JP6128760B2 - バッテリパック - Google Patents

Description

本発明は、バッテリパックに関し、より具体的には、安全性を向上させることができるバッテリパックに関する。

通常、バッテリセルは、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気などのエネルギー源として使用され、適用される外部機器の種類に応じて多様にその形態を変化させて用いる。

携帯電話のような小型モバイル機器は、単一のバッテリセルの出力と容量で所定時間作動が可能である。しかし、電力消耗が多い電気自動車、ハイブリッド自動車のように、長時間駆動、高電力駆動が必要な場合には、出力および容量を向上できるように複数のバッテリセルを電気的に連結して大容量のバッテリモジュールを構成する。バッテリモジュールは、内蔵されたバッテリセルの個数に応じて出力電圧や出力電流を高めることができる。

このようなバッテリモジュールを電気的に複数個連結してバッテリパックを構成することができる。バッテリパックは、各バッテリセルの状態を制御するためにバッテリ制御部（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を含み、バッテリ制御部は、伝達された信号により特定のバッテリセルまたはバッテリモジュールに印加される電流を遮断するように作動可能である。

本発明は、感知部によってバッテリパックが損傷したと判断される場合、その信号を受信したバッテリ制御部が第１ヒューズに伝達することにより、バッテリモジュール間の電気的連結を遮断することができるバッテリパックを提供することを目的とする。

また、本発明は、インターロック回路または別の回路を構成してバッテリパックの修理が必要な場合、バッテリモジュールの間に位置する第１ヒューズを作動させることにより、バッテリモジュール間の電気的連結を遮断することができるバッテリパックを提供することを目的とする。

本発明にかかるバッテリパックは、一方向に整列された複数のバッテリセルからなる少なくとも１つのバッテリモジュールと、前記バッテリモジュールの間に形成される複数の第１ヒューズと、前記複数の第１ヒューズに連結されるバッテリ制御部と、前記バッテリ制御部に連結された少なくとも１つの感知部とを備え、前記バッテリ制御部は、前記感知部から受信した信号を前記複数の第１ヒューズに伝達し、前記第１ヒューズは、前記バッテリモジュール間を連結する連結部材の一領域に形成される電源遮断部と、前記電源遮断部を囲むケースとを備える。

ここで、前記電源遮断部は、前記バッテリ制御部から伝達された信号により圧力または熱を発生することができる。

また、前記感知部は、エアバッグ用衝撃感知センサ、衝撃感知センサ、または水分感知センサを備えることができる。

この時、前記エアバッグ用衝撃感知センサと前記バッテリ制御部との間には、エアバッグ制御部をさらに備えることができる。

そして、前記エアバッグ用衝撃感知センサは、出力された信号を前記バッテリ制御部と前記エアバッグ制御部に同時に伝達することができる。

また、前記エアバッグ用衝撃感知センサは、出力された信号をエアバッグ制御部を介してバッテリ制御部に伝達することができる。

さらに、前記バッテリ制御部は、信号入力線により前記第１ヒューズの電源遮断部に連結できる。

また、前記バッテリモジュールの出力ラインには、第２ヒューズを形成できる。

そして、第１ヒューズと前記第２ヒューズは、同時に作動するか、又は個別に作動することができる。

なお、前記バッテリ制御部には、インターロック回路（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ ｃｉｒｃｕｉｔ）がさらに連結され、バッテリパックの修理時、前記第１ヒューズを選択的に制御することができる。

本発明によれば、衝撃や浸水によってバッテリパックの絶縁が破壊された場合または必要時にバッテリパックの出力電圧をバッテリモジュールレベルに低下させることにより、発火または感電などの危険性を低減して安全性を向上させることができる。

本発明の一実施形態にかかるバッテリパックを示す斜視図である。 図１の第１ヒューズを示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかるバッテリパックの概略ブロック図である。 本発明の一実施形態にかかるバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の他の実施形態にかかるバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態にかかるバッテリパックの概略ブロック図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態およびその他当業者が本発明の内容を容易に理解するために必要な事項について詳細に記載する。ただし、本発明は、請求の範囲に記載された範囲内で種々の異なる形態で実現可能であるため、下記に説明する実施形態は、表現の如何にかかわらず、例示的なものに過ぎない。

本実施形態を説明するにあたり、かかる公知の機能あるいは構成に関する具体的な説明が本発明の要旨をあいまいにする可能性があると判断された場合、その詳細な説明は省略する。そして、図面において、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一の参照番号および符号で表していることに留意しなければならない。併せて、図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜および明確性のために誇張されることがあり、実際の層の厚さや大きさとは異なり得る。

図１は、本発明の一実施形態にかかるバッテリパックを示す斜視図であり、図２は、図１のヒューズを示す斜視図である。

図１および図２を参照すれば、本発明の一実施形態にかかるバッテリパックは、少なくとも１つのバッテリモジュール１００と、複数の第１ヒューズ２０と、第２ヒューズ３０、４０と、バッテリ制御部（ＢＣＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００と、少なくとも１つの感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂとを備える。

ここで、第１ヒューズ２０は、バッテリモジュール１００間を連結する連結部材２２の一領域に形成される電源遮断部２４と、電源遮断部２４を囲むケース２５とを備える。この時、バッテリ制御部２００は、信号入力線２１により第１ヒューズ２０の電源遮断部２４に連結できる。電源遮断部２４は、バッテリ制御部２００から伝達された信号により圧力または熱を発生することができる。また、電源遮断部２４は、ソレノイドバルブとして形成されてもよい。

本発明にかかる第１ヒューズ２０は、各バッテリモジュール１００間を電気的に連結する連結部材２２の一領域に形成され、電源遮断部２４と、これを囲むケース２５とを備える。電源遮断部２４は、バッテリ制御部２００から電源の遮断を命じる信号を受信すると、圧力または熱を発生して連結部材２２を溶かすことになる。これにより、バッテリモジュール１００間を絶縁させることができる。ここで、連結部材２２は、熱と衝撃に弱い構造と材質で形成され、電源遮断部２４で発生した衝撃と高熱により溶けて切れ、バッテリモジュール１００間の電源を遮断することができる。

この時、電源遮断部２４で圧力が発生して爆発する場合、電源遮断部２４の破片は、電源遮断部２４を囲むケース２５の内部に収容できる。これにより、第１ヒューズ２０は、バッテリ制御部２００から信号を受信すると、瞬時に所望のバッテリモジュール１００の間に流れる電流を遮断し、バッテリパックの電圧を低下させることができる。

本発明のバッテリモジュール１００は、高電圧の大容量バッテリモジュール１００であって、複数のバッテリセル１０が一定間隔を置いて一方向に整列された形態を呈する。ここで、バッテリセル１０は、多様な形態で形成できるが、本発明の実施形態では、バッテリセル１０が角形に形成された場合について説明する。

このようなバッテリセル１０は、セパレータを挟んでその両側に正極板と負極板が配置される電極組立体を備え、予め設定された量の電力を充放電させる通常の構造から構成できる。そして、各バッテリセル１０の上部には、正極端子１１および負極端子１２が一定間隔を維持した状態で突出している。ここで、正極端子１１と負極端子１２は、それぞれ外周面にねじ山が形成されたボルト形態となる。

そして、いずれか１つのバッテリセル１０の正極端子１１および負極端子１２は、隣接する他のバッテリセル１０の正極端子１１および負極端子１２と交差するように交差配列できる。これにより、いずれか１つのバッテリセル１０の正極端子１１およびそれに隣接する他のバッテリセル１０の負極端子１２には、バスバー１５が挿入されてナット１６により締結される。

各バッテリセル１０の正極端子１１および負極端子１２がバスバー１５に締結されることにより、電気的に連結されたバッテリモジュール１００を構成することができる。このようなバッテリモジュール１００において、前記のような電極端子１１、１２とバスバー１５との締結構造が繰り返されることにより、バッテリセル１０は直列連結可能である。

このようなバッテリモジュール１００は、図１に示すように、４個が電気的に連結されており、各バッテリモジュール１００の間には、第１ヒューズ２０が設置できる。この時、第１ヒューズ２０は、隣接するバッテリモジュール１００を連結する連結部材２２に設けられることが好ましい。すなわち、いずれか１つのバッテリモジュール１００のバッテリセル１０に形成された正極端子１１と、他のバッテリモジュール１００のバッテリセルに形成された負極端子１２とは、連結部材２２により電気的に連結される。そして、連結部材２２の一領域には、第１ヒューズ２０が形成され、必要時にバッテリモジュール１００間の電気的な連結を遮断することができる。

そして、４個のバッテリモジュール１００のうち、両端に位置するバッテリモジュール１００の各出力ライン３１、４１には、正極の第２ヒューズ３０と負極の第２ヒューズ４０がそれぞれ設置できる。

このような第１ヒューズ２０と、正極の第２ヒューズ３０および負極の第２ヒューズ４０とは、バッテリ制御部２００に電気的に連結できる。これにより、第１ヒューズ２０と、正極の第２ヒューズ３０および負極の第２ヒューズ４０は、バッテリ制御部２００の信号により制御され作動することができる。特に、第１ヒューズ２０は、バッテリモジュール１００間の電気的連結を遮断することができる。この時、バッテリ制御部２００に信号を伝達するものは、バッテリ制御部２００に連結された少なくとも１つの感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂであり得る。

ここで、感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂは、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、衝撃感知センサ７０ａ、７０ｂ、または水分感知センサ６０とを含むことができる。これにより、バッテリ制御部２００は、感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂから出力された信号を受信し、第１ヒューズ２０と、正極の第２ヒューズ３０および負極の第２ヒューズ４０に伝達する。

この時、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃとバッテリ制御部２００との間には、エアバッグ制御部５０がさらに形成できる。これにより、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、出力された信号をバッテリ制御部２００とエアバッグ制御部５０に同時に伝達することができる。あるいは、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、出力された信号をエアバッグ制御部５０を介してバッテリ制御部に伝達してもよい。

そして、第１ヒューズ２０と、正極の第２ヒューズ３０および負極の第２ヒューズ４０は、同時に作動するか個別に作動可能である。これにより、バッテリ制御部２００は、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、衝撃感知センサ７０ａ、７０ｂ、または水分感知センサ６０の信号により、第１ヒューズ２０と、正極の第２ヒューズ３０および負極の第２ヒューズ４０をそれぞれ制御可能である。

このようなバッテリパックは、数十個のバッテリセル１０が連結されているため、各バッテリセル１０の状態を管理するためのバッテリ制御部２００が必要になる。バッテリパックを充電する場合、各バッテリセル１０は、数回繰り返し充電して使用する間、互いに異なるエネルギーレベルに充電され放電される。一旦、複数のバッテリセル１０が互いに異なるエネルギーレベルに放電された後、再充電すると、充電されたバッテリセル１０のエネルギーレベルも互いに異なって形成される。この状態で充電と放電が数回繰り返されると、一部のバッテリセル１０は過放電されて使用末電位が０Ｖ以下になる。この状態で使用者が継続してバッテリセル１０を放電させたり使用すると、かかるバッテリセル１０は電位が変化する現象が現れる。

このように、エネルギーレベルが互いに異なるバッテリセル１０が直列に連結されて充電される場合、低エネルギーレベルのバッテリセル１０が充電状態に逹する前に、比較的高いエネルギーレベルのバッテリセル１０が充電完了信号を送る。これにより、充電器は充電を完了する。また、過放電されたバッテリセル１０が完全充電状態になる前に、他のバッテリセル１０は過充電状態に逹するようになる。すなわち、複数のバッテリセル１０の一部は、不完全充電−過放電または電池の逆転を繰り返し、残りのバッテリセル１０は完全充電または過充電−不完全放電を繰り返し、結局、バッテリセル１０は損傷を受けるようになる。

したがって、本発明における大容量バッテリパックは、バッテリセル１０の損傷を低減するために、各バッテリセル１０の状態を管理するためのバッテリ制御部２００が具備できる。このようなバッテリ制御部２００には、バッテリパックの異常時、電流を遮断するために第１ヒューズ２０および第２ヒューズ３０、４０が連結できる。また、バッテリ制御部２００には、バッテリセル１０の異常時、その信号を送るための複数の感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂが連結できる。

図３は、本発明の一実施形態にかかるバッテリパックのブロック図である。

図３を参照すれば、本発明の一実施形態にかかるバッテリパックは、バッテリモジュール１００と、正極のメインヒューズ３０、負極のメインヒューズ４０と、サブヒューズ２０とを備える。

バッテリモジュールは、複数のバッテリセル１０（図１参照）からなり、４個のバッテリモジュール１００を備える。そして、第１ヒューズ２０は、バッテリモジュール１００間を電気的に連結する連結部材２２に設けられる。また、正極の第２ヒューズ３０および負極の第２ヒューズ４０は、バッテリモジュール１００の出力ライン３１、４１にそれぞれ設けられる。

このような第１ヒューズ２０、正極の第２ヒューズ３０および負極の第２ヒューズ４０は、それぞれバッテリ制御部２００と電気的に連結される。また、バッテリ制御部２００は、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、水分感知センサ６０、および衝撃感知センサ７０ａ、７０ｂと電気的に連結される。

ここで、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、出力された信号をエアバッグ制御部５０とバッテリ制御部２００に同時に伝達することができる。これにより、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃから信号が出力されると、エアバッグが作動すると同時に、バッテリモジュール１００間の電気的な連結を遮断することができる。また、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、出力された信号をエアバッグ制御部５０を介してバッテリ制御部２００に伝達することができる。

このような連結構造により、バッテリ制御部２００は、複数の感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂの信号により、正極の第２ヒューズ３０および負極の第２ヒューズ４０と、第１ヒューズ２０を制御することができる。すなわち、バッテリ制御部２００は、各感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂが出力する信号を第１ヒューズ２０に伝達することにより、バッテリモジュール１００間の電気的連結を遮断することができる。そして、バッテリ制御部２００は、各感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂが出力する信号を正極の第２ヒューズ３０および負極の第２ヒューズ４０に伝達することにより、バッテリパック自体の電源を遮断してもよい。

この時、バッテリモジュール１００間のすべての第１ヒューズ２０が作動すると、バッテリモジュール１００間のすべての連結が遮断されるため、バッテリパックの電圧が１／４に低減することができる。これにより、衝撃や浸水によってバッテリパックの絶縁が破壊された場合、バッテリパックの出力電圧をいずれか１つのバッテリモジュール１００レベルに低下させることにより、発火または感電などの危険性を低減して安全性を向上させることができる。

また、感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂが信号を出力する場合、第２ヒューズ３０、４０を作動させ、バッテリパック全体の電源を遮断してもよい。このような正極の第２ヒューズ３０および負極の第２ヒューズ４０と、第１ヒューズ２０は、同時に作動するか、または個別に作動するように制御可能である。

図４は、本発明の一実施形態にかかるバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。

図４を参照すれば、まず、バッテリパックの電源をオン（ＯＮ）にする（Ｓ１）。

すると、バッテリ制御部２００に連結されたエアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、水分感知センサ６０、および衝撃感知センサ７０ａ、７０ｂが作動する。衝撃や水分が感知されない場合、感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂは信号を出力しない。そして、バッテリパックの損傷が感知、すなわち、バッテリパックに衝撃や水分が感知されると、その信号をバッテリ制御部２００に伝達する。この時、感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂは信号を出力する（Ｓ２）。

このように出力された信号はバッテリ制御部２００に伝達される（Ｓ３）。その後、バッテリ制御部２００は、その信号を第１ヒューズ２０に伝達する（Ｓ４）。これにより、第１ヒューズ２０は、各バッテリモジュール１００間の電気的な連結を遮断するように作動する（Ｓ５）。

このようにバッテリモジュール１００間を連結する連結部材２２に第１ヒューズ２０が設けられることにより、感知部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂの信号がバッテリ制御部２００を介して各第１ヒューズ２０に伝達することができる。したがって、必要時にバッテリモジュール１００の間を流れる電流の流れを遮断し、バッテリパックの電圧を低下させることができる。すなわち、バッテリパックの絶縁が破壊された場合、バッテリモジュール１００間の電気的連結を遮断することにより、感電による危険性を低減することができる。

図５は、本発明の他の実施形態にかかるバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。

図５を参照すれば、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃで衝撃を感知すると、その信号を出力する（Ｓ１１）。出力された信号はエアバッグ制御部５０とバッテリ制御部２００に同時に伝達することができる。この時、エアバッグ制御部５０に伝達された信号によりエアバッグが作動可能である（Ｓ１２、Ｓ１２’）。

そして、バッテリ制御部２００に伝達された信号は第１ヒューズ２０に伝達され、第１ヒューズ２０を作動させる（Ｓ１３）。この時、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃで発生した信号をバッテリ制御部２００を介して受信した場合、第１ヒューズ２０は、バッテリモジュール１００間の電気的連結を遮断するように作動可能である。

これにより、衝撃や浸水によってバッテリパックの絶縁が破壊された場合、バッテリパックの出力電圧をバッテリモジュールレベルに低下させることにより、発火または感電などの危険性を低減して安全性を向上させることができる。

図６は、本発明のさらに他の実施形態にかかるバッテリパックの概略ブロック図である。

図６を参照すれば、本発明のさらに他の実施形態にかかるバッテリパックには、インターロック回路（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ ｃｉｒｃｕｉｔ）８０’をさらに設置できる。本実施形態では、前述した一実施形態と同一の構成要素に関する説明は省略する。

インターロック回路８０’が連結されたバッテリパックは、修理時、第１ヒューズ２０’を選択的に制御することができる。すなわち、バッテリパックを修理する時、バッテリ制御部２００’の信号なしに第１ヒューズ２０’を作動させ、バッテリモジュール１００’間の電源を遮断することができる。

前述した実施形態におけるヒューズの形状および作動は、それに限定されず、様々な物理的な現象を利用して製作可能であることは勿論である。

本発明の技術思想は、上記の好ましい実施形態により具体的に記述されたが、上記の実施形態はその説明のためのものであって、それを制限するためのものではないことに留意しなければならない。また、本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想の範囲内で多様な変形例が可能であることを理解することができる。

上記の発明に対する権利範囲は、以下の特許請求の範囲により定められるものであって、明細書本文の記載に拘らず、請求の範囲の均等の範囲に属する変形および変更はすべて本発明の範囲に属する。

１０：バッテリセル
１１：正極端子
１２：負極端子
１３：ベント
１５：バスバー
２０：第１ヒューズ
３０、４０：第２ヒューズ
５０：エアバッグ制御部
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ：エアバッグ用衝撃感知センサ
６０：水分感知センサ
７０ａ、７０ｂ：衝撃感知センサ
１００：バッテリモジュール
１１０、１２０：エンドプレート
１３０：サイドブラケット
１４０：ボトムブラケット
２００：バッテリ制御部

Claims (8)

1. 一方向に整列された複数のバッテリセルからなる複数のバッテリモジュールと、
   それぞれの第１ヒューズが前記バッテリモジュールの間に形成される、複数の前記第１ヒューズと、
   前記複数の第１ヒューズに連結されるバッテリ制御部と、
   前記バッテリ制御部に連結された少なくとも１つの感知部とを備え、
   前記バッテリ制御部は、前記感知部から受信した信号を前記複数の第１ヒューズに伝達し、前記第１ヒューズは、前記バッテリモジュールの間を連結する連結部材の一領域に形成される電源遮断部と、前記電源遮断部を囲むケースとを備え、
   両端に位置する前記バッテリモジュールの正極の出力ラインと負極の出力ラインとには、それぞれ第２ヒューズが形成され、前記第１ヒューズと前記第２ヒューズは同時に作動することを特徴とするバッテリパック。
2. 前記電源遮断部は、前記バッテリ制御部から伝達された信号により圧力または熱が発生することを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記感知部は、エアバッグ用衝撃感知センサ、衝撃感知センサ、または水分感知センサを備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
4. 前記エアバッグ用衝撃感知センサと前記バッテリ制御部との間には、エアバッグ制御部をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のバッテリパック。
5. 前記エアバッグ用衝撃感知センサは、出力された信号を前記バッテリ制御部と前記エアバッグ制御部に同時に伝達することを特徴とする請求項４に記載のバッテリパック。
6. 前記エアバッグ用衝撃感知センサは、出力された信号をエアバッグ制御部を介してバッテリ制御部に伝達することを特徴とする請求項４に記載のバッテリパック。
7. 前記バッテリ制御部は、信号入力線により前記第１ヒューズの電源遮断部に連結されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
8. 前記バッテリ制御部には、インターロック回路（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ ｃｉｒｃｕｉｔ）がさらに連結され、バッテリパックの修理時、前記第１ヒューズを選択的に制御することを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。

Images