JP2011111107A - 電源装置及びこれを備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造であらゆる構成の電源装置に使用でき、且つ、電源装置内の電池の温度ばらつきΔＴを小さくして、寿命を長くでき、性能を十分引き出すことのできる電源装置を提供することである。
【解決手段】複数の電池２０を積層してなる電池モジュール３と、電池２０を冷却する冷却機構とを備えた電源装置であって、電池２０から放出される熱を断熱する断熱部材７０電池モジュール表面の一部に配設して、電源装置内の電池の温度ばらつきΔＴを小さくする。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の電池が積層する電源装置及びこれを備える車両に関し、主としてハイブリッド自動車、電気自動車を駆動するモータの電源用に使用されるバッテリーの状態を検出する検出線に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両を走行させるモータを駆動する電源に使用される大電流、大出力のバッテリーは、出力電圧を大きくするため、複数の電池を積層して直列に電気接続している。

複数の電池を積層し、大電流で充放電を行う車両用の電源装置では、使用年数や使用環境等により、走行中のバッテリー状態が変化する。例えば、車両の走行により電池は発熱するが、発熱した複数の電池を均一に冷却することは難しく、各電池の劣化状態にばらつきが生じる。各電池の劣化状態のばらつきは、各電池の可能充放電容量等の性能に影響を与え、バッテリー全体の性能を低下させたり、寿命を短くしたりする。

また、車両等では、安全に走行するため、バッテリーに異常が発生したときには、その異常が検出できなければならない。そして、この検出結果に応じて、流れる電流を調整もしくは遮断したり、電池を冷却する力の調整をしたりする等、バッテリーの状態に合わせた制御を行う必要がある。つまり、複数の電池が積層するバッテリーの性能を最大限引き出し、車両を安全に、且つ、長期にわたって使用するためには、バッテリーの状態を常に検知し、その状態に合わせたバッテリーの制御を行うことが重要となる。

バッテリー状態の検出には、温度センサや電圧検出線等の検出線を用いる方法があり、
従来において、複数の角型電池が結束されてなる電池ブロックにおいて、隣接する角型電池の正負の電極端子を電気接続する接続端子があり、この接続端子を介して設けられた検出線が制御部と接続するパック電池が開発されている（特許文献１）。

具体的には、各角型電池の上面には正負の電極端子が設けられ、隣接する正負の電極端子の上面に接続端子が跨がって連結している。電極端子は、接続端子を介して各角型電池の電圧、電流、温度等を検出する検出線と接続し、これら検出線は、制御部と接続している。制御部は、検出線の検出結果に基づいて、電池容量及び必要充電量等を決定し、バッテリーの状態に合わせて各角型電池の充放電等を制御している。

また、特許文献１の図１で示されるように、各角型電池の接続端子と接続する各々の検出線は、電池ブロックの両端に配設されるエンドプレートのうち、一方のエンドプレートに向かって全て配線され、制御部と接続している。このため、電池ブロック上面では、他方のエンドプレートから一方のエンドプレートに向かうにつれて、集束するリード線の数が増加している。検出線の束数は、制御部と接続するときに最多となり、電極端子と同数またはそれ以上の検出線が接続している。

特開２００８−２７７０８５号公報

特許文献１に記載された電池パックでは、多数の検出線を束状にして電池パックと制御部とを接続する場合、その途中で束状の検出線を屈曲させるような箇所において、各検出線に過度なストレスを与えてしまうという欠点がある。このストレスは、車両の走行による振動等でさらに強くなり、結果、検出線を痛めて断線する虞がある。つまり、多数の検出線の屈曲を伴うような複雑な構成の電源装置において、この電池パックの検出線の配線方法は好ましくない。

また、検出線の種類が多くなればなるほど、束にした検出線の種類を識別することが困難となり、組み立て時に接続する検出線を誤ったり、断線等の異常発生時の対応が遅れたりする等の問題が生じる。

さらに、軽量、小型化が求められる車両用の電源装置内では、バッテリーや制御装置等が密集して配置されており、配線を収納できるスペースが限られるため、複雑な配線方法は適さない。電源装置の組み立てを行う場合には、複雑な配線と接触しないように避けて組み立てる必要があるため、工程数を多くしてしまうという問題がある。そして、検出線は、電池パックと制御部の両方に接続しているので、複雑な配線では効率よく接続することが難しく、接続工程が細かくなるので、量産化しにくいという問題点もある。

さらにまた、配線が部品と接触してショートするのを防止するため、複数の検出線は束ねてバッテリーケース等に固定しなければならないが、束状の検出線は、バッテリーケースに確実に強固に固定するのが難しい。そして、束状にした場合には、検出線同士の間に隙間や段差ができるので、空気を遮断したいときには不向きである。また、検出線の長さ等も接続する箇所に合わせて変更しなければならず、製品ごとに誤差が生じるため、検出線の製造、検出線の接続において生産性が悪くなる。

本発明は、以上の問題点を解決することを目的として開発されたもので、検出線へのストレスを軽減し、検出線を効率よくバッテリーと制御部とに接続することができる車両用の電源装置及びこの電源装置を搭載する車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本願請求項１の発明によれば、バッテリーと接続し、このバッテリーの状態を検出する複数の検出線と、これら検出線を介してバッテリーに接続している制御部とを備え、複数の検出線を並列に配置してフラット状に一体化したフラットケーブルとすることを特徴とする電源装置としている。

本願請求項２の発明によれば、フラットケーブルから延出する複数の検出線を円筒状に束ねた構造とすることを特徴としている。

本願請求項３の発明によれば、フラットケーブルで、複数の検出線、及びこれら複数の検出線を連結する連結部は、絶縁体により被膜されて一体化していることを特徴としている。

本願請求項４の発明によれば、フラットケーブルを折り畳んだ状態で、バッテリーと制御部とに接続していることを特徴としている。

本願請求項５の発明によれば、フラットケーブルにおいて、各々の連結部に切り溝を設け、これら切り溝を所定の長さで切り裂いて複数の検出線を分岐し、これら複数の検出線が各々独立することを特徴としている。

本願請求項６の発明によれば、複数の検出線は、太径と細径の検出線からなり、フラットケーブルにおける複数の検出線の配列は、太径の検出線を、フラットケーブルの一端に固めて配置し、細径の検出線を、太径の検出線を配置した一端と反対側の他端に固めて配置することを特徴としている。

本願請求項７の発明によれば、複数の検出線は、太径と細径の検出線からなり、フラットケーブルにおける複数の検出線の配列は、太径の検出線と細径の前記検出線とを混合させて配列することを特徴としている。

本願請求項８の発明によれば、太径の検出線同士の検出線間距離は、細径の検出線同士の検出線間距離より長くなるようにし、太径の検出線と細径の検出線との検出線間距離は、太径の検出線同士の検出線間距離より短く、かつ、細径の検出線同士の検出線間距離より長くすることを特徴としている。

本願請求項９の発明によれば、フラットケーブルを複数積層してバッテリーと制御部とを接続していることを特徴としている。

本願請求項１０の発明によれば、請求項１から請求項９に記載の電源装置を備える車両としている。

請求項１の発明によれば、バッテリーと制御部とに接続する複数の検出線を、並列に配置してフラット状に一体化したフラットケーブルとすることで、複数の検出線を屈曲したときに検出線が受けるストレスを従来に比べて大幅に軽減できる。

また、フラットケーブルとすることで、検出線の屈曲方向が自由自在となり、バッテリー及び制御部の配置自由度を向上させることができる。さらに、フラットケーブルでは、複数の検出線を高密度に配置できるので、バッテリー収納室から制御部収納室へフラットケーブルを導入する際のフラットケーブル導入口を小さくすることができる。そして、そのフラットケーブル導入口においては、シール材等の押し付け圧により、フラットケーブルを確実に拘束できることに加え、バッテリー収納室と制御部収納室との密閉度が増し、バッテリーの冷却風がフラットケーブル導入口から制御部収納室に漏れることを防止し、冷却効率を向上させることができる。

さらに、フラットケーブルとすることで、接続工程において、検出線の識別が容易にできるようになり、接続効率がアップする。検出線の製造においては、いくつもの検出線を１本ずつ製造するのではなく、一体化したフラットケーブルを１枚製造すれば良いので、生産性が良くなる。さらにまた、収納ケース内では、各検出線の配置箇所が固定されるので、製品ばらつきを最小に抑えることができる。

請求項２の発明によれば、フラットケーブルから延出する複数の検出線を円筒状に束ねた構造とすることで、制御部との接続側においては、フラットケーブルをそのまま延長させて制御部に接続するよりも、横幅を狭くして省スペースでの配置ができる。また、複数の検出線を円筒状に束ねた構造とすることで強度が生まれ、振動に強い検出線とすることができるので、断線等を防止できる。

そして、電池ブロックとの接続側においては、複数の検出線の電池ブロック上面での占有面積を小さくすることができるので、各電池の上面に位置するガス排出弁等を避けて配置し、接続することができる。また、組み立て工程において、複数の検出線を円筒状に束ねた構造とすることで、電池から発生するガスをバッテリー収納ケース外に排出させるためのガスダクトの装着を簡単にすることができる。

請求項３の発明によれば、フラットケーブルで、複数の検出線、及びこれら複数の検出線を連結する連結部は、絶縁体により被膜して一体化することで、検出線の断線を防止でき、且つ、加圧にも耐えられる検出線ができる。また、複数の検出線をフラットケーブルに製造する際には、検出線を決まった順序で並列に並べることで、フラットケーブルに製造した後の検出線の種類の識別が簡単にできる。さらに、フラットケーブルは、並列に並べた検出線に絶縁材料を流し込んで固めて製造するため、一度の工程で簡単に、複数の検出線をフラットに接続したフラットケーブルを製造することができる。

請求項４の発明によれば、フラットケーブルを折り畳んだ状態で、バッテリーと制御部とに接続することで、複数の検出線が受けるストレスを軽減することができる。また、複数の検出線をバッテリーと制御部とに接続する際に屈曲を伴うような場合には、フラットケーブルを折り畳むことで簡単にできる。さらに、折り畳みの角度を変更するだけで、屈曲方向は自由自在に調整できる。さらにまた、フラットケーブルを複数枚積層させて１度に折畳むことができ、工程数を減らすことができる。

請求項５の発明によれば、フラットケーブルにおいて、各々の連結部に切り溝を設け、これら切り溝を所定の長さで切り裂いて複数の検出線を分岐し、これら複数の検出線が各々独立することで、フラットケーブルの部分をできるだけ長く残すことができるので、収納ケース内の検出線の配線が複雑化しない。また、複数の検出線を塊ごとに分岐させることができるので、各塊でフラットケーブルの部分の長さを変更することができる。さらに、フラットケーブルに設けた切り溝は簡単に切り裂くことができるので、切り裂く長さの微調整ができる。

請求項６の発明によれば、複数の検出線は、太径と細径の検出線からなり、フラットケーブルにおける複数の検出線の配列は、太径の検出線を、フラットケーブルの一端に固めて配置し、細径の検出線を、太径の検出線を配置した一端と反対側の他端に固めて配置することで、検出線を並べるのが簡単になるため製造効率がアップし、生産性が良くなる。また、フラットケーブルの太さを検出線の種類で変えることにより、検出線の種類の識別が簡単にできる。

請求項７の発明によれば、複数の検出線は、太径と細径の検出線からなり、フラットケーブルにおける複数の検出線の配列は、太径の検出線と細径の前記検出線とを混合させて配列することで、検出線の電池ブロックへの配線がし易くなる。つまり、複数の検出線を一体化してフラットケーブルにする際に、配置箇所ごとに検出線を順番にかためて配列しておけば、電池ブロックへの接続が最短距離で簡単にできる。

請求項８の発明によれば、太径の検出線同士の検出線間距離は、細径の検出線同士の検出線間距離より長くなるようにし、太径の検出線と細径の検出線との検出線間距離は、太径の検出線同士の検出線間距離より短く、かつ、細径の検出線同士の検出線間距離より長くすることで、検出線へのストレスをより軽減できる。

請求項９の発明によれば、フラットケーブルを複数積層してバッテリーと制御部とに接続することで、フラットケーブルを複数横に配列したときと比べて、フラットケーブルの横幅の面積を最小にすることができ、省スペースで配置させることができる。また、バッテリーと制御部とが異なるスペースにあるときには、フラットケーブルを導入する入り口の横幅を小さくすることができる。さらに、収納ケース等に固定する場合、固定箇所をできるだけ少なくすることができる。
請求項１０の発明によれば、上記電源装置を備える車両を提供できる。

本発明の電源装置を搭載するハイブリッド自動車(車両ＨＶ)である。 本発明の電源装置を搭載する電気自動車(車両ＥＶ)である。 本発明の電源装置の外観斜視図である。 本発明の電源装置における第１フラットケーブルの配線状態を示す内部構造上面図である。 本発明の第１実施例で用いる第１フラットケーブルの断面図である。 図４の第１フラットケーブルの一部拡大図である。 図４で第１円筒状ケーブルの電圧検出線を角型電池に接続する図である。 図４におけるＨ−Ｈ線の断面図である。 本発明の電源装置における第２フラットケーブルの配線状態を示す内部構造上面図である。 図９におけるＩ−Ｉ線の断面図である。 本発明の電源装置における第３フラットケーブルの配線状態を示す内部構造上面図である。 図１１におけるＪ−Ｊ線の断面図である。 本発明の電源装置における第４フラットケーブルの配線状態を示す内部構造上面図である。 図１３におけるＫ−Ｋ線の断面図である。 図８、図１０、図１２、図１４をまとめて示した断面図である。 図１５の導入口を第１収納室側から見た断面図である。 図１５で４層に積層したフラットケーブルの側面図である。 本発明の第２実施例で用いる第１フラットケーブルの断面図である。 本発明の第３実施例で用いる第１フラットケーブルの断面図である。

以下、本発明の実施形態を図１乃至図１９に基づいて詳細に説明する。

本発明の電源装置１は、エンジン２とモータ３の両方で走行するハイブリッド自動車、あるいは、モータ３のみで走行する電気自動車等に搭載され、電源として使用される。この電源装置１を自動車に搭載する例を図１及び図２に基づいて、詳細に説明する。

まず、図１に、エンジン２とモータ３の両方で走行するハイブリッド自動車（車両ＨＶ）に電源装置１を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン２及び走行用のモータ３と、モータ３に電力を供給するバッテリー４と、このバッテリー４を制御する制御ボックス５とを備えた電源装置１と、電源装置１に内蔵するバッテリー４の角型電池２３を充電する発電機６とを備えている。電源装置１は、ＤＣ／ＡＣインバータ７を介してモータ３と発電機６に接続している。車両ＨＶは、電源装置１のバッテリー４を充放電しながらモータ３とエンジン２の両方で走行する。モータ３は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ３は、電源装置１から電力が供給されて駆動する。発電機６は、エンジン２で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置１に内蔵するバッテリー４の角型電池２３を充電する。

次に、図２に、モータ３のみで走行する電気自動車（車両ＥＶ）に電源装置１を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ３と、このモータ３に電力を供給するバッテリー４と、このバッテリー４を制御する制御ボックス５とを備えた電源装置１と、この電源装置１に内蔵するバッテリー４の角型電池２３を充電する発電機６とを備えている。電源装置１は、ＤＣ／ＡＣインバータ７を介してモータ３と発電機６に接続している。車両ＥＶは、電源装置１のバッテリー４を充放電しながらモータ３のみで走行する。モータ３は、電源装置１から電力が供給されて駆動する。発電機６は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置１に内蔵するバッテリー４の角型電池２３を充電する。

以上の車両に搭載される本発明の電源装置１の第１実施例を、以下、図３乃至図１６に基づいて、詳細に説明する。

図３は、車両等に搭載される電源装置１の外観斜視図を示したものであり、この電源装置１には、後述する電池モジュール２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）で構成されるバッテリー４を収納している第１収納ケース１０と、制御回路が備えられ、バッテリー４を最適な状態に制御する制御ボックス５を収納している第２収納ケース１５とからなる。

第１収納ケース１０は、上ケース１１と、下ケース１２からなる筺体構造のケースであり、これらの第１収納ケース１０は、アルミ等の金属材から形成されている。第１収納ケース１０の下ケース１２には、複数の電池モジュール２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが収納され、この下ケース１２を上ケース１１が覆被しており、第１収納ケース１０内の複数の電池モジュール２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを外部からの衝撃や圧力から保護している。

また、図３で示すように、上ケース１１と下ケース１２の一方の側面１１ａ、１２ａの中央には、後述する電池モジュール２２(２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ)に連通する流入口１３をそれぞれ１つ設け、この流入口１３から冷却機構（図示しない）の動作によって発生する冷却風を第１収納ケース１０内に流入させている。

そして、これら流入口１３を間に挟むようにして、上ケース１１と下ケース１２の一方の側面１１ａ、１２ａの両端には、後述する電池モジュール２２(２２a、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ)に連通する排出口１４をそれぞれ設け、この排出口１４から冷却風を第１収納ケース１０外に排出させている。一方で、上ケース１１と下ケース１２の他方の側面１１ｂ、１２ｂには、一方の側面１１ａ、１２ａと同様の位置に流入口１３と排出口１４とをそれぞれ設けている。

流入口１３より第１収納ケース１０内に流入した冷却風は、発熱する角型電池２３の周囲を循環して角型電池２３を冷却した後、排出口１４より第１収納ケース１０外へ排出される。本実施形態では、角型電池２３を冷却する冷却機構として、強制送風冷却機構（送風機等）の空冷式を用い、流入口１３から排出口１４に向けて冷却風を強制送風しているが、冷却機構は実施形態の空冷式に限定せず、例えば、強制吸風冷却機構や水冷式、冷媒式等のあらゆる冷却機構を用いることもできる。また、本発明の電源装置は、実施形態で備える流入口１３や排出口１４等の数や冷却構造に限定せず、あらゆる冷却構造を備える電源装置に対応することができる。

第２収納ケース１５は、筺体構造のケースであるが、図３に示すように第１収納ケース１０よりも側面１６の幅を狭くしている。この第２収納ケース１５は、第１収納ケース１０と隣接して配置される。第２収納ケース１５は、第２収納ケース１５内に収納する制御ボックス５を外部からの衝撃や圧力から保護している。

次に、電源装置１の第１収納ケース１０の上ケース１１と、第２収納ケース１５の上面１７とを取り外し、上方から見たときの内部構造上面図を図４に示す。

電源装置１には、第１収納ケース１０内にバッテリー４が、第２収納ケース１５内に制御ボックス５が収納されており、バッテリー４が収納されている空間を第１収納室２１、制御ボックス５が収納されている空間を第２収納室２０としている。

まず、第１収納室２１では、バッテリー４を構成する４つの電池モジュール２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄがブロックに分かれて２行２列で平行に配列しており、この第１収納室２１内で積層する合計４４個の角型電池２３をすべて直列接続している。こうして、電源装置１は出力電圧を高くできる高出力バッテリー４となり、車両への電力供給をおこなう電源となる。ただし、電池モジュール２２(２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ)は複数の角型電池２３を並列に接続、或いは、直列と並列で接続することもできるし、1つの電池で構成しても良い。また、第１収納ケース１０内の電池モジュールの数は１つであっても良いし、いくつであっても良い。

この第１収納ケース１０のうち、第１電池モジュール２２ａに関して詳細に説明する。第１電池モジュール２２ａでは、角型電池２３の向く方向を揃えて１１個の角型電池２３が直列に接続した構成をしている。この電池モジュール２２ａに使用する電池は、扁平状の角形電池であり、各面の端部を面取りしている。角型電池２３は、円筒の電池よりも、単位体積当たりのエネルギー密度を高くすることができるため、省スペース小型化が求められる車両において、好ましい。

また、角型電池２３は、複数の角型電池２３を積層するのに都合が良いように、側面幅を薄くした角型の外形をしている。複数の角型電池２３の外装缶は金属製で、絶縁して積層される。こうして積層した１１個の角型電池２３は、強い力で拘束されて第１電池モジュール２２ａとなる。さらに、この角型電池２３は、リチウムイオン二次電池で、重量と容積に対する容量が大きく、車両を走行させるモータを駆動する電源に適している。ただし、角型電池２３には、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池、燃料電池等を使用することもできる。

さらに、角型電池２３は、図７に示すように、上面２５の両端から少し内側に電極端面２６を有し、この電極端面２６に正負の電極端子２７、２８を装着している 。さらに、角型電池２３の上面２５の中央にはガス排出弁(図示せず)を設けた構造をしている。第１電池モジュール２２ａでは、積層する角型電池２３の正負の電極端子２７、２８を、角型電池２３の上面２５において、点対称になる位置に設けて積層している。積層する角型電池２３は、左右を反転、すなわち表裏を裏返し、隣接する正負の電極端子２７、２８同士を金属製のバスバー２９で接続させて、複数の角型電池２３を直列に電気接続している。バスバー２９は、隣接する正負の電極端子２７、２８を跨ぐように接触させて装着している。隣接する正負の電極端子２７、２８は、バスバー２９を通じて通電している。

第２電池モジュール２２ｂ、第３電池モジュール２２ｃ、第４電池モジュール２２ｄは、第１電池モジュール２２ａと同様の構造をしている。ただし、各電池モジュールの構造は全て同じでなくて良く、例えば、積層する電池の数や種類が違っても良いし、電池の積層方向を変更する等しても良い。

上記からなる複数の角型電池２３が直列に接続したバッテリー４は、大電流で充放電を繰り返すため、角型電池２３は発熱し温度上昇する。この角型電池２３を発熱したままで放置すると、角型電池２３の劣化が進行して性能が低下してしまうために、角型電池２３を冷却する必要がある。このため、図４に示す第１収納室２１では、角型電池２３を冷却するため、積層された複数の角型電池２３同士の隙間に、各々の冷却風通路３０を設けている。この冷却風通路３０を冷却風が通過することにより、発熱する角型電池２３が冷却される。

つまりは、第１収納ケース１０内を流れる冷却風は、流入口１３から入り、角型電池２３間に設けた各々の冷却風通路３０へ流入し、冷却風通路３０に面する角型電池２３を効率良く冷却した後、各々の冷却風通路３０から排出された冷却風が排出口１４から第１収納ケース１０外へ排出される。ただし、図示しないが、冷却風通路や流入口、排出口の配置箇所や配置数等は、利用する電源装置の構成に適応した配置箇所や配置数、形状等に変更することができる。

冷却風は流入口１３から入り、各々の冷却風通路３０へ流入するが、流入する冷却風の流量は、流入口１３に近い程多く、流入口１３から離れる程少なくなる。そのため、流入口１３付近に配置された角型電池２３は、冷却されやすく過冷却状態となり、流入口１３から離れたところに配置された角型電池２３は、冷却されにくく加熱状態となるため、第１収納ケース１０内の角型電池２３に温度ばらつきが生じる。

このように、電池モジュール２２内の角型電池２３の冷却にばらつきが発生すると、複数の角型電池２３の性能にもばらつきが発生し、このばらつきは使用によってさらに大きくなり、電源装置１の充放電できる容量が減少するとともに、過放電や過充電され易い状態となって、角型電池２３の劣化がさらに促進し、電源装置１全体の寿命を短くする原因となる。

このことから、車両用の電源装置１において、特定の角型電池２３の劣化は電源装置１全体の問題であり、複数の角型電池２３で直列に接続されている電源装置１全体の性能を低下させている。上記の理由から、車両用の電源装置１は、各角型電池２３の温度制御を行い、積層する複数の角型電池２３間の温度ばらつきを最小化して、長期にわたって角型電池２３の性能を高く維持することが重要となる。

また、車両用のバッテリー４では、走行状態や周辺環境等によりバッテリー４の状態が逐次変化するので、温度制御以外にも、その時々のバッテリー４の状態に合わせた制御をおこない、常にバッテリー４の性能を最大限引き出すことができるように調整する必要がある。さらに、車両用のバッテリー４では、故障等の異常が生じたときには直ちに装置を静止させ、その情報を運転者やメンテナンス者に知らせる等の、安全性に関する機能を備えていなければならない。

上述した角型電池２３の制御をおこなうため、第２収納室２０では、車両の走行により逐次変化するバッテリー４の状態に合わせて最適な制御をし、バッテリー４の性能を最大限引き出すことができる制御ボックス５を収納している。この制御ボックス５では、バッテリー４の温度、電流、電圧等の情報を検出することにより、バッテリー４の角型電池２３への充放電容量および冷却機構等の制御を行っている。また、これらの情報から、車両に異常等が生じた際に、異常が発見できるようになっている。

バッテリー４の温度、電流、電圧等の検出には検出線を用い、以下に電源装置１内における検出線の配線の詳細を説明する。

図４に、第１電池モジュール２２ａで積層する各角型電池２３の電圧検出に用いる電圧検出線３１の配線接続構造を示す。

電圧検出線３１は、材質を金属とする細長いリード線からなり、第１電池モジュール２２ａ内で積層する１１個の角型電池２３の電圧を検出するのに必要な１２本の電圧検出線３１を、図５に示すように、並列に一列に並べている。並列に並べた電圧検出線３１は、一部、所定の長さ分だけを絶縁体の樹脂材で被膜して一体化し、１２本の電圧検出線３１をフラット状に形成して第１フラットケーブル４０としている。具体的には、並列に並べた電圧検出線３１に絶縁樹脂を流し込んで固めて製造している。

よって、一度の工程で簡単に、複数の電圧検出線３１をフラットに接続したフラットケーブルを製造することができ、生産性が良くなる。また、複数の電圧検出線３１の表面、及びこれら複数の電圧検出線３１を連結している連結部分は、絶縁体により被膜して一体化しているので、電圧検出線３１の断線を防止でき、且つ、加圧にも耐えられる電圧検出線３１ができる。

そして、複数の電圧検出線３１をフラットケーブルに製造する際には、電圧検出線３１を決まった順序で並列に並べることで、フラットケーブルに製造した後の電圧検出線３１の種類の識別が簡単にできる。この第１フラットケーブル４０は、各角型電池２３の電圧を制御ボックス５に検出させるため、バッテリー４と制御ボックス５の両方とに接続している。このように、バッテリー４と制御ボックス５とに接続する複数の電圧検出線３１を、並列に配置してフラット状に一体化したフラットケーブルとすることで、複数の電圧検出線３１を屈曲したときに電圧検出線３１が受けるストレスを従来に比べて大幅に軽減できる。

図５に、図４の第１フラットケーブル４０の一部拡大図を示す。まず、第１フラットケーブル４０の一端で、制御ボックス５と接続する側においては、第１フラットケーブル４０から延出する１２本の電圧検出線３１が１つに束ねて縛られた第１束縛部ケーブル４４を形成している。よって、第１フラットケーブル４０をそのまま延長させて制御ボックス５に接続するよりも、横幅を狭くして省スペースで配置ができ、また制御ボックス５も小型化できる。

次に、第１フラットケーブル４０の他端で、バッテリー４と接続する側における第１フラットケーブル４０を詳細に説明する。第１収納室２１と第２収納室２０との境界面（接触面）で、第１電池モジュール２２ａ側の排出口１４付近には、第１フラットケーブル４０を第１収納室２１へ導入するための導入口３２を設けている。第１フラットケーブル４０は、導入口３２手前（第２収納室２０側）で直角方向に折り畳んだ折曲部４０Ａを形成しており、９０度方向転換した形で導入口３２に導入する。

このように、フラットケーブルとすることで、電圧検出線３１の屈曲方向が自由自在となり、バッテリー４及び制御ボックス５の配置自由度を向上させることができる。さらに、フラットケーブルでは、複数の電圧検出線３１を高密度に配置できるので、第１収納室２１から第２収納室２０へフラットケーブルを導入する際の導入口３２を小さくすることができる。第１実施例では、第１フラットケーブル４０の上面４１が互いに向かい合うように折り畳んでいるが、折り曲げる方向や折り曲げる角度は特に限定しない。

そして、第１フラットケーブル４０が導入口３２を通過し、第１電池モジュール２２ａに接近したところで第１フラットケーブル４０を２つに分岐させる。第１収納室２１に導入する第１フラットケーブル４０には、図５に示すように、電圧検出線３１間の連結部分に切り溝４３が設けられている。この切り溝４３のうち、第１フラットケーブル４０の中間に設けられた切り溝４３を引き裂き、電圧検出線３１を６本一塊の第１分岐部４０Ｂと第２分岐部４０Ｃとに分ける。ここで、第１分岐部４０Ｂと第２分岐部４０Ｃをそれぞれ円筒に束ねた第１円筒状ケーブル４０ｂと第２円筒状ケーブル４０ｃを形成するが、このとき、図６で示すように、第１分岐部４０Ｂは第２分岐部４０Ｃよりもフラット部分が短くなるように形成する。

このように、第１フラットケーブル４０において、各々の連結部分に切り溝４３を設け、これら切り溝４３を所定の長さで切り裂いて複数の電圧検出線３１を分岐し、これら複数の電圧検出線３１が各々独立することで、フラットの部分をできるだけ長く残すことができるので、第１収納ケース１０及び第２収納ケース１５内の電圧検出線３１の配線が複雑化しない。また、複数の電圧検出線３１を塊ごとに分岐させることができるので、各塊で第１フラットケーブル４０の部分の長さを変更することができる。さらに、第１フラットケーブル４０に設けた切り溝４３は簡単に切り裂くことができるので、切り裂く長さの微調整ができる。さらにまた、導入口を通過したフラットケーブルのみに切り溝を設けることにより、導入口での隙間をなくすことができ、第１収納ケースを密閉空間にすることができる。

第１円筒状ケーブル４０ｂと第２円筒状ケーブル４０ｃは、図４で示すように、第１電池モジュール２２ａで積層する全角型電池２３の上面２５の両端をそれぞれ通過するように配置される。複数の電圧検出線３１を円筒状に束ねているので、強度が増し、振動に強い検出線とすることができるので、断線等を防止できる。また、第１電池モジュール２２ａ上面での占有面積を小さくすることができるので、各角型電池２３の上面２５に位置する正負の電極端子２７、２８やガス排出弁等を避けて配置し、接続することができ、組み立て工程においても、角型電池２３から発生するガスを第１収納ケース１０外に排出させるためのガスダクト８０の装着を簡単にすることができる。

第１電池モジュール２２ａで積層する角型電池２３に、第１分岐部４０Ｂの電圧検出線３１を接続する様子を図７に基づいて説明する。第１円筒状ケーブル４０ｂは、６本の電圧検出線３１からなり、積層する角型電池２３同士を電気接続しているバスバー２９に接続される。バスバー２９が接続していない角型電池２３については、電圧検出線３１が直接接続する。

電圧検出線３１の角型電池２３への接続は、第１円筒状ケーブル４０ｂに設けられた各々の切り溝４３を、必要な長さに応じて切り裂いておこなう。具体的には、図７で、第１分岐部４０Ｂに最も近い位置に配置された角型電池２３に接続する電圧検出線３１は、一番初めに第１円筒状ケーブル４０ｂから切り裂いて独立させて接続する。そして、第１分岐部４０Ｂから最も離れた位置に配置された角型電池２３への電圧検出線３１の接続は、電圧検出線１本が残った第１円筒状ケーブル４０ｂを接続する。さらに、第１円筒状ケーブル４０ｂから切り裂いた各電圧検出線３１は、各角型電池２３と接続する前に所定の長さで切断し、最適な長さに加工する。第１フラットケーブル４０の第１電池モジュール２２ａ側との接続工程においては、複数の電圧検出線３１の一体化により、各電圧検出線３１の識別が容易にできるようになり、接続効率がアップする。また、第１収納ケース１０内では、各電圧検出線３１の配置箇所が固定されるので、製品ばらつきを最小に抑えることができ、量産に適している。

第２円筒状ケーブル４０ｃの電圧検出線３１も、第１円筒状ケーブル４０ｂと同様の方法で、各角型電池２３へ配線して接続する。図８に、図４に示す電源装置１をＨ−Ｈ線で切断し、バッテリー４側から見た断面図を示す。

次に、第２電池モジュール２２ｂで積層する各角型電池２３の電圧検出に用いる電圧検出線３１の配線接続構造を図９に示す。図９の電圧検出線３１の配線構造については、図４で説明した第１電池モジュール２２ａへの電圧検出線３１の配線構造と異なるところに関して記述し、説明する。

図９で用いるフラットケーブルは、図４の第１フラットケーブル４０とほぼ外形を同じとする第２フラットケーブル５０である。この第２フラットケーブル５０は、第１フラットケーブル４０の第１と第２の円筒状ケーブル４０ｂ、４０ｃに比べて、第１と第２の円筒状ケーブル５０ｂ、５０ｃが長く、第１電池モジュール２２ａと第２電池モジュール２２ｂで積層する全角型電池２３の上面２５の両端を通過している。ただし、第１電池モジュール２２ａで積層する角型電池２３の上面２５では、第１フラットケーブル４０の第１と第２の円筒状ケーブル４０ｂ、４０ｃと、第２フラットケーブル５０の第１と第２の円筒状ケーブル５０ｂ、５０ｃとが上下で重ならないように配置される。そして、第２フラットケーブル５０の第１と第２の円筒状ケーブル５０ｂ、５０ｃは、第２電池モジュール２２ｂに到達してから、接続する各角型電池２３が配置している位置に応じて、各電圧検出線３１に切り裂いて接続する。図１０に、図９に示す電源装置１をＩ−Ｉ線で切断し、バッテリー４側から見た断面図を示す。

次に、第３電池モジュール２２ｃで積層する各角型電池２３の電圧検出に用いる電圧検出線３１の配線接続構造を図１１に示す。図１０の電圧検出線３１の配線構造については、図４で説明した第１電池モジュール２２ａへの電圧検出線３１の配線構造と異なるところに関して記述し、説明する。

図１１で用いるフラットケーブルは、図４の第１フラットケーブル４０とほぼ外形を同じとする第３フラットケーブル６０である。この第３フラットケーブル６０は、第１フラットケーブル４０に比べて、導入口３２からフラット部分が２つに分岐するまでの距離が長く、第３フラットケーブル６０の分岐は、第１電池モジュール２２ａと第３電池モジュール２２ｃの中間の位置で第１分岐部６０Ｂと第２分岐部６０Ｃとに分岐している。第３電池モジュール２２ｃで積層する全角型電池２３上面２５の両端では、第３フラットケーブル６０の第１円筒状ケーブル６０ｂと第２円筒状ケーブル６０ｃとが通過している。図１２に、図１１に示す電源装置１をＪ−Ｊ線で切断し、バッテリー４側から見た断面図を示す。

次に、第４電池モジュール２２ｄで積層する各角型電池２３の電圧検出に用いる電圧検出線３１の配線接続構造を図１３に示す。図１３の電圧検出線３１の配線構造については、図１１で説明した第３電池モジュール２２ｃへの電圧検出線３１の配線構造と異なるところに関して記述し、説明する。

図１３で用いるフラットケーブルは、図１１の第３フラットケーブル６０とほぼ外形を同じとする第４フラットケーブル７０である。この第４フラットケーブル７０は、第３フラットケーブル６０の第１と第２の円筒状ケーブル６０ｂ、６０ｃに比べて、第１と第２の円筒状ケーブル７０ｂ、７０ｃが長く、第３電池モジュール２２ｃと第４電池モジュール２２ｄで積層する全角型電池２３の上面２５の両端を通過している。ただし、第３電池モジュール２２ｃで積層する角型電池２３の上面２５では、第３フラットケーブル６０の第１と第２の円筒状ケーブル６０ｂ、６０ｃと、第４フラットケーブル７０の第１と第２の円筒状ケーブル７０ｂ、７０ｃとが上下で重ならないように配置される。そして、第１と第２の円筒状ケーブル７０ｂ、７０ｃは、第４電池モジュール２２ｄに到達してから、接続する角型電池２３が配置している位置に応じて、各電圧検出線３１に切り裂いて接続する。図１４に、図１３に示す電源装置１をＫ−Ｋ線で切断し、バッテリー４側から見た断面図を示す。

上記で記載した、電圧検出線３１を制御ボックス５と各電池モジュール２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄへ接続する様子を１つにまとめ、バッテリー４側から導入口３２を見た断面図を図１４に示す。図１４において、導入口３２では、下から第１フラットケーブル４０、第２フラットケーブル５０、第３フラットケーブル６０、第４フラットケーブル７０という順番で４層に積層している。そして、バッテリー４上部には、各角型電池２３のガス排出弁から排出されるガスを第１収納ケース外へ排出するためのガスダクト８０を設け、導入口３２の第４フラットケーブル７０の上面まで延長して配置する。導入口３２では、このガスダクト８０を上方からシール材８１により圧力をかけ、４層に積層するフラットケーブルを導入口３２に固定している。シール材８１の押し付け圧により、４層のフラットケーブルを確実に拘束できることに加え、第１収納室２１と第２収納室２０との密閉度が増し、バッテリー４の冷却風が導入口３２から第２収納室２０に漏れることを防止し、冷却効率を向上させることができる。また、フラット部をできるだけ長くし、且つ、各円筒状ケーブル４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂ、７０ａ、７０ｂ、を上下重ならないように一列に配列したことで、バッテリー４の高さを低くすることができ、小型、省スペース化が求められる車載用に適している。

さらに、図１５の導入口３２における断面図を図１６に示し、４つのフラットケーブルが制御ボックス５に接続する様子を図１７に図示している。図１６の導入口３２では、電圧検出線３１が１２行４列に整列して並んでいる。また、図１７は、４つのフラットケーブルと制御ボックス５とを第１収納室２１側から見た側面図で、下から第１フラットケーブル４０、第２フラットケーブル５０、第３フラットケーブル６０、第４フラットケーブル７０の順番に４層に積層している。各折曲部４０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄにおいては、４層に積層したフラットケーブルを一度に折り畳んでいる。

次に、本発明の第２実施例を、図１８に基づいて説明する。尚、第１実施例と同一部品については、同一番号を付して説明を省略する。この第２実施例における、第１収納室内での第１フラットケーブル４０の検出線の配列を図１８に示す。

図１８に示す第２実施例では、第１実施形態に用いた１２本の電圧検出線３１に、３本の温度検出線８２を追加した例を示す。この温度検出線８２の線径は、線の識別及び低抵抗の観点から電圧検出線３１よりも太径としている。温度検出線８２と電圧検出線３１の配列は、図１８に示すように、第１分岐部４０Ｂでは、６本の電圧検出線３１が並列に一列に並んでいる。一方、第２分岐部４０Ｃでは、温度検出線８２を中央に１本、両端にそれぞれ１本ずつ配置し、温度検出線８２間に３本ずつの電圧検出線３１を配置している。上記のように温度検出線８２を３本配置することにより、第１電池モジュール２２ａ上で、角型電池２３の温度が高、中、低となる箇所への接続作業が容易となり、第１電池モジュール２２ａの温度分布を確実に検出できる。

第２実施例では、第１実施例と同様、電圧検出線３１と電圧検出線３１との間に設けた切り溝４３の幅は、第１実施例と同じ幅としている。また、第１フラットケーブル４０の電圧検出線３１と温度検出線８２との間に設ける切り溝８３の幅は、電圧検出線３１と電圧検出線３１との間に設ける切り溝４３の幅よりも広くしている。切り溝８３の幅を広くすることで、ケーブルを円筒状にし易くなる。そして、第２、第３、第４のフラットケーブルについては、第１フラットケーブル４０と同様の構成のフラットケーブルを用いる。

次に、本発明の第３実施例を、図１９に基づいて説明する。尚、第１実施例と同一部品については、同一番号を付して説明を省略する。この第３実施例における、第１収納室２１内での第１フラットケーブル４０の検出線の配列を図１９に示す。

図１９に示す第３実施例では、第１実施例に用いた１２本の電圧検出線３１に、第２実施例と同様、線径の太い３本の温度検出線８２を使用している。図１９に示すように、第１分岐部４０Ｂでは、６本の電圧検出線３１が並列に一列に並んでいる。一方、第２分岐部４０Ｃでは、第１分岐部４０Ｂに近い箇所から電圧検出線３１が６本並列に一列に並んでおり、続けて３本の温度検出線８２が一列に配置している。即ち、太径の温度検出線８２を、フラット部分の一端に固めて配置し、細径の電圧検出線３１を、温度検出線８２を配置した一端と反対側の他端に固めて配置することで、温度検出線８２と電圧検出線３１とを並べるのが簡単になるため、生産効率が良くなる。

第３実施例では、第１実施例と同様、電圧検出線３１と電圧検出線３１との間に設けた切り溝４３の幅も、第１実施例と同じ幅としている。また、第１フラットケーブル４０の電圧検出線３１と温度検出線８２との間に設ける切り溝８３の幅は、電圧検出線３１と電圧検出線３１との間に設ける切り溝４３の幅よりも広くしている。さらに、温度検出線８２と温度検出線８２との間に設ける切り溝８４の幅は、電圧検出線３１と温度検出線８２との間に設ける切り溝８３の幅よりも更に広くしている。そして、第２、第３、第４のフラットケーブルについては、第１フラットケーブル４０と同様の構成のフラットケーブルを用いる。

ただし、検出線の種類や数、直径の長さ、配置箇所や積層方法等は、実施例に限定せず、あらゆる構成の配列が考えられる。また、積層するフラットケーブルごとに検出線の構成を変えることもできる。本実施例では、フラットケーブルに束縛部ケーブルや円筒状ケーブルを設けたが、束にする箇所や分岐させる場所等は特に限定しない。そして、必ずしも束縛部ケーブルや円筒状ケーブルを設ける必要はなく、どちらか片方だけでも良いし、全てをフラットケーブルの形状のままにしても良い。

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両用の電源装置として好適に利用できる。また、車載用以外の電源装置としても、好適に利用できる。

１…電源装置
２…エンジン
３…モータ
４…バッテリー
５…制御ボックス
６…発電機
７…ＤＣ／ＡＣインバータ

１０…第１の収納ケース
１１…上ケース
１１ａ…一方の側面
１１ｂ…他方の側面
１２…下ケース
１２ａ…一方の側面
１２ｂ…他方の側面
１３…流入口
１４…排出口
１５…第２収納ケース
１６…側面
１７…上面

２０…第２収納室
２１…第１収納室
２２…電池モジュール
２２ａ…第１電池モジュール
２２ｂ…第２電池モジュール
２２ｃ…第３電池モジュール
２２ｄ…第４電池モジュール
２３…角型電池
２５…上面
２６…電極端面
２７…正の電極端子
２８…負の電極端子
２９…バスバー
３０…冷却風通路
３１…電圧検出線
３２…導入口

４０…第１フラットケーブル
４０Ａ…折曲部
４０Ｂ…第１分岐部
４０ｂ…第１円筒状ケーブル
４０Ｃ…第２分岐部
４０ｃ…第２円筒状ケーブル
４１…上面
４３…切り溝
４４…第１束縛部ケーブル

５０…第２フラットケーブル
５０Ａ…折曲部
５０Ｂ…第１分岐部
５０ｂ…第１円筒状ケーブル
５０Ｃ…第２分岐部
５０ｃ…第２円筒状ケーブル
５１…上面
５３…切り溝
５４…第２束縛部ケーブル

６０…第３フラットケーブル
６０Ａ…折曲部
６０Ｂ…第１分岐部
６０ｂ…第１円筒状ケーブル
６０Ｃ…第２分岐部
６０ｃ…第２円筒状ケーブル
６１…上面
６３…切り溝
６４…第３束縛部ケーブル
７０…第４フラットケーブル
７０Ａ…折曲部
７０Ｂ…第１分岐部
７０ｂ…第１円筒状ケーブル
７０Ｃ…第２分岐部
７０ｃ…第２円筒状ケーブル
７１…上面
７３…切り溝
７４…第４束縛部ケーブル

８０…ガスダクト
８１…シール材
８２…温度検出線
８３…電圧検出線と温度検出線の切り溝
８４…温度検出間の切り溝

Claims (10)

1. バッテリーと接続し、このバッテリーの状態を検出する複数の検出線と、これら検出線を介して前記バッテリーに接続している制御部とを備え、
   複数の前記検出線を並列に配置してフラット状に一体化したフラットケーブルとすることを特徴とする電源装置。
2. 前記フラットケーブルから延出する複数の前記検出線を円筒状に束ねた構造とすることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記フラットケーブルで、複数の前記検出線、及びこれら複数の前記検出線を連結する連結部は、絶縁体により被膜されて一体化していることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
4. 前記フラットケーブルを折り畳んだ状態で、前記バッテリーと前記制御部とに接続していることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
5. 前記フラットケーブルにおいて、各々の前記連結部に切り溝を設け、これら切り溝を所定の長さで切り裂いて複数の前記検出線を分岐し、これら複数の前記検出線が各々独立することを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
6. 複数の前記検出線は、太径と細径の検出線からなり、前記フラットケーブルにおける複数の前記検出線の配列は、太径の前記検出線を、前記フラットケーブルの一端に固めて配置し、細径の前記検出線を、前記太径の検出線を配置した一端と反対側の他端に固めて配置することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
7. 複数の前記検出線は、太径と細径の検出線からなり、前記フラットケーブルにおける前記複数の検出線の配列は、太径の前記検出線と細径の前記検出線とを混合させて配列することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
8. 太径の前記検出線同士の検出線間距離は、細径の前記検出線同士の検出線間距離より長くなるようにし、太径の前記検出線と細径の前記検出線との検出線間距離は、太径の前記検出線同士の検出線間距離より短く、かつ、細径の前記検出線同士の検出線間距離より長くすることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の電源装置。
9. 前記フラットケーブルを複数積層して前記バッテリーと前記制御部とを接続していることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
10. 請求項１から請求項９に記載の電源装置を備える車両。

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