JP2008512840A - バッテリーパックにおける電池の電圧および温度の測定用部材 - Google Patents

バッテリーパックにおける電池の電圧および温度の測定用部材 Download PDF

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Abstract

バッテリーパックにおける電池の電圧および温度を測定するための部材であって、単位電池の表面に取り付けた温度測定素子（ａ）、およびプリント回路基板（ｂ）を含んでなり、該プリント回路基板が、該プリント回路基板の上端部に、該単位電池の電極リード線を接続する電極リード線接続部材に接続されるように形成された突起、該プリント回路基板の下側部分に、該温度測定素子を該プリント回路基板に取り付けるための接続部分、および該単位電池の電圧測定用電流および該温度測定素子の温度測定用電流が流れる回路を有する、測定用部材。

Description

発明の分野
本発明は、バッテリーパックにおける電池の電圧および温度の測定用部材に、より詳しくは、互いに電気的に接続された複数の単位電池を有する高出力、大容量バッテリーパックにおける電池の電圧および温度の測定用部材に関し、該電圧および温度測定用部材は電極リード線接続部材に接続され、該電極リード線接続部材は、該単位電池の電極リード線を相互に接続し、該単位電池の電圧および温度を同時に測定する。
発明の背景
最近、充電および放電可能な二次バッテリーが、ワイヤレス携帯装置用のエネルギー供給源として広く使用されている。また、二次バッテリーは、化石燃料を使用する既存のガソリンおよびディーゼル車により引き起こされる大気汚染のような問題を解決するために開発された電気自動車およびハイブリッド電気自動車用の動力源としても非常に大きな関心を集めている。
小型の可動装置は、各装置に一個以上の単位電池、例えば３または４個の単位電池、を使用している。対照的に、中または大型装置、例えば車両、には、高出力、大容量バッテリーパックが必要なので、互いに電気的に接続された複数の単位電池を含んでなるバッテリーパックを使用する。
一般的に、直列または並列で相互に接続された複数の単位電池をカートリッジの中に取り付け、バッテリーパックを製造する。
図１は、４個の単位電池を内部に取り付けたカートリッジの代表的な構造を例示する透視図である。
図１に関して、カートリッジ１００は、相互に取り付けられた一対のフレーム１０２および１０４を含んでなる。単位電池２００は、フレーム１０２および１０４が互いに分離されている間にフレーム１０２および１０４の電池区画１１０中に配置され、フレーム１０２および１０４が互いに取り付けられた後、フレーム１０２および１０４の電池区画１１０で堅く固定される。単位電池２００は電極リード線を有し、このリード線は、隣接する単位電池２０１のリード線と、カートリッジ１００の上側部分に配置された母線１２０を経由して電気的に接続されている。図１では、単位電池２００および２０１は相互に直列接続されているが、これらの単位電池を相互に並列接続することもできる。単位電池は、カートリッジ１０の上端部の反対側にそれぞれ突き出ているカソード端子１３０およびアノード端子１４０に電気的に接続されている。
積み重ねた時に相互に電気的に接続される、２個以上のカートリッジ２００を有するバッテリーパックにおける単位電池２００および２０１の電圧および温度を測定するための従来の方法は、追加の電圧測定装置を電極リード線接続部材にワイヤを経由して取り付けて電池電圧を測定する工程、および熱電対を電池表面または電池表面の近くに取り付け、熱電対を外部の測定装置にワイヤを経由して接続し、電池温度を測定する工程を含んでなる。従って、外部の配線部材、例えば電圧および温度測定装置を接続するための上記のワイヤ、がバッテリーパックに必要であり、その結果、バッテリーパックの構造がより複雑になる。複雑な配線により、バッテリーパックの組立が困難になり、故障の主要原因になる。そのような複雑な配線は、プリント回路基板の使用により簡素化することができる。
高出力、大容量バッテリーパックに使用するプリント回路基板の一例は、韓国未審査特許公開第２００２−３９３５６号に開示されているが、そこでは、プリント回路基板を単位電池用の接続部材として使用している。この公開に開示されている発明は、内部に取り付けた単位電池を直列または並列に接続するのに必要な電気回路、および電圧測定目的で電圧測定装置を接続する接続ソケットを包含するプリント回路基板を単位電池に直接接続する方法を提供する。
しかし、上記のようにプリント回路基板を単位電池の電気的接続部材として直接使用すると、そのプリント回路基板が部分的な損傷を受けても、バッテリーパック全体が短絡することがある。また、プリント回路基板および単位電池の接続により、耐久性が低下する。さらに、この開示された発明には、バッテリーパック中の電池温度測定が、上記のように外部の追加ワイヤを通して行われる、という問題もある。
発明の概要
従って、本発明は、先行技術における上記の問題、ならびに以前から必要とされている技術的問題を実質的に排除する、バッテリーパックにおける電池の電圧および温度測定用部材に関する。従って、本発明の目的は、バッテリーパックにおける単位電池の電気的接続部材に容易に接続し、同時に、追加のワイヤを使用せずに、電池の電圧および温度を測定するためのプリント回路基板を提供することである。
本発明者らは、様々な実験および調査を行い、単位電池の電気的接続部材ではなく、バッテリーパックの単位電池の追加接続部材に取り付けることができ、接続部材の種類に関係なく使用でき、別のワイヤを用意せずに、電圧および温度の測定を同時に行うことができる測定部材を新たに開発した。
本発明により、上記の、および他の目的は、バッテリーパックにおける電池の電圧および温度を測定するための部材であって、単位電池の表面に取り付けた温度測定素子（ａ）、およびプリント回路基板（ｂ）を含んでなり、該プリント回路基板が、該プリント回路基板の上端部に、該単位電池の電極リード線を接続する電極リード線接続部材に接続されるように形成された突起、該プリント回路基板の下側部分に、該温度測定素子を該プリント回路基板に取り付けるための接続部分、および該単位電池の電圧測定用電流および該温度測定素子の温度測定用電流が流れる回路を有する、測定用部材を提供することにより達成することができる。
従って、本発明の電圧および温度測定部材は、温度測定素子が独特な形状に形成されたプリント回路基板に取り付けられる構造を有する。電圧および温度測定部材の取付は、温度測定素子がバッテリーパックの単位電池上に位置するように、電圧および温度測定部材を電極ワイヤ接続部材に取り付けることにより、容易に達成される。従って、本発明の電圧および温度測定部材は、外部の配線部材、例えば電圧および温度測定用のワイヤ、を必要とせず、電圧および温度測定部材が損傷を受けた場合、バッテリーパックの短絡を起こさずに、その損傷した電圧および温度測定部材を容易に、都合良く、新しい部材と交換し、電圧および温度測定部材と電極リード線との直接接触により発生することがある接触抵抗を下げることができる。
好ましくは、温度測定素子（ａ）のそれぞれが、抵抗が温度に応じて変化するサーミスターである。
プリント回路基板（ｂ）の突起は、電極リード線接続部材に様々な様式で固定することができる。好ましくは、突起を電極リード線接続部材にはんだ付けにより固定する。温度測定素子（ａ）は、プリント回路基板（ｂ）に様々な様式で固定することができる。好ましくは、プリント回路基板（ｂ）の接続部分のそれぞれが通し穴を有し、その通し穴を通して各温度測定素子（ａ）の２個の接続脚を挿入し、各温度測定素子（ａ）の接続脚を通し穴に挿入している間に、各温度測定素子の接続脚をプリント回路基板にはんだ付けにより固定する。
プリント回路基板は、その一端にコネクタを備え、そのコネクタをバッテリー管理装置（ＢＭＳ）に接続し、そのバッテリー管理装置に電圧測定装置および温度測定装置を取り付ける。
プリント回路基板（ｂ）の突起が接続される電極リード線接続部材に、特に制限は無い。好ましくは、電極リード線接続部材は母線である。
本発明の上記の、および他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照しながら記載する下記の詳細な説明により、より深く理解される。
好ましい実施態様の詳細な説明
ここで、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を説明する。しかし、本発明の範囲は、例示する実施態様に限定されるものではない。
図２は、本発明の好ましい実施態様よる電圧および温度測定部材３００を例示する典型的な図であり、該電圧および温度測定部材は、母線１２１、１２２および１２３に取り付けてあり、図３は、図２の透視図である。母線１２１、１２２および１２３に取り付けた電圧および温度測定部材３００は、図１に示すカートリッジフレームに堅く固定され、バッテリーパックを構成する。分かり易くするために、図２および３ではカートリッジフレームを示していない。
図２および３に関して、単位電池２００、２０１、２０２、および２０３は電極リード線を有し、その電極リード線のそれぞれが隣接する単位電池のリード線に、母線１２１、１２２、および１２３の対応する１個を経由して接続されている。例えば、単位電池２０１はカソード端子２１１およびアノード端子２２１を有し、カソード端子２１１は、単位電池２００のアノード端子２２０に接続されており、アノード端子２２１は、単位電池２０２のカソード端子２１２に母線１２２を経由して接続されている。
単位電池２００、２０１、２０２、および２０３は、充電および放電可能な電池である。様々な種類の電池を単位電池として使用できる。好ましくは、電気を高密度で蓄積する正方形電池または小袋型電池を単位電池として使用する。より好ましくは、小袋型電池を単位電池として使用する。
単位電池のそれぞれは、カソード、アノード、分離フィルム、および電池ケース中に密封された様式で取り付けられた電解質を有する。フィルム形状のカソードとアノードとの間に微細孔分離フィルムを含む電極組立を巻き付けるか、またはカソード／分離フィルム／アノード構造の全電池(fullcell)または二重電池(bicell)を連続的に積み重ねることができる。カソードおよびアノードに塗布された活性材料に、特に制限は無い。好ましくは、カソード活性材料は、安全性が高いリチウム−マンガン系酸化物からなり、アノード活性材料は炭素からなる。最も好ましい単位電池は、リチウム−イオン電池またはリチウム−イオン重合体電池である。
図２および３に戻って、本発明の測定部材３００は、温度測定素子として作用するサーミスタ３１０、およびプリント回路基板３２０を備えてなる。
各サーミスタ３１０は、測定すべき二次電池２０１に取り付けた検出部３１２および検出部３１２から伸びる一対の接続脚３１４を包含する。接続脚３１４は、細い導電性ワイヤから製造する。検出部３１２は、二次電池２０１の表面に取り付けられ、接続脚３１４はプリント回路基板３２０に接続される。温度に応じて抵抗が変化する検出部３１２に接続脚３１４を通して電流を印加し、抵抗に応じて変化する電流を電気信号としてプリント回路基板３２０に伝送する。
プリント回路基板３２０は、薄い銅ラミネートから製造する。プリント回路基板は、その上端部に形成された複数の突起３２２を有し、突起３２２は、それぞれ母線１２１、１２２、および１２３に接続される。母線１２１、１２２、および１２３を通して流れる電流が突起３２２に伝達されるように、導電性である突起３２２が、はんだ付けにより母線１２１、１２２、および１２３に固定される。プリント回路基板３２０の下側部分に、複数の通し穴３２４が形成され、その通し穴にサーミスタ３１０の接続脚３１４が挿入される。サーミスタ３１０の接続脚３１４が通し穴３２４を通して挿入されている時に、接続脚３１４をプリント回路基板３２０に、はんだ付けにより固定する。
プリント回路基板には回路３２６が印刷されており、その回路に電流が、母線１２０からは突起３２２を経由して送られ、サーミスタ３１０からは通し穴３２４を経由して送られる。
プリント回路基板３２０の、回路３２６が接続されている一端に、バッテリー管理装置（ＢＭＳ）（図には示していない）に接続されたコネクタ３２８が取り付けてあり、そのバッテリー管理装置に電圧測定装置および温度測定装置が取り付けてある。
本発明の好ましい実施態様を例示のために開示したが、当業者には明らかなように、請求項に記載する本発明の範囲および精神から離れることなく、様々な修正、追加および置き換えが可能である。
産業上の利用可能性
上記の説明から明らかなように、本発明の電池の電圧および温度測定部材は、電池電圧を測定するために、バッテリーパックを構成するカートリッジに取り付けた単位電池の電極リード線を接続する電極リード線接続部材に容易に接続される。さらに、電池温度は、追加の外部ワイヤを使用せずに、プリント回路基板に直接接続された温度測定素子により正確に測定される。プリント回路基板が損傷を受けても、その損傷したプリント回路基板は電極リード線接続部材に影響を及ぼさない。従って、バッテリーパックの短絡を起こさずに、プリント回路基板は容易に交換される。
図１は、４個の単位電池が中に取り付けられているカートリッジを例示する透視図である。 図２は、本発明の好ましい実施態様による、母線に取り付ける電圧および温度測定部材を例示する典型的な図である。 図３は、図２の透視図である。＜図面の主な参照番号の説明＞１００ バッテリーパックカートリッジ１２０、１２１、１２２、１２３ 母線２００、２０１、２０２、２０３ 単位電池２１０、２１１、２１２、２１３ カソードリード線２２０、２２１、２２２、２２３ アノード端子３００ 電圧および温度測定部材３１０ サーミスタ３２０ プリント回路基板

Claims (6)

  1. バッテリーパックにおける電池の電圧および温度を測定するための部材であって、
    単位電池の表面に取り付けた温度測定素子（ａ）と、及び
    プリント回路基板（ｂ）とを備えてなり、
    前記プリント回路基板が、前記プリント回路基板の上端部に、前記単位電池の電極リード線を接続する電極リード線接続部材に接続されるように形成された突起と、前記プリント回路基板の下側部分に、前記温度測定素子を前記プリント回路基板に取り付けるための接続部分と、並びに前記単位電池の電圧測定用電流及び前記温度測定素子の温度測定用電流が流れる回路とを有してなる、部材。
  2. 前記温度測定素子のそれぞれが、抵抗が温度に応じて変化するサーミスターである、請求項１に記載の部材。
  3. 前記突起が前記電極リード線接続部材に、はんだ付けにより固定される、請求項１に記載の部材。
  4. 前記接続部分のそれぞれが通し穴を有し、前記通し穴を通して前記温度測定素子のそれぞれの２個の接続脚が挿入され、前記温度測定素子のそれぞれの接続脚が前記通し穴に挿入されている間に、前記温度測定素子のそれぞれの前記接続脚が前記プリント回路基板に、はんだ付けにより固定されてなる、請求項１に記載の部材。
  5. 前記プリント回路基板が、前記プリント回路基板の一端にコネクタを備え、前記コネクタがバッテリー管理装置（ＢＭＳ）に接続され、前記バッテリー管理装置に電圧測定装置および温度測定装置が取り付けられてなる、請求項１に記載の部材。
  6. 前記突起が接続される前記電極リード線接続部材が母線である、請求項１に記載の部材。
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