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公開番号2021093309
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210617
出願番号2019223612
出願日20191211
発明の名称組電池
出願人株式会社東芝,東芝インフラシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 50/20 20210101AFI20210521BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高圧用途の電池セルに適用可能な、精度の高い温度検出機能を備える組電池を提
供することである。
【解決手段】実施形態に係る組電池は、複数の電池セルが収容されるケース筐体と、前記
電池セルの温度を測定する温度センサが設けられた監視基板と、を有する。そしてさらに
、実施形態に係る組電池は、前記監視基板に対して圧縮された状態で前記ケース本体内に
設けられ、前記電池セルと前記温度センサとを熱結合させる結合材と、を有する。
【選択図】 図3
特許請求の範囲【請求項1】
複数の電池セルが収容されるケース筐体と、
前記電池セルの温度を測定する温度センサが設けられた監視基板と、
前記監視基板に対して圧縮された状態で前記ケース筐体内に設けられ、前記電池セルと
前記温度センサとを熱結合させる結合材と、
を有する組電池。
続きを表示(約 990 文字)【請求項2】
前記結合材は、前記温度センサと前記電池セルとの距離が短縮する方向に圧縮されてい
る、
請求項1記載の組電池。
【請求項3】
前記結合材は、前記電池セルと前記ケース筐体の蓋体との間に、前記監視基板を介在さ
せた状態で前記蓋体によって圧縮された状態で固定されている、
請求項1又は請求項2記載の組電池。
【請求項4】
前記結合材は、前記電池セルと前記監視基板との間に、前記温度センサを介在させた状
態で前記監視基板によって圧縮された状態で固定されている、
請求項1又は請求項2記載の組電池。
【請求項5】
前記結合材は、可撓性のある樹脂材料である、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の組電池。
【請求項6】
前記電池セルは、前記電池セルの内部の電解液を放出する手段である開放弁を有し、
前記結合材は、前記開放弁の位置を避けて配置される、
請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の組電池。
【請求項7】
前記監視基板には貫通孔を有し、
前記結合材は、紫外線硬化樹脂で形成されており、前記貫通孔を貫通した状態で硬化さ
れることにより前記貫通孔に対して移動を抑制する突起部が形成されている、
請求項1、請求項2、又は請求項4乃至請求項6のいずれか1項記載の組電池。
【請求項8】
前記監視基板には貫通孔を有し、
前記結合材は、前記貫通孔に挿通した状態で固定されることにより前記貫通孔に対して
移動を抑制する固定具をさらに有する、
請求項1、請求項2、又は請求項4乃至請求項6のいずれか1項記載の組電池。
【請求項9】
前記結合材は、前記監視基板に吸着する吸盤形状を有する、
請求項1、請求項2、又は請求項4乃至請求項6のいずれか1項記載の組電池。
【請求項10】
前記結合材は、前記監視基板から前記電池セルにかけて蛇腹形状を有する、
請求項9記載の組電池。
【請求項11】
前記結合材は、可撓性を有する弾性体で形成されている、
請求項9又は請求項10記載の組電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、組電池に関する。
続きを表示(約 4,100 文字)【背景技術】
【0002】
リチウムイオン電池をはじめとする二次電池は、複数個の電池がケース内に収納され組
電池として使用される。この組電池は、リチウムイオン電池の電流、電圧及び温度等を逐
次モニタしている。これらをモニタすることにより、リチウムイオン電池の状態を監視す
る。また、得られた電流、電圧及び温度情報に基づき充放電可能性やSOC(State
of Charge:充電率)等を算出し、組電池の充放電運用を行う。このような二
次電池は、電池セルの温度履歴、充放電パターン及び保存条件によって劣化速度が変わる
ため、特に電圧及び温度を精度よく検知する構造あるいは技術が求められている。
【0003】
また、組電池は高圧用途の場合に、高圧回路である電池セルを有する主回路と、温度セ
ンサであるサーミスタ、電圧センサ等含む低圧回路とを有する。これら高圧回路と低圧回
路との間の絶縁は沿面、空間距離を開けるなどの処置を行わなければならない。
【0004】
高圧回路と低圧回路とを物理的に距離を離してしまうと、低圧回路の一部である温度セ
ンサと電池セルの表面との距離が大きくなり、電池表面の温度と温度センサによる測定温
度とが乖離したものとなり、電池セルの表面温度を高精度に検出することが困難となる。
【0005】
また、電池セル自体の表面に絶縁物を介して温度センサを強固に密着固定することも考
えられるが、電池セルをリサイクル・リユースする際に組電池の解体を妨げる、という弊
害が出る。
【0006】
さらに、二次電池と回路基盤に固定した温度センサとの間に熱結合材を充填することに
より、二次電池と温度センサとを熱結合する技術も知られている。(特許文献1)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
特開2005−317454号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、二次電池と温度センサとの間に熱結合材を充填したのみでは、熱結合材
の熱伝導率は小さく、二次電池が発熱してからその温度が温度センサに伝達するまでに時
間が掛かり、電池表面の温度測定に時間遅れが生じるとともに測定精度も低下してしまう
という問題がある。
【0009】
本発明が解決しようとする課題は、高圧用途の電池セルに適用可能な、精度の高い温度
検出機能を備える組電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、実施形態に係る組電池は、複数の電池セルが収容されるケ
ース筐体と、前記電池セルの温度を測定する温度センサが設けられた監視基板と、前記監
視基板に対して圧縮された状態で前記ケース本体内に設けられ、前記電池セルと前記温度
センサとを熱結合させる結合材と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
第1の実施形態に係る組電池全体の内部構成の概略を示す分解斜視図。
第1の実施形態に係る組電池全体の内部構成の概略を示す断面図。
第1の実施形態に係る組電池の内部構成を示す拡大断面図。
第1の実施形態に係る組電池の結合材の状態を示す図。
第1の実施形態に係る組電池の電池セル周辺の温度を示す図。
第2の実施形態に係る組電池の内部構成を示す断面図。
第2の実施形態に係る組電池の変形例を示す図。
第2の実施形態に係る組電池の別の変形例を示す図。
第3の実施形態に係る組電池の内部構成を示す図。
第4の実施形態に係る組電池の内部構成を示す図。
第5の実施形態に係る組電池の内部構成を示す図。
第6の実施形態に係る組電池の内部構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
【0013】
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る組電池1を、図1乃至図5を用いて説明する。
【0014】
図1は、第1の実施形態に係る組電池1の内部構成の概略を示す分解斜視図である。
【0015】
図2は、第1の実施形態に係る組電池1の内部構成の概略を示す断面図である。
【0016】
図3は、第1の実施形態に係る組電池1の内部構成を示す拡大断面図である。
【0017】
図1、図2及び図3に示すように、組電池1は、ケース筐体12と、正極端子14と負
極端子15とを有する電池セル16と、電池セル16に設けられた開放弁17と、バスバ
ー18と、監視基板13と、ボルト10と、ワッシャー11と、ナット19と、セパレー
タ9と、温度センサ22と、結合材21Aとを備える。
【0018】
ケース筐体12は、ケース本体12Aと、蓋体12Bとを有する。ケース本体12Aに
は、複数の電池セル16が収容される。鉄道用途や車載用途や産業用途等の組電池は、例
えば図1に示すようにケース筐体12の中に2個以上の電池セル16が収容される。
【0019】
電池セル16は、正極端子14と負極端子15とを備える。電池セル16は、ケース筐
体12に接着剤、コンパウンド及びギャップフィラー等の密着固定及び接着機能を持つ材
料を介して接着及び固定される。
【0020】
また、電池セル16は、開放弁17を有する。開放弁17は、万が一過充電等の理由に
より電池セル16内で電解液が沸騰し霧状となった電解液により、内圧が上がった場合に
霧状の電解液を放出する機能を有する。
【0021】
バスバー18は、電池セル16の正極端子14及び負極端子15を電気的に接続する機
能を有する。バスバー18は、正極端子14及び負極端子15に溶接などの手段で接合さ
れているものとする。バスバー18の形状並びに正極端子14及び負極端子15との接続
の組み合わせなどにより、所望の直列及び並列数を組電池1内で構成する。
【0022】
監視基板13は、電池セル16の電圧を検知する電圧センサや温度を検知する温度セン
サ22等の電子部品を電子的に導通させる機能を有する。監視基板13の表面上には、銅
箔を用いて形成する回路パターンが形成される。電池セル16の主回路配線等も監視基板
13上を介して接続されることもある。監視基板13は、別名CMU(セルモニタリング
ユニット、Cell Monitoring Unit)とよばれる。監視基板13は、
複数のボルト10及びワッシャー11並びにナット19によって、バスバー18に固定さ
れる。
【0023】
組電池1は複数個直並列接続して、ある別の装置内に収納されることもある。その場合
、主回路側すなわち電池セル16の正極端子14及び負極端子15にはときに750V、
1500V等の高電圧が印加されることがある。したがって、組電池1の内部構造は、電
池セル16の高電圧が印加される正極端子14、負極端子15及びバスバー18等が配置
される高圧側と、監視基板13の低圧回路部とは絶縁距離又は沿面距離を設ける。あるい
はCTI(Comparative tracking index;比較トラッキング
指数)が高い材料によって形成されたセパレータ9等を設けることにより、低圧回路と高
圧回路とが物理的に離隔されている。
【0024】
温度センサ22は、電池セル16の温度を測定する手段である。温度センサ22は、監
視基板13上に設けられる。温度センサ22は例えばサーミスタや、熱電対等の公知の温
度センサでもよい。
【0025】
結合材21Aは、監視基板13に対して圧縮された状態で、ケース本体12A内に設け
られ、電池セル16と温度センサ22とを熱結合させる機能を有する。
【0026】
図3に示すように、結合材21Aは電池セル16と監視基板3との間と、監視基板13
と蓋体12Bとの間に圧縮された状態で取り付けられ、電池セル16及び温度センサ22
に対して密着させる。
【0027】
例えば、図3に示すように、結合材21Aは電池セル16と蓋体12Bとの間に、監視
基板13を介在させた状態で蓋体12Bによって圧縮された状態で固定してもよい。この
とき、電池セル16の開放弁17を結合材によって塞ぐと、電池セル16の内圧が上がっ
たときに霧状の電解液の放出ができなくなることから、結合材21Aは開放弁17の位置
を避けた位置に設けられる。
【0028】
なお、図3における矢印は、結合材21Aに加えられる圧縮力の向きである。
【0029】
このとき、結合材21Aは温度センサ22に対して温度センサ22と電池セル16との
距離が短縮する方向に圧縮される。
【0030】
また、結合材21Aは、蓋体12Bと監視基板13との間に空隙がなくなるような厚み
で形成しておく。
(【0031】以降は省略されています)

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