WO2012137289A1

WO2012137289A1 - 蓄電モジュール

Info

Publication number: WO2012137289A1
Application number: PCT/JP2011/058540
Authority: WO
Inventors: 菅　厚夫
Original assignee: 日立ビークルエナジー株式会社
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-11
Also published as: US8962168B2; JPWO2012137289A1; JP5646046B2; US20140023897A1

Abstract

　蓄電モジュール２０は、正・負極の電極を有する捲回電極群３２２と、正・負極の電極に接続された正・負極の集電板３２７ａ、３２７ｂとが電池容器３２１内に収容され、正・負極の外部端子３３１、３４１が電池容器３２１の外部に露出して設けられた複数の電池セル３２０と、正・負極の外部端子３３１、３４１に接続された電池セル３２０の温度検出用の配線３０２を有する回路基板３５０と、配線３０２上に設けられた電池セル３２０の温度を検出する温度検出器３８１とを備える。

Description

蓄電モジュール

　本発明は、蓄電モジュールに関し、より詳細には、電池セルの温度検出器を有する蓄電モジュールに関する。

　リチウムイオン二次電池セル、ニッケル水素二次電池セル、ニッケルカドミウム二次電池セル等の二次電池セルは、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源として近年、急速に普及しつつある。
　自動車用の電源として用いられる二次電池セルは、通常、複数個の二次電池セルをバスバーで直列に接続された蓄電モジュールとされる。
　二次電池セルは、高温の環境下では容量減少等、電池寿命に関する性能劣化が起こり易くなる。逆に、低温の環境下では、電池の出力低下が起こり易くなる。

　このため、二次電池セルを適温に管理する必要がある。本来的には、二次電池セルの内部温度を検出する方が望ましいが、技術上およびコスト上の面から、通常は、二次電池セルの電池容器の表面温度を温度センサにより検出するようにしている。

　このような構造として、特許文献１の如く、隣接する二次電池の正極外部端子と、負極外部端子を接続するバスバーに温度センサを締結し、この温度センサの一対のリード端子を回路基板に設けられた回路パターンに半田付けする構造が知られている。

特開２００２－２４６０７４号公報

　特許文献１に記載された発明では、温度センサを取りつける部材と、温度センサのリード端子を半田付けする回路パターンとが異なる部材である。しかも、通常、バスバーと回路基板とは、同一平面に位置せず、段差をもって配置される。このため、温度センサのリード端子を折曲する必要があるので、組立性が悪く、また、サブアセンブリにした状態おける保管・運搬に手間が掛かるという課題がある。

　本発明の第１の態様による蓄電モジュールは、正・負極の電極を有する電極群と、正・負極の電極に接続された正・負極の集電板とが電池容器内に収容され、正・負極の集電板に接続された正・負極の外部端子が電池容器の外部に露出して設けられた複数の電池セルと、電池セルの正極または負極の外部端子に接続された温度検出用の配線を有する回路基板と、配線に熱結合され、電池セルの温度を検出する温度検出器とを備えている。
　本発明の第２の態様による蓄電モジュールは、請求項１記載の蓄電モジュールにおいて、配線はランドを有し、温度検出器は、ランドに熱結合されていることが望ましい。
　本発明の第３の態様による蓄電モジュールは、請求項１または２記載の蓄電モジュールおいて、ランドに電池セルの電圧検出用の配線が形成されていることが望ましい。
　本発明の第４の態様による蓄電モジュールは、請求項２乃至３に記載の蓄電モジュールにおいて、さらに、隣接する電池セルの逆極性の外部端子同士を接続するバスバーを有し、回路基板は、正・負極の外部端子を挿通する貫通孔を有し、ランドは貫通孔の周囲に設けられている態様とすることができる。
　本発明の第５の態様による蓄電モジュールは、請求項２または３に記載の蓄電モジュールにおいて、さらに、隣接する電池セルの逆極性の外部端子同士を接続するバスバーを有し、回路基板は、バスバーに形成された突起を挿通する貫通孔を有し、ランドは貫通孔の周囲に設けられている態様とすることができる。
　本発明の第６の態様による蓄電モジュールは、請求項５に記載の蓄電モジュールにおいて、バスバーは、正・負極の外部端子に溶接される溶接領域を有し、各溶接領域は複数の溶接部位を有し、バスバーは、溶接部位間に設けられたスリットを有する態様とすることができる。
　本発明の第７の態様による蓄電モジュールは、請求項５または６に記載の蓄電モジュールにおいて、バスバー突起と、ランドとが半田付けされている態様とすることができる。
　本発明の第８の態様による蓄電モジュールは、請求項２～６のいずれか１項に記載の蓄電モジュールにおいて、温度検出器は、ランド上に熱伝導性樹脂を介して配置され、ランドは、温度検出器が配置される部分が外部端子に接続される部分よりも幅狭に形成されていることが望ましい。
　本発明の第９の態様による蓄電モジュールは、請求項１～８のいずれか１項に記載の蓄電モジュールにおいて、配線と温度検出器とは熱伝導性樹脂を介して熱結合されていることが望ましい。

　本発明の蓄電モジュールによれば、回路基板の電圧検出用の配線を上に温度検出器を設けるので、組立性が向上する。

本発明の蓄電モジュールを備えた一実施の形態としてのハイブリッド自動車駆動システムのブロック回路図。本発明の一実施の形態としての蓄電モジュールの外観斜視図。図２に図示された蓄電モジュールを側面から観た全体側面図。図２に図示された蓄電モジュールのＩＶ－ＩＶ線に沿う切断拡大断面図。本発明の蓄電モジュールに備えられた電圧検出用の回路基板の、一実施の形態としての平面図。図２に図示された蓄電モジュールの平面図。本発明の実施形態２としての蓄電モジュールを構成する電池セルの正面図。本発明の蓄電モジュールの実施形態２を示す全体側面図。図１３に図示された蓄電モジュールのＩＸ－ＩＸ線に沿う切断拡大断面図。図９に図示された電池セル接続用のバスバーの斜視図。配線接続用のバスバーの斜視図。図８に図示された電圧検出用の回路基板の平面図。図８に図示された蓄電モジュールの平面図。

--実施形態１-
　以下、本発明の蓄電モジュールの一実施の形態を、図面を参照して説明する。
　本発明の蓄電モジュールは、限定する意図ではないが、例えば、電動車両、特に電気自動車の車載電源装置の蓄電装置として、適用することができる。電気自動車は、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源として備えたハイブリッド電気自動車、および電動機を車両の唯一の駆動源とする純正電気自動車等を含む。
　そこで、本発明の蓄電モジュールが適用されたハイブリッド自動車用駆動システムについて説明する。

［ハイブリッド自動車駆動システム]
　図１は、本発明の一実施の形態としての蓄電モジュールを有するハイブリッド自動車駆動システムのブロック回路図である。
　図１に示すハイブリッド自動車駆動システムは、蓄電モジュール装置２１、蓄電モジュール装置２１を監視する電池制御装置１００、蓄電モジュール装置２１からの直流電力を３相交流電力に変換するインバータ装置２２０、車両駆動用の電動発電機７を備えている。電動発電機７は、インバータ装置２２０からの３相交流電力により駆動される。インバータ装置２２０と電池制御装置１００とはＣＡＮ通信で結ばれており、インバータ装置２２０は電池制御装置１００に対して上位コントローラとして機能する。また、インバータ装置２２０は、制御装置１０からの指令情報に基づいて動作する。

　インバータ装置２２０は、パワーモジュール２２６と、インバータ装置を制御するＭＣＵ２２２と、パワーモジュール２２６を駆動するためのドライバ回路２２４とを有している。パワーモジュール２２６は、蓄電モジュール装置２１から供給される直流電力を、電動発電機７をモータとして駆動するための３相交流電力に変換する。なお、図示していないが、パワーモジュール２２６に接続される強電ラインＨＶ＋、ＨＶ－間には、約７００μＦ～約２０００μＦ程度の大容量の平滑キャパシタが設けられている。この平滑キャパシタは、電池制御装置１００に設けられた集積回路に加わる電圧ノイズを低減する働きをする。

　インバータ装置２２０の動作開始状態では平滑キャパシタの電荷は略ゼロであり、リレーＲＬを閉じると大きな初期電流が平滑キャパシタへ流れ込む。そして、この大電流のためにリレーＲＬが融着して破損するおそれがある。この問題を解決するために、ＭＣＵ２２２は、さらに制御装置１０からの命令に従い、電動発電機７の駆動開始時に、プリチャージリレーＲＬｐを開状態から閉状態にして平滑キャパシタを充電し、その後にリレーＲＬを開状態から閉状態として、蓄電モジュール装置２１からインバータ装置２２０への電力の供給を開始する。平滑キャパシタを充電する際には、抵抗Ｒｐを介して最大電流を制限しながら充電を行う。このような動作を行うことで、リレー回路を保護すると共に、電池セルやインバータ装置２２０を流れる最大電流を所定値以下に低減でき、高い安全性を維持できる。

　なお、インバータ装置２２０は、電動発電機７の回転子に対するパワーモジュール２２６により発生する交流電力の位相を制御して、車両制動時には電動発電機７を発電機として動作させる。すなわち回生制動制御を行い、発電機運転により発電された電力を蓄電モジュール装置２１に回生して蓄電モジュール装置２１を充電する。蓄電モジュール装置２１の充電状態が基準状態より低下した場合には、インバータ装置２２０は電動発電機７を発電機として運転する。電動発電機７で発電された３相交流電力は、パワーモジュール２２６により直流電力に変換されて蓄電モジュール装置２１に供給される。その結果、蓄電モジュール装置２１は充電される。

　一方、電動発電機７をモータとして力行運転する場合、ＭＣＵ２２２は制御装置１０の命令に従い、電動発電機７の回転子の回転に対して進み方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合は、蓄電モジュール装置２１から直流電力がパワーモジュール２２６に供給される。また、回生制動制御により蓄電モジュール装置２１を充電する場合には、ＭＣＵ２２２は、電動発電機７の回転子の回転に対して遅れ方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合は電動発電機７から電力がパワーモジュール２２６に供給され、パワーモジュール２２６の直流電力が蓄電モジュール装置２１へ供給される。結果的に電動発電機７は発電機として作用することとなる。

　インバータ装置２２０のパワーモジュール２２６は、導通および遮断動作を高速で行い直流電力と交流電力間の電力変換を行う。このとき、大電流を高速で遮断するので、直流回路の有するインダクタンスにより大きな電圧変動が発生する。この電圧変動を抑制するため、上述した大容量の平滑キャパシタが設けられている。

　蓄電モジュール装置２１は、例えばここでは直列接続された２つの蓄電モジュール２０Ａ、２０Ｂで構成されている。各蓄電モジュール２０Ａ、２０Ｂは、各々複数の電池セルを直列接続したセルグループを複数直列に接続されたものを備えている。蓄電モジュール２０Ａと蓄電モジュール２０Ｂとは、スイッチとヒューズとが直列接続された保守・点検用のサービスディスコネクトＳＤ－ＳＷを介して直列接続される。このサービスディスコネクトＳＤ－ＳＷが開くことで電気回路の直列回路が遮断され、仮に蓄電モジュール２０Ａ、２０Ｂのどこかで車両との間に１箇所接続回路ができたとしても電流が流れることはない。このような構成により高い安全性を維持できる。又、点検時に作業者がＨＶ＋とＨＶ－の間を触っても、高電圧は人体に印加されないので安全である。

　蓄電モジュール装置２１とインバータ装置２２０との間の強電ラインＨＶ＋には、リレーＲＬ、抵抗ＲｐおよびプリチャージリレーＲＬｐを備えた電池ディスコネクトユニットＢＤＵが設けられている。抵抗ＲｐとプリチャージリレーＲＬｐとの直列回路は、リレーＲＬと並列に接続されている。

　電池制御装置１００は、主に各電池セルの電圧の測定、総電圧の測定、電流の測定、電池セルの温度および各電池セルの容量調整等を行う。そのために、セルコントローラとして、複数の電池制御用ＩＣ（集積回路）が設けられている。各蓄電モジュール２０Ａ、２０Ｂ内に設けられた複数の電池セルは、複数のセルグループに分けられ、セルグループ毎に、各セルグループに含まれる電池セルを制御するセルコントローラＩＣが１つずつ設けられている。

蓄電装置１１は電池制御装置１００と蓄電モジュール装置２１とで構成されている。
　後述するように、電池制御装置１００と蓄電モジュール装置２１とは、電池制御装置１００の基板に設けられたコネクタを介して、電圧検出用の配線によって接続されている。この電圧検出用の配線は、蓄電モジュールを構成する各電池セルの電圧を検出するために用いられ、また各電池セルの放電（バランシング）を行うために用いられる。本発明では、この電圧検出用の配線は、さらに充電を行うために使用される。

各セルグループを制御するセルコントローラＩＣ１～ＩＣ４は、各々通信系６０２と１ビット通信系６０４とを備えている。セル電圧値読み取りや各種コマンド送信のための通信系６０２においては、絶縁素子（例えば、フォトカプラ）ＰＨを介してデイジーチェーン方式で蓄電モジュール装置２１を制御するマイコン３０とシリアル通信を行う。１ビット通信系６０４は、セル過充電が検知されたときの異常信号を送信する。図１に示す例では、通信系６０２は、蓄電モジュール２０ＡのセルコントローラＩＣ１、ＩＣ２に対する上位の通信経路と、蓄電モジュール２０ＢのセルコントローラＩＣ３、ＩＣ４に対する下位の通信経路とに分けられている。
　すなわちマイコン３０はセルコントローラＩＣ１～ＩＣ４の上位制御装置として機能している。

　各セルコントローラＩＣは異常診断を行い、自分自身が異常と判断した場合、あるいは上位のセルコントローラＩＣから異常信号を受信端子で受信した場合に、送信端子から異常信号を送信する。一方、既に受信端子で受信していた異常信号が消えたり、あるいは自分自身の異常判断が正常判断となったりした場合には、送信端子から伝送される異常信号は消える。この異常信号は本実施形態では１ビット信号である。

　マイコン３０は異常信号をセルコントローラＩＣに送信しないが、異常信号の伝送路である１ビット通信系６０４が正しく動作することを診断するために、擬似異常信号であるテスト信号を１ビット通信系６０４に送出する。このテスト信号を受信したセルコントローラＩＣ１は異常信号を通信系６０４へ送出し、その異常信号がセルコントローラＩＣ２によって受信される。異常信号はセルコントローラＩＣ２からセルコントローラＩＣ３、ＩＣ４の順に送信され、最終的にはセルコントローラＩＣ４からマイコン３０へと返信される。通信系６０４が正常に動作していれば、マイコン３０から送信された擬似異常信号は通信系６０４を介してマイコン３０に戻ってくる。このように擬似異常信号をマイコン３０が送受することで通信系６０４の診断ができ、システムの信頼性が向上する。

電池ディスコネクトユニットＢＤＵ内にはホール素子等の電流センサＳｉが設置されており、電流センサＳｉの出力はマイコン３０に入力される。
　また、蓄電モジュール装置２１の総電圧および各電池セルの温度に関する信号もマイコン３０に入力され、それぞれマイコン３０のＡＤ変換器（ＡＤＣ）によって測定される。温度センサは蓄電モジュール２０Ａ、２０Ｂ内の複数箇所に設けられている。
　なお、マイコン３０では、入力された各電池セルの温度、または蓄電モジュール２０Ａ、２０Ｂの平均温度に基づいて、図示はしないが、蓄電モジュール２０Ａ、２０Ｂを冷却する冷却用のファンの回転数または冷却水の供給量を調整するドライバーおよびポンプ回転数を制御する。

　蓄電モジュール装置２１の性能を最大限に活用するためには、３２個の電池セルのセル電圧を均等化する必要がある。例えば、セル電圧のばらつきが大きい場合、回生充電時に最も高い電池セルが上限電圧に達した時点で回生動作を停止する必要がある。この場合、その他の電池セルのセル電圧は上限に達していないにもかかわらず、回生動作を停止して、ブレーキとしてエネルギーを消費することになる。このようなことを防止するために、各ＩＣは、マイコン３０からのコマンドで電池セルの容量調整のための放電を行う。

　図示はしないが、各電池セルの正極端子と負極端子との間には、抵抗器とバランシングスイッチが直列に接続されて配置されている。そこで、電池セルの放電を行うには、マイコン３０から放電指令を送出し、バランシングスイッチをオンする。これにより、電池セルの正極端子、抵抗器、バランシングスイッチ、抵抗器、負極端子の経路でバランシング電流が流れる。

ＩＣ１～ＩＣ４間には、上述したように通信系６０２，６０４が設けられている。マイコン３０からの通信コマンドは、フォトカプラＰＨを介して通信系６０２に入力され、通信系６０２を介してＩＣ１の受信端子で受信される。ＩＣ１の送信端子からは、通信コマンドに応じたデータやコマンドが送信される。ＩＣ２の受信端子で受信された通信コマンドは、送信端子から送信される。このように順に受信および送信を行い、伝送信号は、ＩＣ３の送信端子から送信され、フォトカプラＰＨを介してマイコン３０の受信端子で受信される。ＩＣ１～ＩＣ４は、受信した通信コマンドに応じて、セル電圧等の測定データのマイコン３０への送信や、バランシング動作を行う。さらに、各ＩＣ１～ＩＣ４は、測定したセル電圧に基づいてセル過充電を検知する。その検知結果（異常信号）は、信号系６０４を介してマイコン３０へ送信される。

［蓄電モジュール］
　上述した通り、蓄電モジュール装置２１は、コネクタ４０１を介して電圧検出用の配線３０１により電池制御装置１００に接続される。
　蓄電モジュール装置２１の総電圧および各電池セルの温度に関する信号はマイコン３０に入力される。
　蓄電モジュール装置２１は電流センサＳｉに接続されており、電流センサＳｉの出力はマイコン３０に入力される。
　電動発電機７が発電機として動作するとき、電動発電機７により発電された電力は、回生制御により蓄電モジュール装置２１の各電池セルを充電する。また、蓄電モジュール装置２１内の電池セルが過充電となった場合には、バラシングスイッチ（図示せず）を介して放電する。

　蓄電モジュール装置２１は、２つの蓄電モジュール２０Ａと２０ＢをサービスディスコネクトＳＤ-ＳＷで接続して構成される。
　各蓄電モジュール２０Ａ、２０Ｂの各電池セルは、図１に二点鎖線で図示するように回路基板３５０に形成された各電圧検出用の配線３０１に接続されている。回路基板３５０には、コネクタ４０１が設けられており、各電圧検出用の配線３０１は、コネクタ４０１を介して電池制御装置１００に接続されている。
　以下、蓄電モジュール２０Ａ、２０Ｂの構造について説明する。但し、蓄電モジュール２０Ａ、２０Ｂは、基本的には、同じ機能および構造を有するので、代表として、蓄電モジュール２０として説明することとする。

　図２は、本発明の一実施の形態としての蓄電モジュールの外観斜視図であり、図３は、図２に図示された蓄電モジュールを側面から観た全体側面図である。
　蓄電モジュール２０は、８個の電池セル３２０を備えている。各電池セル３２０は、例えば、角形リチウムイオン二次電池であり、全体として扁平形の直方体形状を有する。電池セル３２０は、電池容器３２１と、この電池容器３２１の外部に突き出す正極外部端子３３１および負極外部端子３４１を備えている。
　電池セル３２０は、正極外部端子３３１と負極外部端子３４１とを、交互に逆向きにして、換言すれば、互いに逆極性の外部端子を対向させて、幅広い面を密着させた状態で配列されている。

　隣り合う正・負極の外部端子３３１、３４１は、バスバー３６１により接続されている。この場合、１個の電池セル３２０の正極外部端子３３１と負極外部端子３４１とは、それぞれ、異なる電池セル３２０の負極外部端子３４１と正極外部端子３３１に接続されており、８個の電池セルはすべて直列に接続されている。直列に接続された最初の電池セル３２０の負極外部端子３４１と最後の電池セル３２０の正極外部端子３３１とは、バスバー３６１により接続されてはおらず、後述する如く、電圧検出用の配線３０１に、直接、接続されている。

　バスバー３６１上には、回路基板３５０が配置されている。回路基板３５０の上面には、複数の電圧検出用の配線３０１、温度検出用の配線３０２が形成され、また、配線３０１、３０２が接続されたコネクタ４０１が設けられている。
　電圧検出用の配線３０１は、図示はしないが、マルチプレクサを介して作動増幅器に接続されている。マルチプレクサにより、順次、電池セル３２０との接続を切換えて作動増幅器により各電池セル３２０の電圧が検出される。検出された各電池セル３２の電圧は、Ａ／Ｄ変換回路においてデジタル値に変換されてマイコン３０の記憶部に保持される。
　１つのバスバー３６１により接続された正極外部端子３３１と負極外部端子３４１とは同電位である。そこで、電圧検出用の配線３０１は、バスバー３６１により接続された外部端子毎に対応して設けられている。
　本実施形態では、各負極外部端子３４１に対応して電圧検出用の配線３０１を形成した場合で例示している。

　回路基板３５０には、各負極外部端子３４１に対応してランド３５１が形成されている。負極外部端子３４１および正極外部端子３３１は、外周にねじ部が形成されたボルト状の部材であり、それぞれ、ナット３５９により、回路基板３５０に固定されている。
　回路基板３５０には、負極外部端子３４１に対応してランド３５１が形成されており、ナット３５９を締結することにより、負極外部端子３４１はナット３５９を介してランド３５１に熱的および電気的に接続される。

　蓄電モジュール２０のほぼ中央部に配置された電池セル３２０の負極外部端子３４１および蓄電モジュール２０の配列の最後に位置する電池セル３２０の正極端子３３１に対応して、ランド３５１とは異なる形状のランド３５２が形成されている。

　ランド３５２は、回路基板３５０の中央側に向かって延出された突出部３５３を有する。ランド３５２の突出部３５３上には、突出部３５３を跨いで温度センサ（温度検出器）３８１が実装されている。ランド３５２の突出部３５３には電圧検出用の配線３０１が接続されている。また、温度センサ３８１の一対の接続端子には、温度検出用の配線３０２が接続されている。温度検出用の配線３０２の他端側は、コネクタ４０１に接続されている。

　図４は、図２に図示された蓄電モジュール２０のＩＶ－ＩＶ線に沿う切断拡大断面図である。
　電池セル３２０は、角形扁平形状の電池容器３２１を有する。電池容器３２１は、上部に開口を有する電池缶３２１ａと、この電池缶３２１ａの開口部を塞いで、電池缶３２１ａにレーザ溶接等により接合された蓋３２１ｂとから構成される。蓋３２１ｂは、例えば、アルミニウムにより形成される。
　蓋３２１ｂには、正極外部端子３３１または負極外部端子３４１に接続される電極接続板３２３を挿通する貫通孔が形成されている。貫通孔には、中央部に開口部を有する絶縁部材３２５が嵌合され、この絶縁部材３２５の貫通孔に電極接続板３２３が嵌合している。

　電池容器３２１の内部には捲回電極群３２２が収容されている。捲回電極群３２２は、図示はしないが、正極電極と負極電極とをセパレータを介在して扁平状に捲回して形成されたものである。
　リチウムイオン二次電池の場合、正極電極は、例えば、アルミニウム箔等からなる正極金属箔の両面に正極合剤層が塗工されたものである。正極合剤層は、一側縁に、正極金属箔が露出された正極合剤未処理部が形成されるように塗工されている。
　負極電極は、銅箔等からなる負極金属箔の両面に負極合剤層が塗工されたものである。負極合剤層は、正極合剤未処理部が配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極金属箔が露出された負極合剤未処理部が形成されるように塗工されている。

　正極合剤は、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練して作製する。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に正極合剤未処理部を残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部の厚さ９０μｍの正極電極を得る。

　負極合剤は、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ－メチルビロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練して作製する。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔の両面に負極合剤未処理部を残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部の厚さ７０μｍの負極電極を得る。

　電池容器３２１内には、また、非水電解液が注入されている。非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の体積比１：１：１の混合溶液中に六フッ化リン酸リチウムを１ｍｏｌ／Ｌとなるように溶解した非水電解液を用いる。

　一方の電極接続板３２３には、正極集電板３２７ａがかしめ等により蓋３２１ｂに固定されている。正極集電板３２７ａはアルミニウム等により形成されている。
　他方の電極接続板３２３には、負極集電板３２７ｂがかしめ等により蓋３２１ｂに固定されている。負極集電板３２７ｂは銅等により形成されている。
　捲回電極群３２２は、一側縁側において、捲回された正極電極の正極合剤未処理部が積層され、また一側縁側と反対側の他側縁側において、負極合剤の負極合剤未処理部が積層されている。
　正極集電板３２７ａおよび負極集電板３２７ｂは、蓋３２１ｂに取り付けられた取付部分から、ほぼ垂直方向に折曲され、さらに電池セル３２０の厚さ方向における中央部側に傾斜されたうえ、中央部において、再度、取付部に垂直な方向に屈曲された形状を有する。この中央部において、正極集電板３２７ａは正極合剤未処理部に、負極集電板３２７ｂは負極合剤未処理部に超音波溶接等により接合されている。

　正・負極の集電板３２７ａ、３２７ｂおよび電極接続板３２３は、絶縁部材３２５によって、蓋３２１ｂとは絶縁されている。
　各電極接続板３２３上には、外周にねじ部が形成されたそれぞれ、正極外部端子３３１または負極外部端子３４１が接続されている。この接続は、正極外部端子３３１または負極外部端子３４１と各電極接続板３２３とを、直接または導電接続板（図示せず）を介してかしめることにより行うことができる。
　正極外部端子３３１および負極外部端子３４１は、それぞれ、径大部３３１ａ、３４１ａを有する。

　隣り合う正極外部端子３３１および負極外部端子３４１は、バスバー３６１により接続される。バスバー３６１には正極外部端子３３１および負極外部端子３４１を挿通する貫通孔が形成されている。この貫通孔を、正極外部端子３３１および負極外部端子３４１に挿通して、正・負極の外部端子３３１、３４１の径大部３３１ａ、３４１ａにＴＩＧ（Ｔｉｔａｎ　Ｉｎｅｒｔ　Ｇａｓ）溶接等のアーク溶接によりバスバー３６１を接合する。

［電圧検出用回路基板］
　バスバー３６１上には、電圧検出用の回路基板３５０が実装される。
　図５は、電圧検出用の回路基板３５０の上面側の平面図であり、図６は、蓄電モジュール２０の上面側の平面図である。以下の説明では、図４と共に図５および図６を参照する。

　回路基板３５０には、負極外部端子３４１に対応してランド３５１が形成されている。また、蓄電モジュール２０のほぼ中央部に配置された電池セル３２０の負極外部端子３４１と、蓄電モジュール２０の配列の最後に位置する電池セル３２０の正極端子３３１とに対応してランド３５２が形成されている。回路基板３５０には、正極外部端子３３１または負極外部端子３４１を挿通する貫通孔３５５が形成されている。
　正極外部端子３３１および負極外部端子３４１は、回路基板３５０の貫通孔３５５を挿通して回路基板３５０の上方に突き出される。この突き出された部分にナット３５９を螺合し、回路基板３５０とバスバー３６１とを締結する。これにより、８個の電池セル３２０と回路基板３５０とが一体化される。

　この状態では、負極側においては、捲回電極群３２２の負極合剤未処理部、負極集電板３２７ｂ、電極接続板３２３、負極外部端子３４１、ナット３５９およびランド３５１または３５２の経路で熱的および電気的な接続がなされる。また、蓄電モジュール２０の配列の最後に位置する電池セル３２０の正極端子３３１に対応して形成されたランド３５２には、捲回電極群３２２の正極合剤未処理部、正極集電板３２７ａ、電極接続板３２３、正極外部端子３３１、ナット３５９およびランド３５２の経路で熱的および電気的な接続がなされる。

　図５に図示されるように、回路基板３５０に設けられたランド３５２には、ナット３５９が締結される部分よりも幅狭の突出部３５３が形成されている。回路基板３５０における突出部３５３の幅方向の両側には、パッド３５４が設けられている。回路基板３５０に形成された温度検出用の配線３０２は、各パッド３５４とコネクタ４０１を接続する。ランド３５２の突出部３５３上には、熱伝導性の高いパテまたは接着シートで構成された熱伝導部材３６２が形成されている。熱伝導部材３６２としては、例えば、シリコーン系樹脂等を用いることができる。

　熱伝導部材３６２上には、温度センサ３８１が実装される。温度センサ３８１は、チップ型であり、一対の接続端子３８１ａ、３８１ｂが、それぞれ、パッド３５４に対応するように、ランド３５２の突出部３５３を幅方向に跨いだ状態で配置される。そして、半田付けにより、一対の接続端子３８１ａ、３８１ｂが、それぞれ、パッド３５４に半田付けされる。熱伝導部材３６２は、ランド３５２と温度センサ３８１との間に空気が介在されることにより熱伝導性が低下するのを防止する作用を有する。

　このようにして形成された蓄電モジュール２０の上面側からの平面図が図６に図示されている。
　本実施形態における蓄電モジュール２０では、隣接する電池セル３２０の正極外部端子３３１と負極外部端子３４１とがバスバー３６１により接続されている。各負極外部端子３４１は回路基板３５０に設けられたランド３５１または３５２を介して電圧検出用の配線３０１に接続されている。また、蓄電モジュール２０の配列の最初の電池セル３２０の負極外部端子３４１と最後の電池セル３２０の正極外部端子３３１とは、回路基板３５０に設けられた電圧検出用の配線３０１に直接接続されている。
　従って、各電池セルの電圧を検出して、電圧に関する信号を、電池制御装置１００を介してマイコン３０に入力し、各電池セル３２０の充放電を制御し、電池セル３２０間の電圧のばらつきを小さくすることができる。

　また、本実施形態における蓄電モジュール２０では、回路基板３５０に形成されたランド３５２に温度センサ３８１を実装している。ランド３５２には各電池セル３２０の温度が、負極外部端子３４１、ナット３５９を介して伝達されるため、温度センサ３８１により各電池セル３２０の温度を検出することができる。温度センサ３８１により検出された温度に関する信号は、回路基板３５０に形成された温度検出用の配線３０２から電池制御装置１００を介してマイコン３０に入力される。マイコン３０では、入力された各電池セル３２０の温度、または蓄電モジュール２０の平均温度に基づいて、図示はしないが、冷却用のファンの回転数または冷却水の供給量を調整するドライバーおよびポンプ回転数を制御することができる。

　本実施形態における蓄電モジュール２０では、上記のように、回路基板３５０に形成されたランド３５２に温度センサ３８１を実装している。ランド３５２および温度検出用の配線３０２は同一の回路基板３５０に形成されている。このため、組立性が良好であり、生産性を向上することができる。

　本実施形態における蓄電モジュール２０では、ランド３５２に電圧検出用と温度検出用との機能を兼用させている。このため、検出温度が正確になり、かつ、回路基板３５０の面積を小さくすることができる。

　本実施形態における蓄電モジュール２０では、チップ型の温度センサ３８１を回路基板３５０に実装している。このため、回路基板アセンブリを小さくすることができ、保管・運搬が容易となり、かつ、能率も向上する。

　本実施形態における蓄電モジュール２０では、チップ型の温度センサ３８１とランド３５２の突出部３５３との間に熱伝導部材３６２を介在させている。このため、ランド３５２と温度センサ３８１との間に空気が介在されることを防止し、電池セル３２０の温度を正確に検出することができる。

　--実施形態２-
　図７は、本発明の実施形態２としての蓄電モジュールを構成する電池セルの正面図であり、図８は、本発明の蓄電モジュールの実施形態２を示す全体側面図である。
　実施形態２は、バスバーに回路基板のランドに接合する接合部位を持たせた構造としたものである。
　以下、図面と共に本発明の実施形態２に係る蓄電モジュールを説明するが、実施形態１と異なる構成を主体に説明することとし、実施形態１と同一の構成については、対応する部材に同一の符号を付し、その説明を、適宜、省略する。

　実施形態２における蓄電モジュール５００も、８個の電池セル５１０を備えたものとして例示されている。
　電池セル５１０においては、電池容器３２１の蓋３２１ｂから、絶縁部材３２５により絶縁されて突き出して形成された正極外部端子５２０および負極外部端子５３０は、ボルト状ではなく、平坦な板状部材で形成されている。
　１個の電池セル５１０の正極外部端子５２０と負極外部端子５３０とは、それぞれ、バスバー５４０により、異なる電池セル５１０の負極外部端子５３０と正極外部端子５２０に接続されている構造は実施形態１と同様である。

　しかし、回路基板５５０に形成される貫通孔は、負極外部端子５３０と正極外部端子５２０のそれぞれに対応するようには形成されておらず、一対の正・負極の外部端子３２０，３３０に対して１つの貫通孔が形成されている。
　その貫通孔にバスバー５４０に形成された突起部５４２が挿通され、回路基板５５０の上方に突き出している。

　図９は、隣接する一対の電池セルにおける正・負極端子付近の拡大断面図であり、後述する図１３に図示された蓄電モジュール５００のＩＸ－ＩＸ線に沿う切断拡大断面図である。
　正極外部端子５２０および負極外部端子５３０は、それぞれ、正・負極の集電板３２７ａ、３２７ｂを固定する下部と、平坦な外面を有する上部とを有する。
　正極外部端子５２０および負極外部端子５３０の各上部には、バスバー５４０の本体部５４１が溶接される。バスバー５４０は、本体部５４１から垂直に起立された突起部５４２を有し、この突起部５４２が回路基板５５０に形成されたランド５５２または５５１に半田付けされる。図９において５９１は半田層である。

　図１０は、バスバー５４０の外観斜視図である。
　バスバー５４０は、長手方向の中心に対して線対称の形状を有している。バスバー５４０の本体部５４１には、幅方向におけるほぼ中央に、長手方向に延出され、端部で外部に開通するスリット５４３が形成されている。各スリット５４３のほぼ中央には、円形の開口５４４が形成されている。本体部５４１の中央部における一側縁側に、本体部５４１に対してほぼ垂直に起立された突起部５４２が形成されている。
　バスバー５４０は、板状部材を、プレス加工して形成することができる。バスバー５４０の突起部５４２は、起立片として成形され、上面は、細長い矩形形状を有している。

　図１２は、実施形態２の電圧検出用の回路基板の平面図であり、図１３は、図８に図示された蓄電モジュール５００を上方から観た平面図である。
　回路基板５５０には、隣接する電池セル５１０の境界部に対応する位置に、平面視で細長い矩形形状の貫通孔５６１が形成されている。貫通孔５６１は、蓄電モジュール５００の配列の最初の電池セル５１０の負極外部端子５３０と最後の電池セル５１０の正極外部端子５２０に対応する位置にも形成されている。

　バスバー５４０の突起部５４２は、回路基板５５０の貫通孔５６１に嵌合される。貫通孔５６１およびバスバー５４０の突起部５４２は、長手方向に長い矩形形状をしているので、貫通孔５６１に嵌合した状態におけるがたつきを小さくすることができる。

　蓄電モジュール５００の配列の最初の電池セル５１０の負極外部端子５３０と最後の電池セル５１０の正極外部端子５２０に対応する位置に形成された貫通孔５６１には、バスバー５４０とは異なる形状のバスバー５４０Ａが嵌合される。

　図１１は、バスバー５４０Ａの外観斜視図である。
　バスバー５４０Ａは、正・負極の外部端子５２０、５３０の一方のみに接合されるものである。このため、バスバー５４０の長手方向のほぼ半分を切り取ったような形状を有している。ただし、バスバー５４０Ａにおける突起部５４２は、バスバー５４０と同一の形状・寸法を有している。このため、回路基板５５０に形成される貫通孔５６１は、すべて同一の形状・寸法とすることができ、汎用性をもたせることができる。

　バスバー５４０、５４０Ａは、正極外部端子５２０または負極外部端子５３０にＴＩＧ溶接等のアーク溶接により接合される。
　図１０および図１１において、正・負極の外部端子５２０、５３０に溶接される溶接部位ｗを点線で示す。各正・負極の外部端子５２０、５３０には、４箇所で溶接される。各溶接部位ｗは、幅方向においてはスリット５４３がほぼ中心とする位置に、また、長手方向においては、円形の開口５４４がほぼ中心となる位置に位置づけられる。

　スリット５４３および円形の開口５４４の機能は、バスバー５４０、５４０Ａと正・負極の外部端子５２０、５３０との溶接を良好なものとすることにある。アーク溶接等の溶接において、溶接を良好に行うためには、溶接時の熱エネルギーが被溶接体の溶接部位の周囲に分散せず、溶接部位に集中させるようにすることが重要である。
　バスバー５４０、５４０Ａには、各溶接部位ｗの間にスリット５４３および円形の開口５４４が形成されており、バスバー５４０、５４０Ａに放射された溶接用の熱エネルギーは、スリット５４３および円形の開口５４４により、周囲への熱伝導が遮断される。
　このため、バスバー５４０、５４０Ａに蓄熱された熱は、直下に配置された正・負極の外部端子５２０、５３０に伝導される。すなわち、熱エネルギーは、溶接部位ｗに集中し、周囲に比し、この溶接部位ｗを高温にして溶融することになり、良好な接合が行われる。

　図１２に図示されるように、回路基板５５０の各貫通孔５６１の周囲には、平面視で矩形形状のランド５５１が形成されている。また、図１２に図示された回路基板５５０のほぼ中央部における一方の側縁および一つの角部付近に位置する貫通孔５６１の周囲には、ランド５５１とは異なる形状のランド５５２が形成されている。
　ランド５５２は、実施形態１に示したランド３５２と同様、回路基板５５０の中央側に向かって延出された突出部５５３を有する。突出部５５３上には、熱伝導部材３６２が形成されている。
　回路基板５５０における突出部５５３の幅方向における両側には、パッド５５４が形成されている。

　各ランド５５１には電圧検出用の配線３０１が接続されている。また、ランド３５２の突出部５５３の先端部にも、電圧検出用の配線３０１が接続されている。各パッド５５４には、温度検出用の配線３０２が接続されている。

　図１３に図示されるように、回路基板５５０の貫通孔５６１には、バスバー５４０の突起部５４２が嵌合され、この突起部５４２がランド５５１または５５２に半田付けされる。
この場合、蓄電モジュール５００の配列の最初の電池セル５１０の負極外部端子５３０と最後の電池セル５１０の正極外部端子５２０に対応して形成された貫通孔５６１には、バスバー５４０Ａの突起部５４２が嵌合される。バスバー５４０Ａの突起部５４２も、ランド５５１または５５２に半田付けされる。

　ランド５５２の突出部５５３上に形成された熱伝導部材３６２上にチップ型の温度センサ３８１が搭載され、温度センサ３８１の一対の接続端子３８１ａ、３８１ｂがパッド５５４に半田付けされる。

　本発明の実施形態２における蓄電モジュール５００では、隣接する電池セル５１０の正極外部端子５２０と負極外部端子５３０とがバスバー５４０により接続されている。各負極外部端子５３０は回路基板５５０に設けられたランド５５１または５５２を介して電圧検出用の配線３０１に接続されている。また、蓄電モジュール５００の配列の最初の電池セル５１０の負極外部端子５３０と最後の電池セル５１０の正極外部端子５２０とは、回路基板５５０に設けられた電圧検出用の配線３０１に直接接続されている。
　従って、各電池セルの電圧を検出して、電圧に関する信号を、電池制御装置１００を介してマイコン３０に入力し、各電池セル５１０の充放電を制御し、電池セル５１０間の電圧のばらつきを小さくすることができる。

　本発明の実施形態２における蓄電モジュール５００では、回路基板５５０に形成されたランド５５２に温度センサ３８１を実装している。ランド５５２には各電池セル５１０の温度が、正・負極の外部端子５２０、５３０からバスバー５４０を介して伝達されるため、温度センサ３８１により一対の電池セル３２０の温度を検出することができる。従って、実施形態１の場合と同様に、マイコン３０により、入力された各電池セル５１０の温度、または蓄電モジュール５００を制御することができる。

　本発明の実施形態２における蓄電モジュール５００では、ランド５５２に電圧検出用と温度検出用との機能を兼用させている。このため、検出温度が正確になり、かつ、回路基板５５０の面積を小さくすることができる。

　本発明の実施形態２における蓄電モジュール５００では、チップ型の温度センサ３８１を回路基板５５０に実装している。このため、回路基板アセンブリを小さくすることができ、保管・運搬が容易となり、かつ、能率も向上する。

　本発明の実施形態２における蓄電モジュール５００では、隣接する電池セル５１０の正極外部端子５２０と負極外部端子５３０とを接合するバスバー５４０が、直接、回路基板５５０のランド５５１または５５２に固定される。このため、実施形態１の場合よりも部品点数を削減することができ、また、生産性を向上することができる。

　なお、上記各実施形態においては、蓄電モジュール２０、５００の電池セル３２０、５１０の温度を２箇所の部位で検出する場合で例示した。しかし、回路基板３５０、５５０に形成するランドをすべて３５２または５５２のように、温度センサ３８１を実装するための突出部３５３、５５３を有する形状としてもよい。
　このようにして、各電池セル３２０、５１０の温度を検出すれば、バスバーで接続された一対の電池セル３２０、５１０毎に温度を監視して、管理する他、電池制御装置１００において、蓄電モジュール２０、５００の平均温度を算出し、蓄電モジュール２０、５００毎に温度を管理することも可能となり、より信頼性が高い制御をすることが可能となる。

　バスバーで接続された一対の電池セル３２０、５１０のすべての温度を検出する構造の場合、全体では高価となるため、蓄電モジュール毎に、予め、最高温度および最低温度となる位置の電池セル３２０、５１０を試験等により確認しておき、その位置の電池セル３２０、５１０の温度を検出するようにしてもよい。

　上記各実施形態においては、温度を検出するためのランド３５２、５５２を回路基板３５０、５５０の上面側に設けた場合で例示した。しかし、ランド３５２、５５２を回路基板３５０、５５０の下面にも設け、上下のランド３５２、５５２を熱伝導部材で接続するスルーホール構造としてもよい。このようにすれば、電池セル３２０、５１０からランドまでの熱伝導性を一層向上することができる。

　上記各実施形態においては、ランド３５２、５５２が電圧検出用の機能と、温度検出用の機能とを兼用するものとして例示した。しかし、温度検出用のランドを、電圧検出用のランドとは分離して形成するようにしてもよい。この一例として、回路基板の一面に温度検出用のランドおよび配線を形成し、回路基板の他面に電圧検出用のランドおよび配線を形成する構造とする場合が例示される。すべての電池セル３２０、５１０の温度を検出するようにする場合には、配線が多くなり、回路基板が大型化されるので、このような両面回路基板とすることにより対応を図ることができる。

　上記各実施形態においては、ランド３５２、５５２と電池セル３２０、５１０との接続は、締結部材または半田付けによる構造として例示した。しかし、この方法に限られるものではなく、種々の方法を適用することができる。例えば、実施形態１の場合には、正・負極の外部端子３３１、３４１に、実施形態２の場合にはバスバー５４０の突起部５４２に、フック部を設け、このフック部をランド３５２、５５２に当接させるようにしてもよい。この場合、フック部を折曲してランド３５２、５５２に押し付けるようにしてもよい。

　上記各実施形態に示した蓄電モジュール２０、５００を、コンピュータシステムやサーバシステムなどに用いられる無停電電源装置、自家用発電設備に用いられる電源装置など、電動車両以外の電源装置を構成する蓄電装置にも適用することもできる。　

　その他、本発明の蓄電モジュールは、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、正・負極の電極を有する電極群と、正・負極の電極に接続された正・負極の集電板とが電池容器内に収容され、正・負極の集電板に接続された正・負極の外部端子が電池容器の外部に露出して設けられた複数の電池セルと、電池セルの正極または負極の外部端子に接続された温度検出用の配線を有する回路基板と、配線に熱結合され、電池セルの温度を検出する温度検出器とを備えているものであればよい。

Claims

　正・負極の電極を有する電極群と、前記正・負極の電極に接続された正・負極の集電板とが電池容器内に収容され、前記正・負極の集電板に接続された正・負極の外部端子が前記電池容器の外部に露出して設けられた複数の電池セルと、
　前記電池セルの前記正極または負極の外部端子に接続された温度検出用の配線を有する回路基板と、
　前記配線に熱結合され、前記電池セルの温度を検出する温度検出器とを備える蓄電モジュール。
　請求項１記載の蓄電モジュールにおいて、前記配線はランドを有し、前記温度検出器は、前記ランドに熱結合されている蓄電モジュール。
　請求項１または２記載の蓄電モジュールおいて、前記ランドに前記電池セルの電圧検出用の配線が形成されている蓄電モジュール。
　請求項２乃至３に記載の蓄電モジュールにおいて、さらに、隣接する前記電池セルの逆極性の外部端子同士を接続するバスバーを有し、前記回路基板は、前記正・負極の外部端子を挿通する貫通孔を有し、前記ランドは前記貫通孔の周囲に設けられている蓄電モジュール。
　請求項２または３に記載の蓄電モジュールにおいて、さらに、隣接する前記電池セルの逆極性の外部端子同士を接続するバスバーを有し、前記回路基板は、前記バスバーに形成された突起部を挿通する貫通孔を有し、前記ランドは前記貫通孔の周囲に設けられている蓄電モジュール。
　請求項５に記載の蓄電モジュールにおいて、前記バスバーは、前記正・負極の外部接続端子に溶接される溶接領域を有し、前記各溶接領域は複数の溶接部位を有し、前記バスバーは、前記溶接部位間に設けられたスリットを有する蓄電モジュール。
　請求項５または６に記載の蓄電モジュールにおいて、前記バスバーの突起部と前記ランドとが半田付けされている蓄電モジュール。
　請求項２～６のいずれか１項に記載の蓄電モジュールにおいて、前記温度検出器は、前記ランド上に熱伝導性樹脂を介して配置され、前記ランドは、前記温度検出器が配置される部分が前記外部端子に接続される部分よりも幅狭に形成されている蓄電モジュール。
　請求項１～８のいずれか１項に記載の蓄電モジュールにおいて、前記配線と前記温度検出器とは熱伝導性樹脂を介して熱結合されている蓄電モジュール。