JP6885191B2 - 制御モジュール - Google Patents
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Description
電池モジュールと電気負荷(400)とを電気的に接続するバスバー(40)と、
バスバーと電気負荷との電気的な接続を切り換えるスイッチ(50)と、
バスバーの電流を検出する電流センサ(60)と、
電流センサの電気信号が入力され、スイッチの接続の切り換えを制御する制御部(32)と、
電流センサと制御部とを電気的に接続する接続端子(66)と、を有し、
高さ方向において、バスバーと制御部の一方は電池セルの上端面側に位置し、バスバーと制御部の他方は下端面側に位置し、
電流センサの接続端子との接続部位は、スイッチのバスバーとの接続部位よりも制御部側に位置する。
図1〜図24に基づいて本実施形態にかかる電池パックを説明する。以下においては互いに直交の関係にある3方向を、横方向、縦方向、および、高さ方向と示す。本実施形態では横方向はハイブリッド自動車の進退方向に沿っている。縦方向はハイブリッド自動車の左右方向に沿っている。高さ方向はハイブリッド自動車の天地方向に沿っている。
電池パック300は、図1に示すハイブリッド自動車の電気負荷400に電力供給する機能を果たす。この電気負荷400には、動力供給源および発電源としての機能を果たすモータジェネレータが含まれている。例えばモータジェネレータが力行する場合、電池パック300は放電してモータジェネレータに電力供給を行う。モータジェネレータが発電する場合、電池パック300は発電によって生じた発電電力を充電する。モータジェネレータが電動機に相当する。
図1〜図5に示すように、電池パック300は電池モジュール200と制御モジュール100を有する。この電池モジュール200と制御モジュール100は縦方向に並び、互いに機械的および電気的に接続されている。このように設置空間において高さと横幅とに比べて縦幅を長く設定することのできる縦方向に電池モジュール200と制御モジュール100は並んでいる。
以下、図6〜図9に基づいて筐体210と電池スタック230を詳説する。筐体210はアルミから成る。筐体210はアルミダイカストによって製造される。図6および図7に示すように筐体210は、底壁211、側壁212、および、仕切り壁213を有する。底壁211は規定平面において縦方向に長い矩形を成す。また図8および図9に示すように底壁211には電池モジュール200をハイブリッド自動車のボディにボルト止めするためのリブ214が形成されている。本実施形態では底壁211に2つのリブ214が形成されている。これら2つのリブ214は底壁211の制御モジュール100から離間し、且つ横方向に沿う縁部に形成されている。2つのリブ214は横方向に並んでいる。リブ214それぞれにはボルトを通すためのボルト孔214aが形成されている。なお、仕切り壁213は底壁211や側壁212とは別体に形成してもよい。仕切り壁213は底壁211や側壁212とは別材料でも構わない。
次に、制御モジュール100を説明する。図11に示すように制御モジュール100は、連結筐体10、ファン20、および、制御ユニット30を有する。連結筐体10は筐体210に連結される。この連結筐体10にファン20と制御ユニット30とが設けられる。ファン20は上記の第1通風空間と第2通風空間とに風を流す。これによりファン20は複数の電池セル240それぞれを冷却する。制御ユニット30は電池モジュール200と電気負荷400との電気的な接続を制御する。制御ユニット30はファン20の駆動を制御する。また制御ユニット30は電池モジュール200の複数の電池セル240の均等化処理を監視部250に指示する。
連結筐体10はアルミから成る。連結筐体10はアルミダイカストによって製造される。図6および図7に示すように連結筐体10は、搭載壁11と囲み壁12を有する。搭載壁11は規定平面において横方向に長い矩形を成す。また図2〜図9、および、図11に示すように搭載壁11には電池モジュール200をハイブリッド自動車のボディにボルト止めするためのリブ13が形成されている。本実施形態では搭載壁11に2つのリブ13が形成されている。これら2つのリブ13は搭載壁11の電池モジュール200から離間し、且つ横方向に沿う縁部に形成されている。2つのリブ13は横方向に並んでいる。リブ13それぞれにはボルトを通すためのボルト孔13aが形成されている。連結筐体10が搭載部に相当する。
次に制御ユニット30を詳説する。図11および図12に示すように制御ユニット30は、素子ユニット31と電池ECU32を有する。図14に示すように素子ユニット31は、バスバー40、システムメインリレー50、電流センサ60、遮蔽部69、および、ケース70を有する。電池ECU32は、制御基板80、内部コネクタ81、外部コネクタ82、スペーサ83、および、制御カバー84を有する。電池ECU32が制御部に相当する。
図15および図16に示すようにバスバー40は正極バスバー41と負極バスバー42を有する。正極バスバー41は別体の内部正極バスバー43と外部正極バスバー44を有する。負極バスバー42は別体の内部負極バスバー45と外部負極バスバー46を有する。内部正極バスバー43は電池モジュール200の正極入出力端子245と接続される。内部負極バスバー45は電池モジュール200の負極入出力端子246と接続される。そして外部正極バスバー44と外部負極バスバー46それぞれは電気負荷400と接続される。なお図15の(c)欄と(d)欄は、図16の(a)欄と(b)欄と同一である。図15では外部構造と内部構造とを対比して示すため、図16では内部構造の詳細を一括して示すために、図15と図16において同一の図面を示している。
図4に示すように電池ECU32は搭載壁11に搭載されている。電池ECU32の上方に素子ユニット31が設けられている。素子ユニット31は電池セル240と縦方向で並んでいる。これに対して電池ECU32は縦方向で電池モジュール200の第1通風空間および第2通風空間と並んでいる。ただし、図13に示すように電池ECU32を含む制御ユニット30は横方向において第1通風空間と連通される第3通風孔17aと第2通風空間と連通される第4通風孔17bとの間に位置している。
次に、制御モジュール100の作用効果を説明する。
センサ接続端子66における配線基板63(電流センサ60)との接続部位は、高さ方向において、システムメインリレー50の連結電極とバスバー40との接続点よりも電池ECU32(制御基板80)側に位置している。そのためセンサ接続端子66の高さ方向の長さは、連結電極とバスバー40との接続点と制御基板80との高さ方向における離間距離よりも短くなっている。これによりセンサ接続端子66の振動が抑制される。制御基板80とセンサ接続端子66との接続信頼性が低下することが抑制される。
高さ方向において制御基板80の上面80aの上方にシステムメインリレー50が位置している。そして内部正極バスバー43および内部負極バスバー45と制御基板80との間にシステムメインリレー50が位置している。
電流センサ60は主面が高さ方向に直交する平板形状を成す第1シールド64aと第2シールド64bを有する。電流センサ60は規定平面において第1永久磁石53と第2永久磁石54それぞれと並んでいる。第1永久磁石53と第2永久磁石54それぞれは主として規定平面に沿う磁界を発生する。
磁性材料からなる遮蔽部69が電流センサ60とシステムメインリレー50との間に設けられている。
電池パック300はハイブリッド自動車の後部座席下の設置空間に設けられる。電池パック300の有する電池モジュール200と制御モジュール100は縦方向に並び、互いに機械的および電気的に接続されている。
第3通風孔17aと第4通風孔17bは高さ方向で第3切欠き16bと第4切欠き16cそれぞれと離間している。横方向における第1通風孔219aと第2通風孔219bとの間の上方に、第3切欠き16bと第4切欠き16cそれぞれが位置している。制御ユニット30は横方向において第3通風孔17aと第4通風孔17bとの間に位置している。
第1電池スタック231の左壁215と対向する電池セル240の正極端子241と第2電池スタック232の左壁215と対向する電池セル240の負極端子242とは、収納空間と通風空間それぞれを2つに分ける仕切り壁213を挟んで横方向に並んでいる。この仕切り壁213側に位置する正極端子241に正極入出力端子245が連結されている。仕切り壁213側に位置する負極端子242に負極入出力端子246が連結されている。
制御基板80の上方に電流センサ60とシステムメインリレー50が位置している。そして制御基板80と電流センサ60とがセンサ接続端子66を介して電気的に接続されている。制御基板80にセンサ接続端子66がはんだ接続されている。また制御基板80とシステムメインリレー50とがスイッチ接続端子56を介して電気的に接続されている。制御基板80にスイッチ接続端子56がはんだ接続されている。
第1ファン21と第2ファン22との間に制御ユニット30が位置している。第1ファン21の第1掃出し口21aは縦方向において連結壁16とは反対側に開口している。同じく第2ファン22の第2掃出し口22aは縦方向において連結壁16とは反対側に開口している。そのため第1ファン21は吸い込んだ風を第1掃出し口21aから電池モジュール200から遠ざかる方向に吐き出す。第2ファン22は吸い込んだ風を第2掃出し口22aから電池モジュール200から遠ざかる方向に吐き出す。
第2側壁72に形成された第2保持部72aに、内部正極バスバー43と内部負極バスバー45とともにシステムメインリレー50が機械的に固定されている。これによれば、内部正極バスバー43と内部負極バスバー45とともにシステムメインリレー50が同一の周波数で振動しやすくなる。これにより内部正極バスバー43と内部負極バスバー45それぞれとシステムメインリレー50とが異なる周波数で振動する構成と比べて、システムメインリレー50による内部正極バスバー43と外部正極バスバー44との接続が不安定になることが抑制される。同様にして内部負極バスバー45と外部負極バスバー46との接続が不安定になることが抑制される。また、システムメインリレー50と内部正極バスバー43および外部正極バスバー44それぞれとの接続点における摩擦による発熱が抑制される。
本実施形態では、図11に示すように電池ECU32が搭載壁11に搭載され、電池ECU32の上方に素子ユニット31が設けられる例を示した。しかしながら図25および図26に示すように、素子ユニット31が搭載壁11に搭載され、素子ユニット31の上方に電池ECU32が設けられる構成を採用することもできる。これによればシステムメインリレー50を搭載壁11と熱的に接続しやすくなる。すなわち、システムメインリレー50を搭載壁11を介してハイブリッド自動車のボディと熱的に接続しやすくなる。そのためにシステムメインリレー50の発熱を抑制することができる。例えば、システムメインリレー50を搭載壁11に登載させてもよい。この変形例では4つのバスバーがケース70における搭載壁11から縦方向で離れた面から露出している。
また、図27および図28に示すように、素子ユニット31が搭載壁11に搭載され、縦方向において素子ユニット31の電池モジュール200から離れた面に電池ECU32が設けられる構成を採用することもできる。これによれば制御モジュール100の高さ方向の増大が抑制される。また、この変形例においても例えばシステムメインリレー50を搭載壁11に登載することで、システムメインリレー50の発熱を抑制することができる。この変形例の場合、制御カバー84の対向壁91における高さ方向の2つの端部それぞれに、内部コネクタ81と外部コネクタ82を設けるための切欠きが形成されている。
本実施形態では電池パック300をハイブリッド自動車に適用した例を示した。しかしながら電池パック300は例えばプラグインハイブリッド自動車や電気自動車に適用することもできる。
Claims (10)
- 電池セル(240)の電極(241,242)の形成された上端面(240a)とその裏側の下端面(240b)とを結ぶ高さ方向に直交する縦方向に複数の前記電池セルが並んで成る電池スタック(230,231,232)を含む電池モジュール(200)と並んで設けられる制御モジュールであり、
前記電池モジュールと電気負荷(400)とを電気的に接続するバスバー(40)と、
前記バスバーと前記電気負荷との電気的な接続を切り換えるスイッチ(50)と、
前記バスバーの電流を検出する電流センサ(60)と、
前記電流センサの電気信号が入力され、前記スイッチの接続の切り換えを制御する制御部(32)と、
前記電流センサと前記制御部とを電気的に接続する接続端子(66)と、を有し、
前記高さ方向において、前記バスバーと前記制御部の一方は前記電池セルの前記上端面側に位置し、前記バスバーと前記制御部の他方は前記下端面側に位置し、
前記電流センサの前記接続端子との接続部位は、前記スイッチの前記バスバーとの接続部位よりも前記制御部側に位置する制御モジュール。 - 前記高さ方向において、前記バスバーにおける前記電気負荷との接続端(44,46)は、前記バスバーにおける前記電池モジュールとの接続端(43,45)よりも前記制御部側に位置し、
前記スイッチは、前記バスバーにおける前記電池モジュールとの接続端側に接続され、
前記電流センサは、前記バスバーにおける前記電気負荷との接続端側に設けられている請求項1に記載の制御モジュール。 - 前記高さ方向において、前記バスバーは前記電池セルの前記上端面側に位置し、前記制御部は前記下端面側に位置し、
前記スイッチは、前記バスバーと前記制御部との間に位置している請求項1または請求項2に記載の制御モジュール。 - 前記バスバーの少なくとも一部、前記スイッチ、前記電流センサ、および、前記接続端子を収納するケース(70)を有し、
前記電池モジュールは、前記電池スタックを複数有するとともに、複数の前記電池スタックに風を流すための複数の電池側通風孔(219a,219b)を有し、
前記ケースは、複数の前記電池側通風孔のうち、前記縦方向と前記高さ方向とに直交する横方向に並ぶ2つの前記電池側通風孔の間に設けられる請求項1〜3いずれか1項に記載の制御モジュール。 - 前記バスバーの少なくとも一部、前記スイッチ、前記電流センサ、および、前記接続端子の搭載される搭載部(10)を有し、
前記電池モジュールは、前記縦方向と前記高さ方向とに直交する横方向に並ぶ複数の前記電池スタック(231,232)を有しており、
前記搭載部には、複数の前記電池スタックに風を流すための前記横方向に並ぶ複数の制御側通風孔(17a,17b)が形成され、
前記バスバーの少なくとも一部、前記スイッチ、前記電流センサ、および、前記接続端子は、前記横方向に並ぶ2つの前記制御側通風孔の間に設けられる請求項1〜4いずれか1項に記載の制御モジュール。 - 前記搭載部には、前記電池スタックの電力を入出力する入出力端子(245,246)と前記バスバーの少なくとも一方の設けられる切欠き(16b,16c)が形成されており、
前記高さ方向において、前記切欠きは前記電池セルの前記上端面側に位置し、前記制御側通風孔は前記切欠きよりも前記電池セルの前記下端面側に位置する請求項5に記載の制御モジュール。 - 前記電流センサは、前記高さ方向に直交する方向の磁界を電気信号に変換する磁電変換素子(61)と、前記高さ方向に直交する方向の磁界が前記磁電変換素子を通過することを抑制するシールド(64)と、を有し、
前記スイッチは、前記バスバーと前記電気負荷との電気的な接続を接続状態から非接続状態にする際に生じる放電電流の流動経路を曲げる磁石(53,54)を有し、
前記磁石は前記高さ方向に直交する方向に着磁し、
前記電流センサと前記磁石とが前記高さ方向に直交する方向で並んでいる請求項1〜6いずれか1項に記載の制御モジュール。 - 磁気を遮蔽する遮蔽部(69)を有し、
前記電流センサは、前記バスバーを流れる電流から発生される磁界を電気信号に変換することで前記バスバーの電流を検出し、
前記スイッチは、磁界を発生することで前記バスバーの接続を切り換えており、
前記遮蔽部は、前記電流センサと前記スイッチとの間に設けられている請求項1〜7いずれか1項に記載の制御モジュール。 - 前記遮蔽部には、前記バスバーを通すための溝(69a)が形成されている請求項8に記載の制御モジュール。
- 前記電池モジュールと前記縦方向に並び、前記電池モジュールとともに、動力供給源および発電源の少なくとも1つとして電動機を有する自動車の座席下の設置空間に設けられる請求項1〜9いずれか1項に記載の制御モジュール。
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