(57)【要約】 【課題】  大容量の電池モジュールを提供する。【解決手段】  正極端子ＰＴと負極端子ＮＴとを備えた電池セル本体Ｃと、正極端子ＰＴおよび負極端子ＮＴの電圧および温度を検出する監視回路１０と、をそれぞれが備えた複数のセルと、複数のセルの監視回路１０の動作を制御する電池制御回路１２と、複数の監視回路１０と電池制御回路１２との間に設けられた光路と、を備え、複数の監視回路１０のそれぞれは、光路を介して電池制御回路１２へ光信号を発光する第１発光回路Ｌ１、および、光路を介して電池制御回路１２からの光信号を受信する第１受光回路Ｌ２を備え、電池制御回路１２は、光路を介して複数の監視回路１０へ向けて光を発光する第２発光回路Ｌ３、および、光路を介して複数の監視回路１０のそれぞれからの光信号を受信する第２受光回路Ｌ４を備える、電池モジュール。【選択図】図１
2019185865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子と負極端子とを備えた電池セル本体と、前記正極端子および前記負極端子の電圧および温度を検出する監視回路と、をそれぞれが備えた複数のセルと、
複数の前記セルの監視回路の動作を制御する電池制御回路と、
複数の前記監視回路と前記電池制御回路との間に設けられた光路と、を備え、
複数の前記監視回路のそれぞれは、前記光路を介して前記電池制御回路へ光信号を発光する第１発光回路、および、前記光路を介して前記電池制御回路からの光信号を受信する第１受光回路を備え、
前記電池制御回路は、前記光路を介して複数の前記監視回路へ向けて光を発光する第２発光回路、および、前記光路を介して複数の前記監視回路のそれぞれからの光信号を受信する第２受光回路を備える、電池モジュール。
【請求項２】
前記電池セル本体は、外装材の端部を貼り合せた縁を周囲に備え、前記縁は複数の前記セルが積層する方向と交差する仮想平面上に配置され、
複数の前記セルのぞれぞれは、前記縁に固定され、複数の前記セルが積層する方向に貫通した第１光路と、前記第１光路と外部とに開口した第２光路と、を備えた額縁構造体を備え、
前記光路は、複数の前記セルが積層して連なった複数の前記第１光路と、複数の前記第２光路とを含み、
前記監視回路は、前記第２光路の外部への開口を覆うように前記額縁構造体に固定され、前記第１発光回路および前記第１受光回路は、前記第２光路に配置され、
前記電池制御回路は、複数の前記第１光路の一端を覆うように前記額縁構造体に固定され、前記第２発光回路および前記第２受光回路は、前記第１光路に配置されている、請求項１記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記額縁構造体は、前記第１光路と外部との間で前記第２光路が延びた方向と交差する前記第１光路の内面の部分に配置された反射部を備え、
前記反射部は、前記第２光路から入射した光を複数の前記第１光路の一端側へ反射し、複数の前記第１光路の一端側から入射した光を前記第２光路側へ反射する傾斜面を含む、請求項２記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記反射部の前記傾斜面は、前記第２発光回路および前記第２受光回路の光軸と交差しない位置に設けられている、請求項３記載の電池モジュール。
【請求項５】
複数の前記セルを収容し、複数の前記セルが積層する方向の一方側が開口した箱形状のモジュールケースを更に備え、
前記電池セル本体は、前記正極端子と前記負極端子とが突出した第１外面と、前記第１外面と略平行であって、前記モジュールケースの内面に固定された第２外面と、を含む外装容器を備え、複数の前記電池セル本体は複数の前記セルが積層する方向に所定の間隔をおいて並んで配置され、
前記光路は、前記モジュールケースと前記第１外面との間に設けられ、
前記監視回路は、前記第１外面上において前記正極端子と前記負極端子との間に配置され、
前記電池制御回路は、前記モジュールケースの開口を閉じるように配置されている、請求項１記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記モジュールケースは、複数の前記監視回路と対向した位置それぞれに設けられた反射部を備え、複数の反射部のそれぞれは、前記監視回路側から入射した光を前記電池制御回路側へ反射し、前記電池制御回路側から入射した光を前記監視回路側へ反射する傾斜面を含む、請求項５記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記反射部の前記傾斜面は、前記第２発光回路および前記第２受光回路の光軸と交差しない位置に設けられている、請求項６記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車や産業機器の電源として大型のリチウムイオン蓄電池システムが適用されている。このような電池システムでは小型のセルを組み合わせてモジュール化し、さらに複数のモジュールを組み合わせて必要な容量を実現している。
【０００３】
近年、例えば積載可能な重量や体積の制限がある環境において、電池の大容量化を実現するためにセルを大型にすることが検討されている。一方で、リチウムイオン電池は、安全性を担保するためにセルの状態（電圧や温度など）を監視する監視回路が不可欠である。セルが大型化した場合は、複数のセルの温度や電圧を検出する箇所がモジュール内において離れて配置されることになり、１つの監視回路で複数のセルの状態を検出するための構成も大きくなり、電池モジュールの体積や重量が大きくなる可能性があった。このことから、大型化したセルを搭載した電池モジュールに、小型のセルを組み合わせて構成したモジュールの構成をそのまま適用することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２９２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願は、上記事情を鑑みて成されたものであって、大容量の電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態による電池モジュールは、正極端子と負極端子とを備えた電池セル本体と、前記正極端子および前記負極端子の電圧および温度を検出する監視回路と、をそれぞれが備えた複数のセルと、前記複数のセルの監視回路の動作を制御する電池制御回路と、複数の前記監視回路と前記電池制御回路との間に設けられた光路と、を備える。複数の前記監視回路のそれぞれは、前記光路を介して前記電池制御回路へ光信号を発光する第１発光回路、および、前記光路を介して前記電池制御回路からの光信号を受信する第１受光回路を備える。前記電池制御回路は、前記光路を介して複数の前記監視回路へ向けて光を発光する第２発光回路、および、前記光路を介して複数の前記監視回路のそれぞれからの光信号を受信する第２受光回路を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態の電池モジュールの一構成例を概略的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示す電池モジュールに含まれるセルの一構成例を概略的に示す図である。
【図３】図３は、一実施形態の電池モジュールを搭載した電池装置の構成の一例を説明するためのブロック図である。
【図４】図４は、一実施形態の電池モジュールの複数の監視回路それぞれの一構成例を説明するためのブロック図である。
【図５】図５は、一実施形態の電池モジュールの電池制御回路の動作の一例について説明するためのフローチャートである。
【図６】図６は、一実施形態の電池モジュールの監視回路の動作の一例について説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、第２実施形態の電池モジュールの一構成例を概略的に示す図である。
【図８】図８は、図７に示す電池モジュールに含まれるセルの一構成例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、複数の実施形態の電池モジュールについて、図面を参照して説明する。  
図１は、第１実施形態の電池モジュールの一構成例を概略的に示す図である。  
図２は、図１に示す電池モジュールに含まれるセルの一構成例を概略的に示す図である。なお、以下の説明において、図１および図２に示すＸ座標軸、Ｙ座標軸、およびＺ座標軸は、それぞれが他の座標軸と直交するものとする。
【０００９】
本実施形態の電池モジュールは、複数のセルと、正面箱１６と、背面板１７と、複数のバスバーＢＢと、を備えている。複数のセルのそれぞれは、電池セル本体Ｃと、額縁構造体１８Ｔ、１８Ｂと、監視回路１０と、を備えている。
【００１０】
電池セル本体Ｃは、例えば、正極と負極とをセパレータを介して積層したもの（図示せず）の周囲を外装材（図示せず）にて覆い、外装材の端部をラミネート加工により封止したラミネート型のリチウムイオン電池である。電池セル本体Ｃは、ラミネート加工時に貼り合せられた外装材の端部により形成された縁ＦＲを周囲に備えている。本実施形態では、電池セル本体Ｃの縁ＦＲは、複数のセルが積層された方向（Ｘ方向）と交差した仮想平面（Ｙ−Ｚ平面）上にて、略矩形状に形成されている。
【００１１】
電池セル本体Ｃは、正極端子ＰＴと負極端子ＮＴとを更に備えている。正極端子ＰＴは、外装材内に収容された正極と電気的に接続し（あるいは正極と一体に形成され）ている。負極端子ＮＴは、外装材内に収容された負極と電気的に接続し（あるいは負極と一体に形成され）ている。
【００１２】
正極端子ＰＴと負極端子ＮＴとは、少なくとも一部が縁ＦＲから外部へ露出している。本実施形態では、Ｚ方向に延びた縁ＦＲの一方から正極端子ＰＴが外部へ露出し、他方から負極端子ＮＴが外部へ露出している。
【００１３】
額縁構造体１８Ｔ、１８Ｂは、電池セル本体Ｃの縁ＦＲに固定されている。額縁構造体１８Ｔ、１８Ｂは、例えば接着剤により縁ＦＲに接着することにより固定されてもよく、縁ＦＲにネジ止めされて固定されてもよい。額縁構造体１８Ｔ、１８Ｂは、例えば、樹脂材料を射出成型することにより形成することができ、複数のセルそれぞれの外形が略直方体形状となるように形成されている。
【００１４】
額縁構造体１８Ｔ、１８Ｂは、第１構造体１８Ｂと第２構造体１８Ｔとを備えている。第１構造体１８Ｂは、正極端子ＰＴと負極端子ＮＴとが露出した縁ＦＲの間に延びた、一方の縁ＦＲ（Ｚ方向における電池セル本体Ｃの一端側）に固定されている。第２構造体１８Ｔは、正極端子ＰＴと負極端子ＮＴとが露出した縁ＦＲの間に延びた、他方の縁ＦＲ（Ｚ方向における電池セル本体Ｃの他端側）に固定されている。
【００１５】
例えば、第１構造体１８ＢのＸ−Ｚ平面における断面は、Ｘ方向とＺ方向とに延びた部分を有する略Ｌ字形状、すなわち、略矩形状の面から固定される縁ＦＲの断面部分が除かれた形状である。第１構造体１８ＢのＸ−Ｚ平面における略Ｌ字状の断面の積層方向（Ｘ方向）に延びた部分の幅（最大幅）は、電池セル本体ＣのＸ方向における幅と略等しい。また、第１構造体１８ＢのＸ−Ｚ平面における略Ｌ字状の断面のＺ方向に延びた部分の幅は、固定される縁ＦＲのＺ方向における幅よりも大きい。第１構造体１８ＢのＹ方向における幅は、固定される縁ＦＲのＹ方向における幅と略等しい。
【００１６】
第２構造体１８Ｔは、光路ＬＰ１、ＬＰ２と、反射部ＲＥＦと、を備えている。
光路（第１光路）ＬＰ１は、第２構造体１８Ｔを積層方向（Ｘ方向）に貫通する開口であって、複数のセルを積層したときに複数の光路ＬＰ１がつながって、複数の監視回路１０と後述する電池制御回路１２との間の光路の一部を形成する。
【００１７】
光路（第２光路）ＬＰ２は、第２構造体１８ＴをＺ方向に貫通して光路ＬＰ１と外部とに開口している。すなわち、第２構造体１８Ｔには、Ｘ−Ｚ平面と略平行な断面において略Ｔ字状の孔が設けられている。
すなわち、複数のセルが積層したときに、複数の光路ＬＰ１は、複数の監視回路１０と電池制御回路１２との間で共通の光路の部分となり、複数の光路ＬＰ２のそれぞれは、共通の光路の部分から複数の監視回路１０のそれぞれに向かって分岐した部分となる。
【００１８】
反射部ＲＥＦは、光路ＬＰ２の開口と対向する位置、すなわち、光路ＬＰ１と外部との間で光路ＬＰ２が延びた方向（若しくは発光回路Ｌ１と受光回路Ｌ２との光軸）と交差する光路ＬＰ１の内面の部分に設けられている。反射部ＲＥＦは、例えば、積層方向（Ｘ方向）の一方側（電池制御回路１２側）から光路ＬＰ１に入射した光を光路ＬＰ２側へ反射し、光路ＬＰ２から光路ＬＰ１に入射した光を積層方向（Ｘ方向）の一方側（電池制御回路１２側）へ反射するように形成された傾斜面を含む。反射部ＲＥＦの傾斜面は、電池制御回路１２から出射された光の方向（積層方向）と監視回路１０から出射された光の方向（光路ＬＰ２が延びた方向）との両方と交差し、例えばＸ−Ｙ平面と略平行な面に対して、所定の角度傾斜した面である。
【００１９】
なお、より効率よく光を反射するためにより好適な構成として、反射部ＲＥＦの少なくとも傾斜面が白色に塗装されてもよく、第２構造体１８Ｔが白色の材料により形成されてもよい。また、光路ＬＰ１、ＬＰ２に入射する光が、反射部ＲＥＦの傾斜面がなくともＸ方向とＺ方向との相互に導かれる場合には、反射部ＲＥＦは省略しても構わない。
【００２０】
監視回路１０は、基板と、発光回路（第１発光回路）Ｌ１と、受光回路（第１受光回路）Ｌ２と、接続端子ＷＰ、ＷＮと、を備えている。
監視回路(ＣＭＵ(Cell Monitoring Unit))１０の基板は、光路ＬＰ２を覆うように第２構造体１８Ｔに固定されている。監視回路１０の基板は、例えば、接着剤による接着や、スナップフィットや、ネジ止め、融着などにより、第２構造体１８Ｔに固定することができる。また、監視回路１０の基板は、その一部又は全部がフレキシブル基板であってもよい。
【００２１】
接続端子ＷＰは、電池セル本体Ｃの正極端子ＰＴと監視回路１０とを電気的および熱的に接続している。接続端子ＷＮは、電池セル本体Ｃの負極端子ＮＴと監視回路１０とを電気的および熱的に接続している。
【００２２】
接続端子ＷＰ、ＷＮは、例えば、監視回路１０の基板へ半田付けされて電気的および熱的に接続されてもよい。接続端子ＷＰ、ＷＮは、バスバーＢＢの一部を延長して構成され、監視回路１０の基板に半田付けされてもよい。また、監視回路１０の基板の一部又は全部がフレキシブル基板であるときには、接続端子ＷＰ、ＷＮは、フレキシブル基板を延長した部分であってもよい。
【００２３】
発光回路Ｌ１および受光回路Ｌ２は監視回路１０の基板上に固定され、第２構造体１８Ｔの光路ＬＰ２に配置されている。発光回路Ｌ１は、光路ＬＰ２からＺ方向へ向けて光を出射する。受光回路Ｌ２は、光路ＬＰ１から光路ＬＰ２へ入射する光を受光する。
【００２４】
監視回路１０は、上記接続端子ＷＰ、ＷＮを介して電池セル本体Ｃの正極端子ＰＴおよび負極端子ＮＴの電圧や温度の情報を取得することが可能であり、発光回路Ｌ１および受光回路Ｌ２を用いて後述する電池制御回路１２との間で通信を行うことができる。
【００２５】
複数のセルは、積層方向（Ｘ方向）に積み重ねた状態で、額縁構造体１８Ｔ、１８Ｂを固定して積層される。額縁構造体１８Ｔ、１８Ｂ同士は、例えば、接着剤にて接着されて固定されてもよく、ネジ止めやスナップフィットにより固定されてもよい。
【００２６】
バスバーＢＢは、複数の電池セル本体Ｃが直列又は並列に接続されるように、電池セル本体Ｃの正極端子ＰＴと負極端子ＮＴとの間を電気的に接続する。なお、正極端子ＰＴと、負極端子ＮＴとの構造によっては、バスバーＢＢを介さずに電極端子ＰＴ、ＮＴ同士を電気的に直接接続することも可能である。
【００２７】
積層した複数のセルは、正面箱１６と背面板１７との間に配置されている。正面箱１６は、積層した複数のセルのＸ方向における一端に固定されている。背面板１７は、積層した複数のセルのＸ方向における他端に固定されている。正面箱１６および背面板１７は、例えば、額縁構造体１８同士を固定するときと同様の方法により、額縁構造体１８に固定することができる。すなわち、正面箱１６および背面板１７は、接着剤にて額縁構造体１８に接着されて固定されてもよく、ネジ止めやスナップフィットにより額縁構造体１８に固定されてもよい。
正面箱１６および背面板１７の積層方向（Ｘ方向）と略直交した平面（Ｙ−Ｚ平面）と平行な断面の外形を、セルの外形と略等しくすることにより、略直方体形状の電池モジュールＭＤＬを構成することができる。
【００２８】
正面箱１６および背面板１７は、図示しない主回路端子（充放電端子）を備えていてもよい。主回路端子は、正極端子ＰＴと電気的に接続した第１端子と、負極端子ＮＴと電気的に接続した第２端子との両方が正面箱１６と背面板１７の一方に設けられてもよく、第１端子と第２端子との一方が正面箱１６に設けられ、他方が背面板１７に設けられてもよい。また、電池モジュールＭＤＬの充電用の端子と放電用の端子とがそれぞれ独立に設けられてもよい。
【００２９】
正面箱１６は、電池制御回路(ＭＭＵ(Module Management Unit))１２を内蔵している。
電池制御回路１２は、発光回路（第２発光回路）Ｌ３および受光回路（第２受光回路）Ｌ４を備えている。発光回路Ｌ３および受光回路Ｌ４は電池制御回路１２の基板上に固定され、第２構造体１８Ｔの光路ＬＰ１のＸ方向における一端に配置されている。
【００３０】
電池制御回路１２の発光回路Ｌ３が複数の光路ＬＰ１へ光を出射すると、反射部ＲＥＦにて光路ＬＰ２側へ反射された光が少なくとも１つの監視回路１０の受光回路Ｌ２へ入射する。監視回路１０の発光回路Ｌ１が光路ＬＰ２へ光を出射すると、反射部ＲＥＦにて複数の光路ＬＰ１の一端側へ反射された光が電池制御回路１２の受光回路Ｌ４へ入射する。上記のように、電池制御回路１２と複数の監視回路１０との間にて、光による通信を行うことが可能である。
【００３１】
なお、発光回路Ｌ３および受光回路Ｌ４は、これらの光軸ＬＡが反射部ＲＥＦの傾斜面の頂点の位置よりも、光路ＬＰ２側になるように設置することが望ましい。換言すると、光軸ＬＡと反射部ＲＥＦの傾斜面が交差しないように、発光回路Ｌ３および受光回路Ｌ４と反射部ＲＥＦとの位置を調整することが望ましい。このことにより、発光回路Ｌ３が出射した光が全ての受光回路Ｌ２へ届きやすくなり、複数の監視回路１０から出射された光が受光回路Ｌ４へ届きやすくなる。
【００３２】
なお、発光回路Ｌ３の光軸ＬＡは、発光回路ＬＡから発光される光のエネルギーがピークとなる方向を示す軸であり、受光回路Ｌ４の光軸ＬＡは、受光回路Ｌ４の受光感度が最も高い光の方向を示す軸である。光軸ＬＡは、発光回路Ｌ３と受光回路Ｌ４とで異なる軸となっても構わない。
【００３３】
なお、複数の電池モジュールを並べて用いる際に、電池モジュール間で混信しないよう、また、塵埃により受発光が妨げられないように、光路ＬＰ１、ＬＰ２は外部に閉じた空間となるように囲われた構造とすることが望ましい。例えば、光路ＬＰ２を第２構造体１８Ｔの一部を切り欠いて構成したときには、監視回路１０の基板や接続端子ＷＰ、ＷＮ等により切り欠き部分を塞ぐ構成とすることが望ましい。
【００３４】
図３は、一実施形態の電池モジュールを搭載した電池装置の構成の一例を説明するためのブロック図である。
図３に示す電池装置は、複数の電池モジュールＭＤＬと、電池管理回路（ＢＭＵ）２０と、電流センサ回路ＣＳと、遮断器ＣＮＰ、ＣＮＮと、ヒューズＦ１と、を備えている。
【００３５】
複数の電池モジュールＭＤＬのそれぞれは、上述の第１実施形態の電池モジュールＭＤＬと同様の構成である。複数の電池モジュールＭＤＬは、直列に接続されている。
電流センサ回路ＣＳは、複数の電池モジュールＭＤＬの充電電流および放電電流を検出して、検出した値を電池管理回路２０へ供給する。
【００３６】
遮断器ＣＮＰは、電池装置の正極端子と複数の電池モジュールＭＤＬの主回路端子（正極端子）との電気的接続を遮断可能に構成されている。ヒューズＦ１は、遮断器ＣＮＰと電池装置の正極端子との間に延びた主回路において、遮断器ＣＮＰと直列に接続している。遮断器ＣＮＮは、電池装置の負極端子と複数の電池モジュールＭＤＬの主回路端子（負極端子）との電気的接続を遮断可能に構成されている。遮断器ＣＮＰ、ＣＮＮは、電気的に制御可能な切替器であり、電池管理回路２０により動作を制御されて複数の電池モジュールＭＤＬと、上位装置の主回路との電気的接続を切替え可能である。遮断器ＣＮＰ、ＣＮＮは、例えば、電磁接触器である。
【００３７】
電池管理回路２０は、上位装置の制御回路および複数の電池モジュールＭＤＬと通信可能に接続されている。電池管理回路２０には上位装置の制御回路から電源供給される。電池管理回路２０は、複数の電池モジュールＭＤＬへ電源を供給する。
【００３８】
電池管理回路２０は、複数の電池モジュールＭＤＬの電池制御回路１２から複数のセルの電圧、温度などの情報を周期的に受信し、電流センサ回路ＣＳから電流の情報を周期的に受信する。電池管理回路２０は、複数の電池モジュールＭＤＬおよび電流センサ回路ＣＳから得られた情報を用いて、複数の電池モジュールＭＤＬのＳＯＣ（state of charge）等の演算を行うことができる。
【００３９】
電池管理回路２０は、上位装置の制御回路からの制御信号に基づいて、遮断器ＣＮＰ、ＣＮＮの開閉を制御する遮断開閉信号を出力するとともに、複数の電池モジュールＭＤＬへ制御信号を出力して電池制御回路１２の動作を制御することができる。
【００４０】
電池管理回路２０は、ソフトウエアにより構成されてもよく、ハードウエアにより構成されてもよく、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより構成されてもよい。電池管理回路２０は、例えば、メモリと、メモリに記録されたプログラムを実行可能な少なくとも１つのプロセッサと、を備えていてもよい。
【００４１】
図４は、一実施形態の電池モジュールの複数の監視回路それぞれの一構成例を説明するためのブロック図である。
監視回路１０は、ヒューズＦ２と、抵抗器Ｒと、セルバランススイッチＳＷと、待機電源回路１３と、監視電源回路１４と、電圧センサ回路ＶＳと、温度センサ回路ＴＳと、マルチプレクサ回路１５と、制御回路ＣＴＲと、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣと、発光回路Ｌ１と、受光回路Ｌ２と、ＩＤ記憶回路Ｍと、を備えている。
【００４２】
待機電源回路１３は、ヒューズＦ２を介して、正極端子ＰＴと電気的に接続している。待機電源回路１３は、セルから供給される電圧を所定の電圧に変換して、受光回路Ｌ２および制御回路ＣＴＲへ待機電源を供給可能である。
【００４３】
監視電源回路１４は、ヒューズＦ２を介して正極端子ＰＴと電気的に接続している。監視電源回路１４は、制御回路ＣＴＲからの起動信号を受信して動作を開始し、セルから供給される電圧を所定の電圧に変換して、監視回路１０に含まれる各種回路それぞれへ電源を供給可能である。
【００４４】
電圧センサ回路ＶＳは、セルの電圧を検出することができる。電圧センサ回路ＶＳは、例えば、ヒューズＦ２を介して正極端子ＰＴと電気的に接続し、正極端子ＰＴの電圧とグランド電位とに基づいて、セルの電圧情報を出力することができる。
【００４５】
温度センサ回路ＴＳは、セルの温度を検出することができる。温度センサ回路ＴＳは、例えば、正極端子ＰＴおよび負極端子ＮＴと電気的に接続し、正極端子ＰＴおよび負極端子ＮＴの温度に基づいて、セルの温度情報を出力することができる。
【００４６】
マルチプレクサ回路１５は、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣへ供給するアナログ信号を、電圧センサ回路ＶＳの出力信号と、温度センサ回路ＴＳの出力信号とのいずれかとなるように切り換えることができる。マルチプレクサ回路１５は、制御回路ＣＴＲからの切り換え信号に基づいて、出力するアナログ信号を電圧情報と温度情報とのいずれかに切り換え可能に構成されている。
【００４７】
Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣは、制御回路ＣＴＲからの変換指令に基づいて、マルチプレクサ回路１５から供給されたアナログ信号をデジタル信号に変換して発光回路Ｌ１へ出力可能である。
【００４８】
受光回路Ｌ２は、待機電源回路１３から供給される待機電源により動作可能である。受光回路Ｌ２は、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタなどの光電変換素子を含み、電池制御回路１２の発光回路Ｌ３から出力された光信号を電気信号に変換して制御回路ＣＴＲへ出力可能である。
【００４９】
発光回路Ｌ１は、例えば、発光ダイオードなどの光電変換素子を含む。発光回路Ｌ１は、制御回路ＣＴＲからの送信指令に基づいて、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣからの送信データを光信号に変換して、光路ＬＰ１、ＬＰ２を介して電池制御回路１２へ光信号を出力可能である。
【００５０】
ＩＤ記憶回路Ｍは、電池モジュールＭＤＬの複数の監視回路１０それぞれに割り振られる個別の識別子を記憶可能である。ＩＤ記憶回路Ｍに記憶された識別子は、予め設定されてもよく、電池モジュールＭＤＬを組み付ける際に電池制御回路１２により設定されてもよい。ＩＤ記憶回路Ｍは、書き換え不可能なメモリを備えていてもよく、書き換え可能なメモリを備えていてもよい。
【００５１】
セルバランススイッチＳＷと、抵抗器Ｒとは、接続端子ＷＰと接続端子ＷＮとを電気的に接続する経路において、直列に接続している。セルバランススイッチＳＷは、ノーマリオープンのスイッチング素子であって、制御回路ＣＴＲからセルバランス指令に基づいて経路を閉じる。
【００５２】
制御回路ＣＴＲは、ＩＤ記憶回路Ｍから監視回路１０に割り振られた識別子を読み出す。制御回路ＣＴＲは、例えば、起動してから動作を停止するまでの間、書き込まれたデータを記憶可能な一次記憶回路（図示せず）を備えていてもよい。制御回路ＣＴＲは、例えば、起動したときにＩＤ記憶回路Ｍから識別子を読み出し、一次記憶回路に識別子を記憶させてもよい。
【００５３】
制御回路ＣＴＲは、識別子に基づいて、受光回路Ｌ２から受信した信号が、自身の監視回路１０に対する信号であるか否かを判断することができる。制御回路ＣＴＲは、自身の監視回路１０に対する信号に基づいて、起動信号、切り換え信号、セルバランス指令、変換指令、送信指令、を出力する。
【００５４】
制御回路ＣＴＲは、ソフトウエアにより構成されてもよく、ハードウエアにより構成されてもよく、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより構成されてもよい。制御回路ＣＴＲは、例えば、メモリと、メモリに記録されたプログラムを実行可能な少なくとも１つのプロセッサと、を備えていてもよい。
【００５５】
次に、本実施形態の電池モジュールの動作例について説明する。
図５は、一実施形態の電池モジュールの電池制御回路の動作の一例について説明するためのフローチャートである。
なお、以下の説明では、電池モジュールＭＤＬはＮ（Ｎは２以上の正の整数）個のセルを備え、Ｎ個のセルの監視回路１０には１〜Ｎの識別子（ＩＤ）が割り振られているものとする。
【００５６】
電池制御回路１２は、識別子（ＩＤ）が「１」である監視回路１０に対する送信指令を発光回路Ｌ３から出力（発光）する（ステップＳＡ１）。
電池制御回路１２は、受光回路Ｌ４にて信号が受信されるのを待機する（ステップＳＢ１）。
【００５７】
電池制御回路１２は、監視回路１０から正常に信号が受信されたか否かを判断する（ステップＳＣ１）。監視回路１０から正常に信号が受信されないと判断したときには、所定時間が経過するまで（ステップＳＤ１）、ステップＳＣ１を繰り返す。
【００５８】
所定時間が経過しても正常に信号が受信されないときには、電池制御回路１２は、電池モジュールＭＤＬの故障であると判断し、上位制御装置である電池管理回路２０へ故障を通知する（ステップＳＥ１）。
【００５９】
電池制御回路１２は、監視回路１０から正常に信号が受信されたときには、受信したセルの電圧と電池モジュールＭＤＬ内のセル電圧の最小値との差が所定値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳＦ１）。
【００６０】
受信したセルの電圧と、電池モジュールＭＤＬ内のセル電圧の最小値との差が所定値よりも大きいときには、電池制御回路１２は、識別値「１」のセルに対してセルバランスオンとする信号を出力する（ステップＳＧ１）。
【００６１】
受信したセルの電圧と、電池モジュールＭＤＬ内のセル電圧の最小値との差が所定値以下であるときには、電池制御回路１２は、識別子「１」のセルに対してセルバランスオフとする信号を出力する（ステップＳＨ１）。
【００６２】
電池制御回路１２は、上記ステップＳＡ１〜ＳＨ１と同様の動作を、識別子「２」〜「Ｎ」のセルに対して順次行う（ステップＳＡ２〜ＳＨＮ）。
【００６３】
ステップＳＨＮ又はステップＳＧＮが終了すると、電池制御回路１２は、ステップＳＡ１に戻って、識別子「１」〜「Ｎ」のセルに対してステップＳＡ１〜ＳＨＮの動作を行う。
【００６４】
図６は、一実施形態の電池モジュールの監視回路の動作の一例について説明するためのフローチャートである。
監視回路１０は、電池制御回路１２からの信号の受信を待機する（ステップＳ１）。
このとき、監視回路１０は待機電源回路１３から、制御回路ＣＴＲの少なくとも一部と、受光回路Ｌ２とに待機電源が供給されて動作している状態であり、他の回路は停止している。セルバランススイッチＳＷは例えばノーマリオフであり、監視電源回路１４がオフされているときには、セルバランススイッチＳＷは開いた（オープン）状態である。受光回路Ｌ２で光信号が受信されると、電気信号に変換された後に制御回路ＣＴＲに供給される。
【００６５】
制御回路ＣＴＲは、受信した信号に付された識別子と、ＩＤ記憶回路Ｍから読み出した識別子とを比較して、識別子が一致しているか否か判断するとともに、データが正常に受信できたか否かを判断して、自己の識別子に対して送信されたデータの受信が成功したか判断する（ステップＳ２）。
【００６６】
制御回路ＣＴＲは、データの受信を待機している状態を所定時間継続し（ステップＳ３）、データの受信に成功しないままで所定時間が経過すると、監視電源回路１４をオフしたまま、タイマーをリセットしてステップＳ１へ戻り受信待ち状態とする。
【００６７】
制御回路ＣＴＲは、データの受信に成功したと判断したときには、監視電源回路１４をオンし、監視回路１０を起動する（ステップＳ５）。
続いて、制御回路ＣＴＲは、受信したデータが測定値送信指令か否かを判断する（ステップＳ６）。
【００６８】
受信したデータが測定値送信指令であるときには、制御回路ＣＴＲは、マルチプレクサ回路１５の信号入力を電圧センサ回路ＶＳからの信号入力端子側に切り換えて、セルの電圧を受信する（ステップＳ７）。
【００６９】
続いて、制御回路ＣＴＲは、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣへ変換指令を出力し、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣにて、マルチプレクサ回路１５から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換させる（ステップＳ８）。
【００７０】
同様に、制御回路ＣＴＲは、マルチプレクサ回路１５の信号入力を温度センサ回路ＴＳからの信号入力端子側に切り換えて、セルの温度を受信する（ステップＳ９）。
【００７１】
続いて、制御回路ＣＴＲは、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣへ変換指令を出力し、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣにて、マルチプレクサ回路１５から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換させる（ステップＳ１０）。
【００７２】
次に、制御回路ＣＴＲは、発光回路Ｌ１へ送信指令を出力し、発光回路Ｌ１にてＡ／Ｄ変換回路ＡＤＣでデジタル信号に変換された電圧および温度のデータを光信号に変換して、電池制御回路１２へ出力させる（ステップＳ１１）。この処理の後、制御回路ＣＴＲはステップＳ１に戻り、受信待ち状態となる。
【００７３】
ステップＳ６にて、受信したデータが測定値送信指令でないと判断したときに、制御回路ＣＴＲは、受信したデータがセルバランス開始指令であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００７４】
受信したデータがセルバランス開始指令であるとき、制御回路ＣＴＲは、セルバランス指令をオンにしてセルバランススイッチＳＷを閉じる（ステップＳ１３）。この処理の後、制御回路ＣＴＲはステップＳ１に戻り、受信待ち状態となる。
受信したデータがセルバランス開始指令でないときには、制御回路ＣＴＲは、受信したデータがセルバランス停止指令であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。
【００７５】
受信したデータがセルバランス停止指令であるとき、制御回路ＣＴＲは、セルバランス指令をオフにしてセルバランススイッチＳＷを閉じる（ステップＳ１５）。この処理の後、制御回路ＣＴＲはステップＳ１に戻り、受信待ち状態となる。
【００７６】
受信したデータがセルバランス停止指令でもないときには、制御回路ＣＴＲはステップＳ１に戻り、受信待ち状態となる。
【００７７】
上記のように、本実施形態の電池モジュールによれば、光を用いた通信により監視回路１０と電池制御回路１２との間で、データを送信および受信することが可能である。したがって、例えば、電池モジュールＭＤＬ内に含まれる複数のセルの外形が大きく、１つの監視回路にて複数のセルの電圧および温度を検出するために、電池モジュールＭＤＬ内に配線を引き回したりすることが困難であるときでも、電池モジュールＭＤＬ内の複数のセルの状態を取得可能である。
【００７８】
すなわち、本実施形態によれば、離れて配置された位置から複数のセルの状態を取得可能であり、大容量の電池モジュールを提供することができる。
なお、上記実施形態では、複数のセルのそれぞれにおいて、正極端子と負極端子とを電気的に接続する経路にセルバランススイッチＳＷと抵抗器Ｒとを直列に接続して、セルバランススイッチＳＷを閉じることにより、電圧が高いセルに蓄電されたエネルギーを消費させてセルバランスを行っていたが、監視回路１０の発光回路Ｌ１を発光することによりセルに蓄電されたエネルギーを消費させて、セルバランスを行ってもよい。その場合であっても上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
次に、第２実施形態の電池モジュールについて図面を参照して詳細に説明する。
図７は、第２実施形態の電池モジュールの一構成例を概略的に示す図である。  
図８は、図７に示す電池モジュールに含まれるセルの一構成例を概略的に示す図である。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
本実施形態の電池モジュールＭＤＬは、複数のセルと、正面箱１６と、複数のバスバーＢＢと、モジュールケース１９と、充放電端子ＤＣＴと、を備えている。複数のセルのそれぞれは、電池セル本体Ｃと、監視回路１０と、を備えている。
【００８１】
電池セル本体Ｃは、例えば金属缶の外装容器と、正極端子ＰＴと、負極端子ＮＴと、を備えている。外装容器の外形は略直方体形状であって、直方体の一つの外面（Ｚ方向と略直交した一方のＸ−Ｙ面）から正極端子ＰＴと負極端子ＮＴとがＺ方向外方へ突出し、正極端子ＰＴと負極端子ＮＴとが突出した外面（第１外面）と略平行である第２外面（底面）にてモジュールケース１９内に固定されている。外装容器は、例えば、接着剤にてモジュールケース１９内に固定されてもよく、ネジ止めや融着によりモジュールケース１９内に固定されてもよい。
【００８２】
正極端子ＰＴは、上記一方のＸ−Ｙ面のＹ方向における一端の近傍に配置されている。負極端子ＮＴは、上記一方のＸ−Ｙ面のＹ方向における他端の近傍に配置されている。
【００８３】
複数の電池セル本体Ｃは、モジュールケース１９内に、積層方向（Ｘ方向）に所定の間隔をおいて並んで配置されている。なお、本実施形態では、電池セル本体Ｃの外装容器のＸ方向における幅は、Ｙ方向における幅およびＺ方向における幅よりも小さい。
【００８４】
監視回路１０は、上記一方のＸ−Ｙ面上で、正極端子ＰＴと負極端子ＮＴとの間、すなわちＹ方向における略中央に配置されている。監視回路１０は、発光回路Ｌ１と、受光回路Ｌ２と、接続端子ＣＴＰ、ＣＴＮと、を備えている。
【００８５】
発光回路Ｌ１は、例えば上記一方のＸ−Ｙ面と対向したモジュールケース１９の内面に向けて光信号を出力する、発光ダイオード等の光電変換素子を備えている。
【００８６】
受光回路Ｌ２は、例えば上記一方のＸ−Ｙ面と対向したモジュールケース１９の内面側から入射した光信号を受け取る、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの光電変換素子を備えている。
【００８７】
接続端子ＣＴＰ、ＣＴＮは、正極端子ＰＴおよび負極端子ＮＴと監視回路１０の基板とを電気的および熱的に接続している。監視回路１０は、接続端子ＣＴＰを介して正極端子ＰＴの電圧および温度の情報を取得し、接続端子ＣＴＮを介して負極端子ＮＴの電圧および温度の情報を取得することができる。接続端子ＣＴＰ、ＣＴＮは、監視回路１０の基板と一体に形成されていてもよい。接続端子ＣＴＰ、ＣＴＮは、例えば、監視回路１０の基板へ半田付けされて電気的および熱的に接続されてもよい。例えば、監視回路１０の基板がフレキシブル基板であるときには、基板の一部を延ばして接続端子ＣＴＰ、ＣＴＮとしてもよい。
【００８８】
モジュールケース１９は、複数の電池セルの積層方向（Ｘ方向）の一方が開口した箱形状である。モジュールケース１９は、例えば樹脂材料など絶縁材料により形成され、電池セル本体Ｃの外装容器同士がモジュールケース１９を介して導通することを回避している。
【００８９】
モジュールケース１９の上記一方のＸ−Ｙ面と対向した内面と、電池セル本体Ｃの上記一方のＸ−Ｙ面とはＺ方向に離間し、光路ＬＰとなる空間が設けられている。
【００９０】
モジュールケース１９は、発光回路Ｌ１および受光回路Ｌ２と対向した位置に設けられた反射部ＲＥＦを備えている。換言すると、反射部ＲＥＦは、発光回路Ｌ１と受光回路Ｌ２との光軸と交差するモジュールケース１９の内面の部分に設けられている。反射部ＲＥＦは、モジュールケース１９の箱形状の部分と一体に形成されてもよく、箱形状の部分とは別体であってもよい。
【００９１】
反射部ＲＥＦは、例えば、積層方向（Ｘ方向）の一方側（正面箱１６側）から光路ＬＰへ発光された光を、Ｚ方向の一方側（セル側）へ反射し、Ｚ方向の一方側（セル側）から光路ＬＰへ発光された光を積層方向（Ｘ方向）の一方側（正面箱１６側）へ反射するように形成された傾斜面を含む。
【００９２】
なお、より効率よく光を反射するためにより好適な構成として、反射部ＲＥＦの少なくとも傾斜面が白色に塗装されてもよく、モジュールケース１９が白色の材料により形成されてもよい。また、反射部ＲＥＦは省略しても構わない。
【００９３】
充放電端子（主回路端子）ＤＣＴは、最も高電位側のセルの正極端子と電気的に接続した第１端子（図示せず）と、最も低電位側のセルの負極端子とに電気的に接続した第２端子（図示せず）とを備え、第１端子および第２端子を介して充電電流を複数のセルへ供給し、放電電流を外部へ出力可能とする端子である。なお、複数のセルへ充電電流を供給可能とする端子と、複数のセルから放電電流を出力可能とする端子とが、それぞれ独立して設けられてもよい。充放電端子ＤＣＴは、正面箱１６に設けられてもよい。
【００９４】
正面箱１６は、積層した複数のセルのＸ方向における一端側において、モジュールケース１９の開口を閉じるようにモジュールケース１９に固定されている。正面箱１６は、接着剤にてモジュールケース１９に接着されて固定されてもよく、ネジ止めやスナップフィットによりモジュールケース１９に固定されてもよい。
【００９５】
正面箱１６は、電池制御回路(ＭＭＵ(Module Management Unit))１２を内蔵している。
電池制御回路１２は、発光回路Ｌ３および受光回路Ｌ４を備えている。発光回路Ｌ３および受光回路Ｌ４は電池制御回路１２の基板上に固定され、光路ＬＰのＸ方向における一端に配置されている。
【００９６】
電池制御回路１２の発光回路Ｌ３が光路ＬＰへＸ方向に光を出射すると、反射部ＲＥＦにてセル側へ反射された光が監視回路１０の受光回路Ｌ２へ入射する。監視回路１０の発光回路Ｌ１が光路ＬＰへＺ方向に光を出射すると、反射部ＲＥＦにて光路ＬＰのＸ方向の一端側（正面箱１６側）へ反射された光が電池制御回路１２の受光回路Ｌ４へ入射する。上記のように、電池制御回路１２と複数の監視回路１０との間にて、光による通信を行うことが可能である。
【００９７】
なお、発光回路Ｌ３および受光回路Ｌ４は、これらの光軸が反射部ＲＥＦの傾斜面の頂点の位置よりも、セル側となるように設置することが望ましい。このことにより、発光回路Ｌ３が出射した光が全ての受光回路Ｌ２へ届きやすくなり、複数の監視回路１０から出射された光が受光回路Ｌ４へ届きやすくなる。
【００９８】
本実施形態の電池モジュールＭＤＬの動作および電池モジュールＭＤＬを搭載した電池装置の構成は、上述の第１実施形態と同様である。
【００９９】
上記のように、本実施形態の電池モジュールによれば、光を用いた通信により監視回路１０と電池制御回路１２との間で、データを送信および受信することが可能である。したがって、例えば、電池モジュールＭＤＬ内に含まれる複数のセルの外形が大きく、１つの監視回路にて複数のセルの電圧および温度を検出するために、電池モジュールＭＤＬ内に配線を引き回したりすることが困難であるときでも、電池モジュールＭＤＬ内の複数のセルの状態を取得可能である。
【０１００】
すなわち、本実施形態によれば、離れて配置された位置から複数のセルの状態を取得可能であり、大容量の電池モジュールを提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…監視回路、１２…電池制御回路、１３…待機電源回路、１４…監視電源回路、１５…マルチプレクサ回路、１６…正面箱、１７…背面板、ＡＤＣ…Ａ／Ｄ変換回路、１８…額縁構造体、１８Ｂ…第１構造体、１８Ｔ…第２構造体、１９…モジュールケース、２０…電池管理回路（ＢＭＵ）、ＢＢ…バスバー、Ｃ…電池セル本体、ＣＮＮ、ＣＮＰ…遮断器
ＣＴＲ…制御回路、ＣＳ…電流センサ回路、ＣＴＮ、ＣＴＰ…接続端子、ＤＣＴ…充放電端子（主回路端子）、Ｆ１、Ｆ２…ヒューズ、ＦＲ…縁、Ｌ１…第１発光回路、Ｌ２…第１受光回路、Ｌ３…第２発光回路、Ｌ４…第２受光回路、ＬＡ…光軸、ＬＰ…光路、ＬＰ１…第１光路、ＬＰ２…第２光路、Ｍ…記憶回路、ＭＤＬ…電池モジュール、ＰＴ…正極端子、ＮＴ…負極端子、Ｒ、抵抗器、ＲＥＦ…反射部、ＳＷ…セルバランススイッチ、ＴＳ…温度センサ回路、ＶＳ…電圧センサ回路、ＷＮ、ＷＰ…接続端子。
【図１】
2019185865.tif 000003
【図２】
2019185865.tif 000004
【図３】
2019185865.tif 000005
【図４】
2019185865.tif 000006
【図５】
2019185865.tif 000007
【図６】
2019185865.tif 000008
【図７】
2019185865.tif 000009
【図８】
2019185865.tif 000010