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WO2013108786A1 - 電源装置、これを備える車両及び蓄電装置並びに電源装置用の回路基板 - Google Patents

電源装置、これを備える車両及び蓄電装置並びに電源装置用の回路基板 Download PDF

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Publication number
WO2013108786A1
WO2013108786A1 PCT/JP2013/050679 JP2013050679W WO2013108786A1 WO 2013108786 A1 WO2013108786 A1 WO 2013108786A1 JP 2013050679 W JP2013050679 W JP 2013050679W WO 2013108786 A1 WO2013108786 A1 WO 2013108786A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
detection
power supply
supply device
battery
circuit board
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/050679
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
智徳 國光
公彦 古川
Original Assignee
三洋電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三洋電機株式会社 filed Critical 三洋電機株式会社
Publication of WO2013108786A1 publication Critical patent/WO2013108786A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device in which a plurality of battery cells are stacked, a vehicle including the battery cell, a power storage device, and a circuit board for the power supply device, and is particularly mounted in an electric vehicle such as a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle, and an electric motorcycle.
  • the substrate Regarding the substrate.
  • a battery block in which a plurality of battery cells are stacked and a monitoring circuit for monitoring the voltage and temperature of the battery cells constituting the battery block are mounted as a vehicle power supply device used in a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • a power supply device of a structure provided with a circuit board (patent document 1).
  • An example of such a power supply device is shown in the exploded perspective view of FIG.
  • a circuit board 826 is fixed to the upper surface of a stacked body of rectangular battery cells 801 by screws.
  • a voltage detection circuit for detecting the voltage of each battery cell 801 is mounted on a circuit board 826 as a monitoring circuit.
  • the voltage detection circuit is composed of a voltage detection IC 830 having a plurality of terminal pins for inputting a voltage signal, and detects the cell voltage of each battery cell by connecting each input terminal and both ends of each battery cell. And can be calculated.
  • the voltage detection IC 830 is arranged in the order of voltage from the upper battery cell (V n , V n ⁇ 1 , V n ⁇ 2 , V n) from the relationship of the insulation distance between the terminal pins of the voltage detection IC 830. -3 ,..., V 2 , V 1 , V 0 ), terminal pins are arranged, and each terminal pin has a predetermined battery cell to be connected.
  • the cell voltage of the battery cell detected by the voltage detection circuit may be used to monitor whether or not an abnormality has occurred in the battery cells constituting the battery block.
  • the voltage detection IC fails in the configuration in which the cell voltage of the battery cell is monitored by one voltage detection IC.
  • the circuit board for the power supply device configured to use two voltage detection ICs can improve the safety by providing redundancy, but the voltage detection ICs are compared with other electronic components. Since the circuit board is large, the area occupied by the circuit board is increased, and the size of the circuit board is increased as compared with the configuration using one voltage detection IC. In recent years, there has been a strong demand for miniaturization of the power supply device. For example, as in the power supply device of Patent Document 1, a power supply device configured to reduce the size of the power supply device by arranging the circuit board between the terminals of the battery cell. For example, the space for arranging the circuit board is limited, and the circuit board for the power supply apparatus is also required to be downsized.
  • a main object of the present invention is to provide a power supply device capable of efficiently mounting a voltage detection IC, a vehicle including the same, a power storage device, and a circuit board for the power supply device.
  • the power supply device of the first aspect of the present invention in order to detect the battery characteristics of a plurality of battery cells and at least one of the plurality of battery cells, A first detection IC connected to any one of the battery cells, and a second detection IC connected to any one of the battery cells separately from the first detection IC in order to detect battery characteristics of the battery cells.
  • a power supply device comprising: a detection IC; and a circuit board on which the first detection IC and the second detection IC are mounted, wherein the first detection IC is disposed on a first surface of the circuit board, The second detection IC is disposed on a second surface of the circuit board opposite to the first surface, and the second detection IC is arranged on the first surface with the first detection IC.
  • Is disposed at a position on the second surface corresponding to the portion provided with The detection IC and the second detection IC include a plurality of terminals, and the plurality of terminals include at least a part of the terminals of the second detection IC, and the terminals of the first detection IC and the terminals.
  • the arrangement pattern of the terminals of the second detection IC can be a mirror image of the terminals of the first detection IC.
  • the battery characteristic information can be the voltage of the battery cell.
  • the first detection IC is a measurement IC that detects a cell voltage of each battery cell
  • the cell voltage of each battery cell is the second detection IC. It can be set as the monitoring IC which detects whether the predetermined threshold voltage is not exceeded.
  • the plurality of batteries can be stacked to form a battery block, and the circuit board can be disposed on one surface of the battery block.
  • the circuit board can be arranged in a compact manner and contribute to the miniaturization of the power supply device.
  • the power supply device described above can be provided.
  • the above power supply device can be provided.
  • the first detection IC and the second detection IC are provided with a plurality of terminals, and the second detection IC has at least one terminal.
  • the terminal of the first detection IC is at least partially matched with the terminal of the first detection IC, and the arrangement pattern of the terminal of the second detection IC is a mirror image of the terminal of the first detection IC.
  • FIG. 6 is a plan view showing an example in which the voltage detection ICs of FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a plan view showing an example in which one voltage detection IC is arranged in a posture rotated by 180 ° from the state of FIG. 6.
  • FIG. 8A is a plan view showing the first detection IC and the second detection IC according to the embodiment
  • FIG. 8B is an arrangement in which the first detection IC and the second detection IC of FIG.
  • It is a top view which shows an example.
  • It is a block diagram which shows the example which mounts a power supply device in the hybrid vehicle which drive
  • each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
  • the contents described in some examples and embodiments may be used in other examples and embodiments.
  • FIG. 1 is an external perspective view of the battery block 10 constituting the power supply device
  • FIG. 2 is an exploded perspective view in which the safety valve duct 24, the pressing portion 22, and the seal member 20 are disassembled from FIG.
  • disassembled the battery cell 1, the separator 6, and the end plate 7 from each is shown.
  • the battery block 10 has a box shape as shown in FIG. A plurality of battery blocks 10 are connected in series or in parallel to constitute a power supply device. As shown in the exploded perspective view of FIG.
  • each battery block 10 includes a battery block 10 in which a plurality of battery cells 1 are stacked, a seal member 20, a pressing portion 22, and a safety valve duct 24.
  • the safety valve duct 24 is in communication with the safety valve 3 of the battery cell 1. (Battery block 10)
  • the battery block 10 is a block body in which a plurality of battery cells 1 are stacked via insulating separators 6 and end plates 7 are arranged on both end faces and fastened. It is.
  • the end plates 7 on both end surfaces are fastened with a bind bar (not shown).
  • the bind bar is disposed on the side surface or the upper surface of the battery block 10. This bind bar is configured by bending a metal plate.
  • the battery block 10 can be firmly held by sandwiching the laminated body of the battery cells 1 between the end plates 7 fastened by the bind bar. (Battery cell 1)
  • the battery cell 1 uses a thin outer can 2 whose thickness is thinner than the width of the upper side.
  • the outer can 2 has a substantially box shape in which the four corners of the outer can 2 are chamfered.
  • the sealing plate 4 that seals the outer can 2 on the upper surface of the outer can 2 has a pair of electrode terminals 5 protruding and a safety valve 3 provided between the electrode terminals 5.
  • the safety valve 3 is configured to open when the internal pressure of the outer can 2 rises to a predetermined value or more, and to release the internal gas. By opening the safety valve 3, the increase in the internal pressure of the outer can 2 can be stopped.
  • the battery cells 1 are stacked so that the safety valve 3 is arranged on one surface (the upper surface in the present embodiment) of the battery block 10. .
  • the unit cell constituting the battery cell 1 is a rechargeable secondary battery such as a lithium ion battery, a nickel-hydrogen battery, or a nickel-cadmium battery.
  • a lithium ion battery is used for a thin battery, there is an advantage that the charge capacity with respect to the capacity of the whole pack battery can be increased.
  • a circuit board 26 is disposed on the upper surface of the safety duct 24. As described above, the circuit board 26 is arranged on the upper surface of the battery block 10, so that when the plurality of battery blocks are coupled to each other, the coupling surface does not interfere with the circuit board 26 and the battery block can be downsized. Is advantageous.
  • a bus bar 27 that connects the electrode terminals 5 of adjacent battery cells 1 is provided on the upper surface of the battery block 10.
  • the bus bar 27 extends in parallel along the stacking direction of the battery cells 1, and the arrangement lines of the pair of bus bars 27 are separated from each other on the upper surface of the battery block 10.
  • the circuit board 26 is provided with a monitoring circuit for monitoring the temperature and voltage of the battery cells 1 constituting the battery block 10 and confirming that no abnormality has occurred.
  • the monitoring circuit determines the state of the battery cell 1 based on the characteristic information of the battery cell 1 sent from a plurality of detection means provided in the battery cell 1.
  • the characteristic information the voltage, current, temperature, etc. of the battery cell 1 can be used.
  • the voltage is not limited to the cell voltage, and the voltage of the entire battery block can be detected, or the voltage of a connection body in which a plurality of battery cells are connected in series can be detected and used as characteristic information. .
  • a temperature sensor such as a PTC, a thermistor, a thermocouple, or a varistor can be used.
  • the temperature sensor can be arranged to detect not only the temperature of the battery cell but also the temperature of other members such as the temperature of the bus bar and the temperature of the circuit board. Such a temperature is also included in the battery cell characteristic information in this specification.
  • the first detection IC 31 is mounted on the circuit board 26 as a monitoring circuit.
  • the first detection IC 31 is connected to both ends of each battery cell 1 and detects a cell voltage.
  • the voltage of each bus bar 27 is detected, and the cell voltage is obtained by subtraction.
  • Each bus bar 27 is connected to the circuit board 26 via a harness 63.
  • the harness 63 and the circuit board 26 are connected via a connector.
  • the circuit board 26 is printed with a wiring pattern so that the connector terminals are electrically connected to the terminal pins of the first detection IC 31.
  • the first detection IC 31 detects the voltage of the bus bar 27 that connects the battery cells, and calculates the cell voltage based on the potential difference between the bus bars 27 of the battery cells 1 connected in series.
  • the circuit board 26 is provided with an external output connector 67, and the cell voltage calculated by the voltage detection circuit can be output to an external board or the like via the external output connector 67.
  • a first detection IC 31 is configured by an ASIC or the like.
  • the first detection IC 31 is directly connected to the bus bars 27 corresponding to both ends of the battery cell 1 to measure the cell voltage. That is, the first detection IC serves both as the detection means and the monitoring circuit, but the present invention is not limited to this configuration.
  • a voltage sensor may be provided separately and a voltage signal once detected by the voltage sensor may be output to the first detection IC.
  • the detection means and the monitoring circuit are separate members.
  • the first detection IC 31 is mounted on the upper surface side of the circuit board 26.
  • a second detection IC 32 is mounted on the lower surface side of the circuit board 26 as shown in FIG.
  • the mounting area of the circuit board 26 can be effectively used by mounting the detection ICs on the upper and lower surfaces using the circuit board 26 as a double-sided board.
  • the first detection IC 31 is a measurement IC that detects the cell voltage of each battery cell 1
  • the second detection IC 32 detects whether or not each battery cell 1 is overcharged or overdischarged. It is a monitoring IC. As described above, by mounting a plurality of different detection ICs as monitoring circuits on the circuit board, the safety of the battery cell can be detected from different viewpoints, and the redundancy can be increased to improve the reliability of the power supply device.
  • the second detection IC 32 detects whether the cell voltage does not exceed a predetermined threshold voltage, or calculates whether the cell current does not exceed a predetermined threshold current.
  • These threshold values set an upper limit and a lower limit. When the detected or calculated value is within this range, it is determined to be normal, and when it is outside the range, it is determined to be abnormal.
  • the upper limit voltage for preventing overcharging of the battery cell is set to 4.3 V
  • the lower limit voltage for preventing overdischarge is set to 3.5 V, etc.
  • the cell voltage of each battery cell is set to 3.5 V to 4.V. It is determined whether or not it is within the range of 3V, and if it is within this range, it is determined that it is normal, and if it is outside this range, it is determined that it is abnormal, an abnormal signal is output, and necessary processing is performed.
  • the battery block 10 connects the battery cells 1 in parallel, or when connected in parallel and in series, the battery cells 1 connected in parallel have the same potential. It is not necessary to connect the terminal pins of the first detection IC 31 and the second detection IC 32, and the cell voltages can be collectively detected by connecting each bus bar 27 and the terminal pins, as in the above-described configuration. (Connection line)
  • the first detection IC 31 and the second detection IC 32 are connected by a connection line.
  • the connection line is a path for transmitting an electrical signal, and the battery characteristics of the battery cell 1 are transmitted to the first detection IC 31 and the second detection IC 32 via the connection line.
  • at least a part of the wiring is shared between the first detection IC 31 and the second detection IC 32, and thereby wiring for transmitting battery characteristics from the battery cell to the first detection IC 31 and the second detection IC 32, respectively. It can be partially shared and wiring work can be saved accordingly.
  • the first detection IC 31 and the second detection IC 32 use a through hole TH in order to share a connection line.
  • the arrangement space of the detection ICs becomes a problem. That is, when an ASIC is used for the detection IC and a double-sided board or a multilayer board is used for the circuit board, it is common that no electronic component is mounted on the back side of the circuit board on which the detection IC is mounted. This is because in order to avoid the situation where the ASIC is affected by noise, and if circuit components are to be mounted on the back side of the ASIC, the mounting and wiring work is troublesome, so the wiring outside the ASIC is performed. For reasons such as For this reason, conventionally, the back side of the detection IC has been a practical dead space that cannot be used for mounting electronic components. In such a situation, if a plurality of detection ICs are mounted on the same circuit board, there is a problem that a dead space increases and the circuit board must be enlarged.
  • the detection ICs are mounted so as to overlap each other with the circuit board therebetween, thereby efficiently using the back side of the detection ICs, thereby using a plurality of detection ICs. Even in this case, an increase in the size of the circuit board can be avoided.
  • the terminal pin arrangement of each detection IC is made a mirror image pattern so that these detection ICs are sandwiched from both sides of the circuit board.
  • the arrangement pattern of each terminal pin matches, the configuration for wiring can be simplified, and the mounting operation becomes extremely easy.
  • the terminal pins are usually arranged so as to be continuous in descending order or ascending order.
  • the order of the voltage detection lines is V n , V n-1 , V n-2 , V n-3 , ..., so as to be V 2, V 1, V 0 , and the terminal pins are arranged. are connected to the battery block as shown in FIG.
  • the arrangement pattern of the terminal pins is same detection
  • one side for example, the right side detection IC 30 in FIG. 6
  • the pin arrangement is reversed from side to side.
  • the part connected to the pin terminal of each detection IC 30 is different for each detection IC 30 and the wiring pattern becomes very complicated.
  • the arrangement of the terminal pins still does not match.
  • the detection ICs 30 having the same terminal pin arrangement pattern are arranged so as to face each other, the positions of the terminal pins do not coincide with each other, and the wiring becomes extremely complicated. was there.
  • the terminal pin arrangement pattern of one detection IC is configured to be a mirror image with the other pin arrangement.
  • the terminal pin arrangement also matches as shown in FIG. 8B.
  • This provides the advantage that the mounting of the terminals can be greatly simplified.
  • the voltage detection point is matched between the first detection IC 31 and the second detection IC 32.
  • the corresponding terminal pins of the first detection IC 31 and the second detection IC 32 can be connected to each other on the upper and lower surfaces of the circuit board 26.
  • the first detection IC 31 and the second detection IC 32 can share the through hole TH having the same voltage value.
  • the terminals of the upper and lower detection ICs can be inserted into the common through hole TH and soldered together. For this reason, the outstanding advantage that mounting work, such as soldering using reflow etc., can be simplified very much is acquired.
  • the detection IC is mounted on the front surface side of the circuit board 26 and the monitoring IC is mounted on the back surface side, but it goes without saying that the same effect can be obtained even if these are replaced.
  • two detection ICs are mounted, but three or more can be mounted.
  • the outer sizes of the first detection IC 31 and the second detection IC 32 are matched, but the present invention is not limited to such a configuration, and may have different sizes and outer shapes.
  • the first detection IC is formed to be larger than the second detection IC, but the terminal pin arrangement of the first detection IC and the second detection IC is configured to partially match, thereby matching the section.
  • the terminal pin mounting operation can be simplified.
  • the pitch between the terminal pins of the second detection IC 32 is configured to be substantially equal to the pitch between the terminal pins of the first detection IC 31.
  • the pitch between terminals does not have to be the same for all terminals.
  • corresponding terminal pins of the first detection IC and the second detection IC are matched with each other for these terminal pins. It is sufficient if it is configured. That is, in this specification, a mirror image does not require that all terminal pins be completely mirror images, and is a mirror image only for terminals that share wiring between the first detection IC and the second detection IC. It means to ask you to be.
  • the terminals of each detection IC are not limited to the shape protruding in a pin shape, but may be, for example, a surface mount type flat terminal. Even in this case, mounting is facilitated by arranging the connection terminals at corresponding positions through the through holes of the circuit board by arranging the terminals in a mirror image pattern.
  • the first detection IC 31 functions as a measurement IC and the second detection IC 32 functions as a monitoring IC, but the functions are different, but a detection IC having the same function can also be used. In this case, the same detection operation can be performed in each detection IC, and the operation can be completely duplicated.
  • the above power supply apparatus can be used as a vehicle-mounted power supply.
  • a vehicle equipped with a power supply device an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only with a motor can be used, and is used as a power source for these vehicles. . (Power supply for hybrid vehicles)
  • FIG. 9 shows an example in which a power supply device is mounted on a hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor.
  • a vehicle HV equipped with the power supply device shown in this figure includes an engine 96 and a travel motor 93 that travel the vehicle HV, a power supply device 100 that supplies power to the motor 93, and a generator that charges a battery of the power supply device 100.
  • the power supply apparatus 100 is connected to a motor 93 and a generator 94 via a DC / AC inverter 95.
  • the vehicle HV travels by both the motor 93 and the engine 96 while charging / discharging the battery of the power supply device 100.
  • the motor 93 is driven to drive the vehicle when the engine efficiency is low, for example, during acceleration or low-speed driving.
  • the motor 93 is driven by power supplied from the power supply device 100.
  • the generator 94 is driven by the engine 96 or is driven by regenerative braking when the vehicle is braked to charge the battery of the power supply device 100. (Power
  • FIG. 10 shows an example in which a power supply device is mounted on an electric vehicle that runs only with a motor.
  • a vehicle EV equipped with the power supply device shown in this figure includes a traveling motor 93 for traveling the vehicle EV, a power supply device 100 that supplies power to the motor 93, and a generator 94 that charges a battery of the power supply device 100.
  • the motor 93 is driven by power supplied from the power supply device 100.
  • the generator 94 is driven by energy when regeneratively braking the vehicle EV and charges the battery of the power supply device 100. (Power storage device for power storage)
  • this power supply device can be used not only as a power source for a moving body but also as a stationary power storage facility.
  • a power source for home and factory use a power supply system that is charged with sunlight or midnight power and discharged when necessary, or a streetlight power supply that charges sunlight during the day and discharges at night, or during a power outage It can also be used as a backup power source for driving signals.
  • FIG. The power supply apparatus 100 shown in this figure forms a battery unit 82 by connecting a plurality of battery packs 81 in a unit shape. Each battery pack 81 has a plurality of battery cells 1 connected in series and / or in parallel. Each battery pack 81 is controlled by a power controller 84.
  • the power supply apparatus 100 drives the load LD after charging the battery unit 82 with the charging power supply CP. For this reason, the power supply apparatus 100 includes a charging mode and a discharging mode.
  • the load LD and the charging power source CP are connected to the power supply device 100 via the discharging switch DS and the charging switch CS, respectively.
  • ON / OFF of the discharge switch DS and the charge switch CS is switched by the power supply controller 84 of the power supply apparatus 100.
  • the power supply controller 84 switches the charging switch CS to ON and the discharging switch DS to OFF to permit charging from the charging power supply CP to the power supply apparatus 100.
  • the power controller 84 turns off the charging switch CS and turns on the discharging switch DS to discharge.
  • the mode is switched to permit discharge from the power supply apparatus 100 to the load LD.
  • the charge switch CS can be turned on and the discharge switch DS can be turned on to supply power to the load LD and charge the power supply device 100 at the same time.
  • the load LD driven by the power supply device 100 is connected to the power supply device 100 via the discharge switch DS.
  • the power supply controller 84 switches the discharge switch DS to ON, connects to the load LD, and drives the load LD with the power from the power supply apparatus 100.
  • the discharge switch DS a switching element such as an FET can be used. ON / OFF of the discharge switch DS is controlled by the power supply controller 84 of the power supply apparatus 100.
  • the power controller 84 also includes a communication interface for communicating with external devices. In the example of FIG. 11, the host device HT is connected according to an existing communication protocol such as UART or RS-232C. Further, if necessary, a user interface for the user to operate the power supply system can be provided.
  • Each battery pack 81 includes a signal terminal and a power supply terminal.
  • the signal terminals include a pack input / output terminal DI, a pack abnormality output terminal DA, and a pack connection terminal DO.
  • the pack input / output terminal DI is a terminal for inputting / outputting signals from other pack batteries and the power supply controller 84
  • the pack connection terminal DO is for inputting / outputting signals to / from other pack batteries which are child packs.
  • the pack abnormality output terminal DA is a terminal for outputting the abnormality of the battery pack to the outside.
  • the power supply terminal is a terminal for connecting the battery packs 81 in series and in parallel.
  • the battery units 82 are connected to the output line OL via the parallel connection switch 85 and are connected in parallel to each other.
  • a power supply device a vehicle including the same, a power storage device, and a detection circuit are used as a power supply device for a plug-in hybrid electric vehicle, a hybrid electric vehicle, an electric vehicle, or the like that can switch between an EV traveling mode and an HEV traveling mode It can be suitably used.
  • a backup power supply device that can be mounted on a rack of a computer server, a backup power supply device for a wireless base station such as a mobile phone, a power storage device for home use and a factory, a power supply for a street light, etc. Also, it can be used as appropriate for applications such as a backup power source such as a traffic light.
  • Power supply 830 ... Voltage Detection IC TH ... Through hole HV, EV ... Vehicle LD ... Load; CP ... Charge power supply; DS ... Discharge switch; CS ... Charge switch OL ... Output line; HT ... Host device DI ... Pack input / output terminal; DA ... Pack abnormal output terminal ; DO ... Pack connection terminal

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Abstract

【課題】電圧検出ＩＣを効率よく回路基板上に実装する。 【解決手段】電池特性を検出するため、いずれかの電池セルと接続された第一検出ＩＣと、第一検出ＩＣとは別個にいずれかの電池セルと接続された第二検出ＩＣとを備え、回路基板の第一の面に、第一検出ＩＣを配置し、回路基板の、第一の面の反対面である第二の面に、第二検出ＩＣを配置しており、第二検出ＩＣは、第一の面上において第一検出ＩＣを設けた部位と対応する、第二の面上の位置に配置されており、第一検出ＩＣ及び第二検出ＩＣは、複数の端子を備えており、複数の端子は、第二検出ＩＣの端子は、少なくとも一部の端子を、第一検出ＩＣの端子と、端子間のピッチを少なくとも部分的に一致させると共に、該第二検出ＩＣの端子の配置パターンを、第一検出ＩＣの端子の鏡像とする。

Description

電源装置、これを備える車両及び蓄電装置並びに電源装置用の回路基板
　本発明は、複数の電池セルを積層した電源装置、これを備える車両及び蓄電装置並びに電源装置用の回路基板に関し、特にハイブリッド車、燃料電池自動車、電気自動車、電動オートバイ等の電動車両に搭載されて車両を走行させるモータの電源装置、あるいは家庭用、工場用の蓄電用途等に使用される大電流用の電源に電力を供給する電源装置、これを備える車両及び蓄電装置並びに電源装置用の回路基板に関する。
　ハイブリッド自動車や電気自動車などに利用される車両用の電源装置として、複数の電池セルを積層した電池ブロックと、電池ブロックを構成する電池セルの電圧や温度等を監視する監視回路等が実装される回路基板を備える構成の電源装置がある（特許文献１）。このような電源装置の一例を、図１２の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置８００は、角形の電池セル８０１の積層体の上面に、回路基板８２６をねじ止めにより固定している。
　このような電源装置は、監視回路として、各電池セル８０１の電圧を検出するための電圧検出回路が回路基板８２６に実装されている。電圧検出回路は、電圧信号を入力するための端子ピンを複数有する電圧検出ＩＣ８３０等で構成されており、各入力端子と各電池セルの両端とを接続して、各電池セルのセル電圧を検出したり、演算したりできるようになっている。電圧検出ＩＣ８３０は、図１３に示すように、電圧検出ＩＣ８３０の端子ピン間の絶縁距離の関係から、上位電池セルから電圧の高い順番（Ｖn、Ｖn-1、Ｖn-2、Ｖn-3、．．．、Ｖ2、Ｖ1、Ｖ0）に端子ピンが配置されており、各端子ピンは接続される電池セルが予め決まっている。
　一方で、電圧検出回路で検出した電池セルのセル電圧は、電池ブロックを構成する電池セルに異常が発生していないかを監視するために用いられることがある。このような電源装置において、１個の電圧検出ＩＣで電池セルのセル電圧を監視する構成では、電圧検出ＩＣが故障すると電池セルの異常を検出できなくなるおそれがある。この問題を解決するためには、２個の電圧検出ＩＣを回路基板に実装して、各電圧検出ＩＣでそれぞれ電池セルを管理することで、冗長性を持たせて安全性を向上させる構成が考えられる。この構成の電圧検出回路は、二つの電圧検出ＩＣのうち片方が故障しても、故障していない電圧検出ＩＣで電池セルの異常を検出できる。
特開２０１１－８６６３４号公報
　上述の通り、電圧検出ＩＣを２個使用する構成の電源装置用の回路基板は、冗長性を持たせて安全性を向上させることができるが、他の電子部品と比較して電圧検出ＩＣは大きいため、回路基板の占有面積が大きくなり、電圧検出ＩＣを１個使用する構成と比べて回路基板の寸法が大きくなるという問題があった。特に近年は電源装置の小型化の要求が強く、例えば、特許文献１の電源装置のように、回路基板を電池セルの端子の間に配置することで電源装置の小型化を行う構成の電源装置などにおいては、回路基板を配置するスペースが限られており、電源装置用の回路基板も小型化が求められている。
　本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、電圧検出ＩＣを効率よく実装可能な電源装置、これを備える車両及び蓄電装置並びに電源装置用の回路基板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
　上記目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、複数の電池セルと、前記複数の電池セルの内、少なくとも一の電池セルの電池特性を検出するため、該いずれかの電池セルと接続された第一検出ＩＣと、該いずれか電池セルの電池特性を検出するため、前記第一検出ＩＣとは別個に該いずれかの電池セルと接続された第二検出ＩＣと、前記第一検出ＩＣと第二検出ＩＣとを実装した回路基板と、を備える電源装置であって、前記回路基板の第一の面に、前記第一検出ＩＣを配置し、前記回路基板の、前記第一の面の反対面である第二の面に、前記第二検出ＩＣを配置しており、前記第二検出ＩＣは、前記第一の面上において前記第一検出ＩＣを設けた部位と対応する、第二の面上の位置に配置されており、前記第一検出ＩＣ及び第二検出ＩＣは、複数の端子を備えており、前記複数の端子は、前記第二検出ＩＣの端子は、少なくとも一部の端子を、前記第一検出ＩＣの端子と、端子間のピッチを少なくとも部分的に一致させると共に、該第二検出ＩＣの端子の配置パターンを、前記第一検出ＩＣの端子の鏡像とすることができる。上記構成により、回路基板の実装面積を有効に利用できる。
　また、第２の側面に係る電源装置によれば、前記電池特性情報を、電池セルの電圧とすることができる。
　さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、前記第一検出ＩＣが、各電池セルのセル電圧を検出する計測ＩＣであって、前記第二検出ＩＣを、各電池セルのセル電圧が所定の閾値電圧を超えていないかどうかを検出する監視ＩＣとすることができる。上記構成により、各検出ＩＣで異なる観点から電池セルの安全性を検出でき、冗長性を高めて信頼性を向上できる。
　さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、前記複数の電池を積層して電池ブロックを形成すると共に、前記回路基板を、前記電池ブロックの一面に配置させることができる。上記構成によって、回路基板をコンパクトに配置して電源装置の小型化に貢献できる。
　さらにまた、第５の側面に係る車両によれば、上記の電源装置を備えることができる。
　さらにまた、第６の側面に係る蓄電装置によれば、上記の電源装置を備えることができる。
　さらにまた、第７の側面に係る回路基板によれば、電池セルの電池特性を検出する第一検出ＩＣ及び第二検出ＩＣとが実装される回路基板であって、前記第一検出ＩＣが配置される第一の面と、第一の面の反対面であり、かつ前記第二検出ＩＣが配置される第二の面とを有すると共に、前記第二検出ＩＣは、前記第一検出ＩＣが設けられる部位と対応する第二の面上の位置に配置されており、前記第一検出ＩＣ及び第二検出ＩＣは、複数の端子を備えており、前記第二検出ＩＣの端子は、少なくとも一部の端子を、前記第一検出ＩＣの端子と、端子間のピッチを少なくとも部分的に一致させると共に、該第二検出ＩＣの端子の配置パターンを、前記第一検出ＩＣの端子の鏡像とすることができる。上記構成により、回路基板の実装面積を有効に利用できる。
実施の形態に係る電源装置の外観を示す斜視図である。 図１の電源装置から、押圧部、シール部材を分解した分解斜視図である。 図１の電源装置から電池セル、セパレータ、エンドプレートを分解した分解斜視図である。 図２の回路基板に第一検出ＩＣと第二検出ＩＣを実装する様子を示す模式断面図である。 電圧検出ＩＣのピン配置例を示す平面図である。 図５の電圧検出ＩＣを回路基板の上下で対向姿勢で重ねて配置する例を示す平面図である。 図６の状態から、一方の電圧検出ＩＣを１８０°回転させた姿勢で配置する例を示す平面図である。 図８Ａは実施の形態に係る第一検出ＩＣ及び第二検出ＩＣを示す平面図、図８Ｂは図８Ａの第一検出ＩＣと第二検出ＩＣを回路基板の上下で対向姿勢で重ねて配置する例を示す平面図である。 エンジンとモータで走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。 モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。 蓄電用の電源装置に適用する例を示すブロック図である。 従来の電源装置を示す分解斜視図である。 電圧検出ＩＣと電池ブロックとを接続した状態を示す回路図である。
　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電源装置、これを備える車両及び蓄電装置並びに検出回路、連結ユニットを例示するものであって、本発明は電源装置、これを備える車両及び蓄電装置並びに検出回路、連結ユニットを以下のものに特定しない。さらに、本明細書においては、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、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。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施の形態１）
　以下、電源装置の一実施の形態として車両用電源装置に適用した例を、図１～図３に基づいて説明する。これらの図において、図１は電源装置を構成する電池ブロック１０の外観斜視図、図２は図１から安全弁ダクト２４、押圧部２２、シール部材２０を分解した分解斜視図、図３は図１から電池セル１とセパレータ６、エンドプレート７を分解した分解斜視図を、それぞれ示している。電池ブロック１０は、図１に示すように箱形としている。この電池ブロック１０を複数、直列又は並列に接続して、電源装置を構成する。各電池ブロック１０は、図２の分解斜視図に示すように、複数の電池セル１を積層した電池ブロック１０と、シール部材２０と、押圧部２２と、安全弁ダクト２４とを備えている。安全弁ダクト２４は、電池セル１の安全弁３と連通されている。
（電池ブロック１０）
　電池ブロック１０は、図３の分解斜視図に示すように、複数枚の電池セル１を、絶縁性のセパレータ６を介して積層し、両側の端面にエンドプレート７を配置して締結したブロック体である。両端面のエンドプレート７同士は、バインドバー（図示せず）で締結される。バインドバーは、電池ブロック１０の側面や上面に配置される。このバインドバーは、金属製の板材を折曲して構成される。このようにしてバインドバーで締結されたエンドプレート７同士の間に電池セル１の積層体を挟持することによって、電池ブロック１０を強固に保持できる。
（電池セル１）
　電池セル１は、図３に示すように、その厚さを上辺の横幅よりも薄くした薄型の外装缶２を利用している。この外装缶２は、外装缶２の四隅を面取りした略箱形形状としている。また外装缶２の上面で外装缶２を封止する封口板４には、一対の電極端子５を突出させると共に、電極端子５の間に安全弁３を設けている。安全弁３は、外装缶２の内圧が所定値以上に上昇した際に開弁して、内部のガスを放出できるように構成される。安全弁３の開弁により、外装缶２の内圧上昇を停止することができる。なお、ここでは一般的に安全弁３から排出される排出ガスを効率よく誘導するために、安全弁３が電池ブロック１０の一面（本実施形態では上面）に並ぶように、電池セル１は積層される。
　電池セル１を構成する素電池は、リチウムイオン電池、ニッケル－水素電池、ニッケル－カドミウム電池等の充電可能な二次電池である。特に薄型電池にリチウムイオン電池を使用すると、パック電池全体の容量に対する充電容量を大きくできる特長がある。
（回路基板２６）
　また安全ダクト２４の上面には、回路基板２６が配置されている。このように、電池ブロック１０の上面に回路基板２６を配置する構成とすることで、複数の電池ブロック同士を結合させる際に結合面において回路基板２６と干渉することなく、また電池ブロックの小型化に有利となる。
　図１～図２の例では、隣接する電池セル１の電極端子５同士を接続するバスバー２７を、電池ブロック１０の上面に設けている。バスバー２７は、電池セル１の積層方向に沿って平行に延長され、また電池ブロック１０の上面で一対のバスバー２７の配置ラインを互いに離間させている。このように離間された一対のバスバー２７同士の間に、回路基板２６を配置することで、電池ブロック１０の厚型化を回避し、電池ブロックや電源装置の小型化に有利となる。
（第一検出ＩＣ３１）
　この回路基板２６には、電池ブロック１０を構成する電池セル１の温度や電圧等を監視して、何からの異常が発生していないかを確認する監視回路を備える。監視回路は、電池セル１に設けられた複数の検出手段から送出される電池セル１の特性情報に基づいて、電池セル１の状態を判定する。特性情報としては、電池セル１の電圧や電流、温度等が利用できる。また電圧についても、セル電圧に限らず、電池ブロック全体の電圧を検出したり、あるいは電池セルを複数個直列に接続した接続体の電圧を検出して、特性情報として利用したりすることもできる。検出手段は、例えば電池セルのセル温度を検出する場合は、ＰＴＣやサーミスタ、熱電対やバリスタ等の温度センサが利用できる。加えて、温度センサは電池セルの温度のみならず、例えばバスバーの温度や回路基板の温度等、他の部材の温度を検出するように配置することも可能である。このような温度も、本明細書においては電池セルの特性情報に含めるものとする。
　図２の例では、監視回路として第一検出ＩＣ３１が回路基板２６に実装されている。第一検出ＩＣ３１は、各電池セル１の両端と接続され、セル電圧を検出している。ここでは、各バスバー２７の電圧を検出し、減算によってセル電圧を求めている。各バスバー２７は、ハーネス６３を介して回路基板２６と接続される。ハーネス６３と回路基板２６とは、コネクタを介して接続される。コネクタの端子は、第一検出ＩＣ３１の端子ピンと電気的に接続されるよう、回路基板２６には配線パターンが印刷などによって施されている。第一検出ＩＣ３１は、電池セル同士を接続するバスバー２７の電圧をそれぞれ検出し、直列接続された電池セル１のバスバー２７間の電位差でもってセル電圧を演算する。また、回路基板２６には、外部出力用のコネクタ６７が備えられており、電圧検出回路が演算したセル電圧を、外部出力用のコネクタ６７を介して、外部の基板等に出力できるようになっている。このような第一検出ＩＣ３１は、ＡＳＩＣなどで構成される。なおこの例では、第一検出ＩＣ３１を電池セル１の両端に該当するバスバー２７と直接接続して、セル電圧を測定している。すなわち第一検出ＩＣが検出手段と監視回路を兼用しているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、電圧センサを別途設けて、電圧センサで一旦検出した電圧信号を、第一検出ＩＣに出力するように構成してもよい。この場合は、検出手段と監視回路とが個別の部材となる。
（第二検出ＩＣ３２）
　第一検出ＩＣ３１は、回路基板２６の上面側に実装される。一方、回路基板２６の下面側には、図４に示すように第二検出ＩＣ３２が実装されている。このように回路基板２６を両面基板として、上下面にそれぞれ検出ＩＣを実装することで回路基板２６の実装面積を有効に利用できる。
　ここでは、第一検出ＩＣ３１が、各電池セル１のセル電圧を検出する計測ＩＣであり、一方の第二検出ＩＣ３２は、各電池セル１の過充電や過放電が生じていないかを検出する監視ＩＣとしている。このように、回路基板に監視回路として異なる検出ＩＣを複数実装することで、異なる観点から電池セルの安全性を検出でき、冗長性を高めて電源装置の信頼性を向上できる。
　第二検出ＩＣ３２は、セル電圧が所定の閾値電圧を超えていないかどうか、あるいはセル電流を演算して所定の閾値電流を超えていないかどうかを検出する。これらの閾値は、上限と下限を設定しており、検出された、あるいは演算された値がこの範囲内にあるときは正常と判断し、範囲外にあるときは異常と判断する。例えば、電池セルの過充電を防止するための上限電圧を４．３Ｖ、過放電を防止するための下限電圧を３．５Ｖ等に設定し、各電池セルのセル電圧が３．５Ｖ～４．３Ｖの範囲内にあるかどうかを判定して、この範囲内であれば正常、範囲外であれば異常と判定して、異常信号を出力し、必要な処理を行わせる。
　尚、電池ブロック１０が電池セル１を並列に接続したり、並列と直列を組み合わせて接続している場合、並列接続された電池セル１同士は、同電位となるため、個々の電池セル１と第一検出ＩＣ３１や第二検出ＩＣ３２の端子ピンとを接続する必要はなく、上述の構成と同様、各バスバー２７と端子ピンとを接続することで、まとめてセル電圧を検出することができる。
（接続ライン）
　第一検出ＩＣ３１と第二検出ＩＣ３２とは、接続ラインで接続されている。接続ラインは、電気信号を伝送するための経路であり、電池セル１の電池特性は、接続ラインを介して第一検出ＩＣ３１及び第二検出ＩＣ３２へ伝送される。ここでは、第一検出ＩＣ３１と第二検出ＩＣ３２との間で、少なくとも一部の配線を共通としており、これによって電池特性を電池セルから第一検出ＩＣ３１、第二検出ＩＣ３２にそれぞれ伝送する配線を部分的に共通化して、その分だけ配線作業を省力化できる。図４の例では、第一検出ＩＣ３１と第二検出ＩＣ３２とで接続ラインを共通化するため、スルーホールＴＨを用いている。
　回路基板に複数の検出ＩＣを実装する場合、検出ＩＣの配置スペースが問題となる。すなわち、検出ＩＣにＡＳＩＣを利用し、回路基板に両面基板や多層基板を利用する場合は、検出ＩＣを実装した回路基板の裏面側には、電子部品を実装しないことが一般的である。これは、ＡＳＩＣがノイズの影響を受ける事態を回避するためと、ＡＳＩＣの裏面側に回路部品を実装しようとすれば、実装や配線作業が面倒であることから、ＡＳＩＣの外側での配線が行われていること等の理由による。このため、従来は検出ＩＣの裏面側は、電子部品の実装に利用できない事実上のデッドスペースとなっていた。このような実情において、検出ＩＣを同一の回路基板に複数個を実装しようとすれば、デッドスペースも大きくなり、回路基板を大型化せねばならない等の問題があった。
　そこで本実施の形態によれば、検出ＩＣ同士を、回路基板を隔てて重ねて配置するように実装することで、検出ＩＣの裏面側を効率的に利用し、これにより複数の検出ＩＣを用いる場合でも回路基板の大型化を回避できる。
　一方で、本実施の形態においては、このような検出ＩＣを重ねて実装する構成において、各検出ＩＣの端子ピン配置を鏡像パターンとすることで、これらの検出ＩＣを回路基板の両面から挟み込むように実装することで、各端子ピンの配置パターンが一致し、配線のための構成を簡素化でき、さらに実装作業が極めて容易となる。
　すなわち、電圧検出ＩＣとして例えば図５に示すような形状の検出ＩＣ３０を２個、回路基板の表裏で重なるように配置しようとする場合を考える。このような検出ＩＣ３０では通常、端子ピンが降順又は昇順に連続するように配置されている。（図５の例では、電池ブロック１０を構成する電池セル１の各電圧を検出するため、電圧検出ラインの順が降順にＶn、Ｖn-1、Ｖn-2、Ｖn-3、．．．、Ｖ2、Ｖ1、Ｖ0となるよう、端子ピンが配置されており、図１３に示したように電池ブロックと接続される。）この結果、端子ピンの配置パターンが同じ検出ＩＣ３０を、回路基板の表裏で重なるように配置すると、検出ＩＣ３０同士が底面側を対向させる姿勢となるよう、一方（例えば図６において右側の検出ＩＣ３０）が裏返るため、図６に示すように端子ピン配置が左右逆になってしまう。この場合は、各検出ＩＣ３０のピン端子に接続する部位が、それぞれの検出ＩＣ３０で異なってしまい、配線パターンが非常に複雑になってしまう。さらにこの状態で図７に示すように、一方の検出ＩＣ３０（例えば図６において右側）を１８０°回転させても、端子ピンの配置はやはり一致しない。このように、同じ端子ピンの配置パターンが同じ検出ＩＣ３０を、互いに底面同士が対向する姿勢となるように重ねて配置すると、端子ピンの位置が一致しなくなるため、配線が極めて複雑になるという問題があった。
　そこで本実施の形態においては、図８Ａに示すように、一方の検出ＩＣの端子ピンの配置パターンを、他方のピン配置と鏡像イメージとなるように構成している。この構成であれば、これらの検出ＩＣを対向姿勢で重ねても、図８Ｂに示すように端子ピンの配置も一致する。これによって、端子の実装を極めて簡素化できる利点が得られる。例えば検出ＩＣとして電圧検出用のＩＣを利用する場合は、電圧検出点を第一検出ＩＣ３１と第二検出ＩＣ３２とで一致させる。この結果、図４の断面図に示すように、回路基板２６の上下面で第一検出ＩＣ３１と第二検出ＩＣ３２の対応する端子ピン同士を共通の部位で接続できる。特に回路基板２６に多層基板を用いている場合は、同じ電圧値となるスルーホールＴＨを第一検出ＩＣ３１と第二検出ＩＣ３２とで共有できる。この結果、上下の検出ＩＣの端子を、共通のスルーホールＴＨに挿入して、纏めて半田付けできる。このため、リフローなどを用いた半田付けなどの実装作業が極めて簡素化できるという優れた利点が得られる。
　なお、この例では回路基板２６の表面側に検出ＩＣ、裏面側に監視ＩＣをそれぞれ実装しているが、これらを入れ替えても同様の効果が得られることはいうまでもない。またこの例では２個の検出ＩＣを実装しているが、３個以上を実装することもできる。特に偶数個の検出ＩＣを実装する場合は、一対の検出ＩＣ同士の端子ピン配置を鏡像パターンとすることで、これら一対の検出ＩＣを回路基板を挟んで対向するように実装、配線することが可能となって、回路配置を効率よく行ってデッドスペースを削減すると共に、配線作業の省力化も実現される。
　また、図４等の例では、第一検出ＩＣ３１と第二検出ＩＣ３２の外形サイズを一致させているが、本発明はこのような構成に限られず、異なるサイズや外形としてもよい。例えば第一検出ＩＣを第二検出ＩＣよりも大きく形成しつつも、第一検出ＩＣと第二検出ＩＣとの端子ピン配置が、部分的に一致するように構成することで、一致された区間において端子ピンの実装作業を簡素化できる。
　さらに第二検出ＩＣ３２の端子ピン間のピッチは、第一検出ＩＣ３１の端子ピン間のピッチと略等しくなるよう構成されている。ただ、鏡像イメージで配置された端子ピン同士が重なり合うように配置されれば足りるので、端子間ピッチはすべての端子に関して同一である必要はない。例えば複数の端子ピンの内、鏡像イメージで配置された端子ピンが部分的に含まれる場合は、これらの端子ピンについて第一検出ＩＣと第二検出ＩＣとで対応する端子ピン同士が合致するように構成すれば足りる。すなわち本明細書において鏡像とは、すべての端子ピンが完全に鏡像であることを要さず、第一検出ＩＣと第二検出ＩＣとの間で配線を共通化する端子についてのみ鏡像となっていることを求めるという意味である。
　さらに、各検出ＩＣの端子は、ピン状に突出させた形状に限らず、例えば表面実装型の平板状の端子としてもよい。この場合でも、端子の配置を鏡像パターンとすることで、回路基板のスルーホールを通じて対応する位置に接続端子を配置すれば、実装が容易となる。
　さらにまた、この例では第一検出ＩＣ３１を計測ＩＣ、第二検出ＩＣ３２を監視ＩＣとして機能を違えているが、同じ機能の検出ＩＣを利用することもできる。この場合は、各検出ＩＣで同じ検出動作を行わせて、動作を完全に二重化することができる。
　以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、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、これらの車両の電源として使用される。
（ハイブリッド車用電源装置）
　図９に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する電源装置１００と、電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置１００の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置１００の電池を充電する。
（電気自動車用電源装置）
　また図１０に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する電源装置１００と、この電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置１００の電池を充電する。
（蓄電用電源装置）
　さらに、この電源装置は、移動体用の動力源としてのみならず、載置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図１１に示す。この図に示す電源装置１００は、複数の電池パック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池パック８１は、複数の電池セル１が直列及び／又は並列に接続されている。各電池パック８１は、電源コントローラ８４により制御される。この電源装置１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため電源装置１００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介して電源装置１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電源装置１００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。
　電源装置１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１００と接続されている。電源装置１００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図１１の例では、ＵＡＲＴやＲＳ－２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。
　各電池パック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、パック入出力端子ＤＩと、パック異常出力端子ＤＡと、パック接続端子ＤＯとを含む。パック入出力端子ＤＩは、他のパック電池や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、パック接続端子ＤＯは子パックである他のパック電池に対して信号を入出力するための端子である。またパック異常出力端子ＤＡは、パック電池の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池パック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。
　本発明に係る電源装置、これを備える車両及び蓄電装置並びに検出回路は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。
１００…電源装置
１、８０１…電池セル
２…外装缶
３…安全弁
４…封口板
５…電極端子
６…セパレータ
７…エンドプレート
１０…電池ブロック
２０…シール部材
２１…シール開口部
２２…押圧部
２３…押圧開口部
２４…安全弁ダクト
２６、８２６…回路基板
２７…バスバー
３０…検出ＩＣ
３１…第一検出ＩＣ
３２…第二検出ＩＣ
６３…ハーネス
６５…コネクタ
６７…外部出力用のコネクタ
８１…電池パック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９３…モータ
９４…発電機
９５…インバータ
９６…エンジン
８００…電源装置
８３０…電圧検出ＩＣ
ＴＨ…スルーホール
ＨＶ、ＥＶ…車両
ＬＤ…負荷；ＣＰ…充電用電源；ＤＳ…放電スイッチ；ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン；ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…パック入出力端子；ＤＡ…パック異常出力端子；ＤＯ…パック接続端子

Claims (7)

  1. 　複数の電池セルと、
    　前記複数の電池セルの内、少なくとも一の電池セルの電池特性を検出するため、該いずれかの電池セルと接続された第一検出ＩＣと、
    　該いずれか電池セルの電池特性を検出するため、前記第一検出ＩＣとは別個に該いずれかの電池セルと接続された第二検出ＩＣと、
    　前記第一検出ＩＣと第二検出ＩＣとを実装した回路基板と、
    を備える電源装置であって、
    　前記回路基板の第一の面に、前記第一検出ＩＣを配置し、
    　前記回路基板の、前記第一の面の反対面である第二の面に、前記第二検出ＩＣを配置しており、
    　前記第二検出ＩＣは、前記第一の面上において前記第一検出ＩＣを設けた部位と対応する、第二の面上の位置に配置されており、
    　前記第一検出ＩＣ及び第二検出ＩＣは、複数の端子を備えており、
    　前記複数の端子は、
    　前記第二検出ＩＣの端子は、少なくとも一部の端子を、前記第一検出ＩＣの端子と、端子間のピッチを少なくとも部分的に一致させると共に、
    　該第二検出ＩＣの端子の配置パターンを、前記第一検出ＩＣの端子の鏡像としてなることを特徴とする電源装置。
  2. 　請求項１に記載の電源装置であって、
    　前記電池特性情報が、電池セルの電圧であることを特徴とする電源装置。
  3. 　請求項２に記載の電源装置であって、
    　前記第一検出ＩＣが、各電池セルのセル電圧を検出する計測ＩＣであって、
    　前記第二検出ＩＣが、各電池セルのセル電圧が所定の閾値電圧を超えていないかどうかを検出する監視ＩＣであることを特徴とする電源装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか一に記載の電源装置であって、
    　前記複数の電池を積層して電池ブロックを形成すると共に、
    　前記回路基板が、前記電池ブロックの一面に配置されてなることを特徴とする電源装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置を備える車両
  6. 　請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置を備える蓄電装置。
  7. 　電池セルの電池特性を検出する第一検出ＩＣ及び第二検出ＩＣとが実装される回路基板であって、
    　前記第一検出ＩＣが配置される第一の面と、第一の面の反対面であり、かつ前記第二検出ＩＣが配置される第二の面とを有すると共に、前記第二検出ＩＣは、前記第一検出ＩＣが設けられる部位と対応する第二の面上の位置に配置されており、
    　前記第一検出ＩＣ及び第二検出ＩＣは、複数の端子を備えており、
    　前記第二検出ＩＣの端子は、少なくとも一部の端子を、前記第一検出ＩＣの端子と、端子間のピッチを少なくとも部分的に一致させると共に、
    　該第二検出ＩＣの端子の配置パターンを、前記第一検出ＩＣの端子の鏡像としてなる回路基板。
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CN107681082A (zh) * 2017-10-27 2018-02-09 常州普莱德新能源电池科技有限公司 一种电池模组
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