(57)【要約】      （修正有）【課題】多数の単電池個々の電池電圧及び電池温度を簡易に検出する構成を備えた積層形電池モジュールを提供する。【解決手段】連結積層により冷却送風流路が形成される負極端風洞ケース４ｎ、中間風洞ケース、正極端風洞ケース内にそれぞれ単電池３を収容した負極端個装体２ｎと正極端個装体との間に所望の出力電圧が得られる数の中間個装体を配して積層する。各単電池３の電池温度を検出する温度センサ７は隣り合う２つの単電池３の間に両単電池３に接して配設される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単電池を収容保持し、給気路及び排気路が形成された個装体を所要数連結することにより、前記給気路及び排気路の連通による冷却経路が形成され、単電池間接続及び検出回路接続を行って複数単電池を連接してなる積層形電池モジュールであって、前記検出回路を構成する温度センサが、隣り合う一対の単電池の対向間に両単電池に接して配設されてなることを特徴とする積層形電池モジュール。
【請求項２】
検出回路は、複数の温度センサを並列接続してなる請求項１に記載の積層形電池モジュール。
【請求項３】
検出回路は、複数の温度センサを直列接続してなる請求項１に記載の積層形電池モジュール。
【請求項４】
温度センサは、個装体の隣り合う単電池間に介在する部位に取り付けられてなる請求項１〜３いずれか一項に記載の積層形電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的高容量の単電池を複数個連接して、より高容量、高出力の電池に構成するとき不可欠な冷却構造及び検出回路を設けて構成された積層形電池モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は電池温度によって特性が変化し、特に多数の単電池を直列接続して電池モジュールに構成したときには、１個の単電池でも特性変化が生じると電池モジュール全体に影響が及ぶため、全ての単電池の温度が均等化されるように、電池温度を検出して冷却手段を制御する必要がある。また、二次電池の充放電を制御するためには、単電池個々の電池電圧及び電池温度の検出が必要となり、単電池個々の異常や過充電、過放電等を制御するためにも必要な要件である。特に、電気自動車やハイブリッド車、電動機器など大きな駆動電力を要求する電池電源を構成するために高容量、高出力の二次電池を多数組み合わせる場合には、単電池個々の電池電圧及び電池温度、充放電電流から電池モジュールの動作状態や異常発生を監視すると共に、電池容量に対する蓄電された電気量であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を算出して負荷に対する電力供給を制御する必要がある。
【０００３】
単電池の電池温度を検出するためには、単電池個々に温度センサを設ける必要がある。単電池の数が少ない場合には、それは容易であるが、単電池の数が多くなると、リード線の配線や温度センサを配置するために多くの工数を要することになり、電池モジュールの大型化やコストアップをまねくことになる。
【０００４】
多数の単電池を集積して構成された電池モジュールにおいて、平面上の縦横に配列された多数の単電池の底面に当接するように多数の温度センサを配置し、各温度センサを直列に接続した出力値から単電池毎の温度に換算し、換算された電池温度に応じて充電制御を行う温度センサの取り付け構造が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１２−００３７３４号公報（第２〜３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては多数の温度センサに配線するためのリード線が長くなり、電池モジュールの組立て工数が増加する問題点があった。特に平面上に多数の単電池を縦横に配列すると、配列面積に応じてリード線の配線長さが増加する。
【０００７】
本発明が目的とするところは、多数の単電池を直列接続して電池モジュールに構成したとき、単電池の電池温度を検出するため温度センサの配置を簡易に構成してリード線の配線接続を簡単にした積層形電池モジュールを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、単電池を収容保持し、給気路及び排気路が形成された個装体を所要数連結することにより、前記給気路及び排気路の連通による冷却経路が形成され、単電池間接続及び検出回路接続を行って複数単電池を連接してなる積層形電池モジュールであって、前記検出回路を構成する温度センサが、隣り合う一対の単電池の対向間に両単電池に接して配設されてなることを特徴とする。
【０００９】
上記積層形電池モジュールによれば、電池温度を検出するための温度センサは隣り合う２つの単電池の間に両単電池に接して配設されるので、両単電池の温度の高い方に感応し、単電池の温度上昇を検出することができる。また、温度センサの数及びそれに配線するリード線の数を削減することができるので、部品点数及び組立て工数の減少によりコストダウンを図ることができる。
【００１０】
上記構成において、検出回路は、複数の温度センサを並列接続あるいは直列接続して構成することにより、１つ以上の単電池の温度上昇により並列回路に変化が生じるので、多数の単電池の１つでも温度上昇した状態を検出することができる。
【００１１】
また、温度センサは、個装体の隣り合う単電池間に介在する部位に取り付けることにより、隣り合う２つの単電池に接して温度センサを配置することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、本実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１３】
図１は、実施形態に係る積層形電池モジュール１の外観を示すもので、リチウムイオン二次電池として構成された単電池を収容保持し、冷却空気の給気路及び排気路が形成された負極端個装体２ｎ及び正極端個装体２ｐの間に中間個装体２ｉを所望の出力電圧が得られる数だけ連結積層し、各単電池を直列接続して構成される。
【００１４】
この積層形電池モジュール１に適用する単電池３は、正極板と負極板とをセパレータを介して楕円形断面に形成された極板群を、図２（ａ）に示すように、楕円形断面の電池缶１５内に収容し、電池缶１５の一方開口端に防爆弁が設けられた正極封口板１６を溶接して封口し、電池缶１５の他方開口端に、負極封口板１７を溶接して封口している。前記正極封口板１６は極板群を構成する正極板に接続され、正極封口板１６には防爆弁に通じる連通口２１が設けられたガス排出筒２２が設けられ、電解液の注入口を塞いで正極端子１８が取り付けられている。また、前記負極封口板１７には、図２（ｂ）に示すように、負極封口板１７と絶縁して負極端子１９が取り付けられ、負極端子１９は極板群を構成する負極板に接続されている。
【００１５】
上記構成になる単電池３は、積層形電池モジュール１の一方端側に配置されて負極端個装体２ｎを形成する負極端風洞ケース４ｎ、積層形電池モジュール１の他方端側に配置されて正極端個装体２ｐを形成する正極端風洞ケース４ｐ、負極端個装体２ｎと正極端個装体２ｐとの間に配置されて中間個装体２ｉを形成する中間風洞ケース４ｉ、にそれぞれ収容される。
【００１６】
図３は、負極端風洞ケース４ｎに単電池３を収容した負極端個装体２ｎを示している。負極端風洞ケース４ｎには排気風洞３１が形成されており、後述する中間風洞ケース４ｉ及び正極端風洞ケース４ｐの連結積層により排気流路が形成される。負極端風洞ケース４ｎに収容された単電池３の正極封口板１６に設けられたガス排出筒２２は、負極端風洞ケース４ｎに形成されたガス排出穴２４にパッキンを介して接続される。また、単電池３の正極端子１８には接続板５の一端が取り付けられ、予め準備されたハーネス６に接続された温度センサ７がセンサ取付柱２３に取り付けられる。前記ハーネス６は、単電池３の電池電圧と電池温度とを検出するための配線を形成する。
【００１７】
上記負極端個装体２ｎに、図４に示すように、中間風洞ケース４ｉに単電池３を収容した中間個装体２ｉが連結される。中間風洞ケース４ｉには給気風洞３０と排気風洞３１とが両側に形成されている。この中間風洞ケース４ｉに収容された単電池３は、複数の単電池３を接続板５によって直列接続するために、正極端子１８の向きが負極端個装体２ｎの場合と逆向きとなっている。以降、図８に示すように、連結される中間個装体２ｉ，正極端個装体２ｐについても交互に単電池３の向きが逆になるようにしている。この中間個装体２ｉの単電池３の負極端子１９には、負極端個装体２ｎの単電池３の正極端子１８に取り付けられた接続板５の他端が固定される。また、負極端個装体２ｎに取り付けられたハーネス６のリードが接続された接続板５が単電池３の正極端子１８に取り付けられる。ハーネス６の各リードを束ねた一端に設けられたコネクタ９にはコネクタユニット１０が接続される。
【００１８】
上記中間個装体２ｉを負極端個装体２ｎに連結したとき、負極端個装体２ｎに取り付けられた温度センサ７は負極端個装体２ｎ及び中間個装体２ｉそれぞれに収容された２つの単電池３に挟まれた状態になり、２つの単電池３に接して両単電池３の温度に感応する。即ち、隣り合う２つの単電池３のいずれか温度の高い方の電池温度を検出する。このように本積層形電池モジュール１では、図８に示すように、隣り合う２つの単電池３に１つの温度センサ７が設けられた状態に構成される。従って、図４に示す位置の中間個装体２ｉには、温度センサ７は取り付けられず、ハーネス６の配線もなされない。
【００１９】
上記構成のようにして所要数の中間個装体２ｉを連結し、各単電池３を接続体５により直列接続し、１つおきの中間個装体２ｉにハーネス６を接続し、温度センサ７を取り付けた後、図５に示すように、正極端個装体２ｐが連結される。正極端個装体２ｐには、前記コネクタユニット１０の配線束が接続された外部接続コネクタ８が取り付けられ、検出された電池電圧及び電池温度の情報を制御手段に伝送する。
【００２０】
連結された両端の負極端個装体２ｎ及び正極端個装体２ｐには、図６（ａ）に示すように、連結により繋がった両側のガス排出穴２４を１つにまとめて中央の外部排出口１１に繋ぐサイド風洞アセンブリ１２が連結され、その外側に，図６（ｂ）に示すように、押え板１３を配し、図７に示すように、４隅の結束穴２５にボルト２６を通し、ナット２７で締結することにより、図１に示す積層形電池モジュール１が完成する。正極端個装体２ｐの単電池３の正極端子１８及び負極端個装体２ｎの単電池３の負極端子１９から積層形電池モジュール１としての正極及び負極のリードを引き出し、負荷又は充電器に接続することにより充放電が可能となる。
【００２１】
この積層形電池モジュール１は、図１に示すように、正極端個装体２ｐの開口部を送風口２８として積層形電池モジュール１内に給気すると、給気は各個装体２ｐ，２ｉ，２ｎに形成された給気風洞３０から単電池３の隣接間を通過して反対側の排気風洞３１に流れ、排気風洞３１から負極端個装体２ｎに形成された排気口２９から外部に排気される。この冷却構造により、各単電池３は冷却される。また、接続された機器の故障等により外部短絡や過充電などが生じて単電池３が温度上昇し、内部圧力の異常上昇により防爆弁が作動してガスが排出されたとき、ガスはガス排出筒２２からガス排出穴２４を通じて外部排出口１１から外部放出されるので、冷却のための通気路に排出ガスが混入することはない。
【００２２】
また、ハーネス６の接続によって電池電圧及び電池温度の検出がなされ、それはコネクタ９及びコネクタユニット１０を通じて正極端個装体２ｐに取り付けられた外部接続コネクタ８に集められるので、これに制御手段を接続することにより、電池電圧及び電池温度に応じた充放電制御や異常検出等を行うことができる。  即ち、制御手段は、各単電池３それぞれの電池電圧及び電池温度を監視し、いずれかの電池電圧が過充電あるいは過放電に至る電圧になったことが検出されたとき、充電又は放電を停止する。また、制御手段は電池電圧及び電池温度、充放電電流から積層形電池モジュール１の動作状態や異常発生を監視すると共に、電池容量に対する蓄電された電気量であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を算出して負荷に対する電力供給を制御する。また、制御手段は検出された電池温度から各単電池３の電池温度が均等で且つ最適の温度状態となるように送風手段を制御する。
【００２３】
上記構成において、各温度センサ７は、それらを直列接続あるいは並列接続して外部接続コネクタ８から制御手段に接続することにより、いずれかの単電池３に温度上昇が生じた場合に直列接続又は並列接続の両端に変化が生じるので、制御手段は温度上昇を検出して対応する制御動作を実施することができる。また、温度センサ７は隣り合う２つの単電池３の電池温度を検出するように構成しているので、電池温度検出のための温度センサ７の数やハーネス６の数を削減することができ、部品点数や組立て工数の削減によりコストダウンを図ることができる。
【００２４】
以上説明した実施形態は、単電池３としてリチウムイオン二次電池を用いた構成について示したが、電池の種類や数は使用目的に応じて任意に設定することができる。また、多数の単電池３を直列接続した例を示しているが、直列接続に限定されるものではなく、並列あるいは直並列接続にも対応させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、多数の単電池を連結積層して積層形電池モジュールを構成するとき、各単電池個々の動作状態を監視し、充放電を制御するために必要な電池温度を検出するための構成が簡易に構成されるので、製造工数の削減と、電池温度検出手段の数量削減によりコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る積層形電池モジュールの外観形状を示す斜視図。
【図２】単電池の構成を示す斜視図。
【図３】負極端個装体の構成を示す斜視図。
【図４】負極体個装体に中間個装体を連結した状態を示す斜視図。
【図５】正極端個装体を連結した状態を示す斜視図。
【図６】サイド風洞アセンブリ及び押え板の取付状態を示す斜視図。
【図７】連結された個装体の結束状態を説明する斜視図。
【図８】単電池接続及び温度センサ配置を示す模式図。
【符号の説明】
１  積層形電池モジュール
２ｎ  負極端個装体
２ｉ  中間個装体
２ｐ  正極端個装体
３  単電池
４ｎ  負極端風洞ケース
４ｉ  中間風洞ケース
４ｐ  正極端風洞ケース
５  接続板
６  ハーネス
７  温度センサ
２３  センサ取付柱
【図１】
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【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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