JP5285961B2 - 組電池の電源制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の電池モジュールを直列に接続して構成される組電池の電源制御装置に関する。
モータのみで走行する電気自動車、又はエンジンとモータで走行するハイブリッド自動車における駆動用モータの電源として用いられるニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池等は、一般に、単位電池(セル)を複数個直列に接続して電池モジュールを構成し、この電池モジュールを電池収納箱内に複数個収納し、これらを直列に接続して組電池とする構成をとっている。
例えば、電気自動車、又はハイブリッド自動車用の駆動モータのための電源としては、エネルギー密度、出力密度、サイクル寿命等の基本特性に優れている密閉型ニッケル・水素蓄電池が主に使用されているが、近年エネルギー密度等の基本性能がより高いリチウムイオン電池が注目され、実用化すべく盛んに研究開発が行われている。
高圧バッテリとしての組電池は、コンタクタ、ヒューズ、ブレーカ(遮断器)を介し、更にパワー駆動ユニット(PDU)を介して走行用のモータに接続されている。ここで、コンタクタ、ヒューズ、ブレーカ等、高圧バッテリの保護機能を有する部品が車両の各所に分散して配置されていると、メインテナンス性の低下を招くため、従来から様々な配置が提案されている。
例えば、特開平11−162445号公報では、電池収納箱内に電池モジュールを複数個収納するとともに、2個の電池モジュール分の空きスペースを設け、この空きスペースに電気接続箱を収納して、電気接続箱内にメインコンタクタリレー及び安全プラグ(ブレーカ)を収納した構成が提案されている。
また、特開平8−162171号公報では、組電池の各電池モジュールについて、その両端間に接続された電圧検出回路と、この電圧検出回路の出力をデジタル信号に変換してシリアル伝送出力する信号変換・伝送回路等を備えた電圧計測ユニットを、それぞれ対応する電池モジュールに近接して設けた組電池の監視装置が提案されている。
特開平11−162445号公報 特開平8−162171号公報
特許文献1に開示されたバッテリと電気接続箱の接続構造では、電池収納箱内に空きスペースを設けてこの空きスペースに電気接続箱を収容し、電気接続箱内にメインコンタクタリレー及び安全プラグを搭載しているため、電池収納箱の容量を十分活用できないという問題がある。
また、特許文献2に開示された組電池の監視装置では、配線が簡素化されるという利点はあるが、電池制御ユニット、ヒューズ、遮断器等の搭載位置についての開示は何らない。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池モジュールの最適な配置を取ることにより、バスバー配線が容易で、装置全体を小型化可能な組電池の電源制御装置を提供することである。
本発明によると、複数の単位電池を直列に接続して構成される電池モジュールを電池収納箱内に2列で並列配置し、各電池モジュールを直列接続した組電池の電源制御装置であって、前記電池収納箱の一端部外表面に電池制御ユニットを取り付けるとともに、他端部外表面に直列接続されたヒューズ及び遮断器を取り付け、前記電池収納箱の一端を横切って配置された第1バスバーで前記電池制御ユニットを前記組電池の一端側に配置された第1の電池モジュールに接続し、前記電池収納箱の他端を横切って配置された第2及び第3バスバーで、前記ヒューズ及び前記遮断器を前記組電池の途中に配置された第2の電池モジュールと第3の電池モジュールと間に接続したことを特徴とする組電池の電源制御装置が提供される。
本発明によると、バスバーの配線が容易であり、電池制御ユニットと遮断器及びヒューズを電池収納箱の両端に配置することにより、電源制御装置全体を小型化できる。電池モジュールに近接配置することにより、バスバー配線を短くでき、電力ロスを削減できる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1を参照すると、本発明実施形態に係る組電池2の平面図が示されている。図2は図1の正面図、図3は図1の左側面図である。
4は組電池2の電池収納箱であり、横方向に伸びる仕切り板6及び縦方向に伸びる2枚の仕切り板8a,8bにより電池収納箱4の内部は6つの収納スペースに区画されている。電池収納箱4は例えば樹脂のモールド成型体から形成される。
6つに区画された電池収納スペース内には、それぞれ電池モジュール10が収納されている。電池モジュール10は、図4に示すように、例えば8個の単位電池(セル)12を直列接続して構成されている。
単位電池12は例えばリチウムイオン電池から構成され、単位電池1個の出力電圧は3.6Vである。本実施形態の組電池2は、6個の電池モジュール10を直列接続して構成されているため、組電池2の出力電圧は3.6×8×6=172.8Vである。
図4に示すように、8個の単位電池12上には複数のバスバー(本実施形態では8個)34,40を有するバスバーモジュール14が、ネジ16により単位電池12の電極上に締結搭載されて電池モジュール10を構成する。
バスバーモジュール14は、図5に示すように樹脂ボード18を含んでいる。樹脂ボード18はそれぞれ一対の穴22を有する8個のバスバー搭載部20と開口部24を有している。樹脂ボード18はさらに、開口部24の対角線の延長線上に形成された2個の位置決めピン26を有している。
28は中継基板であり、コネクタ30と樹脂ボード18の位置決めピン26が挿入される2個の位置決め穴32を有している。34はリードピン一体型バスバーであり、中継基板28に接続されるリードピン36がバスバー34と一体的に形成されている。
リードピン一体型バスバー34はさらに、バスバー締結用ネジ16が挿入される一対の丸穴38を有している。40は隣接する電池モジュール10同士を接続するリードピン一体型バスバーである。
リード一ピン体型バスバー34を樹脂ボード18のバスバー搭載部20に搭載し、さらに電池モジュール接続用のリードピン一体型バスバー40を樹脂ボード18の端部に形成されたバスバー搭載部21に搭載する。
次いで、樹脂ボード18の位置決めピン26が中継基板28の位置決め穴30に挿入されるように中継基板28を位置決めして、中継基板28を樹脂ボード18上に搭載する。これにより、リードピン一体型バスバー34,40の各リードピン36は中継基板28に形成されたスルーホール中に挿入されることになり、各リードピン36は中継基板28に半田付け接続される。この状態が図6に示されている。42は電池モジュール10のカバーである。
図4に示した締結ネジ16をリードピン一体型バスバー34,40の丸穴38及び樹脂ボード18の穴22を通して単位電池(セル)12の電極に締結することにより、リードピン一体型バスバー34が隣接する単位電池12の電極同士を接続する。
図1を再び参照すると、電池収納箱4の左端壁4aにはバッテリECU44及びコンタクタ46が取り付けられている。一方、電池収納4の右端壁4bにはヒューズ48とブレーカ(遮断器)50が取り付けられている。
図7の分解斜視図に示すように、バッテリECU44は電子制御回路が形成されたECU基板52を有している。ECU基板52には電流センサ54が搭載されている。電流センサ54は2個の丸穴55a,55bを有している。ECU基板52にはさらに、外部信号用端子56とバッテリ信号処理用端子58が搭載されている。
バスバー60をネジ62及びナット64を使用して電流センサ54の丸穴55aに締結する。フレーム72の2個の位置決めピン(1個のみ図示)73をECU基板52の位置決め穴53に挿入して、ECU基板52をフレーム72内に挿入し、ネジ68を電流センサ54の丸穴55bを介してコンタクタ46の一方の端子47aのネジ穴に締結する。
さらに、バスバー66をECU基板52の丸穴57を通してコンタクタ46の他方の端子47bのネジ穴に締結する。コンタクタ46は一対のネジ74によりフレーム72に固定される。
このようにECU基板52及びコンタクタ46をフレーム72に対して組み立てた状態の斜視図が図8に示されている。フレーム72は一対の取り付け部84を有しており、図4に示すようにネジ90でフレーム72の取り付け部86を電池収納箱4の取り付け部5に固定することにより、コンタクタ46を有するバッテリECU44は電池収納箱4の左端壁4aに搭載される。
フレーム72は一対のバスバー接続部76,78を有しており、各バスバー接続部76,78の六角穴にはそれぞれナット80,82がセットされている。図8に示すように、バスバー60,66の接続端部はフレーム70のバスバー接続部76,78に位置づけされる。
図1を再び参照すると、電池収納箱4内に収容された複数の電池モジュール10のうち、左端壁4aに隣接する一方の電池モジュール10がバスバー59及びバスバー60を介してバッテリECU44に接続され、右端壁4bに隣接する一方の電池モジュール10がバスバー92を介してヒューズ48に接続され、他方の電池モジュール10がバスバー94を介してブレーカ50に接続される。さらに、左端壁4aに隣接する他方の電池モジュール10は、バスバー96を介して図9に示すPDU(パワー駆動ユニット)100の正極端子に接続される。
図9を参照すると、上述した実施形態の組電池2のブロック回路図が示されている。コネクタ88は中継基板28に搭載されたコネクタ30に接続され、各中継基板28はハーネス98を介してバッテリECU44のバッテリ信号処理用端子58に接続される。よって、バッテリECU44では、各セル12の電圧、各電池モジュール10、組電池2の電圧等を常時検出可能である。
コンタクタ46は、プリチャージコンタクタ46aとメインコンタクタ46bを含んでいる。自動車のイグニッションスイッチがONされると、まずプリチャージコンタクタ46aがON作動され、次いで所定のディレーをもってメインコンタクタ46bがON作動される。
組電池2の正極端子であるバスバー96はPDU100の正極端子及びDV(ダウンコンバータ)104の正極端子に接続される。一方、組電池2の負極端子であるバスバー66はPDU100の負極端子及びDV100の負極端子に接続される。
これにより、組電池2はPDU100を介してモータ102を駆動するとともに、DV104により電圧を12Vに落として12V系蓄電池106を充電する。
本発明実施形態に係る組電池の平面図である。 図1の正面図である。 図1の左側面図である。 組電池の分解斜視図である。 バスバーモジュールの分解斜視図である。 バスバーモジュールの斜視図である。 バッテリECU及びコンタクタの分解斜視図である。 コンタクタが搭載されたバッテリECUの斜視図である。 組電池のブロック回路図である。
符号の説明
2 組電池
4 電池収納箱
6,8a,8b 仕切り板
10 電池モジュール
12 単位電池(セル)
14 バスバーモジュール
18 樹脂ボード
28 中継基板
34 リードピン一体型バスバー
36 リードピン
44 バッテリECU
46 コンタクタ
48 ヒューズ
50 ブレーカ
52 ECU基板
54 電流センサ
60,66 バスバー
88 コネクタ
92,94,96 バスバー
98 ハーネス
100 PDU
102 モータ
104 ダウンコンバータ

Claims (1)

  1. 複数の単位電池を直列に接続して構成される電池モジュールを電池収納箱内に2列で並列配置し、各電池モジュールを直列接続した組電池の電源制御装置であって、
    前記電池収納箱の一端部外表面に電池制御ユニットを取り付けるとともに、他端部外表面に直列接続されたヒューズ及び遮断器を取り付け、
    前記電池収納箱の一端を横切って配置された第1バスバーで前記電池制御ユニットを前記組電池の一端側に配置された第1の電池モジュールに接続し、
    前記電池収納箱の他端を横切って配置された第2及び第3バスバーで、前記ヒューズ及び前記遮断器を前記組電池の途中に配置された第2の電池モジュールと第3の電池モジュールと間に接続したことを特徴とする組電池の電源制御装置。
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