JP2009289430A - 組電池の電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
電流センサ及び／又はコンタクタの取り付け位置を最適化することにより、組み付け容易で小型化可能な電源制御装置を提供することである。
【解決手段】
複数の単位電池を直列に接続して構成される電池モジュールを電池収納箱内に複数並列配置し、各電池モジュールを直列接続した組電池の電源制御装置であって、前記組電池の電圧を制御する回路部品が実装された電池制御用基板を具備し、該基板上に組電池の電流を検出する電流センサと高圧回路を開閉するコンタクタを実装したことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、複数の電池モジュールを直列に接続して構成される組電池の電源制御装置に関する。

モータのみで走行する電気自動車、又はエンジンとモータで走行するハイブリッド自動車における駆動用モータの電源として用いられるニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池等は、一般に、単位電池（セル）を複数個直列に接続して電池モジュールを構成し、この電池モジュールを電池収納箱内に複数個収納し、これらを直列に接続して組電池とする構成をとっている。

例えば、電気自動車、又はハイブリッド自動車用の駆動モータのための電源としては、エネルギー密度、出力密度、サイクル寿命等の基本特性に優れている密閉型ニッケル・水素蓄電池が主に使用されているが、近年エネルギー密度等の基本性能がより高いリチウムイオン電池が注目され、実用化すべく盛んに研究開発が行われている。

高圧バッテリとしての組電池は、コンタクタ、ヒューズ、ブレーカ（遮断器）を介し、更にパワー駆動ユニット（ＰＤＵ）を介して走行用のモータに接続されている。ここで、コンタクタ、ヒューズ、ブレーカ等、高圧バッテリの保護機能を有する部品が車両の各所に分散して配置されていると、メインテナンス性の低下を招くため、従来から様々な配置が提案されている。

例えば、特開平１１−１６２４４５号公報では、電池収納箱内に電池モジュールを複数個収納するとともに、２個の電池モジュール分の空きスペースを設け、この空きスペースに電気接続箱を収納して、電気接続箱内にメインコンタクタリレー及び安全プラグ（ブレーカ）を収納した構成が提案されている。

また、特開平８−１６２１７１号公報では、組電池の各電池モジュールについて、その両端間に接続された電圧検出回路と、この電圧検出回路の出力をデジタル信号に変換してシリアル伝送出力する信号変換・伝送回路等を備えた電圧計測ユニットを、それぞれ対応する電池モジュールに近接して設けた組電池の監視装置が提案されている。

自動車に搭載された高圧組電池の出力は、過電流検出用の電流センサ及びコンタクタを介してＰＤＵに入力され、ＰＤＵは走行用モータを駆動するが、電流センサ及びコンタクタの種々の搭載構造が提案されている。

例えば、特開２００５−１５３８２７号公報では、バッテリの側面に結合されたベースプレートのバッテリ側の側面に凹部を設け、この凹部にメインスイッチ（ブレーカ）とヒューズを配置し、ベースプレートのバッテリと反対側の側面の凹部と対向しない面に電流センサとコンタクタを配置した構造が提案されている。

また、特開２００５−１８８９７２号公報では、リレーボックスの底面にバスバーから構成されるシャント抵抗を配置し、このシャント抵抗を電流センサとした構成が提案されている。
特開平１１−１６２４４５号公報 特開平８−１６２１７１号公報 特開２００５−１５３８２７号公報 特開２００５−１８８９７２号公報

特許文献３及び特許文献４に開示されている構造では、電流センサ及び／又はコンタクタを配置するためのスペースが必要となり、電源制御装置が大型化する恐れがあった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電流センサ及びコンタクタの搭載位置を最適化することにより、組付け容易で、小型化可能な組電池の電源制御装置を提供することである。

請求項１記載の発明によると、複数の単位電池を直列に接続して構成される電池モジュールを電池収納箱内に複数並列配置し、各電池モジュールを直列接続した組電池の電源制御装置であって、前記組電池の電圧を制御する回路部品が実装された電池制御用基板を具備し、該基板上に組電池の電流を検出する電流センサと高圧回路を開閉するコンタクタを実装したことを特徴とする組電池の電源制御装置が提供される。

請求項２記載の発明によると、請求項１記載の発明において、前記電流センサの片方の端子と前記コンタクタの片方の端子を前記基板に共締めすることにより、前記電流センサと前記コンタクタを直列接続したことを特徴とする組電池の電源制御装置が提供される。

請求項１記載の発明によると、電池制御用基板上に電流センサとコンタクタを実装したことにより、電源制御装置の小型化を図ることができる。

請求項２記載の発明によると、電流センサの片方の端子とコンタクタの片方の端子を基板に共締め固定することにより、組付け工数を削減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態に係る組電池２の平面図が示されている。図２は図１の正面図、図３は図１の左側面図である。

４は組電池２の電池収納箱であり、横方向に伸びる仕切り板６及び縦方向に伸びる２枚の仕切り板８ａ，８ｂにより電池収納箱４の内部は６つの収納スペースに区画されている。電池収納箱４は例えば樹脂のモールド成型体から形成される。

６つに区画された電池収納スペース内には、それぞれ電池モジュール１０が収納されている。電池モジュール１０は、図４に示すように、例えば８個の単位電池（セル）１２を直列接続して構成されている。

単位電池１２は例えばリチウムイオン電池から構成され、単位電池１個の出力電圧は３．６Ｖである。本実施形態の組電池２は、６個の電池モジュール１０を直列接続して構成されているため、組電池２の出力電圧は３．６×８×６＝１７２．８Ｖである。

図４に示すように、８個の単位電池１２上には複数のバスバー（本実施形態では８個）３４，４０を有するバスバーモジュール１４が、ネジ１６により単位電池１２の電極上に締結搭載されて電池モジュール１０を構成する。

バスバーモジュール１４は、図５に示すように樹脂ボード１８を含んでいる。樹脂ボード１８はそれぞれ一対の穴２２を有する８個のバスバー搭載部２０と開口部２４を有している。樹脂ボード１８はさらに、開口部２４の対角線の延長線上に形成された２個の位置決めピン２６を有している。

２８は中継基板であり、コネクタ３０と樹脂ボード１８の位置決めピン２６が挿入される２個の位置決め穴３２を有している。３４はリードピン一体型バスバーであり、中継基板２８に接続されるリードピン３６がバスバー３４と一体的に形成されている。

リードピン一体型バスバー３４はさらに、バスバー締結用ネジ１６が挿入される一対の丸穴３８を有している。４０は隣接する電池モジュール１０同士を接続するリードピン一体型バスバーである。

リード一ピン体型バスバー３４を樹脂ボード１８のバスバー搭載部２０に搭載し、さらに電池モジュール接続用のリードピン一体型バスバー４０を樹脂ボード１８の端部に形成されたバスバー搭載部２１に搭載する。

次いで、樹脂ボード１８の位置決めピン２６が中継基板２８の位置決め穴３０に挿入されるように中継基板２８を位置決めして、中継基板２８を樹脂ボード１８上に搭載する。これにより、リードピン一体型バスバー３４，４０の各リードピン３６は中継基板２８に形成されたスルーホール中に挿入されることになり、各リードピン３６は中継基板２８に半田付け接続される。この状態が図６に示されている。４２は電池モジュール１０のカバーである。

図４に示した締結ネジ１６をリードピン一体型バスバー３４，４０の丸穴３８及び樹脂ボード１８の穴２２を通して単位電池（セル）１２の電極に締結することにより、リードピン一体型バスバー３４が隣接する単位電池１２の電極同士を接続する。

図１を再び参照すると、電池収納箱４の左端壁４ａにはバッテリＥＣＵ４４及びコンタクタ４６が取り付けられている。一方、電池収納４の右端壁４ｂにはヒューズ４８とブレーカ（遮断器）５０が取り付けられている。

図７の分解斜視図に示すように、バッテリＥＣＵ４４は電子制御回路が形成されたＥＣＵ基板５２を有している。ＥＣＵ基板５２には電流センサ５４が搭載されている。電流センサ５４は２個の丸穴５５ａ，５５ｂを有している。ＥＣＵ基板５２にはさらに、外部信号用端子５６とバッテリ信号処理用端子５８が搭載されている。

バスバー６０をネジ６２及びナット６４を使用して電流センサ５４の丸穴５５ａに締結する。フレーム７２の２個の位置決めピン（１個のみ図示）７３をＥＣＵ基板５２の位置決め穴５３に挿入して、ＥＣＵ基板５２をフレーム７２内に挿入し、ネジ６８を電流センサ５４の丸穴５５ｂを介してコンタクタ４６の一方の端子４７ａのネジ穴に締結する。

さらに、バスバー６６をＥＣＵ基板５２の丸穴５７を通してコンタクタ４６の他方の端子４７ｂのネジ穴に締結する。コンタクタ４６は一対のネジ７４によりフレーム７２に固定される。

このようにＥＣＵ基板５２及びコンタクタ４６をフレーム７２に対して組み立てた状態の斜視図が図８に示されている。フレーム７２は一対の取り付け部８４を有しており、図４に示すようにネジ９０でフレーム７２の取り付け部８６を電池収納箱４の取り付け部５に固定することにより、コンタクタ４６を有するバッテリＥＣＵ４４は電池収納箱４の左端壁４ａに搭載される。

フレーム７２は一対のバスバー接続部７６，７８を有しており、各バスバー接続部７６，７８の六角穴にはそれぞれナット８０，８２がセットされている。図８に示すように、バスバー６０，６６の接続端部はフレーム７０のバスバー接続部７６，７８に位置づけされる。

図１を再び参照すると、電池収納箱４内に収容された複数の電池モジュール１０のうち、左端壁４ａに隣接する一方の電池モジュール１０がバスバー６０を介してバッテリＥＣＵ４４に接続され、右端壁４ｂに隣接する一方の電池モジュール１０がバスバー９２を介してヒューズ４８に接続され、他方の電池モジュール１０がバスバー９４を介してブレーカ５０に接続される。さらに、左端壁４ａに隣接する他方の電池モジュール１０は、バスバー９６を介して図９に示すＰＤＵ（パワー駆動ユニット）１００の正極端子に接続される。

図９を参照すると、上述した実施形態の組電池２のブロック回路図が示されている。コネクタ８８は中継基板２８に搭載されたコネクタ３０に接続され、各中継基板２８はハーネス９８を介してバッテリＥＣＵ４４のバッテリ信号処理用端子５８に接続される。よって、バッテリＥＣＵ４４では、各セル１２の電圧、各電池モジュール１０、組電池２の電圧等を常時検出可能である。

コンタクタ４６は、プリチャージコンタクタ４６ａとメインコンタクタ４６ｂを含んでいる。自動車のイグニッションスイッチがＯＮされると、まずプリチャージコンタクタ４６ａがＯＮ作動され、次いで所定のディレーをもってメインコンタクタ４６ｂがＯＮ作動される。

組電池２の正極端子であるバスバー９６はＰＤＵ１００の正極端子及びＤＶ（ダウンコンバータ）１０４の正極端子に接続される。一方、組電池２の負極端子であるバスバー６６はＰＤＵ１００の負極端子及びＤＶ１００の負極端子に接続される。

これにより、組電池２はＰＤＵ１００を介してモータ１０２を駆動するとともに、ＤＶ１０４により電圧を１２Ｖに落として１２Ｖ系蓄電池１０６を充電する。

本発明実施形態に係る組電池の平面図である。 図１の正面図である。 図１の左側面図である。 組電池の分解斜視図である。 バスバーモジュールの分解斜視図である。 バスバーモジュールの斜視図である。 バッテリＥＣＵ及びコンタクタの分解斜視図である。 コンタクタが搭載されたバッテリＥＣＵの斜視図である。 組電池のブロック回路図である。

符号の説明

２ 組電池
４ 電池収納箱
６，８ａ，８ｂ 仕切り板
１０ 電池モジュール
１２ 単位電池（セル）
１４ バスバーモジュール
１８ 樹脂ボード
２８ 中継基板
３４ リードピン一体型バスバー
３６ リードピン
４４ バッテリＥＣＵ
４６ コンタクタ
４８ ヒューズ
５０ ブレーカ
５２ ＥＣＵ基板
５４ 電流センサ
６０，６６ バスバー
８８ コネクタ
９２，９４，９６ バスバー
９８ ハーネス
１００ ＰＤＵ
１０２ モータ
１０４ ダウンコンバータ

Claims (2)

1. 複数の単位電池を直列に接続して構成される電池モジュールを電池収納箱内に複数並列配置し、各電池モジュールを直列接続した組電池の電源制御装置であって、
   前記組電池の電圧を制御する回路部品が実装された電池制御用基板を具備し、
   該基板上に組電池の電流を検出する電流センサと高圧回路を開閉するコンタクタを実装したことを特徴とする組電池の電源制御装置。
2. 前記電流センサの片方の端子と前記コンタクタの片方の端子を前記基板に共締めすることにより、前記電流センサと前記コンタクタを直列接続したことを特徴とする請求項１記載の組電池の電源制御装置。

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