JP6160729B2 - バッテリモジュール - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施の形態に係るバッテリモジュールについて説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るバッテリモジュールの構成を示す分解斜視図である。図1、後述の図2〜図7および図9〜図15においては、矢印X,Y,Zで示す
ように、互いに直交する三方向をX方向、Y方向およびZ方向と定義する。本例では、X方向およびY方向が水平面に平行な方向であり、Z方向が水平面に直交する方向である。また、上方は矢印Zが向く方向である。
バスバー40,40a、蓋部材60およびFPC基板50の詳細について説明する。図2は、蓋部材60を斜め下方から見た斜視図であり、図3は、蓋部材60を斜め上方から見た斜視図である。以下、X方向に沿った蓋部材60の一辺を一側辺と呼び、他辺を他側辺と呼ぶ。蓋部材60の一側辺はバッテリブロック10BBの一側面に沿い、蓋部材60の他辺はバッテリブロック10BBの他側面に沿う。また、バッテリブロック10BBに
対向する蓋部材60の面を裏面と呼び、その反対側の蓋部材60の面を表面と呼ぶ。本実施の形態において、蓋部材60の裏面は蓋部材の第1の面の例であり、蓋部材60の表面は蓋部材の第2の面の例である。本例では、蓋部材60の表面が上方に向けられる。
(図3)内において、端子10a,10bの各々がバスバー40,40aにスポット溶接またはレーザ溶接等の溶接により接続される。これにより、隣り合うバッテリセル10がバスバー40を介して電気的に接続される。その結果、複数のバッテリセル10が直列接続される。
FPC基板50と回路基板70との接続について説明する。図4は、複数のバスバー40,40a、一対のFPC基板50、複数の接続片55および回路基板70が取り付けられた蓋部材60を下方から見た図である。図5は、FPC基板50および接続片55の構成を示す模式図である。図6は、複数のバスバー40,40a、一対のFPC基板50、複数の接続片55および回路基板70が取り付けられた蓋部材60を上方から見た図である。以下、一側辺側の凹部62aに嵌合されるバスバー40を一側辺側のバスバー40と呼び、他側辺側の凹部62a,62bに嵌合されるバスバー40,40aを他側辺側のバスバー40,40aと呼ぶ。
検出回路71は、各バッテリセル10の端子電圧を検出し、検出された端子電圧の値を通信回路72に与える。後述のように、一対の通信用コネクタ73には、外部回路との通信のための通信線が取り付けられる。なお、通信回路72と外部回路とがバス接続される場合、通信用コネクタ73は1つであってもよい。
複数のバッテリセル10の充電状態にばらつきがあると、各バッテリセル10の充放電の範囲が制限される。それにより、各バッテリセル10の本来的な容量を十分に使用することができない。そこで、バッテリモジュール100においては、複数のバッテリセル10の充電状態を均等化するための均等化処理が行われる。ここで、充電状態とは、例えばSOC(充電率)、残容量、開放電圧、放電深度(DOD)、電流積算値または蓄電量差をいう。
本実施の形態に係るバッテリモジュール100においては、蓋部材60に重なるように一対のFPC基板50および回路基板70が配置され、接続部材PHを介して一対のFPC基板50が回路基板70に接続される。それにより、簡単な構成で一対のFPC基板50が回路基板70に接続される。したがって、バッテリモジュール100の構成が簡素化される。
。さらに、蓋部材60を貫通するように接続部材PHが設けられるので、蓋部材60を迂回するように他の配線部材を設ける必要がない。そのため、バッテリモジュール100の構成の複雑化が抑制されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てがより容易になる。
このように、本実施の形態に係るバッテリモジュールは、複数のバッテリセルを含み、複数のバッテリセルの端子が配置される端子面を有するバッテリブロックと、バッテリブロックの端子面上に配置される蓋部材と、蓋部材に重なるように配置され、複数のバッテリセルの端子電圧を検出するための電圧検出回路を有する回路基板と、蓋部材に重なるように配置され、複数のバッテリセルの端子に電気的に接続される配線部材と、回路基板と配線部材とを電気的に接続する第1の接続部材とを備える。ここで、蓋部材に重なるように配置されるとは、蓋部材の任意の領域を覆うように配置されることをいう。
(1−7−1)他の接続構造
図9は、FPC基板50と回路基板70との他の接続構造を示す模式的断面図である。図9の例について、図7の例と異なる点を説明する。図9の例では、蓋部材60を貫通するようにコネクタCN1が設けられる。コネクタCN1には、FPC基板50の一端が接続される。また、回路基板70の下面にコネクタCN2が設けられる。コネクタCN2は、電圧検出回路71(図6)および複数の放電部DU(図8)に電気的に接続される。コネクタCN1,CN2が互いに接続されることにより、FPC基板50の各電圧検出線51が回路基板70上の電圧検出回路71に接続され、各放電線52が対応する放電部DUに接続される。
上記実施の形態では、複数の電圧検出線51および複数の放電線52を含むFPC基板50が配線部材として用いられるが、これに限らず、他の配線部材が用いられてもよい。例えば、複数の電圧検出線51および複数の放電線52を含むハーネスが配線部材として用いられてもよい。図10は、複数の電圧検出線51および複数の放電線52を含むハーネスと回路基板70との接続構造を示す模式的断面図である。図10の例について、図7の例と異なる点を説明する。
り、複数の電圧検出線51および複数の放電線52が回路基板70の対応する端子部T2に電気的に接続される。
図11は、通信用コネクタ73の他の例を示す模式的側面図である。図11の例について、上記実施の形態と異なる点を説明する。図11の例では、蓋部材60のY方向における長さが、バッテリブロック10BBのY方向における長さよりも大きい。そのため、蓋部材60の一端がバッテリブロック10BBの上面からはみ出すように、蓋部材60がバッテリブロック10BB上に配置される。以下、バッテリブロック10BBの上面かからはみ出した蓋部材60の領域をはみ出し領域PRと呼ぶ。回路基板70は、蓋部材60のはみ出し領域PR上に延びるように設けられる。回路基板70の一端から蓋部材60のはみ出し領域PRを貫通して、下方に突出するように一対の通信用コネクタ73が設けられる。図11には、一方の通信用コネクタ73のみが示される。
(1−7−4)樹脂層
FPC基板50および回路基板70が接続部材PH(図7)により互いに接続された状態で、FPC基板50、蓋部材60、回路基板70および接続部材PHが樹脂により一体化されてもよい。図12および図13は、FPC基板50、蓋部材60、回路基板70および接続部材PHが樹脂により一体化された例を示す図である。図12は、FPC基板50および回路基板70が取り付けられた蓋部材60を下方から見た図であり、図13は、FPC基板50および回路基板70が取り付けられた蓋部材60を下方から見た図である。
本発明の第2の実施の形態に係るバッテリモジュール100について、上記第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100と異なる点を説明する。
図14は、第2の実施の形態に係るバッテリモジュール100の構成を示す分解斜視図である。図14のバッテリモジュール100においては、複数のバスバー40,40aおよび一対のFPC基板50が蓋部材60の上面に配置される。この場合、蓋部材60の裏面が上方に向けられる。本実施の形態において、蓋部材60の表面は蓋部材の第1の面の例であり、蓋部材60の裏面は蓋部材の第2の面の例である。ダクト溝68(図2)は、蓋部材60の表面に形成される。
本実施の形態に係るバッテリモジュール100においても、上記第1の実施の形態と同様に、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。また、FPC基板50、蓋部材60および回路基板70をバッテリブロック10BB上にコンパクトに配置することができる。さらに、各バッテリセル10と回路基板70との間における配線作業の簡略化が可能となる。
このように、本実施の形態では、蓋部材は、バッテリブロックの端子面に対向する第1の面およびその反対側の第2の面を有し、回路基板は、蓋部材の第2の面に重なるように配置され、配線部材は、蓋部材の第2の面に重なるように蓋部材と回路基板との間に配置される。ここで、蓋部材の第1の面に重なるように配置されるとは、蓋部材の第1の面の
少なくとも一部を覆うように配置されることを意味する。同様に、蓋部材の第2の面に重なるように配置されるとは、蓋部材の第2の面の少なくとも一部を覆うように配置されることを意味する。
本発明の第3の実施の形態に係るバッテリモジュール100について、上記第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100と異なる点を説明する。
図16は、第3の実施の形態に係るバッテリモジュール100の構成を示す分解斜視図である。図16のバッテリモジュール100においては、回路基板70が蓋部材60の下面に重なるように一対のFPC基板50の下方に配置される。本実施の形態において、蓋部材60の裏面は蓋部材の第1の面の例であり、蓋部材60の表面は蓋部材の第2の面の例である。本実施の形態では、ダクト溝68(図2)は設けられなくてもよい。
本実施の形態に係るバッテリモジュール100においても、上記第1の実施の形態と同様に、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。また、FPC基板50、蓋部材60および回路基板70をバッテリブロック10BB上にコンパクトに配置することができる。さらに、各バッテリセル10と回路基板70との間における配線作業の簡略化が可能となる。
このように、本実施の形態では、蓋部材は、バッテリブロックの端子面に対向する第1の面およびその反対側の第2の面を有し、回路基板は、蓋部材の第1の面に重なるように配置され、配線部材は、蓋部材の第1の面に重なるように蓋部材と回路基板との間に配置される。
基板と配線部材との間に蓋部材が配置されないので、回路基板および配線部材を簡単な構成で容易に接続することができる。
本発明の第4の実施の形態に係るバッテリモジュール100について、上記第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100と異なる点を説明する。
図18は、第4の実施の形態に係るバッテリモジュール100の構成を示す分解斜視図である。本実施の形態では、ケーシングCA内にバッテリブロック10BBが収納される。ケーシングCAの上部は開口している。ケーシングCAの開口を閉塞するように蓋部材60がケーシングCAに嵌合された状態で取り付けられる。これにより、バッテリブロック10BBを収納するバッテリボックスBBが形成される。ここで、蓋部材60は、ねじ止めまたは接着剤等によりケーシングCAに取り付けられてもよい。これにより、蓋部材60をケーシングCAに確実に固定することができる。また、蓋部材60はケーシングCAに嵌合されなくてもよい。
本実施の形態では、バッテリブロック10BBを収納するバッテリボックスBBが形成されることにより、バッテリモジュール100の強度が向上する。また、バッテリモジュール100のバッテリブロック10BBがバッテリボックスBBのケーシングCAに固定されるとともに、蓋部材60がケーシングCAに嵌合するので、バッテリブロック10BBと蓋部材60とを確実に固定することができる。
また、本例において、ケーシングCAの開口が蓋部材60により閉塞されている。そのため、バッテリボックスBB内が樹脂によりモールドされてもよい。この場合、バッテリセル10の結露を防止することができる。また、バッテリボックスBB内にモールドされた樹脂は、バッテリモジュール100の熱伝導特性に影響を及ぼすことができる。例えば、バッテリボックスBB内を空気よりも高い熱伝導率を有する樹脂でモールドすることにより、バッテリボックスBB内の熱を外部に放出することができる。一方、バッテリボックスBB内を空気よりも低い熱伝導率を有する樹脂でモールドすることにより、外部からバッテリボックスBB内への熱の流入を遮断することができる。
本発明の第5の実施の形態に係るバッテリシステムについて説明する。本実施の形態に係るバッテリシステムは、上記第1、第2または第3の実施の形態に係るバッテリモジュ
ール100を備える。
図19は、第5の実施の形態に係るバッテリシステムの構成を示す模式的平面図である。図19に示すように、バッテリシステム500は、バッテリモジュール100a,100b,100c,100d、バッテリECU101、コンタクタ102、HV(High Voltage;高圧)コネクタ520およびサービスプラグ530を含む。バッテリモジュール100a〜100dは、第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100と同様の構成を有する。なお、バッテリモジュール100a〜100dとして、第2または第3の実施の形態に係るバッテリモジュール100を用いてもよい。また、バッテリモジュール100a〜100dの各々のバッテリブロック10BBが、上記第4の実施の形態のようにバッテリボックスBBに収納されてもよい。また、各バッテリモジュール100a〜100dの数および配置は、本例に限定されず、適宜変更可能である。
力線D2の一端が接続される。バッテリモジュール100dの低電位端子10Bに取り付けられたバスバー40aに電力線D2の他端が接続される。これにより、バッテリモジュール100cの高電位端子10Aとバッテリモジュール100dの低電位端子10Bとが互いに電気的に接続される。
図6または図11参照)に通信線P2の一端が接続される。バッテリモジュール100cの回路基板70に設けられた一方の通信用コネクタ73に通信線P2の他端が接続される。これにより、バッテリモジュール100aの通信回路72(図6)とバッテリモジュール100cの通信回路72とが通信可能に接続される。
本実施の形態に係るバッテリシステム500には、上記第1または第2の実施の形態に係るバッテリモジュール100が設けられる。そのため、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。それにより、バッテリシステム500の製造コストが低減される。
このように、本実施の形態に係るバッテリシステムは、1または複数のバッテリモジュールを備え、1または複数のバッテリモジュールのうちの少なくとも1つは、上記のバッテリモジュールである。
本発明の第6の実施の形態に係る電動車両について説明する。本実施の形態に係る電動車両は、第5の実施の形態に係るバッテリシステム500を備える。なお、以下では、電動車両の一例として電動自動車を説明する。
図20は、第6の実施の形態に係る電動自動車の構成を示すブロック図である。図20に示すように、本実施の形態に係る電動自動車600は車体610を備える。車体610に、上記のバッテリシステム500ならびに電力変換部601、モータ602、駆動輪603、アクセル装置604、ブレーキ装置605、回転速度センサ606および主制御部608が設けられる。モータ602が交流(AC)モータである場合には、電力変換部601はインバータ回路を含む。
、電力変換部601により変換された駆動電力がモータ602に供給され、その駆動電力に基づくモータ602の回転力が駆動輪603に伝達される。
本実施の形態に係る電動自動車600には、上記第5の実施の形態に係るバッテリシステム500が用いられる。そのため、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。それにより、電動自動車600の製造コストが低減される。
このように、本実施の形態に係る電動車両は、上記のバッテリシステムと、バッテリシステムの電力により駆動されるモータと、モータの回転力により回転する駆動輪とを備える。
第5の実施の形態に係るバッテリシステム500が船、航空機、エレベータまたは歩行ロボット等の他の移動体に搭載されてもよい。
が駆動部に相当する。このような構成において、モータがバッテリシステム500からの電力を受けてその電力を動力に変換し、変換された動力によって昇降用ロープが巻き上げられることにより籠が昇降する。
このような種々の移動体においても、上記第5の実施の形態に係るバッテリシステム500が用いられることにより、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。それにより、移動体の製造コストが低減される。
本実施の形態に係る移動体は、上記のバッテリシステムと、移動本体部と、バッテリシステムからの電力を動力に変換する動力源と、動力源により変換された動力により移動本体部を移動させる駆動部とを備える。
本発明の第7の実施の形態に係る電源装置について説明する。本実施の形態に係る電源装置は、第5の実施の形態に係るバッテリシステム500を備える。
図21は、第7の実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。図21に示すように、電源装置700は、電力貯蔵装置710および電力変換装置720を備える。電力貯蔵装置710は、バッテリシステム群711およびコントローラ712を備える。バッテリシステム群711は、第5の実施の形態に係る複数のバッテリシステム500を含む。複数のバッテリシステム500間において、複数のバッテリセル10は互いに並列に接続されてもよく、または互いに直列に接続されてもよい。
電または充電に関する制御を行う。
りも大きくなると、コントローラ712は、充電が停止されるまたは充電電流(または充電電力)が制限されるようにDC/DCコンバータ721およびDC/ACインバータ722を制御する。これにより、各バッテリセル10の過充電が防止される。
本実施の形態に係る電源装置700には、上記第5の実施の形態に係るバッテリシステム500が用いられる。そのため、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。それにより、移動体の製造コストが低減される。
本実施の形態に係る電力貯蔵装置は、上記のバッテリシステムと、バッテリシステムの複数のバッテリセルの放電または充電に関する制御を行う制御部とを備える。
図21の電源装置700において、各バッテリシステム500にバッテリECU101が設けられる代わりに、コントローラ712がバッテリECU101と同様の機能を有してもよい。
上記実施の形態に係るバッテリモジュール100は、6個のバッテリセル10を含むが、バッテリセル10の数はこれに限らず、任意に変更可能である。
互いに重ならないように配置されてもよい。例えば、蓋部材60の表面上または裏面上において、FPC基板50および回路基板70が互いに重なることなく隣り合うように配置されてもよい。この場合、第1の接続部材として、接続部材PHの代わりに、例えば、タグ状の接続部材が用いられる。タグ状の接続部材の一端部がFPC基板50の端子部に接続され、他端部が回路基板70の端子部に接続される。これにより、FPC基板50および回路基板70が電気的に接続される。なお、接続部材は、FPC基板50に一体的に設けられてもよい。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
置700が電源装置の例であり、電力変換装置720が電力変換装置の例である。また、モータ602またはコンプレッサが負荷の例であり、電動自動車600、船舶、航空機、エレベータ、歩行ロボット、洗濯機、冷蔵庫、エアコンディショナ、テレビジョン受像機、通信装置および照明装置が電気機器の例である。
Claims (6)
- 複数のバッテリセルを含むバッテリブロックであって、前記バッテリブロックが前記複数のバッテリセルの端子が配置される端子面を有している、該バッテリブロックと、
前記バッテリブロックの前記端子面上に配置される蓋部材であって、前記蓋部材が前記バッテリブロックの前記端子面に対向する第1の面を有している、該蓋部材と、
前記複数のバッテリセルの端子電圧を検出するための電圧検出回路を有する回路基板であって、前記回路基板が前記バッテリブロックの前記端子面および前記蓋部材の前記第1の面に重なるように前記蓋部材と前記バッテリブロックの間に配置されている、該回路基板と、
前記複数のバッテリセルの端子を電気的に接続する複数のバスバーであって、各々のバスバーが前記蓋部材に配置されている、該複数のバスバーと、
前記複数のバスバーと前記回路基板とを電気的に接続する配線部材と、
を備えるバッテリモジュール。 - 請求項1に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記配線部材は、前記蓋部材と樹脂により一体化されている、該配線部材を備えるバッテリモジュール。 - 請求項1に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記配線部材は、前記蓋部材の前記第1の面に重なるように前記蓋部材と前記回路基板の間に配置されるバッテリモジュール。 - 請求項1に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記蓋部材は、前記第1の面の反対側に第2の面を有しており、
前記配線部材は、前記蓋部材の前記第2の面に重なるように配置されるバッテリモジュール。 - 請求項1に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記蓋部材は、前記第1の面の反対側に第2の面を有しており、
前記複数のバスバーは、前記蓋部材の前記第2の面に重なるように配置されるバッテリ
モジュール。 - 請求項1に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記複数のバスバーは、前記蓋部材の前記第1の面に重なるように配置されるバッテリモジュール。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011072904 | 2011-03-29 | ||
JP2011072904 | 2011-03-29 |
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