JP2014507058A - 安定した測定ユニットを備えたバッテリーパック - Google Patents

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Abstract


電気的に接続された少なくとも２つのバッテリーセル又はユニットモジュールが積層されてなるバッテリーセル積層構造を持つバッテリーモジュールと；該バッテリーセルか該ユニットモジュールの電極端子接続部で電圧を測定する電圧測定部材と；該電圧測定部材をバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）に接続する電圧測定回路と；前記バッテリーセルか前記ユニットモジュールの温度を測定する温度測定部材と；該温度測定部材を前記ＢＭＳに接続すると共に前記電圧測定回路から離間された温度測定回路と；前記電圧測定部材に電気的に接続され、前記バッテリーモジュールの動作を制御するＢＭＳと；を備えるバッテリーパックがここに開示されている。

Description

本発明は、安定した測定ユニットを有するバッテリーパックに係り、より詳しくは、電気的に接続された少なくとも２つのバッテリーセル又はユニットモジュールが積層されてなるバッテリーセル積層構造を持つバッテリーモジュールと；該バッテリーセルか該ユニットモジュールの電極端子接続部で電圧を測定する電圧測定部材と；該電圧測定部材をバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）に接続する電圧測定回路と；前記バッテリーセルか前記ユニットモジュールの温度を測定する温度測定部材と；該温度測定部材を前記ＢＭＳに接続すると共に前記電圧測定回路から離間された温度測定回路と；前記電圧測定部材に電気的に接続され、前記バッテリーモジュールの動作を制御する前記ＢＭＳと；を備えたバッテリーパックに関する。
近年、充電と放電とが可能な二次電池が、ワイヤレスのモバイル機器のエネルギー源として広く使用されている。二次電池は、また、化石燃料を使用するガソリン車やディーゼル車によって引き起こされる大気汚染などのような問題を解決するために発達してきた電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ）やプラグインハイブリッド車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ ＨＥＶ）の動力源としてかなりの注目を浴びている。
小型のモバイル機器は、各機器のために、１つか複数のバッテリーセルを使用している。他方では、例えば車両などのような中型や大型の装置は、該中型や大型の装置のために高出力で大容量が必要であるので、互いに電気的に接続された複数のバッテリーセルを有するバッテリーモジュールを使用している。
該バッテリーモジュールは、できるだけ小型で軽量のものが製造されることが好ましいので、通常は、高い集積度で積層されて 小さな“重量−容量比"を有することができる角形電池やパウチ形電池が 中型や大型のバッテリーモジュールのバッテリーセルとして使用されている。特に、現在、軽量で安価に製造できるという利点のため、外装部材としてアルミニウム製の積層板を使用するパウチ形電池に大きな関心が集まっている。
バッテリーモジュールは複数のバッテリーセルを結合することによって作製されるので、いくつかのバッテリーセルで過電圧や過電流やオーバーヒートが発生した時に バッテリーモジュールの安全や運転効率はかなり低下する。それ故、そのような過電圧や過電流やオーバーヒートを検知し制御するためのユニットを備える必要がある。したがって、リアルタイムで 或いは所定の間隔でバッテリーセルの動作状態を検査し制御するために、例えば電圧測定部材や温度測定部材などのような測定部材がバッテリーセルに接続されている。しかしながら、そのような測定部材の取り付けや接続は、バッテリーモジュールを組み立てる工程を非常に複雑にし、多くの線の使用のためにショートを引き起こすかも知れない。
この点において、図１１を参照すると、従来のバッテリーパックは、電圧測定部材及び温度測定部材とが ワイヤーハーネスによってコネクタ（ＣＮＴ）とバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）とに接続され、かつ温度測定回路が電圧測定回路に沿って形成されるように構成されている。
しかしながら、そのようなバッテリーパックの構造は、該電圧測定回路と該温度測定回路との間の電気的接続が水によりなされるときに電圧測定回路の絶縁抵抗が低下するという問題を有している。他の問題は、温度測定値が変化し、電圧と温度とを正確に測定することが不可能であるという結果になってしまうかも知れないという点である。
加えて、バッテリーモジュールが複数のバッテリーセルを使って構成されている時、又は、それぞれが特定の数のバッテリーセルを有するユニットモジュールを複数使って構成されている時、通常は、前記バッテリーセル間、又は前記ユニットモジュール間の機械的締結及び電気的接続のために非常の多数の部材を備える必要があり、その結果、そのような部材の組み立て工程が非常に複雑となる。さらに、それらの部材の結合や溶接や半田付けのためのスペースが、そのような機械的締結及び電気的接続を成し遂げるために必要となり、そのため、全体のシステムのサイズが増加してしまう。そのようなサイズの増加は上述した通り望ましくはない。したがって、よりコンパクトで、高い構造的安定性と、温度及び電圧を正確に測定することができることを示すバッテリーモジュールが非常に必要である。
［開示］
［技術的課題］
したがって、本発明は、今までに解決できていなかった、上記及び他の技術的課題を解決するためになされたものである。
本発明の目的は、特に、電圧測定回路と温度測定回路とが、それらの２つの回路の水による電気的接続の形成を防止するように互いに離間されているバッテリーパック構造を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、機械的締結及び電気的接続のために多くの部材を使用することなく 簡単な組み立て方法を使って作製することができる電圧測定部材を有するバッテリーモジュールを備えるバッテリーパック構造を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、電圧測定部材を有するバッテリーモジュールを備えたバッテリーパックであって、バッテリーモジュールの生産性及び維持管理を改良するために 各電圧測定部材が分離構造として形成されたバッテリーパックを提供することである。
［技術的解決法］
本発明に係るバッテリーパックは、上記及び他の目的を達成するために、電気的に接続された少なくとも２つのバッテリーセル又はユニットモジュールが積層されてなるバッテリーセル積層構造を持つバッテリーモジュールと；該バッテリーセルか該ユニットモジュールの電極端子接続部で電圧を測定する電圧測定部材と；該電圧測定部材をバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）に接続する電圧測定回路と；前記バッテリーセルか前記ユニットモジュールの温度を測定する温度測定部材と；該温度測定部材を前記ＢＭＳに接続すると共に前記電圧測定回路から離間された温度測定回路と；前記電圧測定部材に電気的に接続され、前記バッテリーモジュールの動作を制御する前記ＢＭＳと；を備えるものである。
前記バッテリーパック構造において、各バッテリーモジュールは、バッテリーモジュールが爆発や発火をしないように防ぐため、電圧を測定するための電圧測定部材だけでなくバッテリーセルの温度を測定し制御するための温度測定部材も有しているので、バッテリーパックの安全の見地から、望ましい。
該バッテリーパック構造において、前記電圧測定回路は、電圧測定部材が前記ＢＭＳに接続されるように構成され、かつ、前記温度測定回路は、前記電圧測定回路から離間されていると共に、前記温度測定部材が前記ＢＭＳに直接接続されるように構成されている。その結果、水による温度測定の変化や電圧測定回路の絶縁抵抗の低下が防止される。結果的に、電圧と温度を正確に測定することができる。したがって、該バッテリーパック構造は、バッテリーパックの安全性の見地から より好ましい。
前記バッテリーセル間、又は前記ユニットモジュール間の電気的接続は直列、及び／又は並列であっても良い。
各バッテリーセルは、該バッテリーセルの上端及び下端のそれぞれに電極端子が形成された板状のバッテリーセルであっても良い。２つ又はそれ以上のバッテリーセルの電極端子は互いに直列に接続され、該電極端子間の接続部は、バッテリーセルが積層構造に配置されるように湾曲していても良い。
前記バッテリーモジュールを形成するために前記板状のバッテリーセルが積層されたときに該バッテリーモジュールの全体のサイズを最小限にするために、各板状のバッテリーセルは、小さな厚みと、比較的大きな幅及び長さとを有する。該板状のバッテリーセルの好ましい例は、樹脂層と金属層とを含む積層板のバッテリーケースに 電極アセンブリーが取り付けられ、該ケースの周囲がシールされると共に電極端子が前記バッテリーセルの上端及び下端から突出するように構成された二次電池である。特に、該板状のバッテリーセルは、アルミニウム製の積層板で形成されたパウチ形のケースの中で電極アセンブリーが取り付けられるように構成されていても良い。このタイプの二次電池は、また、パウチ形のバッテリーセルとも呼ばれる。
それぞれのユニットモジュールは、合成の樹脂又は金属の材料で形成された高強度のモジュールカバーで２つ又はそれ以上のバッテリーセルを覆うことにより構成される。該高強度のセルカバーは、低い機械的強度を持つバッテリーセルを保護し、かつ、充電／放電の際に、例えば膨張と収縮などのような、バッテリーセルの反復的な変化を抑制して、バッテリーセルのシール部分の剥離を防止する。その結果、より高い安全性を持つ中型又は大型のバッテリーモジュールを製造することが可能となる。
ユニットモジュールは、それの上端と下端にそれぞれ形成された電極端子を持つ板状のバッテリーセルが直列に接続されるように構成されている。例えば、ユニットモジュールは、２つ又はそれ以上のバッテリーセルと、高強度のモジュールカバーと、を有していても良い。該２つ又はそれ以上のバッテリーセルは、該バッテリーセルが積層構造に配置されるように、該バッテリーセルの電極端子間の接続部が湾曲されるように構成されていても良く、前記モジュールカバーは、前記電極端子を除いて前記バッテリーセルの外側を覆うように互いに接続されていても良い。
ユニットモジュール内部のバッテリーセルやユニットモジュール間のバッテリーセルは直列又は並列に接続される。好ましい例では、複数のユニットモジュールは、バッテリーセルの電極端子が、連続して隣接するようにバッテリーセルを縦方向に直列に配置した状態で、電極端子を互いに結合した後、２つ又はそれ以上の単位でバッテリーセルを重なるようにたたみ、かつ、バッテリーセルの各グループをセルカバーで覆うことにより製造することができる。
電極端子は、様々な方法、例えば、溶接や半田付けや機械的締結などを使って互いに接続されていても良い。好ましくは、電極端子は互いに溶接を使って接続されている。
本発明に係るバッテリーパックは、バッテリーセルの間、又はユニットモジュールの間に取り付けられてバッテリーモジュールの温度を測定する温度測定部材を複数備えている。これは、バッテリーパックが 過度の温度上昇を検知し制御することによってバッテリーモジュールが発火や爆発をすることから効果的に防ぐ。それぞれの温度測定部材はサーミスタであっても良い。
好ましい例では、温度測定部材は、温度測定回路を形成するためにＢＭＳに直接電気的に接続されている。該温度測定回路は、電圧測定回路の線よりも低い電圧の線を有していても良い。すなわち、電圧測定回路は、バッテリーパックの電圧に従って設定されるので、例えば、１０〜３００Ｖの高い電圧の線を有していても良いのに対して、温度測定回路は、例えば、２〜７Ｖの低い電圧の線を有していても良い。
本発明によれば、温度測定回路は電圧測定回路から空間的に離間されている。該温度測定回路は該電圧測定回路から空間的に離間されているので、回路の配線はシンプルであり、その結果、生産性が改良され、回路のもつれのための断線のリスクは無く、そのため、バッテリーの安全性が改良される。“空間的に離間されている"の表現は、前記温度測定回路と前記電圧測定回路とが、電気的干渉が発生しない距離に互いに離間していることを意味する。例えば、図９に示すように、温度測定回路はバッテリーパックの中間領域に沿ってＢＭＳに接続されていても良く、電圧測定回路はバッテリーパックの両端に沿ってＢＭＳに接続されていても良い。
好ましい例では、バッテリーモジュールは、
(a) 直列及び／又は並列に接続された複数のバッテリーセル又はユニットモジュールを有し、横方向に立てられた各バッテリーセル又はユニットモジュールが積層されてなり、バッテリーセルの電極端子を外部入出力端子に接続するためのバスバーをその正面に備えるバッテリーセル積層体と、
(b) 前記バッテリーセル積層体の正面及び背面に配置された前記バッテリーセルの電極端子接続部に電気的に接続され、前記バッテリーセル又は前記ユニットモジュールの電圧を測定するための接続端子を端部に備える電圧測定部材と、
(c) バッテリーセル積層体の上面と、該バッテリーセル積層体の正面及び背面の部分とを覆い、電圧測定部材をそこに挿入し取り付けるための取付部を備えた上ケースと、
(d) バッテリーセル積層体の底面、及び該バッテリーセル積層体の正面と背面の部分を覆うと同時に前記上ケースに結合され、その正面に外部入出力端子を備える下ケースと、
を備えるようにしても良い。
該バッテリーモジュールでは、前記電圧測定部材は、バッテリーセル積層体の正面及び背面に配置された、バッテリーセルの電極端子接続部に電気的に接続されている。該電圧測定部材は、前記上ケースの正面及び背面に配置された（例えば、前記バッテリーモジュールの両端に配置された）取付部の中に挿入され取り付けられた状態である。従って、全体的に組立過程がシンプルであり、コンパクトで安定した電圧検出が可能な構造を有する。
該バッテリーセルの電圧を測定するための電圧測定部材のそれぞれがモジュール構造として形成されているので、電圧測定部材はバッテリーモジュールの正面と背面とに容易に取り付けることができると共に、電圧検知(測定)構造の中央接続部は極小化されている。その結果、電圧の検知（測定）の信頼性が改良される。
加えて、それぞれの電圧測定部材が 別の独立したユニットとして構成されてなる電圧測定部材の簡易化された構造は、製造コストを下げると共に、該電圧測定部材の製造を外注することを許容する。その結果、バッテリーモジュールの生産性が非常に改良される。
該電圧測定部材が正常に機能しないとき、バッテリーモジュールの正面及び背面に取り付けられた電圧測定部材は、前記バッテリーモジュールを分解することなく交換することができる。その結果、従来のバッテリーモジュール構造と比較して、バッテリーモジュールの維持管理が非常に改良される。
さらに、電圧測定部材を取り付けるための取付部は前記上ケースに形成されているので、バッテリーモジュールを組み立てた後に必要に応じて該電圧測定部材を各バッテリーモジュールに選択的に取り付けることが可能となり、その結果、下ケースの中に電圧測定部材が取り付けられた従来のバッテリーモジュールに比べて、よりコンパクトな構造を持つ電圧測定部材を構成することが可能となる。
バッテリーセルの電極端子が互いに接続された状態で 該バッテリーセルが高い集積度で積層されてなるバッテリーセル積層体は、組立型の締結構造で互いに結合されてなる 分離可能な上ケースと下ケースとの間に垂直に取り付けられている。
前記上ケースと下ケースは、前記上ケースと下ケースとに前記バッテリーセルが搭載された後に該上ケースと下ケースとを互いに結合した状態で、好ましくは、前記バッテリーセル積層体から容易に熱を逃がすために バッテリーセル積層体の周囲のみを覆い、その外面が前記上ケース及び下ケースの外側に露出される構造となっている。したがって、上述の通り、前記上ケースは、前記バッテリーセル積層体の上面と、該バッテリーセル積層体の正面及び背面の部分とを覆い、前記下ケースは、前記バッテリーセル積層体の底面、及び該バッテリーセル積層体の正面と背面の部分を覆っている。
他方では、複数のユニットモジュールで構成されたバッテリーモジュールにおいては、該バッテリーモジュールの安全性と運転効率のことを考えて電圧を測定し制御することが必要である。特に、電圧は、少なくとも各ユニットモジュール、又は該ユニットモジュールの各電気的接続部毎に測定を実行することが必要である。しかしながら、電圧測定部材などの測定部材の取り付けは、前記バッテリーモジュールの構造の複雑化の主要な原因の一つである。
本発明に係るバッテリーモジュールにおいては、そのような問題を解決するために、該電圧測定部材は、前記上ケースの取付部に搭載されている。つまり、電圧測定部材は、該上ケースの正面及び背面にそれぞれ配置された取付部の中に挿入され取り付けられている。
バッテリーセル又はユニットモジュールの電圧検知を容易にするために、電圧測定部材が該バッテリーセルの電極端子接続部に電気的に接続するものである限りは、電圧測定部材の構造は特に限定されない。好ましい例では、電圧測定部材は、バッテリーセル積層体の正面に配置された電極端子接続部に接続される正面側測定部材と、バッテリーセル積層体の背面に配置された電極端子接続部に接続される背面側測定部材と、からなるようにすると良い。
その結果、前記正面側測定部材と背面側測定部材とは、それらを前記上ケースのそれぞれの取付部の中に挿入することにより、バッテリーセル積層体の正面及び背面に配置された電極端子接続部に簡単に電気的に接続される。
好ましくは、前記正面側測定部材及び背面側測定部材のそれぞれは、本体と、接続端子と、を有している。各本体は、中空構造を持つコネクターの形状で形成されており、前記接続端子は、前記本体の中に差し込まれた状態で、それぞれ、前記バッテリーセルの前記電極端子の 湾曲された直列接続部(例えば、電極端子接続部)に接続されている。
上記構造の例において、各本体の下端は、それぞれ 電極端子接続部のために、前記接続端子が差し込まれるように、分岐された構造を有している。したがって、その本体の（分岐された構造を持つ）下端に差し込まれた 電圧測定部材の接続端子は、バッテリーセル積層体の正面及び背面に配置された バッテリーセルの電極端子接続部にそれぞれ容易に電気的に接続される。
前記正面側測定部材と背面側測定部材のそれぞれの本体の下端の 分岐された部分の数は、前記バッテリーモジュールのユニットモジュールの数、該ユニットモジュールの直列及び／又は並列構造、或いは前記バスバーの形状によって変化させても良い。例えば、４つのユニットモジュール（例えば、８つのバッテリーセル）が横方向に立てられた状態で積層されてなるバッテリーセル積層体の場合、前記バッテリーセルの正面及び背面に配置された電極端子接続部にそれぞれ対応して接続されることができるように、前記正面側測定部材の本体の下端は ３つの部分に分岐され、前記背面側測定部材の本体の下端は、 ４つの部分に分岐されていても良い。
上記の構造の別の例においては、前記接続端子は、前記電極端子接続部の中に上から挿入されるようなレセプタクル構造を有していても良い。この構造は、外部衝撃がバッテリーモジュールに与えられたときでさえ電圧測定部材の接続端子とバッテリーセルの電極端子接続部との間の電気的接続を安定して維持できるので好ましい。
前記取付部は、上方に開口するように前記上ケースの正面及び背面にそれぞれ形成されている。バッテリーモジュールを組み立てた後、電圧測定部材をそれぞれの取付部に上から挿入することにより、電圧測定部材と電極端子接続部との電気的接続を達成することができるので、この構造は組み立て効率の見地から非常に好ましい。
前記上ケースは、クーラントの循環のためのスリットを その上面に有しており、前記温度測定回路は、前記バッテリーセルの間、又は前記ユニットモジュールの間に取り付けられた温度測定部材に 前記スリットを通って接続される。
温度測定部材に容易に電気的接続するために、各温度測定部材の上端は、前記上ケースのスリットを通り抜けて上方に突出されていても良く、前記下ケースのスリットを通り抜けて下方に突出されていても良い。
この構造は、車両における バッテリーモジュールの据え付け位置によって、バッテリーモジュール用前記温度測定部材を上ケース又は下ケースの貫通型スリットに選択的に取り付けても良いので好ましい。
前記下ケースは、バッテリーセルの最も外側の電極端子に接続されるバスバーを挿入するための一対のスリットを、その正面に備える。その結果、該バスバーを前記下ケースに容易に取り付けることが可能となる。
各バスバーは、バッテリーモジュールの最も外側の電極端子に電気的に接続される電極端子接触部と、前記上ケースの外部入出力端子に接続される入出力端子接触部と、を有していても良い。該入出力端子接触部は、電極端子接触部に対してほぼ垂直にバッテリーモジュールの内側の方へ湾曲されていても良い。
前記バスバーは、バッテリーモジュールの最も外側の電極端子と 前記下ケースの外部入出力端子とに同時に接続することができるので、上記の構造を持つバスバーが好ましい。
上記の構造では、各バスバーの入出力端子接触部は、その下端に 内側に凹んだ部分を有していても良い。また、外部入出力端子は該凹んだ部分に差し込まれていて、それによって、前記バスバーへの電気的接続を成し遂げるようにしても良い。これは、バスバーを外部入出力端子に電気的に接続した後に、該バスバーが定位置を離れることを効果的に防止する。
必要に応じて、絶縁材料で形成された正面絶縁カバーが、上方に開口された各電圧測定部材を外側から閉じる構造であっても良い。この場合、前記正面絶縁カバーは前記上ケースの正面に配置されていても良い。これとは異なって、電圧測定部材を外側から閉じるためのカバーを別の部品として構成せず、前記上ケースに一体的に形成しても良い。
前記バッテリーパックは、さらに、必要に応じて、クーラント入口部における空気の温度を測定する大気温度測定部材を有していても良い。
通常、該バッテリーパックは、該バッテリーパックを冷却するために該バッテリーパックの中をクーラントが流れるように構成されている。この場合、該バッテリーパックの冷却効率は クーラント入口部の温度に依存するので、該クーラント入口部の温度を測定することは重要である。したがって、上述したような大気温度測定部材の取り付け構造が、バッテリーパックの安全性の見地から大変好ましい。
本発明に係る中型又は大型のバッテリーパックが 所望の出力と容量により製造されるようにしても良い。上述の通りの取り付け効率及び構造的安定性のことを考えて、本発明に係る中型又は大型のバッテリーパックは、好ましくは、取り付けスペースが制限されると共に頻繁に起こる振動や強い衝撃に晒される、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ）やプラグインハイブリッド車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ ＨＥＶ）のような車両の動力源として使用される。
本発明における上記の及び他の目的、特徴、並びに他の利益は、添付図面と合わせて記載された次の詳細な説明から より明確に理解されるであろう。
図１は、バッテリーモジュールに取り付けられた板状のバッテリーセルの斜視図である。
図２は、本発明の実施の形態に係るバッテリーモジュールの斜視図である。
図３は、図２のバッテリーモジュールの概略分解図である。
図４は、図３のバッテリーモジュールのバッテリーセル積層の斜視図である。
図５は、図３のバッテリーモジュールの中の背面側測定部材及びバッテリーモジュール温度測定部材の斜視図である。
図６は、図３のバッテリーモジュールの中の正面側測定部材の斜視図である。
図７は、図３のバッテリーモジュールの中の上ケースの斜視図である。
図８は、図３のバッテリーモジュールの中の下ケースの斜視図である。
図９は、本発明の別の実施の形態に係る中型又は大型のバッテリーパックの斜視図である。
図１０は、本発明に係る電圧測定回路及び温度測定回路の概略図である。
図１１は、従来技術に係る電圧測定回路及び温度測定回路の概略図である。
［最良の形態］
次に、本発明の実施の形態が、添付図面を参照して詳細に説明される。しかしながら、実施の形態の説明は、本発明のさらなる理解を与えるためであって、発明の範囲を限定するものでは無い点に注意すべきである。
図１は、本発明に係るユニットモジュールに取り付けられた、例示的な板状のバッテリーセルの概略斜視図である。
図１に示すように、板状のバッテリーセル１０は、２つの電極リード線１１と１２が それぞれバッテリー本体１３の上端及び下端から突出されて互いに反対となるように構成されている。外装部材１４は上部外装部及び下部外装部を有する。つまり、外装部材１４は２つの構成部品である。外装部材１４の上部外装部と下部外装部との間に形成される受け部の中に電極アセンブリー（不図示）が取り付けられた状態で、前記上部外装部及び下部外装部の接触領域である、該外装部材１４の上部及び下部外装部の両側部１４ｂと上端１４aと下端１４ｃは、前記バッテリーセル１０を形成するために互いに接着されている。前記外装部材１４は、樹脂層と金属箔層と樹脂層の積層構造を有している。したがって、前記外装部材１４は該外装部材１４の上部及び下部外装部の（互いに接触している）両側部１４ｂと上端１４aと下端１４ｃに熱と圧力を加え、樹脂層を相互溶着することによって、それらを互いに接着することが可能となる。必要に応じ、接着剤を使って接着するようにしても良い。両側部１４ｂは、前記外装部材１４の同一の樹脂層が直接に接触されるため溶着によって均一にシールされることができる。他方では、前記電極リード線１１及び１２は、前記外装部材１４の上端１４a及び下端１４ｃからそれぞれ突出される。その結果、前記外装部材１４の上部及び下部外装部の上端１４a及び下端１４ｃは、前記電極リード線１１及び１２の厚みと、該電極リード線１１及び１２と前記外装部材１４との間の材料の違いを考慮し、前記外装部材１４のシール性を改良するために、フィルム状のシール部材１６が電極リード線１１及び１２と前記外装部材１４との間に挿入された状態で互いに熱溶着される。
図２は、本発明の実施の形態に係るバッテリーモジュールの概略斜視図であり、図３は、図２のバッテリーモジュールの概略分解図である。
図２及び３を図４と共に参照すると、バッテリーモジュール７００は、バッテリーセル積層体２００と電圧測定部材１１０及び１２０と上ケース３００と下ケース４００とを備えている。
バッテリーセル積層体２００は、横方向に立てられた状態で積層された、４つの直列接続のユニットモジュール２０８を備えている。該バッテリーセル積層体２００は、また、バッテリーセル２２０の電極端子を下ケース４００の外部入出力端子４０２に接続するためのバスバー２０２をその正面に備えている。
前記電圧測定部材１１０及び１２０は、そのそれぞれの下端に接続端子１１４及び１２４を備えている。該接続端子１１４及び１２４は、バッテリーセル積層体２００の正面及び背面に配置された、ユニットモジュール２０８の電極端子接続部２０４及び２０６に電気的に接続されていて、電圧測定部材１１０及び１２０が、ユニットモジュール２０８の電圧を検知するようになっている。
該電圧測定部材１１０及び１２０は、バッテリーセル積層体２００の正面に配置された電極端子接続部２０４に電気的に接続される正面側測定部材１２０と、バッテリーセル積層体２００の背面に配置された電極端子接続部２０６に電気的に接続される背面側測定部材１１０と、からなる。
前記上ケース３００は、バッテリーセル積層体２００の上面と、バッテリーセル積層体２００の正面及び背面の部分とを覆っている。前記上ケース３００は、前記電圧測定部材１１０と１２０とをそれぞれ挿入し取り付けるための電圧測定部材取付部３０２を その正面と背面とに備えている。
前記下ケース４００は、バッテリーセル積層体２００の底面、及び該バッテリーセル積層体２００の正面と背面の部分を覆うと同時に、ボルト３０６によって前記上ケースに結合されている。該下ケース４００は、その正面に、外部入出力端子４０２を備えている。
本発明に係るバッテリーモジュール７００では、前記上ケース３００がボルト３０６により前記下ケース４００に結合された後に、該上ケース３００の電圧測定部材取付部３０２の中に電圧測定部材１１０及び１２０が挿入される。該上ケース３００と下ケース４００の中にはバッテリーセル積層２００が搭載されている。その結果、該電圧測定部材１１０及び１２０が正常に機能しないときに該電圧測定部材１１０及び１２０はバッテリーモジュール７００を分解することなく交換することができる。その結果、電圧測定部材が下ケースの中に搭載された後に上ケースが下ケースにボルトにより結合される従来のバッテリーモジュール構造と比較して、バッテリーモジュールの維持管理が非常に改良される。
加えて、サーミスタなどのバッテリーモジュール温度測定部材１３０が、バッテリーモジュール７００の温度を測定するために、ユニットモジュール２０８の間に取り付けられている。バッテリーモジュール温度測定部材１３０の上端は、上ケース３００のスリット３０４を通って上方に突出されている。
前記温度測定部材１３０が正常に機能しないとき、該温度測定部材１３０はバッテリーモジュール７００を分解することなく交換することができる。その結果、従来のバッテリーモジュール構造と比較して、バッテリーモジュールの維持管理が非常に改良される。
図４は、図３のバッテリーモジュールの中のバッテリーセル積層体の概略斜視図である。
図４を図３と共に参照すると、バッテリーセル積層体２００は、４つのユニットモジュール２０８を備えている。それぞれのユニットモジュール２０８は、２枚の板状のバッテリーセル２２０を備えており、各バッテリーセル２２０は、その上端と下端とにそれぞれ形成された電極端子を有している。
特に、各ユニットモジュール２０８は、２枚のバッテリーセル２２０と、高強度の一対のセルカバー２１０と、を備えている。該２枚のバッテリーセル２２０は、それらの電極端子が直列に接続されるように構成されており、同時に、該２枚のバッテリーセル２２０を積層構造で配置するために該電極端子間の接続部２０４が湾曲されている。また、前記高強度の一対のセルカバー２１０は、バッテリーセル２２０の電極端子を除いた、バッテリーセル積層体２００の外側全体を覆うために互いに結合されている。
前記バスバー２０２のそれぞれは、電極端子接触部２１２と入出力端子接触部２１４とを備えている。該電極端子接触部２１２は、バッテリーモジュール７００の 最も外側の電極端子に電気的に接続されている。また、前記入出力端子接触部２１４は、下ケース４００の外部入出力端子４０２に接続されている。
入出力端子接触部２１４は、電極端子接触部２１２に対してほぼ垂直にバッテリーモジュールの内側の方へ湾曲されている。該入出力端子接触部２１４は、また、その下端に 内側に凹んだ部分２１６を有している。下ケース４００の外部入出力端子４０２は 該凹んだ部分２１６に差し込まれ、その結果、前記バスバー２０２への電気的接続が容易に達成される。
図５は、図３のバッテリーモジュールの中の背面側測定部材と温度測定部材の概略斜視図であり、図６は、図３のバッテリーモジュールの中の正面側測定部材の概略斜視図である。
図５及び６を図４と共に参照すると、正面側測定部材１２０及び背面側測定部材１１０は、本体１２２及び１１２と、接続端子１２４及び１１４と、を有している。各本体１２２及び１１２は、中空構造を持つコネクターの形状で形成されており、前記接続端子１２４及び１１４は、それぞれ、前記バッテリーセルの前記電極端子の 湾曲された直列接続部(例えば、電極端子接続部)に接続されている。つまり、該接続端子１２４及び１１４は、前記本体１２２及び１１２に差し込まれた状態でそれらの端が前記本体１１２及び１２２の下端を通って外側に露出されるように構成されている。
各本体１１２及び１２２の下端は、また、前記バッテリーセル積層体２００の電極端子接続部２０４のために 接続端子１１４及び１２４がそれぞれ差し込まれることができるように、分岐された構造を有している。接続端子１１４及び１２４は、該接続端子１１４及び１２４が電極端子接続部に上から挿入されるようなレセプタクル構造を有している。
特に、前記正面側測定部材１２０の本体１２２の下端は、前記バッテリーセル積層体２２０の正面に配置された電極端子接続部２０４に接続される、３つの部分に分岐されている。前記背面側測定部材１１０の本体１１２の下端は、前記バッテリーセル積層体２２０の背面に配置される電極端子接続部２０６に接続される、４つの部分に分岐されている。
図７は、図３のバッテリーモジュールの上ケースの概略斜視図であり、図８は、図３のバッテリーモジュールの下ケースの概略斜視図である。
図７及び８を図３と共に参照すると、電圧測定部材１１０及び１２０をそこに挿入し取り付けるための電圧測定部材取付部３０２及び３０４は、上方に開口されるように、前記上ケース３００の正面と背面とにそれぞれ形成されている。
前記下ケース４００は、また、バッテリーセルの最も外側の電極端子に電気的に接続されたバスバー２０２を挿入するための一対のスリット４０４を、その正面に備えている。
図９は、本発明の別の実施の形態に係る中型又は大型のバッテリーパックの概略斜視図である
図９に示すように、バッテリーパック８００は、横方向に積層された複数のバッテリーモジュール７００を備えている。それぞれのバッテリーモジュール７００は、電圧測定部材１１０及び１２０とバッテリーモジュール温度測定部材１３０と、を有している。
電圧測定部材１１０及び１２０とバッテリーモジュール温度測定部材１３０とは、ワイヤーハーネス１５０及び１６０によってバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）(不図示)に電気的に接続されている。
ワイヤーハーネス１５０及び１６０がバッテリーパック８００よりも上側に配置されているため、車両から生じる振動などの外力が前記バッテリーパック８００に与えられたときでも、該バッテリーパック８００によりワイヤーハーネス１５０及び１６０が損傷を受けることは効果的に防止される。
加えて、該バッテリーパック８００は、該バッテリーパック８００のクーラント入口部で大気温度を測定するための大気温度測定部材１４０を有している。したがって、該バッテリーパック８００は、バッテリーモジュール７００の温度と同じように、クーラント入口部における大気温度も測定する。
この構造において、電圧測定部材１１０及び１２０は温度測定部材１３０から空間的に離間されており、その結果、上述のような効果を達成する。該効果は、図１０を参照して、より詳細に以下に述べる。
図１０は、本発明に係る電圧測定回路及び温度測定回路の概略図である。
図１０から分かるように、電圧測定回路は、電圧測定部材がコネクター（ＣＮＴ）を介してＢＭＳに接続されるように構成されており、該電圧測定回路から離間されている温度測定回路は、前記温度測定部材（温度センサー）が前記ＢＭＳに直接に接続されるように構成されている。
この構成は、図１１の従来構成とは明らかに異なる。つまり、図１０の構成を採用する、本発明に係るバッテリーパックにおいては、電圧測定回路の絶縁抵抗は水により低下せず、温度測定値は変化しないため、電圧及び温度を正確に測定することができるという結果を伴う。
本発明は、実施の形態及び本発明を示す図面を参照して上記に述べられてきたけれども、本発明の範囲から逸脱することなく上記の開示を考慮して様々な改良や変化が可能であることは当業者に明らかだろう。
産業上の利用性
上記の記載より明らかなように、本発明に係るバッテリーパックにおいては、電圧測定回路と温度測定回路とは互いに空間的に離間されている。その結果、電圧測定回路の絶縁抵抗は水により低下せず、温度測定値も変化しないため、電圧及び温度を正確に測定することが可能となるという結果をもたらす。
本発明に係る各電圧測定部材は、機械的締結や電気的接続のための多くの部材を使用することなく簡単な組み立て方法によって製造される。その結果、電圧測定部材の製造コストを下げることが可能となり、また、強い外部衝撃や振動が該電圧測定部材に加えられている時でさえ信頼して電圧を測定することが可能となる。
加えて、本発明に係るそれぞれの電圧測定部材は別の独立した構造として形成されているので、バッテリーモジュールの生産性や維持管理を大いに改良することが可能となる。

Claims (22)

  1. 電気的に接続された少なくとも２つのバッテリーセル又はユニットモジュールが積層されてなるバッテリーセル積層構造を持つバッテリーモジュールと；
    前記バッテリーセルか前記ユニットモジュールの電極端子接続部で電圧を測定する電圧測定部材と；
    前記電圧測定部材をバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）に接続する電圧測定回路と；
    前記バッテリーセルか前記ユニットモジュールの温度を測定する温度測定部材と；
    前記温度測定部材を前記ＢＭＳに接続すると共に前記電圧測定回路から離間された温度測定回路と；
    前記電圧測定部材に電気的に接続され、前記バッテリーモジュールの動作を制御する前記ＢＭＳと；、
    を備えるバッテリーパック。
  2. 前記バッテリーセルは、該バッテリーセルの上端と下端とにそれぞれ形成された電極端子を有する板状のバッテリーセルである、
    請求項１のバッテリーパック。
  3. 前記バッテリーセルは、少なくとも２つのバッテリーセルの電極端子が直列に接続されると共に、前記電極端子の間の接続部が湾曲され、積層構造に構成されている、
    請求項１のバッテリーパック。
  4. 前記バッテリーセルは、金属層と樹脂層とからなる積層板で形成されたケースの中にバッテリーセルが取り付けられた後に該ケースの周囲をシールして構成されている、
    請求項２のバッテリーパック。
  5. 前記ユニットモジュールは、前記バッテリーセルの電極端子を除くバッテリーセルの外側全体を覆うように互いに結合される一対のモジュールカバーを有する、
    請求項１のバッテリーパック。
  6. 前記温度測定回路は、前記電圧測定回路の線よりも低い電圧の線を有する、
    請求項１のバッテリーパック。
  7. 前記温度測定回路は２から７Ｖの線を有する、
    請求項６のバッテリーパック。
  8. 前記温度測定回路は、前記電圧測定回路から空間的に離間されている、
    請求項１のバッテリーパック。
  9. 前記バッテリーモジュールが、
    (a) 直列に接続された複数のバッテリーセル又はユニットモジュールが横方向に立てられた状態で積層されてなり、バッテリーセルの電極端子を外部入出力端子に接続するためのバスバーをその正面に備えるバッテリーセル積層体と、
    (b) 前記バッテリーセル積層体の正面及び背面にそれぞれ配置された前記バッテリーセルの電極端子接続部に電気的に接続され、バッテリーセル又はユニットモジュールの電圧を測定するための接続端子を端部に備える電圧測定部材と、
    (c) バッテリーモジュールの温度を測定するために、前記バッテリーセルの間、又は前記ユニットモジュールの間に取り付けられた温度測定部材と、
    (d) 前記バッテリーセル積層体の上面と、該バッテリーセル積層体の正面及び背面の部分とを覆い、前記電圧測定部材をそこに挿入し取り付けるための取付部を備えた上ケースと、
    (e) 前記バッテリーセル積層体の底面、及び該バッテリーセル積層体の正面と背面の部分を覆うと同時に前記上ケースに結合され、その正面に外部入出力端子を備える下ケースと、
    を備える、請求項１のバッテリーパック。
  10. 前記電圧測定部材が、バッテリーセル積層体の正面に配置された電極端子接続部に接続される正面側測定部材と、バッテリーセル積層体の背面に配置された電極端子接続部に接続される背面側測定部材と、からなる、
    請求項９のバッテリーパック。
  11. 前記電圧測定部材は、中空構造を持つコネクターの形状で形成された本体と、該本体に差し込まれた状態で前記電極端子接続部に接続される接続端子と、を有する、
    請求項９のバッテリーパック。
  12. 前記本体の下端は、それぞれ、前記電極端子接続部のために、前記接続端子が差し込まれるように、分岐された構造を有する、
    請求項１１のバッテリーパック。
  13. 前記接続端子は、上から前記電極端子接続部の中に挿入されるようなレセプタクル構造を有する、
    請求項１１のバッテリーパック。
  14. 前記取付部は、上方に開口されるように前記上ケースの正面上部と背面上部とにそれぞれ形成された、
    請求項９のバッテリーパック。
  15. 前記上ケースは、クーラントの循環のための貫通型スリットを その上面に有し、前記温度測定回路は、前記バッテリーセルの間又は前記ユニットモジュールの間に取り付けられた温度測定部材に 前記スリットを通って接続された、
    請求項９のバッテリーパック。
  16. 前記温度測定部材はサーミスタを含む、
    請求項１５のバッテリーパック。
  17. 前記下ケースは、バッテリーセルの最も外側の電極端子に接続されるバスバーを挿入するための一対のスリットを、その正面に備える、
    請求項９のバッテリーパック。
  18. 前記バスバーは、バッテリーモジュールの最も外側の電極端子に電気的に接続される電極端子接触部と、前記下ケースの外部入出力端子に接続される入出力端子接触部と、を有し、該入出力端子接触部は、電極端子接触部に対してほぼ垂直にバッテリーモジュールの内側の方へ湾曲されている、
    請求項９のバッテリーパック。
  19. 前記入出力端子接触部は、その下端に 内側に凹んだ部分を有し、外部入出力端子が 前記バスバーとの電気的接続のために該凹んだ部分に差し込まれる、
    請求項１８のバッテリーパック。
  20. 上方に開口される導電性測定部材を外側から閉じるために、絶縁材料を含む正面カバーが前記上ケースの正面に与えられた、
    請求項９のバッテリーパック。
  21. 請求項１に係るバッテリーパックを動力源として備える、
    車両。
  22. 前記車両は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、又はプラグインハイブリッド車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ ＨＥＶ）である、
    請求項２１の車両。
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