JP2015041487A - 組電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】構成が複雑化することを防止し、複数の電池セルの温度を精度良く検出する。【解決手段】組電池モジュール１０は、少なくとも１つ以上の電池セル１２の温度を電池セル１２から放射される赤外線により検出する赤外線温度センサ１４と、電池セル１２に非接触に赤外線温度センサ１４が実装された制御回路基板１３と、を備えている。電池セル１２の表面上の少なくとも一部には、電池セル１２の表面に比べて赤外線の放射率がより高い放射部位２６が設けられている。赤外線温度センサ１４は、放射部位２６に対向して配置され、放射部位２６から放射される赤外線を検出する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、組電池モジュールに関する。

従来、複数の電池セルを電気的に接続するとともに機械的に一体に固定した組電池において、リード線が接続されたサーミスタによって各電池セルの温度を検出する技術が知られている。

特開２０１２−３８４６８号公報

しかしながら、サーミスタを用いる場合、電池セルへのサーミスタの貼り付けおよび配線の接合などにより、サーミスタを設置するための工数が嵩むとともに、設置の良否を確認するために煩雑な手間がかかる虞がある。また、サーミスタを粘着テープによって電池セルへ貼り付ける場合、粘着性の経年劣化によりサーミスタが剥がれてしまう虞がある。

本実施形態の組電池モジュールは、少なくとも１つ以上の電池セルの温度を前記電池セルから放射される赤外線により検出する温度センサと、前記温度センサを前記電池セルに非接触に保持する保持部材と、前記電池セルの表面上の少なくとも一部に設けられ、前記電池セルの表面に比べて赤外線の放射率がより高い放射部位と、を備え、前記温度センサは、前記放射部位から放射される赤外線を検出可能な位置に配置されている、ことを特徴とする。

実施形態の組電池モジュールの構成を示す斜視図である。 実施形態の組電池モジュールの構成を示す断面図である。 実施形態の第１変形例の組電池モジュールの構成を示す断面図である。 実施形態の第２変形例の組電池モジュールの構成を示す断面図である。 実施形態の第３変形例の組電池モジュールの構成を示す断面図である。 実施形態の第４変形例の組電池モジュールの構成を示す断面図である。 実施形態の第５変形例の組電池モジュールの構成を示す断面図である。 実施形態の第６変形例の組電池モジュールの構成を示す断面図である。

以下、実施形態の組電池モジュールについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態の組電池モジュール１０は、図１に示すように、筐体１１と、複数の電池セル１２，…，１２と、制御回路基板１３と、少なくとも１つ以上の赤外線温度センサ１４とを備えている。

複数の電池セル１２，…，１２は、樹脂などから成る筐体１１の内部に収容されている。複数の電池セル１２，…，１２の各々は、リチウムイオン電池などの非水電解質二次電池であり、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された扁平な略直方体形状の外装容器２１と、外装容器２１内に非水電解液と共に収納された電極体（図示略）と、を備えている。
各電池セル１２は、電極体の正極に接続された正極端子２２および負極に接続された負極端子２３を、例えば合成樹脂やガラスなどの絶縁体からなるガスケット２４を介して、外装容器２１の端子面２１Ａ（例えば、鉛直方向上方の上端面）上の長手方向両端部のそれぞれに備えている。
複数の電池セル１２，…，１２の各々の正極端子２２および負極端子２３は、導電性のアルミニウムまたは真鍮などの金属からなる複数のバスバー２５，…，２５により電気的に直列または並列に接続されている。

複数の電池セル１２，…，１２の各々は、電池セル１２の表面上の少なくとも一部、例えば外装容器２１の端子面２１Ａ上に、他の部位の表面に比べて赤外線の放射率（または輻射率）がより高い放射部位２６を備えている。この放射部位２６は、例えば、電池セル１２の表面上に接着された部材、電池セル１２の表面上に塗布された塗布材、電池セル１２の少なくとも一部を構成する部材、および電池セル１２に接続された部材の少なくとも一部などである。

例えば、電池セル１２の表面上に接着された部材は、セラミック（例えば、ＳｉＣおよびＮ_４Ｓｉ_３などの何れか）およびプラスチックの混合物から成るパッチ、カーボンブラックおよびプラスチックの混合物から成るパッチ、金属の粉末およびプラスチックの混合物から成るパッチ、ゴムから成るパッチ、および紙から成るパッチなどの何れかである。また、難燃性のパッチとして、例えば、塩化ビニール樹脂、フッ素樹脂、およびポリエチレンなどの何れかから成るパッチであってもよい。

例えば、電池セル１２の表面上に塗布された塗布材は、アクリル系樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、およびフッ素樹脂などの何れかから成る塗料と、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、およびアクリル系接着剤などの何れかの接着剤と、などである。
例えば、電池セル１２の少なくとも一部を構成する部材は、合成樹脂やガラスなどの絶縁体から成るガスケット２４などである。
例えば、電池セル１２に接続された部材の少なくとも一部は、電池セル１２の正極端子２２または負極端子２３に電気的に接続されたバスバー２５の表面上に設けられるとともに、電池セル１２の外装容器２１よりも赤外線の放射率がより高い部位などである。

制御回路基板１３は、筐体１１の内部に収容され、複数の電池セル１２，…，１２の各々の端子面２１Ａに所定間隔をおいて対向配置されている。制御回路基板１３は、複数の電池セル１２，…，１２の各々の端子面２１Ａに対向する対向面１３Ａおよび厚さ方向で対向面１３Ａの反対側の表面１３Ｂの各々に、所定の回路パターン（図示略）を備えている。制御回路基板１３は、厚さ方向に制御回路基板１３を貫通するとともに、対向面１３Ａの回路パターンと表面１３Ｂの回路パターンとを電気的に接続するスルーホール３１を備えている。
制御回路基板１３の表面１３Ｂには、例えば、処理回路３２と、電池セル１２の電圧を検出する電圧検出回路（図示略）および電流を検出する電流検出回路（図示略）と、などが実装されている。制御回路基板１３の対向面１３Ａには、後述する赤外線温度センサ１４などが実装されるとともに、対向面１３Ａの回路パターンにバスバー２５などが接続されている。これらにより処理回路３２は、電池セル１２の電圧、電流、および温度などの検出結果に応じて、各種の演算処理および制御処理を実行可能である。

赤外線温度センサ１４は、図２に示すように、制御回路基板１３の対向面１３Ａに実装され、放射部位２６から放射（または輻射）される赤外線を検出可能な位置（例えば、放射部位２６に対向する位置など）に配置されている。赤外線温度センサ１４は、放射部位２６から放射（または輻射）される赤外線により電池セル１２に非接触で電池セル１２の温度を検出する。赤外線温度センサ１４は、例えば制御回路基板１３のスルーホール３１などを介して表面１３Ｂの処理回路３２に電気的に接続され、検出した温度に応じた電圧信号を処理回路３２に出力する。

上述したように、本実施形態による組電池モジュール１０によれば、複数の電池セル１２，…，１２の各々に非接触で各電池セル１２の温度を検出可能なので、各電池セル１２と制御回路基板１３との間などに配線を不要として、構成を簡略化することができる。さらに、赤外線温度センサ１４の検出対象である電池セル１２の表面上に他の部位に比べて赤外線の放射率（または輻射率）がより高い放射部位２６を備えるので、温度の検出精度を向上させることができる。

（第１変形例）
なお、上述した実施形態では、１つの赤外線温度センサ１４は１つの電池セル１２の温度を検出するとしたが、これに限定されず、図３に示す第１変形例の組電池モジュール１０のように、１つの赤外線温度センサ１４は複数の電池セル１２，…，１２の温度を検出してもよい。
この第１変形例において、１つの赤外線温度センサ１４は複数の電池セル１２，…，１２の各々に設けられた放射部位２６の少なくとも一部に対向するように配置され、複数（例えば、２つなど）の放射部位２６，…，２６から放射される赤外線を検出可能である。
この第１変形例によれば、複数の電池セル１２，…，１２の各々に対して赤外線温度センサ１４を設ける場合に比べて、必要とされる赤外線温度センサ１４の個数を削減して、構成を簡略化することができるとともに、構成に要する費用を削減することができる。

（第２変形例）
なお、上述した実施形態では、処理回路３２は、複数の赤外線温度センサ１４，…，１４から出力される電圧信号を比較することにより、複数の赤外線温度センサ１４，…，１４の何れかの異常の有無を判定してもよい。
例えば、図４に示す第２変形例の組電池モジュール１０は、同一の電池セル１２の放射部位２６から放射される赤外線を検出する複数（例えば、２つなど）の赤外線温度センサ１４，…，１４を備えている。処理回路３２は、同一の電池セル１２の放射部位２６から放射される赤外線を検出する複数の赤外線温度センサ１４，…，１４の各々から出力される電圧信号のうちに他の電圧信号との差異が所定値以上の電圧信号が存在するか否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」の場合には、複数の赤外線温度センサ１４，…，１４の全てが正常であると判定する。一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、何れかの赤外線温度センサ１４が異常であると判定する。なお、他の電圧信号とは、同一の電池セル１２の放射部位２６から放射される赤外線を検出する複数の赤外線温度センサ１４，…，１４の何れかから出力される電圧信号であってもよいし、他の電池セル１２（例えば、同一の電池セル１２の周辺に存在する電池セル１２など）の放射部位２６から放射される赤外線を検出する赤外線温度センサ１４から出力される電圧信号であってもよい。
この第２変形例によれば、複数の赤外線温度センサ１４，…，１４の何れかの異常の有無を検知することができ、異常発生時には組電池モジュール１０の給電遮断などの所定制御を適正に実行することができる。

（第３変形例）
なお、上述した実施形態では、図５に示す第３変形例の組電池モジュール１０のように、バスバー２５の温度を検出可能に制御回路基板１３に実装されたチップ型のサーミスタなどの温度センサ４１を備えてもよい。この温度センサ４１は、例えば、制御回路基板１３の表面１３Ｂに実装されるとともに、バスバー２５に電気的に接続されたスルーホール３１の近傍に配置され、バスバー２５の温度に応じた抵抗値の電圧信号を処理回路３２に出力する。
この第３変形例において、赤外線温度センサ１４は、温度センサ４１の検出対象であるバスバー２５に設けられた放射部位２６から放射される赤外線により、電池セル１２の温度に近似されるバスバー２５の温度を検出する。処理回路３２は、温度センサ４１により検出されたバスバー２５の温度に対して、赤外線温度センサ１４により検出された電池セル１２の温度の差異が所定温度以上であるか否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」の場合には、赤外線温度センサ１４が正常であると判定する。一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、赤外線温度センサ１４が異常であると判定する。
この第３変形例によれば、赤外線温度センサ１４の異常の有無を、赤外線温度センサ１４とは異なる温度センサ４１の検出結果により、精度良く検知することができる。

（第４変形例）
なお、上述した実施形態では、図６に示す第４変形例の組電池モジュール１０のように、複数の電池セル１２，…，１２の電流を検出可能に制御回路基板１３に実装された電流センサ４２を備えてもよい。
この第４変形例において、処理回路３２は、赤外線温度センサ１４により検出された電池セル１２の温度が、電流センサ４２により検出された電流に応じた所定温度未満であるか否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」の場合には、赤外線温度センサ１４が正常であると判定する。一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、赤外線温度センサ１４が異常であると判定する。
この第４変形例によれば、電池セル１２の温度以外の状態量である電流により、赤外線温度センサ１４の異常の有無を精度良く検知することができる。

（第５変形例）
なお、上述した実施形態では、図７に示す第５変形例の組電池モジュール１０のように、樹脂から成る筐体１１の温度を検出可能に制御回路基板１３に実装された筐体温度センサ４３を備えてもよい。この筐体温度センサ４３は、例えば、制御回路基板１３の表面１３Ｂに実装されるとともに、筐体１１の内面に対向して配置されている。筐体温度センサ４３は、筐体１１の内面から放射される赤外線により筐体１１の内面に非接触で筐体１１の温度を検出し、検出した温度に応じた電圧信号を処理回路３２に出力する。
この第５変形例において、処理回路３２は、筐体温度センサ４３により検出された筐体１１の温度に基づいて筐体１１内の雰囲気の温度を検出し、この検出結果に応じて複数の電池セル１２，…，１２の電流制御などの各種の処理を実行可能である。さらに、処理回路３２は、赤外線温度センサ１４により検出された電池セル１２の温度が、筐体１１内の雰囲気の温度に応じた所定温度範囲内であるか否かを判定する。この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、赤外線温度センサ１４が正常であると判定する。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、赤外線温度センサ１４が異常であると判定する。
この第５変形例によれば、例えば制御回路基板１３に発熱する部品が実装されている場合であっても、筐体１１内の雰囲気の温度を精度良く検出することができる。さらに、電池セル１２の温度に応じて変化する筐体１１内の雰囲気の温度により、赤外線温度センサ１４の異常の有無を精度良く検知することができる。

（第６変形例）
なお、上述した実施形態では、図８に示す第６変形例の組電池モジュール１０のように、筐体１１内において赤外線温度センサ１４を移動可能な移動機構５１を備えてもよい。
この第６変形例において、移動機構５１は、制御装置５２と、制御装置５２により駆動制御されるモータ５３と、を備えている。モータ５３の回転軸は赤外線温度センサ１４が実装された制御回路基板１３に接続されている。モータ５３は、制御回路基板１３を回転させることにより、赤外線温度センサ１４が検出可能な電池セル１２の放射部位２６を、複数の電池セル１２，…，１２の何れかに切り替え可能である。制御装置５２は、モータ５３の回転角に対する指令値またはモータ５３の回転角を検出するセンサ（図示略）から出力される信号などに基づいて、赤外線温度センサ１４が検出可能な電池セル１２の放射部位２６を複数の電池セル１２，…，１２のうちから把握する。そして、赤外線温度センサ１４が検出可能な電池セル１２の放射部位２６と赤外線温度センサ１４との間の距離に応じた赤外線の減衰などを考慮しつつ、電池セル１２の温度を検出する。
この第６変形例によれば、複数の電池セル１２，…，１２の各々に対して赤外線温度センサ１４を設ける必要無しに、各電池セル１２の温度を適切に検出することができる。

また、この第６変形例において、制御装置５２は、赤外線温度センサ１４が放射部位２６に向かう位置から赤外線温度センサ１４が筐体１１の内面に対向する位置まで制御回路基板１３を回転させてもよい。これにより処理回路３２は、各電池セル１２の温度に加えて、筐体１１の温度および筐体１１内の雰囲気の温度を検出可能である。
なお、この第６変形例において、モータ５３は、例えば、ステッピングモータまたはブラシレスＤＣモータなどであってもよい。また、モータ５３は、回転モータに限定されず、例えば圧電アクチュエータまたはステッピングモータなどを駆動源として、制御回路基板１３を直線的に移動可能なリニアモータであってもよい。

なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上述した実施形態において、放射部位２６は電池セル１２の端子面２１Ａの一部に設けられたが、これに限定されず、例えば、電池セル１２の端子面２１Ａ以外の他の表面の一部に設けられてもよいし、他の表面の一部から端子面２１Ａの一部まで連続して設けられてもよいし、電池セル１２の表面の全面に設けられてもよい。

１０ 組電池モジュール
１１ 筐体
１２ 電池セル
１３ 制御回路基板
１４ 赤外線温度センサ
２１ 外装容器
２１Ａ 端子面
２２ 正極端子
２３ 負極端子
２４ ガスケット
２５ バスバー
２６ 放射部位

Claims (10)

1. 少なくとも１つ以上の電池セルの温度を前記電池セルから放射される赤外線により検出する温度センサと、
   前記温度センサを前記電池セルに非接触に保持する保持部材と、
   前記電池セルの表面上の少なくとも一部に設けられ、前記電池セルの表面に比べて赤外線の放射率がより高い放射部位と、
   を備え、
   前記温度センサは、前記放射部位から放射される赤外線を検出可能な位置に配置されている、
   ことを特徴とする組電池モジュール。
2. 前記放射部位は、前記保持部材に対向する前記電池セルの表面上に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の組電池モジュール。
3. 前記放射部位は、前記電池セルの表面上に接着された部材、または前記電池セルの表面上に塗布された塗布材である、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池モジュール。
4. 前記放射部位は、前記電池セルの少なくとも一部を構成する部材、または前記電池セルに接続された部材の少なくとも一部である、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池モジュール。
5. 複数の前記温度センサと、
   前記複数の前記温度センサにより検出された同一の前記電池セルの温度を比較することにより前記複数の前記温度センサの何れかの異常有無を判定する第１異常判定手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の組電池モジュール。
6. 複数の前記電池セル間の電極端子を電気的に接続する接続部材の温度を検出する接続部材温度センサと、
   前記温度センサにより検出された前記電池セルの温度と、前記接続部材温度センサにより検出された前記接続部材の温度とを比較することにより、前記温度センサの異常有無を判定する第２異常判定手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載の組電池モジュール。
7. 前記電池セルに流れる電流を検出する電流センサと、
   前記電流センサにより検出された前記電流と、前記温度センサにより検出された前記電池セルの温度の変化との対応関係により、前記温度センサの異常有無を判定する第３異常判定手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１つに記載の組電池モジュール。
8. 前記温度センサを移動可能な駆動手段と、
   前記駆動手段による前記温度センサの移動に応じて、前記温度センサによる温度の検出対象である前記電池セルを特定する検出対象特定手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１つに記載の組電池モジュール。
9. 前記保持部材に保持されるとともに、複数の前記電池セルを収容する筐体の温度を前記筐体から放射される赤外線により検出する筐体温度センサと、
   前記筐体温度センサにより検出された前記筐体の温度に応じて前記筐体の内部の雰囲気の温度を検出する雰囲気温度検出手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１つに記載の組電池モジュール。
10. 前記温度センサにより検出された前記電池セルの温度と、前記雰囲気温度検出手段により検出された前記雰囲気の温度とを比較することにより、前記温度センサの異常有無を判定する第４異常判定手段と、
    を備える、
    ことを特徴とする請求項９に記載の組電池モジュール。

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