特許 6046864 ２つの異なるバッテリセルの２つのセル電流の差分を測定する装置を備えた、複数の電気化学的なバッテリセルを有するバッテリパック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6046864

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】２つの異なるバッテリセルの２つのセル電流の差分を測定する装置を備えた、複数の電気化学的なバッテリセルを有するバッテリパック

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20161212BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20161212BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/48 A

   H01M2/10 E

   H01M10/04 W

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-524565(P2016-524565)

(86)(22)【出願日】2014年12月30日

(86)【国際出願番号】EP2014079406

(87)【国際公開番号】WO2015104196

(87)【国際公開日】20150716

【審査請求日】2016年4月19日

(31)【優先権主張番号】102014200304.0

(32)【優先日】2014年1月10日

(33)【優先権主張国】DE

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】501125231

【氏名又は名称】ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100095957

【弁理士】

【氏名又は名称】亀谷 美明

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100128587

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 一騎

(72)【発明者】

【氏名】ベルクマン、スヴェン

(72)【発明者】

【氏名】ライツル、アレクサンダー

(72)【発明者】

【氏名】ホーレ、サーミマラ

【審査官】 桑江 晃

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１１３９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４２９５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／４２ − １０／４８

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ １０／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電気化学的なバッテリセルを有するバッテリパック（１）であって、２つの異なるバッテリセル（２、３）の２つのセル電流の差分を測定する装置を備え、
−第１のバッテリセル（２）は、第１の電極層と第２の電極層とからなる第１の巻回要素（４）を有し、前記第１の巻回要素（４）は、前記セル電流のうちの第１のセル電流（I_ｚ１）により第１の磁場（６）を生じさせ、
−第２のバッテリセル（３）は、第３の電極層と第４の電極層とからなる第２の巻回要素（５）を有し、前記第２の巻回要素（５）は、前記セル電流のうちの第２のセル電流（I_ｚ２）により第２の磁場（７）を生じさせ、
前記第１の巻回要素（４）および前記第２の巻回要素（５）は、第１のセル電流（I_ｚ１）および第２のセル電流（I_ｚ２）が同じ向きに方向付けられる際に前記第１の磁場（６）が前記第２の磁場（７）に反作用するように、互いに配置され、
前記バッテリパック（１）は、
−前記第１の磁場（６）と前記第２の磁場（７）とからの重畳磁場を測定するよう構成された磁場センサ（８）と、
−測定された前記重畳磁場から、前記第１のセル電流（I_ｚ１）と前記第２のセル電流（I_ｚ２）との差分を定めるよう構成された評価ユニットと、
をさらに備える、バッテリパック（１）。

【請求項2】

前記第１の電極層および前記第３の電極層は、前記第１の巻回要素（４）および前記第２の巻回要素（５）それぞれの内側の部分で接触されており、
前記第２の電極層および前記第４の電極層は、前記第１の巻回要素（４）および前記第２の巻回要素（５）それぞれの外側の部分で接触されており、
前記内側の部分は、前記外側の部分よりも遥かに、前記第１の巻回要素（４）および前記第２の巻回要素（５）それぞれの内部に存在することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック（１）。

【請求項3】

前記第１のバッテリセル（２）は、前記第２のバッテリセル（３）と並列に接続されることを特徴とする、請求項１、または２に記載のバッテリパック（１）。

【請求項4】

前記第１の巻回要素（４）の第１の仮想巻軸は、前記第２の巻回要素（５）の第２の仮想巻軸に対して平行に、かつ当該第２の仮想巻軸と隣り合って配置され、
前記第１の巻回要素（４）は、隣り合う前記配置において、前記第２の巻回要素（５）とは反対方向に巻回されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリパック（１）。

【請求項5】

前記磁場センサ（８）は、同じ大きさの第１のセル電流および第２のセル電流が同じ向きに方向付けられる際に前記第１の磁場と前記第２の磁場とが相殺される箇所に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリパック（１）。

【請求項6】

前記第１の電極層は、第１の導電体（Ｌ１）を介して第１の電圧タップと電導的に接続され、
前記第２の電極層は、第２の導電体（Ｌ２）を介して第２の電圧タップと電導的に接続され、
前記第３の電極層は、第３の導電体（Ｌ３）を介して第３の電圧タップと電導的に接続され、
前記第４の電極層は、第４の導電体（Ｌ４）を介して第４の電圧タップと電導的に接続され、
前記第１の導電体（Ｌ１）および前記第２の導電体（Ｌ２）は、少なくとも部分的に、前記第３の導電体（Ｌ３）および前記第４の導電体（Ｌ４）に対して対称的に配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリパック（１）。

【請求項7】

前記バッテリパック（１）は、複数の第１のバッテリセル（２）および第２のバッテリセル（３）を含み、
前記第１の巻回要素（４）および前記第２の巻回要素（５）は、第１のセル電流（I_ｚ１）および第２のセル電流（I_ｚ２）が同じ向きに方向付けられる際に各第１の磁場（６）が各第２の磁場（７）と逆に方向付けられ、かつ、前記第１の巻回要素と前記第２の巻回要素とは磁場方向が互い違いになった状態で一列に配置されるように、互いに配置され、
前記磁場センサ（８）は、前記第１の巻回要素の第１の磁場（６）と、隣り合う前記第２の巻回要素の第２の磁場（７）とからの重畳磁場を測定するよう構成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリパック（１）。

【請求項8】

前記第１のバッテリセル（２）と前記第２のバッテリセル（３）とは、共通のバッテリセルハウジング（９）の中に配置されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバッテリパック（１）。

【請求項9】

前記第１のバッテリセル（２）と前記第２のバッテリセル（３）とは、異なるバッテリセルハウジング（９）の中に配置されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバッテリパック（１）。

【請求項10】

前記磁場センサ（８）は、２つの隣り合うバッテリセルハウジング（９）の間に配置されることを特徴とする、請求項７に記載のバッテリパック（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２つの異なるバッテリセルの２つのセル電流の差分を測定する装置を備えた、複数の電気化学的なバッテリセルを有するバッテリパックに関する。

【背景技術】

【0002】

将来的に、例えば風力発電所および緊急電源などの定置型の適用において、さらに、例えばハイブリッド自動車または電気自動車のような車両において、例えばリチウムイオンバッテリのような新しいバッテリシステムがますます使用されるようになることが明らかである。リチウムイオンバッテリの場合、トラクション（ｔｒａｃｔｉｏｎ）二次バッテリが関わっている。このようなバッテリシステムでは、利用可能なエネルギー含量、充電／放電効率、メモリ効果が無いこと、寿命、および信頼性に関する要求が高い。

【0003】

適切なシステム総電圧、電力、またはエネルギーに対する要求を満たすために、このようなバッテリシステムでは、バッテリセルが直列または並列に接続される。バッテリ全体は、パッテリパックと呼ばれる。バッテリ全体は、例えば、バッテリセル、バッテリモジュール、下位ユニット、冷却システム、脱ガスシステム、センサ、ならびに、例えばセル監視回路（ＣＳＣ：Ｃｅｌｌ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、バッテリ制御ユニット（ＢＣＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、バッテリ切断ユニット（ＢＤＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、電流遮断ユニット（ＣＩＤ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）、およびバッテリ管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）等の、電子制御装置に分けられる。

【0004】

エンドユーザによる適用のためには、主に、円筒形状のリチウムイオンバッテリセルが期待されている。高出力のトラクション二次バッテリのためには、アルミニウムまたはステンレス鋼からなる金属製のハウジングの中に入った、好適に角柱形状のリチウムイオンバッテリセルが利用される。その際に、１つのセルハウジングの中に並列接続された２つのゼリーロール（Ｊｅｌｌｙ−Ｒｏｌｌ）が設けられる実現も得られる。ゼリーロールは、アノード層とカソード層とからなる巻回要素である。

【0005】

ゼリーロールが並列接続されているバッテリが、欧州特許第２３２５９３２号明細書に開示されている。ここでは、ゼリーロールは、互いに逆方向に巻回された状態でセルハウジングに組み込まれている。このように巻回方向を互いに逆にすることによって、電磁放射線が低減される。上記明細書で記載される原則は、トラクション二次バッテリの場合でも公知である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

リチウムイオンバッテリを効率良く制御し、監視するためには、このような２つのゼリーロールの電流の管理が必要である。全てのセルへの均等な負荷を可能とするためまたは個別セルへの過負荷を防止するためには、特に、２つの異なるゼリーロールの２つのセル電流の差分を把握することが重要である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

複数の電気化学的なバッテリセルを有する本発明に係るバッテリパックは、２つの異なるバッテリセルの２つのセル電流の差分を測定する装置を備え、第１のバッテリセルは、第１の電極層と第２の電極層とからなる第１の巻回要素を有し、第１の巻回要素は、セル電流のうちの第１のセル電流により第１の磁場を生じさせ、第２のバッテリセルは、第３の電極層と第４の電極層とからなる第２の巻回要素を有し、第２の巻回要素は、セル電流のうちの第２のセル電流により第２の磁場を生じさせ、第１の巻回要素と第２の巻回要素とは、第１のセル電流および第２のセル電流が同じ向きに方向付けられる際に第１の磁場が第２の磁場に反作用するように、互いに配置され、バッテリパックは、第１の磁場と第２の磁場とからの重畳磁場を測定するよう構成された磁場センサと、測定された重畳磁場から、第１のセル電流と第２のセル電流との差分を定めるよう構成された評価ユニットと、をさらに備える。第１のセル電流が第１のバッテリセルの充電電流であり、かつ、第２のセル電流が第２のバッテリセルの充電電流である場合、または、第１のセル電流が第１のバッテリセルの放電電流であり、かつ、第２のセル電流が第２のバッテリセルの放電電流である場合には、第１のセル電流および第２のセル電流が同じ向きに方向付けられる。差分電流を検出するために、セル電流を案内する構成要素を直接電気的に接触させる必要がないため、このようなバッテリパックは有利である。したがって、測定損失が最小に抑えられ、接触のためのコストが回避される。特に、セル電流および／または電圧が大きい際に、セル電流の差分を測定する装置を、コストを掛けて絶縁させる必要がない。

【0008】

従属請求項によって、本発明の好適な発展形態が示される。

【0009】

特に、第１の電極層および第３の電極層は、各巻回要素の内側の部分で接触されており、第２の電極層および第４の電極層は、各巻回要素の外側の部分で接触されており、上記内側の部分は、上記外側の部分よりも遥かに、各巻回要素の内部に存在する。これにより、セル電流が少なくともほぼ完全に巻回要素の巻線（Ｗｉｃｋｌｕｎｇ）を通って流れ、したがって強い第１の磁場および第２の磁場が生成されることが保証される。強い磁場は、低コストで、すなわち安価な磁場センサによって検出可能であり、このようにして得られた測定結果は、漂遊磁界による誤りがより少ない。

【0010】

第１のバッテリセルが、第２のバッテリセルと並列に接続される場合には有利である。２つのバッテリセルがこのように接続される際には、並列接続されたバッテリセルに対して負荷が均等に掛かるため、発生した差分電流を介して、バッテリセルの健康状態または劣化状態または様々な充電状態も比較することが可能である。

【0011】

さらに、第１の巻回要素の第１の仮想巻軸は、第２の巻回要素の第２の仮想巻軸に対して平行に、かつ当該第２の仮想巻軸と隣り合って配置され、第１の巻回要素は、本配置において、第２の巻回要素とは反対方向に巻回される場合には有利である。このような実施形態における対称的な電流の流れによって、このようなバッテリパックに起因する電磁的な干渉は特に小さい。

【0012】

磁場センサが、同じ大きさの第１のセル電流および第２のセル電流が同じ向きに方向付けられる際に第１の磁場と第２の磁場とが相殺される箇所に配置される場合には有利である。したがって、特に簡単な手段によって、セル電流のうちの第１のセル電流と第２のセル電流との間の不均衡、すなわち差分が生じているかを検出することが可能である。この場合、重畳磁場が０（ゼロ）と等しくない磁場強度を有する場合には常に差分が生じる。この場合、評価装置の校正を行わなくてもよい。

【0013】

さらに、第１の電極層は、第１の導電体を介して第１の電圧タップと電導的に接続され、第２の電極層は、第２の導電体を介して第２の電圧タップと電導的に接続され、第３の電極層は、第３の導電体を介して第３の電圧タップと電導的に接続され、第４の電極層は、第４の導電体を介して第４の電圧タップと電導的に接続され、第１の導電体および第２の導電体は、少なくとも部分的に、第３の導電体および第４の導電体に対して対称的に配置される場合には有利である。これにより、対称的な電流案内が実現される。これにより、測定のために必要な磁場に対して、補正されぬまま重畳するかもしれない磁場が、有利に少なくとも部分的に補正されることになる。特に、第１の導電体および第２の導電体を、第３の導電体および第４の導電体に対して、少なくとも部分的に面対称に配置することが可能であり、その際に、導電体は、仮想対称面に対して対称的であり、この仮想対称面は、互いに面対称な第１の仮想巻軸と第２の仮想巻軸との間の面対称を定義する。

【0014】

同様に、バッテリパックは、複数の第１のバッテリセルおよび第２のバッテリセルを含み、第１の巻回要素および第２の巻回要素は、第１のセル電流および第２のセル電流が同じ向きに方向付けられる際に各第１の磁場が各第２の磁場と逆に方向付けられ第１の巻回要素と第２の巻回要素とは磁場方向が互い違いになった状態で一列に配置されるように、互いに配置され、磁場センサは、第１の巻回要素の第１の磁場と、隣り合う第２の巻回要素の第２の磁場とからの重畳磁場を測定するよう構成される場合には有利である。このようにして、１つのバッテリパック内の複数の電流差が測定され、その際に、関与するバッテリセルの測定では、磁場による測定への相互作用が最小にしか発生せずまたは全く発生しない。

【0015】

他の変形例において、第１のバッテリセルと第２のバッテリセルとは、共通のバッテリセルハウジングの中に配置される。共通のバッテリセルハウジングに第１のバッテリセルと第２のバッテリセルとが配置されることによって、最小の漂遊磁界を生じさせる構成要素が創出される。

【0016】

特に、第１のバッテリセルと第２のバッテリセルとは、異なるバッテリセルハウジングの中に配置される。その場合に磁場センサは、バッテリセルハウジングの間に配置されうる。したがって、個別交換が可能なユニットが創出され、この個別交換が可能なユニットでは、ユニットのうちの１つが故障していて交換する必要があるかどうかを、２つのセル電流の測定された差分を用いて判定することが可能である。

【0017】

磁場センサが、２つの隣り合うバッテリセルハウジングの間に配置される場合には有利である。これにより、磁場センサを含まないバッテリセルを、本発明に係るバッテリパックの中で利用することが可能である。少なくともバッテリセルハウジングと共に行われるバッテリセルの交換の際に、磁場センサは存置される。追加コスト、および追加的な校正費用が回避されうる。

【0018】

磁場センサがホールセンサである場合には有利である。なぜならば、ホールセンサは、安価な標準構成要素として入手できるからである。さらに、ホールセンサによって、重畳磁場の特に正確な測定を行うことが可能である。

【0019】

本発明に係るバッテリパックは、有利に車両のバッテリであり、特にトラクションバッテリである。頻繁な充電過程および放電過程、ならびに、このようなバッテリへの特に高い要求によって、差分電流測定装置の信頼性の高い構造形態は特に有利である。簡素であり、低コストで実現できることも、同様に利点である。

【図面の簡単な説明】

【0020】

以下では、本発明の実施例が、添付の図面を参照して詳細に記載される。

【図1】第１の実施形態における本発明に係るバッテリパック１の概略図を示す。

【図2】第２の実施形態における本発明に係るバッテリパック１の概略図を示す。

【図3】第２の実施形態に係る、本発明に基づき配置された複数の第１のバッテリセル２および第２のバッテリセル３の概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１は、第１の実施形態における本発明に係るバッテリパック１の概略図を示している。

【0022】

バッテリパック１は、第１の電極層と第２の電極層とからなる第１の巻回要素４を有する第１のバッテリセル２を含む。第１のバッテリセル２は、電気化学的なバッテリセルである。本実施形態では、第１の電極層が、放電時に、第１のバッテリセル２のカソードを形成し、第２の電極層が、第１のバッテリセル２の第１のアノードを形成する。このような第１の巻回要素４は、典型的に、電極層と共に巻回される１つ以上のセパレータ層をさらに含み、このセパレータ層によってアノードとカソードとの間の短絡が防止される。充電時には、アノードとカソードの役割が交換される。以下では、放電が考察される。

【0023】

第１の巻回要素４は、第１の仮想巻軸を有する。第１の仮想巻軸は、第１の巻回要素４の巻層の巻回中心に存在する軸である。ここで示される本発明の第１の実施形態では、第１の仮想巻軸は、第１の巻回要素４の中心の仮想平面であって、電極層がその周りに巻回される上記仮想平面上に存在する。その際に、第１の仮想巻軸は、第１の磁場６に対して平行である。

【0024】

第１のアノードは、第１の巻回要素４の内側の部分で接触されている。このために、本実施例では接触のために、第１のアノード接触点Ｐ１が選択され、この第１のアノード接触点Ｐ１は、第１の巻回要素４の第１のアノードの、最も内側の部分に存在する。好適に、第１のアノード接触点Ｐ１は、同時に、第１の巻回要素４の表面からも接触可能である。第１のカソードは、第１の巻回要素４の外側の部分で接触されている。このために、本実施例では接触のために、第１のカソード接触点Ｐ２が選択され、この第１のカソード接触点Ｐ２は、第１のカソードおよび第１のアノードの巻回経路を辿った場合に、第１の巻回要素４の第１のカソードの、第１の巻回要素４の仮想巻芯から可能な限り遠くに離れて存在する。したがって、内側の部分は、外側の部分よりも遥かに、第１の巻回要素４の内部に存在する。

【0025】

第１のセル電流Ｉ_Ｚ１が、第１のアノード接触点Ｐ１と、第１の巻回要素４と、カソード接触点Ｐ２とを介して流れる。その際に、第１のセル電流Ｉ_Ｚ１は、完全にまたは部分的に、電気化学的な第１のバッテリセル２によって生じされうる。第１のセル電流Ｉ_Ｚ１が、第１のカソードおよび第２のアノードにより形成される巻回された導電経路を流れることによって、コイルと同じように、第１の磁場６が生成する。

【0026】

バッテリパック１はさらに、第２の電気化学的なバッテリセル３を含み、このバッテリセル３は、第３の電極層と第４の電極層とからなる第２の巻回要素５を有する。その際に、本実施形態では、第３の電極層が、第２のバッテリセル３の第２のカソードを形成し、第４の電極層が、第２のバッテリセル３の第２のアノードを形成する。このような第２の巻回要素５は、典型的に、電極層と共に巻回される１つ以上のセパレータ層をさらに含み、このセパレータ層によって、第２のカソードと第２のアノードとの間の短絡が防止される。第１の巻回要素４または第２の巻回要素５は、ゼリーロール（Ｊｅｌｌｙ−Ｒｏｌｌ）とも呼ばれる。

【0027】

第２の巻回要素５は、第２の仮想巻軸を有する。第２の仮想巻軸は、第２の巻回要素５の巻層の巻回中心に存在する軸である。ここで示される本発明の実施形態では、第２の仮想巻軸は、第２の巻回要素の中心の仮想平面であって、電極層がその周りに巻回される仮想平面上に存在する。

【0028】

第２のアノードは、第２の巻回要素５の内側の部分で接触されている。このために、本実施例では接触のために、第２のアノード接触点Ｐ３が選択され、この第２のアノード接触点Ｐ３は、第２のアノード層の、第２の巻回要素５の最も内側の部分にある箇所に存在する。好適に、第２のアノード接触点Ｐ３は、同時に、第２の巻回要素５の表面からも接触可能である。第２のカソードは、第２の巻回要素５の外側の部分で接触されている。このために、本実施例では接触のために、第２のカソード接触点Ｐ４が選択され、この第２のカソード接触点Ｐ４は、第２のカソードとおよび第２のアノードの巻回経路を辿った場合に、第２のカソードの、第２の巻回要素５の仮想巻芯よりも可能な限り遠くに離れた箇所に存在する。したがって、内側の部分は、外側の部分よりも遥かに、第２の巻回要素５の内部に存在する。

【0029】

第２のセル電流Ｉ_Ｚ２が、第２のアノード接触点Ｐ３と、第２の巻回要素５と、第２のカソード接触点Ｐ４とを介して流れる。その際に、第２のセル電流Ｉ_Ｚ２は、完全にまたは部分的に、電気化学的な第２のバッテリセル３によって生じされうる。第２のセル電流Ｉ_Ｚ２が、第１のカソードおよび第２のアノードにより形成される巻回された導電経路を流れることによって、コイルと同じように、第２の磁場７が生成する。

【0030】

本発明の第１の実施形態では、第１の巻回要素４と第２の巻回要素５とは、その電極層の平面、その巻密度、その外形寸法について同一の寸法に定められる。第１のバッテリセル２および第２のバッテリセル３は、共通のバッテリセルハウジング９の中に配置される。その際に、第１の仮想巻軸は、第２の仮想巻軸に対して平行に、かつ第２の仮想巻軸と隣り合って配置される。第１の巻回要素４は、本構成では、第２の巻回要素５とは反対方向に巻回される。図１から分かるように、第１の巻回要素４は、示される図では時計回りに巻回され、第２の巻回要素５は、示される同じ図では、反時計回りに巻回される。その際に、共通のバッテリセルハウジング９は、破裂弁２８を備えたバッテリセルハウジングカバー２９を含む。

【0031】

バッテリセルハウジング９の中の接続線は、第１の巻回要素４および第２の巻回要素５について、互いに対称的に敷設されるべきであろう。これにより、当該接続線の電流の流れによって生成される磁場は、互いに相殺し合うように構築される。これにより、放射されるノイズが最小限に抑えられる。第１のアノード接触点Ｐ１は、第１の導電体Ｌ１を介して、バッテリセルハウジング９に配置された第１のマイナス極端子Ａ１と電導的に接続される。第１のカソード接触点Ｐ２は、第２の導電体Ｌ２を介して、バッテリセルハウジング９に配置された第１のプラス極端子Ａ２と電導的に接続される。第２の負の接触点Ｐ３は、第３の導電体Ｌ３を介して、バッテリセルハウジング９に配置された第２のマイナス極端子Ａ３と電導的に接続される。第２の正の接触点Ｐ４は、第４の導電体Ｌ４を介して、バッテリセルハウジング９に配置された第２のプラス極端子Ａ４と電導的に接続される。第１の導電体Ｌ１は、好適に第４の導電体Ｌ４と対称的に、バッテリセルハウジング９内で配置される。その際に、第１のバッテリセル２および第２のバッテリセル３についての対称面も形成する平面が、対称面を形成する。さらに、第１のプラス端子Ａ２および第２のプラス端子Ａ４が、バッテリパックのカソード端子またはプラス極と電導的に接続されうる。さらに、第１のマイナス極端子Ａ１および第３のマイナス極端子Ａ３が、バッテリパックのアノード端子またはマイナス極と接続されうる。

【0032】

第１の巻回要素４と第２の巻回要素５とは、第１のセル電流Ｉ_ｚ１および第２のセル電流Ｉ_ｚ２が同じ向きに方向付けられる際に第１の磁場６が第２の磁場７に反作用するように、互いに配置されている。第１のセル電流Ｉ_ｚ１が第１のバッテリセル２の充電電流であり、かつ、第２のセル電流Ｉ_ｚ２が第２のバッテリセル３の充電電流である場合、または、第１のセル電流Ｉ_ｚ１が第１のバッテリセル２の放電電流であり、かつ、第２のセル電流Ｉ_ｚ２が第２のバッテリセル３の放電電流である場合に、第１のセル電流Ｉ_ｚ１および第２のセル電流Ｉ_ｚ２が同じ向きに方向付けられる。すなわち、第１のバッテリセル２および第２のバッテリセル３によって、放電電流が、第１のセル電流Ｉ_ｚ１または第２のセル電流Ｉ_ｚ２として放出される場合には、少なくとも、第１のバッテリセル２および第２のバッテリセル３の周辺に、第１の磁場６の成分と第２の磁場７の成分とが互いに反作用する平面領域が形成される。この平面領域において、第１の磁場６は、第２の磁場７と共に重畳磁場を形成する。ここで記載する第１の実施形態では、このような平面領域は、バッテリセルハウジング９の中の、第１の巻回要素４の巻回中心と第２の巻回要素５の巻回中心との間の中央に存在する。この平面領域には磁場センサが配置される。磁場センサは、ホールセンサ８によって形成される。この場合に、ホールセンサ８は、第１のセル電流Ｉ_ｚ１および第２のセル電流Ｉ_ｚ２が同じ向きに方向付けられる際に第１の磁場６と第２の磁場７とが相殺される箇所に配置される。ホールセンサ８は、第１の巻回要素４の仮想巻軸までの間隔と、第２の巻回要素５の仮想巻軸までの間隔とが、好適に同じである。したがって、同じ大きさの第１のセル電流Ｉ_ｚ１および第２のセル電流Ｉ_ｚ２が同じ向きに方向付けられる際に互いに逆向きに方向付けられた２つの磁場が、同じ強さでホールセンサ８を通過する。第１の磁場６と第２の磁場７とが同じ大きさである限りにおいて、その結果得られる、ホールセンサ８を通る磁束は０（ゼロ）に等しい。

【0033】

第１の巻回要素４および第２の巻回要素５を通って流れる第１のセル電流Ｉ_ｚ１および第２のセル電流Ｉ_ｚ２によって、互いに逆向きの磁場が構築され、この逆向きの磁場は、巻回数が同じであり、巻密度が同じであり、電流が同じである（Ｉ_ｚ１＝Ｉ_ｚ２）際には相殺される。生成された磁場、すなわち第１の磁場６および第２の磁場７は、巻回要素４および５を通って流れるセル電流Ｉ_ｚ１、Ｉ_ｚ２に比例する。

【0034】

ホールセンサ８を通ってセンサ電流Ｉ_ＨＳが流れる。このセンサ電流Ｉ_ＨＳは、例えば、バッテリ制御部を介して提供されうる。ホールセンサ８によって重畳磁場が検知された場合には、ホールセンサ８によってホール電圧Ｕ_ＨＳが出力される。このホール電圧Ｕ_ＨＳは、図示されない評価ユニットに供給される。第１の巻回要素４および第２の巻回要素５を通る充電電流および放電電流が同じ大きさであるため、好適に、その電気抵抗も同じ大きさである。磁場のバランスが取れていない際、すなわち、第１のセル電流Ｉ_ｚ１と第２のセル電流Ｉ_ｚ２が異なる際には、ホールセンサ８の電力タップでは、０（ゼロ）Ｖと等しくないホール電圧Ｕ_ＨＳが測定される。すなわち、ホールセンサ８は、ゼロ電位での（ｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｒｅｉ）電流測定のために使用される。

【0035】

評価ユニットは、ホール電圧Ｕ_ＨＳおよび測定された重畳磁場に基づいて、第１のセル電流Ｉ_ｚ１と第２のセル電流Ｉ_ｚ２との間の差分を定める。第１の巻回要素４と第２の巻回要素５とが同じ寸法をしており、ホールセンサ８が中央に配置されていることによって、第１のセル電流Ｉ_ｚ１が第２のセル電流Ｉ_ｚ２と等しい場合（第１のセル電流Ｉ_ｚ１が第２のセル電流Ｉ_ｚ２とが同じ向きに方向付けられる際）について、その値が０（ゼロ）であり、したがってホール電圧Ｕ_ＨＳが０Ｖである重畳磁場が獲得される。したがって、第１のセル電流Ｉ_ｚ１と第２のセル電流Ｉ_ｚ２との差分は０（ゼロ）Ａである。

【0036】

第１のセル電流Ｉ_ｚ１が第２のセル電流Ｉ_ｚ２よりも大きい場合、重畳磁場では第１の磁場６が優勢となり、重畳磁場の磁束の方向が、ホールセンサ８によって予め設定される。ホールセンサの方向付けに従って、正または負の符号のホール電圧Ｕ_ＨＳがホールセンサによって出力される。第１のセル電流Ｉ_ｚ１が第２のセル電流Ｉ_ｚ２よりも小さい場合、重畳磁場では第２の磁場７が優勢となり、重畳磁場の磁束の方向が、ホールセンサ８によって予め設定される。第１の磁場６が優勢な場合のホール電圧Ｕ_ＨＳと比較して逆の符号を有するホール電圧Ｕ_ＨＳが、ホールセンサ８によって出力される。

【0037】

出力されたホール電圧Ｕ_ＨＳは、例えば所定のテーブルを介して、第１のセル電流Ｉ_ｚ１と第２のセル電流Ｉ_ｚ２との間の差分をアンペアまたは他の電流単位で記述する差分値へと変換することが可能である。このようなテーブルは、試験的に定められた値から作成できるであろう。

【0038】

２つのバッテリセル２、３による以下の電流の差分を測定することが可能である。すなわち、
‐自己放電電流：このためには、ホールセンサ８の感度を上げるためにセンサ電流Ｉ_ＨＳを比較的大きく設定する必要がある。ホール電圧Ｕ_ＨＳの極性で、巻回要素４、５のどちらが、より大きな自己放電電流を有するのかが分かる。ホール電圧Ｕ_ＨＳの高さが、自己放電電流の差分がどのくらい大きいのかを表す。
−充電電流および放電電流：このためには、ホールセンサ８のセンサ電流Ｉ_ＨＳを比較的小さく設定する必要がある。充電電流および放電電流は約１６の範囲内にあり、したがって、ホールセンサ８の感度をより低く設定する必要がある。

【0039】

第１の巻回要素４と第２の巻回要素５のちょうど中間にある領域にホールセンサ８を位置決めすることが困難であり、かつ、第１の巻回要素４が不正確な製造のために典型的に第２の巻回要素５と全く同じ寸法ではないことから、ゼロ点校正が必要となる可能性がある。その際には、第１のセル電流Ｉ_ｚ１と第２のセル電流Ｉ_ｚ２とが同一の際の、ホールセンサ８のホール電圧Ｕ_ＨＳが読み出される。この値がゼロ点とみなされる。ホール電圧Ｕ_ＨＳがこの値を上回りまたは下回る場合には、重畳磁場では第１の磁場６または第２の磁場７が優勢であり、したがって、各第１のセル電流Ｉ_ｚ１または各第２のセル電流Ｉ_ｚ２が優勢である。ホール電圧Ｕ_ＨＳがゼロ点と等しい場合には、第１のセル電流Ｉ_ｚ１は、第２のセル電流Ｉ_ｚ２と等しい。

【0040】

このようなバッテリパック１は、図１で示される構成要素の他に、例えばバッテリ制御線、分離要素、または他の伝導要素等の、図１には示されないさらなる別の構成要素を含んでもよい。

【0041】

図２は、第２の実施形態における本発明に係るバッテリパック１の概略図を示している。この第２の実施形態では、バッテリパック１は、複数のバッテリセルユニット２０〜２４を含む。バッテリセルユニット２０〜２４は、同じ構造をしたバッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４である。バッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４の外形は、各付属するバッテリセルハウジング９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅによって形成される。バッテリセルハウジング９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅは、実質的に直方体の形状をしている。端子側にはそれぞれ、正の電圧タップＡ５、および、負の電圧タップＡ６が配置される。バッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４は、各負の電圧タップＡ６が、隣接するバッテリセルユニットの正の電圧タップＡ５の隣に配置されるように、相並んで配置される。このために、バッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４は互いに１８０°ずつ回転させられ、その際に、それらの電圧タップＡ５、Ａ６は、直方体の共通の側面上に存在する。隣接する２つのバッテリセルユニットの間には、熱放出を改善するために、バッテリセルハウジング９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅとぴったり重ねて、アルミニウム板２６が配置される。このポジションにおいて、バッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４、および、アルミニウム板２６は、２つの締付ベルト２７によって互いに固定される。アルミニウム板２６の代わりに冷却チャネルを備えるバッテリパック１の場合には、バッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４は、対応するスペーサフレームによって保持され、固定されうる。その際に、スペーサフレームは、ホールセンサ８も収容することが可能である。

【0042】

各正の電圧タップＡ５は、隣接するバッテリセルユニットのうちの一方の負の電圧タップＡ６と、電導的なセルバインダ２５を介して接続されている。その際に、バッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４は、当該バッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４の直列接続が得られるように、セルバインダ２５を介して接続される。バッテリパック１における、アルミニウムハウジングを備えこのように相並んで直列接続されたバッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４の場合、可能な限り短いセルバインダ２５を利用できるために、極性が逆の電圧タップＡ５、Ａ６が常に相並んでいる。

【0043】

磁場センサ８として機能する各ホールセンサ８は、隣り合うバッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４の間に配置されている。このために、各アルミニウム板２６の中央に、ホールセンサ８の形状に対応する空所が設けられる。ホールセンサ８は、この空所の中に配置される。この空所は、ホールセンサ８の配線を収容するために、アルミニウム板２６の縁端領域の方向に拡張されてもよい。このため、アルミニウム板２６は、特に、ホールセンサ８の少なくとも１つの厚さに対応する厚さを有する。

【0044】

第２の実施形態におけるバッテリパック１は、複数の第１のバッテリセル２および第２のバッテリセル３を含む。その際に、第１のバッテリセル２および第２のバッテリセル３が１つずつ、１つのバッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４の中に配置される。

【0045】

図３は、バッテリパック１の第１のバッテリセルユニット２０および第２のバッテリセルユニット２１の概略図、または、バッテリパック１における２つの第１のバッテリセル２および２つの第２のバッテリセル３の配置を示している。第１のバッテリセル２、および、第１の巻回要素４、ならびに、第１のアノード接触点Ｐ１、および、第１のカソード接触点Ｐ２は、上述の第１の実施形態に対応して実現されている。第２のバッテリセル３、および、第２の巻回要素５、ならびに、第３のアノード接触点Ｐ３、および、第２のカソード接触点Ｐ４は、上述の第１の実施形態に対応して実現されている。各第１のバッテリセルの第１の巻回要素４を通って、各第１のセル電流Ｉ_ｚ１が流れる。各第２のバッテリセルの第２の巻回要素５を通って、各第２のセル電流Ｉ_ｚ２が流れる。

【0046】

その際に、第１の巻回要素４および第２の巻回要素５は、第１のセル電流Ｉ_ｚ１および第２のセル電流Ｉ_ｚ２の向きが同一に方向付けられる際に各第１の磁場６が各第２の磁場７と逆向きに方向付けられ、かつ、第１の巻回要素４と第２の巻回要素５とが交互に一列に配置されるように、互いに配置される。このために、第１の巻回要素４の仮想巻軸と、第２の巻回要素５の仮想巻軸とがほぼ一線上に配置される。本実施形態では、第１の巻回要素４と第２の巻回要素５も同じ構造をしているため、各巻回要素４、５は、直接的に隣り合う巻回要素に対して１８０°ずつ回転させられ、その際、回転軸は仮想巻軸に直交する。第１の巻回要素４の一方と、これに隣接する第２の巻回要素５とが、第１のバッテリセルハウジング９ａの中に配置されている。第１の巻回要素４の他方と、これに隣接するさらなる別の第２の巻回要素５とが、第２のバッテリセルハウジング９ｂの中に配置されている。バッテリパックの全てのバッテリセルが、対になって、１つのバッテリセルハウジングの中に収容される。バッテリセルハウジング９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅは特にアルミニウムで製造される。

【0047】

第１の導電体Ｌ１は、第１のバッテリセルユニット２０または第２のバッテリセルユニット２１の中で、それぞれ、第１のアノード接触点Ｐ１および負の電圧タップＡ６と電導的に接続されている。第１の導電体Ｌ１は、第１のバッテリセルユニット２０または第２のバッテリセルユニット２１の中で、それぞれ、第１のアノード接触点Ｐ１および負の電圧タップＡ６と電導的に接続されている。第３の導電体Ｌ３は、第１のバッテリセルユニット２０または第２のバッテリセルユニット２１の中で、それぞれ、第２のカソード接触点Ｐ３および負の電圧タップＡ６と電導的に接続されている。第２の導電体Ｌ２は、第１のバッテリセルユニットまたは第２のバッテリセルユニットの中で、それぞれ、第１のカソード接触点Ｐ２および正の電圧タップＡ５と電導的に接続されている。第４の導電体Ｌ４は、第１のバッテリセルユニット２０または第２のバッテリセルユニット２１の中で、それぞれ、第２のカソード接触点Ｐ４および正の電圧タップＡ５と電導的に接続されている。このようにして、各バッテリセルユニットの第１のバッテリセルおよび第２のバッテリセルは互いに並列に接続される。

【0048】

第１のバッテリセルユニット２０と第２のバッテリセルユニット２１は、互いに境を接しており、アルミニウム板２６またはホールセンサ８によってのみ互いに分離されているため、第１のバッテリセルユニット２０と第２のバッテリセルユニット２１との間には重畳磁場が構築される。この場所に配置されたホールセンサ８によって重畳磁場が測定される。この測定値は、第１の実施形態に対応して、第１のバッテリセルユニットの第１のセル電流Ｉ_ｚ１と第２のバッテリセルユニットの第２のセル電流Ｉ_ｚ２との間の差分値に変換されうる。

【0049】

対応する測定が、各ホールセンサ８によって実施されうる。したがって、隣り合う２つのバッテリセルごとに第１のセル電流Ｉ_ｚ１と第２のセル電流Ｉ_ｚ２との間の差分が測定されうる。

【0050】

バッテリセルユニット２０、２１、２２、２３、２４は、好適に同じ構造をしている。したがって、あるバッテリセルが第１のバッテリセル２とみなされるか、または第２のバッテリセル３とみなされるかは、バッテリセルユニットの向きに依存する。

【0051】

図面に示されない第２の実施形態の任意の変形例では、バッテリパック１内での配置において、第１の巻回要素４の仮想巻軸と第２の巻回要素５の仮想巻軸とが、互いにほぼ平行に配置される。その場合には、２つの隣り合う第１の巻回要素４、第２の巻回要素５の構成は、第１の実施形態に対応する。

【要約】

本発明は、複数の電気化学的なバッテリセルを有するバッテリパックであって、２つの異なるバッテリセルの２つのセル電流の差分を測定する装置を備え、第１のバッテリセルは、第１の電極層と第２の電極層とからなる第１の巻回要素を有し、第１の巻回要素は、セル電流のうちの第１のセル電流により第１の磁場を生じさせ、第２のバッテリセルは、第３の電極層と第４の電極層とからなる第２の巻回要素を有し、第２の巻回要素は、セル電流のうちの第２のセル電流により第２の磁場を生じさせ、第１の巻回要素および第２の巻回要素は、第１のセル電流および第２のセル電流が同じ向きに方向付けられる際に第１の磁場が第２の磁場に反作用するように、互いに配置され、バッテリパックは、第１の磁場と第２の磁場とからの重畳磁場を測定するよう構成された磁場センサと、測定された重畳磁場から第１のセル電流と第２のセル電流との差分を定めるよう構成された評価ユニットと、をさらに備える、上記バッテリパックに関する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】