JP5606872B2

JP5606872B2 - 電池モジュール

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Publication number: JP5606872B2
Application number: JP2010241004A
Authority: JP
Inventors: 昌弘加古; 幹治吉坂; 興尚松田; 房友三宅
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: US20130202929A1; CN103168376A; CN103168376B; US9065123B2; WO2012023421A1; JP2012064555A

Description

本発明は、二次電池である複数の単位電池を、互いに隣接する単位電池同士の正負極が互い違いになるように配置し、隣接する単位電池の正負極間を電気接続することにより全ての単位電池を直列接続して成る電池モジュールに関する。

かかる電池モジュールは、下記特許文献１に開示されている。この開示技術では、電池の残容量チェックのため、各単位電池の電圧を検出している。そのため、各単位電池の正負極に接続端子を設けている。各接続端子は、樹脂ボード上に載置され、更に中継基板上で電気接続されて電圧検出のため所定の処理回路に接続されている。

特開２００９−２８９４２９号公報

しかし、特許文献１に開示のものでは、樹脂ボード、中継基板など部品点数が多い。そのため、コストが高く、組立作業に時間がかかる。
本発明は、このような問題に鑑み、各単位電池の電圧を検出する回路を含めて、各単位電池同士を直列接続するバスバーを樹脂により一体成形することにより、部品点数を抑制し、組立作業性を改善することを課題とする。

本発明の第１発明は、二次電池である複数の単位電池を、互いに隣接する単位電池同士の正負極が互い違いになるように配置し、隣接する単位電池の正負極間を電気接続することにより全ての単位電池を直列接続して成る電池モジュールにおいて、前記隣接する単位電池の正負極間を電気接続するバスバーと、当該単位電池の電圧を検出する検出回路とを樹脂により一体成形してバスバーモジュールとし、前記バスバーモジュールにおける一つのバスバーは、一つの単位電池の正極と、該一つの単位電池より電池モジュールとしての正極側に位置する正極側単位電池の負極とを接続し、前記一つの単位電池の負極に接続された他のバスバーは、前記一つの単位電池より電池モジュールとしての負極側に位置する負極側単位電池の正極に接続され、前記検出回路は、前記一つのバスバーと前記他のバスバーとの間に配置され、前記一つの単位電池と前記正極側単位電池の電圧を検出し、前記バスバーモジュールは、複数個連結されるとき、前記一つのバスバーと前記他のバスバーとが千鳥配置となるように各単位電池の並び方向に沿って並列して並べられ、互いに隣接するバスバーモジュール相互の対向部位であり、前記一つのバスバー同士に挟まれる部位と、前記他のバスバー同士に挟まれる部位とに、互いを機械的に結合する連結部がそれぞれ設けられ、互いに隣接するバスバーモジュール相互の間であり、前記検出回路同士に挟まれる部位に、前記検出回路に前記正極側単位電池の電圧を供給する接続線と、前記検出回路同士間を電気的に接続する接続線とが設けられることを特徴とする電池モジュールである。
第１発明によれば、検出回路と共に、検出対象となる単位電池を接続するバスバーを樹脂により一体成形したため、樹脂ボード、中継基板などの一体化のための部品を不要にでき、部品点数を抑制し、組立作業性を改善することができる。
また、検出回路が各バスバーモジュール内に分散配置されているため、検出回路を集中配置させた場合に比べて、検出回路にかかる電圧は小さくて済み、検出回路の耐圧性能を低くできる。そのため、検出回路を安価にできる。
その上、検出回路がバスバー間にあって単位電池に近接してあるため、検出回路と単位電池との接続経路が短くて済み、接続経路での電圧降下や、接続経路を介したノイズの重畳を抑制できる。その結果、電圧検出精度を向上できる。
更に、複数のバスバーモジュールを連結して使用する際は、一つのバスバー同士に挟まれる部位と他のバスバー同士に挟まれる部位の２箇所の連結部によって互いを機械的に結合することができる。このようにバスバーモジュール同士を連結部によって直接連結できるため、バスバーモジュールを固定するためのケースや基板を不要にできる。また、一つのバスバーと他のバスバーとに挟まれる部位の接続線によって検出回路同士間等の電気的接続を行うことができる。

本発明の第２発明は、上記第１発明の電池モジュールにおいて、
前記バスバーモジュールを複数個設け、各バスバーモジュール内の検出回路の入力端子及び出力端子は、隣接するバスバーモジュール側にそれぞれ突出され、電池モジュール上で並べられた順序で入力端子と出力端子とが順次接続され、各検出回路は、検出された電圧を順次連ねられたシリアル信号として、電池の充放電を適正に行わせるためのバッテリコントローラに送信することを特徴とする電池モジュールである。
第２発明によれば、電池モジュール上で並べられた順序で順次電圧信号が連ねられてシリアル信号が送信され、各検出回路にアドレスを付与しなくてもバッテリコントローラでは送信順序によって電圧信号を識別することができるため、アドレスを記憶するメモリを不要とでき、且つアドレスを識別するための処理を省くことができる。また、単位電池の増減に対しても検出回路の接続数を増加するのみで特別な対応は不要である。

本発明の第３発明は、上記第１発明又は第２発明の電池モジュールにおいて、
前記バスバーモジュールのバスバーは、相互に隣接する３つ又は５つの単位電池を直列接続するように正負極間を接続する２つ又は４つのバスバーであり、
前記検出回路は、前記３つ又は５つの単位電池のうち、２つ又は４つの単位電池の電圧を検出するものであることを特徴とする電池モジュールである。
第３発明によれば、一般的に電池モジュールは４の倍数の単位電池によって構成されるため、２つ又は４つのバスバーでバスバーモジュールが構成されていれば、かかるバスバーモジュールの増減により単位電池の数の増減に対応できる。

本発明の第４発明は、上記第１発明乃至第３発明のいずれかの電池モジュールにおいて、
前記検出回路には、検出対象となる各単位電池の正負両極に接続される検出端子と、検出信号を出力する出力端子とを備え、各端子は各単位電池が電池モジュールとされる際に並ぶ方向に沿って前記検出回路から突出していることを特徴とする電池モジュールである。
第４発明によれば、検出回路の各端子が各単位電池が並ぶ方向に沿って突出しているため、各単位電池の充放電に伴って各単位電池が、その並び方向に変位を生じても、各端子を曲げる方向には力が加わらず、充放電が繰り返されても各端子の基部が疲労破壊される恐れはなくなる。また、バスバーモジュールにおいて、検出回路は、一つのバスバーと他のバスバーとの間にあって、バスバーに比べて充分に小さいため、複数のバスバーモジュールが連結されたとき、検出回路同士間には比較的大きなスペースがとれ、各端子と各単位電池との接続線の配置の自由度を高めることができる。

本発明の第５発明は、上記第１発明乃至第４発明のいずれかの電池モジュールにおいて、
前記検出回路には、検出対象となる各単位電池の正負両極に接続される検出端子と、検出信号を出力する出力端子とを備え、少なくとも前記検出回路から検出端子及び出力端子が突出する部分がモールド樹脂により覆われていることを特徴とする電池モジュールである。
第５発明によれば、検出回路の端子がモールド樹脂により覆われ固められているため、各単位電池の充放電に伴って各単位電池の外形が伸縮しても、それに伴う変位が検出回路の端子に影響することはなく、検出回路の端子を保護できる。また、検出回路の端子が保護されているため、検出回路の装着後に行われれるプレス成形も、検出回路の端子に影響を与えることなく行うことができる。

本発明の第６発明は、上記第１発明乃至第５発明のいずれかの電池モジュールにおいて、
各単位電池の正負両極に接続される前記バスバーの端部間に変位吸収部を備え、該変位吸収部は、バスバーの両端部間の電気的接続は維持しながら機械的な相対変位は許容することを特徴とする電池モジュールである。
第６発明によれば、各単位電池の充放電に伴って各単位電池の外形が伸縮しても、それに伴う変位はバスバーの変位吸収部にて吸収されるため、バスバーに無理な力がかかることを防止できる。また、単位電池の正負極端子にバスバーを接続する際に接続する両者間に寸法誤差があっても、その誤差を変位吸収部で吸収して正常に組付けを行うことができる。

本発明の第７発明は、上記第１発明乃至第６発明のいずれかの電池モジュールにおいて、
前記検出回路には、検出対象となる各単位電池の正負両極に接続される検出端子と、検出信号を出力する出力端子とを備え、前記検出端子は、一端がバスバーに接続された接続線の他端に接続され、前記出力端子は、一端が出力側回路に接続された接続線の他端に接続され、このように互いに接続された検出回路の各端子と各接続線との経路中の少なくとも一部には、変位吸収部を設け、該変位吸収部は、変位吸収部の両端の端子若しくは接続線の電気的接続は維持しながら機械的な相対変位は許容することを特徴とする電池モジュールである。
第７発明において、出力側回路とは、検出回路の出力を受けるバッテリコントローラのような出力回路、若しくはその出力回路への出力信号を中継する回路である。
第７発明によれば、検出回路の端子と接続線との経路中に変位吸収部を設けたので、単位電池の充放電に伴う変位を変位吸収部で吸収し、かかる変位が検出回路の端子や接続線に影響を与え、それらを変形や断線から保護することができる。また、単位電池やバスバーモジュールの寸法精度が低くても寸法誤差を変位吸収部で吸収して正常に組付けを行うことができる。

本発明の第８発明は、上記第７発明の電池モジュールにおいて、
前記変位吸収部は、前記端子若しくは接続線を成す金属板が、端子及び接続線が配置されている平面に直立する方向に立上り、この立上部の金属板は先端側が互いに結合され、立上基部側は互いに離間可能とされていることを特徴とする電池モジュールである。
第８発明によれば、第７発明と同様の作用効果を簡単な構成で達成できる。

本発明の第９発明は、上記第１発明乃至第８発明のいずれかの電池モジュールにおいて、
前記バスバーモジュールは、前記単位電池の正負極に接続されたとき、前記単位電池の正負極を除く外表面に対し、所定の隙間をおいて位置することを特徴とする電池モジュールである。
第９発明によれば、上記隙間を通して空気が流れるため、バスバーモジュール及び単位電池が冷却され、それらの温度上昇に伴う性能低下や劣化を抑制できる。

本発明の一実施形態の全体構成説明図である。図１の実施形態における一つのバスバーモジュールの説明図である。図１の実施形態における一つのバスバーモジュールを単位電池に接続した状態の側面図である。図１の実施形態における一つのバスバーモジュールの電気回路図である。図１の実施形態におけるシリアル信号を説明するための説明図である。本発明の他の実施形態の全体構成説明図である。図６の実施形態における一つのバスバーモジュールの説明図である。図６の実施形態における一つのバスバーモジュールの電気回路図である。図１の実施形態のバスバーモジュールを複数連結した一例を示す説明図である。図１の実施形態のバスバーモジュールを複数連結した別例を示す説明図である。図１の実施形態のバスバーモジュールの第１変形例を示す説明図である。図１の実施形態のバスバーモジュールの第２変形例を示す説明図である。図１の実施形態のバスバーモジュールの第３変形例を示す説明図である。図１１のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。図１１の接続線上の変位吸収部の一例を示す拡大平面図である。図１１の接続線上の変位吸収部の別例を示す拡大平面図である。図１１の接続線上の変位吸収部の更なる別例を示す拡大平面図である。図１２の検出回路の端子と接続線との間に設けられた変位吸収部の一例を示す拡大側面図である。図１１乃至図１３のバスバーモジュールの製造工程の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１には、本発明の一実施形態として９６セル、３４６Ｖのハイブリッド車用リチウム・イオン電池モジュールに本発明を適用したバスバーモジュール１０が示されている。ここでは、９６個の単位電池１が互いに隣接するもの同士で正負極が互い違いになるように配置され、隣接する単位電池の正負極間を電気接続することにより全ての単位電池を直列接続して電池モジュールとされている。このように単位電池１が直列接続されて成る電池モジュールの正負極２１、２２は、図示を省略したがハイブリッド車用のモータに制御回路を介して接続されている。

隣接する単位電池１の正負極間を電気接続するバスバー１１、１２と、当該単位電池１の電圧を検出する検出回路１３とは樹脂のインサート成形により一体成形してバスバーモジュール１０とされている。このバスバーモジュール１０の詳細は図１及び図２に基づいて説明する。
バスバーモジュール１０における一つのバスバー１１は、一つの単位電池１ａの正極と、該一つの単位電池１ａより電池モジュールとしての正極側に位置する正極側単位電池１ｂの負極とを接続し、前記一つの単位電池１ａの負極に接続された他のバスバー１２は、前記一つの単位電池１ａより電池モジュールとしての負極側に位置する負極側単位電池１ｃの正極に接続されている。また、検出回路１３は、一つのバスバー１１と他のバスバー１２との間に配置され、前記一つの単位電池１ａと前記正極側単位電池１ｂの電圧を検出する。バスバー１１、１２と検出回路１３は、樹脂のインサート成形により一体化され、樹脂成形体１９とされている。そのため、バスバー１１、１２の単位電池１との接続部を除いて全体が樹脂により埋設されている。隣接するバスバーモジュール１０同士の隣接側部にはバスバーモジュール１０同士を連結させるための連結部１５〜１８が形成されている。連結部１５〜１８によってバスバーモジュール同士を直接連結して一体化できるため、バスバーモジュールを固定するためのケースや基板を不要にできる。

図３には、バスバーモジュール１０が単位電池１の正負極１１ｂ，１２ｂに接続された状態を示している。この場合、単位電池１の上面両端付近に正負極１１ｂ，１２ｂが、それぞれ突出しており、この正負極１１ｂ，１２ｂに各バスバー１１、１２が接続されている。このときバスバーモジュール１０は単位電池１の正負極１１ｂ，１２ｂの下方段部に載置され、単位電池１の外表面とバスバーモジュール１０とは所定の隙間Ｇをおいて位置している。このように、隙間Ｇを設けたため、隙間Ｇを通して空気が流れ、バスバーモジュール１０及び単位電池１が冷却される。そのため、それらの温度上昇に伴う性能低下や劣化を抑制できる。

図９及び図１０には、バスバーモジュール１０を複数連結した例が示されている。図９は、バスバーモジュール１０の連結部１７、１８を成す連結突起１７１、１８１が先端が球形状の突起とされ、連結部１５、１６を成す連結突起１５１、１６１が先端が連結突起１７１、１８１の球形状を包む形状の突起とされ、バスバーモジュール１０同士を連結させる際に互いに対向する連結突起１７１と連結突起１５１、及び連結突起１８１と連結突起１６１を互いに嵌合させた状態で加熱溶着させることにより結合させている。このとき、各バスバーモジュール１０から相互に突出している接続線１４６と１４５、並びに接続線１４４と１４１が、それぞれ互いに溶接にて接合され、その上で各接続線１４６、１４５の周り、及び接続線１４４、１４１の周りが樹脂２５及び２６によりモールド成形され、樹脂成形体１９と一体化されている。
また、図１０は、バスバーモジュール１０の連結部１７、１８を成す連結突起１７２、１８２が先端が円柱形状の突起とされ、連結部１５、１６を成す連結突起１５２、１６２が先端が連結突起１７２、１８２の円柱形状を包む形状の突起とされ、バスバーモジュール１０同士を連結させる際に互いに対向する連結突起１７２と連結突起１５２、及び連結突起１８２と連結突起１６２を互いに嵌合させた状態で加熱溶着させることにより結合させている。各バスバーモジュール１０から相互に突出している接続線１４６と１４５、並びに接続線１４４と１４１が、それぞれ互いに溶接にて接合され、その上で各接続線１４６、１４５の周り、及び接続線１４４、１４１の周りが樹脂２５及び２６によりモールド成形され、樹脂成形体１９と一体化されている点は図９と同様である。
このように複数のバスバーモジュール１０を連結することにより、特別なケースや基板を用いることなく、複数のバスバーモジュール１０を一体のものとして扱うことができる。

図２において、検出回路１３とバスバー１１、１２とを接続する接続線１４２、１４３、並びに隣接する前段のバスバーモジュール１０のバスバーに接続する接続線１４１（１４４）、隣接する後段のバスバーモジュール１０の検出回路に接続する接続線１４６、更に隣接する前段のバスバーモジュール１０の検出回路に接続する接続線１４５も検出回路１３と共にインサート成形により一体化されている。隣接する前段又は後段のバスバーモジュール１０の接続線同士間は上述のように溶接によって接続されている。なお、各接続線の保護のため、接続線を覆う部分の樹脂成形体１９の大きさを拡大して、各接続線の先端部分のみを残し、根元部分を大きく樹脂で覆うようにしても良い。
このように、検出回路１３と共に、検出対象となる単位電池１を接続するバスバー１１，１２を樹脂により一体成形したため、樹脂ボード、中継基板などの一体化のための部品を不要にでき、部品点数を抑制し、組立作業性を改善することができる。バスバーモジュール１０は、バスバー１１、１２を単位電池１の正負極に接続した状態で図示しないビス留めにより単位電池１上に固定される。
バスバーモジュール１０は、この場合の電池モジュールでは４８個設けられ、図１のように各バスバーモジュール１０内の検出回路１３は隣接する検出回路同士が順次接続され、各検出回路１３は検出した電圧を順次連ねられたシリアル信号としてバッテリコントローラ２３に送信している。バッテリコントローラ２３は、周知のように電池の充放電を適正に行わせるもので、各単位電池１の過放電や過充電を防止すると共に、各単位電池１間の充電バランスを維持するように制御している。また、バッテリコントローラ２３は電源系制御回路２４に信号を送り、各単位電池１の状態を車両制御に反映させている。

図４には、一つのバスバーモジュール１０の電気回路が示されている。検出回路１３は、一つの単位電池１ａと正極側単位電池１ｂの電圧を検出するように接続線１４１（１４４）〜１４３を介して接続されている。検出回路１３内には、各単位電池１の電圧を検出するオペアンプ１３１、１３２と、検出回路１３内の基準電圧を発生させる基準電圧発生回路１３３と、各オペアンプ１３１、１３２からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３４、１３５と、検出回路１３付近の温度を検出する温度検出器１３７と、隣接する前段のバスバーモジュール１０の出力信号を受け取って前処理を行う入力回路１３８と、入力回路１３８で受け取った隣接するバスバーモジュール１０の出力信号に、Ａ／Ｄ変換器１３４、１３５及び温度検出器１３７からの信号を追加してシリアル信号とするレベル変換器１３６と、隣接する後段のバスバーモジュール１０の入力回路へシリアル信号を出力するための出力回路１３９とを備える。このように構成された検出回路１３では、２つの単位電池１の電圧値と単位電池１周りの温度をシリアル信号として出力する。

図５には、シリアル信号のデータフレームが示されている。初段の検出回路１３は、送信開始のトリガ信号を受けて検出電圧及び温度のデータを送信する。また、単位電池１の過放電、過充電、過熱の判定結果も送信される。シリアル信号には初段に続いて２段目の検出回路１３の電圧、温度及び判定結果が初段の場合と同様に追加して送信される。以降、順次３段目、４段目と連続して送信が行われる。
このように各検出回路１３の検出電圧及び検出温度がシリアル信号として送信されるため、検出回路毎に個別に出力信号線を設ける必要がなく、１本の信号線のみで信号送信が可能となる。しかも、各段の検出回路は、前段の検出回路の信号に当段の検出回路の信号を順次追加して送信し、バッテリコントローラ２３では送信順序によって各検出回路の電圧信号及び温度信号を識別できるため、検出回路毎にアドレスを付与する必要がない。そのため、アドレス付与のためのメモリを不要にでき、アドレスによって検出回路を識別するための処理を不要にできる。また、単位電池の増減に対しても検出回路の接続数を増加するのみで特別な対応は不要である。

更に、検出回路１３が各バスバーモジュール１０毎に分散配置されているため、検出回路を集中配置させた場合に比べて、検出回路にかかる電圧は小さくて済み、検出回路の耐圧性能を低くできる。この実施形態の場合、検出回路１３にかかる電圧は単位電池２個分で７．２ボルトであり、単位電池９６個分の検出回路を１個所に集中させた場合には、３４６ボルトになるので、大幅に耐圧性能を低くできる。そのため、検出回路を安価にできる。その上、検出回路がバスバー間にあって単位電池に近接してあるため、検出回路と単位電池との接続経路が短くて済み、接続経路での電圧降下や、接続経路を介したノイズの重畳を抑制できる。その結果、電圧検出精度を向上できる。

次に、図１１〜１３にて上記一実施形態の変形例について説明する。これらの変形例は、電池モジュールの充放電時の単位電池の発熱に伴う単位電池の寸法変化に対し、対策を講じたものである。
図１１は、各単位電池１の正負両極に接続されるバスバー１１、１２の端部間に変位吸収部１１ａ，１２ａを設けると共に、検出回路１３の各端子１３ａ〜１３ｅに接続された各接続線１４１〜１４６の途中にそれぞれ変位吸収部１４７を設けている。バスバー１１、１２の変位吸収部１１ａ，１２ａは、バスバー１２に関して図１４に示されるようにバスバー１２の両端部に対して上方に湾曲して形成されている。即ち、変位吸収部１１ａ，１２ａは、端子１３ａ〜１３ｅ若しくは接続線１４１〜１４６を成す金属板が、それらが配置されている平面に直立する方向に立上り、この立上部の金属板は先端側が互いに結合され、立上基部側は互いに離間可能とされている。このように形成されているため、各単位電池１の充放電に伴う各単位電池１の並び方向の変位は、変位吸収部１１ａ，１２ａを成す湾曲部がその湾曲度合を変化させて吸収し、バスバー１１、１２に無理な力がかかるのを防止している。また、単位電池１の正負極端子にバスバー１１，１２を接続する際に接続する両者間に寸法誤差があっても、その誤差を変位吸収部１１ａ，１２ａで吸収して正常に組付けを行うことができる。

一方、各接続線１４１〜１４６の経路中に設けられた変位吸収部１４７は、図１５に示されるように各変位吸収部１４７で接続線１４１〜１４６が同一平面内で湾曲して形成されている。上述のバスバー１１、１２の変位吸収部１１ａ，１２ａと同様に各単位電池１の充放電に伴う各単位電池１の並び方向の変位に対し、接続線１４１〜１４６の経路中にある変位吸収部１４７も、その湾曲度合を変化させることにより変位を吸収し、接続線１４１〜１４６に無理な力が加わることを防止している。
図１１に示されるように変位吸収部１４７は、各接続線１４１〜１４６の各方向の接続線１４１〜１４６にそれぞれ設けられているため、単位電池１の各方向の変位を吸収することができる。
変位吸収部１４７は、図１６に示されるようにＳ字カーブを描くように形成されるものとしても良く、また、図１７に示されるようにヘヤピンカーブを描くように形成されるものとしても良い。これらの変位吸収部１４７も図１５の変位吸収部１４７と同様に機能する。これらの変位吸収部１４７の形状は、各接続線１４１〜１４６の位置によって最適のものを選択して使用しても良いし、一つの形状のものを統一して使用しても良い。

図１１の変形例は、図２に示す一実施形態のバスバーモジュール１０が複数個連結して形成されている。図１９には、その製造工程が示されており、まずＡのプレス工程では、ロール状に巻き取られたプレス材がプレス機６３によりプレスされ、図１１のバスバー１１、１２、接続線１４１〜１４６及び渡り材５１〜５９から成るバスバーモジュール１０の半製品がプレス品として型抜き形成される。プレス工程Ａには、プレス材の曲がり癖除去装置６２を含む。
図１１の上下に配置された渡り材５１、５２には、一定間隔毎にパイロット孔が開けられて、プレス時にプレス品を順送する際に、プレス型に対するプレス品の位置決め用として用いられる。
図中、ハッチングを施して示される渡り材５１〜５９は、プレス後のバスバー１１、１２や接続線１４１〜１４６がばらばらにならず、まとまりが良くなるように、それらを繋ぐ役割を果たしている。図１１中、渡り材５１ｂは、上側の渡り材５１と各バスバー１１とを連結し、渡り材５２ｂは、下側の渡り材５２と各バスバー１２とを連結している。

図１９において、Ａのプレス工程に続くＢの曲げ工程では、半製品であるプレス品におけるバスバー１１、１２に曲げ加工を施して変位吸収部１１ａ，１２ａを形成する。
次のＣで示す溶接工程では、上記プレス品の上に検出回路１３が載せられ、検出回路１３の各端子１３ａ〜１３ｅと各接続線１４１〜１４６とが溶接にて電気的にも機械的にも接続されている。
Ｄで示す成形工程では、図１１にて多数のドットによりマスキング表示された領域に樹脂のインサート成形が施される。この成形により、バスバー１１、１２、検出回路１３及び各接続線１４１〜１４６は樹脂により一体化される。このとき、図１１において上下方向の中間部にある渡り材５３〜５９に対応させて樹脂成形を行わない空白域５３ａ〜５９ａが設けられている。
図１９のＥで示すトリム工程では、渡り材５１〜５９の切断が行われる。ここでは、図１１の上下の渡り材５１、５２が、渡り材５１ｂ、５２ｂが切断されることによりバスバー１１、１２から切り離されると共に、上下方向の中間部にある渡り材５３〜５９も上記空白域５３ａ〜５９ａで切断される。
このようにして形成されたバスバーモジュール１０は適度な大きさで切り離され、図１９のＦで示す箱詰め工程で箱詰めされて出荷される。

図１１の例では、渡り材を切断するための空白域５３ａ〜５９ａをバスバー１１、１２と各接続線１４１〜１４６とを繋ぐ部分に設けたが、接続線と接続線とを繋ぐ渡り材を設け、その部位に設けても良い。このようにすると、プレス工程Ａでプレスされた半製品では渡り材で連結された接続線を多くでき、上記Ａで示すプレス工程の後に接続線がぶらついて位置が安定しないというような不具合をなくすことができる。トリム工程Ｅでは、それらの渡り材は切断されるため、接続線間の電気的な絶縁は確保される。
図１１の例では、バスバー１１、１２に変位吸収部１１ａ，１２ａを設けると共に、接続線１４１〜１４６の経路上にも変位吸収部１４７を設けているため、単位電池１の寸法変化に対してバスバーモジュール１０内各部に無理な力が加わることを防止できると共に、単位電池の正負極端子にバスバーを接続する際のねじ締め力を受けて、バスバーを介して検出回路側に無理な力が伝達されることを防止できる。
また、検出回路１３の各端子１３ａ〜１３ｅが各単位電池１が並ぶ方向に沿って突出しているため、各単位電池１の充放電に伴って各単位電池１が、その並び方向に変位を生じても、各端子１３ａ〜１３ｅを曲げる方向には力が加わらず、充放電が繰り返されても各端子１３ａ〜１３ｅの基部が疲労破壊される恐れはなくなる。また、バスバーモジュール１０において、検出回路１３は、一つのバスバー１１と他のバスバー１２との間にあって、バスバー１１、１２に比べて充分に小さいため、複数のバスバーモジュール１０が連結されたとき、各検出回路１３同士間には比較的大きなスペースがとれ、各端子１３ａ〜１３ｅと各単位電池１との接続線１４１〜１４６の配置の自由度を高めることができる。

図１２の例は、上記図１１の例における接続線１４１〜１４６中の変位吸収部１４７の代わりに、検出回路１３の各端子１３ａ〜１３ｅと各接続線１４１〜１４６との接続部に変位吸収部１４８を設けたものである。この変位吸収部１４８は、図１８に拡大して示すように端子１３ｂ，１３ｅの先端と接続線１４３、１４６の先端とを上方に屈曲させ、その上方端１４８ａを溶接により結合させたものである。屈曲部の基部側１４８ｂは互いに僅かに離間しており、各単位電池１の充放電に伴って各単位電池１が、その並び方向に変位を生じても、屈曲部の基部側１４８ｂの離間距離が変化することにより変位を吸収することができる。図１８では、２組の変位吸収部１４８の構成を示しているが、この他の変位吸収部１４８も同様の構成である。
図１２において、その他の構成は図１１の例と同一であるため、同一の部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１３の例は、図１２の例と同様の構成において検出回路１３及びその各端子１３ａ〜１３ｅをモールド樹脂によって覆ったものである。モールド範囲は図１３において検出回路１３の周りに描かれた破線で示されている。モールド樹脂は、検出回路１３を成すＩＣ及びその端子１３ａ〜１３ｅと熱膨張率が同じになるように選定されており、例えばナイロン樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂が用いられる。かかる樹脂モールドは、上述の図１９のＤで示す成形工程にて、上述した樹脂のインサート成形の前に行われる。このように検出回路１３とその各端子１３ａ〜１３ｅがモールド成形にて樹脂に覆われて固められることにより、単位電池１の寸法変化に対して各端子１３ａ〜１３ｅを保護することができる。また、図１９のトリム工程Ｅにおいて、プレス加工が行われても、検出回路１３の各端子１３ａ〜１３ｅに影響を与えることはない。
なお、図１３の例においても、上述のモールド成形の部分を除いて他の構成は図１２の例と同一であり、同一の部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

上述の一実施形態のバスバーモジュールでは、２個のバスバーと検出回路とを一体化している。これに対し、図６〜８に示す他の実施形態では、４個のバスバー３１〜３４と検出回路３５とを一体化する場合を示している。４個のバスバー３１〜３４を一体化しているため、検出回路３５は４個の単位電池１の電圧を検出するように構成されている。
図１〜４と図６〜８とを比較すれば明らかなように、両者はバスバーの数が相違することと、検出回路の検出対象となる単位電池１の数が相違するのみで、他の構成は両者間に基本的な相違はない。従って、図１〜５において説明したことは基本的に図６〜８の実施形態においても同様であり、同じ部分の説明は割愛する。
図８において、４つの単位電池１の電圧を検出するためのオペアンプ３５１〜３５４は４つあり、各オペアンプ３５１〜３５４からの信号は、一つのＡ／Ｄ変換器３５６に順次読み込まれてデジタル信号に変換されるよう構成されている。
図６〜８の実施形態の場合には、図１〜４の実施形態の場合と同様の電池モジュールに対して、半分の数の２４個のバスバーモジュール３０によって構成することができる。一般的に電池モジュールは４の倍数の単位電池によって構成されるため、図６〜８の実施形態のように４つのバスバー３１〜３４でバスバーモジュール３０が構成されていれば、かかるバスバーモジュール３０の増減により単位電池１の数の増減に対応できる。なお、図８の検出回路３５にかかる電圧は単位電池４個分で１４．４ボルトとなる。従って、上述の一実施形態において説明したのと同様に検出回路の耐圧性能を低くできる。しかも、単位電池４個分の電圧は、単位電池の電圧変動を考慮しても最大で２０ボルト程度となるため、一般的に車両用に使用される部品を共通に使用することができ、新たな部品開発を不要とする効果がある。

上記実施形態では、ハイブリッド自動車用リチウム・イオン電池に適用した場合について説明したが、本発明は電気自動車用などそれ以外の用途の電池でも良く、また、電池もニッケル・水素電池など他の種類の電池に適用しても良い。
その他、本発明は、その発明思想の範囲内で各種形態で実施可能である。

１単位電池
１０、３０バスバーモジュール
１１、１２、３１、３２、３３、３４バスバー
１１ａ，１２ａ変位吸収部
１３、３５検出回路
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ端子
１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６接続線
３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６，３７７，３７８接続線
１４７、１４８変位吸収部
１５、１６、１７，１８、３６、３７、３８、３９連結部
１９、４０樹脂成形体
２３バッテリコントローラ
５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９渡り材

Claims

二次電池である複数の単位電池を、互いに隣接する単位電池同士の正負極が互い違いになるように配置し、隣接する単位電池の正負極間を電気接続することにより全ての単位電池を直列接続して成る電池モジュールにおいて、
前記隣接する単位電池の正負極間を電気接続するバスバーと、当該単位電池の電圧を検出する検出回路とを樹脂により一体成形してバスバーモジュールとし、
前記バスバーモジュールにおける一つのバスバーは、一つの単位電池の正極と、該一つの単位電池より電池モジュールとしての正極側に位置する正極側単位電池の負極とを接続し、前記一つの単位電池の負極に接続された他のバスバーは、前記一つの単位電池より電池モジュールとしての負極側に位置する負極側単位電池の正極に接続され、
前記検出回路は、前記一つのバスバーと前記他のバスバーとの間に配置され、前記一つの単位電池と前記正極側単位電池の電圧を検出し、
前記バスバーモジュールは、複数個連結されるとき、前記一つのバスバーと前記他のバスバーとが千鳥配置となるように各単位電池の並び方向に沿って並列して並べられ、
互いに隣接するバスバーモジュール相互の対向部位であり、前記一つのバスバー同士に挟まれる部位と、前記他のバスバー同士に挟まれる部位とに、互いを機械的に結合する連結部がそれぞれ設けられ、
互いに隣接するバスバーモジュール相互の間であり、前記検出回路同士に挟まれる部位に、前記検出回路に前記正極側単位電池の電圧を供給する接続線と、前記検出回路同士間を電気的に接続する接続線とが設けられることを特徴とする電池モジュール。
請求項１の電池モジュールにおいて、
前記バスバーモジュールを複数個設け、各バスバーモジュール内の検出回路の入力端子及び出力端子は、隣接するバスバーモジュール側にそれぞれ突出され、電池モジュール上で並べられた順序で入力端子と出力端子とが順次接続され、各検出回路は、検出された電圧を順次連ねられたシリアル信号として、電池の充放電を適正に行わせるためのバッテリコントローラに送信することを特徴とする電池モジュール。
請求項１又は２の電池モジュールにおいて、
前記バスバーモジュールのバスバーは、相互に隣接する３つ又は５つの単位電池を直列接続するように正負極間を接続する２つ又は４つのバスバーであり、
前記検出回路は、前記３つ又は５つの単位電池のうち、２つ又は４つの単位電池の電圧を検出するものであることを特徴とする電池モジュール。
請求項１乃至３のいずれかの電池モジュールにおいて、
前記検出回路には、検出対象となる各単位電池の正負両極に接続される検出端子と、検出信号を出力する出力端子とを備え、各端子は各単位電池が電池モジュールとされる際に並ぶ方向に沿って前記検出回路から突出していることを特徴とする電池モジュール。
請求項１乃至４のいずれかの電池モジュールにおいて、
前記検出回路には、検出対象となる各単位電池の正負両極に接続される検出端子と、検出信号を出力する出力端子とを備え、少なくとも前記検出回路から検出端子及び出力端子が突出する部分がモールド樹脂により覆われていることを特徴とする電池モジュール。
請求項１乃至５のいずれかの電池モジュールにおいて、
各単位電池の正負両極に接続される前記バスバーの端部間に変位吸収部を備え、該変位吸収部は、バスバーの両端部間の電気的接続は維持しながら機械的な相対変位は許容することを特徴とする電池モジュール。
請求項１乃至６のいずれかの電池モジュールにおいて、
前記検出回路には、検出対象となる各単位電池の正負両極に接続される検出端子と、検出信号を出力する出力端子とを備え、前記検出端子は、一端がバスバーに接続された接続線の他端に接続され、前記出力端子は、一端が出力側回路に接続された接続線の他端に接続され、このように互いに接続された検出回路の各端子と各接続線との経路中の少なくとも一部には、変位吸収部を設け、該変位吸収部は、変位吸収部の両端の端子若しくは接続線の電気的接続は維持しながら機械的な相対変位は許容することを特徴とする電池モジュール。
請求項７の電池モジュールにおいて、
前記変位吸収部は、前記端子若しくは接続線を成す金属板が、端子及び接続線が配置されている平面に直立する方向に立上り、この立上部の金属板は先端側が互いに結合され、立上基部側は互いに離間可能とされていることを特徴とする電池モジュール。
請求項１乃至８のいずれかの電池モジュールにおいて、
前記バスバーモジュールは、前記単位電池の正負極に接続されたとき、前記単位電池の正負極を除く外表面に対し、所定の隙間をおいて位置することを特徴とする電池モジュール。