JP6213203B2

JP6213203B2 - 組電池

Info

Publication number: JP6213203B2
Application number: JP2013256267A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　浩恭; 浩恭鈴木
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: JP2015115190A

Description

本発明は、直列接続された複数の電池セルを備える組電池に関する。

従来、電力を用いて走行する電動車には、複数の電池セルを直列に接続し、高電圧を得られるように構成した組電池が搭載されている。ここで、組電池内の一部の電池セルが故障した場合、組電池全体の電流流路が遮断されるため、電動車の走行が行えなくなる場合がある。これを回避するため、それぞれの電池セルに対して並列に整流素子を接続し、電池セルの故障時には整流素子側に電流を迂回させることによって、限定的な移動行動（リンプホーム）を可能としている（特許文献１参照）。

特開２０１３−１６２５９７号公報

整流素子側に電流を迂回させると、整流素子に順電流が流れ、電流の大きさによっては整流素子が発熱するため、整流素子の放熱を図る必要がある。
そのため、従来は、ヒートシンクなどの専用の部材を整流素子毎に設ける必要があり、コストの抑制を図る上で不利がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、整流素子の放熱を効率よく行なうと共に、コストの抑制を図る上で有利な電池セルを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、直列接続された複数の電池セルと、各複数の電池セルにそれぞれ配置された正極端子と負極端子と、各複数の電池セルにそれぞれ並列に接続されて配置された複数の整流素子とを備える組電池であって、前記整流素子は、電流が流れることで発熱する本体を有し、前記整流素子の本体は、前記正極端子または前記負極端子に接触して前記本体の熱が前記正極端子または前記負極端子に伝導されるように配置され、前記正極端子および前記負極端子は、前記各電池セルの電圧または温度を検出する検出部を構成する検出基板を取着するためのねじ孔を有し、前記本体は、ねじ挿通孔を具備し、前記ねじ挿通孔を挿通するねじが前記ねじ孔に螺合することで、前記本体が前記検出基板と共に前記正極端子または前記負極端子に取着され、前記本体の熱が前記ねじを介して前記正極端子または前記負極端子へ伝導されることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記複数の電池セルは、隣り合う前記電池セルの前記正極端子と前記負極端子とがバスバーを介して電気的に接続されることで直列接続され、前記本体の熱が前記正極端子または前記負極端子を介して前記バスバーへ伝導されるように構成されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記整流素子は、前記本体に設けられたアノード端子およびカソード端子を有し、前記アノード端子は、第１の配線を介して前記負極端子に電気的に接続され、前記カソード端子は、第２の配線を介して前記正極端子に電気的に接続されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記整流素子は、前記本体に設けられたアノード端子およびカソード端子並びに前記本体の熱を放熱する放熱板を有し、前記放熱板は、前記カソード端子と電気的に接続された金属板で形成され、前記アノード端子は、配線を介して前記負極端子に電気的に接続され、前記カソード端子は、前記放熱板を介して前記正極端子と電気的に接続されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、本体の熱が正極端子または負極端子に伝導されるため、本体の熱は、正極端子または負極端子から熱容量の大きな電池セルに効率よく放熱される。
そのため、整流素子の放熱を効率よく行なうことができると共に、ヒートシンクなどの専用の部材を整流素子毎に設ける必要がないため、コストの抑制を図る上で有利となる。
また、整流素子を電池セルに取着するための加工や専用の取り付け部材が不要となりコストを抑制する上でより有利となる。また、ねじが熱を伝導するため、整流素子の放熱を効率よく行なう上でより有利となる。
請求項２記載の発明によれば、本体の熱が正極端子または負極端子を介してバスバーへ伝導されるため、整流素子の放熱を効率よく行なう上でより有利となる。
請求項３記載の発明によれば、整流素子と正極端子および負極端子との配線が確実になされているか否を目視により容易に確認でき、作業性の向上を図る上で有利となっている。
請求項４記載の発明によれば、カソード端子と正極端子と接続する配線を省略できるため、コストを抑制する上でより有利となる。

組電池の構成を模式的に示す回路図である。第１の実施の形態に係る組電池の構成を示す斜視図である。（Ａ）は正極端子の上に検出基板が重ねられ検出基板の上に整流素子が重ねられた構成を示す断面図、（Ｂ）は正極端子の上に整流素子が重ねられ整流素子の上に検出基板が重ねられた構成を示す断面図である。第２の実施の形態に係る組電池の構成を示す斜視図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施の形態に係る組電池は、電力を用いてモータを駆動して走行する電動車に搭載され、電動車の走行用電力を蓄電する走行用バッテリとして用いられるものである。
まず、一般的な組電池の電気的な構成について説明する。
図１に示すように、組電池１０は、直列接続された複数の電池セル１２と、各複数の電池セル１２にそれぞれ並列に接続された複数の整流素子１８とを備え、負荷Ｒ（モータ）に電力を供給するものである。
複数の電池セル１２のうち、いずれかの電池セル１２が故障した場合、当該電池セル１２に接続された整流素子１８を通って電流が迂回して流れることにより、組電池１０から負荷Ｒに対する電力供給を維持し、限定的な移動行動（リンプホーム）を可能としている。

次に、本実施の形態の組電池１０の構成について詳細に説明する。
図２に示すように、組電池１０は、複数の電池セル１２と、複数のバスバー１４と、検出基板１６と、複数の整流素子１８とを含んで構成されている。
各電池セル１２は、セル本体２０と、セル本体２０（電池セル１２）にそれぞれ配置された正極端子２２Ａと、負極端子２２Ｂとを含んで構成されている。
セル本体２０は、直方体状を呈している。
セル本体２０は、長方形状の底面壁２００２と、底面壁２００２の一対の長辺から起立された２つの側面壁２００４と、底面壁２００２の一対の短辺から起立された２つの端面壁２００６と、それら側面壁２００４と端面壁２００６の上縁を接続する上面壁２００８とを備えている。
正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂは、電池セル１２から電力を取り出すと共に、電池セル１２に電力を充電するために用いられるものである。
正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂは、上面壁２００８の長さ方向の両側寄りの箇所に設けられている。
本実施の形態では、正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂは、それぞれ矩形板状を呈する板部２２０２と、板部２２０２から上方に突設された雄ねじ部２２０４と、板部２２０２のうち上面壁２００８の長さ方向の内側寄りの箇所に設けられたねじ孔２２０６とを有している。
雄ねじ部２２０４は、後述するバスバー１４を接続するためのものであり、ねじ孔２２０６は、後述する検出基板１６を取着するためのものである。
各電池セル１２は、隣り合う電池セル１２の側面壁２００４が互いに対向するように並べられており、各電池セル１２は、電池セル１２が並べられる方向において正極端子２２Ａと負極端子２２Ｂとが交互に位置するように配置されている。

複数のバスバー１４は、銅などの導電材料で構成されており、帯板状を呈し、その両端に雄ねじ部２２０４が挿通可能な挿通孔が形成されている。
各バスバー１４は、それらの挿通孔に隣り合う電池セル１２の正極端子２２Ａの雄ねじ部２２０４と負極端子２２Ｂの雄ねじ部２２０４とが挿通された状態で、各雄ねじ部２２０４にナット２４が螺合されることで正極端子２２Ａと負極端子２２Ｂとを電気的に接続している。
したがって、複数の電池セル１２は、隣り合う電池セル１２の正極端子２２Ａと負極端子２２Ｂとがバスバー１４を介して電気的に接続されることで直列接続されている。

検出基板１６は、各電池セル１２の電圧または温度を検出すると共に、検出した各電池セル１２の電圧や温度のデータを上位の制御装置に供給する検出回路を構成するものである。
検出基板１６は、プリント配線基板に電子部品が実装されることで構成されている。
本実施の形態では、検出基板１６は、各電池セル１２の正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂのうち、バスバー１４で接続された箇所を除く部分を覆う矩形板状を呈している。
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、検出基板１６は、正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂのねじ孔２２０６に対応する箇所にねじ挿通孔１６０２が形成されている。
検出基板１６と正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂとの電気的な接続は、正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂのねじ孔２２０６に螺合するねじ２を介して行なわれる。ねじ２は、金属製であり、熱伝導性を有している。

図２、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、整流素子１８は、本体１８０２と、アノード端子１８０４およびカソード端子１８０６を備えている。
整流素子１８は、アノード端子１８０４からカソード端子１８０６に電流を流す一方、カソード端子１８０６からアノード端子１８０４へは電流をほとんど流さない整流動作を行なうダイオードで構成されている。このようなダイオードとして、例えばショットキーバリアダイオードなどの従来公知の様々なダイオードが使用可能である。
本体１８０２は、アノード端子１８０４からカソード端子１８０６に向かって電流（順電流）が流れることによって発熱する。
本実施の形態では、本体１８０２は、パッケージ１８０２Ａと、放熱板１８０２Ｂとを有している。
パッケージ１８０２Ａは、矩形板状を呈し、その一側から軸状のアノード端子１８０４およびカソード端子１８０６が互いに間隔をおいて突設され平行に延在している。
放熱板１８０２Ｂは、パッケージ１８０２Ａよりも小さい厚さの矩形板状を呈し、放熱板１８０２Ｂはパッケージ１８０２Ａの他側からアノード端子１８０４およびカソード端子１８０６の反対方向に突設されている。
放熱板１８０２Ｂは、金属製であり、熱伝導性を有し、取り付け用のねじ挿通孔１８１０が形成されている。

整流素子１８および検出基板１６の電池セル１２への取り付けは以下のようになされている。
図３（Ａ）に示すように、各正極端子２２Ａおよび各負極端子２２Ｂの上に（板部２２０２の上に）検出基板１６が重ね合わされ、整流素子１８は検出基板１６を挟んで正極端子２２Ａの上に重ねられている。
この状態で、ねじ２が放熱板１８０２Ｂのねじ挿通孔１８１０、検出基板１６のねじ挿通孔１６０２を挿通して各正極端子２２Ａのねじ孔２２０６に螺合すると共に、ねじ２が検出基板１６のねじ挿通孔１６１０を挿通して各負極端子２２Ｂのねじ孔２２０６に螺合することで整流素子１８および検出基板１６が電池セル１２に取着されている。
すなわち、図３（Ａ）の場合、整流素子１８の本体１８０２が検出基板１６と共に正極端子２２Ａに結合されることで、本体１８０２の熱が、熱伝導性を有する部材であるねじ２を介し正極端子２２Ａに伝導されるように図られている。
言い換えると、整流素子１８の本体１８０２は、正極端子２２Ａに接触して本体１８０２の熱が正極端子２２Ａに伝導されるように配置されている。

また、整流素子１８および検出基板１６の電池セル１２への取り付けは以下のようになされてもよい。
図３（Ｂ）に示すように、各正極端子２２Ａ（板部２２０２）の上に整流素子１８が重ね合わされ、検出基板１６は、整流素子１８を挟んで正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂの上に重ねられている。なお、図中、符号２６は、放熱板１８０２Ｂと基板との隙間に配置される円筒状のスペーサを示す。
この状態で、ねじ２が検出基板１６のねじ挿通孔１６０２、スペーサ２６の孔、放熱板１８０２Ｂのねじ挿通孔１８１０を挿通して各正極端子２２Ａに螺合すると共に、ねじ２が検出基板１６のねじ挿通孔１６０２、負極端子２２Ｂのねじ孔２２０６に螺合することで整流素子１８および検出基板１６が電池セル１２に取着されている。
すなわち、図３（Ｂ）の場合、整流素子１８の本体１８０２が検出基板１６と共に正極端子２２Ａに結合されることで、整流素子１８の本体１８０２が正極端子２２Ａに直接接触し、本体１８０２の熱が正極端子２２Ａに伝導されるように図られている。
言い換えると、整流素子１８の本体１８０２は、正極端子２２Ａに接触して本体１８０２の熱が正極端子２２Ａに伝導されるように配置されている。

また、図２に示すように、整流素子１８のアノード端子１８０４は第１の配線２８を介して負極端子２２Ｂに電気的に接続され、カソード端子１８０６は、第２の配線３０を介して正極端子２２Ａに電気的に接続されている。
より詳細には、第１の配線２８の一端はアノード端子１８０４に接続され、第１の配線２８の他端は負極端子２２Ｂのねじ孔２２０６に螺合するねじ２の頭部と検出基板１６との間に挟持されることで負極端子２２Ｂに接続されている。
また、第２の配線３０の一端はカソード端子１８０６に接続され、第２の配線３０の他端は正極端子２２Ａのねじ孔２２０６に螺合するねじ２の頭部と放熱板１８０２Ｂとの間に挟持されることで正極端子２２Ａに接続されている。あるいは、第２の配線３０の他端はねじ２の頭部と検出基板１６との間に挟持されることで負極端子２２Ｂに接続されている。
このようにアノード端子１８０４が第１の配線２８を介して負極端子２２Ｂに電気的に接続され、カソード端子１８０６が第２の配線３０を介して正極端子２２Ａに電気的に接続されているため、整流素子１８と正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂとの配線が確実になされているか否を目視により容易に確認でき、作業性の向上を図る上で有利となっている。

次に、整流素子１８に電流が流れた場合の動作について説明する。
組電池１０を構成する複数の電池セル１２の１つが故障することで、その電池セル１２の整流素子１８に電流が流れると、本体１８０２が発熱する。
例えば、図３（Ａ）に示すように、整流素子１８が検出基板１６上に重ねられている場合は、本体１８０２から発生した熱は、放熱板１８０２Ｂからねじ２を介して正極端子２２Ａに伝導される。
正極端子２２Ａに伝導された熱は、正極端子２２Ａで放熱されると共に、熱容量が大きな電池セル１２内部に効率よく放熱される。
また、正極端子２２Ａに伝導された熱は、正極端子２２Ａに接続されているバスバー１４に伝導され、さらにバスバー１４に伝導された熱は、バスバー１４で放熱されると共に、バスバー１４から他の電池セル１２の負極端子２２Ｂに伝達され、負極端子２２Ｂで放熱されると共に、他の電池セル１２内部に効率よく放熱される。

また、図３（Ｂ）に示すように、整流素子１８が正極端子２２Ａの上に重ねられている場合は、本体１８０２から発生した熱は、放熱板１８０２Ｂから正極端子２２Ａに伝達される。
正極端子２２Ａに伝達された熱は、正極端子２２Ａで放熱されると共に、熱容量が大きな電池セル１２内部に効率よく放熱される。
また、正極端子２２Ａに伝達された熱が、バスバー１４で放熱されると共に、バスバー１４を介して他の電池セル１２に効率よく放熱されることは上記と同様である。

したがって、本実施の形態によれば、本体１８０２の熱が正極端子２２Ａに伝導され、本体１８０２の熱は、正極端子２２Ａから熱容量の大きな電池セル１２に効率よく放熱される。
そのため、整流素子１８の放熱を効率よく行なうことができると共に、ヒートシンクなどの専用の部材を整流素子１８毎に設ける必要がないため、コストの抑制を図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、複数の電池セル１２が隣り合う電池セル１２の正極端子２２Ａと負極端子２２Ｂとがバスバー１４を介して電気的に接続されることで直列接続されている。
したがって、本体１８０２の熱が正極端子２２Ａを介してバスバー１４へ伝導されるため、整流素子１８の放熱を効率よく行なう上でより有利となる。

また、本実施の形態では、正極端子２２Ａが検出基板１６を取着するためのねじ孔２２０６を有し、本体１８０２のねじ挿通孔１８１０を挿通するねじ２がねじ孔２２０６に螺合することで、本体１８０２が正極端子２２Ａに取着されているため、整流素子１８を電池セル１２に取着するための加工や専用の取り付け部材が不要となりコストを抑制する上でより有利となる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について図４を参照して説明する。
なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態と同様の部分、部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
第２の実施の形態は、整流素子１８と正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂとの配線構造が第１の実施の形態と異なり、その他の点については第１の実施の形態と同様である。

図４に示すように、整流素子１８が本体１８０２に設けられたアノード端子１８０４およびカソード端子１８０６を有し、本体１８０２が本体１８０２の熱を放熱する放熱板１８０２Ｂを有し、アノード端子１８０４が第１の配線２８（配線）を介して負極端子２２Ｂに電気的に接続されている点は第１の実施の形態と同様である。
第２の実施の形態では、放熱板１８０２Ｂは、カソード端子１８０６と電気的に接続された金属板で形成されている。そのため、カソード端子１８０６と正極端子２２Ａとを接続する第２の配線３０が省略されており、カソード端子１８０６は、放熱板１８０２Ｂを介して正極端子２２Ａと電気的に接続されている。
すなわち、図３（Ａ）に示すように、整流素子１８が検出基板１６上に重ねられている場合は、放熱板１８０２Ｂを挿通するねじ２が正極端子２２Ａのねじ孔２２０６に螺合することで、カソード端子１８０６が放熱板１８０２Ｂとねじ２を介して正極端子２２Ａに電気的に接続されている。
また、図３（Ｂ）に示すように、整流素子１８が正極端子２２Ａの上に重ねられている場合は、放熱板１８０２Ｂが正極端子２２Ａ（板部２２０２）に当接することで、カソード端子１８０６が放熱板１８０２Ｂを介して正極端子２２Ａに電気的に接続されている。

このような第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、第１の実施の形態に比較してカソード端子１８０６と正極端子２２Ａと接続する配線を省略できるため、コストを抑制する上でより有利となる。

なお、実施の形態では、整流素子１８の本体１８０２の熱が正極端子２２Ａに放熱される場合について説明したが、整流素子１８の本体１８０２の熱が負極端子２２Ｂに放熱されてもよいことは無論である。
また、実施の形態では、検出基板１６を取着するために正極端子２２Ａに形成されたねじ孔２２０６を利用して整流素子１８を電池セル１２に取着した場合について説明したが、整流素子１８を電池セル１２に取着する構造として従来公知の様々な取付構造が使用可能である。

１０組電池
１２電池セル
１４バスバー
１６検出基板
１６０２ねじ挿通孔
１８整流素子
１８０２本体
１８０２Ａパッケージ
１８０２Ｂ放熱板
１８０４アノード端子
１８０６カソード端子
１８１０ねじ挿通孔
２２Ａ正極端子
２２Ｂ負極端子
２２０６ねじ孔
２８第１の配線（配線）
３０第２の配線

Claims

直列接続された複数の電池セルと、各複数の電池セルにそれぞれ配置された正極端子と負極端子と、各複数の電池セルにそれぞれ並列に接続されて配置された複数の整流素子とを備える組電池であって、
前記整流素子は、電流が流れることで発熱する本体を有し、
前記整流素子の本体は、前記正極端子または前記負極端子に接触して前記本体の熱が前記正極端子または前記負極端子に伝導されるように配置され、
前記正極端子および前記負極端子は、前記各電池セルの電圧または温度を検出する検出部を構成する検出基板を取着するためのねじ孔を有し、
前記本体は、ねじ挿通孔を具備し、
前記ねじ挿通孔を挿通するねじが前記ねじ孔に螺合することで、前記本体が前記検出基板と共に前記正極端子または前記負極端子に取着され、
前記本体の熱が前記ねじを介して前記正極端子または前記負極端子へ伝導される、
ことを特徴とする組電池。
前記複数の電池セルは、隣り合う前記電池セルの前記正極端子と前記負極端子とがバスバーを介して電気的に接続されることで直列接続され、
前記本体の熱が前記正極端子または前記負極端子を介して前記バスバーへ伝導されるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の組電池。
前記整流素子は、前記本体に設けられたアノード端子およびカソード端子を有し、
前記アノード端子は、第１の配線を介して前記負極端子に電気的に接続され、
前記カソード端子は、第２の配線を介して前記正極端子に電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の組電池。
前記整流素子は、前記本体に設けられたアノード端子およびカソード端子並びに前記本体の熱を放熱する放熱板を有し、
前記放熱板は、前記カソード端子と電気的に接続された金属板で形成され、
前記アノード端子は、配線を介して前記負極端子に電気的に接続され、
前記カソード端子は、前記放熱板を介して前記正極端子と電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の組電池。