(57)【要約】【課題】より確実に過電流から保護することができる電池を提供する。【解決手段】直列接続した複数の角形電池セル２０における角形電池セル２０の両端子に対してハーネスを通して電池監視回路４５およびセルバランス回路４６が接続される。角形電池セル２０の上面における両端子間に回路基板３０が配置され、回路基板３０上に角形電池セル２０の正極端子につながるフューズ３６および角形電池セル２０の負極端子につながるフューズ３８が実装され、角形電池セル２０の両端子からフューズ３６およびフューズ３８を経由しハーネスを通して電池監視回路４５およびセルバランス回路４６に接続されている。【選択図】図２
2014093864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続した複数の角形電池セルにおける前記角形電池セルの両端子に対してハーネスを通して電池監視回路およびセルバランス回路の少なくとも一方が接続された電池において、
前記角形電池セルの上面における両端子間に回路基板が配置され、前記回路基板上に前記角形電池セルの正極端子につながる正極端子用過電流遮断素子および前記角形電池セルの負極端子につながる負極端子用過電流遮断素子が実装され、前記角形電池セルの両端子から前記正極端子用過電流遮断素子および前記負極端子用過電流遮断素子を経由しハーネスを通して前記電池監視回路および前記セルバランス回路の少なくとも一方に接続したことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記回路基板上において前記正極端子用過電流遮断素子としての第１のフューズ、前記負極端子用過電流遮断素子としての第２のフューズ、および、前記第１のフューズと前記第２のフューズの間のダイオードが、前記両端子間において直列接続されるとともに、前記回路基板上において前記第１のフューズと前記ダイオードとの間および前記第２のフューズと前記ダイオードとの間に、それぞれ、前記ハーネスと接続するための接続部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記ハーネスを通して前記電池監視回路および前記セルバランス回路が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを直列に接続した電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池セルを直列に接続した電池において、電池セルの電圧を監視する電池監視回路が用いられている（例えば、特許文献１）。また、ダイオードやフューズを用いて保護回路を構成することが行われている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５１６８２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図５に示すように、電池セル１００に対しハーネス、コネクタ１０１を用いてセルバランス回路１０２および電池監視回路１０３を接続する場合、保護回路として、フューズ１０４，１０５、ダイオード１０６を設けている。これにより、電池セルがオープン異常（例えばＣＩＤ）で、ハーネスで接続される電池監視回路（電圧測定端子）１０３およびセルバランス回路１０２に過電流が流れ、回路が破壊されるのを防止している。つまり、電池セル１００が異常（例えば、開放状態）になった場合に、セルバランス回路１０２や電池監視回路１０３に過電流が流れないよう、コネクタ１０１、フューズ１０４，１０５、ダイオード１０６を介して電流を流し、回路を保護する。
【０００５】
より詳しく説明する。図６に示すように、電池パックの構成としてケース１２０内に電池モジュール１１０，１１１，１１２，１１３を収納するとともに各電池モジュール１１０〜１１３をそれぞれ複数の電池セルで構成した場合について考える。各電池モジュール１１０〜１１３において電池セルの電圧をハーネス１３０で取り出して基板１４０につなぐ。基板１４０にはセルバランス回路１０２と電池監視回路１０３が設けられている。よって、基板１４０において、図５に示すようにセルバランス回路１０２について保護回路（フューズ１０４，１０５、ダイオード１０６）を設ける必要があり、電流経路（ハーネス、コネクタ１０１、フューズ１０４，１０５、ダイオード１０６）には、過電流が流れる可能性が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、より確実に過電流から保護することができる電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明では、直列接続した複数の角形電池セルにおける前記角形電池セルの両端子に対してハーネスを通して電池監視回路およびセルバランス回路の少なくとも一方が接続された電池において、前記角形電池セルの上面における両端子間に回路基板が配置され、前記回路基板上に前記角形電池セルの正極端子につながる正極端子用過電流遮断素子および前記角形電池セルの負極端子につながる負極端子用過電流遮断素子が実装され、前記角形電池セルの両端子から前記正極端子用過電流遮断素子および前記負極端子用過電流遮断素子を経由しハーネスを通して前記電池監視回路および前記セルバランス回路の少なくとも一方に接続したことを要旨とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、角形電池セルの上面における両端子間に回路基板が配置されている。回路基板上には角形電池セルの正極端子につながる正極端子用過電流遮断素子および角形電池セルの負極端子につながる負極端子用過電流遮断素子が実装されている。そして、角形電池セルの両端子から正極端子用過電流遮断素子および負極端子用過電流遮断素子を経由しハーネスを通して電池監視回路およびセルバランス回路の少なくとも一方が接続される。
【０００９】
この場合、過電流遮断素子は電池セルの端子の近くに配置され、当該部位からハーネスが延設されてハーネスを通して電池監視回路およびセルバランス回路の少なくとも一方が接続されることになる。過電流は過電流遮断素子により遮断され、ハーネスおよびハーネスよりも回路側には流れないのでより確実に過電流から保護することができる。
【００１０】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の電池において、前記回路基板上において前記正極端子用過電流遮断素子としての第１のフューズ、前記負極端子用過電流遮断素子としての第２のフューズ、および、前記第１のフューズと前記第２のフューズの間のダイオードが、前記両端子間において直列接続されるとともに、前記回路基板上において前記第１のフューズと前記ダイオードとの間および前記第２のフューズと前記ダイオードとの間に、それぞれ、前記ハーネスと接続するための接続部材が設けられているとよい。
【００１１】
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の電池において、前記ハーネスを通して前記電池監視回路および前記セルバランス回路が接続されているとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、より確実に過電流から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態における電池の電気的構成を示す図。
【図２】（ａ）は電池の一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図３】電池セルの斜視図。
【図４】電池の概略平面図。
【図５】課題を説明するための電池の電気的構成を示す図。
【図６】課題を説明するための電池の概略平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図２，３，４において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。
【００１５】
電池１０の全体構成として、図２，３に示すように、直列接続した複数の角形電池セル２０を有する。この角形電池セル２０の両端子（図２，３において符号２０ｂ，２０ｃで示す）に対してハーネス４３，４４を通して電池監視回路４５およびセルバランス回路４６が接続されている。電池監視回路４５を用いて電池セル２０の電圧が監視される。詳しくは、電池セルの電圧を測定してＡ／Ｄ変換してデジタル信号にして外部のコントローラに送られ、コントローラにおいて上限値と下限値の間に入っているか否か判定される。また、セルバランス回路４６を用いて電池の充放電の際にセルバランス回路４６を通して電池セル間に電流を流すことにより各電池セル２０間の充放電量のバランスが取られる。詳しくは、本実施形態のセルバランス回路４６はアクティブ方式のセルバランス回路であり、積極的に電池セル間に電流を流して電池セル間の電圧を揃えるようにしている。
【００１６】
図４に示すように、電池パックのケース７０内に電池モジュール６０，６１，６２，６３が収納されている。各電池モジュール６０〜６３は、それぞれ、７個の電池セル２０で構成されている。各電池モジュール６０〜６３での各電池セル２０は直列接続されている。また、各電池モジュール６０〜６３はそれぞれ並列接続されて使用される。この電池は、バッテリ式産業車両等、例えばバッテリフォークリフトに使用される。
【００１７】
各電池モジュール６０〜６３について、７本の角形電池セル２０が横（Ｙ方向）において一列に並設されている。図３に示すように、各角形電池セル２０は立設した状態で配置され、電池セル本体２０ａの上面に正極端子２０ｂと負極端子２０ｃが設けられている。正極端子２０ｂと負極端子２０ｃは、ねじである。このとき、角形電池セル２０において正極端子２０ｂと負極端子２０ｃとはＸ方向において電池セル本体２０ａの両端部に配置されるが、Ｙ方向（図４参照）には各電池セル２０が正極端子２０ｂと負極端子２０ｃとは交互に配置される。つまり、Ｙ方向に並設される各電池セル２０は、Ｙ方向において一つの電池セル２０の正極端子２０ｂとその隣の電池セル２０の負極端子２０ｃとが隣り合うように配置される。また、電池セル２０としてリチウムイオン二次電池を挙げることができる。
【００１８】
並設された各角形電池セル２０における隣り合う角形電池セルの電極端子同士がバスバー２１により接続されている。詳しくは、隣り合う角形電池セル２０における正極端子２０ｂと負極端子２０ｃとがバスバー２１により接続されている。バスバー２１は長方形状の銅板により構成されている。バスバー２１の長手方向においての一方の端部に、隣り合う角形電池セルのうちの一方の角形電池セルの端子（正極端子２０ｂあるいは負極端子２０ｃ）が貫通する状態で電池セル２０に螺入されている。一方、バスバー２１の長手方向においての他方の端部に、隣り合う角形電池セルのうちの他方の角形電池セルの端子（負極端子２０ｃあるいは正極端子２０ｂ）が貫通する状態で電池セル２０に螺入されている。これにより、並設された各角形電池セル２０はバスバー２１により直列接続されている。
【００１９】
図２，３に示すように、電池セル本体２０ａの上面は平面視において長方形をなしている。電池セル本体２０ａの上面において、回路基板３０が配置されている。回路基板３０は絶縁基板３１の上面に導体パターン３２，３３，３４，３５が形成されている。回路基板３０（絶縁基板３１）は長方形状をなしている。回路基板３０（絶縁基板３１）は、電池セル本体２０ａの上面において一対のバスバー２１間に電池セル本体２０ａの長手方向（Ｘ方向）に延びている。さらに、導体パターン３２の端部と導体パターン３３の端部との間にはフューズ３６が実装されている。また、導体パターン３３の端部と導体パターン３４の端部との間にはダイオード３７が実装されている。導体パターン３４の端部と導体パターン３５の端部との間にはフューズ３８が実装されている。導体パターン３２の端部とバスバー２１とは配線板３９により接続されている。導体パターン３５の端部とバスバー２１とは配線板４０により接続されている。なお、配線板３９，４０は、ねじ止めされている。
【００２０】
また、導体パターン３３の長手方向（Ｘ方向）の中央部には柱状の接続部材４１が立設されている。導体パターン３４の長手方向（Ｘ方向）の中央部には柱状の接続部材４２が立設されている。
【００２１】
図３に示すように、接続部材４１にはハーネス４３の太い導線４３ａの一端および細い導線４３ｂの一端が接続されている。ハーネス４３は、両導線４３ａ，４３ｂが絶縁材料により被覆された状態で延設されている。ハーネス４３において太い導線４３ａがセルバランス回路４６との間の大電流ラインを構成し、細い導線４３ｂが電池監視回路４５との間の電圧センスラインを構成する。同様に、接続部材４２にはハーネス４４の太い導線４４ａの一端および細い導線４４ｂの一端が接続されている。ハーネス４４は、両導線４４ａ，４４ｂが絶縁材料により被覆された状態で延設されている。ハーネス４４において太い導線４４ａがセルバランス回路４６との間の大電流ラインを構成し、細い導線４４ｂが電池監視回路４５との間の電圧センスラインを構成する。
【００２２】
図４に示すように、各電池モジュール６０〜６３での各電池セル２０において図２，３に示す構成となっている。各電池セル２０からハーネス４３，４４の他端側が集合して延設され、回路基板８０にまで延びている。回路基板８０にはセルバランス回路４６と電池監視回路４５が搭載されている。つまり、電池セル２０は発熱するので、半導体素子等により構成されるセルバランス回路４６および電池監視回路４５は熱の影響を受けにくい場所に配置されている。
【００２３】
ハーネス４３，４４の太い導線４３ａ，４４ａがセルバランス回路４６に接続されている。また、ハーネス４３，４４の細い導線４３ｂ，４４ｂが電池監視回路４５に接続されている。電池監視回路４５において電池セル２０の両端電圧が監視、即ち、Ａ／Ｄ変換してコントローラに出力する。このデータはコントローラにおいて電池セルの両端電圧が上限値と下限値との間に入っているか否か判定され、電池セル２０の両端電圧が上限値と下限値との間から外れると異常信号が出力される。また、セルバランス回路４６は、電池セル２０間の蓄電量を均等化すべく蓄電量の多い電池セル２０から蓄電量の少ない電池セル２０に電力（電流）を移動させる。
【００２４】
図１には等価回路を示す。電池セル２０における正極端子にフューズ３６を介してダイオード３７のカソードが接続される。電池セル２０における負極端子にフューズ３８を介してダイオード３７のアノードが接続される。ダイオード３７は、逆差し防止用、即ち、端子を逆につないだ場合を考慮したものである。ダイオード３７の両端（アノード・カソード）はハーネス４３，４４の太い導線４３ａ，４４ａを介してセルバランス回路４６に接続されている。ハーネス４３，４４の導線４３ａ，４４ａにはセルバランス用に電流が流れる。また、ダイオード３７の両端（アノード・カソード）はハーネス４３，４４の細い導線４３ｂ，４４ｂを介して電池監視回路４５に接続されている。ハーネス４３，４４の導線４３ｂ，４４ｂは電圧測定用に用いられる。
【００２５】
次に、電池１０の作用について説明する。
保護回路としてのフューズ３６，３８、ダイオード３７を電池端子近傍に配置し、ハーネス４３，４４の導線４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂで分岐して各回路（セルバランス回路４６と電池監視回路４５）に結線する。よって、図５，６の場合に比べ、電池端子近傍で回路保護機構が機能するため、図５，６でのコネクタ１０１やハーネス１３０や基板１４０について過電流から保護することができる。
【００２６】
さらに、配線抵抗の影響を、大電流回路（例えば、セルバランス回路４６）と分離することにより、電圧降下（＝電流ドロップ）、雑音などの影響を低減し、電池監視回路４５の電圧測定精度の悪化を防止できる。
【００２７】
詳しく説明する。図５の場合においては電池セル１００から、共通のハーネス（導線）によりセルバランス回路１０２および電池監視回路１０３と接続して回路１０２，１０３側においてフューズ等を設けている。よって、共通インピーダンス部分において電流を流すと共に電位の変化を測定しているのでノイズの影響を受けやすい。これに対し本実施形態では図１に示すように、フューズ３６，３８、ダイオード３７を角形電池セル２０の上面に配置して、そこからハーネスでセルバランス回路と電池監視回路に接続しているので、共通インピーダンス部分を短くすることができる。これにより、電池監視回路において電圧測定の際に電流の変化に伴う電圧変動の影響を受けにくくすることができる。
【００２８】
このようにして、電池がオープン異常でも電池監視回路４５およびセルバランス回路４６に過電流が流れない構造を構築することができる。また、電池監視回路４５の過電流保護がされ、安全を確保できる。
【００２９】
また、図５，６の場合、電池監視回路１０３に並列回路としてセルバランス回路１０２が存在する場合には、各々に対し、同様の保護回路が必要となり、部品点数、体格、コストが増加する。これに対し、図１〜図４の本実施形態では、電池監視回路４５に並列回路としてセルバランス回路４６が存在する場合にも、保護回路としてフューズ３６，３８、ダイオード３７を設けるだけでよく、簡素な構成にて過電流から回路を保護することができる。つまり、部品点数の低減することができるとともに体格を小さくでき、更にコスト低減を図ることができる。
【００３０】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電池１０の構成として、直列接続した複数の角形電池セル２０における角形電池セル２０の両端子に対してハーネス４３，４４を通して電池監視回路４５およびセルバランス回路４６が接続される。ここで、角形電池セル２０の上面における両端子間に回路基板３０が配置され、回路基板３０上に角形電池セル２０の正極端子につながる正極端子用過電流遮断素子としてのフューズ３６および角形電池セル２０の負極端子につながる負極端子用過電流遮断素子としてのフューズ３８が実装され、角形電池セル２０の両端子からフューズ３６およびフューズ３８を経由しハーネス４３，４４を通して電池監視回路４５およびセルバランス回路４６に接続した。
【００３１】
この場合、過電流遮断素子としてのフューズ３６，３８を電池セルの端子の近くに配置したので、直ぐに分岐（ハーネスに接続）することができ、電池監視回路４５およびセルバランス回路４６における共通のインピーダンスを少なくすることができる。そして、フューズ３６，３８の配置部位からハーネス４３，４４が延設されてハーネス４３，４４を通して電池監視回路４５およびセルバランス回路４６が接続されることになり、過電流はフューズ３６，３８により遮断され、ハーネスおよびハーネスよりも回路側には流れないのでより確実に過電流から保護することができる。
【００３２】
（２）回路基板３０上において第１のフューズ３６、第２のフューズ３８、および、第１のフューズ３６と第２のフューズ３８の間のダイオード３７が、両端子間において直列接続されるとともに、回路基板３０上において第１のフューズ３６とダイオード３７との間および第２のフューズ３８とダイオード３７との間に、それぞれ、ハーネス４３，４４と接続するための接続部材４１，４２が設けられている。これにより、フューズ３６，３８で過電流から保護できるとともにダイオード３７により端子を逆につないだ場合の対策を講じることができる。
【００３３】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・上記実施形態ではハーネス４３，４４を通して電池監視回路４５およびセルバランス回路４６に接続したが、ハーネス４３，４４を通して電池監視回路４５のみに接続しても、あるいは、ハーネス４３，４４を通してセルバランス回路４６のみに接続してもよい。要は、ハーネス４３，４４を通して電池監視回路４５およびセルバランス回路４６の少なくとも一方に接続すればよい。
【００３４】
・過電流遮断素子はフューズに代わりリレースイッチ（配線中にリレー接点を挿入して配線での過電流を検出するとリレーコイルを励磁してリレー接点を開ける構成）でもよく、要は、電流経路に配置され、大電流が流れると遮断する素子であればよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０…電池、２０…角形電池セル、２０ｂ…正極端子、２０ｃ…負極端子、３０…回路基板、３６…フューズ、３７…ダイオード、３８…フューズ、４１…接続部材、４２…接続部材、４３…ハーネス、４４…ハーネス、４５…電池監視回路、４６…セルバランス回路。
【図１】
2014093864.tif 000003
【図２】
2014093864.tif 000004
【図３】
2014093864.tif 000005
【図４】
2014093864.tif 000006
【図５】
2014093864.tif 000007
【図６】
2014093864.tif 000008