JP5521409B2

JP5521409B2 - 電池

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Publication number: JP5521409B2
Application number: JP2009154990A
Authority: JP
Inventors: 剛森田; 篤史川瀬
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: WO2010038136A1; KR101224704B1; US20110135980A1; CN102171907A; EP2332230A1; JP2010108909A; RU2011117278A; EP2332230A4; KR20110053255A; US8563152B2; RU2474026C2; BRPI0920748A2; CN102171907B

Description

本発明は、複数の電池を接続してなる電池に関するものである。

複数の電池を直列及び／又は並列に接続してなる組電池（以下、単に電池ともいう。）において、各電池の電圧を検出することで電池容量の残量を監視する装置が知られている（特許文献１）。

特開平８−３３９８２９号公報

しかしながら、従来の組電池の監視装置においては、高電圧の電池と接続するためにコンデンサを介して接続するため、回路上にコンデンサが必須となる。このため電池の小型化の妨げとなる。
特に組電池のように電池の数が多くなるとその数に応じてコンデンサが必要とされるので、電池の占有体積の増加が懸念される。

本発明が解決しようとする課題は、コンデンサの数を削減することができる電池を提供することである。

本発明は、絶縁層と導電層を含む外装部材の前記導電層に、外部と電気的に接続可能な接続部を設け、絶縁層の外面に、当該絶縁層を挟んで前記導電層と対向する金属箔からなる通信用電極を設けることで上記課題を解決する。

本発明によれば、外装部材の導電層に外部と電気的に接続可能な接続部を設け、絶縁層の外面に当該絶縁層を挟んで導電層と対向する金属箔からなる通信用電極を設けたので、当該導電層をコンデンサの一方端子、通信用電極をコンデンサの他方端子、絶縁層をコンデンサの電荷蓄積部として機能させることができる。したがって、外装部材を利用してコンデンサを構成することができるので、コンデンサの数を削減することができる。

本発明の一実施の形態を適用したモータの駆動システムを示すブロック図である。図１の監視装置の検出部を示す電気回路図である。図１の監視装置の通信方式を説明するための図である。図１の監視装置の通信周波数帯域を説明するための図である。図１の監視装置の通信方式を説明するための図である。図１の組電池を示す断面図である。図６の電池を示す平面図である。図６のVIII部の拡大断面図である。他の例に係る電池を示す拡大断面図（図６のVIII部に相当する図）である。さらに他の例に係る電池を示す拡大断面図（図６のVIII部に相当する図）である。本発明の一例に係るフレキシブル配線基板を示す平面図及び断面図である。図１１に示すフレキシブル配線基板を用いた電池を示す平面図である。図１２のXIII-XIII線に沿う断面図である。図１１のフレキシブル配線基板の製造方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《組電池の監視装置》
図１は、本発明の一実施の形態を適用した、組電池１および組電池の監視装置５を含むモータ４の駆動システムを示すブロック図である。同図に示す組電池１は、複数の電池１１を直列に接続し、その両極に電力供給線２を介してインバータ３を接続したものである。組電池１から供給される直流電流は、電力変換装置であるインバータ３により交流電流に変換されて交流モータ４に供給され、当該交流モータ４を駆動する。

なお、同図に示す組電池１によるモータ４の駆動システムは、本実施形態に係る組電池１を説明するための一例であって、本例のように複数の電池１１を直列に接続して組電池１を構成する以外にも、複数の電池１１を直列及び／又は並列に接続して組電池１を構成することもできる。また、組電池１による電力の供給対象が直流モータの場合はインバータ３を省略することができ、さらに電力の供給対象はモータ４以外の負荷とすることもできる。

組電池１の監視装置５は、各電池１１の両端子間の電圧を検出する電圧検出回路６と、各電圧検出回路６により検出された各電池１１の電圧値を取り込んで組電池１の電池容量を把握し、過充電や過放電を防止するためのトータル的な制御を実行する制御回路７とを備える。本例の電圧検出回路６が本発明の検出部に相当し、本例の制御回路７が本発明の制御部に相当する。

なお、本例の電圧検出回路６は、一つの電圧検出回路で一つの電池１１の端子間電圧を検出するように構成したが、幾つかの電池１１をグループ化し、これら複数の電池１１の電圧を検出するように構成することもできる。

本例の電圧検出回路６は、制御回路７からの検出指令信号に基づいて、対応する一つの電池１１の端子間電圧を検出し、検出された電圧値に相当する通信信号を制御回路７へ送出する。また、制御回路７からの放電指令信号に基づいて、対応する電池１１の電力を消費し、組電池１を構成する電池１１間の容量バラツキを解消する。

特に、本例の監視装置５では、電圧検出回路６と制御回路７との間でやり取りされる制御指令や検出された電圧値に相当する通信信号を、電力供給線２を用いて制御回路７に送受信する。また、電力供給線は直流電流が流れるので、これと識別するために通信信号を交流信号とする。図１に示す配線６８ａ，６８ｂが電池１１の端子間電圧を検出するための配線を示し、配線６９，７２が電圧検出回路６と制御回路７との間で信号の送受信を行うための通信用接続部を示す。

この点について、電圧検出回路６の具体的構成を示しつつ、さらに詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る電圧検出回路６を示す電気回路図である。

同図に示すように、電圧検出回路６は、電池１１の正極端子に接続された配線６１１と負極端子に接続された配線６１２とを有し、配線６１１はマイクロプロセッサ６１（以下、ＭＰＵ６１と略す。）の電源入力端子Ｖccに接続され、配線６１２はＭＰＵ６１の接地端子ＧＮＤ１に接続されている。これにより、ＭＰＵ６１に駆動電力が供給される。

また、電池１１の正極端子に接続された配線６１１には、配線６８ａが並列に接続されるとともに、負極端子に接続された配線６１２には、配線６８ｂが並列に接続されている。そして、電池１１の正極端子に接続された配線６８ａには、電池１１の電圧を検出するための抵抗６４１，６４２が設けられ、配線６８ａの他端は、ＭＰＵ６１の電圧検出端子ＶＤ１，ＶＤ２に接続されている。また、電池１１の負極端子に電気的に接続された配線６８ｂにはコンデンサ６４３が設けられ、当該配線６８ａの他端は電圧検出端子ＶＤ１に接続された配線６８ａに接続されている。これら２つの抵抗６４１，６４２及びコンデンサ６４３により電池１１の端子間電圧が検出されることになる。

ここで検出された電池１１の端子間電圧値は、ＭＰＵ６１の内部機能によって特定周波数帯域の交流信号に変換され、後述する通信信号出力端子Ｏｕｔから配線６９ａ，６９，６１１及び電力供給線２を介して制御回路７へ送出される。このとき、この交流通信信号の基準電位Ｖａを定めるために、ＭＰＵ６１の通信信号用接地端子ＧＮＤ２には配線６９ｃが接続され、カップリングコンデンサ６３を介して、本例の組電池１を収納する電池ケースなどの接地点に接続されている。電池ケースなどの接地点は各電池１１において同一電位であることから、何れの電圧検出回路６においても通信信号出力端子Ｏｕｔから制御回路７へ送出される交流通信信号の基準電位Ｖａが等しくなる。なお、カップリングコンデンサ６３の具体的構成は後述する。

一方、電池１１の正極端子に接続された配線６１１には配線６９が並列に接続され、この配線６９にカップリングコンデンサ６２が設けられている。また、カップリングコンデンサ６２の他端側の配線６９は、２つの配線６９ａ，６９ｂに並列に分岐され、一方の配線６９ａはＭＰＵ６１の通信信号出力端子Ｏｕｔに接続され、他方の配線６９ｂはＭＰＵ６１の通信信号入力端子Ｉｎに接続されている。

ここで、ＭＰＵ６１の通信信号出力端子Ｏｕｔから出力される交流通信信号は、図３に示すように、電池１１が接続された組電池１の配設位置に応じた電位Ｖｄをもった直流電流との混成信号となる。すなわち、図１に示す組電池１において、負極端子に近い位置に配設された電池１１の点Ｐ１における電位は、組電池１の負極端子から遠い位置（組電池１の正極端子に近い位置）に配設された電池１１の点Ｐｎにおける電位より、その間に接続された電池電圧ぶんだけ低い。このため、電池１１によって交流通信信号の基準電位が異なり、これに交流通信信号を流しても制御回路７において当該交流通信信号を認識することが困難となる。なお、図３は本例の通信方式（出力側）を説明するための図であって、カップリングコンデンサ６２の機能を説明するための模式図である。

本例では、ＭＰＵ６１の通信信号出力端子Ｏｕｔと電力供給線２との間の配線６９にカップリングコンデンサ６２を設けることで電力供給線２を用いた通信が可能とされている。すなわち、カップリングコンデンサ６２（上述したカップリングコンデンサ６３も同様）は、直流成分を遮断して交流成分のみを通過させる機能を有する。したがって、図３に示すように、電位Ｖｄの直流電流と交流通信信号の混成信号は、カップリングコンデンサ６２を通過する際に直流成分が除去されて上述した基準電位Ｖａの交流通信信号のみとなり、これが電力供給線２に送出される。これにより、各電池１１の電圧検出回路６から、組電池１における電池１１の配設位置に拘らず、同一電位の交流通信信号が電力供給線２に送出され、制御回路７において通信信号の認識が可能になる。

図２に戻り、ＭＰＵ６１の通信信号入力端子Ｉｎに接続された配線６９ｂには、バンドパスフィルタ６５を構成する抵抗６５１，６５２及びコンデンサ６５３が設けられている。このバンドパスフィルタ６５は、低周波数帯域のノイズを除去して高周波数帯域の信号のみを抽出するハイパスフィルタと、高周波数帯域のノイズを除去して低周波数帯域の信号のみを抽出するローパスフィルタの両方の機能を有するフィルタ回路である。なお、同図に示す符号６５４は整流用ダイオードである。

本例のバンドパスフィルタ６５は、電力供給線２に流れる種々の信号（ノイズ）の中から、制御回路７との間で通信するための特定周波数帯域の信号を抽出するためのフィルタ回路である。

図４は、本例に係る監視装置５で用いられる通信周波数帯域を説明するための図である。本例の通信方式では、電力供給線に交流通信信号を流すことから使用できる周波数は、電池１１を通過できる周波数でなければならない。この周波数帯域は電池１１の構成によって異なるが、これを同図に符号Ｃにて示す。また、電力供給線２を他の交流信号が流れる場合には、これらと重複しない帯域でなければならない。

たとえば、組電池１の地絡状態を検出する地絡検出装置８（図１参照。具体的構成例は、たとえば特開２００３−２５０２０１号公報参照。）、インバータ３およびＤＣ／ＤＣコンバータ（不図示）からの交流信号が電力供給線２に混成し、それぞれの装置から生じる交流信号の周波数帯域が図４に示す範囲にあるとすると、地絡検出装置とインバータ３との間の周波数帯域（同図に斜線で示す）が比較的余裕があるので、この帯域を電圧検出回路６と制御回路７との間の通信信号の周波数帯域として用いることができる。

そして本例では、地絡検出装置８からのノイズを除去するハイパスフィルタＨＰＦと、インバータ３からのノイズを除去するローパスフィルタＬＰＦとを用い、電力供給線２及び配線６１１，６９，６９ｂを介して入力される信号からこの周波数帯域の信号のみを抽出し、これをＭＰＵ６１の通信信号入力端子Ｉｎに入力することとしている。ちなみに、ＭＰＵ６１の通信信号出力端子から出力される交流通信信号は、この周波数帯域の信号としてＭＰＵ６１で生成される。

図５は本例の通信方式（入力側）を説明するための図であり、上記のバンドパスフィルタ６５を用いた交流通信信号の抽出処理を模式的に示したものである。電力供給線２を介して送信されてきた交流通信信号は、カップリングコンデンサ６２により直流成分が遮断されて基準電位Ｖａの交流通信信号となり、ハイパスフィルタＨＰＦ及びローパスフィルタＬＰＦを有するバンドパスフィルタ６５によって特定周波数帯域の交流通信信号のみが抽出される。このとき、ＭＰＵ６１は、対応する電池１１の直流電位が接地端子ＧＮＤ１に接続されて、この直流電位を基準にして交流通信信号を認識することから、バンドパスフィルタ６５によって抽出された交流通信信号に、対応する電池１１の直流電位を付加した上でＭＰＵ６１の通信信号入力端子Ｉｎに送出する。

なお、本例では地絡検出装置とインバータ３との間の周波数帯域を通信用周波数帯域としたが、電池１１を通過できる周波数帯域であれば、組電池１が適用されるシステムに応じてこれ以外の帯域を通信用周波数帯域として設定することもできる。

また、本例では制御回路７との間で情報通信を行うにあたり、ＭＰＵ６１の通信信号出力端子と通信信号入力端子を電池１１の正極側に接続したが、これを電池１１の負極側に接続し、負極側から通信信号の送受信を行うこともできる。

図２に戻り、電池１１の正極端子に接続された配線６１１には配線６６ａが並列に接続され、この配線６６ａに容量調整用抵抗６６が設けられている。そして、配線６６ａの他端はＭＰＵ６１の容量調整用端子Ａに接続され、制御回路７からの指令信号に基づいて容量調整用端子Ａと接地端子ＧＮＤ１が所定時間だけＯＮすることで抵抗６６に電池１１からの電流が流れ、これにより電池１１の電池容量が所定量に調整される。

また、各電圧検出回路６には、不揮発性半導体メモリなどにより構成され、検出対象である電池１１の固有識別子を記憶したメモリ６７が設けられている。このメモリ６７に格納された固有識別子は、検出した電圧値を交流信号にして出力する際に、その交流信号のヘッダとして付加された上で制御回路７に送られる。これにより、制御回路７は送られてきた電圧値に関する情報がどの電池１１に対応するものかを認識することができる。また、制御回路７から送られる容量調整指令信号にも対象となる電池１１の固有識別子が付加されており、電圧検出回路６においてメモリ６７に記憶された固有識別子と比較することにより、自己に対する容量調整指令かどうかを判断することができる。

図１に戻り、制御回路７は、ＭＰＵ７１と、ＭＰＵ７１の通信信号出力端子および通信信号入力端子を電力供給線２に接続する配線７２と、ＭＰＵ７１の通信信号用接地端子を本例の組電池１を収納する電池ケースなどの接地点に接続する配線７４と、配線７２に設けられたカップリングコンデンサ７３とを有する。

ＭＰＵ７１は、上述した各電圧検出回路６により検出された各電池１１の端子間電圧値を取り込んで組電池１の電池容量を把握し、過充電や過放電を防止するための総括的制御を実行する。このため、各電圧検出回路６に対し、電池１１の電圧を検出する旨の指令信号を送出する。この指令信号は、図４を参照して説明したとおり、特定の周波数帯域（図４の斜線部分）の交流通信信号として生成される。そして、配線７２に設けられたカップリングコンデンサ７２によって直流成分が遮断され、電圧検出回路６と同じ基準電位Ｖａの交流通信信号として電力供給線２に送出される。

なお、電池１１の電圧を検出する旨の指令信号を出力することに代えて、各電圧検出回路６にクロック機能を付加し、所定の時間間隔で電圧検出回路６から制御回路７へ検出した電圧値を送出するように構成することもできる。

ＭＰＵ７１は、各電圧検出回路６から送出されてきた各電池１１の電圧値に相当する交流通信信号を読み込み、当該交流通信信号に含まれる電池１１の固有識別子とともに電圧値を解析する。そして、所定の閾値以上に電池容量に差がある場合は、その対象とされる電池１１に相当する電圧検出回路６に指令信号を送出し、容量調整用抵抗６６に所定時間だけ電流を流すことにより、たとえば組電池１を構成する各電池１１の容量が均等になるよう制御する。このとき出力される容量調整指令信号には、容量調整の対象とされる電池１１の固有識別子が付加され、各電圧検出回路６では、メモリ６７に格納された固有識別子と比較することで自己対する指令かどうかを判断する。

なお、電圧検出回路６にカップリングコンデンサ６２，６３が設けられているので、制御回路７のカップリングコンデンサ７３は省略することもできる。

以上のように、本実施形態の組電池１の監視装置５によれば、電力供給線２を介して電圧検出回路６と制御回路７との間の情報のやり取りを行うので、従来必要とされた専用の情報通信用配線が不要となり、これにともなう配線自体の費用および配線を取り廻すための組み立て工数ならびに配線スペースを低減することができる。

また、それぞれの電圧検出回路６から送出される交流通信信号の直流電位が相違する場合でも、カップリングコンデンサ６３により基準電位を等しくするとともにカップリングコンデンサ６２を介して電力供給線２に送出するので、同一電位の交流通信信号とすることができる。

さらに、電力供給線２を介して受信する交流通信信号に種々の周波数帯域の信号が含まれている場合でも、バンドパスフィルタ６５を用いて特定周波数帯域の交流通信信号を抽出するので、電圧検出回路６と制御回路７との通信が可能となる。

また、電圧検出回路６と制御回路７とで通信を行う際に電池１１の固有識別子を交流通信信号に付加するので、複数の電圧検出回路６の中から目的とする電池１１の電圧検出回路６を特定することができる。

《電圧検出回路６の実施形態》
ところで、電池１１を薄型電池などで構成して組電池１を小型化しようとする場合に、上述した電圧検出回路６のうち、ＭＰＵ６１、メモリ６７、コンデンサ６２，６３，６４３，６５３、ダイオード６５４といった回路素子を、積層した電池１１の隙間に配置すると省スペース化を図ることができる。

このうちコンデンサ６２，６３，６４３，６５３はセラミックコンデンサなどにより構成することができるが、一般的には２ｍｍ×１．２５ｍｍ×０．６ｍｍ程度の大きさを有する。しかしながら、後述する電池１１の外装部材１１４，１１５は、導電層の両主面に絶縁層が積層されたラミネート構造であるため、これをコンデンサとして利用することができる。

図６〜図１０に示す実施形態は、上述した電圧検出回路６のカップリングコンデンサ６３をセラミックコンデンサに代えて外装部材を利用した例を示すものである。

図６は本実施形態に係る組電池を示す断面図、図７は本実施形態に係る電池１１を示す平面図、図８は同じく電池１１を示す拡大断面図（図６のVIII部）、図９は他の実施形態に係る電池１１を示す拡大断面図（図６のVIII部）、図１０はさらに他の実施形態に係る電池１１を示す拡大断面図（図６のVIII部）である。なお図６は、図１のブロック図に対応する図であり、地絡検出装置８はその図示を省略する。

本例の電池１１は、リチウム系、平板状の薄型二次電池であり、発電要素１１１と、正極の電極端子である正電極タブ１１２と、負極の電極端子である負電極タブ１１３と、上部外装部材１１４と、下部外装部材１１５とから構成されている。

発電要素１１１は、詳細な図示は省略するが、正電極タブ１１２に接続され正極活物質が塗布された正極板と、負電極タブ１１３に接続され負極活物質が塗布された負極板とを、絶縁性セパレータを介して交互に積層したものである。なお、バイポーラ型電池を採用することもできる。

上部外装部材１１４と下部外装部材１１５は、図８に示すように、たとえばアルミニウム箔等の金属箔の一方の面（電池１１の内側面）をポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン又はアイオノマー等の樹脂でラミネートし、他方の面（電池１１の外側面）をポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂でラミネートしたものであり、可撓性を有する。上部外装部材１１４の金属箔を導電層１１４１、上部外装部材１１４の電池の外側面を絶縁層１１４２、上部外装部材１１４の電池の内側面を絶縁層１１４３、下部外装部材１１５の金属箔を導電層１１５１、下部外装部材１１５の電池の外側面を絶縁層１１５２、下部外装部材１１５の電池の内側面を絶縁層１１５３として図８及び図９に示す。

本例では、上部外装部材１１４を発電要素１１１の厚さに相当する凹状に形成する一方で、下部外装部材１１５を平板状に形成している。なお、上部外装部材１１４及び下部外装部材１１５の両方を凹状に形成することもでき、また上部外装部材１１４を平板状にして下部外装部材１１５を凹状に形成することもできる。

そして、これら上部外装部材１１４及び下部外装部材１１５によって、上述した発電要素１１１、正電極タブ１１２の一部及び負電極タブ１１３の一部を包み込み、当該外装部材１１４，１１５により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウムや六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、この空間を吸引して真空状態とした後に、外装部材１１４，１１５の外周端部の全周を熱プレスにより熱融着して封止する。この熱融着により上部外装部材１１４と下部外装部材１１５が接合ざれた部分を図７に接合部１１６として示す。

上部外装部材１１４も下部外装部材１１５も、図７に示すように電池要素１１１の平面の大きさに略等しい面積を有し、また絶縁層１１４２，１１４３，１１５２，１１５３を構成するポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂など、特にポリプロピレンは、誘電体としての誘電率が大きい。さらに、電池１１は薄型電池であるため外装部材１１４，１１５の距離が短い。

コンデンサ容量Ｃは、誘電体の誘電率εおよび電極面積Ａに比例し、電極間距離ｄに反比例する（Ｃ∝ε・Ａ／ｄ）ことから、電池１１の外装部材１１４，１１５の導電層１１４１,１１５１の一方をコンデンサの電極として利用し、コンデンサの他方の電極を電池１１の外部に設けることで、絶縁層を電化蓄積部とした大容量のコンデンサを構成することができる。

本例では、図７に示すように各電池１１の上部外装部材１１４の外面に、カップリングコンデンサ６３の一方の電極を構成する通信用電極１２を設けている。また、図８に示すように、カップリングコンデンサ６３の他方の電極は上部外装部材１１４の導電層１１４１とするべく、ＭＰＵ６１の通信信号用接地端子ＧＮＤ２と上部外装部材１１４の導電層１１４１の接続部１１４４との間は配線６９ｃにより接続されている。

通信用電極１２は、導電層１１４１と同様のアルミニウム箔や銅箔などの金属箔からなり、図７に平面図で示すように電池要素の面積と同等の面積を有する大きさに形成され、電池１１の電極タブ１１２，１１３が導出していない辺（同図に示す電池形状では長辺）の一方に突出するように上部外装部材１１４の外面に接着剤などにより貼り付けられている。

通信用電極１２は各電池１１の上部外装部材１１４の外面に貼り付けられ、図６に示すように各電池１１を重ね合わせると、いずれの通信用電極１２も同じ側に突出するように設けられている。そして、これら各通信用電極１２を一つの配線１２１で接続し、電池ケース１３に電気的に接続する。これにより、カップリングコンデンサ６３の基準電位Ｖａが電池ケース１３の電位、すなわち接地電位となり、取り付け作業量が軽減される。

ＭＰＵ６１の通信信号用接地端子ＧＮＤ２を上部外装部材１１４の導電層１１４１の接続部１１４４に接続するとともに、通信用電極１２を上部外装１１４の外面に貼り付け、これを電池ケース１３に接続することにより、上部外装部材１１４の絶縁層１１４２が誘電体（電荷蓄積部）、導電層１１４１及び通信用電極１２が両電極にそれぞれ対応するカップリングコンデンサ６３が構成される。

絶縁層１１４２を構成する樹脂の誘電率εが大きく、導電層１１４１と通信用電極１２との距離が短く、しかも導電層１１４１と通信用電極１２との対向面積が大きいので、容量が大きいカップリングコンデンサ６３を得ることができる。さらに、上部外装部材１１４と薄膜の通信用電極１２とによりカップリングコンデンサ６３を構成しているので、当該カップリングコンデンサ６３の配置スペースを著しく低減することができる。

なお本例において、通信用電極１２の接続部位は接地部位である必要はなく、通信信号用の基準電位Ｖａとして安定な電位の部位であればよい。また、通信用電極１２を下部外装部材１１５の外面に貼り付けるとともに、ＭＰＵ６１の通信信号用接地端子ＧＮＤ２を下部外装部材１１５の導電層１１５１に接続することもできる。

本実施形態において特にカップリングコンデンサ６３を対象としているのは、前述の通り、カップリングコンデンサ６３の一端はＭＰＵ６１の通信信号用接地端子ＧＮＤ２には配線６９ｃに接続されるが、他端は組電池１を収納する電池ケースなどの接地点に接続される必要がある。

ここで、電池ケースなどの接地点に接続される配線は短いので配線の増大という点では大きな問題とはなりえないが、電池１１に配置されたカップリングコンデンサを各々電池ケースに電気的に接続する為には電池ケースに電池１１を収納する際に配線作業を行わなくてはならず、作業性が悪化する。つまり電池１１は電池11同士を接続する電力用の配線の接続に加えて、通信用の配線の接続を行う必要がある。

しかし、本実施形態によれば、電池１１に直接に電気的な配線作業を行うことなく、通信用電極１２を配置するだけで良いので作業が簡便となり好適である。この際、別途通信用電極１２とケースを接続する必要があるが、ケースを製造する際に予め準備・接続するようにしておけば、すくなくとも電池１１をケースに収納する際には電池１１と電気的な接続を行わなくてよいので作業自体は簡便となる。

図８に示す例では、カップリングコンデンサ６３を上部外装部材１１４の絶縁層１１４２と導電層１１４１と通信用電極１２とで構成したが、電池１１自体が薄型電池であることから一方の電極を下部外装部材１１５の導電層１１５１とすることもできる。図９はこのように変形した例を示す断面図であり、図８に相当する図である。

図９に示す実施形態では、ＭＰＵ６１の通信信号用接地端子ＧＮＤ２を、配線６９ｃを介して下部外装部材１１５の導電層１１５１の接続部１１５４に接続し、通信用電極１２は図８に示す実施形態と同様に上部外装部材１１４の外面に貼り付けている。

こうすることで、導電層１１５１及び通信用電極１２との間に、直列に接続された２つのコンデンサが構成される。すなわち、一方のコンデンサは、上部外装部材１１４の絶縁層１１４２を誘電体（電荷蓄積部）とし通信用電極１２と上部外装部材１１４の導電層１１４１を電極とするコンデンサであり、他方のコンデンサは、下部外装部材１１５の絶縁層１１５３を誘電体（電荷蓄積部）とし下部外装部材１１５の導電層１１５１と上部外装部材１１４の導電層１１４１を電極とするコンデンサである。

本例においては、図８に示す例に比べて導電層１１４１と通信用電極１２との距離は幾分長いが、絶縁層１１４２を構成する樹脂の誘電率εが大きく、しかも導電層１１４１，１１５１と通信用電極１２との対向面積が大きいので、容量が大きいカップリングコンデンサ６３を得ることができる。さらに、外装部材１１４，１１５と薄膜の通信用電極１２とによりカップリングコンデンサ６２を構成しているので、当該カップリングコンデンサ６３の配置スペースを著しく低減することができる。

ちなみに、図１及び図２に示す電圧検出回路６のうち上述したカップリングコンデンサ６３以外の配線及び電子部品を、フレキシブル配線基板６００として構成することができる。

図８及び図９に示す実施形態は、図２に示す電圧検出回路６のカップリングコンデンサ６３を電池１１の外装部材１１４，１１５に形成した例であるのに対し、図１０に示す実施形態は、図２に示すカップリングコンデンサ６２を電池１１の外装部材１１４に形成した例である。
すなわち、図１０に示すように、カップリングコンデンサ６２の一方の電極を上部外装部材１１４の導電層１１４１とするべく、ＭＰＵ６１の通信信号出力端子Ｏｕｔと上部外装部材１１４の導電層１１４１の接続部１１４４との間は配線６９ａにより接続されている。
これにより、上部外装部材１１４の絶縁層１１４３が誘電体（電荷蓄積部）、導電層１１４１及び正電極タブ１１２が両電極にそれぞれ対応するカップリングコンデンサ６２が構成される。
図８に示す例に比べて導電層１１４１と正電極タブ１１２との対向面積は幾分小さいが、絶縁層１１４３を構成する樹脂の誘電率εが大きく、導電層１１４１と正電極タブ１１２との距離が短いので、容量が大きいカップリングコンデンサ６２を得ることができる。さらに、上部外装部材１１４と正電極タブ１１２とによりカップリングコンデンサ６２を構成しているので、当該カップリングコンデンサ６２の配置スペースを著しく低減することができる。

図１１は、本実施形態に係るフレキシブル配線基板６００を示す図であり、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図である。なお、図１１（Ａ）は、一つのフレキシブル配線基板６００に切断する前の状態を示す平面図である。図１２はフレキシブル配線基板６００を用いた電池１１を示す平面図、図１３は図１２のXIII-XIII線に沿う断面図である。

本例のフレキシブル配線基板６００は、図１１（Ｂ）の断面図に示すように、ポリイミド樹脂基板などの絶縁性シート６０１上に、抵抗を含む配線パターン６０２を銅などの導電性材料によりパターニングし、さらに所定位置に、上述したカップリングコンデンサ６３以外のＩＣ、コンデンサ、ダイオードなどの回路素子（電子部品）６０３を実装したものである。また、配線パターン６０２や回路素子６０３の絶縁性を確保するために、これらの表面を絶縁性保護フィルム６０４にて被覆している。

なお、図１１（Ａ）は、配線パターン６０１、抵抗６０２および電子部品６０３を模式的に示した図であって、実際には図２に示す電圧検出回路６の構成にしたがって、同図に示す配線パターン、抵抗、ＭＰＵを構成するＩＣ、カップリングコンデンサおよびダイオードを適切なレイアウトで配置する。

本例のフレキシブル配線基板６００は、基板全体を矩形状に形成し、図１２に示すように、長手方向の長さを電池１１の正電極タブ１１２と負電極タブ１１３との距離に相当する長さに形成している。基板６００を矩形状に形成することで、図１１（Ａ）に示す如く原板の歩留まりが良好となる。また、矩形状に形成することで、打ち抜き装置を用いて簡単に切断することができる。

また、本例のフレキシブル配線基板６００では、図２に示す正極側に接続される配線６１１の配線パターン（正電極タブ１１２との接続部）を基板６００の一方の端部に形成するとともに、負極側に接続される配線６１２の配線パターン（負電極タブ１１３との接続部）を基板６００の他方の端部に形成し、その間に図２に示す配線パターンを形成している。

これにより、図１２及び図１３に示すように、矩形状のフレキシブル配線基板６００を電池１１の上部外装部材１１４上に重ね、正電極タブ１１２と負電極タブ１１３のそれぞれにフレキシブル配線基板６００の両端を電気的に接続するように接合することで、回路素子６０３を除くフレキシブル配線基板６００の厚さだけ増加するだけで、電池１１に電圧検出回路６を一体的に設けることができる。

これに対し、図２に示すＭＰＵ６１、メモリ６７、コンデンサ６２，６４３，６５３、ダイオード６５４などの回路素子６０３は基板自体に比べ相対的に厚さが大きい。このため、これら厚さが大きい回路素子６０３は、図１３に示す電池１１の接合部１１６のスペースＳに設けることとしている。

すなわち、同図に示すようにフレキシブル配線基板６００を電池１１に装着したときに、フレキシブル配線基板６００に実装された回路素子６０３が上部外装部材１１４と下部外装部材１１５との接合部１１６に位置するようなレイアウトで基板６００上に実装することとしている。なかでも、ＭＰＵ６１を構成するＩＣチップは最も大きいので、こうした大きい回路素子から優先的にレイアウトする。

なお、図２に示す電気回路例でいえば、ＭＰＵ６１、メモリ６７、コンデンサ６２，６４３，６５３、ダイオード６５４といった６個の回路素子６０３（クロック回路のコンデンサを含めると７個）を外装部材１１４，１１５の接合部１１６に配置する。

また、これらの回路素子６０３を基板６００上にレイアウトするにあたり、以下の点を考慮することもできる。

すなわち、図２に示す電圧検出回路６のうちのアナログ回路はノイズの影響を受け易い。したがって、ノイズを除去するバンドパスフィルタ６５を構成する抵抗６５１，６５２、コンデンサ６５３及びダイオード６５４を、交流通信信号の送受信を行う電池１１の正電極タブ１１２に近い位置にレイアウトする。本例では、電池１１の正極側に通信信号の入出力端子を接続しているので、バンドパスフィルタ６５を正電極タブ１１２に極力近い位置に設けることでノイズの影響を受ける範囲を短くすることができる。

これに対し、ノイズの影響が相対的に小さいＭＰＵ６１やメモリ６７は、必要に応じて正極側または負極側を含めた何れの部位に設けてもよい。フレキシブル配線基板６００のレイアウト上、正極側にバンドパスフィルタ６５を設けることで正極側の配置スペースが少ない場合は負極側に設けることができる。特に基板６００を矩形状に形成することで原板の歩留まりを高めたい場合には、バンドパスフィルタ６５を構成する２個の回路素子６５３，６５４を正極側に設け、ＭＰＵ６１を含む残りの４個（又は５個）の回路素子を正極側と負極側に適宜配置することが望ましい。

図１４は、本実施形態に係るフレキシブル配線基板６００の製造方法の一例を示す断面図である。本例のフレキシブル配線基板６００は、まず（Ａ）に示すようにポリイミド樹脂などからなる絶縁性シート６０１の一方の主面全面に、銅などの導電性箔６０２ａが形成された原板を用意し、この原板の銅箔を、目的とする配線パターンに対応したマスクとエッチング剤を用いてエッチングすることにより抵抗や電子部品を実装するランドを含む配線パターン６０２を形成する（同図（Ｂ））。基板の両端は、電池１１の正電極タブ１１２及び負電極タブ１１３に接合するために銅箔を残しておく。

次いで、所定位置に形成されたランドにＩＣチップ、コンデンサおよびダイオードなどの回路素子６０３を半田付けなどによって実装する（同図（Ｃ））。次いで、配線パターン６０２及び回路素子６０３の上から絶縁性保護フィルム６０４を被せ、熱プレスなどによって溶融被覆する（同図（Ｄ））。このとき、基板６００の両端の、正電極タブ１１２及び負電極タブ１１３との接合部の銅箔には絶縁性反故フィルム６０４を被覆しない。

以上の工程は、図１１（Ａ）に示すように１枚の原板に対し複数のフレキシブル配線基板６００が形成されるように行うので、次の工程にて１枚のフレキシブル配線基板６００を得るように切断する。

最後に、切り離された１枚のフレキシブル配線基板６００を上述した１つの電池１１の正電極タブ１１２と負電極タブ１１３に超音波溶接やレーザ溶接などによって接合する。なお、フレキシブル配線基板６００は、両端のみ電池１１の正電極タブ１１２と負電極タブ１１３に接合すればよく、その間の部分は接合してもしなくてもよい。特に、電池１１を積層して組電池１を構成する場合は、フレキシブル配線基板６００の中間部分を電池外装に接合しなくても、電池１１によって加圧されることにより固定される。

以上のように、本実施形態のフレキシブル配線基板６００を用いれば、図１３に示すように電池１１を積層して組電池１を構成する場合でも、回路素子６０３を除く基板６００のみの厚さだけ厚さが増加するだけであり、組電池１の厚さの増加を抑制することができる。そして、電圧検出回路６がフレキシブル配線基板６００に作り込まれて各電池１１に一体的に装着される結果、監視装置５を構成する残りの制御回路７は電池ケースの空きスペースに設ければ足りる。すなわち、従来のように制御回路と電圧検出回路を集約していた大きな制御基板を省略することができ、組電池を小型化することができる。

また、回路素子６０３は、電池１１の接合部１１６のスペースＳに配置するので、回路素子に余計な負荷が作用することが防止でき、また回路素子６０３により電池１１の外装部材１１４，１１５に損傷を与えることも防止できる。

さらに、矩形状のフレキシブル配線基板６００とすることで原板の材料歩留まりが向上し、コストダウンが期待できる。

また、バンドパスフィルタ６５を構成する回路素子６０３を、交流通信信号の送受信を行う電池１１の正電極タブ１１２に近い位置にレイアウトしているので、アナログ回路に対するノイズの影響を抑制することができる。

１…組電池
１１…電池
１１１…発電要素
１１２，１１３…電極タブ
１１４，１１５…外装部材
１１４１，１１５１…導電層
１１４２，１１４３，１１５２，１１５３…絶縁層
１１４４，１１５４…接続部
１１６…接合部
１２…通信用電極
１３…電池ケース
２…電力供給線
３…インバータ
４…モータ
５…監視装置
６…電圧検出回路
６１…マイクロプロセッサ
６２，６３…カップリングコンデンサ
６５…バンドパスフィルタ
６６…容量調整用抵抗
６７…メモリ
６００…フレキシブル配線基板
６０１…絶縁性シート
６０２…配線パターン
６０３…回路素子（電子部品）
６０４…絶縁性保護フィルム
７…制御回路
７１…マイクロプロセッサ
７３…カップリングコンデンサ
８…地絡検出装置

Claims

発電要素と、
前記発電要素に接続され、前記発電要素を外部と電気的に接続する電極と、
前記発電要素を内包する外装部材と、を備える電池において、
前記外装部材は、前記発電要素を内包する絶縁層と、前記絶縁層に接する導電層とを有し、
前記導電層は、外部と電気的に接続する接続部を有し、
金属箔からなる通信用電極であって、前記絶縁層の外面に、当該絶縁層を挟んで前記導電層と対向する前記通信用電極を有することを特徴とする電池。
請求項１に記載の電池において、
前記電池の電圧を検出する検出部と、
前記検出部により検出された電圧検出結果を受信する制御部と、をさらに有し、
前記検出部は、前記電圧検出結果を交流通信信号に変換し電力供給線を介して前記制御部へ送信するとともに、
前記検出部の基準電位側端子は、前記導電層の前記接続部に接続され、
前記通信用電極は、前記交流通信信号の基準電位を定める部位に接続されることを特徴とする電池。
請求項２に記載の電池において、
前記絶縁層と、当該絶縁層を挟んで対向する前記導電層及び前記通信用電極は、前記交流通信信号の基準電位を定めるコンデンサを構成することを特徴とする電池。
請求項２又は３に記載の電池において、
複数の前記通信用電極を有し、
前記各通信用電極は、前記基準電位を定める共通の部位に接続されていることを特徴とする電池。
請求項２〜４のいずれか一項に記載の電池において、
前記電池は、二枚のシート状外装部材の外周縁部を接合した接合部を形成して内部に発電要素を封止した袋状の電池外装と、該電池外装の内部の発電要素に電気的に接続されるとともに前記電池外装の外部に導出された電極とを有する薄型電池であり、
前記外装部材は、少なくとも一対の導電層と絶縁層がそれぞれ積層された第１外装部材および第２外装部材を有し、
前記検出部の基準電位側端子は、前記第１外装部材または前記第２外装部材の一方の前記導電層の前記接続部に接続され、
前記通信用電極は、前記一方の外装部材の外面に設けられていることを特徴とする電池。
請求項２〜４のいずれか一項に記載の電池において、
前記電池は、二枚のシート状外装部材の外周縁部を接合した接合部を形成して内部に発電要素を封止した袋状の電池外装と、該電池外装の内部の発電要素に電気的に接続されるとともに前記電池外装の外部に導出された電極とを有する薄型電池であり、
前記外装部材は、少なくとも一対の導電層と絶縁層がそれぞれ積層された第１外装部材および第２外装部材を有し、
前記検出部の基準電位側端子は、前記第１外装部材または前記第２外装部材の一方の前記導電層の前記接続部に接続され、
前記通信用電極は、前記第１外装部材または前記第２外装部材の他方の外面に設けられていることを特徴とする電池。
請求項２〜６のいずれか一項に記載の電池において、
前記外装部材は、少なくとも導電層の両主面に絶縁層が積層された第１外装部材および第２外装部材を有することを特徴とする電池。
請求項２〜７のいずれか一項に記載の電池において、
前記制御部は、前記電力供給線を介して前記検出部を制御する交流通信信号を前記検出部へ送信することを特徴とする電池。
請求項２〜８のいずれか一項に記載の電池において、
前記検出部は、コンデンサを介して前記電力供給線に接続する通信用接続部を有することを特徴とする電池。
請求項２〜９のいずれか一項に記載の電池において、
前記組電池に接続される電力変換装置からのノイズを除去するフィルタ回路をさらに有することを特徴とする電池。
請求項２〜１０のいずれか一項に記載の電池において、
前記組電池の地絡状態を検出する地絡検出装置からのノイズを除去するフィルタ回路をさらに有することを特徴とする電池。
請求項２〜１１のいずれか一項に記載の電池において、
前記電池の容量を調整する抵抗をさらに有することを特徴とする電池。
請求項２〜１２のいずれか一項に記載の電池において、
前記検出部は、検出対象の電池の固有識別子を記憶する記憶部をさらに有することを特徴とする電池。