(57)【要約】  電池監視装置は、電池の各電池セルの電極が配置された面と略平行に配置されるベース基板と、ベース基板上に配置される電池監視基板とを備える。ベース基板は、電池監視基板と接続するための複数の接続端子と、電池の各電池セルの電極にそれぞれ接続される複数の電極端子と、接続端子と電極端子の間に配設された配線パターンとを有し、電池監視基板は、接続端子の各々と電気的に接続される複数の電圧検出端子と、電圧検出端子の各々の電圧を検出することで電池の各電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、電池の各電池セルの容量を調整するためのバランシング抵抗とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの電池セルまたは直列接続された複数の電池セルによって構成され、各電池セルの電極が略同一面上に配置された電池の状態を監視するための電池監視装置であって、
前記電池の各電池セルの電極が配置された面と略平行に配置されるベース基板と、
前記ベース基板上に配置される電池監視基板と、を備え、
前記ベース基板は、
前記電池監視基板と接続するための複数の接続端子と、
前記電池の各電池セルの電極にそれぞれ接続される複数の電極端子と、
前記接続端子と前記電極端子の間に配設された配線パターンと、を有し、
前記電池監視基板は、
前記接続端子の各々と電気的に接続される複数の電圧検出端子と、
前記電圧検出端子の各々の電圧を検出することで前記電池の各電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電池の各電池セルの容量を調整するためのバランシング抵抗と、を有する電池監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池監視装置において、
前記ベース基板は、前記電池監視装置を上位制御装置または他の電池監視装置に接続するための通信コネクタをさらに有し、
前記電池監視基板は、前記通信コネクタを介して、前記上位制御装置または前記他の電池監視装置との間で情報を送受信する通信回路をさらに有する電池監視装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電池監視装置において、
前記ベース基板は、所定の放熱面積を有する放熱部をさらに有し、
前記バランシング抵抗は、前記放熱部と熱的に接続されている電池監視装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電池監視装置において、
前記電池監視基板は、樹脂により一体的にモールド化されている電池監視装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の電池監視装置において、
前記ベース基板は、前記配線パターンに流れる電流を制限するための電流制限素子をさらに有する電池監視装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電池監視装置において用いられる電池監視基板。
【請求項７】
請求項１に記載の電池監視装置と、
１つの電池セルまたは直列接続された複数の電池セルによって構成され、各電池セルの電極が略同一面上に配置された電池と、を備え、
前記電池監視装置の前記ベース基板は、前記電池の各電池セルの電極が配置された面と略平行に配置されている電池モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の電池モジュールを複数備え、各電池モジュールは直列または並列に接続されている電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池監視装置および電池監視基板と、この電池監視装置を用いた電池モジュールおよび電池システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、下記の特許文献１に記載の車両用バッテリシステムが知られている。このバッテリシステムは、電池状態検出回路が実装された回路基板を、複数の電池セルにより構成された電池ブロックの端子平面に対向した位置に固定し、その電池ブロックの各電池セルの正負電極を電池状態検出回路とそれぞれ接続することによって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２０１０−５６０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載のバッテリシステムでは、電池ブロックを構成する各電池セルの寸法と電池セル数に応じて回路基板の形状が決定される。そのため、電池セルの寸法や電池セル数が異なる電池ブロックには適用することができず、汎用性に乏しいという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による電池監視装置は、１つの電池セルまたは直列接続された複数の電池セルによって構成され、各電池セルの電極が略同一面上に配置された電池の状態を監視するためのものであって、電池の各電池セルの電極が配置された面と略平行に配置されるベース基板と、ベース基板上に配置される電池監視基板とを備える。ベース基板は、電池監視基板と接続するための複数の接続端子と、電池の各電池セルの電極にそれぞれ接続される複数の電極端子と、接続端子と電極端子の間に配設された配線パターンとを有し、電池監視基板は、接続端子の各々と電気的に接続される複数の電圧検出端子と、電圧検出端子の各々の電圧を検出することで電池の各電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、電池の各電池セルの容量を調整するためのバランシング抵抗とを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電池モジュールや電池システムにおいて用いられる汎用性の高い電池監視装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池システムの構成を示す図である。
【図２】電池モジュールの外観を示す図である。
【図３】電池監視装置の概要を示す図である。
【図４】電池監視基板の構成を示す図である。
【図５】８セルモジュール用のベース基板の構成を示す図である。
【図６】１２セルモジュール用のベース基板の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態に係る電池システムの構成を示す図である。本電池システムは、直列に接続された電池モジュール１および２と、上位制御装置３とを備える。
【０００９】
電池モジュール１は、直列接続された複数の電池セル１０によって構成された電池１１と、電池１１の状態を監視するための電池監視装置１２とを有する。電池監視装置１２は、電池１１の各電池セル１０に対して、電池電圧の測定、温度の測定、電池容量のバランシング等を行うことにより、電池１１の状態を監視する。なお、電池監視装置１２は、ベース基板１３および電池監視基板１４を有している。これらの基板の詳細については、後で説明する。
【００１０】
電池モジュール２は、直列接続された複数の電池セル２０によって構成された電池２１と、電池２１の状態を監視するための電池監視装置２２とを有する。電池監視装置２２は、上記の電池監視装置１２と同様に、電池２１の各電池セル２０に対して、電池電圧の測定、温度の測定、電池容量のバランシング等を行うことにより、電池２１の状態を監視する。電池監視装置２２は、ベース基板２３および電池監視基板２４を有している。
【００１１】
上位制御装置３は、マイコン３０と、絶縁素子３１および３２と、電源部３３とを有する。電源部３３は、鉛蓄電池３４から供給される直流電圧に基づいて電源電圧Ｖｃｃを生成し、マイコン３０へ供給する。
【００１２】
マイコン３０は、電池監視装置１２および２２の動作を制御するための回路であり、フォトカプラ等を用いて構成された絶縁素子３１、３２を介して、電池監視装置１２、２２との間で情報の送受信を行う。マイコン３０から電池監視装置１２、２２に送信される情報には、たとえば電池監視装置１２、２２の動作を制御するための情報などが含まれる。一方、電池監視装置１２、２２からマイコン３０に送信される情報には、たとえば各電池セル１０、２０の電池電圧や温度の測定結果を示す情報などが含まれる。なお、マイコン３０から電池監視装置２２への情報送信は、電池監視装置１２を間に介して行われる。また、電池監視装置１２からマイコン３０への情報送信は、電池監視装置２２を間に介して行われる。
【００１３】
次に、電池モジュール１および２について詳細に説明する。なお、電池モジュール１および２は、いずれも同様の構成を有している。そのため、以下の説明では、電池モジュール１を代表例として説明を行う。
【００１４】
図２は、電池モジュール１の外観を示す図である。図２に示すように、電池モジュール１では、８個の電池セル１０が、各電池セル１０の電極（正極、負極）が略同一面上に配置されるように、一列に並べて設置されている。各電池セル１０は、正極と負極の位置が交互に入れ替わるような向きで配置されており、互いに隣接する２つの電池セル１０の電極同士が図に示すように接続されている。これにより、８個の電池セル１０を直列に接続することができる。なお、図２では、８個の電池セル１０を組み合わせた場合を例示しているが、電池セル１０の数はこれに限定されるものではない。
【００１５】
電池セル１０の上には、電池監視装置１２を構成するベース基板１３および電池監視基板１４が設置されている。ベース基板１３は、各電池セル１０の電極が配置された面と略平行に配置されており、その上には、電池監視基板１４と、送信用の通信コネクタ１３１と、受信用の通信コネクタ１３２が搭載されている。ベース基板１３には複数の電極端子１３０が設けられており、各電極端子１３０は、対応する位置にある電池セル１０の電極に接続されている。
【００１６】
図３は、電池監視装置１２の概要を示す図である。図３に示すように、電池監視装置１２は、電極端子１３０、通信コネクタ１３１および１３２を有するベース基板１３の上に、電池監視基板１４が設置されて構成されている。
【００１７】
図４は、電池監視基板１４の構成を示す図である。電池監視基板１４は、電圧検出端子１４０、通信端子１４１、電圧検出回路１４２、フィルタ回路１４３、バランシング抵抗１４４および通信回路１４５を有する。
【００１８】
電圧検出端子１４０は、各電池セル１０の電池電圧を検出するための端子である。電池監視基板１４をベース基板１３上に搭載すると、各電圧検出端子１４０は、ベース基板１３に設けられた各電極端子１３０と電気的に接続される。前述のように、各電極端子１３０は電池セル１０の電極にそれぞれ接続されている。そのため、電池監視基板１４をベース基板１３上に搭載すると、各電圧検出端子１４０が電池セルの電極にそれぞれ接続される。各電圧検出端子１４０は、電池監視基板１４に設けられた不図示の配線パターンを介して、電圧検出回路１４２、フィルタ回路１４３およびバランシング抵抗１４４と電気的に接続されている。なお、電池監視基板１４に設けられている電圧検出端子１４０の数は、電池監視基板１４が監視可能な電池セルの最大個数に応じて設定されている。図４の例では、１７個の電圧検出端子１４０が設けられている。この電池監視基板１４は、１６個の電池セルまで監視可能である。
【００１９】
通信端子１４１は、通信信号を入出力するための端子である。電池監視基板１４をベース基板１３上に搭載すると、各通信端子１４１は、通信コネクタ１３１または１３２と電気的に接続される。この通信端子１４１は、電池監視基板１４に設けられた不図示の配線パターンを介して、通信回路１４５と電気的に接続されている。
【００２０】
電圧検出回路１４２は、図１の上位制御装置３内のマイコン３０からの指令に応じて、各電池セル１０の状態を監視するための各種の処理や制御を行う。たとえば、各電圧検出端子１４０の電圧を検出することで、電圧検出端子１４０およびベース基板１３の電極端子１３０を介して接続されている各電池セル１０の電極間の電圧を検出し、その検出結果を基に各電池セル１０の電池電圧を検出する。また、不図示の放電スイッチを制御することで、任意の電池セル１０からバランシング抵抗１４４に放電電流を流して、各電池セル１０の充電状態（容量）を調整する。これ以外にも、様々な処理や制御を電圧検出回路１４２において実行することができる。なお、電圧検出回路１４２は、たとえば集積回路を用いて構成される。
【００２１】
フィルタ回路１４３は、電圧検出端子１４０から電圧検出回路１４２へ入力される電圧信号に含まれる高周波成分を除去するための回路要素である。このフィルタ回路１４３の作用により、電圧検出回路１４２において、高周波成分に起因する電池電圧の誤検出を防ぐことができる。
【００２２】
バランシング抵抗１４４は、各電池セル１０の容量を調整するための回路要素である。このバランシング抵抗１４４に流れる放電電流の制御は、前述のように電圧検出回路１４２によって行われる。
【００２３】
通信回路１４５は、図１の上位制御装置３や電池監視装置２２との間で情報を送受信するための回路である。通信回路１４５からの送信情報は、通信端子１４１および送信用の通信コネクタ１３１を介して、上位制御装置３のマイコン３０や電池監視装置２２に送信される。また、上位制御装置３のマイコン３０や電池監視装置２２からの送信情報は、受信用の通信コネクタ１３２および通信端子１４１を介して通信回路１４５に入力され、通信回路１４５において受信される。この通信回路１４５の動作により、各電池セル１０の電池電圧の検出結果を含む様々な情報を、電圧検出回路１４２から上位制御装置３に送信することができる。また、電圧検出回路１４２の動作を制御するための様々な情報を、上位制御装置３から受信することができる。
【００２４】
電池監視基板１４は、以上説明したような構成を有している。なお、電池監視基板１４は、たとえば樹脂により一体的にモールド化されたモールド構造としてもよい。このようにすれば、耐環境性を向上することができる。
【００２５】
図５は、ベース基板１３の構成を示す図である。ベース基板１３は、電極端子１３０、送信用の通信コネクタ１３１、受信用の通信コネクタ１３２、接続端子１３３、配線パターン１３４、電流制限素子１３５および放熱部１３６を有する。なお、図５では、８セルモジュール用のベース基板の例として、ベース基板１３の構成を図示している。
【００２６】
電極端子１３０は、電池セル１０の電極を接続するための端子である。各電極端子１３０を図２に示すように各電池セル１０の電極に接続することで、前述のように、電池監視基板１４の各電圧検出端子１４０が、電極端子１３０を介して各電池セル１０の電極と電気的に接続される。これにより、電圧検出回路１４２によって各電池セル１０の電池電圧を検出することができる。
【００２７】
送信用の通信コネクタ１３１は、電池監視装置２２と接続され、受信用の通信コネクタ１３２は、上位制御装置３と接続される。これにより、電池監視基板１４の通信回路１４５によって、前述のように上位制御装置３や電池監視装置２２と情報の送受信を行うことができる。
【００２８】
接続端子１３３は、電池監視基板１４と接続するための端子である。電池監視基板１４をベース基板１３上に搭載すると、電池監視基板１４の各電圧検出端子１４０および各通信端子１４１は、対応する位置の接続端子１３３と電気的に接続される。これにより、配線パターン１３４を介して、電圧検出端子１４０が電極端子１３０とそれぞれ接続されると共に、通信端子１４１が通信コネクタ１３１、１３２とそれぞれ接続される。そのため、前述のような動作を電池監視基板１４において行うことができる。
【００２９】
配線パターン１３４は、各接続端子１３３と各電極端子１３０および通信コネクタ１３１、１３２の間に配設されており、これらの間で入出力される電気信号の伝送路として作用する。なお、配線パターン１３４によって電極端子１３０または通信コネクタ１３１、１３２と接続されている接続端子１３３の数は、ベース基板１３が搭載される電池セルの個数に応じて異なっており、使用されない接続端子１３３には配線パターン１３４が設けられていない。図５では、８セルモジュール用、すなわち８個の電池セルに搭載されるベース基板における配線パターンの例を示している。
【００３０】
電流制限素子１３５は、接続端子１３３と電極端子１３０の間に配設された各配線パターン１３４に流れる電流を制限するための素子であり、これらの配線パターン１３４上にそれぞれ設けられている。この電流制限素子１３５の作用により、電極端子１３０および配線パターン１３４を介して、各電池セル１０から電池監視基板１４に過電流が流れて電池監視基板１４が破壊されるのを防止することができる。なお、電流制限素子１３５は、たとえば各種ヒューズを使用してもよいし、配線パターン１３４の一部を所望の制限電流に応じて溶断されるようにレイアウトすることで実現してもよい。
【００３１】
放熱部１３６は、電池監視基板１４のバランシング抵抗１４４を放熱させるための部分であり、所定の放熱面積を有するベタパターンとしてベース基板１３上に設けられている。電池監視基板１４がベース基板１３上に搭載されると、熱伝導性のシート材等を介して、バランシング抵抗１４４が放熱部１３６と熱的に接続される。バランシング放電中の発熱によってバランシング抵抗１４４の温度が上昇すると、その熱はバランシング抵抗１４４から放熱部１３６に伝えられ、放熱部１３６から放熱される。これにより、バランシング抵抗１４４を効果的に放熱させることができる。
【００３２】
８セルモジュール用のベース基板１３は、以上説明したような構成を有している。
【００３３】
図６は、図５とは別のベース基板の例として、１２セルモジュール用のベース基板１３ａの構成を示している。このベース基板１３ａは、図５に示した８セル用のベース基板１３と比較して、電池セルの個数に応じて横方向の幅が広がっている点と、電極端子１３０の数が異なっている点とが異なっている。それ以外の部分は、ベース基板１３と共通である。そのため、ベース基板１３ａでも、図４に示した電池監視基板１４を共通に用いることができる。
【００３４】
以上説明したように、電池モジュールに搭載される電池セルの個数を変えても、その個数に応じた形状のベース基板を使用することで、図４の電池監視基板１４を共通に使用することができる。また、電池セルの形状が変化しても、同様にベース基板の形状を変化させることで、電池監視基板１４を共通に使用することができる。そのため、汎用性の高い電池監視装置とすることができる。
【００３５】
以上説明した本発明の実施形態によれば、次のような作用効果を奏する。
【００３６】
（１）電池１１は、直列接続された複数の電池セル１０によって構成され、各電池セル１０の電極が略同一面上に配置されている。この電池１１の状態を監視するための電池監視装置１２は、電池１１の各電池セル１０の電極が配置された面と略平行に配置されるベース基板１３と、ベース基板１３上に配置される電池監視基板１４とを備える。ベース基板１３は、電池監視基板１４と接続するための複数の接続端子１３３と、電池１１の各電池セル１０の電極にそれぞれ接続される複数の電極端子１３０と、接続端子１３３と電極端子１３０の間に配設された配線パターン１３４とを有する。一方、電池監視基板１４は、接続端子１３３の各々と電気的に接続される複数の電圧検出端子１４０と、電圧検出端子１４０の各々の電圧を検出することで電池１１の各電池セル１０の電圧を検出する電圧検出回路１４２と、電池１１の各電池セル１０の容量を調整するためのバランシング抵抗１４４とを有する。このようにしたので、電池モジュールや電池システムにおいて用いられる汎用性の高い電池監視装置を提供することができる。
【００３７】
（２）ベース基板１３は、電池監視装置１２を上位制御装置３または他の電池監視装置２２に接続するための通信コネクタ１３１、１３２を有する。電池監視基板１４は、この通信コネクタ１３１、１３２を介して、上位制御装置３または他の電池監視装置２２との間で情報を送受信する通信回路１４５をさらに有する。このようにしたので、電池セル１０の個数を変更しても、必要な情報の送受信を容易に行うことができる。
【００３８】
（３）ベース基板１３は、所定の放熱面積を有する放熱部１３６を有しており、バランシング抵抗１４４は、この放熱部１３６と熱的に接続されている。このようにしたので、バランシング抵抗１４４を効果的に放熱させることができる。
【００３９】
（４）電池監視基板１４は、樹脂により一体的にモールド化されていてもよい。このようにすれば、耐環境性を向上することができる。
【００４０】
（５）ベース基板１３は、配線パターン１３４に流れる電流を制限するための電流制限素子１３５を有する。このようにしたので、電池セル１０からの過電流により電池監視基板１４が破壊されるのを防止することができる。
【００４１】
なお、以上説明した実施の形態では、複数の電池セルを直列に接続することとしたが、１個の電池セルを単独で用いてもよい。また、電池システムに必要な電圧や電流を得るために、任意の個数で電池セルを直列または並列に接続して電池モジュールを構成してもよい。さらに、複数の電池モジュールを直列または並列に接続し、これらを組み合わせて使用してもよい。
【００４２】
以上説明した実施形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４３】
１、２  電池モジュール
１０、２０  電池セル
１１、２１  電池
１２、２２  電池監視装置
１３、２３  ベース基板
１４、２４  電池監視基板
１３０  電極端子
１３１、１３２  通信コネクタ
１３３  接続端子
１３４  配線パターン
１３５  電流制限素子
１３６  放熱部
１４０  電圧検出端子
１４１  通信端子
１４２  電圧検出回路
１４３  フィルタ回路
１４４  バランシング抵抗
１４５  通信回路
【図１】
2014184920.tif 000003
【図２】
2014184920.tif 000004
【図３】
2014184920.tif 000005
【図４】
2014184920.tif 000006
【図５】
2014184920.tif 000007
【図６】
2014184920.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月12日(2016.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの電池セルまたは直列接続された複数の電池セルによって構成され、各電池セルの電極が略同一面上に配置された電池の状態を監視するための電池監視装置であって、
前記電池の各電池セルの電極が配置された面と略平行に配置されるベース基板と、
前記ベース基板上に配置される電池監視基板と、を備え、
前記ベース基板は、
前記電池監視基板と接続するための複数の接続端子と、
前記電池の各電池セルの電極にそれぞれ接続される複数の電極端子と、
前記接続端子と前記電極端子の間に配設された配線パターンと、を有し、
前記電池監視基板は、
前記接続端子の各々と電気的に接続される複数の電圧検出端子と、
前記電圧検出端子の各々の電圧を検出することで前記電池の各電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電池の各電池セルの容量を調整するためのバランシング抵抗と、を有し、
前記電池の各電池セルの電極と、前記配線パターンとは、前記ベース基板を介さずに、前記電極端子を介して接続される電池監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池監視装置において、
前記ベース基板は、前記電池監視装置を上位制御装置または他の電池監視装置に接続するための通信コネクタをさらに有し、
前記電池監視基板は、前記通信コネクタを介して、前記上位制御装置または前記他の電池監視装置との間で情報を送受信する通信回路をさらに有する電池監視装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電池監視装置において、
前記ベース基板は、所定の放熱面積を有する放熱部をさらに有し、
前記バランシング抵抗は、前記放熱部と熱的に接続されている電池監視装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電池監視装置において、
前記電池監視基板は、樹脂により一体的にモールド化されている電池監視装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の電池監視装置において、
前記ベース基板は、前記配線パターンに流れる電流を制限するための電流制限素子をさらに有する電池監視装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電池監視装置において用いられる電池監視基板。
【請求項７】
請求項１に記載の電池監視装置と、
１つの電池セルまたは直列接続された複数の電池セルによって構成され、各電池セルの電極が略同一面上に配置された電池と、を備え、
前記電池監視装置の前記ベース基板は、前記電池の各電池セルの電極が配置された面と略平行に配置されている電池モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の電池モジュールを複数備え、各電池モジュールは直列または並列に接続されている電池システム。
【国際調査報告】
2014184920.tif 000009
2014184920.tif 000010