JP2011049158A - バッテリモジュール、バッテリシステムおよび電動車両 - Google Patents

バッテリモジュール、バッテリシステムおよび電動車両 Download PDF

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Abstract

【課題】短絡の発生が十分に防止されたバッテリモジュールおよびそれを備えた電動車両を提供することである。
【解決手段】複数のバッテリセル10の一端部側には、X方向に延びる長尺状のFPC基板50が複数のバスバー40,40aに共通して接続されている。同様に、Y方向における複数のバッテリセル10の他端部側には、X方向に延びる長尺状のFPC基板50が複数のバスバー40に共通して接続されている。FPC基板50は、主として絶縁層上に複数の導体線が形成された構成を有し、屈曲性および可撓性を有する。各FPC基板50は、2重に折り重ねられた状態で複数のバッテリセル10上に配置される。
【選択図】図2

Description

本発明は、バッテリモジュールならびにそれを備えたバッテリシステムおよび電動車両に関する。
従来、電力を駆動源とする電気自動車等の移動体において、複数のバッテリセルが直列または並列に接続されたバッテリモジュールが用いられている。
このようなバッテリモジュールの残容量(充電量)を認識するため、またはバッテリモジュールの過充電および過放電を防止するために、バッテリモジュールの端子電圧を検出する必要がある。そのため、バッテリモジュールの端子電圧を検出するための検出回路がバッテリモジュールに接続される(例えば特許文献1参照)。
特開平8−162171号公報
電気自動車等においては、一般的に検出回路が金属ワイヤ等からなるリード線を介してバッテリモジュールに接続される。しかしながら、振動等による外部応力がリード線に継続的に加わることにより、リード線が断線し、検出回路とバッテリモジュールとの間で短絡が発生する可能性がある。
本発明の目的は、短絡の発生が十分に防止されたバッテリモジュールならびにそれを備えたバッテリシステムおよび電動車両を提供することである。
(1)第1の発明に係るバッテリモジュールは、複数のバッテリセルと、複数のバッテリセルに沿って配置される第1および第2の領域を有する絶縁性基板と、絶縁性基板に形成される複数の配線とを備え、複数の配線は、複数のバッテリセルの端子電圧を検出するために複数のバッテリセルにそれぞれ電気的に接続される複数の電圧検出線を含み、絶縁性基板の第1および第2の領域は互いに異なる面上に配置されたものである。
そのバッテリモジュールにおいては、複数のバッテリセルに沿って配置される第1および第2の領域を有する絶縁性基板に、複数の電圧検出線を含む複数の配線が形成される。複数の電圧検出線を用いて複数のバッテリセルの端子電圧が検出される。この場合、複数の配線が絶縁性基板に形成されていることにより、複数の配線の断線が防止される。それにより、配線の短絡の発生が十分に防止される。
また、絶縁性基板の第1および第2の領域が互いに異なる面上に配置される。それにより、第1および第2の領域の面積を小さくすることなく、絶縁性基板の占有面積を低減することができる。この場合、複数の配線の幅およびピッチを小さくする必要がないので、配線の短絡および異常発熱を十分に防止することができる。
(2)複数のバッテリセルは、一方向に並ぶように配置され、絶縁性基板は、一方向に延びる境界線を挟んで第1の領域と第2の領域とを有する共通の基板を含み、共通の基板は、境界線に沿って折曲されてもよい。
この場合、第1の領域と第2の領域とを有する共通の基板が境界線に沿って折曲されることにより、第1および第2の領域の面積を小さくすることなく、絶縁性基板の占有面積を低減することができる。また、複数の配線の幅およびピッチを小さくする必要がないので、配線の短絡および異常発熱を十分に防止することができる。
(3)第1の領域の一側部は、複数のバッテリセルに沿って一方向に延び、複数の電圧検出線は、第1の領域の一側部から共通の基板の一端部まで延びるように設けられ、第2の領域は、一方向において第1の領域よりも小さい長さを有し、共通の基板の一端部側で第1の領域に沿うように設けられてもよい。
この場合、複数の電圧検出線が第1の領域の一側部から共通の基板の一端部まで延びるので、共通の基板の一端部に近い領域で電圧検出線の数が多くなる。
そこで、一方向において第1の領域よりも小さい長さを有する第2の領域が、共通の基板の一端部側で第1の領域に沿うように設けられる。この場合、共通の基板の他端部側の面積が、一端部側の面積よりも小さくなる。それにより、共通の基板の他端部側におけるスペースの無駄が削減される。その結果、共通の基板の材料コストが低減される。
(4)複数の配線は、第1の領域において境界線に沿って互いに並列に延びる複数の第1の配線と、第2の領域において境界線に沿って互いに並列に延びる複数の第2の配線とを含み、複数の第1の配線のうち最も境界線に近い第1の配線と複数の第2の配線のうち最も境界線に近い第2の配線との間の間隔は、複数の第1の配線間の間隔よりも大きくかつ複数の第2の配線間の間隔よりも大きくてもよい。
この場合、第1および第2の配線が境界線に重ならないように共通の基板を容易に折曲することができるので、第1および第2の配線に歪みが生じることが防止される。それにより、第1および第2の配線の破損が防止される。
(5)複数のバッテリセルの各々は、一方向に交差する方向に並ぶ一対の電極端子を有するとともに、当該バッテリセルの内部圧力の上昇時に内部のガスを排出するためのガス排出部を一対の電極端子間に有し、絶縁性基板は、各バッテリセルのガス排出部と一方の電極端子との間およびガス排出部と他方の電極端子との間の少なくとも一方を通るように配置され、各電圧検出線は、各バッテリセルの一方または他方の電極端子に接続されてもよい。
この場合、各バッテリセルの内部圧力の上昇時に、ガス排出部から内部のガスが排出されるので、過大な内部圧力の上昇が防止される。絶縁性基板は、折曲された状態で各バッテリセルのガス排出部と一方の電極端子との間およびガス排出部と他方の電極端子との間の少なくとも一方を通るように配置される。そのため、絶縁性基板がガス排出部に重なることが防止される。それにより、ガス排出部からのガスの排出が絶縁性基板によって妨げられない。したがって、内部圧力の上昇時に確実に内部のガスが排出される。また、ガスの排出による絶縁性基板の損傷が防止される。
(6)絶縁性基板は、第1の領域を有する第1の基板と第2の領域を有する第2の基板とを含み、第1の基板と第2の基板とは、互いに重なるように配置されてもよい。
この場合、第1の領域を有する第1の基板と第2の領域を有する第2の基板とが互いに重なるように配置されるので、第1および第2の領域の面積を小さくすることなく、絶縁性基板の占有面積を低減することができる。また、複数の配線の幅およびピッチを小さくする必要がないので、配線の短絡および異常発熱を十分に防止することができる。
(7)第2の発明に係るバッテリシステムは、複数のバッテリセルをそれぞれ含む複数組のバッテリモジュールと、複数組のバッテリモジュールに共通に用いられ、各バッテリセルの端子電圧を検出する電圧検出部と、複数組のバッテリモジュールの複数のバッテリセルに沿うように設けられ、電圧検出部に接続される絶縁性基板と、絶縁性基板に形成され、複数組のバッテリモジュールの複数のバッテリセルの端子電圧を検出するために複数組のバッテリモジュールの複数のバッテリセルおよび電圧検出部にそれぞれ電気的に接続される複数の電圧検出線とを備え、絶縁性基板は、複数組のバッテリモジュールの複数のバッテリセルに沿って延びる第1の領域と、複数組のバッテリモジュールの複数のバッテリセルの少なくとも一部に沿って延びる第2の領域とを含み、絶縁性基板の第1および第2の領域は互いに異なる面上に配置されたものである。
ここで、1組のバッテリモジュールは1個のバッテリモジュールからなる。すなわち、1組のバッテリモジュールとは、1個のバッテリモジュールにより組が形成されることを表す。また、2組のバッテリモジュールは2個のバッテリモジュールからなる。すなわち、2組のバッテリモジュールとは、2個のバッテリモジュールにより組が形成されることを表す。同様に、n(nは3以上の自然数)組のバッテリモジュールはn個のバッテリモジュールからなる。すなわち、n組のバッテリモジュールとは、n個のバッテリモジュールにより組が形成されることを表す。
そのバッテリシステムにおいては、複数組のバッテリモジュールの複数のバッテリセルに沿うように絶縁性基板が設けられる。絶縁性基板には複数の電圧検出線が形成される。絶縁性基板は電圧検出部に接続される。電圧検出部により、複数のバッテリモジュールの複数のバッテリセルの端子電圧が検出される。この場合、複数の電圧検出線が絶縁性基板に形成されていることにより、複数の電圧検出線の断線が防止される。それにより、電圧検出線の短絡の発生が十分に防止される。また、複数のバッテリモジュールに共通に電圧検出部が用いられるので、バッテリシステムの構成の複雑化およびコストの上昇が抑制される。
また、絶縁性基板の第1の領域が複数組のバッテリモジュールの複数のバッテリセルに沿って延び、絶縁性基板の第2の領域が複数組のバッテリモジュールの複数のバッテリセルの少なくとも一部に沿って延びる。第1および第2の領域は、互いに異なる面上に配置される。それにより、第1および第2の領域の面積を小さくすることなく、絶縁性基板の占有面積を低減することができる。したがって、複数の電圧検出線の幅およびピッチを小さくする必要がないので、電圧検出線の短絡および異常発熱を十分に防止することができる。
(8)第3の発明に係る電動車両は、上記第1の発明に係るバッテリモジュールと、バッテリモジュールからの電力により駆動されるモータと、モータの回転力により回転する駆動輪とを備えたものである。
その電動車両においては、バッテリモジュールからの電力によりモータが駆動される。そのモータの回転力によって駆動輪が回転することにより、電動車両が移動する。
バッテリモジュールにおいては、複数のバッテリセルに沿って延びる第1および第2の領域を有する絶縁性基板に、複数の電圧検出線を含む複数の配線が形成される。複数の電圧検出線を用いて複数のバッテリセルの端子電圧が検出される。この場合、複数の配線が絶縁性基板に形成されていることにより、配線の断線が防止される。それにより、配線の短絡の発生が十分に防止される。
また、絶縁性基板の第1および第2の領域が互いに異なる面上に配置される。それにより、第1および第2の領域の面積を小さくすることなく、絶縁性基板の占有面積を低減することができる。この場合、複数の配線の幅およびピッチを小さくする必要がないので、配線の短絡および異常発熱を十分に防止することができる。
したがって、バッテリモジュールからモータに供給される電力を大きくすることにより、電動車両の走行性能を向上させることが可能となる。
(9)第4の発明に係る電動車両は、上記第2の発明に係るバッテリシステムと、バッテリシステムの複数組のバッテリモジュールからの電力により駆動されるモータと、モータの回転力により回転する駆動輪とを備えたものである。
その電動車両においては、バッテリシステムの複数のバッテリモジュールからの電力によりモータが駆動される。そのモータの回転力によって駆動輪が回転することにより、電動車両が移動する。
バッテリシステムにおいては、複数組のバッテリモジュールの複数のバッテリセルに沿うように絶縁性基板が設けられる。絶縁性基板には複数の電圧検出線が形成される。絶縁性基板は電圧検出部に接続される。電圧検出部により、複数のバッテリモジュールの複数のバッテリセルの端子電圧が検出される。この場合、複数の電圧検出線が絶縁性基板に形成されていることにより、複数の電圧検出線の断線が防止される。それにより、電圧検出線の短絡の発生が十分に防止される。また、複数のバッテリモジュールに共通に電圧検出部が用いられるので、バッテリシステムの構成の複雑化およびコストの上昇が抑制される。
また、絶縁性基板の第1の領域が複数組のバッテリモジュールの複数のバッテリセルに沿って延び、絶縁性基板の第2の領域が複数組のバッテリモジュールの複数のバッテリセルの少なくとも一部に沿って延びる。第1および第2の領域は、互いに異なる面上に配置される。それにより、第1および第2の領域の面積を小さくすることなく、絶縁性基板の占有面積を低減することができる。したがって、複数の電圧検出線の幅およびピッチを小さくする必要がないので、電圧検出線の短絡および異常発熱を十分に防止することができる。
したがって、複数のバッテリモジュールからモータに供給される電力を大きくすることにより、電動車両の走行性能を向上させることが可能となる。
本発明によれば、絶縁性基板に複数の配線が形成されていることにより、複数の配線の断線が防止される。それにより、配線の短絡の発生が十分に防止される。また、絶縁性基板の第1および第2の領域が互いに異なる面上に配置されることにより、第1および第2の領域の面積を小さくすることなく、絶縁性基板の占有面積を低減することができる。
第1の実施の形態に係るバッテリシステムの構成を示すブロック図である。 バッテリモジュールの外観斜視図である。 バッテリモジュールの平面図である。 バッテリモジュールの側面図である。 カバー部材が取り付けられた状態のバッテリモジュールの外観斜視図である。 バスバーの外観斜視図である。 FPC基板の構造について説明するための外観斜視図である。 バスバーと検出回路との接続について説明するための模式的平面図である。 FPC基板の折曲例を示す模式的側面図である。 図9(e)のFPC基板が取り付けられたバッテリモジュールの外観斜視図である。 他のFPC基板の模式的平面図である。 他のFPC基板の形成方法の一例を示す図である。 他のFPC基板の模式的平面図である。 他のFPC基板の模式的平面図である。 他のFPC基板の模式的平面図である。 サーミスタを接続するための接続端子が設けられたFPC基板の模式的平面図および模式的側面図である。 サーミスタを接続するための接続端子が設けられたFPC基板の模式的平面図および模式的側面図である。 サーミスタを接続するための接続端子が設けられたFPC基板の模式的平面図である。 他のFPC基板の模式的平面図である。 他のFPC基板の模式的平面図および模式的側面図である。 PTC素子の他の配置例を示す模式的平面図および模式的側面図である。 PTC素子の他の配置例を示す模式的平面図および模式的側面図である。 バスバーの変形例を示す模式的平面図である。 バッテリモジュールの他の例を示す外観斜視図である。 2組のバッテリモジュールが互いに接続された構成の一例を示す図である。 2組のバッテリモジュールが互いに接続された構成の他の例を示す図である。 2組のバッテリモジュールが互いに接続された構成の他の例を示す模式的平面図および模式的側面図である。 バッテリシステムの具体的な配置例を示す模式的平面図である。 図28のバッテリシステムにおける通信線の他の接続例を示す模式的平面図である。 第2の実施の形態に係る電動自動車の構成を示すブロック図である。
[1]第1の実施の形態
以下、第1の実施の形態に係るバッテリモジュールおよびそれを備えたバッテリシステムについて図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態に係るバッテリモジュールおよびバッテリシステムは、電力を駆動源とする電動車両(例えば電気自動車)に搭載される。
(1)バッテリシステムの構成
図1は、第1の実施の形態に係るバッテリシステムの構成を示すブロック図である。図1に示すように、バッテリシステム500は、複数のバッテリモジュール100、バッテリECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)101およびコンタクタ102を含み、バス104を介して電動車両の主制御部300に接続されている。
バッテリシステム500の複数のバッテリモジュール100は、電源線501を通して互いに接続されている。各バッテリモジュール100は、複数(本例では18個)のバッテリセル10、複数(本例では5個)のサーミスタ11および検出回路20を有する。
各バッテリモジュール100において、複数のバッテリセル10は互いに隣接するように一体的に配置され、複数のバスバー40により直列接続されている。各バッテリセル10は、例えばリチウムイオン電池またはニッケル水素電池等の二次電池である。
両端部に配置されるバッテリセル10は、バスバー40aを介して電源線501に接続されている。これにより、バッテリシステム500においては、複数のバッテリモジュール100の全てのバッテリセル10が直列接続されている。バッテリシステム500から引き出される電源線501は、電動車両のモータ等の負荷に接続される。バッテリモジュール100の詳細は後述する。
検出回路20は、PTC(Positive Temperature Coefficient:正温度係数)素子60を介して各バスバー40,40aに電気的に接続される。また、検出回路20は、各サーミスタ11に電気的に接続される。検出回路20により、各バッテリセル10の端子電圧および温度、ならびに各バスバー40,40aに流れる電流が検出される。
各バッテリモジュール100の検出回路20は、バス103を介してバッテリECU101に接続されている。これにより、検出回路20により検出された電圧、電流および温度が、バッテリECU101に与えられる。
バッテリECU101は、例えば各検出回路20から与えられた電圧、電流および温度に基づいて各バッテリセル10の充電量を算出し、その充電量に基づいて各バッテリモジュール100の充放電制御を行う。また、バッテリECU101は、各検出回路20から与えられた電圧、電流および温度に基づいて各バッテリモジュール100の異常を検出する。バッテリモジュール100の異常とは、例えば、バッテリセル10の過放電、過充電または温度異常等である。
一端部のバッテリモジュール100に接続された電源線501には、コンタクタ102が介挿されている。バッテリECU101は、バッテリモジュール100の異常を検出した場合、コンタクタ102をオフする。これにより、異常時には、各バッテリモジュール100に電流が流れないので、バッテリモジュール100の異常発熱が防止される。
バッテリECU101は、バス104を介して主制御部300に接続される。各バッテリECU101から主制御部300に各バッテリモジュール100の充電量(バッテリセル10の充電量)が与えられる。主制御部300は、その充電量に基づいて電動車両の動力(例えばモータの回転速度)を制御する。また、各バッテリモジュール100の充電量が少なくなると、主制御部300は、電源線501に接続された図示しない発電装置を制御して各バッテリモジュール100を充電する。
(2)バッテリモジュールの詳細
バッテリモジュール100の詳細について説明する。図2はバッテリモジュール100の外観斜視図であり、図3はバッテリモジュール100の平面図であり、図4は、バッテリモジュール100の側面図である。
なお、図2〜図4および後述する図5〜図27においては、矢印X,Y,Zで示すように、互いに直交する三方向をX方向、Y方向およびZ方向と定義する。なお、本例では、X方向およびY方向が水平面に平行な方向であり、Z方向が水平面に直交する方向である。
図2〜図4に示すように、バッテリモジュール100においては、扁平な略直方体形状を有する複数のバッテリセル10がX方向に並ぶように配置されている。この状態で、複数のバッテリセル10は、一対の端面枠92、一対の上端枠93および一対の下端枠94により一体的に固定されている。
一対の端面枠92は略板形状を有し、YZ平面に平行に配置されている。一対の上端枠93および一対の下端枠94は、X方向に延びるように配置されている。
一対の端面枠92の四隅には、一対の上端枠93および一対の下端枠94を接続するための接続部が形成されている。一対の端面枠92の間に複数のバッテリセル10が配置された状態で、一対の端面枠92の上側の接続部に一対の上端枠93が取り付けられ、一対の端面枠92の下側の接続部に一対の下端枠94が取り付けられる。これにより、複数のバッテリセル10が、X方向に並ぶように配置された状態で一体的に固定される。
一方の端面枠92には、外側の面に間隔を隔ててリジッドプリント回路基板(以下、プリント回路基板と略記する)21が取り付けられている。プリント回路基板21上に、検出回路20が設けられている。
ここで、複数のバッテリセル10は、Y方向における一端部側および他端部側のいずれかの上面部分にプラス電極10aを有し、その逆側の上面部分にマイナス電極10bを有する。各電極10a,10bは、上方に向かって突出するように傾斜して設けられている(図4参照)。
複数のバッテリセル10は、上面部分の中央にガス抜き弁10vを有する。バッテリセル10内部の圧力が所定の値まで上昇した場合、バッテリセル10内部のガスがガス抜き弁10vから排出される。これにより、バッテリセル10内部の過大な圧力上昇が防止される。
以下の説明においては、プリント回路基板21が取り付けられない端面枠92に隣接するバッテリセル10からプリント回路基板21が取り付けられる端面枠92に隣接するバッテリセル10までを1番目〜18番目のバッテリセル10と呼ぶ。
図3に示すように、バッテリモジュール100において、各バッテリセル10は、隣接するバッテリセル10間でY方向におけるプラス電極10aおよびマイナス電極10bの位置関係が互いに逆になるように配置される。
それにより、隣接する2個のバッテリセル10間では、一方のバッテリセル10のプラス電極10aと他方のバッテリセル10のマイナス電極10bとが近接し、一方のバッテリセル10のマイナス電極10bと他方のバッテリセル10のプラス電極10aとが近接する。この状態で、近接する2個の電極にバスバー40が取り付けられる。これにより、複数のバッテリセル10が直列接続される。
具体的には、1番目のバッテリセル10のプラス電極10aと2番目のバッテリセル10のマイナス電極10bとに共通のバスバー40が取り付けられる。また、2番目のバッテリセル10のプラス電極10aと3番目のバッテリセル10のマイナス電極10bとに共通のバスバー40が取り付けられる。同様にして、各奇数番目のバッテリセル10のプラス電極10aとそれに隣接する偶数番目のバッテリセル10のマイナス電極10bとに共通のバスバー40が取り付けられる。各偶数番目のバッテリセル10のプラス電極10aとそれに隣接する奇数番目のバッテリセル10のマイナス電極10bとに共通のバスバー40が取り付けられる。
また、1番目のバッテリセル10のマイナス電極10bおよび18番目のバッテリセル10のプラス電極10aには、外部から電源線501を接続するためのバスバー40aがそれぞれ取り付けられる。
Y方向における複数のバッテリセル10の一端部側には、X方向に延びる長尺状のフレキシブルプリント回路基板(以下、FPC基板と略記する)50が複数のバスバー40,40aに共通して接続されている。同様に、Y方向における複数のバッテリセル10の他端部側には、X方向に延びる長尺状のFPC基板50が複数のバスバー40に共通して接続されている。
FPC基板50は、主として絶縁層上に複数の導体線(配線パターン)51,52(後述の図8参照)が形成された構成を有し、屈曲性および可撓性を有する。FPC基板50を構成する絶縁層の材料としては例えばポリイミドが用いられ、導体線51,52(後述の図8)の材料としては例えば銅が用いられる。各FPC基板50は絶縁性基板の例であり、導体線51,52は電圧検出線の例である。
各FPC基板50は、2重に折り重ねられた状態で複数のバッテリセル10上に配置される。各FPC基板50には、複数のPTC素子60が取り付けられる。各PTC素子60は、各バスバー40,40aの近傍に配置される。FPC基板50およびPTC素子60の詳細については後述する。
各FPC基板50は、端面枠92(プリント回路基板21が取り付けられる端面枠92)の上端部分で内側に向かって直角に折り返され、さらに下方に向かって折り返され、プリント回路基板21に接続されている。
このような構成を有するバッテリモジュール100上には、一対のカバー部材が取り付けられる。図5は、カバー部材が取り付けられた状態のバッテリモジュール100の外観斜視図である。
図5に示すように、バッテリモジュール100上には、X方向に延びる略長方形状の一対のカバー部材80が取り付けられる。一方のカバー部材80により、バッテリモジュール100の一側面側に配置された複数のバスバー40およびFPC基板50が覆われ、他方のカバー部材80により、バッテリモジュール100の他側面側に配置された複数のバスバー40およびFPC基板50が覆われる。
一対のカバー部材80の互いに対向する側面の両端部には、一対の取付片81がそれぞれ設けられている。これらの取付片81が、バッテリモジュール100の一端部側および他端部側に配置された端面枠92に例えばねじによりそれぞれ固定される。それにより、一対のカバー部材80がバッテリモジュール100上にそれぞれ固定される。
(3)バスバーおよびFPC基板の構造
次に、バスバー40,40aおよびFPC基板50の構造の詳細を説明する。以下、隣接する2つのバッテリセル10のプラス電極10aとマイナス電極10bとを接続するためのバスバー40を2電極用のバスバー40と呼び、1つのバッテリセル10のプラス電極10aまたはマイナス電極10bと電源線501とを接続するためのバスバー40aを1電極用のバスバー40aと呼ぶ。
図6(a)は2電極用のバスバー40の外観斜視図であり、図6(b)は1電極用のバスバー40aの外観斜視図である。
図6(a)に示すように、2電極用のバスバー40は、略長方形状を有するベース部41およびそのベース部41の一辺からその一面側に屈曲して延びる一対の取付片42を備える。ベース部41には、一対の電極接続孔43が形成されている。
図6(b)に示すように、1電極用のバスバー40aは、略正方形状を有するベース部45およびそのベース部45の一辺からその一面側に屈曲して延びる取付片46を備える。ベース部45には、電極接続孔47が形成されている。
本実施の形態において、バスバー40,40aは、例えばタフピッチ銅の表面にニッケルめっきが施された構成を有する。
図7は、FPC基板50の構造について説明するための外観斜視図である。図7(a)には、折曲されていない状態のFPC基板50が示され、図7(b)および図7(c)には、段階的に折曲された状態のFPC基板50が示される。
なお、図7には、バッテリモジュール100の一側面側に配置されるFPC基板50が示される。バッテリモジュール100の他側面側に配置されるFPC基板50の構造および折曲状態は、図7に示すFPC基板50の構造および折曲状態と同様である。
以下、折曲されていない状態でのFPC基板50の上面を表面と呼び、折曲されていない状態でのFPC基板50の下面を裏面と呼ぶ。
図7(a)に示すように、FPC基板50は略長方形状を有し、第1領域R11、第2領域R12および接続領域R13を含む。第1領域R11および第2領域R12は、X方向に平行な折曲線B1を境界として互いに並列にX方向に延びる。第1領域R11の一端部に接続領域R13が設けられる。
第1領域R11の側辺に沿って複数のバスバー40,40aが所定の間隔で並ぶように、複数のバスバー40,40aの取付片42,46が第1領域R11の表面に取り付けられる。また、複数のPTC素子60は、複数のバスバー40,40aの間隔と同じ間隔で第1領域R11の表面にそれぞれ取り付けられている。この状態で、FPC基板50が折曲線B1において折曲される。
折曲線B1でFPC基板50が谷折りされることにより、図7(b)に示すように、第1領域R11上に第2領域R12が重ねられる。それにより、複数のPTC素子60が第2領域R12により覆われる。
第1領域R11は絶縁性基板の第1の領域の例であり、第2領域R12は絶縁性基板の第2の領域の例であり、折曲線B1は境界線の例である。FPC基板50が折曲線B1において折曲されることにより、第1領域R11および第2領域R12が互いに異なる面上に配置される。
次に、一端部のバスバー40aと接続領域R13との間において、互いに重ねられた第1領域R11および第2領域R12が、Y方向に対して45度の角度をなす折曲線B2で谷折りされるとともに、折曲線B2に平行な折曲線B3で山折りされ、さらにY方向に平行な折曲線B4で90度の角度で下方に折曲される。
このようにしてFPC基板50が折曲された状態(図7(c)に示す状態)で、図2に示すように、複数のバスバー40,40aが複数のバッテリセル10に取り付けられるとともに、FPC基板50の接続領域R13がプリント回路基板21に接続される。
複数のバスバー40,40aが複数のバッテリセル10に取り付けられる際には、隣接するバッテリセル10のプラス電極10aおよびマイナス電極10bが各バスバー40,40aに形成された電極接続孔43,47に嵌め込まれる。プラス電極10aおよびマイナス電極10bには雄ねじが形成されている。各バスバー40,40aが隣接するバッテリセル10のプラス電極10aおよびマイナス電極10bに嵌め込まれた状態でナット(図示せず)がプラス電極10aおよびマイナス電極10bの雄ねじに螺合される。
(4)バスバーと検出回路との接続
次に、バスバー40,40aと検出回路20との接続について説明する。図8は、バスバー40,40aと検出回路20との接続について説明するための模式的平面図である。図8においては、折曲されていない状態のFPC基板50が示される。
図8に示すように、FPC基板50には、複数のバスバー40,40aに対応するように複数の導体線51,52が設けられる。各導体線51は、バスバー40,40aの取付片42,46とそのバスバー40,40aの近傍に配置されたPTC素子60との間で延びるように第1領域R11に設けられる。各導体線52は、各PTC素子60から接続領域R13まで延びるように第1領域R11および第2領域R12に設けられる。
各導体線51の一端部および他端部、ならびに各導体線52の一端部は、FPC基板50の表面側に露出するように設けられる。表面側に露出する各導体線51の一端部が、例えば半田付けまたは溶接によって各バスバー40,40aの取付片42,46に接続される。
また、PTC素子60の一対の端子(図示せず)が、例えば半田付けにより各導体線51の他端部および各導体線52の一端部に接続される。
各PTC素子60は、X方向において、対応するバスバー40,40aの両端部間の領域に配置されることが好ましい。FPC基板50に応力が加わった場合、隣接するバスバー40,40a間におけるFPC基板50の領域は撓みやすいが、各バスバー40,40aの両端部間におけるFPC基板50の領域はバスバー40,40aに固定されているため、比較的平坦に維持される。そのため、各PTC素子60が各バスバー40,40aの両端部間におけるFPC基板50の領域内に配置されることにより、PTC素子60と導体線51,52との接続性が十分に確保される。また、FPC基板50の撓みによる各PTC素子60への影響(例えば、PTC素子60の抵抗値の変化)が抑制される。
プリント回路基板21には、FPC基板50の各導体線52に対応した複数の接続端子22が設けられる。FPC基板50の各導体線52の他端部が、対応する接続端子22に接続される。複数の接続端子22は、検出回路20にそれぞれ電気的に接続される。
ここで、複数の導体線52は、FPC基板50の第1領域R11および第2領域R12において互いに並列にX方向に延びるように設けられる。この場合、各導体線52は、それに接続されるPTC素子60が接続領域R13に近いほど、より内側(バスバー40,40aが取り付けられる側)に配置される。すなわち、複数の導体線52は、対応するPTC素子60が接続領域R13に近い順に内側から外側に配置される。
図8の例では、接続領域R13に最も近いPTC素子60に接続された導体線52から接続領域R13に4番目に近いPTC素子60に接続された導体線52までが、第1領域R11において並列にX方向に延びるように配置される。
また、接続領域R13に5番目に近いPTC素子60に接続された導体線52から接続領域R13に最も遠いPTC素子60に接続された導体線52までが、第2領域R12において並列にX方向に延びるように配置される。
各導体線52は、X方向に延びる部分が折曲線B1と重ならないように配置される。それにより、FPC基板50を折曲線B1で折曲した際に、導体線52に長い距離にわたる歪みが生じることが防止される。それにより、導体線52の破損が防止される。
また、折曲線B1を挟んで互いに隣り合う導体線52の間隔は、共通の領域上で互いに隣り合う導体線52の間隔よりも大きいことが好ましい。この場合、FPC基板50の折曲時に、折曲線B1が導体線52に重なることがより確実に防止される。
(5)実施の形態の効果
(5−1)FPC基板による効果
本実施の形態では、FPC基板50に形成された導体線51,52によって各バスバー40,40aとプリント回路基板21とが電気的に接続されている。この場合、FPC基板50は屈曲性および可撓性を有するので、FPC基板50に振動等によって外部応力が加わっても、FPC基板50が破損しにくい。それにより、導体線51,52が断線しにくい。したがって、リード線(ワイヤ)によって各バスバー40,40aとプリント回路基板21とが接続される場合に比べて、各バスバー40,40aとプリント回路基板21との間における短絡の発生が防止される。
また、バッテリセル10の充放電または劣化に伴ってバッテリセル10の体積が変化した場合、隣接するバスバー40,40a間の距離が変化する。その場合でも、FPC基板50が柔軟に撓むことにより、FPC基板50の破損および導体線51,52の断線が防止される。
なお、隣接するバスバー40,40a間においてFPC基板50を予め撓ませた状態で、各バスバー40,40aをバッテリセル10の電極10a,10bに固定してもよい。その場合、各バッテリセル10の体積が増大して隣接するバスバー40,40a間の距離が大きくなっても、FPC基板50に加わる応力を緩和することができる。それにより、FPC基板50の破損および導体線51,52の断線をより確実に防止することができる。
(5−2)FPC基板を折曲することによる効果
FPC基板50に形成される導体線52の数は、バッテリセル10の数に対応している。バッテリセル10が増加すると、FPC基板50に形成される導体線52の数が増加する。この場合、導体線52の配置スペースを確保するためにFPC基板50を大きくすると、FPC基板50をカバー部材80(図5)で覆うことが困難になる。FPC基板50がカバー部材80の外側に突出すると、外部環境からFPC基板50を十分に保護することができない。
一方、導体線52の幅およびピッチを小さくすることにより、FPC基板50の面積を小さくすることができる。しかしながら、導体線52の幅を小さくすることにより、導体線52に大電流が流れた場合に導体線52が発熱しやすくなる。また、導体線52のピッチを小さくすることにより、隣り合う導体線52間で短絡が発生しやすくなる。
そこで、本実施の形態では、FPC基板50の第1領域R11および第2領域R12が重なるようにFPC基板50が折曲線B1で折曲される。これにより、導体線52の数が多い場合でも、FPC基板50の面積を小さくすることなく、カバー部材80の内側にFPC基板50を配置することが可能になる。したがって、外部環境からFPC基板50を十分に保護することができる。
また、導体線52の幅およびピッチを小さくする必要がない。そのため、導体線52に大電流が流れた場合の導体線52の発熱が抑制されるとともに、隣り合う導体線52間での短絡の発生が防止される。
(5−3)PTC素子による効果
各バスバー40,40aと検出回路20との間または検出回路20内で短絡が生じると、対応するバスバー40,40aから短絡部分に大電流が発生する。このような大電流が流れる状態が継続すると、発熱によってバッテリモジュール100が劣化する。
そこで、本実施の形態では、各バスバー40,40aと検出回路20との間にPTC素子60が接続されている。PTC素子60は、温度がある値を超えると抵抗値が対数的に増加する抵抗温度特性を有する。
PTC素子60と検出回路20との間または検出回路20内で短絡が生じた場合には、PTC素子60に大電流が流れる。その場合、自己発熱によってPTC素子60の温度が上昇する。それにより、PTC素子60の抵抗値が増加し、PTC素子60に流れる電流が抑制される。したがって、短絡時に大電流が流れる状態が迅速に解消され、バッテリモジュール100の劣化が防止される。
また、PTC素子60が各バスバー40,40aの近傍に配置されているため、PTC素子60とバスバー40,40aとの間の領域で短絡が生じる可能性は極めて低い。
また、各導体線52がプリント回路基板21の接続端子22から離間して、他の部位に接触することにより短絡が生じる場合も考えられる。この場合にも、各導体線51,52間に接続されているPTC素子60の抵抗値が増加することにより、大電流が流れる状態が迅速に解消される。
また、PTC素子60が各バッテリセル10の近傍に配置されているので、バッテリセル10の温度が上昇すると、PTC素子60の温度も上昇する。それにより、PTC素子60の抵抗値が増加する。その結果、電圧降下によって検出回路20に与えられる電圧が低くなる。したがって、他の温度検出器を設けることなく、検出回路20により電圧の変化を検出することにより、バッテリセル10の異常発熱を検出することができる。
具体的には、各バッテリセル10の端子電圧が一定に維持されている場合には、バッテリセル10の温度が上昇すると、検出回路20により検出される電圧が低下する。また、各バッテリセル10の充放電が行われている場合には、バッテリセル10の温度が上昇すると、検出回路20により検出される電圧が不規則に小さくなる。このような電圧の変化に基づいて、バッテリセル10の異常発熱を検出することができる。
また、各バッテリセル10に対応するようにPTC素子60が配置されているので、各PTC素子60による電圧降下を検出することにより、異常発熱が生じたバッテリセル10を特定することができる。
なお、検出回路20によりバッテリセル10の異常発熱が検出された場合、例えばバッテリECU101によりコンタクタ102がオフされる。それにより、バッテリモジュール100の異常発熱が防止される。
また、本実施の形態では、FPC基板50の折曲線B1〜B4における折曲部分よりも各バスバー40に近い位置に各PTC素子が接続されている。そのため、FPC基板50の折り返し部分で短絡が生じた場合でも、PTC素子60の抵抗値が増加することにより、大電流が流れる状態が迅速に解消される。
また、各PTC素子60がFPC基板50上に配置されることにより、プリント回路基板21上の部品点数が削減される。それにより、プリント回路基板21の小型化が可能になる。また、プリント回路基板21上に他の回路または他の素子を設けることが可能になる。
(6)FPC基板の他の折曲例
図9は、FPC基板50の折曲例を示す模式的側面図である。図9(a)には、上記実施の形態におけるFPC基板50の折曲例が示される。図9(b)〜図9(e)には、FPC基板50の他の折曲例が示される。
上記実施の形態では、図9(a)に示すように、第1領域R11の表面に第2領域R12が重なるように、FPC基板50が折曲線B1で折曲される。
これに限らず、図9(b)に示すように、第2領域R12が第1領域R11に対して上方に略90度の角度をなすように、FPC基板50が折曲線B1で折曲されてもよい。また、図9(c)に示すように、第2領域R12が第1領域R11の裏面に重なるように、FPC基板50が折曲線B1で折曲されてもよい。また、図9(d)に示すように、第2領域R12と第1領域R11との間に一定の隙間が形成されるように、FPC基板50が折曲線B1で略90度折曲され、さらに折曲線B1に近接しかつ折曲線B1に平行な折曲線B1aで略90度折曲されてもよい。
また、図9(e)に示すように、第2領域R12が第1領域R11に対して下方に略90度の角度をなすように、FPC基板50が折曲線B1で折曲されてもよい。
図10は、図9(e)のFPC基板50が取り付けられたバッテリモジュール100の外観斜視図である。図10に示すように、バッテリモジュール100の側面に沿うように、FPC基板50の第2領域R12が配置される。
図9(b)〜図9(e)の例では、FPC基板50の第2領域R12がPTC素子60に接触しないので、FPC基板50の第2領域R12からPTC素子60に応力が加わらない。それにより、PTC素子60の端子が導体線51,52から分離することが防止される。
また、図9(c)および図9(d)の例では、図9(b)および図9(e)の例に比べて、高さ方向におけるFPC基板50の占有スペースの増加が抑制される。特に、図9(c)の例では、FPC基板50の折曲数を増やすことなく、FPC基板50の高さ方向の占有スペースを最小限にすることができる。また、図9(e)の例では、上記のように、バッテリモジュール100の側面に沿うようにFPC基板50の第2領域R12が配置されることにより、高さ方向における占有スペースの増加が抑制される。
なお、FPC基板50の折曲角度は上記の例に限定されず、FPC基板50が折曲線B1において任意の角度で折曲されてもよい。
(7)FPC基板の他の例
上記のFPC基板50の代わりに、以下に示すFPC基板50a〜50hを用いてもよい。
(7−1)
図11は、FPC基板50aの模式的平面図である。図11には、折曲されていない状態のFPC基板50aが示される。
図11のFPC基板50aについて、図8のFPC基板50と異なる点を説明する。
FPC基板50aにおいては、第2領域R12の長さ(長手方向における長さ)が小さく、接続領域R13と反対の端部側のFPC基板50aの領域が、第1領域R11のみにより構成される。
以下、第2領域R12が設けられるFPC基板50aの一端部側の領域を一端部領域R21とし、第2領域R12が設けられないFPC基板50aの他端部側の領域を他端部領域R22とする。
ここで、複数のPTC素子60にそれぞれ接続される複数の導体線52の一端部は、X方向に沿って配置される。そのため、互いに並列に延びる導体線52の数は、接続領域R13に近い領域ほど多くなる。これにより、他端部領域R22に設けられる導体線52の数は、一端部領域R21に設けられる導体線52の数よりも少ない。
そこで、FPC基板50aにおいては、他端部領域R22の幅(長手方向に垂直な方向における長さ)が一端部領域R21の幅(長手方向に垂直な方向における長さ)よりも小さく設定される。それにより、他端部領域R22におけるスペースの無駄が削減される。その結果、以下に示すように、FPC基板50aの製造コストが低減される。
図12は、FPC基板50aの形成方法の一例を示す図である。図12の例では、例えばポリイミドからなる矩形の絶縁層200から2つのFPC基板50aが形成される。
図12に示すように、一方のFPC基板50aの第2領域R12と他方のFPC基板50aの第2領域R12とが絶縁層200の長さ方向(図中の矢印Nの方向)において隣り合うように、一方のFPC基板50aと他方のFPC基板50aとが互いに対称に配置される。
この場合、2つのFPC基板50aを形成するために必要な絶縁層200の幅方向(図中の矢印Hの方向)の長さは、2つの第1領域R11の幅(長手方向に垂直な方向における長さ)と1つの第2領域R12の幅(長手方向に垂直な方向における長さ)との合計HBとなる。
一方、図8のFPC基板50を2つ形成する場合に必要となる絶縁層200の幅方向の長さは、2つの第1領域R11と2つの第2領域R12の幅との合計HAとなる。
このように、FPC基板50aの形成時に必要な絶縁層200の面積は、図8のFPC基板50の形成時に必要な絶縁層200の面積よりも少ない。したがって、材料コストが低減されることにより、製造コストが低減される。
(7−2)
図13は、FPC基板50a’の模式的平面図である。図13には、折曲されていない状態のFPC基板50a’が示される。
図13のFPC基板50a’について、図11のFPC基板50aと異なる点を説明する。
FPC基板50a’においては、第1領域R11の幅と第2領域R12の幅とが略等しい。
他端部領域R22においては、第1領域R11の一方の側辺(折曲線B1と反対側の側辺)に沿って複数のバスバー40,40aが所定の間隔で並ぶように第1領域R11の表面に取り付けられる。複数のPTC素子60は、複数のバスバー40,40aの間隔と同じ間隔で第1領域R11の表面にそれぞれ取り付けられている。各PTC素子60に接続された導体線52は、第1領域R11から第2領域R12を通ることなく接続領域R13に延びる。
一端部領域R21においては、第2の領域R12の一方の側辺(折曲線B1と反対側の側辺)に沿って複数のバスバー40,40aが所定の間隔で並ぶように第2領域R12の表面に取り付けられる。複数のPTC素子60は、複数のバスバー40,40aの間隔と同じ間隔で第2領域R12の表面にそれぞれ取り付けられている。各PTC素子60に接続された導体線52は、第2領域R12から第1領域R11を通って接続領域R13に延びる。
この状態で、FPC基板50a’が折曲線B1で谷折りされる。これにより、第1領域R11上に第2領域R12が重ね合わされる。上述のように、第1領域R11の幅と第2領域R12の幅とが略等しい。したがって、一端部領域R21においては、第2領域R12に取り付けられた複数のバスバー40,40aが第1領域R11の一方の側辺に沿うように配置される。それにより、一端部領域R21および他端部領域R22に渡って、全ての40,40aが第1領域R11の一方の側辺に沿うように所定の間隔で配置される(図13の点線部参照)。
FPC基板50a’においては、図11のFPC基板50aに比べて、折曲線B1と導体線52とが互いに交差する箇所が少ない。それにより、FPC基板50a’の折曲時に、導体線52に歪みが生じる箇所が減少する。
(7−3)
図14は、FPC基板50bの模式的平面図である。図14(a)には、折曲されていない状態のFPC基板50bが示され、図14(b)〜図14(d)には、段階的に折曲された状態のFPC基板50bが示される。なお、図14(a)〜図14(d)においては、PCT素子60の図示が省略される。また、各導体線52に関して、一端部のみが示される。また、ハッチングが付されたFPC基板50bの面が、FPC基板50bの裏面に相当する。
図14のFPC基板50bについて、図8のFPC基板50と異なる点を説明する。
図14(a)に示すように、FPC基板50bにおいては、接続領域R13が設けられず、FPC基板50bの一端部から折曲線B1に沿って切れ込みG1が形成される。これにより、第1領域R11の一端部側の部分と第2領域R12の一端部側の部分とが互いに分離される。
第1領域R11に形成される複数(本例では5つ)の導体線52の一端部は、第1領域R11の一端部の裏面側に露出するように設けられる。第2領域R12に形成される複数(本例では5つ)の導体線52の一端部は、第2領域R12の一端部の表面側に露出するように設けられる。
まず、図14(b)に示すように、第1領域R11の裏面側に第2領域R12が重なるように、FPC基板50bが折曲線B1で山折りされる。次に、図14(c)に示すように、第1領域R11が、Y方向に対して45度の角度をなす折曲線B12で谷折りされるとともに、折曲線B12に平行な折曲線B13で山折りされる。
続いて、図14(d)に示すように、第2領域R12が、折曲線B12に重なる折曲線B14で山折りされるとともに、折曲線B14に平行な折曲線B15で谷折りされる。これにより、第1領域R11の折曲線B12,B13間の表面の部分に第2領域R12の折曲線B14,B15間の表面の部分が重なるとともに、第1領域R11の一端部と第2領域R12の一端部とが互いに近接した状態になる。また、第1領域R11の一端部の下面(本例では裏面)側および第2領域R12の一端部の下面(本例では表面)側に複数の導体線52の一端部がそれぞれ露出した状態になる。
そして、第1領域R11がY方向に平行な折曲線B16で下方に折曲されるとともに、第2領域R12が折曲線B16と共通の線上にある折曲線B17で下方に折曲される。
この状態で、複数のバスバー40,40aが複数のバッテリセル10に取り付けられる。また、第1領域R11の一端部で露出する複数の導体線52および第2領域R12の一端部で露出する複数の導体線52が、プリント回路基板21上の複数の接続端子22にそれぞれ接続される。
FPC基板50bにおいては、第1領域R11の一端部側の部分と第2領域R12の一端部側の部分とが互いに分離されることにより、FPC基板50bの取付時またはFPC基板50bの振動時に、FPC基板50bに生じる歪みが分散される。それにより、FPC基板50bの破損および導体線52の断線がより確実に防止される。
(7−4)
図15は、FPC基板50cの模式的平面図である。図15(a)には、折曲されていない状態のFPC基板50cが示され、図15(b)〜図15(d)には、段階的に折曲された状態のFPC基板50cが示される。なお、図15(a)〜図15(d)においては、PCT素子60の図示が省略される。また、各導体線52に関して、一端部のみが示される。また、ハッチングが付されたFPC基板50cの面が、FPC基板50cの裏面に相当する。
図15のFPC基板50cについて、図14のFPC基板50bと異なる点を説明する。
図15(a)に示すように、FPC基板50cにおいては、第2領域R12に形成される複数の導体線52の一端部が、第2領域R12の一端部の裏面側に露出するように設けられる。図14のFPC基板50bと同様に、FPC基板50cは、折曲線B1,B12〜B15で折曲される(図15(b)〜図15(d))。この場合、図15(d)に示すように、第1領域R11の一端部の下面(本例では裏面)側に複数の導体線52の一端部が露出し、第2領域R12一端部の上面(本例では裏面)側に複数の導体線52の一端部が露出した状態になる。
FPC基板50cは、さらに折曲線B16,B17で下方に折曲される。この状態で、第1領域R11の一端部がプリント回路基板21の一面側に配置され、第2領域R12の一端部がプリント回路基板21の他面側(プリント回路基板21と一端部のバッテリセル10との間)に配置される。この場合、導体線52が露出する第1領域R11の裏面がプリント回路基板21の一面に対向し、導体線52が露出する第2領域R12の裏面がプリント回路基板21の他面に対向する。
プリント回路基板21の一面には、第1領域R11の複数の導体線52に対応する複数の接続端子が形成され、プリント回路基板21の他面には、第2領域R12の複数の導体線52に対応する複数の接続端子が形成される。
第1領域R11の一端部で露出する複数の導体線52は、プリント回路基板21の一面に設けられた複数の接続端子にそれぞれ接続され、第2領域R12の一端部で露出する複数の導体線52は、プリント回路基板21の他面に設けられた複数の接続端子にそれぞれ接続される。
このように、第1領域R11に形成された導体線52がプリント回路基板21の一面に接続され、第2領域R12に形成された導体線52がプリント回路基板21の他面に接続される。それにより、第1領域R11および第2領域R12に形成された導体線52がプリント回路基板21の共通の面に接続される場合に比べて、FPC基板50cとプリント回路基板21との接続強度が向上する。それにより、導体線52の断線および短絡がより確実に防止される。
(7−5)
サーミスタ11(図2)を接続するための接続端子がFPC基板に設けられてもよい。
図16は、サーミスタ11を接続するための接続端子が設けられたFPC基板50dの模式的平面図および模式的側面図である。図16(a)には、折曲されていない状態のFPC基板50dの模式的平面が示され、図16(b)および図16(c)には、折曲された状態のFPC基板50dが示される。なお、図16(a)〜図16(c)においては、導体線51,52の図示が省略される。
図16のFPC基板50dについて、図8のFPC基板50と異なる点を説明する。
図16(a)に示すように、FPC基板50dにおいては、第1領域R11上に、サーミスタ11を接続するための接続端子70が設けられる。接続端子70と接続領域R13(図8参照)との間で延びるように、導体線53が第1領域R11に設けられる。また、折曲線B1を挟んで接続端子70に隣り合う第2領域R12の部分に開口70aが形成される。
図16(b)および図16(c)に示すように、第1領域R11上に第2領域R12が重なるように、FPC基板50dが折曲線B1で折曲される。それにより、接続端子70上に開口70aが重なり、開口70a内で接続端子70が露出した状態になる。
この状態で、開口70aを通して接続端子70に接続線71の一端部が接続される。接続線71の他端部は、サーミスタ11(図2)に接続される。これにより、サーミスタ11が接続線71および導体線53を介してプリント回路基板21(図2)に接続される。
このように、サーミスタ11がFPC基板50dに接続されることにより、サーミスタ11が接続線71を介してプリント回路基板21に直接接続される場合に比べて、接続線71の長さを小さくすることができる。それにより、接続線71が断線しにくくなる。また、接続線71に要するコストを低減することができる。
また、第2領域R12に形成された開口70aを通して接続線71が接続端子70に接続されることにより、FPC基板50dが折曲された状態でも接続線71と接続端子70との接続性を確実に維持することができる。
なお、複数組の接続端子70および開口70aを設けることが好ましい。この場合、各サーミスタ11を近接する接続端子70に選択的に接続することができる。
また、上記のFPC基板50a〜50cにおいても、FPC基板50dと同様の接続端子70、導体線53および開口70aが設けられてもよい。
(7−6)
図17は、サーミスタ11を接続するための接続端子が設けられたFPC基板50eの模式的平面図および模式的側面図である。図17(a)には、折曲されていない状態のFPC基板50eの模式的平面が示され、図17(b)および図17(c)には、折曲された状態のFPC基板50eが示される。なお、図17(a)〜図17(c)においては、導体線51,52の図示が省略される。
図17のFPC基板50eについて、図16のFPC基板50dと異なる点を説明する。
図17(a)に示すように、FPC基板50eにおいては、折曲線B1を挟んで接続端子70に隣り合う第2領域R12の部分にスリット状の切れ込み70bが形成される。
図17(b)および図17(c)に示すように、第2領域R12が第1領域R11に対して上方に90度の角度をなすように、FPC基板50dが折曲線B1で折曲される。この状態で、切れ込み70bを通して接続端子70に接続線71の一端部が接続される。接続線71の他端部は、サーミスタ11(図2)に接続される。これにより、サーミスタ11が接続線71および導体線53を介してプリント回路基板21(図2)に接続される。
この場合、第2領域R12に形成された切れ込み70bを通して接続線71が接続端子70に接続されることにより、FPC基板50dが折曲された状態でも接続線71と接続端子70との接続性を確実に維持することができる。
なお、複数組の接続端子70および開口70bを設けることが好ましい。この場合、各サーミスタ11を近接する接続端子70に選択的に接続することができる。
また、上記のFPC基板50aにおいても、FPC基板50eと同様の接続端子70、導体線53および切れ込み70bが設けられてもよい。
(7−7)
図18は、サーミスタ11を接続するための接続端子が設けられたFPC基板50fの模式的平面図である。図18には、折曲されていない状態のFPC基板50fが示される。
図18のFPC基板50fについて、図8のFPC基板50と異なる点を説明する。
図18に示すように、FPC基板50fにおいては、サーミスタ11を接続するための複数の接続端子72が第2領域R12においてX方向に沿って並ぶように設けられる。複数の接続端子72と接続領域R13(図8)との間で延びるように、複数の導体線53aが形成される。複数の導体線53aは、第2領域R12において互いに並列にX方向に延びる。また、各PTC素子60に接続された導体線52が、第1領域R11においてX方向に延びるように設けられる。
折曲線B1を挟んで互いに隣り合う導体線52と導体線53aとの間隔d1は、第1領域R11上で互いに隣り合う導体線52の間隔d2よりも大きく、第2領域R21上で互いに隣り合う導体線53aの間隔d3よりも大きい。これにより、FPC基板50の折曲時に、導体線52,53aに長い距離にわたる歪みが生じることが防止される。それより、導体線52,53aの破損が防止される。
なお、FPC基板50d,50e,50fを用いる場合、接続線71がFPC基板50d,50e,50fの下側を通して接続端子70,72に接続されることが好ましい。この場合、接続線71が外部と接触しにくくなるので、接続線71の破損が防止される。
(7―8)
図19は、FPC基板50gの模式的平面図である。図19には、折曲されていない状態のFPC基板50gが示される。
図19のFPC基板50gについて、図8のFPC基板50と異なる点を説明する。
FPC基板50gは、バスバー40,40aの取付片42,46に固定される部分の間に、X方向に延びる切り欠き55を有する。Y方向において、切り欠き55の縁部は、バスバー40,40aの取付片42,46の先端部よりも内側にあることが好ましい。
この場合、隣接するバスバー40,40a間におけるFPC基板50gの領域がより柔軟に撓むことができる。そのため、FPC基板50gに外部応力が加わっても、FPC基板50gの破損および導体線51,52の断線がより確実に防止される。また、製造誤差等によって、バッテリセル10に対する各バスバー40,40aの取付位置がずれても、FPC基板50gが柔軟に撓むことによりFPC基板50gを各バスバー40,40aに安定に固定することができる。
なお、上記のFPC基板50a〜50fにおいても、FPC基板50gと同様の切り欠き55が設けられてもよい。
(7―9)
図20(a)はFPC基板50hの模式的平面図であり、図20(b)はFPC基板50hの模式的側面図である。図20(a),(b)には、折曲されていない状態のFPC基板50hが示される。
図20のFPC基板50hについて、図19のFPC基板50gと異なる点を説明する。
FPC基板50hの切り欠き55間の凸状の領域には、X方向に沿った3本の折曲部T1,T2,T3が形成される。折曲部T1,T2,T3はバスバー40,40aの取付片42,46とPTC素子60との間に設けられる。FPC基板50hは、折曲部T2において山折りされ、折曲部T1,T3において谷折りされる。折曲部T3は、切り欠き55の縁部の延長線上に設けられることが好ましい。
この場合、製造誤差等によって、バッテリセル10に対する各バスバー40,40aの取付位置がずれていても、FPC基板50hに生じる歪みが折曲部T1〜T3においてより緩和される。それにより、FPC基板50hを各バスバー40,40aに安定に固定することができる。
なお、上記のFPC基板50a〜50fにおいても、FPC基板50hと同様の切り欠き55および折曲部T1〜T3が設けられてもよい。
(8)PTC素子の他の配置例
(8−1)
図21(a),(b)は、PTC素子60の他の配置例を示す模式的平面図および模式的側面図である。図21の例が図8の例と異なるのは、次の点である。
図21(a),(b)の例では、FPC基板50の裏面に複数のバスバー40,40aの取付片42,46がそれぞれ取り付けられる。各バスバー40の一方の取付片42上におけるFPC基板50の表面の部分にPTC素子60が取り付けられる。また、各バスバー40の他方の取付片42上におけるFPC基板50の部分にスルーホールH1が形成される。各導体線51の一端部は、スルーホールH1を通して各バスバー40の他方の取付片42に接続され、各導体線51の他端部は、各バスバー40の一方の取付片42上においてPTC素子60の一方の端子に接続される。
(8−2)
図22(a),(b)は、PTC素子60のさらに他の配置例を示す模式的平面図および模式的側面図である。図22の例が図8の例と異なるのは、次の点である。
図22(a),(b)の例では、FPC基板50の裏面に複数のバスバー40,40aの取付片42,46がそれぞれ取り付けられる。各バスバー40の一方の取付片42上におけるFPC基板50の表面の部分にPTC素子60が取り付けられる。また、各バスバー40の一方の取付片42上におけるFPC基板50の部分にスルーホールH2が形成される。各導体線51の一端部は、スルーホールH2を通して各バスバー40の一方の取付片42に接続され、各導体線51の他端部は、各バスバー40の一方の取付片42上においてPTC素子60の一方の端子に接続される。
組立て時には、バスバー40,40aをFPC基板50に取り付けた後に、PTC素子60をFPC基板50に取り付けることがある。その場合、PTC素子60の取付時にFPC基板50が撓むと、PTC素子60を導体線51,52に正確に位置決めすることが困難になる。
図21および図22の例では、バスバー40の取付片42によって支持されたFPC基板50の部分にPTC素子60が取り付けられる。そのため、FPC基板50におけるPTC素子60の取り付け部分が撓むことがないので、PTC素子60を導体線51,52に容易かつ正確に接続することができる。
なお、図6(b)に示したバスバー40aにおいても同様に、取付片46上におけるFPC基板50の部分にPTC素子60が取り付けられてもよい。その場合、バスバー40aの取付片46上におけるFPC基板50の部分にスルーホールが形成される。導体線51の一端部は、そのスルーホールを通してバスバー40aの取付片46に接続される。
なお、上記のFPC基板50a〜50hにおいて、図21および図22の例と同様に、取付片46上におけるFPC基板50a〜50hの表面の部分にPTC素子60が取り付けられてもよい。
(9)バスバーの電極接続孔の変形例
図23は、バスバー40,40aの変形例を示す模式的平面図である。図23に示すバスバー40x,40yが上記実施の形態のバスバー40,40aと異なるのは次の点である。
2電極用のバスバー40xには、一対の円形の電極接続孔43の代わりに、X方向に延びる楕円形の電極接続孔43aおよびY方向に延びる楕円形の電極接続孔43bが形成される。1電極用のバスバー40yには、円形の電極接続孔47の代わりに、X方向に延びる楕円形の電極接続孔47aが形成される。
この場合、バスバー40x,40yの電極接続孔43a,43b,47aの各々にバッテリセル10のプラス電極10aまたはマイナス電極10bが挿入された状態で、バスバー40x,40yをX方向およびY方向にずらすことができる。それにより、製造誤差または各バッテリセル10の体積の増減等によって、各バッテリセル10のプラス電極10aまたはマイナス電極10b(図3)の位置がずれても、バスバー40x,40yの位置を適切に調整することができる。それにより、FPC基板50に生じる歪みを緩和することができる。
なお、バスバー40x,40yの電極接続孔43a,43b,47aの形状は適宜変更してもよく、例えば電極接続孔43a,47aをY方向に延びる楕円形状にしてもよく、または電極接続孔43bをX方向に延びる楕円形状にしてもよい。また、電極接続孔43a,43b,47aを長方形状または三角形状等の他の形状にしてもよい。
また、バスバー40x,40yが上記のFPC基板50a〜50hに取り付けられてもよい。
(10)バッテリモジュールの他の例
図24は、バッテリモジュール100の他の例を示す外観斜視図である。図24のバッテリモジュール100について、図2のバッテリモジュール100と異なる点を説明する。
図24のバッテリモジュール100においては、各バッテリセル10の上面の一端部近傍および他端部近傍から上方に突出するようにプラス電極10aおよびマイナス電極10bがそれぞれ設けられている。隣り合う各2個の電極10a,10bに、平板状のバスバー40pが嵌め込まれる。その状態で、電極10a,10bがバスバー40pにレーザ溶接される。それにより。複数のバッテリセル10が直列に接続される。
複数のバスバー40pは、X方向に沿って2列に配列される。2列のバスバー40pの内側に、2枚のFPC基板50が配置される。一方のFPC基板50は、複数のバッテリセル10のガス抜き弁10vに重ならないように、複数のバッテリセル10のガス抜き弁10vと一方の1列の複数のバスバー40pとの間に配置される。同様に、他方のFPC基板50は、複数のバッテリセル10のガス抜き弁10vに重ならないように、複数のバッテリセル10のガス抜き弁10vと他方の1列の複数のバスバー40pとの間に配置される。
一方のFPC基板50は、一方の1列の複数のバスバー40pに共通して接続されている。他方のFPC基板50は、他方の1列の複数のバスバー40pに共通して接続されている。各FPC基板50は、一方の端面枠92の上端部分で下方に向かって折り返され、プリント回路基板21に接続されている。
各FPC基板50は、図7のFPC基板50と同様の構成を有し、折曲線B1において2重に折り重ねられる。この場合、各FPC基板50の幅が大きくても、各FPC基板50が折曲されることにより、各FPC基板50がガス抜き弁10vに重なることが防止される。それにより、バッテリセル10内部の圧力が所定の値まで上昇してガス抜き弁10vからガスが排出される場合に、各FPC基板50がガスの排出の妨げとなることが防止される。また、ガスの排出によるFPC基板50の損傷を防止することができる。
プリント回路基板21の両端部および下部を保護するように、一対の側面部および底面部を有する保護部材95が端面枠92に取り付けられている。プリント回路基板21は、保護部材95で覆われることにより保護される。プリント回路基板21上には、検出回路20が設けられている。
複数のバッテリセル10の下面に接するように冷却板96が設けられる。冷却板96は冷媒流入口96aおよび冷媒流出口96bを有する。冷却板96の内部には冷媒流入口96aおよび冷媒流出口96bにつながる循環経路が形成されている。冷媒流入口96aに冷却水等の冷媒が流入すると、冷媒は冷却板96内部の循環経路を通過して冷媒流出口96bから流出する。これにより冷却板96が冷却される。その結果、複数のバッテリセル10が冷却される。
なお、図24の例では、図9(a)の例と同様に各FPC基板50が折曲されるが、図9(b)〜図9(d)の例と同様に各FPC基板50が折曲されてもよい。また、図24のバッテリモジュール100において、FPC基板50の代わりに、上記のFPC基板50a〜50hを用いてもよい。
(11)2組のバッテリモジュールが互いに接続された例
(11−1)
図25は、2組のバッテリモジュール100が互いに接続された構成の一例を示す図である。図25(a)は、2組のバッテリモジュール100の模式的平面図であり、図25(b)は、図25(a)の例で用いられる一方のFPC基板の展開図である。
以下では、1組のバッテリモジュール100は1個のバッテリモジュール100からなる。すなわち、1組のバッテリモジュール100とは、1個のバッテリモジュール100により組が形成されることを表す。また、2組のバッテリモジュール100は2個のバッテリモジュール100からなる。すなわち、2組のバッテリモジュール100とは、2個のバッテリモジュール100により組が形成されることを表す。同様に、n(nは3以上の自然数)組のバッテリモジュール100はn個のバッテリモジュール100からなる。すなわち、n組のバッテリモジュール100とは、n個のバッテリモジュール100により組が形成されることを表す。
図25のバッテリモジュール100の各々は、以下の点を除いて、図24のバッテリモジュール100と同様の構成を有する。
図25ならびに後述の図26および図27においては、2組のバッテリモジュール100を区別するために、一方のバッテリモジュール100をバッテリモジュール100aと呼び、他方のバッテリモジュール100をバッテリモジュール100bと呼ぶ。
図25(a)に示すように、2組のバッテリモジュール100a,100bは、X方向(複数のバッテリセル10が並ぶ方向)に沿って一列に配置されている。バッテリモジュール100aの最も高い電位の電極10aに取り付けられたバスバー40pとバッテリモジュール100bの最も低い電位の電極10bに取り付けられたバスバー40pとが、帯状のバスバー501aを介して互いに接続される。これにより、2組のバッテリモジュール100a,100bの全てのバッテリセル10が直列接続される。バスバー501aは、図1の電源線501に相当する。
本例では、2組のバッテリモジュール100a,100bに共通に1個の検出回路20および2枚のFPC基板50kが設けられる。検出回路20を含むプリント回路基板21は、バッテリモジュール100bの外側の端面枠92に取り付けられる。2枚のFPC基板50kは、バッテリモジュール100a,100b上でX方向に延びるようにそれぞれ設けられ、バッテリモジュール100a,100bの各バスバー40pに取り付けられる。各FPC基板50kは、プリント回路基板21に接続される。
図25(b)示すように、各FPC基板50kは、図11に示したFPC基板50aと同様の形状を有し、一端部領域R21および他端部領域R22を含む。一端部領域R21は、第1領域R11および第2領域R12を含み、他端部領域R22は、第1領域R11のみを含む。第1領域R11の長さ(長手方向における長さ)は、バッテリモジュール100のX方向における長さの略2倍であり、第2領域R12の長さ(長手方向における長さ)は、バッテリモジュール100のX方向における長さと略等しい。バッテリモジュール100a上に他端部領域R22が配置され、バッテリモジュール100b上に一端部領域R21が配置される。
この場合、検出回路20およびFPC基板50kをバッテリモジュール100a,100bごとに設ける必要がないので、図1のバッテリシステム500の構成が単純化し、低コスト化が実現される。また、図1のバッテリECU101と通信を行う検出回路20の個数が低減されることにより、バッテリシステム500全体の処理速度が向上する。
本例では、各FPC基板50kが2組のバッテリモジュール100a,100bに共通に設けられるので、FPC基板50kに設けられる導体線52(図11参照)の数が増加し、FPC基板50kの幅(長手方向に垂直な方向における長さ)が大きくなる。その場合でも、FPC基板50kが折曲されることにより、導体線52の幅およびピッチを小さくすることなく、FPC基板50kの占有面積を小さくすることができる。それにより、バッテリモジュール100a,100bのガス抜き弁10vに各FPC50kが重なることが防止される。したがって、バッテリセル10内部の圧力が所定の値まで上昇してガス抜き弁10vからガスが排出される場合に、各FPC基板50kがガスの排出の妨げとなることが防止される。また、ガスの排出によるFPC基板50kの損傷を防止することができる。
また、本例では、バッテリモジュール100bに取り付けられたプリント回路基板21から遠いほどFPC基板50kに形成される導体線52(図11参照)の数が少なくなる。そこで、バッテリモジュール100a上におけるFPC基板50kの幅がバッテリモジュール100b上におけるFPC基板50kの幅よりも小さく設定される。それにより、FPC基板50kの無駄が削減され、製造コストが抑制される。
なお、本例では、第2領域R12の長さがバッテリモジュール100のX方向における長さと略等しいが、導体線52の本数および配置に応じて第2領域R12の長さを適宜変更してもよい。すなわち、導体線52の本数が多くなって第1領域R11のみでは導体線52の配置スペースが不足する箇所に第2領域R12が設けられてもよい。
また、本例では、2列に配置されたバスバー40pの内側に各FPC基板50kが配置されるが、2列に配置されたバスバー40pの外側に各FPC基板50kが配置されてもよい。
(11−2)
図26は、2組のバッテリモジュール100が互いに接続された構成の他の例を示す図である。図26(a)は、2組のバッテリモジュール100の模式的平面図であり、図26(b)は、図26(a)の例で用いられる一方のFPC基板の展開図である。図26のバッテリモジュール100の各々は、以下の点を除いて、図2のバッテリモジュール100と同様の構成を有する。
図26(a)に示すように、2組のバッテリモジュール100a,100bは、X方向(複数のバッテリセル10が並ぶ方向)に沿って一列に配置されている。バッテリモジュール100aの最も高い電位の電極10aに取り付けられたバスバー40aとバッテリモジュール100bの最も低い電位の電極10bに取り付けられたバスバー40aとが、帯状のバスバー501aを介して互いに接続される。これにより、2組のバッテリモジュール100a,100bの全てのバッテリセル10が直列接続される。
本例では、2組のバッテリモジュール100a,100bに共通に1個の検出回路20および2枚のFPC基板50mが設けられる。検出回路20を含むプリント回路基板21は、バッテリモジュール100bの外側の端面に取り付けられる。2枚のFPC基板50mは、バッテリモジュール100a,100b上でX方向に延びるようにそれぞれ設けられ、バッテリモジュール100a,100bの各バスバー40,40aに取り付けられる。各FPC基板50mは、プリント回路基板21に接続される。バスバー501aは、図1の電源線501に相当する。
図26(b)に示すように、各FPC基板50mは、図13に示したFPC基板50a’と同様の形状を有し、一端部領域R21および他端部領域R22を含む。一端部領域R21は、第1領域R11および第2領域R12を含み、他端部領域R22は、第1領域R11のみを含む。第1領域R11の幅と第2領域R12の幅は略等しい。第1領域R11の長さは、バッテリモジュール100のX方向における長さの略2倍であり、第2領域R12の長さは、バッテリモジュール100のX方向における長さと略等しい。
バッテリモジュール100a上に他端部領域R22が配置され、バッテリモジュール100b上に一端部領域R21が配置される。バッテリモジュール100aのバスバー40,40aは、各FPC基板50mの他端部領域R22の第1領域R11に取り付けられ、バッテリモジュール100bのバスバー40,40aは、各FPC基板50mの一端部領域R21の第2領域R12に取り付けられる。
この場合、検出回路20およびFPC基板50mをバッテリモジュール100a,100bごとに設ける必要がないので、図1のバッテリシステム500の構成が単純化し、低コスト化が実現される。また、図1のバッテリECU101と通信を行う検出回路20の個数が低減されることにより、バッテリシステム500全体の処理速度が向上する。
本例では、各FPC基板50mが2組のバッテリモジュール100a,100bに共通に設けられるので、FPC基板50mに形成される導体線52(図11参照)の数が増加し、FPC基板50mの幅(長手方向に垂直な方向における長さ)が大きくなる。その場合でも、FPC基板50mが折曲されることにより、導体線52の幅およびピッチを小さくすることなく、FPC基板50mの占有面積を小さくすることができる。
また、本例では、バッテリモジュール100bに取り付けられたプリント回路基板21から遠いほどFPC基板50mに形成される導体線52(図11参照)の数が少なくなる。そこで、バッテリモジュール100a上におけるFPC基板50mの幅がバッテリモジュール100b上におけるFPC基板50mの幅よりも小さく設定される。それにより、FPC基板50mの無駄が削減され、製造コストが抑制される。
また、FPC基板50mにおいては、折曲線B1と導体線52とが互いに交差する箇所が、図25のFPC基板50kに比べて少ない。それにより、FPC基板50mの折曲時に、導体線52に歪みが生じる箇所が減少される。
なお、本例では、第2領域R12の長さがバッテリモジュール100のX方向における長さと略等しいが、導体線52の本数および配置に応じて第2領域R12の長さを適宜変更してもよい。すなわち、導体線52の本数が多くなって第1領域R11のみでは導体線52の配置スペースが不足する箇所に第2領域R12が設けられてもよい。
また、本例では、2列に配置されたバスバー40,40aの外側に各FPC基板50mが配置されるが、2列に配置されたバスバー40,40aの内側に各FPC基板50mが配置されてもよい。
また、図26のバッテリモジュール100a,100bにおいて、FPC基板50mの代わりに、図25のFPC基板50kを用いてもよい。逆に、図25のバッテリモジュール100a,100bにおいて、FPC基板50kの代わりに、図26のFPC基板50mを用いてもよい。
また、図25および図26のバッテリモジュール100a,100bにおいて、FPC基板50k,50mの代わりに、上記のFPC基板50,50b〜50hを用いてもよい。ただし、FPC基板50k,50mの代わりにFPC基板50,50b〜50hが用いられる場合には、FPC基板50,50b〜50hのX方向における長さが、FPC基板50k,50mと同様に設定される。
また、図25または図26の例では、2組のバッテリモジュール100a,100bに共通に1つの検出回路20および2枚のFPC基板50kまたは2枚のFPC基板50mが設けられるが、3組以上のバッテリモジュールに共通に1つの検出回路20および2枚のFPC基板50kまたは2枚のFPC基板50mが設けられてもよい。
(11−3)
図27は、2組のバッテリモジュール100が互いに接続された構成の他の例を示す模式的平面図および模式的側面図である。なお、図27(b)には、図27(a)のA−A線から見た一方のバッテリモジュール100の側面が示される。図27のバッテリモジュール100の各々は、以下の点を除いて、図2のバッテリモジュール100と同様の構成を有する。
図27(a)に示すように、2組のバッテリモジュール100a,100bは、X方向(複数のバッテリセル10が並ぶ方向)に沿って一列に配置されている。
2組のバッテリモジュール100a,100b間では、互いに近接する端部に設けられた2つのバスバー40aが帯状のバスバー501aを介して接続されている。これにより、2組のバッテリモジュール100a,100bの全てのバッテリセル10が直列接続される。本例におけるバスバー501aが図1の電源線501に相当する。なお、図27(b)においては、バスバー501aの図示は省略する。
本例では、2組のバッテリモジュール100a,100bに対応して1個の検出回路20が設けられる。検出回路20を含むプリント回路基板21は、バッテリモジュール100bの外側の端面に取り付けられている。
バッテリモジュール100aは、FPC基板50の代わりにFPC基板50iを有し、バッテリモジュール100bは、FPC基板50の代わりにFPC基板50jを有する。
FPC基板50i,50jが図8のFPC基板50と異なるのは、次の点である。FPC基板50i,50jは、折曲線B1(図8)で折曲されない。また、FPC基板50iは、X方向においてFPC基板50の略2倍の長さを有する。
バッテリモジュール100bの2枚のFPC基板50jは、バッテリモジュール100bの上面でX方向に延び、2枚のFPC基板50jの接続領域R13が、共通のプリント回路基板21に接続される(図27(b))。バッテリモジュール100aの2枚のFPC基板50iは、バッテリモジュール100aの上面でX方向に延び、さらにバッテリモジュール100bの上面でFPC基板50j上に重なるようにX方向に延びる。その状態で、2枚のFPC基板50iの接続領域R13が、共通のプリント回路基板21に接続される(図27(b))。
このようにして、各バッテリモジュール100a,100bの2枚のFPC基板50i,50jが共通のプリント回路基板21に接続される。それにより、バッテリモジュール100a,100bの複数のバスバー40,40aと検出回路20とが電気的に接続される。したがって、検出回路20が2組のバッテリモジュール100a,100bに共通に用いられる。
FPC基板50iは第1の基板の例であり、FPC基板50jは第2の基板の例である。FPC基板50i,50jは、互いに重なるように配置されることにより、互いに異なる面上に配置される。
この場合、検出回路20をバッテリモジュール100a,100bごとに設ける必要がないので、図1のバッテリシステム500の構成が単純化し、低コスト化が実現される。また、図1のバッテリECU101と通信を行う検出回路20の個数が低減されることにより、バッテリシステム500全体の処理速度が向上する。
また、本例では、バッテリモジュール100bの上面で、FPC基板50i,50jが互いに重なるように配置される。それにより、FPC基板50i,50jが共通の面上で並べて配置される場合に比べて、省スペース化が実現される。
なお、本例において、FPC基板50i,50jの代わりに、上記のFPC基板50,50a〜50h,50k,50mを用いてもよい。ただし、FPC基板50iの代わりにFPC基板50,50a〜50hを用いる場合には、FPC基板50,50a〜50hのX方向における長さを、FPC基板50iと同様に設定する必要がある。
また、図27の例では、2組のバッテリモジュール100a,100bに共通に1つの検出回路20が設けられ、2枚のFPC基板50i,50jが互いに重なるように配置されるが、3組以上のバッテリモジュールに共通に1つの検出回路20が設けられ、3枚以上のFPC基板が互いに重なるように設けられてもよい。
(12)さらに他の変形例
(12−1)
上記実施の形態では、複数のバッテリセル10が直列に接続されるが、これに限らず、複数のバッテリセル10の一部または全部が並列に接続されてもよい。また、必要な電圧が得られるように直列接続するバッテリセル10の数を設定し、必要な電流が得られるように並列接続するバッテリセル10の数を設定してもよい。
(12−2)
PTC素子60の代わりに、電流がある値よりも大きくなった場合に電流を遮断するヒューズ等を用いてもよい。また、ヒューズとして、導電性粒子の誘電泳動力によりオフ状態からオン状態に自動的に復帰する自己回復性マイクロヒューズ(SRF:Self-Recovering micro Fuse)を用いてもよい。
(12−3)
上記実施の形態では、金属製のプレートに貫通孔を形成し、曲げ加工等を施すことにより作製されるバスバー40,40aの構造について説明したが(図6参照)、バスバー40,40aは必ずしも金属製のプレートにより構成される必要はない。
例えば、図6(a)のバスバー40に代えて、略直方体形状を有する金属製のブロックに、各バッテリセル10の電極10a,10bに対応する一対の電極接続孔43が形成された構造体を、バスバー40として用いてもよい。
この場合、隣接するバッテリセル10のプラス電極10aおよびマイナス電極10bがバスバー40に形成された一対の電極接続孔43に嵌め込まれる。この状態で、各電極10a,10bのかしめ加工を行うことにより、バッテリセル10にバスバー40が取り付けられる。
また、図6(b)のバスバー40aに代えて、立方体形状を有する金属製のブロックに、バッテリセル10のプラス電極10aまたはマイナス電極10bに対応する電極接続孔47が形成された構造体を、バスバー40aとして用いてもよい。
この場合、バッテリセル10のプラス電極10aまたはマイナス電極10bがバスバー40aに形成された電極接続孔47に嵌め込まれる。この状態で、プラス電極10aまたはマイナス電極10bのかしめ加工を行うことにより、バッテリセル10にバスバー40aが取り付けられる。
(12−4)
上記実施の形態では、バッテリモジュール100の各バッテリセル10の端子電圧が導体線51,52を介して検出されるが、バッテリセル10として例えばニッケル水素電池が用いられる場合には、バッテリモジュール100の端子電圧が導体線51,52を介して検出されてもよい。その場合、複数の導体線51,52および複数のPTC素子60のうち、バッテリモジュール10の両端に配置されるバッテリセル10(1番目のバッテリセル10および18番目のバッテリセル10)に取り付けられたバスバー40aに対応する導体線51,52およびPTC素子60のみが設けられてもよい。また、1番目のバッテリセル10のマイナス電極10bおよび18番目のバッテリセル10のプラス電極10aのそれぞれに電圧検出線が直接接続されてもよい。
(12−5)
上記の実施の形態ではバッテリモジュールを構成するバッテリセルとして、扁平な略直方体形状を有するバッテリセル10が用いられるが、これに限らず、バッテリモジュールを構成するバッテリセルとして、円柱形状を有するバッテリセルまたはラミネート型のバッテリセルを用いてもよい。
ラミネート型のバッテリセルは例えば次のように作製される。まず、セパレータを挟んで正極および負極が配置された電池要素を樹脂製のフィルムからなる袋内に収容する。続いて、電池要素が収容された袋を密閉し、形成された密閉空間に電解液を注入することにより作製される。
(13)バッテリシステムの具体的な配置例
(13−1)
図28は、バッテリシステム500の具体的な配置例を示す模式的平面図である。
図28のバッテリシステム500は、4組のバッテリモジュール100、バッテリECU101、コンタクタ102、HV(High Voltage;高圧)コネクタ520およびサービスプラグ530を備える。各バッテリモジュール100は、図2のバッテリモジュール100と同様の構成を有する。
以下の説明において、4組のバッテリモジュール100をそれぞれバッテリモジュール100a,100b,100c,100dと呼ぶ。また、バッテリモジュール100a,100b,100c,100dにそれぞれ設けられる一対の端面枠92のうち、プリント回路基板21(図2)が取り付けられる端面枠92を端面枠92aと呼び、プリント回路基板21が取り付けられない端面枠92を端面枠92bと呼ぶ。図28においては、端面枠92aにハッチングが付されている。
バッテリモジュール100a,100b,100c,100d、バッテリECU101、コンタクタ102、HVコネクタ520およびサービスプラグ530は、箱型のケーシング550内に収容される。
ケーシング550は、側面部550a,550b,550c,550dを有する。側面部550a,550cは互いに平行であり、側面部550b,550dは互いに平行でありかつ側面550a,550cに対して垂直である。
ケーシング550内において、バッテリモジュール100a,100bは、所定の間隔で一列に並ぶように配置される。この場合、バッテリモジュール100aの端面枠92bとバッテリモジュール100bの端面枠92aとが互いに向き合うように、バッテリモジュール100a,100bが配置される。バッテリモジュール100c,100dは、所定の間隔で一列に並ぶように配置される。この場合、バッテリモジュール100cの端面枠92aとバッテリモジュール100dの端面枠92bとが互いに向き合うように、バッテリモジュール100c,100dが配置される。以下、一列に並ぶように配置されたバッテリモジュール100a,100bをモジュール列T1と呼び、一列に並ぶように配置されたバッテリモジュール100c,100dをモジュール列T2と呼ぶ。
ケーシング550内において、側面部550aに沿ってモジュール列T1が配置され、モジュール列T1と並列にモジュール列T2が配置される。モジュール列T1のバッテリモジュール100aの端面枠92aが側面部550dに向けられ、バッテリモジュール100bの端面枠92bが側面部550bに向けられる。また、モジュール列T2のバッテリモジュール100cの端面枠92bが側面部550dに向けられ、バッテリモジュール100dの端面枠92aが側面部550bに向けられる。
モジュール列T2と側面部550cとの間の領域に、バッテリECU101、サービスプラグ530、HVコネクタ520およびコンタクタ102がこの順で側面部550dから側面部550bへ並ぶように配置される。
バッテリモジュール100a,100b,100c,100dの各々において、端面枠92aに隣り合うバッテリセル10(18番目のバッテリセル10)のプラス電極10a(図3)の電位が最も高く、端面枠92bに隣り合うバッテリセル10(1番目のバッテリセル10)のマイナス電極10b(図3)の電位が最も低い。以下、各バッテリモジュール100a〜100dにおいて最も電位が高いプラス電極10aを高電位電極10Aと呼び、各バッテリモジュール100a〜100dにおいて最も電位が低いマイナス電極10bを低電位電極10Bと呼ぶ。
バッテリモジュール100aの低電位電極10Bとバッテリモジュール100bの高電位電極10Aとは、帯状のバスバー501aを介して互いに接続される。バッテリモジュール100cの高電位電極10Aとバッテリモジュール100dの低電位電極10Bとは、帯状のバスバー501aを介して互いに接続される。バスバー501aは、図1の電源線501に相当する。なお、バスバー501aの代わりに、ハーネスまたはリード線等の他の接続部材が用いられてもよい。
バッテリモジュール100aの高電位電極10Aは電源線D1を介してサービスプラグ530に接続され、バッテリモジュール100cの低電位電極10Bは電源線D2を介してサービスプラグ530に接続される。電源線D1,D2は、図1の電源線501に相当する。サービスプラグ530がオンされた状態では、バッテリモジュール100a,100b,100c,100dが直列接続される。この場合、バッテリモジュール100dの高電位電極10Aの電位が最も高く、バッテリモジュール100bの低電位電極10Bの電位が最も低い。
サービスプラグ530は、例えばバッテリシステム500のメンテナンス時に作業者によりオフされる。サービスプラグ530がオフされた場合には、バッテリモジュール100a,100bからなる直列回路とバッテリモジュール100c,100dからなる直列回路とが電気的に分離される。そのため、各バッテリモジュール100a,100b,100c,100dの電圧が互いに等しい場合には、バッテリモジュール100a,100bからなる直列回路の総電圧とバッテリモジュール100c,100dからなる直列回路の総電圧とが等しくなる。これにより、メンテナンス時にバッテリシステム500内に高い電圧が発生することが防止される。
バッテリモジュール100bの低電位電極10Bは電源線D3を介してコンタクタ102に接続され、バッテリモジュール100dの高電位電極10Aは電源線D4を介してコンタクタ102に接続される。コンタクタ102は、電源線D5,D6を介してHVコネクタ520に接続される。電源線D3〜D6は、図1の電源線501に相当する。HVコネクタ520は、電動車両のモータ等の負荷に接続される。
コンタクタ102がオンされた状態では、バッテリモジュール100bが電源線D3,D5を介してHVコネクタ520に接続されるとともに、バッテリモジュール100dが電源線D4,D6を介してHVコネクタ520に接続される。すなわち、バッテリモジュール100a,100b,100c,100dとHVコネクタ520に接続された負荷とが直列回路を形成する。それにより、コンタクタ102がオンされた状態で、バッテリモジュール100a,100b,100c,100dから負荷に電力が供給され、また、バッテリモジュール100a,100b,100c,100dの充電が行われる。
コンタクタ102がオフされると、バッテリモジュール100bとHVコネクタ520との接続およびバッテリモジュール100dとHVコネクタ520との接続が遮断される。
バッテリモジュール100aのプリント回路基板21(図2)とバッテリモジュール100bのプリント回路基板21とは、通信線P1を介して互いに接続される。バッテリモジュール100aのプリント回路基板21とバッテリモジュール100cのプリント回路基板21とは、通信線P2を介して互いに接続される。バッテリモジュール100cのプリント回路基板21とバッテリモジュール100dのプリント回路基板21とは、通信線P3を介して互いに接続される。バッテリモジュール100bのプリント回路基板21は通信線P4を介してバッテリECU101に接続され、バッテリモジュール100dのプリント回路基板21は通信線P5を介してバッテリECU101に接続される。
上記のように、バッテリモジュール100a,100b,100c,100dの各々において、複数のバッテリセル10に関する情報(電圧、電流および温度)がプリント回路基板21上の検出回路20(図2)により検出される。以下、検出回路20により検出される複数のバッテリセル10に関する情報をセル情報と呼ぶ。
バッテリモジュール100aの検出回路20により検出されたセル情報は、通信線P2,P3,P5を介してバッテリECU101に与えられる。また、バッテリECU101から通信線P4,P1を介してバッテリモジュール100aのプリント回路基板21に所定の制御信号が与えられる。
バッテリモジュール100bの検出回路20により検出されたセル情報は、通信線P1,P2,P3,P5を介してバッテリECU101に与えられる。また、バッテリECU101から通信線P4を介してバッテリモジュール100bのプリント回路基板21に所定の制御信号が与えられる。
バッテリモジュール100cの検出回路20により検出されたセル情報は、通信線P3,P5を介してバッテリECU101に与えられる。また、バッテリECU101から通信線P4,P1,P2を介してバッテリモジュール100cのプリント回路基板21に所定の制御信号が与えられる。
バッテリモジュール100dの検出回路20により検出されたセル情報は、通信線P5を介してバッテリECU101に与えられる。また、バッテリECU101から、通信線P4,P1,P2,P3を介してバッテリモジュール100dのプリント回路基板21に所定の制御信号が与えられる。
なお、図28のバッテリシステム500において、図2のバッテリモジュール100の代わりに、図24のバッテリモジュール100を用いてもよい。
また、図25のバッテリモジュール100a,100bを図28のバッテリシステム500のバッテリモジュール100a,100bおよびバッテリモジュール100c,100dの少なくとも一方として用いてもよく、図26のバッテリモジュール100a,100bを図28のバッテリシステム500のバッテリモジュール100a,100bおよびバッテリモジュール100c,100dの少なくとも一方として用いてもよい。その場合、バッテリシステム500の構成が単純化し、低コスト化が実現される。また、検出回路20の個数が低減されることにより、バッテリシステム500全体の処理速度が向上する。
(13−2)
図29は、図28のバッテリシステム500における通信線の他の接続例を示す模式的平面図である。図29のバッテリシステム500について、図28のバッテリシステム500と異なる点を説明する。
バッテリモジュール100aのプリント回路基板21(図2)とバッテリモジュール100bのプリント回路基板21とは、通信線P11を介して互いに接続される。バッテリモジュール100aのプリント回路基板21とバッテリモジュール100cのプリント回路基板21とは、通信線P12を介して互いに接続される。バッテリモジュール100cのプリント回路基板21とバッテリモジュール100dのプリント回路基板21とは、通信線P13を介して互いに接続される。バッテリモジュール100bのプリント回路基板21は通信線P14を介してバッテリECU101に接続される。通信線P11〜P14によりバスが構成される。
バッテリモジュール100aの検出回路20により検出されたセル情報は、通信線P11,P14を介してバッテリECU101に与えられる。また、バッテリECU101から通信線P14,P11を介してバッテリモジュール100aのプリント回路基板21に所定の制御信号が与えられる。
バッテリモジュール100bの検出回路20により検出されたセル情報は、通信線P14を介してバッテリECU101に与えられる。また、バッテリECU101から通信線P14を介してバッテリモジュール100bのプリント回路基板21に所定の制御信号が与えられる。
バッテリモジュール100cの検出回路20により検出されたセル情報は、通信線P12,P11,P14を介してバッテリECU101に与えられる。また、バッテリECU101から通信線P14,P11,P12を介してバッテリモジュール100cのプリント回路基板21に所定の制御信号が与えられる。
バッテリモジュール100dの検出回路20により検出されたセル情報は、通信線P13,P12,P11,P14を介してバッテリECU101に与えられる。また、バッテリECU101から通信線P14,P11,P12,P13を介してバッテリモジュール100dのプリント回路基板21に所定の制御信号が与えられる。
[2]第2の実施の形態
以下、第2の実施の形態に係る電動車両について説明する。本実施の形態に係る電動車両は、第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100およびバッテリシステム500を備える。なお、以下では、電動車両の一例として電動自動車を説明する。
(1)構成
図30は、図1、図28または図29のバッテリシステム500を備える電動自動車の構成を示すブロック図である。図30に示すように、本実施の形態に係る電動自動車600は、図1の主制御部300およびバッテリシステム500、電力変換部601、モータ602、駆動輪603、アクセル装置604、ブレーキ装置605、ならびに回転速度センサ606を含む。モータ602が交流(AC)モータである場合には、電力変換部601はインバータ回路を含む。
本実施の形態において、バッテリシステム500は、電力変換部601を介してモータ602に接続されるとともに、主制御部300に接続される。上述のように、主制御部300には、バッテリシステム500を構成するバッテリECU101(図1)から複数のバッテリモジュール100(図1)の充電量およびバッテリモジュール100に流れる電流値が与えられる。また、主制御部300には、アクセル装置604、ブレーキ装置605および回転速度センサ606が接続される。主制御部300は、例えばCPUおよびメモリ、またはマイクロコンピュータからなる。
アクセル装置604は、電動自動車600が備えるアクセルペダル604aと、アクセルペダル604aの操作量(踏み込み量)を検出するアクセル検出部604bとを含む。運転者によりアクセルペダル604aが操作されると、アクセル検出部604bは、運転者により操作されていない状態を基準としてアクセルペダル604aの操作量を検出する。検出されたアクセルペダル604aの操作量が主制御部300に与えられる。
ブレーキ装置605は、電動自動車600が備えるブレーキペダル605aと、運転者によるブレーキペダル605aの操作量(踏み込み量)を検出するブレーキ検出部605bとを含む。運転者によりブレーキペダル605aが操作されると、ブレーキ検出部605bによりその操作量が検出される。検出されたブレーキペダル605aの操作量が主制御部300に与えられる。
回転速度センサ606は、モータ602の回転速度を検出する。検出された回転速度は、主制御部300に与えられる。
上述のように、主制御部300には、バッテリモジュール100の充電量、バッテリモジュール100を流れる電流値、アクセルペダル604aの操作量、ブレーキペダル605aの操作量、およびモータ602の回転速度が与えられる。主制御部300は、これらの情報に基づいて、バッテリモジュール100の充放電制御および電力変換部601の電力変換制御を行う。
例えば、アクセル操作に基づく電動自動車600の発進時および加速時には、バッテリシステム500から電力変換部601にバッテリモジュール100の電力が供給される。
さらに、主制御部300は、与えられたアクセルペダル604aの操作量に基づいて、駆動輪603に伝達すべき回転力(指令トルク)を算出し、その指令トルクに基づく制御信号を電力変換部601に与える。
上記の制御信号を受けた電力変換部601は、バッテリシステム500から供給された電力を駆動輪603を駆動するために必要な電力(駆動電力)に変換する。これにより、電力変換部601により変換された駆動電力がモータ602に供給され、その駆動電力に基づくモータ602の回転力が駆動輪603に伝達される。
一方、ブレーキ操作に基づく電動自動車600の減速時には、モータ602は発電装置として機能する。この場合、電力変換部601は、モータ602により発生された回生電力をバッテリモジュール100の充電に適した電力に変換し、バッテリモジュール100に与える。それにより、バッテリモジュール100が充電される。
(2)効果
第2の実施の形態に係る電動自動車600においては、上記第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100が設けられる。この場合、バッテリモジュール100における短絡の発生が十分に防止される。したがって、バッテリモジュール100からモータ602に供給される電力を大きくすることができる。その結果、電動自動車600の走行性能を向上させることが可能となる。
[3]請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
上記実施の形態においては、X方向が一方向の例であり、FPC基板50,50a〜50k,50mが絶縁性基板の例であり、第1領域R11が第1の領域の例であり、第2領域R12が第2の領域の例であり、導体線51,52,53aが配線の例であり、導体線51,52が電圧検出線の例である。また、FPC基板50iが第1の基板の例であり、FPC基板50jが第2の基板の例であり、FPC基板50,50a〜50hが共通の基板の例であり、折曲線B1が境界線の例であり、導体線52が第1の配線の例であり、導体線53aが第2の配線の例である。また、プラス電極10aおよびマイナス電極10bが一対の電極端子の例であり、ガス抜き弁10vがガス排出部の例であり、コンタクタ102が接続切り替え部の例であり、バッテリECU101が制御部の例であり、電動自動車600が電動車両の例である。
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
本発明は、電力を駆動源とする種々の移動体、またはモバイル機器等に有効に利用することができる。
10 バッテリセル
20 検出回路
21 プリント回路基板
40,40a,40x,40y バスバー
50,50a〜50k,50m FPC基板
51,52,53,53a 導体線
60 PTC素子
101 バッテリECU
100 バッテリモジュール
500 バッテリシステム
600 電動自動車
602 モータ
603 駆動輪
B1,B1a,B11〜B17 折曲線
R11 第1領域
R12 第2領域

Claims (9)

  1. 複数のバッテリセルと、
    前記複数のバッテリセルに沿って配置される第1および第2の領域を有する絶縁性基板と、
    前記絶縁性基板に形成される複数の配線とを備え、
    前記複数の配線は、前記複数のバッテリセルの端子電圧を検出するために前記複数のバッテリセルにそれぞれ電気的に接続される複数の電圧検出線を含み、
    前記絶縁性基板の前記第1および第2の領域は互いに異なる面上に配置されたことを特徴とするバッテリモジュール。
  2. 前記複数のバッテリセルは、一方向に並ぶように配置され、
    前記絶縁性基板は、前記一方向に延びる境界線を挟んで前記第1の領域と前記第2の領域とを有する共通の基板を含み、
    前記共通の基板は、前記境界線に沿って折曲されたことを特徴とする請求項1記載のバッテリモジュール。
  3. 前記第1の領域の一側部は、前記複数のバッテリセルに沿って前記一方向に延び、
    前記複数の電圧検出線は、前記第1の領域の前記一側部から前記共通の基板の一端部まで延びるように設けられ、
    前記第2の領域は、前記一方向において前記第1の領域よりも小さい長さを有し、前記共通の基板の前記一端部側で前記第1の領域に沿うように設けられたことを特徴とする請求項2記載のバッテリモジュール。
  4. 前記複数の配線は、
    前記第1の領域において前記境界線に沿って互いに並列に延びる複数の第1の配線と、
    前記第2の領域において前記境界線に沿って互いに並列に延びる複数の第2の配線とを含み、
    前記複数の第1の配線のうち最も前記境界線に近い第1の配線と前記複数の第2の配線のうち最も前記境界線に近い第2の配線との間の間隔は、前記複数の第1の配線間の間隔よりも大きくかつ前記複数の第2の配線間の間隔よりも大きいことを特徴とする請求項2または3記載のバッテリモジュール。
  5. 前記複数のバッテリセルの各々は、前記一方向に交差する方向に並ぶ一対の電極端子を有するとともに、当該バッテリセルの内部圧力の上昇時に内部のガスを排出するためのガス排出部を前記一対の電極端子間に有し、
    前記絶縁性基板は、各バッテリセルの前記ガス排出部と一方の電極端子との間および前記ガス排出部と他方の電極端子との間の少なくとも一方を通るように配置され、
    各電圧検出線は、各バッテリセルの一方または他方の電極端子に接続されることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載のバッテリモジュール。
  6. 前記絶縁性基板は、前記第1の領域を有する第1の基板と前記第2の領域を有する第2の基板とを含み、
    前記第1の基板と前記第2の基板とは、互いに重なるように配置されたことを特徴とする請求項1記載のバッテリモジュール。
  7. 複数のバッテリセルをそれぞれ含む複数組のバッテリモジュールと、
    前記複数組のバッテリモジュールに共通に用いられ、各バッテリセルの端子電圧を検出する電圧検出部と、
    前記複数組のバッテリモジュールの前記複数のバッテリセルに沿うように設けられ、前記電圧検出部に接続される絶縁性基板と、
    前記絶縁性基板に形成され、前記複数組のバッテリモジュールの前記複数のバッテリセルの端子電圧を検出するために前記複数組のバッテリモジュールの前記複数のバッテリセルおよび前記電圧検出部にそれぞれ電気的に接続される複数の電圧検出線とを備え、
    前記絶縁性基板は、
    前記複数組のバッテリモジュールの前記複数のバッテリセルに沿って延びる第1の領域と、
    前記複数組のバッテリモジュールの前記複数のバッテリセルの少なくとも一部に沿って延びる第2の領域とを含み、
    前記絶縁性基板の前記第1および第2の領域は互いに異なる面上に配置されたことを特徴とするバッテリシステム。
  8. 請求項1〜6のいずれかに記載のバッテリモジュールと、
    前記バッテリモジュールからの電力により駆動されるモータと、
    前記モータの回転力により回転する駆動輪とを備えたことを特徴とする電動車両。
  9. 請求項7記載のバッテリシステムと、
    前記バッテリシステムの前記複数組のバッテリモジュールからの電力により駆動されるモータと、
    前記モータの回転力により回転する駆動輪とを備えたことを特徴とする電動車両。
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