JP2018120775A

JP2018120775A - 電池モジュール

Info

Publication number: JP2018120775A
Application number: JP2017011784A
Authority: JP
Inventors: 康幸會澤; Yasuyuki Aizawa
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2018-08-02

Abstract

【課題】バッテリーモジュールにおいては、状態監視のためのサーミスタや電圧検出回路などが設置されている。しかしながら、それらの温度測定機能はバッテリーシステムの動作時の温度監視を目的としており、部品としての保管や海上輸送など輸送においては、温度測定や記録機能は動作していないため、高温環境下や結露環境などに暴露された履歴が残らない問題があった。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明は、電池セルを複数個積層させた電池群と、前記外部端子と接続される電圧検出線と、前記電池セルの温度を検出する温度検出線と、を備えた電池モジュールにおいて、任意の温度にて不可逆性反応を有する塗料を電池缶にマーキングし、監視システムの通電時以外にも電力を消費せず熱履歴管理を容易に行なうことができることを特徴とする電池モジュール。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電池セルで構成される電池モジュールに関する。

二次電池においては電池の性能が低下する異常温度にまで上昇した場合でもこれを検出するために電池本体の一面に、全面に沿って温度検知層を設ける技術が開示されている。（特許文献１）
また電池を有効に使用するために、二次電池を搭載した車両に電池制御ユニットとして電池の状態を監視する温度検出機構等を設け、規定の温度範囲内にて電池を管理し、電池の健全性を保つよう制御する技術が開示されている。（特許文献２）

特開２０１２−１７４４５８号公報特開２０１３−１７２５３１号公報

バッテリーモジュールにおいては、状態監視のためのサーミスタや電圧検出回路などが設置されている。しかしながら、それらの温度測定機能はバッテリーシステムの動作時の温度監視を目的としており、部品としての保管や海上輸送など輸送においてはコントロールユニットの電源をＯＦＦにしているため、温度測定や記録機能は動作していない。そのため電池温度監視システムが起動していない移送、保管および状態監視システム異常時における高温環境下や結露環境などに暴露された履歴が残らない問題があった。

上記課題を解決するために、本発明の蓄電モジュールは、複数の電池セルを積層させ、電池セルの外部端子同士をバスバで接続した蓄電積層体と、電池セルの温度を測定する温度測定素子を有し、蓄電積層体には、温度により変色する化合物が配置されることを特徴とする。

コントローラーが起動しない状態での放置においても高温下に暴露されたことを検出し、電池モジュールとしての健全性を容易かつ安価に確認を可能とする。

電池缶の表面にマーキングした斜視図実施例２における電池温度監視用の温度測定例、および電池缶の表面にマーキングした斜視図図１に示す電池を構成した組電池の一部を分解した状態を示す斜視図。蓄電モジュールの底面側からの斜視図。実施例１における蓄電モジュールの一部の分解斜視図。実施例３における蓄電モジュールを示す図実施例４の蓄電モジュールの分解斜視図

≪実施例１≫
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

なお、各図において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の材料を示しており、重複する説明は省略する。また、各図が示す部材の大きさや形状は一例であり、特許請求項の範囲に示される部材等の形態を限定するものではない。以下の実施例では、電池モジュールがＨＥＶやＥＶ等の車両用の電池モジュールの場合を例に説明するが、民生用、産業用を問わずに用いることができ、例えば固定配置型の蓄電装置として用いることもできる。

本発明の蓄電モジュール２５は、電池セル１００と電池を保持するセルホルダ１という最小構成を基に、図３、図４及び図５に記載されているような積層配置をされており、一対のエンドプレート１９と、一対のサイドフレーム２１０と、複数のセルホルダ１とを含んで構成される一体化機構によって一体的に組み立てられる。電池セル１００の単電池端子３ａ、３ｂの上部には絶縁カバー１７が配置される。また、電池セル１００のガス排出弁９上にはガスダクト１８が配置され、その上に電圧検出線１５が配置された制御基板１４及びトップカバー１２が配置される。トップカバー１２の両端には蓄電モジュール外部端子が設けられ、その上部には絶縁キャップ１３が設けられている。

図４は蓄電モジュール２５を底面側から見た図である。この底面側には冷却プレートが設置される場合や、筐体の底面が接続される場合がある。

図５は、図３の電池モジュール２５を分解したものである。図３で説明しなかった点を中心に説明する。エンドプレート１９の両端には取付ブラケット２０が配置される。この取付ブラケット２０は、ねじである固定具２１を用いてエンドプレート１９と接続される。また、エンドプレート１９の一方側には端部セルホルダ２３を配置している。この端部セルホルダ２３のホルダ上に蓄電モジュール外部端子が配置されて固定される。また、単電池端子３ａ、３ｂには接続されるバスバ１６ａが設けられる。また、一方側のバスバ１６ａには電圧検出線１５と接続されるバスバ側の電圧検出線接続部１６ｂが設けられている。

続いて図１を用いて電池セル１００とセルホルダ１の図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電地積層体の一部構成を示したものである。蓄電池積層体は、電池セル１００と当該電池セル１００にセルホルダ端面５を対向させて配置されるセルホルダ１から構成される。電池セル１００は、電池缶２、単電池端子３（３ａ、３ｂ）及びガス排出弁９が設けられた電池蓋３ｃから構成されている。なお、この単電池端子３ａ、３ｂは電池蓋３ｃと絶縁部材７で絶縁されている。一方セルホルダ１は、電池セル１００に係止されるセルホルダ係止部４、６、８、電池セル１００の側面部に配置されてサイドプレートや筐体に固定されるセルホルダ保持部、セルホルダ端面５に設けられるセル保持部１１（１１ａ）から構成される。

本実施例及び第二の実施例ではこのように配置される電池セル１の電池蓋３ｃにマーキング剤２Ｘが塗布されている。第二の実施例については後に詳細に説明する。第一の実施例では、単電池端子３ａと単電池端子３ｂの間にマーキング剤２Ｘを塗布している。なお、蓄電池積層体を用いた蓄電モジュールを組み立てる際にガスダクト１８や制御基板１４が配置されることとなるこのような構成は、製造段階で特にマーキング剤２Ｘが誤った変色反応することを予防するために好ましい。なお、その後の輸送工程当では蓄電池積層体の上にトップカバー１２を配置するため、十分な遮光になっているため、マーキング剤２Ｘ塗布部の紫外線等の耐光劣化に対応することが出来る。

なお、不可逆感温性を備えた化合物を用いたマーキング剤の具体例としては、例えば、松井色素化学工業所のサーモマーカーを挙げることができる。該品には耐水性もあり、温度変化が大きく結露しやすい環境においても水溶性インクやシールタイプの熱履歴シートでは剥がれたり、マーキングが落ちたりする問題もなく、規定値異常の温度下に暴露されたことを確実に検出することを可能にするものである。

以上、簡単に本発明についてまとめる。従来の製品では、複数の単電池か構成される組電池は電池状態を監視するため、任意の場所にて温度測定素子２４を用いて単電池の温度を監視しており、図示のモジュール内外を問わないがコントロールユニットにて温度情報を確認し、冷却や出力抑制など電池状態を制御する。しかしながら、温度検出素子はコントロールユニットと電気的に繋がっており、コントロールユニットが正常に温度を読めない際や未起動時においては電池状態の監視は不可となる。

コントロールユニットが起動していない部品輸送や保管時、または車両実装後に砂漠等の環境外因が大きい状況下においては、その間の電池へのダメージが未知数となっており、不具合発生時の原因調査や単電池の健全性において容易な判別を困難にしている問題があった。

本発明では、電池蓋３ｃに不可逆感温性を備えた化合物を用いたマーキング剤２Ｘを塗布した。このような構成にすることによって、電池セル１００の上面側にマーキング剤２Ｘを配置する構造となるため、コントロールユニットが起動していない間の温度履歴を視認性良く確認する事が出来る。また、さらに本発明では、単電池端子３ａ、３ｂの間にマーキング剤２Ｘを塗布することとした。このような構成とすることによって、その後の製造工程で単電池端子３ａ、３ｂ上にはガスダクト２００や制御基板１４が配置される。そのため、トップカバー１２を載せるまでの間にマーキング剤２Ｘが露光される可能性が低くなり、マーキング剤２Ｘ塗布部の紫外線等の耐光劣化による対応することが出来る。

なお誤った変色反応を予防するため、紫外線等の耐光劣化に対応するためには図３、図７に示すようにカバーを配置し、モジュール自体を密閉空間に管理、配置することにより
モジュール構成を配置するのが好ましい。

≪実施例２≫
続いて実施例２について説明する。実施例２が実施例１と異なる点は、マーキング剤２Ｘの塗布位置が単電池端子３ａ、３ｂ間に配置されるのではなく、マーキング剤２Ｘの塗布位置が電池セル１００の端部になった点である。

図２は実施例２を示す図である。図２は電池缶２の端部を拡大したものであり、本実施例では温度測定素子２４が電池缶２の端部、言い換えると単電池端子３ａ、３ｂよりも電池缶２の端部側に配置される。この温度測定素子２４の隣接部にマーキング剤２Ｘを配置することによって、温度測定素子２４が測定する温度履歴に近くなるので、通電時以外にも電力を消費せず熱履歴管理がより実測定に近いものとなる。

≪実施例３≫
続いて実施例３について説明する。実施例３が実施例１と異なる点は、電池缶２の底側にマーキング剤２Ｘを用いた点である。

図６は蓄電モジュール２５を底面側から見た図である。本実施形態では図６に示すように電池缶２の底面及びセルホルダ１に連続してマーキング剤２Ｘを配置する構成とした。このような構成にすることによって、他部材の少ない部分にマーキング剤２Ｘを塗布可能となるため、マーキング剤２Ｘを設ける際の作業性が容易となる。また、底面に設けた場合、マーキング剤２Ｘに直接光があたりにくくなり、マーキング剤２Ｘ塗布部の紫外線等の耐光劣化による対応することが出来る。

≪実施例４≫
続いて実施例４について説明する。実施例４が実施例１と異なる点は、トップカバー１２を分割トップカバーとした点である。

図７は本実施例の蓄電モジュール２５の分解斜視図である。トップカバー１２は第一トップカバー１２ａ、第二トップカバー１２ｂ及び第二トップカバーに設けられる第三トップカバー１２ｃの３つに分けられる。このような構造にすることによって、第一トップカバー１２ａ、第二トップカバー１２ｂ、又は第三トップカバーの何れかを開放すれば、変色反応を容易に確認することができる。このような構造にすることによって、マーキング部の遮光性と視認性を両立させることが可能となる。また、本実施例ではトップカバー１２の分割数は３としたが、２つ以上に分割されていればトップカバーを１部材で構成するよりも視認性は向上する。

なお、いずれの実施例でも電池缶へのマーキングを主としたが、上記内容に加えバスバ等の電気的接続部に当該の不可逆性の変色化合物を用いてマーキングを施すことも可能である。このような構成にした場合、電流センサーが構成されていない、または稼動していない状態での外部要因等にて瞬間的に大電流がながれた場合にバスバへの発熱が確認できることから、バスバが高温になった履歴を記録する機能を備えることで、異常発熱による単電池の性能低下や熱による単電池への影響調査のために活用することが可能となる。

また例えばバスバ締結部材にマーキングする場合は締結部品に跨ってマーキングすることで締結緩み等の確認を容易にすることも可能となる。

以上、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的銃弾を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１セルホルダ
２電池缶
３単電池端子
４セルホルダ係止部
５セルホルダ端面
６セルホルダ係止部
７絶縁部材
８セルホルダ係止部
９ガス排出弁
１０セルホルダ保持部
１１セル保持部
１２トップカバー
１３絶縁キャップ
１４制御基板
１５電圧検出線
１６バスバ
１７絶縁カバー
１８ガス排出ダクト
１９エンドプレート
２０取付けブラケット
２１固定具
２２固定具
２３端部セルホルダ
２４温度検出素子
２５組電池
１００電池セル

Claims

複数の電池セルを積層させ、前記電池セルの外部端子同士をバスバで接続した蓄電積層体と、
前記電池セルの温度を測定する温度測定素子を有する蓄電モジュールにおいて、
前記蓄電積層体には、温度により変色する化合物が配置されることを特徴とする蓄電モジュール。
請求項１に記載の蓄電モジュールにおいて、
前記電池セルは開口を有する電池缶と、前記電池缶の開口を塞ぐ電池蓋とを有し、
前記電池蓋に前記温度により変色する化合物が配置されることを特徴とする蓄電モジュール。
請求項２に記載の蓄電モジュールにおいて、
前記電池蓋には一対の前記外部端子が配置され、
前記一対の外部端子の間に前記温度により変色する化合物が配置され、
前記温度により変色する化合物が配置された部分の上にはガス排出ダクト、又は制御基板の少なくともいずれか一方が配置されることを特徴とする蓄電モジュール。
請求項２に記載の蓄電モジュールにおいて、
前記電池蓋には一対の前記外部端子が配置され、
前記外部端子よりも前記電池缶の端部側に前記温度測定素子が配置され、
前記温度測定素子に隣接して前記温度により変色する化合物が配置されることを特徴とする蓄電モジュール。
請求項１に記載の蓄電モジュールにおいて、
前記電池セルは開口を有する電池缶と、前記電池缶の開口を塞ぐ電池蓋とを有し、
前記電池缶の缶底側には前記温度測定素子が配置されることを特徴とする蓄電モジュール。
請求項１に記載の蓄電モジュールにおいて、
当該蓄電モジュールは前記蓄電積層体を覆うカバーを有し、
前記カバーは少なくとも２部材以上に分割されていることを特徴とする蓄電モジュール。
請求項１乃至６の何れかに記載の蓄電モジュールにおいて、
前記バスバにも温度により変色する化合物が配置されることを特徴とする蓄電モジュール。