JP5786891B2 - 蓄電装置および基板 - Google Patents

Description

本発明は、複数の蓄電素子を有する蓄電装置であって、複数の蓄電素子に対して、配線を含む基板が取り付けられた蓄電装置に関するものである。

複数の単電池で構成される組電池では、複数の単電池がバスバーを用いて電気的に接続されている。組電池では、各単電池の電圧値を検出することがあり、各単電池には、電圧検出線が接続されている。特許文献１，２では、複数の電圧検出線が基板に設けられており、電圧検出線は、コネクタを介して電子回路と接続されるようになっている。

国際公開第２０１０／１１３４５５号パンフレット 特開２０１２−０７４３３８号公報 特開２０００−３３３３４３号公報

特許文献１，２では、電圧検出線が基板に設けられているだけであり、電圧検出線と接続される電子回路は、基板とは別に設けられている。このような構成では、電圧検出線を電子回路に接続する作業が必要になってしまう。

本願第１の発明である蓄電装置は、所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、各蓄電素子の電極端子が貫通する基板と、基板を貫通する電極端子と接続され、複数の蓄電素子を電気的に接続するバスバーと、を有する。ここで、蓄電素子は、蓄電素子の内部で発生したガスを蓄電素子の外部に排出させる弁を有する。基板には、電極端子と電気的に接続され、各蓄電素子の電圧を検出するための電圧検出線と、電圧検出線が接続される電子回路とが実装されている。また、基板には、弁から排出されたガスを通過させて、ダクトに導く開口部が形成されている。

本願第１の発明によれば、基板に対して、電圧検出線だけでなく、電圧検出線が接続される電子回路も実装されているため、蓄電素子の電圧を検出するための回路構成を基板にまとめることができる。これにより、複数の蓄電素子に対して基板を取り付けるだけでよく、電圧検出線を電子回路に接続する作業が不要となる。

基板に開口部を形成しておけば、弁から排出されたガスが基板に接触することを抑制できる。また、ダクトおよび蓄電素子の間に基板が配置された構成では、基板に開口部を形成しておくことにより、弁から排出されたガスを、基板の開口部を通過させてダクトに導くことができる。

基板および弁の間には、シール部材を配置することができる。ここで、シール部材は、弁および開口部を囲む位置に配置することができる。シール部材を用いることにより、弁からガスが排出されても、基板および弁（蓄電素子）の間から、ガスが漏れてしまうことを防止できる。また、弁から排出されたガスを、基板の開口部を介して、ダクトに効率良く導くことができる。

基板を貫通した電極端子には、ナットを締結することができる。ここで、電極端子が基板およびバスバーを貫通するとき、電極端子にナットを締結することにより、電極端子の長手方向において、基板およびバスバーを固定することができる。また、例えば、ナットおよび基板の間にバスバーが配置される構成では、電極端子にナットを締結することにより、バスバーを電極端子に固定したり、バスバーを基板に押しつけたりすることができる。バスバーを基板に押しつければ、基板に実装された電圧検出線と、バスバーとを密接させることができ、電圧検出線およびバスバーの導通状態を確保することができる。

ナットを基板に直接、接触させる構成では、ナットを締結するときに、基板を変形させてしまうおそれがある。上述したように、ナットおよび基板の間にバスバーを配置しておけば、ナットを締結するときの力がバスバーに作用するだけであり、ナットの締結に伴う基板の変形を抑制することができる。

電極端子にナットを締結する構成では、電極端子が貫通するバネ座金を設けることができる。ここで、バネ座金は、電極端子の長手方向においてバネ座金を挟む部材を互いに離す方向に付勢する。これにより、バネ座金を挟む部材を、電極端子の長手方向において位置決めすることができる。バネ座金を挟む部材としては、例えば、蓄電素子、基板、バスバー、ナットがある。

蓄電装置には、蓄電素子の温度を検出する温度センサを設けることができる。ここで、温度センサは、基板に実装することができ、配線を介して、温度センサおよび電子回路を接続することができる。これにより、電子回路は、温度センサによって検出された情報を取得することができる。

基板には、補強部材を重ねることができる。基板および補強部材を重ねることにより、基板の変形を抑制することができる。上述したように、基板には、電圧検出線および電子回路が実装されるため、基板が変形してしまうと、電圧検出線および電子回路の接続不良などが発生してしまうおそれがある。そこで、補強部材を用いれば、基板の変形（撓み）を抑制することができ、電圧検出線および電子回路の接続不良などを防止することができる。

ここで、補強部材は、基板の全体に設けることもできるし、基板の一部に設けることもできる。複数の補強部材を用いれば、基板における複数の箇所に補強部材を配置することができる。基板として、フレキシブル基板を用いたときには、基板が変形しやすくなるため、補強部材を用いることにより、フレキシブル基板の変形を抑制しやすくなる。

基板は、耐熱性材料で形成することができる。ここで、蓄電素子の弁と対向する位置に基板を配置した構成では、弁から排出される高温状態のガスによって、基板が熱変形してしまうおそれがある。そこで、基板を耐熱性材料で形成しておけば、ガスが基板に接触したとしても、基板の熱変形を抑制することができる。耐熱性材料としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂を用いることができる。

本願第２の発明は、所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子に取り付けられる基板である。この基板は、各蓄電素子の電極端子を貫通させる開口部と、開口部を貫通する電極端子と接続され、複数の蓄電素子を電気的に接続するバスバーが搭載される搭載領域と、各蓄電素子の弁から蓄電素子の外部に排出されたガスを通過させて、ダクトに導く開口部とを有する。また、基板には、電極端子と電気的に接続されて各蓄電素子の電圧を検出するための電圧検出線と、電圧検出線が接続された電子回路とが実装されている。本願第２の発明においても、本願第１の発明と同様の効果を得ることができる。

実施例１である電池スタックの分解図である。 単電池の外観図である。 基板の上面図である。 ダクトの底面図である。 単電池からのガスを排出する構造を示す図である。 基板に設けられた回路構成を示す図である。 サーミスタを用いて単電池の温度を検出する構造を示す概略図である。 複数の単電池に基板を取り付けるときの説明図である。 基板を補強する構造を示す図である。 基板を補強する構造を示す図である。 実施例１の変形例である電池スタックの分解図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１である電池スタック（本発明の蓄電装置に相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、電池スタックの分解図である。図１において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、本実施例では、鉛直方向（垂直方向）に相当する軸をＺ軸としている。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面においても同様である。

図１に示す電池スタック１は、車両に搭載することができ、車両を走行させるための動力源として用いることができる。電池スタック１から出力された電気エネルギを、モータ・ジェネレータによって運動エネルギに変換すれば、この運動エネルギを用いて車両を走行させることができる。また、車両の制動時に発生する運動エネルギを、モータ・ジェネレータによって電気エネルギに変換すれば、この電気エネルギを回生電力として電池スタック１に蓄えることができる。

電池スタック１は、Ｘ方向に並んで配置された複数の単電池（本発明の蓄電素子に相当する）１０を有する。単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。ここで、複数の単電池１０は、電気的に直列に接続されている。電池スタック１を構成する単電池１０の数は、電池スタック１の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。

ここで、図２を用いて、単電池１０の構成について説明する。図２は、単電池１０の外観図である。

単電池１０は、電池ケース１４を有しており、電池ケース１４は、ケース本体１４ａおよび蓋１４ｂを有する。電池ケース１４の内部には、充放電を行う発電要素（図示せず）が収容されており、ケース本体１４ａは、発電要素を組み込むための開口部を有する。蓋１４ｂは、ケース本体１４ａの開口部を塞いでおり、電池ケース１４の内部は、密閉状態となっている。単電池１０は、いわゆる角型電池であり、電池ケース１４は、直方体に沿った形状に形成されている。

発電要素は、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されるセパレータとを有する。正極板は、集電板の表面に正極活物質層が形成されたものであり、負極板は、集電板の表面に負極活物質層が形成されたものである。ここで、正極活物質層、負極活物質層およびセパレータには、電解液がしみこんでいる。なお、電解液の代わりに、固体電解質を用いることもできる。この場合には、正極板および負極板の間に、固体電解質を配置すればよく、セパレータは省略される。

蓋１４ｂには、正極端子（電極端子ともいう）１１および負極端子（電極端子ともいう）１２が設けられている。正極端子１１は、発電要素の正極板（集電板）と電気的に接続されており、負極端子１２は、発電要素の負極板（集電板）と電気的に接続されている。また、蓋１４ｂには、弁１３が設けられている。具体的には、弁１３は、Ｙ方向において、正極端子１１および負極端子１２の間に設けられている。弁１３は、電池ケース１４の内部で発生したガスを電池ケース１４の外部に排出するために用いられる。

例えば、単電池１０（発電要素）の過充電などが行われると、発電要素（主に、電解液）からガスが発生するおそれがある。電池ケース１４は、密閉状態となっているため、ガスの発生に伴って、電池ケース１４の内圧が上昇する。電池ケース１４の内圧が弁１３の作動圧に到達すると、弁１３は、閉じ状態から開き状態に変化することにより、電池ケース１４の外部にガスを排出させることができる。

弁１３としては、いわゆる破壊型の弁や、いわゆる復帰型の弁を用いることができる。破壊型の弁１３では、弁１３が閉じ状態から開き状態に不可逆的に変化する。例えば、蓋１４ｂに彫刻を施すことにより、破壊型の弁１３を形成することができる。一方、復帰型の弁１３では、電池ケース１４の内圧に応じて、弁１３が閉じ状態および開き状態の間で可逆的に変化する。例えば、バネを用いることにより、復帰型の弁１３を構成することができる。

本実施例では、複数の単電池１０をＸ方向に並べているが、これに限るものではない。具体的には、単電池１０の代わりに電池モジュールを用い、複数の電池モジュールをＸ方向に並べることができる。電池モジュールは、電池モジュールの外装を構成するモジュールケースと、モジュールケースに収容された複数の発電要素とを有する。ここで、複数の発電要素は、モジュールケースの内部において、電気的に直列に接続されている。

図１に示す電池スタック１において、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０の間には、仕切り板２１が配置されている。仕切り板２１は、例えば、樹脂などの絶縁材料で形成することができ、仕切り板２１を挟む２つの単電池１０を絶縁状態とすることができる。Ｘ方向において単電池１０と対向する仕切り板２１の側面には、Ｘ方向に突出するリブ（図示せず）が形成されている。リブの先端が単電池１０と接触することにより、単電池１０および仕切り板２１の間には、スペースが形成される。このスペースは、単電池１０の温度調節に用いられる熱交換媒体が移動するスペースとなる。

熱交換媒体としては、気体（空気など）又は液体を用いることができる。本実施例では、Ｙ方向において、熱交換媒体を流動させるようになっている。充放電などによって単電池１０が発熱したときには、上述したスペースを用いて、冷却用の熱交換媒体を単電池１０に接触させることにより、単電池１０の温度上昇を抑制することができる。また、外部環境などによって単電池１０が過度に冷えているときには、上述したスペースを用いて、加温用の熱交換媒体を単電池１０に接触させることにより、単電池１０の温度低下を抑制することができる。

Ｘ方向における電池スタック１の両端には、一対のエンドプレート２２が配置されている。一対のエンドプレート２２には、Ｘ方向に延びる拘束バンド２３の両端部が固定されている。例えば、リベットなどの締結具を用いることにより、拘束バンド２３の端部をエンドプレート２２に固定することができる。本実施例では、電池スタック１の上面に、２つの拘束バンド２３が配置されているとともに、電池スタック１の下面に、２つの拘束バンド２３が配置されている。なお、拘束バンド２３の数は、適宜設定することができる。

一対のエンドプレート２２に拘束バンド２３を固定することにより、エンドプレート２２を用いて、単電池１０に拘束力を与えることができる。拘束力とは、Ｘ方向において単電池１０を挟む力である。一対のエンドプレート２２に拘束バンド２３を固定することにより、一対のエンドプレート２２を互いに近づく方向（Ｘ方向）に変位させることができる。これに伴い、一対のエンドプレート２２によって挟まれた複数の単電池１０に拘束力を与えることができる。

本実施例では、拘束バンド２３（両端部を除く）がカバー２４によって覆われている。拘束バンド２３は、金属で形成することができ、この場合には、樹脂などの絶縁材料によって、カバー２４を形成することができる。図１に示すように、拘束バンド２３は、Ｙ方向において、電極端子１１，１２と隣り合う位置に配置されている。具体的には、拘束バンド２３は、電極端子１１，１２に対して、弁１３の側とは反対側に配置されている。

このため、金属製の拘束バンド２３を、絶縁材料で形成されたカバー２４で覆うことにより、拘束バンド２３および電極端子１１，１２を絶縁状態とすることができる。なお、拘束バンド２３を電極端子１１，１２から離れた位置に配置しておけば、カバー２４を省略することもできる。

電池スタック１の上面には、基板３０が配置されており、基板３０は、電池スタック１の上面を覆う位置に配置されている。基板３０は、例えば、耐熱性材料で形成することができ、耐熱性材料としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂を用いることができる。

基板３０は、開口部３１を有しており、開口部３１は、単電池１０の数だけ設けられている。ここで、複数の開口部３１は、Ｘ方向において並んで配置されている。各開口部３１は、Ｚ方向において、各単電池１０の弁１３と対向しており、弁１３からガスが排出されたときに、このガスは、開口部３１を通過する。

本実施例では、電池スタック１を構成する単電池１０の数だけ、基板３０に開口部３１を設けているが、これに限るものではない。すなわち、開口部３１の数は、適宜設定することができる。具体的には、少なくとも２つの単電池１０における弁１３に対して、１つの開口部３１を設けることができる。この場合であっても、弁１３から排出されたガスが、開口部３１を通過することになる。

このように、開口部３１は、弁１３からガスが排出されたときに、このガスを通過させることができればよい。本実施例では、電池スタック１の上面が基板３０で覆われているため、基板３０に開口部３１を形成しておくことにより、弁１３から排出されたガスが基板３０に衝突することを抑制することができる。

基板３０は、後述するバスバー４０が搭載される搭載領域３２を有する。搭載領域３２は、バスバー４０の数だけ設けられており、導電性材料で形成されている。搭載領域３２は、図３に示すように、２つの開口部３２ａを有する。開口部３２ａでは、単電池１０の電極端子１１，１２が貫通する。すなわち、電池スタック１の上面に基板３０を組み付けるときには、電極端子１１，１２が開口部３２ａを貫通し、電極端子１１，１２の先端部が基板３０よりも上方に突出する。

図３に示すように、各搭載領域３２には、検出ライン（配線）ＤＬが接続されている。ここで、検出ラインＤＬの一端は、搭載領域３２に接続され、検出ラインＤＬの他端は、監視ＩＣ（Integrated Circuit）６１に接続されている。監視ＩＣ６１は、基板３０に実装されている。本実施例では、基板３０に対して、４つの監視ＩＣ６１を実装しているが、監視ＩＣ６１の数は、適宜設定することができる。

基板３０としては、検出ラインＤＬなどが印刷されたプリント基板を用いることができる。また、プリント基板としては、例えば、フレキシブルプリント基板を用いることができる。本実施例では、基板３０に搭載領域３２を形成しているが、搭載領域３２を省略することもできる。すなわち、基板３０上の検出ラインＤＬにバスバー４０を直接、接触させることもできる。また、検出ラインＤＬを電極端子１１，１２に直接、接触させることもできる。すなわち、検出ラインＤＬは、電極端子１１，１２と電気的に接続されていればよい。

Ｘ方向における基板３０の両端部には、接続領域３３，３４が設けられており、接続領域３３，３４は、導電性材料で形成されている。接続領域３３は、Ｘ方向における電池スタック１の一端に配置された単電池１０の正極端子１１と電気的に接続される。ここで、接続領域３３と電気的に接続される正極端子１１は、電池スタック１の正極端子となる。このため、電池スタック１の正極端子１１は、ケーブル（図示せず）を介して負荷と接続される。

接続領域３３は、開口部３３ａを有しており、正極端子１１は、開口部３３ａを貫通する。すなわち、電池スタック１の上面に基板３０を組み付けるときには、正極端子１１が開口部３３ａを貫通し、正極端子１１の先端部が基板３０よりも上方に突出する。接続領域３３にも検出ラインＤＬが接続されている。ここで、検出ラインＤＬの一端は、接続領域３３に接続され、検出ラインＤＬの他端は、監視ＩＣ６１に接続されている。

接続領域３４は、Ｘ方向における電池スタック１の他端に配置された単電池１０の負極端子１２と電気的に接続される。ここで、接続領域３４と接続される負極端子１２は、電池スタック１の負極端子となる。このため、電池スタック１の負極端子１２は、ケーブル（図示せず）を介して負荷と接続される。このように、電池スタック１の電極端子１１，１２を、ケーブルを介して負荷と接続することにより、電池スタック１の充放電を行うことができる。

接続領域３４は、開口部３４ａを有しており、負極端子１２は、開口部３４ａを貫通する。すなわち、電池スタック１の上面に基板３０を組み付けるときには、負極端子１２が開口部３４ａを貫通し、負極端子１２の先端部が基板３０よりも上方に突出する。接続領域３４にも検出ラインＤＬが接続されている。ここで、検出ラインＤＬの一端は、接続領域３４に接続され、検出ラインＤＬの他端は、監視ＩＣ６１に接続されている。

基板３０の端部には、コネクタ６２が設けられている。コネクタ６２は、配線を介して、監視ＩＣ６１と接続されており、監視ＩＣ６１で取得された情報を外部に送信するために用いられる。具体的には、コネクタ６２は、図示しない電池ＥＣＵ（Electric Control Unit）に接続されたコネクタと接続される。これにより、監視ＩＣ６１で取得された情報を、電池ＥＣＵに送信することができる。電池ＥＣＵは、監視ＩＣ６１から取得した情報を用いて、電池スタック１又は単電池１０の充放電を制御することができる。

図１に示すバスバー４０は、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０を電気的に接続するために用いられる。本実施例では、電池スタック１を構成する、すべての単電池１０が電気的に直列に接続されている。このため、各バスバー４０は、一方の単電池１０における正極端子１１と、他方の単電池１０における負極端子１２と接続される。バスバー４０は、電極端子１１，１２が貫通する２つの開口部４１を有しており、開口部４１を貫通した電極端子１１，１２の先端部には、ナット４２が締結される。

ここで、電極端子１１，１２の先端部には、ネジ溝が形成されており、このネジ溝は、ナット４２の内周面に形成されたネジ溝と噛み合う。電極端子１１，１２にナット４２を締結することにより、バスバー４０を電極端子１１，１２に固定したり、基板３０を電極端子１１，１２に固定したりすることができる。すなわち、電極端子１１，１２にナット４２を締結することにより、電極端子１１，１２の長手方向（電池スタック１の上下方向）において、バスバー４０や基板３０を固定することができる。上述したように、バスバー４０は、基板３０の搭載領域３２と接触するため、バスバー４０を電極端子１１，１２に接続することにより、搭載領域３２および電極端子１１，１２を電気的に接続することができる。

電極端子１１，１２にナット４２を締結するとき、ナット４２および基板３０（搭載領域３２）の間には、バスバー４０が配置される。ナット４２を基板３０に直接、接触させる構成では、ナット４２を締め付けるときに、基板３０を変形させてしまうおそれがある。本実施例では、ナット４２および基板３０の間にバスバー４０を配置しているため、ナット４２を締め付けるときの力が、基板３０に作用することを防止でき、基板３０の変形を防止することができる。

電池スタック１の電極端子１１，１２には、バスバー４０の代わりに、接続リング４３およびナット４２が締結される。接続リング４３には、電池スタック１および負荷を接続するためのケーブルの端部が接続される。電池スタック１を車両に搭載した場合には、負荷として、上述したモータ・ジェネレータがある。ナット４２を用いることにより、基板３０を電池スタック１の電極端子１１，１２に固定することができる。ここで、電池スタック１の電極端子１１，１２とナット４２との間には、接続リング４３が配置され、接続リング４３は、基板３０の接続領域３３，３４と接触する。これにより、接続リング４３を介して、接続領域３３および正極端子１１を電気的に接続したり、接続領域３４および負極端子１２を電気的に接続したりすることができる。

本実施例では、電池スタック１を構成する、すべての単電池１０が電気的に直列に接続されているが、これに限るものではない。具体的には、電池スタック１には、電気的に並列に接続された複数の単電池１０が含まれていてもよい。複数の単電池１０を電気的に並列に接続するときには、単電池１０（電極端子１１，１２）を配置する向きや、バスバー４０の形状を適宜変更すればよい。すなわち、複数の単電池１０が電気的に並列に接続されるようにすればよい。

基板３０の上面には、ダクト５０が配置されており、ダクト５０の底面は、基板３０の上面と接触している。ダクト５０は、単電池１０の弁１３から排出されたガスを、電池スタック１から遠ざける方向に移動させるために用いられる。例えば、電池スタック１を車両に搭載したときには、ダクト５０を用いることにより、弁１３から排出されたガスを車両の外部に排出させることができる。ここで、図１に示すダクト５０には、他のダクト（図示せず）を接続することができる。

ダクト５０は、基板３０に対して、搭載領域３２や接続領域３３，３４を避けた位置に配置されており、Ｘ方向に延びている。図４に示すように、ダクト５０は、複数の開口部５１を有しており、開口部５１は、開口部３１の数だけ設けられている。図４は、基板３０の側からダクト５０を見たときの概略図である。複数の開口部５１は、ダクト５０の長手方向（Ｘ方向）に沿って配置されており、各開口部５１は、Ｚ方向において各開口部３１と対向している。開口部５１の開口面積は、開口部３１の開口面積と等しいか、開口部３１の開口面積よりも大きくなっている。

図５に示すように、単電池１０の弁１３からガスが排出されると、このガスは、開口部３１，５１を通過して、ダクト５０の内部に移動する。ここで、図５に示す矢印は、ガスの排出方向を示している。そして、ガスは、ダクト５０に沿って移動し、電池スタック１から離れる方向に移動する。ここで、単電池１０の構成によっては、基板３０および弁１３の間に、スペースが形成されることもある。この場合には、図５に示すように、基板３０および弁１３（蓋１４ｂ）の間に、シール部材５２を配置することができる。

シール部材５２は、Ｘ−Ｙ平面内において、弁１３や開口部３１を囲む位置に設けることができる。ここで、弁１３から排出されるガスは、高温状態となっているため、シール部材５２としては、耐熱性材料を用いることが好ましい。シール部材５２を用いることにより、弁１３から排出されたガスを、開口部３１に導きやすくなり、開口部３１に向かう方向とは異なる方向にガスが漏れてしまうことを防止できる。

本実施例では、ダクト５０に複数の開口部５１を設けているが、これに限るものではない。すなわち、開口部５１の数は、適宜設定することができる。例えば、少なくとも２つの開口部３１に対して、１つの開口部５１を設けることができる。この場合であっても、開口部３１を通過したガスは、開口部５１を通過して、ダクト５０の内部に導かれることになる。このように、開口部５１は、開口部３１を通過したガスを、ダクト５０の内部に導くことができればよい。

また、本実施例では、基板３０に開口部３１を形成しているが、開口部３１を省略することもできる。この場合には、基板３０および単電池１０（蓋１４ｂ）の間に、ダクト５０を配置すればよい。これにより、弁１３から排出されたガスをダクト５０に移動させることができる。ここで、基板３０は、ダクト５０の上方に配置されることになるため、本実施例で説明した開口部３１は、不要となる。開口部３１を省略することにより、基板３０の実装面積を確保しやすくなり、配線や監視ＩＣ６１を実装しやすくなる。

図１に示す電池スタック１は、スタックケース（図示せず）に収容することができる。電池スタック１をスタックケースで覆うことにより、電池スタック１を保護することができる。例えば、電池スタック１を車両に搭載するときには、電池スタック１をスタックケースに固定し、スタックケースを車両ボディに固定することができる。車両ボディとしては、例えば、フロアパネル、クロスメンバ、サイドメンバがある。

図３に示すように、基板３０には、監視ＩＣ６１だけでなく、他の電気素子も実装されている。電気素子としては、ヒューズ、抵抗、ツェナーダイオード、コンデンサ、放電抵抗、サーミスタ、サーミスタ用の標準抵抗がある。ここで、図６には、基板３０に実装された回路構成を示している。本実施例において、監視ＩＣ６１を含む、すべての電気素子は、基板３０の上面（一方の面）に実装されている。このように、すべての電気素子を基板３０の上面に実装することにより、電気素子の実装を容易に行うことができる。

図６に示す構成では、１つの監視ＩＣ６１が、４つの単電池１０を監視している。各単電池１０の電極端子１１，１２は、検出ラインＤＬを介して監視ＩＣ６１と接続されている。各検出ラインＤＬには、ヒューズ７１が設けられており、ヒューズ７１は、単電池１０から監視ＩＣ６１に対して過大な電流が流れることを抑制するために用いられる。すなわち、単電池１０から監視ＩＣ６１に過大な電流が流れようとするときには、ヒューズ７１が溶断することにより、単電池１０および監視ＩＣ６１の接続を遮断することができる。

検出ラインＤＬには、抵抗７２が設けられており、抵抗７２は、ヒューズ７１と電気的に直列に接続されている。抵抗７２は、コンデンサ７４とともにＲＣフィルタを構成し、単電池１０の高周波ノイズ成分を遮断する。なお、抵抗７２は省略することができる。ツェナーダイオード７３は、単電池１０の電極端子１１，１２と接続された２つの検出ラインＤＬに接続されている。具体的には、ツェナーダイオード７３のカソードは、単電池１０の正極端子１１と接続された検出ラインＤＬに接続されており、ツェナーダイオード７３のアノードは、単電池１０の負極端子１２と接続された検出ラインＤＬに接続されている。すなわち、ツェナーダイオード７３は、２つの検出ラインＤＬを介して、単電池１０と電気的に並列に接続されている。

ツェナーダイオード７３は、単電池１０から監視ＩＣ６１に過電圧が印加することを抑制するために用いられる。すなわち、単電池１０から監視ＩＣ６１に過電圧が印加しようとするときには、ツェナーダイオード７３のカソードからアノードの側に電流が流れ、監視ＩＣ６１に過電圧が印加することを抑制する。

各単電池１０には、検出ラインＤＬを介して、２つのコンデンサ７４が電気的に並列に接続されている。２つのコンデンサ７４は、電気的に直列に接続されており、一方のコンデンサ７４の一端は、単電池１０の正極端子１１と接続された検出ラインＤＬに接続されている。また、他方のコンデンサ７４の一端は、単電池１０の負極端子１２と接続された検出ラインＤＬに接続されている。図６に示すように、コンデンサ７４は、ツェナーダイオード７３よりも監視ＩＣ６１の側に配置されている。

本実施例では、各単電池１０に対して、２つのコンデンサ７４を電気的に並列に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、各単電池１０に対して、１つのコンデンサ７４を電気的に並列に接続することもできる。

コンデンサ７４には、単電池１０の電荷がチャージされる。これにより、２つのコンデンサ７４の電圧値は、単電池１０の電圧値と等しくなる。監視ＩＣ６１は、２つのコンデンサ７４の電圧値を検出することにより、単電池１０の電圧値を取得することができる。単電池１０の正極端子１１と接続された検出ラインＤＬには、放電抵抗７５の一端が接続されている。また、放電抵抗７５の他端は、監視ＩＣ６１の内部に設けられたトランジスタに接続されている。

放電抵抗７５は、複数の単電池１０における電圧値又はＳＯＣ（State of Charge）を均等化させるために用いられる。ここで、電圧値又はＳＯＣを均等化させる処理を、均等化処理という。ＳＯＣとは、満充電容量に対する、現在の充電容量の割合を示す。

上述したように、監視ＩＣ６１は、複数の単電池１０のそれぞれにおける電圧値を取得することができる。ここで、複数の単電池１０における電圧値にバラツキが発生しているときには、均等化処理を行うことができる。複数の単電池１０における電圧値がばらついた状態において、電池スタック１の充放電を継続させると、特定の単電池１０の電圧値だけが、上限電圧又は下限電圧に到達してしまうことがある。この場合には、特定の単電池１０を除く、他の単電池１０では、充電又は放電が制限されてしまい、効率良く充放電を行うことができなくなってしまう。

そこで、均等化処理によって、電圧値のバラツキを抑制すれば、すべての単電池１０を効率良く充放電させることができる。均等化処理では、例えば、最も高い電圧値を示す単電池１０を特定し、この単電池１０を放電させることにより、放電電流を放電抵抗７５に流すことができる。単電池１０を放電させれば、単電池１０の電圧値を低下させることができる。このように、最も高い電圧値を示す単電池１０を放電させることにより、複数の単電池１０における電圧値のバラツキを抑制することができる。

ここで、監視ＩＣ６１は、放電抵抗７５と電気的に直列に接続されたスイッチを有しており、このスイッチをオンにすることにより、単電池１０の放電電流を放電抵抗７５に流すことができる。監視ＩＣ６１には、２つの電力ラインＰＬが接続されており、一方の電力ラインＰＬは、監視ＩＣ６１のＶＣＣ端子と接続され、他方の電力ラインＰＬは、監視ＩＣ６１のＧＮＤ端子と接続されている。

監視ＩＣ６１には、サーミスタ（本発明の温度センサに相当する）７６が接続されており、サーミスタ７６は、単電池１０の温度を検出するために用いられる。ここで、サーミスタ７６の一端は、監視ＩＣ６１に接続され、サーミスタ７６の他端は、接地されている。ＶＣＣ端子から入力される電源電圧から、監視ＩＣ６１の内部における基準電圧が生成され、標準抵抗７７およびサーミスタ７６によって分圧され、分圧された電圧値が監視ＩＣ６１に入力される。単電池１０の温度に応じて、サーミスタ７６の抵抗値が変化すれば、監視ＩＣ６１に入力される電圧値も変化する。このため、監視ＩＣ６１は、入力される電圧値を監視することにより、単電池１０の温度を取得することができる。

本実施例では、サーミスタ７６が基板３０の上面に実装されている。言い換えれば、サーミスタ７６は、単電池１０と対向する基板３０の面（下面）とは反対側の面（上面）に設けられている。サーミスタ７６は、単電池１０の温度を検出するために用いられるため、単電池１０の近傍に配置することが好ましい。ここで、単電池１０と対向する基板３０の下面にサーミスタ７６を設ければ、サーミスタ７６を用いて、単電池１０の温度を検出しやすくなる。

一方、基板３０の上面にサーミスタ７６を実装したときには、図７に示すように、基板３０にスルーホール３５を形成し、サーミスタ７６の配線７６ａを基板３０の下面まで延ばすことができる。基板３０の下面に位置する配線７６ａは、単電池１０と隣り合うことになるため、単電池１０の温度に応じて、サーミスタ７６の抵抗値を変化させやすくなる。ここで、基板３０の下面に位置する配線７６ａを単電池１０に接触させれば、単電池１０の温度に応じて、サーミスタ７６の抵抗値をより変化させやすくなる。

電池スタック１の上面に基板３０を取り付けるときにおいて、基板３０および単電池１０の接続は、Ｘ方向における電池スタック１の一端から他端に向かって行うことができる。すなわち、図８に示すように、Ｘ方向における電池スタック１の端から順に、基板３０および単電池１０の接続を行うことができる。言い換えれば、Ｘ方向における電池スタック１の端から順に、単電池１０の電極端子１１，１２に対してナット４２やバスバー４０が締結される。

ここで、基板３０として、フレキシブル基板を用いれば、基板３０および単電池１０の接続を容易に行うことができる。すなわち、基板３０を変形させながら、基板３０および単電池１０の接続を順に行うことができる。

電池スタック１の端から順に、基板３０および単電池１０の接続を行うことにより、監視ＩＣ６１の寄生ダイオードによる過電流の発生を抑制できる。基板３０を用いた構成では、電極端子１１，１２に対するナット４２の締結は、自由に行うことができる。このため、基板３０および単電池１０を不規則に接続することもできる。

しかし、基板３０および単電池１０の接続（言い換えれば、ナット４２の締結）を不規則に行ってしまうと、検出ラインＤＬを介して、単電池１０と接続された監視ＩＣ６１の寄生ダイオードによって、過電流が流れてしまうおそれがある。例えば、電極端子１１，１２およびバスバー４０を不規則に接続してしまうと、複数の単電池１０が電気的に直列に接続された後に、複数の単電池１０における端子が監視ＩＣ６１と接続されてしまうことがある。

この場合には、監視ＩＣ６１の寄生ダイオードによって、複数の単電池１０からの過電流が流れてしまう。本実施例によれば、電池スタック１の端に位置する単電池１０から順に、バスバー４０および電極端子１１，１２を接続しているため、上述したように、複数の単電池１０が電気的に直列に接続された後に、複数の単電池１０における端子が監視ＩＣ６１と接続されることを防止できる。したがって、監視ＩＣ６１の寄生ダイオードによる過電流の発生を防止できる。

本実施例では、基板３０の撓みを抑制するために、図９又は図１０に示すように、基板３０に対して補強部材３６を設けることができる。特に、基板３０として、フレキシブル基板を用いたときには、基板３０が撓みやすくなるため、補強部材３６を設けることが好ましい。基板３０が変形してしまうと、基板３０に実装された回路構成において、接続不良などが発生してしまうおそれがある。そこで、補強部材３６を用いて、基板３０の変形を抑制すれば、接続不良などが発生することを防止できる。補強部材３６は、基板３０と同様に、耐熱性材料で形成することができる。

図９に示す構成では、補強部材３６が基板３０の全面に対して設けられており、図１０に示す構成では、複数の補強部材３６が基板３０に対して設けられている。図９や図１０に示す構成では、基板３０の下面に補強部材３６が設けられているが、基板３０の上面に補強部材３６が設けられていてもよい。

図９又は図１０に示す構成において、補強部材３６のうち、電極端子１１，１２を貫通させる部分には、開口部が形成されている。ここで、補強部材３６は、接着剤などを用いて、基板３０に予め固定しておくこともできるし、補強部材３６および基板３０を固定せずに、重ねるだけであってもよい。図１０に示す構成において、補強部材３６を設ける位置や、補強部材３６の数は、適宜設定することができる。すなわち、基板３０の撓みを抑制できるように、補強部材３６を適宜配置すればよい。

本実施例の電池スタック１では、図１に示すように、単電池１０およびバスバー４０の間に基板３０を配置しているが、これに限るものではない。本実施例で説明したように、バスバー４０は、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０を電気的に接続することができればよい。このため、例えば、図１１に示す電池スタック１のように、基板３０および単電池１０の間にバスバー４０を配置することもできる。

図１１は、本実施例の変形例である電池スタック１の分解図である。図１１において、本実施例（特に、図１）で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。また、図１１では、電池スタック１の上面に配置される拘束バンド２３を省略している。

図１１に示す構成において、単電池１０の電極端子１１，１２は、本実施例と同様に、バスバー４０や基板３０を貫通しており、基板３０から突出した電極端子１１，１２には、ナット４２が締結される。本変形例では、バスバー４０および基板３０の間に、バネ座金４４が配置されており、電極端子１１，１２は、バネ座金４４を貫通している。バネ座金４４は、バネ座金４４を挟むバスバー４０および基板３０を互いに引き離す方向（電池スタック１の上下方向）の付勢力を発生させる。そして、バネ座金４４を用いることにより、ナット４２の緩みなどを抑制することができる。

なお、バネ座金４４を配置する位置は、適宜設定することができる。図１１に示すように、電池スタック１の上方から下方に向かって、ナット４２、基板３０、バスバー４０および単電池１０の順に配置されているとき、電池スタック１の上下方向において、互いに隣り合う２つの部材の間に、バネ座金４４を配置することができる。具体的には、ナット４２および基板３０の間、基板３０およびバスバー４０の間、又は、バスバー４０および単電池１０の間に、バネ座金４４を配置することができる。

また、ナット４２、基板３０、バスバー４０および単電池１０のうち、互いに隣り合う２つの部材の間にバネ座金４４を配置するときには、複数のバネ座金４４を用いることもできる。具体的には、ナット４２および基板３０の間、基板３０およびバスバー４０の間、および、バスバー４０および単電池１０の間のうち、少なくとも２つにおいて、バネ座金４４を配置することもできる。

一方、図１に示す構成であっても、本変形例で説明したバネ座金４４を用いることができる。図１に示す構成において、バネ座金４４を用いる場合にも、バネ座金４４を配置する位置は、適宜設定することができる。図１に示す構成では、ナット４２およびバスバー４０（接続リング４３を含む）の間、バスバー４０および基板３０の間、基板３０および単電池１０の間のうち、少なくとも１つにおいて、バネ座金４４を配置することができる。

本変形例において、基板３０の下面、言い換えれば、バスバー４０と対向する基板３０の面には、バスバー４０と接触する領域（本実施例で説明した搭載領域３２に相当する）が設けられている。基板３０の上面には、図３に示す構成と同様に、複数の電気素子が実装されている。この電気素子としては、図３を用いて説明したように、検出ラインＤＬ、ヒューズ、抵抗、ツェナーダイオード、コンデンサ、放電抵抗、サーミスタ、サーミスタ用の標準抵抗、監視ＩＣ６１がある。

バスバー４０と接触する基板３０の領域には、スルーホールが形成されている。基板３０の下面と接触するバスバー４０は、基板３０に形成されたスルーホールを介して、基板３０の上面に実装された検出ラインＤＬと電気的に接続されている。これにより、基板３０の上面に実装された電気素子を単電池１０と電気的に接続することができる。

１：電池スタック、１０：単電池、１１：正極端子（電極端子）、
１２：負極端子（電極端子）、１３：弁、１４：電池ケース、１４ａ：ケース本体、
１４ｂ：蓋、２１：仕切り板、２２：エンドプレート、２３：拘束バンド、
２４：カバー、３０：基板、３１：開口部、３２：搭載領域、３２ａ：開口部、
３３，３４：接続領域、３３ａ,３４ａ：開口部、３５：スルーホール、３６：補強部材、
４０：バスバー、４１：開口部、４２：ナット、４３：接続リング、５０：ダクト、
５１：開口部、５２：シール部材、６１：監視ＩＣ、６２：コネクタ、７１：ヒューズ、
７２：抵抗、７３：ツェナーダイオード、７４：コンデンサ、７５：放電抵抗、
７６：サーミスタ、７７：標準抵抗

Claims (9)

1. 所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、
   前記各蓄電素子の電極端子が貫通する基板と、
   前記基板を貫通する前記電極端子と接続され、前記複数の蓄電素子を電気的に接続するバスバーと、を有し、
   前記蓄電素子は、前記蓄電素子の内部で発生したガスを前記蓄電素子の外部に排出させる弁を有しており、
   前記基板には、前記電極端子と電気的に接続され、前記各蓄電素子の電圧を検出するための電圧検出線と、前記電圧検出線が接続される電子回路とが実装されているとともに、前記弁から排出されたガスを通過させて、ダクトに導く開口部が形成されていることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記基板および前記弁の間であって、前記弁および前記開口部を囲む位置に配置されたシール部材を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記基板を貫通した前記電極端子に締結され、前記電極端子の長手方向において、前記バスバーおよび前記基板を固定するためのナットを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 前記電極端子が貫通するバネ座金を有しており、
   前記バネ座金は、前記電極端子の長手方向において前記バネ座金を挟む部材を互いに離す方向に付勢することを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置。
5. 前記蓄電素子の温度を検出する温度センサを有しており、
   前記温度センサは、前記基板に実装され、前記電子回路と接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電装置。
6. 前記基板と重ねて配置され、前記基板の変形を抑制する補強部材を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電装置。
7. 前記基板は、耐熱性材料で形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電装置。
8. 前記基板がフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の蓄電装置。
9. 所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子に取り付けられる基板であって、
   前記各蓄電素子の電極端子を貫通させる開口部と、
   前記開口部を貫通する前記電極端子と接続され、前記複数の蓄電素子を電気的に接続するバスバーが搭載される搭載領域と、
   前記各蓄電素子の弁から前記蓄電素子の外部に排出されたガスを通過させて、ダクトに導く開口部と、
   前記基板に実装されており、前記電極端子と電気的に接続されて前記各蓄電素子の電圧を検出するための電圧検出線と、
   前記基板に実装され、前記電圧検出線が接続された電子回路と、
   を有することを特徴とする基板。

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