JP6007641B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、二次電池と、二次電池を制御する電池制御機器とを備えた電池パックに関する。

車両に搭載される二次電池は、使用時に規定温度に保たれることにより寿命低下を抑えることができる。例えば、特許文献１では、二次電池（バッテリパック）の温度調節が行われている。

特許文献１に記載のバッテリパックは、複数のバッテリセルを直列接続してなるバッテリモジュールを複数並設した第１のバッテリユニット及び第２のバッテリユニットを備える。隣り合うバッテリセル同士の間には、間隙が形成されており、バッテリセル同士の間を冷却空気が流通するようになっている。また、第１のバッテリユニットと第２のバッテリユニットとが、所定の間隔を空けて配設されることで、第１のバッテリユニットと第２のバッテリユニットとの間に、各間隙と連通するチャンバ部が形成されている。また、バッテリパックには、チャンバ部に冷却空気を送風する冷却ファンが設けられている。チャンバ部において、冷却空気の流通方向における最下流部には、サービスプラグが設けられている。

特開２００４−３１１１５７号公報

ところで、電池パックは、その搭載効率を向上させることが望まれている。
本発明の目的は、搭載効率を向上させることができる電池パックを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ケースと、前記ケースに収容されるとともに、端子が設けられる端子面が同一方向を向くように複数並設された二次電池と、前記複数並設された二次電池とともに並設される収容部に配置され、前記二次電池を制御する電池制御機器と、を備えた電池パックであって、前記収容部には、前記二次電池の端子面と同じ側に端子接続部が設けられ、前記端子接続部は前記二次電池の前記端子と電気的に接続され、前記端子接続部から前記収容部に配置された電池制御機器に向けて前記収容部内を延びる接続用バスバーが設けられており、前記ケースは、矩形板状をなす底板と、この底板の対向する一対の辺のうち、一方の一対の辺から立設された第１側壁と、他方の一対の辺から立設された第２側壁とを有し、前記底板と前記二次電池との間には、一方の前記第１側壁から他方の前記第１側壁に至るまで間隙が延びており、前記底板と前記収容部との間、一方の前記第２側壁と前記収容部との間、及び他方の前記第２側壁と前記収容部との間には前記二次電池が配置されていることを要旨とする。

これによれば、各モジュール電池の端子を繋ぐ配線を端子接続部に集約することができる。端子接続部によって集約された配線は、接続用バスバーを介して収容部内の電池制御機器に向けて方向変換される。したがって、収容部に配置された電池制御機器と、モジュール電池との配線が容易になる。また、電池制御機器に合わせて配線の方向を変換することで、電池制御機器の配設位置を自由に変更することができる。したがって、電池パックが搭載される対象物に合わせて電池制御機器の配設位置を設定でき、電池パックの搭載効率が向上される。

また、前記収容部には、前記複数の二次電池を監視する電池監視基板が配置され、前記端子接続部は、前記電池監視基板と一体化されていてもよい。
これによれば、電池制御機器が接続される電池監視基板のコネクタを端子接続部の近傍に設けることができる。このため、電池パックに対する配線効率が向上される。

また、前記収容部には、複数の電池制御機器が収容されており、前記複数の電池制御機器に対応して設けられる前記接続用バスバーは、前記端子接続部からそれぞれの前記電池制御機器に向けて直線状に延びていてもよい。

これによれば、接続用バスバーが屈曲している場合に比べて、二次電池から電池制御機器までの配線経路を短くすることができる。

本発明によれば、搭載効率を向上させることができる。

実施形態の電池パックを示す斜視図。 （ａ）は図１に示す電池パックの１−１線断面図、（ｂ）は図１に示す電池パックの２−２線断面図。 実施形態における収容ケースの内部を模式的に示す平面図。 実施形態における電池パックの電気的構成を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図４にしたがって説明する。
図１及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、電池パック１０のケース１１には、複数の二次電池としてのモジュール電池２１，２６が収容されている。ケース１１は、矩形板状をなす底板１２と、この底板１２の対向する一対の辺から立設された第１側壁１３，１４と、底板１２において第１側壁１３，１４が立設された辺と交わる一対の辺から立設された第２側壁１５，１６と、底板１２と対向する天板１７と、から四角箱状に形成されている。

図２（ｂ）に示すように、ケース１１の内部であって底板１２上には、複数の載置部材１８が固定されている。そして、載置部材１８上にモジュール電池２１が載置されるとともに、モジュール電池２１と底板１２との間には、冷却媒体（本実施形態では冷却風）が流通する第１間隙３１が区画されている。第１間隙３１は、対向する第１側壁１３，１４のうち、一方の第１側壁１３から他方の第１側壁１４に至るまで延びている。複数の載置部材１８は、対向する一対の第１側壁１３，１４の間に架設されている。本実施形態では、載置部材１８は、一対の第２側壁１５，１６の対向方向に一定間隔毎に４本固定されている。なお、載置部材１８上に載置されたモジュール電池２１を第１モジュール電池２１とする。

第１モジュール電池２１は、一対の第２側壁１５，１６の対向方向に３個近接配置されるとともに、それら３個のモジュール電池２１のうち、第２側壁１５，１６に隣り合う各モジュール電池２１には、一対のスペーサ２２が間隔をあけて載置されている。スペーサ２２上には、モジュール電池２６が支持され、底板１２と天板１７の対向方向にモジュール電池２６が積層配置されている。なお、スペーサ２２上に載置されたモジュール電池２６は、第１モジュール電池２１と同一のモジュール電池であるが、説明の便宜上、第２モジュール電池２６として説明を行う。そして、底板１２と天板１７の対向方向に並設されたモジュール電池２１，２６の間には、スペーサ２２によって冷却媒体が流通する第２間隙３２が形成されている。各第２間隙３２は、対向する第１側壁１３，１４のうち、一方の第１側壁１３から他方の第１側壁１４に至るまで延びている。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、一方の第１側壁１３の内面と、この内面に対向するモジュール電池２１，２６の第１面２１ａ，２６ａとの間には、モジュール電池２１，２６の温度調節を行う冷却媒体が供給される流入路４１が形成されている。流入路４１は、対向する一対の第２側壁１５，１６のうち、一方の第２側壁１６から他方の第２側壁１５に至るまで延びている。また、第１面２１ａ，２６ａには、モジュール電池２１，２６の端子としての正極端子２３及び負極端子２４が突設され、正極端子２３及び負極端子２４は流入路４１に露出している。したがって、各モジュール電池２１，２６は、端子面としての第１面２１ａ，２６ａが同一方向（流入路４１側）を向くようにケース１１内に並設されている。そして、各モジュール電池２１，２６の正極端子２３及び負極端子２４は、各モジュール電池２１，２６が直列接続されるように配線Ｌによって接続されている。

図２（ｂ）に示すように、ケース１１の外部であり、一方の第２側壁１６の外面には、流入路４１に冷却媒体（冷却風）を供給する送風機４２が固定されている。
図２（ａ）に示すように、他方の第１側壁１４の内面と、この内面に対向するモジュール電池２１，２６の第２面２１ｂ，２６ｂ（モジュール電池２１，２６において第１面２１ａ，２６ａと対向する面）との間には、モジュール電池２１，２６の温度調節をした後の冷却媒体が排出される排出路４３が区画されている。

図２（ｂ）に示すように、三つの第１モジュール電池２１のうち、中央の第１モジュール電池２１と、二つの第２モジュール電池２６に囲まれる領域には、収容部Ｓが形成されている。収容部Ｓは、モジュール電池２１，２６と並設されている。この収容部Ｓには、モジュール電池２１，２６を制御する複数の電池制御機器を収容した収容ケース５１が配設されている。具体的には、上記中央の第１モジュール電池２１上の載置面２１ｃには、一対のスペーサ２２が間隔を空けて載置されるとともに、それらスペーサ２２上には、底板５１ｂと、底板５１ｂに被せられるケース本体５１ｃとからなる収容ケース５１が支持されている。そして、中央のモジュール電池２１と、スペーサ２２を介して支持された収容ケース５１の間には、冷却媒体が流通する第３間隙３３が区画されている。

収容ケース５１において、第１側壁１３と対向する第１面５１ａ側には、複数の電池制御機器に対応して接続金具６３が複数取り付けられている。この接続金具６３は、正極端子２３及び負極端子２４が配線Ｌを介して電気的に接続される端子接続部６１を備える。端子接続部６１は、流入路４１に面している。すなわち、端子接続部６１は、収容部Ｓにおいて、モジュール電池２１，２６の第１面２１ａ，２６ａと同じ側（同一方向）に設けられている。端子接続部６１には、電池制御機器（収容部Ｓ）に向けて収容部Ｓ内を直線状に延びる接続用バスバー６２が一体に設けられるとともに、接続用バスバー６２は底板５１ｂ上に載置されている。そして、接続金具６３はＬ字状をなしている。

図３に示すように、収容ケース５１には、モジュール電池２１を制御する電池制御機器としての電池監視基板５２、電池ＥＣＵ５３、サービスプラグ５４及びシステムメインリレー５５が収容されている。電池監視基板５２は、接続用バスバー６２上に配設されており、電池監視基板５２において、接続用バスバー６２と対向する縁部に接続用バスバー６２が一体化されている。

電池監視基板５２、電池ＥＣＵ５３、サービスプラグ５４及びシステムメインリレー５５は、中央の第１モジュール電池２１上面である載置面２１ｃ上にスペーサ２２を介して設けられている。すなわち、電池監視基板５２、電池ＥＣＵ５３、サービスプラグ５４及びシステムメインリレー５５は、モジュール電池２１，２６に並設されている。接続用バスバー６２は、端子接続部６１から収容ケース５１内でこれらの電池制御機器に向けて直線状に延びている。そして、接続用バスバー６２とサービスプラグ５４及びシステムメインリレー５５が接続されることで、モジュール電池２１，２６とサービスプラグ５４及びシステムメインリレー５５とが接続されている。

天板１７と、天板１７と対向する第２モジュール電池２６の上面及び収容ケース５１の上面との間には、冷却媒体が流通する第４間隙３４が区画されている。第４間隙３４は、対向する第１側壁１３，１４のうち、一方の第１側壁１３から他方の第１側壁１４に至るまで延びている。各間隙３１〜３４は、流入路４１及び排出路４３と連通している。そして、モジュール電池２１，２６は、送風機４２から流入路４１に供給される冷却媒体が各間隙３１〜３４を流通することで温度調節される。

次に、電池パック１０の電気的構成について説明する。
図４に示すように、各モジュール電池２１，２６（図では１個のみ図示）は、複数の電池セル２５を直列接続又は並列接続することで構成されている。そして、電池セル２５には、電圧計５６が設けられている。電圧計５６は、電圧が変動する箇所毎に設けられる。例えば、電池セル２５が直列接続されている場合には、各電池セル２５に電圧計５６が設けられる。電圧計５６は、電池監視基板５２に接続されており、電池セル２５の電圧を電池監視基板５２に出力する。

各モジュール電池２１，２６において一つの電池セル２５には、電池セル２５の温度を計測する温度センサ５７が設けられている。温度センサ５７は、電池セル２５の温度を計測して電池監視基板５２に出力する。

図１に示すように、収容ケース５１の第１面５１ａには、電圧計５６及び温度センサ５７が接続されるコネクタ５９，６０が設けられており、電圧計５６及び温度センサ５７は、コネクタ５９，６０を介して電池監視基板５２に接続されている。コネクタ５９，６０は、端子接続部６１と同様に、流入路４１に露出している。

図４に示すように、電池パック１０には、電流計５８が設けられており、直列接続されたモジュール電池２１，２６の電流を計測する。電流計５８は、電池ＥＣＵ５３に接続されており、モジュール電池２１，２６の電流を電池ＥＣＵ５３に出力する。

電池監視基板５２は、温度センサ５７から出力された電池セル２５の温度と、電圧計５６から出力された電圧を電池ＥＣＵ５３に出力する。そして、電池ＥＣＵ５３は、入力された電池セル２５の温度及び電圧に加え、モジュール電池２１，２６の電流に基づいてモジュール電池２１，２６の制御を行う。

各モジュール電池２１，２６は、サービスプラグ５４、システムメインリレー５５を介して図示しない負荷（例えば、モータなど）に直列接続されている。サービスプラグ５４は、直列接続された各モジュール電池２１，２６の接続を、分断するように設けられ、作業時などに引き抜かれることで、作業の安全性を確保する。

次に、本実施形態の電池パック１０の作用について説明する。
モジュール電池２１，２６の正極端子２３及び負極端子２４は、第１面２１ａ，２６ａに突設されている。各モジュール電池２１の正極端子２３及び負極端子２４を繋ぐ配線Ｌは、端子接続部６１に集約されている。そして、端子接続部６１に接続された接続用バスバー６２によって、モジュール電池２１を繋ぐ配線Ｌが、電子制御機器に向けて方向変換されている。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）モジュール電池２１，２６の第１面２１ａ，２６ａと、接続金具６３の端子接続部６１を同じ側に設けるとともに、電池制御機器をモジュール電池２１，２６とともに並設された収容部Ｓに配置した。そして、端子接続部６１に接続された接続用バスバー６２によって、モジュール電池２１，２６の正極端子２３及び負極端子２４を繋ぐ配線Ｌは、電子制御機器に向けて方向変換されている。したがって、電池制御機器をモジュール電池２１，２６に並設しても、これらの電池制御機器と配線Ｌが接続しやすくなる。また、電池制御機器に合わせて配線Ｌの方向を変換することで、電池制御機器の配設位置を自由に変更することができる。したがって、電池パック１０が搭載される対象物（例えば、電気自動車や、産業車両）に合わせて電池制御機器の配設位置を設定でき、電池パック１０の搭載効率が向上される。

（２）端子接続部６１と、電池監視基板５２を一体化している。したがって、電池監視基板５２のコネクタ５９，６０を端子接続部６１の近傍に設けることができる。このため、端子接続部６１と、コネクタ５９，６０を集約でき、配線効率が向上される。

（３）接続用バスバー６２は、電池制御機器に向けて直線状に延びている。このため、接続用バスバー６２が屈曲している場合に比べて、モジュール電池２１，２６から電池制御機器までの配線経路が短くなり、配線抵抗及び配線インダクタンスが低下する。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、二次電池として複数の電池セル２５を接続してなるモジュール電池２１，２６を採用したが、二次電池としてセル電池（単一の電池セル２５）を採用してもよい。

○ 収容ケース５１の内部に電池監視基板５２、サービスプラグ５４、システムメインリレー５５及び電池ＥＣＵ５３の全てを収容したが、これに限られない。例えば、電池監視基板５２のみを収容ケース５１に収容し、他の電池制御機器を収容ケース５１外に配設してもよい。すなわち、収容ケース５１には、少なくとも一つの電池制御機器が収容されていればよい。

○ 端子接続部６１と電池監視基板５２は、一体化されていなくてもよい。
○ 冷却媒体として、液状の冷却媒体を用いてもよい。
○ モジュール電池２１，２６の数は、増やしてもよいし、減らしてもよい。モジュール電池２１，２６の数を変更する場合、第１モジュール電池２１の数に合わせて載置部材１８の数も変更することが好ましい。

○ 電池制御機器として、他の機器を用いてもよい。
○ モジュール電池２１，２６において、底板１２と天板１７の対向方向に隣り合うように間隙３１〜３４を形成したが、第２側壁１５，１６の対向方向に隣り合うように間隙を形成してもよい。また、モジュール電池２１，２６において、底板１２と天板１７の対向方向及び第２側壁１５，１６の対向方向の両方向に隣り合うように間隙を形成してもよい。

○ 接続用バスバー６２は、電池制御機器に向けて屈曲するように延びていてもよい。

Ｓ…収容部、１０…電池パック、１１…ケース、２１，２６…モジュール電池、２１ａ，２６ａ…端子面としての第１面、２３…端子としての正極端子、２４…端子としての負極端子、５１…収容ケース、５２…電池制御機器としての電池監視基板、５３…電池制御機器としての電池ＥＣＵ、５４…電池制御機器としてのサービスプラグ、５５…電池制御機器としてのシステムメインリレー、６１…端子接続部、６２…接続用バスバー。

Claims (3)

1. ケースと、
   前記ケースに収容されるとともに、端子が設けられる端子面が同一方向を向くように複数並設された二次電池と、
   前記複数並設された二次電池とともに並設される収容部に配置され、前記二次電池を制御する電池制御機器と、を備えた電池パックであって、
   前記収容部には、前記二次電池の端子面と同じ側に端子接続部が設けられ、
   前記端子接続部は前記二次電池の前記端子と電気的に接続され、
   前記端子接続部から前記収容部に配置された電池制御機器に向けて前記収容部内を延びる接続用バスバーが設けられており、
   前記ケースは、矩形板状をなす底板と、この底板の対向する一対の辺のうち、一方の一対の辺から立設された第１側壁と、他方の一対の辺から立設された第２側壁とを有し、前記底板と前記二次電池との間には、一方の前記第１側壁から他方の前記第１側壁に至るまで間隙が延びており、
   前記底板と前記収容部との間、一方の前記第２側壁と前記収容部との間、及び他方の前記第２側壁と前記収容部との間には前記二次電池が配置されていることを特徴とする電池パック。
2. 前記収容部には、前記複数の二次電池を監視する電池監視基板が配置され、
   前記端子接続部は、前記電池監視基板と一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記収容部には、複数の電池制御機器が収容されており、
   前記複数の電池制御機器に対応して設けられる前記接続用バスバーは、前記端子接続部からそれぞれの前記電池制御機器に向けて直線状に延びることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池パック。