(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単電池を直列もしくは並列に多数個連結した組電池において、組電池を構成する単電池と近接して、単電池の温度を検出する熱センサーを設け、熱センサーは、一個の単電池に対して一個の熱センサーが配置されて、単電池の連結個数よりも少ない個数の熱センサーが設けられることによって、熱センサーが近接配置された単電池と、熱センサーが近接配置されない単電池とが混在して連結され、前記熱センサーが近接配置されない単電池に、単電池の温度を集熱して単電池の温度情報を熱センサーに伝達する集熱部材が設けられ、組電池を構成している単電池は、熱センサーを配置している複数個の単電池と、集熱部材を配置している単電池とから構成されており、単電池に配置されている各熱センサーは、集熱部材を介して互いに直列に電気接続されていることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記熱センサーは、ＰＴＣ素子またはサーミスタであることを特徴とする請求項１記載の組電池。
【請求項３】
組電池を複数の小ブロックごとに分割して構成すると共に、各小ブロックを複数の単電池を多数個連結することによって構成し、且つ、組電池の小ブロックに対応させて、前記単電池に近接配置した熱センサーを複数の小ブロックごとに分割して構成すると共に、各小ブロックを複数の熱センサーを多数個直列に連結することによって構成し、前記熱センサーの小ブロックごとの出力を入力するコントロールユニットを設け、コントロールユニットは、前記熱センサーの出力を各小ブロックごとに演算することを特徴とする組電池。
【請求項４】
熱センサーが配置された単電池と、集熱部材が配置された単電池とが互いに隣接されて連結されていることを特徴とする請求項１記載の組電池。
【請求項５】
熱センサーは、熱センサーが配置される単電池の表面のうち、隣接される集熱部材を配置した単電池に近接する位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の組電池。
【請求項６】
集熱部材は、鉄、ニッケル、銅、アルミニウムまたはそれらを含む合金のうちいずれかを主成分として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。
【請求項７】
組電池を構成している単電池は、熱センサーを配置している複数個の単電池と、集熱部材を配置している単電池とから構成されており、集熱部材を配置している単電池は、熱センサーを配置している複数個の単電池の間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の組電池。
【請求項８】
隣接する単電池間に熱センサーを配置すると共に、熱センサーの両側に位置する前記隣接する各単電池に集熱部材を配置したことを特徴とする請求項１記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単電池を直列もしくは並列に多数個連結した組電池に関するものである。特に、電気自動車用組電池を構成する多数個の単電池のうち、少なくとも一つが異常昇温したことを検出することができる組電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池の異常昇温を検出して、電池の劣化や発熱による事故等を未然に防止するため、電池にＰＴＣ素子のような熱センサーを組み込んだ組電池が広く知られている。
【０００３】
また、電気自動車のモーター駆動電源として、多数の単電池を電気的に直列接続して高電圧、高電流を供給しうるものが提案されている。そして、このような電気自動車用の電源装置に温度センサーを組み込んだものも知られており、例えば、特開平１０−２７００９４号公報に開示されたものがある。
【０００４】
この公報に開示された電源装置は、組電池を構成する各単電池の各々全てに、温度センサーを取付け、温度センサーの全抵抗の測定により単電池の異常昇温を検出したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この公報に記載される電源装置は、電源装置を構成する各単電池の全てに温度センサーを取り付けているために、単電池の個数分の温度センサーが必要となってしまう。特に、電気自動車の様な高出力で高電圧を必要とする電源装置は単電池の接続個数が極めて多いため、各単電池に接続する温度センサーについても極めて多くの個数が必要となっている。
【０００６】
その結果、部品点数が多くなると共に、各温度センサーの接続等の組立工数も増加してコストがかかってしまう問題があった。
【０００７】
従って、この発明は、単電池を多数個連結した組電池において、温度センサーの装着個数を減少させながら、各単電池の異常昇温を検出することができる組電池を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するために、単電池を直列もしくは並列に多数個連結した組電池において、組電池を構成する単電池と近接して、単電池の温度を検出する熱センサーを設け、熱センサーは、一個の単電池に対して一個の熱センサーが配置されて、単電池の連結個数よりも少ない個数の熱センサーが設けられることによって、熱センサーが近接配置された単電池と、熱センサーが近接配置されない単電池とが混在して連結されたことを特徴とする。
また、前記熱センサーが近接配置されない単電池に、単電池の温度を集熱して単電池の温度情報を熱センサーに伝達する集熱部材が設けられていることを特徴とする。
また、組電池を構成している単電池は、熱センサーを配置している複数個の単電池と、集熱部材を配置している単電池とから構成されており、単電池に配置されている各熱センサーは、集熱部材を介して互いに直列に電気接続されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記熱センサーは、ＰＴＣ素子またはサーミスタであることを特徴とする。
【００１０】
また、組電池を複数の小ブロックごとに分割して構成すると共に、各小ブロックを複数の単電池を多数個連結することによって構成し、且つ、組電池の小ブロックに対応させて、前記単電池に近接配置した熱センサーを複数の小ブロックごとに分割して構成すると共に、各小ブロックを複数の熱センサーを多数個直列に連結することによって構成し、前記熱センサーの小ブロックごとの出力を入力するコントロールユニットを設け、コントロールユニットは、前記熱センサーの出力を各小ブロックごとに演算することを特徴とする。
【００１２】
また、熱センサーが配置された単電池と、集熱部材が配置された単電池とが互いに隣接されて連結されていることを特徴とする。
【００１３】
また、熱センサーは、熱センサーが配置される単電池の表面のうち、隣接される集熱部材を配置した単電池に近接する位置に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、集熱部材は、鉄、ニッケル、銅、アルミニウムまたはそれらを含む合金のうちいずれかを主成分として構成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、組電池を構成している単電池は、熱センサーを配置している複数個の単電池と、集熱部材を配置している単電池とから構成されており、集熱部材を配置している単電池は、熱センサーを配置している複数個の単電池の間に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、隣接する単電池間に熱センサーを配置すると共に、熱センサーの両側に位置する前記隣接する各単電池に集熱部材を配置したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づき説明する。本発明の組電池は、円筒型の単電池１を６本、縦に長く棒状にして、各単電池１を全て直列にして連結し、組電池を構成している。単電池１にはニッケル水素電池を用いているが、ニッケル−カドミウム電池やリチウムイオン電池を用いてもよい。
【００１９】
各単電池１間には、皿状の接続体２が単電池１にスポット溶接されることによって、隣接する単電池１同士が直列に電気接続されると共に、機械的にも連結される。そして、６本の単電池１が連結された組電池の両端には、各々プラスとマイナスの電極端子が設けられる。プラス電極端子３は中央に突起部３１を有しており、一方、マイナス電極端子４は中央に孔部４１を有している。
【００２０】
プラス電極端子３の突起部３１は、マイナス電極端子４の孔部４１に挿入して接続することが可能となっているため、組電池同士を更に縦に細長く連結して１２本や１８本にして増設していくことができる。また、組電池を横に平行にして並べる場合は、プラス電極端子３とマイナス電極端子４とが異なる形状となっているため、並べる向きを誤って配置してしまうことを防止することができる。
【００２１】
６本の単電池１により構成される組電池は、さらにその組電池を複数個並べてケース等に収納して電源装置とすることができる。この電源装置は、組電池の接続本数に応じて単電池の接続個数を増加させることができ、高出力や高電圧を必要とする電気自動車用の電源装置に用いることができる。
【００２２】
図１に示す組電池は、各単電池１の表面に熱センサー５及び集熱部材６を備えている。熱センサー５は、例えばＰＴＣ素子等で温度変化に応じて抵抗値が変化する素子である。特に、高温になればなるほど、その抵抗値の変化が大きくなるように設計されており、６０℃〜１２０℃の雰囲気において抵抗値が大きく変化するように設計されている。一方、集熱部材６は、主材質が鉄、ニッケル、銅、アルミニウム及びそれらを含む合金のうちのいずれかによって構成されている。
【００２３】
この集熱部材６は、装着されている単電池１の熱を集めてその温度を保持することができる。そして、集熱部材６によって保持された単電池の熱は、集熱部材６から熱センサー５へと伝えられて、集熱部材６を装着した単電池の熱を熱センサー５が感知することができる。従って、熱センサー５は、できるだけ集熱部材６の近接した位置に設けられることが望ましい。
【００２４】
図１に示す組電池は、６本の単電池１に対して４個の熱センサー５と、２個の集熱部材６とを装着している。４個の熱センサー５は、６本の単電池１のうち、両端の単電池１と中央の２個の単電池１の表面に配置されている。そして、２個の集熱部材６は、残りの２個の単電池１の表面に配置されている。従って、集熱部材６は２個の熱センサー５の間に配置されるようになっている。
【００２５】
集熱部材６は、熱センサー５と共に帯状に形成されて、全体を樹脂等でラミネートすることによって、単電池１の外装缶との絶縁を図っている。そして、ラミネートされて帯状に形成された熱センサー５及び集熱部材６は、６本の単電池１によって構成される組電池と共に、図示しないが熱収縮チューブが掛けられて、単電池１と密着するようになっている。単電池１に密着された集熱部材６は単電池１の熱を集めることができる。集熱部材６の大きさは、単電池１の表面積の３％〜６０％の範囲で形成されている。集熱部材６の大きさを大きくすれば単電池１の熱を集める効果が大きくなるが、逆に単電池１の放熱効果が低下してしまう場合があるため、集熱部材６の大きさは放熱の問題も併せて最適値が設定される。
【００２６】
また、集熱部材６の形状は、単電池１の集熱部６１と、集熱部６１の両端部から突出する熱センサー５への接続用脚部６２とから構成されており、接続用脚部６２は熱センサー５の上に貼り付けられている。さらに、集熱部材６は例えば二層構造となっており、単電池１と接触している内面側に比較して、接触していない表面側は熱伝導度が低い材質が選ばれており、集めた熱が逃げないように工夫されている。
【００２７】
この組電池は、直列された単電池１とは別系統で、各熱センサー５が電気的に直列接続されている。図６は、組電池を複数本設けた電源装置において、各組電池に装着された熱センサー５同士を全て直列接続した回路例である。また、全てを直列接続せずに、例えば組電池ごとに、また組電池２本や３本ごとに直列接続して、全体を並列接続しても構わない。
【００２８】
直列接続された熱センサー５は、装着される単電池の異常昇温によって抵抗値が変化する。そして、１個の単電池でも異常昇温が発生すれば、それを検出して電源装置に異常があることを検出することができる。
【００２９】
尚、ここで、集熱部材６は金属等の導電部材で構成されているから、各熱センサー５同士を接続するリード板として兼用することが可能である。
【００３０】
また、図２は他の実施例であって、前記集熱部材６の熱センサー５への接続用脚部６２を、熱センサー５全体を覆うように大きく形成した例である。この構成により、この集熱部材６は、集熱した温度情報をより一層正確に熱センサー５へ伝達することができる。
【００３１】
さらに、図３及び図４は、さらに異なる実施例であって、６本の単電池のうち、熱センサー５を３個、集熱部材６を３個装着した例である。この例では、集熱部材６は熱センサー５に隣接するようになっており、熱センサー５と集熱部材６とが交互に配置されている。このように、単電池の個数に対して、熱センサー５と集熱部材６の個数を変更、調整することによって、熱センサー５の個数を減少させることができる。その結果、集熱部材６を熱センサー５と連結しながら、組電池内に装着していくことによって、単電池２個ごとに１個の熱センサーを配置して、熱センサー１個で単電池２個を監視したり、単電池３個ごとに２個の熱センサーを配置して、熱センサー２個で単電池３個を監視したり、また、単電池３個ごとに１個の熱センサーを配置して、熱センサー１個で単電池３個を監視することができる。
【００３２】
さらにまた、図５はさらに異なる実施例であって、６個の単電池１に対して、熱センサー５を２個、集熱部材６を６個設けた例である。図５に示す組電池は、熱センサー５を２個の単電池１の間に位置し、皿状接続体２と対向する位置に配置している。そして、集熱部材６は６個の各単電池１の表面に配置されて、隣り合う集熱部材６の各接続用脚部６２が前記熱センサー５の表面と裏面とに各々接続されている。また、６個の単電池１の両端を除く中央の４個の単電池には、２個の単電池ごとに、２枚の集熱部６１が一体形成された集熱部材６が配置されている。この集熱部材６は、１個の集熱部材で２個の単電池１の表面に集熱部６１を配置させることができ、その分だけ集熱部材の個数を減少させることができ、部品点数や組立工数を削減することができる。
【００３３】
このように、図５に示す組電池は、集熱部材６を全ての単電池１に配置させ、それらの集熱部材６を熱センサー５に接続することによって、２個の熱センサー５によって全ての単電池１の異常昇温を検出することができる。尚、熱センサー５を単電池間に配置させる個数は、適宜変更することができる。
【００３４】
次に、図７及び図８の実施例について説明する。図７及び図８は、上述した図１〜図６の実施例とは異なり、集熱部材を用いていない。図７に示す組電池は、６個の単電池１ごとに電池モジュール７を構成して、この電池モジュール７を複数直列接続したものを一つの組電池としている。
【００３５】
一つの組電池における電池モジュール７の接続本数は任意に調整することができ、例えば、電池モジュールを３２本接続して単電池１の個数を１９２個接続することもできるし、それ以上接続することもできる。また、１本の電池モジュール７を構成する単電池１の個数も任意に調整することができ、６個より多くまたは少なくすることもできる。
【００３６】
そして、図７における電池モジュール７は６個の単電池１を棒状に直列接続しており、このうち、２個の単電池１にそれぞれ熱センサー５を配置している。残りの４個の単電池１には熱センサー５を配置していない。他の電池モジュール７も同様に、６個のうち２個の単電池１に熱センサー５を配置している。このため、全ての単電池１に対して熱センサー５を配置する場合に比べ、熱センサー５の個数を少なくすることができる。ただ、熱センサー５の配置間隔や配置個数はこれに限定されず任意に設定することができる。
【００３７】
さらに、熱センサー５は、２本の電池モジュール７ごとに小ブロックが形成されるように、合計４個の熱センサー５が互いに直列接続されるようになっている。この４個の熱センサー５によって小ブロックを形成し、この小ブロックを複数形成するようになっている。そして、小ブロックごとに熱センサー５の温度を検出するようになっている。
【００３８】
尚、熱センサー５は、ＰＴＣ素子でもよいし、またはサーミスタでも構わない。ＰＴＣ素子は、作動温度に達すると急激に抵抗変化する特性を有しており、例えば作動温度が９３℃とした場合、単電池１の温度が１００℃近傍に至るまで異常検出することができない場合がある。このため、異常昇温を検出するのに時間がかかってしまう場合がある。
【００３９】
これに対して、サーミスタは、低温（−２０℃）から高温（１５０℃）まで徐々に抵抗値が変化する特性を有しており、検出する際にある規定値と比較し、その規定値の設定を調節することによって、異常検出を早くすることができる。また、ＰＴＣ素子に比較してサーミスタは単価が安いためコストを抑えることもできる。
【００４０】
図８は、図７における組電池にさらにコントロールユニットＥＣＵ及び表示装置８を接続した温度検出回路図である。コントロールユニットＥＣＵは、前記した小ブロックごとに分割して構成された熱センサー５の温度情報を入力するようになっている。
【００４１】
そして、各小ブロックごとの絶対温度を検出して、あらかじめコントロールユニットに定められた規定値と比較し、異常昇温を検出するようになっている。既定値は例えば６０℃に設定される。小ブロックごとの異常昇温が検出されると、表示装置８は、どの小ブロックが異常状態にあるかを表示するようになっている。このため、単電池を多数接続して組電池を構成しても、容易に異常の箇所を見分けることができ、また、その異常範囲を小ブロックごとに見分けられるので交換や修理等のメンテ作業が容易に行える。
【００４２】
また、コントロールユニットＥＣＵは、各小ブロックごとに入力した温度信号を各ブロックごとに比較することができる。これによって、各小ブロック間の温度差即ちバラツキを検出することができる。例えば、ある小ブロックの検出温度が８０℃とし、その他の小ブロックの検出温度が４５℃〜５０℃の平常状態であるとすると、その温度差を検出してある規定値を越えたときに異常状態であることを判定し、組電池の中に異常の単電池１が混入されていることを検出する。そして、この場合も、前記表示装置８によって、どの小ブロックに異常があるかを表示することができる。
【００４３】
このように、図７及び図８の実施例においては、熱センサー５を小ブロックごとに分割し、コントロールユニットＥＣＵによって小ブロックごとの異常検出を行うので、熱センサー５の個数を単電池の接続個数よりも少なくしながら、小ブロックという狭い範囲での異常検出が可能である。また、コントロールユニットＥＣＵは、この電池温度の情報を入力して、自己放電や充電効率のパラメータとして使用し、残存容量等の電池状態を管理しているから、温度情報が小ブロックごとに入力されることで、電池状態についても細やかな算出が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、単電池を多数個連結した組電池において、集熱部材を単電池の表面に配置し、その集熱部材を熱センサーに連結することによって、単電池の温度を集熱部材に集め、さらに熱センサーに伝達させることができる。このため、集熱部材によって単電池の異常昇温を検出することができる。その結果、組電池を構成する単電池の個数分の熱センサーを装着しなくても、この集熱部材を組み合わせていくことによって、単電池の個数よりも少ない熱センサーの個数でも、全ての単電池の異常昇温を検出することができる。
【００４５】
その結果、熱センサーの個数を減少させることができ、組立工数や部品点数の削減を図ることができ、コストを抑えることができる。
【００４６】
また、本発明によれば、熱センサーを小ブロックごとに分割し、コントロールユニットによって小ブロックごとの異常検出を行うので、その異常範囲を小ブロックごとに見分けられるので交換や修理等のメンテ作業が容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明組電池の斜視図
【図２】他の実施例を示す組電池の斜視図
【図３】他の実施例を示す組電池の斜視図
【図４】他の実施例を示す組電池の斜視図
【図５】他の実施例を示す組電池の斜視図
【図６】熱センサーの接続回路図
【図７】他の実施例を示す組電池の平面図
【図８】図７における組電池の温度検出回路図
【符号の説明】
１        単電池
２        皿状接続体
３        プラス電極端子
３１      突起部
４        マイナス電極端子
４１      孔部
５        熱センサー
６        集熱部材
６１      集熱部
６２      接続用脚部
７        電池モジュール
８        表示装置
ＥＣＵ    コントロールユニット
【図１】
0003670907.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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