JP2016134196A - バッテリー - Google Patents

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Abstract

【課題】使用する配線部材の長さを短くできるバッテリーを提供する。【解決手段】バッテリー１０は、それぞれ２つの電極を有する複数のセル１２，１３，１４と、回路基板２１を有してセル１２，１３，１４の充放電を制御する制御部２０と、セル１２，１３，１４及び制御部２０を収容するハウジング１１とを有する。ハウジング１１の一方の端子１１ａは一方の端子１１ａ側に配置されるセル１２が接続され、ハウジング１１の他方の端子１１ｂは他方の端子１１ｂ側に配置される制御部２０を介して制御部２０と隣接するセル１４とが接続される。セル１２と、セル１３との間において折り返し部としてのバスバー３３が設定される。【選択図】図２

Description

本発明は、奇数個のセルを有するバッテリーに関する。
従来よりセル（単電池）を複数組み合わせたバッテリーが広く知られている。このようなバッテリーは例えば車両などに用いられている（例えば特許文献１参照）。
このようなバッテリーは、略扁平箱状（六面体）のセルを複数積層し、積層したものを２つ（２列）並設して１つのモジュールとしている。このとき、各セルは六面の内で最も表面積の大きな面で積層している。このため、各セルの積層方向における厚みは薄く、積層しても同積層方向においては比較的薄型化が図られている。
特開２０１３−１２５６１２号公報
ところで、上記のようなバッテリーでは、複数のセルやこれらセルの充放電を制御する制御部とをハウジング内に収容することが考えられる。そして、各セルや制御部は配線部材によってそれぞれ接続され、ハウジングに形成された２つの端子とも配線部材によって接続される。ところで、ハウジング内に複数のセルと制御部とを収容した状態ではその配置方法によっては配線部材が複雑に入り組み、配線部材が長くなる虞がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、使用する配線部材の長さを短くできるバッテリーを提供することができる。
上記課題を解決するバッテリーは、それぞれ２つの電極を有する複数のセルと、回路基板を有して前記複数のセルの充放電を制御する制御部と、２つの端子が同方向に面するように設けられるとともに、前記複数のセル及び前記制御部を収容するハウジングと、を有し、前記ハウジングの一方の端子は前記複数のセルの内で前記一方の端子側に配置される端子側セルが接続され、前記ハウジングの他方の端子は前記複数のセルよりも前記他方の端子側に配置される前記制御部を介して該制御部と隣接する制御部側セルとが接続され、前記端子側セルと、前記制御部側セルとの間において折り返し部が設定されることを特徴とするバッテリー。
この構成によれば、２つの端子間の電流経路が折り返し部によって折り返されるため、同一方向に面する２つの端子間の電流経路を短くすることが可能となる。これによって配線部材の長さを短くすることができる。
上記バッテリーにおいて、前記複数のセルは、前記２つの電極が対向するよう二列に配置され、同列において隣接しあうセルは極性の異なる電極同士が近接するように配置されて近接する異なる極性の電極同士が電気的に接続され、前記折り返し部は、前記ハウジングの端子とは反対側に位置し、異なる列の対向する少なくとも一対のセルにおける一方の異なる極性の電極同士を接続する配線部材で構成されることが好ましい。
この構成によれば、各列のセルの電極同士が対向するため、各列のセルの電極同士を接続する際の距離を近づけることができ、折り返し部を構成する配線部材を短くすることができる。また、隣接するセルは極性の異なる電極同士が近接するため、配線部材の長さをより短くすることができ、電流経路をより短くすることができる。
上記バッテリーにおいて、前記複数のセルは、前記２つの電極が同方向を向くように二段に配置され、同段において隣接しあうセルは極性の異なる電極同士が近接するように配置されて近接する異なる極性の電極同士が電気的に接続され、前記折り返し部は、前記ハウジングの端子とは反対側に位置し、異なる段の２つのセルの異なる極性の電極同士を接続する配線部材で構成されることが好ましい。
この構成によれば、各セルの電極が同方向に面するように配置されるため、電極同士を接続する際の距離を近づけることができ、折り返し部を構成する配線部材を短くすることができる。また、隣接するセルは極性の異なる電極同士が近接するため、配線部材の長さをより短くすることができ、電流経路をより短くすることができる。
上記バッテリーにおいて、前記セルは、その外郭が略多角柱状又は略円柱状をなすように形成され、前記２つの電極が同一面から同一方向に突出してなり、前記制御部は、前記セルが収容される最小体積の直方体と同じ、又は該直方体に収容可能な大きさあることが好ましい。
この構成によれば、制御部をハウジングに配置する際にセルが収容される最小体積の直方体以下の大きさであるため、ハウジング内においてセルと制御部とを効率よく配置することができる。
上記バッテリーにおいて、前記ハウジングは、扁平な箱状をなし、３つ以上の奇数個の前記セルと１個の前記制御部を収容することが好ましい。
この構成によれば、３つ以上の奇数個のセルと１個の制御部をハウジング内に収容する構成であるため、ハウジング内においてセルと制御部とを効率よく配置することができる。
上記バッテリーにおいて、前記制御部は、放熱を行う放熱部が設けられることが好ましい。
この構成によれば、制御部の放熱を放熱部によって行うことができる。また、例えば制御部の厚みがセルの厚みよりも薄い場合には、制御部のみに放熱部を設けることで、バッテリー全体としてセルの厚み方向における大型化を抑えることができる。
上記バッテリーにおいて、前記放熱部は、前記奇数個のセルの一部と当接し、当接する前記セルの放熱も行うことが好ましい。
この構成によれば、放熱部によってセルの放熱を行うことができる。
上記バッテリーにおいて、前記制御部は、前記回路基板上に電流検出回路と昇降圧回路と制御回路とを有し、前記電流検出回路と前記昇降圧回路は、前記回路基板上において隣接するセルの電極が面する側に配置されることが好ましい。
この構成によれば、発熱しやすい電流検出回路と昇降圧回路とを電流経路となるセルの電極側に寄せて配置することで熱の拡散を抑えることができる。
本発明のバッテリーによれば、使用する配線部材の長さを短くできる。
一実施形態におけるバッテリーの概略構成図である。 同上におけるバッテリーの平面図である。 バッテリーの放熱構造について説明するための側面図である。 バッテリーの放熱構造について説明するための側面図である。 別例におけるバッテリーの概略構成図である。
以下、バッテリーの一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態のバッテリー１０は、略扁平箱状のハウジング１１内に奇数個（本実施形態では３個）のセル１２，１３，１４が収容されている。また、図２に示すようにハウジング１１内には制御部２０が収容されている。
各セル１２，１３，１４は、各セル１２，１３，１４を支持する支持部（図示略）によってハウジング１１の所定位置に固定される。各セル１２，１３，１４は、それぞれ略扁平箱状をなすように形成される。また、各セル１２，１３，１４の一面にはマイナス電極１２ａ，１３ａ，１４ａとプラス電極１２ｂ，１３ｂ，１４ｂとがそれぞれ設けられる。以下ではマイナス電極１２ａ，１３ａ，１４ａ及びプラス電極１２ｂ，１３ｂ，１４ｂが設けられた各セル１２，１３，１４の一面を電極面１２ｃ，１３ｃ，１４ｃという。ちなみに、各セル１２，１３，１４は同一構成である。
３つのセル１２，１３，１４は、３辺の内で最も長さの短い厚さ方向が同方向となるように配置されている。なお、ハウジング１１の厚さ方向も各セル１２，１３，１４の厚さ方向と一致する。
また、３つのセル１２，１３，１４の内の２つのセル１２，１３は、各電極面１２ｃ，１３ｃが同方向を向くように隣接するように配置される。このとき、隣接する２つのセル１２，１３は、一方のセル１２のプラス電極１２ｂと他方のセル１３のマイナス電極１３ａとが近接するように配置される。
また、セル１３の電極面１３ｃはセル１４の電極面１４ｃと対向するように配置される。より具体的には、セル１３のマイナス電極１３ａとセル１４のプラス電極１４ｂとが対向し、セル１３のプラス電極１３ｂとセル１４のマイナス電極１４ａとが対向するように配置される。
上記構成において、セル１２及びセル１３が２列のセルの内の一方の列のセルに相当し、セル１４が２列のセルの内の他方の列のセルに相当する。このため、扁平箱状のハウジング１１内において他方の列のセルであるセル１４の隣には、各セル１２，１３，１４の１つを収容可能なスペースＳが自ずと形成され、このスペースＳに制御部２０が設けられる。
制御部２０は、その体格が前記スペースＳと同様又はスペースＳよりも小さく構成される。制御部２０は、回路基板２１上に、制御回路２２と、電圧測定のためのシャント抵抗２３と、昇降圧回路２４とを有する。また、制御回路２２は、ハウジング１１の外部に露出するコネクタＣと電気的に接続され、コネクタＣに接続された外部機器と信号の送受信が可能となっている。
本実施形態の制御部２０は、略正方形板状の回路基板２１の板厚方向が各セル１２，１３，１４の厚さ方向と一致するように配置されている。さらに、制御部２０は、セル１４及びセル１２と対向するように配置されている。このとき、発熱しやすいシャント抵抗２３及び昇降圧回路２４は、回路基板２１上において対向するセル１２側に配設される。
次に、上記のように配置された各セル１２，１３，１４、制御部２０及びハウジング１１の外部露出するボルト端子１１ａ，１１ｂの電気的接続関係を説明する。
ハウジング１１の外部に露出したマイナス側のボルト端子１１ａは、セル１２のマイナス電極１２ａとバスバー３１によって電気的に接続される。セル１２のプラス電極１２ｂは、バスバー３２によって同列で隣接するセル１３のマイナス電極１３ａと電気的に接続される。そして、セル１３のプラス電極１３ｂは異なる列であって電極面１３ｃの面直交方向において対向するセル１４のマイナス電極１４ａとバスバー３３によって電気的に接続される。このとき、バスバー３３はハウジング１１の端子１１ａ，１１ｂとは反対側に位置し、対向する異なる列のセル１３，１４の異なる電極１３ｂ，１４ｂ同士を接続しており、折り返し部に相当する。
また、セル１４のプラス電極１４ｂは、隣接する制御部２０とバスバー３４によって電気的に接続される。そして、制御部２０は、バスバー３５によってハウジング１１の外部に露出したプラス側のボルト端子１１ｂと電気的に接続される。
次に、本実施形態のバッテリー１０の作用を説明する。
本実施形態のバッテリー１０は、セル１２，１３，１４の充放電が制御部２０によって制御されて充電や放電（給電）がなされるようになっている。本実施形態のバッテリー１０は、ハウジング１１内部において扁平箱状のセル１２，１３，１４の厚さ方向と回路基板２１の板厚方向とが一致するとともに、厚さ方向と直交する方向においてセル１２，１４と回路基板２１（回路部２０）とが対向する。これによって、セル１２，１３，１４の厚さ方向にバッテリーが大きくなることが抑えられている。
次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）２つの端子１１ａ，１１ｂ間の電流経路が折り返し部としてのバスバー３３によって折り返されるため、同一方向に面する２つの端子１１ａ，１１ｂ間の電流経路を短くすることが可能となる。これによってバスバーの長さを短くすることができる。
（２）各列のセル１３，１４の電極１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ同士が対向するため、１３，１４の電極１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの電極同士を接続する際の距離を近づけることができ、折り返し部を構成するバスバー３３を短くすることができる。また、隣接するセル１２，１３は極性の異なる電極１２ｂ，１３ａ同士が近接するため、バスバー３２の長さをより短くすることができ、電流経路をより短くすることができる。
（３）制御部２０をハウジング１１に配置する際にセル１２，１３，１４が収容される最小体積の直方体以下の大きさであるため、ハウジング１１内においてセル１２，１３，１４と制御部２０とを効率よく配置することができる。
（４）３つの奇数個のセル１２，１３，１４と１個の制御部２０をハウジング１１内に収容する構成であるため、ハウジング１１内においてセル１２，１３，１４と制御部２０とを効率よく配置することができる。
（５）発熱しやすいシャント抵抗２３（電流検出回路）と昇降圧回路２４とを回路基板上において隣接するセルの電極が面する側に配置することで、電流経路が集中する方に寄せて配置することができる。これによって熱の拡散を抑えることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、奇数個のセル１２，１３，１４としてその個数を３個としたが、これに限らない。セルの数を５個以上の奇数としてもよい。この場合であっても、上記実施形態同様に、２列のセルの一方の列のセルの個数が必ず１個多くなるため、少ない方の列のセルに制御部２０を設けることができる。また、セルの数を１個としてもよい。また、セルの個数を偶数個としてもよい。
・上記実施形態では、発熱しやすい（高熱となりやすい）シャント抵抗２３と昇降圧回路２４とを電極面１２ｃ，１４ｃ側に寄せて配置したが、これに限らず、分散させてもよい。
・上記実施形態では特に言及していないが、図３や図４に示すように、制御部２０（制御回路２１）に放熱部としてのヒートシンク４０を設ける構成を採用してもよい。
図３に示すヒートシンク４０は、制御部２０の回路基板２１のみと当接して主に制御部２０の放熱を行う構成である。これによって制御部２０の放熱を行うことができる。また、図３に示すように例えば制御部２０の厚みがセル（図４ではセル１２）の厚みよりも薄い場合には、制御部２０のみにヒートシンク４０を設けることで、バッテリー１０全体としてセルの厚み方向における大型化を抑えることができる。
図４に示すヒートシンク４０は、制御部２０の回路基板２１に加えてセル（図４ではセル１２のみ）と当接させてセルの放熱も担っている。
・上記実施形態では、一方の列のセル１２，１３と他方の列のセル１４とがセルの厚さ方向と直交する方向で対向する構成としたが、これに限らない。
例えば、図５に示すように、複数のセル１２，１３，１４の配置方法として、２つの電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが同方向を向くように厚さ方向において二段に積層配置してもよい。図５の構成においては、セル１２，１３が一方の段のセルに相当し、セル１４が他方の段のセルに相当する。
この場合、制御部２０を収容するためのスペースＳはハウジング１１内においてセル１２と厚さ方向において対向する位置であって、前記セル１４と隣接する位置となる。また、各電極面１２ｃ，１３ｃ，１４ｃが同方向に面するように配置されるため、電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ同士を接続する際の距離を近づけることができ、電流経路を短くすることができる。このような構成において、更に、同段において隣接しあうセル１２，１３は極性の異なる電極１２ｂ，１３ａ同士が近接するように配置されて近接する異なる極性の電極１２ｂ，１３ａ同士が電気的に接続することが好ましい。このように、隣接するセル１２，１３は極性の異なる電極１２ｂ，１３ａ同士が近接するため、バスバー３２の長さをより短くすることができ、電流経路をより短くすることができる。
また、セルを二列多段に配置してもよい。例えば二列二段のセルの配置構成について説明する。一段目のセルは、図１に示すように、３つのセルにて二列となるように配置される。このとき、２つの電極が対向するよう二列に配置され、同列において隣接しあうセルは極性の異なる電極同士が近接するように配置されて近接する異なる極性の電極同士が電気的に接続される。二段目のセルは、４つのセルにて二列となるように配置される。即ち、図１におけるスペースＳにもセルが配置された構成である。このとき、一段目のセルと同様に２つの電極が対向するよう二列に配置され、同列において隣接しあうセルは極性の異なる電極同士が近接するように配置されて近接する異なる極性の電極同士が電気的に接続される。このように配置することで、同列の異なる段のセル同士は２つの電極が同方向を向くように配置されることとなる。そして、図１及び図２に示したように、ハウジングの端子とは反対側に位置し、異なる列の対向する少なくとも一対のセルにおける一方の異なる極性の電極同士を配線部材（バスバー）で接続することによって折り返される。
・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。
１０…バッテリー、１１…ハウジング、１１ａ，１１ｂ…端子、１２…セル（端子側セル）、１３…セル、１４…セル（制御部側セル）、１２ａ，１３ａ，１４ａ…マイナス電極（電極）、１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ…プラス電極（電極）、１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ…電極面、２０…制御部、２１…回路基板、２３…シャント抵抗、２４…昇降圧回路。

Claims (8)

  1. それぞれ２つの電極を有する複数のセルと、
    回路基板を有して前記複数のセルの充放電を制御する制御部と、
    ２つの端子が同方向に面するように設けられるとともに、前記複数のセル及び前記制御部を収容するハウジングと、
    を有し、
    前記ハウジングの一方の端子は前記複数のセルの内で前記一方の端子側に配置される端子側セルが接続され、
    前記ハウジングの他方の端子は前記複数のセルよりも前記他方の端子側に配置される前記制御部を介して該制御部と隣接する制御部側セルとが接続され、
    前記端子側セルと、前記制御部側セルとの間において折り返し部が設定される
    ことを特徴とするバッテリー。
  2. 請求項１に記載のバッテリーにおいて、
    前記複数のセルは、前記２つの電極が対向するよう二列に配置され、同列において隣接しあうセルは極性の異なる電極同士が近接するように配置されて近接する異なる極性の電極同士が電気的に接続され、
    前記折り返し部は、前記ハウジングの端子とは反対側に位置し、異なる列の対向する少なくとも一対のセルにおける一方の異なる極性の電極同士を接続する配線部材で構成されることを特徴とするバッテリー。
  3. 請求項１に記載のバッテリーにおいて、
    前記複数のセルは、前記２つの電極が同方向を向くように二段に配置され、同段において隣接しあうセルは極性の異なる電極同士が近接するように配置されて近接する異なる極性の電極同士が電気的に接続され、
    前記折り返し部は、前記ハウジングの端子とは反対側に位置し、異なる段の２つのセルの異なる極性の電極同士を接続する配線部材で構成されることを特徴とするバッテリー。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のバッテリーにおいて、
    前記セルは、その外郭が略多角柱状又は略円柱状をなすように形成され、前記２つの電極が同一面から同一方向に突出してなり、
    前記制御部は、前記セルが収容される最小体積の直方体と同じ、又は該直方体に収容可能な大きさあることを特徴とするバッテリー。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のバッテリーにおいて、
    前記ハウジングは、扁平な箱状をなし、３つ以上の奇数個の前記セルと１個の前記制御部を収容することを特徴とするバッテリー。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のバッテリーにおいて、
    前記制御部には、放熱を行う放熱部が設けられることを特徴とするバッテリー。
  7. 請求項６に記載のバッテリーにおいて、
    前記放熱部は、前記複数のセルの少なくとも１つと当接し、当接する前記セルの放熱も行うことを特徴とするバッテリー。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のバッテリーにおいて、
    前記制御部は、前記回路基板上に電流検出回路と昇降圧回路と制御回路とを有し、
    前記電流検出回路と前記昇降圧回路は、前記回路基板上において隣接するセルの電極が面する側に配置されることを特徴とするバッテリー。
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