JP2010257775A - バッテリモジュール、バッテリシステムおよび電動車両 - Google Patents

バッテリモジュール、バッテリシステムおよび電動車両 Download PDF

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Abstract

【課題】短絡による劣化が防止されたバッテリモジュール、それを備えたバッテリシステムおよび電動車両を提供する。
【解決手段】複数のバッテリセル１０がバスバー４０，４０ａを介して直列に接続される。複数のバスバー４０には、ＦＰＣ基板５０が取り付けられる。ＦＰＣ基板５０上において、各バスバー４０，４０ａに近接するように各ＰＴＣ素子６０が配置される。ＦＰＣ基板５０上の各導体線５１は、バスバー４０，４０ａの取付片４２，４６とそのバスバー４０の近傍に配置されたＰＴＣ素子６０との間で延びるように設けられ、各導体線５２は、ＰＴＣ素子６０とＦＰＣ基板５０の一端部との間で延びるように設けられる。各導体線５２は、プリント回路基板２１の接続端子２２に接続される。複数の接続端子２２は、検出回路２０にそれぞれ電気的に接続される。
【選択図】図７

Description

本発明は、バッテリモジュール、それを備えたバッテリシステムおよび電動車両に関する。
従来、電力を駆動源とする電気自動車等の移動体において、複数のバッテリセルが直列または並列に接続されたバッテリモジュールが用いられている。
このようなバッテリモジュールの残容量（充電量）を認識するため、またはバッテリモジュールの過充電および過放電を防止するために、バッテリモジュールの端子間電圧を検出する必要がある。そのため、バッテリモジュールの端子間電圧を検出するための検出回路がバッテリモジュールに接続される（例えば特許文献１参照）。
特開平８−１６２１７１号公報
上記のように、検出回路がバッテリモジュールに接続される場合、検出回路とバッテリモジュールとの間で短絡が発生することがある。また、検出回路内において短絡が発生することもある。その場合、バッテリモジュールから短絡部分に大きな電流が流れる。そのため、発熱によってバッテリモジュールが劣化する可能性がある。
本発明の目的は、短絡による劣化が防止されたバッテリモジュール、それを備えたバッテリシステムおよび電動車両を提供することである。
（１）第１の発明に係るバッテリモジュールは、バッテリセルと、バッテリセルの端子電圧を検出するためにバッテリセルに接続される電圧検出線と、電圧検出線に介挿され、電圧検出線に流れる電流が所定値より大きくなった場合に電流を制限する電流制限素子とを備えるものである。
そのバッテリモジュールにおいては、バッテリセルに接続された電圧検出線を用いてバッテリセルの端子電圧が検出される。
電圧検出線の短絡が発生した場合、電圧検出線に介挿された電流制限素子に大電流が流れる。この場合、電流制限素子によって電流が制限されるため、電圧検出線に大電流が流れる状態が解消される。その結果、バッテリモジュールの劣化が防止される。
（２）バッテリセルは複数設けられ、バッテリモジュールは、隣接するバッテリセルの電極を互いに接続する接続部材をさらに備え、電圧検出線は接続部材に取り付けられる軟部材に設けられ、接続部材に接続されてもよい。
この場合、接続部材に取り付けられた軟部材に電圧検出線が設けられることにより、電圧検出線の短絡が十分に防止される。
（３）軟部材は、電圧検出線を配線パターンとして有するフレキシブルプリント回路基板であり、電流制限素子はフレキシブルプリント回路基板に実装されてもよい。
この場合、電圧検出線の短絡が十分に防止されるとともに、フレキシブルプリント回路基板上において電圧検出線と電流制限素子とが確実に接続される。
（４）フレキシブルプリント回路基板は接続部材の一方向に延びるように接続部材に取り付けられ、電流制限素子はフレキシブルプリント回路基板において接続部材の一方向における両端間の範囲内に対応する領域に配置されてもよい。
この場合、電流制限素子が接続部材に近い位置に設けられる。また、フレキシブルプリント回路基板において、接続部材の両端間の範囲は、接続部材の両端よりも外側の範囲に比べて撓みにくい。それにより、フレキシブルプリント回路基板が撓むことによって生じる電流制限素子への影響を抑制することができる。
また、接続部材と電流制限素子とが近接して配置されるので、電流制限素子と接続部材との間の電圧検出線を短くすることができる。したがって、電流制限素子と接続部材との間で短絡が生じることを防止することができる。
（５）第２の発明に係るバッテリシステムは、負荷に電力を供給するためのバッテリシステムであって、第１の発明に係るバッテリモジュールと、バッテリモジュールと負荷とを接続および遮断可能に構成される接続切り替え部と、バッテリモジュールの電圧検出線を用いて検出された電圧に基づいて接続切り替え部を制御する制御部とを備えるものである。
そのバッテリシステムのバッテリモジュールにおいては、バッテリセルに接続された電圧検出線を用いてバッテリセルの端子電圧が検出される。
電圧検出線の短絡が発生した場合、電圧検出線に介挿された電流制限素子に大電流が流れる。この場合、電流制限素子によって電流が制限されるため、電圧検出線に大電流が流れる状態が解消される。その結果、バッテリモジュールの劣化が防止される。
バッテリモジュールの電圧検出線を用いて検出された電圧に基づいて、接続切り替え部が制御される。接続切り替え部によってバッテリモジュールと負荷とが接続されることにより、バッテリモジュールから負荷に電力が供給される。接続切り替え部によってバッテリモジュールと負荷とが遮断されることにより、バッテリモジュールから負荷へ電力が供給されなくなる。
（６）第３の発明に係る電動車両は、第１の発明に係るバッテリモジュールと、バッテリモジュールからの電力により駆動されるモータと、モータの回転力により回転する駆動輪とを備えるものである。
その電動車両においては、バッテリモジュールからの電力によりモータが駆動される。そのモータの回転力によって駆動輪が回転することにより、電動車両が移動する。
バッテリモジュールにおいては、バッテリセルに接続された電圧検出線を用いてバッテリセルの端子電圧が検出される。
電圧検出線の短絡が発生した場合、電圧検出線に介挿された電流制限素子に大電流が流れる。この場合、電流制限素子によって電流が制限されるため、電圧検出線に大電流が流れる状態が解消される。その結果、バッテリモジュールの劣化が防止される。
本発明によれば、電流制限素子によって電流が制限されるため、電圧検出線に大電流が流れる状態が解消される。その結果、バッテリモジュールの劣化が防止される。
第１の実施の形態に係るバッテリシステムの構成を示すブロック図である。 バッテリモジュールの外観斜視図である。 バッテリモジュールの平面図である。 バッテリモジュールの側面図である。 バスバーの外観斜視図である。 ＦＰＣ基板に複数のバスバーおよび複数のＦＰＣ素子が取り付けられた状態を示す外観斜視図である。 バスバーと検出回路との接続について説明するための模式的平面図である。 ＦＰＣ基板とバスバーとの固定方法の他の例を示す模式的平面図および模式的側面図である。 ＰＴＣ素子の他の配置例を示す模式的平面図および模式的側面図である。 ＰＴＣ素子のさらに他の配置例を示す模式的平面図および模式的側面図である。 ＦＰＣ基板の変形例を示す模式的平面図である。 ＦＰＣ基板のさらなる変形例を示す模式的平面図および模式的側面図である。 バスバーの変形例を示す模式的平面図である。 第２の実施の形態に係る電動車両の構成を示すブロック図である。
［１］第１の実施の形態
以下、第１の実施の形態に係るバッテリモジュールおよびそれを備えたバッテリシステムについて図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態に係るバッテリモジュールおよびバッテリシステムは、電力を駆動源とする電動車両（例えば電気自動車）に搭載される。
（１）バッテリシステムの構成
図１は、第１の実施の形態に係るバッテリシステムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、バッテリシステム５００は、複数のバッテリモジュール１００、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１０１およびコンタクタ１０２を含み、バス１０４を介して電動車両の主制御部３００に接続されている。
バッテリシステム５００の複数のバッテリモジュール１００は、電源線５０１を通して互いに接続されている。各バッテリモジュール１００は、複数（本例では１８個）のバッテリセル１０、複数（本例では５個）のサーミスタ１１および検出回路２０を有する。
各バッテリモジュール１００において、複数のバッテリセル１０は互いに隣接するように一体的に配置され、複数のバスバー４０により直列接続されている。各バッテリセル１０は、例えばリチウムイオン電池またはニッケル水素電池等の二次電池である。
両端部に配置されるバッテリセル１０は、バスバー４０ａを介して電源線５０１に接続されている。これにより、バッテリシステム５００においては、複数のバッテリモジュール１００の全てのバッテリセル１０が直列接続されている。バッテリシステム５００から引き出される電源線５０１は、電動車両のモータ等の負荷に接続される。バッテリモジュール１００の詳細は後述する。
検出回路２０は、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient：正温度係数）素子６０を介して各バスバー４０，４０ａに電気的に接続される。また、検出回路２０は、各サーミスタ１１に電気的に接続される。検出回路２０により、各バッテリセル１０の端子間電圧および温度、ならびに各バスバー４０，４０ａに流れる電流が検出される。バッテリモジュール１００の詳細については後述する。
各バッテリモジュール１００の検出回路２０は、バス１０３を介してバッテリＥＣＵ１０１に接続されている。これにより、検出回路２０により検出された電圧、電流および温度が、バッテリＥＣＵ１０１に与えられる。
バッテリＥＣＵ１０１は、例えば各検出回路２０から与えられた電圧、電流および温度に基づいて各バッテリセル１０の充電量を算出し、その充電量に基づいて各バッテリモジュールの充放電制御を行う。また、バッテリＥＣＵ１０１は、各検出回路２０から与えられた電圧、電流および温度に基づいて各バッテリモジュール１００の異常を検出する。バッテリモジュール１００の異常とは、例えば、バッテリセル１０の過放電、過充電または温度異常等である。
一端部のバッテリモジュール１００に接続された電源線５０１には、コンタクタ１０２が介挿されている。バッテリＥＣＵ１０１は、バッテリモジュール１００の異常を検出した場合、コンタクタ１０２をオフする。これにより、異常時には、各バッテリモジュール１００に電流が流れないので、バッテリモジュール１００の異常発熱が防止される。
バッテリＥＣＵ１０１は、バス１０４を介して主制御部３００に接続される。各バッテリＥＣＵ１０１から主制御部３００に各バッテリモジュール１００の充電量（バッテリセル１０の充電量）が与えられる。主制御部３００は、その充電量に基づいて電動車両の動力（例えばモータの回転速度）を制御する。また、各バッテリモジュール１００の充電量が少なくなると、主制御部３００は、電源線５０１に接続された図示しない発電装置を制御して各バッテリモジュール１００を充電する。
（２）バッテリモジュールの詳細
バッテリモジュール１００の詳細について説明する。図２はバッテリモジュール１００の外観斜視図であり、図３はバッテリモジュール１００の平面図であり、図４は、バッテリモジュール１００の側面図である。
なお、図２〜図４および後述する図６〜図１３においては、矢印Ｘ，Ｙ，Ｚで示すように、互いに直交する三方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向と定義する。なお、本例では、Ｘ方向およびＹ方向が水平面に平行な方向であり、Ｚ方向が水平面に直交する方向である。
図２〜図４に示すように、バッテリモジュール１００においては、扁平な略直方体形状を有する複数のバッテリセル１０がＸ方向に並ぶように配置されている。この状態で、複数のバッテリセル１０は、一対の端面枠９２、一対の上端枠９３および一対の下端枠９４により一体的に固定されている。
一対の端面枠９２は略板形状を有し、ＹＺ平面に平行に配置されている。一対の上端枠９３および一対の下端枠９４は、Ｘ方向に延びるように配置されている。
一対の端面枠９２の四隅には、一対の上端枠９３および一対の下端枠９４を接続するための接続部が形成されている。一対の端面枠９２の間に複数のバッテリセル１０が配置された状態で、一対の端面枠９２の上側の接続部に一対の上端枠９３が取り付けられ、一対の端面枠９２の下側の接続部に一対の下端枠９４が取り付けられる。これにより、複数のバッテリセル１０が、Ｘ方向に並ぶように配置された状態で一体的に固定される。
一方の端面枠９２には、外側の面に間隔を隔ててリジッドプリント回路基板（以下、プリント回路基板と略記する）２１が取り付けられている。プリント回路基板２１上に、検出回路２０が設けられている。
ここで、複数のバッテリセル１０は、Ｙ方向における一端部側および他端部側のいずれかの上面部分にプラス電極１０ａを有し、その逆側の上面部分にマイナス電極１０ｂを有する。各電極１０ａ，１０ｂは、上方に向かって突出するように傾斜して設けられている（図４参照）。
以下の説明においては、プリント回路基板２１が取り付けられない端面枠９２に隣接するバッテリセル１０からプリント回路基板２１が取り付けられる端面枠９２に隣接するバッテリセル１０までを１番目〜１８番目のバッテリセル１０と呼ぶ。
図３に示すように、バッテリモジュール１００において、各バッテリセル１０は、隣接するバッテリセル１０間でＹ方向におけるプラス電極１０ａおよびマイナス電極１０ｂの位置関係が互いに逆になるように配置される。
それにより、隣接する２個のバッテリセル１０間では、一方のバッテリセル１０のプラス電極１０ａと他方のバッテリセル１０のマイナス電極１０ｂとが近接し、一方のバッテリセル１０のマイナス電極１０ｂと他方のバッテリセル１０のプラス電極１０ａとが近接する。この状態で、近接する２個の電極にバスバー４０が取り付けられる。これにより、複数のバッテリセル１０が直列接続される。
具体的には、１番目のバッテリセル１０のプラス電極１０ａと２番目のバッテリセル１０のマイナス電極１０ｂとに共通のバスバー４０が取り付けられる。また、２番目のバッテリセル１０のプラス電極１０ａと３番目のバッテリセル１０のマイナス電極１０ｂとに共通のバスバー４０が取り付けられる。同様にして、各奇数番目のバッテリセル１０のプラス電極１０ａとそれに隣接する偶数番目のバッテリセル１０のマイナス電極１０ｂとに共通のバスバー４０が取り付けられる。各偶数番目のバッテリセル１０のプラス電極１０ａとそれに隣接する奇数番目のバッテリセル１０のマイナス電極１０ｂとに共通のバスバー４０が取り付けられる。
また、１番目のバッテリセル１０のマイナス電極１０ｂおよび１８番目のバッテリセル１０のプラス電極１０ａには、外部から電源線５０１を接続するためのバスバー４０ａがそれぞれ取り付けられる。
Ｙ方向における複数のバッテリセル１０の一端部側には、Ｘ方向に延びる長尺状のフレキシブルプリント回路基板（以下、ＦＰＣ基板と略記する。）５０が複数のバスバー４０に共通して接続されている。同様に、Ｙ方向における複数のバッテリセル１０の他端部側には、Ｘ方向に延びる長尺状のＦＰＣ基板５０が複数のバスバー４０，４０ａに共通して接続されている。
ＦＰＣ基板５０は、主として絶縁層上に複数の導体線（配線パターン）５１，５２（後述の図８参照）が形成された構成を有し、屈曲性および可撓性を有する。ＦＰＣ基板５０を構成する絶縁層の材料としては例えばポリイミドが用いられ、導体線５１，５２（後述の図８）の材料としては例えば銅が用いられる。ＦＰＣ基板５０上において、各バスバー４０，４０ａに近接するように各ＰＴＣ素子６０が配置される。
各ＦＰＣ基板５０は、端面枠９２（プリント回路基板２１が取り付けられる端面枠９２）の上端部分で内側に向かって直角に折り返され、さらに下方に向かって折り返され、プリント回路基板２１に接続されている。
（３）バスバーおよびＦＰＣ基板の構造
次に、バスバー４０，４０ａおよびＦＰＣ基板５０の構造の詳細を説明する。以下、隣接する２つのバッテリセル１０のプラス電極１０ａとマイナス電極１０ｂとを接続するためのバスバー４０を２電極用のバスバー４０と呼び、１つのバッテリセル１０のプラス電極１０ａまたはマイナス電極１０ｂと電源線５０１とを接続するためのバスバー４０ａを１電極用のバスバー４０ａと呼ぶ。
図５（ａ）は２電極用のバスバー４０の外観斜視図であり、図５（ｂ）は１電極用のバスバー４０ａの外観斜視図である。
図５（ａ）に示すように、２電極用のバスバー４０は、略長方形状を有するベース部４１およびそのベース部４１の一辺からその一面側に屈曲して延びる一対の取付片４２を備える。ベース部４１には、一対の電極接続孔４３が形成されている。
図５（ｂ）に示すように、１電極用のバスバー４０ａは、略正方形状を有するベース部４５およびそのベース部４５の一辺からその一面側に屈曲して延びる取付片４６を備える。ベース部４５には、電極接続孔４７が形成されている。
本実施の形態において、バスバー４０，４０ａは、例えばタフピッチ銅の表面にニッケルめっきが施された構成を有する。
図６は、ＦＰＣ基板５０に複数のバスバー４０，４０ａおよび複数のＦＰＣ素子６０が取り付けられた状態を示す外観斜視図である。図６に示すように、２枚のＦＰＣ基板５０には、Ｘ方向に沿って所定の間隔で複数のバスバー４０，４０ａの取付片４２，４６が取り付けられる。また、複数のＰＴＣ素子６０は、複数のバスバー４０，４０ａの間隔と同じ間隔で２枚のＦＰＣ基板５０にそれぞれ取り付けられる。
バッテリモジュール１００を作製する際には、端面枠９２（図２）、上端枠９３（図２）および下端枠９４（図２）により一体的に固定された複数のバッテリセル１０上に、上記のように複数のバスバー４０，４０ａおよび複数のＦＰＣ素子６０が取り付けられた２枚のＦＰＣ基板５０が取り付けられる。
この取り付け時においては、隣接するバッテリセル１０のプラス電極１０ａおよびマイナス電極１０ｂが各バスバー４０，４０ａに形成された電極接続孔４３，４７に嵌め込まれる。プラス電極１０ａおよびマイナス電極１０ｂには雄ねじが形成されている。各バスバー４０，４０ａが隣接するバッテリセル１０のプラス電極１０ａおよびマイナス電極１０ｂに嵌め込まれた状態でナット（図示せず）がプラス電極１０ａおよびマイナス電極１０ｂの雄ねじに螺合される。
このようにして、複数のバッテリセル１０に複数のバスバー４０，４０ａが取り付けられるとともに、複数のバスバー４０，４０ａによりＦＰＣ基板５０が略水平姿勢で保持される。
（４）バスバーと検出回路との接続
次に、バスバー４０，４０ａと検出回路２０との接続について説明する。図７は、バスバー４０，４０ａと検出回路２０との接続について説明するための模式的平面図である。
図７に示すように、ＦＰＣ基板５０には、複数のバスバー４０，４０ａの各々に対応するように複数の導体線５１，５２が設けられる。各導体線５１は、バスバー４０，４０ａの取付片４２，４６とそのバスバー４０の近傍に配置されたＰＴＣ素子６０との間でＹ方向に平行に延びるように設けられ、各導体線５２は、ＰＴＣ素子６０とＦＰＣ基板５０の一端部との間でＸ方向に平行に延びるように設けられる。
各導体線５１の一端部は、ＦＰＣ基板５０の下面側に露出するように設けられる。下面側に露出する各導体線５１の一端部が、例えば半田付けまたは溶接によって各バスバー４０、４０ａの取付片４２，４６に接続される。それにより、ＦＰＣ基板５０が各バスバー４０，４０ａに固定される。
各導体線５１の他端部および各導体線５２の一端部は、ＦＰＣ基板５０の上面側に露出するように設けられる。ＰＴＣ素子６０の一対の端子（図示せず）が、例えば半田付けにより各導体線５１の他端部および各導体線５２の一端部に接続される。
各ＰＴＣ素子６０は、Ｘ方向において、対応するバスバー４０，４０ａの両端間の領域に配置されることが好ましい。ＦＰＣ基板５０に応力が加わった場合、隣接するバスバー４０，４０ａ間におけるＦＰＣ基板５０の領域は撓みやすいが、各バスバー４０，４０ａの両端部間におけるＦＰＣ基板５０の領域はバスバー４０，４０ａに固定されているため、比較的平坦に維持される。そのため、各ＰＴＣ素子６０が各バスバー４０，４０ａの両端部間におけるＦＰＣ基板５０の領域内に配置されることにより、ＰＴＣ素子６０と導体線５１，５２との接続性が十分に確保される。また、ＦＰＣ基板５０の撓みによる各ＰＴＣ素子６０への影響（例えば、ＰＴＣ素子６０の抵抗値の変化）が抑制される。
プリント回路基板２１には、ＦＰＣ基板５０の各導体線５２に対応した複数の接続端子２２が設けられる。ＦＰＣ基板５０の各導体線５２の他端部が、対応する接続端子２２に接続される。複数の接続端子２２は、検出回路２０にそれぞれ電気的に接続される。
このようにして、各バスバー４０，４０ａがＰＴＣ素子６０を介して検出回路２０に電気的に接続される。
（５）実施の形態の効果
各バスバー４０，４０ａと検出回路２０との間または検出回路２０内で短絡が生じると、対応するバスバー４０，４０ａから短絡部分に大電流が発生する。このような大電流が流れる状態が継続すると、発熱によってバッテリモジュール１００が劣化する可能性がある。
本実施の形態では、各バスバー４０，４０ａと検出回路２０との間にＰＴＣ素子６０が接続されている。ＰＴＣ素子６０は、温度がある値を超えると抵抗値が対数的に増加する抵抗温度特性を有する。
ＰＴＣ素子６０と検出回路２０との間または検出回路２０内で短絡が生じた場合には、ＰＴＣ素子６０に大電流が流れる。その場合、自己発熱によってＰＴＣ素子６０の温度が上昇する。それにより、ＰＴＣ素子６０の抵抗値が増加し、ＰＴＣ素子６０に流れる電流が抑制される。したがって、短絡時に大電流が流れる状態が迅速に解消され、バッテリモジュール１００の劣化が防止される。
また、ＰＴＣ素子６０が各バスバー４０，４０ａの近傍に配置されているため、ＰＴＣ素子６０とバスバー４０，４０ａとの間で短絡が生じる可能性は極めて低い。
また、各導体線５２がプリント回路基板２１の接続端子２２から離間して、他の部位に接触することにより短絡が生じる場合も考えられる。この場合にも、各導体線５１，５２間に接続されているＰＴＣ素子６０の抵抗値が増加することにより、大電流が流れる状態が迅速に解消される。
また、本実施の形態では、ＦＰＣ基板５０上に形成された導体線５１，５２によって各バスバー４０，４０ａとプリント回路基板２１とが電気的に接続されている。この場合、ＦＰＣ基板５０は屈曲性および可撓性を有するので、ＦＰＣ基板５０に振動等によって外部応力が加わっても、ＦＰＣ基板５０が破損しにくい。それにより、導体線５１，５２が断線しにくい。したがって、リード線（ワイヤ）によって各バスバー４０，４０ａとプリント回路基板２１とが接続される場合に比べて、各バスバー４０，４０ａとプリント回路基板２１との間における短絡の発生が防止される。
また、本実施の形態では、ＦＰＣ基板５０の折り返し部分と各バスバー４０との間にＰＴＣ素子が接続されている。そのため、ＦＰＣ基板５０の折り返し部分で短絡が生じた場合でも、ＰＴＣ素子６０の抵抗値が増加することにより、大電流が流れる状態が迅速に解消される。
また、各ＰＴＣ素子６０がＦＰＣ基板５０上に配置されることにより、プリント回路基板２１上の部品点数が削減される。それにより、プリント回路基板２１の小型化が可能になる。また、プリント回路基板２１上に他の回路または他の素子を設けることが可能になる。
また、バッテリセル１０の充放電または劣化に伴ってバッテリセル１０の体積が変化した場合、隣接するバスバー４０，４０ａ間の距離が変化する。その場合でも、ＦＰＣ基板５０が柔軟に撓むことにより、ＦＰＣ基板５０の破損および導体線５１，５２の断線が防止される。
また、隣接するバスバー４０，４０ａ間においてＦＰＣ基板５０を予め撓ませた状態で、各バスバー４０，４０ａをバッテリセル１０の電極１０ａ，１０ｂに固定してもよい。その場合、各バッテリセル１０の体積が増大して隣接するバスバー４０，４０ａ間の距離が大きくなっても、ＦＰＣ基板５０に加わる応力を緩和することができる。それにより、ＦＰＣ基板５０の破損および導体線５１，５２の断線をより確実に防止することができる。
また、ＰＴＣ素子６０が各バッテリセル１０の近傍に配置されているので、バッテリセル１０の温度が上昇すると、ＰＴＣ素子６０の温度も上昇する。それにより、ＰＴＣ素子６０の抵抗値が増加する。その結果、電圧降下によって検出回路２０に与えられる電圧が低くなる。したがって、他の温度検出器を設けることなく、検出回路２０により電圧の変化を検出することにより、バッテリセル１０の異常発熱を検出することができる。
具体的には、各バッテリセル１０の端子間電圧が一定に維持されている場合には、検出回路２０により検出される電圧が低下する。また、各バッテリセル１０の充放電が行われている場合には、検出回路２０により検出される電圧が不規則に小さくなる。このような電圧の変化に基づいて、バッテリセル１０の異常発熱を検出することができる。
また、各バッテリセル１０に対応するようにＰＴＣ素子６０が配置されているので、各ＰＴＣ素子６０による電圧降下を検出することにより、異常発熱が生じたバッテリセル１０を特定することができる。
なお、検出回路２０によりバッテリセル１０の異常発熱が検出された場合、例えばバッテリＥＣＵ１０１によりコンタクタ１０２がオフされる。それにより、バッテリモジュール１００の異常発熱が防止される。
（６）変形例
（６−１）ＦＰＣ基板とバスバーとの固定
図８は、ＦＰＣ基板５０とバスバー４０，４０ａとの固定方法の他の例を示す模式的平面図および模式的側面図である。図８の例が図７の例と異なるのは、次の点である。
図８の例では、各バスバー４０に長方形状の一体的な取付片４２が設けられる。ＦＰＣ基板５０が、ねじ５４によって各バスバー４０，４０ａの取付片４２，４６に取り付けられる。この場合、ＦＰＣ基板５０が各バスバー４０，４０ａから外れることが確実に防止される。
（６−２）ＰＴＣ素子の配置
図９（ａ），（ｂ）は、ＰＴＣ素子６０の他の配置例を示す模式的平面図および模式的側面図である。図１０（ａ），（ｂ）は、ＰＴＣ素子６０のさらに他の配置例を示す模式的平面図および模式的側面図である。図９および図１０の例が図７の例と異なるのは、次の点である。
図９（ａ），（ｂ）の例では、各バスバー４０の一方の取付片４２上におけるＦＰＣ基板５０の部分にＰＴＣ素子６０が取り付けられる。また、各バスバー４０の他方の取付片４２上におけるＦＰＣ基板５０の部分にスルーホールＨ１が形成される。各導体線５１の一端部は、スルーホールＨ１を通して各バスバー４０の他方の取付片４２に接続され、各導体線５１の他端部は、各バスバー４０の一方の取付片４２上においてＰＴＣ素子６０の一方の端子に接続される。
図１０（ａ），（ｂ）の例では、各バスバー４０の一方の取付片４２上におけるＦＰＣ基板５０の部分にＰＴＣ素子６０が取り付けられる。また、各バスバー４０の一方の取付片４２上におけるＦＰＣ基板５０の部分にスルーホールＨ２が形成される。各導体線５１の一端部は、スルーホールＨ２を通して各バスバー４０の一方の取付片４２に接続され、各導体線５１の他端部は、各バスバー４０の一方の取付片４２上においてＰＴＣ素子６０の一方の端子に接続される。
組立て時には、バスバー４０，４０ａをＦＰＣ基板５０に取り付けた後に、ＰＴＣ素子６０をＦＰＣ基板５０に取り付けることがある。その場合、ＰＴＣ素子６０の取付時にＦＰＣ基板５０が撓むと、ＰＴＣ素子６０を導体線５１，５２に正確に位置決めすることが困難になる。
図９および図１０の例では、バスバー４０の取付片４２によって支持されたＦＰＣ基板５０の部分にＰＴＣ素子６０が取り付けられる。そのため、ＦＰＣ基板５０におけるＰＴＣ素子６０の取り付け部分が撓むことがないので、ＰＴＣ素子６０を導体線５１，５２に容易かつ正確に接続することができる。
なお、図５（ｂ）に示したバスバー４０ａにおいても同様に、取付片４６上におけるＦＰＣ基板５０の部分にＰＴＣ素子６０が取り付けられてもよい。その場合、バスバー４０ａの取付片４６上におけるＦＰＣ基板５０の部分にスルーホールが形成される。導体線５１の一端部は、そのスルーホールを通してバスバー４０ａの取付片４６に接続される。
（６−３）ＦＰＣ基板の形状
図１１は、ＦＰＣ基板５０の変形例を示す模式的平面図である。図１１に示すＦＰＣ基板５０ａが図７のＦＰＣ基板５０と異なるのは、次の点である。
ＦＰＣ基板５０ａは、バスバー４０，４０ａの取付片４２，４６に固定される部分の間に、Ｘ方向に延びる切り欠き５５を有する。Ｙ方向において、切り欠き５５の縁部は、バスバー４０，４０ａの取付片４２，４６の先端部よりも内側にあることが好ましい。
この場合、隣接するバスバー４０，４０ａ間におけるＦＰＣ基板５０ａの領域がより柔軟に撓むことができる。そのため、ＦＰＣ基板５０ａに外部応力が加わっても、ＦＰＣ５０ａの破損および導体線５１，５２の断線がより確実に防止される。また、製造誤差等によって、バッテリセル１０に対する各バスバー４０，４０ａの取付位置がずれても、ＦＰＣ基板５０ａが柔軟に撓むことによりＦＰＣ基板５０ａを各バスバー４０，４０ａに安定に固定することができる。
図１２（ａ），（ｂ）は、ＦＰＣ基板５０ａのさらなる変形例を示す模式的平面図および模式的側面図である。図１２に示すＦＰＣ基板５０ｂが図１１のＦＰＣ基板５０ａと異なるのは次の点である。
ＦＰＣ基板５０ｂの切り欠き５５間の凸状の領域には、Ｘ方向に沿った３本の折曲部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が形成される。折曲部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３はバスバー４０，４０ａの取付片４２，４６とＰＴＣ素子６０との間に設けられる。ＦＰＣ基板５０ｂは、折曲部Ｔ２において山折りされ、折曲部Ｔ１，Ｔ３において谷折りされる。折曲部Ｔ３は、切り欠き５５の縁部の延長線上に設けられることが好ましい。
この場合、製造誤差等によって、バッテリセル１０に対する各バスバー４０，４０ａの取付位置がずれていても、ＦＰＣ基板５０ｂに生じる歪みが折曲部Ｔ１においてより緩和される。それにより、ＦＰＣ基板５０ａを各バスバー４０，４０ａに安定に固定することができる。
（６−４）バスバーの電極接続孔の形状
図１３は、バスバー４０，４０ａの変形例を示す模式的平面図である。図１３に示すバスバー４０ｘ，４０ｙが上記実施の形態のバスバー４０，４０ａと異なるのは次の点である。
２電極用のバスバー４０ｘには、一対の円形の電極接続孔４３の代わりに、Ｘ方向に延びる楕円形の電極接続孔４３ａおよびＹ方向に延びる楕円形の電極接続孔４３ｂが形成される。１電極用のバスバー４０ｙには、円形の電極接続孔４７の代わりに、Ｘ方向に延びる楕円形の電極接続孔４７ａが形成される。
この場合、バスバー４０ｘ，４０ｙの電極接続孔４３ａ，４３ｂ，４７ａの各々にバッテリセル１０のプラス電極１０ａまたはマイナス電極１０ｂが挿入された状態で、バスバー４０ｘ，４０ｙをＸ方向およびＹ方向にずらすことができる。それにより、製造誤差または各バッテリセル１０の体積の増減等によって、各バッテリセル１０のプラス電極１０ａまたはマイナス電極１０ｂ（図３）の位置がずれても、バスバー４０ｘ，４０ｙの位置を適切に調整することができる。それにより、ＦＰＣ基板５０に生じる歪みを緩和することができる。
なお、バスバー４０ｘ，４０ｙの電極接続孔４３ａ，４３ｂ，４７ａの形状は適宜変更してもよく、例えば電極接続孔４３ａ，４７ａをＹ方向に延びる楕円形状にしてもよく、または電極接続孔４３ｂをＸ方向に延びる楕円形状にしてもよい。また、電極接続孔４３ａ，４３ｂ，４７ａを長方形状または三角形状等の他の形状にしてもよい。
また、バスバー４０ｘ，４０ｙを上記のＦＰＣ基板５０ａ，５０ｂに取り付けてもよい。その場合、各バッテリセル１０のプラス電極１０ａまたはマイナス電極１０ｂ（図３）の位置がずれても、ＦＰＣ基板５０ａ，５０ｂに生じる歪みを緩和することができる。さらに、ＦＰＣ基板５０ａ，５０ｂに歪みが生じた場合でも、ＦＰＣ基板５０ａ，５０ｂが柔軟に撓んでＦＰＣ基板５０ａ，５０ｂが各バスバー４０ｘ，４０ｙに安定に固定される。
（６−５）他の変形例
上記実施の形態では、ＦＰＣ基板５０上に形成された導体線５１，５２によって各バスバー４０，４０ａとプリント回路基板２１とが電気的に接続されるが、各バスバー４０，４０ａとプリント回路基板２１との間における短絡を防止することができるのであれば、他の方法によって各バスバー４０，４０ａとプリント回路基板２１とが電気的に接続されてもよい。
例えば、リード線（ワイヤ）によって各バスバー４０，４０ａとプリント回路基板２１とが電気的に接続されてもよい。また、粘土またはパテ等の他の軟部材上に導体線５１，５２を形成してもよい。また、リジッドプリント回路基板上に導体線５１，５２を形成してもよい。
また、リード線の一端部をバッテリセル１０のプラス電極１０ａまたはマイナス電極１０ｂに直接接続し、他端部をプリント回路基板２１に接続することにより、各バッテリセル１０とプリント回路基板２１とを電気的に接続してもよい。
また、上記実施の形態では、複数のバッテリセル１０が直列に接続されるが、これに限らず、複数のバッテリセル１０の一部または全部が並列に接続されてもよい。また、必要な電圧が得られるように直列接続するバッテリセル１０の数を設定し、必要な電流が得られるように並列接続するバッテリセル１０の数を設定してもよい。
また、ＰＴＣ素子の代わりに、電流がある値よりも大きくなった場合に電流を遮断するヒューズ等を用いてもよい。また、ヒューズとして、導電性粒子の誘電泳動力によりオフ状態からオン状態に自動的に復帰する自己回復性マイクロヒューズ（ＳＲＦ：Self-Recovering micro Fuse）を用いてもよい。
また、上記実施の形態では、金属製のプレートに貫通孔を形成し、曲げ加工等を施すことにより作製されるバスバー４０，４０ａの構造について説明したが（図５参照）、バスバー４０，４０ａは必ずしも金属製のプレートにより構成される必要はない。
例えば、図５（ａ）のバスバー４０に代えて、略直方体形状を有する金属製のブロックに、各バッテリセル１０の電極１０ａ，１０ｂに対応する一対の電極接続孔４３が形成された構造体を、バスバー４０として用いてもよい。
この場合、隣接するバッテリセル１０のプラス電極１０ａおよびマイナス電極１０ｂがバスバー４０に形成された一対の電極接続孔４３に嵌め込まれる。この状態で、各電極１０ａ，１０ｂのかしめ加工を行うことにより、バッテリセル１０にバスバー４０が取り付けられる。
また、図５（ｂ）のバスバー４０ａに代えて、立方体形状を有する金属製のブロックに、バッテリセル１０のプラス電極１０ａまたはマイナス電極１０ｂに対応する電極接続孔４７が形成された構造体を、バスバー４０ａとして用いてもよい。
この場合、バッテリセル１０のプラス電極１０ａまたはマイナス電極１０ｂがバスバー４０ａに形成された電極接続孔４７に嵌め込まれる。この状態で、プラス電極１０ａまたはマイナス電極１０ｂのかしめ加工を行うことにより、バッテリセル１０にバスバー４０ａが取り付けられる。
また、上記実施の形態では、バッテリモジュール１００の各バッテリセル１０の端子間電圧が電圧検出線５１，５２を介して検出されるが、バッテリセル１０として例えばニッケル水素電池が用いられる場合には、バッテリモジュール１００の端子間電圧が導体線５１，５２を介して検出されてもよい。その場合、複数の導体線５１，５２および複数のＰＴＣ素子６０のうち、バッテリモジュール１０の両端に配置されるバッテリセル１０（１番目のバッテリセル１０および１８番目のバッテリセル１０）に取り付けられたバスバー４０ａに対応する導体線５１，５２およびＰＴＣ素子６０のみが設けられてもよい。また、１番目のバッテリセル１０のマイナス電極１０ｂおよび１８番目のバッテリセル１０のプラス電極１０ａのそれぞれに電圧検出線が直接接続されてもよい。
（７）第２の実施の形態
以下、第２の実施の形態に係る電動車両について説明する。本実施の形態に係る電動車両は、第１の実施の形態に係るバッテリモジュール１００およびバッテリシステム５００を備える。なお、以下では、電動車両の一例として電動自動車を説明する。
図１５は、図１のバッテリシステム５００を備える電動自動車の構成を示すブロック図である。図１５に示すように、本実施の形態に係る電動自動車６００は、図１の主制御部３００およびバッテリシステム５００、電力変換部６０１、モータ６０２、駆動輪６０３、アクセル装置６０４、ブレーキ装置６０５、ならびに回転速度センサ６０６を含む。モータ６０２が交流（ＡＣ）モータである場合には、電力変換部６０１はインバータ回路を含む。
本実施の形態において、バッテリシステム５００は、電力変換部６０１を介してモータ６０２に接続されるとともに、主制御部３００に接続される。上述のように、主制御部３００には、バッテリシステム５００を構成するバッテリＥＣＵ１０１（図１）から複数のバッテリモジュール１００（図１）の充電量およびバッテリモジュール１００に流れる電流値が与えられる。また、主制御部３００には、アクセル装置６０４、ブレーキ装置６０５および回転速度センサ６０６が接続される。主制御部３００は、例えばＣＰＵおよびメモリ、またはマイクロコンピュータからなる。
アクセル装置６０４は、電動自動車６００が備えるアクセルペダル６０４ａと、アクセルペダル６０４ａの操作量（踏み込み量）を検出するアクセル検出部６０４ｂとを含む。運転者によりアクセルペダル６０４ａが操作されると、アクセル検出部６０４ｂは、運転者により操作されていない状態を基準としてアクセルペダル６０４ａの操作量を検出する。検出されたアクセルペダル６０４ａの操作量が主制御部３００に与えられる。
ブレーキ装置６０５は、電動自動車６００が備えるブレーキペダル６０５ａと、運転者によるブレーキペダル６０５ａの操作量（踏み込み量）を検出するブレーキ検出部６０５ｂとを含む。運転者によりブレーキペダル６０５ａが操作されると、ブレーキ検出部６０５ｂによりその操作量が検出される。検出されたブレーキペダル６０５ａの操作量が主制御部３００に与えられる。
回転速度センサ６０６は、モータ６０２の回転速度を検出する。検出された回転速度は、主制御部３００に与えられる。
上述のように、主制御部３００には、バッテリモジュール１００の充電量、バッテリモジュール１００を流れる電流値、アクセルペダル６０４ａの操作量、ブレーキペダル６０５ａの操作量、およびモータ６０２の回転速度が与えられる。主制御部３００は、これらの情報に基づいて、バッテリモジュール１００の充放電制御および電力変換部６０１の電力変換制御を行う。
例えば、アクセル操作に基づく電動自動車６００の発進時および加速時には、バッテリシステム５００から電力変換部６０１にバッテリモジュール１００の電力が供給される。
さらに、主制御部３００は、与えられたアクセルペダル６０４ａの操作量に基づいて、駆動輪６０３に伝達すべき回転力（指令トルク）を算出し、その指令トルクに基づく制御信号を電力変換部６０１に与える。
上記の制御信号を受けた電力変換部６０１は、バッテリシステム５００から供給された電力を駆動輪６０３を駆動するために必要な電力（駆動電力）に変換する。これにより、電力変換部６０１により変換された駆動電力がモータ６０２に供給され、その駆動電力に基づくモータ６０２の回転力が駆動輪６０３に伝達される。
一方、ブレーキ操作に基づく電動自動車６００の減速時には、モータ６０２は発電装置として機能する。この場合、電力変換部６０１は、モータ６０２により発生された回生電力をバッテリモジュール１００の充電に適した電力に変換し、バッテリモジュール１００に与える。それにより、バッテリモジュール１００が充電される。
（８） 請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
上記実施の形態においては、ＰＴＣ素子６０またはヒューズが電流制限素子の例であり、バスバー４０，４０ａ，４０ｘ，４０ｙが接続部材の例であり、導体線５１，５２が電圧検出線の例であり、Ｘ方向が一方向の例であり、コンタクタ１０２が接続切り替え部の例であり、バッテリＥＣＵ１０１が制御部の例であり、電動自動車６００が電動車両の例である。
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
本発明は、電力を駆動源とする種々の移動体、またはモバイル機器等に有効に利用することができる。
１０ バッテリセル
２０ 検出回路
２１ プリント回路基板
４０，４０ａ，４０ｘ，４０ｙ バスバー
５０，５０ａ，５０ｂ ＦＰＣ基板
５１，５２ 導体線
６０ ＰＴＣ素子
１０１ バッテリＥＣＵ
１００ バッテリモジュール
５００ バッテリシステム
６００ 電動自動車
６０２ モータ
６０３ 駆動輪

Claims (6)

  1. バッテリセルと、
    前記バッテリセルの端子電圧を検出するために前記バッテリセルに接続される電圧検出線と、
    前記電圧検出線に介挿され、前記電圧検出線に流れる電流が所定値より大きくなった場合に電流を制限する電流制限素子とを備えることを特徴とするバッテリモジュール。
  2. 前記バッテリセルは複数設けられ、
    隣接するバッテリセルの電極を互いに接続する接続部材をさらに備え、
    前記電圧検出線は、前記接続部材に取り付けられる軟部材に設けられ、前記接続部材に接続されることを特徴とする請求項１記載のバッテリモジュール。
  3. 前記軟部材は、前記電圧検出線を配線パターンとして有するフレキシブルプリント回路基板であり、
    前記電流制限素子は前記フレキシブルプリント回路基板に実装されることを特徴とする請求項２記載のバッテリモジュール。
  4. 前記フレキシブルプリント回路基板は前記接続部材の一方向に延びるように前記接続部材に取り付けられ、
    前記電流制限素子は前記フレキシブルプリント回路基板において前記接続部材の前記一方向における両端間の範囲内に対応する領域に配置されることを特徴とする請求項３記載のバッテリモジュール。
  5. 負荷に電力を供給するためのバッテリシステムであって、
    請求項１〜４のいずれかに記載のバッテリモジュールと、
    前記バッテリモジュールと前記負荷とを接続および遮断可能に構成される接続切り替え部と、
    前記バッテリモジュールの電圧検出線を用いて検出された電圧に基づいて前記接続切り替え部を制御する制御部とを備えることを特徴とするバッテリシステム。
  6. 請求項１〜４のいずれかに記載のバッテリモジュールと、
    前記バッテリモジュールからの電力により駆動されるモータと、
    前記モータの回転力により回転する駆動輪とを備えることを特徴とする電動車両。
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