CN1193456C

CN1193456C - 电池组

Info

Publication number: CN1193456C
Application number: CNB001040332A
Authority: CN
Inventors: 远矢正一; 冈岛英树; 小田贵史; 古川忠司
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: US6444350B1; DE10011233B4; FR2792115B1; CN1267099A; FR2792115A1; DE10011233A1

Abstract

一种电池组，备有多个单个电池。将温度传感器靠近单个电池配置。在一个单个电池上配置一个温度传感器，但不在全部单个电池上配置温度传感器。将电池组分割成多个小块，同时连接多个单个电池构成各小块，而且，设置控制单元，用来输入在上述单个电池上配置的温度传感器的输出，控制单元对每个小块计算上述温度传感器的输出，对应于电池组的小块，将温度传感器按多个小块的每一个分割，多个温度传感器串联连接于温度传感器的小块中，以及将温度传感器的小块互相比较。电池组是将靠近配置了温度传感器的单个电池和不配置温度传感器的单个电池混合连接而成的。

Description

电池组

技术领域

本发明涉及将多个单个电池串联或并联而成的电池组。特别是涉及能检测构成电动汽车用电池组的多个单个电池中至少一个温度异常的电池组。

背景技术

为了检测电池的温度异常，将由于电池的劣化或发热引起的事故等防患于未然，广为人知的一种电池组，是将正温度系数(PTC)元件之类的温度传感器组装在电池中。

另外，作为电动汽车的电动机驱动电源，设计出了将多个单个电池串联连接起来、供给高电压、大电流的驱动电源。而且，已知将温度传感器组装在这样的电动汽车用的电源装置中，例如特开平10-270094号公报中公开了该电源装置。

该公报中公开的该电源装置是将温度传感器安装在构成电池组的全部各个单个电池中，通过测定全部温度传感器的电阻，检测单个电池的异常升温。

可是，公报中记载的电源装置由于将温度传感器安装在构成电池组的全部各个单个电池中，所以需要与单个电池的个数等量的温度传感器。特别是象电动汽车这样的需要大功率高电压的电源装置，由于所连接的单个电池的个数很多，所以连接在各单个电池上的温度传感器的个数也需要很多。

其结果，零件个数增多，各温度传感器的连接等的组装工序数也增加，存在成本增大的问题。

发明内容

因此，本发明的第一个目的在于提供这样一种电池组：在连接了多个单个电池的电池组中，既能减少温度传感器的安装个数，又能检测各单个电池的异常升温。

另外，如图1所示，特开平10-270094号公报中公开的异常升温检测装置，是从外部将PTC传感器10安装在构成电池组的全部各个单个电池中，构成与单个电池的连接系统不同的另一个系统，将全部PTC传感器10串联连接后连接在电阻测定装置上，测定这些串联连接的PTC传感器10的全部电阻。安装了PTC传感器10的单个电池中即使有一个异常升温时，安装在该单个电池上的PTC传感器10的电阻值急剧增大，结果由电阻测定装置检测到异常升温。

可是，该公报中公开的异常升温检测装置串联连接安装在各个单个电池上的全部PTC传感器10，测定该串联连接的PTC传感器10的全部电阻值，进行检测。这里，PTC传感器10有各自固有的温度特性上的离散。因此，随着PTC传感器10的连接个数的增多，其离散也相加，各PTC传感器10的全部离散加在全部电阻的测定值中。特别是如特开平10-270094号公报所述，将温度传感器安装在构成电动汽车用电池电源装置的126个或252个单个电池的每一个中，其全部电阻的测定值中会增加极大的离散。

因此，例如，一个单个电池异常升温后，安装在该单个电池上的PTC传感器的电阻值即使急剧增大，如上所述，由于各PTC传感器有离散，所以有时不能检测该增大的电阻值。或者，考虑这些离散，在将检测电阻值增大用的阈值设定成含有较大值离散的情况下，只能检测电阻值增大到超过该阈值的值时的异常升温，存在电阻值增大到超过该阈值的值需要较长的时间的问题。

另外，该公报中所示的异常升温检测装置由于安装在构成电池电源装置的126个单个电池的每一个上的PTC传感器全部串联连接，所以不知道126个中的哪一个单个电池异常升温了，必须在较大的范围内进行异常的单个电池或全体装置的修理或更换，存在不能迅速地进行维修检查等的缺点。

因此，本发明的第二个目的在于提供这样一种电池组：它备有异常升温检测装置，该装置不受温度传感器的温度特性上的离散的影响，能准确地检测单个电池的异常升温，同时异常升温引起的电阻值的增大快，能缩短检测时间，而且，即使在由多个单个电池构成的电源装置中使用的情况下，也能在比较窄的范围内检测单个电池的异常升温，以便能尽快地采取措施或维修检查等。

本发明的以上的和其他目的、以及优点，将在以下参照附图所作的说明中进一步明确。

本发明的电池组包括多个温度传感器，其在单个电池上配置，以便检测单个电池的温度，但不在全部单个电池上配置，比单个电池的个数少；

将电池组分割成多个小块，同时连接多个单个电池构成各小块，而且，设置控制单元，用来输入在上述单个电池上配置的温度传感器的输出，控制单元对每个小块计算上述温度传感器的输出；并且

对应于电池组的小块，将温度传感器按多个小块的每一个分割，多个温度传感器串联连接于温度传感器的小块中，以及将温度传感器的小块互相比较。

温度传感器是PTC元件或热敏电阻。

不靠近温度传感器配置的单个电池可以设置集热构件，用来采集单个电池的温度，将单个电池的温度信息传递给温度传感器。

该电池组将配置了温度传感器的单个电池和配置了集热构件的单个电池互相相邻地连接起来。

温度传感器最好配置在配置温度传感器的单个电池表面上接近配置了集热构件的单个电池的位置。

集热构件的主要成分是铁、镍、铜、铝或包含它们的合金中的任意一种。

另外，电池组备有配置了温度传感器的多个单个电池、以及配置了集热构件的单个电池，配置在单个电池上的各温度传感器能通过集热构件互相串联连接。

以上的电池组最好将配置了集热构件的单个电池配置在配置了温度传感器的多个单个电池之间。

另外，以上的电池组能将温度传感器配置在相邻的单个电池之间，将集热构件配置在位于温度传感器两侧的单个电池上。

以上构成的电池组通过将集热构件配置在单个电池的表面上，将该集热构件连接在温度传感器上，从而将单个电池的温度采集在集热构件上，并传递给温度传感器。因此，能利用集热构件检测单个电池的异常升温。其结果，即使未安装构成电池组的单个电池个数的温度传感器，也能通过将该集热构件组合起来，用比单个电池的个数少的温度传感器，检测全部单个电池的异常升温。

其结果，以上的电池组能减少温度传感器的个数，能谋求减少组装工序和零件个数，能降低成本。

另外，将温度传感器分割成小块，利用控制单元进行每个小块的异常检测的电池组虽然使温度传感器的个数比所连接的单个电池的个数少，但也能进行小块窄范围内的异常检测。

另外，本发明的电池组备有异常升温检测装置，它由以下部分构成：多个单个电池；安装在单个电池上，升温时电阻变化的温度传感器；以及测定温度传感器的电阻值，检测单个电池的异常升温的异常升温检测电路。该温度传感器被分割成多个温度传感块。各温度传感块分别串联连接着相同数量的温度传感器。另一方面，该异常升温检测电路对每个温度传感块的电阻值进行互相比较，检测异常升温。

这样构成的电池组将多个温度传感器分割成温度传感块，测定每个温度传感块的电阻值，同时其差超过规定值时，断定电池异常升温。

由于比较各个温度传感块的电阻值，所以能抵消温度传感器的温度特性上的离散。因此，如果某一单个电池发生异常升温，安装在该单个电池上的PTC传感器的电阻值急剧增大，由于各温度传感器的离散被抵消，所以能准确地检测其增加部分。

其结果，能不受各PTC传感器等温度传感器的离散的影响，能准确无误地检测。另外，由于能抵消离散，所以也可以不将断定电池温度异常的温度传感块的差的设定值设定得过大，能对电阻值的增大反应敏感，能加快检测时间。

另外，由于各PTC传感器等温度传感器被分割成温度传感块，所以多个单个电池中不管哪一个单个电池发生异常升温，都能按照块单元进行检测，所以能在较窄的范围内进行修理或更换等，能迅速地进行维修检查等。

其结果，这样构成的电池组用作串联连接许多单个电池的电动汽车或混合式的汽车的电池电源，能准确且快速地检测电池的异常温度上升，所以安全且容易进行维修检查等，适合用作电动汽车等中的电池电源。

附图说明

图1是现有的异常升温检测装置的连接电路图

图2是本发明的实施例的电池组的透视图

图3是温度传感器的连接电路图

图4是表示发明的另一实施例的电池组的透视图

图5是表示发明的另一实施例的电池组的透视图

图6是表示发明的另一实施例的电池组的透视图

图7是表示发明的另一实施例的电池组的透视图

图8是表示发明的另一实施例的电池组的平面图

图9是图8中的电池组的温度检测电路图

图10是表示发明的另一实施例的电池组的分解透视图

图11是图10所示的电池组的组件的平面图

图12是异常升温检测装置的电路图

具体实施方式

根据附图说明本发明的实施例。图2中的电池组是将6个圆筒形的单个电池1全部串联连接成纵向长的棒状。将镍氢电池用作单个电池1，但也可以使用镍镉电池或锂电池。

电池组的各单个电池1之间，将碟状的连接体2点焊在单个电池1上。连接体2将相邻的单个电池1之间导电性地串联连接起来，同时也机械地连接起来。而且，6个单个电池1连接而成的电池组，在其两端分别设有正极端子和负极端子。正极端子3的中央有突起部3A，另一方面，在负极端子4的中央有孔部4A。

正极端子3的突起部3A能插入连接在负极端子4的孔部4A中。因此，该结构能将电池组之间沿纵向连接得更细长，增加到12个或18个。另外，在将电池组沿横向平行排列的情况下，由于正极端子3和负极端子4的形状不同，所以能防止错误地配置排列方向。

再将多个这样的由6个单个电池1构成的电池组平行地收容在箱体等中，能构成电源装置。该电源装置能随着电池组的连接个数的增加而增加单个电池的连接个数，能用作需要大功率和高电压的电动汽车用的电源装置。

图2所示的电池组在各单个电池1的表面上备有温度传感器5及集热构件6。温度传感器5是例如PTC元件等其电阻值随着温度的变化而变化的元件。特别是设计得温度越高，其电阻值的变化越大，设计得在60℃~120℃的气氛中，电阻值发生很大的变化。另一方面，集热构件6的主要材料是铁、镍、铜、铝及包含它们的合金中的任意一种。

该集热构件6能采集被安装的单个电池1的热量，保持其温度。而且，由集热构件6保持的单个电池的热量被从集热构件6传递给温度传感器5，温度传感器5能检测安装了集热构件6的单个电池的发热。因此，最好将温度传感器5尽可能地设置在靠近集热构件6的位置。

图2所示的电池组对应于6个单个电池1连接着4个温度传感器5、以及两个集热构件6。4个温度传感器5配置在6个单个电池1中两端的单个电池1和中央的两端的单个电池1的表面上。而且，两个集热构件6配置在剩余的两个单个电池1的表面上。因此，集热构件6配置在两个温度传感器5之间。

集热构件6与温度传感器5一起形成带状，用树脂等将整体形成绝缘层，谋求单个电池1与箱体外壳的绝缘。而且，呈带状绝缘的温度传感器5及集热构件6与由6个单个电池1构成的电池组一起套上图中未示出的热缩管，与单个电池1紧密接触。与单个电池1紧密接触的集热构件6能采集单个电池1的热量。集热构件6的大小为单个电池1的表面积的3％~60％。如果使集热构件6越大，则采集单个电池1的热量的效果越好，反之，有时单个电池1的放热效果低，所以集热构件6的大小与放热问题一并设定最佳值。

另外，集热构件6呈这样的形状，即它由单个电池1的集热部6A、以及从集热部6A的两端突出的连接温度传感器5用的连接用脚部6B构成。连接用脚部6B被贴在温度传感器5上。另外，集热构件6例如呈双层结构。该集热构件6对与单个电池1接触的内表面一侧进行比较，将导热系数低的材料作为不接触的表面一侧，以便使被采集的热量不易散失。

该电池组与串联连接的单个电池1呈不同的系统，将各温度传感器5导电性地串联连接。图3是在设有多个电池组的电源装置中使安装在各电池组上的温度传感器5之间全部呈串联连接的电路例。另外，也可以不全部串联连接，例如将每个电池组、或者每两个或每三个电池组串联连接，甚至将全体并联连接也没关系。

串联连接的温度传感器5的电阻值随着安装它的单个电池的异常升温而变化。而且，如果即使一个单个电池发生了异常升温，也能通过检测该异常升温而检测到电源装置出现了异常。

另外，这里由于用金属等导电构件构成集热构件6，所以能兼作连接各温度传感器5之间的引线板用。

另外，图4是另一实施例，是将该集热构件46连接温度传感器45的连接用脚部46B形成得较大，以便覆盖全部温度传感器45的例。这样构成的集热构件46能更准确地将采集的温度信息传递给温度传感器45。另外，在该图中，41表示单个电池，42表示碟状连接体，46A表示集热部。

另外，图5及图6是另一不同的实施例，是在6个单个电池51、61中分别安装了3个温度传感器55、56、3个集热构件56、66的例。在该例中，集热构件56、66与温度传感器55、56相邻，交替地配置温度传感器55、56及集热构件56、66。这样，相对应于单个电池的个数，通过变更、调整温度传感器和集热构件的个数，能减少温度传感器的个数。其结果，一边将集热构件和温度传感器连接起来，一边安装在电池组内，每两个单个电池配置一个温度传感器，用一个温度传感器监视两个单个电池，每三个单个电池配置两个温度传感器，用两个温度传感器监视三个单个电池，另外，也可以每三个单个电池配置一个温度传感器，用一个温度传感器监视三个单个电池。另外，在它们的图示中，51和61表示单个电池，52和62表示碟状连接体，56A和66A表示集热部，56B和66B表示连接用脚部。

另外，图7是另一不同的实施例，是对应于6个单个电池71，设有3个温度传感器75、6个集热部76的例。图7所示的电池组使温度传感器75位于两个单个电池71之间，且配置在与碟状连接体72相对的位置。而且，集热构件76配置在6个单个电池71中的每一个的表面上，将相邻的集热构件76的各连接用脚部76B分别连接在该温度传感器75的表面和背面上。另外，除了6个单个电池71的两端外，在中间的4个单个电池71中，每两个单个电池71上配置两个集热部76A被形成一体的集热构件76。该集热构件76能用一个集热构件将集热部76A配置在两个单个电池71的表面上，能减少相应的集热构件的个数，能减少零件个数和组装工序数。

这样，图7所示的电池组将集热构件76配置在全部单个电池71上，通过将这些集热构件76连接在温度传感器75上，能用3个温度传感器75检测全部单个电池71的异常升温。另外，能适当地变更将温度传感器75配置在单个电池之间的个数。

其次，说明图8及图9中的实施例。图8及图9与上述的图2~图7中的实施例不同，不使用集热构件。图8所示的电池组将6个单个电池81作为一个电池组件87。将多个电池组件87串联连接起来，构成一个电池组。

一个电池组中的电池组件87的连接个数能任意调整。例如，连接32个电池组件，能构成连接了个数为192个单个电池的电池组，还能连接得更多。另外，构成一个电池组件的单个电池的个数也能任意调整。

而且，图8中的电池组件87呈棒状地串联连接着6个单个电池81，其中两个单个电池81上分别配置着温度传感器85。其余的4个单个电池81上不配置温度传感器85。其他电池组件87也一样，将温度传感器85配置在6个中的两个单个电池81上。因此，与对全部单个电池81配置温度传感器85的情况相比，能减少温度传感器的个数。但是，温度传感器85的配置间隔和配置个数不限于此，能任意地设定。

另外，图8中的电池组将合计4个温度传感器85互相串联连接，以便用两个电池组件87形成一个小块。4个温度传感器85形成一个小块。电池组被分割成多个小块。而且，在每个小块上用温度传感器85检测温度。

另外，温度传感器85可以是PTC元件，另外即使是热敏电阻也没关系。PTC元件具有一旦达到工作温度，其电阻急剧变化的特性，例如在工作温度为93℃的情况下，有时单个电池1的温度达到100℃附近之前不能检测异常。因此，有时检测异常升温要花费时间。

与此不同，热敏电阻具有其电阻值从低温(-20℃)到高温(150℃)逐渐变化的特性，检测时与某一规定值比较，通过调节该规定值的设定，能快速进行异常检测。另外，与PTC元件比较，热敏电阻价格便宜，能抑制成本增加。

图9是在图8中的电池组上又连接了控制单元ECU及显示装置8的温度检测电路图。控制单元ECU输入上述的分割成小块构成的温度传感器85的温度信息。

而且，检测各小块的绝对温度，与控制单元中预先规定的规定值进行比较，检测异常升温。规定值例如设定为60℃。一旦检测到小块的异常升温，显示装置8便显示哪个小块处于异常状态。因此，即使连接多个单个电池构成电池组，也能容易地知道异常的地方，另外，由于能按照小块识别该异常范围，所以容易进行更换或修理等检修作业。

另外，控制单元ECU能对每个块比较输入各小块的温度信号。因此，能检测各小块之间的温差、即离散。例如，假设某一小块的检测温度为80℃，其他小块的检测温度为45℃~50℃呈正常状态，则检测该温差，超过某一规定值时，断定为异常状态，检测电池组中混入的异常的单个电池。而且，在此情况下，能由该显示装置8显示哪个小块出现了异常。

这样，在图8及图9所示的实施例中，将温度传感器85分割成小块，由控制单元ECU进行每个小块的异常检测，所以虽然温度传感器85的个数比单个电池的连接个数少，但能进行小块的狭窄范围的异常检测。另外，控制单元ECU输入该电池温度信息后，作为自行放电或充电效率的参数使用，管理剩余容量等电池状态，通过输入每个小块的温度信息，能精细地算出电池状态。

另外，将多个温度传感器分割成温度传感块的本发明的电池组能用于电动汽车的电池电源，或者用于将内燃机和电池驱动电动机组合起来作为行驶驱动源的混合式汽车的电池电源。图10表示电池电源中使用的电池组的外观透视图。该电池电源11呈长方体状，被上下的保持壳12、中间壳13、以及两侧的端板14包围着。

如图11所示，电池电源11内部装有电池组件97，该电池组件97是将6个呈圆筒状的单个电池91沿纵向连接成棒状，将各单个电池1全部串联连接而成的。然后，将8个该电池组件97沿横向排列，而且通过该中间壳13，分两层收容。其结果，总计收容了96个单个电池91，这些单个电池91利用设置在端板14上的引线板，全部串联连接。另外，通过连接多个收容了该96个单个电池的电池电源，单个电池的个数能成96个的整数倍地增加。因此，能获得与电动汽车的尺寸和输出功率对应的电源电压和输出电流。

纵向长呈棒状连接了6个单个电池91的该电池组件97使用PTC传感器15作为温度传感器。以下的实施例将PTC传感器15作为温度传感器。因此，温度传感块成为PTC传感块18。PTC传感器15安装在电池组件97的外部。该图中的电池组件97对全部单个电池91中的每一个都连接PTC传感器15。该PTC传感器15利用引线板沿着6个单个电池91将6个PTC传感器15互相连接成细长的一列。而且在6个PTC传感器15的两端延伸的引线板通过该端板14，与连接在相邻的电池组件97上的6个PTC传感器15的引线板导电性地连接。

因此，被收容在电池电源11中的全部96个单个电池上安装的各PTC传感器15能全部连接起来。但是，虽然也能将全部PTC传感器串联，但也可以例如以两个电池组件为单元、即以12个单个电池为单元串联连接。因此，以电池组件为单元串联连接PTC传感器，延长各引线板，能取出电信号。另外，即使不将PTC传感器安装在全部单个电池上，例如，每隔一个单个电池安装一个PTC传感器，在一个电池组件上安装3个PTC传感器也没关系。

这样安装的PTC传感器15是与流过大电流的单个电池91的串联电路不同的系统，能只构成PTC传感器15的电路。因此，能在PTC传感器15中流过小电流，所以即使串联连接多个，也不用担心发热，同时也不会由于PTC传感器15上的电压降而造成电池电源的输出功率下降。

如图12所示，本实施例中的PTC传感器15是将分别安装在12个单个电池91上的每一个PTC传感器15串联连接，构成一个PTC传感块18。因此，分别安装在电池电源11中的96个单个电池91上的各PTC传感器15被分割成8个PTC传感块18，在每个传感块上各PTC传感器15被串联连接。

因此，这些PTC传感块18被连接在各个异常升温检测电路19上。这里，说明该异常升温检测电路19的工作情况。

①异常升温检测电路19测定所连接的全部PTC传感块18的电阻值。

②对该每一块上测得的电阻值进行比较，取两个块的各测定值的差。

③将该差与异常升温检测电路19中预先设定的规定值进行比较，当该差超过规定值时，便检测到异常升温。

④如果检测到异常升温，便将该异常信号输出给电池电源11的控制单元ECU，ECU报告电池异常。

这样，异常升温检测电路19是将PTC传感器15分割成每个块后串联连接，测定每个块的电阻值，同时当该值超过规定值时，检测到异常升温。

因此，为了取得每个块的电阻值的差，各PTC传感器15具有的温度特性上的离散在这里被互相抵消。因此，不管哪个单个电池上发生了异常升温，安装在该单个电池上的PTC传感器15的电阻值便急剧增大，由于各传感器的离散被互相抵消，所以能准确地检测该增加的部分。

其结果，不受各PTC传感器的离散的影响，能无误地准确地检测，同时由于离散被互相抵消，所以不需要将设定的规定值设定成必要以上的大小即可，能灵敏地反应电阻值的增大，能加快检测时间。

另外，由于各PTC传感器15被分割成PTC传感块18，所以96个单个电池91中哪一个单个电池91发生了异常升温，都能以块为单元进行检测，所以能在比较窄的范围内进行修理或更换等，能迅速地进行维修检查等。

另外，该异常升温检测电路19测定各PTC传感块18的电阻值，取得其电阻值的差，但不限于此，例如，通过取得各PTC传感块的测定值的比率或倍率进行比较，检测异常升温也没关系。

由于在不脱离本发明的实质特征精神的情况下本发明可以几种形式实施，因此此实施例是说明性的而非限定性的，本发明的范围由所附的权利要求限定而不是由前面的说明书限定，满足权利要求的所有改变及满足权利要求的所有等同物均视为由权利要求涵盖。

Claims

1.一种将多个单个电池串联或并联连接的电池组，其特征在于：

包括多个温度传感器，其在单个电池上配置，以便检测单个电池的温度，但不在全部单个电池上配置，比单个电池的个数少；

2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于：上述温度传感器是正温度系数元件或热敏电阻。

4.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于：在未配置温度传感器的单个电池上设置集热构件，用来采集单个电池的温度，将单个电池的温度信息传递给温度传感器。

5.根据权利要求4所述的电池组，其特征在于：配置了温度传感器的单个电池和配置了集热构件的单个电池互相相邻地连接起来。

6.根据权利要求4所述的电池组，其特征在于：温度传感器配置在配置温度传感器的单个电池表面中接近配置了相邻的集热构件的单个电池的位置。

7.根据权利要求4所述的电池组，其特征在于：集热构件由铁、镍、铜、铝或包含它们的合金中的任意一种构成。

8.根据权利要求4所述的电池组，其特征在于：构成电池组的单个电池由配置了温度传感器的多个单个电池、以及配置了集热构件的单个电池构成，配置在单个电池上的各温度传感器通过集热构件互相串联连接。

9.根据权利要求4所述的电池组，其特征在于：构成电池组的单个电池由配置了温度传感器的多个单个电池、以及配置了集热构件的单个电池构成，配置了集热构件的单个电池配置在配置了温度传感器的多个单个电池之间。