バッテリシステム
【課題】各々の電池セルと電池状態検出回路とを接続する線路のインピーダンスを低く、かつ均一化して、多数の電池セルの電圧を極めて高い精度で検出する。
【解決手段】車両用のバッテリシステムは、正負の電極端子１３を設けている端子面１Ａを端子平面２Ａとして同一面として、複数の電池セル１を積層状態に固定してなる電池ブロック２と、この電池ブロック２を構成する各々の電池セル１の電極端子１３に接続されて各々の電池セル１の状態を検出する電池状態検出回路３０とを備えている。車両用のバッテリシステムは、電池状態検出回路３０を回路基板７に実装して、この回路基板７を電池ブロック２の端子平面２Ａに対向して電池ブロック２に固定している。さらに、車両用のバッテリシステムは、各々の電池セル１の正負の電極端子１３を回路基板７に接続して、電池状態検出回路３０に接続している。
【解決手段】車両用のバッテリシステムは、正負の電極端子１３を設けている端子面１Ａを端子平面２Ａとして同一面として、複数の電池セル１を積層状態に固定してなる電池ブロック２と、この電池ブロック２を構成する各々の電池セル１の電極端子１３に接続されて各々の電池セル１の状態を検出する電池状態検出回路３０とを備えている。車両用のバッテリシステムは、電池状態検出回路３０を回路基板７に実装して、この回路基板７を電池ブロック２の端子平面２Ａに対向して電池ブロック２に固定している。さらに、車両用のバッテリシステムは、各々の電池セル１の正負の電極端子１３を回路基板７に接続して、電池状態検出回路３０に接続している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを積層状態で連結してなる電池ブロックに電池状態検出回路を接続している車両用のバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のバッテリシステムは、多数の電池セルを積層して、電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしている。このバッテリシステムは、各々の電池セルの状態を検出しながら充放電を制御して、電池セルの劣化を防止している。直列に接続される各々の電池セルは、同じ電流で充放電される。電池に流れる充放電の電流を積算して残容量が演算され、残容量を設定範囲とするように充放電を制御している。残容量は、充電電流の積算値を加算して、放電電流の積算値を減算して演算される。同じ電流で充放電される電池セルは、時間が経過するにしたがって、実質的な残容量に差が発生する。それは、各々の電池セルの温度や電気特性の相違が、実質的な充放電を変化させるからである。実質的な残容量に差ができると、残容量の小さい電池セルは過放電されやすく、また、残容量の大きい電池セルは過充電されやすくなって、電池セルを劣化させる原因となる。電池セルが過充電や過放電で著しく劣化するからである。車両用のバッテリシステムは、多数の電池セルを備えることから極めて製造コストが高く、寿命を長くすることが極めて大切である。
【０００３】
電池セルの劣化は、各々の電池セルの電圧を検出して、実質的な残容量を設定範囲に制御することで防止できる。このため、多数の電池セルを直列に接続して電池ブロックとするバッテリシステムは、各々の電池セルの電圧を検出する電池状態検出回路を設けている。この電池状態検出回路は、電池ブロックの近傍に設けられて、ワイヤーハーネスを介して各々の電池セルの正負の電極端子に接続している。（特許文献１参照）
【０００４】
多数の電池セルを積層する車両用のバッテリシステムは、たとえば、図１の概略図に示すように、ワイヤーハーネス９４を各々の電池セル９１の電極端子９３に接続して、これを電池ブロック９２の外部に設けた電池状態検出回路９０に接続している。このワイヤーハーネス９４は、長い多数のリード線９５を束ねて、各々のリード線９５を各々の電池セル９１の電極端子９３と電池状態検出回路９０とに接続する。このワイヤーハーネス９４は、長くなることに加えて、各々の電池セル９１に接続するリード線９５の長さが異なり、電池状態検出回路９０から離れた電池セル９１に接続するリード線９５が極めて長くなる。長くて長さが異なるワイヤーハーネスは、リード線のインピーダンスが相当に大きく、また、リード線によってインピーダンスの大きさに相当な差ができる。リード線のインピーダンスの差は、電池状態検出回路が各々の電池セルの電圧を検出する検出誤差の原因となる。とくに、電池状態検出回路は、各々の電池セルの電圧差を極めて高い精度で検出する必要がある。たとえば、電池セルをリチウムイオン電池とするバッテリシステムは、各々の電池セルの電圧を、たとえば０．０５Ｖ以上の精度で、好ましくは０．０２Ｖ以上の極めて高い精度で検出することが要求される。従来のバッテリシステムは、非常に長いリード線を束ねているワイヤーハーネスを使用することから、ワイヤーハーネスの大きなインピーダンスが各々の電池セルの測定精度を低下させる原因となっていた。
【０００５】
さらに、従来のバッテリシステムは、長いリード板を束ねているワイヤーハーネスを各々の電池セルに接続することから、ワイヤーハーネスの断線による機能不全、また、ワイヤー間のショートによる発煙・発火などの原因となる欠点もあった。
【特許文献１】特開２００８−１４０６３１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、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、各々の電池セルと電池状態検出回路とを接続する線路のインピーダンスを低く、かつ均一化することができ、多数の電池セルの電圧を極めて高い精度で検出できる車両用のバッテリシステムを提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、多数の電池セルを電池状態検出回路に接続するワイヤーハーネスの断線やショートによる発煙や発火を有効に防止して、電池状態検出回路が確実に安定して各々の電池セルの状態を検出して信頼性と安全性を向上できる車両用のバッテリシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明の車両用のバッテリシステムは、正負の電極端子１３を設けている端子面１Ａを端子平面２Ａとして同一面として、複数の電池セル１を積層状態に固定してなる電池ブロック２と、この電池ブロック２を構成する各々の電池セル１の電極端子１３に接続されて各々の電池セル１の状態を検出する電池状態検出回路３０とを備えている。車両用のバッテリシステムは、電池状態検出回路３０を回路基板７、８７に実装して、この回路基板７、８７を電池ブロック２の端子平面２Ａに対向して電池ブロック２に固定している。さらに、車両用のバッテリシステムは、各々の電池セル１の正負の電極端子１３を回路基板７、８７に接続して、電池状態検出回路３０に接続している。
【０００８】
以上のバッテリシステムは、各々の電池セルと電池状態検出回路とを接続する線路のインピーダンスを低くかつ均一化することが可能となり、このことによって、多数の電池セルの電圧を極めて高い精度で検出できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが電池状態検出回路を実装する回路基板を、電池ブロックの端子平面と対向するように配置することから、各々の電池セルの正負の電極端子を最短距離で回路基板に接続できるからである。
【０００９】
また、以上のバッテリシステムは、多数の電池セルを電池状態検出回路に接続するワイヤーハーネスの断線やショートによる発煙や発火を有効に防止して、電池状態検出回路でもって確実に安定して各々の電池セルの状態を検出して、信頼性と安全性を向上できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、電池状態検出回路を実装する回路基板を電池ブロックの端子平面に対向するように固定して、各々の電池セルの正負の電極端子を回路基板に接続しているからである。この構造は、長いワイヤーハーネスを使用することなく、電池セルの電極端子に接近して固定される回路基板に電極端子を接続することができ、各々の電池セルの電極端子を回路基板に接続するリード線を束ねたり、あるいは交差することなく配線できる。このため、リード線のショート等を確実に防止できる。
【００１０】
本発明の車両用のバッテリシステムは、回路基板７、８７に、電池セル１に熱結合されて電池温度を検出する温度センサ３８を連結することができる。
以上のバッテリシステムは、温度センサを理想的な位置に配置しながら、温度センサと電池状態検出回路を最短距離で確実に接続できる。
【００１１】
本発明の車両用のバッテリシステムは、電池セル１の端子面１Ａに注液孔１４を設けて、回路基板７、８７が、電池セル１の注液孔１４との対向位置に、貫通孔７Ａ、８７Ａを開口して設けることができる。
以上のバッテリシステムは、多数の電池セルを連結して電池ブロックとし、さらに、この電池ブロックに回路基板を固定する状態で、各々の電池セルに注液できる。このため、従来のように、電池セルを膨れないようにトレイで保持して注液する必要がなく、また、注液してトレイから取り出して膨れた電池セルを加圧して所定の形状に保持して、電池ブロックに組み立てる必要もない。また、多数の電池セルを連結する状態で注液できるので、電池セルを注液のためのトレイにセットする必要もなく、注液工程を能率よくできる特徴がある。
【００１２】
本発明の車両用のバッテリシステムは、電池セル１の端子面１Ａに安全弁の排出口１２を設けて、回路基板８７が安全弁の排出口１２の対向位置に、ガスを通過させるガス抜き孔８７Ｂを貫通して設けることができる。
以上のバッテリシステムは、使用状態で安全弁が開弁してガスなどが排出されるとき、このガスをスムーズに排気できる。
【００１３】
本発明の車両用のバッテリシステムは、電池セル１の端子面１Ａに安全弁の排出口１２を設けて、この排出口１２に連結するように、電池ブロック２の端子平面２Ａと回路基板７との間にガス排出ダクト６を配置することができる。
以上のバッテリシステムは、ガス排出ダクトでもって安全弁から排出されるガスをスムーズに排気できると共に、この排気ガスが高温となっても電池や回路基板に熱による弊害を与えることがない。
【００１４】
さらに、本発明の車両用のバッテリシステムは、回路基板７をガス排出ダクト６に固定することができる。
以上のバッテリシステムは、電池ブロックに固定されるガス排出ダクトを介して回路基板を電池ブロックに確実に固定できる。
【００１５】
さらに、本発明の車両用のバッテリシステムは、回路基板７、８７を、電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８を介して各々の電池セル１の正負の電極端子１３に接続し、各々の電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８を、電極端子１３の同じ位置に接続することができる。
以上のバッテリシステムは、各々の電池セルの電極端子の同じ位置に電圧検出ラインを接続するので、電極端子の接続部の電気抵抗による電圧降下を各々の電池セルの電圧に均等に加算して、接続部の電圧降下による検出誤差を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用のバッテリシステムを例示するものであって、本発明は車両用のバッテリシステムを以下のものに特定しない。
【００１７】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１８】
本発明のバッテリシステムは、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。
【００１９】
図２ないし図７に示すバッテリシステムは、複数の電池セル１を積層状態に固定している電池ブロック２と、この電池ブロック２を構成する各々の電池セル１の電極端子１３に接続されて各々の電池セル１の状態を検出する電池状態検出回路３０とを備える。
【００２０】
電池ブロック２は、正負の電極端子１３を設けている電池セル１の端子面１Ａ（図４において上面）を同一面に位置するように積層して、電池ブロック２の上面を端子平面２Ａとしている。電池ブロック２は、その外側にあって積層された電池セル１を電池ホルダー３で固定している。電池セル１は、図８に示すように、外形を四角形とし、かつ、図において上面を端子面１Ａとして、ここに正負の電極端子１３と安全弁の排出口１２と注液孔１４を設けている角形電池１０である。
【００２１】
角形電池１０は、図８に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形電池１０で、厚さ方向に積層されて電池ブロック２としている。この角形電池１０は、リチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。図の角形電池１０は、幅の広い両表面を四角形とする電池で、両表面を対向するように積層して電池ブロック２としている。角形電池１０は、端子面１Ａの両端部には正負の電極端子１３を突出して設けて、中央部には安全弁の排出口１２を設けている。
【００２２】
安全弁は、角形電池１０の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁して、内圧の上昇を防止する。この安全弁は、排出口１２を閉塞する弁体（図示せず）を内蔵している。弁体は、設定圧力で破壊される薄膜、あるいは設定圧力で開弁するように弾性体で弁座に押圧されている弁である。安全弁が開弁されると、排出口１２を介して角形電池１０の内部が外部に開放され、内部のガスを放出して内圧の上昇が防止される。
【００２３】
さらに、角形電池１０は、正負の電極端子１３を互いに逆方向に折曲すると共に、隣接する角形電池同士では、正負の電極端子１３を互いに対向する方向に折曲している。図のバッテリシステムは、隣接する角形電池１０の正負の電極端子１３を積層状態で連結して、互いに直列に接続している。積層状態で連結される電極端子１３は、図９に示すように、ボルト２０Ａとナット２０Ｂ等の連結具２０で連結される。ただ、角形電池は、正負の電極端子をバスバーで連結して互いに直列に接続することもできる。隣接する角形電池１０を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、バッテリシステムは、隣接する角形電池を並列に接続することもできる。
【００２４】
電池ブロック２は、積層している角形電池１０の間にスペーサ１５を挟着している。スペーサ１５は、隣接する角形電池１０を絶縁する。スペーサ１５は、図８に示すように、両面に角形電池１０を嵌着して定位置に配置する形状として、隣接する角形電池１０を位置ずれしないように積層できる。スペーサ１５で絶縁して積層される角形電池１０は、外装缶１１をアルミニウムなどの金属製にできる。電池ブロックは、スペーサを挟着することなく複数の電池セルを積層して固定することもできる。この電池セルは、図示しないが、角形電池の金属製の外装缶の表面を絶縁被膜で覆って絶縁する。この絶縁被膜には、プラスチック製の熱収縮チューブや絶縁塗料が使用できる。さらに、電池セルの角形電池は、外装缶をプラスチックなどの絶縁材とすることができる。これらの角形電池は、スペーサを挟着することなく積層して電池ブロックにできる。
【００２５】
電池セル１に積層されるスペーサ１５は、電池セル１を効果的に冷却するために、電池セル１との間に、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間１６を設けている。図８のスペーサ１５は、電池セル１との対向面に、両側縁まで延びる溝１５Ａを設けて、電池セル１との間に冷却隙間１６を設けている。図のスペーサ１５は、複数の溝１５Ａを、互いに平行に所定の間隔で設けている。図のスペーサ１５は、両面に溝１５Ａを設けており、互いに隣接する電池セル１とスペーサ１５との間に冷却隙間１６を設けている。この構造は、スペーサ１５の両側に形成される冷却隙間１６で、両側の電池セル１を効果的に冷却できる特長がある。ただ、スペーサは、片面にのみ溝を設けて、電池セルとスペーサとの間に冷却隙間を設けることもできる。図３と図４の冷却隙間１６は、電池ブロック２の左右に開口するように水平方向に設けている。冷却隙間１６に強制送風される空気は、電池セル１の外装缶１１を直接に効率よく冷却する。この構造は、電池セル１の熱暴走を有効に阻止しながら、電池セル１を効率よく冷却できる特徴がある。
【００２６】
電池セル１を積層状態に固定する電池ホルダー３は、電池ブロック２を両端面から挟着してなる一対のエンドプレート４と、一対のエンドプレート４に両端部または中間部を連結してなる連結固定具５とを備える。連結固定具５は、角形電池１０の外周面に配設されて両端部または中間部をエンドプレート４に連結している。電池ホルダー３は、電池セルル１を積層している電池ブロック２の両端面を一対のエンドプレート４で挟着し、さらに角形電池１０の外周面に配設される連結固定具５の両端をエンドプレート４に連結する構造で、複数の角形電池１０を積層状態にしっかりと固定している。
【００２７】
エンドプレート４は、角形電池１０の外形と同じ形状と寸法の四角形として、積層している電池ブロック２を両端面から挟着して固定している。エンドプレート４は、プラスチック製又は金属製で、外側面には、縦横に伸びる補強リブ４Ａを一体的に成形して設けている。さらに、図に示すエンドプレート４は、上縁に沿って補強金具１７を固定して、この補強金具１７に連結固定具５を連結している。この構造は、エンドプレート４の上縁を補強金具１７で補強して強固な構造にでき、また、連結固定具５を強固に連結できる特徴がある。とくに、この構造は、エンドプレート４をプラスチックで成形して、それ自体を強固にできる特徴がある。ただ、エンドプレートは、必ずしも補強金具で補強する必要はなく、たとえばエンドプレートを金属製として、補強金具を設けることなく、連結固定具を直接に固定することもできる。連結固定具５は、鉄などの金属製で、その両端または中間を止ネジ１８でエンドプレート４に固定している。
【００２８】
図６と図７はバッテリシステムのブロック図を示している。このブロック図のバッテリシステムは、各々の電池セル１に電池状態検出回路３０を接続している。図７に示す電池状態検出回路３０は、各々の電池セル１の電圧を検出する電圧検出回路３１と、各々の電池セル１の電圧を等しくしてセルバランスを均等化するセルバランス回路３２と、電池の温度を検出する温度検出回路３３と、これらの回路を制御し、また、これらの回路から入力される信号を処理して、絶縁通信回路３５を介して外部に出力する制御回路３４とを備えている。図６のバッテリシステムは、複数の電池ブロック２を備えており、各電池ブロック２に接続された電池状態検出回路３０から出力される信号をメインコントロール回路３６に入力している。メインコントロール回路３６は、各電池状態検出回路３０から入力される信号に基づいてバッテリシステムを制御する。
【００２９】
電池状態検出回路３０は回路基板７に実装される。電池状態検出回路３０を実装する回路基板７は、図３ないし図５に示すように電池ブロック２の端子平面２Ａに対向して、図において電池ブロック２の上に固定される。図３と図４の回路基板７は、両端部をエンドプレート４に止ネジ２９で固定している。さらに、図の回路基板７は、電池ブロック２の端子平面２Ａに固定しているガス排出ダクト６の上にも、止ネジ２９で固定している。ガス排出ダクト６に固定される回路基板７は、電池ブロック２に強固に固定できる。
【００３０】
回路基板７は、電池セル１の端子面１Ａに設けている注液孔１４から、外装缶１１に注液するための貫通孔７Ａを設けている。この貫通孔７Ａは、電池セル１の注液孔１４との対向位置に開口される。この電池ブロック２は、注液しない電池セル１を積層してエンドプレート４で固定して、回路基板７を固定する。この状態で、各々の電池セル１に注液して注液孔１４を閉塞して組み立てられる。この状態で組み立てられる電池ブロック２は、複数の電池セル１をトレイに並べて膨れないように保持する必要がなく、積層して膨れない状態に保持して、能率よく注液できる。また、電池ブロック２に組み立てる状態では、電池セル１の外装缶１１に電解液を注液していないので、この工程におけるショート等の弊害を防止して安全に組み立てできる。
【００３１】
回路基板７は、電池ブロック２の端子平面２Ａに接近して、端子平面２Ａと平行な姿勢で固定される。図５の回路基板７は、電池セル１に熱結合されて電池温度を検出する温度センサ３８を下面に固定している。この構造は、回路基板７を電池ブロック２の端子平面２Ａと対向するように固定して、温度センサ３８を電池セル１に熱結合状態で固定できる。温度センサ３８と電池セル１との間には絶縁性の熱伝導材３９を配設して、電池セル１の温度をより正確に検出できる。温度センサ３８で電池セル１の温度を検出する電池状態検出回路３０は、検出する温度を外部に出力して、電池温度が設定温度よりも高く、あるいは低くなると充放電の電流を制限し、あるいは遮断する。
【００３２】
回路基板７は、電圧検出ライン８を介して各々の電池セル１の正負の電極端子１３に接続される。電圧検出ライン８は、全ての電池セル１の正負の電極端子１３を、回路基板７に実装している電池状態検出回路３０の電圧検出回路３１に接続している。したがって、たとえば８０個の電池セルを積層している電池ブロックは、８１本の電圧検出ラインを介して回路基板に接続される。電圧検出回路３１は、電圧検出ライン８を介して各々の電池セル１の電圧を検出する。電池状態検出回路３０は、電圧検出回路３１で検出した電池セル１の電圧でもって、電池セル１の状態を検出して外部に出力する。
【００３３】
隣接する電池セル１の電極端子１３を積層して連結具２０で直接に接続し、あるいはバスバーを介して接続する電池ブロック２は、大電流が流れて電極端子１３の接続部の電気抵抗によって電圧降下が発生する。この電圧降下は、電池ブロック２の電流に比例して大きくなる。接続部の電圧降下による検出誤差を防止するために、電圧検出ライン８は、各々の電池セル１の同じ位置に、すなわち電圧降下が各々の電池セル１の電圧に加算されるように接続される。
【００３４】
電圧検出ライン８は、一端を電極端子１３に固定して、他端を回路基板７に連結する。電圧検出ライン８は、接続端子４１を介して電極端子１３に固定される。接続端子４１は、図９に示すように、隣接する電極端子１３を固定する連結具２０で電極端子１３に固定される。この図に示す接続端子４１は、金属板を加工したもので、一方の端部に連結具２０のボルト２０Ａを貫通させる連結穴４１Ａを設けると共に、他方の端部を細長いロッド状として、この端部を上方に折曲して垂直姿勢の接続部４１Ｂとしている。この接続端子４１は、起立する接続部４１Ｂを電圧検出ライン８として、回路基板７に貫通させる。回路基板７を貫通する電圧検出ライン８は、回路基板７にハンダ付けして固定される。ただ、電圧検出ラインは、回路基板の両側から配線して回路基板と電極端子に接続することもできる。図示しないが、電極端子をバスバーで接続する電池ブロック２は、バスバーの金属板に電圧検出ラインを設けることができる。さらに、回路電圧検出ラインは、接続端子を設けることなく、スポット溶接やレーザー溶接して直接に電極端子に連結することができ、また、コネクタを介して電極端子に接続することもできる。
【００３５】
図１０のバッテリシステムは、電極端子１３に連結している電圧検出ライン４８の一端にコネクタ４２を接続して、このコネクタ４２を回路基板７に固定しているコネクタ４３に連結している。図のバッテリシステムは、電池セル１の端子面１Ａの中央部にガス排出ダクト６を設けているので、端子面１Ａの両側にコネクタ４２を配設している。コネクタ４２は電圧検出ライン４８を介して定位置に配置され、あるいは電極端子１３やガス排出ダクト６に固定して定位置に配置できる。この構造は、回路基板７を電池ブロック２の端子平面２Ａに押しつけて、コネクタ４２、４３を接続して、回路基板７を各々の電極端子１３に接続できる。
【００３６】
さらに、回路基板７と各々の電極端子１３とは、図１１ないし図１３に示す構造の電圧検出ライン５８、６８、７８で接続することもできる。図１１と図１２の電圧検出ライン５８、６８は、弾性変形できる導電性のある金属線である。図１１の電圧検出ライン５８は、その中間に伸縮できる折曲部５８Ａを設けている。図１２の電圧検出ライン６８は、その中間に伸縮できる湾曲部６８Ａを設けている。これらの構造は、回路基板７と電池ブロック２の相対的に位置ずれを吸収して、各々の電池セル１の電極端子１３を回路基板７に接続できる。さらに、図１３の電圧検出ライン７８は、回路基板７の両側から電極端子１３に接続している。この図に示す電源検出ライン７８は、たとえば、リード線やリード板とすることができる。リード線やリード板である電源検出ライン７８は、一端に接続端子７１を連結して、この接続端子７１を電極端子１３に接続し、他端を回路基板７の上面にハンダ付けして接続する。この電源検出ライン７８は、回路基板７を貫通することなく、回路基板７の側縁から回路基板上に配線して接続される。
【００３７】
以上の電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８は、短くしてインピーダンスを低くすると共に、各々の電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８の長さを均一化してインピーダンスを等しくする。したがって、電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８は、同じ長さとして、回路基板７と電極端子１３とに接続される。ただし、バッテリシステムは、電池ブロック２の端子平面２Ａに回路基板７を配置することで、電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８を極めて短くできることから、たとえ電圧検出ラインの長さに差があってもインピーダンスを小さくして、各々の電池セル１の電圧を正確に検出できる。したがって、図１０に示すように、回路基板７との接続側にコネクタ４２を接続することで、各々の電極端子１３に接続する電圧検出ライン４８の長さに差ができても、電池セル１の電圧を正確に検出できる。
【００３８】
図２ないし図５のバッテリシステムは、電池ブロック２の端子平面２Ａの中央にガス排出ダクト６を固定している。このガス排出ダクト６は、止ネジ１９でエンドプレート４に固定するために、エンドプレート４の上方に位置して、両側に突出する連結片６Ｂを設けている。
【００３９】
さらに、ガス排出ダクト６は、端部を筒状に成形すると共に、この筒部をエンドプレート４から突出する突出筒部６Ａとしてエンドプレート４に固定している。図示しないが、この突出筒部６Ａに排気用のダクト等を連結して、角形電池１０の安全弁の排出口１２から排出されるガスを速やかに外部に排出できる。
【００４０】
さらに、図２と図５のバッテリシステムは、ガス排出ダクト６の上に外装ケース９の上ケース９Ａを固定している。図の外装ケース９は、下ケース９Ｂと上ケース９Ａとで構成している。上ケース９Ａと下ケース９Ｂは、外側に突出する鍔部２１を有し、この鍔部２１をボルト２２とナット２３で固定している。図の外装ケース９は、鍔部２１を電池ブロック２２の側面に配置している。この外装ケース９は、下ケース９Ｂを止ネジ２４でエンドプレート４に固定して、電池ブロック２を固定している。止ネジ２４は、下ケース９Ｂを貫通してエンドプレート４のネジ孔（図示せず）にねじ込まれて、電池ブロック２を外装ケース９に固定している。この止ネジ２４は、頭部を下ケース９Ｂから突出させている。
【００４１】
上ケース９Ａは金属板で、ガス排出ダクト６の上面をカバーする上面プレート９ａの両側に側面プレート９ｂを連結する形状としている。この上ケース９Ａは、側面プレート９ｂの下端縁に、外側に突出する鍔部２１を有し、この鍔部２１を、下ケース９Ｂの鍔部２１に連結している。さらに、図の上ケース９Ａは、上面プレート９ａと側面プレート９ｂとの境界に沿って、電池ブロック２の両側を下方に押圧して固定する段差部９ｃを設けている。上ケース９Ａは、この段差部９ｃを止ネジ２４でエンドプレート４に固定して、電池ブロック２に固定している。この上ケース９Ａは、電池ブロック２の上面との間にスペース２５を設けている。このスペース２５には、回路基板７を配設している。
【００４２】
さらに、外装ケース９は、側面プレート９ｂと電池ブロック２との間に、排気ダクト２６と供給ダクト２７を設けている。このバッテリシステムは、供給ダクト２７に強制送風される空気を角形電池１０の間の冷却隙間１６に送風して角形電池１０を冷却して、排気ダクト２６から外部に排気する。さらに、下ケース９Ｂは、電池ブロック２２の両側に沿って、下方に突出する凸条２８を設けている。これらの凸条２８は、排気ダクト２６と供給ダクト２７の幅を広くしてこれらのダクトの圧力損失を小さくする。さらに、これらの凸条２８は、下ケース９Ｂを補強して、下ケース９Ｂの曲げ強度を強くする。とくに、図５に示す下ケース９Ｂは、両側に凸条２８を設けているので、両側の２列の凸条２８によって、曲げ強度を向上できる。さらにまた、下ケース９Ｂの両側に設けている凸条２８は、電池ブロック２を固定する止ネジ２４の頭部よりも下方に突出し、あるいは頭部と同じ高さとしている。この下ケース９Ｂは、車両などに搭載される状態では、凸条２８を固定プレートの上に載置して、広い面積でバッテリシステムの加重を支えることができる。
【００４３】
以上のバッテリシステムは、ガス排出ダクト６を設けて、電池セル１の開口した安全弁からのガスを外部に排出する。したがって、高温ガスを安全に外部に排出できる。ただし、バッテリシステムは、図１４に示すように、ガス排出ダクトを設けることなく、回路基板８７に、安全弁の排出口１２と対向する位置に、ガスを通過させるガス抜き孔８７Ｂを貫通して設けて、このガス抜き孔８７Ｂから回路基板８７の上方に排出することもできる。このバッテリシステムは、ガス排出ダクトを設けないので、回路基板８７を電池ブロック２の端子平面２Ａにより接近して配置できる。さらに、図に示す回路基板８７は、電池セル１の注液孔１４との対向位置に貫通孔８７Ａを開口すると共に、安全弁の排出口１２と対向する位置に、ガスを通過させるガス抜き孔８７Ｂを開口しているが、回路基板は、貫通孔８７Ａを、ガスを通過させるガス抜き孔に併用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の車両用のバッテリシステムの概略平面図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる車両用のバッテリシステムの斜視図である。
【図３】図２に示す車両用のバッテリシステムの上ケースを取り除いた斜視図である。
【図４】図３に示す車両用のバッテリシステムの分解斜視図である。
【図５】図２に示す車両用のバッテリシステムの横断面図である。
【図６】本発明の一実施例にかかる車両用のバッテリシステムのブロック図である。
【図７】電池状態検出回路のブロック図である。
【図８】電池セルとスペーサの積層構造を示す分解斜視図である。
【図９】電極端子と接続端子の連結構造を示す拡大斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施例にかかる車両用のバッテリシステムの横断面図である。
【図１１】電圧検出ラインの他の一例を示す拡大断面図である。
【図１２】電圧検出ラインの他の一例を示す拡大断面図である。
【図１３】電圧検出ラインの他の一例を示す拡大断面図である。
【図１４】本発明の他の実施例にかかる車両用のバッテリシステムの横断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…電池セル １Ａ…端子面
２…電池ブロック ２Ａ…端子平面
３…電池ホルダー
４…エンドプレート ４Ａ…補強リブ
５…連結固定具
６…ガス排出ダクト ６Ａ…突出筒部
６Ｂ…連結片
７…回路基板 ７Ａ…貫通孔
８…電圧検出ライン
９…外装ケース ９Ａ…上ケース
９ａ…上面プレート
９ｂ…側面プレート
９ｃ…段差部
９Ｂ…下ケース
１０…角形電池
１１…外装缶
１２…排出口
１３…電極端子
１４…注液孔
１５…スペーサ １５Ａ…溝
１６…冷却隙間
１７…補強金具
１８…止ネジ
１９…止ネジ
２０…連結具 ２０Ａ…ボルト
２０Ｂ…ナット
２１…鍔
２２…ボルト
２３…ナット
２４…止ネジ
２５…スペース
２６…排気ダクト
２７…供給ダクト
２８…凸条
２９…止ネジ
３０…電池状態検出回路
３１…電圧検出回路
３２…セルバランス回路
３３…温度検出回路
３４…制御回路
３５…絶縁通信回路
３６…メインコントロール回路
３８…温度センサ
３９…熱伝導材
４１…接続端子 ４１Ａ…連結穴
４１Ｂ…接続部
４２…コネクタ
４３…コネクタ
４８…電圧検出ライン
５８…電圧検出ライン ５８Ａ…折曲部
６８…電圧検出ライン ６８Ａ…湾曲部
７１…接続端子
７８…電圧検出ライン
８７…回路基板 ８７Ａ…貫通孔
８７Ｂ…ガス抜き孔
９０…電池状態検出回路
９１…電池セル
９２…電池ブロック
９３…電極端子
９４…ワイヤーハーネス
９５…リード線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを積層状態で連結してなる電池ブロックに電池状態検出回路を接続している車両用のバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のバッテリシステムは、多数の電池セルを積層して、電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしている。このバッテリシステムは、各々の電池セルの状態を検出しながら充放電を制御して、電池セルの劣化を防止している。直列に接続される各々の電池セルは、同じ電流で充放電される。電池に流れる充放電の電流を積算して残容量が演算され、残容量を設定範囲とするように充放電を制御している。残容量は、充電電流の積算値を加算して、放電電流の積算値を減算して演算される。同じ電流で充放電される電池セルは、時間が経過するにしたがって、実質的な残容量に差が発生する。それは、各々の電池セルの温度や電気特性の相違が、実質的な充放電を変化させるからである。実質的な残容量に差ができると、残容量の小さい電池セルは過放電されやすく、また、残容量の大きい電池セルは過充電されやすくなって、電池セルを劣化させる原因となる。電池セルが過充電や過放電で著しく劣化するからである。車両用のバッテリシステムは、多数の電池セルを備えることから極めて製造コストが高く、寿命を長くすることが極めて大切である。
【０００３】
電池セルの劣化は、各々の電池セルの電圧を検出して、実質的な残容量を設定範囲に制御することで防止できる。このため、多数の電池セルを直列に接続して電池ブロックとするバッテリシステムは、各々の電池セルの電圧を検出する電池状態検出回路を設けている。この電池状態検出回路は、電池ブロックの近傍に設けられて、ワイヤーハーネスを介して各々の電池セルの正負の電極端子に接続している。（特許文献１参照）
【０００４】
多数の電池セルを積層する車両用のバッテリシステムは、たとえば、図１の概略図に示すように、ワイヤーハーネス９４を各々の電池セル９１の電極端子９３に接続して、これを電池ブロック９２の外部に設けた電池状態検出回路９０に接続している。このワイヤーハーネス９４は、長い多数のリード線９５を束ねて、各々のリード線９５を各々の電池セル９１の電極端子９３と電池状態検出回路９０とに接続する。このワイヤーハーネス９４は、長くなることに加えて、各々の電池セル９１に接続するリード線９５の長さが異なり、電池状態検出回路９０から離れた電池セル９１に接続するリード線９５が極めて長くなる。長くて長さが異なるワイヤーハーネスは、リード線のインピーダンスが相当に大きく、また、リード線によってインピーダンスの大きさに相当な差ができる。リード線のインピーダンスの差は、電池状態検出回路が各々の電池セルの電圧を検出する検出誤差の原因となる。とくに、電池状態検出回路は、各々の電池セルの電圧差を極めて高い精度で検出する必要がある。たとえば、電池セルをリチウムイオン電池とするバッテリシステムは、各々の電池セルの電圧を、たとえば０．０５Ｖ以上の精度で、好ましくは０．０２Ｖ以上の極めて高い精度で検出することが要求される。従来のバッテリシステムは、非常に長いリード線を束ねているワイヤーハーネスを使用することから、ワイヤーハーネスの大きなインピーダンスが各々の電池セルの測定精度を低下させる原因となっていた。
【０００５】
さらに、従来のバッテリシステムは、長いリード板を束ねているワイヤーハーネスを各々の電池セルに接続することから、ワイヤーハーネスの断線による機能不全、また、ワイヤー間のショートによる発煙・発火などの原因となる欠点もあった。
【特許文献１】特開２００８−１４０６３１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、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、各々の電池セルと電池状態検出回路とを接続する線路のインピーダンスを低く、かつ均一化することができ、多数の電池セルの電圧を極めて高い精度で検出できる車両用のバッテリシステムを提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、多数の電池セルを電池状態検出回路に接続するワイヤーハーネスの断線やショートによる発煙や発火を有効に防止して、電池状態検出回路が確実に安定して各々の電池セルの状態を検出して信頼性と安全性を向上できる車両用のバッテリシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明の車両用のバッテリシステムは、正負の電極端子１３を設けている端子面１Ａを端子平面２Ａとして同一面として、複数の電池セル１を積層状態に固定してなる電池ブロック２と、この電池ブロック２を構成する各々の電池セル１の電極端子１３に接続されて各々の電池セル１の状態を検出する電池状態検出回路３０とを備えている。車両用のバッテリシステムは、電池状態検出回路３０を回路基板７、８７に実装して、この回路基板７、８７を電池ブロック２の端子平面２Ａに対向して電池ブロック２に固定している。さらに、車両用のバッテリシステムは、各々の電池セル１の正負の電極端子１３を回路基板７、８７に接続して、電池状態検出回路３０に接続している。
【０００８】
以上のバッテリシステムは、各々の電池セルと電池状態検出回路とを接続する線路のインピーダンスを低くかつ均一化することが可能となり、このことによって、多数の電池セルの電圧を極めて高い精度で検出できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが電池状態検出回路を実装する回路基板を、電池ブロックの端子平面と対向するように配置することから、各々の電池セルの正負の電極端子を最短距離で回路基板に接続できるからである。
【０００９】
また、以上のバッテリシステムは、多数の電池セルを電池状態検出回路に接続するワイヤーハーネスの断線やショートによる発煙や発火を有効に防止して、電池状態検出回路でもって確実に安定して各々の電池セルの状態を検出して、信頼性と安全性を向上できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、電池状態検出回路を実装する回路基板を電池ブロックの端子平面に対向するように固定して、各々の電池セルの正負の電極端子を回路基板に接続しているからである。この構造は、長いワイヤーハーネスを使用することなく、電池セルの電極端子に接近して固定される回路基板に電極端子を接続することができ、各々の電池セルの電極端子を回路基板に接続するリード線を束ねたり、あるいは交差することなく配線できる。このため、リード線のショート等を確実に防止できる。
【００１０】
本発明の車両用のバッテリシステムは、回路基板７、８７に、電池セル１に熱結合されて電池温度を検出する温度センサ３８を連結することができる。
以上のバッテリシステムは、温度センサを理想的な位置に配置しながら、温度センサと電池状態検出回路を最短距離で確実に接続できる。
【００１１】
本発明の車両用のバッテリシステムは、電池セル１の端子面１Ａに注液孔１４を設けて、回路基板７、８７が、電池セル１の注液孔１４との対向位置に、貫通孔７Ａ、８７Ａを開口して設けることができる。
以上のバッテリシステムは、多数の電池セルを連結して電池ブロックとし、さらに、この電池ブロックに回路基板を固定する状態で、各々の電池セルに注液できる。このため、従来のように、電池セルを膨れないようにトレイで保持して注液する必要がなく、また、注液してトレイから取り出して膨れた電池セルを加圧して所定の形状に保持して、電池ブロックに組み立てる必要もない。また、多数の電池セルを連結する状態で注液できるので、電池セルを注液のためのトレイにセットする必要もなく、注液工程を能率よくできる特徴がある。
【００１２】
本発明の車両用のバッテリシステムは、電池セル１の端子面１Ａに安全弁の排出口１２を設けて、回路基板８７が安全弁の排出口１２の対向位置に、ガスを通過させるガス抜き孔８７Ｂを貫通して設けることができる。
以上のバッテリシステムは、使用状態で安全弁が開弁してガスなどが排出されるとき、このガスをスムーズに排気できる。
【００１３】
本発明の車両用のバッテリシステムは、電池セル１の端子面１Ａに安全弁の排出口１２を設けて、この排出口１２に連結するように、電池ブロック２の端子平面２Ａと回路基板７との間にガス排出ダクト６を配置することができる。
以上のバッテリシステムは、ガス排出ダクトでもって安全弁から排出されるガスをスムーズに排気できると共に、この排気ガスが高温となっても電池や回路基板に熱による弊害を与えることがない。
【００１４】
さらに、本発明の車両用のバッテリシステムは、回路基板７をガス排出ダクト６に固定することができる。
以上のバッテリシステムは、電池ブロックに固定されるガス排出ダクトを介して回路基板を電池ブロックに確実に固定できる。
【００１５】
さらに、本発明の車両用のバッテリシステムは、回路基板７、８７を、電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８を介して各々の電池セル１の正負の電極端子１３に接続し、各々の電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８を、電極端子１３の同じ位置に接続することができる。
以上のバッテリシステムは、各々の電池セルの電極端子の同じ位置に電圧検出ラインを接続するので、電極端子の接続部の電気抵抗による電圧降下を各々の電池セルの電圧に均等に加算して、接続部の電圧降下による検出誤差を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用のバッテリシステムを例示するものであって、本発明は車両用のバッテリシステムを以下のものに特定しない。
【００１７】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１８】
本発明のバッテリシステムは、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。
【００１９】
図２ないし図７に示すバッテリシステムは、複数の電池セル１を積層状態に固定している電池ブロック２と、この電池ブロック２を構成する各々の電池セル１の電極端子１３に接続されて各々の電池セル１の状態を検出する電池状態検出回路３０とを備える。
【００２０】
電池ブロック２は、正負の電極端子１３を設けている電池セル１の端子面１Ａ（図４において上面）を同一面に位置するように積層して、電池ブロック２の上面を端子平面２Ａとしている。電池ブロック２は、その外側にあって積層された電池セル１を電池ホルダー３で固定している。電池セル１は、図８に示すように、外形を四角形とし、かつ、図において上面を端子面１Ａとして、ここに正負の電極端子１３と安全弁の排出口１２と注液孔１４を設けている角形電池１０である。
【００２１】
角形電池１０は、図８に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形電池１０で、厚さ方向に積層されて電池ブロック２としている。この角形電池１０は、リチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。図の角形電池１０は、幅の広い両表面を四角形とする電池で、両表面を対向するように積層して電池ブロック２としている。角形電池１０は、端子面１Ａの両端部には正負の電極端子１３を突出して設けて、中央部には安全弁の排出口１２を設けている。
【００２２】
安全弁は、角形電池１０の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁して、内圧の上昇を防止する。この安全弁は、排出口１２を閉塞する弁体（図示せず）を内蔵している。弁体は、設定圧力で破壊される薄膜、あるいは設定圧力で開弁するように弾性体で弁座に押圧されている弁である。安全弁が開弁されると、排出口１２を介して角形電池１０の内部が外部に開放され、内部のガスを放出して内圧の上昇が防止される。
【００２３】
さらに、角形電池１０は、正負の電極端子１３を互いに逆方向に折曲すると共に、隣接する角形電池同士では、正負の電極端子１３を互いに対向する方向に折曲している。図のバッテリシステムは、隣接する角形電池１０の正負の電極端子１３を積層状態で連結して、互いに直列に接続している。積層状態で連結される電極端子１３は、図９に示すように、ボルト２０Ａとナット２０Ｂ等の連結具２０で連結される。ただ、角形電池は、正負の電極端子をバスバーで連結して互いに直列に接続することもできる。隣接する角形電池１０を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、バッテリシステムは、隣接する角形電池を並列に接続することもできる。
【００２４】
電池ブロック２は、積層している角形電池１０の間にスペーサ１５を挟着している。スペーサ１５は、隣接する角形電池１０を絶縁する。スペーサ１５は、図８に示すように、両面に角形電池１０を嵌着して定位置に配置する形状として、隣接する角形電池１０を位置ずれしないように積層できる。スペーサ１５で絶縁して積層される角形電池１０は、外装缶１１をアルミニウムなどの金属製にできる。電池ブロックは、スペーサを挟着することなく複数の電池セルを積層して固定することもできる。この電池セルは、図示しないが、角形電池の金属製の外装缶の表面を絶縁被膜で覆って絶縁する。この絶縁被膜には、プラスチック製の熱収縮チューブや絶縁塗料が使用できる。さらに、電池セルの角形電池は、外装缶をプラスチックなどの絶縁材とすることができる。これらの角形電池は、スペーサを挟着することなく積層して電池ブロックにできる。
【００２５】
電池セル１に積層されるスペーサ１５は、電池セル１を効果的に冷却するために、電池セル１との間に、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間１６を設けている。図８のスペーサ１５は、電池セル１との対向面に、両側縁まで延びる溝１５Ａを設けて、電池セル１との間に冷却隙間１６を設けている。図のスペーサ１５は、複数の溝１５Ａを、互いに平行に所定の間隔で設けている。図のスペーサ１５は、両面に溝１５Ａを設けており、互いに隣接する電池セル１とスペーサ１５との間に冷却隙間１６を設けている。この構造は、スペーサ１５の両側に形成される冷却隙間１６で、両側の電池セル１を効果的に冷却できる特長がある。ただ、スペーサは、片面にのみ溝を設けて、電池セルとスペーサとの間に冷却隙間を設けることもできる。図３と図４の冷却隙間１６は、電池ブロック２の左右に開口するように水平方向に設けている。冷却隙間１６に強制送風される空気は、電池セル１の外装缶１１を直接に効率よく冷却する。この構造は、電池セル１の熱暴走を有効に阻止しながら、電池セル１を効率よく冷却できる特徴がある。
【００２６】
電池セル１を積層状態に固定する電池ホルダー３は、電池ブロック２を両端面から挟着してなる一対のエンドプレート４と、一対のエンドプレート４に両端部または中間部を連結してなる連結固定具５とを備える。連結固定具５は、角形電池１０の外周面に配設されて両端部または中間部をエンドプレート４に連結している。電池ホルダー３は、電池セルル１を積層している電池ブロック２の両端面を一対のエンドプレート４で挟着し、さらに角形電池１０の外周面に配設される連結固定具５の両端をエンドプレート４に連結する構造で、複数の角形電池１０を積層状態にしっかりと固定している。
【００２７】
エンドプレート４は、角形電池１０の外形と同じ形状と寸法の四角形として、積層している電池ブロック２を両端面から挟着して固定している。エンドプレート４は、プラスチック製又は金属製で、外側面には、縦横に伸びる補強リブ４Ａを一体的に成形して設けている。さらに、図に示すエンドプレート４は、上縁に沿って補強金具１７を固定して、この補強金具１７に連結固定具５を連結している。この構造は、エンドプレート４の上縁を補強金具１７で補強して強固な構造にでき、また、連結固定具５を強固に連結できる特徴がある。とくに、この構造は、エンドプレート４をプラスチックで成形して、それ自体を強固にできる特徴がある。ただ、エンドプレートは、必ずしも補強金具で補強する必要はなく、たとえばエンドプレートを金属製として、補強金具を設けることなく、連結固定具を直接に固定することもできる。連結固定具５は、鉄などの金属製で、その両端または中間を止ネジ１８でエンドプレート４に固定している。
【００２８】
図６と図７はバッテリシステムのブロック図を示している。このブロック図のバッテリシステムは、各々の電池セル１に電池状態検出回路３０を接続している。図７に示す電池状態検出回路３０は、各々の電池セル１の電圧を検出する電圧検出回路３１と、各々の電池セル１の電圧を等しくしてセルバランスを均等化するセルバランス回路３２と、電池の温度を検出する温度検出回路３３と、これらの回路を制御し、また、これらの回路から入力される信号を処理して、絶縁通信回路３５を介して外部に出力する制御回路３４とを備えている。図６のバッテリシステムは、複数の電池ブロック２を備えており、各電池ブロック２に接続された電池状態検出回路３０から出力される信号をメインコントロール回路３６に入力している。メインコントロール回路３６は、各電池状態検出回路３０から入力される信号に基づいてバッテリシステムを制御する。
【００２９】
電池状態検出回路３０は回路基板７に実装される。電池状態検出回路３０を実装する回路基板７は、図３ないし図５に示すように電池ブロック２の端子平面２Ａに対向して、図において電池ブロック２の上に固定される。図３と図４の回路基板７は、両端部をエンドプレート４に止ネジ２９で固定している。さらに、図の回路基板７は、電池ブロック２の端子平面２Ａに固定しているガス排出ダクト６の上にも、止ネジ２９で固定している。ガス排出ダクト６に固定される回路基板７は、電池ブロック２に強固に固定できる。
【００３０】
回路基板７は、電池セル１の端子面１Ａに設けている注液孔１４から、外装缶１１に注液するための貫通孔７Ａを設けている。この貫通孔７Ａは、電池セル１の注液孔１４との対向位置に開口される。この電池ブロック２は、注液しない電池セル１を積層してエンドプレート４で固定して、回路基板７を固定する。この状態で、各々の電池セル１に注液して注液孔１４を閉塞して組み立てられる。この状態で組み立てられる電池ブロック２は、複数の電池セル１をトレイに並べて膨れないように保持する必要がなく、積層して膨れない状態に保持して、能率よく注液できる。また、電池ブロック２に組み立てる状態では、電池セル１の外装缶１１に電解液を注液していないので、この工程におけるショート等の弊害を防止して安全に組み立てできる。
【００３１】
回路基板７は、電池ブロック２の端子平面２Ａに接近して、端子平面２Ａと平行な姿勢で固定される。図５の回路基板７は、電池セル１に熱結合されて電池温度を検出する温度センサ３８を下面に固定している。この構造は、回路基板７を電池ブロック２の端子平面２Ａと対向するように固定して、温度センサ３８を電池セル１に熱結合状態で固定できる。温度センサ３８と電池セル１との間には絶縁性の熱伝導材３９を配設して、電池セル１の温度をより正確に検出できる。温度センサ３８で電池セル１の温度を検出する電池状態検出回路３０は、検出する温度を外部に出力して、電池温度が設定温度よりも高く、あるいは低くなると充放電の電流を制限し、あるいは遮断する。
【００３２】
回路基板７は、電圧検出ライン８を介して各々の電池セル１の正負の電極端子１３に接続される。電圧検出ライン８は、全ての電池セル１の正負の電極端子１３を、回路基板７に実装している電池状態検出回路３０の電圧検出回路３１に接続している。したがって、たとえば８０個の電池セルを積層している電池ブロックは、８１本の電圧検出ラインを介して回路基板に接続される。電圧検出回路３１は、電圧検出ライン８を介して各々の電池セル１の電圧を検出する。電池状態検出回路３０は、電圧検出回路３１で検出した電池セル１の電圧でもって、電池セル１の状態を検出して外部に出力する。
【００３３】
隣接する電池セル１の電極端子１３を積層して連結具２０で直接に接続し、あるいはバスバーを介して接続する電池ブロック２は、大電流が流れて電極端子１３の接続部の電気抵抗によって電圧降下が発生する。この電圧降下は、電池ブロック２の電流に比例して大きくなる。接続部の電圧降下による検出誤差を防止するために、電圧検出ライン８は、各々の電池セル１の同じ位置に、すなわち電圧降下が各々の電池セル１の電圧に加算されるように接続される。
【００３４】
電圧検出ライン８は、一端を電極端子１３に固定して、他端を回路基板７に連結する。電圧検出ライン８は、接続端子４１を介して電極端子１３に固定される。接続端子４１は、図９に示すように、隣接する電極端子１３を固定する連結具２０で電極端子１３に固定される。この図に示す接続端子４１は、金属板を加工したもので、一方の端部に連結具２０のボルト２０Ａを貫通させる連結穴４１Ａを設けると共に、他方の端部を細長いロッド状として、この端部を上方に折曲して垂直姿勢の接続部４１Ｂとしている。この接続端子４１は、起立する接続部４１Ｂを電圧検出ライン８として、回路基板７に貫通させる。回路基板７を貫通する電圧検出ライン８は、回路基板７にハンダ付けして固定される。ただ、電圧検出ラインは、回路基板の両側から配線して回路基板と電極端子に接続することもできる。図示しないが、電極端子をバスバーで接続する電池ブロック２は、バスバーの金属板に電圧検出ラインを設けることができる。さらに、回路電圧検出ラインは、接続端子を設けることなく、スポット溶接やレーザー溶接して直接に電極端子に連結することができ、また、コネクタを介して電極端子に接続することもできる。
【００３５】
図１０のバッテリシステムは、電極端子１３に連結している電圧検出ライン４８の一端にコネクタ４２を接続して、このコネクタ４２を回路基板７に固定しているコネクタ４３に連結している。図のバッテリシステムは、電池セル１の端子面１Ａの中央部にガス排出ダクト６を設けているので、端子面１Ａの両側にコネクタ４２を配設している。コネクタ４２は電圧検出ライン４８を介して定位置に配置され、あるいは電極端子１３やガス排出ダクト６に固定して定位置に配置できる。この構造は、回路基板７を電池ブロック２の端子平面２Ａに押しつけて、コネクタ４２、４３を接続して、回路基板７を各々の電極端子１３に接続できる。
【００３６】
さらに、回路基板７と各々の電極端子１３とは、図１１ないし図１３に示す構造の電圧検出ライン５８、６８、７８で接続することもできる。図１１と図１２の電圧検出ライン５８、６８は、弾性変形できる導電性のある金属線である。図１１の電圧検出ライン５８は、その中間に伸縮できる折曲部５８Ａを設けている。図１２の電圧検出ライン６８は、その中間に伸縮できる湾曲部６８Ａを設けている。これらの構造は、回路基板７と電池ブロック２の相対的に位置ずれを吸収して、各々の電池セル１の電極端子１３を回路基板７に接続できる。さらに、図１３の電圧検出ライン７８は、回路基板７の両側から電極端子１３に接続している。この図に示す電源検出ライン７８は、たとえば、リード線やリード板とすることができる。リード線やリード板である電源検出ライン７８は、一端に接続端子７１を連結して、この接続端子７１を電極端子１３に接続し、他端を回路基板７の上面にハンダ付けして接続する。この電源検出ライン７８は、回路基板７を貫通することなく、回路基板７の側縁から回路基板上に配線して接続される。
【００３７】
以上の電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８は、短くしてインピーダンスを低くすると共に、各々の電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８の長さを均一化してインピーダンスを等しくする。したがって、電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８は、同じ長さとして、回路基板７と電極端子１３とに接続される。ただし、バッテリシステムは、電池ブロック２の端子平面２Ａに回路基板７を配置することで、電圧検出ライン８、４８、５８、６８、７８を極めて短くできることから、たとえ電圧検出ラインの長さに差があってもインピーダンスを小さくして、各々の電池セル１の電圧を正確に検出できる。したがって、図１０に示すように、回路基板７との接続側にコネクタ４２を接続することで、各々の電極端子１３に接続する電圧検出ライン４８の長さに差ができても、電池セル１の電圧を正確に検出できる。
【００３８】
図２ないし図５のバッテリシステムは、電池ブロック２の端子平面２Ａの中央にガス排出ダクト６を固定している。このガス排出ダクト６は、止ネジ１９でエンドプレート４に固定するために、エンドプレート４の上方に位置して、両側に突出する連結片６Ｂを設けている。
【００３９】
さらに、ガス排出ダクト６は、端部を筒状に成形すると共に、この筒部をエンドプレート４から突出する突出筒部６Ａとしてエンドプレート４に固定している。図示しないが、この突出筒部６Ａに排気用のダクト等を連結して、角形電池１０の安全弁の排出口１２から排出されるガスを速やかに外部に排出できる。
【００４０】
さらに、図２と図５のバッテリシステムは、ガス排出ダクト６の上に外装ケース９の上ケース９Ａを固定している。図の外装ケース９は、下ケース９Ｂと上ケース９Ａとで構成している。上ケース９Ａと下ケース９Ｂは、外側に突出する鍔部２１を有し、この鍔部２１をボルト２２とナット２３で固定している。図の外装ケース９は、鍔部２１を電池ブロック２２の側面に配置している。この外装ケース９は、下ケース９Ｂを止ネジ２４でエンドプレート４に固定して、電池ブロック２を固定している。止ネジ２４は、下ケース９Ｂを貫通してエンドプレート４のネジ孔（図示せず）にねじ込まれて、電池ブロック２を外装ケース９に固定している。この止ネジ２４は、頭部を下ケース９Ｂから突出させている。
【００４１】
上ケース９Ａは金属板で、ガス排出ダクト６の上面をカバーする上面プレート９ａの両側に側面プレート９ｂを連結する形状としている。この上ケース９Ａは、側面プレート９ｂの下端縁に、外側に突出する鍔部２１を有し、この鍔部２１を、下ケース９Ｂの鍔部２１に連結している。さらに、図の上ケース９Ａは、上面プレート９ａと側面プレート９ｂとの境界に沿って、電池ブロック２の両側を下方に押圧して固定する段差部９ｃを設けている。上ケース９Ａは、この段差部９ｃを止ネジ２４でエンドプレート４に固定して、電池ブロック２に固定している。この上ケース９Ａは、電池ブロック２の上面との間にスペース２５を設けている。このスペース２５には、回路基板７を配設している。
【００４２】
さらに、外装ケース９は、側面プレート９ｂと電池ブロック２との間に、排気ダクト２６と供給ダクト２７を設けている。このバッテリシステムは、供給ダクト２７に強制送風される空気を角形電池１０の間の冷却隙間１６に送風して角形電池１０を冷却して、排気ダクト２６から外部に排気する。さらに、下ケース９Ｂは、電池ブロック２２の両側に沿って、下方に突出する凸条２８を設けている。これらの凸条２８は、排気ダクト２６と供給ダクト２７の幅を広くしてこれらのダクトの圧力損失を小さくする。さらに、これらの凸条２８は、下ケース９Ｂを補強して、下ケース９Ｂの曲げ強度を強くする。とくに、図５に示す下ケース９Ｂは、両側に凸条２８を設けているので、両側の２列の凸条２８によって、曲げ強度を向上できる。さらにまた、下ケース９Ｂの両側に設けている凸条２８は、電池ブロック２を固定する止ネジ２４の頭部よりも下方に突出し、あるいは頭部と同じ高さとしている。この下ケース９Ｂは、車両などに搭載される状態では、凸条２８を固定プレートの上に載置して、広い面積でバッテリシステムの加重を支えることができる。
【００４３】
以上のバッテリシステムは、ガス排出ダクト６を設けて、電池セル１の開口した安全弁からのガスを外部に排出する。したがって、高温ガスを安全に外部に排出できる。ただし、バッテリシステムは、図１４に示すように、ガス排出ダクトを設けることなく、回路基板８７に、安全弁の排出口１２と対向する位置に、ガスを通過させるガス抜き孔８７Ｂを貫通して設けて、このガス抜き孔８７Ｂから回路基板８７の上方に排出することもできる。このバッテリシステムは、ガス排出ダクトを設けないので、回路基板８７を電池ブロック２の端子平面２Ａにより接近して配置できる。さらに、図に示す回路基板８７は、電池セル１の注液孔１４との対向位置に貫通孔８７Ａを開口すると共に、安全弁の排出口１２と対向する位置に、ガスを通過させるガス抜き孔８７Ｂを開口しているが、回路基板は、貫通孔８７Ａを、ガスを通過させるガス抜き孔に併用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の車両用のバッテリシステムの概略平面図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる車両用のバッテリシステムの斜視図である。
【図３】図２に示す車両用のバッテリシステムの上ケースを取り除いた斜視図である。
【図４】図３に示す車両用のバッテリシステムの分解斜視図である。
【図５】図２に示す車両用のバッテリシステムの横断面図である。
【図６】本発明の一実施例にかかる車両用のバッテリシステムのブロック図である。
【図７】電池状態検出回路のブロック図である。
【図８】電池セルとスペーサの積層構造を示す分解斜視図である。
【図９】電極端子と接続端子の連結構造を示す拡大斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施例にかかる車両用のバッテリシステムの横断面図である。
【図１１】電圧検出ラインの他の一例を示す拡大断面図である。
【図１２】電圧検出ラインの他の一例を示す拡大断面図である。
【図１３】電圧検出ラインの他の一例を示す拡大断面図である。
【図１４】本発明の他の実施例にかかる車両用のバッテリシステムの横断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…電池セル １Ａ…端子面
２…電池ブロック ２Ａ…端子平面
３…電池ホルダー
４…エンドプレート ４Ａ…補強リブ
５…連結固定具
６…ガス排出ダクト ６Ａ…突出筒部
６Ｂ…連結片
７…回路基板 ７Ａ…貫通孔
８…電圧検出ライン
９…外装ケース ９Ａ…上ケース
９ａ…上面プレート
９ｂ…側面プレート
９ｃ…段差部
９Ｂ…下ケース
１０…角形電池
１１…外装缶
１２…排出口
１３…電極端子
１４…注液孔
１５…スペーサ １５Ａ…溝
１６…冷却隙間
１７…補強金具
１８…止ネジ
１９…止ネジ
２０…連結具 ２０Ａ…ボルト
２０Ｂ…ナット
２１…鍔
２２…ボルト
２３…ナット
２４…止ネジ
２５…スペース
２６…排気ダクト
２７…供給ダクト
２８…凸条
２９…止ネジ
３０…電池状態検出回路
３１…電圧検出回路
３２…セルバランス回路
３３…温度検出回路
３４…制御回路
３５…絶縁通信回路
３６…メインコントロール回路
３８…温度センサ
３９…熱伝導材
４１…接続端子 ４１Ａ…連結穴
４１Ｂ…接続部
４２…コネクタ
４３…コネクタ
４８…電圧検出ライン
５８…電圧検出ライン ５８Ａ…折曲部
６８…電圧検出ライン ６８Ａ…湾曲部
７１…接続端子
７８…電圧検出ライン
８７…回路基板 ８７Ａ…貫通孔
８７Ｂ…ガス抜き孔
９０…電池状態検出回路
９１…電池セル
９２…電池ブロック
９３…電極端子
９４…ワイヤーハーネス
９５…リード線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正負の電極端子(13)を設けている端子面(1A)を同一面に位置させる端子平面(2A)として、複数の電池セル(1)を積層状態に固定してなる電池ブロック(2)と、この電池ブロック(2)を構成する各々の電池セル(1)の電極端子(13)に接続されて各々の電池セル(1)の状態を検出する電池状態検出回路(30)とを備える車両用のバッテリシステムであって、
前記電池状態検出回路(30)が回路基板(7)、(87)に実装され、この回路基板(7)、(87)が前記電池ブロック(2)の端子平面(2A)に対向して電池ブロック(2)に固定され、かつ各々の電池セル(1)の正負の電極端子(13)が回路基板(7)、(87)に接続されて、電池状態検出回路(30)に接続してなることを特徴とする車両用のバッテリシステム。
【請求項２】
前記回路基板(7)、(87)に、電池セル(1)に熱結合されて電池温度を検出する温度センサ(38)を連結している請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項３】
前記前記電池セル(1)が、端子面(1A)に注液孔(14)を設けており、前記回路基板(7)、(87)が電池セル(1)の注液孔(14)との対向位置に貫通孔(7A)、(87A)を開口している請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項４】
前記電池セル(1)が、端子面(1A)に安全弁の排出口(12)を設けており、回路基板(87)が安全弁の排出口(12)の対向位置に、ガスを通過させるガス抜き孔(87B)を貫通して設けている請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項５】
前記電池セル(1)が、端子面(1A)に安全弁の排出口(12)を設けており、この排出口(12)に連結するように、電池ブロック(2)の端子平面(2A)と回路基板(7)との間にガス排出ダクト(6)を配置してなる請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項６】
前記回路基板(7)を前記ガス排出ダクト(6)に固定している請求項５に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項７】
前記回路基板(7)、(87)が、電圧検出ライン(8)、(48)、(58)、(68)、(78)を介して各々の電池セル(1)の正負の電極端子(13)に接続されており、各々の電圧検出ライン(8)、(48)、(58)、(68)、(78)が、電極端子(13)の同じ位置に接続されている請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項１】
正負の電極端子(13)を設けている端子面(1A)を同一面に位置させる端子平面(2A)として、複数の電池セル(1)を積層状態に固定してなる電池ブロック(2)と、この電池ブロック(2)を構成する各々の電池セル(1)の電極端子(13)に接続されて各々の電池セル(1)の状態を検出する電池状態検出回路(30)とを備える車両用のバッテリシステムであって、
前記電池状態検出回路(30)が回路基板(7)、(87)に実装され、この回路基板(7)、(87)が前記電池ブロック(2)の端子平面(2A)に対向して電池ブロック(2)に固定され、かつ各々の電池セル(1)の正負の電極端子(13)が回路基板(7)、(87)に接続されて、電池状態検出回路(30)に接続してなることを特徴とする車両用のバッテリシステム。
【請求項２】
前記回路基板(7)、(87)に、電池セル(1)に熱結合されて電池温度を検出する温度センサ(38)を連結している請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項３】
前記前記電池セル(1)が、端子面(1A)に注液孔(14)を設けており、前記回路基板(7)、(87)が電池セル(1)の注液孔(14)との対向位置に貫通孔(7A)、(87A)を開口している請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項４】
前記電池セル(1)が、端子面(1A)に安全弁の排出口(12)を設けており、回路基板(87)が安全弁の排出口(12)の対向位置に、ガスを通過させるガス抜き孔(87B)を貫通して設けている請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項５】
前記電池セル(1)が、端子面(1A)に安全弁の排出口(12)を設けており、この排出口(12)に連結するように、電池ブロック(2)の端子平面(2A)と回路基板(7)との間にガス排出ダクト(6)を配置してなる請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項６】
前記回路基板(7)を前記ガス排出ダクト(6)に固定している請求項５に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項７】
前記回路基板(7)、(87)が、電圧検出ライン(8)、(48)、(58)、(68)、(78)を介して各々の電池セル(1)の正負の電極端子(13)に接続されており、各々の電圧検出ライン(8)、(48)、(58)、(68)、(78)が、電極端子(13)の同じ位置に接続されている請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−５６０３５（Ｐ２０１０−５６０３５Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２２４８８（Ｐ２００８−２２２４８８）
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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