JP2015185414A - バッテリシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電池ブロックの出力端子に接続される出力ラインと、電圧検出ラインを安全性に優れた位置に配置するバッテリシステムを提供する。
【解決手段】複数の電池セル１を含む電池ブロック２と、電池ブロック２の両端に設けられて、出力ラインが接続される一対の出力端子８と、複数の電池セル１と電気的に接続される複数の電圧検出ラインを備えている。複数の電圧検出ラインは、電池ブロック２のブロック配線面２Ａに配置されて、第１の集合ライン６５Ａ及び第２の集合ライン６５Ｂに集合化されている。第１の集合ライン６５Ａ及び第２の集合ライン６５Ｂは、一対の平行ライン６８を含み、ブロック配線面２Ａの一方の端部から外へ引き出されている。一対の出力端子８は、集合ライン６５が引き出される端部側に位置する第１の出力端子８Ａと、反対側の端部に位置する第２の出力端子８Ｂとを備え、第１の出力端子８Ａは一対の平行ライン６８の外側に位置している。
【選択図】図４

Description

本発明は、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。

高出力高容量のバッテリシステムとして、多数の電池セルを有し、多数の電池セルを集合化してなる電池ブロックを備えたバッテリシステムが開発されている。（特許文献１参照）

特許文献１のバッテリシステムにおいて、隣接する電池セルの電極端子は、バスバーを介して電気接続されている。バスバーには、電圧検出ラインが接続され、この電圧検出ラインは、電池状態検出回路に接続される。電池状態検出回路は、電圧検出ラインを介して、バスバーの電位を検出し、各電池セルの端子間電圧を検出できるようになっている。検出された電圧は、電池セルの充電率（State of charge:ＳＯＣ）を正確に見積もるために利用されている。特に、リチウムイオン電池は、広範囲のＳＯＣにわたって使用できるため、過放電領域や過充電領域と、常用領域とが近接しており、他の種類の電池より厳格な電圧管理が必要である。

また、特許文献１の電源装置は、電池ブロックの端面に、電池状態検出回路が実装された回路基板が配置されており、電圧検出ラインが回路基板に接続されている。電圧検出ラインは、リード線やフレキシブルプリント基板等で構成され、電圧検出ラインは、電池ブロックを構成する電池セルと、電池ブロックの端面に配置されている回路基板とを接続している。この構成によると、電圧検出ラインは、２列の集合ラインを形成し、２列の集合ラインが、共に、電池ブロックの長手方向の回路基板側の端部から引き出されることになる。集合ラインは、電池セルの電極端子が位置する端子面に配置されると共に、電極端子に対して外側のスペースに位置するように構成されている。また、集合ラインは、各バスバーに対応して形成される分岐ラインを含んでおり、分岐ラインの先端に設けられた電圧検出端子がバスバーに接続される。
なお、特許文献１の電源装置は、回路基板が電池ブロックに固定されているが、この種のバッテリシステムとしては、バッテリシステムの外部に回路基板を設ける構成とすることもできる。このような構成であっても、回路基板に電圧検出ラインを接続するために、電池ブロックの一方の端部から２列の集合ラインが引き出されることになる。

特開２０１１−４９１５８号公報

特許文献１の電源装置は、上述の通り、多数の電池セルを同一方向に積層して電池ブロックを形成しているため、電池ブロックの出力端子は、電池ブロックの積層方向における両端部に設けられる。出力端子には、バッテリシステムの電力を外部へ供給するための出力ラインが接続される。一方、集合ラインは、電極端子に対して外側に配置されているため、必ず集合ラインと出力ラインとが交差することになる。従って、振動などで集合ラインの絶縁被覆が破損した場合には、電圧検出ラインと出力端子とが電気的に接触して大きなショート電流を流すおそれがある。

本発明は、斯かる問題を解決するためになされた発明であり、その目的は、電池ブロックの出力端子に接続される出力ラインと、電圧検出ラインとを理想的な位置に配置できるバッテリシステムを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のバッテリシステムは、複数の電池セル１を含む電池ブロック２と、電池ブロック２の両端に設けられ、外部の負荷へ電池ブロック２の電力を供給するための出力ラインが接続される一対の出力端子８と、複数の電池セル１の端子間電圧を検出するための電圧検出ライン６１であって、複数の電池セル１と電気的に接続される複数の電圧検出ライン６１とを備えている。複数の電圧検出ライン６１は、電池ブロック２の一面となる長方形のブロック配線面２Ａに配置されると共に、第１の集合ライン６５Ａ及び第２の集合ライン６５Ｂに集合化されている。第１の集合ライン６５Ａ及び第２の集合ライン６５Ｂは、ブロック配線面２Ａの長手方向に延在する一対の平行ライン６８を含むと共に、ブロック配線面２Ａの長手方向における一方の端部からブロック配線面２Ａの外へ引き出されている。一対の出力端子８は、第１の集合ライン６５Ａ及び第２の集合ライン６５Ｂが引き出される端部側に位置する第１の出力端子８Ａと、第１の出力端子８Ａ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８Ｂとを含んでおり、第１の出力端子８Ａは、ブロック配線面２Ａの短手方向において、一対の平行ライン６８の外側に位置している。

以上のバッテリシステムは、電圧検出ラインが引き出される端部において、電圧検出ラインと出力端子に接続される出力ラインとを交差させることなく外部へ引き出すことができる特徴がある。それは、このバッテリシステムが、複数の電圧検出ラインを第１の集合ラインと第２の集合ラインに集合化してブロック配線面に配置しており、第１の集合ラインと第２の集合ラインは、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有すると共に、ブロック配線面の長手方向における一方の端部からブロック配線面の外へ引き出されており、さらに、第１の集合ライン及び第２の集合ラインが引き出される端部側に位置する第１の出力端子を一対の平行ラインの外側に配置しているからである。
このバッテリシステムは、ブロック配線面の端部から引き出される第１の集合ライン及び第２の集合ラインの外側に第１の出力端子を配置するので、この第１の出力端子に接続される出力ラインと電池ブロックから引き出される電圧検出ラインとを交差させることなく理想的な状態に配線できる。また、電圧検出ラインと出力ラインとを交差させることなく配線するので、振動などで集合ラインの絶縁被覆が破損した場合に、電圧検出ラインと出力端子とが電気的に接触して大きなショート電流が流れるのを有効に防止して、高い安全性を実現できる。

本発明のバッテリシステムは、さらに、電池ブロック２の温度を検出する少なくとも一つの温度センサ６２と、温度センサ６２の信号を伝送する温度検出ライン６３とを備えて、温度検出ライン６３を、ブロック配線面２Ａの短手方向において一対の平行ライン６８の間に位置させると共に、第２の出力端子８Ｂ側の端部からブロック配線面２Ａの外へ引き出すことができる。

以上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共に、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すので、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、これ等の検出ラインを理想的な状態に配線できる。
また、このバッテリシステムは、電池ブロックの中央に温度センサを配置しながら、電圧検出ラインをブロック配線面の外部に引き出すことができる。電池ブロックの中央部分は、他の部分と比べて、放熱性が低く、発熱しやすい特徴があり、温度センサを電池セルの中央部分に配置することで、電池の発熱を精度よく検出することができる。一方で、ブロック配線面において、電池ブロックの中央部分は、電池セルの安全弁等が配置されているため、スペース上の制約が多いが、以上の構成によると、一対の集合ラインが、電池ブロックの中央側と端部側に分けて配置されるため、温度センサに接続される温度検出ラインを電池ブロックの中央に配置することができる。

本発明のバッテリシステムは、電圧検出ライン６１及び温度検出ライン６３を接続して、複数の電池セル１の状態を検出する電池状態検出回路６０を備えることができる。
以上のバッテリシステムは、電圧検出ラインと温度検出ラインを介して電池セルの状態を電池状態検出回路で検出して、充放電の電流をコントロールすることで、各電池セルの過充電や過放電を防止し、さらに、異常な高温や低温で使用されるのを防止して、電池セルの劣化を防止し、また安全な充放電を実現できる。

本発明のバッテリシステムは、第１の集合ライン６５Ａ及び第２の集合ライン６５Ｂを、ブロック配線面２Ａの端部において一体的に集合化して引出ライン６７を形成し、この引出ライン６７を、ブロック配線面２Ａの第１の出力端子８Ａ側に位置させることができる。
以上のバッテリシステムは、複数の電圧検出ラインを集合してなる第１の集合ラインと第２の集合ラインとをブロック配線面の端部において引出ラインに集合化して電池ブロックから外部に引きすので、多数の電圧検出ラインを集合化して保護する状態で配線しながら、多数の電圧検出ラインの配線作業を簡単かつ容易にできる。

本発明の一実施の形態にかかるバッテリシステムの斜視図である。 図１に示すバッテリシステムの分解斜視図である。 図１に示すバッテリシステムの垂直横断面図である。 図１に示すバッテリシステムのブロック配線面を示す平面図である。 電池セルと絶縁スペーサの積層構造を示す一部拡大分解斜視図である。 本発明の他の実施の形態にかかるバッテリシステムのブロック配線面を示す平面図である。 弾性プレートの斜視図である。 結束具の拡大斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステムを例示するものであって、本発明はバッテリシステムを以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。

図１ないし図４に示すバッテリシステム１００は、複数の電池セル１を積層している電池ブロック２と、この電池ブロック２の両端に設けられ、外部の負荷へ電池ブロック２の電力を供給するための出力ラインが接続される一対の出力端子８と、複数の電池セル１の端子間電圧を検出するために、各電池セルの電極端子１３に電気的に接続される複数の電圧検出ライン６１とを備えている。さらに、バッテリシステム１００は、電池ブロック２の電池セル１の電極端子１３に電気接続されて互いに接続部１７で接続されて隣の電池セル１を電気接続しているバスバー１４と、電池ブロック２の積層方向の両端部に配置している一対のエンドプレート３と、一対のエンドプレート３に両端を連結している結束具４と、電池セル１の温度を検出する温度センサ６２と、この温度センサ６２に接続している温度検出ライン６３とを備えている。さらにまた、図のバッテリシステム１００は、電池ブロック２の底面に弾性プレート９を配置している。電圧検出ライン６１と温度検出ライン６３は、電池ブロック２の上面のブロック配線面２Ａから離して配置している電池状態検出回路６０に接続される。

電池セル１は、図５に示すように、厚さに比べて幅が広い、対向するフラット面１Ｃを四角形とする角形電池で、厚さ方向に積層されて電池ブロック２としている。電池セル１は、電池ケース１０を金属ケースとする非水系電解液電池である。非水系電解液電池である電池セル１は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の他の全ての二次電池とすることもできる。図の電池セル１は、外形を四角形とする電池で、両面を対向するように積層して電池ブロック２としている。

電池セル１は、対向するフラット面１Ｃの外形を四角形とする金属製の電池ケース１０に、電極体（図示せず）を収納して電解液を充填している。金属ケースからなる電池ケース１０は、アルミニウムやアルミニウム合金で製造することができる。電池ケース１０は、底を閉塞する筒状に金属板をプレス加工している外装缶１０Ａと、この外装缶１０Ａの開口部を気密に閉塞している封口板１０Ｂとを備えている。封口板１０Ｂは平面状の金属板で、その外形を外装缶１０Ａの開口部の内形としている。封口板１０Ｂは、外装缶１０Ａの開口部の内側に隙間なく挿入され、外装缶１０Ａの内面との間にレーザーを照射して外装缶１０Ａに溶接される。

電池セル１は、封口板１０Ｂの両端部に正負の電極端子１３を固定して、封口板１０Ｂを端子面１Ａとして、端子面１Ａの反対側の面、図５において電池セル１の下面を底面１Ｂとしている。さらに、封口板１０Ｂは、正負の電極端子１３の中間にはガス排出口１２を設けている。ガス排出口１２の内側には、所定の内圧で開弁する排出弁１１を設けている。電池ブロック２は、複数の電池セル１を、端子面１Ａを同一平面に位置する姿勢で積層している。

電池ブロック２は、隣接する電池セル１の正負の電極端子１３に金属板のバスバー１４を固定し、バスバー１４を互いに接続して、隣の電池セル１を互いに直列に接続している。ただし、電池ブロックは、電池セルを直列及び／又は並列に接続することもできる。隣接する電池セルを互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくでき、隣接する電池セルを並列に接続して、充放電の電流を大きくできる。図５の電池ブロック２は、電池セル１の電極端子１３に、直線状のバスバー１４Ａと、Ｌ字状のバスバー１４Ｂを溶接して固定している。直線状のバスバー１４ＡとＬ字状のバスバー１４Ｂは、先端部を互いに積層し、積層部に貫通孔１４ａを設けて、貫通孔１４ａに止ネジ１５を挿通し、止ネジ１５にナット１６をねじ込んで、バスバー１４を互いに固定して電気接続している。このバスバー１４は、止ネジ１５を介して接続部１７で接続している。

電池ブロック２は、電池セル１を積層して、隣の電池セル１の電極端子１３をバスバー１４で電気接続する。電池セル１は、端子面１Ａの両端部に正負の電極端子１３を配置している。したがって、電池ブロック２は、ブロック配線面２Ａの両側にバスバー１４を配置して、バスバー１４でもって隣接する電池セル１を電気接続している。一端を電極端子１３に固定して電気接続している一対のバスバー１４、図にあっては直線状のバスバー１４ＡとＬ字状のバスバー１４Ｂは、互いにラップして止ネジ１５で固定している接続部１７で互いに連結されて、隣の電池セル１を電気接続する。電池セル１は端子面１Ａの両端部に電極端子１３を設けているので、バスバー１４の接続部１７は、図４に示すように、ブロック配線面２Ａの長手方向に延びる第１接続ラインＬ１と第２接続ラインＬ２の直線上に配置されて、第１接続ラインＬ１と第２接続ラインＬ２はブロック配線面２Ａの中央ラインＭの両側に配置している。

さらに、電池ブロック２は、互いに接続された複数の電池セル１から外部に出力するための出力端子８を両端部に備えている。図に示す電池ブロック２は、両端に積層している最端積層電池セル１’の外側にエンドスペーサ５’を積層しており、このエンドスペーサ５’の上面に出力端子８を配置している。このエンドスペーサ５’は、電池ブロック２の両端部に積層している最端積層電池セル１’とエンドプレート３との間に挟まれるように配置される。図４と図５の電池ブロック２は、両端に配置される最端積層電池セル１’の出力側の電極端子１３にバスバー１４’を溶接して固定しており、このバスバー１４’を介して出力端子８を電池セル１の電極端子１３に電気接続している。このバスバー１４’は、エンドスペーサ５’の上面に配置される先端部に貫通孔１４ａを設けており、この貫通孔１４ａに止ネジ８ａを挿通して出力端子８としている。

電池ブロック２は、各々の電池セル１の過充電や過放電を防止するために、図４に示すように、電圧検出ライン６１と温度検出ライン６３を構成するリード線を介して電池状態検出回路６０に接続される。電池状態検出回路６０は、電圧検出ライン６１と温度検出ライン６３を介して電池セル１の状態を検出して、充放電の電流をコントロールする。電池状態検出回路６０は、保護回路を実装する回路基板で実現される。電池状態検出回路６０は、電圧検出ライン６１と温度検出ライン６３のリード線を介して電池セル１や温度センサ６２に接続されるので、ブロック配線面２Ａには配置されず、ブロック配線面２Ａから離して、たとえば、電池ブロック２の側面や端面に、あるいは電池ブロック２から離して配置される。

電圧検出ライン６１と温度検出ライン６３は、その先端にコネクタ６４を連結しており、コネクタ６４を介して電池状態検出回路６０に接続される。電池状態検出回路６０は、電池セル１の検出電圧と検出温度で電池ブロック２を充放電する電流をコントロールして、各電池セル１の過充電や過放電を防止し、さらに、異常な高温や低温で使用されるのを防止して、電池セル１の劣化を防止し、また安全な充放電を実現する。電池状態検出回路６０は、放電状態で、何れかの電池セル１の電圧があらかじめ設定している最低電圧よりも低くなると、放電電流を遮断あるいは減少して過放電を防止する。また、充電状態で、何れかの電池セル１の電圧があらかじめ設定している最高電圧よりも高くなると、充電電流を遮断あるいは減少して過充電を防止する。また、電池状態検出回路６０は、いずれかの電池セル１の温度があらかじめ設定している最高温度よりも高くなり、あるいは、あらかじめ設定している最低温度よりも低くなると、電池ブロック２を充放電する電流を遮断し、あるいは減少して、電池セル１を保護し、また安全な充放電を実現する。

電池状態検出回路６０は、電圧検出ライン６１を介して各々の電池セル１の正負の電極端子１３に接続される。電圧検出ライン６１は、全ての電池セル１の正負の電極端子１３を、電池状態検出回路６０に接続している。したがって、たとえば８０個の電池セルを積層している電池ブロックは、８１本の電圧検出ラインを介して電池状態検出回路に接続される。電池状態検出回路６０は、電圧検出ライン６１を介して各々の電池セル１の電圧を検出する。

各々の電池セル１の電極端子１３に接続される複数の電圧検出ライン６１は、２列の集合ライン６５に集合されてブロック配線面２Ａに配置される。２列の集合ライン６５は、第１の集合ライン６５Ａと第２の集合ライン６５Ｂとからなり、それぞれブロック配線面２Ａの中央ラインＭの両側に配置される。第１の集合ライン６５Ａ及び第２の集合ライン６５Ｂは、ブロック配線面２Ａの長手方向に延在する一対の平行ライン６８を備えており、ブロック配線面２Ａの長手方向における一方の端部からブロック配線面２Ａの外へ引き出されている。一対の平行ライン６８は、ブロック配線面２Ａの中央ラインＭの両側に、互いに平行な姿勢で配置される。第１の集合ライン６５Ａ及び第２の集合ライン６５Ｂは、各平行ライン６８から分岐ライン６６を分岐して、分岐ライン６６の先端を電池セル１の電極端子１３に接続している。さらに、第１の集合ライン６５Ａと第２の集合ライン６５Ｂは、端部で１本の引出ライン６７に集合されてブロック配線面２Ａの外部に引き出されて、電池状態検出回路６０に接続される。第１の集合ライン６５Ａから分岐された分岐ライン６６と、第２の集合ライン６５Ｂから分岐された分岐ライン６６は、ブロック配線面２Ａの両側に配置しているバスバー１４に接続され、バスバー１４を介して電極端子１３に接続される。

集合ライン６５と引出ライン６７は、複数のリード線を集合して太くなっている。電圧検出ライン６１は、電気抵抗を小さくして電池セル１の電圧をより正確に検出できる。電圧検出ライン６１の電圧降下による検出誤差を少なくできるからである。電圧検出ライン６１は、各リード線を太くして電気抵抗を小さくできる。したがって、電圧検出ライン６１は、リード線を太く、電気抵抗を小さくして電池セル１の電圧をより正確に検出できる。

集合ライン６５は、多数のリード線を束ねているので、１本のリード線に比較すると数倍も太くなる。さらに、電気抵抗を小さくして検出時の電圧降下を小さくしているリード線は太くなるので、これを集合すると集合ライン６５はさらに太くなる。各々のリード線は、集合ライン６５と引出ライン６７に集合されて、ブロック配線面２Ａの外部に引き出される。太い集合ライン６５や引出ライン６７が、出力端子８に接続しているバスバー１４’と交差して、このバスバー１４’の上に配置されると、電池ブロック２の上面に高く突出する弊害があり、さらにこれが出力端子８に接続しているバスバー１４’に押圧されて振動などでリード線の絶縁被服が破損して、接触すると過大なショート電流が流れる。過大なショート電流は、電池セル１に悪影響を与えるばかりでなく、大きなジュール熱が発生して安全性を著しく阻害する。とくに、電池セル１間のバスバー１４よりも、出力端子８に接続しているバスバー１４’がブロック配線面２Ａから突出しているバッテリシステムは、集合ラインや引出ラインが出力端子に接続しているバスバーに交差すると、ブロック配線面からより高く突出し、また、バスバーに強く押圧されて振動などで絶縁被覆が破損されやすい弊害がある。集合ライン６５と引出ライン６７が出力端子８に接続しているバスバー１４’に交差しないバッテリシステムは、集合ライン６５や引出ライン６７がブロック配線面２Ａから高く突出せず、また電圧検出ライン６１が出力端子８のバスバー１４’に接触してショート電流が流れることがなく、高い安全性を実現しながら、バッテリシステムの全高を低くできる。本発明のバッテリシステムは、集合ライン６５と引出ライン６７とが出力端子８に接続するバスバー１４’に交差しないように、ブロック配線面２Ａに配線される集合ライン６５を独特の位置に配置して、ブロック配線面２Ａ外に配置する電池状態検出回路６０に接続する。
なお、図に示すバッテリシステムでは、一実施形態として、集合ラインは、リード線を束ねて構成する構造としているが、集合ラインは、必ずしもリード線である必要はない。複数の導電箔と、この導電箔を覆う絶縁樹脂とで構成されるフレキシブルプリント基板を、電圧検出ラインとして用いることもできる。フレキシブルプリント基板は、複数の導電箔が一つの絶縁樹脂に内蔵される構造となるため、フレキシブルプリント基板は、本発明の実施形態における集合ラインに対応することになる。

図４の平面図に示すバッテリシステム１００は、ブロック配線面２Ａの長手方向の両端部であって、第１接続ラインＬ１側の両端部に正負の出力端子８を配置している。正負の出力端子８は、接続部１７を第１接続ラインＬ１に配置するバスバー１４に接続される。このバッテリシステム１００は、偶数個の電池セル１を積層して、隣の電池セル１を直列に接続している。

図４のバッテリシステム１００は、第１の集合ライン６５Ａを、一方のバスバー１４の接続部１７を直線状に並べている第１接続ラインＬ１とブロック配線面２Ａの中央ラインＭとの間に配線して、第２の集合ライン６５Ｂを第２接続ラインＬ２の外側であってブロック配線面２Ａ内に配線している。この構成によると、第１の集合ライン６５Ａと第２の集合ライン６５Ｂは、ブロック配線面２Ａの長手方向に延在し、互いに平行となる一対の平行ライン６８を含む構造となる。この図のバッテリシステムは、第１の集合ライン６５Ａを、電池セル１のガス排出口１２の開口部の外側に配置している。第２の集合ライン６５Ｂは、バスバー１４の接続部１７が直線上に並ぶ第２接続ラインＬ２の外側であって、ブロック配線面２Ａの外側縁の内側に配置している。さらに、第１の集合ライン６５Ａと第２の集合ライン６５Ｂは、ブロック配線面２Ａの上で一端を１本の引出ライン６７に集合している。引出ライン６７は、出力端子８に接続しているバスバー１４’とは交差することなく、ブロック配線面２Ａの長手方向の端部から外部に引き出される。

図４のバッテリシステム１００は、引出ライン６７の引き出し方向を、ブロック配線面２Ａの長手方向における何れか一方の端部とする。このバッテリシステム１００は、引出ライン６７を引き出す端部を特定しない。引出ライン６７は、何れの端部からも引き出しできるが、ブロック配線面２Ａの両側からは引き出されずにいずれかの端部から外部に引き出される。ブロック配線面２Ａの端部から引き出された引出ライン６７は、先端にコネクタ６４を連結し、このコネクタ６４を介して電池状態検出回路６０に接続される。

以下、電池ブロック２の出力端子８のうち、引出ライン６７が引き出される端部側に設けられる出力端子８を、第１の出力端子８Ａとし、反対側の端部に位置する出力端子８を、第２の出力端子８Ｂとする。電圧検出ライン６１を出力端子８と交差しないように構成するためには、この第１の出力端子８Ａと、電圧検出ライン６１の第１の集合ライン６５Ａ及び第２の集合ライン６５Ｂとの位置関係が重要となる。上述の通り、図４のバッテリシステム１００は、ブロック配線面２Ａの短手方向において一対の平行ライン６８の外側に、第１の出力端子８Ａが位置することになり、引出ライン６７は、出力端子８に接続しているバスバー１４’とは交差することなく、ブロック配線面２Ａの長手方向の端部から外部に引き出すことができる。

温度センサ６２は、電池セル１の中央部に配置されて電池セル１の温度を正確に検出できる。複数の電池セル１を積層している電池ブロック２は、必ずしも全ての電池セル１の温度を検出する必要はなく、たとえば、電池セル１の積層方向に離して電池セル１間の３カ所に配置されて、最も温度が高くなる電池セル１と、温度が低くなる電池セル１の温度とを検出する。温度センサ６２は、ブロック配線面２Ａの左右の中央部に配線される温度検出ライン６３に接続される。温度センサ６２を接続している温度検出ライン６３は、ブロック配線面２Ａの外部に引き出されて、電池状態検出回路６０に接続される。温度検出ライン６３は、ブロック配線面２Ａの端部から外部に引き出されるが、電圧検出ライン６１の引出ライン６７とは反対側の端部からブロック配線面２Ａの外部に引き出される。温度検出ライン６３はブロック配線面２Ａの中央ラインＭに沿って中央部に配置されるが、必ずしも中央ラインに配置する必要はなく、第１の集合ラインとバスバーの第２接続ラインとの間に配置することもできる。

図４のバッテリシステム１００は、温度検出ライン６３を、ブロック配線面２Ａの中央ラインＭに沿って配置して、電圧検出ライン６１の引出ライン６７の反対側の端部からブロック配線面２Ａの外部に引き出している。このバッテリシステム１００は、ブロック配線面２Ａの一方の端部から電圧検出ライン６１の引出ライン６７を引き出し、その反対側の端部から温度検出ライン６３を外部に引き出している。温度検出ライン６３は、電池セル１の中央部に配置している温度センサ６２にその先端を接続して、引き出し端には、コネクタ６４を介して電池状態検出回路６０に接続される。

図６の平面図に示すバッテリシステム２００は、ブロック配線面２Ａの対角位置であって、バスバー１４の接続部１７を直線上に配置する第１接続ラインＬ１側の端部と、第２接続ラインＬ２側の端部とに正負の出力端子８を配置している。バスバー１４は、接続部１７を２列の直線上に並べて、第１接続ラインＬ１と第２接続ラインＬ２のライン上に配置している。このバッテリシステム２００は、奇数個の電池セル１を積層して、隣の電池セル１を直列に接続している。

図６のバッテリシステム２００は、図４のバッテリシステム１００と同じように、第１の集合ライン６５Ａをバスバー１４の第１接続ラインＬ１とブロック配線面２Ａの中央ラインＭとの間に配線して、第２の集合ライン６５Ｂを第２接続ラインＬ２の外側であってブロック配線面２Ａ内に配線している。この図のバッテリシステムも、第１の集合ライン６５Ａを、電池セル１のガス排出口１２の開口部の外側に配置している。第２の集合ライン６５Ｂは、図４のバッテリシステム１００と同様に、バスバー１４の接続部１７が直線上に並ぶ第２接続ラインＬ２の外側であって、ブロック配線面２Ａの外側縁の内側に配置している。さらに、第１の集合ライン６５Ａと第２の集合ライン６５Ｂは、ブロック配線面２Ａの上で一端を１本の引出ライン６７に集合している。このバッテリシステム２００は、引出ライン６７をブロック配線面２Ａを引き出す端面が特定される。引出ライン６７は、接続部１７を第１接続ラインＬ１側に配置するバスバー１４’を接続している出力端子８を設けているブロック配線面２Ａの端部側から外部に引き出されている。すなわち、第１接続ラインＬ１に接続部１７を配置しているバスバー１４’に接続される出力端子８側からブロック配線面２Ａの外部に引き出されて、出力端子８に接続しているバスバー１４’とは交差することなく、ブロック配線面２Ａから外部に引き出している。外部に引き出された引出ライン６７は、コネクタ６４を介して電池状態検出回路６０に接続される。

上述の通り、図６のバッテリシステム２００においても、図４のバッテリシステム１００と同様、電圧検出ライン６１を出力端子８と交差しないように構成するためには、第１の出力端子８Ａと、電圧検出ライン６１の第１の集合ライン６５Ａ及び第２の集合ライン６５Ｂとの位置関係が重要となる。上述の通り、図６のバッテリシステム２００は、ブロック配線面２Ａの短手方向において一対の平行ライン６８の外側に、第１の出力端子８Ａが位置することになり、引出ライン６７は、出力端子８に接続しているバスバー１４’とは交差することなく、ブロック配線面２Ａの長手方向の端部から外部に引き出すことができる。

さらに、図６のバッテリシステム２００は、温度検出ライン６３を、電圧検出ライン６１の引出ライン６７の反対側の端部からブロック配線面２Ａの外部に引き出している。このバッテリシステム２００は、ブロック配線面２Ａの一端から電圧検出ライン６１の引出ライン６７を引き出し、その反対側の端部から温度検出ライン６３を外部に引き出している。温度検出ライン６３は、電池セル１の中央部に配置している温度センサ６２にその先端を接続して、引き出し端には、電池状態検出回路６０に接続されるコネクタ６４を接続している。

図５に示す電池ブロック２は、複数の電池セル１の間に絶縁スペーサ５を挟んで積層している。図の電池ブロック２は、互いに隣接する電池セル１同士を逆向きに並べており、その両側において隣接する電極端子１３同士をバスバー１４で連結して、隣り合う２個の電池セル１を直列に接続して、すべての電池セル１を直列に接続している。ただ、本発明は、電池ブロックを構成する電池セルの個数とその接続状態を特定しない。

絶縁スペーサ５は、隣接する電池セル１の間に挟まれて電位差のある電池セル１を絶縁する。絶縁スペーサ５は絶縁材のプラスチックを成形して製作される。さらに、図６に示す絶縁スペーサ５は、隣接する電池セル１のフラット面１Ｃに接触するように配置されて、電池セル１の間に挟まれるプレート部２０と、電池セル１の外周面の外側に配置される外周カバー部２１とをプラスチックで一体的に成形している。このスペーサ５は、外周カバー部２１の内側に電池セル１を配置して定位置に配置する形状として、電池セル１を位置ずれしないように積層できる。図５の絶縁スペーサ５は、プレート部２０の四隅、すなわち上部及び下部の両側に外周カバー部２１を設けて、電池セル１の四隅を外周カバー部２１の内側に配置して、すなわち電池セル１を外周カバー部の内側に嵌合して、絶縁スペーサ５の定位置に電池セル１を配置する。

以上のように、絶縁スペーサ５で絶縁して積層される電池セル１は、外装缶１０Ａをアルミニウムなどの金属製にできる。ただ、電池ブロックは、必ずしも電池セルの間に絶縁スペーサを介在させる必要はない。例えば、電池セルの外装缶を絶縁材で成形し、あるいは電池セルの外装缶の外周を絶縁シートや絶縁塗料等で被覆する等の方法で、互いに隣接する電池セル同士を絶縁することによって、絶縁スペーサを不要とできるからである。

さらに、図５に示す絶縁スペーサ５は、電池セル１を効果的に冷却するために、電池セル１との間に挟着されるプレート部２０に、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間２６を設けている。図５に示す絶縁スペーサ５のプレート部２０は、電池セル１との対向面に、両側縁まで延びる溝２５を設けて、電池セル１との間に冷却隙間２６を設けている。図の絶縁スペーサ５は、複数の溝２５を、互いに平行に所定の間隔で設けている。図のプレート部２０は、両面に溝２５を設けており、互いに隣接する電池セル１と絶縁スペーサ５との間に冷却隙間２６を設けている。この構造は、プレート部２０の両側に形成される冷却隙間２６で、両側の電池セル１を効果的に冷却できる特長がある。ただ、絶縁スペーサは、片面にのみ溝を設けて、電池セル１と絶縁スペーサとの間に冷却隙間を設けることもできる。図の冷却隙間２６は、電池ブロック２の左右に開口するように水平方向に設けている。冷却隙間２６に強制送風される空気は、電池セル１の外装缶１０Ａを直接に効率よく冷却する。この構造は、電池セル１の熱暴走を有効に阻止しながら、電池セル１を効率よく冷却できる特徴がある。

以上の絶縁スペーサ５は、電池セル１との間に冷却隙間２６を設けて、この冷却隙間２６に冷却用の空気などの冷却気体を強制的に送風して、電池セル１を冷却できる。ただ、絶縁スペーサは、必ずしも電池セルとの間に冷却隙間を設ける必要はなく、図示しないが、電池ブロックの底面に積層される弾性プレートを冷却プレートに熱結合状態に連結する構造とすることもできる。このバッテリシステムは、冷却プレートを冷却し、冷却プレートで弾性プレートを冷却して、弾性プレートを介して電池セルを冷却することができる。冷却プレートは、表面に放熱フィンを設けて冷却し、あるいは、内部に冷却用の冷媒や冷却液を循環させて強制的に冷却できる。

弾性プレート９は、電池ブロック２の底面、すなわち電池セル１の底面１Ｂに配置されて、各々の電池セル１を底面１Ｂから端子面１Ａに向かって弾性的に押圧する弾性押圧部１９を有する。図７の弾性プレート９は弾性変形できるステンレス等の金属板を裁断し、また、プレス加工して、複数の弾性アーム１９Ａを弾性押圧部１９として一体構造に設けている。さらに、図７の弾性プレート９は、電池セル１の底面１Ｂの長手方向に延びる一対の弾性アーム１９Ａを設けている。一対の弾性アーム１９Ａは弾性プレート９の両側部で弾性プレート９に連結されて、弾性プレート９の両側部から中央部に向かって延びるように設けている。弾性アーム１９Ａは、先端に向かって、電池セル１の底面１Ｂに向かって突出する形状に折曲加工されている。弾性プレート９の両側部に設けている一対の弾性アーム１９Ａは、ひとつの電池セル１の底面１Ｂを押圧する。したがって、隣接する弾性アーム１９Ａの間隔は、積層している電池セル１の間隔に等しくして、弾性プレート９の両側部に複数の弾性アーム１９Ａを設けている。

エンドプレート３は、結束具４に連結されて、電池ブロック２を両端面から加圧して、電池セル１を積層方向に加圧状態に固定する。エンドプレート３の外形は、電池セル１の外形にほぼ等しく、あるいはこれよりもわずかに大きく、四隅部に結束具４を連結して、電池ブロック２を加圧状態に固定して変形しない四角形の板状である。このエンドプレート３は、四隅部に結束具４を連結して、電池セル１の表面に面接触状態に密着し、電池セル１を均一な圧力で加圧状態に固定する。バッテリシステムは、電池ブロック２の両端部にエンドプレート３を配置し、両端のエンドプレート３をプレス機（図示せず）で加圧して、電池セル１を積層方向に加圧する状態に保持し、この状態でエンドプレート３に結束具４を固定して、電池ブロック２を所定の締め付け圧に保持して固定する。エンドプレート３が結束具４に連結された後、プレス機の加圧状態は解除される。

結束具４は、図１と図２に示すように、電池ブロック２の両端のエンドプレート３を連結して、複数の電池セル１を積層方向に加圧状態で固定する。結束具４は金属板をプレス加工して製作される。この結束具４は、電池ブロック２の側面に配置される側面プレート４Ｘと、この側面プレート４Ｘの両端部にあってエンドプレート３の外側端面に配置される固定部４Ｃとを備え、固定部４Ｃは止ネジ１８を介してエンドプレート３の外側端面に固定される。

さらに、結束具４は、図３と図８に示すように、電池セル１の端子面１Ａの外側である上に配置される第１の係止部４Ａと、弾性プレート９の外側に配置される第２の係止部４Ｂとを有する。底面１Ｂに弾性プレート９を積層する電池ブロック２は、第１の係止部４Ａと第２の係止部４Ｂの間に配置される。図の結束具４は、側面プレート４Ｘの上縁を内側に直角に折曲して第１の係止部４Ａを設け、下縁を内側に直角に折曲して第２の係止部４Ｂを設けている。さらに、側面プレート４Ｘは、外周縁部を除く内部に切除部４Ｄを設けて軽量化している。図８の側面プレート４Ｘは、外周縁部にある四角形の枠フレーム４Ｅを連結バー４Ｆで縦横に連結して、枠フレーム４Ｅを補強している。

結束具４の第１の係止部４Ａは、内面を平面状として、各々の電池セル１の端子面１Ａを同一平面に配置する。図３のバッテリシステム１００は、電池セル１の端子面１Ａに絶縁スペーサ５の外周カバー部２１を配置する。したがって、このバッテリシステム１００は、端子面１Ａと第１の係止部４Ａとの間に外周カバー部２１が挟まれるように配置される。電池セル１の端子面１Ａは、絶縁スペーサ５の外周カバー部２１を介して第１の係止部４Ａに押し付けられて同一平面に配置される。ただ、バッテリシステムは、電池セルの端子面に必ずしも絶縁スペーサの外周カバー部を配置する必要はない。このバッテリシステムは、電池セルの端子面を結束具の第１の係止部の内面に接するように配置して、各々の電池セルの端子面を同一平面に配置する。このバッテリシステムは、結束具の係止部や電池セルの端子面を絶縁材とし、あるいは結束具の係止部と電池セルの端子面との間に積層シートや絶縁層を設ける。

結束具４の第２の係止部４Ｂは弾性プレート９の外側、図３において弾性プレート９の下にあって、弾性プレート９を押し上げて、弾性プレート９の弾性押圧部１９を押し潰す状態に弾性変形させる状態に保持する。第２の係止部４Ｂで電池ブロック２の底面１Ｂに押し付けられている弾性プレート９は、弾性変形する弾性押圧部１９の復元力で、電池セル１を押圧して、電池セル１の端子面１Ａを同一平面に配置する。図３のバッテリシステム１００は、弾性プレート９と電池セル１の底面１Ｂとの間に絶縁スペーサ５の外周カバー部２１を配置する。したがって、弾性押圧部１９は絶縁スペーサ５の外周カバー部２１を介して電池セル１を押し上げて、端子面１Ａを同一平面に配置する。

結束具４の第１の係止部４Ａと第２の係止部４Ｂの内側間隔は、底面１Ｂに弾性プレート９を配置する電池ブロック２を配置して、弾性プレート９の弾性押圧部１９を押し潰して弾性変形させる寸法とする。第１の係止部４Ａ及び第２の係止部４Ｂと電池セル１との間に、絶縁スペーサ５の外周カバー部２１を配置するバッテリシステムは、第１の係止部４Ａと第２の係止部４Ｂの内側間隔を、上下にスペーサ５の外周カバー部２１を積層して底面１Ｂに弾性プレート９を配置する電池ブロック２を配置して、弾性プレート９の弾性押圧部１９を押し潰して弾性変形させる寸法とする。

以上のバッテリシステム１００は、以下の工程で組み立てられる。
（１）電池セル１と絶縁スペーサ５とを交互に積層して電池ブロック２とする。
（２）電池ブロック２の両端にエンドプレート３を配置して、電池ブロック２を積層方向に加圧する。
（３）電池ブロック２の底面に弾性プレート９を配置し、弾性プレート９の弾性押圧部１９で各々の電池セル１を押圧して、電池セル１の端子面１Ａを同一平面に配置する。
（４）結束具４の第１の係止部４Ａと第２の係止部４Ｂとの間に、電池ブロック２と弾性プレート９とを積層状態で挿入し、この状態で、結束具４の固定部４Ｃをエンドプレート３の外側に固定する。その後、電池ブロック２や弾性プレート９を押圧する状態を解除する。
（５）電池ブロック２のブロック配線面２Ａにおいて、互いに隣り合う電池セル１の電極端子１３をバスバー１４で接続する。電池ブロック２の両端に積層している最端積層電池セル１’の出力側の電極端子１３にバスバー１４’を接続し、このバスバー１４’を出力端子８に電気接続する。
（６）各々の電池セル１の電極端子１３に、電圧検出ライン６１の分岐ライン６６の先端を接続する。各々の分岐ライン６６は、バスバー１４の接続部１７に接続される。このとき、第１の集合ライン６５Ａから分岐する分岐ライン６６を、第１接続ラインＬ１に並べている接続部１７に接続し、第２の集合ライン６５Ｂから分岐する分岐ライン６６を、第２接続ラインＬ２に並べている接続部１７に接続する。
（７）電圧検出ライン６１の第１の集合ライン６５Ａを、第１接続ラインＬ１とブロック配線面２Ａの中央ラインＭとの間に配線し、第２の集合ライン６５Ｂを、第２接続ラインＬ２の外側であってブロック配線面２Ａ内に配線する。電圧検出ライン６１の引出ライン６７をブロック配線面２Ａの端部から外部に引き出す。
（８）温度センサ６２を電池セル１に配置する。温度センサ６２は、例えば、電池セル１の積層方向に離して３カ所に配置する。各々の温度センサ６２は、ブロック配線面２Ａの中央ラインＭに沿って配線される温度検出ライン６３に接続される。温度センサ６２を接続している温度検出ライン６３を、ブロック配線面２Ａの外部に引き出す。温度検出ライン６３は、電圧検出ライン６１の引出ライン６７が引き出される端部と反対側の端部から外部に引き出される。
（９）ブロック配線面２Ａの端部から引き出された電圧検出ライン６１の引出ライン６７と温度検出ライン６３を電池状態検出回路６０に接続する。

以上の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最適である。バッテリシステムを搭載す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利用でき、これらの電動車両の電源として使用される。ただ、本発明はバッテリシステムの用途を電動車両に搭載する電源装置には特定せず、たとえば、太陽光発電、風力発電などの自然エネルギーを蓄電する電源装置として使用でき、また深夜電力を蓄電する電源装置等の電源装置のように、大電力を蓄電する全ての用途に最適である。

本発明のバッテリシステムは、大電力が要求される電動車両のモータに電力を供給する電源装置や、自然エネルギーや深夜電力を蓄電する蓄電装置に最適に使用される。

１００、２００…バッテリシステム
１…電池セル
１’…最端積層電池セル
１Ａ…端子面
１Ｂ…底面
１Ｃ…フラット面
２…電池ブロック
２Ａ…ブロック配線面
３…エンドプレート
４…結束具
４Ｘ…側面プレート
４Ａ…係止部
４Ｂ…係止部
４Ｃ…固定部
４Ｄ…切除部
４Ｅ…枠フレーム
４Ｆ…連結バー
５…絶縁スペーサ
５’…エンドスペーサ
８…出力端子
８Ａ…第１の出力端子
８Ｂ…第２の出力端子
８ａ…止ネジ
９…弾性プレート
１０…電池ケース
１０Ａ…外装缶
１０Ｂ…封口板
１１…排出弁
１２…ガス排出口
１３…電極端子
１４…バスバー
１４’…バスバー
１４Ａ…直線状のバスバー
１４Ｂ…Ｌ字状のバスバー
１４ａ…貫通孔
１５…止ネジ
１６…ナット
１７…接続部
１８…止ネジ
１９…弾性押圧部
１９Ａ…弾性アーム
２０…プレート部
２１…外周カバー部
２５…溝
２６…冷却隙間
６０…電池状態検出回路
６１…電圧検出ライン
６２…温度センサ
６３…温度検出ライン
６４…コネクタ
６５…集合ライン
６５Ａ…第１の集合ライン
６５Ｂ…第２の集合ライン
６６…分岐ライン
６７…引出ライン
６８…平行ライン
Ｌ１…第１接続ライン
Ｌ２…第２接続ライン
Ｍ…中央ライン

Claims (4)

1. 複数の電池セルを含む電池ブロックと、
   前記電池ブロックの両端に設けられ、外部の負荷へ前記電池ブロックの電力を供給するための出力ラインが接続される一対の出力端子と、
   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であって、該複数の電池セルと電気的に接続される複数の電圧検出ラインと、を備え、
   前記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共に、第１の集合ライン及び第２の集合ラインに集合化されており、
   前記第１の集合ライン及び第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共に、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、
   前記一対の出力端子は、
   前記第１の集合ライン及び前記第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、を含み、
   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することを特徴とするバッテリシステム。
2. 請求項１に記載のバッテリシステムであって、さらに、
   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、
   を備えており、
   前記温度検出ラインは、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共に、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ことを特徴とするバッテリシステム。
3. 請求項２に記載のバッテリシステムであって、さらに、
   前記電圧検出ライン及び前記温度検出ラインが接続され、前記複数の電池セルの状態を検出する電池状態検出回路を備えることを特徴とするバッテリシステム。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載のバッテリシステムであって、
   前記第１の集合ライン及び前記第２の集合ラインは、前記ブロック配線面の端部において一体的に集合化されて引出ラインが形成されると共に、前記引出ラインは、前記第１の出力端子側に位置することを特徴とするバッテリシステム。

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