JP2010015903A

JP2010015903A - 二次電池装置

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Publication number: JP2010015903A
Application number: JP2008176156A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yamamoto; 康一山本; Kosuke Tachikawa; 広輔立川; Naoto Doi; 直人土井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: JP5022316B2

Abstract

【課題】均等化回路の制御装置が熱の影響を受けにくい二次電池装置を提供する。
【解決手段】直列で接続された複数の二次電池１１と、複数の二次電池１１を収容する二次電池ボックス３０と、各二次電池１１の電圧を均等化させる均等化回路４０と、各二次電池１１の電圧を検出すると共に、均等化回路４０の作動を制御するＥＣＵ５０と、を備え、均等化回路４０の抵抗４１は、二次電池ボックス３０の後面側に配置されると共に、この後面を構成する二次電池ボックス３０の後パネル３２と伝熱構造を形成しており、ＥＣＵ５０は、抵抗４１が配置された後面とは別の面である上面側に配置されている二次電池装置１である。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の二次電池を備え、例えば車両（移動体）に搭載される二次電池装置に関する。

従来より、直列で接続した複数の二次電池に対して、各二次電池の電圧を均等化させるため、各二次電池に並列に接続された均等化回路（放電回路）が提案されている（特許文献１参照）。均等化回路は、抵抗（放電抵抗）と、トランジスタ等のスイッチング素子と、を備えている。また、複数の二次電池は、埃や水等から保護するため、箱状の二次電池ボックスに通常収容される。

特開２００２−３５４６９２号公報

しかしながら、均等化回路が作動すると、その抵抗が発熱し、この抵抗と均等化回路を制御する制御装置とが近くに配置されていると、抵抗の熱によって、制御装置が誤作動等する虞がある。

そこで、本発明は、均等化回路の制御装置が熱の影響を受けにくい二次電池装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、直列で接続された複数の二次電池と、前記複数の二次電池を収容する二次電池ボックスと、前記各二次電池の電圧を均等化させる均等化回路と、前記各二次電池の電圧を検出すると共に、前記均等化回路の作動を制御する制御装置と、を備え、前記均等化回路の抵抗は、前記二次電池ボックスの一面側に配置されると共に、当該一面を構成する二次電池ボックスのパネルと伝熱構造を形成しており、前記制御装置は、前記抵抗が配置された面とは別の面側に配置されていることを特徴とする二次電池装置である。

このような二次電池装置によれば、均等化回路の抵抗は、二次電池ボックスのパネルと伝熱構造を形成しているので、抵抗の熱が前記パネルに好適に伝達し、外部に放熱される。
そして、制御装置は前記抵抗が配置された面とは別の面側に配置されているので、抵抗の熱が制御装置に伝達しにくくなる。よって、制御装置が熱の影響を受けにくくなる。

また、前記制御装置は、前記二次電池の端子側に対応する前記二次電池ボックスの面とは別の面側に配置されていることを特徴とする二次電池装置である。

ここで、二次電池が充放電すると、その端子側は、通常、高温となりやすい。
このような二次電池装置によれば、制御装置が二次電池の端子側に対応する二次電池ボックスの面とは別の面側に配置されているので、制御装置が熱の影響をさらに受けにくくなる。

本発明によれば、均等化回路の制御装置が熱の影響を受けにくい二次電池装置を提供することができる。

まず、本発明の一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。

≪二次電池装置の構成≫
図１に示す本実施形態に係る二次電池装置１は、燃料電池スタック（図示しない）を搭載する燃料電池車両（図示しない）に搭載されている。二次電池装置１は、後部座席下方の図示しないフロアパネル下のセンタートンネル内であって、前後フレーム１０１、１０１及びこれに接合されたサブフレーム１０２、１０２上に固定されている。

前後フレーム１０１、１０１は車両の前後方向に延びており、サブフレーム１０２、１０２は車幅方向に延びている。そして、前後フレーム１０１、１０１及びサブフレーム１０２、１０２の下面には、アンダーパネル１０３が取り付けられており、前後フレーム１０１、１０１、サブフレーム１０２、１０２、及び、アンダーパネル１０３で囲まれた空間は、後記するように、排気通路３７として機能している（図４参照）。

二次電池装置１は、燃料電池スタック（図示しない）をアシストするため、その充電電力を放電したり、走行モータ等からの回生電力や燃料電池スタックの余剰電力を充電する装置である。
このような二次電池装置１は、左右に振り分けられた２つの組電池Ａ、Ａと、組電池Ａ、Ａを収容する二次電池ボックス３０と、各組電池Ａを構成する二次電池１１（単電池）の電圧を均等化させる均等化回路４０と、各二次電池１１の電圧を検出すると共に均等化回路４０の作動を制御するＥＣＵ５０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。

＜組電池＞
各組電池Ａは、１０本の電池モジュール１０を備えており（図３参照）、各電池モジュール１０は、４本のリチウムイオン型の二次電池１１を備えている。
各電池モジュール１０を構成する４本の二次電池１１は、直列で接続されている（図４参照）。さらに説明すると、各電池モジュール１０において、２本の二次電池１１、１１は、バンド１２で連結されており、この連結されたものは、その前側でバスバー１３によって直列で接続されている。そして、バスバー１３には樹脂製のキャップ１４が被せられている。
なお、図４では、１つの電池モジュール１０のみを模式的に記載している。また、二次電池１１及び後記するフレキシブル基板２１は、熱収縮チューブ（図示しない）によって一体に構成されると共に、防水されている。

そして、電池モジュール１０のプラス端子１５及びマイナス端子１６は、車両の後側に配置されると共に、後記するバスバープレート３６の端子孔３６ｂを貫通している（図４参照）。そして、隣り合う電池モジュール１０、１０は、金属製のバスバー１７によって直列に接続されている（図３参照）。すなわち、バスバープレート３６の底壁部３６ａから後方に突出した一の電池モジュール１０のプラス端子１５（又はマイナス端子１６）は、バスバー１７を介して、他の電池モジュール１０のマイナス端子１６（又はプラス端子１５）と電気的に接続されている。これにより、複数の二次電池１１は電気的に直列で接続されている。

なお、図３の中央上寄りに配置される電池モジュール１０、１０は、常ＯＮ型の遮断回路（図示しない）を介して、直列で接続されている。また、バスバー１７は、ボルト１８によって、プラス端子１５及びマイナス端子１６に固定されている（図４参照）。さらに、複数の二次電池１１は、所定の隙間を隔てつつ、千鳥状で積層されている。

各二次電池１１において、そのマイナス極として機能する金属製のケーシング１９には、細長のフレキシブル基板２１が接続されている（図４、図５参照）。さらに説明すると、フレキシブル基板２１には、金属製のタブ２２が２つ設けられており、このタブ２２が各二次電池１１のケーシング１９に溶接されることで、ケーシング１９とフレキシブル基板２１とが電気的に接続されている。一方、フレキシブル基板２１の後端は、コネクタを介して、第１基板２５に接続されている。

フレキシブル基板２１には、各タブ２２に接続する２つの回路２３及び回路２４が印刷されている（図５参照）。
回路２３は、二次電池１１の電圧検出用の回路であり、第１基板２５、フラットケーブル２６、第２基板２７、ハーネス２８を介して、ＥＣＵ５０に接続されている（図６参照）。なお、ハーネス２８は、後パネル３２の後面に設けられたハーネス接続部２８ａを介して、第２基板２７に接続されている。
回路２４は、均等化回路４０の一部を構成するものであり、第１基板２５、フラットケーブル２６を介して、第２基板２７の抵抗４１及びトランジスタ４２に接続されている（図６参照）。

＜二次電池ボックス＞
二次電池ボックス３０は、埃、水等から保護するために、複数の電池モジュール１０を収容する箱体であり、前パネル３１と、後パネル３２と、右パネル３３と、左パネル３４と、上パネル３５と、バスバープレート３６とを備えている。前パネル３１、後パネル３２、右パネル３３、左パネル３４、及び、上パネル３５は、金属製（例えばアルミニウム合金製）であり、バスバープレート３６は樹脂製である。

右パネル３３には、充放電により発熱する電池モジュール１０（二次電池１１）を冷却する冷却風の吸気口３３ａが形成されており、同様に、左パネル３４には吸気口３４ａが形成されている。そして、吸気口３３ａ、３４ａから吸気された冷却風は、電池モジュール１０（二次電池１１）の間を通流することで、これを冷却した後、二次電池ボックス３０下の排気通路３７を介して外部に排出されるようになっている。

バスバープレート３６は、後側が開口した浅底の箱体であり、その底壁部３６ａには、電池モジュール１０のプラス端子１５又はマイナス端子１６が貫通する複数の端子孔３６ｂが形成されている。
第１基板２５は、フレキシブル基板２１と第２基板２７との接続を中継するものであり（図６参照）、バスバープレート３６の底壁部３６ａから突出するボス（図示しない）に取り付けられている。そして、第１基板２５とバスバー１７の間には、絶縁シート２９が介装されており、第１基板２５とバスバー１７とが電気的に絶縁されている。

＜均等化回路＞
均等化回路４０は、図６に示すように、各二次電池１１の電圧を均等化させ、各二次電池１１の過充電及び過放電を防止するための回路であって、各二次電池１１に対して並列で接続されている。

各均等化回路４０は、抵抗４１と、ＥＣＵ５０からの指令に従ってＯＮ／ＯＦＦ制御されるトランジスタ４２（スイッチング素子）とを備えており、抵抗４１及びトランジスタ４２は直列で接続されている。抵抗４１及びトランジスタ４２は、所定の回路が印刷された第２基板２７に設けられると共に、フラットケーブル２６、第１基板２５、フレキシブル基板２１の回路２４を介して、各二次電池１１に直接接続されている（図６参照）。なお、第２基板２７は、後パネル３２の前面に設けられた基板収容部３９に収容されており、埃、水等から保護されている（図４参照）。

抵抗４１は第２基板２７の後面に配置されており、抵抗４１と後パネル３２との間には、例えばシリコーン等を主成分として形成された伝熱シート４３が介装されている。そして、抵抗４１は、伝熱シート４３を介して、後パネル３２と熱的に接続されている。すなわち、均等化回路４０を構成する抵抗４１は、二次電池ボックス３０を構成する後面側に配置されると共に、この後面を構成する後パネル３２と伝熱構造を形成している。
これにより、トランジスタ４２がＯＮされて、均等化回路４０が作動し、抵抗４１が発熱しても、抵抗４１の熱は伝熱シート４３を介して後パネル３２に伝達し、後パネル３２から外部に好適に放熱されるようになっている。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ５０は、その内部に記憶されたプログラムに従って、各二次電池１１の電圧を検出すると共に、均等化回路４０の作動を制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。

また、ＥＣＵ５０は、二次電池ボックス３０の上面側に配置されており、この上面を構成する上パネル３５に取り付けられている。なお、上パネル３５は、二次電池１１の端子側に対応する前パネル３１及び後パネル３２（対応する面）、抵抗４１が配置された後パネル３２とは、別のパネルである。

＜ＥＣＵ−電圧検出機能＞
ＥＣＵ５０は、電圧センサ、スキャニングボード（ともに図示しない）を内蔵しており、スキャニングボードは、ハーネス２８、第２基板２７、フラットケーブル２６、第１基板２５、フレキシブル基板２１の回路２３を介して、各二次電池１１に接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、所定の周期で全ての二次電池１１をスキャニングし、前記電圧センサによって各二次電池１１の電圧を検出する機能を備えている。また、ＥＣＵ５０は、検出した各二次電池１１の電圧に基づいて、各二次電池１１のＳＯＣ（State Of Charge、充電状態）を算出する機能も備えている。

＜ＥＣＵ−均等化回路制御機能＞
ＥＣＵ５０は、ハーネス２８を介して、各トランジスタ４２のベース端子に接続されており、トランジスタ４２へのＯＮ／ＯＦＦ信号を制御することで、各均等化回路４０の作動を制御するようになっている。
例えば、ＥＣＵ５０は、二次電池１１の電圧（又はＳＯＣ）が所定電圧（又は所定ＳＯＣ）以上である場合、その二次電池１１への過充電を防止するべく、その二次電池１１に並列な均等化回路４０を構成するトランジスタ４２にＯＮ信号を送り、その均等化回路４０を作動させるようになっている。なお、均等化回路４０が作動すると、その抵抗４１が発熱する。

≪二次電池装置の作用・効果≫
このような二次電池装置１によれば、次の作用効果を得る。
均等化回路４０の抵抗４１が伝熱シート４３を介して後パネル３２に熱的に接続されているので、抵抗４１の熱を外部に好適に放熱できる。よって、放熱を促進するべく、後パネル３２の後面に放熱フィン等を形成してもよい。

ＥＣＵ５０は、抵抗４１が配置された後面、二次電池１１の端子側に対応する前面及び後面、とは別の上面を構成する上パネル３５に取り付けられているので、ＥＣＵ５０は熱の影響を受けにくくなる。よって、ＥＣＵ５０が過昇温することはなく、誤作動することはない。また、ＥＣＵ５０は、上パネル３５の上に取り付けられているので、ＥＣＵ５０を水から好適に保護できる。

均等化回路４０の抵抗４１等と、ＥＣＵ５０とは、途中で分岐せずに、フレキシブル基板２１の回路２３又は回路２４等を介して、各二次電池１１に直接接続されているので、均等化回路４０の作動中にＥＣＵ５０が二次電池１１の電圧を検出しても、電圧降下することはなく、二次電池１１の電圧を正確に検出できる。
因みに、電圧を検出する際は、数μＡ程度の電流が通流し、均等化回路４０の作動時には、数ｍＡ程度の電流が通流する。したがって、電圧検出回路と均等化回路と、断面積の小さい回路を共有する構成の場合、均等化回路４０の作動中に電圧を検出すると、前記断面積が小さい共有回路部分において、大きく電圧降下し、二次電池１１の電圧が誤検出されてしまう。
また、このようなフレキシブル基板２１は、小型かつ軽量であるうえに、これに印刷される回路２３、２４の断面積を容易に変更できる。

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。

前記した実施形態では、二次電池装置１が燃料電池車両（移動体）に搭載された構成を例示したが、その他に例えば、定置型の燃料電池システムに組み込まれた構成でもよいし、二次電池装置が単独で使用される構成でもよい。

本実施形態に係る二次電池装置の後方からの斜視図である。本実施形態に係る二次電池装置の分解斜視図である。本実施形態に係るバスバープレートを後方から見た図である。本実施形態に係る二次電池装置の縦断面図である。本実施形態に係るフレキシブル基板を示す図である。本実施形態に係る二次電池装置の電気回路図である。

符号の説明

１二次電池装置
１０電池モジュール
１１二次電池
３０二次電池ボックス
４０均等化回路
４１抵抗
４３伝熱シート
５０ＥＣＵ（制御装置）

Claims

直列で接続された複数の二次電池と、
前記複数の二次電池を収容する二次電池ボックスと、
前記各二次電池の電圧を均等化させる均等化回路と、
前記各二次電池の電圧を検出すると共に、前記均等化回路の作動を制御する制御装置と、
を備え、
前記均等化回路の抵抗は、前記二次電池ボックスの一面側に配置されると共に、当該一面を構成する二次電池ボックスのパネルと伝熱構造を形成しており、
前記制御装置は、前記抵抗が配置された面とは別の面側に配置されている
ことを特徴とする二次電池装置。
前記制御装置は、前記二次電池の端子側に対応する前記二次電池ボックスの面とは別の面側に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池装置。