JP2015153676A - 電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電力経路の構成の改善を図り、ひいては基板サイズの小型化を実現する。
【解決手段】電池ユニットにおいて、制御基板１２には２つのスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２が直列に実装されている。そのうちスイッチ部ＳＷ１は、外部蓄電池と発電手段との間の電力経路を開閉し、スイッチ部ＳＷ２は、内部蓄電池と発電手段との間の電力経路を開閉する。各スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、制御基板１２上において側辺部Ｅ２に沿って横並びに配置されている。制御基板１２において、ＩＳＧ端子電極２３から延びる電力経路を各蓄電池の側に分岐させる接続点Ｎ２が、２つのスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２よりも側辺部Ｅ２の側に設けられている。また、Ｐｂ端子電極２１は、制御基板１２の側辺部Ｅ１に対向する位置に設けられ、ＩＳＧ端子電極２３は、側辺部Ｅ１に対向しかつＰｂ端子電極２１よりもコーナ部寄りとなる位置に設けられている。
【選択図】 図７

Description

本発明は、例えば自動車等の車両に用いられる電池ユニットに関するものである。

蓄電池や回路基板等をケース内に収容することでこれらを一体にパック化し、それにより電池ユニットを構成する技術が知られている（例えば特許文献１）。こうした電池ユニットでは、回路基板上に電力制御用の半導体スイッチング素子が実装され、そのスイッチング素子を通じて蓄電池とユニット外部の発電装置との間で電力の入出力が行われるようになっている。また一般に、回路基板上には電力を流すための配線パターンが形成される一方、電力入出力用の端子部と回路基板とがバスバー等により最短距離で接続され、そのバスバーを介して回路基板に対する通電が行われるようになっている。

特開２０１１−２１６４０１号公報

ここで、回路基板上に形成される配線パターンが多くなると、その分、基板サイズの大型化が生じ、これが電池ユニットの小型化の妨げとなることが懸念される。特に、電池ユニット内の蓄電池を、ユニット外部の蓄電池や発電装置に各々個別に接続する構成とする場合には、電池ユニットの電力用端子が複数となる。そのため、端子ごとに配線パターンが設けられることで、基板サイズの大型化の懸念が一層強くなる。

本発明は、電力経路の構成の改善を図り、ひいては基板サイズの小型化を実現することができる電池ユニットを提供することを主たる目的とするものである。

本発明の電池ユニットでは、内部蓄電池（１１，１０２）と、該内部蓄電池に電気的に接続される回路基板（１２）と、これら内部蓄電池と回路基板とを収容するケース（１４）とを備え、前記ケースの底部の上に前記蓄電池が固定されるとともにその上方に前記回路基板が固定されている。そして、本電池ユニットは、前記ケースの外周部に設けられ、ユニット外部の外部蓄電池（１０１）と電池充電のための発電手段（１０３）とにそれぞれ接続され、電力の入出力を可能とする第１端子（Ｐ１）及び第２端子（Ｐ２）と、前記第１端子、前記第２端子及び前記内部蓄電池を互いに接続する電力経路（Ｌ１，Ｌ２）と、前記回路基板に実装される電力用半導体素子よりなり、前記電力経路において前記内部蓄電池と前記第１端子との間の経路部分にて直列に設けられる２つのスイッチ部（ＳＷ１，ＳＷ２）と、前記２つのスイッチ部の開閉を制御することにより前記発電手段から前記内部蓄電池への電力供給、及び前記発電手段から前記外部蓄電池への電力供給を各々行わせる制御部（１１５）と、を備えている。また、前記回路基板は、１つの基板コーナ部（Ｃ１）から互いに直交する方向に延びる第１辺部（Ｅ１）と第２辺部（Ｅ２）とを有し、前記２つのスイッチ部は、一方が前記外部蓄電池と前記発電手段との間の電力経路を開閉する第１スイッチ部（ＳＷ１）、他方が前記内部蓄電池と前記発電手段との間の電力経路を開閉する第２スイッチ部（ＳＷ２）であって、前記回路基板上において前記第２辺部に沿って横並びに配置されており、前記回路基板において、前記第２端子から延びる前記電力経路を前記各蓄電池の側に分岐させる分岐点（Ｎ２）が、前記２つのスイッチ部よりも前記第２辺部の側に設けられており、前記第１端子は、前記ケースの外周部において前記回路基板の第１辺部に対向する位置に設けられ、前記第２端子は、前記ケースの外周部において前記第１辺部に対向しかつ前記第１端子よりも前記コーナ部寄りとなる位置、又は前記第２辺部に対向する位置に設けられていることを特徴とする。

上記電池ユニットでは、第１端子（Ｐ１）、第２端子（Ｐ２）及び内部蓄電池（リチウムイオン蓄電池）が電力経路（Ｌ１，Ｌ２）により互いに接続されており、第１端子に外部蓄電池（鉛蓄電池）が接続されるとともに、第２端子に発電手段（ＩＳＧ）が接続されるようになっている。また、内部蓄電池と第１端子との間の電力経路に２つのスイッチ部（Ｐ−ＭＯＳ，Ｐ−ＳＭＲスイッチ）が直列に設けられ、その２つのスイッチ部が、回路基板上において第２辺部に沿って横並びに配置されている。そして、例えば蓄電池の充電時には、２つのスイッチ部の開閉を制御することにより各蓄電池がそれぞれ個別に充電されるようになっている。

そしてさらに、回路基板において、第２端子から延びる電力経路を各蓄電池の側に分岐させる分岐点（Ｎ２）を、２つのスイッチ部よりも第２辺部（Ｅ２）の側に設けた。また、第１端子を、ケース外周部において回路基板の第１辺部（Ｅ１）に対向する位置に設けるとともに、第２端子を、ケース外周部において第１辺部に対向しかつ第１端子よりもコーナ部寄りとなる位置、又は第２辺部（Ｅ２）に対向する位置に設けるようにした。

上記構成では、発電手段からの電力を各蓄電池に供給するための経路を、回路基板の第２辺部又はその付近に好適に設けることができる。つまり、本電池ユニットを有する電源システムでは、２つの蓄電池（二次電池）に対して発電手段から電力供給が行われることが前提となっており、電力経路の複雑化が懸念されるが、上記構成によれば電力経路を設けることの適正化を図ることができる。例えば、回路基板における配線パターンの短縮や経路設置の自由度向上を図ることができる。その結果、電力経路の構成の改善を図り、ひいては基板サイズの小型化を実現することができる。

電池ユニットの全体構成を示す斜視図。 電池ユニットの主要な構成を分解して示す分解斜視図。 電池ユニットにおいてカバーを外した状態を示す斜視図。 電池ユニットにおいてカバーを外した状態を示す平面図。 図４の５−５線断面図。 図４の６−６線断面図。 制御基板の電気経路を示す図。 端子台ユニットの分解斜視図。 制御基板に対してバスバーを接続した状態を示す斜視図。 制御基板に対する組電池モジュールとベースの放熱部との位置関係を示す平面図。 電源システムの電気的構成を示す図。 制御基板の電気経路を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両に搭載される電源システムに具体化した場合を想定しており、本電源システムは、車載の各種電気負荷に電力を供給するための蓄電部（電源部）において充電や放電を逐次制御するものとなっている。車両は、内燃機関であるエンジンと、エンジンやその他各部を制御する車載ＥＣＵと、エンジンや車軸の回転により駆動されて発電する発電機能、及びエンジンや車軸を回転させる動力出力機能を有する電動発電機（モータ）と、電動発電機の発電電力により充電される蓄電部とを備えるものである。特に車両の蓄電部として、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池とを用いる構成としている。本実施形態では、リチウムイオン蓄電池として機能するＬｉ電池ユニット（以下、単に電池ユニットという）について詳しく説明する。

まずは、電池ユニットの具体的な構成の説明に先立って、本電池ユニットが適用される電源システムについて概要を図１１を用いて説明する。

図１１に示すように、本電源システムは、鉛蓄電池１０１、リチウムイオン蓄電池１０２、電動発電機である回転機１０３、各種の電気負荷１０４，１０５、半導体スイッチ１１１〜１１４、及び制御部１１５を備えている。このうち、リチウムイオン蓄電池１０２と各スイッチ１１１〜１１４と制御部１１５とは筐体（収容ケース）に収容されることで一体化され、電池ユニット１０として構成されている。電池ユニット１０では、各スイッチ１１１〜１１４と制御部１１５とが同一の回路基板に実装された状態で筐体内に収容されている。制御部１１５は、各スイッチ１１１〜１１４のオン（閉鎖）とオフ（開放）との切替を実施し、これにより各蓄電池１０１，１０２の充放電を制御する。なお、鉛蓄電池１０１が外部蓄電池に相当し、リチウムイオン蓄電池１０２が内部蓄電池に相当し、回転機１０３が発電手段に相当する。

電池ユニット１０には外部端子として第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２及び第３端子Ｐ３が設けられており、第１端子Ｐ１には鉛蓄電池１０１と電気負荷１０４とが接続され、第２端子Ｐ２には回転機１０３が接続され、第３端子Ｐ３には電気負荷１０５が接続されるようになっている。

回転機１０３は、エンジンのクランク軸の回転により発電（回生発電）を行う発電機能と、クランク軸に回転力を付与する動力出力機能とを備え、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）を構成するものとなっている。鉛蓄電池１０１とリチウムイオン蓄電池１０２とは回転機１０３に対して並列に電気接続されており、回転機１０３からの電力供給により各蓄電池１０１，１０２が充電される。回転機１０３から各蓄電池１０１，１０２への充電量や、各蓄電池１０１，１０２から回転機１０３等への放電量は、各蓄電池１０１，１０２のＳＯＣ（State of charge）等に基づいて制御される。

鉛蓄電池１０１は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池１０２は、鉛蓄電池１０１に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池１０２は、複数の電池セルを直列に接続してなる組電池により構成されている。

電池ユニット１０内には、ユニット内電気経路として、各端子Ｐ１〜Ｐ３及びリチウムイオン蓄電池１０２を相互に接続する複数の接続経路Ｌ１〜Ｌ４が設けられている。このうち、
・第１接続経路Ｌ１は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２とを接続する電気経路であり、
・第２接続経路Ｌ２は、第１接続経路Ｌ１上の接続点Ｎ２とリチウムイオン蓄電池１０２とを接続する電気経路であり、
・第３接続経路Ｌ３は、第１接続経路Ｌ１上の接続点Ｎ１と第３端子Ｐ３とを接続する電気経路であり、
・第４接続経路Ｌ４は、第２接続経路Ｌ２の接続点Ｎ３と第３接続経路Ｌ３の接続点Ｎ４とを接続する電気経路である。

第１接続経路Ｌ１と第２接続経路Ｌ２とは、回転機１０３に対して鉛蓄電池１０１及びリチウムイオン蓄電池１０２を接続し、回転機１０３と各蓄電池１０１，１０２との間で比較的大きな電流が流れることが想定される大電流経路である。また、第３接続経路Ｌ３と第４接続経路Ｌ４とは、電気負荷１０５に対して鉛蓄電池１０１及びリチウムイオン蓄電池１０２を接続し、接続経路Ｌ１，Ｌ２に比べて小さい電流が流れることが想定される小電流経路である。

そして、
・第１接続経路Ｌ１（詳しくはＮ１−Ｎ２の間）にスイッチ１１１が設けられ、
・第２接続経路Ｌ２（詳しくはＮ２−Ｎ３の間）にスイッチ１１２が設けられ、
・第３接続経路Ｌ３（詳しくはＮ１−Ｎ４の間）にスイッチ１１３が設けられ、
・第４接続経路Ｌ４（詳しくはＮ３−Ｎ４の間）にスイッチ１１４が設けられている。
これら各スイッチ１１１〜１１４は、いずれも２×ｎ個のＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）を備え、その２つ一組のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが互いに逆向きになるように直列に接続されている。この寄生ダイオードによって、各スイッチ１１１〜１１４をオフ状態とした場合にそのスイッチが設けられた経路に流れる電流が完全に遮断されるようになっている。なお以下の説明では、各スイッチの区別を明確化すべく、スイッチ１１１を「Ｐ−ＭＯＳスイッチ１１１」、スイッチ１１２を「Ｐ−ＳＭＲスイッチ１１２」、スイッチ１１３を「Ｓ−ＭＯＳスイッチ１１３」、スイッチ１１４を「Ｓ−ＳＭＲスイッチ１１４」とも称する。上記構成では、第１端子Ｐ１とリチウムイオン蓄電池１０２との間の電力経路にてＰ−ＭＯＳスイッチ１１１及びＰ−ＳＭＲスイッチ１１２が直列に設けられている。

また、電気負荷１０５は、供給電力の電圧が概ね一定であるか、又は、電圧変動が所定範囲内であり安定していることが要求される定電圧要求電気負荷である。電気負荷１０５には、Ｓ−ＭＯＳスイッチ１１３を介して鉛蓄電池１０１が接続されるとともに、Ｓ−ＳＭＲスイッチ１１４を介してリチウムイオン蓄電池１０２が接続されるようになっており、各蓄電池１０１，１０２のいずれかからの給電が行われる。電気負荷１０５の具体例としては車載ナビゲーション装置や車載オーディオ装置が挙げられる。

電気負荷１０４は、電気負荷１０５（定電圧要求電気負荷）以外の一般的な電気負荷であり、具体例としてはヘッドライト、フロントウインドシールド等のワイパ、空調装置の送風ファン、リヤウインドシールドのデフロスタ用ヒータ等が挙げられる。

次に、電池ユニット１０についての具体的な構成を説明する。まずは電池ユニット１０の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。なお、以下の説明では便宜上、電池ユニット１０を水平面に設置した状態である図１を基準に、電池ユニット１０の上下方向を規定することとしている。

電池ユニット１０は、複数の缶型単電池を有してなる組電池モジュール１１と、組電池モジュール１１における充放電の制御等を実施する制御基板１２と、組電池モジュール１１を上方から拘束する拘束プレート１３と、これら組電池モジュール１１等を収容する収容ケース１４とを備えている。収容ケース１４は、略直方体状をなし、本電池ユニット１０の搭載場所に固定されるベース１５と、ベース１５の上方に取り付けられるカバー１６とを備えている。これらベース１５及びカバー１６は、例えばアルミニウム等の金属材料により形成されるか、もしくは合成樹脂材料により形成されている。組電池モジュール１１と制御基板１２とは、組電池モジュール１１が下、制御基板１２が上になるように互いに上下に対向配置され、それぞれベース１５にビス等により固定されている。そして、ベース１５に対してカバー１６を上方から組み付けることで、組電池モジュール１１や制御基板１２が収容ケース１４内に収容された状態となっている。

また、電池ユニット１０は、電力の入出力が行われる端子台ユニット１７と、車載ＥＣＵ等に対して電気的に接続されるコネクタ部１８とを有している。端子台ユニット１７は、Ｐｂ接続用のＰｂ端子台ユニット１７Ａと、ＩＳＧ接続用のＩＳＧ端子台ユニット１７Ｂとからなる。Ｐｂ端子台ユニット１７Ａは、図１１における第１端子Ｐ１を構成するＰｂ端子電極２１と、そのＰｂ端子電極２１を保持する端子台２２とを有し、ＩＳＧ端子台ユニット１７Ｂは、図１１における第２端子Ｐ２を構成するＩＳＧ端子電極２３と、そのＩＳＧ端子電極２３を保持する端子台２４とを有している。各端子台２２，２４は、例えば絶縁性を有する合成樹脂材料により形成されている。各端子台ユニット１７Ａ，１７Ｂは、各々の端子台２２，２４がベース１５に対して固定されることで、互いに横並びとなる位置に設けられている。この場合、Ｐｂ端子台ユニット１７ＡのＰｂ端子電極２１には、図示しないハーネスを介して鉛蓄電池１０１と電気負荷１０４とが接続され、ＩＳＧ端子台ユニット１７ＢのＩＳＧ端子電極２３には、図示しないハーネスを介して回転機１０３が接続されるようになっている。

コネクタ部１８には、制御部１１５との通信が可能な車載ＥＣＵが接続されるとともに、本電池ユニット１０からの電力供給対象となる各種の電気負荷にも接続可能となっている。コネクタ部１８は、信号線コネクタとパワーラインコネクタとを有する。コネクタ部１８により図１１の第３端子Ｐ３が構成されている。これら端子台ユニット１７及びコネクタ部１８は、図１に示すように、収容ケース１４の外周部の一側面に設けられ、電池ユニット１０の外部に露出した状態で設けられている。

次に、電池ユニット１０における各部の詳しい構成について説明する。この説明には、図３〜図６を適宜用いる。これら図３〜図６には、電池ユニット１０においてカバー１６を取り外した状態の構成が示されている。

図５及び図６に示すように、ベース１５は、底板部３１と、その底板部３１から起立して設けられる立ち壁部３２とを有している。底板部３１は略四角形状をなしており、その周縁部又は周縁部付近を取り囲んで立ち壁部３２が形成されている。底板部３１は、組電池モジュール１１が載置されるモジュール載置部となっている。立ち壁部３２には、その上端部において組電池モジュール１１、制御基板１２及び拘束プレート１３がそれぞれ固定されるようになっている。この場合、各立ち壁部３２の上端部にはネジ孔がそれぞれ形成されており、組電池モジュール１１や制御基板１２、拘束プレート１３を所定位置に組み付けた状態で、固定ネジによってこれら各部材が固定されている。

また、ベース１５には、制御基板１２に実装された電力制御用半導体素子（パワー素子Ｐ）にて生じる熱を外部に放出する放熱部３３が設けられている。放熱部３３は、組電池モジュール１１と隣り合わせとなる位置に設けられ、その上面の平坦部が絶縁シートを挟んで制御基板１２の裏面に対向するものとなっている。放熱部３３の下方は空洞部となっている。この場合、パワー素子Ｐにて生じた熱は、放熱部３３の平坦部に伝わり、さらにユニット外に放出される。

そして、ベース１５に対してカバー１６が組み付けられることで、ケース内空間として閉塞された空間が形成され、その空間内に組電池モジュール１１や制御基板１２等が収容された状態となる。なお、図１に示すように、カバー１６は、天板部３５と、天板部３５から延びる垂れ壁部３６とを有している。ベース１５に対するカバー１６の組み付けは、ベース１５の立ち壁部３２がケース内側、カバー１６の垂れ壁部３６がケース外側となるようにこれらを内外に重ねた状態で行われている。

次に、組電池モジュール１１について説明する。この組電池モジュール１１が、図１１のリチウムイオン蓄電池１０２に相当する。

図５及び図６に示すように、組電池モジュール１１は、直列接続された複数（本実施形態では５個）の単電池４１を有しており、これらの単電池４１が所定の配列で電池ケース４２に収容されて構成されている。本実施形態では、上下２段の単電池４１と上下３段の単電池４１とが横に並べて２列に配置されている。５個の単電池４１は、いずれも薄型の直方体状をなすリチウムイオン蓄電池である。

図５に示すように、組電池モジュール１１は、電力入出力用のバスバー４３を有している。このバスバー４３は、組電池モジュール１１の正側出力端子である。バスバー４３は、上下２段の単電池４１と上下３段の単電池４１との間付近において電池ケース４２から上方に延びるようにして設けられている。そして、バスバー４３の上端が制御基板１２のスルーホールに挿通され、これにより組電池モジュール１１と制御基板１２との電気的な接続がなされている。

次に、制御基板１２について説明する。図３〜図６に示すように、制御基板１２は、組電池モジュール１１に対して上下に重なるようにして配置され、その基板面には各種の電子部品が実装されるとともにコネクタ部１８が固定されている。つまり、制御基板１２はその一部が組電池モジュール１１に対向している。電子部品には、組電池モジュール１１の充放電制御の処理等を実行するＣＰＵ（制御演算素子）や、複数のパワー素子Ｐが含まれている。このパワー素子Ｐの開閉（オン／オフ）により、組電池モジュール１１に対する電力の入出力（すなわち組電池モジュール１１の充放電）や、基板上の各電力経路を通じての導通の状態が適宜制御される。

制御基板１２に実装されるパワー素子Ｐは、図４に示すように、４つのスイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ４に分けて設けられている。これら４つのスイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ４は、図１１の各スイッチ１１１〜１１４に相当するものであり、
・スイッチ部ＳＷ１によりＰ−ＭＯＳスイッチ１１１が構成され、
・スイッチ部ＳＷ２によりＰ−ＳＭＲスイッチ１１２が構成され、
・スイッチ部ＳＷ３によりＳ−ＭＯＳスイッチ１１３が構成され、
・スイッチ部ＳＷ４によりＳ−ＳＭＲスイッチ１１４が構成されている。
なお本実施形態では、図示のとおりスイッチ部ＳＷ１（スイッチ１１１）を６個の半導体スイッチング素子により構成し、スイッチ部ＳＷ２（スイッチ１１２）を４個の半導体スイッチング素子により構成し、スイッチ部ＳＷ３，ＳＷ４（スイッチ１１３，１１４）を各２個の半導体スイッチング素子により構成している。

Ｐｂ用／ＩＳＧ用の各端子台２２，２４は、制御基板１２の１つの側辺部Ｅ１に沿って並べて設けられ、側辺部Ｅ１に直交しかつその隣となる側辺部Ｅ２に沿ってスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２が並べて設けられている。この場合、ＩＳＧ用の端子台２４は制御基板１２のコーナ部Ｃ１の付近に配置され、それよりも辺中央側にＰｂ用の端子台２２が配置されている。また、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２は、側辺部Ｅ２に沿って、スイッチ部ＳＷ１が各端子台２２，２４に近い側、スイッチ部ＳＷ２が各端子台２２，２４に遠い側になるようにして配置されている。

また、制御基板１２では、Ｐｂ端子台ユニット１７ＡとＩＳＧ端子台ユニット１７Ｂと組電池モジュール１１とに対して、これら各端子台ユニット１７Ａ，１７Ｂと組電池モジュール１１とにそれぞれ設けられたバスバーを介して電気的な接続がなされている。具体的には、制御基板１２上において図４の「Ｘ１」がＰｂ端子台ユニット１７Ａに対する接続部であり、「Ｘ２」がＩＳＧ端子台ユニット１７Ｂに対する接続部であり、「Ｘ３」が組電池モジュール１１に対する接続部である。説明の便宜上、Ｘ１を「Ｐｂ接続部Ｘ１」、Ｘ２を「ＩＳＧ接続部Ｘ２」、Ｘ３を「Ｌｉ接続部Ｘ３」とも称する。

ここで、制御基板１２における電気経路について図７を用いて説明する。なお、電池ユニット１０の電気的構成については図１１にて説明済みであるから、その図１１を併せ参照しながら、現実の電池ユニット１０における電気経路の構成を説明する。図７には、図１１で用いた符号を括弧書きで付記している。Ｐｂ接続部Ｘ１は図１１の接続点Ｎ１に相当し、ＩＳＧ接続部Ｘ２は図１１の接続点Ｎ２に相当し、Ｌｉ接続部Ｘ３は図１１の接続点Ｎ３に相当する。

図７において、ＩＳＧ端子台ユニット１７ＢのＩＳＧ端子電極２３（第２端子Ｐ２）は、スイッチ部ＳＷ１（スイッチ１１１）を介してＰｂ端子台ユニット１７ＡのＰｂ端子電極２１（第１端子Ｐ１）に接続されるとともに、スイッチ部ＳＷ２（スイッチ１１２）を介してＬｉ接続部Ｘ３、すなわち組電池モジュール１１に接続されている。この場合、回転機１０３で入出力される電力は、鉛蓄電池１０１及びリチウムイオン蓄電池１０２に対して、図中に二重線で示す経路を通じて流れる。その二重線経路は図１１の接続経路Ｌ１，Ｌ２に相当する。

その他、制御基板１２には、コネクタ部１８に接続される電気負荷に対して電力供給を可能とする電気経路として、コネクタ部１８（第３端子Ｐ３）をスイッチ部ＳＷ３（スイッチ１１３）を介してＰｂ接続部Ｘ１に接続する経路と、同じくコネクタ部１８（第３端子Ｐ３）をスイッチ部ＳＷ４（スイッチ１１４）を介してＬｉ接続部Ｘ３に接続する経路とが設けられている。制御基板１２には、各接続部Ｘ１〜Ｘ３や各スイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ４を互いに接続する経路が所定の配線パターンによりそれぞれ形成されている。

ところで、上記のとおり回転機１０３⇔鉛蓄電池１０１の電力供給、及び回転機１０３⇔リチウムイオン蓄電池１０２の電力供給を、電池ユニット１０内の制御基板１２を経由して実施する場合には、制御基板１２において大電流経路（電力経路）が複数に分岐することになり、制御基板１２での大電流経路の複雑化を招く。また、大電流経路を形成するための配線部が増えるために基板サイズの大型化が強いられることが懸念される。

そこで本実施形態では、電池ユニット１０における大電流経路の一部を基板外に設けたバスバーにより構成することで、制御基板１２での配線部の削減を図り、ひいては基板サイズの大型化を抑制するものとしている。つまり、図７においてＩＳＧ接続部Ｘ２（接続点Ｎ２）とＩＳＧ端子電極２３との間の電気経路をバスバーにて電気的に接続することとし、さらにそのバスバーを制御基板１２の周縁部よりも外側となる位置にて第２端子Ｐ２から制御基板１２に沿って延びるようにして設ける構成としている。

かかる構成についてより詳細に説明する。図８は端子台ユニット１７の分解斜視図である。

上述のとおり端子台ユニット１７は、Ｐｂ端子台ユニット１７ＡとＩＳＧ端子台ユニット１７Ｂとからなるが、それら各端子台ユニット１７Ａ，１７Ｂは構成が相違しており、具体的には各端子台２２，２４の形状と、それに組み付けられるバスバー２５，２６の形状とが各々相違している。

まず端子台２２，２４を比較すると、これら各端子台２２，２４は、制御基板１２の外側から内側へと延びる方向（図４における側辺部Ｅ２の延びる方向）における長さ寸法が相違しており、端子台２４は端子台２２よりも長いものとなっている。この長さの違いはベース１５の形状及び形態にも関係しており、制御基板１２のコーナ部Ｃ１の付近に配置される端子台２４は、ベース１５の放熱部３３を避けることでそれよりも奥側に延びるように設けられている。これに対し、端子台２４よりも辺中央側に配置される端子台２２は、制御基板１２の外側から放熱部３３までに収まる長さで設けられている。この場合、端子台２４は、ＩＳＧ端子電極２３が設けられる電極保持部２４ａから延びる延設部２４ｂを有しており、その延設部２４ｂが、ベース１５の放熱部３３を迂回するようにし折り曲げ形成されている。

また、バスバー２５，２６は、いずれも長尺状をなす金属製（例えば銅製）の平板よりなり、その長手方向の一端側には端子電極２１，２３を挿通させる孔部２５ａ，２６ａが形成されるとともに、他端側には制御基板１２に対して接続される接続端部２５ｂ，２６ｂが形成されている。この接続端部２５ｂ，２６ｂを制御基板１２に組み付けた部分が、図４に示す接続部Ｘ１，Ｘ２となっている。図９には、制御基板１２に対してバスバー２５，２６を接続した状態が示されている。

図７で言えば、Ｐｂ端子電極２１とＰｂ接続部Ｘ１との間の電力経路を構成するのがバスバー２５であり、ＩＳＧ端子電極２３とＩＳＧ接続部Ｘ２との間の電力経路を構成するのがバスバー２６である。なお、ＩＳＧ端子電極２３とＩＳＧ接続部Ｘ２との間の電力経路は、鉛蓄電池１０１とリチウムイオン蓄電池１０２とを繋ぐ電力経路から接続点Ｎ２で分岐する分岐経路に相当する。また、図１１で言えば、バスバー２５は、第１端子Ｐ１とＰ−ＭＯＳスイッチ１１１とを繋ぐ第１端子側経路Ｌ１１を構成するものとなり、バスバー２６は、第２端子Ｐ２と接続点Ｎ２とを繋ぐ第２端子側経路Ｌ１２を構成するものとなっている。

そして、バスバー２５，２６を比較すると、やはりこれら各バスバー２５，２６は長手方向の長さ寸法が相違しており、バスバー２５は短く、バスバー２６はそれよりも長いものとなっている。特に、バスバー２６は、端子台２４と同様に折り曲げられて成形されている。つまり、バスバー２６は、端子台２４の延設部２４ｂと同様の方向に延び、かつ屈曲形状をなす中間部２６ｃを有している。この場合、バスバー２６の中間部２６ｃは、その板面が制御基板１２の基板面と直交する方向（図の上下方向）に延びるようにして設けられており、端子台２４の延設部２４ｂの外側に重なるようにして、バスバー２６の中間部２６ｃが配置されるようになっている。

各端子台ユニット１７Ａ，１７Ｂをベース１５に組み付けた状態では、図３や図５に示されるように、放熱部３３の外側に端子台２４の延設部２４ｂが設けられ、さらにその外側にバスバー２６の中間部２６ｃが設けられる。この状態では、放熱部３３とバスバー２６の中間部２６ｃとの間に端子台２４の延設部２４ｂが介在し、これにより放熱部３３（すなわちベース１５）とバスバー２６との絶縁がなされている。つまり、延設部２４ｂが、放熱部３３とバスバー２６の中間部２６ｃとの間の絶縁部に相当する。

図１０は、制御基板１２に対する組電池モジュール１１とベース１５の放熱部３３との位置関係を示す平面図である。図１０には、制御基板１２の裏面側に設けられる組電池モジュール１１と放熱部とを破線にて示している。スイッチ部ＳＷ３，ＳＷ４については図示を省略している。

図１０に示すように、制御基板１２では、組電池モジュール１１に対向する部位にＬｉ接続部Ｘ３が設けられ、組電池モジュール１１に対向しておらず、かつベース１５の放熱部３３に対向する部位に２つのスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２が並べて実装されている。また、平面視においてスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２を挟んで組電池モジュール１１とは反対側となる位置にバスバー２６が配置されている。この場合、各スイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ４のうちでスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２はＭＯＳＦＥＴの個数が多く、発熱量が比較的多くなるが、そのスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２について、発熱の影響が組電池モジュール１１に及ぶことが抑制される。

また、制御基板１２においてスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の真下部分には、放熱部３３の上面部が存在しており、それを迂回してバスバー２６が設けられている。この場合、制御基板１２の側辺部Ｅ２よりも外側に中間部２６ｃが位置するようになっている。つまり、中間部２６ｃは、平面視において制御基板１２よりも外側にはみ出るようにして設けられている。

さらに、制御基板１２では、ＩＳＧ接続部Ｘ２、すなわち２つのスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の間の接続点Ｎ２が、これら各スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２よりも側辺部Ｅ２の側に設けられている。また、Ｐｂ端子電極２１（第１端子Ｐ１）とＩＳＧ端子電極２３（第２端子Ｐ２）とは、制御基板１２の側辺部Ｅ１に対向する位置に設けられており、より詳細にはＩＳＧ端子電極２３は、制御基板１２のコーナ部Ｃ１付近の位置に設けられ、Ｐｂ端子電極２１は、ＩＳＧ端子電極２３よりも側辺部Ｅ１の中央側となる位置に設けられている。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

上記電池ユニット１０では、制御基板１２において、２つのスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の間の接続点Ｎ２を、これら各スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２よりも側辺部Ｅ２の側に設けるとともに、ＩＳＧ端子電極２３（第２端子Ｐ２）をコーナ部Ｃ２寄りの位置、Ｐｂ端子電極２１（第１端子Ｐ１）をＩＳＧ端子電極２３よりも中央側の位置に設けた。この構成では、回転機１０３からの電力を各蓄電池１０１，１０２に供給するための経路を、制御基板１２の側辺部Ｅ２付近に設ける上で好都合となり、制御基板１２における配線パターンの縮小化が可能となる。これにより、基板サイズの小型化を図る上で有利となる。

またこの場合、制御基板１２の周縁側と中央側とを比べると、中央側の方が各種実装部品等との位置関係で制約が生じやすく、収容ケース１４内の周縁側と中央側とを比べても、中央側の方が各種部材との位置関係で制約が生じやすいと考えられる。この点、上記構成では、２つの蓄電池への電力経路を、制御基板１２の周縁部沿いに容易に設けることができ、経路設置の自由度が向上すると考えられる。

各端子電極２１，２３を、ケース外周部において制御基板１２の側辺部Ｅ１に対向する位置にそれぞれ設けた。また、第２端子側経路Ｌ１２を構成するバスバー２６を、制御基板１２の側辺部Ｅ２に沿って設けるとともに、第１端子側経路Ｌ１１を構成するバスバー２５を、バスバー２６よりも基板内側となる位置に設けた。この場合、制御基板１２における各接続点Ｘ１，Ｘ２の位置に応じて適正にバスバー２５，２６を設定でき、電池ユニット１０のコンパクト化を図りつつ電力経路を好適に設けることができる。

２つのスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の間の接続点Ｎ２から分岐し、かつその接続点Ｎ２とＩＳＧ端子電極２３とを接続して分岐経路を形成するバスバー２６を、収容ケース１４内において制御基板１２の周縁部よりも外側となる位置にてＩＳＧ端子電極２３から制御基板１２に沿って延びるようにして設けるようにした。この場合、ＩＳＧ端子電極２３から延びる電力経路を、基板面に沿って延びるバスバー２６により形成する構成としたため、制御基板１２では電力通電用の配線パターン等を実装するための実装スペースを減らすことができ、基板サイズの大型化を抑制できる。つまり、バスバー２６を用いた電力経路の形成によって制御基板１２上の電力経路を削減できることから、基板サイズの縮小が可能となる。

また、接続点Ｎ２とＩＳＧ端子電極２３とを接続する経路部分をバスバー２６により構成することで、制御基板１２上における２つのスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の配置が変更されたとしてもそれに依存して制御基板１２上の配線長が大きくなるといった不都合を抑制できる。つまり、２つのスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の配置に応じて制御基板１２上における接続点Ｎ１の位置が変わり、それに伴いＩＳＧ端子電極２３と接続点Ｎ２との距離が変わったとしても、その距離変更（距離延長）をバスバー２６の長さ変更で対処できる。これによっても、やはり基板サイズの大型化抑制に寄与できることとなる。

電池ユニット１０において長尺状のバスバー２６を、そのバスバー２６の中間部２６ｃの板面が基板面に直交するようにして収容ケース１４内に配置した。この場合、基板面とバスバー板面とが互いに直交することで、制御基板１２の面内方向だけでなく制御基板１２の面外方向をも上手く使って電力経路を構築できる。

制御基板１２に、スイッチ部ＳＷ１を各端子電極２１，２３に近い側に、スイッチ部ＳＷ２を各端子電極２１，２３に遠い側にしてこれら各スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２を実装し、バスバー２６においてＩＳＧ端子電極２３からＩＳＧ接続部Ｘ２までの長さ寸法を、バスバー２５においてＰｂ端子電極２１からＰｂ接続部Ｘ１までの長さ寸法よりも大きいものとした。これにより、制御基板１２の側辺部Ｅ２に沿って各スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２が並べて設けられている構成において、これら各スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２との接続に好適な接続構造を実現できる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・上記実施形態では、電池ユニット１０においてバスバー２６を、その中間部２６ｃの板面が制御基板１２の基板面に直交するようにして設けたが、これを変更してもよい。例えば、バスバー２６の中間部２６ｃが基板面に交差する向きは直交でなくてもよい。また、バスバー２６の中間部２６ｃが基板面に平行になるように構成されていてもよい。

・スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の間の中間点（Ｎ２）と第２端子Ｐ２とを接続する経路を、バスバー２６だけで構成するのでなく、基板配線パターンとバスバーとにより構成することも可能である。この場合、第１端子Ｐ１及び第２端子Ｐ２における端子台ユニットの構成を同様にし、各端子台ユニットのバスバーを長さ及び形状を同じにする。つまり、Ｐｂ端子台ユニット１７Ａと同じものを２つ用いるとよい。

・電池ユニット１０の制御基板１２において、ベース１５の放熱部３３を図１０の構成よりも拡大し、全てのスイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ４の真下であって、かつこれら全スイッチ部の熱を放出可能に設けてもよい。また、制御基板１２と放熱部３３との間（すなわち基板裏面側）に各スイッチ部を設ける構成であってもよい。

・上記実施形態では、第１端子Ｐ１及び第２端子Ｐ２（端子電極２１，２３）を、第２端子Ｐ２がコーナ部Ｃ１寄りの位置、第１端子Ｐ１がそれよりも内側の位置になるようにして、それぞれ制御基板１２の側辺部Ｅ１に対向する位置に設ける構成としたが、これを以下のように変更してもよい。すなわち、図１２に示すように、第１端子Ｐ１を制御基板１２の側辺部Ｅ１に対向する位置に設けるとともに、第２端子Ｐ２を制御基板１２の側辺部Ｅ２に対向する位置に設ける構成としてもよい。この場合、各端子台ユニットとしては概ね同様の構成のものを用いればよい。かかる構成においても、上記同様、基板サイズの縮小等の優れた効果を奏するものとなっている。

・上記実施形態では、内部蓄電池としてリチウムイオン蓄電池１０２を用い、外部蓄電池として鉛蓄電池１０１を用いる構成としたが、これを変更してもよい。内外の両蓄電池としていずれもリチウムイオン蓄電池を用いたり、鉛蓄電池を用いたりしてもよい。また、ニカド蓄電池やニッケル水素蓄電池など、他の二次電池を用いる構成としてもよい。

・上記実施形態の電池ユニット１０を、内燃機関とモータとの両方を車両走行の駆動源とするハイブリッド車両に適用してもよいし、内燃機関を持たず、モータのみを車両走行の駆動源とする電気車両に適用してもよい。

１０…電池ユニット、１１…組電池モジュール（内部蓄電池）、１２…制御基板（回路基板）、１４…収容ケース、１０１…鉛蓄電池（外部蓄電池）、１０２…リチウムイオン蓄電池（内部蓄電池）、１０３…回転機（発電手段）、１１１…Ｐ−ＭＯＳスイッチ、１１２…Ｐ−ＳＭＲスイッチ、１１５…制御部、Ｌ１，Ｌ２…接続経路、Ｐ１…第１端子、Ｐ２…第２端子、ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ部。

Claims (5)

1. 内部蓄電池（１１，１０２）と、該内部蓄電池に電気的に接続される回路基板（１２）と、これら内部蓄電池と回路基板とを収容するケース（１４）とを備え、前記ケースの底部の上に前記蓄電池が固定されるとともにその上方に前記回路基板が固定されている電池ユニット（１０）であって、
   前記ケースの外周部に設けられ、ユニット外部の外部蓄電池（１０１）と電池充電のための発電手段（１０３）とにそれぞれ接続され、電力の入出力を可能とする第１端子（Ｐ１）及び第２端子（Ｐ２）と、
   前記第１端子、前記第２端子及び前記内部蓄電池を互いに接続する電力経路（Ｌ１，Ｌ２）と、
   前記回路基板に実装される電力用半導体素子よりなり、前記電力経路において前記内部蓄電池と前記第１端子との間の経路部分にて直列に設けられる２つのスイッチ部（ＳＷ１，ＳＷ２）と、
   前記２つのスイッチ部の開閉を制御することにより前記発電手段から前記内部蓄電池への電力供給、及び前記発電手段から前記外部蓄電池への電力供給を各々行わせる制御部（１１５）と、
   を備え、
   前記回路基板は、１つの基板コーナ部（Ｃ１）から互いに直交する方向に延びる第１辺部（Ｅ１）と第２辺部（Ｅ２）とを有し、
   前記２つのスイッチ部は、一方が前記外部蓄電池と前記発電手段との間の電力経路を開閉する第１スイッチ部（ＳＷ１，１１１）、他方が前記内部蓄電池と前記発電手段との間の電力経路を開閉する第２スイッチ部（ＳＷ２，１１２）であって、前記回路基板上において前記第２辺部に沿って横並びに配置されており、
   前記回路基板において、前記第２端子から延びる前記電力経路を前記各蓄電池の側に分岐させる分岐点（Ｎ２）が、前記２つのスイッチ部よりも前記第２辺部の側に設けられており、
   前記第１端子は、前記ケースの外周部において前記回路基板の第１辺部に対向する位置に設けられ、
   前記第２端子は、前記ケースの外周部において前記第１辺部に対向しかつ前記第１端子よりも前記コーナ部寄りとなる位置、又は前記第２辺部に対向する位置に設けられていることを特徴とする電池ユニット。
2. ユニット内電力経路として、前記第１端子と前記第１スイッチ部とを繋ぐ第１端子側経路（Ｌ１１）と、前記分岐点と前記第２端子とを繋ぐ第２端子側経路（Ｌ１２）とを有し、
   前記第１端子及び前記第２端子は、前記ケースの外周部において前記回路基板の第１辺部に対向する位置にそれぞれ設けられており、
   前記第２端子側経路は、前記回路基板の前記第２辺部に沿って設けられ、前記第１端子側経路は、前記第２端子側経路よりも基板内側となる位置に設けられている請求項１に記載の電池ユニット。
3. 前記ケース内において前記回路基板の前記第２辺部よりも外側となる位置にて前記回路基板に沿って延びるようにして設けられ、前記第２端子側経路を構成するバスバー（２６）を備える請求項２に記載の電池ユニット。
4. 前記バスバーは、基板面と同方向に長尺に延びるようにして設けられる長尺状の平板よりなり、前記バスバーの中間部（２６ｃ）の板面が前記基板面に交差する向きとされている請求項３に記載の電池ユニット。
5. 前記第１端子を構成する第１端子電極（２１）と、該第１端子電極を保持する第１端子台（２２）とを有する第１端子台ユニット（１７Ａ）と、
   前記第２端子を構成する第２端子電極（２３）と、該第２端子電極を保持する第２端子台（２４）とを有する第２端子台ユニット（１７Ｂ）と、
   を備え、
   前記第１端子台ユニットにおいて前記第１端子電極には第１バスバー（２５）が接続されるとともに、前記第２端子台ユニットにおいて前記第２端子電極には第２バスバー（２６）が接続され、前記第２バスバーにより前記第２端子側経路が形成されており、
   前記回路基板には、前記第１スイッチ部を前記各端子電極に近い側に、前記第２スイッチ部を前記各端子電極に遠い側にしてこれら各スイッチ部が実装されており、
   前記第２バスバーにおいて前記第２端子電極から前記回路基板との接続部までの長さ寸法が、前記第１バスバーにおいて前記第１端子電極から前記回路基板との接続部までの長さ寸法よりも大きいものとなっている請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電池ユニット。

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