JP4692030B2 - 電池用温度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールに含まれる電池の温度を検出する電池用温度検出装置に関する。

近年、電気自動車やハイブリッド車両の電源として、複数の扁平型電池を積層してなる組電池を筐体内に収納した電池モジュールが知られている（たとえば、特許文献１、２参照）。

このような電池モジュールにおいては、各扁平型電池は充放電に伴って発熱する。扁平型電池がある温度以上になると、電解液の沸騰などが起こり、寿命および性能が劣化してしまう。

そこで、扁平型電池の温度を検出して、検出した温度に応じて、電池モジュールを冷却する必要がある。電池モジュールに含まれる一つの扁平型電池が所定温度以上になっても、性能等が劣化するので、電池モジュールのうちで最も高温となった扁平型電池の温度に応じて冷却する必要がある。
特開２００１−２５６９３４号公報 特開２００１−２５６９４１号公報

しかし、上述のように、各扁平型電池は積層されているので、電池間に隙間がなく、電池間には温度センサを配置できない。したがって、温度センサは、筐体の外側表面や、組電池の最外層の扁平型電池に取り付けるしかない。

最も高温となる扁平型電池は、通常、最外層以外の積層中間のものである。したがって、最も高温となった積層中間の扁平型電池の温度を検出できず、温度に応じて精度良く冷却できないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、最外層および積層中間に関わらず、任意の位置に積層されている扁平型電池の温度を検出できる電池用温度検出装置を提供することを目的とする。

電池用温度検出装置は、複数の扁平型電池と共に積層され、前記扁平型電池以上の熱伝導率を有し、前記扁平型電池の積層体の外部まで延びるシート状の熱伝導部材と、前記熱伝導部材の温度を検出する温度検出手段と、を有し、前記扁平型電池の積層体が筐体内に収納されて電池モジュールを構成し、さらに、複数の前記電池モジュールが積層および配列されてなる組電池において、前記熱伝導部材は、電池モジュールごとに含まれる複数の前記扁平型電池の平均温度を比べて、最も高い前記電池モジュールに設けられる。
また、電池用温度検出装置は、複数の扁平型電池と共に積層され、前記扁平型電池以上の熱伝導率を有し、前記扁平型電池の積層体の外部まで延びるシート状の熱伝導部材と、前記熱伝導部材の温度を検出する温度検出手段と、を有し、前記扁平型電池の積層体は、外装内に収納されて電池モジュールを構成し、前記熱伝導部材は、一部が前記外装から外部に引き出されている。

シート状の熱伝導部材が扁平型電池と共に積層され積層体外部まで延びている。したがって、積層体外部において、熱伝導部材を介して所望の扁平型電池の温度を温度検出手段により検出できる。換言すると、積層された扁平型電池間に温度検出手段を配置する隙間がなくても、熱伝導部材を介して、如何なる位置に積層されている扁平型電池でも温度を検出できる。これにより、所望の扁平型電池の温度に基づいた各種制御が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

複数の扁平型電池からなる組電池に、本実施形態の電池用温度検出装置が適用される場合について説明する。以下では、電池用温度検出装置のことを、単に温度検出装置という。

組電池は、複数の扁平型電池が筐体に収納されてできた電池モジュールを、複数個配列することにより形成される。まず、扁平型電池、電池モジュール、組電池の構成を簡単に説明する。

図１は扁平型電池の斜視図、図２は電池モジュールの概略分解図、図３は組電池の平面図、図４は組電池の正面図である。

扁平型電池１０は、図１に示すように、扁平型の外装から正極タブ１２および負極タブ１４が導出されてなる。外装１６内には、正極板、負極板、セパレータを積層した電極と電解質とを交互に積層してできる発電要素が封止されている。外装１６は、ラミネートフィルムなどが発電要素を包むように重ね合わされ、周囲が溶着されて密閉されている。

電池モジュール２０は、外装として略直方体の筐体を有する。筐体は、図２に示すように一面が開口した容器２２と、該容器２２の開口を閉じるための蓋体２４とからなる。容器２２には、切り欠き（孔）２３が設けられており、該切り欠き２３から後述する温度検出装置の熱伝導シート５２が引き出される。容器２２に複数の扁平型電池１０を積層した積層体１８が収納された後、蓋体２４が容器２２に取り付けられる。これにより、扁平型電池１０は、筐体内で保持される。ここで、積層体１８は、正極タブ１２および負極タブ１４が積層方向に交互になるように扁平型電池１０を積層し直列接続して形成されている。各扁平型電池１０の電極タブ１２、１４は、絶縁スペーサ１５により保持されている。

組電池３０は、図３および図４に示すように、複数の電池モジュール２０が組み合わさって構成され、たとえば、電池モジュール２０が４列３段に計１２個配列される。

以上のような組電池３０に、たとえば、次のような状況下において温度検出装置５０が適用される。

組電池３０は、たとえば、図３において矢印で示す冷却媒体の通路４０上に配置されている。冷却媒体としては、たとえば、冷却風が考えられる。冷却風の供給を制御するために、任意の電池モジュール２０には温度検出装置５０が取り付けられている。すなわち、温度検出装置５０による扁平型電池１０の温度検出結果に従って、冷却風量などが制御される。

温度検出装置５０は、組電池３０を構成する少なくとも１個の電池モジュール２０に取り付けられている。図３、４に示している例では、３個の電池モジュール２０に温度検出装置５０が取り付けられている。

（温度検出装置）
温度検出装置５０について、詳細に説明する。まず、温度検出装置５０の構成を説明し、続けて、温度検出装置５０の最適な取付場所を例示する。

（構成）
図５は電池モジュール２０内に配置された温度検出装置の様子を示す図、図６は図２の６−６線から見た断面図、図７は図６の７−７線から見た断面図である。

温度検出装置５０は、５２シート状の熱伝導シート（熱伝導部材）５２と、熱伝導シートに接触するサーミスタなどの温度センサ（温度検出手段）５４とを有する。

熱伝導シート５２は、所望の電池モジュール２０において、図５〜図７に示すように、複数の扁平型電池１０と共に積層される。熱伝導シート５２は、扁平型電池１０以上の熱伝導率、すなわち、扁平型電池１０の外装のラミネートシート以上の熱伝導率を有する。したがって、熱伝導シート５２を介して、接触している扁平型電池１０の温度を温度センサ５４に伝達する。

熱伝導シート５２は、扁平型電池１０の積層体１８の外部まで延びており、さらに、その一部が、図２に示す筐体の容器２２の切り欠き２３から筐体外部に引き出されている。引き出された熱伝導シート５２の一部は、図６および図７に示すように、円筒状に丸められて円筒部５３を形成している。

温度センサ５４は、保持部５６により保持され、電池モジュール２０の筐体の切り欠き２３近傍に配置される。保持部５６は、電池モジュール２０に向かって一面が開口しており、つめ部５７により筐体の容器２２の側面を挟むように取り付けられている。保持部５６は、電池モジュール２０側の開口から熱伝導シート５２の円筒部５３が導入される。保持部５６内では、温度センサ５４が熱伝導シート５２の円筒部５３に挿入されている。これにより、温度センサ５４は、熱伝導シート５２の温度を検出できる。

なお、熱伝導シート５２は、先に扁平型電池１０と共に積層して、その後、保持部５６内に導入して、温度センサ５４に巻き付けることができる。あるいは、予め図６に示すように、熱伝導シート５２の一端を温度センサ５４に巻き付けて保持部５６により保持しておき、この状態で後から扁平型電池１０と共に熱伝導シート５２を積層してもよい。いずれの場合においても、保持部５６内に樹脂を充填すれば、熱伝導シート５２と温度センサ５４との接続をより堅固にできる。

温度センサ５４からは検出線５８が延びている。検出線５８は、保持部５６と通り抜け、図示しない制御装置に接続されている。制御装置は、温度センサ５４の検出結果に基づいて、冷却風の流路や温度を調整できる。たとえば、組電池３０が電気自動車やハイブリッド自動車に適用される場合、検出している扁平型電池１０の温度が必要以上に上がれば、冷却風量を増加し、扁平型電池１０の冷却を促進できる。

なお、上記構成では、熱伝導シート５２の一部および温度センサ５４を保持部５６により保持して、互いに接触させている。しかし、これに限定されない。たとえば、筐体外部に引き出される熱伝導シート５２の先端をコネクタ形状に形成し、これを雌コネクタに差し込んで、該雌コネクタに内蔵された温度センサ５４と接触させてもよい。

（最適な取付場所）
次に、上記温度検出装置５０の最適な取付場所について説明する。

温度検出装置５０は、複数ある電池モジュール２０のうち、充放電時に最も高温になる電池モジュール２０に取り付けられることが好ましい。

最も高温になる電池モジュール２０とは、含まれる扁平型電池１０の平均温度が最も高い電池モジュール２０である。または、最も高温になる電池モジュール２０とは、組電池３０を構成する全ての扁平型電池１０のうちで充放電時に最も高温になる扁平型電池１０を含む電池モジュール２０である。

最も高温になる電池モジュール２０は、予め実験などにより求めることができる。また、図３に示すように、冷却風を供給している場合、冷却風の最下流に位置する電池モジュール２０の温度が最も高くなると予測される。上流の電池モジュール２０を冷却する際に冷却風が温められ、最下流の電池モジュール２０では冷却効率が低下するからである。したがって、最下流の電池モジュール２０に温度検出装置５０を取り付けても良い。

温度検出装置５０を取り付ける電池モジュール２０が決まったら、さらに、その電池モジュール２０の中において、どの扁平型電池１０の温度を検出するか決定する必要がある。複数ある扁平型電池１０のうち、充放電時に最も高温になる扁平型電池１０の温度を検出することが好ましい。

最も高温になる扁平型電池１０は、予め実験などにより求めることができる。筐体内で積層される扁平型電池１０は、積層の中央に熱がこもることが多いが、必ずしもそうとは限らない。冷却風や、ヒートシンクの冷却効率、電池モジュール２０の配置位置によっては、最外層および中間層のいかなる扁平型電池１０でも最も高温になりうる。

上記のような実験や理論に基づいて、組電池３０において、最も高温となる扁平型電池１０の温度を検出できるように、温度検出装置５０の取付場所を決定できる。なお、状況によって、高温となる扁平型電池１０が異なる場合、複数箇所に温度検出装置５０を取り付けることもできる。たとえば、図４に示すように、冷却風の最下流に積層されている３つの電池モジュール２０のいずれにも温度検出装置５０を取り付けることができる。

（効果）
温度検出装置５０による効果を説明する。

熱伝導シート５２が扁平型電池１０と共に積層され積層体１８外部まで延びている。したがって、積層体１８外部において、熱伝導シート５２を介して所望の扁平型電池１０の温度を温度検出手段により検出できる。換言すると、積層された扁平型電池１０間に温度センサ５４を配置する隙間がなくても、熱伝導シート５２を介して、如何なる位置に積層されている扁平型電池１０でも温度を検出できる。これにより、電池モジュール２０に含まれる所望の扁平型電池１０の温度に基づいた各種制御が可能となる。たとえば、検出した温度に基づいて、冷却媒体を供給するなど、扁平型電池１０の温度調節ができる。この場合、ある扁平型電池１０が高温になりすぎて電池特性および寿命が劣化することを防止できる。

また、熱伝導シート５２は、充放電時に最も高温になる扁平型電池１０と接触するように設けられる。したがって、充放電時に最も高温の扁平型電池１０の温度を正確に検出できる。これにより、電解液の沸騰などにより最も電池特性が低下しやすい扁平型電池１０の温度推移にしたがって、冷却媒体の供給などを調節でき、結果として、電池性能の低下を防止できる。

さらに、含まれる扁平型電池１０の平均温度が最も高い電池モジュール２０に、温度検出装置５０を適用できる。この場合、全ての電池モジュール２０に温度検出装置５０を取り付ける必要がなく、設備費用を低減できる。

また、冷却媒体が供給される流路の最下流に位置する電池モジュール２０に温度検出装置５０を適用できる。この場合、冷却媒体による冷却効率が最も低下している最下流の電池モジュール２０について、扁平型電池１０の温度を検出できる。

筐体の容器２２に設けられた孔２３から筐体外部に熱伝導シート５２が引き出されている。したがって、筐体外の任意の場所に温度センサ５４を設けられる。設計の自由度を向上できる。

また、筐体外部に引き出された熱伝導シート５２の一部は円筒状に丸められ円筒部５３を形成している。したがって、温度センサ５４を円筒部５３に嵌めて熱伝導シート５２を伝達してきた温度を確実に検出できる。

なお、本発明の温度検出装置５０において、温度センサ５４により検出する温度は、所望の扁平型電池１０表面の実際の温度に比べて約０．５度程度の差異しかなかった。一方、電池モジュール２０の筐体に温度センサを取り付けて、筐体を伝わってくる温度を検出した場合、所望の扁平型電池１０の実際の温度と、温度センサにより検出した温度とでは、約２〜３度の差異が計測された。このことからも、上記実施形態にお温度検出装置５０を適用した方が、所望の扁平型電池の温度をより正確に検出できることがわかる。

扁平型電池の斜視図である。 電池モジュールの概略分解図である。 組電池の平面図である。 組電池の正面図である。 電池モジュール内に配置された温度検出装置の様子を示す図である。 図２の６−６線から見た断面図である。 図６の７−７線から見た断面図である。

符号の説明

１０…扁平型電池、
１２…正極タブ、
１４…負極タブ、
１５…絶縁スペーサ、
１６…外装、
１８…積層体、
２０…電池モジュール、
２２…容器、
２３…孔（切り欠き）、
２４…蓋体、
３０…組電池、
４０…通路、
５０…電池用温度検出装置、
５２…熱伝導シート、
５３…円筒部、
５４…温度センサ、
５６…保持部、
５７…つめ部、
５８…検出線。

Claims (6)

1. 複数の扁平型電池と共に積層され、前記扁平型電池以上の熱伝導率を有し、前記扁平型電池の積層体の外部まで延びるシート状の熱伝導部材と、
   前記熱伝導部材の温度を検出する温度検出手段と、を有し、
   前記扁平型電池の積層体が筐体内に収納されて電池モジュールを構成し、さらに、複数の前記電池モジュールが積層および配列されてなる組電池において、前記熱伝導部材は、電池モジュールごとに含まれる複数の前記扁平型電池の平均温度を比べて、最も高い前記電池モジュールに設けられる電池用温度検出装置。
2. 前記熱伝導部材は、充放電時に最も高温になる前記扁平型電池と接触するように設けられる請求項１に記載の電池用温度検出装置。
3. 前記組電池に冷却媒体が供給されたときに、該冷却媒体の流路の最下流に位置する前記電池モジュールに設けられる請求項１または請求項２に記載の電池用温度検出装置。
4. 前記扁平型電池の積層体は、孔が設けられた筐体内に収納されて電池モジュールを構成し、
   前記熱伝導部材は、一部が前記孔から前記筐体外部に引き出されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電池用温度検出装置。
5. 前記熱伝導部材は、前記筐体外部に引き出された部分の少なくとも一部が円筒状に丸められて円筒部を形成し、前記温度検出手段が前記円筒部の内部に設けられている請求項４に記載の電池用温度検出装置。
6. 複数の扁平型電池と共に積層され、前記扁平型電池以上の熱伝導率を有し、前記扁平型電池の積層体の外部まで延びるシート状の熱伝導部材と、
   前記熱伝導部材の温度を検出する温度検出手段と、を有し、
   前記扁平型電池の積層体は、外装内に収納されて電池モジュールを構成し、
   前記熱伝導部材は、一部が前記外装から外部に引き出されている電池用温度検出装置。

Images