JP2010160930A

JP2010160930A - 二次電池の電圧検出装置

Info

Publication number: JP2010160930A
Application number: JP2009001501A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Suzuki; 浩恭鈴木
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2029-01-07
Also published as: JP5472570B2; CN101769952B; CN101769952A

Abstract

【課題】二次電池のモジュール単位で設けることの可能な二次電池の電圧検出装置を提供する。
【解決手段】複数の電池セル(2)からなるモジュール(1)において、電池セル(2)の上部に突き出た正極及び負極の電極端子(3a,3b)から互いに向かって伸びるセル端子(4)をそれぞれ設け、そのセル端子の上に基板(10)をモジュールに対し接触するように配置してセル端子と基板とを接合させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池の電圧検出装置に係り、詳しくは、モジュール化した二次電池の電圧検出装置に関するものである。

この種の二次電池は、例えば車載用としてリチウムイオン電池がモジュール化されてなり、一つのモジュールは、薄膜状の正極、負極及びセパレータが交互に層状に重ね合わされた電極束をセルケースに入れ電解液とともに密閉して一つの電池セルを形成し、この電池セルを複数個束ねることで構成されている。
このリチウムイオン電池は、他の二次電池と比べて大きな電圧を得られ、エネルギー密度が高いのが特徴であるが、その反面、電圧の上限又は下限を超えると電池の劣化や故障を招く恐れがある。

そこで、電池セルそれぞれの電圧情報を監視する必要があり、例えば、電池筐体の上面の一部に電圧情報を検出する電圧検出装置を収容する空間を設け、この空間に単位電池の正極端子および負極端子それぞれに筐体内部で電気的に接続された一体の保持具を埋め込み、この保持具に検出センサの端子を嵌め込む構成の電圧検出装置が知られている（特許文献１）。

特開平９−３３０７４３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されるように電圧検出装置が電池セル毎に設けられていると、電池セル毎に電圧検出装置を取り付けなければならず、また、電池セル単位での電池交換において電圧検出装置も一緒に取り換えなくてはならず、コストが嵩む上に作業工数が増えるという問題がある。
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、二次電池のモジュール単位で設けることの可能な二次電池の電圧検出装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１記載の二次電池の電圧検出装置は、電池セルを複数個束ねて一つのモジュールを構成してなる二次電池において、前記電池セルに設けられた正極端子及び負極端子から互いに向かって伸びるセル端子と、前記セル端子に設けられた第１の結合部と、前記各電池セル内の電圧を検出するための電圧検出回路と演算処理装置とを有する第１の基板と、前記第１の基板に設けられた第２の結合部とを具備し、前記第１の基板は、前記第１の結合部と前記第２の結合部とが重なり合うように前記モジュールに対して配置されるとともに、接合手段により前記第１の結合部と前記第２の結合部とが結合されることで前記セル端子と接合されることを特徴とする。

請求項２記載の二次電池の電圧検出装置は、請求項１記載の二次電池の電圧検出装置において、前記第１の基板と前記セル端子とは可撓手段を介して締結されることを特徴とする。
請求項３記載の二次電池の電圧検出装置は、請求項１または２記載の二次電池の電圧検出装置において、前記第１の基板に設けられた前記第２の結合部の周囲は基板本体と切り離されて浮島基板を形成しており、該基板本体と該浮島基板とが配線により接続されることを特徴とする。

請求項４記載の二次電池の電圧検出装置は、請求項１乃至３いずれか記載の二次電池の電圧検出装置において、前記モジュールは複数からなる大モジュールを形成し、該大モジュールにおいて隣り合って位置する一のモジュールには前記第１の基板が配設されるとともに他のモジュールには前記第１の基板と接続可能な第２の基板が配設され、該第２の基板は前記第１の結合部に対応する前記第２の結合部及び前記電圧検出回路を有し、該第２の基板は、前記第１の結合部と前記第２の結合部とが重なり合うように前記他のモジュールに対して配置されるとともに、前記接合手段により前記第１の結合部と前記第２の結合部とが結合されることで前期モジュールの前記セル端子と接合され、前記第１の基板と前記第２の基板とは配線により接続されていることを特徴とする。

請求項５記載の二次電池の電圧検出装置は、請求項４記載の二次電池の電圧検出装置において、前記第２の基板と前記セル端子とは可撓手段を介して締結されることを特徴とする。
請求項６記載の二次電池の電圧検出装置は、請求項４または５記載の二次電池の電圧検出装置において、前記第２の基板に設けられた前記第２の結合部の周囲は基板本体と切り離されて浮島基板を形成しており、該基板本体と該浮島基板とが配線により接続されることを特徴とする。

請求項７記載の二次電池の電圧検出装置は、請求項１乃至６のいずれか記載の二次電池の電圧検出装置において、前記第１の結合部は第１の孔であって前記第２の結合部は第２の孔であり、前記接合手段はこれら第１及び第２の孔に挿入され螺合してなるボルトであることを特徴とする。

請求項１記載の二次電池の電圧検出装置によれば、第１の基板はモジュールに対して第１の結合部と第２の結合部とが重なり合うように配置され、接合手段によりこれらの結合部とが結合するようにして第１の基板とセル端子とは接合されているので、第１の基板とセル端子との間で無駄な配線を省くことができ、各セル端子から入力された電圧情報を回路を介して演算処理装置で処理することができる。

また、第１の基板とセル端子とを直接接合するので、モジュールに対して第１の基板を固定することができ、電圧情報の伝達に必要な接触面以外に別途第１の基板とモジュールとを接合する手段を設ける必要がない。
すなわち、電圧情報の伝達のための各電池セルと第１の基板との接続と、モジュールと基板との接合とを同時に、かつ、モジュール単位で行うことができ、部品数ひいてはコストの削減及び作業効率の向上を図ることができる。

請求項２記載の二次電池の電圧検出装置によれば、請求項１記載の二次電池の電圧検出装置において、第１の基板とセル端子とは可撓手段を介して接合されているので、セル端子は上下方向に撓むことが可能となり、第１の基板とセル端子とがしっかりと接着した状態で接合され、セル端子から第１の基板へ電圧情報を確実に伝達することができる。
請求項３記載の二次電池の電圧検出装置によれば、第２の結合部の周囲を基板本体から切り離して浮島基板を形成し、当該浮島基板と基板本体とが配線により接続されており、浮島基板は基板本体に対して他の浮島基板とは独立して垂直方向へ自由に移動することができ、個々の浮島基板とセル端子とは他の固定箇所に影響されることなくされるので、浮島基板とセル端子とはしっかりと接着してされ各電池セルの電圧情報が確実に基板本体に伝達され、演算処理装置での電圧情報の検出を高い精度で行うことができる。

請求項４記載の二次電池の電圧検出装置によれば、演算処理装置を有さない第２の基板で検出した電圧情報は、演算処理装置を有する第１の基板にケーブルを介して伝達され処理されるので、演算処理装置を載せた第１の基板１つで複数のモジュールを監視することができ、モジュールの数に対して演算処理装置の数を減らすことができ、部品数ひいてはコストのさらなる削減を図ることができる。

請求項５記載の二次電池の電圧検出装置よれば、第２の基板とセル端子とは可撓手段を介して接合されるので、セル端子は上下方向に撓むことが可能となり、第２の基板とセル端子とがしっかりと接着した状態で接合され、セル端子から第２の基板へ電圧情報を確実に伝達することができる。
請求項６記載の二次電池の電圧検出装置よれば、第２の基板においても浮島基板を設けているので、第２の基板とするセル端子から入力される電池セルの電圧情報が当該第２の基板にも確実に伝達され、モジュール間での電圧情報の検出の精度を高めることができる。

請求項７記載の二次電池の電圧検出装置よれば、基板とセル端子の結合部はそれぞれ孔であり、これらの孔に挿入されたボルトを螺合して基板とセル端子とを接合しているので、基板とセル端子とはしっかりと接着した状態で接合され、セル端子から基板へ電圧情報を確実に伝達することができる。

二次電池のモジュールを示す斜視図である。第１実施例に係る基板を固定したモジュールの平面図である。孔の周囲を浮き島にした第２実施例に係る基板の平面図である。基板と第３実施例に係る可撓部を設けたセル端子との接着部分を側面から視た拡大図である。

以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
先ず、第１実施例について説明する。
図１は、本発明に係るリチウムイオン電池のモジュールの斜視図を示す。
モジュール１は、薄膜状の正極、負極及びセパレータが交互に層状に重ね合うように巻かれた電極束を絶縁材耐熱樹脂（セルケース）に入れ電解液とともに密閉して一つの金属電池ケースに収納した電池セル２を複数個直列に並べたものであり、隣り合う電池セル２同士が一定の間隔をあけて配置されるようにモジュール中蓋６で規制されて構成されている。

電池セル２には、正極から伸びた正極端子３ａと負極から伸びた負極端子３ｂがそれぞれ突出しており、ここでは電池セル２の上部両端にそれぞれ設けられている。
そして、当該正極端子３ａは隣り合う電池セル２の負極端子３ｂと、当該負極端子３ｂはさらに隣り合う電池セル２の正極端子３ａと接続するようにバスバー７が配設されている。

また、正極端子３ａ及び負極端子３ｂ（電極端子）にはそれぞれ、互いに向かって伸びるセル端子４が設けられており、このセル端子４には周縁がねじ切りされた孔（第１の孔、第１の結合部）５が設けられている。
このように、モジュール１では、隣り合う電池セル２同士が正極端子３ａと負極端子３ｂの向きが互いに反対になるように配置され、これらの電池セル２が直列に接続されるように隣り合う正極端子３ａ及び負極端子３ｂとがバスバー７により接続され、電極端子３ａ、３ｂから伸びるセル端子４が各電池セル２の中央で向かい合うように位置し、各電池セル２が一定の間隔をあけてモジュール中蓋６により規制され束ねられることにより電池セル２のモジュール化が図られている。

また、バスバー７による正極端子３ａと負極端子３ｂの接続はモジュール１間での接続にも用いられ、これにより複数のモジュール１は直列に接続され、モジュール１の集合体として電池パックが形成される。
図２は、第１実施例に係る基板１０を固定したモジュール１の平面図を示す。
基板１０には、長辺側両端にモジュール１を構成する電池セル２のセル端子４の孔５と同数の孔（第２の孔、第２の結合部）１１が設けられている。また、基板１０上には各電池セル２内の電圧情報を処理する演算処理装置１４及び孔１１の周縁部と演算処理装置１４とを電気的に結ぶ回路１２が設けられている。

基板１０は、セル端子４の上に孔５と孔１１とが重なる位置に配置され、ボルト（接合手段）が孔１１を貫通し孔５周縁のねじと螺合することで、セル端子４と接合されている。すなわち、基板１０は、モジュール１の電極端子間の中央帯域においてモジュール１を構成する電池セル２に固定され、電池セル２と同様にモジュール化されている。
これにより、セル端子４のうち孔５の周縁部と基板１０の回路１２のうち孔１１の周縁部とが接触し、電極３からセル端子４に伝わる各電池セル２の電圧情報が、セル端子４と基板１０との接触部分から回路１２を介して演算処理装置１４に送られ処理される。

なお、この場合において、バスバー７により接続される電極間の電位差はゼロなので、バスバー７で接続されている電極３から伸びるセル端子４のうちいずれか一方は、基板１０と結合されていなくてもよい。
すなわち、図２に示されるモジュール１は４つの電池セル２から構成され、セル端子４に設けられた孔５及び基板１０に設けられた孔１１はそれぞれ８つあるが、バスバー７で接続されているセル端子４のうちいずれか一方については必ずしも基板１０と結合されていなくてもよく、回路１２に接触していなくてもよい。具体的には、ここではバスバー７は３本設けられているので、セル端子４と基板１０とは５箇所で固定されていればよい。

このように、本発明の第１実施例では、基板１０は、モジュール１を構成する全ての電池セル２の電圧情報がセル端子４から直接入力されるよう構成されている。
従って、セル端子４と基板１０との間で無駄な配線を省くことができ、各セル端子４から入力された電圧情報を回路１２を介して１つの演算処理装置１４で処理することができる。

また、セル端子４と基板１０とを直接固定するので、モジュール１に対して基板１０を固定することができ、電圧情報の伝達に必要な接触面以外に別途基板１０とモジュール１を接合する手段を設ける必要がない。
すなわち、本発明の二次電池の電圧検出装置によれば、電圧情報の伝達のための各電池セル２と基板１０との接続と、モジュール１と基板１０との接合とを同時に、かつ、モジュール単位で行うことができ、部品数ひいてはコストの削減及び作業効率の向上を図ることができる。

ところで、基板１０には、当該基板１０と演算処理装置１４を備えていない基板１０’とを接続し、当該基板１０’に入力される電圧情報を基板１０に伝達するケーブル等（配線）を接続するためのケーブル差込口１６が設けられており、同様に基板１０’にはケーブル差込口１６’が設けられている。
詳しくは、２つのモジュール１が隣り合って位置している場合に、一方のモジュール１には基板１０が固定され、他方には基板１０’が固定されており、ケーブル差込口１６とケーブル差込口１６’とがケーブル２２で連結され、基板１０と１０’とが電気的に接続されている。

これより、演算処理装置１４を備えていない基板１０’に入力された電圧情報がケーブル２２を介して基板１０に送られることになり、当該基板１０’に入力された電圧情報は当該基板１０上にて回路１２を介して演算処理装置１４に伝達され処理される。
このように、モジュール１が隣り合う場合には、一方のモジュール１には演算処理装置１４を備えた基板１０を固定し、他方のモジュール１には演算処理装置１４を有さない基板１０’を固定すればよくこれにより、基板１０’に入力された電圧情報をケーブル２２を介して演算処理装置１４に伝達し、演算処理装置１４において良好に処理可能である。故に、演算処理装置１４を載せた基板１つで２つのモジュールを監視することができ、モジュール１の数に対して演算処理装置１４の数を減らすことができ、部品数ひいてはコストのさらなる削減を図ることができる。

なお、ここでは基板１０に基板１０’を１つ接続するようにしているが、モジュール１が複数隣り合う場合において基板１０’を複数設け、基板１０にこれら複数の基板１０’を接続するようにしてもよい。
次に、第２実施例について説明する。
図３は、孔１１の周囲を浮き島状にした第２実施例に係る基板１１０の平面図を示す。

基板１１０の浮島基板２０は、上記基板１０に設けられている孔１１の周囲を切り離して形成されており、基板本体１１０ａとは配線２４を介して接続されている。
すなわち、各浮島基板２０は基板本体１１０ａに対して他の浮島基板２０とは独立して垂直方向へ自由に移動することができ、個々の浮島基板２０とセル端子４とは他の固定箇所に影響されることなく接合される。

これにより、各浮島基板２０とセル端子４とはしっかりと接着して接合されるので、各電池セル２の電圧情報が確実に基板１１０に伝達され、演算処理装置１４での電圧情報の検出を高い精度で行うことができる。
なお、同様に上記基板１０’においても基板１１０’とし、本体１１０ａ’と配線２４を介し接続された浮島基板２０を設けセル端子４と接合するのがよく、これにより各電池セル２の電圧情報が基板１１０’にも確実に伝達され、基板１１０と基板１１０’とが接続されるモジュール間での電圧情報の検出の精度を高めることができる。

次に、第３実施例について説明する。
図４は、基板１０と第３実施例に係る可撓部（可撓手段）３０を設けたセル端子４’との接着部分を側面から視た拡大図を示す。
可撓部３０は、セル端子４’上であって基板１０との接触部分と電極端子３ａ、３ｂとの間に設けられており、セル端子４’と基板１０とは、孔５と孔１１とが重なる位置においてボルト３２が孔１１を貫通し孔５に螺合されて締結されている。

このように、セル端子４’を支える電極端子３ａ、３ｂと、セル端子４’と基板１０との接触部分との間に可撓部３０が設けられることで、セル端子４’は可撓部３０により上下方向に撓むことが可能であり、セル端子４’と基板１０とをしっかり接触させてボルト３２により締結することができる。
これにより、セル端子４’と基板１０とがしっかりと接着した状態で接合されるので、セル端子４’から基板１０へ電圧情報を確実に基板１０に伝達することができる。

なお、ここでは、可撓部３０をセル端子４’上に設けるようにしたが、基板１０、１０’の孔１１の周縁に可撓手段を設けるようにしてもよい。
さらに、基板１０、１０’自体が可撓性を有するようにしてもよい。
図示しないものの、例えば、一端が基板１０に接続されるとともに他端に環状部が形成され、この環状部をボルトが貫通し孔５と螺合することで他端がセル端子４に接合されるような導電性のコイルスプリングを基板１０、１０’側に設けるようにしてもよい。

このようにしても、セル端子４と基板１０、１０’とはコイルスプリングの伸縮により導電性のコイルスプリングを介してしっかり接触した状態となるので、セル端子４から基板１０、１０’へ電圧情報を確実に伝達することができる。
また、セル端子４’と基板１０とはボルト３２により接合されているが、接合手段はボルトに限るものではなく、例えば、スナップフィットでの嵌め込みによる結合の他、樹脂クリップによる方法を用いるもの、熱溶着などの締結構造を有するものであってもよい。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、二次電池がリチウムイオン電池である場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、同様に電圧検出装置を備える二次電池であれば本発明を適用可能である。

また、上記実施形態では、電池要素が層状に巻かれた電池形式のものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、積層などその他の形式の電池に対しても本発明を適用可能である。
また、上記実施形態では、図１に示すようにモジュール１は４体の電池セル２により構成されているが、電池セル２の数は４体に限るものではない。

１モジュール
２電池セル
３ａ、３ｂ電極端子
４セル端子
５孔
６モジュール中蓋
７バスバー
１０、１０’ 基板
１１孔
１２回路
１４演算処理装置
１６、１６’ ケーブル差込口
２０浮島基板
２４配線
３０可撓部
３２ボルト（接合手段）
１１０、１１０’ 基板

Claims

電池セルを複数個束ねて一つのモジュールを構成してなる二次電池において、
前記電池セルに設けられた正極端子及び負極端子から互いに向かって伸びるセル端子と、
前記セル端子に設けられた第１の結合部と、
前記各電池セル内の電圧を検出するための電圧検出回路と演算処理装置とを有する第１の基板と、
前記第１の基板に設けられた第２の結合部とを具備し、
前記第１の基板は、前記第１の結合部と前記第２の結合部とが重なり合うように前記モジュールに対して配置されるとともに、接合手段により前記第１の結合部と前記第２の結合部とが結合されることで前記セル端子と接合されることを特徴とする二次電池の電圧検出装置。
前記第１の基板と前記セル端子とは可撓手段を介して締結されることを特徴とする、請求項１記載の二次電池の電圧検出装置。
前記第１の基板に設けられた前記第２の結合部の周囲は基板本体と切り離されて浮島基板を形成しており、該基板本体と該浮島基板とが配線により接続されることを特徴とする、請求項１または２記載の二次電池の電圧検出装置。
前記モジュールは複数からなる大モジュールを形成し、該大モジュールにおいて隣り合って位置する一のモジュールには前記第１の基板が配設されるとともに他のモジュールには前記第１の基板と接続可能な第２の基板が配設され、該第２の基板は前記第１の結合部に対応する前記第２の結合部及び前記電圧検出回路を有し、
該第２の基板は、前記第１の結合部と前記第２の結合部とが重なり合うように前記他のモジュールに対して配置されるとともに、前記接合手段により前記第１の結合部と前記第２の結合部とが結合されることで前記他のモジュールの前記セル端子と接合され、
前記第１の基板と前記第２の基板とは配線により接続されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の二次電池の電圧検出装置。
前記第２の基板と前記セル端子とは可撓手段を介して締結されることを特徴とする、請求項４記載の二次電池の電圧検出装置。
前記第２の基板に設けられた前記第２の結合部の周囲は基板本体と切り離されて浮島基板を形成しており、該基板本体と該浮島基板とが配線により接続されることを特徴とする、請求項４または５記載の二次電池の電圧検出装置。
前記第１の結合部は第１の孔であって前記第２の結合部は第２の孔であり、前記接合手段はこれら第１及び第２の孔に挿入され螺合してなるボルトであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか記載の二次電池の電圧検出装置。