JP2014029790A - 組電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】セル監視装置と電池モジュールとが誤って接続されることを防止できる、組電池システムを提供する。
【解決手段】計測ボード７Ａ〜７Ｄは、それぞれ２個の電池モジュール５Ａ，５Ｃ、電池モジュール５Ｅ，５Ｇ、電池モジュール５Ｂ，５Ｄおよび電池モジュール５Ｆ，５Ｈと対応づけられている。各電池モジュール５Ａ〜５Ｈには、モジュール側接続部２３が設けられている。各計測ボード７Ａ〜７Ｄには、コネクタ５１，５２が設けられている。計測ボード７Ａ〜７Ｄは、コネクタ５１，５２と対応する電池モジュール５Ａ〜５Ｈのモジュール側接続部２３との各間の距離が略同一の接続距離となるように配置されている。ハーネス４１は、その接続距離と略同一の長さを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数個の電池モジュールからなる組電池を含む組電池システムに関する。

電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やハイブリッドカー（ＨＶ：Hybrid Vehicle）などの車両には、走行用モータに供給される電力を蓄えておくための高圧バッテリが搭載されている。高圧バッテリとしては、複数個の電池モジュールを接続して構成される組電池が広く用いられている。

電池モジュールは、充放電の繰り返しに伴って劣化する。電池モジュールの劣化が進み、電池モジュールが寿命になると、その寿命となった電池モジュールを新品の電池モジュールと交換しなければならない。また、電池モジュールは、充放電に伴う発熱により、その温度が上昇する。電池モジュールの温度が上昇すると、電池モジュールの劣化が進み、電池モジュールの寿命が短くなる。そこで、電池モジュールに内蔵された各セルの寿命を適切に判断し、また、各セルの温度を管理するため、組電池では、各セルの端子間の電圧および温度の監視が必要とされる。

特開２０１１−７６９４７号公報

電池モジュールに内蔵されているセルの数は、人手による持ち運びが可能な重量に収まる程度の数に抑えられている。そのため、１個のセル監視装置で複数個の電池モジュールの各セルの状態（端子間電圧および温度など）を監視することが可能である。

１個のセル監視装置で複数個の電池モジュールの各セルの状態を監視する構成が採用される場合、設計により、セル監視装置と複数個の電池モジュールとが予め対応づけられる。そして、その設計のとおりに、セル監視装置と予め対応づけられた複数個の電池モジュールとがハーネスで接続されなければならない。ところが、組み付け作業を行う者がセル監視装置に正しい個数の電池モジュールを接続すればよいと考え、セル監視装置と予め対応づけられた複数個の電池モジュール以外の電池モジュールとがハーネスを介して接続される懸念がある。

この懸念を払拭するために、ハーネスとセル監視装置または電池モジュールとを接続するコネクタの形状を個々に異ならせることが考えられるが、コストが高くつくうえ、電池モジュールの互換性が損なわれる。

本発明の目的は、セル監視装置と電池モジュールとが誤って接続されることを防止できる、組電池システムを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る組電池システムは、正極端子と負極端子との間で直列に接続された複数のセルを内蔵する複数個の電池モジュールと、Ｎ（Ｎ：自然数）個の前記電池モジュールに対して１個設けられ、当該Ｎ個の前記電池モジュールとハーネスを介して電気的に接続され、当該Ｎ個の前記電池モジュールの各セルの状態を監視する複数個のセル監視装置とを含む。前記正極端子および前記負極端子は、各電池モジュールにおいて、所定方向に間隔を空けて配置されている。各電池モジュールは、前記所定方向の一方側の端部に、前記ハーネスが接続されるモジュール側接続部を有している。前記複数個の電池モジュールは、前記正極端子および前記負極端子が前記所定方向と直交する並び方向に交互に並ぶように配置されている。前記セル監視装置は、対応するＮ個の前記電池モジュールの前記モジュール側接続部から各モジュール側接続部と前記ハーネスを介して接続される装置側接続部までの距離が略同一の接続距離となるように配置されている。そして、各ハーネスは、前記接続距離と略同一の長さを有している。
なお、「略同一」の概念には、完全に同一の場合はもちろん、誤差範囲を含む同一が含まれる。

この構成によれば、組電池システムには、複数個の電池モジュールが含まれる。各電池モジュールは、互いに所定方向に間隔を空けて配置された正極端子および負極端子を備えている。複数個の電池モジュールは、正極端子および負極端子が所定方向と直交する並び方向に交互に並ぶように配置されている。また、各電池モジュールは、正極端子と負極端子との間で直列に接続された複数のセルを内蔵している。さらに、各電池モジュールにおける所定方向の一方側の端部には、モジュール側接続部が設けられている。モジュール側接続部には、ハーネスが接続される。

Ｎ個の電池モジュールに対して、１個のセル監視装置が設けられている。セル監視装置は、対応するＮ個の電池モジュールの各セルの状態を監視する。そのために、各セル監視装置には、装置側接続部が設けられている。装置側接続部には、ハーネスが接続される。そして、セル監視装置は、対応するＮ個の電池モジュールのモジュール側接続部から装置側接続部までの距離が略同一の接続距離となるように配置されている。

ハーネスは、その接続距離と略同一の長さを有している。そのため、ハーネスは、セル監視装置の装置側接続部とこれに対応するＮ個の電池モジュールのモジュール側接続部とにしか接続することができず、それ以外の電池モジュールのモジュール側接続部に接続することはできない。

よって、電池モジュールがすべて同一の構成であっても、その配置およびハーネスの長さが工夫されていることにより、コストの上昇を抑えながら、セル監視装置と電池モジュールとが誤って接続されることを防止できる。

本発明によれば、コストの上昇を抑えながら、セル監視装置と電池モジュールとが誤って接続されることを防止できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る組電池システムが搭載された車両の図解的な断面図である。 図２は、組電池システムの図解的な斜視図である。 図３は、組電池システムの配線構造を示す図解的な平面図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜車両＞

図１は、本発明の一実施形態に係る組電池システムが搭載された車両の図解的な断面図である。

車両１は、走行用モータ２を駆動源とする自動車（電気自動車、ハイブリッドカー）である。車両１には、走行用モータ２に供給される電力を蓄えるための組電池システム３が搭載されている。

＜組電池システムの配置構造＞

図２は、組電池システムの図解的な斜視図である。

組電池システム３は、電池収容ケース４と、８個の電池モジュール５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ，５Ｇ，５Ｈを相互に電気的に接続して構成された組電池６と、４個の計測ボード７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄとを備えている。

電池収容ケース４は、略直方体形状をなしている。

電池収容ケース４の上下方向の中央より少し下方に、仕切板８が設けられている。仕切板８は、電池収容ケース４の底面と同形状であり、電池収容ケース４の底面と平行に設けられている。電池収容ケース４内は、仕切板８により、仕切板８の上方の収容部９と仕切板８の下方の送風部１０とに仕切られている。仕切板８には、多数の通風孔１１が貫通して形成されている。

８個の電池モジュール５Ａ〜５Ｈは、収容部９内に収容されている。８個の電池モジュール５Ａ〜５Ｈの構成は、同一である。電池モジュール５Ａ〜５Ｈの外形は、略直方体形状である。８個の電池モジュール５Ａ〜５Ｈは、車両１の前後方向に前方からその順に並べられて、それぞれ車両１の左右方向に延び、互いに間隔を空けて平行をなしている。また、電池モジュール５Ａ〜５Ｈは、上下方向の寸法（高さ）が前後方向の寸法（幅）よりも大きくなるように配置されている。

４個の計測ボード７Ａ〜７Ｄは、収容部９内に、電池モジュール５Ａ〜５Ｈの左右両側に２個ずつに分かれて配置されている。具体的には、計測ボード７Ａ，７Ｂは、それぞれ電池モジュール５Ｂ，５Ｆの左側に隣接して配置されている。計測ボード７Ｃ，７Ｄは、それぞれ電池モジュール５Ｃ，５Ｇの右側に隣接して配置されている。

＜冷却構造＞

送風部１０の前側には、吸気ダクト１２が設けられている。吸気ダクト１２は、たとえば、平面視略三角形状をなしている。吸気ダクト１２内は、電池収容ケース４の前面に形成された吸気口１３を介して、送風部１０内と連通している。

吸気ダクト１２の前端部は、ファンケース１４に接続されている。ファンケース１４内には、図１に示されるように、冷却ファン１５が収容されている。ファンケース１４の上面には、吸気口１６が形成されている。吸気口１６には、ファンケース１４内への塵や虫の侵入を防止するためのフィルタ１７が設けられている。

電池収容ケース４の後面の上部には、矩形状の排気口１８が設けられている。この排気口１８を介して、収容部９内と電池収容ケース４の外部とが連通している。

冷却ファン１５が駆動されると、外気がフィルタ１７を通して、吸気ダクト１２内に取り込まれる。これにより、吸気ダクト１２内に、電池収容ケース４に向かう送風（冷却風）が生じる。吸気ダクト１２内に生じた送風は、吸気口１３を介して、送風部１０内に流入する。送風部１０内に流入した送風は、仕切板８に形成された通風孔１１を介して、送風部１０から収容部９に流れ込み、収容部９内を通風孔１１から排気口１８に向けて流れる。このとき、送風が各電池モジュール５Ａ〜５Ｈ間を流通し、各電池モジュール５Ａ〜５Ｈが送風によって冷却される。

＜組電池システムの電気的構成＞

図３は、組電池システムの配線構造を示す図解的な平面図である。

電池モジュール５Ａ〜５Ｈの上面には、正極端子２１および負極端子２２が電池モジュール５Ａ〜５Ｈの長手方向、つまり左右方向に間隔を空けて配置されている。各電池モジュール５Ａ〜５Ｈには、正極端子２１と負極端子２２との間で直列に接続された複数個（たとえば、６個）のセルが内蔵されている。

電池モジュール５Ａ〜５Ｈは、正極端子２１および負極端子２２が前後方向に交互に並ぶように、その左右方向の向きを互い違いにして配置されている。具体的には、電池モジュール５Ａ，５Ｃ，５Ｅ，５Ｇは、正極端子２１が相対的に右側に位置し、負極端子２２が相対的に左側に位置するように配置されている。電池モジュール５Ｂ，５Ｄ，５Ｆ，５Ｈは、正極端子２１が相対的に左側に位置し、負極端子２２が相対的に右側に位置するように配置されている。

そして、電池モジュール５Ａ〜５Ｈは、金属薄板からなるバスバー３１により、直列に接続されている。具体的には、電池モジュール５Ａの正極端子２１と電池モジュール５Ｂの負極端子２２との間、電池モジュール５Ｂの正極端子２１と電池モジュール５Ｃの負極端子２２との間、電池モジュール５Ｃの正極端子２１と電池モジュール５Ｄの負極端子２２との間、電池モジュール５Ｄの正極端子２１と電池モジュール５Ｅの負極端子２２との間、電池モジュール５Ｅの正極端子２１と電池モジュール５Ｆの負極端子２２との間、電池モジュール５Ｆの正極端子２１と電池モジュール５Ｇの負極端子２２との間および電池モジュール５Ｇの正極端子２１と電池モジュール５Ｈの負極端子２２との間に、それぞれバスバー３１が架設されている。

電池モジュール５Ａ〜５Ｈの負極端子２２が設けられている側の端面には、モジュール側接続部２３が設けられている。モジュール側接続部２３には、ハーネス４１の一端が接続されている。各電池モジュール５Ａ〜５Ｈのモジュール側接続部２３に接続されたハーネス４１は、略同一の長さを有している。

４個の計測ボード７Ａ〜７Ｄは、それぞれ２個のコネクタ５１，５２を備えている。

計測ボード７Ａは、２個の電池モジュール５Ａ，５Ｃと対応づけられており、コネクタ５１および電池モジュール５Ａのモジュール側接続部２３間の距離とコネクタ４２および電池モジュール５Ｃのモジュール側接続部２３間の距離とが略同一の接続距離となり、かつ、その接続距離がハーネス４１の長さと略同一になるように配置されている。そして、コネクタ５１，５２には、それぞれ電池モジュール５Ａ，５Ｃのモジュール側接続部２３から延びるハーネス４１が接続されている。計測ボード７Ａは、電池モジュール５Ａ，５Ｃに内蔵された各セルの端子間の電圧および温度を計測する。

計測ボード７Ｂは、２個の電池モジュール５Ｅ，５Ｇと対応づけられており、コネクタ５１および電池モジュール５Ｅのモジュール側接続部２３間の距離とコネクタ４２および電池モジュール５Ｇのモジュール側接続部２３間の距離とが略同一の接続距離となり、かつ、その接続距離がハーネス４１の長さと略同一になるように配置されている。そして、コネクタ５１，５２には、それぞれ電池モジュール５Ｅ，５Ｇのモジュール側接続部２３から延びるハーネス４１が接続されている。計測ボード７Ｂは、電池モジュール５Ｅ，５Ｇに内蔵された各セルの端子間の電圧および温度を計測する。

計測ボード７Ｃは、２個の電池モジュール５Ｂ，５Ｄと対応づけられており、コネクタ５１および電池モジュール５Ｂのモジュール側接続部２３間の距離とコネクタ４２および電池モジュール５Ｄのモジュール側接続部２３間の距離とが略同一の接続距離となり、かつ、その接続距離がハーネス４１の長さと略同一になるように配置されている。そして、コネクタ５１，５２には、それぞれ電池モジュール５Ｂ，５Ｄのモジュール側接続部２３から延びるハーネス４１が接続されている。計測ボード７Ｃは、電池モジュール５Ｂ，５Ｄに内蔵された各セルの端子間の電圧および温度を計測する。

計測ボード７Ｄは、２個の電池モジュール５Ｆ，５Ｈと対応づけられており、コネクタ５１および電池モジュール５Ｆのモジュール側接続部２３間の距離とコネクタ４２および電池モジュール５Ｈのモジュール側接続部２３間の距離とが略同一の接続距離となり、かつ、その接続距離がハーネス４１の長さと略同一になるように配置されている。そして、コネクタ５１，５２には、それぞれ電池モジュール５Ｆ，５Ｈのモジュール側接続部２３から延びるハーネス４１が接続されている。計測ボード７Ｄは、電池モジュール５Ｆ，５Ｈに内蔵された各セルの端子間の電圧および温度を計測する。

計測ボード７Ａ〜７Ｄで計測された電圧および温度の情報は、ＣＰＵおよびメモリを含む構成のバッテリＥＣＵ（図示せず）に送信される。バッテリＥＣＵは、計測ボード７Ａ〜７Ｄから入力される情報に基づいて、電池モジュール５Ａ〜５Ｈの各セルの状態を監視する。

＜作用効果＞

以上のように、組電池システム３には、８個の電池モジュール５Ａ〜５Ｈが含まれる。各電池モジュール５Ａ〜５Ｈは、互いに左右方向に間隔を空けて配置された正極端子２１および負極端子２２を備えている。８個の電池モジュール５Ａ〜５Ｈは、正極端子２１および負極端子２２が前後方向に交互に並ぶように配置されている。また、各電池モジュール５Ａ〜５Ｈは、正極端子２１と負極端子２２との間で直列に接続された複数のセルを内蔵している。さらに、各電池モジュール５Ａ〜５Ｈの負極端子２２が設けられている側の端面には、モジュール側接続部２３が設けられている。モジュール側接続部２３には、ハーネス４１が接続される。

計測ボード７Ａ〜７Ｄは、それぞれ２個の電池モジュール５Ａ，５Ｃ、電池モジュール５Ｅ，５Ｇ、電池モジュール５Ｂ，５Ｄおよび電池モジュール５Ｆ，５Ｈと対応づけられている。計測ボード７Ａ〜７Ｄは、それぞれ電池モジュール５Ａ，５Ｃ、電池モジュール５Ｅ，５Ｇ、電池モジュール５Ｂ，５Ｄおよび電池モジュール５Ｆ，５Ｈの各セルの状態を監視するために設けられている。各計測ボード７Ａ〜７Ｄには、コネクタ５１，５２が設けられている。コネクタ５１，５２には、ハーネス４１が接続される。

そして、計測ボード７Ａは、コネクタ５１および電池モジュール５Ａのモジュール側接続部２３間の距離とコネクタ４２および電池モジュール５Ｃのモジュール側接続部２３間の距離とが略同一の接続距離となるように配置されている。計測ボード７Ｂは、コネクタ５１および電池モジュール５Ｅのモジュール側接続部２３間の距離とコネクタ４２および電池モジュール５Ｇのモジュール側接続部２３間の距離とが略同一の接続距離となるように配置されている。計測ボード７Ｃは、コネクタ５１および電池モジュール５Ｂのモジュール側接続部２３間の距離とコネクタ４２および電池モジュール５Ｄのモジュール側接続部２３間の距離とが略同一の接続距離となるように配置されている。計測ボード７Ｄは、コネクタ５１および電池モジュール５Ｆのモジュール側接続部２３間の距離とコネクタ４２および電池モジュール５Ｈのモジュール側接続部２３間の距離とが略同一の接続距離となるように配置されている。

ハーネス４１は、その接続距離と略同一の長さを有している。そのため、ハーネス４１は、計測ボード７Ａのコネクタ５１，５２とこれに対応する電池モジュール５Ａ，５Ｃのモジュール側接続部２３との間、計測ボード７Ｂのコネクタ５１，５２とこれに対応する電池モジュール５Ｅ，５Ｇのモジュール側接続部２３との間、計測ボード７Ｃのコネクタ５１，５２とこれに対応する電池モジュール５Ｂ，５Ｄのモジュール側接続部２３との間および計測ボード７Ｄのコネクタ５１，５２とこれに対応する電池モジュール５Ｆ，５Ｈのモジュール側接続部２３との間にしか接続することができない。

よって、電池モジュール５Ａ〜５Ｈがすべて同一の構成であっても、その配置およびハーネス４１の長さが工夫されていることにより、コストの上昇を抑えながら、電池モジュール５Ａ〜５Ｈと計測ボード７Ａ〜７Ｄとが誤って接続されることを防止できる。

＜変形例＞

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、組電池６が８個の電池モジュール５Ａ〜５Ｈで構成されるとしたが、組電池６を構成する電池モジュールの数は、８個に限定されず、２個以上であれば、８個未満であってもよいし、９個以上であってもよい。

また、２個の電池モジュールが１個のセル監視装置としての計測ボードと対応づけられた構成を例にとったが、計測ボードは、Ｎ（Ｎ：自然数）個の電池モジュールに対して１個設けられていればよい。たとえば、組電池が４個の電池モジュールで構成される場合、３個の電池モジュールに対して１個の計測ボードが設けられ、残り１個の電池モジュールに対して１個の計測ボードが設けられてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

３ 組電池システム
５Ａ〜５Ｈ 電池モジュール
７Ａ〜７Ｄ 計測ボード（セル監視装置）
２１ 正極端子
２２ 負極端子
２３ モジュール側接続部
４１ ハーネス
５１，５２ コネクタ（装置側接続部）

Claims (1)

1. 正極端子と負極端子との間で直列に接続された複数のセルを内蔵する複数個の電池モジュールと、
   Ｎ（Ｎ：自然数）個の前記電池モジュールに対して１個設けられ、当該Ｎ個の前記電池モジュールとハーネスを介して電気的に接続され、当該Ｎ個の前記電池モジュールの各セルの状態を監視する複数個のセル監視装置とを含み、
   前記正極端子および前記負極端子は、各電池モジュールにおいて、所定方向に間隔を空けて配置され、
   各電池モジュールは、前記所定方向の一方側の端部に、前記ハーネスが接続されるモジュール側接続部を有し、
   前記複数個の電池モジュールは、前記正極端子および前記負極端子が前記所定方向と直交する並び方向に交互に並ぶように配置され、
   前記セル監視装置は、対応するＮ個の前記電池モジュールの前記モジュール側接続部から各モジュール側接続部と前記ハーネスを介して接続される装置側接続部までの距離が略同一の接続距離となるように配置され、
   各ハーネスは、前記接続距離と略同一の長さを有している、組電池システム。

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