CN102308433A - 电池模块、电池系统以及电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电池模块、电池系统以及电动车辆,包括由多个电池单元构成的电池块与用于检测各电池单元的端子间电压的电压检测电路(状态检测电路),设置用于电气连接电池单元的正极端子或负极端子与电压检测电路(状态检测电路)的电压检测线在由柔性材料形成的基板上一体形成的柔性印刷电路基板。

Description

电池模块、电池系统以及电动车辆
技术领域
本发明涉及在层叠多个电池单元的电池模块上连接电压检测电路的电池模块、电池系统以及电动车辆。
背景技术
在需要高输出、高容量的电池的用途中,例如混合动力电动汽车(HEV)用、电动汽车(EV)用等中利用的电池系统使用多个电池单元,将电池单元串联或并联连接利用。这种电池系统为了监视各电池单元的异常状态,例如过电流、过放电、过充电、电池单元的SOC(用百分率表示充电状态的指标)的不均匀等并且保护各电池单元,通过电池ECU(电子控制单元)监视电池单元的电压或电流。另外,作为这种电池系统,提出了在串联连接有多个电池单元的电池块(block)上设置用于检测电池块的电压的电压检测电路以构成电池模块,使用通信线连接对每个该电池模块设置的电压检测电路与对多个电池模块设置的电池ECU,能够监视每个电池块的电压的电池系统(专利文献1)。
专利文献1:日本专利公开公报特开平8-162171号
在上述现有的电池模块中,对于各电池模块中的每个,由电压检测电路检测电池块的电压,因而需要在电压检测电路与电池块的电极端子之间进行连接的电压检测线。作为这种电压检测线,使用由金属线材等形成的导线(以下称为线材导线)。如上所述,一直以来,在HEV用或EV用的电池系统中,为了进行电池块的电压检测,作为连接电压检测电路与电池块的电压检测线,通常使用线材导线。
因此,在为了进行构成电池模块的各电池单元的电压的均等化等控制,需要在电压检测电路与电池单元的电极端子之间进行连接的电压检测线的情况下,使用用于检测各电池单元的电压的线材导线。在此情况下,若分别检测各电池单元的电压,则需要电池单元的数量的两倍的导线,因而其布线状态变得非常复杂。例如,在包括10个电池单元的电池模块中,需要20根线材导线。因此,这种电压检测线的布线状态的复杂具有使电池模块的组装工序中的布线作业变得复杂的问题。例如,在20根线材导线的连接中,其两端的螺接固定(螺纹固定)或焊接等电气连接作业需要进行40次,需要复杂的作业。
发明内容
本发明是鉴于上述现有例的问题而作的发明,目的在于提供能够改善在电压检测电路与电池单元的电极端子之间进行连接的电压检测线的布线复杂性的电池模块以及电池系统。
本发明所涉及的电池模块的特征在于包括由多个电池单元构成的电池块以及用于检测各电池单元的端子间电压的电压检测电路,在所述电池块上,设置电气连接所述电池单元的端子与所述电压检测电路的电压检测线在由柔性材料形成的基板上一体形成的柔性印刷电路基板。此外,该柔性印刷电路基板以下使用Flexible Printed Circuits的简称而称为FPC。
作为本发明的电池模块中使用的电池块,能够使用将呈大体扁平形状例如薄的长方体的电池单元以层叠多个的状态排列的电池块。上述各电池单元以如下方式进行排列,即在将以层叠的状态露出的四个侧面内的一个面作为单元主面的情况下,在该呈长方形的单元主面的长度方向上相互对称的位置处设置负极端子与正极端子,该单元主面位于作为电池块的同一面的第一面(以下称为块主面)上。此外,在该排列中,各电池单元排列为其负极端子与正极端子交互存在。因此,作为本发明的电池模块中使用的电池块,能够使用如下电池块,即在该电池块的块主面上,正极端子与负极端子交互排列的第一端子列以及负极端子与正极端子交互排列的第二端子列在电池单元的层叠方向上相互平行地形成。
另外,本发明的电池模块能够使用将电压检测电路配置在电池块的与块主面不同的第二面上的电池模块。例如,电池模块能够将电压检测电路配置在相当于电池单元的层叠方向的端面的电池块的端面(以下称为块端面)上,通过上述FPC的电压检测线连接该电压检测电路与各电池单元的端子。作为这种FPC,能够使用包括连接构成第一端子列的各端子与所述电压检测电路的多根电压检测线的第一FPC,而且,能够使用包括连接构成所述第二端子列的各端子与所述电压检测电路的多根电压检测线的第二FPC。这样,通过两块FPC,能够将多根电压检测线分担到两个FPC中。另外,能够将各个FPC承担的多根电压检测线进一步进行汇总并实现电气连接,因而减轻了电压检测线的布线状态的复杂性。
另外,在上述电池模块中,所述FPC的特征是从电池块的所述第一面上跨至所述第二面上进行配置。
另外,在上述电池模块中,可以将多个电池单元的端子排列在电池块的相互不同的第一以及第三面上,电压检测电路配置在电池块的与第一以及第三面不同的第二面上,FPC以从电池块的第一面上向第二面上延伸的方式配置,并且以从电池块的第三面上向第二面上延伸的方式配置。
另外,在上述电池模块中,特征在于包括固定所述多个电池单元的框体以及收容所述电压检测电路的电路收容筐体,该电路收容筐体安装在所述框体中。另外,此处,安装不仅表示将电路收容筐体分体安装到所述框体中,还包含电路收容筐体与框体一体构成。即,电路收容筐体也能够作为框体的一部分使用。
另外,在上述电池模块中,特征在于:所述电池块为多个所述电池单元进行层叠的状态,各电池单元的正极端子或负极端子中的一个端子构成在所述电池单元的层叠方向上排成一列的第一端子列,各电池单元的另一个端子构成在所述电池单元的层叠方向上排成一列的第二端子列,所述第一FPC沿着所述第一端子列配置,所述第二FPC沿着所述第二端子列配置。
另外,在这种电池模块中,第一FPC可以关于第一端子列与第二端子列设置在相反侧,第二FPC可以关于第二端子列与第一端子列设置在相反侧。另外,在这种电池模块中,第一FPC可以关于第一端子列与第二端子列设置在相反侧,第二FPC可以关于第二端子列与第一端子列设置在相反侧。另外,第一FPC可以设置为与第一端子列重叠延伸,第二FPC可以设置为与第二端子列重叠延伸。
另外,在上述电池模块中,特征在于:所述第一以及第二端子列是正极端子与负极端子交互并列的排列,为了所述电池单元的正极端子或负极端子与所述电压检测电路的连接,所述第一以及第二FPC的每个上包括接合由金属部件形成的母线的第一以及第二布线部件,所述母线连接所述第一以及第二端子列内相邻的正极端子与负极端子,所述第一以及第二FPC的电压检测线连接所述母线与所述电压检测电路。
母线可以包括:连接部,连接第一以及第二端子列中相邻的正极端子与负极端子;以及接线部,以与第一或第二FPC重叠的方式设置,与第一或第二FPC的电压检测线连接;接线部上形成一个或多个缺口。
在此情况下,在第一或第二FPC上结合母线的接线部。接线部上形成一个或多个缺口,因而减小接线部与第一或第二FPC的接触面积。据此,接线部与第一或第二FPC之间的变形变得不易产生。另外,即使在产生了变形的情况下,也易于缓和该变形所产生的应力。因此,提高了接线部与第一或第二FPC的连接性。
母线可以包括:连接部,连接第一以及第二端子列中相邻的正极端子与负极端子;以及接线部,以与第一或第二FPC重叠的方式设置,与第一或第二FPC的电压检测线连接;接线部上形成一个或多个开口部。
在此情况下,在第一或第二FPC上结合母线的接线部。接线部上形成一个或多个开口部,因而减小接线部与第一或第二FPC的接触面积。据此,接线部与第一或第二FPC之间的变形变得不易产生。另外,即使在产生了变形的情况下,也易于缓和该变形所产生的应力。因此,提高了接线部与第一或第二FPC的连接性。
本发明所涉及的电池系统包括多个电池模块,多个电池模块中的每个包括由多个电池单元构成的电池块、用于检测各电池单元的端子间电压的电压检测电路、以及FPC,FPC具有用于电气连接各电池单元的正极端子或负极端子与电压检测电路的电压检测线在由柔性材料形成的基板上一体形成的结构。
在该电池系统中,在各电池模块中设置FPC。利用FPC的电压检测线,各电池单元的正极端子或负极端子与电压检测电路电气连接。
在此情况下,通过共同的FPC,多个电池单元的正极端子或负极端子能够与电压检测电路电气连接,因而无需进行复杂的连接作业。其结果是,改善了电压检测线的布线的复杂性。
各电池模块的电池块可以为多个电池单元进行层叠的状态,多个电池单元的正极端子或负极端子中的一个端子构成在多个电池单元的层叠方向上排成一列的第一端子列,多个电池单元的另一个端子构成在多个电池单元的层叠方向上排成一列的第二端子列,多个电池模块包括:多个第一电池模块,形成沿着多个电池单元的层叠方向的第一模块列;以及多个第二电池模块,形成沿着多个电池单元的层叠方向的第二模块列,第一以及第二模块列相互并列配置,各第一电池模块的最高电位的正极端子以及最低电位的负极端子分别位于第一以及第二端子列中距第二模块列较近的端子列的一个端部以及另一个端部,各第二电池模块的最高电位的正极端子以及最低电位的负极端子分别位于第一以及第二端子列中距第一模块列较近的端子列的一个端部以及另一个端部。
在此情况下,第一模块列的各第一电池模块的最高电位的正极端子以及最低电位的负极端子与第二模块列的各第二电池模块的最高电位的正极端子以及最低电位的负极端子相互接近。据此,能够缩短与多个电池模块连接的布线,并且能够简化布线的分布。因此,能够降低布线所需的成本,并且组装作业以及维护作业变得容易。
电池系统可以进一步包括:控制部,管理电池模块的状态;以及通信线,用于进行至少一个电池模块与控制部之间的通信,通信线与至少一个电池模块的电压检测电路连接。
在此情况下,经由与至少一个电池模块的电压检测电路连接的通信线,进行至少一个电池模块与控制部之间的通信。
各电池模块的电池块为多个电池单元进行层叠的状态,多个电池单元的正极端子或负极端子中的一个端子构成在多个电池单元的层叠方向上排成一列的第一端子列,多个电池单元的另一个端子构成在多个电池单元的层叠方向上排成一列的第二端子列,多个电池模块包括:多个第一电池模块,形成沿着多个电池单元的层叠方向的第一模块列;以及多个第二电池模块,形成沿着多个电池单元的层叠方向的第二模块列,第一以及第二模块列相互并列配置,通信线包括:第一通信线,与至少一个第一电池模块的电压检测电路连接;以及第二通信线,与至少一个第二电池模块的电压检测电路连接,第一通信线配置为沿着至少一个第一电池模块的第一以及第二端子列中距所述第二模块列较近的端子列,第二通信线配置为沿着至少一个第二电池模块的第一以及第二端子列中距第一模块列较近的端子列。
在此情况下,第一模块列的第一通信线与第二模块列的第二通信线相互接近,并且第一通信线以及第二通信线分别配置为大致直线状。据此,能够缩短通信线,并且能够简化通信线的布线的分布。因此,能够降低通信线的布线所需的成本,并且组装作业以及维护作业变得容易。
本发明所涉及的电动车辆的特征在于包括:电池系统,具有多个电池模块;电动机,利用来自电池系统的多个电池模块的电力进行驱动;以及驱动轮,利用电动机的转动力进行转动,多个电池模块中的每个包括:电池块,由多个电池单元构成;电压检测电路,用于检测各电池单元的端子间电压;以及FPC,FPC具有用于电气连接各电池单元的正极端子或负极端子与电压检测电路的电压检测线在由柔性材料形成的基板上一体形成的结构。
在该电动车辆中,利用来自电池系统的电池模块的电力驱动电动机。通过该电动机的转动力转动驱动轮,据此移动电动车辆。
在电池系统中,在各电池模块中设置FPC。利用FPC的电压检测线,各电池单元的正极端子或负极端子与电压检测电路电气连接。
在此情况下,通过共同的FPC,多个电池单元的正极端子或负极端子能够与电压检测电路电气连接,因而无需进行复杂的连接作业。其结果是,改善了电压检测线的布线的复杂性。因此,电动车辆的维护变得容易。
(发明效果)
根据本发明,可提供能够减轻在用于检测多个电池单元的电压的电压检测电路与电池单元的电极端子之间进行连接的电压检测线的布线复杂性的电池模块以及电池系统。
附图说明
图1是表示电池系统的电路图的图。
图2是电池模块的立体图。
图3是电池模块的状态检测电路的立体图与侧视图的部分放大图。
图4是电池模块的俯视图以及正视图。
图5是母线的立体图。
图6是FPC的布线图。
图7是电池模块的部分俯视图。
图8是将母线作为分流电阻使用的情况下的电路图。
图9是表示作为分流电阻使用的母线的图。
图10是分解了电池模块的分解立体图。
图11是FPC的变形例的图。
图12是PTC元件的安装的变形例的图。
图13是母线相关的变形例的图。
图14是表示分别设置连接部件与接线部件的例子的模式的平面图。
图15是表示母线的其他变形例的平面图。
图16是本发明第二实施方式的电池系统的模式的平面图。
图17是设置在电池模块上的输入连接器以及输出连接器的外观立体图。
图18是表示输入连接器以及输出连接器与状态检测电路的连接状态的模式的平面图。
图19是表示输入连接器以及输出连接器的其他固定方法的外观立体图。
图20是表示连接部件的细节的外观立体图。
图21是表示连接部件的细节的外观立体图。
图22是用于说明导入筐体内的气体的流动的模式的平面图。
图23是隔板的模式的侧视图以及模式的剖视图。
图24是表示在多个电池单元之间配置了多个隔板的状态的模式的侧视图。
图25是表示在电池模块中使用具有相互不同的凹凸宽度的多个隔板的例子的模式的平面图。
图26是表示母线的其他例的图。
图27是表示代替FPC,组合使用刚性电路基板与FPC的例子的外观立体图。
图28是本发明第三实施方式的电池系统的模式的平面图。
图29是电池模块的模式的平面图。
图30是本发明第四实施方式的电池系统的模式的平面图。
图31是电池模块的模式的平面图。
图32是表示第五实施方式的电池系统的结构的方框图。
图33是电池模块的外观立体图。
图34是电池模块的平面图。
图35是电池模块的侧视图。
图36是电压母线的平面图。
图37是电压电流母线的平面图。
图38是表示在FPC上安装了多个电压母线以及电压电流母线的状态的外观立体图。
图39是电池模块1100的一个端部的外观立体图。
图40是电池模块1100的另一个端部的外观立体图。
图41是电池块10的侧视图。
图42是用于说明多个电压母线以及电压电流母线与检测电路的连接的模式的平面图。
图43是用于说明多个电压母线以及电压电流母线与检测电路的连接的模式的平面图。
图44是表示检测电路的一个结构例的电路图。
图45是表示放大电路的一个结构例的电路图。
图46是表示检测电路的其他结构例的电路图。
图47是另一例的电压电流母线的平面图。
图48是表示具有电流计算功能的检测电路的结构例的图。
图49是表示变形例涉及的电压电流母线及其周边部件的结构的模式的平面图。
图50是表示FPC的变形例的外观立体图。
图51是表示FPC的其他变形例的外观立体图。
图52是表示图51的FPC的侧视图。
图53是表示电池模块的其他例的外观立体图。
图54是图53的电池模块的一个侧视图。
图55是图53的电池模块的另一个侧视图。
图56是表示电动车辆的结构的方框图。
具体实施方式
[1]第一实施方式
(1)电池系统
首先,基于图1说明使用本发明的电池模块的电池系统的实施例的电路以及功能。图1中示出HEV或EV等中使用的电池系统的电路图。电池系统1000具有多个电池模块100,100……、电池ECU200、通信线400、以及电力线500。电池系统1000通过电力线500将多个电池模块100彼此串联连接,得到高电压并提供驱动汽车的电力。另外,在需要高容量的电力的情况下,将电池模块100彼此并联连接即可。另外,多个电池模块100,100……与电池ECU200之间通过通信线400连接,在电池模块100与电池ECU200之间,进行用于控制从多个电池模块100,100……供应汽车驱动所需的电力的数据通信。另外,电池系统1000经由该电池ECU200使用通信线与车辆侧控制器300进行连接,在这些电池ECU200与车辆侧控制器300之间,进行用于控制汽车驱动所需的电力的数据通信。
电池模块100在本实施例的情况下包括层叠18个电池单元1,1……的电池块10。电池块10的各电池单元1以正极端子与负极端子的位置交互配置的方式层叠,在其层叠方向上相邻的电池单元1的极性相互不同的两个端子(省略图示,但参见后述的图2的端子2,3)通过由金属部件形成的母线(bus bar)40连接。从图1所示的多个电池单元1,1……的连接状态可以明确,该基于母线40的连接构成18个电池单元1,1……的串联连接。
而且,电池模块100包括由以上述方式串联连接的18个电池单元1,1……构成的电池块10、用于检测电池单元1的温度的多个温度检测元件30,30……、以及用于检测电池单元1的状态的状态检测电路20。另外,电池模块100包括:连接母线40与状态检测电路20并且用于检测各个电池单元1的电压的电压检测线51、以及为了保护电池单元1不受电压检测线51的短路的损害而存在于电压检测线51中的PTC元件60。此外,关于PTC元件在后面详细描述。另外,电池模块100包括连接温度检测元件30与状态检测电路20的温度检测线52。此外,虽然并未图示,但电池块10与其他电池模块的电池块10进一步串联连接,构成高电压的电池。
状态检测电路20作为电池的状态,检测各电池单元1,1……的电压、流至电池块10的电流、电池单元1的温度、以及用百分率表示各电池单元1,1……中积蓄的电流量(Ah)的充电状态(SOC:State Of Charge)。即,状态检测电路20包括电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路、SOC推定电路的功能,如以下所说明的那样,根据需要作为实现各功能的电路工作。因此,例如在检测各电池单元1,1……的电压的情况下,状态检测电路20作为电压检测电路动作。另外,状态检测电路20对由状态检测电路20检测出的电池状态进行A/D转换,经由通信线400送往电池ECU200。
一端与母线40连接的电压检测线51的另一端与状态检测电路20连接,状态检测电路20作为从与状态检测电路20连接的电压检测线51中选择从与任意电池单元1的正极端子、负极端子连接的母线40延伸的两根电压检测线51,并检测所选择的电压检测线51之间的电压的电压检测电路起作用,由此检测任意电压单元1的正极端子、负极端子之间的电压。另外,状态检测电路20将由状态检测电路20检测出的电压的值的信息送往电池ECU200。
状态检测电路20可以采用通过使用电流检测传感器检测流至电池块10的电流的结构,但如后面所述,基于与兼作为分流(shunt)电阻的母线40c连接的两根电压检测线51的电压检测电流。另外,状态检测电路20将检测出的电流的值的信息送往电池ECU200。
状态检测电路20作为温度检测电路起作用,该温度检测电路基于根据温度检测元件30的电阻的变化而变化的电压值来检测电池单元1的温度。另外,状态检测电路20将由状态检测电路20检测出的温度的值的信息送往电池ECU200。
状态检测电路20作为基于检测出的电池单元1的电压、电池块10的电流、电池单元1的温度推定电池单元1的SOC的SOC推定电路起作用。另外,状态检测电路20将由状态检测电路20推定的SOC的值的信息送往电池ECU200。
以下,只要没有特别的说明,对状态检测电路20作为电压检测电路动作的情况进行说明。
电池ECU200接收由状态检测电路20检测的表示电池状态的信息,进行电池模块100的保护、电池单元1的SOC的均等化控制等。例如,电池系统1000包括进行电力线500的短路/开路的接触器,电池ECU200在电池的状态存在异常(过放电或过充电)的情况下,对接触器输出关闭接触器的信号,从而不对HEV或EV等的电动机(motor)供应电力,以进行电池模块的保护。
(2)电池模块的结构
接着,使用附图,以下详细描述上述电池系统中使用的本发明的电池模块的结构。图2中示出电池模块100的立体图。图3中示出电池模块100的状态检测电路20的立体图与侧视图的部分放大图。图4中示出电池模块100的俯视图以及正视图。图10中示出电池模块100的分解立体图。
如图2、图3、图4以及图10所示,电池模块100将电池块10、状态检测电路20、以及布线部件70作为主要结构。以下对各个结构依次进行说明。
(2-1)电池块
如图2所示,电池块10通过将多个(在此情况下是18个)电池单元1,1……与两块终端板(end plate)80,80在一个方向上重叠而构成。以下,将在一个方向上重叠称为层叠。
电池块10由层叠的多个电池单元1,1……构成,在该实施例的情况下,包括由两块终端板80,80与4根连接固定件90构成的框体,通过该框体,多个电池单元1,1……捆束在一起,相互固定。
接着,对电池单元1本身,以及多个电池单元1,1……的排列,进一步补充说明。
多个电池单元1,1……基本上分别是相同电位、相同容量、相同形状的例如锂离子电池。各电池单元1,1……的形状呈扁平的方型,构成以这些电池单元1,1……的扁平的面(即,具有最大面积的相对的面,以下称为层叠面)依次重叠的方式进行层叠的电池块10。
另外,在与各电池单元1,1……的层叠面不同的4个外周面中的一个面(以下称为单元主面)上设置正极端子2与负极端子3,这些端子2,3在相互分离的方向上,与单元主面具有指定的角度α地进行配置(参照图4(b))。
另外,在各电池单元1,1……的单元主面的正极端子2与负极端子3之间配置排气孔4。该孔4在电池单元1由于发热而在内部产生了气体的情况下,为了防止内部压力过剩,具有在该压力高于指定压力时打开的阀功能。
如图2所示,电池块10以各电池单元1,1……的单元主面一致排列的方式层叠,以后,将一致排列了这些单元主面的电池块10的面称为块主面。
电池块10中层叠的各电池单元1,1……的排列是在相邻的电池单元1之间正极端子2与负极端子3的位置相互不同,因而通过使用后述的母线40连接这些端子2,3,实现电池块10内的电池单元的串联连接(参照图4(a))。
终端板80例如可使用与电池单元1相同大小的方型的扁平状的板,在层叠多个电池单元1,1……的方向(以下称为层叠方向)的两个端部各配置一块,共计配置两块。
如图3(a)所示,终端板80的上端部设置向终端板80的一面侧突出的上壁部82。在上壁部82的两端部分别设置大致U字形的周壁部83a。以被周壁部83a所包围的方式设置凹形的螺接固定部83b。在螺接固定部83b上形成螺钉孔(未图示)。
另外,在上壁部82上,形成一对FPC插入缺口81。如后所述,通过一对FPC插入缺口81配置FPC50。
终端板80的下端部设置向终端板80的一面侧突出的下壁部84。在下壁部84的两端部分别设置大致U字形的周壁部85a。以被周壁部85a所包围的方式设置凹形的螺接固定部85b。在螺接固定部85b上形成螺钉孔(未图示)。
上壁部82、下壁部84、以及周壁部83a,85a分别具有相等的第一突出高度。
在一对周壁部83a的下侧以及一对周壁部85a的上侧,以向终端板80的一面侧突出的方式设置4个电路保持部86。此外,图3(b)中仅示出两个电路保持部86。
电路保持部86具有比第一突出高度小的第二突出高度。在上壁部82与下壁部84之间,在电路保持部86上螺接固定状态检测电路20。在状态检测电路20与终端板80的底面之间,形成间隙S1。
状态检测电路20的厚度比第一突出高度与第二突出高度的差小。因此,状态检测电路20成为收容于由上壁部82以及下壁部84所包围的空间内的状态。
另外,在终端板80的螺接固定部83b,85b上,螺接固定有连接固定部90。连接固定件90由条状的金属部件构成,两个端部弯折为直角。此处,将连接固定件90的弯折为直角的端部称为连接部91,将连接两个连接部91,91的部分称为延伸部92。在设置于两端部的连接部91上分别设置使螺钉93穿过的孔(未图示),位于连接固定件90的一个端部的连接部91通过使一个终端板80的螺接固定部83b,85b上设置的螺钉孔与使螺钉93穿过的孔相配合而被螺接固定。在此情况下,连接固定部90的连接部91成为收容于终端板80的周壁部83a,85a内的状态。另外,位于连接固定件90的另一个端部的连接部91通过使与螺接固定于一个端部的连接部91的一个终端板80的螺接固定部83b,85b相对应的另一个终端板80的螺接固定部83b,85b上设置的螺钉孔与使螺钉93穿过的孔相配合而被螺接固定。
四个连接固定件90螺接固定到各终端板80的螺接固定部83b,85b,连接两块终端板80,80,由此,通过终端板80,80与连接固定件90形成框体。并且,在该框体中收容层叠的电池单元1,通过框体固定电池块10。此外,框体由两块终端板80,80、以及在两块终端板80,80之间延伸的四根条状的连接固定件90构成,但连接固定件90也可以使用在两块终端板80,80之间延伸的平板状部件,使框体成为箱型。
电池块10如上所述由多个电池单元1、终端板80、以及连接固定件90构成,由此形成为长方体形状。以下,将电池块10的层叠方向端部的面(在本实施例中是由终端板80形成的面)称为块端面Y,将通过层叠多个电池单元1,1……形成的电池块10的面称为层叠块面。即,形成两个块端面Y、4个层叠块面。
多个电池单元1使电池主面朝向相同方向地进行层叠,因而在电池块10中,在电池块10的层叠块面中的一个层叠块面上,形成各电池单元1,1……的正极端子2或负极端子3中的一个端子2,3在电池单元1的层叠方向上排成一列的第一端子列5,以及各电池单元1,1……的另一个端子2,3在电池单元1的层叠方向上排成一列的第二端子列6这两个端子列5,6(参照图4(a))。另外,多个电池单元1,1……的正极端子2与负极端子3在相邻的电池单元1之间相互不同地进行层叠,因而在一个端子列5(上述的第一端子列)中从端子列5的一端起负极端子3与正极端子2依次交互配置的情况下,另一个端子列6(上述的第二端子列)中正极端子2与负极端子3交互配置。即,各端子列5,6的正极端子2与负极端子3从相同端部观察顺序相反地进行配置。另外,多个电池单元1,1……在正极端子2与负极端子3之间配置排气孔4,因而在电池块10的层叠块面中的一个层叠块面上,在两个端子列5,6之间(即单元主面的中央),由排气孔4,4……构成排气孔列7(参照图4(a))。以下,将电池单元1的端子2,3排列的层叠块面称为块主面Z。(块主面Z相当于上述的电池块的第一面。)另外,将与端子面相邻的层叠块面称为块侧面X,将与端子面相对的层叠块面称为块背面W。
此外,在图2中,符号30所示的是温度检测元件,通过该元件30,状态检测电路20检测电池块10的温度,能够进行SOC的推定、以及在电池块10的温度变高的情况下使接触器断开等电池单元1的保护。该温度检测元件30与电池块10的块侧面X热接合(熱結合),从温度检测元件30延伸的布线与构成布线部件70的FPC50上印刷的温度检测线52连接。
如前所述,收容于终端板80中的状态检测电路20通过在电路基板20b上形成半导体集成电路20a而构成,除了作为各电池单元1,1……的电压检测功能电路的功能之外,如前所述,还包括各种电路功能,例如,能够使用ASIC(Application Specific Integrated Circuit(专用集成电路)的简称)。如图3所示,该状态检测电路20通过螺接固定于设置在终端板80中的电路保持部86上,收容于终端板80的内部。即,终端板80作为安装在电池块10的框体上的电路收纳筐体得到利用。另外,状态检测电路20配置在作为与端子层叠面Z不同的面的块端面Y上。
(2-2)布线部件
布线部件70是用于连接电池块10与状态检测电路20的部件,如图2所示,结合用于串联连接多个电池单元1,1……的由金属部件构成的母线40……与具有多根电压检测线51,51……的FPC50而构成。
此处,对母线进行详细描述。图5中示出母线40的立体图。作为母线40,使用连接18个电池单元1,1……的相邻电池单元1的极性不同的端子2,3之间的17个连接母线40a,以及作为串联状态的两端的电池单元的两个最终端子的两个端子母线40b。
如图5(a)所示,连接母线40a由打穿金属板而制作的金属部件形成,包括具有两个贯通孔41,41的连接部件42a、以及从该连接部件42a沿同一方向并排设置的两片舌片状的接线部件43a,43a。连接母线40a的连接部件42a与接线部件43a根据电池单元1的端子2,3所成的角度进行弯折。即,具有与块主面Z与电池单元1的端子2,3所成的角度α相同的角度,一体化地形成。在连接部件42a中设置两个贯通孔41,将相邻电池单元的形成外螺纹的端子2,3嵌入各自的贯通孔41,使用螺母形状的安装金属零件进行螺接固定(未图示)。通过采用这种方式进行电气地串联连接,相邻电池单元1,1之间也依次机械地进行连接。
另一方面,连接母线40a的两个接线部件43a的两者或者其中一者通过回流焊接与接触衬垫(contact pad)51a连接,该接触衬垫51a与在FPC50上形成的电压检测线51的端部连接。通过该焊接,与连接母线40a连接的电池单元1的电极端子2,3与状态检测电路20电连接,并且进行连接母线40a与FPC50的机械结合。在这两个接线部件43a与接触衬垫51a相结合的情况下,作为布线部件70的母线40……与FPC50的结合强度增加。此外,所谓回流焊接,是指在印刷布线基板上连接电子部件的位置处预先提供焊料,在该处配置电子部件后进行加热的焊接。
如图5(b)所示,端子母线40b与连接母线40a同样,由打穿金属板而制作的金属部件形成,包括具有一个贯通孔41的连接部件42b、以及一片舌片状的接线部件43b。端子母线40b的连接部件42b与接线部件43b根据电池单元1的端子2,3所成的角度α进行弯折。即,具有与块主面Z与电池单元1的端子2,3所成的角度相同的角度,一体化地形成。在连接部件42b中设置一个贯通孔41,将处于串联状态的电池单元1的端部的形成外螺纹的端子2,3嵌入贯通孔41并从中穿过,使用螺母形状的安装金属零件进行螺接固定(未图示)。
另一方面,接线部件43b通过回流焊接与在FPC50上形成的电压检测线51连接。通过该焊接,与端子母线40b连接的电池单元1的电极端子2,3与状态检测电路20进行电气连接,并且进行端子母线40b与FPC50的机械结合。
如上所述,连接部件42与接线部件43所成的角度与块主面Z与电池单元1的端子2,3所成的角度为相同的角度,因此与母线40结合的FPC50相对于块主面Z水平地由母线40支撑。
连接母线40a如图4(a)所示连接端子列6的相邻端子2,3。即,连接相邻的正极端子2与负极端子3。具体而言,一个端子列5(图4(a)上方的端子列5)的端子2,3从端子列5的一个端部的负极端子3起依次由连接母线40a对每两个端子进行连接。以下,将连接一个端子列5的连接母线40a称为第一母线。另外,另一个端子列6(图4(a)下方的端子列6)的一个端部的正极端子3上配置端子母线40b,从一个端部的正极端子3的相邻电池单元1的负极端子3起依次由连接母线40a对每两个端子进行连接。在本实施例中电池单元1为偶数,因此另一个端子列6的另一个端部的负极端子3剩余一个,因而在剩余的负极端子3上配置端子母线40b。以下,将连接另一个端子列6的连接母线40a、端子母线40b称为第二母线。对于端子列5,6的正极端子2与负极端子3交互配置,各端子列5,6的正极端子2与负极端子3的顺序相反地配置的电池块,通过以此方式由母线40连接端子2,3,构成串联连接多个电池单元1的电池块10。因此,在一个端子母线40b与另一个端子母线40b之间,得到多个电池单元1,1……的串联电压。另外,端子母线40b通过电力线500与其他电池模块100的端子母线40b连接,多个电池模块100,100串联连接。
接下来,对FPC50进行说明。FPC50沿着各端子列5,6与各端子列5,6平行地配置两块(参照图4(a))。另外,两块FPC50在块主面Z上的端子列5,6的外侧分别平行配置,即,一个FPC50(第一FPC)沿着一个端子列5(第一端子列)配置在另一个端子列6的相反侧,另一个FPC50(第二FPC)沿着另一个端子列6(第二端子列)配置在一个端子列5的相反侧,由此FPC50与排气孔列7在同一面上不重合地进行配置。另外,两块FPC50形成为在终端板80上(电池块10的块主面Z的层叠方向端部)进行折叠,与螺接固定在终端板80的角落(corner)处的两个连接固定件90的间隔L2相比间隔L1较小(参照图4(b))。具体而言,两块FPC50进行两次折叠。第一次在块主面Z与块端面Y的边界处以相互靠近的方式沿直角方向折叠,第二次以两块FPC50变得相互平行的方式沿直角方向折叠。并且,两块FPC50穿过终端板80的外周面(形成终端板80的厚度的面)的在块主面Z侧形成的FPC插入缺口81(参照图3(a)),沿着块端面Y以直角弯折,一个端部与状态检测电路20通过脉冲加热接合(パルスヒ一ト接合)进行结合。此外,所谓脉冲加热接合,是指在由发热性良好的材料制作的加热器电极的前端安装热电偶等,进行加热器前端部的热管理,同时使加热器电极发热,进行FPC的焊接的热压接等的接合方法。另外,此处,通过脉冲加热接合来结合FPC50与状态检测电路20,但也可以通过其他的例如使用导电性粘合剂等方法将FPC50与状态检测电路20结合。通过以此方式折叠构成FPC50,两块FPC50从电池块的块主面Z上跨至配置有状态检测电路20的块端面Y上进行配置。
图6中示出FPC50的布线图。如图6(a)所示,在由带状的柔性材料53形成的基板上形成多根电压检测线51与多根温度检测线52,一体化地形成FPC50。在端子列5,6之间母线40的配置不同,因此在一个FPC50(第一FPC)上,用于连接构成一个端子列5(第一端子列)的端子2,3与状态检测电路20的多根电压检测线以指定的布线图案形成,在另一个FPC50(第二FPC)上,用于连接构成另一个端子列6(第二端子列)的端子2,3与状态检测电路20的多根电压检测线以与一个FPC50的布线图案不同的布线图案形成。图6(b)是放大了图6(a)的虚线部A的图。如该图所示,与电压检测线51与温度检测线52的间隔a相比,电压检测线51之间的间隔b较小,以此方式在柔性材料53上形成电压检测线51与温度检测线52。另外,与电压检测线51与温度检测线52的间隔a相比,温度检测线51之间的间隔c较小,以此方式在柔性材料53上形成电压检测线51与温度检测线52。通过以此方式在柔性材料53上形成电压检测线51与温度检测线52,电位差大的两个检测线的距离较大,在一方的检测线断线的情况下,能够进行保护,不会与另一方的检测线发生短路而使电流流入状态检测电路20。特别是,在FPC的端部(与状态检测电路20连接的端部)容易发生断线,因而这种结构尤其有效。
在形成FPC50的柔性材料53的一个长边上设置多个接触衬垫51a,母线40与接触衬垫51a分别进行回流焊接而结合。此时,第一母线与第一FPC、第二母线与第二FPC分别进行回流焊接而结合,分别构成第一布线部件70与第二布线部件70。另外,电压检测线51从柔性材料53的一个端部沿长度方向平行形成多根。另外,各个电压检测线51从位于柔性材料53的一个长边的电压检测线51开始,依次从靠近柔性材料53的一个端部侧的接触衬垫51a所在的位置起弯曲为直角,延伸至接触衬垫51a而形成。据此,各个电压检测线51的一端与对应的接触衬垫51a连接。即,各个电压检测线51从位于柔性材料53的一个长边的电压检测线51出发,依次在接触衬垫51a(1)、51a(2)、51a(3)……的位置处弯曲为直角,与接触衬垫51a连接。
因此,母线40与FPC50的接触衬垫51a进行回流焊接后,电压检测线51与母线40得到电气连接。另外,在形成FPC50的柔性材料53的一个端部侧,配置电压检测线51的另一端,状态检测电路20与柔性材料53的一个端部通过脉冲加热接合而结合,由此电压检测线51与状态检测电路20得到连接。
这样,母线40与电压检测线51得到连接,电压检测线51与状态检测电路20得到连接,由此,通过FPC50将电池单元1的端子2,3与状态检测电路20进行电气连接,能够通过状态检测电路20检测电池单元1的电压。
温度检测线52从FPC50的一个端部出发,在电池块的层叠方向(FPC50的长度方向)上延伸至温度检测元件30连接的位置,在柔性材料53上以直线状形成。在温度元件安装位置处,温度检测线52与温度检测元件30的布线进行回流焊接而连接。另外,在FPC50的一个端部,配置温度检测线52的另一端,状态检测电路20与FPC50的一个端部通过回流焊接而结合,由此状态检测电路20与温度检测线52得到连接。温度检测元件30与温度检测线52得到连接,温度检测线52与状态检测电路20得到连接,由此,温度元件30与状态检测电路20(温度检测电路)进行连接,能够在状态检测电路20中检测温度。
这样,在本实施例中,通过使用在第一FPC50上结合第一母线40的第一布线部件70与在第二FPC50上结合第二母线40的第二布线部件70,第一母线40连接端子列5内的相邻的正极端子2与负极端子3,同时所述第一FPC的电压检测线连接第一母线与状态检测电路20,第二母线40连接端子列6内的相邻的正极端子2与负极端子3,同时第二FPC的电压检测线连接第二母线与状态检测电路20,多个电池单元1串联连接,同时第一、第二FPC50的电压检测线51连接母线40与状态检测电路20,端子列5,6与状态检测电路20得到连接。
(2-3)PTC元件
图7中示出电池模块的部分俯视图。图7中,为了简化,各FPC50的电压检测线51仅记载与母线40连接的三根,省略其他电压检测线51。另外,为了简化,图7中省略温度检测线52。如图7所示,在FPC50的电压检测线51间存在PTC元件60。PTC元件60是温度上升时电阻上升的元件,是比指定电流大的电流流过时自身发热并且电阻变大的元件。因此,利用PTC元件,状态检测电路20侧也发生断线,能够抑制经由电压检测线51电池单元1发生短路的情况下流至电压检测线51的电流,能够保护电池单元1不受短路造成的大电流的损害。
另外,通过将PTC元件配置在电池单元1的上面,PTC元件60配置在电池单元1的上面,因而在电池单元1的温度变高的情况下,PTC元件60的电阻上升,状态检测电路20检测出的电压中发生电压下降,能够检测电池单元1的温度异常。
另外,PTC元件60在FPC50的长度方向上配置在连接母线40的位置处,由此利用母线40的刚性使配置PTC元件60的部分的FPC50变得不易弯曲,因此PTC元件60能够减小FPC50的弯曲造成的影响(电阻的变动或焊接部的剥离等)。
(2-4)母线
将指定的母线40作为用于测定流至电流块10的电流的分流电阻进行利用,基于母线40的电压差,能够检测流至电流块10的电流。通过采用这种方式,能够在不使用与母线40不同的电阻元件的情况下检测流至电流块10的电流。
以下,使用附图对使用指定母线40的电流检测进行说明。图8是将母线作为分流电阻使用的情况下的电路图。图9是表示作为分流电阻使用的母线的图。电流检测用母线40c与连接母线40a同样,由连接部件42c与接线部件43c构成,在连接部件42c上设置两个贯通孔41。使相邻电池单元的端子2,3穿过各自的贯通孔41,连接电流检测用母线40c与电池单元1。接线部件43c相对于连接部件42c的中心轴对称地配置两个,其上分别连接电流检测线59。另外,电流检测线59与状态检测电路20连接。
状态检测电路20检测与两个接线部件43c连接的两根电流检测线59之间的电压,基于检测出的电压值检测流至电池块10的电流。由于两根电流检测线59之间的电压较小,所以状态检测电路20经由存在于电流检测线59中的运算放大器44,放大电压值后检测电压。
电流值的计算基于欧姆定律进行计算。即,I=V/R,I表示流至电流块的电流,V表示与两个接线部件43c连接的两根电压检测线51之间的电压,R表示与两个接线部件43c连接的两根电流检测线59之间的电阻。
电阻R能够通过R=v·r进行计算。v表示在两根电流检测线59之间流过的电流的流路的体积,r表示电流检测用母线40c的材料的电阻率(Ω/m3)。
如图9所示,若将电流检测用母线40c回流焊接到FPC50的母线结合部58a以进行结合,则能够简单地计算体积V。具体而言,以如下方式进行电流检测用母线40c与FPC50的结合。从FPC50的长边出发,具有母线结合部58a的两个突出部58与长边呈直角地突出,两个突出部58的间隔x比两个贯通孔41之间的间隔短,以该间隔设置在FPC50上。母线结合部58a在突出部58的突出方向上设置指定长度y,两个突出部58在电流检测用母线40的两个贯通孔41之间相距间隔x,母线结合部58a整体进行回流焊接。通过采用这种方式,v=x·y·z。此外,z表示电流检测用母线40c的厚度。
另外,电流检测线59形成为从母线结合部58a延伸至FPC的一端,FPC50的一端与状态检测电路20进行回流焊接,因而状态检测电路20经由电流检测线59与电流检测用母线40c连接,状态检测电路20能够进行流至电流块10的电流的计算。
另外,也可以使用R=ρ·l/S计算电阻R。ρ是电流检测用母线40c的材料的电阻率(Ω/m)。S是在两根电流检测线59之间流过的电流的流路的截面积(m2),用S=y·z表示。l是在两根电流检测线59之间流过的电流的流路的长度(m),用l=x表示。
(3)制造方法
以上描述了电池模块100的结构,以下参照图1~图9,基于图10的分解立体图,描述制造本电池模块100的适宜方法。
作为用于得到本发明实施方式的电池模块的组装方法,如图10所示,能够使用结合FPC50与母线40而成的布线部件70。此外,关于该FPC50与母线40的结合,如前所述,通过FPC50的接触衬垫51a与母线40的接线部件43的回流焊接,在电气上和机械上均能够进行结合。具体工序如下所示。
1.结合FPC50与母线40,40……以制作布线部件70的布线部件制作工序。在该工序中,如前所述,能够通过回流焊接结合FPC50与母线40,40……。
2.结合布线部件70的FPC50与状态检测电路20的工序。在该工序中,能够通过脉冲加热接合来结合状态检测电路20的端子与FPC50的端子。
3.将布线部件70的母线40与电池块10的电池单元1的正极端子2与负极端子3相结合的工序。在该工序中,能够使形成了外螺纹的端子2,3贯通母线40的贯通孔41,并使用螺母形状的安装金属零件进行螺接固定。此外,此时,能够螺接固定两种母线40,即连接母线40a与端子母线40b。
4.将状态检测电路20安装到电池块10的工序。在该工序中,能够将状态检测电路20收容于由终端板80的上壁部82以及下壁部84所包围的空间内,在构成状态检测电路20的电路基板20b的四个角落附近进行螺接固定。
通过以这种顺序进行电池模块100的制造,能够在不存在电池块10的状态下进行经过连接FPC50与母线40这样的回流焊接的热处理的工序,因而能够抑制电池单元1的由热处理造成的性能劣化或破损。另外,也能改变上述工序与顺序,在将母线40与电池单元1的端子2,3连接,将FPC50与状态检测电路20连接的工序之后,进行将母线40与FPC50连接的工序。但是,在此情况下,在将母线40与FPC50连接的工序中,电池块10会暴露在回流焊接这样的热处理下,因此不宜采用回流焊接,因而可以采用不伴随有热处理的连接方法,例如使用导电性粘合剂的连接方法等。
另外,在将母线40与电池单元1的端子2,3连接之前与FPC50连接的情况下,PTC元件60以及温度检测元件30也能与母线40同时利用回流焊接与FPC50连接。另外,如图6所示,在PTC元件60与母线40等需要回流焊接到FPC50上的部件位于同一面上的情况下,仅进行一次回流焊接处理就能结合需要结合到FPC50上的部件,因而能够减少制造工序。
作为电气连接所述电池单元1的端子2,3与所述状态检测电路20的布线,使用形成了多根电压检测线的由柔性材料形成的FPC50,由此能够以简单的结构汇聚用于检测多个电池单元的电压的电压检测线。另外,通过使用柔性材料,具有缓冲作用,能够吸收安装FPC50时的制造时的尺寸误差。
另外,通过将安装状态检测电路20的终端板80与多个电池单元1在一个方向上重叠设置,使布线部件70在层叠方向上蔓延,由此布线部件70蔓延在全部电池单元1上,能够使用测量电池单元1的正极侧与负极侧的两个布线部件70进行各电池单元1的电压检测,因而能减少布线部件70的数量。
在终端板80的外周部形成缺口,并使FPC50穿过缺口,由此FPC50不会在层叠方向上冒出,因而能够防止挂上FPC50而发生破损。另外,在终端板80侧放置其他电池模块的情况下,FPC50收纳于缺口中,因而能够将其他电池模块放置得更近,对节省空间作出贡献。
将多个电池单元1,1……的端子2,3配置在层叠方向上,将FPC与层叠方向平行配置,由此能够将FPC沿着电池单元1形成的端子列5,6平行配置,因而能够使FPC成为带状,能够改善FPC50制造时的生产成品率。
通过将FPC50在电池块端部进行折叠,在将FPC50从块主面Z向块端面Y弯折这样的从一个面到另一个面进行配置的情况下,能够在不改变FPC50的形状的设计的情况下,使FPC50避开对位于另一面的FPC50进行布线时不希望重叠的部件(例如,导电性的部件,连接固定件90等)。
通过由母线40与FPC50构成布线部件70,能够通过将布线部件70与电池单元1的端子2,3与状态检测电路20连接这样的简单的作业,串联连接多个电池单元,同时电气连接电池单元1的端子2,3与电压检测线51。
通过将排气孔4与FPC50在同一面上不重叠地进行配置,从排气孔4喷出的高温气体不会直接接触FPC50,因而能够抑制由于气体的热而使FPC50劣化的情况。
通过在形成FPC50的柔性材料53上形成电压检测线51与温度检测线52,能够汇聚温度检测线52与电压检测线51,能够防止布线的处理变得复杂。另外,温度检测线52与电压检测线51这两者均固定在柔性材料53上,因而即使任一方的线在中途断开,也能防止发生相互短路。
(4)变形例
以上对本发明的实施方式进行了详细描述,但本发明不限于上述实施方式,在权利要求书记载的技术范围内能够进行各种变形。以下使用附图对变形例进行说明。
图11中示出FPC的变形例的图。如图11所示,可以在与FPC50连接的母线40之间设置缺口54。另外,如图11所示,也可以设置将与FPC50连接的母线40之间的FPC50形成为蛇腹形状的蛇腹形状部55。通过采用这种方式,在母线40的安装存在误差的情况下,也能吸收误差,将母线40与FPC50安装到电池块10上。另外,在进行本实施例说明的制造方法的情况下,在布线部件70安装时外力发生作用,FPC50发生变形的情况下,也能通过蛇腹形状部55、缺口54起到缓冲作用,能够简单地安装布线部件70。
图12中示出PTC元件的安装的变形例。如图12所示,母线40与PTC元件60可以夹持FPC50在相反的面上形成。通过采用这种方式,在回流焊接PTC元件、FPC以及母线时,能够将PTC元件60固定在母线40的上面。另外,利用母线40的刚性使PTC元件60变得不易弯曲,因此PTC元件60能够减小FPC50的弯曲造成的影响(电阻的变动或焊接部的剥离等)。
图13中示出母线相关的变形例的图。本实施例的母线40上形成的贯通孔41采用了圆形,但也可以如图13那样采用椭圆形。通过使贯通孔41为椭圆形,对于将母线40安装到FPC50上时产生的位置偏离,能够抑制椭圆的长轴方向的位置偏离。另外,通过在母线40上在母线上制作两个长轴方向呈垂直关系的椭圆,对于将母线40安装到FPC50上时产生的位置偏离,能够抑制平面上的位置偏离。另外,在FPC50上母线40的每个安装位置处形成凸部56,在凸部处对FPC50进行山谷折叠,由此能够抑制FPC50的短边方向的位置偏离。
在本实施例中,在与形成排气列相同的层叠块面(块主面Z)上设置了FPC50,但也可以将FPC50配置在其他层叠块面上。通过采用这种方式,FPC50与排气孔列7不会在同一面上重叠,能够抑制FPC50由于从排气孔4喷出的高温气体而发生劣化。
在本实施例中,将状态检测电路20收容于终端板80中以构成电池模块,但也可以构成为另外制作与电池单元1相同的方型的电路收纳筐体并夹持在电池单元1之间。
在本实施例中,电池单元1的数量为18,但电池单元1的数量也可以是其他数量。电池单元1的数量根据由电池块10提供电力的负载的大小等适当变更。
在本实施例中,关于多个电池1,1……之间的绝缘并未特别描述,但在电池单元1的表面由金属形成的情况下,需要进行在电池单元之间夹持绝缘板等绝缘处理。此时,也可以代替绝缘板,在电池单元1之间夹持隔板(separator)等。通过采用这种方式,在块侧面上形成间隙,能够使从一个块侧面向另一个块侧面透过的冷却空气流入电池单元1之间。另外,进一步将FPC50配置在块主面上,则在块侧面上不存在阻挡冷却空气的部件,因此能够促进冷却空气流入。
另外,在终端板80由金属形成的情况下,在终端板80与电池单元1之间配置例如由树脂材料形成的绝缘部件是较为理想的。
在本实施例中,FPC50与母线40利用回流焊接进行连接,但不限于此,也可以利用其他方法使FPC50与母线40相互连接。例如,可以通过螺接固定相互连接FPC50与母线40。
在本实施例中,以在电池单元1的端子2,3上嵌入母线40a,40b的状态,通过螺母形状的安装金属零件将母线40a,40b螺接固定到端子2,3上,据此将母线40a,40b固定到端子2,3上,但不限于此,也可以利用其他方法将母线40a,40b固定到端子2,3上。例如,可以以在电池单元1的端子2,3上嵌入母线40a,40b的状态,将端子2,3与母线40a,40b进行激光焊,据此将母线40a,40b固定到端子2,3上。
在本实施例中,将PTC元件60插入电压检测线51中,据此在产生了大电流的情况下也迅速消除该状态,防止电池模块100的损伤,但也可以代替配置PTC元件60,将电压检测线51的一部分的宽度(粗细)设定得比其他部分小。在此情况下,电压检测线51作为保险丝起作用,在产生了大电流的情况下,电压检测线51的宽度较小的部分发生熔化。据此,大电流流动的状态被迅速地消除,防止电池模块100的损伤。
在本实施例中,使用一体地形成了嵌入电池单元1的端子2,3的连接部件42a,42b与连接到FPC50的接线部件43a,43b的母线40a,40b,但也可以分别设置连接部件与接线部件。图14是表示分别设置连接部件与接线部件的例子的模式的平面图。在图14的例子中,在相邻电池单元1的端子2,3中嵌入连接部件42d,在位于端部的端子2(端子3)中嵌入连接部件42e。连接部件42d经由一对接线部件43d与FPC50上的接触衬垫51a连接,连接部件42e经由接线部件43e与FPC50上的接触衬垫51a连接。在此情况下,连接部件42d与接线部件43d利用焊接或熔接等进行接合。
图15是表示母线40的其他变形例的平面图。图15(a)~图15(c)表示连接母线40a的其他变形例,图15(d)~图15(f)表示端子母线40b的其他变形例。对于图15(a)~图15(c)的连接母线以及图15(d)~图15(f)的端子母线,说明与图5所示的连接母线40a以及端子母线40b的不同之处。
在图15(a)的连接母线40a中,各接线部件43a形成为梳状。具体而言,以从接线部件43a的前端部向内侧延伸的方式形成多个线状缺口43p。同样,在图15(d)的端子母线40b中,接线部件43b形成为梳状。具体而言,以从接线部件43b的前端部向内侧延伸的方式形成多个缺口43q。
在图15(b)的连接母线40a中,各接线部件43a上形成圆形的开口部432c。在图15(e)的端子母线40b中,接线部件43b上形成一对圆形的开口部432d。
在图15(c)的连接母线40a中,在接线部件43a上,形成圆形的开口部432c以及从该开口部432c到接线部件43a的前端以直线状延伸的缺口433c。在图15(f)的端子母线40b中,在接线部件43b上,形成一对圆形的开口部432d以及从该一对开口部432d到接线部件43b的前端以直线状分别延伸的一对线状的缺口433d。
在图15(a)~图15(f)的母线40a,40b与FPC50连接的情况下,与图5的母线40a,40b与FPC50连接的情况相比,各接线部件43a,43b与FPC50的接触面积较小。在此情况下,母线与FPC50的连接性得到提高。
具体而言,在通过焊接将母线40a,40b与FPC50连接的情况下,由于母线40a,40b、FPC50以及焊料的热膨胀率的差异,随着温度变化,母线40a,40b、FPC50以及焊料产生变形。特别是,由于母线40a,40b与FPC50的热膨胀率的差异,母线40a,40b与FPC50之间的焊料产生较大的变形。另外,有时由于振动产生母线40a,40b与FPC50的扭转。在此情况下,焊料也产生较大的变形。据此,有时在焊料中形成裂纹等裂缝。其结果是,产生母线40a,40b与FPC50的连接不良。
焊料中产生的变形随着母线40a,40b与FPC50的接触面积变大而变大。对此,通过使用图15(a)~图15(f)的母线40a,40b,母线40a,40b与FPC50的接触面积变小。据此,母线40a,40b与FPC50之间的变形变得不易产生。另外,即使在产生了变形的情况下,也易于缓和该变形所产生的应力。因此,抑制了母线40a,40b与FPC50的连接不良的产生,提高了母线40a,40b与FPC50的连接性。
此外,在图15(a)的连接母线40a以及图15(d)的连接母线40b中,可以适当变更在接线部件43a,43b上形成的缺口43p,43q的长度、宽度以及方向。另外,在图15(b)的连接母线40a以及图15(e)的端子母线40b中,在接线部件43a,43b上形成的开口部432c,432d的形状不限于圆形,也可以是三角形或四角形等其他形状。另外,也可以在接线部件43a上形成两个以上开口部432c,在接线部件43b上形成一个或三个以上开口部432d。另外,在图15(c)的连接母线40a中,也可以在接线部件43a上形成两组以上开口部432c以及缺口433c,在图15(f)的连接母线40b中,也可以在接线部件43b上形成一组或三组以上开口部432d以及缺口433d。
此外,在图15(a)~图15(f)的母线40a,40b中,与图14所示的例子同样,也可以分别设置连接部件42a,42b与接线部件43a,43b。
在本实施例中,多个电池单元1的正极端子2以及负极端子3与设置在FPC50上的导线51经由母线40,40a连接,但不限于此。也可以不经由母线40,40a,多个电池单元1的正极端子2以及负极端子3与设置在FPC50上的导线51直接连接,或者,多个电池单元1的正极端子2以及负极端子3与设置在FPC50上的导线51经由其他导线或导体材料连接。
在本实施例中,温度检测元件30安装在电池块10的块侧面X上,但也可以将温度检测元件30安装在FPC50上。
[2]第二实施方式
接着,对于本发明第二实施方式的电池系统,说明与上述电池系统1000的不同之处。
(1)电池系统
图16是本发明第二实施方式的电池系统的模式的平面图。
如图16所示,第二实施方式的电池系统1000A包括电池模块100a,100b,100c,100d、电池ECU200、接触器510、HV(High Voltage,高压)连接器(connector)520、以及服务插头(service plug)530。电池模块100a,100b,100c,100d分别具有与上述电池模块100相同的结构。
在以下的说明中,在电池模块100a,100b,100c,100d上分别设置的一对终端板80中,将安装状态检测电路20(图2)的终端板80称为终端板80a,将不安装状态检测电路20的终端板80称为终端板80b。在图16中,终端板80a上附有阴影。
电池模块100a,100b,100c,100d、电池ECU200、接触器510、HV连接器520、以及服务插头530收容于箱型的筐体550内。
筐体550具有侧面部550a、550b、550c、以及550d。侧面部550a、550c相互平行,侧面部550b、550d相互平行并且垂直于侧面550a、550c。
在筐体550内,电池模块100a,100b沿着电池单元1的层叠方向以指定间隔并排配置。另外,电池模块100c,100d沿着电池单元1的层叠方向以指定间隔并排配置。以下,将相互并排配置的电池模块100a,100b称为模块列T1,将相互并排配置的电池模块100c,100d称为模块列T2。
此处,模块列T1是第一模块列的例子,模块列T2是第二模块列的例子。另外,电池模块100a,100b是第一电池模块的例子,电池模块100c,100d是第二电池模块的例子。另外,电池ECU200是控制部的例子。
在筐体550内,模块列T1,T2从侧面部550a侧起依次以指定间隔配置。在此情况下,模块列T1的电池模块100a,100b的终端板80a分别朝向侧面部550d。另外,模块列T2的电池模块100c,100d的终端板80a分别朝向侧面部550b。
在模块列T1与模块列T2之间形成通气路径R1。另外,在模块列T1的电池模块100a与电池模块100b之间形成通气路径R2,在模块列T2的电池模块100c与电池模块100d之间形成通气路径R3。
在模块列T2与侧面部550c之间的区域中,电池ECU200、接触器510、HV连接器420、以及服务插头530以此顺序从侧面部550d侧向侧面部550b侧并排配置。
如上所述,电池模块100a,100b,100c,100d分别具有第一端子列5以及第二端子列6。电池模块100a的第一端子列5以及电池模块100b的第一端子列5配置在共同的直线上,电池模块100a的第二端子列6以及电池模块100b的第二端子列6配置在共同的直线上。另外,电池模块100c的第一端子列5以及电池模块100d的第一端子列5配置在共同的直线上,电池模块100c的第二端子列6以及电池模块100d的第二端子列6配置在共同的直线上。
另外,电池模块100a,100b,100c,100d的第二端子列6配置在第一端子列5的内侧。
此处,在各个电池模块100a,100b,100c,100d中,第二端子列6的一个端部的正极端子2(图4)的电位最高,第二端子列6的另一个端部的负极端子3(图4)的电位最低。
以下,将各个电池模块100a,100b,100c,100d中电位最高的正极端子2称为高电位端子2a,将电位最低的负极端子3称为低电位端子3a。在各高电位端子2a以及各低电位端子3a上安装母线40b。
电池模块100a的低电位端子3a上安装的母线40b与电池模块100b的高电位端子2a上安装的母线40b经由带状的母线551相互连接。
另外,电池模块100c的低电位端子3a上安装的母线40b与电池模块100d的高电位端子2a上安装的母线40b经由带状的母线551相互连接。
在此情况下,电池模块100a的低电位端子3a与电池模块100b的高电位端子2a相互接近,电池模块100c的低电位端子3a与电池模块100d的高电位端子2a相互接近。因此,能够使用比较短的母线551连接电池模块100a的低电位端子3a与电池模块100b的高电位端子2a。另外,能够使用比较短的母线551连接电池模块100c的低电位端子3a与电池模块100d的高电位端子2a。
在电池模块100b的低电位端子3a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线562的一端,在电池模块100c的高电位端子2a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线563的一端。电力线562,563的另一端分别与服务插头530连接。此外,在后面描述连接部件750的细节。
在此情况下,电池模块100b的低电位端子3a以及电池模块100c的高电位端子2a分别位于接近筐体550的侧面部550b的位置。另外,服务插头530在模块列T2与侧面部550c之间的区域中,位于接近侧面部550b的位置。
因此,通过沿着侧面部550b配置电力线562,563,能够使用比较短的电力线562,563,将电池模块100b的低电位端子3a以及电池模块100c的高电位端子2a连接到服务插头530。
服务插头530包含用于电气连接或切断电池模块100b,100c的开关。通过使服务插头530的开关接通,电池模块100a,100b,100c,100d的全部电池单元1串联连接。
在电池系统1000A的维护时等情况下,使服务插头530的开关断开。在此情况下,电池模块100a,100b,100c,100d中不流动电流。因此,即使用户接触到电池模块100a,100b,100c,100d,用户也不会触电。
在电池模块100a的高电位端子3a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线564的一端,在电池模块100d的低电位端子3a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线565的一端。电力线564,565的另一端与接触器510分别连接。
接触器510经由电力线566,567与HV连接器520连接。HV连接器520与电动车辆的电动机等负载连接。
在接触器510被接通的状态下,电池模块100a经由电力线564,566与HV连接器520连接,同时电池模块100d经由电力线565,567与HV连接器520连接。即,电池模块100a,100b,100c,100d与连接到HV连接器520的负载形成串联电路。据此,从电池模块100a,100b,100c,100d对负载供应电力。
接触器510被断开后,电池模块100a与HV连接器520的连接以及电池模块100d与HV连接器520的连接被切断。
在电池模块100a,100b,100c,100d的一个FPC50(沿着第二端子列6配置的FPC50)上并且与终端板80a接近的位置处,分别配置一组输入连接器571以及输出连接器572。
输入连接器571以及输出连接器572分别连接到安装在各终端板80a上的状态检测电路20(图2)。在后面描述输入连接器571以及输出连接器572的细节。
电池模块100a上的输出连接器572与电池模块100b上的输入连接器571经由通信用线束(harness)573a相互连接。据此,电池模块100a的状态检测电路20与电池模块100b的状态检测电路20相互连接。
电池模块100b上的输出连接器572与电池模块100c上的输入连接器571经由通信用线束573b相互连接。据此,电池模块100b的状态检测电路20与电池模块100c的状态检测电路20相互连接。
电池模块100c上的输出连接器572与电池模块100d上的输入连接器571经由通信用线束573c相互连接。据此,电池模块100c的状态检测电路20与电池模块100d的状态检测电路20相互连接。
电池模块100a上的输入连接器571与电池模块100d上的输出连接器572经由通信用线束574,575分别与电池ECU200连接。
此处,通信用线束573a,573b是第一通信线的例子,通信用线束573c,575是第二通信线的例子。
如上所述,在各个电池模块100a,100b,100c,100d中,利用状态检测电路20检测与多个电池单元1有关的信息(电压、电流、温度以及SOC)。以下,将利用状态检测电路20检测的与多个电池单元1有关的信息称为单元信息。
利用电池模块100a的状态检测电路20检测的单元信息经由电池模块100b,100c,100d的状态检测电路20,提供给电池ECU200。利用电池模块100b的状态检测电路20检测的单元信息经由电池模块100c,100d的状态检测电路20,提供给电池ECU200。
利用电池模块100c的状态检测电路20检测的单元信息经由电池模块100d的状态检测电路20,提供给电池ECU200。利用电池模块100d的状态检测电路20检测的单元信息直接提供给电池ECU200。
电池ECU200是基于从各状态检测电路20提供的单元信息,管理各电池模块的状态的控制部。具体而言,进行电池模块100a,100b,100c,100d的充放电控制。另外,电池ECU200基于从各状态检测电路20提供的单元信息,检测电池模块100a,100b,100c,100d的异常(例如过放电或过充电)。在检测出异常的情况下,电池ECU200使接触器510断开。
作为这种控制部的电池ECU200所进行的管理不限于上述充放电控制以及异常检测,例如,还包含将表示电池模块的状态的信息(例如上述单元信息)与其他控制器(例如图1的车辆侧控制器300)进行适当通信的功能等。
在筐体550的侧面部550d上,设置冷却用风扇581以及两个排气口582。冷却用风扇581配置在通气路径R1的延长线上,排气口582分别配置在与侧面部550a,550c接近的位置。
利用冷却用风扇581,用于电池模块100a,100b,100c,100d的散热的气体导入筐体550内。导入筐体550内的气体通过排气口582排出。在后面描述电池模块100a,100b,100c,100d的散热。
(2)输入连接器以及输出连接器
接着,说明输入连接器571以及输出连接器572的细节。图17是设置在电池模块100b上的输入连接器571以及输出连接器572的外观立体图。图18是表示输入连接器571以及输出连接器572与状态检测电路20上的半导体集成电路20a的连接状态的模式的平面图。
如图17所示,为了在电池模块100b的上面配置输入连接器571以及输出连接器572,以覆盖第二端子列6以及沿着该第二端子列6的FPC50的方式设置端子盖760。在接近状态检测电路20的端子盖760的上表面的上面的位置处,配置输入连接器571以及输出连接器572。输入连接器571具有信号接收用的多个输入端子,输出连接器572具有信号发送用的多个输出端子。
输入连接器571以及输出连接器572分别经由线束761,762连接到中继连接器571a。在此情况下,将线束761,762配置为穿过终端板80a的FPC插入缺口81,中继连接器571a连接到状态检测电路20上。中继连接器571a具有信号接收用的多个输入端子以及信号发送用的多个输出端子。
在端子盖760的一个端部附近,设置钩状的挂止部760a。与输入连接器571接近的线束761的部分以及与输出连接器572接近的线束762的部分挂止在挂止部760a上。据此,输入连接器571以及输出连接器572固定到端子盖760上。
如图18所示,输入连接器571的多个输入端子与中继连接器571a的多个输入端子利用线束761连接。另外,中继连接器571a的多个输出端子与输出连接器572的多个输出端子利用线束762连接。此外,图17中分别用实线以及虚线表示线束761,762,图18中分别用多根实线以及多根虚线表示构成线束761,762的多根导线。
如图16所示,电池模块100b上的输入连接器571经由通信用线束573a与电池模块100a上的输出连接器572连接,电池模块100b上的输出连接器572经由通信用线束573b与电池模块100c上的输入连接器571连接。
据此,从电池模块100a接收的单元信息通过输入连接器571以及中继连接器571a,输入到电池模块100b的状态检测电路20上的半导体集成电路20a。另外,从电池模块100b的半导体集成电路20a输出的单元信息通过中继连接器571a以及输出连接器572,发送到电池模块100c。
此外,在本例中,通信用的线束761,762与FPC50从状态检测电路20在共同的方向(上方)上引出。据此,线束761,762以及FPC50在状态检测电路20的一个方向上集中地进行配置,因而状态检测电路20的处理变得容易,电池模块100a,100b,100c,100d的组装变得容易。另外,除了一个方向以外,状态检测电路20的周边不存在线束761,762以及FPC50,因而提高了状态检测电路20的散热性。
另外,以覆盖第二端子列6以及沿着该第二端子列6的FPC50的方式设置端子盖760,在该端子盖760上设置输入连接器571以及输出连接器572。据此,即使在各通信用线束或线束761,762被切断的情况下,也防止该切断部分与第二端子列6接触。
图19是表示输入连接器571以及输出连接器572的其他固定方法的立体图。在图19的例子中,在端子盖760的一个端部附近设置向上方突出的突出部771。在突出部771上形成贯通孔772。
如图19(a)所示,在突出部771的贯通孔772中插入捆束带773,如图19(b)所示,线束761,762由捆束带773进行紧固。据此,输入连接器571以及输出连接器572固定到端子盖760上。
此外,在图17~图19中,示出在电池模块100b上设置的输入连接器571以及输出连接器572,在电池模块100a,100c,100d上也同样地设置输入连接器571以及输出连接器572。
(3)连接部件的细节
图20以及图21是表示连接部件750的细节的外观立体图。此外,在图20以及图21中,示出用于连接电池模块100a的高电位端子2a上安装的母线40b与电力线564的连接部件750。其他连接部件750具有与图20以及图21的连接部件750相同的结构。
如图20所示,连接部件750具有大致L字形状。在连接部件750的一个端部以及另一个端部上形成连接孔750a,750b。连接部件750的连接孔750a嵌入高电位端子2a中。据此,成为连接部件750的一个端部在母线40上重合的状态。
另外,在终端板80a的上壁部82的上表面上形成螺钉孔802。以连接部件750的连接孔750b在螺钉孔802上重合的方式,将连接部件750的另一个端部配置在终端板80的上壁部82上。
如图21所示,在电力线564的一个端部上设置环状的固定部564a。螺钉N1穿过电力线564的固定部564a以及连接部件750的连接孔750b,拧入终端板80a的螺钉孔802中。据此,连接部件750的另一个端部以及电力线564固定到终端板80a的上壁部82上。通过采用这种方式,母线40b与电力线564经由连接部件750相互连接。
(4)电池模块的散热
(4-1)气体的流动
如上所述,利用在图16的筐体550的侧面部550d上设置的冷却用风扇581,用于电池模块100a,100b,100c,100d的散热的气体导入筐体550内。
图22是用于说明导入筐体550内的气体的流动的模式的平面图。此外,在图22中,省略各通信用线束以及各电力线的图示。
如图22所示,利用冷却用风扇581导入筐体550内的气体通过通气路径R1向侧面部550b流动。另外,气体从通气路径R1通过通气路径R2,R3向侧面部550a,550c流动。另外,通过电池模块100a,100b,100c,100d中设置的间隙,气体从通气路径R1向侧面部550a,550c流动。通过采用这种方式,气体在筐体550内的整体中流动。在后面描述电池模块100a,100b,100c,100d中设置的间隙。
筐体550内的气体沿着侧面部550a,550b,550c,550d导向排气口582,从排气口582向外部排出。
(4-2)状态检测电路的散热
如上述图3所示,在状态检测电路20与终端板80a的底部之间,形成间隙S1。气体通过该间隙S1流动,据此有效地进行状态检测电路20的散热。
另外,如上所述,上壁部82以及下壁部84以及周壁部83a,85a的突出高度(第一突出高度)比电路保持部86的突出高度(第二突出高度)大,电路保持部86上安装的状态检测电路20的厚度比第一突出高度与第二突出高度的差小。
因此,在终端板80的上壁部82、下壁部84以及周壁部83a,85a例如与其他电池模块或筐体550的侧壁部接触的情况下,状态检测电路20与其他部位之间也确保了间隙。气体通过该间隙流动,据此有效地进行状态检测电路20的散热。
此外,通过确保这种间隙,即使终端板80与其他电池模块或筐体550的侧壁部接触,也确保状态检测电路20的绝缘性。因此,提高了电池模块100a,100b,100c,100d的配置的自由度。
(4-3)电池单元的散热
为了有效地进行各电池单元1的散热,可以在相邻的电池单元1之间配置如下所示的隔板。
图23是隔板的模式的侧视图以及模式的剖视图。此外,图23(a)中的A-A线剖面在图23(b)中示出。图24是表示在多个电池单元1之间配置了多个隔板的状态的模式的侧视图。
如图23所示,隔板600具有大致矩形的板状部601。板状部601具有在上下方向上以凹凸状弯曲的剖面形状。以下,将板状部601的厚度(凹凸的大小)称为凹凸宽度d1。
以从板状部601的下端部向板状部601的一面侧以及另一面侧水平突出的方式设置长尺状的底面部602。另外,以从板状部601的两侧部向板状部601的一面侧以及另一面侧突出的方式设置一对上侧面部603以及一对下侧面部604。上侧面部603设置在板状部601的上端部附近。下侧面部604设置在板状部601的下端部附近,连接到底面部602的两个端部。
如图24所示,多个隔板600以平行排列的方式进行配置。在此情况下,相邻的隔板600的底面部602、上侧面部603以及下侧面部604相互抵接。在此状态下,电池单元1收容于相邻的隔板600的板状部601之间。
在此情况下,各电池单元1的一面以及另一面成为与相邻的隔板600的板状部601分别抵接的状态。据此,相邻的电池单元1之间的距离相等地维持为板状部601的凹凸宽度d1。
在相邻的电池单元1之间,形成与板状部601的凹凸相对应的间隙S2。利用冷却用风扇581(图16)导入筐体550内的气体通过相邻的电池单元1之间的间隙S2流动,据此有效地进行各电池单元1的散热。
此外,也可以根据多个电池单元1之间的隔板600的配置位置,变更隔板600的凹凸宽度d1。
图25是表示在电池模块100a中使用具有相互不同的凹凸宽度d1的多个隔板600的例子的模式的平面图。
如图25所示,在电池模块100a中,层叠18个电池单元1。在上述18个电池单元1之间,配置17个隔板600。
在图25的例子中,在电池模块100a的一个端部侧的区域R11以及另一个端部侧的区域R12中,分别配置具有第一凹凸宽度的三个隔板600(以下称为隔板600a)。另一方面,在区域R11与区域R12之间的区域R13中,配置具有第二凹凸宽度的11个隔板600(以下称为隔板600b)。在此情况下,第二凹凸宽度设定得比第一凹凸宽度大。
此处,在电池模块100a的中间区域R13中,与两个端部的区域R11,R12相比,热容易发生滞留。因此,在充放电时,配置在电池模块100a的区域R13中的电池单元1的温度比配置在区域R11,R12中的电池单元1的温度高。
对此,在本例中,配置在区域R13中的隔板600b的凹凸宽度d1设定得比配置在区域R11,R12中的隔板600a的凹凸宽度d1大。在此情况下,配置在区域R13中的电池单元1的间隔比配置在区域R11,R12中的电池单元1的间隔大。据此,更有效地进行配置在区域R13中的电池单元1的散热。其结果是,能够将配置在区域R11,R12中的电池单元1的温度与配置在区域R13中的电池单元1的温度维持为大致均匀。
此外,配置在区域R11,R12中的隔板600a的凹凸宽度d1例如为2.0mm,配置在区域R13中的隔板600b的凹凸宽度d1例如为2.5mm。
(5)第二实施方式的效果
在第二实施方式中,模块列T1的电池模块100a,100b的第二端子列6与模块列T2的电池模块100c,100d的第二端子列6以相互接近的方式配置在内侧。另外,在各电池模块100a,100b,100c,100d中,高电位端子2a位于第二端子列6的一个端部,低电位端子3a位于另一个端部。
据此,电池模块100a的低电位端子3a与电池模块100b的高电位端子2a的距离变短,电池模块100b的低电位端子3a与电池模块100c的高电位端子2a的距离变短,电池模块100c的低电位端子3a与电池模块100d的高电位端子2a的距离变短,电池模块100d的低电位端子3a与电池模块100a的高电位端子2a的距离变短。
因此,能够减小用于相互连接这些高电位端子2a以及低电位端子3a的线束551以及电力线562,563,564,565的长度。其结果是,能够实现装置成本的降低,并且能够实现电池系统1000A的轻量化。
另外,防止线束551以及电力线562,563,564,565与其他部件或布线等相互缠绕,因而组装作业以及维护作业变得容易。
另外,在第二实施方式中,在电池模块100a,100b,100c,100d的沿着第二端子列6的FPC50上的位置处分别配置一组输入连接器571以及输出连接器572。
在此情况下,能够减小用于相互连接这些输入连接器571以及输出连接器572的通信用线束573a~573d,574,575的长度。其结果是,能够实现装置成本的降低,并且能够实现电池系统1000A的轻量化。
另外,防止通信用线束573a~573d,574,575与其他部件或布线等相互缠绕,因而组装作业以及维护作业变得容易。
另外,母线551以及通信用线束573a~573d配置在各电池模块100a,100b,100c,100d的上部。据此,利用冷却用风扇581导入筐体550内的气体的流动不会被母线551以及通信用线束573a~573d所妨碍。因此,能够高效地进行电池模块100a,100b,100c,100d的散热。
另外,通过将通信用线束573a~573d配置在各电池模块100a,100b,100c,100d的上部,防止由通信用线束573a~573d造成的电池系统1000A的占有空间的增加,并且通信用线束573a~573d的处理变得容易。
(6)母线的其他例子
可以代替图5的母线40a,使用以下所示的母线。图26是表示母线40a的其他例子的图。对于图26的母线40t,说明与图5的母线40a的不同之处。
如图26所示,在母线40t中,代替一对贯通孔41中的一个贯通孔41,形成长圆形的贯通孔41a。
如图25的例子那样,在使用了具有相互不同的凹凸宽度d1的多个隔板600的情况下,根据区域R11,R12,R13不同,相邻电池单元1之间的距离不同。即,根据区域R11,R12,R13不同,相邻的正极端子2与负极端子3的距离不同。另外,由于制造误差或组装误差等,相邻的正极端子2与负极端子3的距离有时也会产生不均匀。
在使用图5的母线40a的情况下,仅在相邻的正极端子2与负极端子3的距离等于一对贯通孔41的距离的情况下,才能够将母线40a安装到相邻的正极端子2与负极端子3上。因此,在相邻的正极端子2与负极端子3的距离存在不均匀的情况下,需要准备贯通孔41间的距离不同的多种母线40a。
另一方面,在使用图26的母线40t的情况下,在贯通孔41a的长度范围内,确保贯通孔41a内的正极端子2或负极端子3的位置的自由度。据此,在相邻的正极端子2与负极端子3的距离存在不均匀的情况下,也能够使用共同的母线40a连接相邻的正极端子2与负极端子3。
此外,在图5的母线40b中,也可以代替贯通孔41,设置长圆形的贯通孔41a。进而,在母线40a中,也可以代替一对贯通孔41,设置一对贯通孔41a。
(7)FPC的其他例子
在上述实施方式中,使用FPC50连接各母线40a,40b与状态检测电路20,但也可以代替FPC50,组合使用刚性电路基板与FPC(柔性印刷电路基板)。
图27是表示代替FPC50组合使用刚性电路基板与FPC的例子的外观立体图。
在图27的例子中,沿着端子列5,6,配置两块刚性电路基板50a。在这些刚性电路基板50a上安装多个母线40a,40b。在各刚性电路基板50a的一个端部处接合FPC50b。各FPC50b在终端板80a的上端部分处向内侧折返为直角,进而向下方折返,与状态检测电路20连接。
在各组刚性电路基板50a以及FPC50b上,与上述FPC50同样,形成多根电压检测线51以及多根温度检测线52(参照图6)。据此,连接各母线40a,40b与状态检测电路20,并且连接各温度检测元件30与状态检测电路20。
在组装时,首先,多个母线40a,40b与各刚性电路基板50a通过回流焊接进行接合。接着,各FPC50b与各刚性电路基板50a进行脉冲加热接合。接着,各FPC50b与状态检测电路20进行脉冲加热接合。
接着,将已安装到刚性电路基板50a上的多个母线40a,40b安装到多个电池单元1的正极端子2以及负极端子3上。并且,将经由FPC50b已经与刚性电路基板50a接合的状态检测电路20固定到一个终端板80上。
此外,在刚性电路基板50a上,也可以设置与多根电压检测线51分别对应的多个PTC元件60。
[3]第三实施方式
接着,对于本发明第三实施方式的电池系统,说明与上述第二实施方式的电池系统1000A的不同之处。
图28是本发明第三实施方式的电池系统的模式的平面图。
如图28所示,第三实施方式的电池系统1000B代替电池模块100a,100b,100c,100d,包括电池模块100e,100f,100g,100h。电池模块100e,100g的结构相同,电池模块100f,100h的结构相同。
此处,对于电池模块100e,100f,100g,100h的结构,说明与上述电池模块100(电池模块100a,100b,100c,100d)的结构的不同之处。
图29是电池模块100,100e,100f的模式的平面图。
首先,说明电池模块100与电池模块100e的不同之处。此外,电池模块100g的结构与图29(b)的电池模块100e的结构相同。
图29(b)所示的电池模块100e的各电池单元1中,正极端子2以及负极端子3的位置配置得与图29(a)所示的电池模块100的各电池单元1的正极端子2以及负极端子3相反。
另外,在图29(b)的电池模块100e中,以与终端板80a最接近的电池单元1的负极端子3成为低电位端子3a,与终端板80b最接近的电池单元1的正极端子2成为高电位端子2a的方式,安装多个母线40a,40b。
以下,在电池模块100e,100g中,将在电池单元1的层叠方向上排列的两个端子列中包含高电位端子2a以及低电位端子3a的端子列称为第三端子列5a,将另一个端子列称为第四端子列6a。
接着,说明电池模块100e与电池模块100f的不同之处。此外,电池模块100h的结构与图29(c)的电池模块100f的结构相同。
在图29(c)的电池模块100f中,以与终端板80a最接近的电池单元1的正极端子2成为高电位端子2a,与终端板80b最接近的电池单元1的负极端子3成为低电位端子3a的方式,安装多个母线40a,40b。
以下,在电池模块100f,100h中,将在电池单元1的层叠方向上排列的两个端子列中包含高电位端子2a以及低电位端子3a的端子列称为第五端子列5b,将另一个端子列称为第六端子列6b。
如图28所示,在筐体550内,电池模块100e,100f沿着电池单元1的层叠方向以指定间隔并排配置。另外,电池模块100g,100h沿着电池单元1的层叠方向以指定间隔并排配置。以下,将相互并排配置的电池模块100e,100f称为模块列T3,将相互并排配置的电池模块100g,100h称为模块列T4。
在筐体550内,模块列T3,T4从侧面部550a侧起依次以指定间隔配置。在此情况下,以电池模块100e的终端板80a与电池模块100f的终端板80a相对的方式配置电池模块100e,100f。另外,以电池模块100g的终端板80a与电池模块100h的终端板80a相对的方式配置电池模块100g,100h。
另外,电池模块100e的第三端子列5a以及电池模块100f的第五端子列5b配置在共同的直线上,电池模块100e的第四端子列6a以及电池模块100f的第六端子列6b配置在共同的直线上。另外,电池模块100g的第三端子列5a以及电池模块100h的第五端子列5b配置在共同的直线上,电池模块100g的第四端子列6a以及电池模块100h的第六端子列6b配置在共同的直线上。
在模块列T4与侧面部550c之间的区域中,服务插头530、HV连接器520、接触器510、以及电池ECU200以此顺序从侧面部550d侧向侧面部550b侧并排配置。
电池模块100e的低电位端子3a上安装的母线40b与电池模块100f的高电位端子2a上安装的母线40b经由带状的母线551相互连接。
在此情况下,电池模块100e的低电位端子3a与电池模块100f的高电位端子2a相互接近。因此,能够使用比较短的母线551连接电池模块100e的低电位端子3a与电池模块100f的高电位端子2a。
在电池模块100e的高电位端子2a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线591的一端,在电池模块100h的低电位端子3a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线592的一端。电力线591,592的另一端与服务插头530分别连接。
在此情况下,电池模块100e的高电位端子2a以及电池模块100h的低电位端子3a分别位于接近筐体550的侧面部550d的位置。另外,服务插头530在模块列T4与侧面部550c之间的区域中,位于接近侧面部550d的位置。
因此,通过沿着侧面部550d配置电力线591,592,能够使用比较短的电力线591,592,将电池模块100e的高电位端子2a以及电池模块100h的低电位端子3a连接到服务插头530。
在电池模块100f的低电位端子3a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线593的一端。电力线593的另一端经由连接部件750连接到电池模块100g的高电位端子2a上安装的母线40b上。
在此情况下,电池模块100f的低电位端子3a以及电池模块100g的高电位端子2a分别位于接近筐体550的侧面部550b的位置。因此,通过沿着侧面部550b配置电力线593,能够使用比较短的电力线593,将电池模块100f的低电位端子3a以及电池模块100g的高电位端子2a相互连接。
在电池模块100g的低电位端子3a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线594的一端,在电池模块100h的高电位端子2a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线595的一端。电力线594,595的另一端与接触器510分别连接。
在此情况下,电池模块100g的低电位端子3a、电池模块100h的高电位端子2a、以及接触器510位于相互接近的位置。据此,能够使用比较短的电力线594,595将电池模块100g的低电位端子3a以及电池模块100h的高电位端子2a连接到接触器510。
在电池模块100e,100g的一个FPC50(沿第三端子列5a配置的FPC50)上并且与终端板80a接近的位置处分别配置输入连接器571,在另一个FPC50(沿第四端子列6a配置的FPC50)上并且与终端板80a接近的位置处分别配置输出连接器572。
另外,在电池模块100f,100h的一个FPC50(沿第五端子列5b配置的FPC50)上并且与终端板80a接近的位置处分别配置输入连接器571,在另一个FPC50(沿第六端子列6b配置的FPC50)上并且与终端板80a接近的位置处分别配置输出连接器572。
在此情况下,以覆盖各端子列以及各FPC50的方式设置一对端子盖760(图17),在一对端子盖760上分别配置输入连接器571以及输出连接器572。输入连接器571以及输出连接器572经由线束761,762(图18)以及中继连接器571a(图18)分别连接到安装在各终端板80a上的状态检测电路20。
电池模块100e上的输入连接器571与电池模块100f上的输出连接器572经由通信用线束701相互连接。据此,电池模块100e的状态检测电路20与电池模块100f的状态检测电路20相互连接。
在此情况下,电池模块100e上的输入连接器571以及电池模块100f上的输出连接器572位于相互接近的位置。据此,能够使用比较短的通信用线束701,相互连接电池模块100e上的输入连接器571以及电池模块100f上的输出连接器572。
电池模块100f上的输入连接器571与电池模块100g上的输出连接器572经由通信用线束702相互连接。据此,电池模块100f的状态检测电路20与电池模块100g的状态检测电路20相互连接。
在此情况下,电池模块100f上的输入连接器571以及电池模块100g上的输出连接器572位于相互接近的位置。据此,能够使用比较短的通信用线束702,相互连接电池模块100f上的输入连接器571以及电池模块100g上的输出连接器572。
电池模块100h上的输入连接器571与电池模块100e上的输出连接器572经由通信用线束703相互连接。据此,电池模块100h的状态检测电路20与电池模块100e的状态检测电路20相互连接。
在此情况下,电池模块100h上的输入连接器571以及电池模块100e上的输出连接器572位于相互接近的位置。据此,能够使用比较短的通信用线束703,相互连接电池模块100h上的输入连接器571以及电池模块100e上的输出连接器572。
电池模块100g上的输入连接器571以及电池模块100h上的输出连接器572经由通信用线束704,705分别与电池ECU200连接。
在此情况下,利用电池模块100g的状态检测电路20检测的单元信息经由电池模块100f,100e,100h的状态检测电路20,提供给电池ECU200。利用电池模块100f的状态检测电路20检测的单元信息经由电池模块100e,100h的状态检测电路20,提供给电池ECU200。
利用电池模块100e的状态检测电路20检测的单元信息经由电池模块100h的状态检测电路20,提供给电池ECU200。利用电池模块100h的状态检测电路20检测的单元信息直接提供给电池ECU200。
在第三实施方式中,能够使用比较短的母线551以及比较短的电力线591~595,相互连接电池模块100e,100f,100g,100h的高电位端子2a以及低电位端子3a。据此,能够实现装置成本的降低,并且能够实现电池系统1000B的轻量化。
另外,防止母线551以及电力线591~595与其他部件或布线等相互缠绕,因而组装作业以及维护作业变得容易。
另外,在第三实施方式中,能够使用比较短的通信用线束701~705,相互连接电池模块100e,100f,100g,100h的状态检测电路20以及电池ECU200。据此,能够实现装置成本的降低,并且能够实现电池系统1000B的轻量化。
另外,防止通信用线束701~705与其他部件或布线等相互缠绕,因而组装作业以及维护作业变得容易。
[4]第四实施方式
接着,对于本发明第四实施方式的电池系统,说明与上述第二实施方式的电池系统的不同之处。
图30是本发明第四实施方式的电池系统的模式的平面图。
如图30所示,第四实施方式的电池系统1000C代替电池模块100a,100b,100c,100d,包括电池模块100i,100j,100k,100l。电池模块100i,100k的结构相同,电池模块100j,100l的结构相同。
此处,对于电池模块100i,100j,100k,100l的结构,说明与上述电池模块100(电池模块100a,100b,100c,100d)的结构的不同之处。
图31是电池模块100,100i,100j的模式的平面图。
首先,说明电池模块100与电池模块100i的不同之处。此外,电池模块100k的结构与图31(b)的电池模块100i的结构相同。
在图31(b)所示的电池模块100i中,低电位端子3a包含在与高电位端子2a不同的端子列中。此外,在电池单元1的数量为偶数的情况下,高电位端子2a与低电位端子3a包含在相同端子列中,在电池单元1的数量为奇数的情况下,高电位端子2a与低电位端子3a包含在相互不同的端子列中。
图31(b)所示的电池模块100i的电池单元1的数量比图31(a)所示的电池模块100的电池单元1的数量少1,为17个。
以下,在电池模块100i,100k中,将在电池单元1的层叠方向上排列的两个端子列中包含低电位端子3a的端子列称为第七端子列5c,将包含高电位端子2a的端子列称为第八端子列6c。
接着,说明电池模块100i与电池模块100j的不同之处。此外,电池模块100l的结构与图31(c)的电池模块100j的结构相同。
在图31(c)所示的电池模块100j中,以与终端板80a最接近的电池单元1的负极端子3成为低电位端子3a,与终端板80b最接近的电池单元1的正极端子2成为高电位端子2a的方式,安装多个母线40a,40b。
以下,在电池模块100j,100l中,将在电池单元1的层叠方向上排列的两个端子列中包含高电位端子2a的端子列称为第九端子列5d,将包含低电位端子3a的端子列称为第十端子列6d。
如图30所示,在筐体550内,电池模块100i,100j沿着电池单元1的层叠方向以指定间隔并排配置。另外,电池模块100k,100l沿着电池单元1的层叠方向以指定间隔并排配置。以下,将相互并排配置的电池模块100i,100j称为模块列T5,将相互并排配置的电池模块100k,100l称为模块列T6。
在筐体550内,模块列T5,T6从侧面部550a侧起依次以指定间隔配置。在此情况下,以电池模块100i的终端板80a与侧面部550d相对,电池模块100j的终端板80a与侧面部550b相对的方式配置电池模块100i,100j。另外,以电池模块100k的终端板80a与侧面部550b相对,电池模块100l的终端板80a与侧面部550d相对的方式配置电池模块100k,100l。
在电池模块100k,100l与侧面部550c之间的区域中,服务插头530、HV连接器520、接触器510、以及电池ECU200以此顺序从侧面部550d侧向侧面部550b侧并排配置。
电池模块100i的低电位端子3a上安装的母线40b与电池模块100j的高电位端子2a上安装的母线40b经由带状的母线551相互连接。
在此情况下,电池模块100i的低电位端子3a与电池模块100j的高电位端子2a相互接近。因此,能够使用比较短的母线551连接电池模块100i的低电位端子3a与电池模块100j的高电位端子2a。
在电池模块100i的高电位端子2a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线711的一端,在电池模块100l的低电位端子3a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线712的一端。电力线711,712的另一端与服务插头530分别连接。
在此情况下,电池模块100i的高电位端子2a以及电池模块100l的低电位端子3a分别位于接近筐体550的侧面部550d的位置。另外,服务插头530在模块列T6与侧面部550c之间的区域中,位于接近侧面部550d的位置。
因此,通过沿着侧面部550d配置电力线711,712,能够使用比较短的电力线711,712,将电池模块100i的高电位端子2a以及电池模块100l的低电位端子3a连接到服务插头530。据此,防止电力线711,712与其他布线等接触。
在电池模块100j的低电位端子3a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线713的一端。电力线713的另一端经由连接部件750连接到电池模块100k的高电位端子2a上安装的母线40b上。
在此情况下,电池模块100j的低电位端子3a以及电池模块100k的高电位端子2a分别位于接近筐体550的侧面部550b的位置。因此,通过沿着侧面部550b配置电力线713,能够使用比较短的电力线713,将电池模块100j的低电位端子3a以及电池模块100k的高电位端子2a相互连接。
在电池模块100k的低电位端子3a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线714的一端,在电池模块100l的高电位端子2a上安装的母线40b上,经由连接部件750连接电力线715的一端。电力线714,715的另一端与接触器510分别连接。
在此情况下,电池模块100k的低电位端子3a、电池模块100l的高电位端子2a、以及接触器510位于相互接近的位置。据此,能够使用比较短的电力线714,715将电池模块100k的低电位端子3a以及电池模块100l的高电位端子2a连接到接触器510。
在电池模块100i,100k的一个FPC50(沿着第八端子列6c配置的FPC50)上并且与终端板80a接近的位置处,分别配置一组输入连接器571以及输出连接器572。
另外,在电池模块100j,100l的一个FPC50(沿着第十端子列6d配置的FPC50)上并且与终端板80a接近的位置处,分别配置一组输入连接器571以及输出连接器572。
在此情况下,在电池模块100i,100k上,以覆盖第八端子列6c以及沿着该第八端子列6c的FPC50的方式设置端子盖760(图17),在该端子盖760上分别配置输入连接器571以及输出连接器572。在电池模块100j,100l上,以覆盖第十端子列6d以及沿着该第十端子列6d的FPC50的方式设置端子盖760(图17),在该端子盖760上分别配置输入连接器571以及输出连接器572。
各输入连接器571以及各输出连接器572经由线束761,762(图18)以及中继连接器571a(图18)分别连接到安装在各终端板80a上的状态检测电路20(图2)。
电池模块100k上的输出连接器572与电池模块100l上的输入连接器571经由通信用线束721相互连接。据此,电池模块100k的状态检测电路20与电池模块100l的状态检测电路20相互连接。通信用线束721是第一通信线的例子。
电池模块100l上的输出连接器572与电池模块100i上的输入连接器571经由通信用线束722相互连接。据此,电池模块100l的状态检测电路20与电池模块100i的状态检测电路20相互连接。
电池模块100i上的输出连接器572与电池模块100j上的输入连接器571经由通信用线束723相互连接。据此,电池模块100i的状态检测电路20与电池模块100j的状态检测电路20相互连接。通信用线束723是第二通信线的例子。
电池模块100k上的输入连接器571以及电池模块100j上的输出连接器572经由通信用线束724,725分别与电池ECU200连接。
在此情况下,电池模块100k的输入连接器571以及电池模块100j上的输出连接器572分别位于接近筐体550的侧面部550b的位置。另外,电池ECU200在电池模块100k,100l与侧面部550c之间的区域中,位于接近侧面部550b的位置。
因此,通过沿着侧面部550b配置通信用线束724,725,能够使用比较短的通信用线束724,725,将电池模块100k的输入连接器571以及电池模块100j上的输出连接器572分别连接到电池ECU200。
利用电池模块100k的状态检测电路20检测的单元信息经由电池模块100l,100i,100j的状态检测电路20,提供给电池ECU200。利用电池模块100l的状态检测电路20检测的单元信息经由电池模块100i,100j的状态检测电路20,提供给电池ECU200。
利用电池模块100i的状态检测电路20检测的单元信息经由电池模块100j的状态检测电路20,提供给电池ECU200。利用电池模块100j的状态检测电路20检测的单元信息直接提供给电池ECU200。
在第四实施方式中,以各状态检测电路20与筐体550的侧面部550b,550d相对的方式分别配置电池模块100i,100j,100k,100l。在此情况下,热不易滞留在各状态检测电路20的周围。因此,更有效地进行各状态检测电路20的散热。
另外,在第四实施方式中,能够使用比较短的母线551以及比较短的电力线711~715,相互连接电池模块100i,100j,100k,100l的高电位端子2a以及低电位端子3a。据此,能够实现装置成本的降低,并且能够实现电池系统1000C的轻量化。
另外,防止母线551以及电力线711~715与其他部件或布线等相互缠绕,因而组装作业以及维护作业变得容易。
另外,在第四实施方式中,能够使用比较短的通信用线束721~725,相互连接电池模块100i,100j,100k,100l的状态检测电路20以及电池ECU200。据此,能够实现装置成本的降低,并且能够实现电池系统1000C的轻量化。
另外,防止通信用线束721~725与其他部件或布线等相互缠绕,因而组装作业以及维护作业变得容易。
另外,通过将通信用线束721~723配置在各电池模块100i,100j,100k,100l的上部,防止由通信用线束721~723造成的电池系统1000C的占有空间的增加,并且通信用线束721~723的处理变得容易。
在上述第二~第四实施方式中,多个电池模块的状态检测电路20与电池ECU200串联连接,各电池模块的状态检测电路20将检测的单元信息发送到相邻的电池模块的状态检测电路20或电池ECU200,并且从相邻的电池模块的状态检测电路20或电池ECU200接收单元信息,但不限于此。
例如,各电池模块的状态检测电路20也可以经由总线与电池ECU200连接。在此情况下,各电池模块的状态检测电路20将检测的单元信息经由总线发送到电池ECU200。因此,状态检测电路20也可以不具有用于接收单元信息的通信功能。
另外,各电池模块的状态检测电路20也可以经由通信用线束分别与电池ECU200并联连接。在此情况下,各电池模块的状态检测电路20将检测的单元信息经由通信用线束发送到电池ECU200。因此,状态检测电路20也可以不具有用于接收单元信息的通信功能。
[5]第五实施方式
接着,说明本发明第五实施方式的电池模块以及包括该电池模块的电池系统。
(1)电池系统的结构
图32是表示第五实施方式的电池系统的结构的方框图。如图32所示,电池系统1500包含多个电池模块1100、电池ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)200、以及接触器1102,经由总线1104与车辆侧控制器300连接。
电池系统1500的多个电池模块1100通过电源线1501相互连接。各电池模块1100具有多个(在本例中为18个)电池单元1、多个(在本例中为5个)温度检测元件811以及检测电路820。此外,检测电路820相当于上述第一~第四实施方式中的半导体集成电路20a。
在各电池模块1100中,多个电池单元1以相互邻接的方式配置为一体,利用多个母线40进行串联连接。各电池单元1例如为锂离子电池或镍氢电池等二次电池。
配置在两个端部的电池单元1经由母线40与电源线1501连接。据此,在电池系统1500中,多个电池模块1100的全部电池单元1进行串联连接。从电池系统1500引出的电源线1501与电动车辆的电动机等负载连接。
检测电路820经由导线851(参照后述的图42)与各母线40连接。另外,检测电路820与各温度检测元件811电气连接。检测电路820是电压检测电路的一例。利用检测电路820,检测各电池单元1的端子间电压(电池电压)以及温度。
各电池模块1100的检测电路820经由总线1103与电池ECU200连接。据此,利用检测电路820检测的电压以及温度被提供给电池ECU200。
而且,在本实施方式中,在一个端部的电池单元1的母线40与检测电路820之间,设置用于放大由流至各母线40的电流产生的电压下降量的放大电路1410。检测电路820将基于放大电路1410的输出电压的电压值提供给电池ECU200。据此,电池ECU200计算流至电池模块1100的电流的值。在后面描述母线40、放大电路1410的细节、检测电路820以及电池ECU200的电流值的计算的细节。
电池ECU200例如基于从各检测电路820提供的电压及温度、以及检测出的电流计算各电池单元1的充电量,基于该充电量进行各电池模块1100的充放电控制。另外,电池ECU200基于提供的电压及温度、以及检测出的电流,检测各电池模块1100的状态,例如电池单元1的寿命以及异常等。此外,所谓电池模块1100的异常,例如是指电池单元1的过放电、过充电或者温度异常。
在与一个端部的电池模块1100连接的电源线1501中,插入接触器1102。电池ECU200在检测出电池模块1100的异常的情况下使接触器1102断开。据此,在异常时,电流不会流至各电池模块1100,因而防止电池模块1100的异常的发热。
电池ECU200经由总线1104与电动车辆的车辆侧控制器300连接。从电池ECU200对车辆侧控制器300提供各电池模块1100的充电量(各电池单元1的充电量)。车辆侧控制器300基于该充电量控制电动车辆的动力(例如电动机的转速)。另外,各电池模块1100的充电量变少后,车辆侧控制器300控制与电源线1501连接的未图示的发电装置对各电池模块1100充电。
(2)电池模块的细节
说明电池模块1100的细节。图33是电池模块1100的外观立体图,图34是电池模块1100的平面图,图35是电池模块1100的侧视图。
此外,在图33~图35以及后述的图38~图43以及图49中,如箭头X、Y、Z所示,将相互垂直的三个方向定义为X方向、Y方向以及Z方向。此外,在本例中,X方向以及Y方向为与水平面平行的方向,Z方向为与水平面垂直的方向。
如图33~图35所示,在电池模块1100中,具有扁平的大致长方体形状的多个电池单元1在X方向上并排配置。在该状态下,多个电池单元1利用一对终端板892、一对连接固定件893、以及一对连接固定件894一体地进行固定。这样,由多个电池单元1、一对终端板892、一对连接固定件893、以及一对连接固定件894构成电池块10。
一对终端板892具有大致板状,与YZ平面平行配置。一对连接固定件893以及一对连接固定件894以在X方向上延伸的方式配置。
在一对终端板892的四个角落,形成用于连接一对连接固定件893以及一对连接固定件894的连接部。在将多个电池单元1配置在一对终端板892之间的状态下,在一对终端板892的上侧的连接部中安装一对连接固定件893,在一对终端板892的下侧的连接部中安装一对连接固定件894。据此,在电池块10中,多个电池单元1以在X方向上并列配置的状态一体固定。
在一个终端板892上,安装刚性印刷电路基板(以下简称为印刷电路基板)821。另外,为了保护印刷电路基板821的两个端部以及下部,具有一对侧面部以及底面部的保护部件895安装在终端板892上。印刷电路基板821通过被保护部件895覆盖而得到保护。在印刷电路基板821上,设置检测电路820以及放大电路1410。此外,印刷电路基板821相当于上述第一~第四实施方式中的电路基板20b。由印刷电路基板821以及检测电路820构成电压检测电路(状态检测电路20)。
在电池块10的下面,以与多个电池单元1接触的方式设置冷却板896。冷却板896具有冷媒流入口896a以及冷媒流出口896b。在冷却板896的内部形成与冷媒流入口896a以及冷媒流出口896b连接的循环路径。冷媒流入口896a中流入冷却水等冷媒后,冷媒通过冷却板896内部的循环路径并从冷媒流出口896b流出。据此,冷却板896得到冷却。其结果是,多个电池单元1得到冷却。
多个电池单元1在Y方向的一个端部侧以及另一个端部侧中任一者的上面部分具有正极端子2,在其相反侧的上面部分具有负极端子3。各端子2,3以向上方突出的方式设置。电池单元1的正极端子2由铝形成。另外,电池单元1的负极端子3由铜形成。
此外,在本例中,电池单元1的正极端子2由铝形成,但也可以代替这种方式,由铝与其他金属的合金形成。同样,电池单元1的负极端子3由铜形成,但也可以代替这种方式,由铜与其他金属的合金形成。
另外,多个电池单元1在上面部分的中央处具有排气阀810v。在电池单元1内部的压力上升至指定值的情况下,电池单元1内部的气体从排气阀810v排出。据此,防止电池单元1内部的压力上升。
在本实施方式中,配置各电池单元1的正极端子2、负极端子3以及排气阀810v的电池块10的面(上面)为第一面的例子。另外,多个电池单元1的正极端子2以及负极端子3沿着多个电池单元1的层叠方向(X方向)并列配置为两列,一列正极端子2以及负极端子3为第一端子列的例子,另一列正极端子2以及负极端子3为第二端子列的例子。
在以下的说明中,从与一个终端板892(未安装印刷电路基板821的终端板892)相邻的电池单元1到与另一个终端板892相邻的电池单元1,称为从第1个到第18个电池单元1。
如图34所示,在电池模块1100中,各电池单元1配置为在相邻的电池单元1之间Y方向的正极端子2以及负极端子3的位置关系相反。
据此,在相邻的两个电池单元1之间,一个电池单元1的正极端子2与另一个电池单元1的负极端子3接近,一个电池单元1的负极端子3与另一个电池单元1的正极端子2接近。在该状态下,在接近的两个电极上安装母线40。据此,多个电池单元1得到串联连接。
具体而言,在第一个电池单元1的负极端子3与第二个电池单元1的正极端子2上安装共同的母线40。另外,在第二个电池单元1的负极端子3与第三个电池单元1的正极端子2上安装共同的母线40。
同样,在各第奇数个电池单元1的负极端子3和与其相邻的第偶数个电池单元1的正极端子2上安装共同的母线40。在各第偶数个电池单元1的负极端子3和与其相邻的第奇数个电池单元1的正极端子2上安装共同的母线40。
另一方面,在第1个电池单元1的正极端子2以及第18个电池单元1的负极端子3上,分别安装用于从外部连接电源线1501的母线40。另外,如后所述,在第18个电池单元1的负极端子3上安装的母线40作为电流检测用的分流电阻RS使用。
这样,在电池块10上多个母线40沿着X方向排列为两列。在两列母线40的内侧,排列有在X方向延伸的长尺状的两块柔性印刷电路基板(以下简称为FPC)850。
一个FPC50以与多个电池单元1的排气阀810v不重叠的方式,排列在多个电池单元1的排气阀810v与一列多个母线40之间。同样,另一个FPC50以与多个电池单元1的排气阀810v不重叠的方式,排列在多个电池单元1的排气阀810v与另一列多个母线40之间。
在本实施方式中,一个FPC50是第一FPC的例子,另一个FPC50是第二FPC的例子。即,关于一列端子2,3(第一端子列),在与另一列端子2,3(第二端子列)相同的一侧,以沿着一列端子2,3延伸的方式配置一个FPC50(第一FPC)。另外,关于另一列端子2,3(第二端子列),在与一列端子2,3(第一端子列)相同的一侧,以沿着另一列端子2,3延伸的方式配置另一个FPC50(第二FPC)。
如本实施方式这样,在电池块的共同的面(第一面)上排列第一端子列以及第二端子列的情况下,可以将第一FPC设置在第一端子列与第二端子列之间,也可以将第二FPC设置在第一端子列以及第二端子列之间。
一个FPC50与一列多个母线40共同连接。同样,另一个FPC50与另一列多个母线40共同连接。
各FPC50主要具有在绝缘层上形成多根导线851,852(参照后述的图42)的结构,具有弯曲性以及柔韧性。作为构成FPC50的绝缘层的材料例如使用聚酰亚胺,作为导线851,852的材料例如使用铜。导线851,852是电压检测线的一例。
此外,在本例中,作为导线851,852的材料使用铜,但也可以代替这种方式,使用铜与其他金属的合金。
各FPC50在一个终端板892的上端部分处向下方折返,与印刷电路基板821连接。
在FPC50与印刷电路基板821连接的状态下,多个母线40通过多根导线851与检测电路820连接。另外,安装在一个端部的电池单元1(在本例中是第18个电池单元1)上的母线40通过导线851以及后述的导线852与放大电路1410连接。在后面描述细节。
(3)母线以及FPC的结构
接着,说明母线40以及FPC50的结构的细节。以下,将用于连接相邻的两个电池单元1的正极端子2与负极端子3的母线40称为电压母线40x,将用于连接一个端部的电池单元1(在本例中是第18个电池单元1)与电源线1501的母线40称为电压电流母线40y。此外,作为用于另一个端部的电池单元1(在本例中是第1个电池单元1)与电源线1501的连接的母线,使用上述的电压母线40x。
图36是电压母线40x的平面图,图37是电压电流母线40y的平面图。
如图36所示,电压母线40x包括具有大致长方形的基部841以及安装片842。基部841由压接了两种金属的覆层材料形成。基部841分为两个区域841a,841b。基部841的区域841a由铝形成,基部841的区域841b由铜形成。
此外,在本例中,基部841的区域841a由铝形成,但也可以代替这种方式,由铝与其他金属的合金形成。同样,基部841的区域841b由铜形成,但也可以代替这种方式,由铜与其他金属的合金形成。
安装片842以从基部841的区域841b的长边突出的方式形成。另外,在基部841的区域841a,841b中,分别形成电极连接孔843。
此外,图33以及图34的一列电压母线40x以图36的电压母线40x的一面朝上的状态排列,另一列电压母线40x以图36的电压母线40x的另一面朝上的状态排列。
如图37所示,电压电流母线40y包括具有大致长方形的基部845以及一对安装片846。一对安装片846以相互隔开间隔从基部845的长边突出的方式形成。另外,在基部845上形成一对电极连接孔847。电压电流母线40y由铜形成。从电压电流母线40y的一个安装片846经由基部845到达另一个安装片846的区域作为分流电阻RS(参照图33以及图34)使用。在后面描述细节。
此外,在本例中,电压电流母线40y由铜形成,但也可以代替这种方式,由铜与其他金属的合金形成。
图38是表示在FPC50上安装了多个电压母线40x以及电压电流母线40y的状态的外观立体图。如图38所示,在两块FPC50上,沿着X方向以指定间隔安装多个电压母线40x的安装片842以及电压电流母线40y的一对安装片846。
在制作电池模块1100时,在电池块10上,设置如上所述安装了多个电压母线40x以及电压电流母线40y的两块FPC50。
相邻的电池单元1的正极端子2嵌入电压母线40x的区域841a的电极连接孔843,并且负极端子3嵌入电压母线40x的区域841b的电极连接孔843。在此状态下,电池单元1的正极端子2与电压母线40x的区域841a进行激光焊,并且负极端子3与电压母线40x的区域841b进行激光焊。据此,多个电池单元1与多个电压母线40x被固定。
如上所述,电池单元1的正极端子2由铝形成,负极端子3由铜形成。电池单元1的正极端子2与由铝形成的电压母线40x的区域841a进行激光焊,并且电池单元1的负极端子3与由铜形成的电压母线40x的区域841b进行激光焊。在此情况下,电池单元1的正极端子2与电压母线40x之间以及电池单元1的负极端子3与电压母线40x之间不会发生由于异种金属的接触而产生的腐蚀。其结果是提高了电池模块1100的持久性以及可靠性。
图39是电池模块1100的一个端部的外观立体图。如图39所示,电源线1501通过电压电流母线40y与一个端部的电池单元1(在本例中是第18个电池单元1)的负极端子3连接。电源线1501在端部具有例如由铜形成的环形端子1501t。
此外,在本例中,电源线1501以及环形端子1501t由铜形成,但也可以代替这种方式,由铜与其他金属的合金形成。
一个端部的电池单元1的负极端子3嵌入电压电流母线40y的一个电极连接孔847(参照图37)。在该状态下,一个端部的电池单元1的负极端子3与电压电流母线40y进行激光焊。据此,电压电流母线40y与一个端部的电池单元1的负极端子3固定,并且电压电流母线40y与电池单元1的负极端子3电气连接。
另外,螺钉S通过电源线1501的环形端子1501t的贯通孔以及电压电流母线40y的另一个电极连接孔843(参照图37),与在电池模块1100的一个终端板892上形成的螺钉孔螺合。据此,电压电流母线40y固定到一个终端板892上,并且电压电流母线40y与电源线1501的环形端子1501t电气连接。
如上所述,一个端部的电池单元1的负极端子3与由铜形成的电压电流母线40y进行激光焊。另外,电源线1501的环形端子1501t安装到由铜形成的电压电流母线40y上。
在此情况下,一个端部的电池单元1的负极端子3与电压电流母线40y之间以及电源线1501的环形端子1501t与电压电流母线40y之间不会发生由于异种金属的接触而产生的腐蚀。另外,电压电流母线40y通过螺钉S固定到一个终端板892上,因此即使对电源线1501施加张力,也能防止FPC50发生破损以及电压电流母线40y从FPC50剥离。其结果是提高了电池模块1100的持久性以及可靠性。
图40是电池模块1100的另一个端部的外观立体图。如图40所示,电源线1501通过电压母线40x与另一个端部的电池单元1(在本例中是第1个电池单元1)的正极端子2连接。
另一个端部的电池单元1的正极端子2嵌入电压母线40x的区域841a的电极连接孔843(参照图36)。在该状态下,另一个端部的电池单元1的正极端子2与电压母线40x的区域841a进行激光焊。据此,电压母线40x与另一个端部的电池单元1的正极端子2固定,并且电压母线40x的区域841a与电池单元1的正极端子2电气连接。
另外,螺钉S通过电源线1501的环形端子1501t的贯通孔以及电压母线40x的区域841b的电极连接孔843(参照图36),与在电池模块1100的另一个终端板892上形成的螺钉孔螺合。据此,电压母线40x固定到另一个终端板892上,并且电压母线40x的区域841b与电源线1501的环形端子1501t电气连接。
如上所述,另一个端部的电池单元1的正极端子2与由铝形成的电压母线40x的区域841a进行激光焊。另外,电源线1501的环形端子1501t安装到由铜形成的电压母线40x的区域841b上。
在此情况下,另一个端部的电池单元1的正极端子2与电压母线40x之间以及电源线1501的环形端子1501t与电压母线40x之间不会发生由于异种金属的接触而产生的腐蚀。另外,该电压母线40x通过螺钉S固定到另一个终端板892上,因此即使对电源线1501施加张力,也能防止FPC50发生破损以及电压母线40x从FPC50剥离。其结果是提高了电池模块1100的持久性以及可靠性。
这样,在多个电池单元1上安装多个电压母线40x以及电压电流母线40y,并且FPC50利用多个电压母线40x以及电压电流母线40y保持大致水平姿势。
图41是电池块10的侧视图。如上所述,多个电压母线40x以及电压电流母线40y与电池单元1的正极端子2以及负极端子3进行激光焊,因而不需要结合多个电压母线40x以及电压电流母线40y与电池单元1的结合部件。据此,能够减小电池块10的高度方向(Z方向)的大小。
(4)母线、FPC与检测电路的连接
此处,对于本实施例的电池模块1100的焊接,在下面进行详细描述。说明多个电压母线40x以及电压电流母线40y与检测电路820的连接。图42以及图43是用于说明多个电压母线40x以及电压电流母线40y与检测电路820的连接的模式的平面图。
如图42所示,一个FPC50与一列多个电压母线40x共同连接。另外,另一个FPC50与另一列多个电压母线40x以及电压电流母线40y共同连接。在一个FPC50上,设置与多个电压母线40x的安装片842对应的多个导电性板859、多根导线851、以及多个PTC元件860。多个电压母线40x的安装片842利用焊接安装到一个FPC50上的对应的导电性板859上。
与多个电压母线40x的安装片842对应的导电性板859经由导线851以及印刷电路基板821上的导线与检测电路820连接。据此,多个电压母线40x与检测电路820电气连接。
同样,在另一个FPC50上,设置与多个电压母线40x的安装片842对应的多个导电性板859、多根导线851、以及多个PTC元件860。另外,在另一个FPC50上,设置与电压电流母线40y的一个安装片846对应的导电性板859、导线851、以及多个PTC元件860。而且,在另一个FPC50上,设置与电压电流母线40y的另一个安装片846对应的导电性板859与导线852。
多个电压母线40x的安装片842以及电压电流母线40y的一对安装片846利用焊接安装到另一个FPC50上的对应的导电性板859上。
与多个电压母线40x的安装片842对应的导电性板859经由导线851以及印刷电路基板821上的导线与检测电路820连接。据此,多个电压母线40x与检测电路820电气连接。
多个导线851以及导电性板859由铜形成。此外,在本例中,导电性板859由铜形成,但也可以代替这种方式,由铜与其他金属的合金(铜合金)形成。
焊接到导电性板859上的电压母线40x的基部841的区域841b以及电压电流母线40y也由铜或铜合金形成。在此情况下,FPC50的导电性板859与电压母线40x的基部841的区域841b以及电压电流母线40y的焊接是铜或铜合金之间的连接。因此,与将铝或铝与其他金属的合金(铝合金)焊接到铜或铜合金上的情况相比,连接变得坚固。
基于上述理由,在多个电压母线40x以及电压电流母线40y与FPC50的连接中,作为用于另一个端部的电池单元1与电源线1501的连接的母线,使用电压母线40x。
即,作为用于连接电源线1501与另一个端部的电池单元1的正极端子2的母线,也能使用由铝或铝合金形成的母线,但为了母线与FPC50的坚固的连接,在本例中,将由覆层材料形成的电压母线40x作为用于连接电源线1501与另一个端部的电池单元1的正极端子2的母线使用。
如上所述,在本例中,由铜或铜合金形成的多个电压母线40x的安装片842以及电压电流母线40y的一对安装片846焊接到FPC50的导电性板859上,因而在多个电压母线40x的安装片842以及电压电流母线40y的安装片846与FPC50的导电性板859之间不会发生由于异种金属的接触而产生的腐蚀。据此,提高了电池模块1100的持久性以及可靠性。
PTC元件860插入到导线851中。PTC元件860具有温度超过某个值后电阻值急剧增加的电阻温度特性。因此,在检测电路820以及导线851等中发生短路的情况下,由于流过该短路路径的电流,PTC元件860的温度上升,据此PTC元件860的电阻值变大。据此,防止在包含PTC元件860的短路路径中流过大电流。
如图43所示,从电压电流母线40y的一个安装片846经由基部845到达另一个安装片846的区域作为分流电阻RS使用。此外,预先设定一个导电性板859与另一个导电性板859之间的分流电阻RS的电阻值。
如图42所示,与电压电流母线40y对应的导线851经由印刷电路基板821上的导线与放大电路1410的一个输入端子以及检测电路820连接。另一方面,与电压电流母线40y对应的导线852经由印刷电路基板821上的导线与放大电路1410的另一个输入端子连接。放大电路1410的输出端子经由印刷电路基板821上的导线与检测电路820连接。
这样,检测电路820基于多个电压母线40x以及电压电流母线40y的电压检测各电池单元1的端子间电压。
检测电路820基于放大电路1410的输出电压检测分流电阻RS两端的电压值。利用检测电路820检测的电压值被提供给图32的电池ECU200。
电池ECU200例如包括CPU(中央运算处理装置)以及存储器。在本实施方式中,在电池ECU200的存储器中,预先存储电压电流母线40y中的分流电阻RS的电阻值。
电池ECU200用存储器中存储的分流电阻RS的电阻值去除从检测电路820提供的分流电阻RS两端的电压值,据此计算流至电压电池母线40y的电流的值。这样,检测在多个电池单元1之间流动的电流的值。
此处,可以基于电流路径的长度以及剖面积预先计算分流电阻RS的电阻值,并且将计算出的值存储到电池ECU200内的存储器中。或者,也可以预先测定分流电阻RS的电阻值,将测定的值存储到电池ECU200内的存储器中。而且,也可以利用温度检测元件811检测电压电流母线40y的温度,利用检测出的温度补正电池ECU200内的存储器中存储的分流电阻RS的电阻值。
(5)检测电路以及放大电路的一个结构例
图44是表示图32的检测电路820的一个结构例的电路图。图44所示的检测电路820包括第一、第二、以及第三电压检测IC(集成电路)820a,820b,820c。在本例中,与第18至第13个电池单元1对应设置第一电压检测IC820a,与第12至第7个电池单元1对应设置第二电压检测IC820b,与第6至第1个电池单元1对应设置第三电压检测IC820c。另外,在第一电压检测IC820a上连接放大电路1410。此外,第一~第三电压检测IC820a,820b,820c的基准电压GNDa,GNDb,GNDc分别电气独立。
以下作为代表说明第一电压检测IC820a。此外,第二及第三电压检测IC820b,820c具有与第一电压检测IC820a相同的结构。
第一电压检测IC820a具有8个输入端子t1~t8。输入端子t7保持为基准电压GNDa。输入端子t7~t1经由导线851与设置在第18至第13个电池单元1之间的电压母线40x以及设置在第18个电池单元1上的电压电流母线40y分别连接。另外,输入端子t8经由导线853与图42的放大电路1410的输出端子连接。放大电路1410的一个输入端子经由导线851与电压电流母线40y的分流电阻RS的一端连接,放大电路1410的另一个输入端子经由导线852与电压电流母线40y的分流电阻RS的另一端连接。
第一电压检测IC820a包括电压检测部1201~1206、开关元件1211~1217、以及A/D(模拟/数字)转换器1220。
电压检测部1201对输入端子t1,t2之间的电压进行差动放大,电压检测部1202对输入端子t2,t3之间的电压进行差动放大,电压检测部1203对输入端子t3,t4之间的电压进行差动放大,电压检测部1204对输入端子t4,t5之间的电压进行差动放大,电压检测部1205对输入端子t5,t6之间的电压进行差动放大,电压检测部1206对输入端子t6,t7之间的电压进行差动放大。而且,放大电路1410放大分流电阻RS的两端的电压。
电压检测部1201~1206的输出端子以及输入端子t8分别经由开关元件1211~1217与A/D转换器1220的输入端子连接。对A/D转换器1220的基准端子提供输入端子t7的基准电压GNDa,对A/D转换器1220的电源端子提供电源电压V+。
此外,在本例中,输入端子t7的基准电压GNDa共同提供给电压检测部1206以及A/D转换器1220,但也可以代替这种方式,对A/D转换器1220的基准端子提供与电压检测部1206分开的基准电压GNDa。
开关元件1211~1217依次接通。据此,由电压检测部1201~1206以及放大电路1410放大的电压依次提供给A/D转换器1220。A/D转换器1220将被提供的电压转换为数字的电压值。利用A/D转换器1220得到的数字电压值被提供给图32的电池ECU200。
在电池ECU200中,如上所述,基于各电池单元1的端子间的电压值计算各电池单元1的充电量。另外,基于分流电阻RS的两端的电压值以及分流电阻RS的电阻值,计算流至电压电流母线40y的电流的值。
图45是表示图44的放大电路1410的一个结构例的电路图。此处,说明与图44的第一电压检测IC820a对应设置的放大电路1410的细节。以下,将分流电阻RS的电阻值称为分流电阻值Rs,将分流电阻RS的两端的电压的值称为电压值Vs,将流至分流电阻RS的电流的值称为电流值Is。
在分流电阻值Rs已知的情况下,通过检测电压值Vs能够计算电流值Is。
如上所述,电压电流母线40y主要由铜构成,因此分流电阻值Rs较小(例如为1mΩ左右)。在此情况下,电流值Is例如在-100A到100A的范围中变动,电压值Vs在-0.1V到0.1V的范围中变动。此外,在充电时流至电压电流母线40y的电流的方向与放电时相反,因此电流值Is以及电压值Vs变为负。
此处,第一电压检测IC820a检测例如在2.5V至约4.2V的范围中变动的各电池单元1的端子间电压。另一方面,分流电阻RS两端的电压值Vs与各电池单元1的端子间电压相比较低。对此,在本实施方式中,分流电阻RS两端的电压值Vs利用放大电路1410进行放大。
放大电路1410的输入端子V1,V2以及输出端子V3分别与导线851,852,853连接。放大电路1410由运算放大器(operational amplifier)1411、直流电源Ea1、以及电阻R81~R84构成。
运算放大器1411的非反相输入端子经由电阻R81与输入端子V1连接,并且经由电阻R83与直流电源Ea1的正极连接。运算放大器1411的反相输入端子经由电阻R82与输入端子V2连接。在运算放大器1411的反相输入端子与输出端子V3之间连接电阻R84。对运算放大器1411的基准端子提供基准电压GNDa,对电源端子提供电源电压Va。
直流电源Ea1的正极的电压(以下称为偏移(offset)电压)Voff设置在基准电压GNDa与电源电压Va的中间。据此,在电压值Vs在负值与正值之间的范围内变动的情况下,放大电路1410的输出端子的电压值Vout以偏移电压Voff为中心在0V与电源电压Va之间的范围内变动。
例如,将电阻R81,R82的值设定为10k  ,电阻R83,R84的值设定为250k。在此情况下,放大电路1410的放大增益为25。另外,使电源电压Va为5V,偏移电压Voff为2.5V。如上所述,在分流电阻值Rs为1mΩ左右的情况下,放大电路1410将在-0.1V到0.1V的范围内变动的电压值Vs放大为以2.5V为中心在0V至5V的范围内的电压。
在电压值Vs为-0.1V的情况下,放大电路1410的输出电压为5V。在此情况下,电流值Is计算为-100A。另外,在电压值Vs为0V的情况下,放大电路1410的输出电压为2.5V。在此情况下,电流值Is计算为0A。而且,在电压值Vs为0.1V的情况下,放大电路1410的输出电压为0V。在此情况下,电流值Is计算为100A。
接着,说明将与一个端部的电池单元1(在本例中是第18个电池单元1)的负极端子3连接的电压电流母线40y作为电流检测用的分流电阻RS使用的理由。
此处,也考虑将电压母线40x作为分流电阻RS使用。但是,如上所述,与相邻的两个电池单元1的正极端子2与负极端子3连接的电压母线40x利用由与正极端子2相同的铝以及与负极端子3相同的铜构成的覆层材料形成。利用覆层材料形成的电压母线40x与利用一种金属形成的母线相比价格较高。因此,在本实施方式中,将利用一种金属形成的低价的电压电流母线40y作为电流检测用的分流电阻RS使用。
另外,分流电阻值Rs通过调整母线的材料以及尺寸进行设定。此处,尺寸是电流路径的长度以及剖面积。即,分流电阻值Rs由于母线的尺寸受到限制。电压母线40x的尺寸由于相邻的两个电池单元1的正极端子2与负极端子3之间的距离而受到限制。在各电池单元1的厚度较小的情况下,电压母线40x的长度也变小。据此,在将电压母线40x作为分流电阻RS使用的情况下,难以将分流电阻值Rs设定为最佳。因此,在本实施方式中,在一个端部的电池单元1上安装电压电流母线40y,从而使分流电阻RS的尺寸不会由于电池单元1的厚度而受到限制。
另一方面,与另一个端部的电池单元1的正极端子2连接的母线由铝形成,也考虑将该母线作为分流电阻RS使用。但是,在此情况下,电源线1501的环形端子1501t与由铝形成的母线连接。此处,为了防止电源线1501的环形端子1501t与母线40之间发生由于异种金属的接触而产生的腐蚀,需要使用由铝形成的环形端子1501t以及电源线1501。因此,在本实施方式中,由铜形成的电压电流母线40y并不是安装在另一个端部的电池单元1的正极端子2上,而是安装在一个端部的电池单元1的负极端子3上。
(6)检测电路的其他结构例
图32的检测电路820可以代替图44的结构而具有以下结构。图46是表示图1的检测电路820的其他结构例的电路图。
图46的检测电路820包括具有相同结构的第一、第二、以及第三电压检测IC820a,820b,820c。以下,说明本例的第一电压检测IC820a的细节。
第一电压检测IC820a具有8个输入端子t11~t18。输入端子t18保持为基准电压GNDa。输入端子t18,t16~t11经由导线851与设置在第18至第13个电池单元1之间的电压母线40x以及设置在第18个电池单元1上的电压电流母线40y分别连接。另外,输入端子t17经由导线853与图42的放大电路1410的输出端子连接。
此外,图46的放大电路1410的结构与图45的放大电路1410的结构相同。因此,在输入端子t17中,输入利用放大电路1410进行了放大的分流电阻RS两端的电压值Vs。
第一电压检测IC820a包括电阻1221~1227,1231~1237、开关元件1211~1217、以及A/D转换器1220。
在输入端子t11与输入端子t18之间串联连接电阻1221,1231,在输入端子t12与输入端子t18之间串联连接电阻1222,1232,在输入端子t13与输入端子t18之间串联连接电阻1223,1233。
另外,在输入端子t14与输入端子t18之间串联连接电阻1224,1234,在输入端子t15与输入端子t18之间串联连接电阻1225,1235,在输入端子t16与输入端子t18之间串联连接电阻1226,1236,在输入端子t17与输入端子t18之间串联连接电阻1227,1237。据此,对输入端子t11~t17的电压分别进行分压。
电阻1221与电阻1231之间的节点(node)N11、电阻1222与电阻1232之间的节点N12、电阻1223与电阻1233之间的节点N13、电阻1224与电阻1234之间的节点N14、电阻1225与电阻1235之间的节点N15、电阻1226与电阻1236之间的节点N16、以及电阻1227与电阻1237之间的节点N17分别经由开关元件1211~1217与A/D转换器1220的输入端子连接。对A/D转换器1220的基准端子提供输入端子t18的基准电压GNDa,对A/D转换器1220的电源端子提供电源电压V+。
开关元件1211~1217依次接通。据此,节点N11~N17的电压依次提供给A/D转换器1220。
此处,电阻1221~1227以及电阻1231~1237设定得使得节点N11~N17的电压为从A/D转换器1220的基准电压GNDa至电源电压V+以下。
A/D转换器1220将被提供的电压转换为数字的电压值。利用A/D转换器1220得到的数字电压值被提供给图32的电池ECU200。
据此,与图44的检测电路820的一个结构例同样,利用电池ECU200,基于各电池单元1的电压值计算各电池单元1的充电量。另外,基于分流电阻RS的两端的电压值Vs以及分流电阻值Rs,计算流至电压电流母线40y的电流值Is。
(7)效果
在第五实施方式所涉及的电池模块1100中,在一个端部的电池单元1的负极端子3上安装的电压电流母线40y的一部分作为电流检测用的分流电阻RS使用。因此,分流电阻RS的形状以及尺寸不受相邻的电池单元1的间隔所限制。据此,能够容易地将分流电阻RS设定为最佳值。另外,在电池模块1100中无需另外设置分流电阻。其结果是,能够在不使电池模块1100大型化的情况下,使用简单的结构检测流至电池模块1100的电流。
在第五实施方式中,相当于分流电阻RS的一端的电压电流母线40y的一个安装片846经由FPC50的导线851与检测电路820电气连接,并且相当于分流电阻RS的另一端的电压电流母线40y的另一个安装片846经由FPC50的导线852与检测电路820电气连接。据此,检测电路820能够检测分流电阻RS的两端之间的电压。
另外,FPC50以沿着多个电压母线40x以及电压电流母线40y延伸的方式设置。在此情况下,能够容易地连接多个电压母线40x以及电压电流母线40y与FPC50。据此,能够在不使布线复杂化的情况下利用检测电路820检测各电池单元1的端子间电压。
而且,基于利用检测电路820检测的分流电阻RS两端间的电压,利用电池系统1500的电池ECU200计算流至分流电阻RS的电流。据此,能够使用更为简单的结构检测流至电池模块1100的电流。
电压电流母线40y与一个端部的电池单元1的负极端子3进行激光焊,并且使用螺钉S固定到一个终端板892上。螺钉S作为用于将电池模块1100的电力向外部输出的输出端子使用。因此,无需为了连接分流电阻RS而在电池块10中设置追加的端子。据此,能够在不增加制造工序以及制造成本的情况下在电池模块1100中设置分流电阻RS。
各电池单元1的负极端子3、电压母线40x的区域841b、以及电压电流母线40y由铜形成,各电池单元1的正极端子2以及电压母线40x的区域841a由铝形成。在电压母线40x的区域841b与一个电池单元1的负极端子3之间、电压母线40x的区域841a与另一个电池单元1的正极端子2之间、以及电压电流母线40y与一个端部的电池单元1的一个电极之间,不会发生由于异种金属的接触而产生的腐蚀。其结果是提高了电池模块1100的持久性以及可靠性。
另外,在此情况下,环形端子1501t以及电源线1501能够由铜形成。据此,对于环形端子1501t以及电源线1501,无需采用用于防止由于异种金属的接触而产生的腐蚀的特殊结构。其结果是,能够抑制在电压电流母线40y上设置分流电阻RS所造成的成本的增加。
(8)第五实施方式的变形例
(a)在第五实施方式中,说明了电池单元1的正极端子2由铝形成的例子,但不限于此。电池单元1的正极端子2也可以由例如具有较高强度并具有较低电阻率的铝合金形成。在此情况下,电压母线40x的区域841a由与电池单元1的正极端子2相同的铝合金形成是较为理想的。
同样,说明了电池单元1的负极端子3由铜形成的例子,但不限于此。电池单元1的负极端子3也可以由例如具有较高强度并具有较低电阻率的银、金或它们的合金形成。在此情况下,电压母线40x的区域841b以及FPC50的导电性板859由与电池单元1的负极端子3相同的银、金或它们的合金形成是较为理想的。
此外,电压电流母线40y也可以由例如铜锰或铜镍等铜合金形成。据此,能够容易地将电压电流母线40y的一部分作为分流电阻RS使用。
(b)在第五实施方式所涉及的电池模块1100中,在一个端部的电池单元1的负极端子3上安装的母线的一部分作为分流电阻RS使用,但不限于此。也可以将在另一个端部的电池单元1的正极端子2上安装的母线的一部分作为分流电阻RS使用。
图47是另一例的电压电流母线40z的平面图。如图47所示,电压电流母线40z包括具有大致长方形的基部844以及安装片848。基部844由压接了两种金属的覆层材料形成。基部844分为两个区域844a,844b。基部844的区域844a由铝形成,基部844的区域844b由铜形成。
一对安装片848以相互隔开间隔从基部844的区域844b的长边突出的方式形成。另外,在基部844的区域844a,844b中,分别形成电极连接孔849。在图47的例子中,从电压电流母线40z的一个安装片848经由基部844到达另一个安装片848的区域作为分流电阻RS使用。
在电压电流母线40z的区域844a中形成的电极连接孔849安装到另一个端部的电池单元1的正极端子2上(参照图40)。另外,螺钉S通过电源线1501的环形端子1501t的贯通孔以及电压电流母线40z的区域844b的电极连接孔849,与在电池模块1100的另一个终端板892上形成的螺钉孔螺合(参照图40)。据此,基于分流电阻RS两端的电压,检测流至电池模块1100的电流。
(c)在第五实施方式中,一个端部的电池单元1的负极端子3上安装的电压电流母线40y以及电源线1501的环形端子1501t通过螺钉S固定到一个终端板892上,但不限于此。也可以在一个终端板892上设置输出端子,一个端部的电池单元1的负极端子3上安装的电压电流母线40y以及电源线1501的端部例如与输出端子进行激光焊。
同样,另一个端部的电池单元1的正极端子2上安装的电压母线40x以及电源线1501的环形端子1501t通过螺钉S固定到另一个终端板892上,但不限于此。也可以在另一个终端板892上设置输出端子,另一个端部的电池单元1的正极端子2上安装的电压母线40x以及电源线1501的端部例如与输出端子进行激光焊。
(d)在第五实施方式中,电池单元1的正极端子2与电压母线40x的区域841a利用激光焊固定,但不限于此。电池单元1的正极端子2与电压母线40x的区域841a也可以利用其他熔接、敛缝加工或者螺钉等进行固定。
另外,电池单元1的负极端子3与电压母线40x的区域841b利用激光焊固定,但不限于此。电池单元1的负极端子3与电压母线40x的区域841b也可以利用其他熔接、敛缝加工或者螺钉等进行固定。
而且,一个端部的电池单元1的负极端子3与电压电流母线40y利用激光焊固定,但不限于此。一个端部的电池单元1的负极端子3与电压电流母线40y也可以利用其他熔接、敛缝加工或者螺钉等进行固定。
(e)在第五实施方式中,多个电压母线40x的安装片842以及电压电流母线40y的一对安装片846利用焊接安装到FPC50上的对应的导电性板859上,但不限于此。多个电压母线40x的安装片842以及电压电流母线40y的一对安装片846也可以利用熔接安装到FPC50上的对应的导电性板859上。
(f)在第五实施方式中,电池ECU200具有基于电压电流母线40y的分流电阻RS两端的电压值Vs以及分流电阻值Rs计算电压电流母线40y的电流值Is的电流计算功能,但不限于此。也可以代替电池ECU200,由检测电路820具有电流计算功能。
图48是表示具有电流计算功能的检测电路820的结构例的图。如图48所示,检测电路820中除了图44的结构以外,例如设置微型计算机820m。并且,在检测电路820的微型计算机820m中预先存储电压电流母线40y的分流电阻值Rs。
据此,可以由检测电路820的微型计算机820m基于从图44的第一电压检测IC820a输出的分流电阻两端的电压值Vs以及分流电阻值Rs计算电压电流母线40y的电流值Is。
而且,在此情况下,检测电路820的微型计算机20m也可以基于第一~第三电压检测IC820a~820c的输出计算各电池单元1的端子间电压。
如上所述,计算出的电流值Is以及各电池单元1的端子间电压被提供给电池ECU200。
在上述基础上,检测电路820的微型计算机820m还可以基于计算出的电流值Is、计算出的各电池单元1的端子间电压、以及由图32的温度检测元件811检测出的各电池单元1的温度计算各电池单元1的充电量。
在此情况下,计算出的电流值Is、计算出的各电池单元1的端子间电压、检测出的各电池单元1的温度、以及各电池单元1的充电量从微型计算机820m提供给电池ECU200。
此外,在本例中,说明了在检测电路820中设置微型计算机820m的例子,但也可以代替微型计算机820m,通过设置CPU以及存储器实现电流计算功能。
本例的微型计算机820m或者CPU以及存储器例如能够设置在图35的印刷电路基板821上。
(g)在第五实施方式中,从电压电流母线40y的一个安装片846经由基部845到达另一个安装片846的区域作为分流电阻RS使用。也可以代替这种方式,使电压电流母线40y及其周边部件具有以下结构。
图49是表示变形例涉及的电压电流母线40y及其周边部件的结构的模式的平面图。对于变形例涉及的电压电流母线40y,说明与图43的电压电流母线40y的不同之处。
如图49所示,在电压电流母线40y的基部845上,一对焊料图案H1,H2以一定间隔相互平行地形成。焊料图案H1在一对电极连接孔847之间配置在一个电极连接孔847的附近,焊料图案H2在电极连接孔847之间配置在另一个电极连接孔847的附近。
电压电流母线40y的焊料图案H1利用线材L81与检测电路820(参照图42)上的对应的导线851连接。此外,PTC元件860插入到导线851中。电压电流母线40y的焊料图案H2利用线材L82与检测电路820上的对应的导线852连接。此外,也可以将PTC元件860插入到导线852中。在图49的例子中,PTC元件860插入到导线852中。
在本例中,在电压电流母线40y的焊料图案H1,H2之间形成的电阻作为电流检测用的分流电阻RS。此处,分流电阻值Rs基于电流路径的长度、剖面积以及电阻率计算。因此,以能够正确计算电压电流母线40y的分流电阻RS的值的方式形成焊料图案H1,H2是较为理想的。
在电池单元1的充放电时,电流主要流至一对电极连接孔847之间的区域。因此,焊料图案H1,H2形成为与电极连接孔847分别接近,在垂直于连接电极连接孔847中心的直线的方向上延伸是较为理想的。而且,焊料图案H1,H2的长度均与电极连接孔847的直径大致相等是较为理想的。
可以基于焊料图案H1,H2的长度、焊料图案H1,H2间的距离、基部845的厚度、以及基部845的电阻率预先计算分流电阻RS的值,并将计算出的值存储到电池ECU200内的存储器中。
或者,也可以预先测定焊料图案H1,H2间的分流电阻RS的值,将测定的值存储到电池ECU200内的存储器中。
这样,在本例中,在电压电流母线40y中形成的焊料图案H1,H2之间的电阻作为分流电阻RS使用。因此,通过调整焊料图案H1,H2的尺寸,能够容易地将分流电阻值Rs设定为最佳值。
(h)图50是表示第五实施方式的FPC50的变形例的外观立体图。在图50的例子中,代替两块FPC50,使用将两块FPC50一体形成的FPC50m。FPC50m在一列多个母线40与另一列多个母线40之间沿着X方向延伸,与一列多个母线40以及另一列多个母线40共同连接。
可以如图50的例子这样,在第一端子列与第二端子列之间设置共同的FPC。
在此情况下,利用一列多个母线40以及另一列多个母线40固定FPC50m的两侧,因而防止FPC50m的位置偏差以及脱落。另外,FPC50m与两块FPC50相比具有较大面积,因而导线851,852的设计自由度提高,并且能够在FPC50m上配置各种元件。
此外,也可以在各电池单元1的排气阀810v(图33)上的FPC50m的区域中设置一个或多个孔部。在此情况下,在电池单元1内部的压力上升至指定值的情况下,电池单元1内部的气体从排气阀810v通过FPC50m的孔部排出。因此,来自排气阀810v的气体的排出不会被FPC50m所妨碍,因而能够更可靠地排出各电池单元1内部的气体。
另外,排气阀810v也可以设置在沿着XZ平面的电池单元1的面上。在此情况下,来自排气阀810v的气体的排出也不会被FPC50m所妨碍,因而能够更可靠地排出各电池单元1内部的气体。
(i)图51是表示第五实施方式的FPC50的其他变形例的外观立体图,图52是图51所示的FPC的侧视图。
在图51以及图52的例子中,代替两块FPC50,使用两块FPC50n。在Y方向上,FPC50n的宽度比FPC50的宽度大。各FPC50n在与X方向平行的弯折部SB处折返。因此,利用一个FPC50n的折返的部分,一列多个母线40以及安装这些母线40的正极端子2以及负极端子3得到覆盖。另外,利用另一个FPC50n的折返的部分,另一列多个母线40以及安装这些母线40的正极端子2以及负极端子3得到覆盖。
在本例中,一个FPC50n是第一FPC的例子,另一个FPC50n是第二FPC的例子。即,以与一列端子2,3(第一端子列)重叠延伸的方式设置一个FPC50n(第一FPC),以与另一列端子2,3(第二端子列)重叠延伸的方式设置另一个FPC50n(第二FPC)。
在此情况下,防止其他部件与各母线40以及各端子2,3接触。据此,防止各母线40以及各端子2,3的损伤等。另外,在更换车辆中搭载的电池模块1100等情况下,防止操作员的手与各母线40或各端子2,3接触。据此,防止操作员触电。
另外,FPC50n与FPC50相比具有较大面积,因而导线851,852的设计自由度提高,并且能够在FPC50m上配置各种元件。另外,通过使FPC50n弯折,减少FPC50n的占用空间。
[6]电池模块的其他例
接着,说明电池模块的其他例子。图53是表示电池模块1100的其他例子的外观立体图,图54是图53的电池模块的一个侧视图,图55是图53的电池模块的另一个侧视图。
此外,在图53~图55中,如箭头X、Y、Z所示,将相互垂直的三个方向定义为X方向、Y方向以及Z方向。此外,在本例中,X方向以及Y方向为与水平面平行的方向,Z方向为与水平面垂直的方向。
如图53~图55所示,电池模块1200具有电池块10、印刷电路基板921、以及FPC50。此外,印刷电路基板921相当于上述第一~第四实施方式中的电路基板20b。
电池块10由多个圆筒型的电池单元1、以及固定多个电池单元1的一对电池固定器(holder)990构成。各电池单元1具有圆筒型的外形(所谓的圆柱形),该圆筒型具有相对的端面。在电池单元1的一个端面上形成正极端子。另外,在电池单元1的另一个端面上形成负极端子。
多个电池单元1以各自的轴心相互平行的方式并列排列。多个电池单元1中,一半(在本例中是6个)电池单元1配置在上部,剩余的一半(在本例中是6个)电池单元1配置在下部。
另外,在上部以及下部的各部中,多个电池单元1以在相邻的每两个电池单元1之间正极端子以及负极端子的位置关系相反的方式配置。据此,相邻的每两个电池单元1中的一个电池单元1的正极端子与另一个电池单元1的负极端子相邻,一个电池单元1的负极端子与另一个电池单元1的正极端子相邻。
电池固定器990由例如由树脂形成的大致长方形的板状部件形成。电池固定器990具有一面以及另一面。以下,将电池固定器990的一面以及另一面分别称为外面以及内面。以夹持多个电池单元1的方式配置一对电池固定器990。在此情况下,以与各电池单元1的一个端面相对的方式配置一个电池固定器990,以与各电池单元1的另一个端面相对的方式配置另一个电池固定器990。
在电池固定器990的四个角落处形成孔部,在该孔部中插入棒状的紧固部件913的两端。在紧固部件913的两端上形成外螺纹。在该状态下,在紧固部件913的两端上安装螺母N,据此多个电池单元1与一对电池固定器990一体固定。另外,在电池固定器990上,沿着长边方向(X方向)以等间隔形成三个孔部994。在孔部994中插入导线952a。
此处,考虑包围电池块10的假想的长方体。在长方体的6个假想面中,将与位于上部以及下部的一个端部的电池单元1的外周面相对的假想面称为电池块10的侧面Ea,将与位于上部以及下部的另一个端部的电池单元1的外周面相对的假想面称为电池块10的侧面Eb。另外,在长方体的6个假想面中,将与多个电池单元1的一个端面相对的假想面称为电池块10的侧面Ec,将与多个电池单元1的另一个端面相对的假想面称为电池块10的侧面Ed。而且,在长方体的6个假想面中,将与上部的多个电池单元1的外周面相对的假想面称为电池块10的侧面Ee,将与下部的多个电池单元1的外周面相对的假想面称为电池块10的侧面Ef。
电池块10的侧面Ea,Eb与上部或下部的多个电池单元1的排列方向(X方向)垂直。电池块10的侧面Ec,Ed与各电池单元1的轴向(Y方向)垂直。电池块10的侧面Ee,Ef与上部或下部的多个电池单元1的排列方向(X方向)以及各电池单元1的轴向(Y方向)平行。
各电池单元1的正极端子以及负极端子中的一者配置在电池块10的侧面Ec上,另一者配置在电池块10的侧面Ed上。
在电池块10中,多个电池单元1利用多个母线40,40a以及六角螺栓914串联连接。具体而言,在各电池固定器990上,以与上部以及下部的多个电池单元1对应的方式形成多个孔部。各电池单元1的正极端子以及负极端子分别嵌入一对电池固定器990的对应的孔部。据此,各电池单元1的正极端子以及负极端子从一对电池固定器990的外表面突出。
如上所述,在电池块10中,各电池单元1以在相邻的电池单元1之间正极端子以及负极端子的位置关系相反的方式配置,因而在相邻的两个电池单元1之间,一个电池单元1的正极端子与另一个电池单元1的负极端子接近,一个电池单元1的负极端子与另一个电池单元1的正极端子接近。在该状态下,以多个电池单元1串联连接的方式在接近的正极端子以及负极端子上安装母线40。
在以下的说明中,配置在电池块10的上部的6个电池单元1中,将从最靠近侧面Ea的电池单元1到最靠近侧面Eb的电池单元1称为第1~第6个电池单元1。另外,在配置在电池块10的下部的6个电池单元1中,将从最靠近侧面Eb的电池单元1到最靠近侧面Ea的电池单元1称为第7~第12个电池单元1。
在此情况下,在第1个电池单元1的负极端子与第2个电池单元1的正极端子上安装共同的母线40。另外,在第2个电池单元1的负极端子与第3个电池单元1的正极端子上安装共同的母线40。同样,在各第奇数个电池单元1的负极端子和与其相邻的第偶数个电池单元1的正极端子上安装共同的母线40。在各第偶数个电池单元1的负极端子和与其相邻的第奇数个电池单元1的正极端子上安装共同的母线40。
另外,在第1个电池单元1的正极端子以及第12个电池单元1的负极端子上,分别安装用于从外部连接电源线500的母线40a。
印刷电路基板921安装在电池块10的侧面Ea上。在印刷电路基板921上,安装用于检测各电池单元1的单元信息的检测电路920。检测电路920相当于上述第一~第四实施方式中的半导体集成电路20a。由印刷电路基板921以及检测电路920构成电压检测电路(状态检测电路20)。
以从电池块10的侧面Ec上向侧面Ea上延伸的方式设置长尺状的FPC50。另外,以从电池块10的侧面Ed上向侧面Ea上延伸的方式设置长尺状的FPC50。
如本例这样,可以将多个电池单元的端子排列在电池块的相互不同的第一以及第三面上,电压检测电路配置在与电池块的第一以及第三面不同的第二面上,FPC以从电池块10的第一面上向第二面上延伸的方式配置,并且以从电池块10的第三面上向第二面上延伸的方式配置。在本例中,电池块10的侧面Ec为第一面的例子,侧面Ed为第三面的例子,侧面Ea为第二面的例子。
各FPC50具有在由柔性材料形成的基板上一体形成导线(电压检测线)的结构,具有弯曲性以及柔韧性。作为构成FPC50的绝缘层的材料例如使用聚酰亚胺,作为导线51的材料例如使用铜。在FPC50上,以接近各母线40,40a的方式配置各PTC元件960。
如图54所示,一个FPC50在电池块10的侧面Ec上的中央部以沿着多个电池单元1的排列方向(X方向)延伸的方式配置。该FPC50与多个母线40共同连接。如图55所示,另一个FPC50在电池块10的侧面Ed上的中央部以沿着多个电池单元1的排列方向(X方向)延伸的方式配置。该FPC50与多个母线40,40a共同连接。
侧面Ec上的FPC50在电池块10的侧面Ec的一个端部向侧面Ea上折返为直角,与印刷电路基板921连接。另外,侧面Ed上的FPC50在电池块10的侧面Ed的一个端部向侧面Ea上折返为直角,与印刷电路基板921连接。
另外,如图53所示,在电池块10上,安装多个温度检测元件911。温度检测元件911经由导线952a与FPC50连接。电池模块1200的母线40,40a以及温度检测元件911利用在FPC50上形成的导线,分别与印刷电路基板921电气连接。
[7]电动车辆
以下,说明包括上述电池系统1000,1000A,1000B,1000C,1500中的任一个的电动车辆。此外,以下作为电动车辆的一例说明电动汽车。
图56是表示包括图1的电池系统1000的电动汽车的结构的方框图。此外,也可以代替电池系统1000,将电池系统1000A,1000B,1000C,1500中的任一个搭载到图56的电动车辆中。
如图56所示,本实施方式涉及的电动汽车2000包括图1的车辆侧控制器300以及电池系统1000、电力转换部901、电动机902、驱动轮903、加速器装置904、制动器装置905、以及转速传感器906。在电动机902为交流(AC)电动机的情况下,电力转换部901包含逆变器电路。
在本实施方式中,电池系统1000经由电力转换部901与电动机902连接,并且与车辆侧控制器300连接。对车辆侧控制器300,从构成电池系统1000的电池ECU200(图1)提供多个电气模块100(图1)的充电量以及流至电气模块100的电流值。另外,在车辆侧控制器300上,连接加速器装置904,制动器装置905、以及转速传感器906。车辆侧控制器300例如由CPU以及存储器、或者微型计算机构成。
加速器装置904包括电动汽车2000所包括的加速器踏板904a、以及检测加速器踏板904a的操作量(踩踏量)的加速器检测部904b。在驾驶员操作加速器踏板904a后,加速器检测部904b以驾驶员未操作的状态为基准检测加速器踏板904a的操作量。检测出的加速器踏板904a的操作量提供给车辆侧控制器300。
制动器装置905包括电动汽车2000所包括的制动器踏板905a、以及检测驾驶员的制动器踏板905a的操作量(踩踏量)的制动器检测部905b。在驾驶员操作制动器踏板905a后,利用制动器检测部905b检测该操作量。检测出的制动器踏板905a的操作量提供给车辆侧控制器300。
转速传感器906检测电动机902的转速。检测出的转速提供给车辆侧控制器300。
如上所述,对车辆侧控制器300提供电池模块100的充电量、流至电池模块100的电流值、加速器踏板904a的操作量、制动器踏板905a的操作量、以及电动机902的转速。车辆侧控制器300基于这些信息进行电池模块100的充放电控制以及电力转换部901的电力转换控制。
例如,在基于加速器操作的电动汽车2000的发动时以及加速时,从电池系统1000对电力转换部901提供电池模块100的电力。
而且,车辆侧控制器300基于提供的加速器踏板904a的操作量,计算应该对驱动轮603传送的转动力(指令转矩),将基于该指令转矩的控制信号提供给电力转换部901。
接收了上述控制信号的电力转换部901将从电池系统1000供应的电力转换为驱动驱动轮903所必需的电力(驱动电力)。据此,由电力转换部901转换的驱动电力供应给电动机902,基于该驱动电力的电动机902的转动力传送到驱动轮903。
另一方面,在基于制动器操作的电动汽车2000的减速时,电动机902作为发电装置起作用。在此情况下,电力转换部901将由电动机902产生的再生电力转换为适于电池系统1000的电池模块100的充电的电力,并提供给电池系统1000。据此,电池模块100得到充电。
此外,作为权利要求的各结构要素,除了上述实施方式中记载的结构要素以外,还能够使用具有权利要求中记载的结构或功能的其他各种结构要素。
产业上的利用可能性,本发明能够有效地利用于将电力作为驱动源的各种移动体或移动设备等。

Claims (12)

1.一种电池模块,其特征在于:包括由多个电池单元构成的电池块以及用于检测各电池单元的端子间电压的电压检测电路,在所述电池块上,设置电压检测线在由柔性材料形成的基板上一体形成的柔性印刷电路基板,所述电压检测线用于电气连接所述电池单元的正极端子或负极端子与所述电压检测电路。
2.根据权利要求1所述的电池模块,其特征在于:多个所述电池单元的各端子在所述电池块的第一面上排列,所述电压检测电路在所述电池块的与所述第一面不同的第二面上配置,所述柔性印刷电路基板从电池块的所述第一面上跨至所述第二面上进行配置。
3.根据权利要求1所述的电池模块,其特征在于:包括固定所述多个电池单元的框体以及收容所述电压检测电路的电路收容筐体,该电路收容筐体安装在所述框体中。
4.根据权利要求1所述的电池模块,其特征在于:所述电池块为多个所述电池单元进行层叠的状态,各电池单元的正极端子或负极端子中的一个端子构成在所述电池单元的层叠方向上排成一列的第一端子列,各电池单元的另一个端子构成在所述电池单元的层叠方向上排成一列的第二端子列,
所述柔性印刷电路基板由第一柔性印刷电路基板和第二柔性印刷电路基板构成,所述第一柔性印刷电路基板具有连接构成所述第一端子列的端子与所述电压检测电路的多根电压检测线,所述第二柔性印刷电路基板具有连接构成所述第二端子列的端子与所述电压检测电路的多根电压检测线,所述第一柔性印刷电路基板沿着所述第一端子列配置,所述第二柔性印刷电路基板沿着所述第二端子列配置。
5.根据权利要求4所述的电池模块,其特征在于:所述第一端子列以及所述第二端子列是正极端子与负极端子交互并列的排列,为了所述电池单元的正极端子或负极端子与所述电压检测电路的连接,所述第一柔性印刷电路基板以及所述第二柔性印刷电路基板上包括接合由金属部件形成的母线的布线部件,所述母线连接所述第一端子列以及所述第二端子列内相邻的正极端子与负极端子,所述第一柔性印刷电路基板以及所述第二柔性印刷电路基板的电压检测线连接所述母线与所述电压检测电路。
6.根据权利要求5所述的电池模块,其特征在于:所述母线包括:连接部,连接所述第一端子列以及所述第二端子列中相邻的正极端子与负极端子;以及接线部,以与所述第一柔性印刷电路基板或所述第二柔性印刷电路基板重叠的方式设置,与所述第一柔性印刷电路基板或所述第二柔性印刷电路基板的所述电压检测线连接;
所述接线部上形成一个或多个缺口。
7.根据权利要求5所述的电池模块,其特征在于:所述母线包括:连接部,连接所述第一端子列以及所述第二端子列中相邻的正极端子与负极端子;以及接线部,以与所述第一柔性印刷电路基板或所述第二柔性印刷电路基板重叠的方式设置,与所述第一柔性印刷电路基板或所述第二柔性印刷电路基板的所述电压检测线连接;
所述接线部上形成一个或多个开口部。
8.一种电池系统,其特征在于:包括多个电池模块,
所述多个电池模块的每个包括由多个电池单元构成的电池块、用于检测各电池单元的端子间电压的电压检测电路、以及柔性印刷电路基板;
所述柔性印刷电路基板具有用于电气连接各电池单元的正极端子或负极端子与所述电压检测电路的电压检测线在由柔性材料形成的基板上一体形成的结构。
9.根据权利要求8所述的电池系统,其特征在于:各电池模块的所述电池块为多个所述电池单元进行层叠的状态,多个电池单元的正极端子或负极端子中的一个端子构成在所述多个电池单元的层叠方向上排成一列的第一端子列,所述多个电池单元的另一个端子构成在所述多个电池单元的层叠方向上排成一列的第二端子列,
所述多个电池模块包括:多个第一电池模块,形成沿着所述多个电池单元的层叠方向的第一模块列;以及多个第二电池模块,形成沿着所述多个电池单元的层叠方向的第二模块列,
所述第一模块列以及所述第二模块列相互并列配置,
各第一电池模块的最高电位的正极端子以及最低电位的负极端子分别位于所述第一端子列以及所述第二端子列中距所述第二模块列较近的端子列的一个端部以及另一个端部,
各第二电池模块的最高电位的正极端子以及最低电位的负极端子分别位于所述第一端子列以及所述第二端子列中距所述第一模块列较近的端子列的一个端部以及另一个端部。
10.根据权利要求8所述的电池系统,其特征在于还包括:
控制部,管理所述电池模块的状态;以及
通信线,用于进行至少一个电池模块与所述控制部之间的通信,
所述通信线与所述至少一个电池模块的电压检测电路连接。
11.根据权利要求10所述的电池系统,其特征在于:各电池模块的所述电池块为多个所述电池单元进行层叠的状态,所述多个电池单元的正极端子或负极端子中的一个端子构成在所述多个电池单元的层叠方向上排成一列的第一端子列,所述多个电池单元的另一个端子构成在所述多个电池单元的层叠方向上排成一列的第二端子列,
所述多个电池模块包括:多个第一电池模块,形成沿着所述多个电池单元的层叠方向的第一模块列;以及多个第二电池模块,形成沿着所述多个电池单元的层叠方向的第二模块列,
所述第一模块列以及所述第二模块列相互并列配置,
所述通信线包括:第一通信线,与至少一个第一电池模块的所述电压检测电路连接;以及第二通信线,与至少一个第二电池模块的所述电压检测电路连接,
所述第一通信线配置为沿着至少一个第一电池模块的所述第一端子列以及所述第二端子列中距所述第二模块列较近的端子列,
所述第二通信线配置为沿着至少一个第二电池模块的所述第一端子列以及所述第二端子列中距所述第一模块列较近的端子列。
12.一种电动车辆,其特征在于包括:
电池系统,具有多个电池模块;
电动机,利用来自所述电池系统的所述多个电池模块的电力进行驱动;以及
驱动轮,利用所述电动机的转动力进行转动,
所述多个电池模块中的每个包括:
电池块,由多个电池单元构成;
电压检测电路,用于检测各电池单元的端子间电压;以及
柔性印刷电路基板,
所述柔性印刷电路基板具有用于电气连接各电池单元的正极端子或负极端子与所述电压检测电路的电压检测线在由柔性材料形成的基板上一体形成的结构。
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