WO2021199489A1 - 電池モジュール、電池モジュールを備える電動車両及び蓄電装置 - Google Patents

電池モジュール、電池モジュールを備える電動車両及び蓄電装置 Download PDF

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voltage
cell
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矢野 準也
智徳 國光
中山 正人
泰輔 濱田
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module in which a plurality of battery cells are connected, an electric vehicle equipped with the battery module, and a power storage device, and is particularly mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, or an electric motorcycle to drive a vehicle.
  • the present invention relates to a battery module for supplying power to a motor to be operated, a battery module for a large current used for storage applications for homes and factories, and an electric vehicle and a power storage device provided with the battery module.
  • the “battery module” refers to all batteries including a voltage detection circuit in which end plates are arranged on both end surfaces of a plurality of battery cells, a pair of end plates are connected by a bind bar, and a voltage of the battery cells is detected. It is used in a broad sense to include a module, for example, a “battery pack" that does not have a built-in control circuit such as a charge / discharge control circuit that controls charge / discharge current.
  • a battery module including a plurality of battery cells is used as a power source for vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles, and a power source for power storage systems for factories and households (see, for example, Patent Document 1).
  • An example of such a battery module is shown in an exploded perspective view of FIG.
  • a plurality of battery cells 901 are laminated to form a battery laminate 902, end plates 903 are arranged on both end surfaces of the battery laminate 902, and a pair of end plates 903 are bound to a bind bar 904.
  • the battery cell 901 is fixed by fastening with.
  • Each battery cell 901 has a pair of positive and negative electrode terminals 911 arranged on the terminal surface 910 on the upper surface.
  • the positive and negative electrode terminals 911 are electrically connected via the bus bar 914, and the battery cells 901 are connected in series or in parallel.
  • a circuit board 906 connected to each battery cell 901 is arranged on the upper surface of the battery laminate 902.
  • the circuit board 906 is equipped with a voltage detection circuit that detects the voltage of the battery cell 901 so that the battery cell 901 can be charged and discharged while being protected.
  • the above battery modules have the drawback that the overall height is high because the circuit board is placed on the battery stack. In order to eliminate this defect, the present inventors have eliminated the circuit board by moving it from the top of the battery laminate to the surface of the end plate.
  • the battery module in which the circuit board is arranged on the surface of the end plate has a drawback that the wiring pattern of the circuit board becomes complicated. This is because voltage detection lines are arranged on both sides of the battery stack, and the cell voltage of each battery cell is input to both sides of the circuit board via separate connectors.
  • the voltage of each battery cell is input from separate connectors arranged on both sides of the circuit board, and the voltage of a large number of battery cells is input to both sides of the circuit board in order.
  • the cell voltage input from the separate connectors arranged on both sides is input to the voltage detection circuit via the wiring pattern of the circuit board, but this circuit board has a drawback that the wiring pattern becomes complicated.
  • the present invention has been developed for the purpose of preventing further adverse effects, and an object of the present invention is to reduce the height of the battery module while simplifying the wiring pattern of the circuit board to achieve high reliability.
  • the purpose is to provide technology that realizes safety.
  • a battery module connects a battery laminate formed by stacking a plurality of battery cells, a pair of end plates arranged at both ends in the stacking direction of the battery laminate, and an end plate.
  • a bind bar an electronic circuit block including a voltage detection circuit for detecting the voltage of each battery cell, and a plurality of voltage detection lines connecting the positive and negative electrode terminals of each battery cell and the electronic circuit block. It has.
  • the battery cell has terminal surfaces in which positive and negative electrode terminals are arranged at both ends, and the battery laminate is a laminate in which a plurality of battery cells are laminated with the terminal surfaces on the same plane.
  • the electronic circuit block is arranged on the outer surface of the end plate and includes a circuit board on which a voltage detection circuit is mounted.
  • the circuit board fixes one connector formed by linearly arranging a plurality of connection terminals formed by connecting voltage detection lines.
  • the voltage detection circuit linearly arranges a plurality of input terminals in which adjacent input terminals are input terminals for the cell voltage of the battery cell.
  • the connection terminals and the input terminals are arranged at opposite positions, and the connection terminals and the input terminals at the opposite positions are connected by a plurality of rows of connection lines, and the connection terminals are connected to the input terminals by the connection lines.
  • the cell voltage of each battery cell is input to.
  • An electric vehicle includes the power supply device, a traveling motor to which electric power is supplied from the power supply device, a vehicle body including the power supply device and the motor, and a vehicle body driven by the motor. It is equipped with wheels to run.
  • the power storage device includes the power supply device and a power supply controller that controls charging / discharging to the power supply device, and the power supply controller can charge the battery cell with electric power from the outside. At the same time, the battery cell is controlled to be charged.
  • the above battery modules can achieve high safety by protecting the electronic circuit block equipped with the voltage detection circuit from high temperature and high voltage exhaust gas while lowering the height, and can efficiently dissipate the electronic circuit block.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the battery module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the battery module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the battery module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the battery module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the battery module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the battery module shown in FIG.
  • It is the schematic perspective view of the battery module which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • It is a schematic plan view of the battery module which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • It is a block diagram which shows an example of the circuit board of an electronic circuit block.
  • It is a block diagram which shows another example of the circuit board of
  • the battery module includes an electronic circuit block including a voltage detection circuit that detects the voltage of the battery cells in order to prevent overcharging and overdischarging of each battery cell.
  • the voltage detection circuit provided in the electronic circuit block is connected to the electrode terminals of the battery cells via the voltage detection line and detects the voltage of each battery cell.
  • the electronic circuit block can be placed on the upper surface of the battery stack to shorten the voltage detection line, but in the battery module with this structure, the high-temperature and high-voltage exhaust gas ejected from the battery cell causes thermal damage to the electronic circuit block. There is a harmful effect.
  • the battery module is required to be miniaturized as a whole in almost all applications without exception, but the battery module in which the electronic circuit block is arranged on the battery laminate has a drawback that the total height becomes high.
  • the battery module is required to increase the charge / discharge capacity with respect to the unit volume to improve the performance, but it is difficult to lower the entire battery module in which the electronic circuit block is arranged on the battery laminate.
  • the parts arranged on the upper surface of the battery laminate include a gas duct for discharging exhaust gas, an electrode terminal protruding from the terminal surface, and a metal plate bus bar for connecting adjacent electrode terminals.
  • Thinning the electronic circuit block placed on the upper surface of the battery laminate is effective in lowering the overall height, but it becomes difficult to dissipate the heat energy of the heat-generating components mounted on the electronic circuit block. Since heat-generating components such as semiconductor elements and discharge resistors are mounted on the electronic circuit block, it is extremely important to efficiently dissipate heat energy and make the temperature rise of the heat-generating components lower than the set temperature.
  • the overall height of the battery module can be reduced by arranging the electronic circuit block on the outer surface of the end plate instead of on the battery stack.
  • This battery module consists of a battery laminate in which a plurality of battery cells are laminated, a pair of end plates arranged at both ends in the stacking direction of the battery laminate, and a bind bar connecting the pair of end plates. And an electronic circuit block on which a voltage detection circuit for detecting the voltage of the battery cell is mounted.
  • the electronic circuit blocks are arranged on the outer surface of the end plates arranged at both ends of the battery laminate and are connected to each battery cell via a voltage detection line. As shown in the plan view of FIG.
  • the battery module 60 has a voltage detection line 79 connected to an electrode terminal 71 of each battery cell 61 on the upper surface of the battery stack 62, that is, the terminal surface of the battery cell 61.
  • the voltage detection line 79 is connected from the upper surface of the battery laminate 62 to the electronic circuit block 66 on the surface of the end plate 63, and each battery cell is connected to the voltage detection circuit (not shown) of the electronic circuit block 66.
  • the voltage of 61 is detected. Since the positive and negative electrode terminals 71 of the battery cell 61 are arranged on both sides of the battery laminate 62, the voltage detection lines 79 connected to the electrode terminals 71 are arranged as two rows of wire harnesses on both sides of the battery laminate 62.
  • Each wire harness is connected to two sets of connectors 77 for connecting to the electronic circuit block 66. Since the battery laminate 62 connects a large number of battery cells 61, the two sets of connectors 77 connect the voltage detection lines 79 connected to the battery cells 61 to the connection terminals 78 in the order of stacking. ..
  • the electronic circuit block 66 mounts the voltage detection circuit 72 on the circuit board 65, and further mounts the connector 77.
  • the circuit board 65 is provided with a connection line 74 for connecting the input terminal 73 of the voltage detection circuit 72 to the connection terminal 78 of the connector 77 as a wiring pattern 75.
  • the input terminal 73 of the voltage detection circuit 72 is connected to the electrode terminal 71 of each battery cell 61 via the connection line 74 of the circuit board 65, the connection terminal 78 of the connector 77, and the voltage detection line 79, and is connected to the battery cell 61. Voltage, that is, the cell voltage is detected.
  • each battery cell 61 Since the voltage of each battery cell 61 is detected via the two sets of connectors 77, it becomes a wiring pattern 75 in which the connection lines 74 intersect, as shown in FIG. This is because the connection line 74 alternately connects the connection terminals 78 of the two sets of connectors 77 to the input terminals 73 of the voltage detection circuit 72 in order.
  • the circuit board 65 of the wiring pattern 75 in which the connection lines 74 intersect has, for example, a complicated structure in which the wiring patterns 75 are provided on both sides and are connected by through holes, resulting in high manufacturing cost, and a longer and more complicated connection line 74. Has a drawback that it becomes easily affected by noise and the detection accuracy of the cell voltage is lowered.
  • the power supply module described in the following embodiment eliminates the above drawbacks by a unique structure.
  • the battery module of the first embodiment of the present invention includes a battery laminate formed by stacking a plurality of battery cells, a pair of end plates arranged at both ends in the stacking direction of the battery laminate, and an end plate.
  • a plurality of voltage detections formed by connecting a bind bar formed by connecting, an electronic circuit block including a voltage detection circuit for detecting the voltage of each battery cell, and positive and negative electrode terminals of each battery cell and the electronic circuit block. It has a line.
  • the battery cell has a terminal surface in which positive and negative electrode terminals are arranged at both ends, and the battery laminate is a laminate in which a plurality of battery cells are laminated with the terminal surfaces on the same plane, and the electronic circuit block is , It is arranged on the outer surface of the end plate and has a circuit board on which a voltage detection circuit is mounted.
  • the circuit board fixes one connector in which a plurality of connection terminals for connecting voltage detection lines are arranged in a linear shape, and the voltage detection circuit uses adjacent input terminals to input the cell voltage of the battery cell.
  • a plurality of input terminals, which are terminals, are arranged in a line.
  • connection terminal and the input terminal are arranged at opposite positions, the connection terminal and the input terminal at the opposite position are connected by a plurality of rows of connection lines, and the connection terminal is connected to the input terminal by the connection line. , The cell voltage of each battery cell is input.
  • the above battery module realizes the feature that the circuit board can be mass-produced at low cost as a simple wiring pattern, and all batteries.
  • the connection line connected to the electrode terminal of the cell By connecting the connection terminal of this connector and the input terminal of the voltage detection circuit with a short and simple connection line, the voltage of the battery cell Realizes the feature of detecting with high accuracy. Since the battery module controls charge / discharge with the cell voltage, being able to detect the cell voltage with high accuracy is effective in preventing overcharging and overdischarging of the battery cell. Overcharging and overdischarging the battery causes deterioration of the battery.
  • a battery module capable of detecting the voltage of a battery cell with high accuracy is effective in suppressing deterioration and extending the life.
  • the above features realized by the battery module are the voltage detection mounted on the circuit board by fixing one connector that linearly arranges multiple connection terminals connecting the voltage detection lines to the circuit board. Multiple rows where the input terminals of the circuit are arranged in a line, the connection terminals of the connectors arranged in a line and the input terminals of the voltage detection circuit are arranged at opposite positions, and the connection terminals and input terminals at the opposite positions are connected.
  • the connection line is provided as a simple wiring pattern, and the cell voltage of each battery cell is input to the input terminal provided adjacent to the voltage detection circuit.
  • the electronic circuit block is arranged on the outer surface of the end plate without arranging the electronic circuit block on the terminal surface of the battery laminate, the high temperature and high pressure at which the battery cell is ejected while designing the whole low.
  • the electronic circuit block can be protected from exhaust gas.
  • the end plate is arranged between the battery laminate and the electronic circuit block, this end plate can block the electronic circuit block from the exhaust gas of the battery cell and protect the electronic circuit block from the exhaust gas of high temperature and high pressure. Therefore, even in an abnormal state, the normal operation of the electronic circuit block is guaranteed and high safety is guaranteed. Further, since the heat generated by the electronic circuit block can be efficiently dissipated to the end plate, the temperature rise of the electronic circuit block can be reduced.
  • the electronic circuit block By arranging the electronic circuit block on the surface of the end plate in a vertical position, air can be smoothly convected on the surface of the electronic circuit block and the cooling efficiency can be improved.
  • the structure that can efficiently dissipate heat from the electronic circuit block reduces the local temperature rise even if the electronic circuit block is miniaturized and the heat generation is concentrated in a narrow area, and the temperature of the electronic component that generates heat in the electronic circuit block. The rise is also small, and more stable operation can be guaranteed.
  • connection lines In the battery module of the second embodiment of the present invention, a wiring pattern in which the connection lines do not intersect is provided on the surface of the circuit board, and the connection lines are connected to the adjacent input terminals of the voltage detection circuit of each battery cell. The cell voltage is input.
  • a wiring pattern in which a plurality of rows of connection lines do not intersect is provided on the surface of the circuit board, so that the wiring pattern formed on the circuit board can be mass-produced at low cost as a simple structure.
  • the battery laminate has the terminal surface of the battery cell arranged on the upper surface and the voltage detection line is wired on the upper surface of the battery laminate, and is a circuit of an electronic circuit block.
  • the connector provided on the board arranges a plurality of connection terminals arranged in a linear shape in a linear shape extending along the upper edge of the circuit board.
  • the battery laminate has the terminal surface of the battery cell arranged on the upper surface, and the voltage detection line is wired on the upper surface of the battery laminate.
  • the "upper surface” of the battery laminate is a battery. It means the terminal surface of the cell. Therefore, for example, in a battery module used in a sideways posture in which the battery laminate of FIG. 1 rotates 90 degrees, the upper surface of the battery laminate is a side surface.
  • a plurality of input terminals provided in the voltage detection circuit mounted on the circuit board are arranged in a posture extending in the same direction as the connection terminals.
  • a plurality of input terminals provided in a voltage detection circuit mounted on a circuit board are arranged in a line extending in the same direction as the connection terminals.
  • the battery module of the sixth embodiment of the present invention has a wiring pattern in which a circuit board is arranged in parallel with a plurality of rows of connection lines.
  • the battery module according to the seventh embodiment of the present invention has a voltage detection line in which adjacent connection terminals of the connector are connected to positive and negative electrode terminals of the battery cell arranged at both ends of the terminal surface of the battery cell. It is connected and the cell voltage of each battery cell is input to the adjacent connection terminal.
  • the battery module of the eighth embodiment of the present invention is a circuit in which the voltage detection circuit detects the voltage of the adjacent input terminal as the cell voltage.
  • connection terminals of the connector are arranged in a straight line.
  • the input terminals of the voltage detection circuit are arranged in a straight line.
  • the voltage detection line is a wire harness.
  • the battery modules shown in the following examples are mainly suitable for powering electric vehicles such as hybrid cars and plug-in hybrid cars that run on both engines and motors, electric vehicles that run only on motors, and electric bikes that run on motors. Is.
  • the battery module of the present invention is also suitable as a power source for a power storage device other than an electric vehicle, which requires a large output.
  • the battery modules 10 shown in FIGS. 1 to 4 are arranged at both ends of the battery laminate 2 in which a plurality of battery cells 1 are laminated in the thickness direction and the battery cells 1 of the battery laminate 2 in the stacking direction.
  • the battery module 10 shown in the figure is arranged above the gas duct 5 connected to the opening of the exhaust valve 1a provided in each battery cell 1 and above the battery laminate 2 and above the gas duct 5.
  • the upper surface cover 8 is provided, and the base plate 9 which is arranged below the battery laminate and fixes the end plate 3 is provided.
  • the battery cell 1 is a square secondary battery having a width wider than the thickness, in other words, a square secondary battery thinner than the width, and is laminated in the thickness direction to form a battery laminate 2.
  • the battery cell 1 is a lithium ion secondary battery.
  • the battery cell can be any other rechargeable secondary battery, such as a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery.
  • positive and negative electrode plates are housed together with an electrolytic solution in an outer can having a closed structure.
  • the outer can is made by press-molding a metal plate such as aluminum or an aluminum alloy into a square shape, and the opening is hermetically sealed with a sealing plate.
  • the sealing plate is made of the same aluminum or aluminum alloy as the outer can, and the positive and negative electrode terminals 11 are fixed, and an exhaust valve 1a is provided between the electrode terminals 11.
  • the positive and negative electrode terminals 11 are in a state in which at least one of the electrode terminals 11 is insulated from the sealing plate.
  • the battery cell 1 is provided with positive and negative electrode terminals 11 with the sealing plate as the terminal surface 1X. Further, in the battery cell 1, the bottom surface and the side surface of the outer can are covered with an insulating film.
  • the plurality of battery cells 1 are laminated so that the thickness direction of each battery cell 1 is the stacking direction to form the battery laminate 2.
  • the plurality of battery cells 1 are laminated so that terminal surfaces 1X provided with positive and negative electrode terminals 11 are arranged on the same plane to form terminal surfaces 2X to form a battery laminate 2.
  • the battery laminate 2 has an insulating spacer 12 sandwiched between the stacked battery cells 1.
  • the insulating spacer 12 in the figure is made of an insulating material such as resin in the form of a thin plate or sheet.
  • the insulating spacer 12 shown in the figure has a plate shape having a size substantially equal to the facing surface of the battery cell 1, and the insulating spacer 12 is laminated between the battery cells 1 adjacent to each other so that the adjacent battery cells 1 are connected to each other. Insulated.
  • a spacer having a shape in which a flow path of a cooling gas is formed between the battery cell and the spacer can also be used.
  • a metal bus bar 14 is connected to the positive and negative electrode terminals 11 of the adjacent battery cells 1, and a plurality of battery cells 1 are connected in series or in parallel, or in series and in parallel by the bus bar 14. ing.
  • the output voltage and the capacity that can be charged and discharged are set values depending on the number of battery cells 1 to be stacked.
  • the output voltage can be increased by the number of battery cells 1 connected in series, and the charge / discharge capacity can be increased by the number of battery cells 1. Since the battery module 10 sets the output voltage and the capacity as set values in a connected state in which the number of battery cells 1 constituting the battery laminate 2 and the battery cells 1 are connected in series, the number of battery cells 1 and the connected state are used. It is considered to be the optimum state in consideration of.
  • the bus bar 14 is provided with a connection portion (not shown) for connecting to the electrode terminal 11.
  • the bus bar 14 is connected by irradiating a boundary connecting the connection portion and the electrode terminal 11 with a laser beam and welding the connection portion to the electrode terminal 11.
  • the bus bar is provided with a male screw on the electrode terminal to open a through hole for inserting the electrode terminal, and a nut is screwed into the male screw of the electrode terminal inserted through the through hole to connect to the electrode terminal.
  • the electrode terminal may be provided with a female screw hole, and a set screw penetrating the bus bar may be screwed into the female screw hole to connect to the electrode terminal.
  • the battery module 10 may be provided with a resin insulating cover (not shown) on the upper surface of the battery laminate 2.
  • the insulating cover is provided with an opening, and the electrode terminal 11 is exposed from the opening, and a metal plate bus bar 14 is connected to the electrode terminal 11 exposed from the opening of the insulating cover on the upper surface side of the insulating cover.
  • a plurality of battery cells 1 can be connected in a predetermined arrangement.
  • End face spacer 13 In order to insulate the battery laminate 2 from the metal end plate 3, the end plates 3 can be arranged on both end faces with the end face spacers 13 interposed therebetween.
  • the end face spacer 13 is arranged between the battery laminate 2 and the end plate 3 to insulate the end plate 3 from the battery laminate 2.
  • the end face spacer 13 is made of an insulating material such as resin in the form of a thin plate or sheet.
  • the end face spacer 13 is provided with a plate portion having a size capable of covering the entire facing surface of the battery cell 1, and this plate portion is laminated between the battery cell 1 and the end plate 3 arranged at both ends of the battery laminate 2. doing.
  • End plate 3 The end plates 3 are on both end faces of the battery stack 2 in the stacking direction of the battery cells 1 and fix the battery stack 2.
  • the end plate 3 is a metal plate, and is a quadrangular plate whose outer shape is substantially equal to the outer shape of the battery cell 1 or slightly larger than that of the battery cell 1.
  • the end plate 3 can be manufactured of a high-strength rope to have a tough structure.
  • the end plate 3 may be a single metal plate, a structure in which a plurality of metal plates are laminated, or a laminate of a metal plate and plastic.
  • the end plate 3 made of one metal plate has a large heat capacity and can efficiently absorb the heat energy of the electronic circuit block 6.
  • the surface side on which the electronic circuit block 6 is fixed is at least a metal plate material. This is because the electronic circuit block 6 is fixed in a heat-coupled state to improve heat dissipation characteristics.
  • the end plate 3 can have a laminated structure of an aluminum plate and a high-tensile rope plate. This end plate has a structure in which an electronic circuit block is fixed with the surface side as an aluminum plate, and the aluminum plate and the high-strength rope plate are laminated in a surface contact state so that heat can be efficiently conducted from the aluminum plate to the high-tensile rope plate. You can also do it.
  • the end plate is not necessarily made of metal, but may be made of plastic having excellent strength such as engineering plastic.
  • the bind bar 4 extends in the stacking direction of the battery cells 1 and fixes both ends thereof to the end plates 3, and the battery stack 2 is fixed by the pair of end plates 3.
  • the bind bar 4 shown in the figure is a metal plate having a predetermined vertical width and a predetermined thickness along the side surface of the battery laminate 2, and is arranged so as to face both side surfaces of the battery laminate 2.
  • the bind bar 4 presses both end surfaces of the battery laminate 2 with a strong pressure to charge and discharge the battery cell 1 to expand, and arranges the battery cells 1 at a fixed position.
  • As the metal plate of the bind bar 4 a high-tensile rope is preferably used.
  • the bind bar 4 of the metal plate is press-molded to form a predetermined shape.
  • the bind bar 4 has both ends of the battery laminate 2 on the outer surface of the end plate 3 at both ends in the stacking direction in order to fix both ends to the pair of end plates 3.
  • the fixing portion 4A is provided by bending along the above.
  • the bind bar 4 fastens the pair of end plates 3 by screwing the fixing portion 4A into the end plate 3.
  • the bind bar 4 is formed by bending the lower end portion into an L shape to form the lower connecting piece 4B.
  • the lower connecting piece 4B is laminated on the lower surface side of both side portions of the base plate 9 and connected to the base plate 9.
  • the bind bar 4 is formed by bending the upper end portion to form a pressing piece 4C that presses the upper end portion of the upper surface of the battery laminate 2.
  • the pressing piece 4C is separated for each battery cell 1 so that the upper surface of the battery cell 1 of the battery stack 2 can be individually pressed. As a result, each pressing piece 4C can press the battery cell 1 toward the base plate 9 independently of the adjacent pressing piece 4C.
  • each battery cell 1 is prevented from rising from the base plate 9 and held in the height direction, and even if vibration, impact, or the like is applied to the battery laminate 2, each battery cell 1 is positioned in the vertical direction. It can be maintained so that it does not shift.
  • the bind bar 4 covers and holds the corners of the upper and lower surfaces of the battery laminate 2 on both the left and right sides of the battery laminate 2.
  • both ends of the bind bar may be formed into a flat plate shape without being bent into an L shape, and may be configured to be screwed with the side surface of the end plate.
  • an engaging structure in which the portion of the bind bar facing the side surface of the end plate is engaged in a stepped shape as a structure in which the bind bar is further screwed in a state of being locked to the side surface of the end plate with a locking structure. May be good.
  • an insulating sheet may be interposed between the bind bar 4 and the battery laminate 2.
  • the insulating sheet is made of an insulating material such as resin, and insulates between the metal bind bar 4 and the battery cell 1.
  • the base plate 9 is arranged on the bottom surface of the battery laminate 2 and the end plate 3.
  • the end plate 3 is fixed to the base plate 9, and more preferably, the lower end portion of the bind bar 4 is also fixed to the base plate 9.
  • the end plate 3 and the bind bar 4 are fixed to the base plate 9 via the fixing screws 15 and 16.
  • the fixing screw 15 for fixing the end plate 3 penetrates the end plate 3 in the vertical direction and fixes the end plate 3 to the base plate 9.
  • the fixing screw 16 for fixing the bind bar 4 also penetrates the lower connecting piece 4B, which is the lower end portion of the bind bar 4, and is fixed to the base plate 9.
  • the battery laminate 2 is arranged in a heat-bonded state with the base plate 9 by bringing each battery cell 1 into contact with the base plate 9.
  • the base plate 9 can be forcibly cooled to dissipate the heat energy of the battery cell 1 more efficiently.
  • the base plate 9 to be forcibly cooled can be forcibly cooled by circulating a refrigerant or a coolant inside.
  • the base plate can be forcibly cooled by providing heat radiation fins on the lower surface.
  • a cooling plate can be laminated on the lower surface of the base plate in a surface contact state, and forced cooling can be performed by the cooling plate.
  • the cooling plate can be forcibly cooled by circulating a refrigerant or a coolant inside.
  • the gas duct 5 As shown in FIGS. 3 and 4, the gas duct 5 is arranged at a position facing the upper surface of the battery cell 1, that is, the terminal surface 1X of the battery cell 1, and exhausts the exhaust gas ejected from the exhaust valve 1a to the outside. do.
  • the gas duct 5 shown in FIG. 4 is arranged at the center of the terminal surface 2X of the battery stack 2 in a posture extending in the stacking direction of the battery cells 1.
  • the gas duct 5 has a cylindrical shape having an internal volume that smoothly discharges the discharged material discharged from the opening of the exhaust valve 1a, opens the lower surface, and is connected to the opening of the exhaust valve 1a of each battery cell 1. There is.
  • the gas duct 5 is formed on the upper surface of the battery laminate 2 so that the exhaust gas discharged from the exhaust valve 1a is exhausted to the outside so that there is no gap between the gas duct 5 and the terminal surface 1X of the battery cell 1.
  • An opening 5a that is arranged in close contact with the upper surface and opens on the lower surface is connected to the exhaust valve 1a of each battery cell 1.
  • the gas duct 5 may be arranged so that exhaust gas does not leak by arranging packing, a sealing material, or the like between the gas duct 5 and the terminal surface 1X.
  • the gas duct is a collecting duct arranged on the upper surface of the battery stacking body in a posture extending in the stacking direction of the battery cells, and a branch duct connected to the collecting duct and the tip is connected to the exhaust valve. It can also be configured with.
  • the collecting duct can be arranged away from the terminal surface, and the tip of the branch duct can be connected to the opening of the exhaust valve.
  • the electronic circuit block 6 In the battery module 10 of FIGS. 2, 4 and 5, the electronic circuit block 6 is fixed to the outer surface of the end plate 3 which pressurizes and fixes the battery laminate 2 from both ends. As shown in FIGS. 4 and 6, the electronic circuit block 6 mounts a voltage detection circuit 22 for detecting the voltage of the battery cell 1 on the circuit board 20. The electronic circuit block 6 connects the voltage detection circuit 22 to the electrode terminal 11 of the battery cell 1 via the voltage detection line 19.
  • the voltage detection line 19 is wired on the upper surface of the battery laminate 2 in which the terminal surface 1X of the battery cell 1 is arranged in the same plane, and the electrode terminal 11 of each battery cell 1 is connected to the electronic circuit block 6. There is. All voltage detection lines 19 are connected to the electronic circuit block 6 via one connector 17.
  • the voltage detection line 19 of FIGS. 4 and 5 is composed of a wire harness.
  • the wire harness connects all the voltage detection lines 19 to one connector 17.
  • the voltage detection line does not necessarily have to be a wire harness, and can be configured by a flexible printed circuit board, a flexible flat cable, or the like.
  • the connector 17 connects the adjacent connection terminals 18 to the positive and negative electrode terminals 11 of each battery cell 1 via the respective voltage detection lines 19. As shown in FIG. 5, the connector 17 connects the voltage detection line 19 to the connection terminal 18 so that the cell voltage of each battery cell 1 is input to the adjacent connection terminal 18.
  • the voltage V1 which is the voltage of each battery cell 1, is output as a voltage between terminals T1 and T2.
  • the voltage V2 is output as a voltage between terminals T2 and T3, and is output.
  • the voltage V3 is output as a voltage between terminals T3 and T4, and is output.
  • the voltage V4 is output as a voltage between terminals T4 and T5, and is output.
  • the voltage V5 is output as a voltage between terminals T5 and T6.
  • the voltage V6 is output as a voltage between terminals T6 and T7, and is output.
  • the voltage V7 is output as a voltage between terminals T7 and T8.
  • the voltage V8 is output as a voltage between terminals T8 and T9.
  • the connector 17 is composed of a connector 17A on the line side connecting all the voltage detection lines 19 and a connector 17B on the board side fixed to the circuit board 20, and both connectors 17 are connected to detect the voltage.
  • the line 19 is connected to the electronic circuit block 6.
  • a plurality of connection terminals 18 connecting the voltage detection lines 19 are arranged linearly, and linearly in the drawing.
  • the connector 17B on the board side arranges the connection terminals 18 connected to the circuit board 20 in a straight line so that the connection terminals 18 of the connector 17A on the line side can be connected.
  • Both connectors 17 have an elongated shape in which a plurality of connection terminals 18 are arranged in a straight line, all voltage detection lines 19 are connected to the circuit board 20, and the voltage of each battery cell is input to the electronic circuit block 6. ..
  • the connector 17 of FIGS. 5 and 6 has a plurality of connection terminals 18 connecting the voltage detection lines 19 arranged in a straight line in one row, whereas the connector has a plurality of connection terminals arranged in a straight line in two rows. As a shape, it can be arranged in a straight line with a plurality of rows.
  • the connector has an elongated shape in which a plurality of connection terminals are arranged in a straight line in a plurality of rows, and all the voltage detection lines can be connected to the circuit board, and the voltage of each battery cell can be input to the electronic circuit block. Similar to the connector in which the connection terminals are arranged in a straight line in a plurality of rows, the voltage detection line is connected to the adjacent connection terminals so that each cell voltage is input. ..
  • the voltage detection circuit 22 mounted on the circuit board 20 includes a plurality of input terminals 23 arranged linearly.
  • the voltage detection circuit 22 detects the voltage of the battery cell 1 with the voltage input to the input terminal 23.
  • a plurality of input terminals 23 are linearly arranged, and adjacent input terminals 23 are used as input terminals for the cell voltage of the battery cell 1.
  • the input terminal 23 is connected to the connection terminal 18 of the connector 17 via a connection line 24 provided as a wiring pattern 25 of the circuit board 20.
  • the voltage detection circuit 22 is connected to the electrode terminal 11 of each battery cell 1 via the connection line 24, the connector 17, and the voltage detection line 19.
  • adjacent battery cells 1 are connected in series by bus bars 14, so that the voltages of the bus bars 14 connected to the electrode terminals 11 and the positive and negative output terminals 31 are detected. The voltage of all the battery cells 1 is detected.
  • connection terminal 18 of the connector 17 and the input terminal 23 of the voltage detection circuit 22 are arranged at opposite positions. By arranging the connection terminal 18 and the input terminal 23 at opposite positions, shortening the connection line 24, and making the lengths substantially equal, each cell voltage can be detected accurately.
  • the connection terminals 18 and the input terminals 23 arranged at opposite positions are connected by a plurality of rows of connection lines 24.
  • the arrangement direction of the connection terminals 18 of the elongated connector 17 and the arrangement direction of the input terminals 23 are arranged in a parallel posture.
  • the input terminal 23 arranged at a position facing the connection terminal 18 can arrange the input terminal 23 and the connection terminal 18 in a linear shape extending in the same direction so that the lengths of the connection lines 24 can be made substantially equal.
  • the circuit board 20 is a corner portion of the electronic component 26 having a rectangular shape in a plan view for realizing the voltage detection circuit 22, and the input terminals 23 are arranged in a line along a chevron to input.
  • the terminal 23 and the connection terminal 18 can also be arranged in a linear shape extending in the same direction.
  • the circuit board 20 of FIG. 6 is provided with a wiring pattern 25 on the surface of the circuit board 20 in which a plurality of rows of connection lines 24 do not intersect with each other.
  • the circuit board 20 having a wiring pattern 25 in which the connection lines 24 do not intersect can be mass-produced at low cost with a simple structure.
  • the plurality of rows of connection lines 24 connect each connection terminal 18 to each input terminal 23. Therefore, the number of connection terminals 18, the input terminals 23, and the connection lines 24 is the same, and each connection terminal 18 is connected to each input terminal 23 via the connection lines 24 in each row.
  • the circuit board 20 of FIG. 6 is provided with a wiring pattern 25 having a connection line 24 in a parallel posture on the surface thereof. When the distance between the input terminals is different from the distance between the connection terminals, the circuit board can be smoothly connected by bending the middle of the connection line extending in the vertical direction in the horizontal direction and adjusting the distance.
  • the voltage detection circuit 22 is a circuit that detects the voltage of the adjacent input terminal 23 as the cell voltage, and detects the voltage of each battery cell 1 via the voltage detection line 19, the connector 17, and the connection line 24.
  • the input terminals 23 and the connection terminals 18 arranged at positions facing each other receive the voltage of each battery cell 1 into the terminals adjacent to each other. Therefore, as shown in FIG. 6, the voltage detection circuit 22 connects the input terminals 23 via the connection lines 24 in each row and the voltage detection lines 19 connected to the electrode terminals 11 of the respective battery cells 1. It is connected to the electrode terminal 11 of the battery cell 1 to detect the voltage of each battery cell 1.
  • the circuit board 20 has a simple structure by providing the connection line 24 connecting the connection terminal 18 and the input terminal 23 on the surface of the circuit board 20 as a non-intersecting wiring pattern 25.
  • the connection terminal 18 and the input terminal 23 can be ideally connected to each other via a short connection line 24 while being mass-produced at low cost.
  • the electronic circuit block 6 mounts an electronic component that realizes the voltage detection circuit 22 on the circuit board 20.
  • the electronic circuit block 6 can be mounted on the circuit board 20 as a block in which all the electronic circuits including the voltage detection circuit 22 are integrated circuits and the integrated circuits are embedded in a package of an insulating material.
  • the electronic circuit block 6 including the voltage detection circuit 22 detects the voltage of the battery cell 1 whose voltage fluctuates due to charging / discharging, and sets the battery voltage as a set range to prevent overcharging or overdischarging of each battery cell 1. ..
  • the battery module 10 may include a control circuit 30 for controlling the charge / discharge current of the battery laminate 2 in the electronic circuit block 6.
  • the control circuit 30 controls the charging / discharging current to prevent overcharging and overdischarging of the battery cell 1.
  • the voltage detection circuit 22 transmits the voltage data of the battery cell 1 to the control circuit 30.
  • the electronic circuit block can also transmit battery information to an external control circuit without providing a control circuit, and control the charge / discharge current of the battery module with the external control circuit.
  • the voltage detection circuit 22 preferably detects the voltage of all the battery cells 1. However, the voltage detection circuit 22 does not necessarily detect the voltage of all the battery cells 1.
  • the battery cell 1 constituting the battery laminate 2 is divided into a plurality of battery units, and the voltage of each battery unit 1 is divided. Can also be detected.
  • a battery unit in which a plurality of battery cells are connected in parallel can detect the voltage of the battery unit and detect the voltage of all the battery cells.
  • the battery unit in which a plurality of battery cells are connected in series detects the voltage of the battery unit and detects the total voltage of the battery cells connected in series.
  • a battery unit in which a plurality of battery cells are connected in series is composed of 2 to 5 battery cells.
  • this battery unit detects the voltage of the battery unit and detects the total voltage of 2 to 5 battery cells, the voltage of the battery cells is 1/2 to 1/5 of the detected total voltage.
  • the voltage of the battery cell 1 changes with the remaining capacity.
  • the voltage of the battery cell 1 becomes higher than the preset maximum voltage when it is overcharged, and becomes lower than the minimum voltage when it is overdischarged.
  • the voltage detection circuit 22 detects the voltage of the battery cell 1 and transmits it to the control circuit 30, and the control circuit 30 controls the charging / discharging current so that the voltage of the battery cell 1 is within the set range.
  • the electronic circuit block 6 is fixed to the end plate 3 and dissipates heat to the end plate 3.
  • the electronic circuit block 6 includes a heat generating element such as a semiconductor element such as an FET that controls an electric current.
  • the electronic circuit block 6 can dissipate the heat energy of the heat generating element to the end plate 3 to reduce the temperature rise.
  • the temperature rise of the electronic circuit block 6 adversely affects the built-in heat generating element and the like. Since the temperature rise due to the heat generation energy of the heat-generating component leads to the failure of the component, the design is made to increase the temperature of the heat-generating component as a whole or reduce the amount of heat generated so that the temperature of the heat-generating component does not rise abnormally.
  • the electronic circuit block 6 When the electronic circuit block 6 is miniaturized so that it can be arranged in a narrow space, the heat radiation area is reduced, the heat radiation energy is reduced, and the temperature rise is large. As described above, the electronic circuit block 6 is required to be miniaturized in order to be arranged in a narrow space, and it is necessary to increase the heat dissipation area and increase the size in order to improve the heat dissipation characteristics. Therefore, in the electronic circuit block 6, the miniaturization and the improvement of the heat dissipation characteristics are contradictory characteristics, and both characteristics cannot be satisfied, and the miniaturization required for arranging in a limited space is achieved. , Conflicting issues with high heat dissipation characteristics are required.
  • the end plate 3 has an extremely large heat capacity and can reduce the temperature rise with respect to the heat energy to be absorbed.
  • the end plate 3 has a large surface area and a large amount of heat radiation energy from the surface, which also makes the temperature rise small. Further, in the structure in which the end plate 3 is fixed to the base plate 9, heat energy is conducted from the end plate 3 to the base plate 9, and the temperature rise is further reduced.
  • the end plate 3 is forcibly cooled by the base plate 9, the temperature rise is further reduced, and the cooling effect of the electronic circuit block 6 is further increased. Therefore, the temperature rise of the electronic circuit block 6 is reduced to an ideal state.
  • the electronic circuit block 6 is fixed to the outer surface of the end plate 3.
  • the battery module 10 has a feature that the heat generation energy of the electronic circuit block 6 can be conducted to the end plate 3 fixed to the end plate 3 to dissipate heat, and the heat can be dissipated from the exposed surface to the outside air more efficiently.
  • the outer shape of the electronic circuit block 6 fixed to the surface of the end plate 3 is smaller than the outer shape of the end plate 3, and does not protrude from the outer peripheral edge of the end plate 3. In the battery module 10, while the electronic circuit block 6 is arranged on the end plate 3, the electronic circuit block 6 does not increase the outer shape of the battery module 10, and the electronic circuit block 6 can be efficiently dissipated while being miniaturized.
  • the thickness of the electronic circuit block 6 is set so as not to protrude from the tip edge of the base plate 9 to the outer surface in a plan view.
  • the outer shape in a plan view is not larger than that of the base plate 9, and the electronic circuit block 6 can be arranged at an ideal position while reducing the overall size.
  • the above battery module 10 can be used as a power source for a vehicle that supplies electric power to a motor that runs an electric vehicle.
  • an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs on both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only on a motor can be used, and is used as a power source for these vehicles. Will be done.
  • a large number of the above-mentioned battery modules 10 are connected in series or in parallel, and a large-capacity, high-output power supply device 100 to which a necessary control circuit is added is constructed and mounted. Is preferable.
  • FIG. 9 shows an example in which a power supply device 90 in which a plurality of battery modules are connected is mounted on a hybrid vehicle traveling by both an engine and a motor.
  • the vehicle HV equipped with the power supply device 90 shown in this figure is driven by a vehicle main body 91, an engine 96 for running the vehicle main body 91, a running motor 93, and these engines 96 and a running motor 93. It includes wheels 97, a power supply device 90 that supplies electric power to the motor 93, and a generator 94 that charges the batteries of the power supply device 90.
  • the power supply device 90 is connected to the motor 93 and the generator 94 via the DC / AC inverter 95.
  • the vehicle HV runs on both the motor 93 and the engine 96 while charging and discharging the battery of the power supply device 90.
  • the motor 93 is driven to drive the vehicle in a region where the engine efficiency is low, for example, when accelerating or traveling at a low speed.
  • the motor 93 is driven by being supplied with electric power from the power supply device 90.
  • the generator 94 is driven by the engine 96 or by regenerative braking when braking the vehicle to charge the battery of the power supply device 90.
  • the vehicle HV may be provided with a charging plug 98 for charging the power supply device 90. By connecting the charging plug 98 to an external power source, the power supply device 90 can be charged.
  • FIG. 10 shows an example in which a power supply device 90 composed of a plurality of battery modules is mounted on an electric vehicle traveling only by a motor.
  • the vehicle EV equipped with the power supply device 90 shown in this figure supplies electric power to the vehicle main body 91, the traveling motor 93 for running the vehicle main body 91, the wheels 97 driven by the motor 93, and the motor 93.
  • It includes a power supply device 90 for supplying power and a generator 94 for charging the battery of the power supply device 90.
  • the power supply device 90 is connected to the motor 93 and the generator 94 via the DC / AC inverter 95.
  • the motor 93 is driven by being supplied with electric power from the power supply device 90.
  • the generator 94 is driven by the energy used for regenerative braking of the vehicle EV to charge the battery of the power supply device 90. Further, the vehicle EV is provided with a charging plug 98, and the charging plug 98 can be connected to an external power source to charge the power supply device 90.
  • the present invention does not specify the use of the battery module as a power source for a motor that runs a vehicle.
  • the battery module according to the embodiment can also be used as a power source for a power storage device that charges and stores batteries with electric power generated by solar power generation, wind power generation, or the like.
  • FIG. 11 shows a power storage device in which the battery of the power supply device 90 is charged by the solar cell 82 to store electricity.
  • the power storage device shown in FIG. 11 charges the batteries of the power supply device 90 composed of a plurality of battery modules with the electric power generated by the solar cells 82 arranged on the roof or roof of a building 81 such as a house or factory.
  • This power storage device uses the solar cell 82 as a power source for charging, charges the battery of the power supply device 90 with the charging circuit 83, and then supplies power to the load 86 via the DC / AC inverter 85. Therefore, this power storage device has a charge mode and a discharge mode.
  • the DC / AC inverter 85 and the charging circuit 83 are connected to the power supply device 90 via the discharge switch 87 and the charging switch 84, respectively.
  • the ON / OFF of the discharge switch 87 and the charge switch 84 is switched by the power controller 88 of the power storage device.
  • the power controller 88 switches the charging switch 84 to ON and the discharge switch 87 to OFF to allow the charging circuit 83 to charge the power supply device 90.
  • the power controller 88 turns off the charging switch 84 and turns on the discharge switch 87 to switch to the discharge mode, and the power supply device 90 Allows discharge from to load 86.
  • the charge switch 84 can be turned on and the discharge switch 87 can be turned on to supply power to the load 86 and charge the power supply device 90 at the same time.
  • the power supply device can also be used as a power source for a power storage device that charges and stores batteries using midnight power at night.
  • a power supply device charged with midnight power can be charged with midnight power, which is surplus power of a power plant, and output power in the daytime when the power load is large, so that the peak power in the daytime can be limited to a small value.
  • the power supply can also be used as a power source for charging with both solar cell output and midnight power. This power supply device can effectively utilize both the power generated by the solar cell and the midnight power, and can efficiently store electricity while considering the weather and power consumption.
  • the above-mentioned power storage devices include a backup power supply device that can be mounted in a computer server rack, a backup power supply device for a wireless base station such as a mobile phone, a power storage power supply for home or factory use, a power supply for street lights, and the like. It can be suitably used for power storage devices combined with solar cells, backup power sources for traffic lights and road traffic indicators, and the like.
  • the battery module according to the present invention can be suitably used as a power source for a plug-in type hybrid electric vehicle, a hybrid type electric vehicle, an electric vehicle, etc. that can switch between an EV driving mode and a HEV driving mode.
  • backup power supplies that can be mounted in computer server racks, backup power supplies for wireless base stations such as mobile phones, power storage power supplies for homes and factories, power supplies for street lights, etc. It can also be used as appropriate for backup power supplies.

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Abstract

電池モジュールは、電池積層体(2)の両端部に配置したエンドプレート(3)をバインドバー(4)で連結し、各々の電池セル(1)の電極端子(11)と電子回路ブロック(6)の電圧検出回路(22)とを複数の電圧検出ライン(19)で接続しており、電子回路ブロック(6)は、エンドプレート(3)の外表面に配置されて、電圧検出回路(22)を実装する回路基板(20)に、電圧検出ライン(19)が接続される複数の接続端子(18)を線状に配置してなるひとつのコネクタ(17)を固定しており、電圧検出回路(22)には、線状に配列した複数の入力端子(23)を設けて、回路基板(20)は、対向位置に配置された接続端子(18)と入力端子(23)を複数列の接続ライン(24)で接続して、隣接する入力端子(23)には、接続ライン(24)から各々の電池セル(1)のセル電圧を入力している。

Description

電池モジュール、電池モジュールを備える電動車両及び蓄電装置
 本発明は、複数の電池セルを接続した電池モジュールと、電池モジュールを備える電動車両及び蓄電装置に関し、特にハイブリッド車、電気自動車、燃料電池自動車、電動オートバイ等の電動車両に搭載されて車両を走行させるモータに電力を供給する電池モジュールと、あるいは家庭用、工場用の蓄電用途等に使用される大電流用の電池モジュール、さらにこの電池モジュールを備える電動車両及び蓄電装置に関する。
 本明細書において「電池モジュール」は、複数の電池セルの両端面にエンドプレートを配置して一対のエンドプレートをバインドバーで連結し、電池セルの電圧を検出する電圧検出回路を備える全ての電池モジュール、たとえば充放電電流をコントロールする充放電制御回路等の制御回路を内蔵しない「電池パック」等を含む広い意味に使用する。
 複数の電池セルを備える電池モジュールは、ハイブリッド自動車や電気自動車など車両用の電源や、工場用、家庭用などの蓄電システムの電源などに利用されている(例えば特許文献1参照)。
 このような電池モジュールの一例を図14の分解斜視図に示す。この図に示す電池モジュール900は、複数の電池セル901を積層して電池積層体902とし、この電池積層体902の両端面にエンドプレート903を配置して、一対のエンドプレート903をバインドバー904で締結して電池セル901を固定している。各電池セル901は、正負一対の電極端子911を上面の端子面910に配置している。正負の電極端子911はバスバー914を介して電気的に接続して、電池セル901を直列や並列に接続している。
 また、電池積層体902の上面には、各電池セル901に接続している回路基板906を配置している。回路基板906は、電池セル901を保護しながら充放電できるように、電池セル901の電圧を検出する電圧検出回路を実装している。
国際公開第2014/024452号
 以上の電池モジュールは、電池積層体の上に回路基板を配置するので全体が高くなる欠点がある。この欠点を解消するために、本発明者等は、回路基板を電池積層体の上からエンドプレートの表面に移動して解消した。しかしながら、回路基板をエンドプレートの表面に配置する電池モジュールは、回路基板の配線パターンが複雑になる欠点がある。それは、電圧検出ラインが電池積層体の両側に配置されて、各々の電池セルのセル電圧が、別々のコネクタを介して回路基板の両側に入力されるからである。この電池モジュールは、各々の電池セルの電圧が、回路基板の両側に配置している別々のコネクタから入力され、さらに回路基板の両側には多数の電池セルの電圧が順番に入力される。両側に配置している別々のコネクタから入力されるセル電圧は、回路基板の配線パターンを介して電圧検出回路に入力されるが、この回路基板は配線パターンが複雑になる欠点がある。
 本発明は、さらに以上の弊害を防止することを目的に開発されたもので、本発明の目的は、電池モジュールの高さを低くしながら、回路基板の配線パターンを簡素化して高い信頼性と安全性を実現する技術を提供することにある。
 本発明のある態様に係る電池モジュールは、複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、電池積層体の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレートと、エンドプレートを連結してなるバインドバーと、各々の電池セルの電圧を検出する電圧検出回路を備える電子回路ブロックと、各々の電池セルの正負の電極端子と電子回路ブロックとを接続してなる複数の電圧検出ラインとを備えている。電池セルは、正負の電極端子を両端部に配置してなる端子面を有し、電池積層体は、端子面を同一平面として複数の電池セルを積層してなる積層体としている。電子回路ブロックは、エンドプレートの外表面に配置されると共に、電圧検出回路を実装してなる回路基板を備えている。回路基板は、電圧検出ラインを接続してなる複数の接続端子を線状に配置してなるひとつのコネクタを固定している。電圧検出回路は、隣接する入力端子を電池セルのセル電圧の入力端子とする、複数の入力端子を線状に配列している。回路基板は、接続端子と入力端子を対向位置に配置して、対向位置にある接続端子と入力端子を複数列の接続ラインで接続しており、接続ラインで入力端子に接続されてなる接続端子に、各々の電池セルのセル電圧を入力している。
 本発明のある態様に係る電動車両は、上記電源装置と、電源装置から電力供給される走行用のモータと、電源装置及びモータを搭載してなる車両本体と、モータで駆動されて車両本体を走行させる車輪とを備えている。
 本発明のある態様に係る蓄電装置は、上記電源装置と、電源装置への充放電を制御する電源コントローラとを備えて、電源コントローラでもって、外部からの電力により電池セルへの充電を可能とすると共に、電池セルに対し充電を行うよう制御している。
 以上の電池モジュールは、高さを低くしながら、高温・高圧の排出ガスから電圧検出回路を備える電子回路ブロックを保護して高い安全性を実現して、電子回路ブロックを効率よく放熱できる。
本発明の実施形態1にかかる電池モジュールの斜視図である。 図1に示す電池モジュールの分解斜視図である。 図1に示す電池モジュールのIII-III線断面図である。 本発明の実施形態1にかかる電池モジュールの概略斜視図である。 本発明の実施形態1にかかる電池モジュールの模式平面図である。 電子回路ブロックの回路基板の一例を示すブロック図である。 電子回路ブロックの回路基板の他の一例を示すブロック図である。 図1に示す電池モジュールの端部を示す平面図である。 エンジンとモータで走行するハイブリッド車に電池モジュールを搭載する例を示すブロック図である。 モータのみで走行する電気自動車に電池モジュールを搭載する例を示すブロック図である。 蓄電装置に電池モジュールを使用する例を示すブロック図である。 参考例にかかる電池モジュールの模式平面図である。 図12に示す電池モジュールの電子回路ブロックの回路基板を示すブロック図である。 従来の電池モジュールの分解斜視図である。
 まず、本発明の一つの着目点について説明する。電池モジュールは、各々の電池セルの過充電や過放電を防止するために、電池セルの電圧を検出する電圧検出回路を備える電子回路ブロックを備える。電子回路ブロックに設けた電圧検出回路は、電圧検出ラインを介して電池セルの電極端子に接続されて各々の電池セルの電圧を検出する。電子回路ブロックは、電池積層体の上面に配置して電圧検出ラインを短くできるが、この構造の電池モジュールは、電池セルから噴出される高温・高圧の排出ガスが、電子回路ブロックに熱障害を与える弊害がある。
 さらに、電池モジュールは、全ての用途においてほとんど例外なく全体を小型化することが要望されるが、電子回路ブロックを電池積層体の上に配置する電池モジュールは、全高が高くなる欠点がある。電池モジュールは、単位容積に対する充放電の容量を大きくして高性能化することが要求されるが、電池積層体の上に電子回路ブロックを配置する電池モジュールは、全体を低くすることが難しい。具体的には、電池積層体の上面に配置される部品としては、排出ガスを排出するためのガスダクト、端子面から突出する電極端子、隣接する電極端子同士を接続するための金属板のバスバー、高電圧な電池積層体から部品を絶縁するための絶縁材などがあるが、これ等の部品の多くは、互いに干渉しないように配置するので、さらにここに電子回路ブロックを配置する電池モジュールは、全高を低くするのが難しい。
 電池積層体の上面に配置する電子回路ブロックを薄くすることは、全高を低くすることに効果があるが、電子回路ブロックに実装する発熱部品の熱エネルギーの放熱が難しくなる。電子回路ブロックは、半導体素子や放電抵抗などの発熱部品が実装されるので、熱エネルギーを効率よく放熱して、発熱部品の温度上昇を設定温度よりも低くすることは極めて大切である。
 電池モジュールは、電子回路ブロックを電池積層体の上でなく、エンドプレートの外側表面に配置することで、全高を低くできる。この電池モジュールは、複数の電池セルを積層している電池積層体と、電池積層体の積層方向の両端部に配置している一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートを連結しているバインドバーと、電池セルの電圧を検出する電圧検出回路を実装してなる電子回路ブロックとを備える。電子回路ブロックは、電池積層体の両端部に配置しているエンドプレートの外表面に配設されて、電圧検出ラインを介して各々の電池セルに接続される。この電池モジュール60は、図12の平面図に示すように、電池積層体62の上面、すなわち電池セル61の端子面に、各々の電池セル61の電極端子71に接続している電圧検出ライン79を配線して、電圧検出ライン79を電池積層体62の上面からエンドプレート63の表面の電子回路ブロック66に接続して、電子回路ブロック66の電圧検出回路(図示せず)で各々の電池セル61の電圧を検出する。電池セル61の正負の電極端子71は、電池積層体62の両側に配置されるので、電極端子71に接続される電圧検出ライン79は、電池積層体62の両側に2列のワイヤーハーネスとして配置されて、各々のワイヤーハーネスには電子回路ブロック66に接続するための2組のコネクタ77を接続している。電池積層体62は、多数の電池セル61を接続しているので、2組のコネクタ77は、電池セル61に接続している電圧検出ライン79を積層の順番に接続端子78に接続している。
 電子回路ブロック66は、図13に示すように、電圧検出回路72を回路基板65に実装し、さらにコネクタ77も実装している。回路基板65は、電圧検出回路72の入力端子73をコネクタ77の接続端子78に接続する接続ライン74を配線パターン75として設けている。電圧検出回路72の入力端子73は、回路基板65の接続ライン74と、コネクタ77の接続端子78と、電圧検出ライン79を介して各々の電池セル61の電極端子71に接続されて電池セル61の電圧、すなわちセル電圧を検出する。各々の電池セル61の電圧は、2組のコネクタ77を介して検出されるので、図13に示すように、接続ライン74が交差する配線パターン75となる。接続ライン74が、2組のコネクタ77の接続端子78を順番に電圧検出回路72の入力端子73に交互に接続するからである。接続ライン74が交差する配線パターン75の回路基板65は、たとえば、両面に配線パターン75を設けてスルーホールで接続する複雑な構造となって製造コストが高くなり、さらに長くて複雑な接続ライン74はノイズの影響を受けやすくなって、セル電圧の検出精度が低下する欠点がある。以下の実施の形態に記載する電源モジュールは、独特の構造によって以上の欠点を解消するものである。
 以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語)を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
 さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
 本発明の第1の実施態様の電池モジュールは、複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、電池積層体の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレートと、エンドプレートを連結してなるバインドバーと、各々の電池セルの電圧を検出する電圧検出回路を備える電子回路ブロックと、各々の電池セルの正負の電極端子と電子回路ブロックとを接続してなる複数の電圧検出ラインとを備えている。電池セルは、正負の電極端子を両端部に配置してなる端子面を有し、電池積層体は、端子面を同一平面として複数の電池セルを積層してなる積層体で、電子回路ブロックは、エンドプレートの外表面に配置されると共に、電圧検出回路を実装してなる回路基板を備えている。回路基板は、電圧検出ラインを接続してなる複数の接続端子を線状に配置してなるひとつのコネクタを固定しており、電圧検出回路は、隣接する入力端子を電池セルのセル電圧の入力端子とする、複数の入力端子を線状に配列している。回路基板は、接続端子と入力端子を対向位置に配置して、対向位置にある接続端子と入力端子を複数列の接続ラインで接続して、接続ラインで入力端子に接続されてなる接続端子に、各々の電池セルのセル電圧を入力している。
 以上の電池モジュールは、電子回路ブロックをエンドプレートの外側に配置することで全高を低くすることに加えて、回路基板を簡単な配線パターンとして安価に多量生産できる特長を実現し、さらに全ての電池セルの電極端子に接続している接続ラインをひとつのコネクタに接続して、このコネクタの接続端子と電圧検出回路の入力端子とを短くて簡単な接続ラインで接続することで、電池セルの電圧を高い精度で検出する特長を実現する。電池モジュールは、セル電圧で充放電をコントロールするので、セル電圧を高い精度で検出できることは、電池セルの過充電と過放電を防止することに有効である。電池の過充電と過放電は、電池を劣化させる原因となる。したがって、高精度に電池セルの電圧を検出できる電池モジュールは、劣化を抑制して寿命を長くできることに有効である。電池モジュールが実現する以上の特長は、電圧検出ラインを接続している複数の接続端子を線状に配置しているひとつのコネクタを回路基板に固定して、回路基板に実装している電圧検出回路の入力端子を線状に配列し、線状に配置しているコネクタの接続端子と電圧検出回路の入力端子を対向位置に配置し、対向位置にある接続端子と入力端子を接続する複数列の接続ラインを簡単な配線パターンとして設けて、電圧検出回路に隣接して設けている入力端子には、各々の電池セルのセル電圧を入力することで実現する。
 以上の電池モジュールは、電子回路ブロックを電池積層体の端子面の上に配置することなく、エンドプレートの外表面に配置するので、全体を低く設計しながら、電池セルが噴出する高温・高圧の排出ガスから電子回路ブロックを保護できる。さらに、電池積層体と電子回路ブロックの間にエンドプレートを配置するので、このエンドプレートが電子回路ブロックを電池セルの排出ガスから遮断して、高温・高圧の排出ガスから電子回路ブロックを保護できるので、異常な状態においても電子回路ブロックの正常な動作を保証して高い安全性が保証される。また、電子回路ブロックの発熱をエンドプレートに効率よく放熱できるので、電子回路ブロックの温度上昇を少なくできる。さらにまた、電子回路ブロックを垂直姿勢でエンドプレートの表面に配置することで、電子回路ブロックの表面にスムーズに空気を対流させて冷却効率を高くできる。電子回路ブロックを効率よく放熱できる構造は、電子回路ブロックを小型化して発熱が狭い領域に集中する回路構成としても、局部的な温度上昇を小さくし、さらに電子回路ブロックの発熱する電子部品の温度上昇も小さくして、より安定な動作も保証できる。
 本発明の第2の実施態様の電池モジュールは、各々の接続ラインが交差しない配線パターンを回路基板の表面に設けており、接続ラインが電圧検出回路の隣接する入力端子に、各々の電池セルのセル電圧を入力している。
 以上の電池モジュールは、複数列の接続ラインが交差しない配線パターンを回路基板の表面に設けるので、回路基板に形成する配線パターンを簡単な構造として安価に多量生産できる。
 本発明の第3の実施態様の電池モジュールは、電池積層体が、電池セルの端子面を上面に配置して、電圧検出ラインを電池積層体の上面に配線しており、電子回路ブロックの回路基板に設けてなるコネクタが、線状に配置している複数の接続端子を、回路基板の上縁に沿って伸びる線状に配置している。
 以上の電池モジュールは、電池積層体が電池セルの端子面を上面に配置して、電圧検出ラインを電池積層体の上面に配線するが、この明細書において電池積層体の「上面」は、電池セルの端子面を意味する。したがって、たとえば、図1の電池積層体が90度回転する横倒しの姿勢で使用すされる電池モジュールにおいては、電池積層体の上面は側面となる。
 本発明の第4の実施態様の電池モジュールは、回路基板に実装してなる電圧検出回路に設けてなる複数の入力端子を、接続端子と同じ方向に伸びる姿勢で配列している。
 本発明の第5の実施態様の電池モジュールは、回路基板に実装してなる電圧検出回路に設けてなる複数の入力端子を、接続端子と同じ方向に伸びる線状に配列している。
 本発明の第6の実施態様の電池モジュールは、回路基板を、複数列の接続ラインを平行に配置してなる配線パターンとしている。
 本発明の第7の実施態様の電池モジュールは、コネクタの隣接する接続端子を、電池セルの端子面の両端部に配置してなる電池セルの正負の電極端子に接続してなる電圧検出ラインに接続して、各々の電池セルのセル電圧を、隣接する接続端子に入力している。
 本発明の第8の実施態様の電池モジュールは、電圧検出回路が、隣接する入力端子の電圧をセル電圧として検出する回路としている。
 本発明の第9の実施態様の電池モジュールは、コネクタの接続端子を直線状に配置している。
 本発明の第10の実施態様の電池モジュールは、電圧検出回路の入力端子を直線状に配置している。
 本発明の第11の実施態様の電池モジュールは、電圧検出ラインをワイヤーハーネスとしている。
(実施の形態1)
 以下の実施例に示す電池モジュールは、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、モータのみで走行する電気自動車、モータで走行する電動バイクなどの電動車両の電源に最適である。ただし、本発明の電池モジュールは、電動車両以外の大出力が要求される用途である蓄電装置用の電源にも適している。
 図1~図4に示す電池モジュール10は、複数の電池セル1を厚さ方向に積層している電池積層体2と、電池積層体2の電池セル1の積層方向の両端部に配置された一対のエンドプレート3と、電池積層体2の両端部のエンドプレート3を連結してなるバインドバー4と、電池積層体2の電池セル1の電圧を検出する電圧検出回路を実装してなる電子回路ブロック6とを備えている。さらに、図に示す電池モジュール10は、各々の電池セル1に設けてなる排気弁1aの開口部に連結してなるガスダクト5と、電池積層体2の上方であって、ガスダクト5の上に配置された上面カバー8と、電池積層体の下方に配置されて、エンドプレート3を固定しているベースプレート9とを備えている。
(電池セル1)
 電池セル1は、図2に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形の二次電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体2としている。電池セル1はリチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、充電できる他の全ての二次電池とすることもできる。電池セル1は、密閉構造の外装缶に正負の電極板を電解液と共に収容している。外装缶は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板を角形にプレス成形され、開口部を封口板で気密に密閉している。封口板は、外装缶と同じアルミニウムやアルミニウム合金で、正負の電極端子11を固定して、電極端子11の間に排気弁1aを設けている。なお、正負の電極端子11は、少なくとも一方の電極端子11が封口板と絶縁された状態とされている。この電池セル1は、封口板を端子面1Xとして正負の電極端子11を設けている。さらに、電池セル1は、外装缶の底面及び側面が絶縁フィルムにより被覆されている。
 複数の電池セル1は、各電池セル1の厚み方向が積層方向となるように積層されて電池積層体2を構成している。複数の電池セル1は、正負の電極端子11を設けている端子面1Xが同一平面上に配置されて端子面2Xを形成するように積層されて電池積層体2としている。
(電池積層体2)
 電池積層体2は、図2に示すように、積層している電池セル1の間に絶縁スペーサ12を挟着している。図の絶縁スペーサ12は、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。図に示す絶縁スペーサ12は、電池セル1の対向面とほぼ等しい大きさのプレート状としており、この絶縁スペーサ12を互いに隣接する電池セル1の間に積層して、隣接する電池セル1同士を絶縁している。なお、隣接する電池セル1間に配置されるスペーサとしては、電池セルとスペーサの間に冷却気体の流路が形成される形状のスペーサを用いることもできる。
 電池積層体2は、隣接する電池セル1の正負の電極端子11に金属製のバスバー14を接続して、バスバー14でもって複数の電池セル1を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続している。電池積層体2は、積層する電池セル1の個数で出力電圧と、充放電できる容量を設定値としている。電池積層体2は、直列に接続する電池セル1の個数で出力電圧を高くでき、電池セル1の個数で充放電の容量を大きくできる。電池モジュール10は、電池積層体2を構成する電池セル1の個数とその並列と直列に接続する接続状態で、出力電圧と容量を設定値とするので、電池セル1の個数と接続状態は用途を考慮して最適な状態とされる。
 バスバー14は、電極端子11に接続するための接続部(図示せず)を設けている。バスバー14は、この接続部と電極端子11とを接続する境界にレーザービームを照射して電極端子11に溶接して接続される。ただ、バスバーは、電極端子に雄ネジを設けて、この電極端子を挿通するための貫通孔を開口すると共に、この貫通孔に挿通された電極端子の雄ネジにナットをねじ込んで電極端子に連結することも、電極端子に雌ネジ孔を設け、この雌ネジ孔にバスバーを貫通する止ネジをねじ込んで電極端子に連結することもできる。電池モジュール10は、電池積層体2の上面に樹脂製の絶縁カバー(図示せず)を設けることができる。絶縁カバーは、開口部を設けて、この開口部から電極端子11を表出し、絶縁カバーの上面側で、絶縁カバーの開口部から表出する電極端子11に金属板のバスバー14を接続して、複数の電池セル1を所定の配列で接続することができる。
(端面スペーサ13)
 電池積層体2は、金属製のエンドプレート3と絶縁するために、両端面には端面スペーサ13を挟んでエンドプレート3を配置することができる。端面スペーサ13は、電池積層体2とエンドプレート3との間に配置されてエンドプレート3を電池積層体2から絶縁する。端面スペーサ13は、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。端面スペーサ13は、電池セル1の対向面全体をカバーできる大きさのプレート部を設けて、このプレート部を電池積層体2の両端に配置された電池セル1とエンドプレート3との間に積層している。
(エンドプレート3)
 エンドプレート3は、電池積層体2の電池セル1の積層方向における両端面にあって、電池積層体2を固定している。エンドプレート3は金属製の板材で、外形が電池セル1の外形にほぼ等しく、あるいは電池セル1よりも僅かに大きい四角形の板材である。エンドプレート3は、高張力綱で製作して強靭な構造にできる。エンドプレート3は、1枚の金属板とし、あるいは複数の金属板を積層する構造とし、あるいは金属板とプラスチックとの積層体とすることができる。1枚の金属板からなるエンドプレート3は熱容量が大きく、電子回路ブロック6の熱エネルギーを効率よく吸収できる。また、複数の板材を積層するエンドプレート3は、電子回路ブロック6を固定する表面側を少なくとも金属製の板材とする。電子回路ブロック6が熱結合状態に固定されて、放熱特性を向上するためである。さらに、エンドプレート3は、アルミニウム板と高張力綱板の積層構造とすることができる。このエンドプレートは、表面側をアルミニウム板として電子回路ブロックを固定し、アルミニウム板と高張力綱板とを面接触状態に積層して、アルミニウム板から高張力綱板に効率よく熱伝導できる構造とすることもできる。ただし、エンドプレートは必ずしも金属製とすることなく、たとえばエンジニアリングプラスチック等の優れた強度のプラスチック製とすることもできる。
(バインドバー4)
 バインドバー4は、電池セル1の積層方向に伸びて両端部をエンドプレート3に固定して、一対のエンドプレート3で電池積層体2を固定している。図に示すバインドバー4は、電池積層体2の側面に沿う所定の上下幅と所定の厚さを有する金属板で、電池積層体2の両側面に対向して配置されている。バインドバー4は、電池積層体2の両端面を強い圧力で加圧して、充放電して膨張しようとする電池セル1を定位置に配置する。バインドバー4の金属板は、好ましくは高張力綱を使用する。金属板のバインドバー4は、プレス成形して所定の形状に形成される。
 バインドバー4は、図2の分解斜視図に示すように、両端を一対のエンドプレート3に固定するために、電池積層体2の積層方向の両端において、その両端部をエンドプレート3の外側面に沿うように折曲加工して固定部4Aを設けている。バインドバー4は、この固定部4Aをエンドプレート3に螺合するなどして、一対のエンドプレート3を締結している。
 さらに、バインドバー4は、図2及び図3に示すように、下端部をL字状に折曲して、下側連結片4Bを形成している。この下側連結片4Bは、ベースプレート9の両側部の下面側に積層されて、ベースプレート9に連結される。さらに、バインドバー4は、上端部を折曲して、電池積層体2の上面の端部を押圧する押圧片4Cを形成している。この押圧片4Cは、電池積層体2の電池セル1の上面を個別に押圧できるように、電池セル1毎に分離されている。これにより、各押圧片4Cは隣接する押圧片4Cから独立して電池セル1をベースプレート9側に押圧することができる。このようにして、各電池セル1がベースプレート9から浮き上がることを阻止して高さ方向に保持し、振動や衝撃等が電池積層体2に印加されても、各電池セル1が上下方向に位置ずれしないように維持できる。このようにバインドバー4は、電池積層体2の左右の両側部において、電池積層体2の上下面の隅部を覆って保持している。
 なお、バインドバー4の形状や、エンドプレート3との締結構造は、既知の構造を適宜利用できる。例えばバインドバーの両端部をL字状に折曲させることなく平板状とし、エンドプレートの側面と螺合するよう構成してもよい。あるいはバインドバーがエンドプレートの側面と対向する部分を、段差状に係合する係合構造として、バインドバーをエンドプレートの側面に係止構造でもって係止した状態で、さらに螺合させる構造としてもよい。
 また、バインドバー4と電池積層体2の間には、絶縁シートを介在させてもよい。絶縁シートは絶縁性を備える材質、例えば樹脂などで構成され、金属製のバインドバー4と電池セル1との間を絶縁する。
(ベースプレート9)
 ベースプレート9は、図1~図3に示すように、電池積層体2とエンドプレート3の底面に配置される。ベースプレート9は、エンドプレート3が固定され、さらに好ましくはバインドバー4の下端部も固定される。エンドプレート3やバインドバー4は、固定ネジ15、16を介してベースプレート9に固定される。エンドプレート3を固定する固定ネジ15は、エンドプレート3を上下方向に貫通して、エンドプレート3をベースプレート9に固定する。また、バインドバー4を固定する固定ネジ16も、バインドバー4の下端部である下側連結片4Bを貫通して、ベースプレート9に固定される。
 電池積層体2は、各々の電池セル1をベースプレート9に接触させて、ベースプレート9と熱結合状態に配置する。ベースプレート9に熱結合する電池セル1は、熱エネルギーをベースプレート9に放熱する。さらに、ベースプレート9を強制冷却して、電池セル1の熱エネルギーをさらに効率よく放熱することもできる。強制冷却されるベースプレート9は、図示しないが、内部に冷媒や冷却液を循環して強制冷却することができる。また、ベースプレートは、下面に放熱フィンを設けて強制冷却することもできる。さらに、ベースプレートの下面に面接触状態に冷却プレートを積層して、冷却プレートで強制冷却することもできる。冷却プレートは、内部に冷媒や冷却液を循環して強制冷却することができる。
(ガスダクト5)
 ガスダクト5は、図3及び図4に示すように、電池セル1の上面、すなわち電池セル1の端子面1Xに対向する位置に配置されて、排気弁1aから噴出される排出ガスを外部に排気する。図4に示すガスダクト5は、電池積層体2の端子面2Xの中央部に、電池セル1の積層方向に伸びる姿勢で配置されている。ガスダクト5は、排気弁1aの開口部から排出される吐き出し物をスムーズに排出する内容積の筒状で、下面を開口して、各々の電池セル1の排気弁1aの開口部に連結している。図4のガスダクトは、横断面形状を横幅の広い長方形とする四角筒状としている。ガスダクト5は、電池積層体2の上面に、排気弁1aから排出される排出ガスを外部に排気するように、電池セル1の端子面1Xとの間に隙間ができないように電池積層体2の上面に密着して配置されて、下面に開口する開口部5aを各々の電池セル1の排気弁1aに連結している。ガスダクト5は、端子面1Xとの間にパッキンやシール材等を配置して、排出ガスを漏れないように配置することもできる。
 さらに、図示しないが、ガスダクトは、電池積層体の上面に電池セルの積層方向に伸びる姿勢で配置している集合ダクトと、集合ダクトに連結されて、先端を排気弁に連結している分岐ダクトとで構成することもできる。このガスダクトは、集合ダクトを端子面から離して配置して、分岐ダクトの先端を排気弁の開口部に連結することができる。
(電子回路ブロック6)
 図2、図4及び図5の電池モジュール10は、電池積層体2を両端から加圧して固定しているエンドプレート3の外表面に電子回路ブロック6を固定している。電子回路ブロック6は、図4及び図6に示すように、電池セル1の電圧を検出する電圧検出回路22を回路基板20に実装している。電子回路ブロック6は、電圧検出ライン19を介して電圧検出回路22を電池セル1の電極端子11に接続している。電圧検出ライン19は、電池セル1の端子面1Xを同一平面に配置している電池積層体2の上面に配線されて、各々の電池セル1の電極端子11を電子回路ブロック6に接続している。全ての電圧検出ライン19は、ひとつのコネクタ17を介して電子回路ブロック6に接続される。
 電圧検出ライン19は、一端を電池セル1の電極端子11に接続して他端をコネクタ17の接続端子18に接続している。図4及び図5の電圧検出ライン19はワイヤーハーネスで構成される。ワイヤーハーネスは、全ての電圧検出ライン19をひとつのコネクタ17に接続している。ただ、本発明は電圧検出ラインを必ずしもワイヤーハーネスとする必要はなく、フレキシブルプリント基板やフレキシブルフラットケーブルなどで構成することもできる。
 コネクタ17は、隣接する接続端子18を、各々の電圧検出ライン19を介して、各々の電池セル1の正負の電極端子11に接続している。このコネクタ17は、図5に示すように、各々の電池セル1のセル電圧が、隣接する接続端子18に入力されるように、電圧検出ライン19を接続端子18に接続している。図5において、下から順番に上に積層している各々の電池セルE1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8の電圧V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8は、コネクタ17の隣接する接続端子18間に以下のように出力される。
 各電池セル1の電圧である
  電圧V1は、端子T1とT2間の電圧として出力され、
  電圧V2は、端子T2とT3間の電圧として出力され、
  電圧V3は、端子T3とT4間の電圧として出力され、
  電圧V4は、端子T4とT5間の電圧として出力され、
  電圧V5は、端子T5とT6間の電圧として出力され、
  電圧V6は、端子T6とT7間の電圧として出力され、
  電圧V7は、端子T7とT8間の電圧として出力され、
  電圧V8は、端子T8とT9間の電圧として出力される。
 コネクタ17は、全ての電圧検出ライン19を接続しているライン側のコネクタ17Aと、回路基板20に固定している基板側のコネクタ17Bとからなり、両方のコネクタ17を連結して、電圧検出ライン19は電子回路ブロック6に接続される。ライン側のコネクタ17Aは、電圧検出ライン19を接続している複数の接続端子18を線状に、図においては直線状に配列している。基板側のコネクタ17Bは、ライン側のコネクタ17Aの接続端子18を接続できるように、回路基板20に接続している接続端子18を直線状に配列している。両方のコネクタ17は、複数の接続端子18を直線状に配置する細長い形状で、全ての電圧検出ライン19を回路基板20に接続して、各々の電池セルの電圧を電子回路ブロック6に入力する。
 図5及び図6のコネクタ17は、電圧検出ライン19を接続している複数の接続端子18を1列の直線状に配列しているが、コネクタは、複数の接続端子を、2列の直線状として、複数列の直線状に配列することもできる。コネクタは、複数の接続端子を複数列の直線状に配置する細長い形状として、全ての電圧検出ラインを回路基板に接続して、各々の電池セルの電圧を電子回路ブロックに入力できる。接続端子を複数列の直線状に配置するコネクタも、1列の直線状に配置するコネクタと同様に、隣接する接続端子には各々のセル電圧が入力されるように電圧検出ラインが接続される。
 回路基板20に実装される電圧検出回路22は、線状に配列している複数の入力端子23を備える。電圧検出回路22は、入力端子23に入力される電圧で電池セル1の電圧を検出する。電圧検出回路22は、複数の入力端子23を線状に配列しており、隣接する入力端子23を電池セル1のセル電圧の入力端子としている。入力端子23は、回路基板20の配線パターン25として設けている接続ライン24を介してコネクタ17の接続端子18に接続される。この電圧検出回路22は、接続ライン24とコネクタ17と電圧検出ライン19を介して各々の電池セル1の電極端子11に接続される。図4と図5の電池モジュール10は、隣接する電池セル1をバスバー14で直列に接続しているので、電極端子11に接続している各バスバー14と正負の出力端子31の電圧を検出して、全ての電池セル1の電圧を検出する。
 回路基板20は、コネクタ17の接続端子18と、電圧検出回路22の入力端子23とを対向位置に配置している。接続端子18と入力端子23を対向位置に配置して、接続ライン24を短くし、さらに長さをほぼ等しくすることで、各々のセル電圧は正確に検出できる。対向位置に配置される接続端子18と入力端子23は、複数列の接続ライン24で接続している。図6の回路基板20は、細長いコネクタ17の接続端子18の配列方向と、入力端子23の配列方向を平行姿勢に配置している。接続端子18と対向位置に配置される入力端子23は、入力端子23と接続端子18とを同じ方向に伸びる線状に配列して、各接続ライン24の長さをほぼ均等にできる。さらに、回路基板20は、図7に示すように、電圧検出回路22を実現する平面視矩形状の電子部品26のコーナー部であって山形に沿う線状に入力端子23を配列して、入力端子23と接続端子18を同じ方向に伸びる線状に配置することもできる。
 図6の回路基板20は、複数列の接続ライン24が互いに交差しない配線パターン25を回路基板20の表面に設けている。接続ライン24が交差しない配線パターン25の回路基板20は、簡単な構造で安価に多量生産できる。複数列の接続ライン24は、各々の接続端子18を各々の入力端子23に接続する。したがって、接続端子18と入力端子23と接続ライン24は同じ数で、各々の接続端子18は各列の接続ライン24を介して各々の入力端子23に接続される。図6の回路基板20は、接続ライン24を平行姿勢とする配線パターン25を表面に設けている。回路基板は、入力端子の間隔が接続端子の間隔と異なる場合には、縦方向に伸びる接続ラインの途中を横方向に曲げて、間隔を調整することでスムーズに接続できる。
 電圧検出回路22は、隣接する入力端子23の電圧をセル電圧として検出する回路で、電圧検出ライン19とコネクタ17と接続ライン24を介して各々の電池セル1の電圧を検出する。回路基板20において、互いに対向位置に配置している入力端子23と接続端子18は、互いに隣接する端子に、各々の電池セル1の電圧が入力される。したがって、電圧検出回路22は、図6に示すように、各列の接続ライン24と、各々の電池セル1の電極端子11に接続している電圧検出ライン19を介して、入力端子23を各電池セル1の電極端子11に接続して、各電池セル1の電圧を検出する。とくに、図6や図7に示すように、接続端子18と入力端子23を接続する接続ライン24を、交差しない配線パターン25として回路基板20の表面に設けることで、回路基板20を簡単な構造として安価に多量生産しながら、接続端子18と入力端子23とを短い接続ライン24を介して理想的に接続できる。
 電子回路ブロック6は、電圧検出回路22を実現する電子部品を回路基板20に実装している。ただ、電子回路ブロック6は、電圧検出回路22を含む全ての電子回路を集積回路として、集積回路を絶縁材のパッケージに埋設するブロックとして回路基板20に実装することもできる。
 電圧検出回路22を備える電子回路ブロック6は、充放電して電圧が変動する電池セル1の電圧を検出し、電池電圧を設定範囲として、各々の電池セル1の過充電や過放電を防止する。電池モジュール10は、電池積層体2の充放電電流をコントロールする制御回路30を電子回路ブロック6に備えてもよい。この制御回路30は充放電の電流をコントロールして、電池セル1の過充電と過放電を防止する。電圧検出回路22は、この制御回路30に電池セル1の電圧データを伝送する。電子回路ブロックは、制御回路を設けることなく外部に設けた制御回路に電池情報を伝送して、外部の制御回路で電池モジュールの充放電の電流をコントロールすることもできる。
 電圧検出回路22は、好ましくは、全ての電池セル1の電圧を検出する。ただ、電圧検出回路22は、必ずしも全ての電池セル1の電圧を検出することなく、たとえば、電池積層体2を構成する電池セル1を複数の電池ユニットに分割して、各々の電池ユニットの電圧を検出することもできる。複数の電池セルを並列に接続している電池ユニットは、電池ユニットの電圧を検出して、全ての電池セルの電圧を検出できる。複数の電池セルを直列に接続している電池ユニットは、電池ユニットの電圧を検出して、直列接続している電池セルのトータル電圧を検出する。複数の電池セルを直列接続している電池ユニットは、2~5個の電池セルで構成される。この電池ユニットは、電池ユニットの電圧を検出して、2~5個の電池セルのトータル電圧を検出するので、電池セルの電圧は検出するトータル電圧の1/2~1/5となる。電池セル1の電圧は残容量で変化する。電池セル1の電圧は、過充電されるとあらかじめ設定している最高電圧よりも高くなり、過放電されると最低電圧よりも低くなる。電池セル1は、過充電され、あるいは過放電されると電気特性が低下して劣化し、安全性も低下する。電圧検出回路22は、電池セル1の電圧を検出して、制御回路30に伝送し、制御回路30は電池セル1の電圧を設定範囲となるように充放電の電流をコントロールする。
 電子回路ブロック6はエンドプレート3に固定されてエンドプレート3に放熱する。電子回路ブロック6は、電流を制御するFET等の半導体素子などの発熱素子を備える。電子回路ブロック6は、発熱素子の熱エネルギーをエンドプレート3に放熱して温度上昇を小さくできる。電子回路ブロック6の温度上昇は、内蔵する発熱素子などに悪影響を与える。発熱部品の発熱エネルギーによる温度上昇は、部品の故障につながることから、発熱部品が異常に温度上昇しないように全体を大きくしたり、発熱量を小さくするなどの設計が行われる。電子回路ブロック6は、狭いスペースに配置できるように小型化すると、放熱面積が減少し、放熱エネルギーが減少して温度上昇が大きくなる。このように、電子回路ブロック6は、狭いスペースに配置するためには、小型化が要求され、放熱特性を向上するには、放熱面積を大きくして大型化する必要がある。このため、電子回路ブロック6において、小型化と放熱特性の向上とは互いに相反する特性であって両特性を満足することができず、限られたスペースに配置するために要求される小型化と、高い放熱特性との相反する課題が要求される。
 電子回路ブロック6をエンドプレート3に熱結合状態に固定して、エンドプレート3を電子回路ブロック6の放熱に併用する電池モジュール10は、電子回路ブロック6の発熱エネルギーをエンドプレート3で効率よく放熱できる。とくに、このエンドプレート3は、熱容量が極めて大きく、吸収する熱エネルギーに対する温度上昇を小さくできる。さらに、エンドプレート3は表面積も大きく表面からの放熱エネルギーも大きく、このことからも温度上昇は小さくなる。さらに、エンドプレート3をベースプレート9に固定する構造は、エンドプレート3からベースプレート9に熱エネルギーを伝導してさらに温度上昇は小さくなる。また、ベースプレート9を強制冷却し、あるいはベースプレート9に冷却プレートを積層する構造は、ベースプレート9でエンドプレート3が強制冷却されて温度上昇はさらに小さくなり、電子回路ブロック6の冷却効果はさらに増大して、電子回路ブロック6の温度上昇は理想的な状態まで小さくなる。
 図1及び図4の電池モジュール10は、電子回路ブロック6をエンドプレート3の外表面に固定している。この電池モジュール10は、電子回路ブロック6の発熱エネルギーを固定しているエンドプレート3に伝導して放熱できると共に、露出する表面からも外気に放熱してより効率よく放熱できる特長がある。エンドプレート3の表面に固定している電子回路ブロック6は、その外形がエンドプレート3の外形よりも小さく、エンドプレート3の外周縁から突出しない。この電池モジュール10は、電子回路ブロック6をエンドプレート3に配置しながら、電子回路ブロック6が電池モジュール10の外形を大きくすることがなく、小型化しながら電子回路ブロック6を効率よく放熱できる。
 さらに、図8の電池モジュール10は、電子回路ブロック6の厚さを、平面視においてベースプレート9の先端縁から外側面に突出しない寸法としている。この電池モジュール10は、エンドプレート3に電子回路ブロック6を固定しながら、平面視の外形はベースプレート9よりも大きくならず、全体を小型化しながら電子回路ブロック6を理想的な位置に配置できる。
 以上の電池モジュール10は、電動車両を走行させるモータに電力を供給する車両用の電源として利用できる。電池モジュール10を搭載する電動車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。なお、車両を駆動する電力を得るために、上述した電池モジュール10を直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置100を構築して搭載するが好ましい。
(ハイブリッド自動車用電源装置)
 図9は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車に複数の電池モジュールを接続している電源装置90を搭載する例を示す。この図に示す電源装置90を搭載した車両HVは、車両本体91と、この車両本体91を走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、これらのエンジン96及び走行用のモータ93で駆動される車輪97と、モータ93に電力を供給する電源装置90と、電源装置90の電池を充電する発電機94とを備えている。電源装置90は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、電源装置90の電池を充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、電源装置90から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置90の電池を充電する。なお、車両HVは、図に示すように、電源装置90を充電するための充電プラグ98を備えてもよい。この充電プラグ98を外部電源と接続することで、電源装置90を充電できる。
(電気自動車用電源装置)
 また、図10は、モータのみで走行する電気自動車に、複数の電池モジュールからなる電源装置90を搭載する例を示す。この図に示す電源装置90を搭載した車両EVは、車両本体91と、この車両本体91を走行させる走行用のモータ93と、このモータ93で駆動される車輪97と、このモータ93に電力を供給する電源装置90と、この電源装置90の電池を充電する発電機94とを備えている。電源装置90は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。モータ93は、電源装置90から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置90の電池を充電する。また車両EVは充電プラグ98を備えており、この充電プラグ98を外部電源と接続して電源装置90を充電できる。
(蓄電装置用の電源装置)
 さらに、本発明は、電池モジュールの用途を、車両を走行させるモータの電源には特定しない。実施形態に係る電池モジュールは、太陽光発電や風力発電等で発電された電力で電池を充電して蓄電する蓄電装置の電源として使用することもできる。図11は、電源装置90の電池を太陽電池82で充電して蓄電する蓄電装置を示す。
 図11に示す蓄電装置は、家屋や工場等の建物81の屋根や屋上等に配置された太陽電池82で発電される電力で複数の電池モジュールからなる電源装置90の電池を充電する。この蓄電装置は、太陽電池82を充電用電源として充電回路83で電源装置90の電池を充電した後、DC/ACインバータ85を介して負荷86に電力を供給する。このため、この蓄電装置は、充電モードと放電モードを備えている。図に示す蓄電装置は、DC/ACインバータ85と充電回路83を、それぞれ放電スイッチ87と充電スイッチ84を介して電源装置90と接続している。放電スイッチ87と充電スイッチ84のON/OFFは、蓄電装置の電源コントローラ88によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ88は充電スイッチ84をONに、放電スイッチ87をOFFに切り替えて、充電回路83から電源装置90への充電を許可する。また、充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で、電源コントローラ88は充電スイッチ84をOFFに、放電スイッチ87をONにして放電モードに切り替え、電源装置90から負荷86への放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチ84をONに、放電スイッチ87をONにして、負荷86への電力供給と、電源装置90への充電を同時に行うこともできる。
 さらに、電源装置は、図示しないが、夜間の深夜電力を利用して電池を充電して蓄電する蓄電装置の電源として使用することもできる。深夜電力で充電される電源装置は、発電所の余剰電力である深夜電力で充電して、電力負荷の大きくなる昼間に電力を出力して、昼間のピーク電力を小さく制限することができる。さらに、電源装置は、太陽電池の出力と深夜電力の両方で充電する電源としても使用できる。この電源装置は、太陽電池で発電される電力と深夜電力の両方を有効に利用して、天候や消費電力を考慮しながら効率よく蓄電できる。
 以上のような蓄電装置は、コンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用または工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機や道路用の交通表示器などのバックアップ電源用などの用途に好適に利用できる。
 本発明に係る電池モジュールは、EV走行モードとHEV走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源として好適に利用できる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。
1…電池セル
1a…排気弁
1X…端子面
2…電池積層体
2X…端子面
3…エンドプレート
4…バインドバー
4A…固定部
4B…下側連結片
4C…押圧片
5…ガスダクト
5a…開口部
6…電子回路ブロック
8…上面カバー
9…ベースプレート
10…電池モジュール
11…電極端子
12…絶縁スペーサ
13…端面スペーサ
14…バスバー
15…固定ネジ
16…固定ネジ
17…コネクタ
17A…ライン側のコネクタ
17B…基板側のコネクタ
18…接続端子
19…電圧検出ライン
20…回路基板
22…電圧検出回路
23…入力端子
24…接続ライン
25…配線パターン
26…電子部品
30…制御回路
31…出力端子
60…電池モジュール
61…電池セル
62…電池積層体
63…エンドプレート
65…回路基板
66…電子回路ブロック
71…電極端子
72…電圧検出回路
73…入力端子
74…接続ライン
75…配線パターン
77…コネクタ
78…接続端子
79…電圧検出ライン
81…建物
82…太陽電池
83…充電回路
84…充電スイッチ
85…DC/ACインバータ
86…負荷
87…放電スイッチ
88…電源コントローラ
90…電源装置
91…車両本体
93…モータ
94…発電機
95…DC/ACインバータ
96…エンジン
97…車輪
98…充電プラグ
900…電池モジュール
901…電池セル
902…電池積層体
903…エンドプレート
904…バインドバー
905…ガスダクト
906…回路基板
910…端子面
911…電極端子
914…バスバー
HV、EV…車両

Claims (13)

  1.  複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、
     前記電池積層体の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレートと、
     前記エンドプレートを連結してなるバインドバーと、
     各々の前記電池セルの電圧を検出する電圧検出回路を備える電子回路ブロックと、
     各々の前記電池セルの正負の電極端子と前記電子回路ブロックとを接続してなる複数の電圧検出ラインと、
    を備える電池モジュールであって、
     前記電池セルが、
      正負の電極端子を両端部に配置してなる端子面を有し、
     前記電池積層体は、
      前記端子面を同一平面として複数の電池セルを積層してなる積層体で、
     前記電子回路ブロックは、
      前記エンドプレートの外表面に配置されると共に、
      前記電圧検出回路を実装してなる回路基板を備えており、
     前記回路基板は、
      前記電圧検出ラインを接続してなる複数の接続端子を線状に配置してなるひとつのコネクタを固定しており、
     前記電圧検出回路は、
      隣接する入力端子を前記電池セルのセル電圧の入力端子とする、複数の入力端子を線状に配列してなり、
     前記回路基板は、
      前記接続端子と前記入力端子が対向位置に配置されて、
      対向位置にある前記接続端子と前記入力端子が複数列の接続ラインで接続されて、
     前記接続ラインで前記入力端子に接続されてなる前記接続端子に、
      各々の電池セルのセル電圧が入力されてなることを特徴とする電池モジュール。
  2.  請求項1に記載の電池モジュールであって、
      各々の前記接続ラインが交差しない配線パターンが前記回路基板の表面に設けられて、
     前記接続ラインが、
      前記電圧検出回路の隣接する前記入力端子に、
      各々の電池セルのセル電圧を入力してなることを特徴とする電池モジュール。
  3.  請求項1または2に記載する電池モジュールであって、
     前記電池積層体が、
      前記電池セルの端子面を上面に配置して、
     前記電圧検出ラインが前記電池積層体の上面に配線されてなり、
     前記電子回路ブロックの回路基板に設けてなる前記コネクタが、
      線状に配置している複数の接続端子を、
      前記回路基板の上縁に沿って伸びる線状に配置してなることを特徴とする電池モジュール。
  4.  請求項3に記載する電池モジュールであって、
     前記回路基板に実装してなる前記電圧検出回路に設けてなる複数の入力端子が、
      前記接続端子と同じ方向に伸びる姿勢で配列されてなることを特徴とする電池モジュール。
  5.  請求項3に記載する電池モジュールであって、
     前記回路基板に実装してなる前記電圧検出回路に設けてなる複数の入力端子が、
      前記接続端子と同じ方向に伸びる線状に配列されてなることを特徴とする電池モジュール。
  6.  請求項1ないし5のいずれかに記載する電池モジュールであって、
     前記回路基板が、
      複数列の接続ラインを平行に配置してなる配線パターンであることを特徴とする電池モジュール。
  7.  請求項1ないし6のいずれかに記載する電池モジュールであって、
     前記コネクタの隣接する前記接続端子が、
      前記電池セルの端子面の両端部に配置してなる前記電池セルの正負の電極端子に接続してなる前記電圧検出ラインに接続されて、
      各々の前記電池セルのセル電圧が、
       隣接する接続端子に入力されるようにしてなることを特徴とする電池モジュール。
  8.  請求項7に記載する電池モジュールであって、
     前記電圧検出回路は、
      隣接する前記入力端子の電圧をセル電圧として検出する回路であることを特徴とする電池モジュール。
  9.  請求項1ないし8のいずれかに記載する電池モジュールであって、
     前記コネクタの接続端子が直線状に配置されてなることを特徴とする電池モジュール。
  10.  請求項1ないし9のいずれかに記載する電池モジュールであって、
     前記電圧検出回路の入力端子が直線状に配置されてなることを特徴とする電池モジュール。
  11.  請求項1ないし10のいずれかに記載する電池モジュールであって、
     前記電圧検出ラインがワイヤーハーネスであることを特徴とする電池モジュール。
  12.  請求項1ないし11のいずれかに記載する電池モジュールを備える電動車両であって、
     前記電池モジュールと、
     該電池モジュールから電力供給される走行用のモータと、
     前記電池モジュール及び前記モータを搭載してなる車両本体と、
     前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪と
    を備えることを特徴とする電動車両。
  13.  請求項1ないし11のいずれかに記載する電池モジュールを備える蓄電装置であって、
     前記電池モジュールと、
     該電池モジュールへの充放電を制御する電源コントローラと
    を備え、
     前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記電池セルへの充電を可能とすると共に、該電池セルに対し充電を行うよう制御することを特徴とする蓄電装置。
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