙を形成して磁束検出素子を配置し、磁束の大きさを測定するとその出力信号の大きさから被検出電流の大きさを求めることができる。これが磁気比例方式と呼ばれる電流検出方式である。磁気平衡方式では、コアの周囲に更に励磁巻線を設ける。そして、励磁巻線に流す電流の向きと大きさを調整し磁束検出素子の出力がゼロとなるようにする。出力がゼロとなった時の励磁巻線の電流は被検出電流に比例した値となるのでその値から被検出電流の値と向きを求めることができる。
【０００４】
このような電流検出装置は、従来はバッテリーからの電流供給線の途中に配置したり、バッテリーの出力端子を利用して取り付けたりする構造が採用されていた（例えば、特許文献１参照）。しかし、このような配置方式では、自動車の車台構造が変る度に電流検出装置のレイアウト設計に工数が必要となる。また、車台ごとに電流検出装置の装着方法が異なるため装着に多くの工数がかかるという問題があった。
【０００５】
こうした問題を解決する方法としては、例えば電流検出装置をバッテリー上蓋の内側又は外側に密着させて取り付ける方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、バッテリー内部の空隙は狭いため取り付けは必ずしも容易ではない。また、内部に取り付ける場合には腐食性の強い電解液に触れるために電流検出装置の腐食防止法が問題となる。バッテリーの外部に取り付ける方式も、取り付けスペースや環境の点から必ずしも容易とは言えない。
【特許文献１】特開２００１−２７２４２２号公報
【特許文献２】実開平６−５０２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、バッテリーからの供給電流を検出する電流検出装置をコンパクトに、且つ電解液の影響を受けないように取り付けた電流検出装置付きバッテリーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、環状に形成した磁性材料製のコア（２）の一部に間隙を設けてコア内磁束の大きさを検出する磁束検出素子（Ｈ１）を配置し、該磁束検出素子の検出信号により前記環内側を貫く電流経路を流れる被検出電流の大きさを検出する電流検出回路（１）を多層基板（２１〜２６）を用いて形成した電流検出装置（３５）を、バッテリーから電流を取り出す極柱（３１）が前記コアの環内側を貫くようにしてバッテリーの上蓋内に埋め込み形成したことを特徴とする電流検出装置付きバッテリーである。
【０００８】
このような構成のバッテリーによれば、電流検出装置が上蓋を構成する耐腐食性の樹脂内に埋め込まれているため、腐食性の強い電解液に触れることが防止される効果を奏する。また、電流検出装置をバッテリーの外部に取り付けないため、バッテリーと電流検出装置とを含めた全体構成をコンパクトに形成できる効果も奏する。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電流検出装置付きバッテリーにおいて、前記電流検出装置（３５）の前記多層基板（２１〜２６）は、前記電流検出回路（１）を構成する回路部品（２８、２９）及びそれらを接続する配線部分が多層基板の表面及び裏面に現われないように最上層基板（２６）と最下層基板（２１）との間に内包して形成し、且つ側面部も各層基板を熱融着させることによって前記回路部品と配線部分とを密封した状態に形成し、電源供給と出力信号取り出し用のリード線（２７）のみを基板間から外部に引き出す構成としたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成のバッテリーによれば、電流検出回路を構成する回路部品及びそれらを接続する配線部分は多層基板を構成する樹脂内に埋め込まれ、その多層基板が更に上蓋を構成する樹脂内に埋め込まれて形成されるため、腐食性の強い電解液に接触する恐れがなくなる。従って、回路部品及び配線部分の腐食に対する保護が一層、確実になる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。図２はバッテリーの電流検出に使用される電流検出回路の一例を示したものである。本実施形態の電流検出回路１は、コア２、励磁コイルＬ１、磁束検出素子としてのホール素子Ｈ１、定電流源ＣＳ１、演算増幅器ＯＰ１、ＯＰ２、ＮＰＮトランジスタＴＲ１、抵抗Ｒ１により構成される。
コア２は、透磁率の高い材料を使用して環状に形成され、直流の被検出電流を流す導体３はその環内側を貫く形で配置される。環状コア２の一部には間隙が設けられており、ホール素子Ｈ１はその間隙に取り付けられている。導体３に被検出電流が流れるとコア２内に被検出電流に比例した磁束が発生し、発生した磁束はホール素子Ｈ１を貫く。ホール素子Ｈ１には、定電流源ＣＳ１により磁束と直角の方向に直流定電流が流されている。ホール素子Ｈ１には、この電流と磁束の双方に直角な両側面間に被検出電流に比例した起電力が発生する。発生した起電力は演算増幅器ＯＰ１の反転／非反転入力端子に入力される。演算増幅器ＯＰ１は、入力された起電力を増幅して出力に接続したトランジスタＴＲ１にベース電流を供給する。
【００１２】
トランジスタＴＲ１のエミッタと接地電位ＧＮＤ間には抵抗Ｒ１が接続されている。また、コレクタと外部から供給される直流電圧Ｖｐとの間には励磁コイルＬ１が負荷として接続されている。励磁コイルＬ１はコア２の周りに巻装されておりその巻線方向は、励磁コイルＬ１の発生する磁束が被検出電流によりコア２内に発生する磁束を打ち消すように調整されている。演算増幅器ＯＰ１の電圧増幅率は十分に高くしてあるため、このような回路構成によりホール素子Ｈ１の発生する起電力がゼロとなるような電流が励磁コイルＬ１に流れる。その励磁コイルを流れる電流は抵抗Ｒ１によって電圧に変換され、演算増幅器ＯＰ２による電圧バッファ回路でバッファされ出力電圧Ｖoutとして取り出される。この出力電圧Ｖoutは導体３を流れる被検出電流に比例しているので、その値から被検出電流の値を求めることができる。なお、電流検出回路１には外部より直流電圧Ｖｐと接地電位ＧＮＤが与えられている。
【００１３】
この電流検出回路１は「背景技術」の項で説明した磁気平衡方式と呼ばれる検出回路であるが、本発明に採用できる電流検出回路はこの方式に限られるものではなく、磁気比例方式、その他の方式の電流検出回路でもよい。また、磁束検出素子として磁気抵抗素子を使用した回路方式でもよい。
本発明の電流検出装置付きバッテリーは、図２に例示したような電流検出回路１を熱可塑性樹脂を絶縁基材とする多層基板を用いて形成し、形成した基板をバッテリーの上蓋内に埋め込み形成したことに特徴がある。従って、次に電流検出回路１を多層基板を用いて形成する方法について説明する。
【００１４】
最初に、熱可塑性樹脂を絶縁基材とする多層基板の一般的構成およびその製造方法を図５、図６を参照して説明しておく。初めに絶縁基材である熱可塑性樹脂フィルム（熱可塑性基材）１０の表面に導体箔１２を貼り付けた片面導体フィルム１３を準備する（図５（ａ）参照）。導体箔１２としては、通常、厚さ９〜３５μｍの銅箔が使用される。熱可塑性樹脂フィルム１０としては、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂６５〜３５重量％とポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂３５〜６５重量％を含む厚さ２５〜７５μｍのフィルムを用いる。
【００１５】
この熱可塑性樹脂は結晶転移型で図６に示すような温度−弾性率曲線を呈し、常温では非晶質であるが、約２００℃に加熱した状態で加圧すると軟質に変化する。その後、加圧を止めて温度を上げると硬質となり（更に高い温度（約４００℃）では溶解する。）、その状態から温度を下げると、樹脂は結晶化して２００℃付近および常温でも硬質を保つ性状を呈する。熱可塑性樹脂としては、上記樹脂以外にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂もしくはポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂を単独で使用することも可能である。
【００１６】
このような片面導体フィルム１３の表面の導体箔1２をエッチングして導体パターン1４を形成した後、裏面に保護フィルム１５を貼り付ける（図５（ｂ）参照）。保護フィルム１５としては、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂フィルムを使用する。
次に、貼り付けた保護フィルム１５側から炭酸ガスレーザを照射して、導体パターン１４を底面とする有底ビアホール１６を形成する（図５（ｃ）参照）。ビアホール１６の形成は、表面の導体パターン１４に孔を開けないように、炭酸ガスレーザの出力と照射時間を調整して行なう。
【００１７】
形成したビアホール１６内には、積層するプリント配線基板間の相互接続を確保するための導電性ペースト１７を充填する（図５（ｄ）参照）。導電性ペースト１７は、銅、銀、スズ等の金属粒子にバインダ樹脂や有機溶剤を加えて混練したものである。導電性ペースト１７の充填はメタルマスクを用いたスクリーン印刷機により、片面導体フィルム１３の導体パターン１４側を下にしてビアホール１６内に印刷充填する。導電性ペースト１７の充填後、保護フィルム１５を剥離する（図５（ｅ）参照）。以上の工程により、１層分のプリント配線基板１８が形成される。
【００１８】
次に、このようにして形成した１層分のプリント配線基板１８を、図５（ｆ）に示すように複数枚積層する。この場合、積層した後の多層基板の最上層表面、最下層裏面に導体パターン１４が現われるように、下層のプリント配線基板１８は、上層のプリント配線基板１８とは表裏を反対にして積層する。更に、最下層表側と最上層裏側には、次工程での加圧の際に導体パターン１４を保護するためのカバーフィルム１９を重ねる。カバーフィルム１９の材料としては、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を使用する。カバーフィルム層の弾性率は１〜１０００Ｍpaが望ましい。それ以上では、次工程での熱融着が難しくなるからである。
【００１９】
積層後、それら基板全体を２００〜３５０℃に加熱し、その状態で真空プレス機により０．１〜１０Ｍpaの圧力で加圧を行なう。使用されている熱可塑性樹脂は、図６に示すような弾性率変化を呈するので、この加熱下の加圧により熱可塑性樹脂である絶縁基材同士が相互に熱融着して一体化する。熱融着後、加圧を停止して温度を常温に戻すと、熱可塑性樹脂は結晶化するとともに硬化する。硬化後、カバーフィルム１９を取り除くと図５（ｇ）に示すような多層プリント配線基板２０が完成する。
【００２０】
完成した多層プリント配線基板２０では、各層の導体パターン１４は、ビアホール１６に充填されていた導電性ペースト１７により電気的に相互接続されている。従って、ビアホール１６の形成位置、導体パターン１４のパターニングを工夫することにより、希望する配線構造を有する多層プリント配線基板２０を製造することができる。
なお、プリント配線基板１８を図５（ｆ）に示すように複数枚積層する際に、基板間に電子部品を配置しておくと電子部品を基板間に内蔵した多層プリント配線基板２０を製造することができる。そのように電子部品を内蔵させた多層プリント配線基板２０では、電子部品が外気に曝されることがないため防湿性、耐腐食性に優れた特性を呈する。
【００２１】
次に、上述したような熱可塑性樹脂を絶縁基材とする多層基板を用いて図２に例示した電流検出回路１を形成する方法を図３、図４を参照して説明する。図３は、最下層基板２１から最上層基板２６までの６層の多層基板として形成する場合の各層基板を示したものである。最下層基板２６は、表裏に導体パターンを持たずビアホールも持たない熱可塑性樹脂フィルム（熱可塑性基材）のみの層である。下から２層目の基板２２は、上面に導体パターン１４が形成されているが表裏を貫くビアホールは設けられていない基板である。導体パターン１４の一部には、電源供給、出力信号取り出しのためのリード線２７が仮付けしてある。
【００２２】
３層目の基板２３は、上面に導体パターン１４が形成され、更に導電性ペースト１７を充填したビアホールが表裏を貫いて複数設けられている。４層目の基板２４は、熱可塑性樹脂フィルムのみの基板であるが、電流検出回路１を構成する電子部品を収納する部分が切除されている。
電流検出回路１を構成する回路素子の内、演算増幅器ＯＰ１、ＯＰ２、定電流源ＣＳ１、抵抗Ｒ１は１個のＩＣチップ２８として集積化する。また、コア２、ホール素子Ｈ１、励磁コイルＬ１は磁束検出コイル２９として一体化して形成する。そして、形成されたＩＣチップ２８と磁束検出コイル２９とを、第４層基板２４の切り取られた部分に配置する。ＩＣチップ２８と磁束検出コイル２９の下面には配線用のハンダを盛った端子部を設けておき、後工程で第３層基板２３の上面の導体パターン１４にハンダ付けされることにより導体パターン１４及びビアホールに充填された導電性ペースト１７によって必要な配線がされるように考慮しておく。
【００２３】
第５層基板２５、第６層基板２６は、熱可塑性樹脂フィルムのみの基板である。更に、第１〜第３層基板２１、２２、２３及び第５層基板２５、第６層基板２６は、バッテリーからの電流取り出し用の極柱３１を通すための穴部分を切除しておく。磁束検出コイル２９は、その内側の中心部分に極柱３１が位置するように配置する。磁束検出コイル２９の内径は、極柱３１の外形よりも少し大きめに形成しておく。
【００２４】
このように形成した６層の基板及び磁束検出コイル２９とＩＣチップ２８とを、図３に示すように極柱３１を通した状態で積層する。なお、極柱３１としては、実際の極柱の代わりに模擬的な極柱を使用してもよい。そして、図５の（ｆ）の場合と同様に、第１層基板２１の下面と第６層基板２６の上面にカバーフィルム１９を重ねて全体を２００〜２５０℃に加熱し、その状態で真空プレス機を用いて加圧する。すると、熱可塑性樹脂である絶縁基材同士が相互に熱融着して一体化する。熱融着後、加圧を停止して温度を常温に戻すと、熱可塑性樹脂は結晶化するとともに硬化する。硬化後、カバーフィルム１９と極柱３１を取り除くと図４に示すような多層プリント配線基板で形成された電流検出装置３５が完成する。
【００２５】
磁束検出コイル２９の内径が極柱３１の外形より大きくしてあったため、磁束検出コイル２９の内側部分にも絶縁基材３４が入り込み、磁束検出コイル２９とＩＣチップ２８は熱可塑性樹脂である絶縁基材３４の中に完全に埋め込まれた状態となる。磁束検出コイル２９とＩＣチップ２８、それらとリード線２７との電気的接続は、加熱した際に導電性ペースト１７や磁束検出コイル２９とＩＣチップ２８の端子部のハンダが溶けることにより完全なものとされる。また、電流検出装置３５の中心部には、磁束検出コイル２９の環内側を貫いて極柱３１を通すための貫通穴３２が形成されている。
【００２６】
本発明では、このように形成した電流検出装置３５を、図１に示すようにバッテリーの上蓋３６内に埋め込んだ状態で上蓋３６と一体に形成する。図１は埋め込んだ状態の極柱３１部分の縦断面図である。電流検出装置３５の貫通穴３２を通しては、電槽内の電極３８につながる極柱３１を上下方向に貫通させる。極柱３１の上部は外部端子４０につながる。極柱３１と外部端子４０とは溶着で一体化されている。外部端子４０には雄ねじが切られており、これに外部配線を締めつけ取り付けするためのナット４１が取り付けられている。電流検出装置３５からのリード線２７は、上蓋３６を通って外部に引き出されている。
【００２７】
このように本発明の電流検出装置付きバッテリー５０によれば、供給電流を検出する電流検出装置３５がバッテリー上蓋３６を構成する耐腐食性の樹脂内に埋め込まれているため、腐食性の強い電解液３９に触れることが防止される効果を奏する。また、電流検出装置３５をバッテリーの外部に取り付けないため、バッテリーと電流検出装置３５とを含めた全体構成をコンパクトに形成できる効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】電流検出装置をバッテリー上蓋に埋め込んだ状態の縦断面図である。
【図２】電流検出回路の構成例である。
【図３】本発明に係る電流検出回路を多層基板を用いて形成する方法を説明する図である。
【図４】多層基板を用いて形成した電流検出回路の断面図である。
【図５】熱可塑性樹脂を絶縁基材とする多層基板の形成法を説明する図である。
【図６】熱可塑性樹脂の温度−弾性率曲線の例である。
【符号の説明】
【００２９】
図面中、１は電流検出回路、２はコア、２１は最下層基板、２１〜２６は絶縁基材（多層基板）、２６は最上層基板、２７はリード線、２８はＩＣチップ（回路部品）、２９は磁束検出コイル（回路部品）、３５は電流検出装置、３１は極柱、３６は上蓋、３８は電極、３９は電解液、４０は外部端子、５０は電流検出装置付きバッテリー、Ｈ１はホール素子（磁束検出素子）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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