JP2008235195A

JP2008235195A - 電池温度検出装置および電池温度センサ取り付け方法

Info

Publication number: JP2008235195A
Application number: JP2007076917A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nakai; 昌之中井; Takeshi Morita; 剛森田; Noboru Nakano; 昇中野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】温度センサを設けるための専用の差し込み口を電池側に設けない。
【解決手段】所定の電圧検出箇所に取り付けることによって電池の電圧を検出可能な電圧検出コネクタ１０の内部に、電池の温度を検出するための温度センサ１を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池の温度を検出する電池温度検出装置、および、電池の温度を検出する温度センサの取り付け方法に関する。

複数の薄型電池（セル）を積層して、ケース内に収容した組電池が知られている（特許文献１参照）。従来、ケース内のセルの温度を検出する場合、温度センサを差し込むための専用の差し込み口をケースに設けて、温度センサを差し込み、セル近傍の温度を検出していた。

特開２００６−２１０３１２号公報

しかしながら、従来の方法では、温度センサを設けるための専用の差し込み口をケースに設けなければならず、ケースの成形が困難であるという問題があった。

本発明による電池温度検出装置および電池温度センサ取り付け方法は、電池の電極端子に接続可能であると共に、電圧検出手段に電気的に接続された電圧検出端子を内部に備え、所定の電圧検出箇所に取り付けることによって電池の電極端子と電圧検出手段とを、電圧検出端子を介して接続する電圧検出コネクタの内部に、電池の温度を検出するための温度センサを設けたことを特徴とする。

本発明による電池温度検出装置および電池温度センサ取り付け方法によれば、電圧検出コネクタの内部に温度センサを設けるので、温度センサを設けるための専用の差し込み口を電池側に別途設ける必要がない。

本発明による電池温度検出装置は、電池の端子電圧を検出するために用いられる電圧検出コネクタの内部に温度センサを配置したことを特徴とする。図１は、複数の薄型電池（セル）が、薄型電池の厚み方向に積層して構成されるモジュールが収容されているケース２０に、電圧検出コネクタ１０が接続されている様子を示す図である。図では、ケース２０の外観の一部のみを示している。電圧検出コネクタ１０は、ケース２０に対して、着脱可能である。

図２〜図４は、温度センサ１を内蔵した電圧検出コネクタ１０を示す図である。図２は、電圧検出コネクタ１０の右側面図、図３は、斜視図、図４は、差し込み口の方向から見た正面図である。電圧検出コネクタ１０には、ケース２０内に収容されているモジュールを構成する４つの薄型電池のタブ（電極端子）をそれぞれ差し込むための差し込み口２〜５が４つ設けられている。なお、図２では、電圧検出コネクタ１０の内部に設けられている温度センサ１の様子が分かるように、電圧検出コネクタ１０を半透明の状態で示している。

図５は、モジュール５０を構成する４つの薄型電池５１〜５４の板状のタブ５１ａ〜５４ａをそれぞれ、電圧検出コネクタ１０の差し込み口２〜５に差し込んだ様子を示す図である。図２に示すように、差し込み口２〜５には、薄型電池５１〜５４のタブ５１ａ〜５４ａと接触して電圧を検出するための電圧検出端子２ａ〜５ａが設けられている。この電圧検出端子２ａ〜５ａは、薄型電池のタブ５１ａ〜５４ａが差し込まれた際に、タブを挟み込むような形状となっている。すなわち、図５に示すように、差し込み口２〜５に薄型電池のタブ５１ａ〜５４ａが差し込まれると、差し込み口２〜５に設けられている電圧検出端子２ａ〜５ａとタブ５１ａ〜５４ａとが接続される。一方、電圧検出端子２ａ〜５ａは、接続線（ハーネス）を介して電圧検出機能を備えたコントローラ７０（図７参照）に接続されている。従って、電圧検出コネクタ１０をケース２０に取り付けると、電圧検出コネクタ１０の差し込み口２〜５に薄型電池５１〜５４のタブ５１ａ〜５４ａが差し込まれて、薄型電池５１〜５４のタブ５１ａ〜５４ａが電圧検出端子２ａ〜５ａおよび接続線を介してコントローラ７０と電気的に接続され、コントローラ７０にて薄型電池５１〜５４の電圧が検出される。

図２〜図４に示すように、温度センサ１は、タブの差し込み口３と４との間に設けられている。温度センサ１には、例えば、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタを利用することができる。電圧検出コネクタ１０には、温度センサ１を挿入するための穴が予め設けられており、この穴に温度センサ１を挿入する。温度センサ１は、電圧検出コネクタ１０に予め設けられているロック部３０にて、電圧検出コネクタ１０に対して固定される。図２は、電圧検出コネクタ１０に温度センサ１が挿入されて、ロック部３０で固定された状態を示している。

なお、電圧検出コネクタ１０に対して温度センサ１を固定するロック部３０の形状および構造は、どのようなものでも良い。ロック部３０による固定を解除すれば、電圧検出コネクタ１０から温度センサ１を取り外すことができる。

温度センサ１と、電圧検出端子３ａ，４ａとの間は、電圧検出コネクタ１０の本体を構成している樹脂を介して絶縁されている。ただし、温度センサ１と電圧検出端子３ａ，４ａとの間に介在している樹脂の厚さは薄い（例えば、０．５ｍｍ）ので、温度センサ１は、電圧検出端子３ａ，４ａの温度、すなわち、薄型電池５２，５３のタブ５２ａ，５３ａの温度を精度良く検出することができる。

従来の温度センサは、前述のように、ケースに設けられた取り付け穴に温度センサを差し込むことにより、電池近傍に温度センサが配置され、電池から空間（空気）を伝搬して伝わる温度を検出していたため、温度の検出精度が悪かった。一方、温度センサを電池に接触させると、振動が入力した際に温度センサによって電池表面を傷つける可能性があった。これに対し、上記のように電圧検出コネクタ１０に温度センサ１を取り付け、薄い樹脂を介して薄型電池のタブの温度を検出すれば、タブの温度と電池本体の温度は略等しいため、電池を傷つけることなく、かつ精度良く、電池の温度を検出することができる。

なお、薄型電池５１〜５４は、いずれも同じ構造で、同じ条件下で使用されるので、各電池間でそれほど大きな温度差は生じない。従って、薄型電池５１〜５４の各タブ５１ａ〜５４ａの温度は、それぞれほぼ等しく、温度センサ１によって検出される温度Ｔは、各薄型電池５１〜５４のタブ５１ａ〜５４ａの温度を表すことになる。ただし、厳密には、積層された複数の薄型電池５１〜５４のうち、積層方向内側の薄型電池５２，５３は、積層方向外側の薄型電池５１，５４に挟まれているため、放熱面積が小さく、温度が上がりやすい。そのため、本実施例のように、薄型電池５２，５３の温度、すなわち、積層方向内側の薄型電池の温度を検出することが望ましい。

図６は、薄型電池５１の外観を示す図である。薄型電池５１は、不図示の正極電極板と負極電極板とが電池の厚み方向に積層して形成された発電要素が外装材で封止されている本体５１ｂと、発電要素に電気的に接続されると共に、外装材から外部に導出されている正極および負極の出力端子としての板状のタブ５１ａとで構成されている。図は省略するが、他の薄型電池５２〜５４の構造も同様である。

原則として、薄型電池の本体の温度はタブの温度と略等しいが、電池の充放電時、特に、充放電電流Ｉの絶対値が大きい（所定値以上）の場合には、電池本体の温度より、タブの温度の方が高くなる。従って、一実施の形態における電池温度検出装置では、薄型電池５１〜５４によって構成されるモジュール５０の充放電電流Ｉの絶対値が所定値以上になった場合には、温度センサ１によって検出されるタブの温度Ｔに基づいて、薄型電池５１〜５４本体の温度を求める。

薄型電池５１〜５４によって構成されるモジュール５０の充放電電流Ｉの絶対値が所定値以上の場合に、温度センサ１によって検出されるタブの温度に基づいて、薄型電池５１〜５４本体の温度を求める方法について説明する。図７は、一実施の形態における電池温度検出装置を含む回路構成図である。なお、図７では、薄型電池５３に対応する電圧検出端子とコントローラ７０とを接続する接続線のみを示し、他の電圧検出端子とコントローラ７０との接続線１１，１２，１４の図示は省略している。

電流センサ７１は、薄型電池５１〜５４によって構成されるモジュール５０の充放電電流Ｉを検出して、コントローラ７０に出力する。コントローラ７０は、電流センサ７１によって検出される充放電電流Ｉの絶対値が所定値以上であると判定すると、次式（１）から、薄型電池５１〜５４の本体の温度Ｔbを算出する。
Ｔb＝Ｔ−Ｒ・Ｉ^２／Ｋ（１）
ただし、Ｔは、温度センサ１によって検出される温度、Ｋは、薄型電池５１〜５４のタブ５１ａ〜５４ａの熱容量である。

コントローラ７０は、また、接続線１１〜１４を介して入力される薄型電池５１〜５４の電圧が０（Ｖ）に近い値を示している場合には、電圧検出コネクタ１０が外れていると判断する。上述したように、電圧検出コネクタ１０の内部には、温度センサ１が設けられているので、コントローラ７０は、通信線１１〜１４を介して入力される薄型電池５１〜５４の電圧値に基づいて、温度センサ１が外れていることを検出することもできる。

一実施の形態における電池温度検出装置によれば、所定の電圧検出箇所に取り付けることによって電池の電圧を検出可能な電圧検出コネクタ１０の内部に、電池の温度を検出するための温度センサ１を設けた。これにより、温度センサ１を設けるための専用の差し込み口を電池側に別途設ける必要がなくなる。また、電圧検出コネクタ１０の内部に温度センサ１を設けることにより、温度センサ１の温度検出線および電圧検出線の配線の取り回しが容易になる。

電気自動車では、図１に示すようなケース２０に収容したモジュール５０を、例えば、１２個接続することによって、車両の駆動源であるモータに電力を供給する組電池を構成する。この場合、１２個のモジュールのうち、例えば、２つのモジュールを選択し、選択したモジュール内の薄型電池の温度を、全ての薄型電池の温度の代表温度として検出することができる。この時、一実施の形態における電池温度検出装置によれば、接続した１２個のモジュールのうち、温度を検出するための任意のモジュールを２つ選択し、選択したモジュールに対して、温度センサ１を内蔵した電圧検出コネクタ１０を接続し、他のモジュールには、温度センサ１を内蔵しない電圧検出コネクタを接続することができる。これに対して、モジュールを収容するケースに専用の差し込み口を設けて、温度センサを差し込む従来の方法では、１２個のケースのうち、予め差し込み口を設けたケースの位置を考慮して、モジュール（ケース）の接続を行う必要がある。従って、接続されているモジュールのうち、温度を検出するモジュールを変更する場合には、モジュールの接続関係も変更しなければならず、手間がかかる。

また、一実施の形態における電池温度検出装置によれば、温度センサ１は、電圧検出コネクタ１０に設けられている電圧検出端子の近傍に設けた。電池の電極端子は、電圧検出コネクタ１０の電圧検出端子に差し込まれるため、このような構成にすることにより、電池の温度を精度良く検出することができる。また、電圧検出端子と温度センサ１との間には隙間が生じないため、電圧検出端子の温度、ひいては電池の温度を精度良く検出することができる。

一実施の形態における電池温度検出装置によれば、電圧検出コネクタ１０を取り付ける所定の電圧検出箇所は、電池の電極端子であって、電池の充放電時に、温度センサ１によって検出される温度、および、電流センサ７１によって検出される充放電電流に基づいて、電池の本体部分の温度を算出する。これにより、電池の充放電時に、電池の電極端子の温度と、電池の本体部分の温度が異なる場合でも、電池の本体部分の温度を精度良く求めることができる。特に、電流センサ７１によって検出される充放電電流の絶対値が所定値以上の場合に、電池の本体部分の温度算出処理を行うので、電池の状態に応じて、本体部分の温度を適切に求めることができる。

また、一実施の形態における電池温度検出装置によれば、電圧検出コネクタ１０を介して検出される電池の電圧値に基づいて、温度センサ１が外れていることを検出するので、温度センサ１が外れているか否かを確実に検出することができる。モジュールを収容するケースに専用の差し込み口を設けて、温度センサを差し込む従来の方法では、温度センサが差し込み口から外れていても、周囲温度を検出するために、検出温度値に基づいて、温度センサが外れているか否かを判断することができず、検出した周囲温度が電池の温度として誤認識されてしまう。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、温度センサ１は、積層されている４つの薄型電池５１〜５４の真ん中に配置されるように、電圧検出コネクタ１０の差し込み口３および４の間に内蔵したが、例えば、差し込み口２および３の間や、差し込み口４および５の間に内蔵するようにしてもよい。また、モジュール５０は、４個の薄型電池を積層して構成されているので、電圧検出コネクタ１０は４つの差し込み口を設けているが、差し込み口の数は、モジュールの数に応じて設定すればよい。

温度センサ１と電圧検出端子３ａ，４ａとの間に存在する樹脂の厚さの一例を、０．５ｍｍとして説明したが、数値が０．５ｍｍに限定されることはない。ただし、樹脂の厚さは、温度センサ１と電圧検出端子３ａ，４ａとの間の絶縁性を保ちつつ、できるだけ薄いことが好ましい。すなわち、薄型電池の温度検出精度を高めるために、温度センサ１は、電圧検出端子のできるだけ近くに配置することが好ましい。

上述した一実施の形態では、薄型電池５１〜５４によって構成されるモジュール５０の充放電電流Ｉの絶対値が所定値以上の場合に、温度センサ１によって検出されるタブの温度Ｔと、充放電電流Ｉとに基づいて、薄型電池５１〜５４本体の温度を求めた。しかし、以下の方法により、電池本体の温度を求めてもよい。すなわち、充放電電流Ｉと、電池のタブおよび電池本体の間の温度差ΔＴとの関係を定めたデータを実験等により予め求めておき、電流センサ７１によって検出される充放電電流Ｉと、上述したデータとに基づいて、温度差ΔＴを求める。そして、温度センサ１によって検出されるタブの温度Ｔから、温度差ΔＴを減算することによって、電池本体の温度Ｔbを求める。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、電圧検出コネクタ１０が電圧検出コネクタを、温度センサ１が温度センサを、電流センサ７１が電流検出手段を、コントローラ７０が電圧検出手段、温度補正手段および温度センサ外れ検出手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

複数の薄型電池（セル）から構成されるモジュールが収容されているケースに、電圧検出コネクタ０が接続されている様子を示す図電圧検出コネクタを真横から見た図電圧検出コネクタの斜視図電圧検出コネクタを差し込み口の方向から見た正面図モジュールを構成する４つの薄型電池の板状のタブをそれぞれ、電圧検出コネクタの差し込み口に差し込んだ様子を示す図薄型電池の外観を示す図一実施の形態における電池温度検出装置を含む回路構成図

符号の説明

１…温度センサ、２〜５…差し込み口、１０…電圧検出コネクタ、１１〜１４…通信線、２０…ケース、５０…モジュール、５１〜５４…薄型電池、５１ａ〜５４ａ…タブ、７０…コントローラ、７１…電流センサ

Claims

電池の電極端子に接続可能であると共に、電圧検出手段に電気的に接続された電圧検出端子を内部に備え、所定の電圧検出箇所に取り付けることによって前記電池の電極端子と電圧検出手段とを、前記電圧検出端子を介して接続する電圧検出コネクタの内部に、前記電池の温度を検出するための温度センサを設けたことを特徴とする電池温度検出装置。
請求項１に記載の電池温度検出装置において、
前記温度センサは、前記電圧検出端子の近傍に設けられていることを特徴とする電池温度検出装置。
請求項１または請求項２に記載の電池温度検出装置において、
前記電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
前記電池の充放電時に、前記温度センサによって検出される温度、および、前記電流検出手段によって検出される充放電電流に基づいて、前記電池の本体部分の温度を求める温度補正手段とをさらに備えることを特徴とする電池温度検出装置。
請求項３に記載の電池温度検出装置において、
前記温度補正手段は、前記電流検出手段によって検出される充放電電流の絶対値が所定値以上の場合に、前記温度センサによって検出される温度、および、前記電流検出手段によって検出される充放電電流に基づいて、前記電池の本体部分の温度を求めることを特徴とする電池温度検出装置。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池温度検出装置において、
前記電圧検出コネクタを介して検出される前記電池の電圧値に基づいて、前記温度センサが外れていることを検出する温度センサ外れ検出手段をさらに備えることを特徴とする電池温度検出装置。
電池の電極端子に接続可能であると共に、電圧検出手段に電気的に接続された電圧検出端子を内部に備え、所定の電圧検出箇所に取り付けることによって前記電池の電極端子と電圧検出手段とを、前記電圧検出端子を介して接続する電圧検出コネクタの内部に、前記電池の温度を検出するための温度センサを設けることを特徴とする電池温度センサ取り付け方法。