JP2014127325A - 電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の電池セルC1〜C8を互いに密着させたセルユニット41と、セルユニット41の一側面41Aで電池セルC1〜C8のいずれかの温度を測定する第1の温度センサ60と、一側面41Aと対向する他側面で温度を測定する第2の温度センサ61とを有し、電池セルC1〜C8は、隣接する電池セルの間の熱伝導を促進する熱伝導層70を介して重ねられている。
【選択図】図3
Description
特許文献1に示される組電池は、複数の電池セルを直列に配設してなる複数のセルユニットを、該電池セルの配設方向と直交する方向に並列配置した構造であって、所要数の温度センサを適当間隔おきに接続してなる温度センサユニットが、セルユニット間の側面に配設されている。
また、上記電池モジュールでは、電池セルの配列方向に沿うように冷却空気が流れているが、該冷却空気を考慮した温度測定がなされておらず、この点においても改良の余地が残されていた。
本発明は、複数の電池セルを互いに密着させて重ねて配置したセルユニットと、前記電池セルの配列方向に沿う一方の側面において、前記電池セルのいずれかの温度を測定する第1の温度センサを設け、かつ前記一方の側面と対向する他方の側面において、前記電池セル以外のいずれかの電池セルの温度を測定する第2の温度センサを設け、前記電池セルは隣接する電池セルの間の熱伝導を促進する熱伝導層を介して重ねられたことを特徴とする。
なお、密着とは、セルユニット内において隣接する電地セルが互いに直接的に接触せず、隣接する電池セル間に、電気絶縁性のシートや、防水性のシート、分離用のシート、これとは逆に接着用のシート等が介在した接触を意味する。特に、本発明では、これらを目的とするシートとして、熱伝導性が良好で、電池セル間の熱伝導性を損なわない性質のシート、あるいは、あえて熱伝導性の低い性質のシートが使用される。
また、セルユニットの一方の側面と、他方の側面にそれぞれ第1、第2の温度センサを設ける構成であるので、最小の温度センサにより、効率良くかつ低コストで電池セルの最高温度を監視することができるとともに、冷却空気を考慮した正確な温度測定が可能となる。
さらに、電池セルは隣接する電池セルの間の熱伝導を促進する熱伝導層を介して重ねられた構成であるので、該熱伝導層により、セルユニット内のいずれかの電池セルで異常発熱が起こった場合に、電池セル間の熱伝導層を介して温度センサまで異常発熱が伝わることになる。これによりセルユニット内の広範囲の電池セルで発熱異常を速やかに検知することが可能となる。
また、第1の温度センサを、電池セルの配列方向一端からN番目の電池セルに設置し、かつ第2の温度センサを、配列方向他端からN番目の電池セルに設置することで、電池セルの配列方向に沿ういずれの側から冷却風が流れてきたとしても、同じ条件でセルユニット内における電池セルの温度状況を知ることができ、これによっても最小の温度センサにより、効率良くかつ低コストで電池セルの過熱状況を監視することが可能となる。
また、前記複数のセルユニットが収容された電池パックケースの端部に冷却ファンを設けることで、該電池パックケース内で冷却風を強制的に流通させることができ、高い冷却効果を得ることができる。
本発明に係る第1実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。
図1は本発明に係る電池モジュール40が複数組み込まれた電源管理装置10を示す図であり、図2は電池モジュール40が一体化された組電池100を示す斜視図であって、電池管理装置10は、複数組の電池ユニット20−1〜20−mを備えている。
電池セルC1〜C8は、それぞれ単体の二次電池であり、例えばリチウムイオン電池が採用されるが、二次電池としての種別は特に限定されない。また、CMU32は、電池セルC1〜C8で検出した温度(温度センサ60、61により検出)に基づき、電池セルC1〜C8における各々の充放電動作などを制御する。また、CMU32は、通信バス31A、31Bと接続されることで、BMU30と相互通信可能に接続される。
この組電池100は、全体として矩形をなす電池パックケース50内に、複数個の電池モジュール40(本例では、電池モジュール40−1〜40−6の6組からなる)が並列に収容されたものである。
各電池モジュール40は、8つの電池セルC1〜C8が熱伝導層70(後述する)を介して互いに密着されたセルユニット41を備えており、それぞれの電池セルC1〜C8は電池容器42の上面に電極端子43、44が設けられた構成となっている。また、電池セルC1〜C8は全体として直方体に形成されており、長辺42A及び短辺42Bの向きを一致させ、かつ電池容器42同士が互いに面接触するように整列配置されている。なお、これら各電池モジュール40のセルユニット41は、密着させた8つの電池セルC1〜C8の両端に固定プレート45を設置した状態で、結束バンド46で一体化された構成とされている。
なお、以下の説明において、結束バンド46及び固定プレート45により8つの電池セルC1〜C8が互いに密着かつ一体化されたものを「セルユニット41」と定義し、該セルユニット41に、第1の温度センサ60(後述する)及び第2の温度センサ61(後述する)が設置されたものを「電池モジュール40」と定義する。
この冷却風は、符号Fで示すように電池モジュール40における電池セルC1〜C8の配列方向(矢印(イ)‐(ロ)で示す方向)に沿うように流れており、これによってセルユニット41の一方の側面(符号41Aで示す)及び他方側面(符号41Bで示す)からなる両側面を冷却する。
セルユニット41は、図3に示されるように、隣接する電池セルC1〜C8間に、該電池セルC1〜C8の熱伝導を促進する熱伝導層70が介在して重ねられている。
また、電池セルC1〜C8間に熱伝導層70を介在させることにより、電池セルC1〜C8の温度差を小さくして温度分布をなだらかにすることができるが、これによって温度センサ60・61での計測結果は電池セルC1〜C8の使用限界を超えない恐れがあり、このため、他の正常なモジュール電池よりも異常判定のしきい値を下げること、又は他のモジュール電池との温度差が大きくなることを検知することで対応する。
図2に示すように、電池セルC1から電池セルC8に向けて、矢印(イ)−(ロ)方向に冷却風Fが流れると、電池セルC1〜C8は両側面41A・41Bからそれぞれ冷却されるが、このとき上流側の電池セルC1〜C8を通過する毎に、冷却風Fが徐々に温められることから、各電池セルC1〜C8の温度にばらつきが生じる。
このため、本実施形態では、図5に示すように、電池セルC1〜C8の中で、最も温度が高い6番目(=N番目)の温度セルC6の一方の側面41Aに、第1の温度センサ60を設置している。これとともに、電池モジュール40の一方の側面41Aと対向する他方側面41Bで、かつ電池セルC6以外のいずれかの位置の電池セルには第2の温度センサ61が設置されている。
そして、このような温度センサ60・61の設置により、電池セルC1〜C8の配列方向(矢印(イ)‐(ロ))に沿ういずれの側(上流側又は下流側)から冷却風Fが流れてきたとしても、同じ条件でセルユニット41内における電池セルC1〜C8の温度状況を正確に知ることができる。その結果、最小の温度センサ60・61(本例では2個)により、効率良くかつ低コストで電電池セルC1〜C8の最高セル温度を監視できる。
ここで、第1の温度センサ60が配置されるN番目(=電池セルC6)は、セルユニット41内の最高温度となる電池セルC6であり、また。第2の温度センサ61は、第1の温度センサ60と対称位置にある電池セルC3である。
これにより、電池セルC1〜C8の配列方向(矢印(イ)−(ロ)方向)に沿ういずれの側(上流側又は下流側)から冷却風Fが流れてきたとしても、同じ条件でセルユニット41内における電池セルC1〜C8の温度状況を正確に知ることができ、これによっても最小の温度センサにより、効率良くかつ低コストで電池セルC1〜C8の最高セル温度を監視することが可能となる。
また、電池モジュール40のセルユニット41を8個の電池セルC1〜C8で構成したが、これは1例であってその個数は適宜設定可能である。また、8個ある電池セルC1〜C8の中で、最も温度が高い6番目(=N番目)の温度セルC6の一方の側面41Aに、第1の温度センサ60を設置したが、これは、冷却風Fに沿って流れる方向に配置された複数の電池セルの中で、中央部より後方の電池セル(本例ではN=6番目)の温度が最も高くなるからであり、セルユニット41の電池セル数が8個でない場合、例えばセルユニット41の電池セル数が10個である場合には「N=7番目」等が選択される。
本発明に係る第2実施形態について、図6を参照して説明する。
第2実施形態の電池モジュール40が、第1実施形態の電池モジュール40と異なるのは、電池モジュール40内のセルユニット41の構造である。
すなわち、図6のセルユニット41は、隣接する電池セルC1〜C8間に熱伝導を促進する熱伝導層70が介在されるとともに、一方の温度センサ60により温度が測定される一の電池セルC5〜C8群と、他方の温度センサ61により温度が測定される他の電池セルC1〜C4群との間については熱伝導層70に代えて、この熱伝導層70よりも相対的に熱伝導性の低い低熱伝導層71を設けている。
そして、電池モジュール40内のセルユニット41において、電池セルC5〜C8群と電池セルC1〜C4群との間に熱伝導性の低い低熱伝導層71を設けることにより、これらセル群間での熱伝達が阻害される。
これにより、例えば、一方側の電池セルC6〜C8群で発生した異常発熱Hが、他方側の電池セルC1〜C4群に伝達され難く、一方側の電池セルC6〜C8群に設置される温度センサ60の検出値と、他方側の電池セルC1〜C4群に設置される温度センサ61の検出値との温度差が大きくなり、この温度差に基づき、ユニット41セルにおける電池セルC1〜C8の異常を容易に検出することが可能となる。
本発明に係る第3実施形態について、図7及び図8を参照して説明する。
第3実施形態の組電池101が、第1及び第2実施形態の組電池100と異なるのは、電池モジュール40を直列又は並列に配置し、かつかつ電池パックケース50の端部に冷却風Fを強制的に流通させる冷却ファン51を設けた点である。
また、図8に示される電池パックケース50では、複数の電池モジュール40が3個ずつ2列に並列接続されるように配置されている。
そして、この冷却ファン51が駆動されることにより、吸気口52から吸い込まれた冷却風Fが、電池セルC1〜C8の配列方向に沿う矢印(ロ)方向に流通し、その結果、電池モジュール40が冷却される。
第1の温度センサ60は、電池セルC1〜C8の中で、最も温度が高い温度セルC6又はC3の側面41A、41Bに設置されている。また、第2の温度センサ61は、セルユニット41の中心部Xに対して第1の温度センサ60と対称となる電池セルC3又はC6の側面41A、41Bに設置されている。
そして、このような温度センサ60・61の設置により、電池セルC1〜C8の配列方向(矢印(イ)‐(ロ))に沿ういずれの側(上流側又は下流側)から冷却風Fが流れてきたとしても、同じ条件でセルユニット41内における電池セルC1〜C8の温度状況を正確に知ることができる。
(1)上流の電池モジュール40との温度差が設計値(例えば2℃)を越えたか否かを、「0」(設計値範囲内で正常)又は「1」(設計値を越えて異常)のデジタル情報で表し、電池モジュール40の各列毎にデジタル値のORを取り、「1」になるとその列は異常であると判定する。
(2)電池モジュール40の列間の同じ位置の温度センサ60・61の計測値を比較し、電池セル発熱と冷却流路のバラつきによる判定値を設定する(例えば判定値を5℃と設定する)。そして、温度センサ60・61の計測値のばらつきが、この判定値以上になった場合に電池モジュール40に異常が生じていると判定する。
(3)電池モジュール40の列間の温度勾配を計算して、他の列と比較して違いがあればその列は異常であると判定する。以上のような処理で電池モジュール40の異常判定を行う。
これにより、電池セルC1〜C8の配列方向(矢印(イ)−(ロ)方向)に沿ういずれの側(上流側又は下流側)から冷却風Fが流れてきたとしても、同じ条件でセルユニット41内における電池セルC1〜C8の温度状況を正確に知ることができ、これによっても最小の温度センサにより、効率良くかつ低コストで電池セルC1〜C8の過熱状況を監視することが可能となる。
また、電池モジュール40が直列接続又は並列接続されたセルユニット41のそれぞれにおいて、電池セルC1〜C8の温度状況を検知することができることから、複数あるセルユニット41にて検出された温度を比較し、それら温度にばらつきがあれば、ばらつきが生じたユニットセル41又はその冷却機構を異常と判定することができ、正確な温度異常検知を行うことができる。
41 セルユニット
41A 一方の側面
41B 他方の側面
50 電池パックケース
51 冷却ファン
60 第1の温度センサ
61 第2の温度センサ
70 熱伝導層
71 低熱伝導層
C1〜C8 電池セル
X 中心部
(イ)−(ロ) セルの配置方向
Claims (9)
- 複数の電池セルを互いに密着させて重ねて配置したセルユニットと、
前記電池セルの配列方向に沿う一方の側面において、前記電池セルのいずれかの温度を測定する第1の温度センサと、前記一方の側面と対向する他方の側面において、前記電池セル以外のいずれかの電池セルの温度を測定する第2の温度センサと、を有し、
前記電池セルは隣接する電池セルの間の熱伝導を促進する熱伝導層を介して重ねられたことを特徴とする電池モジュール。 - 前記一方の温度センサにより温度が測定される一の電池セルに連なる電池セル群と、前記他方の温度センサにより温度が測定される他の電池セルに連なる電池セル群との間に前記熱伝導層より熱伝導性の低い低熱伝導層を設けたことを特徴とする請求項1に記載の電池モジュール。
- 前記セルユニット内における電池セルの配列方向は、冷却風の流れる方向に向けられたことを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の電池モジュール。
- 前記一方の温度センサは、前記電池セルの配列方向一端からN番目の電池セルに、他方の温度センサは、配列方向他端からN番目の電池セルに設けられたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池モジュール。
- 前記第1の温度センサは、前記セルユニット内の最高温度となる電池セルの一方側面に配置され、
前記第2の温度センサは、前記セルユニットの中心部に対して前記第1の温度センサと対称となる電池セルの他方側面に配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電池モジュール。 - 前記第1の温度センサは、前記冷却風に沿って流れる方向に配置された前記複数の電池セルの中で、中央部より後方の電池セルの一方側側面に配置されていることを特徴とする請求項5に記載の電池モジュール。
- 前記セルユニットは複数あり、これら複数のセルユニットが直列接続されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電池モジュール。
- 前記セルユニットは複数あり、これら複数のセルユニットが並列接続されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電池モジュール。
- 前記複数のセルユニットが収容された電池パックケースの端部には冷却風を流通させるための冷却ファンが設置されていることを特徴とする請求項7又は8のいずれか1項に記載の電池モジュール。
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