JP2012248299A - バッテリモジュール、バッテリシステム、電動車両、移動体、電力貯蔵装置および電源装置 - Google Patents

バッテリモジュール、バッテリシステム、電動車両、移動体、電力貯蔵装置および電源装置 Download PDF

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Abstract

【課題】各バッテリセルを効率よく冷却することが可能なバッテリモジュール、バッテリシステム、電動車両、移動体、電力貯蔵装置および電源装置を提供する
【解決手段】複数のバッテリセル10にそれぞれ対応するように複数のセパレータS1が冷却板96上にX方向に並ぶように配置される。奇数番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1と偶数番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1とはX方向において互いに逆向きに配置される。各セパレータS1の底面部S1b上に対応するバッテリセル10が配置される。この場合、各バッテリセル10の一側面または他側面が対応するセパレータS1の側面部S1aに接触し、各バッテリセル10の底面が対応するセパレータS1の底面部S1bに接触する。
【選択図】図5

Description

本発明は、バッテリモジュール、それを備えるバッテリシステム、電動車両、移動体、電力貯蔵装置および電源装置に関する。
電動自動車等の移動体または電力を貯蔵する電源装置には、充放電可能な複数のバッテリセルを含むバッテリモジュールが用いられる。このようなバッテリモジュールにおいては、各バッテリセルの温度上昇を抑制するため、各バッテリセルが冷却される。
例えば、特許文献1に記載される車両用バッテリ冷却システムは、複数の電池セル、サイドプレートおよびコールドプレートを備える。各電池セルは、電池要素が外装フィルムにより包まれた構成を有する。外装フィルムの折り返し部分がコールドプレートの上面に接地するように複数の電池セルがそれぞれ配置される。その状態でサイドプレートにより複数の電池セルがコールドプレートに固定される。コールドプレート内には、冷却水等の冷媒が流される。これにより、コールドプレートに接触する各電池セルが冷却される。
特開2008−159440号公報
しかしながら、上記特許文献1においては、各電池セルの一辺のみがコールドプレートに接触する構成であるので、各電池セルとコールドプレートとの接触面積が小さい。そのため、各電池セルを効率よく冷却することができない。
本発明の目的は、各バッテリセルを効率よく冷却することが可能なバッテリモジュール、バッテリシステム、電動車両、移動体、電力貯蔵装置および電源装置を提供することである。
本発明に係るバッテリモジュールは、熱を吸収する冷却面を有する冷却部材と、冷却部材の冷却面上に配置される第1の面を有するとともに、第1の面と角度をなす第2の面を有する複数のバッテリセルと、第1の熱伝導板およびその第1の熱伝導板と角度をなす第2の熱伝導板を有する熱伝導部材とを備え、熱伝導部材は、第1の熱伝導板が冷却部材の冷却面に直接的または間接的に接触しかつ第2の熱伝導板が一のバッテリセルの第2の面に接触するように配置されるものである。ここで、第1の熱伝導板が冷却部材の冷却面に直接的に接触するとは、第1の熱伝導板が介在部材を介さずに冷却部材の冷却面に接触することをいい、第1の熱伝導板が冷却部材の冷却面に間接的に接触するとは、第1の熱伝導板が介在部材を介して冷却部材の冷却面に接触することをいう。なお、介在部材としては、熱伝導性ゴムまたはバッテリセルを冷却部材の冷却面に接着するための熱伝導性の接着剤等が用いられる。
そのバッテリモジュールにおいては、冷却部材の冷却面上に複数のバッテリセルの第1の面がそれぞれ配置される。冷却部材の冷却面に第1の熱伝導板が直接的または間接的に接触しかつ一のバッテリセルの第2の面に第2の熱伝導板が接触するように熱伝導部材が配置される。バッテリセルの第1の面および第2の面は、平面であってもよく、または、曲面であってもよい。
上記一のバッテリセルにより発生される熱が第2の面から第2の熱伝導板および第1の熱伝導板を介して冷却部材の冷却面に吸収される。この場合、バッテリセルの第2の面が熱伝導部材の第2の熱伝導板に接触するので、バッテリセルと熱伝導部材との接触面積が大きい。それにより、バッテリセルから熱伝導部材に熱が伝わりやすくなる。また、熱伝導部材の第1の熱伝導板が冷却部材の冷却面に直接的または間接的に接触するので、熱伝導部材から冷却部材の冷却面に熱が伝わりやすくなる。したがって、各バッテリセルを効率よく冷却することが可能となる。
複数のバッテリセルの各々は、第1および第2の面と異なる第3の面を有し、熱伝導部材は、第2の熱伝導板が一のバッテリセルに隣り合う他のバッテリセルの第3の面にさらに接触するように配置されてもよい。
この場合、熱伝導部材の第2の熱伝導板が一のバッテリセルの第2の面および他のバッテリセルの第3の面にそれぞれ接触する。それにより、熱伝導部材の占有スペースを抑制しつつ隣り合う2つのバッテリセルを効率よく冷却することができる。
第1の熱伝導板は、第2の熱伝導板の一面側に突出するように設けられた第1の部分および第2の熱伝導板の他面側に突出するように設けられた第2の部分を有し、熱伝導部材は、第1の熱伝導板の第1の部分が冷却部材の冷却面と一のバッテリセルの第1の面との間に位置するように配置されてもよい。
この場合、熱伝導部材の第2の熱伝導板が一のバッテリセルの第2の面に接触するとともに、熱伝導部材の第1の熱伝導板の第1の部分が冷却部材の冷却面と一のバッテリセルの第1の面との間に配置される。それにより、バッテリセルから熱伝導部材に熱がより伝わりやすくなる。また、第1の熱伝導板の第1および第2の部分が冷却部材の冷却面に直接的または間接的に接触するので、熱伝導部材から冷却部材の冷却面に熱がより伝わりやすくなる。それにより、各バッテリセルをさらに効率よく冷却することが可能となる。
バッテリモジュールは、隣り合うバッテリセル間に配置され、熱伝導部材よりも低い熱伝導性を有する断熱板をさらに備えてもよい。
この場合、隣り合うバッテリセルのうち一方のバッテリセルの温度が上昇しても、一方のバッテリセルから他方のバッテリセルに熱が伝導することが断熱板により抑制される。それにより、複数のバッテリセル間における連鎖的な熱伝導が防止される。
断熱板は、熱伝導部材の第2の熱伝導板と接触するように配置されてもよい。
この場合、断熱板の熱が熱伝導部材を介して冷却部材の冷却面に吸収されるので、断熱板の温度上昇が抑制される。それにより、複数のバッテリセル間における連鎖的な熱伝導がより効果的に防止される。
断熱板は、熱伝導部材の第2の熱伝導板と接触しないように配置されてもよい。
この場合、断熱板により熱伝導部材の第2の熱伝導板と他のバッテリセルとの接触が妨げられることがない。それにより、複数のバッテリセル間における連鎖的な熱伝導を防止しつつ各バッテリセルを効率よく冷却することが可能となる。
本発明に係るバッテリシステムは、1または複数のバッテリモジュールを備え、1または複数のバッテリモジュールのうちの少なくとも1つは、上記の発明に係るバッテリモジュールであるものである。
そのバッテリシステムにおいては、1または複数のバッテリモジュールのうちの少なくとも1つが上記のバッテリモジュールであるので、各バッテリセルを効率よく冷却することが可能となる。それにより、バッテリシステムの信頼性が向上される。
本発明に係る電動車両は、上記の発明に係るバッテリシステムと、バッテリシステム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るものである。
その電動車両においては、上記のバッテリシステムからの電力によりモータが駆動される。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。
この場合、上記のバッテリシステムが用いられるので、各バッテリセルを効率よく冷却することが可能となる。それにより、電動車両の信頼性が向上される。
本発明に係る移動体は、上記の発明に係るバッテリシステムと、移動本体部と、バッテリシステムからの電力を動力に変換する動力源と、動力源により変換された動力により移動本体部を移動させる駆動部とを備えるものである。
その移動体においては、上記のバッテリシステムからの電力が動力源により動力に変換され、その動力により駆動部が移動本体部を移動させる。この場合、上記のバッテリシステムが用いられるので、各バッテリセルを効率よく冷却することが可能となる。したがって、移動体の信頼性が向上される。
本発明に係る電力貯蔵装置は、上記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のバッテリセルの放電または充電に関する制御を行う制御部とを備えるものである。
その電力貯蔵装置においては、制御部により、複数のバッテリセルの充電または放電に関する制御が行われる。それにより、複数のバッテリセルの劣化、過放電および過充電を防止することができる。また、上記のバッテリシステムが用いられるので、各バッテリセルを効率よく冷却することが可能となる。したがって、電力貯蔵装置の信頼性が向上される。
本発明に係る電源装置は、外部に接続可能な電源装置であって、上記の発明に係る電力貯蔵装置と、電力貯蔵装置の制御部により制御され、電力貯蔵装置のバッテリシステムと外部との間で電力変換を行う電力変換装置とを備えるものである。
その電源装置においては、複数のバッテリセルと外部との間で電力変換装置により電力変換が行われる。電力変換装置が電力貯蔵装置の制御部により制御されることにより、複数のバッテリセルの充電または放電に関する制御が行われる。それにより、複数のバッテリセルの劣化、過放電および過充電を防止することができる。また、上記のバッテリシステムが用いられるので、各バッテリセルを効率よく冷却することが可能となる。したがって、電源装置の信頼性が向上される。
本発明によれば、各バッテリセルを効率よく冷却することができる。
本実施の形態に係るバッテリモジュールの外観斜視図である。 図1のバッテリモジュールの平面図である。 セパレータの外観斜視図である。 セパレータの外観斜視図である。 セパレータの第1の配置例を示す模式的側面図である。 セパレータの第2の配置例を示す模式的側面図である。 セパレータの第3の配置例を示す模式的側面図である。 セパレータの第4の配置例を示す模式的側面図である。 セパレータの第5の配置例を示す模式的側面図である。 セパレータの第6の配置例を示す模式的側面図である。 セパレータの他の例を示す外観斜視図である。 図10のセパレータの配置例を示す模式的側面図である。 冷却板の他の例を示す摸式的側面図である。 本実施の形態で用いられるバスバーの例を示す平面図である。 複数のバッテリセルに取り付けられた状態のバスバーを示す模式的平面図である。 バスバーの他の例を示す模式的平面図である。 各バッテリセルのプラス電極およびマイナス電極の他の配置例を示す模式的平面図である。 第2の実施の形態に係るバッテリシステムの構成を示す模式的平面図である。 バッテリシステムにおける冷媒の循環系について説明するための模式図である。 第3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。 第4の実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態に係るバッテリモジュール、バッテリシステム、電動車両、移動体、電力貯蔵装置および電源装置について図面を参照しながら説明する。
(1)第1の実施の形態
本発明の第1の実施の形態に係るバッテリモジュールについて説明する。
(1−1)全体構成
図1は、本実施の形態に係るバッテリモジュール100の外観斜視図であり、図2は、図1のバッテリモジュール100の平面図である。図1、図2および後述する図5〜図10、図12、図13、図15および図17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。また、矢印Zが向く方向が上方である。
図1および図2に示すように、バッテリモジュール100においては、複数(本例では、18個)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。バッテリセル10の形状は特に限定されず、台形、平行四辺形または楔形等の縦断面を有するバッテリセル10が用いられてもよい。また、円柱形状またはラミネート型のバッテリセル10が用いられてもよい。本例では、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。一対のエンドプレート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。
一対のエンドプレート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。一対のエンドプレート92の間に複数のバッテリセル10が配置された状態で、一対のエンドプレート92の上側の接続部に一対の上端枠93が取り付けられ、一対のエンドプレート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。
本実施の形態では、隣り合うバッテリセル10間に、セパレータS1,S2(後述の図3および図4)の少なくとも一方が配置される。セパレータS1は熱伝導部材の例であり、セパレータS2は断熱板の例である。セパレータS1,S2の構成および配置については後述する。
一方のエンドプレート92には、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。また、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がエンドプレート92に取り付けられる。プリント回路基板21は、保護部材95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および通信回路24が実装される。
複数のバッテリセル10は、冷却板96上に配置される。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につながる冷媒通路97(後述の図5参照)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内部の冷媒通路97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。冷却板96は冷却部材の例であり、冷却板96の上面は冷却面の例である。複数のバッテリセル10の熱は、後述のセパレータS1を介して冷却板96の上面に吸収される。
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、上方に突出するように設けられている。
また、各バッテリセル10の上面中央にはガス抜き弁10vが設けられる。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内部の圧力の上昇が防止される。
以下の説明においては、一方のエンドプレート92(プリント回路基板21が取り付けられていないエンドプレート92)に隣り合うバッテリセル10から他方のエンドプレート92(プリント回路基板21が取り付けられたエンドプレート92)に隣り合うバッテリセル10までを1番目からM番目のバッテリセル10と呼ぶ。Mは、2以上の自然数であり、図1および図2の例では、18である。
図2に示すように、各バッテリセル10は、隣り合うバッテリセル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、隣り合う各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10a,10bに金属板からなるバスバー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のマイナス電極10bと2番目のバッテリセル10のプラス電極10a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のマイナス電極10bと3番目のバッテリセル10のプラス電極10a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のマイナス電極10bとそれに隣り合う偶数番目のバッテリセル10のプラス電極10a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のマイナス電極10bとそれに隣り合う奇数番目のバッテリセル10のプラス電極10aとに共通のバスバー40が取り付けられる。
一方、1番目のバッテリセル10のプラス電極10aおよびM番目のバッテリセル10のマイナス電極10bには、外部から電力線D1〜D6(後述の図12参照)を接続するためのバスバー40がそれぞれ取り付けられる。
このようにして、複数のバッテリセル10上に複数のバスバー40がX方向に沿って2列に配列されている。2列のバスバー40の内側にX方向に延びる長尺状の2枚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が配置されている。
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40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40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40に共通して接続されている。同様に、他方のFPC基板50は他方の1列の複数のバスバー40に共通して接続されている。各FPC基板50は、一方のエンドプレート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。2枚のFPC基板50を介して、複数のバスバー40がプリント回路基板21に電気的にそれぞれ接続される。プリント回路基板21上の検出回路20により、各バッテリセル10の端子電圧が検出される。
(1−2)セパレータ
本実施の形態では、隣り合うバッテリセル10間にセパレータS1,S2の少なくとも一方が配置される。以下、セパレータS1,S2の詳細について説明する。図3はセパレータS1の外観斜視図であり、図4はセパレータS2の外観斜視図である。
以下の説明では、各バッテリセル10のYZ平面に平行な一対の面をそれぞれ側面と呼ぶ。特に、各バッテリセル10の一対の側面のうち、プリント回路基板21が取り付けられていないエンドプレート92に近い側面を一側面と呼び、プリント回路基板21が取り付けられているエンドプレート92に近い側面を他側面と呼ぶ。一のバッテリセル10の一側面と、そのバッテリセル10に隣り合う他のバッテリセル10の他側面とは互いに対向する。また、各バッテリセル10のXY平面に平行な一対の面をそれぞれ上面および底面と呼ぶ。バッテリセル10の底面が第1の面の例であり、バッテリセル10の一側面および他側面が第2および第3の面の例である。また、必要に応じて、奇数番目のバッテリセル10を(2k−1)番目のバッテリセル10と呼び、偶数番目のバッテリセル10を2k番目のバッテリセル10と呼ぶ。kは、1以上の任意の自然数である。
図3に示すように、セパレータS1は矩形板状の側面部S1aを有し、側面部S1aの下端から側面部S1aと角度をなしかつ側面部S1aの一面側に一定幅突出するように底面部S1bが一体的に設けられる。本例では、底面部S1bが側面部S1aに対して垂直に設けられる。底面部S1bが第1の熱伝導板の例であり、側面部S1aが第2の熱伝導板の例である。側面部S1aの面積は、バッテリセル10の一側面の面積とほぼ等しい。セパレータS1は、例えばアルミまたは銅等の熱伝導性が高い材料から形成される。また、隣り合うバッテリセル10の電極10a、10b間以外の電気的絶縁性を確保するために、セパレータS1が電気的絶縁性を有することが好ましい。例えば、セパレータS1の表面にアルマイト処理が施されることにより、セパレータS1が電気的絶縁性を有する。各バッテリセル10の表面に電気的な絶縁処理が施されていれば、セパレータS1が電気的絶縁性を有さなくてもよい。
図4に示すように、セパレータS2は、矩形板状の側面部S2aを有し、側面部S2aの上端から側面部S2aと角度をなしかつ側面部S2aの一面側および他面側にそれぞれ突出するように1対の突出部S2bが一体的に設けられる。本例では、突出部S2bが側面部S2aに対して垂直に設けられる。なお、バッテリセル10の電極10a,10bおよびガス抜き弁10v、ならびにバスバー40が突出部S2bによって覆い隠されないように、突出部S2bに孔、溝または切り込み等が設けられてもよい。側面部S2aの面積は、バッテリセル10の一側面の面積とほぼ等しい。側面部S2aの厚みは、側面部S1aの厚みと同じでもよく、異なってもよい。セパレータS2は、例えば樹脂等の熱伝導性が低い材料から形成される。セパレータS2はセパレータS1よりも熱伝導性が低い。セパレータS1と同様に、セパレータS2は電気的絶縁性を有することが好ましい。各バッテリセル10の表面に電気的な絶縁処理が施されていれば、セパレータS2が電気的絶縁性を有さなくてもよい。
図5は、セパレータS1,S2の第1の配置例を示す模式的側面図である。図5、後述の図6〜図10、図12および図13においては、エンドプレート92、上端枠93および一対の下端枠94等の図示が省略される。図5の例では、複数のバッテリセル10にそれぞれ対応するように複数のセパレータS1が冷却板96上にX方向に並ぶように配置される。各セパレータS1は、底面部S1bが冷却板96の上面に重なるように配置される。奇数番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1と偶数番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1とはX方向において互いに逆向きに配置される。
各セパレータS1の底面部S1b上に対応するバッテリセル10が配置される。この場合、冷却板96の上面と各バッテリセル10の底面との間に各セパレータS1の底面部S1bが配置され、各セパレータS1の底面部S1bが各バッテリセル10の底面に接触するとともに冷却板96の上面に接触する。なお、セパレータS1の底面部S1bとバッテリセル10の底面との間およびセパレータS1の底面部S1bと冷却板96の上面との間の少なくとも一方に、熱伝導性ゴムまたはバッテリセル10を冷却板96上に接着するための熱伝導性の接着剤等の介在部材が配置されてもよい。
本例では、互いに隣り合う(2k−1)番目および2k番目の2つのバッテリセル10がバッテリセル対を構成する。各バッテリセル対の(2k−1)番目のバッテリセル10の一側面が、対応するセパレータS1の側面部S1aに接触し、2k番目のバッテリセル10の他側面が、対応するセパレータS1の側面部S1aに接触する。
各バッテリセル対の(2k−1)番目のバッテリセル10の他側面と2k番目のバッテリセル10の一側面との間に、セパレータS2の側面部S2aが配置される。各セパレータS2の突出部S2bは、各バッテリセル対の2つのバッテリセル10の上面に重なるように配置される。各バッテリセル対の(2k−1)番目のバッテリセル10の他側面が、対応するセパレータS2の側面部S2aに接触し、2k番目のバッテリセル10の一側面が、対応するセパレータS2の側面部S2aに接触する。
(1−3)効果
本実施の形態に係るバッテリモジュール100においては、高い熱伝導性を有するセパレータS1が各バッテリセル10に対応して配置される。各バッテリセル10から発生される熱が、セパレータS1を介して冷却板96に伝わり、冷却板96の冷媒通路97を流れる冷媒に吸収される。この場合、各バッテリセル10の一側面または他側面が対応するセパレータS1の側面部S1aに接触し、各バッテリセル10の底面が対応するセパレータS1の底面部S1bに接触する。それにより、各バッテリセル10と各セパレータS1との接触面積が大きい。したがって、各バッテリセル10の熱がセパレータS1に伝わりやすくなる。また、セパレータS1の底面部S1bが冷却板96の上面に面接触するので、セパレータS1から冷却板96に熱が伝わりやすくなる。その結果、各バッテリセル10を効率よく冷却することができる。
また、低い熱伝導性を有するセパレータS2の側面部S2aが各バッテリセル対の2つのバッテリセル10間に配置される。そのため、各バッテリセル対の2つのバッテリセル10間における熱伝導がセパレータS2により抑制される。それにより、各バッテリセル対の一方のバッテリセル10の温度が上昇した場合でも、一方のバッテリセル10から他方のバッテリセル10に熱が伝導することが防止される。その結果、複数のバッテリセル10間における連鎖的な熱伝導が防止される。
(1−4)セパレータの他の配置例
(1−4−1)第2の配置例
図6は、セパレータS1,S2の第2の配置例を示す模式的側面図である。図6の例について、図5の例と異なる点を説明する。図6の例では、全てのセパレータS1が同じ向きに配置される。この場合、各バッテリセル10の他側面が、対応するセパレータS1の側面部S1aに接触する。
また、各バッテリセル対の(2k−1)番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1の側面部S1aと2k番目のバッテリセル10の一側面との間に、セパレータS2の側面部S2aが配置される。それにより、各バッテリセル対の2k番目のバッテリセル10の一側面が、セパレータS2の側面部S2aに接触する。また、1番目のバッテリセル10を除いて、各バッテリセル対の(2k−1)番目のバッテリセル10の他側面が、隣り合う(2k−2)番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1の側面部S1aに接触する。
本例では、各バッテリセル対の一方のバッテリセル10の両方の側面がセパレータS1の側面部S1aに接触する。そのため、各バッテリセル対の一方のバッテリセル10がより十分に冷却される。また、各バッテリセル対の一方および他方のバッテリセル10間に、セパレータS1の側面部S1aに接触するようにセパレータS2の側面部S2aが配置される。そのため、各バッテリセル対の2つのバッテリセル10間における熱伝導がセパレータS2により抑制されるとともに、セパレータS2の温度上昇がセパレータS1により抑制される。その結果、複数のバッテリセル10間における連鎖的な熱伝導がより効果的に防止される。
(1−4−2)第3の配置例
図7は、セパレータS1,S2の第3の配置例を示す模式的側面図である。図7の例について、図5の例と異なる点を説明する。図7の例では、図5の構成に加えて、各バッテリセル対の2k番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1の側面部S1aと、隣り合う(2k+1)番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1の側面部S1aとの間にセパレータS2の側面部S2aが配置される。
本例では、隣り合うバッテリセル対間において、2つのセパレータS1の側面部S1aに挟まれるようにセパレータS2の側面部S2aが配置される。それにより、隣り合うバッテリセル対間における熱伝導がセパレータS2により抑制されるとともに、隣り合うバッテリセル対間のセパレータS2の温度上昇がセパレータS1により抑制される。その結果、複数のバッテリセル10間における連鎖的な熱伝導がより効果的に防止される。
(1−4−3)第4の配置例
図8は、セパレータS1,S2の第4の配置例を示す模式的側面図である。図8の例について、図6の例と異なる点を説明する。図8の例では、図6の構成に加えて、各バッテリセル対の2k番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1の側面部S1aと、隣り合う(2k+1)番目のバッテリセル10の一側面との間にセパレータS2の側面部S2aが配置される。
本例では、隣り合うバッテリセル対間において、セパレータS1の側面部S1aに接触するようにセパレータS2の側面部S2aが配置される。それにより、隣り合うバッテリセル対間における熱伝導がセパレータS2により抑制されるとともに、隣り合うバッテリセル対間のセパレータS2の温度上昇がセパレータS1により抑制される。その結果、複数のバッテリセル10間における連鎖的な熱伝導がより効果的に防止される。
(1−4−4)第5の配置例
図9は、セパレータS1,S2の第5の配置例を示す模式的側面図である。図9の例について、図5の例と異なる点を説明する。図9の例では、各バッテリセル対の(2k−1)番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1が設けられない。
本例では、各バッテリセル対の2k番目のバッテリセル10の熱は、上記図5の例と同様に、対応するセパレータS1を介して冷却板96に吸収される。一方、各バッテリセル対の(2k−1)番目のバッテリセル10の一側面は、隣り合う(2k−2)番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1の側面部S1aに接触する。また、(2k−1)番目のバッテリセル10の底面は、冷却板96に接触する。これにより、(2k−1)番目のバッテリセル10の熱は、(2k−2)番目のバッテリセル10に対応するセパレータS1を介して冷却板96に吸収されるとともに、その底面から直接冷却板96に吸収される。したがって、セパレータS1の数を削減しつつ、各バッテリセル10を効率よく冷却することができる。その結果、バッテリモジュール100の製造コストを低減することができる。
(1−4−5)第6の配置例
図5〜図9の例では、全てのセパレータS1の底面部S1bがバッテリセル10の底面と冷却板96の上面との間に配置されるが、これに限らず、少なくとも一部のセパレータS1に関して、底面部S1bがバッテリセル10の底面と冷却板96の上面との間ではない冷却板96上の位置に配置され、側面部S1aがバッテリセル10の一側面または他側面に接触するように配置されてもよい。
図10は、セパレータS1,S2の第6の配置例を示す模式的側面図である。図10の例について、図5の例と異なる点を説明する。図10の例では、1番目およびM番目のバッテリセル10にそれぞれ対応するセパレータS1に関して、底面部S1bがバッテリセル10と反対側に向けられ、バッテリセル10の底面と冷却板96の上面との間ではない冷却板96上の位置に配置される。これらのセパレータS1の底面部S1bは、例えば、一方および他方のエンドプレート92(図1)と冷却板96の上面との間に配置される。
この場合も、1番目のバッテリセル10の一側面およびM番目のバッテリセル10の他側面にそれぞれセパレータS1の側面部S1aが接触する。そのため、バッテリセル10の熱がセパレータS1に伝わりやすい。また、セパレータS1の底面部S1bが冷却板96の上面に重なるので、セパレータS1から冷却板96に熱が伝わりやすい。その結果、各バッテリセル10を効率よく冷却することができる。
(1−5)セパレータの他の例
(1−5−1)
図11は、セパレータS1の他の例を示す外観斜視図である。図11のセパレータS1は、側面部S1aの下端部から側面部S1aの他面側に垂直に一定幅突出するように底面部S1cが設けられる点を除いて、図3のセパレータS1と同様の構成を有する。側面部S1bが第1の熱伝導板の第1の部分の例であり、底面部S1cが第1の熱伝導板の第2の部分の例である。
図12は、図11のセパレータS1の配置例を示す模式的側面図である。図12の例においても、互いに隣り合う(2k−1)番目および2k番目の2つのバッテリセル10がバッテリセル対を構成する。複数のバッテリセル対にそれぞれ対応するように複数のセパレータS1が配置される。各バッテリセル対の(2k−1)番目のバッテリセル10が、対応するセパレータS1の底面部S1c上に配置され、各バッテリセル対の2k番目のバッテリセル10が、対応するセパレータS1の底面部S1b上に配置される。
この場合、冷却板96の上面と(2k−1)番目のバッテリセル10の底面との間に底面部S1cが配置され、冷却板96の上面と2k番目のバッテリセル10の底面との間に底面部S1bが配置される。それにより、底面部S1cが(2k−1)番目のバッテリセル10の底面に接触するとともに冷却板96の上面に接触し、底面部S1bが2k番目のバッテリセル10の底面に接触するとともに冷却板96の上面に接触する。なお、セパレータS1の底面部S1b,S1cとバッテリセル10の底面との間およびセパレータS1の底面部S1b,S1cと冷却板96の上面との間の少なくとも一方に、熱伝導性ゴムまたはバッテリセル10を冷却板96上に接着するための熱伝導性の接着剤等の介在部材が配置されてもよい。
また、各バッテリセル対の(2k−1)番目のバッテリセル10の他側面が、対応するセパレータS1の側面部S1aに接触し、各バッテリセル対の2k番目のバッテリセル10の一側面が、対応するセパレータS1の側面部S1aに接触する。
各バッテリセル対の2k番目のバッテリセル10の他側面と、隣り合う(2k+1)番目のバッテリセル10の一側面との間にセパレータS2の側面部S2aが配置される。各バッテリセル対の2k番目のバッテリセル10の他側面および隣り合う(2k+1)番目のバッテリセル10の一側面が、セパレータS2の側面部S2aに接触する。
本例においても、各バッテリセル10と各セパレータS1との接触面積が大きくなる。したがって、各バッテリセル10の熱がセパレータS1に伝わりやすくなる。その結果、各バッテリセル10を効率よく冷却することができる。また、隣り合うバッテリセル対間における熱伝導がセパレータS2により抑制されるので、複数のバッテリセル10間における連鎖的な熱伝導が防止される。
さらに、2つのバッテリセル10に対応して1つのセパレータS1が用いられるので、図5〜図8の例に比べて、セパレータS1の数を少なくすることができる。それにより、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。
また、本例においても、少なくとも一部のセパレータS1に関して、底面部S1b,S1cのうち一方がバッテリセル10の底面と冷却板96の上面との間ではない冷却板96上の位置に配置されてもよい。
また、図5〜図10の例では、図3のセパレータS1が用いられ、図12の例では図11のセパレータS1が用いられるが、図3のセパレータS1と図11のセパレータS1とが両方用いられてもよい。
(1−5−2)
上記の例においては、セパレータS2が隣り合うバッテリセル10間における熱伝導を抑制するために用いられるが、これに限らない。例えば、セパレータS2がバッテリセル10の冷却のために用いられてもよい。この場合、セパレータS2は、セパレータS1と同様の熱伝導性が高い材料から形成される。セパレータS2の側面部S2aがバッテリセル10の一側面または他側面に接触することにより、バッテリセル10からセパレータS2の側面部S2aに熱が伝導する。また、突出部S2bが冷却用の気体と接触することにより、バッテリセル10から側面部S2aに伝わった熱が突出部S2bから気体に吸収される。これにより、セパレータS2の側面部S2aに接触するバッテリセル10が冷却される。
このようにして、セパレータS2がバッテリセル10の冷却のために用いられることにより、セパレータS1によるバッテリセル10の冷却効果に加えて、セパレータS2によるバッテリセル10の冷却効果が得られる。それにより、各バッテリセル10をより効率よく冷却することができる。
また、セパレータS2が、単に隣り合うバッテリセル10間の電気的絶縁のために用いられてもよい。この場合、電気的絶縁性を有するセパレータS2が用いられる。
(1−5−3)
図3のセパレータS1においては、側面部S1aの下端部の一端から他端まで一体的に延びるように底面部S1bが設けられ、図11のセパレータS1においては、側面部S1aの下端部の一端から他端まで一体的に延びるように底面部S1b,S1cが設けられるが、底面部S1b,S1cの形状はこれに限らない。底面部S1b,S1cと冷却板96との間の熱伝導性を確保することができるのであれば、例えば、図4のセパレータS2の突出部S2bと同様に、底面部S1b,S1cがそれぞれ複数の部分に分離するように設けられてもよい。
また、図4のセパレータS2においては、側面部S2aの上端部に一対の突出部S2bが設けられるが、これに限らず、側面部S2aの上端部の一端から他端まで一体的に延びるように突出部S2bが設けられてもよい。すなわち、セパレータS2が、図11のセパレータS1を上下方向(Z方向)に逆向きにした形状を有してもよい。同様に、セパレータS2が、図3のセパレータS1を上下方向(Z方向)に逆向きにした形状を有してもよい。バッテリセル10の冷却のためにセパレータS2が用いられる場合には、側面部S2aの上端部の一端から他端まで一体的に延びるように突出部S2bが設けられることにより、突出部S2bからより効率よく熱が放出され、バッテリセル10の冷却効果が高くなる。なお、セパレータS2の突出部S2bの上面に、冷却フィンとしての複数の突起が設けられてもよい(後述の図13の突起96cを参照)。また、バッテリセル10の電極10a,10bおよびガス抜き弁10v、ならびにバスバー40が突出部S2bによって覆い隠されないように、突出部S2bに孔、溝または切り込み等が設けられてもよい。一方、セパレータS2がバッテリセル10の冷却以外の目的で用いられる場合には、突出部S2bが設けられなくてもよい。
(1−6)バッテリモジュールの小型化
バッテリモジュール100の構成として、全ての隣り合うバッテリセル10間に、2枚の熱伝導板(本例では、セパレータS1の側面部S1a)が配置され、その2枚の熱伝導板間に挟まれるように断熱板(本例では、セパレータS2の側面部S2a)が配置される構成も考えられる。しかしながら、このような構成では、バッテリモジュール100が大型化する。
それに対して、上記の例では、1つのバッテリセル10に対応して多くとも1つのセパレータS1が用いられ、1つのバッテリセル10に対応して多くとも1つのセパレータS2が用いられる。そのため、全ての隣り合うバッテリセル10間に2つのセパレータS1の側面部S1aおよび1つのセパレータS2の側面部S2aが配置されることはない。したがって、バッテリモジュール100の大型化が抑制される。
特に、図9および図12の例では、2つのバッテリセル10に対応して1つのセパレータS1が用いられる。また、図5、図6、図9、図10、図12の例では、2つの複数のバッテリセル10に対応して1つのセパレータS2が用いられる。それにより、バッテリモジュール100の大型化がさらに抑制される。
(1−7)冷却板の他の例
図13は、冷却板96の他の例を示す模式的側面図である。図13の冷却板96について、図5〜図10および図12の冷却板96と異なる点を説明する。なお、図13においては、図5の例と同様にセパレータS1,S2が配置されるが、セパレータS1,S2が上記他の配置および構成であってもよい。
図13の冷却板96には、冷媒流入口96a、冷媒流出口96bおよび冷媒通路97が設けられず、冷却板96の下面に、複数の突起96cが設けられる。この場合、複数の突起96cが冷却フィンとして機能し、各バッテリセル10から冷却板96に伝わった熱が、複数の突起96cから放出される。それにより、各バッテリセル10が冷却される。
また、複数の突起96cに接触するように冷却用の気体が供給されることが好ましい。この場合、複数の突起96cからより効率よく熱が放出される。それにより、各バッテリセル10をより効率よく冷却することができる。
(1−8)バスバー
図14は、本実施の形態で用いられるバスバー40の例を示す平面図である。図15は、複数のバッテリセル10に取り付けられた状態のバスバー40を示す模式的平面図である。
図14に示すように、バスバー40は、矩形板状のベース部41および取付片42を備える。ベース部41は、領域41a,41bを有する。領域41aは例えばアルミニウムにより形成され、領域41bは例えば銅により形成される。本例では、バスバー40とバッテリセル10の電極10a,10bとの間における電触を防止するため、ベース部41が2種の材料から形成される。バスバー40とバッテリセル10の電極10a,10bとの間における電触を防止可能であれば、ベース部41が単一の材料から形成されてもよい。取付片42は、ベース部41の領域41bの長辺から突出するように形成される。ベース部41には、真円形の電極接続孔43aおよびX方向(図15参照)に延びる長円形の電極接続孔43bが形成される。
図15に示すように、各バスバー40の取付片42が例えばはんだ付けによりFPC基板50に取り付けられる。隣り合うバッテリセル10の互いに接続されるべきプラス電極10aおよびマイナス電極10bがバスバー40の電極接続穴43a,43bに嵌め込まれる。
ここで、隣り合うバッテリセル10の間隔は、配置されるセパレータS1,S2の数および種類により異なる。例えば、図5の例では、2つのセパレータS1の側面部S1aが配置される箇所と、1つのセパレータS2の側面部S2aが配置される箇所とで、隣り合うバッテリセル10の間隔が異なる。このように、隣り合うバッテリセル10の間隔にばらつきがあると、互いに接続されるべきプラス電極10aとマイナス電極10bとの距離(以下、電極間距離と呼ぶ)にばらつきが生じる。
そこで、図14のバスバー40が用いられることにより、長円形に形成された電極接続孔43b内の任意の位置に互いに接続されるべきプラス電極10aおよびマイナス電極10bの一方を配置することができる。したがって、電極間距離にばらつきがある場合でも、共通のバスバー40を用いることができる。
図16は、バスバー40の他の例を示す模式的平面図である。図16(a)のバスバー40は、電極接続孔43aがY方向(図15参照)に延びる長円形に形成される点を除いて、図14のバスバー40と同様の構成を有する。製造誤差または組み立て誤差等により、隣り合うバッテリセル10の互いに接続されるべきプラス電極10aおよびマイナス電極10bの位置が、Y方向においてずれることがある。そこで、図16(a)のバスバー40が用いられる場合には、隣り合うバッテリセル10のプラス電極10aおよびマイナス電極10bにバスバー40が嵌め込まれた状態で、バスバー40の向きを調整することができる。それにより、互いに接続されるべきプラス電極10aおよびマイナス電極10bがY方向にずれている場合でも、バスバー40の向きを一定に維持することができる。したがって、複数のバスバー40の向きにばらつきが生じることが防止される。その結果、FPC基板50に歪みが生じることが防止される。
図16(b)のバスバー40は、長円形の電極接続孔43bの代わりに一対の円形の電極接続孔43cが互いに一体的に形成される点を除いて、図14のバスバー40bと同様の構成を有する。
この場合、互いに接続されるべきプラス電極10aとマイナス電極10bの一方が電極接続孔43aに嵌め込まれ、他方が一対の電極接続孔43cのいずれかに選択的に嵌め込まれる。それにより、電極間距離が2通りある場合でも、共通のバスバー40を用いることができる。
図16(c)のバスバー40は、真円形の電極接続孔43aの代わりに2つの円形の電極接続孔43dが互いに一体的に形成される点を除いて、図16(b)のバスバー40と同様の構成を有する。
この場合、互いに接続されるべきプラス電極10aとマイナス電極10bの一方が一対の電極接続孔43dのいずれか一方に選択的に嵌め込まれ、他方が一対の電極接続孔43cのいずれか一方に選択的に嵌め込まれる。それにより、電極間距離が2〜4通りある場合でも、共通のバスバー40を用いることができる。
(1−9)プラス電極およびマイナス電極の他の配置例
図17は、各バッテリセル10のプラス電極10aおよびマイナス電極10bの他の配置例を示す模式的平面図である。図17においては、各バッテリセル10のX方向に垂直な一面および他面の中央を通る線(以下、中央線と呼ぶ)CLが示される。図17の例では、隣り合うバッテリセル10の間隔が交互にR1およびR2になるように、複数のバッテリセル10が配置される。
図17の例では、各バッテリセル10のプラス電極10aの軸心およびマイナス電極10bの軸心が、各バッテリセル10の一側面または他側面に近づくように中央線C1から距離tずれている。
ここで、各バッテリセル10の厚みをDとし、隣り合うバッテリセルの間隔がR1である箇所における電極間距離をW1とし、隣り合うバッテリセルの間隔がR2である箇所における電極間距離をW2とした場合、次式(1)および次式(2)が成立する。
2(D/2−t)+R1=W1 …(1)
2(D/2+t)+R2=W2 …(2)
距離tは、電極間距離W1と電極間距離W2とが等しくなるように設定される。したがって、次式を満たすように、距離tが設定される。
2(D/2−t)+R2=2(D/2+t)+R1
上式から距離tは次式のようになる。
t=(R2−R1)/4
この場合、電極間距離W1,W2が等しくなる。そのため、隣り合うバッテリセルの間隔がR1である箇所および隣り合うバッテリセルの間隔がR2である箇所の両方において、一対の真円形の電極接続孔45が一定間隔で形成された単純な形状のバスバー40を用いることができる。
(2)第2の実施の形態
本発明の第2の実施の形態に係るバッテリシステムについて説明する。本実施の形態に係るバッテリシステムは、上記第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100を備える。
(2−1)全体構成
図18は、第2の実施の形態に係るバッテリシステムの構成を示す模式的平面図である。図18に示すように、バッテリシステム500は、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(High Voltage;高圧)コネクタ520およびサービスプラグ530を含む。バッテリモジュール100a〜100dは、第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100と同様の構成を有する。この場合、図3のセパレータS1が用いられてもよく、または図11のセパレータS1が用いられてもよい。セパレータS1,S2の配置は、上記図5〜図10および図12の配置例のいずれであってもよい。バッテリモジュール100a〜100dの数および配置は、本例に限定されず、適宜変更可能である。
以下の説明では、バッテリモジュール100a〜100dの各々において、最も高電位のプラス電極10aを高電位端子10Aと呼び、最も低電位のマイナス電極10bを低電位端子10Bと呼ぶ。また、バッテリモジュール100a〜100dの各々に設けられる一対のエンドプレート92のうちプリント回路基板21が取り付けられるエンドプレート92をエンドプレート92Aと呼び、プリント回路基板21が取り付けられないエンドプレート92をエンドプレート92Bと呼ぶ。
バッテリモジュール100a〜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部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が側面部550aに沿って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のエンドプレート92Bとバッテリモジュール100bのエンドプレート92Aとが互いに間隔をおいて向き合うように、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100aのエンドプレート92Aは側面部550dに向けられ、バッテリモジュール100bのエンドプレート92Bは側面部550bに向けられる。
バッテリモジュール100a,100bに並列に、バッテリモジュール100c,100dが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のエンドプレート92Aとバッテリモジュール100dのエンドプレート92Bとが互いに間隔をおいて向き合うように、バッテリモジュール100c,100dが配置される。バッテリモジュール100cのエンドプレート92Bは側面部550dに向けられ、バッテリモジュール100dのエンドプレート92Aは側面部550bに向けられる。バッテリモジュール100c,100d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の低電位端子10Bに取り付けられたバスバー40に電力線D1の一端が接続される。バッテリモジュール100bの高電位端子10Aに取り付けられたバスバー40に電力線D1の他端が接続される。これにより、バッテリモジュール100aの低電位端子10Bとバッテリモジュール100bの高電位端子10Aとが互いに電気的に接続される。電力線D1,D2および後述の電力線D3〜D7としては、例えばハーネスまたはリード線等が用いられる。また、電力線D1,D2の代わりに、長尺状のバスバーが用いられてもよい。
バッテリモジュール100cの高電位端子10Aに取り付けられたバスバー40aに電力線D2の一端が接続される。バッテリモジュール100dの低電位端子10Bに取り付けられたバスバー40aに電力線D2の他端が接続される。これにより、バッテリモジュール100cの高電位端子10Aとバッテリモジュール100dの低電位端子10Bとが互いに電気的に接続される。
バッテリモジュール100aの高電位端子10Aに取り付けられたバスバー40aに、電力線D3の一端が接続される。バッテリモジュール100cの低電位端子10Bに取り付けられたバスバー40aに、電力線D4の一端が接続される。電力線D3,D4の他端はサービスプラグ530に接続される。
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の高電位端子10Aの電位が最も高く、バッテリモジュール100bの低電位端子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。この場合、複数のバッテリモジュール100a〜100d間の電流経路が遮断される。これにより、メンテナンス時の安全性が確保される。
バッテリモジュール100bの低電位端子10Bに取り付けられたバスバー40aに、電力線D5の一端が接続される。バッテリモジュール100dの高電位端子10Aに取り付けられたバスバー40aに、電力線D6の一端が接続される。電力線D5,D6の他端はコンタクタ102に接続される。コンタクタ102は、電力線D7,D8を介してHVコネクタ520に接続される。HVコネクタ520は、外部負荷に接続される。
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が電力線D5,D7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が電力線D6,D8を介してHVコネクタ520に接続される。それにより、バッテリモジュール100a〜100dから負荷に電力が供給される。また、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〜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。
バッテリシステム500のメンテナンス時には、サービスプラグ530とともにコンタクタ102も作業者によりオフされる。この場合、複数のバッテリモジュール100a〜100d間の電流経路が確実に遮断される。これにより、メンテナンス時の安全性が十分に確保される。また、各バッテリモジュール100a〜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。そのため、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100aのプリント回路基板21(図1等参照)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100dのプリント回路基板21は通信線P4を介してバッテリECU101に接続される。通信線P1〜P4によりバスが構成される。通信線P1〜P4としては、例えばハーネスが用いられる。
通信線P1〜P4を介して、バッテリモジュール100a〜100dの通信回路24およびバッテリECU101の間で通信が行われる。各通信回路24は、各バッテリセル10に関する情報(端子電圧、電流および温度等)を他の通信回路24またはバッテリECU101に与える。以下、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ECU101は、例えばバッテリモジュール100a〜100dの通信回路24から与えられたセル情報に基づいて、バッテリモジュール100a〜100dの各バッテリセル10の充電量を算出し、その充電量に基づいてバッテリモジュール100a〜100dの充放電制御を行う。また、バッテリECU101は、バッテリモジュール100a〜100dの通信回路24から与えられたセル情報に基づいてバッテリモジュール100a〜100dの異常を検出する。バッテリモジュール100a〜100d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。
なお、本実施の形態では、バッテリECU101が上記の各バッテリセル10の充電量の算出ならびに各バッテリセル10の過放電、過充電および温度異常等の検出を行うが、これに限定されない。バッテリモジュール100a〜100dの通信回路24が、各バッテリセル10の充電量の算出およびバッテリセル10の過放電、過充電または温度異常等の検出を行い、その結果をバッテリECU101に与えてもよい。
(2−2)冷却板の接続
図19は、バッテリシステム500における冷媒の循環系について説明するための模式図である。
図19に示すように、ケーシング550には配管接続部CC1,CC2が設けられる。配管接続部CC1,CC2からケーシング550内に延びるように供給配管C1および回収配管C2が設けられる。供給配管C1は、配管C11を介してバッテリモジュール100aの冷媒流入口96aに接続され、配管C12を介してバッテリモジュール100bの冷媒流入口96aに接続され、配管C13を介してバッテリモジュール100cの冷媒流入口96aに接続され、配管C14を介してバッテリモジュール100dの冷媒流入口96aに接続される。回収配管C2は、配管C21を介してバッテリモジュール100aの冷媒流出口96bに接続され、配管C22を介してバッテリモジュール100bの冷媒流出口96bに接続され、配管C23を介してバッテリモジュール100cの冷媒流出口96bに接続され、配管C24を介してバッテリモジュール100dの冷媒流出口96bに接続される。
ケーシング550の外部に、循環ポンプ98および熱交換器99が設けられる。熱交換器99としては例えばラジエータが用いられる。熱交換器99は、配管C31,C32を介して配管接続部CC1,CC2に接続される。配管接続部CC31に、循環ポンプ98が介挿される。
熱交換器99によって冷却された冷媒が、循環ポンプ98により配管C31、供給配管C1および配管C11〜C14を介してバッテリモジュール100a〜100dの冷却板96に送られる。また、バッテリモジュール100a〜100dにおいて熱を吸収した冷媒がバッテリモジュール100a〜100dの冷却板96から配管C21〜C24、回収配管C2および配管C32を介して熱交換器99に送られる。このようにして、バッテリモジュール100a〜100dの冷却板96および熱交換器99間において冷媒が循環される。
(2−3)効果
本実施の形態に係るバッテリシステム500には、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。そのため、各バッテリセル10を効率よく冷却することができる。したがって、バッテリシステム500の信頼性が向上される。
(3)第3の実施の形態
本発明の第3の実施の形態に係る電動車両および移動体について説明する。電動車両は、ハイブリッド電動車両(HEV)、プラグインハイブリッド電動車両(PHEV)、およびバッテリ電動車両(EV)等を含む。本実施の形態に係る電動車両および移動体は、第2の実施の形態に係るバッテリシステム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。
(3−1)構成および動作
図20は、第3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。図20に示すように、本実施の形態に係る電動自動車600は車体610を備える。車体610に、上記のバッテリシステム500ならびに電力変換部601、モータ602、駆動輪603、アクセル装置604、ブレーキ装置605、回転速度センサ606および主制御部608が設けられる。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。
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608に接続される。バッテリシステム500のバッテリECU101(図18)は、各バッテリセル10の端子電圧に基づいて各バッテリセル10の充電量を算出する。
主制御部608には、バッテリECU101から各バッテリセル10の充電量が与えられる。また、主制御部608には、アクセル装置604、ブレーキ装置605、回転速度センサ606および始動指示部607が接続される。主制御部608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。始動指示部607のイグニションキーがオンの状態で、ユーザ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、ユーザ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608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、ユーザ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。イグニションキーがオンの状態で、ユーザ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608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608に与えられる。
上記のように、主制御部608には、各バッテリセルの充電量、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608は、これらの情報に基づいて複数のバッテリセル10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に複数のバッテリセル10の電力が供給される。
さらに、イグニションキーがオンの状態で、主制御部608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複数のバッテリセル10の充電に適した電力に変換し、複数のバッテリセル10に与える。それにより、複数のバッテリセル10が充電される。
(3−2)効果
本実施の形態に係る電動自動車600には、上記第2の実施の形態に係るバッテリシステム500が用いられる。そのため、各バッテリセル10を効率よく冷却することができる。したがって、電動自動車600の信頼性が向上される。
(3−3)他の移動体
第3の実施の形態に係るバッテリシステム500が船、航空機、エレベータまたは歩行ロボット等の他の移動体に搭載されてもよい。
バッテリシステム500が搭載された船は、例えば、図20の車体610の代わりに船体を備え、駆動輪603の代わりにスクリューを備え、アクセル装置604の代わりに加速入力部を備え、ブレーキ装置605の代わりに減速入力部を備える。運転者は、船体を加速させる際にアクセル装置604の代わりに加速入力部を操作し、船体を減速させる際にブレーキ装置605の代わりに減速入力部を操作する。この場合、船体が移動本体部に相当し、モータが動力源に相当し、スクリューが駆動部に相当する。なお、船は、減速入力部を備えなくてもよい。この場合、運転者が加速入力部を操作して船体の加速を停止することにより、水の抵抗によって船体が減速する。このような構成において、モータがバッテリシステム500からの電力を受けてその電力を動力に変換し、変換された動力によってスクリューが回転されることにより船体が移動する。
同様に、バッテリシステム500が搭載された航空機は、例えば、図20の車体610の代わりに機体を備え、駆動輪603の代わりにプロペラを備え、アクセル装置604の代わりに加速入力部を備え、ブレーキ装置605の代わりに減速入力部を備える。この場合、機体が移動本体部に相当し、モータが動力源に相当し、プロペラが駆動部に相当する。なお、航空機は、減速入力部を備えなくてもよい。この場合、運転者が加速入力部を操作して加速を停止することにより、空気抵抗によって機体が減速する。このような構成において、モータがバッテリシステム500からの電力を受けてその電力を動力に変換し、変換された動力によってプロペラが回転されることにより機体が移動する。
バッテリシステム500が搭載されたエレベータは、例えば、図20の車体610の代わりに籠を備え、駆動輪603の代わりに籠に取り付けられる昇降用ロープを備え、アクセル装置604の代わりに加速入力部を備え、ブレーキ装置605の代わりに減速入力部を備える。この場合、籠が移動本体部に相当し、モータが動力源に相当し、昇降用ロープが駆動部に相当する。このような構成において、モータがバッテリシステム500からの電力を受けてその電力を動力に変換し、変換された動力によって昇降用ロープが巻き上げられることにより籠が昇降する。
バッテリシステム500が搭載された歩行ロボットは、例えば、図20の車体610の代わりに胴体を備え、駆動輪603の代わりに足を備え、アクセル装置604の代わりに加速入力部を備え、ブレーキ装置605の代わりに減速入力部を備える。この場合、胴体が移動本体部に相当し、モータが動力源に相当し、足が駆動部に相当する。このような構成において、モータがバッテリシステム500からの電力を受けてその電力を動力に変換し、変換された動力によって足が駆動されることにより胴体が移動する。
このように、バッテリシステム500が搭載された移動体においては、動力源がバッテリシステム500からの電力を受けてその電力を動力に変換し、駆動部が動力源により変換された動力により移動本体部を移動させる。
(3−4)他の移動体における効果
このような種々の移動体においても、上記第2の実施の形態に係るバッテリシステム500が用いられることにより、各バッテリセル10を効率よく冷却することができる。したがって、移動体の信頼性が向上される。
(4)第4の実施の形態
本発明の第4の実施の形態に係る電源装置について説明する。本実施の形態に係る電源装置は、第2の実施の形態に係るバッテリシステム500を備える。
(4−1)構成および動作
図21は、第4の実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。図21に示すように、電源装置700は、電力貯蔵装置710および電力変換装置720を備える。電力貯蔵装置710は、バッテリシステム群711およびコントローラ712を備える。バッテリシステム群711は、第3の実施の形態に係る複数のバッテリシステム500を含む。複数のバッテリシステム500間において、複数のバッテリセル10は互いに並列に接続されてもよく、または互いに直列に接続されてもよい。
コントローラ712は、システム制御部の例であり、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。コントローラ712は、各バッテリシステム500のバッテリECU101(図18)に接続される。各バッテリシステム500のバッテリECU101は、各バッテリセル10の端子電圧に基づいて各バッテリセル10の充電量を算出し、算出された充電量をコントローラ712に与える。コントローラ712は、各バッテリECU101から与えられた各バッテリセル10の充電量に基づいて電力変換装置720を制御することにより、各バッテリシステム500に含まれる複数のバッテリセル10の放電または充電に関する制御を行う。
電力変換装置720は、DC/DC(直流/直流)コンバータ721およびDC/AC(直流/交流)インバータ722を含む。DC/DCコンバータ721は入出力端子721a,721bを有し、DC/ACインバータ722は入出力端子722a,722bを有する。DC/DCコンバータ721の入出力端子721aは電力貯蔵装置710のバッテリシステム群711に接続される。DC/DCコンバータ721の入出力端子721bおよびDC/ACインバータ722の入出力端子722aは互いに接続されるとともに電力出力部PU1に接続される。DC/ACインバータ722の入出力端子722bは電力出力部PU2に接続されるとともに他の電力系統に接続される。電力出力部PU1,PU2は例えばコンセントを含む。電力出力部PU1,PU2には、例えば種々の負荷が接続される。他の電力系統は、例えば商用電源または太陽電池を含む。電力出力部PU1,PU2および他の電力系統が電源装置に接続される外部の例である。
DC/DCコンバータ721およびDC/ACインバータ722がコントローラ712によって制御されることにより、バッテリシステム群711に含まれる複数のバッテリセル10の放電および充電が行われる。
バッテリシステム群711の放電時には、バッテリシステム群711から与えられる電力がDC/DCコンバータ721によりDC/DC(直流/直流)変換され、さらにDC/ACインバータ722によりDC/AC(直流/交流)変換される。
DC/DCコンバータ721によりDC/DC変換された電力が電力出力部PU1に供給される。DC/ACインバータ722によりDC/AC変換された電力が電力出力部PU2に供給される。電力出力部PU1から外部に直流の電力が出力され、電力出力部PU2から外部に交流の電力が出力される。DC/ACインバータ722により交流に変換された電力が他の電力系統に供給されてもよい。
コントローラ712は、各バッテリシステム500に含まれる複数のバッテリセル10の放電に関する制御の一例として、次の制御を行う。バッテリシステム群711の放電時に、コントローラ712は、各バッテリECU101(図18)から与えられる各バッテリセル10の充電量に基づいて放電を停止するか否かを判定し、判定結果に基づいて電力変換装置720を制御する。具体的には、バッテリシステム群711に含まれる複数のバッテリセル10(図18)のうちいずれかのバッテリセル10の充電量が予め定められたしきい値よりも小さくなると、コントローラ712は、放電が停止されるまたは放電電流(または放電電力)が制限されるようにDC/DCコンバータ721およびDC/ACインバータ722を制御する。これにより、各バッテリセル10の過放電が防止される。
一方、バッテリシステム群711の充電時には、他の電力系統から与えられる交流の電力がDC/ACインバータ722によりAC/DC(交流/直流)変換され、さらにDC/DCコンバータ721によりDC/DC(直流/直流)変換される。DC/DCコンバータ721からバッテリシステム群711に電力が与えられることにより、バッテリシステム群711に含まれる複数のバッテリセル10(図18)が充電される。
コントローラ712は、各バッテリシステム500に含まれる複数のバッテリセル10の充電に関する制御の一例として、次の制御を行う。バッテリシステム群711の充電時に、コントローラ712は、各バッテリECU101(図18)から与えられる各バッテリセル10の充電量に基づいて充電を停止するか否かを判定し、判定結果に基づいて電力変換装置720を制御する。具体的には、バッテリシステム群711に含まれる複数のバッテリセル10のうちいずれかのバッテリセル10の充電量が予め定められたしきい値よりも大きくなると、コントローラ712は、充電が停止されるまたは充電電流(または充電電力)が制限されるようにDC/DCコンバータ721およびDC/ACインバータ722を制御する。これにより、各バッテリセル10の過充電が防止される。
(4−2)効果
本実施の形態に係る電源装置700には、上記第2の実施の形態に係るバッテリシステム500が用いられる。そのため、各バッテリセル10を効率よく冷却することができる。したがって、電源装置700の信頼性が向上される。
(4−3)電源装置の変形例
図21の電源装置700において、各バッテリシステム500にバッテリECU101が設けられる代わりに、コントローラ712がバッテリECU101と同様の機能を有してもよい。
電源装置700と外部との間で互いに電力を供給可能であれば、電力変換装置720がDC/DCコンバータ721およびDC/ACインバータ722のうちいずれか一方のみを有してもよい。また、電源装置700と外部との間で互いに電力を供給可能であれば、電力変換装置720が設けられなくてもよい。
図21の電源装置700においては、複数のバッテリシステム500が設けられるが、これに限らず、1つのバッテリシステム500のみが設けられてもよい。
(5)他の実施の形態
上記実施の形態に係るバッテリモジュール100においては、セパレータS1,S2の両方が用いられるが、これに限らない。複数のバッテリセル10間における熱伝導が問題とならない場合には、セパレータS2が用いられなくてもよい。
上記実施の形態に係るバッテリモジュール100においては、全てのバッテリセル10が直列に接続されるが、これに限らず、一部または全てのバッテリセル10が並列に接続されてもよい。また、上記実施の形態に係るバッテリシステム500においては、全てのバッテリモジュール100が直列に接続されるが、これに限らず、一部または全てのバッテリモジュール100が並列に接続されてもよい。また、各バッテリモジュール100のバッテリセル10の数は、任意に変更可能である。
上記実施の形態では、冷却部材として板状の冷却板96が用いられるが、冷却部材の形状は板状に限らず、直方体状または錐台形状等の他の形状であってもよい。
(6)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、バッテリモジュール100がバッテリモジュールの例であり、冷却板96が冷却部材の例であり、バッテリセル10がバッテリセルの例であり、セパレータS1が熱伝導部材の例であり、底面部S1b,S1cが第1の熱伝導板の例であり、側面部S1aが第2の熱伝導板の例である。
また、底面部S1bが第1の部分の例であり、底面部S1cが第2の部分の例であり、セパレータS2が断熱板の例である。
また、バッテリシステム500がバッテリシステムの例であり、電動自動車600が電動車両および移動体の例であり、モータ602がモータおよび動力源の例であり、駆動輪603が駆動輪および駆動部の例であり、車体610が移動本体部の例であり、電力貯蔵装置710が電力貯蔵装置の例であり、コントローラ712が制御部の例であり、電源装置700が電源装置の例であり、電力変換装置720が電力変換装置の例である。
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、電力の貯蔵装置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
40 バスバー
50 FPC基板
96 冷却板
97 冷媒通路
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
610 車体
700 電源装置
710 電力貯蔵装置
712 コントローラ
720 電力変換装置
S1,S2 セパレータ
S1a,S2a 側面部
S1b,S1c 底面部
S2b 突出部

Claims (8)

  1. 熱を吸収する冷却面を有する冷却部材と、
    前記冷却部材の前記冷却面上に配置される第1の面を有するとともに、前記第1の面と角度をなす第2の面を有する複数のバッテリセルと、
    第1の熱伝導板およびその第1の熱伝導板と角度をなす第2の熱伝導板を有する熱伝導部材とを備え、
    前記熱伝導部材は、前記第1の熱伝導板が前記冷却部材の前記冷却面に直接的または間接的に接触しかつ前記第2の熱伝導板が前記一のバッテリセルの前記第2の面に接触するように配置される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の各々は、前記第1および第2の面と異なる第3の面を有し、
    前記熱伝導部材は、前記第2の熱伝導板が前記一のバッテリセルに隣り合う他のバッテリセルの前記第3の面にさらに接触するように配置される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の熱伝導板は、前記第2の熱伝導板の一面側に突出するように設けられた第1の部分および前記第2の熱伝導板の他面側に突出するように設けられた第2の部分を有し、
    前記熱伝導部材は、前記第1の部分が前記冷却部材の前記冷却面と前記一のバッテリセルの前記第1の面との間に位置するように配置されることを特徴とする請求項1または2記載のバッテリモジュール。
  4. 1または複数のバッテリモジュールを備え、
    前記1または複数のバッテリモジュールのうちの少なくとも1つは、請求項1〜3のいずれかに記載のバッテリモジュールであることを特徴とするバッテリシステム。
  5. 請求項4記載のバッテリシステムと、
    前記バッテリシステム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ることを特徴とする電動車両。
  6. 請求項4記載のバッテリシステムと、
    移動本体部と、
    前記バッテリシステムからの電力を動力に変換する動力源と、
    前記動力源により変換された動力により前記移動本体部を移動させる駆動部とを備えることを特徴とする移動体。
  7. 請求項4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のバッテリセルの放電または充電に関する制御を行う制御部とを備えることを特徴とする電力貯蔵装置。
  8. 外部に接続可能な電源装置であって、
    請求項7記載の電力貯蔵装置と、
    前記電力貯蔵装置の前記制御部により制御され、前記電力貯蔵装置の前記バッテリシステムと前記外部との間で電力変換を行う電力変換装置とを備えることを特徴とする電源装置。
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