JP5501763B2 - 等分配型母線、及びそれを使用する中または大型バッテリーパック - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、等分配型母線に関し、より詳しくは、2個以上の装置を外部回路に接続するための、外部回路の接続点と各装置の接続点との間の内部抵抗を等価させることができる母線、及び該母線を包含する中または大型バッテリーパックに関する。

発明の背景

最近、充電及び放電可能な二次バッテリーが、ワイヤレス可動装置用のエネルギー供給源として広く使用されている。また、二次バッテリーは、化石燃料を使用する既存のガソリン及びディーゼル車により引き起こされる大気汚染のような問題を解決するために開発された電気自動車及びハイブリッド電気自動車用のエネルギー源としても非常に大きな関心を集めている。

小型の可動装置は、各装置に一個または数個のバッテリーセルを使用している。他方、中または大型装置、例えば車両、は、高出力及び大容量が必要なので、複数の単位電池を互いに電気的に接続した、中または大型バッテリーパックを使用する。

電気自動車及びハイブリッド電気自動車用の充電及び放電する動力供給源として使用される中または大型バッテリーパックは、複数のバッテリーモジュールを直列／並列に互いに電気的に接続し、バッテリーモジュール同士を互いに機械的に連結することにより、製造される。そのため、バッテリーモジュール間の電気的接続は、様々な種類の母線、例えばワイヤ、ニッケルプレート、プリント回路基板(PCB)、及びたわみ性プリント回路基板(たわみ性PCB)、により行われる。

しかし、外部回路の接続点とバッテリーモジュールの接続点との間の距離は、互いに接続されたバッテリーモジュールを包含するバッテリーパックの構造的特性のために、それぞれ異なっている。特に、外部回路接続点と各バッテリーモジュール接続点との間に接続された母線の長さに差があるために、各バッテリーモジュール接続点で内部抵抗の差が生じ、その結果、充電工程及び／または放電工程の際に高電圧電流が流れると、各バッテリーモジュール間に電流差が生じる。

電気自動車用の中または大型バッテリーパックは、長時間作動させる必要があり、中または大型バッテリーパック中に高温、高電圧電流が流れる。その結果、内部抵抗の小さな差により引き起こされる作動条件の差により、幾つかのバッテリーモジュールの劣化(特に各バッテリーモジュールを構成するバッテリーセルの劣化)が促進され、バッテリーパックの全体的な寿命が短くなる。

そのため、上記の問題を解決するための研究が行われている。例えば、日本国公開第2003-346772号明細書は、バッテリーセルのカソード及びアノードプレート及び電極プレート接続部品の間に接続された回路(「接続回路」)を開示しているが、この接続回路は、接続回路の長さまたは厚さが、接続回路が同じ内部抵抗を有するように、各接続回路間の距離に応じて変化する構造に構築されている。

しかし、この接続回路の長さまたは厚さを変えて内部抵抗を等価させる方法では、接続回路の断面積を、接続回路の長さに基づいて計算し、各接続回路が対応する形状(長さまたは厚さ)を有するように、接続回路を設計する。その結果、接続回路は複雑な形状を有し、従って、接続回路を製造するのが困難であり、さらに、接続回路の製造コストが増加する。

また、中または大型バッテリーパックを構築する際、バッテリーモジュールの位置変化に応じて内部抵抗が等しくなるように、正確に計算された、様々な接続回路を製造する必要がある。さらに、回路の内部抵抗は温度により変動する。従って、長さ及び厚さが上記のように予め設定されている接続回路の内部抵抗は、実際の作動条件下で温度変化に応じて変動し、接続回路を構築するためのその正確な評価が制限される。また、設計の変更により接続回路の形状が変化することが多くなり、従って、接続回路の延長性および融通性が大きく低下する。

そのため、上記の幾つかの問題を根本的に解決できる技術が強く求められている。

従って、本発明は、上記の問題及び他の未解決の技術的問題を解決するためになされたものである。

特に、本発明の目的は、導電性ワイヤまたは回路による内部抵抗の差を小さくし、最適な性能を有するバッテリーモジュール及びそれを包含する中または大型バッテリーパックを製造することができる母線を提供することである。

本発明の一態様により、上記の、及び他の目的は、2個以上の装置を外部回路に接続するための母線であって、該外部回路の接続点に接続された接続回路、及び複数の、該接続回路の末端から各装置の接続点までの長さが等しい分配回路を包含し、それによって、該外部回路の該接続点と各装置の該接続点との間の内部抵抗を等価させる、母線を提供することにより、達成される。

一般的に、母線は、装置間の電気的接続を行うために使用される接続部材である。ニッケルプレート、プリント回路基板(PCB)、またはたわみ性プリント回路基板(たわみ性PCB)を母線として使用することができる。

しかし、従来の母線を使用して複数の装置を相互接続し、接続回路を構築する場合、外部回路の接続点と、装置の各接続点との間の接続距離は、上に記載したように、それぞれ異なっている。その結果、母線の長さが異なるために、内部抵抗の差が生じ、従って、装置間に微小の電流差が生じる。

他方、本発明の母線では、外部回路の接続点と、各装置の接続点との間を接続するための分配回路が同じ長さを有する。そのため、外部回路の接続点と、各装置の接続点との間の内部抵抗が一様であり、従って、電流の差は生じない。

上記の構造に基づく好ましい実施態様では、母線が、接続回路の一端に取り付けられた導電性接続部材をさらに包含し、分配回路が、導電性接続部材に接続された、同じ長さを有するワイヤである。そのため、各装置が、各装置と外部回路の接続点との間の距離に関係なく、同じ長さを有するワイヤを経由して、外部回路の接続点に接続され、従って、接続回路が一様な内部抵抗を示す。

好ましくは、各ワイヤは、外側から絶縁するための絶縁材料で覆われる、及び／または被覆される。各ワイヤの長さが等しいので、外部回路の接続点に比較的近い装置に接続されたワイヤは屈曲するために、短絡が起こることがある。各ワイヤを絶縁材料で覆う、及び／または被覆することにより、そのような短絡の発生が防止される。

接続部材が特定の導電性を有する材料から製造される限り、接続部材の構造には、特に制限は無い。好ましくは、導電性接続部材は、厚さが小さいプレートであり、導電性接続部材は、導電性接続部材が、外部回路の接続点に接続された集電点(collection point)及び少なくとも一個の、集電点から等しい距離で各分配回路に接続された分配点を有する構造に構築される。

より好ましくは、導電性接続部材は、扇形状に形成されたプレートであり、導電性接続部材は、分配点が規則的な間隔で配置されるように、分配点が円弧部分に形成され、集電点が円弧部分の中心に、分配点から等間隔で配置される構造に構築される。扇形状プレートの集電点が円弧部分の中心に位置する場合、円弧部分にある分配点は、分配点が、集電点から、円弧部分の半径にほぼ相当する距離だけ間隔を置くように、配置される。これによって、各分配点は、集電点から同じ距離で、間隔を置いて配置される。

好ましい実施態様では、集電点及び分配点は、導電性接続プレートを通して形成された通し孔である。これによって、ワイヤを使用して電気的接続を容易に行うことができる。例えば、ワイヤを通し孔に通した状態で、溶接またははんだ付け工程を行うことができる。あるいは、ワイヤの一端に、導電性接続部材の通し孔に対応する通し孔を備え、ワイヤの通し孔及び導電性接続部材の通し孔にボルトを挿入することにより、ワイヤと導電性接続部材との間の電気的接続を達成することができる。

装置間に電気的接続が必要である限り、装置の種類に特に制限は無い。好ましくは、各装置は、充電及び放電可能なバッテリーセルまたは複数のバッテリーセルを包含するバッテリーモジュールである。従って、本発明の母線を使用して直列及び／または並列に互いに接続された複数野バッテリーモジュールを包含する中または大型バッテリーパックを製造することができる。

本発明の別の態様により、この母線を使用してバッテリーパックの電気的接続を行う構造に構築された中または大型バッテリーパックを提供する。

本発明の中または大型バッテリーパックは、車両、例えば電動自転車(e-バイク)、電気モーターサイクル、電気自動車、またはハイブリッド電気自動車、用の動力供給源として、または工業用もしくは家庭用装置を包含する様々な用途及び製品用の動力供給源として使用することができる。好ましくは、中または大型バッテリーパックは、電気自動車用の充電及び放電電源装置として使用する。

本発明の中または大型バッテリーパックでは、バッテリーモジュール間の電気的接続は、等分配型母線を使用して達成される。これによって、大電流条件下でも、バッテリーモジュール間に電流差が生じることは無く、従って、中または大型バッテリーパックの長期間使用中に、特定バッテリーモジュールまたは特定バッテリーモジュール中の二次バッテリーの劣化が防止される。

本発明の上記の、及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら記載する下記の詳細な説明により、より深く理解される。

好ましい実施態様の詳細な説明

ここで、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示する実施態様に限定されるものではない。

図1は、本発明の等分配型母線の構造を例示する概念図である。図1に関して、装置としてバッテリーモジュールを、母線を使用して互いに並列に電気的接続する場合、各バッテリーモジュールを、長さが等しい分配回路R1、R2、R3...Rnを経由して外部回路の接続点に接続し、その結果、各バッテリーモジュールに割り当てられた分配回路は、外部回路の接続点の位置に関係なく、等しい内部抵抗を有する。

図2は、本発明の好ましい実施態様による母線に使用する導電性接続部材を例示する典型的な図である。

図2に関して、導電性接続部材100は、ほぼ扇形状に形成されたプレートである。特に、導電性接続部材100は、集電点110が円弧部分の中心に形成され、複数の分配点120が円弧部分に、分配点120が規則的な間隔で配置されるように形成される構造に構築される。集電点110及び分配点120は、通し孔の形状に形成される。同じ長さを有するケーブルまたはワイヤ(図には示していない)を、ボルト及び／またはナットを使用する機械的連結、溶接、またははんだ付けにより、通し孔に連結することができる。

図3は、図2の導電性接続部材を使用する等分配型母線とバッテリーモジュールとの間の接続を例示する典型的な図である。

図3に関して、本発明の母線300は、図2に関して上に記載した構造を有する導電性接続部材100、及び導電性接続部材100に接続された、複数の、同じ長さを有するケーブル200を包含する。母線300は、複数のバッテリーモジュール400を互いに並列に接続し、大容量バッテリーパックを形成する。

特に、母線の導電性接続部材に形成された分配点120は、ケーブル200を経由して各バッテリーモジュール400の接続点に電気的に接続される。各ケーブル200は、ケーブル200同士の間に内部抵抗差が生じないように、同じ長さを有する。各ケーブル200は、外側から絶縁するために、絶縁材料で被覆する。各ケーブルの長さが等しいので、導電性接続部材100に比較的近いバッテリーモジュール410に接続されたケーブル210は、屈曲している。バッテリーモジュールのカソード及びアノードは、ケーブル200を経由して導電性接続部材100の分配点120に接続されている。導電性接続部材100の分配点120に到達する電流は、導電性接続部材100の集電点110で集められる。

従って、バッテリーモジュールの、外部回路130の集電点110への接続回路は、バッテリーモジュール400及び410の位置に関係なく、同じ内部抵抗を示し、従って、大電流条件下でも電流差は生じない。

図4は、図3の母線を使用して複数のバッテリーモジュールを接続することにより構築された中または大型バッテリーパックの構造を例示する部分的透視図である。

図4に関して、中または大型バッテリーパック500は、複数のバッテリーモジュール400を包含し、バッテリーモジュールのそれぞれが複数の二次バッテリーを単位電池として包含する。各バッテリーモジュール400は、バッテリーモジュール400が外部回路130に接続されるように、母線300を経由して互いに接続される。特に、各バッテリーモジュール400の電極端子は、同じ長さを有する第一ケーブル200aを経由して共通のコネクタ510に接続され、母線300は、共通のコネクタ510と外部回路130との間に取り付けられる。あるいは、バッテリーモジュール400は、共通のコネクタ510を経由せずに、母線300に直接接続することもできる。

母線300の導電性接続部材100は、同じ長さを有する第二ケーブル200bを経由して共通のコネクタ510もに接続される。従って、各バッテリーモジュール400が外部回路130に電気的に接続された時、各バッテリーモジュール400は内部抵抗差を示さない。

本発明の好ましい実施態様を例示のために開示したが、当業者には明らかなように、請求項に記載する本発明の範囲及び精神から離れることなく、様々な修正、追加、及び置き換えが可能である。

上記の説明から明らかなように、本発明の母線では、内部抵抗が一様であるために、幾つかの電気的接続の際に母線の中を高電流が流れても、電流差は生じない。従って、バッテリーモジュールまたはバッテリーモジュールを構成するバッテリーセルの劣化が防止される結果、バッテリーパックの全体的な寿命が増加し、バッテリーモジュールまたはバッテリーセルの一様な充電及び放電効率が得られる。

図1は、等分配型母線の構造を例示する概念図である。 図2は、本発明の好ましい実施態様による導電性接続部材を例示する典型的な図である。 図3は、図2の導電性接続部材を使用する等分配型母線とバッテリーモジュールとの間の接続を例示する典型的な図である。 図4は、図3の母線接続構造を包含する中または大型バッテリーパックを例示する部分的透視図である。

Claims (4)

1. 外部回路に接続されるバッテリーパックであって、
   ２個以上の装置と、前記２個以上の装置を前記外部回路に接続するための母線を備えてなり、
   前記母線が、前記外部回路の接続点に接続するための導電性接続部材と、及び
   複数の、前記導電性接続部材の末端から各装置の接続点までの長さが等しい分配回路とを備えてなり、それによって、前記外部回路の前記接続点と各装置の前記接続点との間の内部抵抗を等価させてなるものであり、
   前記導電性接続部材が、
   扇形状に形成されたプレートであり、
   各分配回路に接続された２個以上の分配点が円弧部分に形成され、前記分配点が規則的な間隔で配置されてなり、
   前記外部回路の前記接続点に接続するための集電点が、円弧中心に、前記分配点から等間隔で配置されてなる、構造に構築されてなり、
   前記分配回路が、前記導電性接続部材に接続されてなるワイヤである、バッテリーパック。
2. 前記集電点及び前記分配点が、前記プレートを通して形成された通し孔である、請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 各装置が、充電及び放電可能なバッテリーセルまたは複数のバッテリーセルを包含するバッテリーモジュールである、請求項１に記載のバッテリーパック。
4. 前記バッテリーパックが、電流が流れる電気自動車用の充電及び放電電源装置として使用される、請求項１〜３の何れか一項に記載のバッテリーパック。

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