JP6715927B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを備えた電池モジュールに関する。

従来から複数の電池セルを含む電池ブロックを有するバッテリシステムに関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。この従来のバッテリシステムは、複数の電池セルを含む電池ブロックと、この電池ブロックの両端に設けられた一対の出力端子と、前記複数の電池セルの端子間電圧を検出するための電圧検出ラインとを備えている（同文献、請求項１等を参照）。

前記従来のバッテリシステムにおいて、複数の電圧検出ラインは、前記電池ブロックの一面となる長方形のブロック配線面に配置されるとともに、第１の集合ラインおよび第２の集合ラインに集合化されている。また、第１の集合ラインおよび第２の集合ラインは、前記ブロック配線面の長手方向に延在する一対の平行ラインを含むとともに、前記ブロック配線面の長手方向における一方の端部から前記ブロック配線面の外へ引き出される。

さらに、前記一対の出力端子は、前記第１の集合ラインおよび前記第２の集合ラインが引き出される端部側に位置する第１の出力端子と、前記第１の出力端子が設けられる端部に対して反対側の端部に位置する第２の出力端子と、を含んでいる。そして、前記第１の出力端子は、前記ブロック配線面の短手方向において前記一対の平行ラインの外側に位置している。

また、前記従来のバッテリシステムは、前記電池ブロックの温度を検出する少なくとも一つの温度センサと、前記温度センサの信号を伝送する温度検出ラインと、を備えている（同文献、請求項２等を参照）。この温度検出ラインは、前記ブロック配線面の短手方向において前記一対の平行ラインの間に位置するとともに、前記第２の出力端子側の端部から前記ブロック配線面の外へ引き出される。

以上のように、前記従来のバッテリシステムは、電池ブロックの温度を検出する温度センサの信号を伝送する温度検出ラインを、一対の平行ラインの間に配置するとともに、第２の出力端子側の端部からブロック配線面の外へ引き出している。これにより、電圧検出ラインと温度検出ラインとを交差させることなく電池ブロックから引き出して、これらの検出ラインを理想的な状態に配線できる（同文献、段落００１１等を参照）。

このようなバッテリシステムは、電動車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置に使用される。電動車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が例示される（同文献、段落００５２等を参照）。

特開２０１５−１８５４１４号公報

複数の電池セルを備え、主に車載用途に使用される電池モジュールでは、電池セルの低コスト化と小型化に伴い、より多くの電池セルが用いられる傾向にある。電池モジュールに使用される電池セルの個数が増加すると、電池セルに接続される電圧検出線および温度検出線の数も増加する。そのため、前記従来のバッテリシステムのように、電池ブロックの配線面に電圧検出線を集合化して配置し、電圧検出線と温度検出線とを交差させることなく電池ブロックから引き出すだけでは、配線面におけるスペースが不足し、電池モジュールの小型化が困難になるおそれがある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、電池セルの個数の増加に伴う電圧検出線および温度検出線の増加に対処し、小型化を実現可能な電池モジュールを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明の電池モジュールは、複数の電池セルと、前記電池セルの外部端子に接続された複数の電圧検出線と、前記電池セルに接続された複数の温度検出線と、を備えた電池モジュールであって、前記複数の電池セルは、前記電池セルの上面に設けられたガス排出弁が一方向に並ぶように配置され、前記複数の電池セルの前記ガス排出弁の上方に前記複数の温度検出線を前記一方向に沿って敷設する第１敷設部が設けられ、該第１敷設部の側方に前記複数の電圧検出線を前記一方向に沿って敷設する第２敷設部が設けられていることを特徴とする。

本発明の電池モジュールによれば、複数の電池セルのガス排出弁の上方に設けられた第１敷設部によって、従来は利用されていなかったガス排出弁の上方の空間に、複数の温度検出線をガス排出弁が並んだ一方向に沿って敷設することができる。また、本発明の電池モジュールによれば、第１敷設部の側方に設けられた第２敷設部によって、複数の電圧検出線をガス排出弁が並んだ一方向に沿って敷設することで、複数の温度検出線と複数の電圧検出線を効率よく配置することができる。したがって、本発明によれば、電池セルの個数の増加に伴う電圧検出線および温度検出線の増加に対処し、小型化を実現可能な電池モジュールを提供することができる。

本発明の実施形態１に係る電池モジュールの外観斜視図。 図１に示す電池モジュールの分解斜視図 図２に示す電池ブロックの外観斜視図。 図３に示す電池セルの外観斜視図。 図１に示す電池モジュールのカバーの一部を取り外した平面図。 図５に示す電池モジュールの拡大平面図。 図１に示す電池モジュールの断面図。 本発明の実施形態２に係る電池モジュールの断面図。 本発明の実施形態３に係る電池モジュールの断面図。 図９に示す電池モジュールを含むバッテリシステムのブロック図。 図１０に示すバッテリシステムの動作を示すフロー図。

以下、図面を参照して本発明に係る電池モジュールの実施形態を説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る電池モジュール１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す電池モジュール１００の分解斜視図である。

本実施形態の電池モジュール１００は、複数の電池セル１０と、各電池セル１０の外部端子１１に接続された複数の電圧検出線２０と、複数の電池セル１０に接続された複数の温度検出線３０と、を備えている。また、電池モジュール１００は、図示の例のように、複数の電池セル１０の上面１０ａを覆うカバー４０を備えることができる。図示の例において、カバー４０は、インシュレーションカバー４１とトップカバー４２とを備え、トップカバーは、端部４２Ａ，４２Ｂならびに中央部４２Ｃに分割可能に設けられている。

電池セル１０は、たとえばリチウムイオン二次電池等の扁平な角形二次電池であり、厚さ方向に積層され、概ね直方体形状の電池ブロック５０を構成している。以下では、電池ブロック５０の長手方向すなわち電池セル１０の積層方向をＸ軸方向、電池ブロック５０の短手方向をＹ軸方向、電池ブロック５０の高さ方向をＺ軸方向とする、直交座標系を用いて電池モジュール１００の各部を説明する場合がある。

図３は、図２に示す電池ブロック５０の外観斜視図である。

電池ブロック５０は、複数の電池セル１０と、各電池セル１０を保持するセルホルダ５１と、複数の電池セル１０の積層方向の両端に配置された一対のエンドプレート５２と、この一対のエンドプレート５２の両側に配置された一対のサイドプレート５３と、を備えている。

セルホルダ５１は、たとえばエンジニアリングプラスチック等の絶縁性を有する樹脂材料によって製作されている。セルホルダ５１は、電池セル１０の間に配置される中間セルホルダ５１Ａと、複数の中間セルホルダ５１Ａを介して積層された複数の電池セル１０の両端に配置される一対の端部セルホルダ５１Ｂと、を有している。セルホルダ５１は、複数の電池セル１０の積層方向（Ｘ軸方向）に電池セル１０と交互に配置され、個々の電池セル１０を厚さ方向（Ｘ軸方向）の両側から挟持して、複数の電池セル１０を厚さ方向に積層させる。また、中間セルホルダ５１Ａは、積層方向に隣接する２つの電池セル１０の間に間隔をあけるスペーサとしての役割も有している。

一対のエンドプレート５２は、たとえば電池セル１０を構成する電池容器１２の広側面１２ａ（図４参照）の形状に対応する矩形平板状に形成された金属製の部材である。一対のエンドプレート５２は、複数の電池セル１０の積層方向の両端に配置された端部セルホルダ５１Ｂに対向して配置され、セルホルダ５１を介して積層された複数の電池セル１０を積層方向の両側から挟持している。一対のエンドプレート５２は、たとえば、一対のサイドプレート５３を締結するためのねじ孔を有している。

一対のサイドプレート５３は、たとえば金属製の長方形板状の部材であり、長手方向の両端にボルト等の締結部材５４を挿通させるための貫通孔を有し、短手方向の一端が概ね直角にＬ字形に曲折されている。一対のサイドプレート５３は、たとえば、短手方向の一端と他端をそれぞれセルホルダ５１の溝部に嵌合させ、長手方向の両端の貫通孔にボルト等の締結部材５４を挿通させ、その締結部材５４をエンドプレート５２のねじ孔に締結することで、一対のエンドプレート５２に連結される。

電池ブロック５０は、たとえば、中間セルホルダ５１Ａを介在させて複数の電池セル１０を積層させ、複数の電池セル１０の積層方向の両端に端部セルホルダ５１Ｂとエンドプレート５２を配置し、エンドプレート５２にサイドプレート５３を締結部材５４によって締結することによって構成することができる。電池ブロック５０を構成する複数の電池セル１０は、一対のサイドプレート５３によって間隔が規定された一対のエンドプレート５２の間で、セルホルダ５１を介して固縛される。

図４は、図３に示す電池セル１０の外観斜視図である。

電池セル１０は、たとえば扁平な角形リチウムイオン二次電池であり、長方形の上面１０ａと、上面１０ａの長手方向（Ｙ軸方向）に離隔して配置された一対の外部端子１１と、該一対の外部端子１１の間に設けられたガス排出弁１５と、を有している。電池セル１０は、たとえばアルミニウムやアルミニウム合金によって製作された金属製の電池容器１２を備えている。電池容器１２は、扁平な直方体形状を有し、厚さ方向（Ｘ軸方向）両側の面積が大きい広側面１２ａと、幅方向（Ｙ軸方向）両側の面積が小さい狭側面１２ｂとを有している。

電池容器１２は、たとえば、上部が開放された有底角筒状の電池缶１３と、電池缶１３の開口部を封止する長方形板状の電池蓋１４とによって構成される。電池蓋１４は、たとえばレーザ溶接によって電池缶１３の開口部に接合される。電池容器１２の内部には、たとえば、電極とセパレータを積層して捲回した捲回電極群や、その捲回電極群の電極と一対の外部端子１１とを接続する集電板や、捲回電極群と電池容器との間を絶縁する絶縁シートや、捲回電極群に含浸される電解液などが収容されている。

一対の外部端子１１のうち、一方は正極外部端子１１Ｐであり、他方は負極外部端子１１Ｎである。一対の外部端子１１は、電池セル１０の長方形の上面１０ａ、すなわち電池蓋１４の長方形の上面１０ａの長手方向（Ｙ軸方向）の一端と他端に離隔して配置され、電池蓋１４との間に配置された絶縁性を有する樹脂製のガスケット１６によって電池容器１２と電気的に絶縁されている。

ガス排出弁１５は、電池セル１０の上面１０ａすなわち電池蓋１４の上面１０ａに配置された一対の外部端子１１の間に設けられている。ガス排出弁１５は、たとえば、電池蓋１４の長手方向の中央部をプレス加工して電池蓋１４に薄肉部を形成するとともに、その薄肉部にスリット溝を形成することによって設けられている。ガス排出弁１５は、たとえば、電池セル１０の過充電等の異常により電池容器１２の内部でガスが発生して、電池容器１２の内圧が所定の圧力を超えて上昇したときに開裂し、電池容器１２の内部のガスを外部へ排出することで、電池セル１０の安全性を確保している。

また、電池蓋１４は、電池容器１２の内部に電解液を注入するための注液孔１７と、該注液孔１７を封止する注液栓１８とを有している。たとえば、電池蓋１４の注液孔１７を介して電池容器１２に電解液を注入した後に、レーザ溶接によって注液孔１７に注液栓１８を接合することで、注液孔１７を注液栓１８によって封止することができる。

図３に示すように、電池ブロック５０を構成する複数の電池セル１０は、電池容器１２の広側面１２ａ（図４参照）を対向させて積層され、電池セル１０の上面１０ａに設けられたガス排出弁１５が一方向（Ｘ軸方向）に並ぶように配置されている。より具体的には、電池セル１０の長方形の上面１０ａの長手方向（Ｙ軸方向）の中央にガス排出弁１５が設けられることで、複数の電池セル１０のガス排出弁１５は、複数の電池セル１０の積層方向（Ｘ軸方向）、すなわち電池セル１０の長方形の上面１０ａの短手方向（Ｘ軸方向）、すなわち電池セル１０の厚さ方向（Ｘ軸方向）に、一列に並んでいる。

また、電池ブロック５０を構成する複数の電池セル１０は、積層方向に隣接する２つの電池セル１０のうち、一方の電池セル１０の正極外部端子１１Ｐと他方の電池セル１０の負極外部端子１１Ｎとが積層方向に隣接するように、交互に１８０°反転させて積層されている。複数の電池セル１０の積層方向に隣接する正極外部端子１１Ｐと負極外部端子１１Ｎとは、図２に示すバスバー６０によって接続される。すなわち、複数の電池セル１０は、積層方向に隣接する正極外部端子１１Ｐと負極外部端子１１Ｎとを接続する複数のバスバー６０によって、直列に接続される。バスバー６０は、たとえばレーザ溶接によって電池セル１０の外部端子１１の上面に接合される。

本実施形態の電池モジュール１００において、図２に示す複数の電圧検出線２０は、個々の電池セル１０の外部端子１１に接続される。より詳細には、複数の電圧検出線２０は、バスバー６０に接続され、バスバー６０を介して個々の電池セル１０の外部端子１１に接続される。複数の電圧検出線２０は、一端がバスバー６０を介して個々の電池セル１０の外部端子１１に接続され、他端がコネクタ２１に接続されている。

電圧検出線２０のコネクタ２１は、たとえばバッテリコントロールユニット（ＢＣＵ）に接続される。ＢＣＵは、個々の電池セル１０の外部端子１１に接続された複数の電圧検出線２０を介して個々の電池セル１０の電圧を検出する。複数の電圧検出線２０は、たとえばトップカバー４２の開口部４３の内側で束ねられ、チューブ２２に通されている。束ねられた複数の電圧検出線２０を被覆するチューブ２２は、たとえばトップカバー４２の開口部４３の内側からカバー４０の外側のコネクタ２１まで延在している。

本実施形態の電池モジュール１００において、図２に示す複数の温度検出線３０は、複数の電池セル１０に接続される。図２に示す例では、２本１組の６本の温度検出線３０が３つの電池セル１０の上面１０ａに接続される。温度検出線３０は、一端がサーミスタに接続され、他端がコネクタ３１に接続されている。温度検出線３０の一端に接続されたサーミスタは、温度検出線３０の一端に設けられた押圧部材３２によって、電池セル１０の上面１０ａに押し付けられた状態で接触する。

温度検出線３０のコネクタ３１は、たとえば、電圧検出線２０のコネクタ２１と同様に、図示を省略するＢＣＵに接続される。ＢＣＵは、たとえば、電池セル１０の上面１０ａに接触した個々のサーミスタの電圧を、個々のサーミスタに接続された２本１組の温度検出線３０によって検出することで、サーミスタが接触している個々の電池セル１０の温度を検出する。なお、サーミスタの個数およびサーミスタを接触させて温度を検出する電池セル１０の個数は、特に限定されず、必要に応じて、それぞれ２つ以下または４つ以上にすることも可能である。

複数の温度検出線３０は、電圧検出線２０と同様に、たとえばトップカバー４２の開口部４３の内側で束ねられ、チューブ３３に通されている。束ねられた複数の温度検出線３０を被覆するチューブ３３は、束ねられた複数の電圧検出線２０を被覆するチューブ２２と同様に、たとえばトップカバー４２の開口部４３の内側からカバー４０の外側のコネクタ３１まで延在している。

図１および図２に示すように、カバー４０は、たとえば、電池ブロック５０を構成する複数の電池セル１０の上面１０ａに対向して配置されるインシュレーションカバー４１と、インシュレーションカバーの４１上部を覆うトップカバー４２とを有している。

インシュレーションカバー４１は、たとえばエンジニアリングプラスチック等の絶縁性を有する樹脂材料によって製作され、複数の電池セル１０の上面１０ａの少なくとも一部を覆う薄い板状の部材である。また、インシュレーションカバー４１は、多数の隔壁や開口を有し、概ね直方体形状の外形を有する立体的な構造体である。インシュレーションカバー４１は、凹状の部分に複数のバスバー６０を保持し、隣接するバスバー６０同士を電気的に絶縁する。

インシュレーションカバー４１は、一方向に並んだ複数の電池セル１０のガス排出弁１５の上方に開口を有し、隔壁によって複数の電池セル１０の積層方向（Ｘ軸方向）に連通するガス排出溝４４を形成している。ガス排出溝４４は、たとえば、下端が開放されて複数の電池セル１０のガス排出弁１５に臨み、電池セル１０の上面１０ａの長手方向すなわち電池ブロック５０の短手方向（Ｙ軸方向）においてガス排出弁１５の両側に隔壁を有し、上端が開放されている。

トップカバー４２は、たとえばインシュレーションカバー４１と同様の樹脂材料によって製作され、電池ブロック５０の短手方向（Ｙ軸方向）において端部４２Ａ，４２Ｂならびに中央部４２Ｃの３つに分割されている。トップカバー４２の端部４２Ａ，４２Ｂは、インシュレーションカバー４１に配置された複数のバスバー６０を覆う。トップカバー４２の中央部は４２Ｃ、インシュレーションカバー４１に設けられたガス排出溝４４の上端を覆うことで、ガス排出溝４４とともに、ガス排出弁１５から排出されたガスを排出するためのガス排出路４６（図７参照）を形成する。また、トップカバー４２の中央部４２Ｃは、電圧検出線２０および温度検出線３０の引き出しを容易にするための開口部４３と、この開口部４３を閉塞する蓋４５を有している。

図５は、図１に示す電池モジュール１００のトップカバー４２を取り外した状態の平面図である。図６は、図５に示す電池モジュール１００の拡大平面図である。図７は、図１に示す電池ブロック５０の短手方向（Ｙ軸方向）に沿う電池モジュール１００の断面図である。

本実施形態の電池モジュール１００は、前述のように、複数の電池セル１０と、電池セル１０の外部端子１１に接続された複数の電圧検出線２０と、電池セル１０に接続された複数の温度検出線３０と、を備えている。本実施形態の電池モジュール１００は、特に、以下の構成に特徴を有している。第１に、本実施形態の電池モジュール１００では、複数の電池セル１０のガス排出弁１５の上方に複数の温度検出線３０を一方向（Ｘ軸方向）に沿って敷設する第１敷設部７０が設けられている。第２に、本実施形態の電池モジュール１００では、第１敷設部７０の側方に複数の電圧検出線２０を一方向（Ｘ軸方向）に沿って敷設する第２敷設部８０が設けられている。以下、これらの特徴構成について詳細に説明する。

図５から図７に示すように、第１敷設部７０は、複数の電池セル１０の積層方向（Ｘ軸方向）である一方向に並んだガス排出弁１５の上方に、その一方向に沿って設けられ、その一方向に沿って複数の温度検出線３０を敷設している。より具体的には、第１敷設部７０は、複数の電池セル１０の積層方向（Ｘ軸方向）である一方向において、ガス排出弁１５に隣接して設けられた複数の第１支持部７１によって構成することができる。

第１支持部７１は、たとえば、電池ブロック５０の短手方向（Ｙ軸方向）に平行で電池ブロック５０の高さ方向（Ｚ軸方向）に立設された板状の部材である。第１支持部７１は、たとえば、上端部に複数の温度検出線３０を載置して電池ブロック５０の高さ方向の下方から支持する。第１敷設部７０は、複数の電池セル１０の積層方向（Ｘ軸方向）である一方向に間隔をあけて設けられた複数の第１支持部７１を備えることで、複数の電池セル１０のガス排出弁１５の上方に複数の温度検出線３０を一方向（Ｘ軸方向）に沿って敷設する。

なお、複数の第１支持部７１は、たとえばインシュレーションカバー４１の隔壁として設けることができる。すなわち、電池モジュール１００が複数の電池セル１０の上面１０ａを覆うカバー４０を備える場合には、第１敷設部７０をカバー４０に設けることができる。また、図７に示す例のように、電池モジュール１００が複数の電池セル１０のガス排出弁１５の上方にガス排出路４６を備える場合には、第１敷設部７０をガス排出路４６に設けることができる。

図示の例のように、第１敷設部７０に敷設された温度検出線３０が、ガス排出路４６に露出する場合には、複数の温度検出線３０を被覆するチューブを設けてもよい。また、温度検出線３０の被覆層の材質は、電池セル１０のガス排出弁１５から排出されるガスによる被覆層の損傷を低減する観点から、耐熱性および耐薬品性に優れた材質を選定することが好ましい。

図５から図７に示すように、第２敷設部８０は、第１敷設部７０の側方、すなわち複数の電池セル１０の積層方向（Ｘ軸方向）である一方向に並んだガス排出弁１５の側方に、その一方向に沿って設けられ、その一方向に沿って複数の電圧検出線２０を敷設している。より具体的には、第２敷設部８０は、電池ブロック５０の短手方向（Ｙ軸方向）すなわち電池セル１０の上面１０ａの長手方向において、ガス排出弁１５に隣接して設けられた複数の第２支持部８１によって構成することができる。

第２支持部８１は、たとえば、電池ブロック５０の短手方向（Ｙ軸方向）および長手方向（Ｘ軸方向）に平行に設けられた板状の部材である。第２支持部８１は、たとえば、上面に複数の電圧検出線２０を載置して電池ブロック５０の高さ方向の下方から支持する。第２敷設部８０は、複数の電池セル１０の積層方向（Ｘ軸方向）である一方向に間隔をあけて設けられた複数の第２支持部８１を備える。これにより、第２敷設部８０は、たとえば電池ブロック５０の短手方向すなわち電池セル１０の上面１０ａの長手方向において、第１敷設部７０の側方すなわち複数の電池セル１０のガス排出弁１５の側方に、複数の温度検出線３０を電池ブロック５０の長手方向である一方向（Ｘ軸方向）に沿って敷設する。

なお、複数の第２支持部８１は、たとえばインシュレーションカバー４１の隔壁として設けることができる。すなわち、電池モジュール１００が複数の電池セル１０の上面１０ａを覆うカバー４０を備える場合には、第２敷設部８０をカバー４０に設けることができる。また、図示の例において、第２敷設部８０は、電池セル１０の上面１０ａの長手方向（Ｙ軸方向）における第１敷設部７０の両側に、複数の電池セル１０の積層方向（Ｘ軸方向）である一方向に沿って設けられている。

さらに、図示の例において、本実施形態の電池モジュール１００は、第２敷設部８０と電池セル１０の外部端子１１との間に隔壁４１ａを有し、第１敷設部７０と第２敷設部８０との間に隔壁４１ｂを有している。図５に示すように、隔壁４１ａは、電圧検出線２０を挿通させる開口部４１ｃを有し、隔壁４１ｂは、温度検出線３０を挿通させる開口部４１ｄを有している。

また、図５および図６に示すように、インシュレーションカバー４１は、バスバー６０を介して個々の電池セル１０の一方の外部端子１１に接続される電圧検出線２０が接続されたバスバー６０に隣接する上面に、表示部４１ｅを有してもよい。表示部４１ｅには、当該バスバー６０を介して電圧検出線２０に接続される電池セル１０に割り当てられた番号が、たとえば刻印によって表示される。

以下、本実施形態の電池モジュール１００の作用について説明する。

本実施形態の電池モジュール１００は、たとえば、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、またはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両に搭載される。電池モジュール１００は、図１および図２に示す外部接続端子６１を介して、複数の電池セル１０に蓄積された電気エネルギを、たとえばモータ等の外部の装置へ供給し、たとえば発電機等の外部の装置から供給された電気エネルギを、複数の電池セル１０に蓄積する。

このように、複数の電池セル１０を備え、主に車載用途に使用される電池モジュール１００では、電池セル１０の低コスト化と小型化に伴い、より多くの電池セル１０が用いられる傾向にある。電池モジュール１００に使用される電池セル１０の個数が増加すると、電池セル１０に接続される電圧検出線２０および温度検出線３０の数も増加する。そのため、たとえば特許文献１に記載されたバッテリシステムのように、電池ブロックの配線面に電圧検出ラインを集合化して配置し、電圧検出ラインと温度検出ラインとを交差させることなく電池ブロックから引き出すだけでは、配線面におけるスペースが不足し、電池モジュールの小型化が困難になるおそれがある。

これに対し、本実施形態の電池モジュール１００は、複数の電池セル１０に接続された複数の温度検出線３０を敷設する第１敷設部７０と、複数の複数の電池セル１０の外部端子１１に接続された複数の電圧検出線２０を敷設する第２敷設部８０とを有している。第１敷設部７０は、複数の温度検出線３０を、複数の電池セル１０のガス排出弁１５の上方に、複数の電池セル１０のガス排出弁１５が並ぶ一方向（Ｘ軸方向）に沿って敷設する。また、第２敷設部８０は、複数の電圧検出線２０を、第１敷設部７０の側方に当該一方向（Ｘ軸方向）に沿って敷設する。

このような構成により、本実施形態の電池モジュール１００は、従来、配線用の空間としては利用されていなかったガス排出弁１５の上方の空間に、ガス排出弁１５が並んだ一方向に沿って、複数の温度検出線３０を敷設することができる。そのため、電池モジュール１００に使用される電池セル１０の個数の増加に伴って増加した温度検出線３０を、ガス排出弁１５の上方の空間に敷設することができ、増加した温度検出線３０を敷設するための新たなスペースを確保する必要がなくなる。また、ガス排出弁１５の上方の空間に温度検出線３０を敷設することで、ガス排出弁１５から排出されたガスによって温度検出線３０の絶縁被覆が損傷し、温度検出線３０同士が短絡したとしても、電池セル１０の外部短絡を防止することができる。

また、本実施形態の電池モジュール１００は、第２敷設部８０によって、第１敷設部７０の側方に、複数の電圧検出線２０をガス排出弁１５が並んだ一方向に沿って敷設することで、複数の温度検出線３０と複数の電圧検出線２０とを効率よく配置することができる。したがって、本実施形態の電池モジュール１００によれば、電池セル１０の個数の増加に伴う電圧検出線２０および温度検出線３０の増加に対処し、電池モジュール１００の小型化を実現することができる。また、電圧検出線２０を敷設する第２敷設部８０を、ガス排出弁１５の上方に設けられた第１敷設部７０の側方に設けることで、第２敷設部８０に敷設された電圧検出線２０がガス排出弁１５から排出されたガスに直接的に晒されるのを防止し、電池セル１０の外部短絡を防止することができる。

また、本実施形態の電池モジュール１００は、複数の電池セル１０のガス排出弁１５の上方にガス排出路４６を備え、第１敷設部７０は、ガス排出路４６に設けられている。このように、ガス排出路４６内に第１敷設部７０を設けることで、従来は配線用として用いられていなかったガス排出路４６内の空間を有効に活用して複数の温度検出線３０を敷設することができ、電池セル１０の増加に伴う温度検出線３０の増加に効果的に対処できる。

また、本実施形態の電池モジュール１００は、複数の電池セル１０の上面１０ａを覆うカバー４０を備え、第１敷設部７０および第２敷設部８０は、カバー４０に設けられている。このように、第１敷設部７０および第２敷設部８０をカバー４０に設けることで、第１敷設部７０を複数の電池セル１０のガス排出弁１５の上方にガス排出弁１５の配列方向（Ｘ軸方向）に沿って形成し、第２敷設部８０を第１敷設部７０の側方にガス排出弁１５の配列方向（Ｘ軸方向）に沿って形成するのを容易にすることができる。また、ガス排出路４６をカバー４０によって形成することで、第１敷設部７０をガス排出路４６に設けるのを容易にすることができる。

また、本実施形態の電池モジュール１００において、電池セル１０は、長方形の上面１０ａと、その上面１０ａの長手方向（Ｙ軸方向）に離隔して配置された一対の外部端子１１と、その一対の外部端子１１の間に設けられたガス排出弁１５と、を有している。そして、第２敷設部８０は、電池セル１０の上面１０ａの長手方向（Ｙ軸方向）における第１敷設部７０の両側に、ガス排出弁１５の配列方向（Ｘ軸方向）である一方向に沿って設けられている。

これにより、電池セル１０の上面１０ａの長手方向の一側の外部端子１１に接続された複数の電圧検出線２０を、第１敷設部７０の一側に設けられた第２敷設部８０に敷設することができる。また、電池セル１０の上面１０ａの長手方向の他側の外部端子１１に接続された複数の電圧検出線２０を、第１敷設部７０の他側に設けられた第２敷設部８０に敷設することができる。すなわち、電圧検出線２０を第１敷設部７０の両側に第１敷設部７０を跨ぐことなく敷設することができ、電圧検出線２０の敷設を容易にすることができる。

また、本実施形態の電池モジュール１００は、第２敷設部８０と電池セル１０の外部端子１１との間に隔壁４１ａを有している。これにより、電池セル１０の外部端子１１と第２敷設部８０とを隔壁４１ａによって隔離して、第２敷設部８０に敷設された複数の電圧検出線２０と電池セル１０の外部端子１１とを隔壁によって隔離することができる。

また、本実施形態の電池モジュール１００は、第１敷設部７０と第２敷設部８０との間に隔壁４１ｂを有している。これにより、ガス排出弁１５からガスが排出されたときに、ガス排出弁１５の上方に設けられた第１敷設部７０から、第１敷設部７０の側方に設けられた第２敷設部８０に排出されたガスの影響が及ぶのを抑制することができる。より具体的には、ガス排出弁１５から排出されたガスを隔壁４１ｂによって遮蔽し、第２敷設部８０に敷設された電圧検出線２０に対する悪影響を回避することができる。

また、本実施形態の電池モジュール１００において、隔壁４１ａは、電圧検出線２０を挿通させる開口部４１ｃを有している。そのため、電圧検出線２０を敷設するときに、隔壁４１ａの開口部４１ｃを介して電圧検出線２０を第２敷設部８０の外側から内側へ敷設したり、電圧検出線２０を第１敷設部７０の内側から外側へ引き出したりすることが可能になる。したがって、電圧検出線２０の敷設を容易にすることができる。

また、本実施形態の電池モジュール１００において、隔壁４１ｂは、温度検出線３０を挿通させる開口部４１ｄを有している。そのため、温度検出線３０を敷設するときに、隔壁４１ｂの開口部４１ｄを介して温度検出線３０を第１敷設部７０の外側から内側へ敷設したり、温度検出線３０を第１敷設部７０の内側から外側へ引き出したりすることが可能になる。したがって、温度検出線３０の敷設を容易にすることができる。

また、本実施形態の電池モジュール１００において、複数の電圧検出線２０は、個々の電池セル１０の外部端子１１に接続されている。したがって、本実施形態の電池モジュール１００によれば、複数の電圧検出線２０を介して個々の電池セル１０の電圧を検出することができ、個々の電池セル１０の不具合を早期に発見することが可能になる。

また、インシュレーションカバー４１が電圧検出線２０に接続されたバスバー６０に隣接する上面に表示部４１ｅを有する場合には、不具合が発生した電池セル１０に割り当てられた番号に対応する表示部４１ｅを参照することができる。これにより、不具合が発生した電池セル１０を容易に特定することができ、不具合発生時の分析調査の作業性向上と時間短縮が可能になる。

以上説明したように、本実施形態の電池モジュール１００によれば、電池セル１０の個数の増加に伴う電圧検出線２０および温度検出線３０の増加に対処し、電池モジュール１００の小型化を実現することができる。

（実施形態２）
次に、本発明に係る電池モジュールの実施形態２について、図１から図６までを援用し、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態に係る電池モジュール１００Ａの図７に相当する断面図である。

本実施形態に係る電池モジュール１００Ａは、第１敷設部７０Ａが電池ブロック５０の高さ方向（Ｚ軸方向）に深さを有する溝状に形成されている点で、前述の実施形態１に係る電池モジュール１００と異なっている。本実施形態に係る電池モジュール１００Ａのその他の点は、前述の実施形態１に係る電池モジュール１００と同一であるため、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１００Ａの第１敷設部７０Ａは、第１敷設部７０Ａと第２敷設部８０との間の隔壁４１ｂに連結された底壁７２と、底壁７２に連結されて隔壁４１ｂと対向する側壁７３とを有し、上部に開口を有する溝状に形成されている。電池ブロック５０の短手方向、すなわち電池セル１０の上面１０ａの長手方向（Ｙ軸方向）における第１敷設部７０Ａの幅寸法は、電池ブロック５０の高さ方向（Ｚ軸方向）における第１敷設部７０Ａの深さ寸法よりも小さい。第１敷設部７０Ａの幅寸法は、たとえば、温度検出線３０の直径以上かつ直径の２倍未満とすることができる。

本実施形態に係る電池モジュール１００Ａによれば、前述の実施形態１に係る電池モジュール１００と同様の効果が得られるだけでなく、底壁７２と側壁７３によってガス排出弁１５から排出されるガスを遮蔽し、温度検出線３０に対するガスによる悪影響をより確実に回避することができる。また、第１敷設部７０Ａに敷設された複数の温度検出線３０を、電池ブロック５０の高さ方向に配列させることができ、電池セル１０の上面１０ａの長手方向における第１敷設部７０Ａの寸法の増加を抑制し、ガス排出路４６の機能が損なわれるのを防止できる。また、第１敷設部７０Ａに複数の温度検出線３０をより確実に保持することができ、温度検出線３０の敷設を容易にすることができる。

（実施形態３）
次に、本発明に係る電池モジュールの実施形態３について、図１から図６までを援用し、図９から図１１を用いて説明する。図９は、本実施形態に係る電池モジュール１００Ｂの図７に相当する断面図である。

本実施形態に係る電池モジュール１００Ｂは、電池セル１０のガス排出弁１５にガス排出検出用回路９０が設けられている点で、前述の実施形態１に係る電池モジュール１００と異なっている。本実施形態に係る電池モジュール１００のその他の点は、前述の実施形態１に係る電池モジュール１００と同一であるため、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

ガス排出検出用回路９０は、たとえば、樹脂製のフィルムに配線パターンが形成された構成を有し、電池セル１０のガス排出弁１５上、またはガス排出弁１５の直上に配置される。ガス排出検出用回路９０は、電池セル１０のガス排出弁１５から排出されたガスによって、たとえば、配線パターンが破断して導通状態が変化し、または抵抗値が変化する。このガス排出検出用回路９０の導通状態の変化や抵抗値の変化を検知することで、電池セル１０のガス排出弁１５の開裂の有無を検知することができる。

図１０は、図９に示す電池モジュール１００Ｂを含むバッテリシステム２００の概略的なブロック図である。

図１０に示す例において、バッテリシステム２００は、複数の電池モジュール１００Ｂと、バッテリコントロールユニット（ＢＣＵ）２１０と、上位コントローラ２２０と、安全装置２３０とを備えている。複数の電池モジュール１００Ｂは、安全装置２３０を介してモータＭのインバータＩＮＶに接続されている。安全装置２３０は、たとえばセーフティプラグやヒューズ等を含み、非常時に複数の電池モジュール１００ＢからインバータＩＮＶへの電力の供給を停止する。

ＢＣＵ２１０は、温度検出線３０および電圧検出線２０ならびに信号線Ｌ１を介して電池モジュール１００Ｂに接続されている。なお、図１０に示すブロック図では、電圧検出線２０の図示を省略している。また、ＢＣＵ２１０は、ガス排出検出用回路９０に信号線Ｌ２を介して接続され、ガス排出検出用回路９０の導通状態または抵抗値の変化を検知して電池セル１０のガス排出弁１５の開裂の有無を検知する。

また、ＢＣＵ２１０は、上位コントローラ２２０に信号線Ｌ４を介して接続され、上位コントローラ２２０に対して異常検出フラグや電力抑制に関する制御信号を送信する。上位コントローラ２２０は、インバータＩＮＶと信号線Ｌ５を介して接続され、ＢＣＵ２１０から異常検出フラグや電力抑制に関する制御信号を受信すると、インバータＩＮＶに対して電力抑制に関する制御信号を送信し、インバータＩＮＶに供給される電力を抑制する。また、ＢＣＵ２１０は、信号線Ｌ３を介して接続された複数の電池モジュール１００ＢからインバータＩＮＶに供給される電力を抑制可能に構成してもよい。

図１１は、図１０に示すバッテリシステム２００の動作を説明するフロー図である。

バッテリシステム２００は、動作を開始すると、ステップＳ１において、ＢＣＵ２１０によって温度検出線３０および信号線Ｌ１を介してサーミスタの抵抗値を計測し、電池セル１０の温度を検出する。また、バッテリシステム２００は、ＢＣＵ２１０によって信号線Ｌ２を介してガス排出検出用回路９０の導通状態または抵抗値を計測するとともに、電圧検出線２０を介して電池セル１０の電圧を検出する。

次に、バッテリシステム２００は、ステップＳ２において、ＢＣＵ２１０によって検出されたサーミスタの抵抗値と、ガス排出検出用回路９０の導通状態または抵抗値に基づいて、異常の有無を判定する。具体的には、ＢＣＵ２１０は、たとえば、サーミスタの抵抗値が所定の閾値以下であり、かつ、ガス排出検出用回路９０の導通状態が正常または抵抗値が所定の閾値以下である場合には、異常なし（Ｎ）と判定し、ステップＳ１に戻る。

また、ＢＣＵ２１０は、ステップＳ２において、たとえば、サーミスタの抵抗値が所定の閾値を超えた場合には、異常あり（Ｙ）と判定する。このようなサーミスタの抵抗値の異常な上昇は、電池セル１０のガス排出弁１５が開裂し、電池容器１２から排出されたガスによって、ガス排出弁１５の上方の第１敷設部７０に敷設された温度検出線３０が断線または損傷したことが原因と考えられるためである。ＢＣＵ２１０によって異常あり（Ｙ）と判定された場合には、ステップＳ３へ進む。

このように、本実施形態の電池モジュール１００Ｂおよびそれを用いたバッテリシステム２００において、温度検出線３０は、電池セル１０のガス排出弁１５の開裂を検出する異常検出線としても機能する。

また、バッテリシステム２００は、ステップＳ２において、ガス排出検出用回路９０の導通状態に異常が生じ、または抵抗値が所定の閾値を超えたことがＢＣＵ２１０によって検出された場合には、ＢＣＵ２１０によって異常あり（Ｙ）と判定する。ガス排出検出用回路９０の導通状態の異常や、抵抗値の上昇は、ガス排出弁１５から排出されたガスによってガス排出検出用回路９０の配線パターンが変形、断線、または変質したことが原因と考えられるためである。ＢＣＵ２１０によって異常あり（Ｙ）と判定された場合には、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３において、ＢＣＵ２１０は、電池モジュール１００Ｂに信号線Ｌ３を介して電力抑制に関する制御信号を送信するとともに、上位コントローラ２２０に信号線Ｌ４を介して異常検出フラグと電力抑制に関する制御信号を送信する。これにより、上位コントローラ２２０および電池モジュール１００Ｂによって、モータＭのインバータＩＮＶに供給される電力が抑制され、たとえば車両を安全に停止させることができる。

以上説明したように、本実施形態の電池モジュール１００Ｂおよびそれを用いたバッテリシステム２００によれば、前述の実施形態１に係る電池モジュール１００と同様の効果が得られるだけでなく、電池セル１０のガス排出弁１５の開裂を検知し、電力供給時の安全性を向上させることができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１０ 電池セル
１０ａ 上面
１１ 外部端子
１５ ガス排出弁
２０ 電圧検出線
３０ 温度検出線
４０ カバー
４１ａ 隔壁
４１ｂ 隔壁
４１ｃ 開口部
４１ｄ 開口部
４６ ガス排出路
７０ 第１敷設部
８０ 第２敷設部
１００ 電池モジュール
１００Ａ 電池モジュール
１００Ｂ 電池モジュール

Claims (6)

1. 複数の電池セルと、前記電池セルの外部端子に接続された複数の電圧検出線と、前記電池セルに接続された複数の温度検出線と、前記複数の電池セルの上面を覆うカバーと、を備えた電池モジュールであって、
   前記複数の電池セルは、前記電池セルの前記上面に設けられたガス排出弁が一方向に並ぶように配置され、
   前記カバーは、前記一方向に連通するガス排出溝を形成する板状のインシュレーションカバーと、前記ガス排出溝の上端を覆うことで前記複数の電池セルの前記ガス排出弁の上方にガス排出路を形成するトップカバーと、を備え、
   前記ガス排出路の内部に前記複数の温度検出線を前記一方向に沿って敷設する第１敷設部と、前記第１敷設部の側方に隔壁を介して前記複数の電圧検出線を前記一方向に沿って敷設する第２敷設部と、が前記インシュレーションカバーに設けられていることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記電池セルは、長方形の前記上面と、前記上面の長手方向に離隔して配置された一対の前記外部端子と、該一対の前記外部端子の間に設けられた前記ガス排出弁と、を有し、 前記第２敷設部は、前記長手方向における前記第１敷設部の両側に、前記一方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記第２敷設部と前記外部端子との間に隔壁を有することを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記第２敷設部と前記外部端子との間の前記隔壁は、前記電圧検出線を挿通させる開口部を有することを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記第１敷設部と前記第２敷設部との間の前記隔壁は、前記温度検出線を挿通させる開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
6. 前記複数の電圧検出線は、個々の前記電池セルの前記外部端子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。

Images