JP6766940B2 - 電池装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、電池装置に関する。

特許文献１には、組電池に対する電力の入出力を制御するパワー素子を備える電池ユニットが開示されている。パワー素子は制御基板における、組電池に重ならない位置にある第２基板部に実装されている。

特開２０１４−１３７２４号公報

特許文献１の電池ユニットは、電力制御用のパワー素子が制御基板に実装されているため、パワー素子よりも低い耐熱温度である制御基板に係る耐熱温度の制約を受けることになる。この耐熱温度上の制約のために、スイッチ装置の発熱を抑えることが求められ、必要なスイッチ性能を発揮させることができないという課題がある。

このような課題に鑑み、この明細書における開示の目的は、電池に対する電力の入出力を制御するスイッチ装置についてその性能を発揮させることが可能な電池装置を提供することである。

この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、技術的範囲を限定するものではない。

開示された電池装置のひとつは、電池（１３）と、電池と電気的に接続されている回路基板（２）と、電池に対する電力の入出力を制御するスイッチ装置であって、外面を形成する外装部（３０）が回路基板から離間した状態で設置されているスイッチ装置（３，４）と、熱伝導性を有する材質によって形成されている放熱部材であって、スイッチ装置の熱が移動可能なようにスイッチ装置の外装部に直接または熱伝導性部材（５）を介して間接的に接触している放熱部材（６，１０６，２０６，３０６，４０６）と、を備え、スイッチ装置は、電気信号を伝達する信号線部（３１）と電力を伝達する電力線部（３２）とを有し、電力線部は、回路基板には接続されず、電池に係る入出力端子（１４０，１４１）にバスバ（３３）またはハーネス（１３３）を介して連結されており、信号線部は回路基板に接続されている。

この電池装置によれば、スイッチ装置は外装部が回路基板から離間した状態であって、スイッチ装置の熱が移動可能なように外装部が直接または熱伝導性部材を介して間接的に放熱部材に接触している。これによれば、スイッチ装置の熱は、回路基板に移動するよりも放熱部材に速やかに移動するので、回路基板に対する熱的影響を抑えるためにスイッチ装置の発熱を抑える手段を講じる必要がない電池装置が得られる。また、回路基板の耐熱温度がボトルネックになってスイッチ装置の性能を十分に発揮できない事態を回避できる。したがって、回路基板の耐熱温度の制約を受けないようにスイッチ装置の性能を発揮させることが可能な電池装置を提供できる。

第１実施形態に係る電池装置の構成を示した分解斜視図である。 第１実施形態の電池装置に関わる回路図である。 第１実施形態の電池装置について、パワー素子の熱が伝達する熱伝達経路を示した概要図である。 回路基板、パワー素子および放熱部材との関係を示した側面図である。 図４においてＶ方向に平面視した平面図である。 第１実施形態の電池装置において、電池とパワー素子との位置関係について第１例を示した概要平面図である。 第１実施形態の電池装置において、電池とパワー素子との位置関係について第２例を示した概要平面図である。 第１実施形態の電池装置において、電池とパワー素子との位置関係について第３例を示した概要平面図である。 第２実施形態について、回路基板、パワー素子および放熱部材との関係を示した側面図である。 第３実施形態について、回路基板、パワー素子および放熱部材との関係を示した側面図である。 第４実施形態について、回路基板、パワー素子および放熱部材との関係を示した側面図である。 第５実施形態の電池装置について、パワー素子の熱が伝達する熱伝達経路を示した概要図である。 第６実施形態の電池装置について、パワー素子の熱が伝達する熱伝達経路を示した概要図である。 第６実施形態について、回路基板、パワー素子および放熱部材との関係を示した側面図である。 第７実施形態について、回路基板、パワー素子および放熱部材との関係を示した側面図である。 第８実施形態の電池装置について、パワー素子の熱が伝達する熱伝達経路を示した概要図である。 第９実施形態の電池装置について、パワー素子の熱が伝達する熱伝達経路を示した概要図である。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態の電池装置１０について、図１〜図８を参照して説明する。電池装置１０は、二次電池を搭載する各種の電気機器に適用することができる。各種の電気機器は、例えば、蓄電池を有する装置、コンピュータ、車両等である。第１実施形態では、その一例として、電池装置１０を、内燃機関と電池駆動のモータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、電池駆動のモータによって走行する電気自動車等の車両に用いる場合について説明する。

電池装置１０の構成について図１を用いて説明する。電池装置１０は、複数の単電池を積層設置して構成されている組電池１３と、組電池１３における充放電の制御等を実施する回路基板２と、組電池１３を上方から拘束する抑制板１２と、組電池１３等を収容するケースと、を備える。電池装置１０は、例えば自動車の座席下、後部座席とトランクルームとの間の空間、運転席と助手席の間の空間に設置されている。ケースは、直方体状であり、電池装置１０の搭載場所にブラケット７０等を介して固定されるベースケース１５と、ベースケース１５を上方から覆うようにベースケース１５に装着されるカバー１１と、を備える。ベースケース１５およびカバー１１は、金属、例えばアルミニウム、銅、これらの合金により形成され、または、樹脂材料により形成されている。ベースケース１５を樹脂材料で形成する場合には、熱伝導性を有する樹脂材料を用いるか、あるいは樹脂材料に熱伝導性を有する材料を混合させることが好ましい。

組電池１３と回路基板２は、組電池１３が回路基板２よりも下方になるように互いを上下に対向して設置され、それぞれはベースケース１５にねじ等により固定されている。ベースケース１５に対してカバー１１を上方から装着することにより、組電池１３、回路基板２がケース内に収容された状態となる。

電池装置１０は、電力の入出力が行われる端子台ユニット１４と、車両ＥＣＵ等に対して電気的に接続されるコネクタ部と、を備える。端子台ユニット１４は、Ｐｂ蓄電池接続用の端子台ユニット１４Ａと、ＩＳＧ接続用の端子台ユニット１４Ｂと、を備える。端子台ユニット１４Ａは、図２における、外部電池１７側に接続される第１入出力端子１４０と、第１入出力端子１４０を支持する端子台と、を有する。端子台ユニット１４Ｂは、図２における、回転機１９側に接続される第２入出力端子１４１と、第２入出力端子１４１を支持する端子台と、を有する。各端子台は絶縁性を有する樹脂材料によって形成されている。端子台ユニット１４Ａ、端子台ユニット１４Ｂは、互いに横並びとなる位置でそれぞれの端子台がベースケース１５に固定されている。

端子台ユニット１４Ａの第１入出力端子１４０には、ハーネスを介して外部電池１７と電気負荷１８とが接続されている。端子台ユニット１４Ｂの第２入出力端子１４１には、ハーネスを介して回転機１９が接続されている。コネクタ部には、制御部１００との通信が可能な車両ＥＣＵが接続されるとともに、電池装置１０からの電力供給の対象となる各種の電気負荷にも接続可能となるように構成されている。端子台ユニット１４やコネクタ部は、ケースの外周部に設けられ、電池装置１０の外部に露出した状態で設けられている。

制御部１００は、少なくとも組電池の蓄電量を管理する機器であり、電池管理ユニット（Battery Management Unit）であってもよい。また、電池管理ユニットは、組電池に関する電流、電圧、温度を監視するとともに、単電池の異常、漏電異常等を管理する機器であってもよい。電池管理ユニットは、車両に搭載された各種の電子制御装置と通信可能に構成されている。電池管理ユニットには、電流センサによって検出された電流値に係る信号が入力されてもよいし、メインリレーやプリチャージリレーの作動を制御する制御装置であってもよい。電池管理ユニットは、単電池等の発熱体を冷却するために、冷却用流体を駆動する送風装置のモータの作動を制御する機器として機能してもよい。電池管理ユニットは、車両に搭載された各種の電子制御装置（例えば車両ＥＣＵ）と通信可能に構成されている。

図３には、電池装置１０についてカバー１１を取り外した状態が示されている。ベースケース１５は、ベース部１５ａと、ベース部１５ａから起立する固定用のボス部１５ｂと、ベース部１５ａから起立する側壁部１５ｃと、を有する。ベース部１５ａは、方形状をなしており、その周縁部等には側壁部１５ｃが形成されている。ベース部１５ａは、組電池１３が置かれている電池載置部となっている。側壁部１５ｃやボス部１５ｂの上端部には、回路基板２、抑制板１２のそれぞれがねじ等によって固定されている。

ベースケース１５には、電力制御用の半導体素子である第１パワー素子３や第２パワー素子４において生じる熱を外部に放出するための放熱部材６が一体に形成されている。放熱部材６はベースケース１５の一部分をなしている。放熱部材６は、例えば、アルミニウム、銅、これらの合金によって形成することができる。第１パワー素子３、第２パワー素子４は、半導体スイッチング素子であり、電池に対する電力の入出力を制御するスイッチ装置の一例である。放熱部材６は、組電池１３と隣り合わせとなる位置に設けられ、その上面の平坦部が熱伝導性部材５を挟んで第１パワー素子３や第２パワー素子４の外装部に対向している。回路基板２は、組電池１３およびスイッチ装置のそれぞれと電気的に接続されている。

外装部は、装置の心臓部を保護する外装ケースに相当し、内部の発熱を外部に放出可能な各種の材質で構成されている。外装部は、例えば樹脂によって形成された扁平な直方体状の形状である。熱伝導性部材５は、熱伝導性および電気絶縁性を有する部材であり、例えばシリコン系の材質である部材を用いることができる。熱伝導性部材５は、スイッチ装置の外面を形成する外装部や放熱部材６と密着するために外力により変形可能であることが好ましく、例えば、弾性変形可能なシート、ジェル、グリス等で構成することができる。熱伝導性部材５によって、各パワー素子と放熱部材６との間は、熱移動可能であり、電気絶縁されている。

放熱部材６は、車両の一部である車両部材７へ熱移動可能な構成で車両部材７にブラケット７０を介して連結されている。車両部材７は、例えば、車両に所定の機器が固定されるフレーム部材、シャシーに結合されている部材、車室内を形成する内装材を支持する部材等である。ブラケット７０は、熱伝導性を有する材料で形成されており、ベース部１５ａと車両部材７とを接続する装着部材である。放熱部材６の内部は、内部が空洞である矩形状の箱体である。図３において矢印で示すように、各パワー素子で生じた熱は、その外装部から熱伝導性部材５を通じて放熱部材６との接触部に移動し、放熱部材６の平坦部から箱体の側壁に伝わって下方に移動する。さらに熱は側壁の下端からベース部１５ａに伝わり、ブラケット７０を介して車両部材７に放出される。また、放熱部材６は、ブラケット７０を介さないで車両部材７に直接連結されている構成であってもよい。

図２に示すように、電池装置１０に関わる回路構成は、外部電池１７、組電池１３、電動発電機である回転機１９、電気負荷１８、第１パワー素子３、第２パワー素子４、および制御部１００を含んでいる。組電池１３は、電池装置１０を収容するケースの内部に設置されている内部電池であり、例えばリチウムイオン二次電池で構成されている。組電池１３は抵抗が小さく回生性能に優れた二次電池であることが好ましい。外部電池１７は、電池装置１０を収容するケースの外部に設置されている二次電池であり、例えば鉛蓄電池で構成されている。外部電池１７は大容量の二次電池であることが好ましい。

制御部１００を構成する部品は、回路基板２に実装されている。制御部１００は、各パワー素子である各スイッチのオン（閉鎖）とオフ（開放）との切り換えを実施し、これにより、外部電池１７、組電池１３のそれぞれに対する充放電を制御する。図４に図示するように、電池装置１０では、第１パワー素子３、第２パワー素子４等のスイッチ装置は、電力供給のための電流が流れていない信号線部３１によって、回路基板２に対して信号通信可能な状態で連結されている。さらにスイッチ装置は、電力供給のための大電流が流れる電力線部３２が回路基板２に接続されていない構成である。したがって、スイッチ装置において装置本体および電力線部３２を流れる大電流は、回路基板２には伝達されない構成となっている。

電池装置１０には、外部端子として第１入出力端子１４０、第２入出力端子１４１が設けられている。第１入出力端子１４０には、外部電池１７と電気負荷１８とが並列に接続され、外部電池１７とは反対側に第１パワー素子３と第２入出力端子１４１とが直列に接続されている。また、外部電池１７は、電気負荷１８に対して電力供給可能なように接続されている。電気負荷１８は、定電圧要求電気負荷以外の一般的な電気負荷であり、例えば、ヘッドライト、フロントウインドシールド等のワイパ、空調装置の送風ファン、リヤウインドシールドのデフロスタ用ヒータ等である。

第１パワー素子３と第２入出力端子１４１との間の接続部には、第２パワー素子４と組電池１３とが直列に接続されている。第２入出力端子１４１には、第１パワー素子３とは反対側に回転機１９が接続されている。回転機１９には、第１パワー素子３と第２パワー素子４とが並列に接続されている。第１のスイッチ装置である第１パワー素子３は、外部電池１７、電気負荷１８のそれぞれと回転機１９とを電力供給の可能な状態と不可能な状態とに切り替えるスイッチ装置として機能する。第２のスイッチ装置である第２パワー素子４は、組電池１３と回転機１９とを電力供給の可能な状態と不可能な状態とに切り替えるスイッチ装置として機能する。

回転機１９は、エンジンのクランク軸の回転により発電、すなわち回生発電を行う発電機能と、クランク軸に回転力を付与する動力出力機能とを備えて、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）を構成する。外部電池１７と組電池１３とは、回転機１９に対して並列に電気接続されている。外部電池１７は、第１パワー素子３のオンにより、回転機１９からの電力供給可能な状態になり、回生電力が充電可能になる。組電池１３は、第２パワー素子４のオンにより、回転機１９からの電力供給可能な状態になり、回生電力が充電可能になる。したがって、第１パワー素子３、第２パワー素子４のそれぞれは、回転機１９と各電池との間で比較的大きな電流が流れることが想定される大電流経路の一部をなす。

次に、回路基板２、各パワー素子、熱伝導性部材５および放熱部材６に係る設置の関係について図４および図５を参照して説明する。回路基板２等との設置の関係に関して第１パワー素子３と第２パワー素子４は同様の構成であるので、以下の説明では代表して第１パワー素子３について説明する。したがって、以下の説明において第１パワー素子３を第２パワー素子４に置き換えることにより、第２パワー素子４と回路基板２等との設置の関係について説明することができる。

図４および図５に示すように、第１パワー素子３は、回路基板２から下方の離れた位置で、その厚さ方向が回路基板２の主面である表面に対して直交するような横置き姿勢で設置されており、熱伝導性部材５を介して間接的に放熱部材６に接触している。したがって、第１パワー素子３と放熱部材６は、回路基板２よりも低い位置に設置されている。第１パワー素子３は、外装部３０から信号線部３１および電力線部３２が突出する方向が回路基板２の主面に沿う方向であり、信号線部３１と電力線部３２とが突出する端部間の長さをなす素子幅の方向が回路基板２の主面に沿う方向となるように設置されている。第１パワー素子３は、外装部３０の幅寸法が厚さ寸法よりも長くなる外形形状である。

信号線部３１は、外装部３０から横方向に突出してから回路基板２の主面に対して直交する方向に折れ曲がるように延びて回路基板２に接続されており、または回路基板２に実装された電子部品に接続されている。第１パワー素子３の電力線部３２は回路基板２には接続されておらず、バスバ３３を介して第１入出力端子１４０や第２入出力端子１４１に連結されている。電力線部３２は、溶接等によってバスバ３３に接合されている導電性端子である。バスバ３３は、組電池１３等とともにベースケース１５に収容されるバスバ支持部材１６に支持されている。バスバ３３は、第１入出力端子１４０や第２入出力端子１４１に連結されている導電性の板状部材である。バスバ支持部材１６はバスバ３３を安定した状態で収容するバスバケースでもある。バスバ支持部材１６は、電気絶縁性を有した材料によって形成されて、バスバ３３と周囲の部材とを絶縁する。

放熱部材６は、第１パワー素子３との熱的な接続部分が横方向に延びる面に有している。また、外装部３０は、放熱部材６に直接接触するように設置されている構成でもよい。第１パワー素子３を熱伝導性部材５や放熱部材６に固定する手段は、絶縁性を有する接着剤、例えばシリコン系接着剤や、ボルトやねじによる締結固定によって構成することができる。放熱部材６は、組電池１３が収容されているベースケース１５におけるベース部１５ａへ熱移動可能となる形態で設置されている。以上の構成により、パワー素子３の外装部３０から熱伝導性部材５を通じて放熱部材６に移動した熱は、ベース部１５ａに移動した後、さらにブラケット７０を介して車両部材７に移動することにより放出される。

図５に示すように、回路基板２における外周縁の一部である端部２０は、回路基板２よりも低い位置に存在する第１パワー素子３と重なる位置にある。換言すれば、第１パワー素子３の外周縁に一部であって基板側の第１端部３０ａは、回路基板２の直下となる位置に設けられ、第１端部３０ａとは反対側に位置する基板外側の第２端部３０ｂは回路基板２の下方であって外側に位置するように設けられている。したがって、第１パワー素子３は、第１パワー素子３および回路基板２を平面視した場合に、下方で、回路基板２に重なる重なり部分３０ｃと回路基板２と重ならない残部３０ｄとを有するように設置されている。さらに、放熱性や、バスバ３３との接続容易性の観点から、第１パワー素子３と回路基板２とは残部３０ｄの体積が重なり部分３０ｃの体積に対して同等または大きくなるような位置関係であることが好ましい。

組電池１３は、直列接続された複数の単電池を有して構成されており、これらの単電池が所定の配列でひとかたまりとなって電池ケースに収容されている。この実施形態では図１に図示するように、上下に２個積層された第１電池積層体１３ａと上下３個積層された第２電池積層体１３ｂとが横に並べて２列に配置されている。５個の単電池は、いずれも薄型の直方体状をなすリチウムイオン二次電池であり、その厚さ方向を上下方向に向けた横置き設置である。各電池積層体は、構成するすべての単電池が直列に結線されることにより、通電可能に接続されている。すべての電池積層体は、通電可能に接続され、かつ一体に連結されることにより、電池装置１０の組電池１３として機能する。

次に、電池装置１０において、組電池１３とスイッチ装置との位置関係について図６〜図８を用いて説明する。図６に示す例の組電池１３は、１個の電池積層体で構成されている場合である。この場合には、第１パワー素子３や第２パワー素子４からなる素子群は、平面視で電池積層体に隣接する電池装置１０内の所定のエリアＡＲ１であって、電池積層体の幅と同じ長さを占める範囲に素子の一部または全部が含まれるように設置されている。第１パワー素子３や第２パワー素子４は、平面視で電池積層体における電極端子１３０に対して電極端子１３０の突出方向に隣接するエリアＡＲ１に少なくとも素子の一部が含まれていることが好ましい。この構成の組電池１３によれば、電池、パワー素子、入出力端子に至る距離を短くすることができる。図６に示す組電池１３は、上下方向に積層された複数の単電池によって構成されているが、横方向に積層された複数の単電池で構成してもよい。

図７に示す例の組電池１３は、同じ個数の単電池が積層された２個の電池積層体で構成されている場合である。この場合には、第１パワー素子３や第２パワー素子４からなる素子群は、平面視で２個の電池積層体に隣接する電池装置１０内の所定のエリアＡＲ２であって、２個の電池積層体における並び方向の長さと同じ長さを占める範囲に素子の一部または全部が含まれるように設置されている。第１パワー素子３や第２パワー素子４は、平面視で電池積層体における電極端子１３０に対して電極端子１３０の突出方向に隣接するエリアＡＲ２に少なくとも素子の一部が含まれていることが好ましい。図７に示す組電池１３は、上下方向に積層された複数の単電池によって構成されているが、横方向に積層された複数の単電池で構成してもよい。

図８に示す例の組電池１３は、異なる個数の単電池が積層された２個の電池積層体１３ａ，１３ｂで構成されている場合である。この場合には、第１パワー素子３や第２パワー素子４からなる素子群は、平面視で、単電池積層数の少ない方の第１電池積層体１３ａに隣接する電池装置１０内の所定のエリアＡＲ３であって、第１電池積層体１３ａの幅と同じ長さを占める範囲に素子の一部または全部が含まれるように設置されている。この構成の組電池１３によれば、複数の電池積層体のうち、単電池積層数が少なく、発熱量が小さい第１電池積層体１３ａに近い場所にパワー素子を設置するため、電池装置１０における熱的な偏りを抑制することができる。

第１パワー素子３や第２パワー素子４は、平面視で電池積層体１３ａにおける電極端子１３０に対して電極端子１３０の突出方向に隣接するエリアＡＲ３に少なくとも素子の一部が含まれていることが好ましい。図８に示す組電池１３は、上下方向に積層された複数の単電池によって構成されているが、横方向に積層された複数の単電池で構成してもよい。また、図６〜図８に示す各組電池１３は、電極端子１３０の突出方向が横方向でなく、上方向または下方向となるように設置されている構成でもよい。

次に、第１実施形態の電池装置１０によって得られる効果について説明する。電池装置１０は、組電池１３と、組電池１３に関する電池情報を取得する、または組電池１３における充放電を制御する回路基板２と、第１パワー素子３や第２パワー素子４等を含むスイッチ装置と、放熱部材６と、を備える。スイッチ装置は、組電池１３に対する電力の入出力を制御する装置であり、外装部３０が回路基板２から離間した状態で設置されている。放熱部材６は、熱伝導性を有する材質の部材であり、スイッチ装置の熱が移動可能なようにスイッチ装置の外装部３０に直接または熱伝導性部材５を介して間接的に接触している。

この電池装置１０によれば、スイッチ装置は外装部３０が回路基板２から離間した状態であって、スイッチ装置の熱が移動可能なように外装部３０が直接または熱伝導性部材５を介して間接的に放熱部材６に接触している。これにより、スイッチ装置の熱を回路基板２に移動するよりも放熱部材６に速やかに移動させることができる。このため、スイッチ装置の発熱によって回路基板２が大きく温度上昇することを防ぐために、スイッチ装置の発熱を抑える手段を講じる必要がない電池装置１０を実現できる。また、回路基板２の耐熱温度がボトルネックになってスイッチ装置の性能を十分に発揮できない事態を回避できるので、高出力の電池装置１０を実現できる。以上のように、回路基板２の耐熱温度の制約を受けないようにスイッチ装置の性能を発揮させることが可能な電池装置１０を提供できる。

スイッチ装置は、電気信号を伝達する信号線部３１と電力を伝達する電力線部３２とを有する。電力線部３２は、回路基板２には接続されず、電池に係る入出力端子１４０，１４１にバスバ３３を介して連結されている。信号線部３１は、スイッチ装置の内部から外部に突出するリード端子であり、回路基板２に接続されている。信号線部３１は、基板の孔に通して、基板の片面あるいは両面にはんだ付けすることにより、回路基板２に接続されている。この構成によれば、信号線部３１には大きな電流が流れることがないため、信号線部３１から回路基板２への大きな熱移動は生じず、電力線部３２は回路基板２には接続されていないため、電力線部３２の発熱は回路基板２へ移動しないようになっている。したがって、電力線部３２の発熱をスイッチ装置を介して放熱部材６へ移動させて放熱することができる。

放熱部材６は、車両の一部である車両部材７へ熱移動可能な構成で車両部材７に直接連結され、または熱伝導性を有するブラケット７０を介して連結されている。この構成によれば、スイッチ装置の熱を放熱部材６を介して熱容量の大きい車両部材７に移動させることができるので、スイッチ装置の熱を電池装置１０の外部に速やかに放出できる。また、専用の冷却器を用いずとも、車両部材７を利用して簡易的に放熱できる。

放熱部材６は、電池が収容されているベースケース１５における熱伝導性を有したベース部１５ａへ熱移動可能な構成で設置されている。この構成によれば、スイッチ装置の熱を、電池を収容するケースの底部全体を介して電池装置１０の外部に移動させることができるので、スイッチ装置の熱を速やかに外部放出可能である。

スイッチ装置および放熱部材６は、回路基板２に対して低い位置に離間して設置されている。この構成によれば、スイッチ装置の熱を回路基板２よりも下方に速やかに移動させることができるため、上方の回路基板２への放熱を抑制して、回路基板２に実装された電子部品への熱影響を抑制できる。

スイッチ装置および放熱部材は、回路基板２に対して高い位置に離間して設置されている。この構成によれば、スイッチ装置の熱を、熱上昇を利用して回路基板２よりも上方に速やかに移動させることができる。これにより、下方の回路基板２への放熱を抑制して、回路基板２に実装された電子部品への熱影響を抑制できる。

スイッチ装置は、スイッチ装置および回路基板２を平面視した場合に、スイッチ装置において回路基板２と重なる重なり部分３０ｃと、スイッチ装置において回路基板２と重ならない残部３０ｄと、を有するように設置されている。スイッチ装置は、残部３０ｄの体積が重なり部分３０ｃの体積以上となるように設置されている。この構成によれば、スイッチ装置の外装部３０の表面からの放熱が回路基板２に伝わりにくい構成を提供できる。

組電池１３は、電極端子１３０が横方向に露出する姿勢で設置されている。スイッチ装置は、組電池１３に対して電極端子１３０寄りに設置されている。この構成によれば、電池、スイッチ装置、入出力端子に至る通電経路の距離を短くできる電池装置１０を提供できる。

スイッチ装置は、複数の電池積層体のうち、単電池の積層数が少ない方の電池積層体１３ａ寄りに設置されている。この構成によれば、積層数が少なく発熱量が小さい電池積層体１３ａに近い場所にスイッチ装置を設置できるため、電池装置１０全体における発熱エリアの偏りを抑制する電池装置１０を提供できる。

スイッチ装置は、電池装置１０の外部に設けられている外部電池１７に対する電力の入出力を制御する第１のスイッチ装置と、電池装置１０に含まれる電池に対する電力の入出力を制御する第２のスイッチ装置と、を含んで構成されている。この構成によれば、外部電池１７に対する電力の入出力を制御する第１のスイッチ装置の熱と電池装置１０に含まれる電池に対する電力の入出力を制御する第２のスイッチ装置の熱とを放熱部材６に速やかに移動させて放出することができる。したがって、回路基板２の耐熱温度の制約を受けないように、第１のスイッチ装置と第２のスイッチ装置との両方の性能を発揮させることが可能な電池装置１０を提供できる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態に対する他の形態である放熱部材１０６を備える電池装置について図９を参照して説明する。図９において、第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。放熱部材１０６は、第１実施形態の放熱部材６と同様の作用効果を奏する。以下、第１実施形態と相違する内容について説明する。

図９に示すように、放熱部材１０６は、第１パワー素子３の熱が移動可能なように第１パワー素子３の外装部３０に熱伝導性部材５を介して間接的に接触している。また、放熱部材１０６は、外装部３０に直接接触するように設置されている構成でもよい。放熱部材１０６は、第１パワー素子３の外装部３０から熱伝導性部材５を通じて移動した熱を、例えば複数のフィン部から周囲の空気に放熱する放熱経路を有する。放熱部材１０６は、放熱部材６と同様に、熱伝導性を有する材質、例えばアルミニウム、銅、これらの合金などの各種の金属によって形成されている。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態に対する他の形態である、第１パワー素子３と放熱部材２０６との熱的接続に係る構成について図１０を参照して説明する。図１０において、第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。放熱部材２０６は、第１実施形態の放熱部材６と同様の作用効果を奏する。以下、第１実施形態と相違する内容について説明する。

図１０に示すように、第１パワー素子３は、厚さ方向が回路基板２の主面に対して沿うような姿勢で設置されており、熱伝導性部材５を介して間接的に放熱部材２０６に接触している。第１パワー素子３は、外装部３０から信号線部３１が突出する方向が回路基板２の主面に対して直交するような縦置き姿勢で放熱部材２０６に熱移動可能に接触している。したがって、放熱部材２０６は、第１パワー素子３との熱的な接続部分を上下方向に延びる面に有している。また、外装部３０は、放熱部材２０６に直接接触するように設置されている構成でもよい。放熱部材２０６は、放熱部材６と同様に、組電池１３が収容されているベースケース１５におけるベース部１５ａへ熱移動可能な構成で設置されている。

以上の構成によれば、第１パワー素子３の外装部３０から熱伝導性部材５を通じて放熱部材２０６に移動した熱は、ベース部１５ａに移動した後、さらにブラケット７０を介して車両部材７に移動することにより放出される。また、第３実施形態における放熱部材２０６は、第２実施形態の放熱部材１０６に置き換えることができる。この置き換えによれば、第１パワー素子３の外装部３０から放出される熱を複数のフィン部から周囲の空気に放熱する放熱経路を構成できる。

第３実施形態によれば、第１パワー素子３、熱伝導性部材５および放熱部材２０６を回路基板２の直下または直上に設置することができる。このため、電池装置１０の横方向寸法の小型化が図れる。また、第３実施形態によれば、外装部３０において信号線部３１が突出する端部とは反対側に位置する端部から突出する電力線部３２を、回路基板２から離すことができるので、回路基板２に対するノイズの影響を抑えることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、第３実施形態に対する他の形態である、第１パワー素子３と放熱部材２０６との熱的接続に係る構成について図１１を参照して説明する。図１１において、前述の実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。放熱部材３０６は、放熱部材６や放熱部材２０６と同様の作用効果を奏する。以下、第３実施形態と相違する内容について説明する。

図１１に示すように、第１パワー素子３は、厚さ方向が回路基板２の主面に対して傾くような姿勢で設置されており、熱伝導性部材５を介して間接的に放熱部材３０６に接触している。第１パワー素子３は、回路基板２の主面に対して傾く斜め置き姿勢で放熱部材３０６に熱移動可能に接触している。したがって、放熱部材３０６は、第１パワー素子３との熱的な接続部分を上下方向に対して交差する方向に延びる面に有している。また、外装部３０は、放熱部材３０６に直接接触するように設置されている構成でもよい。放熱部材３０６は、放熱部材２０６と同様に、組電池１３を収容するベースケース１５のベース部１５ａへ熱移動可能な構成で設置されている。

第４実施形態によれば、第１パワー素子３、熱伝導性部材５および放熱部材３０６を回路基板２の直下または直上に設置することができる。このため、電池装置１０の横方向寸法の小型化が図れる。また、第３実施形態と同様に、電力線部３２を回路基板２から離すことができるので、回路基板２に対するノイズの影響を抑えることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態では、第１実施形態の他の形態である電池装置１１０について図１２を参照して説明する。図１２において、第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。電池装置１１０における第１パワー素子３から車両部材７に至る放熱経路は、第１実施形態の電池装置１０と同様である。電池装置１１０は、第１実施形態において前述した電池装置１０がもたらす作用効果と同様の作用効果を奏する。以下、第１実施形態と相違する内容について説明する。

図１２に示すように、第１パワー素子３は、回路基板２の直下に位置するように設置されている。したがって、第１パワー素子３の直上には、回路基板２が延びている。第１パワー素子３の電力線部３２は回路基板２には接続されておらず、バスバ３３を介して第１入出力端子１４０や第２入出力端子１４１に連結されている。第１パワー素子３の信号線部３１は回路基板２に接続されている。

第５実施形態の電池装置１１０によれば、第１パワー素子３の高さ位置が回路基板２よりも下方に抑えられるので、第１パワー素子３からベース部１５ａまでの放熱経路を短く構成することができる。したがって、電池装置１１０は、放熱経路が短く構成できるので、放熱性を高めることに寄与する。

（第６実施形態）
第６実施形態では、第１実施形態の他の形態である電池装置２１０について図１３を参照して説明する。図１３および図１４において、第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。電池装置２１０における第１パワー素子３から車両部材７に至る放熱経路は、第１実施形態の電池装置１０と相違する。以下、第１実施形態と相違する内容について説明する。

図１３に示すように、第１パワー素子３は、回路基板２の直上に位置するように設置されている。したがって、第１パワー素子３の直下には、回路基板２が存在している。第１パワー素子３は、熱伝導性部材５を介して放熱部材４０６に間接的に接触した状態で設置されている。放熱部材４０６は、カバー１１における天壁部の内面に熱移動可能な構成で設けられている。カバー１１は、熱伝導性を有する材質で形成されており、ベースケース１５のベース部１５ａに対して熱移動可能な構成で装着されている。第１パワー素子３の外装部３０から熱伝導性部材５を通じて放熱部材４０６に移動した熱は、カバー１１の天壁部に移動した後、天壁部から下方に延びる側壁部に伝わり、ベース部１５ａに移動した後、ブラケット７０を介して車両部材７に移動することにより放出される。

図１４に示すように、第１パワー素子３の電力線部３２は回路基板２には接続されておらず、ハーネス１３３を介して第１入出力端子１４０や第２入出力端子１４１に連結されており、信号線部３１は回路基板２に接続されている。図１４において破線で示すように、回路基板における外周縁の一部である端部２０は、回路基板２よりも高い位置に存在する第１パワー素子３と重なる位置にある。換言すれば、第１パワー素子３の外周縁に一部であって基板側の第１端部３０ａは、回路基板２の直上となる位置に設けられ、第１端部３０ａとは反対側に位置する基板外側の第２端部３０ｂは回路基板２の上方であって外側に位置するように設けられている。したがって、第１パワー素子３は、第１パワー素子３および回路基板２を平面視した場合に、第１パワー素子３において回路基板２と重なる重なり部分３０ｃと第１パワー素子３において回路基板２と重ならない残部３０ｄとを有するように設置されている。さらに、第１パワー素子３と回路基板２とは残部３０ｄの体積が重なり部分３０ｃの体積に対して同等または大きくなるような位置関係であることが好ましい。

第６実施形態によれば、信号線部３１が接続されている回路基板２と電力線部３２との距離を確保できるので、回路基板２に対するノイズの影響を抑制することができるとともに、重なり部分３０ｃを有することにより、電池装置２１０の小型化に寄与する。また、電力線部３２を回路基板２よりも外側にはみ出させることにより、電力線部３２とハーネス１３３との結合を行いやすい構成を提供できる。第１パワー素子３の熱は下方よりも上方の方が伝わりやすいため、第１パワー素子３の放熱性を高めることに寄与する。

（第７実施形態）
第７実施形態では、第６実施形態の電池装置２１０を、車両部材７に対して縦置きに設置した状態である図１５について説明する。図１５において、前述の実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。第７実施形態のように設置された電池装置２１０における第１パワー素子３から車両部材７に至る放熱経路は、第６実施形態と同様である。第７実施形態の電池装置２１０は、第６実施形態において前述した作用効果と同様の作用効果を奏する。

（第８実施形態）
第８実施形態では、第１実施形態の他の形態である電池装置３１０について図１６を参照して説明する。図１６において、第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。電池装置３１０における第１パワー素子３や第２パワー素子４から車両部材７に至る放熱経路は、第１実施形態の電池装置１０と同様である。電池装置３１０は、第１実施形態や第５実施形態の電池装置がもたらす作用効果と同様の作用効果を奏する。以下、第１実施形態および第５実施形態との相違点について説明する。

図１６に示すように、電池装置３１０が有する放熱部材６はベースケース１１５の一部分をなしている。放熱部材６はベースケース１１５の底部であるベース部１５ａから起立する立壁部をなしている。放熱部材６は、ベースケース１１５と同じ材質でできており、例えば、アルミニウム、銅、これらの合金によって形成されている。第１パワー素子３や第２パワー素子４は、外装部がベース部１５ａから起立する立壁部に直接または熱伝導性部材５を介して間接的に接触した状態で設置されている。また、第１パワー素子３、第２パワー素子４、放熱部材は、図１６に示すように回路基板２に対して低い位置に離間して設置されているが、これに代えて回路基板２に対して高い位置に離間して設置されている構成としてもよい。

第８実施形態の電池装置３１０によれば、放熱部材６はベースケース１１５の一部であってベース部１５ａから起立するように形成された立壁部である。この構成によれば、放熱部材６をベースケース１１５の一部分とするため、放熱部材６からベースケース１１５への熱移動の抵抗を抑えることができ、スイッチ装置の放熱性向上を図ることができる。放熱部材６は、ベースケース１１５の一部であってベース部１５ａから起立する立壁部であるため、この立壁部によってスイッチ装置が被水または浸水の状態になることを抑えることができる。また、組電池１３を被水または浸水の状態から保護するための立壁部を、放熱部材６として活用することができ、電池装置３１０の小型化、部品点数の低減が図れる。

スイッチ装置の外装部は、放熱部材６である立壁部の上面に直接または熱伝導性部材５を介して間接的に接触している。この構成によれば、立壁部を利用して、スイッチ装置を高い位置に設置できるため、スイッチ装置が被水または浸水の状態になりにくい電池装置３１０を提供できる。

（第９実施形態）
第９実施形態では、第１実施形態の他の形態である電池装置４１０について図１７を参照して説明する。図１７において、第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。電池装置４１０における第１パワー素子３や第２パワー素子４から車両部材７に至る放熱経路は、第１実施形態の電池装置１０と同様である。電池装置４１０は、第１実施形態および第８実施形態の電池装置がもたらす作用効果と同様の作用効果を奏する。以下、第１実施形態および第８実施形態との相違点について説明する。

図１０に示すように、第１パワー素子３や第２パワー素子４は、厚さ方向が回路基板２の主面に対して沿うような姿勢で設置されており、ベース部１５ａから起立する立壁部をなす放熱部材６に熱伝導性部材５を介して間接的に接触している。第１パワー素子３や第２パワー素子４は、外装部から信号線部が突出する方向が回路基板２の主面に対して直交するような縦置き姿勢で放熱部材６に熱移動可能に接触している。第１パワー素子３や第２パワー素子４は、ベース部１５ａから起立する立壁部の側面６０に設置されている。したがって、立壁部である放熱部材６は、第１パワー素子３との熱的な接続部分を上下方向に延びるとともに、組電池１３に対向する内側の側面６０を有している。

また、第１パワー素子３の外装部３０や第２パワー素子４の外装部は、立壁部に直接接触するように設置されている構成でもよい。また、第１パワー素子３、第２パワー素子４、放熱部材は、図１７に示すように回路基板２に対して低い位置に離間して設置されているが、これに代えて回路基板２に対して高い位置に離間して設置されている構成としてもよい。

以上の構成によれば、各パワー素子の外装部から熱伝導性部材５を通じて、放熱部材６である立壁部に移動した熱は、横方向に伝達して外側の側面から雰囲気に放出されるとともに、ベース部１５ａに移動後、ブラケット７０を介して車両部材７に移動する。

第９実施形態によれば、スイッチ装置の外装部は、放熱部材６である立壁部の側面６０に直接または熱伝導性部材５を介して間接的に接触している。この構成によれば、スイッチ装置の発熱を立壁部を通じて外部の雰囲気に放出できるとともに、ベース部１５ａを通じて車両部材７に放出することもできる。この２つの放熱経路によって放熱性を高めることができ、各放熱経路は短い経路を構成できる。

第９実施形態の電池装置４１０によれば、スイッチ装置の厚さ方向を電池装置４１０の幅方向または横方向に向けてスイッチ装置を設置することにより、幅方向について電池装置４１０の体格を抑えることができる。

スイッチ装置の外装部は、放熱部材６である立壁部において組電池１３寄りに位置する内側の側面６０に直接または熱伝導性部材５を介して間接的に接触している。この構成によれば、外力からスイッチ装置を保護できるとともに、外部からの被水や浸水に対して立壁部が障壁になるため、スイッチ装置の防水効果を高めることができる。

また、スイッチ装置の外装部は、放熱部材６である立壁部において外側に位置する側面に直接または熱伝導性部材５を介して間接的に接触している構成でもよい。

（他の実施形態）
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

前述の実施形態におけるパワー素子は、半導体素子を有さない、電池に対する電力の入出力を制御するメカニカルリレーに置き換えることができる。メカニカルリレーは、例えばコイルと接点部を有し、接点部を閉じることにより電力の流通を許可する状態を実現して電力の入出力を制御するスイッチ装置である。メカニカルリレーの場合、その外装部は、例えば樹脂によって形成された直方体状のケースをなす。ケースの外部には、前述したように、信号線部３１および電力線部３２がそれぞれ突出している。このように特許請求の範囲で記載するスイッチ装置には、パワー素子、メカニカルリレー等が含まれる。

前述の実施形態において、外部電池１７、組電池１３のそれぞれを構成する単電池は、第１実施形態で記載した鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池の他、例えばニッケル水素二次電池、有機ラジカル電池で構成してもよい。

前述の実施形態において、パワー素子と回路基板２とは、平面視した場合に、部分的に重なる位置関係であることを説明したが、パワー素子と回路基板２はパワー素子の全部が回路基板２に重なる位置関係でもよい。また、パワー素子と回路基板２は全く重ならない位置関係でもよい。

前述の実施形態において電池装置が備える単電池は、例えば、外装ケースが薄い平板状の形態をなし、外装ケースがラミネートシートで形成されている形態でもよい。ラミネートシートは、絶縁性の高い素材で構成されている。この場合、単電池は、例えば二つ折りにされたラミネートシートの端部同士を熱融着することにより当該端部同士を封止して密閉された扁平状容器の内部空間を有する。この内部空間には、電極集合体、電解質、端子接続部、正極端子部の一部、および負極端子部の一部を含む電池本体部が内蔵されている。したがって、単電池は、扁平状容器の周縁部が封止されることにより、電池本体部が扁平状容器の内部に密封状態で収容されている。単電池は、扁平状容器から外方へ引き出された一対の電極端子を有する。

前述の実施形態において電池装置が備える単電池として、例えば、円柱状の外形形状である単電池を用いてもよい。

前述の実施形態において、電池装置が備える電池は１個または複数の単電池で構成することができる。複数の単電池は、上下方向に積層された形態でもよいし、横方向に並べて積層された形態でもよい。

２…回路基板、 ３…第１パワー素子（第１のスイッチ装置、スイッチ装置）
４…第２パワー素子（第２のスイッチ装置、スイッチ装置）
５…熱伝導性部材、 ６，１０６，２０６，３０６，４０６…放熱部材
７…車両部材、 １３…組電池（電池）、
１３ａ…第１電池積層体（電池積層体）、 １３ｂ…第２電池積層体（電池積層体）
１５…ベースケース、 １５ａ…ベース部
３０…外装部、 ３１…信号線部、 ３２…電力線部、 ３３…バスバ
７０…ブラケット（装着部材）、 １４０…第１入出力端子（入出力端子）
１４１…第２入出力端子（入出力端子）

Claims (8)

1. 電池（１３）と、
   前記電池に電気的に接続されている回路基板（２）と、
   前記電池に対する電力の入出力を制御するスイッチ装置であって、外面を形成する外装部（３０）が前記回路基板から離間した状態で設置されているスイッチ装置（３，４）と、
   熱伝導性を有する材質によって形成されている放熱部材であって、前記スイッチ装置の熱が移動可能なように前記スイッチ装置の前記外装部に直接または熱伝導性部材（５）を介して間接的に接触している放熱部材（６，１０６，２０６，３０６，４０６）と、
   を備え、
   前記スイッチ装置は、電気信号を伝達する信号線部（３１）と電力を伝達する電力線部（３２）とを有し、
   前記電力線部は、前記回路基板には接続されず、前記電池に係る入出力端子（１４０，１４１）にバスバ（３３）またはハーネス（１３３）を介して連結されており、前記信号線部は前記回路基板に接続されている電池装置。
2. 前記スイッチ装置および前記放熱部材は、前記回路基板に対して低い位置に離間して設置されている請求項１に記載の電池装置。
3. 前記スイッチ装置および前記放熱部材は、前記回路基板に対して高い位置に離間して設置されている請求項１に記載の電池装置。
4. 前記スイッチ装置は、前記スイッチ装置および前記回路基板を平面視した場合に、前記スイッチ装置において前記回路基板と重なる重なり部分（３０ｃ）と、前記スイッチ装置において前記回路基板と重ならない残部（３０ｄ）と、を有するように設置されている請求項１に記載の電池装置。
5. 前記残部の体積は前記重なり部分の体積以上である請求項４に記載の電池装置。
6. 前記電池は、電極端子（１３０）が横方向に露出する姿勢で設置されており、
   前記スイッチ装置は、前記電池に対して前記電極端子寄りに設置されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電池装置。
7. 前記電池は、それぞれ複数の単電池が積層された複数の電池積層体（１３ａ，１３ｂ）によって構成されており、
   前記スイッチ装置は、複数の前記電池積層体のうち、前記単電池の積層数が少ない方の前記電池積層体（１３ａ）寄りに設置されている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電池装置。
8. 前記スイッチ装置は、前記電池装置の外部に設けられている外部電池（１７）に対する電力の入出力を制御する第１のスイッチ装置（３）と、前記電池装置に含まれる前記電池に対する電力の入出力を制御する第２のスイッチ装置（４）と、を含んで構成されている請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電池装置。

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